JP2012252269A - 反射型スクリーン、及び反射型投射システム - Google Patents

Abstract

【課題】映像源との距離が近い場合であっても明るい映像を表示することができる反射型スクリーン、及び該反射型スクリーンを備えた反射型投射システムを提供する。
【解決手段】映像源２から投射された映像光を反射させて観察可能であり、基材層１１と、基材層よりも映像光が投射される側に配置されたフレネルレンズ層２１と、基材層より映像光が投射される側とは反対側に配置された、光を反射可能である反射層２４とを備え、フレネルレンズ層には、所定の断面形状を有して突出する単位光学要素２１ａが同心円状に複数配列されており、該単位光学要素は映像光をフレネルレンズ層内に入射させる入射面２１ｂと、入射面から入射した映像光を全反射して反射層に向けて偏向させる全反射面２１ｃと、を備えていることとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、映像源から投射された光を反射させて観察可能とする反射型スクリーン、及び該反射型スクリーンを備えた反射型投射システムに関する。

反射型スクリーンはプロジェクター等の映像源からの光を反射させて観察者側に出射し、その映像光を提供するためのスクリーンである。このような反射型スクリーンにおいて、コントラストの高い映像を得たいという要求やできる限り高輝度な映像を得たいという要求を満たす目的で、これまでに様々な技術が開示されている。例えば、特許文献１には、スクリーン面に対して直交する断面において、光を透過可能に並列された光透過部と、光透過部間に形成された空洞部とを備え、光透過部の裏面側には、光を反射する反射部が形成され、空洞部及び反射部より裏面側に光を吸収する光吸収層が形成されていることを特徴とする反射型スクリーンが開示されている。また、特許文献２には、スクリーン面に対して直交する断面において、光を透過する光透過部と、光を吸収する光吸収部と、少なくとも光透過部の裏面側に設けられ、光透過部を通過した光を反射する反射層と、を備え、光透過部と光吸収部とがスクリーン面に沿って交互に多数並べて形成されており、光透過部のスクリーン面に直交する断面における形状がスクリーン面に沿った方向で位置によって変化していることを特徴とする反射型スクリーンが開示されている。

特開２０１０−２０４５７２号公報 特開２００８−３９９０１号公報

近年、反射型スクリーンに映像を投射する映像源として、至近距離からの投写で大画面表示を実現する短焦点型の映像投射装置（プロジェクター）等が広く利用されている。このような短焦点型の映像投射装置は、反射型スクリーンに対して、上方又は下方から従来の映像源よりも大きな入射角度で映像光を投射することができ、反射型スクリーンを用いた映像表示システムの省スペース化等に寄与している。ところが短焦点型の映像投射装置では、映像源と反射型スクリーンとの距離が近いため、反射型スクリーンに入射する映像光の角度がスクリーン面法線方向に対して大きくなる。

このように映像光の入射角度が大きくなると、例えば上記特許文献１や特許文献２に開示されているような従来の反射型スクリーンでは、映像光の入射角度、及び反射型スクリーンに映像光が入光する面と空気との屈折率差の関係によって、当該界面で反射されてしまう映像光が多くなり、スクリーン面に表示される映像の輝度を低下させる原因となっていた。また、このように反射した映像光が部屋の天井等に映し出されることもあった。

そこで本発明は、上記の問題に鑑み、映像源との距離が近い場合であっても明るい映像を表示することができる反射型スクリーン、及び該反射型スクリーンを備えた反射型投射システムを提供することを課題とする。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、映像源（２）から投射された映像光を反射させて観察可能とする反射型スクリーン（１０）であって、基材層（１１）と、基材層よりも映像光が投射される側に配置されたフレネルレンズ層（２１）と、基材層より映像光が投射される側とは反対側に配置された、光を反射可能である反射層（２４）とを備え、フレネルレンズ層には、所定の断面形状を有して突出する単位光学要素（２１ａ）が同心円状に複数配列されており、該単位光学要素は映像光をフレネルレンズ層内に入射させる入射面（２１ｂ）と、入射面から入射した映像光を全反射して反射層に向けて偏向させる全反射面（２１ｃ）と、を備えている、反射型スクリーンである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の反射型スクリーン（１０）において、フレネルレンズ層（２１）と反射層（２４）との間に、光学機能層（１２）を備え、光学機能層は、光を透過可能に並列された光透過部（１３）と、該光透過部間に光を吸収可能に形成された光吸収部（１４）とを備えていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の反射型スクリーン（１０）において、フレネルレンズ層（２１）と反射層（２４）との間に、映像光を拡散させる光拡散層を備えていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の反射型スクリーン（１０）において、フレネルレンズ層（２１）と反射層（２４）との間に、外光の一部を吸収する減光層を備えていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の反射型スクリーン（１０）において、最も観察者側に、スクリーン面を保護するハードコート層を備えていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の反射型スクリーン（１０）と、該反射型スクリーンに映像光を投射する映像源（２）とを備える、反射型投射システム（１）である。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の反射型投射システム（１）において、映像源（２）の出光面から反射型スクリーン（１０）の観察者側の面までの水平方向距離が１ｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、映像源との距離が近い場合であっても明るい映像を表示することができる反射型スクリーン、及び該反射型スクリーンを備えた反射型投射システムを提供することができる。

