JP2010250044A - 反射スクリーン - Google Patents

Abstract

【課題】コントラストの高い画像を映し出す反射スクリーンを得る。
【解決手段】スクリーン基板１０の観察面１００ａの法線に対して垂直方向にずれた方向から観察面１００ａに向けて斜めに投射された投影光を観察側に反射する反射スクリーンであって、スクリーン基板１０の観察面１００ａに形成された複数の凹部１１と、凹部１１の内壁面の中央部からずれて凸状の曲面を有して形成され、観察面１００ａの法線に対して垂直方向にずれた方向から投射された投影光を観察面１００ａの法線方向に反射する反射部１３と、凹部１１の内壁面における反射部１３の非形成領域に形成され、入射した光を吸収する光吸収面１５と、を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、投影光を入射させて用いる反射スクリーンに関する。

プロジェクターなどから出射される投影光を受け、その投影光を反射させて拡大画像を映し出す反射スクリーンが知られている。その中で、近接型プロジェクター用の反射スクリーンとして、スクリーン基板の観察面に複数の凸部を形成し、凸部の単位形状部において投影光が入射される部分に反射面を有する反射スクリーンが知られている（特許文献１参照）。
特に近年、ホームシアター等の人気の高まりに伴い、このような反射スクリーンは、室内の照明などの外光が存在する中においてもコントラストの高い画像を映し出すことが要望されている。

特開２００６−２１５１６２号公報

しかしながら、特許文献１における構成の反射スクリーンでは、プロジェクターからの投影光がプロジェクターに近い単位形状部によって遮られ、プロジェクターに遠い単位形状部に充分な光が到達しない。このため、プロジェクターからの投影光が反射スクリーン前方の観察者側に充分に反射されず、特に室内の照明などの外光が存在する中においては、高いコントラストが得られないという課題がある。

本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかる反射スクリーンは、スクリーン基板の観察面の法線に対して垂直方向にずれた方向から前記観察面に向けて斜めに投射された投影光を観察側に反射する反射スクリーンであって、前記スクリーン基板の観察面に形成された複数の凹部と、前記凹部の内壁面の中央部からずれて凸状の曲面を有して形成され、前記観察面の法線に対して垂直方向にずれた方向から投射された投影光を前記観察面の法線方向に反射する反射部と、前記凹部の内壁面における前記反射部の非形成領域に形成され、入射した光を吸収する光吸収面と、を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、凹部にて反射部に入射する外光の一部が遮られるとともに、凹部に入射した外光は光吸収面で吸収することができる。そして、反射部は凹部の内壁面の中央部からずれて凸状の曲面を有しており、反射部に入射した投影光を良好に反射でき、コントラストの高い画像を映し出す反射スクリーンが得られる。

［適用例２］上記適用例にかかる反射スクリーンにおいて、前記反射部が前記観察面の法線に対して垂直方向の一方向にずれて形成されていることが望ましい。

この構成によれば、反射部が観察面の法線に対して垂直方向の一方向にずれて形成されている。このことから、一方向からの投影光に対応して良好に投影光を反射することができる。

［適用例３］上記適用例にかかる反射スクリーンにおいて、前記観察面の水平方向に対して、前記スクリーン基板の中央から端部に行くに従い前記反射部が前記端部側にずれて形成されていることが望ましい。

この構成によれば、反射部が観察面の法線に対して垂直方向の一方向にずれ、かつ、観察面の水平方向に対して、スクリーン基板の中央から端部に行くに従い反射部が端部側にずれて形成されている。このことから、反射スクリーンの観察面における投影光の拡がりにも対応でき、効率よく投影光を反射させることができる。

