JP2016206316A - スクリーン及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スペックルを低減することができるスクリーンを提供する。【解決手段】スクリーン１は、高屈折率光学膜と低屈折率光学膜が交互に積層された光学多層膜層１３と、使用する光の波長よりも厚みが小さい単層膜からなるギャップ層１５と、を備え、複数の光学多層膜層１３と複数のギャップ層１５が交互に積層されている繰り返し積層体７を備えている。繰り返し積層体７は、複数の光学多層膜層１３と複数のギャップ層１５が交互に積層されている部分同士の間に、上記波長よりも厚みが大きい単層膜からなる中間層１７ａ，１７ｂ，１７ｃを備えている、【選択図】図１

Description

本発明は、スクリーン及び表示装置に関するものである。

表示すべき画像に対応する光を光源装置からスクリーンに照射して表示させる表示装置が知られている（例えば特許文献１を参照）。そのような表示装置に用いられる光源装置としてレーザーが用いられる。特許文献１に開示されている表示装置は、レーザー光を走査ミラーで反射させ、光線のラスター走査により透過型のスクリーンに画像を表示させる。このような表示装置として、例えばヘッドアップディスプレイやヘッドマウントディスプレイなどがある。

ところで、レーザーからの光をマイクロレンズアレイやフライアイレンズを通すことによってひとつの光束を複数の光束に分割する際、通常、分割された光は偏光方向が同一方向に揃っている。光学系の中で特定の条件が整うと、分割された光がそれぞれ迷光の原因となって光学系の途中で光が強めあう点と弱めあう点が発生してスペックルが生じる場合がある。スペックルは光が強めあう点と弱めあう点の輝点間の（標準偏差）／（平均値）で定義される。スペックルは、いろいろな光学系で発生することが知られている。

特表２０１０−５３９５２５号公報 特開２０１３−２５４０３１号公報

本発明の目的は、スペックルの発生を低減することができるスクリーン及びそれを用いた表示装置を提供することである。

本発明の実施形態に係るスクリーンは、高屈折率光学膜と低屈折率光学膜が交互に積層された光学多層膜と、使用する光の波長よりも厚みが小さい単層膜からなるギャップ層と、を備え、複数の前記光学多層膜層と複数の前記ギャップ層が交互に積層されている繰り返し積層体を備えているものである。

本発明の実施形態に係る表示装置は、本発明の実施形態のスクリーンと、表示すべき画像に対応する光を上記スクリーンに照射する光源装置と、を備えたものである。

本発明の実施形態のスクリーン及び表示装置はスペックルの発生を低減することができる。

スクリーンの一実施形態を説明するための模式的な断面図である。 同実施形態のスクリーンの反射面におけるマイクロレンズの配置例を説明するための模式的な平面図である。 反射率が１５％の光学多層膜層の構成例を説明するための図表である。 反射率が３０％の光学多層膜層の構成例を説明するための図表である。 １層の光学多層膜層の透過光量について説明するための模式的な断面図である ２層の光学多層膜層の透過光量について説明するための模式的な断面図である。 繰り返し積層体の光透過率について説明するための図表である。 スクリーンの他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。 同実施形態のスクリーンの反射面におけるマイクロコーナーキューブの配置例を説明するための模式的な平面図である。 スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。 スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。 同実施形態のスクリーンの反射面におけるブロックの配置例を説明するための模式的な平面図である。 図１２に示された各ブロックにおけるマイクロレンズの配列方向を説明するための模式的な平面図である。 反射面に配置されたマイクロレンズの不規則な配置の例を説明するための模式的な平面図である。 スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。 同実施形態のスクリーンの第２面及び第３面における四角錐構造の配置例を説明するための模式的な平面図である。 各実施形態のスクリーンについて、モアレ及びスペックルの発生を調べた結果を示す図表である。 スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。 同実施形態のスクリーンの反射面における四角錐構造の配置例を説明するための模式的な平面図である。 スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。 スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。 スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。 表示装置の一実施形態を説明するための模式的な構成図である。 表示装置の他の実施形態を説明するための模式的な構成図である。

本発明の実施形態のスクリーンは、例えば、上記繰り返し積層体は、複数の上記光学多層膜層と複数の上記ギャップ層が交互に積層されている部分同士の間に、上記波長よりも厚みが大きい単層膜からなる中間層を備えているようにしてもよい。