一つの実施形態にかかる反射型投射システム１を概略的に示す断面図である。 図１に示したフレネルレンズ層２１を概略的に示す平面図である。 １つの単位光学要素１２ａとここを通る映像光の一例（破線で表示）を示す図である。 図１に示した光学機能層１２の一部を拡大して概略的に示す図である。 他の実施形態にかかる光学機能層１２’の一部を拡大して概略的に示す図である。 光透過部１３を形成する工程の一例を模式的に示す図である。

本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。なお、各図面は、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺等は変更して簡略化している。また、各図面において、同様の構成のものには同じ符号を付しており、繰り返しとなる符号は一部省略している場合がある。

＜反射型投射システム１＞
以下に反射型投射システム１について説明する。図１は一つの実施形態にかかる反射型投射システム１を概略的に示す断面図である。図１からわかるように、反射型投射システム１は、映像源２及び反射型スクリーン１０を備えている。以下にそれぞれについて説明する。

映像源２は、反射型スクリーン１０に向けて映像光を投射する装置であり、いわゆる短焦点型プロジェクターと呼ばれる映像源である。図１からわかるように、映像源２は、反射型スクリーン１０の下方側から映像光を反射型スクリーン１０に向けて投射する。また、映像源２の出光面から反射型スクリーン１０の観察者側の面までの水平方向距離Ｂ（図１参照）を短くすることができる。具体的には、当該Ｂを１ｍ以下にすることができ、０．５ｍ以下であってもよい。短焦点型の映像源２を用いた反射型投射システム１によれば、映像源２と反射型スクリーン１０との距離を非常に短くすることができるので、設置場所を大きく取る必要がなく利便性が高い。ここで「短焦点」は投影される映像の大きさによっても異なるが、例えば８０インチサイズの映像を投射したときに、Ｂの値が１ｍ以下、好ましくは０．６５ｍ以下である。また、Ｂの値の下限は、これよりも短いものであれば短焦点として分類することができるが、Ｂの値は０ｍより大きい。より具体的には、超短投写距離フロントプロジェクターＣＰ‐Ａ１００Ｊ（日立製作所社製）を用いたときには０．６３ｍの距離から８０インチの画像を表示することができる。

反射型スクリーン１０は、全体として矩形の薄いシート状であり、使用時には展開されてシート面が垂直方向に立てられるように設置される。なお、使用時において反射型スクリーン１０の平面性を確保するため、反射型スクリーン１０は所定の剛性を有する不図示の支持手段に粘着剤等により貼り付けられていることが好ましい。支持手段としては板状やシート状の部材を挙げることができるが、反射型スクリーン１０の姿勢を維持することができれば特に限定されることはない。また、反射型スクリーン１０は、柔軟性を有する支持手段を用いて、使用していないときにはロール状に巻いてコンパクトにすることができてもよい。
そして反射型スクリーン１０は展開の姿勢で、映像源２から投射された映像光を観察者Ａ（図１参照）の側に反射して出射することによりスクリーンとして機能する。

＜反射型スクリーン１０＞
次に、図面を参照しつつ反射型スクリーン１０について説明する。図１に示した反射型スクリーン１０は、映像源２からの光が投射される側（観察者側）から、フレネルレンズ層２１、基材層１１、光学機能層１２、及び反射層２４を備えている。以下、これらの層について詳細に説明する。

（フレネルレンズ層２１）
図２は、フレネルレンズ層２１を観察者側から見た平面図である。図１及び図２を参照しつつ、フレネルレンズ層２１について説明する。

フレネルレンズ層２１は、所定の断面形状を有して観察者側に突出するように形成された単位光学要素２１ａが同心円状に複数配列されてなる層である。各単位光学要素２１ａは断面が略三角形である部位を有し、その斜辺を形成する面がそれぞれ、到達した光を屈折させて単位光学要素２１ａに入射させる入射面２１ｂ、及び入射面２１ｂから単位光学要素２１ａに入射した光を全反射して反射層２４に向けて偏向させる全反射面２１ｃを構成している。さらに、全反射面２１ｃは、出光面としても機能する。光路については後で説明する。

