JP2011090026A - 反射スクリーンの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】精度よく反射部と外光吸収部とを区分する反射スクリーンの製造方法を提供する。
【解決手段】スクリーン基板１０の観察面の法線に対して垂直方向および水平方向に凹部１１からなる単位形状部が複数形成され、凹部１１は投影光を反射する投影光反射部１２と、外光を吸収する外光吸収部１３と、を備え、スクリーン基板１０の観察面に向けて投射された投影光を、観察面側に反射する反射スクリーンの製造方法であって、光吸収性を有するスクリーン基板１０に複数の凹部１１を形成する単位形状部形成工程と、凹部１１に反射層２６を形成する反射層形成工程と、反射層２６の一部にレーザー光ＬＢを照射して反射層２６を剥離する反射層剥離工程と、を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、投影光を入射させて用いる反射スクリーンの製造方法に関する。

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。例えば、特許文献１には、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からなる単位形状部において、投影光が入射される部分に反射面と外光を吸収する部分に外光吸収面を有する反射スクリーンが開示されている。

特開２００９−１５１９６号公報

特許文献１によれば、単位形状部の反射面は反射性塗料をスプレーコート法により吹き付けて形成されている。しかしながら、吹き付けた塗料が単位形状部の他の部分に飛び散ることがある。この単位形状部の反射面以外の部分は、外光を吸収する外光吸収面であり、この面に反射性の塗料が存在すると反射スクリーンの光学特性が損なわれてしまうという課題がある。
また、精度よく反射面と外光吸収面とを区分するためにフォトリソグラフィー技術を用いた場合、大規模な設備が必要であり、長い工程を経るためコストがかかるという問題がある。

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の製造方法は、スクリーン基板の観察面の法線に対して垂直方向および水平方向に凹部または凸部からなる単位形状部が複数形成され、前記単位形状部は、投影光を反射する投影光反射部と、外光を吸収する外光吸収部と、を備え、前記スクリーン基板の観察面に向けて投射された投影光を、観察面側に反射する反射スクリーンの製造方法であって、光吸収性を有する前記スクリーン基板に複数の前記単位形状部を形成する単位形状部形成工程と、前記単位形状部に反射層を形成する反射層形成工程と、前記反射層の一部にレーザーヘッドからレーザー光を照射して前記反射層を剥離する反射層剥離工程と、を含むことを特徴とする。

この反射スクリーンの製造方法によれば、単位形状部の反射層にレーザー光を照射して、この反射層の一部を剥離する。反射層を剥離した部分は光吸収性を有するスクリーン基板が露出して外光吸収部が形成され、また、残った反射層が投影光反射部となる。
このように、単位形状部の投影光反射部と外光吸収部とが精度よく形成でき、外光の存在する中でもコントラストに優れ、光学特性が良好な反射スクリーンを得ることができる。
また、この反射スクリーンの製造方法によれば、簡単な方法で投影光反射部と外光吸収部とを精度よく区分できることから、工程の複雑なフォトリソグラフィー技術などを用いる必要がなく、コストを低減することが可能である。

［適用例２］上記適用例にかかる反射スクリーンの製造方法において、前記反射層剥離工程が、前記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位置から斜めにレーザー光を照射することが望ましい。

この反射スクリーンの製造方法によれば、斜めにレーザー光を照射することで、凹部または凸部の投影光が照射される部分とは反対の部分（外光を吸収する部分）に合わせて、部分的に反射層を剥離することが容易である。

［適用例３］上記適用例にかかる反射スクリーンの製造方法において、前記反射層剥離工程が、前記レーザーヘッドを走査しながらレーザー光を照射することが望ましい。

この反射スクリーンの製造方法によれば、レーザーヘッドを傾けて走査しながらレーザー光を照射することができることから、一つのレーザーヘッドで広範囲に加工ができ、レーザー加工の自由度が向上する。

