JP2010262046A - 反射型スクリーン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 異方性拡散媒体上に、プリズムシートおよび反射層が積層されてなり、該プリズムシートの頂角が70〜110°の範囲にあることを特徴とする反射型スクリーンである。前記異方性拡散媒体が、法線方向に対して0〜80°に傾斜した柱状構造を有することが好ましい。前記異方性拡散媒体の入射光側に、光拡散層が設けられていることが好ましい。
【選択図】 図1
Description
このように普及が急速に進むプロジェクターであるが、プロジェクターで画像を投影する場合には、反射型スクリーンが用いられている。反射型スクリーンとしては、投影される画像を発するプロジェクターの位置と、投影された画像を反射するスクリーンの位置や向きと、その画像を観察する視点の位置の関係により、さまざまな要求特性がある。特に最近ではプロジェクターの使用を様々なシーンで用いるようになり、通常の会議室で使用するような位置関係ではなく、特殊な位置関係で配置し視聴するケースが多くなってきた。その特殊な位置関係の例として、光源と視点がほぼ同方向の位置にあり、且つ、その角度がスクリーンの法線方向に対して大きく傾いている場合がある。この様な位置関係においては、用いられるスクリーンの反射特性として、回帰反射性能が必須となる。そこで、回帰反射型スクリーンとして、これまでにいくつかの手法が提案され実用化されてきている。その一つに、球状のガラス質ビーズをスクリーン表面に配置し、ビーズの屈折を利用して回帰反射性能を得るものがある。しかしながらビーズを利用したスクリーンでは、充分な回帰反射性能を得ることは難しく、更なる回帰反射性能の向上が強く望まれている。
更に、最近では反射性能を向上させるために、光拡散層上に、基材、プリズム、光吸収シートが順次積層されてなる反射型スクリーンが開示されている(例えば、特許文献1参照)。
(2)前記異方性拡散媒体が、法線方向に対して0〜80°に傾斜した柱状構造を有することを特徴とする前記(1)に記載の反射型スクリーン。
(3)前記異方性拡散媒体の入射光側に、光拡散層が設けられていることを特徴とする前記(1)または前記(2)に記載の反射型スクリーン。
(4)前記プリズムシートの少なくとも一方の面に、前記反射層が隣接して積層されてなることを特徴とする前記(1)または前記(2)に記載の反射型スクリーン。
本発明の回帰反射性を有する反射型スクリーンを図を用いて説明する。
図1は本発明の回帰反射性を有する反射型スクリーンを示した断面図であって、(a)は本発明の構成材料を分解した断面図、(b)は本発明の回帰反射性を有する反射型スクリーンを示した断面図である。
図1(a)(b)に示すように、本発明の反射型スクリーン60は、異方性拡散媒体30上に、プリズムシート40および反射層50が順次積層されてなるものである。異方性拡散媒体30の入射光側(図1においては下側)には光拡散層を設けることが好ましい。光拡散層を設けることにより、表面反射光を減少させることができる。
異方性拡散媒体30とプリズムシート40の間、プリズムシート40と反射層50の間には、それぞれ他の層を有することができる。他の層としては例えば、粘着層、接着層、基材層等の他、所望の特性を付与した機能付与層を挙げることができる。また、異方性拡散媒体30、プリズムシート40が粘着性(接着性)を有するものであってもよい。
傾斜角Bが傾斜角Aと同様の角度を有するものであれば、スクリーンをプリズムの並ぶ方向に対して直角方向に湾曲させた場合、スクリーン面内の何れの場所でも輝度が変化しない回帰反射性のスクリーンとなるなどのメリットがある。
本発明における回帰反射性とは、入射する光の方向と略平行に光が反射するものをいう。略平行とは平行のみならず、平行と同視しうるものを含む概念である。具体的には、入射する光と反射する光の成す角度が20°以下であることをいう。頂角が本発明で規定する範囲内に含まれるものであれば、入射する光の方向と略平行に光を反射させることができる。