図１からわかるように、入射面２１ｂは映像源２に面した側の面、全反射面２１ｃはそれとは反対側の面である。また、図２からわかるように、各単位光学要素２１ａは円弧状に延び、複数の単位光学要素２１ａは同心円状に並べられている。本実施形態では同心円の中心Ｏはフレネルレンズ層２１のシート面より下方で、シート左右方向の中央となる位置にある。このように中心Ｏをフレネルレンズ層２１の中心から鉛直方向下側に偏心させることにより、反射型スクリーン１０の斜め下方から映像光を投射したとしても、映像源２から反射型スクリーン１０方向へ広がっていく光束を後に説明するように屈折及び反射させて、反射層２４へと向かう平行光束にすることができる。反射型スクリーン１０の斜め下方から映像光を照射する構成とすることによって、反射型スクリーン１０と映像源２の距離を近づけることができる。

フレネルレンズ層２１をなす材料は特に限定されることはないが、反射型スクリーン用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性及び加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料を用いることが好ましい。これには例えば、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）を挙げることができる。

フレネルレンズ層２１には、映像源２からの映像光が斜め下方から投射されるので、各単位光学要素２１ａには異なった角度で光が入射する。ここで、フレネルレンズ層２１は、映像光を偏向させて反射型スクリーン１０のスクリーン面の法線方向に近づける偏向機能を有している。従って、各単位光学要素２１ａはこのような機能を実現するための形状とすることができる。例えば次のように考えることが可能である。図３には１つの単位光学要素２１ａとここを通る映像光の一例（破線で表示）を示した。なお、図３において、単位光学要素２１ａ及び反射層２４以外の構成は省略している。

図３において、各角度（°）は次の通りである。なお、いずれも垂直方向のみを考えている。
・α：映像光がスクリーン面法線となす角度
・β：入射面２１ｂへの映像光の入射角
・γ：入射面２１ｂからの映像光の出射角
・δ：全反射面２１ｃでの入射角及び反射角
・ε：全反射面２１ｃでの反射光と、スクリーン面法線とのなす角
・ζ：出光面として機能する全反射面２１ｃへの映像光の入射角
・η：出光面として機能する全反射面２１ｃからの映像光の出射角
・λ：出光する映像光がスクリーン面法線となす角
・φ：入光面２１ｂがスクリーン面法線となす角
・θ：全反射面２１ｃがスクリーン面と平行な方向となす角

以上のような各角度において、次の関係式（１）〜（７）が成り立つ。ここで単位光学要素２１ａの屈折率はｎである。
β＝９０−（α＋φ） （１）
γ＝ｓｉｎ^−１（（ｓｉｎβ）／ｎ） （２）
δ＝θ−（γ＋φ） （３）
ε＝９０−（δ＋θ） （４）
ζ＝θ−ε （５）
η＝ｓｉｎ^−１（ｎ・ｓｉｎζ） （６）
λ＝９０−（θ＋η） （７）

従って、映像源２からの映像光をスクリーン面法線に近づけるため、上記λを０に近づけるように屈折率ｎ、及びαに基づいてθ、φを設定することができる。ただし、λは意図した方向に任意に設定することが可能である。例えば、観察者側に集光するように、スクリーンの上辺と下辺の中点同士を結んだ線上におけるスクリーン上部では垂直方向下側、中央部では水平方向、下部では垂直方向上側へ映像光が出射するように、θ、φを設定しても良い。

従って、これらの関係を調整することにより全反射面２１ｃによる反射光の角度を調整することができる。

すなわち、単位光学要素２１ａは入射面、全反射面としての機能と出光面としての機能とを兼ね備えた形状であることが好ましい。そのための具体的な単位光学要素２１ａの形状は当該機能が実現可能であれば特に限定されることはないが、本実施形態のように三角形断面であることが好ましい。

本実施形態の反射型スクリーン１０では、フレネルレンズ層２１の上記形状により、１つの層で映像光を垂直方向、水平方向のいずれにも偏向させる機能を有するので、他にこのような層（例えばフレネルレンズ）を設ける必要がなく、反射型スクリーン１０の厚さを薄く抑えることが可能である。

このようなフレネルレンズ層は、例えば基材や反射型スクリーンを構成する他の層の上に型を用いて枚葉で単位光学要素を形成したり、又は貼付したりすることにより製造することができる。その際、フレネルレンズ層をなす材料と基材をなす材料とは異なっていても良いし、同一であってもよい。

（基材層１１）
本実施形態における基材層１１は、フレネルレンズ層２１及び光学機能層１２の基材となるシート状の層で、透光性が高く形成されている。基材層１１を構成する材料は特に限定されることはないが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン（ＭＢＳ）、アクリル系、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等の各樹脂を挙げることができる。また、基材層１１は透光性を有しつつも、他の機能を備えてもよい。例えば視野角の拡大や面内の輝度の均一性を高めるために光散乱材を混入することができる。また、色調を修正したり、外光の一部を吸収してコントラストを向上させたりするために顔料や染料を混入してもよい。