［適用例４］上記適用例にかかる反射スクリーンの製造方法において、前記反射層剥離工程で使用するレーザーが、ＹＡＧレーザーまたはＹＶＯ₄レーザーであることが望ましい。

この反射スクリーンの製造方法によれば、ＹＡＧレーザーまたはＹＶＯ₄レーザーを利用することで、反射層の剥離が容易であり、また、反射層の剥離の際に、スクリーン基板に大きな損傷を与えることがない。

［適用例５］上記適用例にかかる反射スクリーンの製造方法において、前記スクリーン基板が樹脂であることが望ましい。

この反射スクリーンの製造方法によれば、スクリーン基板が樹脂であることから、反射層にレーザー光を照射して反射層を剥離する際に、樹脂表面も加工されて表面が少し粗くなり、外光の吸収を向上させる効果が生じる。

本実施形態にかかる反射スクリーンと光源との位置関係を示す断面図。 本実施形態における反射スクリーンの正面図。 本実施形態における凹部の形状を示す拡大図。 反射スクリーンの垂直方向の断面を示す断面図。 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。 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。 レーザー光の照射方法を説明する模式図。 レーザー光の照射方法を説明する模式図。 レーザー光の照射方法を説明する模式図。

以下、本発明を具体化した実施形態について近接プロジェクター用の反射スクリーンを例にとり、図面に従って説明する。なお、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、これら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。
（実施形態）

＜反射スクリーンの構成＞
図１は本実施形態にかか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１、図２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。そして、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。
スクリーン基板１０の基材は、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタート（ＰＥＴ）、エポキシなどの樹脂を用いて形成され可撓性を有している。そして、スクリーン基板１０は、染色等によって全体が黒色の光吸収材によって着色され、可視光を吸収可能に形成されている。なお、このスクリーン基板１０は、樹脂に黒色顔料を混ぜたものであってもよいし、透明基材の片面もしくは両面に黒色の塗装、コーティングしたものであってもよい。

反射スクリーン１００はスクリーン基板１０の観察面１００ａ側に単位形状部としての凹部が複数備えられている。
図３はスクリーン基板に形成された凹部の平面形状を示し、図１のＡ部拡大図である。図４は反射スクリーンの垂直方向の断面を示す断面図であり、図３のＢ−Ｂ断線に沿う概略断面図である。

図３に示すように、スクリーン基板１０の表面には凹部１１が複数形成され、格子状にそれぞれが互いに接して配置されている。
単位形状部としての一つの凹部１１は、図４に示すように、断面が半球状の面を有し投影光を反射する投影光反射部１２と、外光を吸収する外光吸収部１３とを備えている。
投影光反射部１２は効率よく投影光を反射させるために、アルミニウム（Ａｌ）等の反射性を有する材料により反射層が形成されている。この反射層はスパッタ法または蒸着法により膜厚が１０ｎｍ〜５μｍとなるように成膜されている。
外光吸収部１３は、スクリーン基板１０の基材が露出し、この基材が黒色の光吸収材によって着色されていることから光を吸収できるように構成されている。
なお、凹部１１の半球の直径としては例えば２０μｍ〜２００μｍ程度に形成されている。

さらに、図示しないが、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が形成されても良い。保護層は、例えば、樹脂などの可撓性を有する材料で形成することができる。
そして、保護層の上でスクリーン基板１０の観察面１００ａ側の最表面には、反射防止膜が形成されても良い。反射防止膜は、保護層と同様な材料で形成され、保護層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との間で屈折率が調整されていることが好ましい。

＜反射スクリーンの作用＞
このような反射スクリーン１００は、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、反射スクリーン１００に映像が映しだされる。

観察面１００ａに対して斜めに入射した投影光ＬＰは、図４に示すように、凹部１１内に形成された投影光反射部１２に入射する。投影光反射部１２には反射層が形成されており、投影光ＬＰは反射スクリーン１００の観察面１００ａ側に反射光Ｌｒが反射される。なお、投影光ＬＰは凹部１１の縁に遮られて、外光吸収部１３には投影光ＬＰは入射しない。

