JP2011013537A - スクリーンおよびプロジェクションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程を減らすことができ、より安価にコントラストを向上させた画像を得るためのスクリーンを提供することを目的とする。
【解決手段】基材２と、基材２の一面に設けられた第１吸収散乱層４と、を備え、第１吸収散乱層４は、入射光のうち一部の波長の光を吸収する色材９ｙを含み、色材９ｙは、可視光領域に極大吸収波長を有するとともに、可視光領域の波長を有する光をミー散乱させる大きさを有することを特徴とするスクリーン。
【選択図】図２

Description

本発明は、スクリーンおよびプロジェクションシステムに関するものである。

従来、プロジェクター（投射型表示装置）を用いた展示会や学会、会議等のプレゼンテーションや、あるいはホームシアター等の映像視聴のための拡大画像の投射面として、各種のスクリーンが用いられている。

従来のスクリーンは、例えば反射型スクリーンの場合、プロジェクターからの投射光を反射して投射画像を表示すると同時に、照明の光や窓から入る太陽光など使用環境に由来する外光をも反射してしまうため、明るい場所では「白（最大輝度）」と「黒（最小輝度）」の輝度比であるコントラストが低く、鮮明な画像表示が難しいという問題があった。そこで、太陽光、照明光等、コントラスト低下の原因となる外光の影響を抑制して最小輝度を下げることにより、明室での高コントラスト化を実現することを目的としたスクリーンの開発が進められている。

このようなスクリーンとして、光を吸収する染料や顔料を含む光吸収層を設け、不要な外光を吸収する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１０７８２８号公報

上記特許文献に記載された構成では、光の入射側から散乱層、光吸収層の順に層構造が形成されている。しかし、このような構成では、散乱層表面における後方散乱により、外光吸収前の波長成分が視認側（観察者側）に反射するため、光吸収層によるコントラスト向上の効果が不十分であり、色純度が低下する。また、散乱層が含有する散乱材は高コストなものが多い上、散乱層を設けるための工程が必要なために工程数が増加し、スクリーンの製造コストの増加の原因ともなっていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、より安価に高コントラストな画像を得るためのスクリーンを提供することを目的とする。また本発明は、このようなスクリーンを有するプロジェクションシステムを提供することをあわせて目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の第１のスクリーンは、基材と、前記基材の一面に設けられた第１色材層と、を備え、前記第１色材層は、入射光のうち一部の波長の光を吸収する第１の色材を含み、前記第１の色材は、可視光領域に極大吸収波長を有するとともに、可視光領域の光をミー散乱させる大きさを有することを特徴とする。

この構成によれば、外光スペクトルのうち、第１の色材の極大吸収波長と重なる光を吸収し、可視光領域の外光成分を低減させることができる。また、第１の色材を散乱源として用いることにより、入射光に散乱性を付与し視野角を広げる機能を有する散乱層を別途設ける必要がない。そのため、別途散乱層を形成する場合と比べ、製造工程を減らすことができる。

さらに、第１の色材で生じるミー散乱は、前方散乱光が優位に生じるため、第１の色材に照射される光は前方（入射光の入射方向）に多く散乱することとなる。そのため、例えば反射型スクリーンに適用した場合、第１の色材で吸収されない外光が、後方（視認側）に散乱し観察者に達する割合が低減する。これらより、良好に投射画像のコントラストが向上したスクリーンを安価に提供することができる。

本発明の第１のスクリーンにおいては、前記第１色材層のバインダー樹脂は、前記第１の色材と異なる屈折率を有することが望ましい。
この構成によれば、第１の色材とバインダー樹脂との屈折率差に応じて、第１の色材とバインダー樹脂との間で可視光領域の光に良好にミー散乱を生じさせることができる。そのため、第１色材層に所望の散乱性を持たせることが容易となり、良好に投射画像のコントラストが向上したスクリーンを提供することができる。

本発明においては、前記基材と前記第１色材層との間に、前記入射光を反射させる反射層を有することが望ましい。
この構成によれば、第１色材層を透過した投射光を反射させ、視認側に戻すことができる。したがって、良好なコントラスト向上を実現した反射型のスクリーンとすることができる。