（光学機能層１２）
光学機能層１２は、映像光の光路を制御するとともに、迷光や外光の一部を吸収する機能を有する層である。光学機能層１２は、図１に示した断面を有して紙面奥／手前側に延在する形状を備える。すなわち、図１に表れる断面において、光学機能層１２は、光を透過可能に層面に沿って並列された光透過部１３、１３、…と、光透過部１３、１３、…間に光を吸収可能に並列された光吸収部１４、１４、…とを備えている。図４には、光学機能層１２の一部を拡大して示した。

光透過部１３、１３、…は、映像光を透過する機能を有する部位で、図４に表れる断面において、略台形の断面を有する要素である。当該略台形断面における上底及び該上底より長い下底が光学機能層１２の層面に沿う方向に配置されている。また、光透過部１３、１３、…は、屈折率がＮｐであり、光透過性を有する。このような光透過部１３、１３、…は、以下に説明する光透過部構成組成物を硬化させることによって構成することができる。なお、屈折率Ｎｐの値は特に限定されることはないが、適用する材料の入手性の観点等から１．４９〜１．５６であることが好ましい。

光透過部構成組成物としては、紫外線などの光で硬化させられる組成物が好ましい。このような組成物としては、例えば、以下に挙げる光硬化型プレポリマー（Ｐ１）、反応性希釈モノマー（Ｍ１）および光重合開始剤（Ｓ１）を配合した光硬化型樹脂組成物が好ましく用いられる。

上記光硬化型プレポリマー（Ｐ１）としては、例えば、エポキシアクリレート系、ウレタンアクリレート系、ポリエーテルアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、ポリチオール系等のプレポリマーを挙げることができる。

また、上記反応性希釈モノマー（Ｍ１）としては、例えば、ビニルピロリドン、２−エチルヘキシルアクリレート、β−ヒドロキシアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート等を挙げることができる。

さらに、上記光重合開始剤（Ｓ１）としては、例えば、ヒドロキシベンゾイル化合物、ベンゾイルホルメート化合物、チオキサントン化合物、ベンゾフェノン、リン酸エステル化合物、ベンジルジメチルケタール等が挙げられる。これらの中から、光硬化型樹脂組成物を硬化させるための照射装置及び光硬化型樹脂組成物の硬化性から任意に選択することができる。なお、光透過部１３の着色防止の観点から好ましいのは、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及びビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィンオキサイドである。

上記光硬化型プレポリマー（Ｐ１）、反応性希釈モノマー（Ｍ１）及び光重合開始剤（Ｓ１）は、それぞれ、１種類で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。また必要に応じて、光透過部構成組成物中に、塗膜の改質や塗布適性、金型からの離型性を改善させるため、種々の添加剤としてシリコーン系添加剤、レオロジーコントロール剤、脱泡剤、離型剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤等を添加することも可能である。

次に、光吸収部１４、１４、…について説明する。光吸収部１４、１４、…は、光透過部１３、１３、…の間に配置され、図１及び図４に表れる断面において略台形面を有する要素である。光吸収部１４、１４、…の略台形断面における上底及び該上底より長い下底が光学機能層１２の層面に沿う方向に配置されている。また、光吸収部１４、１４、…の略台形断面の下底に相当する面が光透過部１３、１３、…の上底間に並列されている。そして、光吸収部１４、１４、…の下底、及び光透過部１３、１３、…の上底により光学機能層１２の一方の面が形成されている。光吸収部１４、１４、…の略台形断面における斜辺は、光学機能層１２の層面の法線方向に対して０度以上１０度以下の角度をなしていることが好ましい。なお、斜辺の角度が０度に近い場合、光透過部１３、１３、…及び光吸収部１４、１４、…の断面は略矩形となる。また、光吸収部１４、１４、…の上記斜辺の傾きは必ずしも一定である必要はなく、折れ線状であってもよいし、曲線状であってもよい。さらに、光吸収部１４、１４、…の断面は、略三角形であってもよい。

また、光吸収部１４、１４、…は、光透過部１３、１３、…の屈折率Ｎｐより小さい屈折率Ｎｂを有する所定の材料により構成されている。このように光透過部１３、１３…の屈折率Ｎｐと光吸収部１４、１４、…の屈折率ＮｂとをＮｐ＞Ｎｂとすることにより、光透過部１３、１３、…に入射した映像源からの映像光を、光吸収部１４、１４、…と光透過部１３、１３、…との界面でスネルの法則によって全反射させ、反射層２４の方へ向かわせることができる。その結果、観察者に明るい映像を提供することができる。ＮｐとＮｂとの屈折率の差は特に限定されるものではないが、０より大きく０．０６以下であることが好ましい。