本発明を構成するプリズムシート40と反射層50が積層された積層体に、別々の方向から入射する光I1およびI2を入射させると、それぞれ略平行に光O1、O2が反射する。すなわち、反射する光O1とO2が重複する部分を減少させることができるため、結果としてコントラストが向上する。例えば、プロジェクターから入射する光をI1とし、その反射した光O1を観察者が視認する場合、外光等の他の方向から入射する光I2を反射した光O2を排除した上で、入射光I1による反射光O1を視認することができるから、コントラストが向上するのである。
図3は、本発明の回帰反射性を有する反射型スクリーンにプロジェクターから入射する光をI3とし、その反射光が一定の範囲をもって拡散することを示したものである。図3においては、一定の範囲をもって拡散する光をO3、O3’で示している。また、外光等のプロジェクター以外から入射する光をI4とし、その反射光O4は略平行に反射することを示している。
図3に示すように、プロジェクターから入射する光I3と、外光等のプロジェクター以外から入射する光I4は、その入射角が異なっている。本発明の回帰反射性を有する反射型スクリーンは、この入射角の違いによって、回帰反射性と光散乱性の両方を具備してなるものである。本発明の回帰反射性を有する反射型スクリーンは、外光等のプロジェクター以外から入射する光については、散乱を生じさせることなく排除した上で、入射光I3による反射光を一定の範囲をもって拡散することができるため、コントラストが向上するのである。
回帰反射性と光散乱性を両立するために、プリズムシートに加え異方性拡散媒体が必須要素となる。本発明を構成する異方性拡散媒体は、特定の角度範囲の入射光を拡散透過すると共に、それ以外の角度範囲の入射光をほとんど拡散せずに透過するような、拡散特性に入射角依存性を有するものである。以下に詳細を説明するが、本明細書および特許請求の範囲では「拡散」と「散乱」の2つの言葉を同じ意味として区別せずに使用することにする。また、本明細書および特許請求の範囲では、光重合性と光硬化性の2つの言葉を同じ意味として区別せずに使用することにする。
通常の等方的な拡散フィルムでは、0°付近をピークとする山形を示すが、異方性拡散媒体1ではその配置方向(短辺方向および長辺方向)に依存せずに、−10°付近と+10°付近にボトムを有する谷型の光学プロファイルを示した。すなわち、入射光が法線方向(0°)に近い数十度(±20°)の角度領域(以下、散乱角度域という)では強く拡散されるが、それ以上の入射角度領域では拡散が弱まり直線透過率が急速に高まるという性質を有する。
光源10からの入射光Iが入射角θ≦20°の角度で異方性拡散媒体1に入射する場合を図8(b)に例示した。光源10の正面の位置(すなわちφ=θ)を中心に検出器20を回転させ、このときの検出量を記録した。図8(b)の右側に示した検出量の概念図では、拡散光がフィルムの法線方向に寄って非対称なプロファイルを示すことを表している。
光源10からの入射光Iが入射角θ>20°の角度で異方性拡散媒体1に入射する場合を図8(c)に例示した。この場合においても、光源10の正面の位置(すなわちφ=θ)を中心に検出器20を回転させ、このときの検出量を記録した。図8(c)の右側に示した検出量の概念図では、拡散光がほぼ対称な山形を示すことを表している。
本発明を構成する異方性拡散媒体は、PETフィルム等の基材や後述するプリズムシート上に直接塗工等により設けることも可能であるが、通常の加工技術により粘着剤や接着剤を介して貼り合せることも出来る。以下、まず異方性拡散媒体の原料を説明し、次いでプロセスを説明する。
本発明の異方性拡散層を形成するのに必須な材料である光重合性化合物は、ラジカル重合性又はカチオン重合性の官能基を有するポリマー、オリゴマー、モノマーから選択される光重合性化合物と光開始剤とから構成され、紫外線及び/又は可視光線を照射することにより重合・固化する材料である。