また、本発明の実施形態のスクリーンにおいて、例えば、上記繰り返し積層体に配置されている上記ギャップ層は同じ厚みで形成されているようにしてもよい。

また、本発明の実施形態のスクリーンにおいて、例えば、上記繰り返し積層体の一端面に全反射膜層が配置されているようにしてもよい。

さらに、例えば、上記繰り返し積層体と上記全反射膜層の間、又は上記繰り返し積層体の上記一端面とは反対側の端面に、マイクロレンズ、マイクロコーナーキューブ又は四角錐構造からなる光学素子が複数配置された反射面が配置されているようにしてもよい。

また、本発明の実施形態のスクリーンにおいて、例えば、上記繰り返し積層体の一端面に、マイクロレンズ、マイクロコーナーキューブ又は四角錐構造からなる光学素子が複数配置された反射面が配置されているようにしてもよい。

また、上記反射面を有する本発明の実施形態のスクリーンは、例えば、上記反射面において上記光学素子が不規則に配置されているようにしてもよい。

スペックルは、例えばレーザーのようなコヒーレント光が、その波長に比べて大きな、ランダムな粗さを有する散乱体で散乱されるとき、多数の要素散乱光が干渉することによって発生する光強度の空間的なゆらぎである。ここで、散乱体として、例えば、スクリーンのような反射型の散乱体や透過型の拡散板、微粒子懸濁液など考えられる。

スペックルコントラストは、以下の式（１）で表される。
Ｃ＝１／√Ｎ …（１）
ここで、Ｃ：スペックルコントラスト、Ｎ：Ｎ個の独立なスペックルの多重度（ＦＤＳ（fully developed speckle）の多重度）である。

本発明の実施形態のスクリーンは、使用する光の波長よりも小さい３次元的な体積散乱（厚さ方向に体積散乱を起こすこと）を発現することによってスペックルを制御する。ここで、使用する光の波長とは中心波長を意味する。例えば、セラミック焼結体にレーザーを照射すると反射散乱光はスペックルがなくなることが知られている。また、セラミック焼結体である蛍光発光素子にレーザーを照射すると、レーザー波長が変換され、かつ、反射散乱光はスペックルがなくなることが知られている。

本発明の実施形態のスクリーンは、高屈折率光学膜と低屈折率光学膜が交互に積層された光学多層膜層と、使用する光の波長よりも厚みが小さい単層膜からなるギャップ層と、を備え、複数の上記光学多層膜層と複数の上記ギャップ層が交互に積層されている繰り返し積層体を備えている。ギャップ層の働きは、上記理論による「３次元的な体積散乱（厚さ方向に体積散乱）を起こす」効果を発現する。

ギャップ層は、入射光に対して奥行き方向（厚さ方向）に反射する面を複数有するので、奥行き方向成分を有している。
また、複数のギャップ層と複数の光学多層膜が配置されている（繰り返し回数が複数あること）ので、複数の光学多層膜の間で多重反射が繰り替えされる。このことで、体積方向の多重散乱を発生させることができる。

本発明の実施形態のスクリーンにおいて、繰り返し積層体に配置されている複数のギャップ層は、厚みが同じであってもよいし、厚みが互いに異なっていてもよい。なお、干渉防止には、複数のギャップ層は厚みが互いに異なっていることが好ましい。また、複数のギャップ層について厚みが同じである場合は、上記繰り返し積層体において、光学多層膜層とギャップ層の間に中間層が配置されることが好ましい。ここで、中間層は、使用する光の波長よりも大きい厚みをもつ単層膜である。

また、複数の光学多層膜層と複数のギャップ層が交互に積層されている上記繰り返し積層体において、１つの光学多層膜層と１つのギャップ層を「１単位」とすると、「１単位」の反射率を制御することは透過率を設計制御することになる。したがって、「１単位」の下側から反射されてくる光の透過率を制御することができる。

本発明の実施形態のスクリーンにおいて、ギャップ層は、使用する光の波長よりも小さな厚みをもつ膜である。ここで、「ギャップ層の厚み」は、ギャップ層に入射する光の光路長を含めた寸法を意味している。例えば、ギャップ層の膜厚：ｄ、ギャップ層に入射する光の入射角：Θの場合、光路長：Ｄ＝（ａｒｃｃｏｓΘ）×ｄである。

また、上記繰り返し積層体に、使用する光の波長よりも厚みが大きい上記中間層を設けることによって、例えばレーザー光の波長に比べて大きな寸法を有する散乱体を構成することになり、３次元的な体積散乱を起こすことができる。なお、「中間層の厚み」は、上記「ギャップ層の厚み」と同様に、中間層に入射する光の光路長を含めた寸法を意味している。

図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
（実施形態１）
図１は、スクリーンの一実施形態を説明するための模式的な断面図である。図２は、この実施形態のスクリーンの反射面におけるマイクロレンズの配置例を説明するための模式的な平面図である。