［適用例４］上記適用例にかかる反射スクリーンにおいて、前記スクリーン基板の前記観察面側に保護層が形成されていることが望ましい。

この構成によれば、凹部を覆う保護層が形成され、凹部の光吸収面および反射部の損傷、劣化を防止することができる。

［適用例５］上記適用例にかかる反射スクリーンにおいて、前記スクリーン基板の前記観察面側に反射防止層が形成されていることが望ましい。

この構成によれば、観察面側に反射防止層が形成され、投影光および外光が反射部以外で反射すること防ぐことができ、投影画像のコントラストを向上させることができる。

［適用例６］上記適用例にかかる反射スクリーンにおいて、前記スクリーン基板が可撓性を有する材料で形成されていることが望ましい。

この構成によれば、可撓性を有する反射スクリーンを形成することができ、反射スクリーンの巻き取り収納が可能となる。

第１の実施形態における反射スクリーンと光源の位置関係を示す断面図。 第１の実施形態における反射スクリーンの正面図。 第１の実施形態における反射スクリーンの垂直方向の概略断面図。 第１の実施形態における反射スクリーンの製造工程を示す工程図。 第１の実施形態における反射スクリーンの製造工程を示す工程図。 第１の実施形態における反射スクリーンの製造工程を示す工程図。 第１の実施形態の反射スクリーンにおける光の反射状態を示す説明図。 第２の実施形態における反射スクリーンの正面図。 第２の実施形態における反射スクリーンの垂直方向の概略断面図。 第２の実施形態における反射スクリーンの凸部を形成する方法を示す説明図。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の寸法の割合を適宜変更している。また、以下の説明においては直交座標系を設定して各部材の位置関係について説明する。鉛直面内における所定方向をＸ軸方向、鉛直面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向をＺ軸方向とする。
（第１の実施形態）

図１は本実施形態における反射スクリーンと光源との位置関係を示す断面図である。また、図２は本実施形態における反射スクリーンの正面図である。図３は本実施形態における反射スクリーンの垂直方向の断面図であり、図２のＡ−Ａ断線に沿う概略断面図である。
図１に示すように、反射スクリーン１００は、反射スクリーン１００の観察面１００ａの中心点Ｃを通る法線ＮＬに対して垂直方向（Ｙ軸方向）にずれた位置に配置されたプロジェクターなどの光源Ｐから、観察面１００ａに向けて斜めに投射された投影光Ｌｐを、反射スクリーン１００の観察側（Ｚ軸正方向側）に反射するものである。反射スクリーン１００は、法線ＮＬがＺ軸と平行に配置されている。

図２に示すように、反射スクリーン１００は、スクリーン基板１０の観察面１００ａに複数の凹部１１が格子状に規則的に配置されている。スクリーン基板１０は、例えば、樹脂などの可撓性を有する材料で形成されている。凹部１１は、図３に示すように、スクリーン基板１０の厚み方向に窪み、内壁面の断面形状が半球状の空間ができる形状となっている。なお、この球状面の径は例えば、２０μｍ〜２００μｍ程度の大きさで形成されている。
また、凹部１１の内壁面の中央部から一方向にずれて、半球状の空間に突出する凸部１２が形成されている。そして、凸部１２の表面は曲面を有している。本実施形態では、凸部１２は凹部１１の中央部からＹ方向にずれて配置されている。ここで凹部１１の中央部とは、凹部の半球状の内壁面が形成する、スクリーン基板１０の厚み方向に最も窪んだ付近の部分をいう。

そして、凹部１１にはアルミニウム膜などの反射膜１４が成膜され、さらに凸部１２を除く凹部１１の内壁面には、ブラックカーボン粉末などの光吸収材料が塗布された光吸収面１５が形成されている。このように、凹部１１には、凸部１２に反射膜１４が形成された反射部１３と、反射部１３の形成領域以外に光吸収面１５を有している。
スクリーン基板１０の観察面１００ａ上には、凹部１１を充填するように保護層１８が形成されている。保護層１８は、例えば、樹脂などの可撓性を有する材料で形成されている。
さらに、保護層１８の上で、スクリーン基板１０の観察面１００ａ側の最表面には、反射防止層１９が形成されている。反射防止層１９は、保護層１８と同様な材料で形成され、保護層１８の表面での投影光または外光などの反射を防止するように保護層１８との間で屈折率が調整されている。