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、凹部１１の外光吸収部１３に入射する。そして、凹部１１の外光吸収部１３に到達した外光Ｌｏは外光吸収部１３に吸収される。なお、外光Ｌｏは凹部１１の縁に遮られて、投影光反射部１２に入射することはない。

このように、反射スクリーン１００は、投影光反射部１２で投影光ＬＰを反射し、外光吸収部１３で外光Ｌｏを充分に吸収でき、室内の照明などの外光Ｌｏ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できる。

＜反射スクリーンの製造方法＞
次に上記のような構成の反射スクリーンの製造方法の一例について説明する。
図５、図６は反射スクリーンの製造方法を示す工程図である。
図５（ａ）に示すように、ソーダガラスなどのガラス基板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）膜をスパッタリング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、ガラス基板２０の表面をサンドブラスト加工し、ガラス基板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程度の開口部２２を形成する。開口部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５（ｂ）に示すように、マスク２１に開口部２２が形成されたガラス基板２０をエッチング液に所定の時間だけ浸漬して、ガラス基板２０に半球状の凹部２３を形成する。エッチング液により開口部２２を介してガラス基板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。
続いて、ガラス基板２０からマスク２１を剥離することで、ガラス基板２０は元転写型として完成する。

次に、図５（ｃ）に示すように、元転写型としてのガラス基板２０を用いて、ニッケル（Ｎｉ）などの金属材料で電鋳型２５を製作する。
そして、図５（ｄ）に示すように、電鋳型２５の形状をポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）シートなどのスクリーン基板１０に熱および圧力を加えて転写する。このようにして、スクリーン基板１０に単位形状部である凹部１１が複数形成される（単位形状部形成工程）。
ここではスクリーン基板１０として光吸収材料を含む黒色のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）シートが用いられる。

次に、図６（ａ）に示すように、スクリーン基板１０表面の全面にアルミニウム（Ａｌ）膜などの反射層２６を形成する（反射層形成工程）。
反射層２６は、スクリーン基板１０に反射材料を蒸着またはスパッタリングすることで形成することができる。また、必要に応じて、反射層２６とスクリーン基板１０との密着力を確保するために、成膜の前にスクリーン基板１０の表面をＩＰＡ（イソプロピルアルコール）による洗浄や大気プラズマ、コロナ放電などを用いて表面改質を行ってもよい。さらに、反射層２６の表面にＳｉＯ₂などの保護膜を設けてもよい。
なお、反射材料をスクリーン基板１０表面にスプレーして反射層２６を形成してもよい。

続いて、図６（ｂ）に示すように、スクリーン基板１０の反射層２６に対して斜めの位置からレーザーヘッド３０を介してレーザー光ＬＢを照射する。スクリーン基板１０に対して斜めの位置とは、スクリーン基板１０の観察面の法線に対して垂直方向にずれた位置であり、投影光を照射する方向とは逆の方向に相当する。
反射層２６にレーザー光ＬＢを照射することで反射層２６が剥離し、スクリーン基板１０の基材が露出する（反射層剥離工程）。この、凹部１１の反射層２６を剥離した部分が外光吸収部１３となり、残された反射層２６が投影光反射部１２となる。

また、凹部１１に対して斜めから入射するレーザー光ＬＢは、凹部１１の縁に遮られて投影光反射部１２とする部分には入射しないため、確実に投影光反射部１２を残すことが可能である。このように、レーザー光ＬＢの直進性を利用して、レーザー光ＬＢを斜めから照射することで、反射層２６の選択的な剥離を容易に制御できる。
なお、レーザーの種類としてはＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザーまたはＹＶＯ₄（イットリウム・バナデイト）レーザーが用いられる。なお、発明者はＹＶＯ₄レーザーとして、（株）キーエンス製ＭＤ−Ｖ９９００シリーズのレーザー装置を用い、レーザースポット径６０μｍにて、反射層２６を剥離できることを確認している。
これらのＹＡＧレーザーまたはＹＶＯ₄レーザーを利用することで、アルミニウムなどの反射層２６の剥離が容易であり、特にスクリーン基板１０が樹脂の場合には、反射層２６を剥離する際に樹脂表面も加工されて表面が少し粗くなり、外光の吸収を向上させる効果が生じる。