スクリーン１は、例えば基材３、全反射膜層５、繰り返し積層体７、光学素子アレイ基材９及び表面保護層１１を備えている。スクリーン１の平面サイズは例えば□３３１.５ｍｍ×１８６.５ｍｍ（ミリメートル）（□テレビサイズ：１５インチ相当）程度である。スクリーン１に対して使用される光の波長は例えば３５０〜７００ｎｍで、中心波長は５１０ｎｍ（ナノメートル）である。

基材３は例えば光透過性を有する基板である。基材３の材料は、例えば、ガラス（窓用ガラスを含む）、樹脂材料からなる基板やシート（ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ポリオレフィン、耐熱性樹脂：ＯＲＧＡ（登録商標））などである。基材３の厚みは例えば０.２〜１.０ｍｍ程度である。なお、基材３は遮光性を有するものであってもよい。

基材３の表面に全反射膜層５が形成されている。全反射膜層５は、例えば、屈折率が比較的高い高屈折率光学膜と屈折率が比較的低い低屈折率光学膜とが交互に積層された光学多層膜で形成されている。全反射膜層５では、反射率が１００％程度になるように高屈折率光学膜と低屈折率光学膜の膜厚が設定されている。全反射膜層５の厚みは例えば１.５〜２.０μｍ（マイクロメートル）程度である。なお、全反射膜層５は、例えばアルミニウム膜等の金属膜で形成されていてもよい。

全反射膜層５に接して、複数の光学多層膜層１３と複数のギャップ層１５と中間層１７ａ，１７ｂ，１７ｃが積層された繰り返し積層体７が形成されている。光学多層膜層１３とギャップ層１５は交互に積層されている。中間層１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、複数の光学多層膜層１３と複数のギャップ層１５が積層されている部分同士の間に配置されている。ここで、光学多層膜層１３は、「それ自体が目的の反射率（設計事項であり製品仕様から決定される値）の機能を発現する多層膜」である。光学多層膜層１３の反射率は設計事項として決定される。

例えば、ギャップ層１５と光学多層膜層１３を１単位とすると、全反射膜層５側から順に、６単位のギャップ層１５及び光学多層膜層１３、中間層１７ａ、６単位のギャップ層１５及び光学多層膜層１３、中間層１７ｂ、６単位のギャップ層１５及び光学多層膜層１３、中間層１７ｃ、６単位のギャップ層１５及び光学多層膜層１３が積層されている。

光学多層膜層１３は高屈折率光学膜と低屈折率光学膜が交互に（Ａ／Ｂ／Ａ／…／Ｂ／Ａの基本構成で示される）奇数層だけ積層されたものである。ここでＡ：高屈折率光学膜、Ｂ：低屈折率光学膜であってもよいし、Ａ：低屈折率光学膜、Ｂ：高屈折率光学膜であってもよい。光学多層膜層１３は、積層されている高屈折率光学膜と低屈折率光学膜の各膜厚が設定されて所望の反射率に設定されている。この実施形態のスクリーン１では、光学多層膜層１３の反射率は例えば１０％である。

例として、反射率が１５％の光学多層膜層１３の構成例を図３に示す。反射率が３０％の光学多層膜層１３の構成例を図４に示す。
このような光学多層膜層の反射率は高屈折率光学膜と低屈折率光学膜の膜厚を変更することによって変更可能である。このような光学多層膜層は反射率を１００％程度に設定することもできる。反射率が１００％程度の光学多層膜層は、例えば図１に示された全反射膜層５に適用できる。

ギャップ層１５は、使用する光の波長（５１０ｎｍ）よりも厚みが小さい単層膜で形成されている。ギャップ層１５は例えばＳｉＯ₂（二酸化ケイ素）で形成されている。ギャップ層１５の厚みは例えば１５０ｎｍ〜２００ｎｍである。ギャップ層１５は反射光学的な機能はない。ギャップ層１５は光学多層膜層１３間のギャップ（距離）を得るための膜層である。

中間層１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、使用する光の中心波長（５１０ｎｍ）よりも厚みが大きい単層膜でそれぞれ形成されている。中間層１７ａ，１７ｂ，１７ｃは例えばＳｉＯ₂で形成されている。中間層１７ａの厚みは例えば６００ｎｍ程度である。中間層１７ｂの厚みは例えば６３０ｎｍ程度である。中間層１７ｃの厚みは例えば６５０ｎｍ程度である。この実施形態では、中間層１７ａ，１７ｂ，１７ｃの厚みが互いに異なっている。