本発明の第１のスクリーンにおいては、前記第１色材層に対し視認側とは反対側に、入射光のうち一部の波長の光を吸収する第２の色材を含む第２色材層を有し、前記第２の色材は、可視光領域に極大吸収波長を有するとともに、可視光領域の波長を有する光をレイリー散乱させる大きさを有することが望ましい。
この構成によれば、外光スペクトルのうち、第２の色材の極大吸収波長と重なる光を吸収し、可視光領域の外光成分を低減させることができる。また、第２の色材で生じるレイリー散乱では、等方的に散乱し、前方散乱光と後方散乱光とが生じるため、第２の色材に照射される光は前方および後方に同程度散乱することとなる。そのため、第２色材層に達した投射光が、視認側に散乱し観察者に達する。したがって、良好に投射画像のコントラストが向上したスクリーンを提供することができる。

本発明の第１のスクリーンにおいては、前記第２色材層のバインダー樹脂は、前記第２の色材と異なる屈折率を有することが望ましい。
この構成によれば、第２の色材とバインダー樹脂との屈折率差に応じて、第２の色材とバインダー樹脂との間で可視光領域の光に良好にレイリー散乱を生じさせることができる。そのため、第２色材層に所望の散乱性を持たせることが容易となり、良好に投射画像のコントラストが向上したスクリーンを提供することができる。

また、本発明の第２のスクリーンは、基材と、前記基材の一面に設けられた第１色材層と、前記基材と前記第１色材層との間に設けられた第２色材層と、を備え、前記第１色材層および前記第２色材層には、入射光のうち一部の波長の光を吸収する色材を含み、前記色材は、可視光領域に極大吸収波長を有するとともに、可視光領域の波長を有する光をミー散乱させる大きさを有し、前記第２色材層は、前記第１色材層よりも前記色材の濃度が大きいことを特徴とする。
この構成によれば、外光スペクトルのうち、色材の極大吸収波長と重なる光を吸収し、可視光領域の外光成分を低減させることができる。また、第１色材層と第２色材層とにおける色材の濃度を変化させることにより、同一の色材を用いながら散乱状態を異ならせ、入射光に散乱性を付与し視野角を広げる機能と、入射方向と反対方向に入射光を戻す機能と、を制御することができる。したがって、少ない材料を用いて、良好に投射画像のコントラストが向上したスクリーンを提供することができる。

また、本発明の第２のスクリーンにおいては、前記第１色材層および前記第２色材層のバインダー樹脂は、前記色材と異なる屈折率を有することが望ましい。
この構成によれば、色材とバインダー樹脂との間で可視光領域の光に良好にミー散乱を生じさせることができ、同一の色材を用いながら色材の濃度差に起因して、第１色材層と第２色材層との間で散乱状態を異ならせることが容易となる。そのため、良好に投射画像のコントラストが向上したスクリーンを提供することができる。

本発明においては、前記基材と前記第２色材層との間に、前記入射光を反射させる反射層を有することが望ましい。
この構成によれば、第２色材層を透過した投射光を反射させ、視認側に戻すことができる。したがって、良好なコントラスト向上を実現した反射型のスクリーンとすることができる。

また、本発明のプロジェクションシステムは、上記本発明のスクリーンと、前記スクリーンに画像を投射するプロジェクターと、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、低出力のプロジェクターを用いても均一で明るい投射画像が得られるため、画像品位を保ちつつ低消費電力のプロジェクションシステムを実現できる。

本発明のスクリーンおよびプロジェクションシステムを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るスクリーンの説明図である。 本実施形態で用いる色材を説明する説明図である。 本発明の第２実施形態に係るスクリーンの説明図である。

［第１実施形態］
以下、図１〜図３を参照しながら、本発明の第１実施形態に係るスクリーンについて説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法の比率などは適宜異ならせてある。

