JP2011237628A - Screen and projection system - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a screen and a projection system.
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。 2. Description of the Related Art Conventionally, various screens have been used as projection surfaces for enlarged images for presentations such as exhibitions, academic conferences, and conferences using projectors (projection type display devices), or for viewing videos in home theaters and the like.
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。 For example, in the case of a reflective screen, a conventional screen reflects projection light from a projector to display a projection image, and also reflects external light derived from the usage environment such as illumination light and sunlight entering from a window. Therefore, in a bright place, there is a problem that the contrast, which is the luminance ratio between “white (maximum luminance)” and “black (minimum luminance)”, is low and it is difficult to display a clear image. Therefore, the development of a screen aimed at achieving high contrast in a bright room by reducing the minimum brightness by suppressing the influence of external light, such as sunlight and illumination light, that causes a decrease in contrast. It has been.
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)。 As such a screen, a configuration has been proposed in which a light absorption layer containing a dye or pigment that absorbs light is provided to absorb unnecessary external light (for example, see Patent Document 1).
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。 In the structure described in the said patent document, the layer structure is formed in order of the scattering layer and the light absorption layer from the incident side of light. However, in such a configuration, the wavelength component before external light absorption is reflected on the viewing side (observer side) by backscattering on the surface of the scattering layer, and thus the effect of improving the contrast by the light absorption layer is insufficient. Color purity decreases. In addition, many scattering materials contained in the scattering layer are expensive, and a process for providing the scattering layer is required, which increases the number of steps, which increases the manufacturing cost of the screen.
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。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a screen for obtaining a high-contrast image at a lower cost. Another object of the present invention is to provide a projection system having such a screen.
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。 In order to solve the above problems, a first screen of the present invention includes a base material and a first color material layer provided on one surface of the base material, and the first color material layer includes incident light. A first colorant that absorbs light of a part of the wavelength, wherein the first colorant has a maximum absorption wavelength in the visible light region and has a size that causes Mie scattering of light in the visible light region. It is characterized by having.
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。 According to this configuration, it is possible to absorb light that overlaps the maximum absorption wavelength of the first color material in the external light spectrum, and to reduce the external light component in the visible light region. Further, by using the first color material as a scattering source, there is no need to separately provide a scattering layer having a function of imparting scattering properties to incident light and widening the viewing angle. Therefore, a manufacturing process can be reduced compared with the case where a scattering layer is separately formed.
ここで、本発明において「色材」とは、入射する可視光線の一部を吸収することにより色材層に色を与える物質を指す。例えば、入射する白色光のうち一部の光を吸収することにより、入射光を吸収波長の光の補色となる色の光に変調するものである。 Here, in the present invention, the “coloring material” refers to a substance that gives color to the coloring material layer by absorbing a part of incident visible light. For example, by absorbing a part of incident white light, the incident light is modulated into light of a color that is a complementary color of light having an absorption wavelength.
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。 Further, the Mie scattering that occurs in the first color material is predominantly produced by forward scattered light. Therefore, a large amount of light applied to the first color material is scattered forward (incident direction of incident light). For this reason, for example, when applied to a reflective screen, the ratio of outside light that is not absorbed by the first color material to the back (viewing side) and reaches the observer is reduced. As a result, it is possible to inexpensively provide a screen on which the contrast of the projected image is improved.
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。
In the first screen of the present invention, it is desirable that the binder resin of the first color material layer has a refractive index different from that of the first color material.
According to this configuration, according to the refractive index difference between the first color material and the binder resin, Mie scattering can be favorably generated in the light in the visible light region between the first color material and the binder resin. it can. Therefore, it is easy to give the first color material layer a desired scattering property, and it is possible to provide a screen in which the contrast of the projected image is improved.
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。
In the present invention, it is desirable to have a reflective layer that reflects the incident light between the base material and the first color material layer.
According to this structure, the projection light which permeate | transmitted the 1st color material layer can be reflected, and it can return to the visual recognition side. Therefore, it is possible to obtain a reflective screen that realizes a good contrast improvement.
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。
In the 1st screen of this invention, the 2nd color material containing the 2nd color material which absorbs the light of a one part wavelength among incident light on the opposite side to the visual recognition side with respect to the said 1st color material layer. Preferably, the second colorant has a maximum absorption wavelength in the visible light region and a size that causes Rayleigh scattering of light having a wavelength in the visible light region.