光学素子アレイ基材９は、反射面９ａに複数のマイクロレンズ１９（光学素子）を備えている。反射面９ａは、繰り返し積層体７とは反対側の光学素子アレイ基材９の面に設けられている。マイクロレンズ１９は反射面９ａのほぼ全面に配置されている。反射面９ａの反射率は、光学素子アレイ基材９の材料と表面保護層１１の材料によって決定されうる。反射面９ａの反射率は例えば１５〜３０％程度である。なお、本発明の実施形態のスクリーンにおいて、マイクロレンズ１９（光学素子）は設けられていなくてもよい。

図２に示されるように、マイクロレンズ１９は例えば正六角形が平面充填された六角緻密（ハニカム状）にそれぞれ配列されている。マイクロレンズ１９のピッチｄｘ１９（内接円の直径）は例えば３００μｍ程度である。

この実施形態ではマイクロレンズ１９の配列の一例として「正六角形が平面充填された六角緻密（ハニカム状）」を記載したが、マイクロレンズ１９の配列は六角緻密に限定されるものではない。例えば、マイクロレンズ１９の平面形状は、三角形や四角形などの多角形、円形や楕円形などであってもよい。そして、そのような平面形状を有するマイクロレンズ１９が緻密に又は間隔をもって配列されていてもよい。

光学素子アレイ基材９の材料は、例えば基材３の材料と同じである。ただし、光学素子アレイ基材９の材料は基材３の材料とは異なっていてもよい。光学素子アレイ基材９の厚みは例えば０．１〜０.３ｍｍ程度である。

光学素子アレイ基材９の反射面９ａに接して表面保護層１１が配置されている。表面保護層１１は、スクリーン１の表面（入射面）を平坦化するためのものである。表面保護層１１は、例えばナノインプリント技術によって形成された樹脂層である。表面保護層１１の厚みは例えば５０μｍ程度である。表面保護層１１の表面（光学素子アレイ基材９とは反対側の面）に反射防止膜が形成されている。この反射防止膜は図１では表面保護層１１と一体化されている。なお、表面保護層１１や反射防止膜は設けられていなくてもよい。

次に、光学多層膜層１３とギャップ層１５の繰り返し構造の透過光量（透過率）について説明する。
図５は、１層の光学多層膜層の透過光量について説明するための模式的な断面図である。

一般的に、高屈折率光学膜と低屈折率光学膜が交互に積層された光学多層膜は、例えば
図３及び図４に示されるように、上下反転対象の膜構成になっている。この実施形態の光学多層膜層１３も同様である。したがって、光が上面から入射しても下面から入射しても光学特性は同じである。例えば反射率が３０％の光学多層膜層１３は、入射方向に関係なく反射率は３０％である。また、光学多層膜層１３の反射率が例えば３０％である場合、透過光量は７０％となる。

図６は、２層の光学多層膜層の透過光量について説明するための模式的な断面図である。
光学多層膜層１３、ギャップ層１５、光学多層膜層１３がその順に積層されて、光学多層膜層１３が２層配置されている場合、この積層構造のトータルの透過光量（透過率）は、光が光学多層膜層１３を２回透過するので、７０％×７０％＝４９％となる。したがって、この積層構造のトータルの反射率は１００％−４９％＝５１％となる。

スクリーン１では、上記「１単位」（ギャップ層１５と光学多層膜層１３）が複数層重ねられている。このことにより、光学多層膜層１３間で多重反射が発生する。なお、ここでは説明を簡素化するために反射率に関して多重反射を考慮していない。

例えば図６に示された構成の場合、光学多層膜層１３間の多重反射を考慮すると、計算式から「透過率は５１％よりもわずかに小さく」となり、「反射率は４９％よりもわずかに大きく」なる。ただし、この多重反射を考慮してもしなくても、本件議論に大きな影響はない。

また、光学多層膜層１３間に配置されているギャップ層１５は、光学多層膜層１３の設計時に考慮されている。この層は、光学多層膜層１３を構成する薄膜層としての機能はなく、誘電体層として存在するだけである。換言すれば、ギャップ層１５を空気層ギャップとして考えることもできる。スクリーン１では、実際に製作する場合を考慮してギャップ層１５を空気層で構成することはできないため、例えばＳｉＯ₂の誘電体膜がギャップ層１５として配置されている。

図７は、繰り返し積層体の光透過率について説明するための図表である。図７において、１層、２層、…、６層は、上記「１単位」（ギャップ層１５と光学多層膜層１３）の積層回数を意味している。なお、図７の透過率の数値について、光学多層膜層１３間の多重反射は考慮されていない。

スクリーン１では、光学多層膜層１３の反射率が１０％である上記「１単位」が、全反射膜層５と中間層１７ａの間、中間層１７ａ、１７ｂの間、中間層１７ｂ、１７ｃの間、中間層１７ｃ、光学素子アレイ基材９の間で、それぞれ６回積層されている（６層）。６層の光学多層膜層１３（上記「１単位」）の透過率は５３.１％程度になる。