なお、光透過部１３と光吸収部１４との界面で映像光を反射させる場合、上述したように光透過部１３と光吸収部１４と屈折率差を利用する形態の他、例えば、以下に説明するような形態であってもよい。図５は、他の実施形態にかかる光学機能層１２’を概略的に示す断面図であり、図４に相当する図である。光学機能層１２’は、光透過部１３と光吸収部１４との界面のうち下側の界面に映像光を反射する反射部１７が形成されている以外は上述した光学機能層１２と同様である。映像源２から反射型スクリーン１０に投射された映像光は、偏向層２１によって偏向されるが、偏向された映像光の中にはやや上向きの光も含まれる。このようにやや上向いた映像光は、光透過部１３と光吸収部１４との界面のうち下側の界面に達しやすい。よって、光学機能層１２’のように、光透過部１３と光吸収部１４と界面のうち下側の界面に反射部１７を形成しておくことによって、反射部１７に達した映像光を反射させ、映像光が光吸収部１４で吸収させるのを防止するとともに、該映像光を光反射層２４側へと導き易くなり、映像光の利用効率を向上させることができる。

また、本実施形態では上記のようにＮｐ＞Ｎｂの関係が好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではなく、光透過部の屈折率と光吸収部の屈折率とを同じにしてもよく、光透過部の屈折率を光吸収部の屈折率よりも小さくすることも可能である。

加えて、本実施形態における光吸収部１４、１４、…は、光吸収粒子１６、１６、…と光吸収粒子１６、１６、…を分散させたバインダー１５とを含む光吸収部構成組成物が光透過部１３、１３、…間の溝に充填して硬化されることにより構成されている。これにより、光透過部１３、１３、…と光吸収部１４、１４、…との界面でスネルの法則によって反射せずに光吸収部１４、１４、…の内側に入射した迷光を光吸収粒子１６、１６、…で吸収することができる。さらには所定の角度で入射した観察者側からの外光を光吸収粒子１６、１６、…で適切に吸収することができ、映像のコントラストを向上させることも可能となる。

なお、屈折率Ｎｂを有する所定の材料により光吸収部１４、１４、…を構成するとは、例えば、屈折率Ｎｂである材料によりバインダー１５が構成されることを意味する。当該バインダー１５として用いられるものは特に限定されないが、紫外線などの光によって硬化される組成物が好ましい。このような組成物としては、例えば、以下に例示する光硬化型プレポリマー（Ｐ２）、反応性希釈モノマー（Ｍ２）及び光重合開始剤（Ｓ２）を配合した光硬化型樹脂組成物が好ましく用いられる。

上記光硬化型プレポリマー（Ｐ２）としては、例えば、ウレタン（メタ）アクリレート、ポリエステル（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、及びブタジエン（メタ）アクリレート等を挙げることができる。

また、上記反応性希釈モノマー（Ｍ２）としては、例えば、単官能モノマーとして、ビニルモノマー、（メタ）アクリル酸エステルモノマー、（メタ）アクリルアミド誘導体が挙げられる。また、多官能モノマーとして、（メタ）アクリレート系のものを挙げられる。

さらに、上記光重合開始剤（Ｓ２）としては、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オン、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン、２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィンオキサイド等が挙げられる。これらの中から、光硬化型樹脂組成物を硬化させるための照射装置及び光硬化型樹脂組成物の硬化性から任意に選択することができる。

上記光硬化型プレポリマー（Ｐ２）、反応性希釈モノマー（Ｍ２）及び光重合開始剤（Ｓ２）は、それぞれ、１種類で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。具体的には、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート及びメトキシトリエチレングリコールアクリレートからなる光重合性成分（詳しくは、光硬化型プレポリマー（Ｐ２）及び反応性希釈モノマー（Ｍ２））の屈折率、粘度、又は光学機能層１２の性能への影響等を考慮して任意に配合して用いることができる。また必要に応じて、添加剤として、シリコーン、消泡剤、レベリング剤及び溶剤等を光吸収部構成組成物に添加してもよい。

光吸収粒子１６としては、カーボンブラック等の光吸収性の着色粒子が好ましく用いられるが、これらに限定されるものではなく、映像光の特性に合わせて特定の波長を選択的に吸収する着色粒子を使用してもよい。具体的には、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄等の金属塩、染料、顔料等で着色した有機微粒子や着色したガラスビーズ等を挙げることができる。特に、着色した有機微粒子が、コスト面、品質面、入手の容易さ等の観点から好ましく用いられる。着色粒子の平均粒子径は１．０μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。平均粒子径が１．０μｍ以上の着色粒子を用いることによって、後述するように光吸収部の形成過程において、着色粒子がドクターブレードと光透過部の上部との間の隙間を抜け難くなり、光透過部の上部に着色粒子が残留することを防止できる。

なお、光吸収部は、上述したような光吸収粒子を用いる形態に限定されず、光吸収部全体を顔料などによって着色することによって構成してもよい。

本実施形態では、上述したようなフレネルレンズ層２１及び光学機能層１２を備えることによって、以下に説明するように、スクリーン面に表示される映像のコントラストを向上させることができる。