ラジカル重合性化合物を重合させることの出来る光開始剤としては、ベンゾフェノン、ベンジル、ミヒラーズケトン、2−クロロチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、2,2−ジエトキシアセトフェノン、ベンジルジメチルケタール、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパノン−1、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン、ビス(シクロペンタジエニル)−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(ピル−1−イル)チタニウム、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド等が挙げられる。また、これらの化合物は、各単体で用いてもよく、複数混合して用いてもよい。
本発明において、上記光開始剤は、光重合性化合物100質量部に対して、0.01〜10質量部、好ましくは0.1〜7質量部、より好ましくは0.1〜5質量部程度配合される。これは、0.01質量部未満では光硬化性が低下し、10質量部を超えて配合した場合には、表面だけが硬化して内部の硬化性が低下してしまう弊害、着色、柱状体の形成の阻害を招くからである。これらの光開始剤は、通常粉体を光重合性化合物中に直接溶解して使用されるが、溶解性が悪い場合は光開始剤を予め極少量の溶剤に高濃度に溶解させたものを使用することも出来る。このような溶剤としては光硬化性であることが更に好ましく、具体的には炭酸プロピレン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。また、光硬化性を向上させるために公知の各種染料や増感剤を添加することも可能である。更に光重合性化合物を加熱により硬化させることの出来る熱硬化開始剤を光開始剤と共に併用することも出来る。この場合、光硬化の後に加熱することにより光重合性化合物の重合硬化を更に促進し完全なものにすることが期待できる。
溶剤としては、例えば、塗料の調製には酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、トルエン、キシレン等を使用することができる。
次に本発明の異方性拡散媒体の製造方法(プロセス)について説明する。上述の光硬化性組成物を透明PETフィルムのような適当な基材上に塗布し又はシート状に設け、必要に応じて乾燥して溶剤を揮発させた上で、この光硬化性樹脂層上に平行光を照射することが必要である。平行光を得るためには、点光源を配置して、この点光源と光硬化性樹脂層の間に平行光を照射するためのフレネルレンズ等の光学レンズを配置して、光硬化性樹脂層に平行光を照射することで、上記の異方性拡散媒体を作製することが出来る。
線状光源としては、ケミカルランプ(紫外線を出す蛍光灯)を使用することができる。ケミカルランプは、直径20〜50mm、発光長100〜1500mm程度のものが市販されており、作製する異方性拡散媒体の大きさに合わせて適宜選択することができる。
プリズムシートは、観察者側と反対側の面に複数のプリズムが配列するように設置される。プリズムの凹凸が作製される面の反対面は平坦な面となる。
プリズムシートを構成する材料は、種々の透明性を有する樹脂成分を採用することができる。この様な透明性を有する代表的な樹脂としてポリエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン樹脂などが上げられる。
反射層はプリズムシートを構成する凹凸上に積層される。反射層は粘着層や接着層を介してプリズムシート上に設けられてもよい。本発明においては、反射層を蒸着によって形成することが好ましい。これによって、プリズムの頂角や傾斜角に追従性の良い反射層を形成できることや、反射率の高い反射層を得ることができるなどのメリットがある。
反射率はJIS K 7105で定義される全光線反射率を意味する。なお、反射率は550nmで測定した値である。