According to this configuration, light that overlaps the maximum absorption wavelength of the second color material in the external light spectrum can be absorbed, and the external light component in the visible light region can be reduced. In addition, Rayleigh scattering generated in the second color material is isotropically scattered, and forward scattered light and back scattered light are generated. Will be. Therefore, the projection light that has reached the second color material layer is scattered to the viewer side and reaches the viewer. Therefore, it is possible to provide a screen in which the contrast of the projected image is improved.
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。
In the first screen of the present invention, it is desirable that the binder resin of the second color material layer has a refractive index different from that of the second color material.
According to this configuration, the Rayleigh scattering can be favorably generated in the light in the visible light region between the second color material and the binder resin according to the refractive index difference between the second color material and the binder resin. it can. Therefore, it becomes easy to give the second color material layer a desired scattering property, and it is possible to provide a screen in which the contrast of the projected image is improved.
本発明の第1のスクリーンにおいては、前記第2の色材は、表面プラズモン共鳴を生じさせる複数の金属微粒子を有することが望ましい。
この構成によれば、表面プラズモン共鳴を生じるような金属微粒子は、共鳴に対応する光を吸収し第2色材層を着色することができ、目的とする外光の吸収を行わせることが可能である。また、金属微粒子を第2の色材を用いると、長期間使用したとしても耐光劣化が生じず、長期に渡り目的とする品質を維持することが可能となる。
In the first screen of the present invention, it is desirable that the second color material has a plurality of metal fine particles that cause surface plasmon resonance.
According to this configuration, the metal fine particles that cause surface plasmon resonance can absorb the light corresponding to the resonance and color the second color material layer, and can absorb the desired external light. It is. Further, when the second color material is used for the metal fine particles, even if it is used for a long time, the light resistance does not deteriorate, and it becomes possible to maintain the desired quality for a long time.
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。
Further, the second screen of the present invention includes a base material, a first color material layer provided on one surface of the base material, and a second color provided between the base material and the first color material layer. A color material layer, wherein the first color material layer and the second color material layer include a color material that absorbs light having a wavelength of incident light, and the color material is in a visible light region. The second colorant layer has a higher concentration of the colorant than the first colorant layer, and has a size that causes Mie scattering of light having a wavelength in the visible light region. It is characterized by.
According to this configuration, light that overlaps the maximum absorption wavelength of the color material in the external light spectrum can be absorbed, and the external light component in the visible light region can be reduced. Also, by changing the color material concentration in the first color material layer and the second color material layer, the scattering state is made different while using the same color material, and the scattering angle is given to the incident light and the viewing angle is widened. The function and the function of returning incident light in the direction opposite to the incident direction can be controlled. Therefore, it is possible to provide a screen with a favorable improvement in the contrast of the projected image using a small amount of material.
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。
In the second screen of the present invention, it is preferable that the binder resin of the first color material layer and the second color material layer has a refractive index different from that of the color material.
According to this configuration, the Mie scattering can be favorably generated in the light in the visible light region between the color material and the binder resin. It becomes easy to make the scattering state different between the first color material layer and the second color material layer. Therefore, it is possible to provide a screen in which the contrast of the projected image is improved.
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。
In the present invention, it is desirable to have a reflective layer that reflects the incident light between the base material and the second color material layer.
According to this structure, the projection light which permeate | transmitted the 2nd color material layer can be reflected, and it can return to the visual recognition side. Therefore, it is possible to obtain a reflective screen that realizes a good contrast improvement.
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。
A projection system according to the present invention includes the screen according to the present invention, and a projector that projects an image onto the screen.
According to this configuration, a uniform and bright projection image can be obtained even when a low-output projector is used, so that a projection system with low power consumption can be realized while maintaining image quality.
[第1実施形態]
以下、図1〜図4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。
[First Embodiment]
Hereinafter, the screen according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In all the following drawings, the ratio of dimensions of each component is appropriately changed for easy understanding of the drawings.
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。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a
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。
As shown in the figure, the
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。
Further, since the
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。
The
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。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the
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。
As shown in the figure, the
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。
The
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。
In addition, you may provide this
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。
The
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2の色材)9x、色材(第1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。
Each of the first absorption /
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(極大吸収波長)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。
The
図3は、代表的なUHP(Ultra High Pressure)ランプ(超高圧水銀灯)、蛍光灯、蛍光体を用いない直接発光型のLEDの発光スペクトルを示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an emission spectrum of a typical UHP (Ultra High Pressure) lamp (ultra-high pressure mercury lamp), a fluorescent lamp, and a direct-emitting LED not using a phosphor.