次に、上記のような構成の反射スクリーンを製造する方法について説明する。
図４、図５、図６は本実施形態の反射スクリーンの製造方法を説明する工程図である。まず、反射スクリーンの凹部の形状を形成するための型を製作する。
図４（ａ）に示すように、ソーダガラスなどの基板２０の上にマスク２１を形成する。マスク２１は、酸化クロム（ＣｒＯ）膜を下地として、その上にクロム（Ｃｒ）膜をスパッタ法などにより成膜したものである。なお、マスク２１を成膜する前に、基板２０の表面をサンドブラスト加工し、基板２０の表面を粗く形成してマスク２１の密着力を向上させてもよい。
そして、マスク２１に対して凹部を形成する位置に数μｍ程度の開口穴２２を形成する。開口穴２２はフォトエッチングまたはレーザー加工を用いて形成する。

次に、図４（ｂ）に示すように、開口穴２２が開いたマスク２１が形成された基板２０をエッチング液に所定の時間だけ浸漬して、基板２０に凹部２３ａを形成する。エッチング液により開口穴２２を介して基板２０が等方にエッチングされ、断面形状がほぼ半球状にエッチングされる。エッチング液としては、一水素二フッ化アンモニウム系のエッチング液が用いられる。

なお、図４（ｂ）の状態でエッチング処理を続けると、マスク２１の開口穴２２が小さいためエッチング液の入れ替えが充分に行われず、凹部２３ａは等方にエッチングされずに半球状の形状が得られなくなる。このため、ある程度エッチングを施した後に、基板２０をエッチング液から取り出し、図４（ｃ）に示すように、基板２０をエッチングした部分の上方に位置するマスク２１を粘着テープまたはダッシュローラーを用いて除去し、マスク２１の開口穴を大きくする。

続いて、再度、基板２０をエッチング液に所定の時間だけ浸漬して、図４（ｄ）に示すように、基板２０に凹部２３ｂを形成する。なお、凹部の大きさに応じて、基板２０をエッチングした部分のマスクの除去とエッチングを繰り返して大きな凹部を形成してもよい。
その後、マスク２１を除去して反射スクリーンの型が製作される。また、必要に応じて、図４（ｅ）に示すように、サンドブラスト装置２４を用いて凹部２３ｂの表面を粗く加工してもよい。

次に、上記の製作した型を用いて樹脂転写によって樹脂型を形成し、この樹脂型から光硬化性樹脂（Ｐｈｏｔｏ−Ｐｏｌｙｍｅｒ樹脂）を用いた２Ｐ転写法によりポリエチレンテレフタートシート（ＰＥＴシート）または塩化ビニールシートに形状を転写して、図５（ａ）に示すスクリーン基板１０を製作する。また、上記の型から塩化ビニールシートを直接にエンボス加工しスクリーン基板１０を製作してもよい。

続いて、図５（ｂ）に示すように、スクリーン基板１０の凹部１１に大気圧プラズマ装置２６を用いてプラズマを照射して、その表面が疎水性となる撥水処理をする。他の撥水処理の方法としてフッ素系樹脂コートなどを用いてもよい。
そして、図５（ｃ）に示すように、スクリーン基板１０の凹部１１にインクジェット装置２７を用いて、光硬化性樹脂２８を塗布する。凹部の表面は撥水処理されているため、光硬化性樹脂２８は凹部１１の中央部に集まり、表面が凸レンズ状に曲面を有する形を保っている。

その後、図５（ｄ）に示すように、スクリーン基板１０を傾けて光硬化性樹脂２８を凹部１１の中央部から一方向にずらす。なお、スクリーン基板１０の傾ける角度は、スクリーンと光源との位置関係により適宜決められる。
そして、紫外線照射装置２９から紫外線を光硬化性樹脂２８に向けて照射して、光硬化性樹脂２８を硬化させる。また、光硬化性樹脂２８が光および熱により硬化する樹脂の場合、紫外線の照射後、光硬化性樹脂２８を加熱することで密着力を向上させることができる。このようにして、スクリーン基板１０における凹部１１の中央部からずれた位置の内壁面に曲面を有する凸部１２が形成される。