光学機能層１２に入射する映像光は、上述したようにフレネルレンズ層２１によってスクリーン面法線に近い角度となっている。したがって、光透過部１３に入射した映像光はそのまま光透過部１３を透過し易い。また、光透過部１３と光吸収部１４との界面（光吸収部１４の下側の界面）に映像光が達したとしても、映像光はフレネルレンズ層２１によってスクリーン面法線に近い角度となっているため、該界面に対する入射角は大きい。よって、上述したように光透過部１３と光吸収部１４と間で屈折率差を設けておけば、光透過部１３と光吸収部１４との界面に達した映像光は該界面で全反射されて反射層２４側へ向と進むことができる。なお、より多くの映像光に光透過部１３を透過させるという観点からは、光吸収部１４に達することなく映像光は光透過部１３を透過できる領域を広くすることが好ましい。かかる観点から、例えば、図４に示した一点鎖線を光学機能層１２に入射する映像光と平行な線として、幅ｗ１は２５μｍ以上２５０μｍ以下とすることができ、５０μｍ程度であることが好ましい。一方、幅ｗ２は５μｍ以上５０μｍ以下とすることができ、１０μｍ程度であることが好ましい。また、光学機能層１２の正面視において、光吸収部１４が占める割合は、２％以上５０％以下とすることができ、２０％程度が好ましい。

一方、蛍光灯の光や窓からの太陽光などの外光は、スクリーン面に対して主に斜め上方から入射し、フレネルレンズ層２１によってある程度は偏向されるものの、スクリーン面法線に対する角度が映像光よりは大きい角度で光学機能層１２に入射するものが多い。スクリーン面法線に対して大きな角度で光学機能層１２に入射した外光は、光吸収部１４に達し易い。したがって、外光は光吸収部１４によって吸収され易くなる。なお、外光をより多く吸収するという観点からは、光吸収部１４は水平方向に長く形成されていることが好ましい。

このように、フレネルレンズ層２１及び光学機能層１２によれば、映像光を反射層２４まで導くとともに外光の一部を吸収できるので、スクリーン面に表示される映像のコントラストを向上させることができる。

なお、図１には、断面視において映像源側よりも反対側の面の方が光吸収部１４の幅（図面上下方向の幅）が大きくなるように光学機能層１２を配置する形態を例示しているが、光学機能層１２は、図１における紙面左右方向が逆となるように配置されてもよい。

光学機能層１２は、例えば、以下に説明するように、基材層１１の表面に光透過部１３、１３、…を形成した後、光透過部１３、１３、…間の溝に光吸収部１４、１４、…を形成することによって作製することができる。

図６は、光透過部１３、１３、…を形成する工程の一例を模式的に示した図である。光透過部１３、１３、…を形成するには、まず、光透過部１３、１３、…の形に対応した形の溝を所定のピッチで有する金型ロール４２を準備する。次に、当該金型ロール４２とニップロール４１との間に、基材層１１となる、又は基材層１１となる層を含む基材１１’を送り込む。図６に示した矢印は、基材１１’を送り込む方向である。基材１１’の送り込みに合わせて、金型ロール４２と基材１１’との間に、後に説明する光透過部構成組成物４０の液滴を供給装置４５から供給し続ける。供給装置４５から基材１１’上に光透過部構成組成物４０を供給するとき、金型ロール４２と基材１１’との間に、光透過部構成組成物４０が溜まったバンクが形成されるようにする。このバンクにおいて、光透過部構成組成物４０が基材１１’の幅方向に広がる。

上記のようにして金型ロール４２と基材１１’との間に供給された光透過部構成組成物４０は、金型ロール４２およびニップロール４１間の押圧力により、基材１１’と金型ロール４２との間に充填される。その後、光照射装置４４によって光透過部構成組成物４０に紫外線等を照射し、光透過部構成組成物４０を硬化させることによって光透過部１３、１３、…を形成することができる。光透過部１３、１３、…が形成された後、基材１１’上に光透過部１３、１３、…が形成されたシートは、剥離ロール４３を介して引かれることによって、金型ロール４２から引き剥がされる。

次に、光吸収部１４、１４、…を形成するには、上述したようにして作製した光透過部１３、１３、…上に、後に説明する光吸収部構成組成物を供給し、ドクターブレードなどによって該光吸収部構成組成物を光透過部１３、１３、…間の溝に充填しつつ、余剰分の光吸収部構成組成物を掻き落とす。その後、光透過部１３、１３、…間の溝に残った光吸収部構成組成物に紫外線等を照射して硬化させることにより、光吸収部１４、１４、…を形成することができる。