また、スクリーン１の繰り返し積層体７では、中間層１７ａ，１７ｂ，１７ｃを挟んで、６層の上記「１単位」が４段積層されている。したがって、スクリーン１の繰り返し積層体７の透過率は７.９％程度になる。

なお、光学多層膜層１３の反射率が例えば５０％である場合、上記「１単位」が６層重ね合わせられると透過率は０.８％になる。この場合、６層の上記「１単位」の積層構造は、ほとんどの光を反射するミラー面として機能する。

スクリーン１は、複数の光学多層膜層１３と複数のギャップ層１５が交互に積層されている繰り返し積層体７を備えている。ギャップ層１５は、光学多層膜層１３間で多重反射を発生させ、「３次元的な体積散乱（厚さ方向に体積散乱）を起こす」効果を発現する。これにより、スクリーン１は、使用する光の波長よりも小さい３次元的な体積散乱を発現することによってスペックルの発生を低減することができる。

さらに、スクリーン１の繰り返し積層体７において、配置されているギャップ層１５の厚みは同じであるが、厚みが互いに異なっている中間層１７ａ，１７ｂ，１７ｃが配置されていることによって光学多層膜層１３間の間隔が不規則になっている。これにより、繰り返し積層体７を通過する光の干渉が低減されている。これも、スペックルの発生の低減に寄与している。このスペックル発生を低減させる機能は、マイクロレンズ１９が配置されていない場合であっても作用する。したがって、本発明の実施形態のスクリーンは、マイクロレンズ１９（光学素子）を備えていない場合であっても、スペックルの発生を低減できる。

ところで、例えば特許文献１のように、凹凸パターンが規則的に配置されているスクリーンは、凹凸パターンが回折格子として作用し、モアレを発生させる。
実施形態１のスクリーン１にはマイクロレンズ１９が規則的に配列された反射面９ａが設けられている。しかし、スクリーン１は、厚みが互いに異なっている中間層１７ａ，１７ｂ，１７ｃが配置されていることによって光学多層膜層１３間の間隔が不規則になっている。これにより、繰り返し積層体７を通過する光の干渉が低減されている。繰り返し積層体７において複数の光学多層膜層１３の間で多重反射が繰り替えされることによって体積方向の多重散乱を発生させるので、モアレの発生を低減することができる。なお、このモアレ発生を低減させる機能は、スクリーンに配置される規則的な凹凸パターンが複数のマイクロレンズ１９ではない場合であっても作用する。したがって、本発明の実施形態のスクリーンは、マイクロレンズ１９（光学素子）ではない凹凸パターンが規則的に配置されている場合であっても、モアレの発生を低減できる。

（実施形態２）
図８は、スクリーンの他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。図９は、この実施形態のスクリーンの反射面におけるマイクロコーナーキューブの配置例を説明するための模式的な平面図である。図８及び図９において、図１及び図２と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。

この実施形態のスクリーン２１は、繰り返し積層体７において、６層の上記「１単位」（ギャップ層１５と光学多層膜層１３）が中間層１７ａ，１７ｂを挟んで３段設けられている。繰り返し積層体７における、光学多層膜層１３（反射率は１０％）、ギャップ層１５及び中間層１７ａ，１７ｂの構成は、図１及び図２を参照して説明した実施形態１のスクリーン１のものと同じである。

図７に示されるように、６層の光学多層膜層１３（反射率は１０％）が３段設けられている繰り返し積層体７の透過率は１４.５％程度である。

スクリーン２１は、光学素子アレイ基材９の反射面９ａに斜め配置のコーナーキューブからなる複数のマイクロコーナーキューブ２３（光学素子）を備えている。マイクロコーナーキューブ２３は反射面９ａのほぼ全面に配置されている。マイクロコーナーキューブ２３は表面保護層１１側（光入射側）に凸になるように配置されている。反射面９ａの反射率は例えば１５〜３０％程度である。

図８に示されるように、マイクロコーナーキューブ２３は例えば正三角錐形状を有している。マイクロコーナーキューブ２３は例えば正三角形が平面充填された三角緻密に配列されている。マイクロコーナーキューブ２３のピッチｄｘ２３（正三角形の一辺の長さ）は例えば３００μｍ程度である。

この実施形態ではマイクロコーナーキューブ２３の配列の一例として「正三角形が平面充填された三角緻密」を記載したが、マイクロコーナーキューブ２３の配列は三角緻密に限定されるものではない。例えば、マイクロコーナーキューブ２３の平面形状は、正三角形以外の三角形であってもよい。また、マイクロコーナーキューブ２３は間隔をもって配列されていてもよい。