次に、図６（ａ）に示すように、スクリーン基板１０の凹部１１にアルミニウム膜（Ａｌ膜）などの反射膜１４を蒸着法またはスパッタ法により成膜する。また、反射材料を凹部１１にスプレーして反射膜１４を形成してもよい。
続いて、図６（ｂ）に示すように、凹部１１の凸部１２の上に形成された反射膜１４を除き、反射膜１４の上からブラックカーボン粉末などの光吸収材料である黒色塗料を塗布する。塗料の塗布に際しては、スプレー装置３１を用い斜め方向から塗布する。このようにして、凹部１１には、凸部１２に反射膜１４が形成された反射部１３と、反射部１３の形成領域以外に光吸収面１５を形成する。

そして、図６（ｃ）に示すように、凹部１１を充填するように保護層１８を形成し、さらに、保護層１８の上に反射防止層１９を形成する。このようにして、本実施形態の反射スクリーン１００を製造することができる。

なお、本実施形態の反射スクリーン１００では、凹部１１内の凸部１２を形成し、反射膜１４をその上から成膜し、その後凸部１２以外の部分に光吸収材料を塗布して、反射部１３と光吸収面１５を形成したが、他の方法で反射部１３と光吸収面１５を形成することができる。
例えば、スクリーン基板１０の凹部１１に光吸収材料である黒色塗料を塗布して、光吸収面１５を形成し、その後、スクリーン基板１０を傾けてアルミニウムを含む金属インクを塗布して固化してもよい。また、金属インクの代わりに、フレーク状のアルミニウムを含んだ塗料を用いることもできる。さらに、スクリーン基板１０に黒色の基材を用いれば、光吸収材料である黒色塗料を塗布する必要は無く、金属インクまたはフレーク状のアルミニウムを含んだ塗料を塗布することで反射部１３と光吸収面１５を容易に形成することができる。

次に、上記のような反射スクリーンの作用について説明する。
図７は本実施形態の反射スクリーンにおける光の反射状態を示す説明図である。
図１で説明したように、反射スクリーン１００の観察面１００ａの中心点Ｃを通る法線ＮＬに対して垂直方向（Ｙ軸方向）にずれた位置に配置されたプロジェクターなどの光源Ｐから、観察面１００ａに向けて斜めに投影光Ｌｐが投射される。

図７に示すように、反射スクリーン１００の観察面１００ａに到達した投影光Ｌｐは、反射防止層１９に入射する。反射防止層１９に入射した投影光Ｌｐは、反射防止層１９を透過して保護層１８に入射する。このとき、反射防止層１９は保護層１８との間で屈折率が調整されているので、保護層１８の表面で反射防止層１９を透過した投影光Ｌｐの反射が防止される。
保護層１８に入射した投影光Ｌｐは、保護層１８を透過して凹部１１内に形成された反射部１３に到達する。反射部１３に到達した投影光Ｌｐは、反射部１３によって反射スクリーン１００の観察側に反射光Ｌｒが反射される。

一方、反射スクリーン１００の観察面１００ａには、投影光Ｌｐのほかに反射スクリーン１００の上方から外光Ｌｏが入射する。観察面１００ａに入射した外光Ｌｏは、反射防止層１９に入射して、反射防止層１９を透過して保護層１８に入射する。外光Ｌｏは反射防止層１９が形成されているため、保護層１８の表面で観察側に反射することが防止される。
そして、保護層１８の表面に到達した外光Ｌｏは、保護層１８を透過して凹部１１に入射する。凹部１１に入射した外光Ｌｏは、凹部１１における反射部１３の非形成領域に位置する光吸収面１５に到達する。
ここで、スクリーン基板１０は、可視光を吸収可能な光吸収面１５を有しているので、凹部１１の光吸収面１５に到達した外光Ｌｏは光吸収面１５に吸収される。
また、反射部１３は凹部１１内に形成されているため、外光Ｌｏの一部は凹部１１の縁に遮られる。よって、反射スクリーン１００の観察面１００ａに入射した外光Ｌｏが、観察側に反射することを減少させることができる。