図１は、本実施形態のスクリーン１Ａの概略構成、および本実施形態のプロジェクションシステムＰＳを示す斜視図である。

図に示すように、本実施形態のスクリーン１Ａは、反射型のスクリーンであり、被投射面１ａに、外光ＯＬを選択的に吸収する色材を含む第１吸収散乱層（第１色材層）４と、第１吸収散乱層４の裏側（視認側とは反対側）に設けられた反射層３と、を有している。

また、スクリーン１Ａは、正面側前方の斜め下に配置された近接投射型のプロジェクター（投射型表示装置）ＰＪから投射される投射光Ｌを正面に反射するため、横長矩形状の平面視形状を呈している。プロジェクションシステムＰＳは、スクリーン１ＡにプロジェクターＰＪを加えた構成となっている。

本発明のスクリーン１Ａは、被投射面１ａに投射される投射光Ｌを良好にスクリーン１Ａの前面に反射すると共に、外光ＯＬを第１吸収散乱層４で吸収することで、高コントラストな画像表示が可能なスクリーンとなっている。以下、詳細に説明する。

図２は、スクリーン１Ａの説明図であり、図１の線分Ａ−Ａ’における矢視断面図である。

図に示すように、スクリーン１Ａは、基材２上に設けられた反射層３と、反射層３上に設けられた第２吸収散乱層（第２色材層）５と、第２吸収散乱層５を覆って視認側に設けられた第１吸収散乱層４と、第１吸収散乱層４を覆って前面に設けられた反射防止層６と、を有している。各層の間には、不図示の接着層を有することとしても構わない。

基材２は、光を吸収するフィラーとバインダー樹脂とからなる黒色の光吸収材を用いて形成されたものである。フィラーは、自然光または白色光を吸収するものであって、カーボンブラック等の顔料や黒色色素粒子等からなっている。バインダー樹脂としては、熱可塑性樹脂が用いられ、好ましくは弾性のある熱可塑性エラストマーが用いられている。具体的には、ウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、塩化ビニル系樹脂などが好適に用いられる。また、基材２には、フィラーやバインダー樹脂以外の添加剤として、硬化剤や帯電防止剤、防汚処理剤、バインダー樹脂の劣化を防ぐ紫外線吸収剤などが添加されていてもよい。

なお、この基材２は、図示しない支持材上に設けてもよい。この支持材としては、フィルムなどの柔軟性を有するもので、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などによって形成されている。また、支持材の裏面側（基材２と反対の側）に、例えばアルミ複合板などを貼設することにより、スクリーン１Ａの強度を高めるようにしてもよい。

反射層３は、一般的なスクリーンで用いられている光反射性の材料を用いて形成することができる。このような材料としては、例えば、アルミニウムや銀などの金属材料が挙げられ、蒸着法等の気相法や、金属微粒子を分散させたバインダー樹脂からなるインクを用いた吹付法等の液相法により形成することができる。

第１吸収散乱層４および第２吸収散乱層５には、それぞれ可視光領域に極大吸収波長を有する色材９が含まれている。本実施形態のスクリーン１Ａでは、少なくとも２種の大きさの色材（第１の色材）９ｘ、色材（第２の色材）９ｙを用いる。色材９ｘは、可視光領域の波長を有する光をレイリー散乱させる大きさを有し、色材９ｙは、可視光領域の波長を有する光をミー散乱させる大きさを有している。

色材９ｘ，９ｙは、プロジェクターＰＪの光源の輝線スペクトルと重ならない位置に吸収ピークを示す吸収波長帯域を有していることが好ましい。すなわち、投射光Ｌの発光波長以外を吸収するスペクトルを持つものであることが好ましい。色材９ｘ、９ｙがこのような吸収スペクトルを有することにより、第１吸収散乱層４および第２吸収散乱層５では、良好に投射光Ｌを透過し、外光ＯＬを吸収して低減させることができる。

図３は、色材９ｘ，９ｙに照射される光の挙動を説明する模式図である。ここでは、色材９ｘ，９ｙに照射される光として、投射光Ｌおよび外光ＯＬが挙げられる。

まず、投射光Ｌまたは外光ＯＬが色材９ｘに照射されると、色材９ｘは、これら入射光をレイリー散乱させるため、等方的に散乱光が生じる。すなわち、前方散乱光ＦＬと後方散乱光ＢＬとが生じる。