これらのうち、UHPランプと蛍光灯とは、発光管内に封入した水銀を励起させた際の発光を利用している点で発光原理が共通している。したがって、これらの発光ピークは、水銀の輝線スペクトルに対応している。 Of these, the UHP lamp and the fluorescent lamp share the same light emission principle in that they use light emitted when the mercury enclosed in the arc tube is excited. Therefore, these emission peaks correspond to the emission line spectrum of mercury.
具体的には、水銀は、可視域で404.7nm,435.8nm,546.1nm,577.0nm,579.1nmの輝線スペクトルを持つ。このうち、UHPランプでは435.8nm,546.1nm,577.0nm,579.1nmのピーク波長を利用している。 Specifically, mercury has emission line spectra of 404.7 nm, 435.8 nm, 546.1 nm, 577.0 nm, and 579.1 nm in the visible region. Among these, the UHP lamp uses peak wavelengths of 435.8 nm, 546.1 nm, 577.0 nm, and 579.1 nm.
また、図に示す蛍光灯では、用いる蛍光体に応じて多少の波長シフトをしているが、概ね水銀の輝線スペクトルと重なる位置に発光ピークを有している。また、488nmにも発光ピークを有しており、610nmにおいても蛍光体に由来する鋭い発光ピークを有している。 Further, in the fluorescent lamp shown in the figure, although the wavelength is slightly shifted depending on the phosphor to be used, it has a light emission peak at a position overlapping with the emission line spectrum of mercury. Moreover, it has an emission peak at 488 nm, and also has a sharp emission peak derived from the phosphor at 610 nm.
すなわち、UHPランプと蛍光灯との発光ピークは、いずれも水銀の輝線に対応した発光ピークを有しているため、多くのピーク波長が互いに重なっている。 That is, since the emission peaks of the UHP lamp and the fluorescent lamp have emission peaks corresponding to mercury emission lines, many peak wavelengths overlap each other.
したがって、蛍光灯を照明光として用いている室内において、UHPランプのような水銀由来の光源をプロジェクターPJの光源として採用すると、外光を除くことによるコントラスト向上の効果が限定的となってしまうことが分かる。UHPランプと蛍光灯との発光ピークが重なる波長領域では、互いに重なるピーク波長の光を分離することができず、蛍光灯由来の光を除去すると同時にUHPランプ由来の光をも除去してしまうためである。 Therefore, if a mercury-derived light source such as a UHP lamp is used as the light source of the projector PJ in a room where a fluorescent lamp is used as illumination light, the effect of improving contrast by removing outside light will be limited. I understand. In the wavelength region where the emission peaks of the UHP lamp and the fluorescent lamp overlap, it is impossible to separate the light having the peak wavelengths that overlap each other, and the light derived from the fluorescent lamp is removed at the same time as the light derived from the fluorescent lamp is removed. It is.
対して、LEDやLDのような固体光源では、発光材料の組成比を変えることにより発光波長すなわち発光光の色を制御することができる。LEDの代表的な発光材料および発光可能な色を例示すると、AlGaAs(赤外線〜赤)、GaAsP(赤〜黄)、InGaN/GaN/AlGaN(緑〜紫)、GaP(赤〜緑)、ZnSe(緑〜青)などを挙げることができる。 On the other hand, in a solid light source such as an LED or LD, the emission wavelength, that is, the color of the emitted light can be controlled by changing the composition ratio of the light emitting material. Examples of typical light emitting materials and luminescent colors of LEDs include AlGaAs (infrared to red), GaAsP (red to yellow), InGaN / GaN / AlGaN (green to purple), GaP (red to green), ZnSe ( Green to blue).