光拡散層を異方性拡散層の観察面側(入射光側)に設けることが好ましい。これによって表面反射を抑えることができる。光拡散層は異方性拡散層に隣接して設けてもよいし、粘着層や接着層を介して積層してもよい。光拡散層としては、光拡散層の表面(観察面側)に凹凸を形成したものを使用することができる。凹凸を形成する方法は限定されないが、光拡散剤を樹脂バインダーに分散させることによって、表面に凹凸構造を有する光拡散層を形成することができる。
この様にして得られる光拡散層の拡散性能はヘーズ(曇り度)で表される。ヘーズが高いと強い拡散であり、ヘーズが低いと弱い拡散となる。本発明においては、JIS K 7136(プラスチック−透明材料のヘーズの求め方)で測定されるヘーズが5〜95%の範囲で広く使うことができる。ヘーズが低いと表面反射を充分抑制することができず、ギラツキによる視認性の悪化およびコントラストを低下させる。また、ヘーズが高すぎるとプリズムおよび異方性拡散媒体による外光排除が損なわれるため好ましくない。本発明における光拡散層は、表面反射を抑える程度でよく、よって必ずしも高いヘーズを必要とせず、5〜80%のヘーズが好適であり、更には、5〜50%のヘーズが好適である。
目的のヘーズを得るためには、用いる樹脂と光拡散剤の屈折率差、光拡散剤の添加量および粒子径、作製する光拡散層の厚み等を適宜調節することで作製することができる。
透明アクリル系熱可塑性樹脂シートから高圧熱プレスにより頂角90°(頂角のピッチ0.1mm)のプリズムシートを得た。
得られたプリズムシートのプリズム面に、真空蒸着装置にて厚さ約1μmのアルミ層を形成させた。
Zr(OPr)4 65.4質量部を250ml三口フラスコ中に入れ、氷浴中で冷却した。これを撹拌しながらメタクリル酸(MAA)17.2質量部を15分かけて徐々に滴下した。全量を滴下してからさらに10分間撹拌し、その後、三口フラスコを氷浴から取り出し、25℃でさらに10分間撹拌して、Zr(OPr)4/MAA(1:1)を調製した。次いで、メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン24.8質量部、ジメチルジエトキシシラン14.8質量部、ポリビニルブチラール溶液(濃度30質量%エタノール溶液)133.6質量部、トリエチレングリコールジ(2−エチルヘキサノアエート)110.6質量部を混合し、25℃で15分間撹拌して、光硬化性組成物用混合溶液を調製した。この光硬化性組成物用混合溶液に、0.1NのHCl4.50質量部を加え、濁っていた反応混合物が透明になるまで、室温で10分間撹拌した。そして、撹拌しながら、液滴下漏斗を用いて上記のZr(OPr)4/MAA(1:1)41.6質量部を徐々に加え、完全に添加した後、さらに室温で4時間撹拌した。その後、この光硬化性組成物用混合溶液に水1.9質量部を滴下し、室温で一晩撹拌した。さらに、アミンで改質したオリゴエーテルアクリレート(商品名:Crodamer UVA 421)を6.75質量部加え、次いで、イソプロパノール86.3質量部で希釈し、さらに、ポリエーテルで改質したジメチルポリシロキサン(商品名:Byk306)を6.5質量部と、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オンを6.5質量部加え、完全に均質化されるまで撹拌し、光硬化性組成物を得た。
得られた反射層付きプリズムシートの平滑面に透明性アクリル粘着剤シートをラミネータにて貼り合わせた後、粘着剤シート面と異方性拡散媒体とを貼り合わせることで、本発明の異方性拡散媒体上にプリズムシートおよび反射層が積層されてなる回帰反射性を有する反射型スクリーンを得た。
紫外線硬化型アクリレートと平均粒子径2μmの不定形シリカからなるメチルエチルケトンからなる塗料を、厚み38μmのポリエチレンテレフタレートの透明基材上に流延し、溶剤乾燥後、紫外線照射装置にて樹脂を硬化させることで、約50%のヘーズを有する光拡散シートを得た。この光拡散シートと透明性アクリル粘着剤シートを介して、実施例1の回帰反射性を有する反射型スクリーンの異方性拡散媒体側に貼り合わせることで、本発明の前記異方性拡散媒体の入射光側に、光拡散層を有する回帰反射性を有する反射型スクリーンを得た。