対して、投射光Ｌまたは外光ＯＬが色材９ｙに照射されると、色材９ｙは、これら入射光をミー散乱させるため、主として前方散乱光ＦＬが生じる。図では、色材９ｙとして一個の球状の粒子として示しているが、色材９ｙは、より小さな粒子（１次粒子）が、ミー散乱させる大きさに凝集した凝集体（２次粒子）であることとしても良い。

このような大きさを有する色材９ｘ，９ｙは、例えば、大粒径または塊状の色材を、機械的に磨砕することにより微細化する方法によって作成する。このような方法としては、湿式法と呼ばれる、研磨剤と有機溶剤の共存下で大粒径または塊状の色材を磨砕する方法を好適に用いることができる。

また、合成または重合した色材を単離する際に、適切な凝集剤を添加して凝集体として単離することにより、２次粒子の大きさの色材を得ることとしても良い。あるいは、乳化重合やマイクロサスペンジョン重合や懸濁重合などの重合法を用い、反応系に由来する粒子径を有する色材を直接重合して得ることとしても構わない。

さらには、合成または重合し単離した色材を、有機溶剤に溶解させたり、あるいは昇華させたりすることにより、微粒子状態で析出させる方法を用いることもできる。

第１吸収散乱層４および第２吸収散乱層５には、上述したような色材９ｘ，９ｙが含まれている。

まず、第２吸収散乱層５は、外光ＯＬを吸収する機能と、投射光Ｌを拡散させて水平視野角を広げる偏向機能と、投射光Ｌを視認側に反射する反射機能と、を有する。第２吸収散乱層５では、形成材料として、無色で透光性のバインダー樹脂中に色材９ｘが分散させられたものを用いることができ、色材９ｘを、光を散乱させるための散乱源、および外光ＯＬを吸収するための吸収成分として用いる。第２吸収散乱層５の反射機能については後述する。

第２吸収散乱層５のバインダー樹脂は、色材９ｘと異なる屈折率を有することとしている。バインダー樹脂としては、例えば、透光性を有するウレタン系樹脂やアクリル系樹脂が好適に用いられる。

第１吸収散乱層４は、外光ＯＬを吸収する機能と、投射光Ｌを拡散させて水平視野角を広げる偏向機能と、を有する。この第１吸収散乱層４は、色材９ｙを分散させた樹脂材料を用いて形成されている。色材９ｙは、プロジェクターＰＪの光源の輝線スペクトルと重ならない位置に吸収ピークを示す吸収帯を有している。色材９ｙも、色材９ｘと同様、光を散乱させるための散乱源、および外光ＯＬを吸収するための吸収成分として用いる。また、第１吸収散乱層４のバインダー樹脂も、第２吸収散乱層５と同様に、色材９ｙと異なる屈折率を有することとしており、例えば、透光性を有するウレタン系樹脂やアクリル系樹脂が好適に用いられる。

第１吸収散乱層４および第２吸収散乱層５が、色材９ｘ，９ｙの性質により偏向機能を具備するため、別途水平視野角を広げるために拡散層を設ける必要がなく、製造工程数を減らすことができる。

用いる色材９ｘまたは色材９ｙは、それぞれ１種類であってもよく、また２種以上の色材９ｘまたは色材９ｙを混合して用いることとしても構わない。２種以上の色材９ｘ，９ｙを混合して用いることで、複数の波長の光を良好に吸収することが可能となる。

反射防止層６は、例えば、樹脂等の可撓性を有し屈折率が異なる２種類の透明な材料が、交互に複数層積層して形成されている。反射防止層６としては通常知られた構成のものを用いることができ、反射防止層６を構成する複数の層はそれぞれ、第１吸収散乱層４の表面における投射光Ｌや外光ＯＬの反射を防止するように屈折率が調整されている。この反射防止層６の表面が反射スクリーン１Ａの被投射面１ａとなっている。