したがって、蛍光灯を照明光として用いている室内においては、水銀由来の光を発しないLEDやLDのような固体光源を用いることで、外光の発光ピークとプロジェクターPJの投射光の発光ピークとを峻別可能となる。本実施形態のスクリーン1Aに画像を投射するプロジェクターPJには、図に示す460nm(青色)、520nm(緑色)、630nm(赤色)の光を射出するLEDを光源として用いる。
Therefore, in a room where a fluorescent lamp is used as illumination light, by using a solid light source such as an LED or LD that does not emit mercury-derived light, the emission peak of external light and the emission peak of projection light of the projector PJ Can be distinguished. In the projector PJ that projects an image on the
色材9x、9yは、上述の例のようにプロジェクターPJがLEDを光源とする場合、LEDのピーク波長に重ならない位置に極大吸収波長を有する吸収スペクトルであると良い。このような色材9x,9yを用いることにより、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。
When the projector PJ uses an LED as a light source as in the above example, the
このような色材9x,9yとしては、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極大吸収波長を示し、主として外光を吸収することができる色材であれば、通常知られた市販の色材を用いることができる。加えて長期間に渡って強い投射光を照射されることとなるため、長期間性能を維持し続けるために高い耐光性を有する色材であると好ましい。
As
このような色材9x,9yとして、例えば、アデカアークルズ(株式会社ADEKA製)を組み合わせて用いることができる。他にも、含金属アゾ色素や含金属ポルフィリン色素、ローダミン系色素などを用いることが可能である。
As
更に、色材9xとして使用可能なものは有機物に限らず、金属ナノ粒子(金属微粒子)の表面プラズモン共鳴(SPR:Surface Plasmon Resonance)による呈色を利用した無機色材を用いることもできる。
Furthermore, what can be used as the
金属ナノ粒子における表面プラズモンとは、ナノ粒子を形成する金属中の自由電子が、集団振動することにより、当該集団が擬似的な粒子として振る舞っていることを指す。金コロイド粒子のような金属ナノ粒子に、可視光線から近赤外線領域の光が照射されると、表面プラズモンの振動と光の振動とが共鳴し、光の一部を吸収して補色の色光を呈する。この現象を表面プラズモン共鳴と呼ぶ。 The surface plasmon in a metal nanoparticle means that the free electron in the metal which forms a nanoparticle vibrates collectively, and the said group behaves as a pseudo particle. When metal nanoparticles such as colloidal gold particles are irradiated with light in the near-infrared region from visible light, the surface plasmon vibrations and the light vibrations resonate, absorbing part of the light and producing complementary color light. Present. This phenomenon is called surface plasmon resonance.
すなわち、表面プラズモン共鳴を生じるような金属ナノ粒子は、色材9yとして用いることができ、目的とする外光の吸収を行わせることが可能である。また、色材9yを金属ナノ粒子とすると、長期間使用したとしても耐光劣化が生じず、長期に渡り目的とする品質を維持することが可能となる。
That is, metal nanoparticles that cause surface plasmon resonance can be used as the
このような色材9xとしては、例えば金、銀、銅の微粒子を用いることができ、適宜混合して用いることとしても良い。粒径を所定の幅(例えば10nmから50nm)で変更することにより、色材9xの極大吸収波長を適宜変更することができる。
As such a
図4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。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the behavior of light applied to the
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(図4(a))。
First, when the projection light L or the external light OL is applied to the
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4(b))。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。
On the other hand, when the projection light L or the external light OL is applied to the
レイリー散乱とミー散乱のいずれが生じるかは、色材の粒径(直径)と光の波長とで定まるサイズパラメーターで示すことができることが知られている。サイズパラメーターをα、色材の粒径をD、光の波長をλとすると、サイズパラメーターα=πD/λで表すことができる。α<0.4ではレイリー散乱が生じ、0.4<α<3ではミー散乱が生じ、α>3では回折散乱が生じる。 It is known that whether Rayleigh scattering or Mie scattering occurs can be indicated by a size parameter determined by the particle size (diameter) of the color material and the wavelength of light. When the size parameter is α, the particle size of the color material is D, and the wavelength of light is λ, the size parameter can be expressed by α = πD / λ. Rayleigh scattering occurs when α <0.4, Mie scattering occurs when 0.4 <α <3, and diffraction scattering occurs when α> 3.
これらは、すなわち色材の粒径が可視光線の波長よりも小さい場合には、レイリー散乱が生じ、色材の粒径が可視光線の波長と同程度である場合には、ミー散乱が生じることを示している。本実施形態の色材9x、9yは、これらのサイズパラメーターで規定される条件を満たす粒径となっている。
In other words, Rayleigh scattering occurs when the particle size of the color material is smaller than the wavelength of visible light, and Mie scattering occurs when the particle size of the color material is approximately the same as the wavelength of visible light. Is shown. The
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(いわゆるトップダウン法)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。
The
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(いわゆるボトムアップ法)。 Further, when isolating the synthesized or polymerized color material, a color material having a size of secondary particles may be obtained by adding an appropriate flocculant and isolating it as an aggregate. Alternatively, it may be obtained by directly polymerizing a coloring material having a particle diameter derived from the reaction system using a polymerization method such as emulsion polymerization, microsuspension polymerization or suspension polymerization (so-called bottom-up method).