そして、順次レーザー光ＬＢを反射層２６に照射して反射層２６を剥離し、凹部１１内に外光吸収部１３が形成され、図６（ｃ）に示すような反射スクリーン１００が製作される。
さらに、スクリーン基板１０の凹部１１を充填するように樹脂などの可撓性を有する材料で保護層を形成し、その上に反射防止膜を形成しても良い。
また、上記の反射スクリーン１００の製造方法では元転写型としてのガラス基板２０を用いて電鋳型２５を形成したが、このガラス基板２０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を用いた２Ｐ転写法によりポリエチレンテレフタート（ＰＥＴ）シートまたはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）シートに形状を転写しても良い。

このように、本実施形態の反射スクリーンの製造方法によれば、凹部１１の投影光反射部１２と外光吸収部１３とが精度よく形成でき、外光の存在する中でもコントラストに優れ、光学特性が良好な反射スクリーン１００を得ることができる。
また、この製造方法を用いれば、簡単な方法で投影光反射部１２と外光吸収部１３とを精度よく形成できることから、工程の複雑なフォトリソグラフィー技術などを用いる必要がなく、コストを低減することが可能である。

なお、反射層２６へのレーザーヘッド３０からのレーザー光ＬＢの照射において、図７に示すように、スクリーン基板１０の表面に対して垂直方向から照射してもよい。
この場合、レーザー光ＬＢを照射する位置を予めレーザー加工装置のプログラムに設定しておくことで、所望の位置に加工を施すことができる。

＜レーザー光照射方法＞
レーザー光照射において、レーザーヘッドを走査しながらレーザー光を照射することが可能であり、次に、その実施の具体例について説明する。
図８、図９はレーザーヘッドを走査しながらレーザー光を照射する方法を説明する模式図である。

図８に示すように、スクリーン基板３１は長尺のシート状に形成され、連続してレーザー加工が可能なように２つのローラー３２の間に配置され、スクリーン基板３１の平面度を確保するためにテンションを付加して静止している。
レーザーヘッド３０はスクリーン基板３１の上方に配置され、レーザー光ＬＢの走査ラインＳ１に対して傾き角θを保って固定されている。この傾き角θはスクリーン基板３１表面の凹部の形状などにより適宜調整される。このように、レーザーヘッド３０からのレーザー光ＬＢはスクリーン基板３１の送り方向Ｔに対して交差する方向に走査が可能であり、スクリーン基板３１対して斜め方向からの照射ができる。

例えば図中において左から右にレーザーヘッド３０を傾けてレーザー光ＬＢを走査して、スクリーン基板３１の反射層を剥離していく。１回の走査が終了すると、スクリーン基板３１を送り方向Ｔに送り静止する。そして、再びレーザーヘッド３０がレーザー光ＬＢを走査する。このことを繰り返すことで、スクリーン基板３１にレーザー加工が行われ反射スクリーンが製造される。

次に、図９に示すレーザー照射方法について説明する。
図８と同様に、スクリーン基板３１は長尺のシート状に形成され、連続してレーザー加工が可能なように２つのローラー３２の間に配置され、テンションを付加して静止している。
複数のレーザーヘッド３０はスクリーン基板３１の上方に配置され、レーザー光ＬＢの走査ラインＳ２に対して傾き角θを保って固定されている。この傾き角θはスクリーン基板３１表面の凹部の形状などにより適宜調整される。このように、レーザーヘッド３０からのレーザー光ＬＢはスクリーン基板３１の送り方向Ｔに対して平行な方向に走査が可能であり、スクリーン基板３１に対して斜め方向からの照射ができる。また、複数のレーザーヘッド３０は、キャリッジなどに固定され、スクリーン基板３１の送り方向Ｔと交差する方向（Ｕ方向）に移動可能である。