（反射層２４）
次に、反射層２４について説明する。反射層２４は、光を反射することができる層である。反射層２４は光を反射可能な形態であれば特に限定されず、公知の手段によって形成することができる。例えば、蒸着によってアルミニウムなどの金属からなる層を形成し、当該層を反射層２４とすることができる。また、スプレーコーティングによって反射性塗料を吹き付けて乾燥させて反射層２４を形成することもできる。当該反射性塗料としては、表面が平滑なアルミ片を含んだ鏡面塗料、フレーク状のアルミ微細粉を含んだメタリック塗料（１液のもの、硬化剤を含む２液のものいずれもでもよい。）などを挙げることができる。さらに、スクリーン印刷やその他印刷方式によって、ミラーインキやメタリックインキを塗布し、熱硬化またはＵＶ硬化させて反射層２４を形成することもできる。
なお、反射層２４は、映像光を１００％反射させるものに限定されない。例えば、白色インキ（顔料として、例えば酸化チタンを含むもの。）及びアルミニウムや黒色インキを混合するなどして、反射率を適宜調整することもできる。反射層２４の反射率は、４０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。

なお、従来の反射型スクリーンによれば、スクリーンの背面側（映像源とは反対側）にサーキュラーフレネルレンズを設け、該サーキュラーフレネルレンズのレンズ面に反射層を形成していることがあった。このような場合、サーキュラーフレネルレンズを枚葉で生産する必要があるため、サーキュラーフレネルレンズを枚葉で生産した後に反射層を形成しなければならなかった。一方、反射型スクリーン１０によれば、フレネルレンズ層２１以外の層は長い帯状に形成することができる。そのため、フレネルレンズ層２１以外の層を含む長い帯状の積層シートを作製した後、該積層シートを適切な大きさに裁断したシートを作製し、該シートにフレネルレンズ層２１を形成して反射型スクリーン１０とすることもできる。よって、反射型スクリーン１０によれば、生産性を向上させることもできる。

（光路）
次に、反射型スクリーン１０に入射する映像光及び外光の進路について、図１に示した光路例Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を例にして説明する。ただし、図に表した光路例は概念的に光の進路を表したものであり、屈折の程度や反射の角度を精密に表したものではない。

映像源２から出光した光は放射状に広がりながらフレネルレンズ層２１の入射面２１ｂから入射し、全反射面２１ｃで全反射してその方向がスクリーン面の法線方向に近づくように偏向される。全反射面２１ｃにより反射した映像光Ｌ１、Ｌ２の向きは反射層２４に向かう方向である。全反射面２１ｃで全反射した映像光Ｌ１、Ｌ２は、基材層１１及び光透過部１３を透過して反射層２４に達し、ここで反射される。反射層２４で反射した光は、観察者側に向きが変えられ、再びフレネルレンズ層２１の単位光学要素２１ａを透過し、出光面として機能する全反射面２１ｃから出光する。出光する際にその一部の光は屈折によりさらにスクリーン面の法線方向に近付くものとなる。

このように反射型スクリーン１０によれば、映像光の垂直方向及び水平方向のいずれにおいても、映像源２からの光を適切に観察者側に向けることができ、スクリーンとしての基本的な機能を奏するものとなる。また、反射型スクリーン１０では、特に図１からわかるように、映像源２からの映像光を効率よく反射型スクリーン１０の内部に入射させるとともに偏向し、これを観察者側に出射させることができる。従来の反射型スクリーンでは、映像光の一部が入射面で反射してしまうことがあり、映像光の一部を観察者に提供できないことがあった。またこのような反射光が天井に達し、天井に表れてしまうということもあった。
これに対して反射型スクリーン１０によれば、映像光が入射面で反射されることを大幅に低減させることができ、映像光の利用効率向上による輝度改善や、映像光の天井への写し出しを抑制することが可能となる。
特に、短焦点である場合には図１にθ_１で示した角度が大きくなるので、従来の反射型スクリーンでは入射面での反射が多かったが、反射型スクリーン１０ではこれを映像光として観察者に提供することができる。このことは投射される画面サイズが大きい場合も同様であり、特に６０インチ以上の映像を投射する際には画面上部において図１にθ_１で示した角度が大きくなるので、反射型スクリーン１０の上記効果もさらに顕著なものとなる。

さらに、本実施形態の反射型スクリーン１０では、以下に説明するように外光の一部を光吸収部１４で吸収することができ、スクリーン面に表示される映像のコントラストを向上させることができる。映像光以外の外光（蛍光灯の光や、窓からの太陽光など）は、主に反射型スクリーン１０の斜め上方から入射する。このように反射型スクリーン１０に対して斜め上方から入射した光の一部は、光路例Ｌ３で示したように光吸収部１４に高角度で入射するので、光吸収部１４で吸収され易い。