以上、本実施形態では凹部１１にて反射部１３に入射する外光Ｌｏの一部が遮られるとともに、凹部１１に入射した外光Ｌｏは光吸収面１５で吸収することができる。また、反射部１３は凸状の曲面を有しており、入射した投影光Ｌｐは観察面１００ａ側に反射される。このため、反射部１３では投影光Ｌｐを観察面１００ａ側に良好に反射でき、コントラストの高い画像を映し出す反射スクリーン１００が得られる。よって、照明などの外光が存在する中においても、コントラストの高い映像を映し出すことができる。
また、凹部１１を覆う保護層１８が形成され、凹部１１の光吸収面１５および反射部１３の損傷、劣化を防止することができる。
さらに、保護層１８の上に反射防止層１９が設けられ、投影光Ｌｐおよび外光Ｌｏが反射部１３以外で反射すること防ぐことができ、投影画像のコントラストを向上させることができる。
また、スクリーン基板１０が可撓性を有する材料で形成され可撓性を有することから、反射スクリーンの巻き取り収納が可能となる。

なお、反射スクリーンの凹部の配置において、本実施形態では図１に示したような格子状の平面配置としたが、千鳥格子状に凹部を配置してもよい。また、六角形の凹部を並べてハニカム状とする平面配置でもよい。
さらに、本実施形態において、反射スクリーンの観察面１００ａに保護層１８、反射防止層１９を設けたが、これらの層を設けなくてもよい。
（第２の実施形態）

次に、第２の実施形態の反射スクリーンについて説明する。本実施形態の反射スクリーンは、図１で説明したのと同様に、プロジェクターなどの光源から、観察面に向けて斜めに投射された投影光を、反射スクリーンの観察側に反射するものである。そして、本実施形態は凹部に形成する反射部の形成位置が観察面の位置で異なっている。
図８は本実施形態における反射スクリーンの正面図である。図９は本実施形態における反射スクリーンの垂直方向の断面図であり、図８のＢ−Ｂ断線に沿う概略断面図である。

図８に示すように、反射スクリーン２００は、スクリーン基板５０の観察面２００ａに複数の半球状の凹部５１が規則的に配置されている。スクリーン基板５０は、例えば、樹脂などの可撓性を有する材料で形成されている。凹部５１は、図９に示すように、スクリーン基板５０の厚み方向に窪み、内壁面の断面形状が半球状の空間ができる形状となっている。なお、この球状面の径は例えば、２０μｍ〜２００μｍ程度の大きさで形成されている。
また、凹部５１の内壁面の中央部から一方向にずれて、半球状の空間に突出する凸部５２が形成されている。そして、凸部５２の表面は曲面を有している。本実施形態では、凸部５２は凹部５１の中央部からＹ方向にずれて配置されている。ここで凹部５１の中央部とは、凹部５１の半球状の内壁面が形成する、スクリーン基板５０の厚み方向に最も窪んだ付近の部分をいう。
さらに、図８に示すように、凸部５２の形成位置はスクリーン基板５０の位置により異なり、観察面の水平方向（Ｘ方向）に対して、スクリーン基板５０の中央から左右の端部５０ａ，５０ｂに行くに従い凸部５２がそれぞれ端部５０ａ，５０ｂ側にずれて形成されている。

そして、凹部５１にはアルミニウム膜などの反射膜５４が成膜され、さらに凸部５２を除く凹部５１の内壁面には、ブラックカーボン粉末などの光吸収材料が塗布された光吸収面５５が形成されている。このように、凹部５１には、凸部５２に反射膜５４が形成された反射部５３と、反射部５３の形成領域以外に光吸収面５５を有している。
このようにして、反射部５３が観察面２００ａの法線に対して垂直方向の一方向にずれ、かつスクリーン基板５０の観察面２００ａの水平方向に対して、スクリーン基板５０の中央から端部５０ａ，５０ｂに行くに従い反射部５３が端部側にずれて形成される。

そして、スクリーン基板５０の観察面２００ａ上には、凹部５１を充填するように保護層５８が形成されている。保護層５８は、例えば、樹脂などの可撓性を有する材料で形成されている。
さらに、保護層５８の上で、スクリーン基板５０の観察面２００ａ側の最表面には、反射防止層５９が形成されている。反射防止層５９は、保護層５８と同様な材料で形成され、保護層５８の表面での投影光または外光などの反射を防止するように保護層５８との間で屈折率が調整されている。