このような第１吸収散乱層４、第２吸収散乱層５を有するスクリーン１Ａの機能について、図２を用いて説明する。

スクリーン１Ａに、上述のプロジェクターＰＪを用いて画像を投射すると、プロジェクターＰＪの投射光Ｌは、反射防止層６を介して第１吸収散乱層４に達する。第１吸収散乱層４には、可視光領域の光をミー散乱させる大きさの色材９ｙが分散しており、投射光Ｌは当該色材９ｙに照射される。すると、投射光Ｌは前方（スクリーン深部方向）に散乱し、水平視野角を広げながら第２吸収散乱層５に達する。

第２吸収散乱層５には、可視光領域の光をレイリー散乱させる大きさの色材９ｘが分散しており、投射光Ｌは当該色材９ｘに照射される。すると、投射光Ｌは、前方および後方に散乱する。

第２吸収散乱層５における前方散乱光は、反射層３に達して反射した後、第２吸収散乱層５、第１吸収散乱層４、反射防止層６を順に透過して、観察者Ｖに達する。また、第２吸収散乱層５における後方散乱光は、第１吸収散乱層４、反射防止層６を順に透過して、観察者Ｖに達する。

ここで、色材９ｘ，９ｙの吸収スペクトルは、投射光Ｌの発光波長以外を吸収するスペクトルを有しているため、投射光Ｌは色材９ｘ，９ｙにほぼ吸収されること無く第１吸収散乱層４、第２吸収散乱層５を透過する。

対して、外光ＯＬについては、反射防止層６を介して第１吸収散乱層４に達した際に、第１吸収散乱層４に含まれる色材９ｙにより一部が吸収される。更に、色材９ｙでは、吸収されなかった外光ＯＬをミー散乱させ、主として前方散乱光を生じさせるため、第１吸収散乱層４において色材に吸収されずに視認側に反射する散乱光が極めて少なくなり、コントラスト低下を抑制することができる。

また、第１吸収散乱層４を透過して第２吸収散乱層５に達した外光ＯＬは、第２吸収散乱層５に含まれる色材９ｘにより更に吸収される。さらに、色材９ｘでは、吸収されなかった外光ＯＬをレイリー散乱させ、等方的に前方散乱光と後方散乱光とを生じる。これらのうち前方散乱光については、反射層３で反射した後に再度第２吸収散乱層５を透過する際に色材９ｘによって吸収され、後方散乱光については、再度第１吸収散乱層４を透過する際に色材９ｙによって吸収されるため、良好に外光ＯＬの影響を減らすことができる。

したがって、以上のような構成のスクリーン１Ａによれば、良好に投射画像のコントラストを向上させ、高品位な画像表示を実現することができる。

また、このスクリーン１Ａを用いたプロジェクションシステムＰＳでは、低出力のプロジェクターＰＪを明室にて使用したとしても均一で明るい投射画像が得られるため、画像品位を保ちつつ低消費電力のプロジェクションシステムＰＳを実現できる。

なお、本実施形態においては、色材９ｘ，９ｙを同じ形成材料を用いて形成することとしたが、異なる形成材料を用いることとしても良い。その場合、色材９ｘ，９ｙが有する色材が、それぞれ異なる波長の光を吸収するとしても、色材９ｘ，９ｙが協働して目的とする外光吸収を実現できるように、色材９ｘ，９ｙが有する色材の種類や配合を調整することが望ましい。

また、本実施形態においては、第２吸収散乱層５を有する構成としているが、第２吸収散乱層５を用いない構成とすることもできる。このような構成であっても、第１吸収散乱層４の色材９ｙにおいて外光ＯＬを吸収し、且つ投射光Ｌを前方に散乱させながら透過させる。透過した投射光Ｌは反射層３で反射し、再度色材９ｙで散乱されながら観察者Ｖに達するため、良好なコントラスト向上を実現した反射型のスクリーンとすることができる。