例えば図中においてスクリーン基板３１の送り方向Ｔにレーザーヘッド３０を傾けてレーザー光ＬＢを走査して、スクリーン基板３１の反射層を剥離していく。１回の走査が終了すると、レーザーヘッド３０がＵ方向に所定の距離を移動し停止する。そして、再びレーザーヘッド３０がレーザー光ＬＢを走査する。このことを繰り返すことで、スクリーン基板３１にレーザー加工が行われ反射スクリーンが製造される。

このように、レーザーヘッド３０を傾けて走査しながらスクリーン基板３１にレーザー光ＬＢを照射することができることから、一つのレーザーヘッド３０で広範囲に加工ができ、レーザー加工の自由度が向上する。また、複数のレーザーヘッド３０を用いれば、広い面積のレーザー加工も可能となる。
さらに、レーザーヘッド３０を傾けてレーザー光ＬＢを走査することで、レーザーヘッド３０を中心として、レーザーヘッドから等距離にある部分を同心円状に順次加工することも可能であり、反射スクリーンの光学特性に合わせた加工が可能である。

以上、本実施形態では反射スクリーンの単位形状部として、凹部を備えた反射スクリーンについて説明したが、単位形状部として凸部を備えた反射スクリーンであっても実施ができ、本実施形態と同様な効果を有する。
さらに、本発明の反射スクリーンの製造方法は、上記のような単位形状部としてレンズ形状だけでなく、レンチキュラー形状、ブレーズ形状であっても実施が可能である。

１０…スクリーン基板、１１…凹部、１２…投影光反射部、１３…外光吸収部、２０…型基板としてのガラス基板、２１…マスク、２２…開口部、２３…凹部、２５…電鋳型、２６…反射層、３０…レーザーヘッド、３１…スクリーン基板、３２…ローラー、１００…反射スクリーン、１００ａ…観察面、Ｌｏ…外光、ＬＰ…投影光、Ｌｒ…反射光、ＬＢ…レーザー光、Ｐ…光源、Ｓ…レーザー光の走査ライン、Ｔ…スクリーン基板の送り方向、Ｕ…レーザーヘッドの移動方向。

Claims (5)

1. スクリーン基板の観察面の法線に対して垂直方向および水平方向に凹部または凸部からなる単位形状部が複数形成され、前記単位形状部は、投影光を反射する投影光反射部と、外光を吸収する外光吸収部と、を備え、前記スクリーン基板の観察面に向けて投射された投影光を、観察面側に反射する反射スクリーンの製造方法であって、
   光吸収性を有する前記スクリーン基板に複数の前記単位形状部を形成する単位形状部形成工程と、
   前記単位形状部に反射層を形成する反射層形成工程と、
   前記反射層の一部にレーザーヘッドからレーザー光を照射して前記反射層を剥離する反射層剥離工程と、を含むことを特徴とする反射スクリーンの製造方法。
2. 請求項１に記載の反射スクリーンの製造方法において、
   前記反射層剥離工程が、前記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位置から斜めにレーザー光を照射することを特徴とする反射スクリーンの製造方法。
3. 請求項１または２に記載の反射スクリーンの製造方法において、
   前記反射層剥離工程が、前記レーザーヘッドを走査しながらレーザー光を照射することを特徴とする反射スクリーンの製造方法。
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の製造方法において、
   前記反射層剥離工程で使用するレーザーが、ＹＡＧレーザーまたはＹＶＯ₄レーザーであることを特徴とする反射スクリーンの製造方法。
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の製造方法において、
   前記スクリーン基板が樹脂であることを特徴とする反射スクリーンの製造方法。

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