上記のような構成の反射スクリーンを製造する方法は、第１の実施形態にて説明した方法とほぼ同様である。なお、凹部５１に形成する凸部５２の形成方法としては、次のような方法を用いればよい。
図１０は、反射スクリーンの凸部を形成する方法の一例を示す説明図である。
スクリーン基板５０の凹部５１に、インクジェット装置を用いて、光硬化性樹脂を塗布する。そして、図１０に示すように、スクリーン基板５０を載置したときに、Ｙ方向に直線状に傾斜し、さらにＺ方向に向かって凸状に湾曲する載置台６０にスクリーン基板５０を載置する。このようにすることで、凹部５１に塗布した光硬化性樹脂がＹ方向の一方向に流れて移動し、かつＸ方向において両端部５０ａ，５０ｂに行くに従い光硬化性樹脂が各端部側に移動することになる。
この状態で、紫外線照射装置から紫外線を光硬化性樹脂に向けて照射して、光硬化性樹脂を硬化させる。このようにして、スクリーン基板５０における凹部５１の中央部からずれた位置の内壁面に凸部５２を形成することができる。そして、この凸部５２上に反射膜を成膜して反射部が形成される。

以上、本実施形態の反射スクリーン２００は、反射部５３が観察面２００ａの法線に対して垂直方向（Ｙ方向）の一方向にずれ、かつ、観察面の水平方向（Ｘ方向）に対して、スクリーン基板５０の中央から端部５０ａ，５０ｂに行くに従い反射部５３が端部側にずれて形成されている。このことから、反射スクリーン２００の観察面２００ａにおける投影光の拡がりにも対応でき、効率よく投影光を反射させることができる。そして、第１の実施形態と同様に、照明などの外光が存在する中においても、コントラストの高い画像を映し出す反射スクリーン２００を得ることができる。

１０…スクリーン基板、１１…凹部、１２…凸部、１３…反射部、１４…反射膜、１５…光吸収面、１８…保護層、１９…反射防止層、２０…基板、２１…マスク、２２…開口穴、２３ａ，２３ｂ…凹部、２４…サンドブラスト装置、２６…大気圧プラズマ装置、２７…インクジェット装置、２８…光硬化性樹脂、２９…紫外線照射装置、３１…スプレー装置、５０…スクリーン基板、５１…凹部、５２…凸部、５３…反射部、５４…反射膜、５５…光吸収面、５８…保護層、５９…反射防止層、１００…反射スクリーン、１００ａ…観察面、２００…反射スクリーン、２００ａ…観察面、Ｌｐ…投影光、Ｌｏ…外光、Ｌｒ…反射光、Ｐ…光源。

Claims (6)

1. スクリーン基板の観察面の法線に対して垂直方向にずれた方向から前記観察面に向けて斜めに投射された投影光を観察側に反射する反射スクリーンであって、
   前記スクリーン基板の前記観察面に形成された複数の凹部と、
   前記凹部の内壁面の中央部からずれて凸状の曲面を有して形成され、前記観察面の法線に対して垂直方向にずれた方向から投射された投影光を前記観察面の法線方向に反射する反射部と、
   前記凹部の内壁面における前記反射部の非形成領域に形成され、入射した光を吸収する光吸収面と、
   を備えていることを特徴とする反射スクリーン。
2. 請求項１に記載の反射スクリーンにおいて、
   前記反射部が前記観察面の法線に対して垂直方向の一方向にずれて形成されていることを特徴とする反射スクリーン。
3. 請求項２に記載の反射スクリーンにおいて、
   前記観察面の水平方向に対して、前記スクリーン基板の中央から端部に行くに従い前記反射部が前記端部側にずれて形成されていることを特徴とする反射スクリーン。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の反射スクリーンにおいて、
   前記スクリーン基板の前記観察面側に保護層が形成されていることを特徴とする反射スクリーン。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の反射スクリーンにおいて、
   前記スクリーン基板の前記観察面側に反射防止層が形成されていることを特徴とする反射スクリーン。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の反射スクリーンにおいて、
   前記スクリーン基板が可撓性を有する材料で形成されていることを特徴とする反射スクリーン。

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