［第２実施形態］
図４は、本発明の第２実施形態に係るスクリーン１Ｂの説明図である。本実施形態のスクリーン１Ｂは、第１実施形態のスクリーン１Ａと一部共通している。異なるのは、第２吸収散乱層５に分散する色材が、第１吸収散乱層４内に分散する色材９ｙと同じものであり、第１吸収散乱層４と第２吸収散乱層５とでは、色材９ｙの濃度が異なることである。したがって、本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

図に示すように、本実施形態の第２吸収散乱層５には、可視光領域の光をミー散乱させる大きさの色材９ｙが分散している。また、第１吸収散乱層４と第２吸収散乱層５とを比較すると、第２吸収散乱層５の方が、色材９ｙの可視光領域の光について多重散乱が生じる程度に分散濃度が高くなっている。

このような第２吸収散乱層５においては、多重散乱の結果、視認側に散乱する散乱光が増加するため、ミー散乱を生じさせる粒径の色材９ｙを用いていても、後方散乱を生じさせた場合と同様の効果を得ることができる。

したがって、以上のような構成のスクリーン１Ｂでは、同じ色材９ｙを含む２つの吸収散乱層において、各層の色材の分散濃度を制御することにより、所望の散乱特性を実現させ、良好に投射画像のコントラストを向上させて、高品位な画像表示を実現することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

上述の実施形態においては、スクリーンとして反射型スクリーンを示して説明したが、透過型スクリーンにも適用することができる。その場合、光透過性を有する基材を用いると共に、反射層を設けないといった、必要に応じた仕様変更をすることにより、色材を散乱源として用いた透過型スクリーンとすることができる。

１Ａ，１Ｂ…スクリーン、１ａ…被投射面、３…反射層、４…第１吸収散乱層（第１色材層）、５…第２吸収散乱層（第２色材層）、９…色材、９ｘ…色材（第１の色材）、９ｙ…色材（第２の色材）、Ｌ…投射光、ＯＬ…外光、ＰＪ…プロジェクター、ＰＳ…プロジェクションシステム、

Claims (9)

1. 基材と、
   前記基材の一面に設けられた第１色材層と、を備え、
   前記第１色材層は、入射光のうち一部の波長の光を吸収する第１の色材を含み、
   前記第１の色材は、可視光領域に極大吸収波長を有するとともに、可視光領域の光をミー散乱させる大きさを有することを特徴とするスクリーン。
2. 前記第１色材層のバインダー樹脂は、前記第１の色材と異なる屈折率を有することを特徴とする請求項１に記載のスクリーン。
3. 前記基板と前記第１色材層との間に、前記入射光を反射させる反射層を有することを特徴とする請求項１または２に記載のスクリーン。
4. 前記第１色材層に対し視認側とは反対側に、入射光のうち一部の波長の光を吸収する第２の色材を含む第２色材層を有し、
   前記第２の色材は、可視光領域に極大吸収波長を有するとともに、可視光領域の波長を有する光をレイリー散乱させる大きさを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のスクリーン。
5. 前記第２色材層のバインダー樹脂は、前記第２の色材と異なる屈折率を有することを特徴とする請求項４に記載のスクリーン。
6. 基材と、
   前記基材の一面に設けられた第１色材層と、
   前記基材と前記第１色材層との間に設けられた第２色材層と、を備え、
   前記第１色材層および前記第２色材層には、入射光のうち一部の波長の光を吸収する色材を含み、
   前記色材は、可視光領域に極大吸収波長を有するとともに、可視光領域の波長を有する光をミー散乱させる大きさを有し、
   前記第２色材層は、前記第１色材層よりも前記色材の濃度が大きいことを特徴とするスクリーン。
7. 前記第１色材層および前記第２色材層のバインダー樹脂は、前記色材と異なる屈折率を有することを特徴とする請求項６に記載のスクリーン。
8. 前記基材と前記第２色材層との間に、前記入射光を反射させる反射層を有することを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載のスクリーン。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載のスクリーンと、前記スクリーンに画像を投射するプロジェクターと、を備えることを特徴とするプロジェクションシステム。

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