市販のアルミ蒸着PETフィルム(商品名:メタルミーTS)を反射層として用い、これに実施例1と同様にして得られた異方性拡散媒体とを透明性アクリル粘着剤シートを介して貼り合わせることで、プリズムシートを用いない反射型スクリーンを得た。
実施例1と同様にしてプリズムシートの作製、反射層の積層を行い、更に、実施例2と同様な作成方法で光拡散剤を増やすことでヘーズ90%の光拡散層を作製した。これらシートを透明性アクリル粘着剤シートを介して貼り合わせ、異方性拡散媒体を含まない反射型スクリーンを得た。
プリズムシートの頂角を60°とする以外は実施例2と同様にして、反射型スクリーンを得た。
プリズムシートの頂角を120°とする以外は実施例2と同様にして、反射型スクリーンを得た。
紫外線硬化型アクリレートと平均粒子径1mmの球状ガラス・ビーズからなるメチルエチルケトンからなる塗料を、厚み約100μmで全光線反射率が85%の白色ポリエチレンテレフタレートの透明基材上に流延し、溶剤乾燥後、紫外線照射装置にて樹脂を硬化させることで、ガラス・ビーズを使用した回帰反射性を有する反射型スクリーンを得た。
得られた実施例1〜6および比較例1〜5のスクリーンの構成を表1にまとめた。
得られた反射型スクリーンを以下のようにして評価した。
外光がない暗室において、スクリーンを垂直な壁に設置し、プロジェクター(2000ルーメン)の全画面が白と黒のそれぞれの画像を、プリズムの並びに対して直角となる方向(異方性拡散媒体の傾斜角の方向)に対して、0°、45°、60°となる入射角で投影し、輝度計(TOPCOM社製BM−7)にて、プロジェクター光源の入射角と平行となる角度からそれぞれ反射輝度を測定した。それぞれ測定した反射輝度は、標準白色板の反射輝度で割り、反射輝度ゲインとした。また、白画面の測定値を黒画面の測定値で割った値をコントラスト・ゲインとした。
同様にして、天井に蛍光灯のある約500Luxの明室において、同様な測定を行った。
評価結果は、反射輝度ゲインの測定結果を表2に、コントラスト・ゲインの測定結果を表3に示した。
一方、比較例1はプリズムシートを用いていないために、0°以外の入射角では反射輝度を得ることができないばかりか、拡散要素もないため、プロジェクター光を鏡のように反射するのみであり、スクリーンとしては実用性のないものであった。比較例3および4の反射型スクリーンは、プリズムシートの頂角が適切でないため、反射輝度ゲインは実施例と比較して低く実用性が劣るものであった。比較例5の反射型スクリーンは、充分な回帰反射性能を得ることができず、実用性の劣るものであった。
表2には示されていないが、比較例2は異方性拡散媒体を有していないだけであり、光源の入射角から平行となる角度への反射輝度ゲインは高いが、視野角が狭く、輝度計を該平行となる角度から少しずらすだけで反射輝度ゲインが大幅に低下することが確認されており、実用性として実施例から劣るものであった。
一方で、比較例1、3、4および5のスクリーンは、コントラストが低く実用性のないものであった。また、比較例2は暗室でのコントラストは実施例と同等であるが、明室でのコントラストは大幅に低下し、外光排除機能が低下している。
2 柱状体
3 樹脂層
10 光源
20 検出器
40 プリズムシート
41 プリズム
50 反射層
60 反射型スクリーン
Claims (4)
- 異方性拡散媒体上に、プリズムシートおよび反射層が積層されてなり、該プリズムシートの頂角が70〜110°の範囲にあることを特徴とする反射型スクリーン。
- 前記異方性拡散媒体が、法線方向に対して0〜80°に傾斜した柱状構造を有することを特徴とする請求項1に記載の反射型スクリーン。
- 前記異方性拡散媒体の入射光側に、光拡散層が設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の反射型スクリーン。
- 前記プリズムシートの少なくとも一方の面に、前記反射層が隣接して積層されてなることを特徴とする請求項1または2に記載の反射型スクリーン。
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