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。 Furthermore, it is also possible to use a method in which a color material synthesized or polymerized and isolated is dissolved in an organic solvent or sublimated to precipitate in a fine particle state.
形成される色材には、乳化剤や界面活性剤などの有機物を夾雑物として極力含まないことが望ましい。スクリーンの使用中には高い強度の投射光が照射され続けるため、余分な有機物が残存した色材を用いると、当該有機物(夾雑物)が投射光によって劣化して着色し、無用の品質低下が生じるおそれがあるためである。この観点から、上述の色材の作成法のなかでは、湿式法によるトップダウン法で作成する方法が好ましい。 It is desirable that the colorant to be formed does not contain organic substances such as emulsifiers and surfactants as impurities as much as possible. Since high-intensity projection light continues to be emitted while the screen is in use, using a colorant with excess organic matter remaining will cause the organic matter (contamination) to deteriorate due to the projection light and color, resulting in unnecessary quality reduction. This is because it may occur. From this point of view, among the above-described methods for producing a color material, a method of producing by a top-down method using a wet method is preferable.
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。
The first absorption /
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。
First, the second absorption /
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。
The binder resin of the second absorption /
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。
The first absorption /
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。
Since the first absorption /
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。
The
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。
The
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。
The function of the
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。
When an image is projected onto the
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。
The second absorption /
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。
The forward scattered light in the second absorption /
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。
Here, since the absorption spectrum of the
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。
On the other hand, when the external light OL reaches the first absorption /
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。
The external light OL that has passed through the first absorption /
加えて、外光OLは、色材9x,9yに一部が吸収されながら第1吸収散乱層4および第2吸収散乱層5のなかで散乱を繰り返すこととなる。そのため、色材9x,9yが光を散乱させる粒径でない場合と比べ、外光OLは第1吸収散乱層4および第2吸収散乱層5内を長い距離透過することとなる。色材による外光OLの吸収量は、外光OLが色材に照射される回数と、色材における外光OLの吸収率との関数となるため、第1,第2吸収散乱層中の透過距離が長くなると指数関数的に増加する。したがって、色材9x,9yが光を散乱させないものと比べて外光OLの吸収量が増え、コントラスト低下を良好に抑制することが可能となる。
In addition, the external light OL is repeatedly scattered in the first absorption /
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。
Therefore, according to the
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。
In addition, in the projection system PS using the
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。
In the present embodiment, the
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。
In the present embodiment, the second absorption /
[第2実施形態]
図5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。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is an explanatory diagram of a
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。
As shown in the drawing, in the second absorption /
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。
In such a second absorption /
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。
Therefore, in the
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。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
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。 In the above-described embodiment, the reflective screen is shown and described as the screen. However, the present invention can also be applied to a transmissive screen. In that case, a transmissive screen using a color material as a scattering source can be obtained by using a light-transmitting base material and changing the specifications as necessary, such as not providing a reflective layer.
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2の色材)、9y…色材(第1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、
DESCRIPTION OF
Claims (10)
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。 A substrate;
A first color material layer provided on one surface of the substrate,
The first color material layer includes a first color material that absorbs light of a part of the wavelength of incident light,
The screen according to claim 1, wherein the first color material has a maximum absorption wavelength in a visible light region and a size that causes Mie scattering of light in the visible light region.
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。 A second color material layer containing a second color material that absorbs light of a part of the incident light on the side opposite to the viewing side with respect to the first color material layer;
4. The second color material has a maximum absorption wavelength in a visible light region and a size that causes Rayleigh scattering of light having a wavelength in the visible light region. 5. As described in the screen.
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。 A substrate;
A first color material layer provided on one surface of the substrate;
A second color material layer provided between the base material and the first color material layer,
The first color material layer and the second color material layer include a color material that absorbs light of a part of the wavelength of incident light,
The colorant has a maximum absorption wavelength in the visible light region, and has a size that causes Mie scattering of light having a wavelength in the visible light region,
The second color material layer has a higher density of the color material than the first color material layer.
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