実施形態２のスクリーン２１は、複数の光学多層膜層１３と複数のギャップ層１５が交互に積層されている繰り返し積層体７を備えているので、実施形態１のスクリーン１と同様に、スペックルの発生を低減することができる。

また、実施形態２のスクリーン２１にはマイクロコーナーキューブ２３が規則的に配列された反射面９ａが設けられているが、スクリーン２１は、実施形態１のスクリーン１と同様に、モアレの発生を低減することができる。

（実施形態３）
図１０は、スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。図１０において、図１と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。

この実施形態のスクリーン３１は、繰り返し積層体７において、６層の上記「１単位」（ギャップ層１５と光学多層膜層１３）が中間層１７ａを挟んで２段設けられている。繰り返し積層体７における、光学多層膜層１３、ギャップ層１５及び中間層１７ａの構成は、実施形態１のスクリーン１のものと同様である。ただし、スクリーン３１において、光学多層膜層１３の反射率は２０％である。

図７に示されるように、６層の光学多層膜層１３（反射率は２０％）が２段設けられている繰り返し積層体７の透過率は６.９％程度である。

実施形態３のスクリーン３１は、複数の光学多層膜層１３と複数のギャップ層１５が交互に積層されている繰り返し積層体７を備えているので、実施形態１のスクリーン１と同様に、スペックル及びモアレの発生を低減することができる。

（実施形態４）
図１１は、スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。図１２は、この実施形態のスクリーンの反射面におけるブロックの配置例を説明するための模式的な平面図である。図１３は、図１２に示された各ブロックにおけるマイクロレンズの配列方向を説明するための模式的な平面図である。図１１から図１３において、図１及び図２と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。

この実施形態のスクリーン４１は、繰り返し積層体７において、６層の上記「１単位」（ギャップ層１５と光学多層膜層１３）が中間層１７ａ，１７ｂを挟んで３段設けられている。繰り返し積層体７における、光学多層膜層１３、ギャップ層１５及び中間層１７ａ，１７ｂの構成は、実施形態１のスクリーン１のものと同様である。ただし、スクリーン４１において、光学多層膜層１３の反射率は２０％である。また、中間層１７ｂの厚みは例えば２３０ｎｍ程度である。

図７に示されるように、６層の光学多層膜層１３（反射率は２０％）が３段設けられている繰り返し積層体７の透過率は１.８％程度である。

スクリーン４１の光学素子アレイ基材９の反射面９ａにおいて、マイクロレンズ１９は不規則に配置されている（ランダム配置）。図１２に示されるように、反射面９ａにおけるマイクロレンズ１９の配置領域は複数のブロックＡ１９ａ，Ａ１９ｂ，Ａ１９ｃ，Ａ１９ｄに分割されている。

図１３に示されるように、各ブロックＡ１９ａ〜Ａ１９ｄには複数のマイクロレンズ１９が配列されている。なお、ブロックの周縁部に配置されるマイクロレンズ１９は、ブロックの輪郭に接していてもよいし、ブロックの輪郭とは間隔をもって配置されていてもよい。
マイクロレンズ１９の配列方向について、例えば、Ｘ軸方向を０°とする。

ブロックＡ１９ａ〜Ａ１９ｄの平面形状は、例えば一辺が５００μｍ程度の正六角形である。反射面９ａにおいてブロックＡ１９ａ〜Ａ１９ｄは六角緻密に配列されている。なお、隣り合うブロック同士は、隣接して配置されていてもよいし、間隔をもって配置されていてもよい。

反射面９ａにおけるブロックＡ１９ａ〜Ａ１９ｄ及びマイクロレンズ１９の配置について説明する。
ブロックＡ１９ａ〜Ａ１９ｄは、図１２及び図１３に示されるように、輪郭である正六角形の３本の対角線のうち１本がＸ軸と平行に配置されている。図１３に示されるように、ブロックＡ１９ａ〜Ａ１９ｄにおいて、マイクロレンズ１９が六角緻密にそれぞれ配列されている。例えば、マイクロレンズ１９の基本形状は、一辺が１００μｍ程度の正六角形である。ブロックＡ１９ａ〜Ａ１９ｄにおいて、１００個程度のマイクロレンズ１９がそれぞれ配置されている。