（その他の層）
これまでに説明した各層は、融着、又は粘着剤層を介することによって互いに固定されている。当該粘着剤層に用いられる粘着剤は、光を透過させるとともに、適切な粘着性を有すればその材質は特に限定されるものではない。これには、例えばアクリル系粘着剤を挙げることができる。その粘着力は、例えば、数Ｎ／２５ｍｍ〜２０Ｎ／２５ｍｍ程度である。

なお、これまでの説明では、フレネルレンズ層、基材層、光学機能層、及び反射層を備える形態について例示したが、本発明の反射型スクリーンは、少なくともフレネルレンズ層及び反射層を備えていればよく、上記層の全てを必須とするわけではない。また、フレネルレンズ層と反射層との間には、その他の層が備えられていてもよい。その他の層としては、従来の反射型スクリーンに備えられていた層を適宜用いることができる。これには例えば減光層や光散乱層を挙げることができる。

光散乱層は、母材中に光散乱材が混入され、これにより映像光の視野角を拡大して画面内の輝度の均一性を向上させることができる。母材を構成する材料は特に限定されることはないが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン（ＭＢＳ）、アクリル系、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等の各樹脂を挙げることができる。一方、光散乱材は、一例として、平均粒径が１μｍ〜１００μｍ程度であるシリカ（二酸化珪素）、アルミナ（酸化アルミニウム）、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂等の透明物質からなる粒子を用いることができる。これによれば母材と光拡散剤との屈折率差による界面反射を利用して光を散乱させることができる。

減光層は、外光の一部を吸収してコントラストを向上させる機能を有する層である。このような減光層は、母材となる樹脂に黒色の顔料や染料を混濁させたものを挙げることができる。母材を構成する材料は特に限定されることはないが、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、メチルメタクリレート・ブタジエン・スチレン（ＭＢＳ）、アクリル系、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等の各樹脂を挙げることができる。また、母材となる樹脂の代わりに、粘着材に黒色の顔料や染料を混濁させ、当該粘着剤で母材とその他機能層を貼合する形態としてもよい。
このような減光層によれば、反射型スクリーンに入射される映像光以外の光の少なくとも一部を吸収させることができ、観察者に提供される映像光のコントラストを向上させることができる。

また、反射側スクリーンの観察者側表面には、他の機能を有する表面機能層が備えられていてもよい。この表面機能層は、反射防止機能、防眩機能、紫外線吸収機能、防汚機能、耐擦傷機能、及び帯電防止機能等のうちのいずれか、又は複数の機能を有するように形成することができる。このような機能を具備させるための手段は公知の方法を適用することができる。例えば、スクリーン面を保護するために、表面機能層として防汚機能及び耐擦傷機能を有する層（ハードコート層）を形成する場合、フレネルレンズ層２１の映像源２側にハードコート機能を有するウレタンアクリレート等の電離放射線硬化型樹脂を所定の厚さで形成することができる。当該層の厚さ特に限定されないが、例えば、２０μｍ程度とすることができる。

１ 反射型投射システム
２ 映像源
１０ 反射型スクリーン
１１ 基材層
１２ 光学機能層
１３ 光透過部
１４ 光吸収部
１５ バインダー
１６ 光吸収粒子
２１ フレネルレンズ層
２１ａ 単位光学要素
２１ｂ 入射面
２１ｃ 全反射面
２４ 反射層

Claims (7)

1. 映像源から投射された映像光を反射させて観察可能とする反射型スクリーンであって、
   基材層と、前記基材層よりも前記映像光が投射される側に配置されたフレネルレンズ層と、前記基材層より前記映像光が投射される側とは反対側に配置された、光を反射可能である反射層とを備え、
   前記フレネルレンズ層には、所定の断面形状を有して突出する単位光学要素が同心円状に複数配列されており、該単位光学要素は前記映像光を前記フレネルレンズ層内に入射させる入射面と、前記入射面から入射した映像光を全反射して前記反射層に向けて偏向させる全反射面と、を備えている、反射型スクリーン。
2. 前記フレネルレンズ層と前記反射層との間に、光学機能層を備え、
   前記光学機能層は、光を透過可能に並列された光透過部と、該光透過部間に光を吸収可能に形成された光吸収部とを備えている、請求項１に記載の反射型スクリーン。
3. 前記フレネルレンズ層と前記反射層との間に、前記映像光を拡散させる光拡散層を備える、請求項１又は２に記載の反射型スクリーン。
4. 前記フレネルレンズ層と前記反射層との間に、外光の一部を吸収する減光層を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の反射型スクリーン。
5. 最も観察者側に、スクリーン面を保護するハードコート層を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の反射型スクリーン。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の反射型スクリーンと、該反射型スクリーンに映像光を投射する映像源とを備える、反射型投射システム。
7. 前記映像源の出光面から前記反射型スクリーンの観察者側の面までの水平方向距離が１ｍ以下である、請求項６に記載の反射型投射システム。

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