ブロックＡ１９ａにおいて、マイクロレンズ１９は輪郭である正六角形の３本の対角線のうち１本がＹ軸と平行に配置されている。ブロックＡ１９ａにおいて六角緻密に配列されたマイクロレンズ１９はＸ軸と平行な直線上に並んでいる。ブロックＡ１９ａにおけるマイクロレンズ１９の配列方向を０°とする。なお、ブロックＡ１９ａにおいて、マイクロレンズ１９は、Ｘ軸方向に対して反時計回りに６０°回転した方向と平行な直線上、及びＸ軸方向に対して反時計回りに１２０°回転した方向と平行な直線上にも並んでいる。

ブロックＡ１９ｂでは、マイクロレンズ１９の配列方向が、ブロックＡ１９ａにおけるマイクロレンズ１９の配列方向に対して反時計回りに１５°回転している。ブロックＡ１９ｂにおけるマイクロレンズ１９の配列方向を１５°とする。

ブロックＡ１９ｃ，Ａ１９ｄでは、マイクロレンズ１９の配列方向が、ブロックＡ１９ａにおけるマイクロレンズ１９の配列方向に対して、反時計回りに３０°又は４５°回転している。ブロックＡ１９ｃ，Ａ１９ｄにおけるマイクロレンズ１９の配列方向を順に３０°、４５°とする。

ブロックＡ１９ａ〜Ａ１９ｄは、各ブロックの輪郭に接するマイクロレンズ１９として、平面形状が三角形のもの、四角形のもの、五角形のものを含んでいる。
図１２において、反射面９ａのブロックＡ１９ａ〜Ａ１９ｄの配置領域におけるマイクロレンズ１９の配置方向は矢印で示されている（図１３も参照。）。

反射面９ａにおいて、ブロックＡ１９ａ〜Ａ１９ｄは不規則に配置されている。反射面９ａにおいて、ブロックＡ１９ａ〜Ａ１９ｄが不規則に配列されていることにより、マイクロレンズ１９の配列方向は不規則になっている。ここで、隣り合うブロック同士でマイクロレンズ１９の配列方向が同じである箇所は１つのブロックとみなされる。これにより、隣り合うブロック間でマイクロレンズ１９の配列方向が異なっている。

実施形態４のスクリーン４１は、複数の光学多層膜層１３と複数のギャップ層１５が交互に積層されている繰り返し積層体７を備えているので、実施形態１のスクリーン１と同様に、スペックル及びモアレの発生を低減することができる。

さらに、スクリーン４１は、反射面９ａにおいてマイクロレンズ１９が不規則に配置されているので、モアレパターンの発生を低減したり、防止したりすることができる。

また、マイクロレンズ１９が不規則に配置されていることにより、スクリーン４１は視野角を広げることができる。視野角は、反射面９ａで反射される光の入射角度によって一義的に決定されるものである。反射面９ａにおいてマイクロレンズ１９が不規則に配置されているので、スクリーン４１は、マイクロレンズ１９が規則的に配置されている場合に比べて、視野角を広げることができる。また、反射面９ａに配置されるマイクロレンズ１９の配置と形状によって視野角を調整することができる。これにより、視野角調整機能の設計の自由度が向上した。

このように、反射面９ａにおいて、マイクロレンズ１９（光学素子）が不規則に配置されているようにしてもよい。
ここでは、反射面において、光学素子の配置領域が複数の上記光学素子をそれぞれ含む複数のブロックに分割されており、隣り合う上記ブロック間で上記光学素子の配列方向が互いに異なっていることにより、光学素子が不規則に配置されている例を説明した。ただし、光学素子が不規則に配置されている構成はこれに限定されない。

例えば、スクリーン４１では、各ブロックに配置されたマイクロレンズ１９の平面形状やピッチ、高さ、曲率半径、表面滑らかさなどは、ブロック間で同じであるが、光学素子が不規則に配置されている構成はこれに限定されない。

例えば、隣り合うブロック間で、配列されているマイクロレンズに関して、平面形状、大きさ、ピッチ、配列方向、高さ、曲率半径、表面滑らかさのうち少なくとも１つが互いに異なっていてもよい。

また、上記スクリーンの実施形態では、１つのブロックに配置されるマイクロレンズの配列方向は、０°、１５°、３０°、４５°の４方向であるが、本発明のスクリーンの実施形態はこれに限定されない。本発明のスクリーンの実施形態において、１つのブロックに配置されるマイクロレンズの配列方向とブロックの辺がなす角度は任意である。また、反射面において、マイクロレンズの配列方向の数も任意である。反射面において、マイクロレンズの配列方向が互いに異なるブロックの種類が多いほど、モアレは発生しにくくなる。したがって、マイクロレンズの配列方向がより細分化されて、マイクロレンズの配列方向が互いに異なるブロックの種類がより多く設定されることが好ましい。ただし、マイクロレンズの配列方向が互いに異なるブロックが少なくとも２種類あれば、反射面においてマイクロレンズを不規則に配置することは可能である。

また、１つのブロックに配置される複数のマイクロレンズは、平面形状や大きさ、ピッチ、高さ、曲率半径、表面滑らかさが互いに異なるものを含んでいてもよい。
また、ブロックの形状は、正六角形に限定されず、どのような形状であってもよい。例えば、ブロックの形状は、三角形や四角形、五角形などの多角形、円形、楕円形などであってもよい。
また、１つの反射面に配置される複数のブロックは、ブロックの形状が互いに異なるものを含んでいてもよい。
また、光学素子の不規則な配置に関して、マイクロレンズに替えて、マイクロコーナーキューブや後述する四角錐構造を用いることも可能である。

また、光学素子が不規則に配置されている構成は、反射面に配置される複数の光学素子の形状、高さ、周期、表面の滑らかさのうち少なくとも１つが不規則であればよい。
例えば図１４に示されるように、反射面９ａに配置されたマイクロレンズ１９は、平面形状や大きさ、高さ、曲率半径が互いに異なるものを含んでいるようにしてもよい。これらのマイクロレンズ１９はランダムに配置されている。

（実施形態５）
図１５は、スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。図１５において、図１と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。

この実施形態のスクリーン５１は、繰り返し積層体７において、６層の上記「１単位」（ギャップ層１５と光学多層膜層１３）が中間層１７ａを挟んで２段設けられている。繰り返し積層体７における、光学多層膜層１３、ギャップ層１５及び中間層１７ａの構成は、実施形態１のスクリーン１のものと同様である。ただし、スクリーン３１において、光学多層膜層１３の反射率は３０％である。また、中間層１７ａの厚みは例えば１８０ｎｍ程度である。

図７に示されるように、６層の光学多層膜層１３（反射率は３０％）が２段設けられている繰り返し積層体７の透過率は１.４％程度である。

実施形態５のスクリーン４１は、複数の光学多層膜層１３と複数のギャップ層１５が交互に積層されている繰り返し積層体７を備えているので、実施形態１のスクリーン１と同様に、スペックル及びモアレの発生を低減することができる。

（実施形態６）
図１６は、スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。図１６において、図１と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。

この実施形態のスクリーン６１は、繰り返し積層体７において、６層の上記「１単位」（ギャップ層１５と光学多層膜層１３）が１段設けられている。スクリーン６１において上記中間層は設けられていない。繰り返し積層体７における光学多層膜層１３及びギャップ層１５及び中間層１７ａの構成は、実施形態１のスクリーン１のものと同様である。ただし、スクリーン６１において、光学多層膜層１３の反射率は４０％である。

図７に示されるように、６層の光学多層膜層１３（反射率は４０％）が１段設けられている繰り返し積層体７の透過率は４.７％程度である。

実施形態６のスクリーン６１は、複数の光学多層膜層１３と複数のギャップ層１５が交互に積層されている繰り返し積層体７を備えているので、実施形態１のスクリーン１と同様に、スペックル及びモアレの発生を低減することができる。

図１７は、各実施形態のスクリーンについて、モアレ及びスペックルの発生を調べた結果を示す図表である。使用した光の波長は５１０ｎｍである。図１７には、比較例として、反射率が３０％のマイクロレンズアレイの結果が記載されている。

図１７において、モアレ発生の欄及びスペックル発生の欄における効果「◎」は「モアレ又はスペックルが観察されなかった」ことを意味する。効果「△」は「見る角度によってはわずかに観察された」ことを意味する。効果「×」は「どの角度から見ても観察された」ことを意味する。

図１７の結果から、実施形態１〜６は、いずれもモアレ及びスペックルの低減の効果が得られることがわかった。特に、実施形態１のスクリーン１（図１及び図２を参照。）と実施形態４のスクリーン４１（図１１から図１３を参照。）は、モアレ及びスペックルの低減の効果について良好な結果が得られた。

（実施形態７）
図１８は、スクリーンの他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。図１９は、この実施形態のスクリーンの反射面における四角錐構造の配置例を説明するための模式的な平面図である。図１８及び図１９において、図１及び図２と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。

この実施形態のスクリーン７１は、実施形態１のスクリーン１と比較して、マイクロレンズ１９に替えて四角錐構造７３（光学素子）を光学素子アレイ基材９の反射面９ａに備えている。四角錐構造７３は反射面９ａのほぼ全面に配置されている。四角錐構造７３は表面保護層１１側（光入射側）に凸になるように配置されている。反射面９ａの反射率は例えば１５〜３０％程度である。

図１８に示されるように、四角錐構造７３は例えば正四角錐形状を有している。四角錐構造７３は例えば正方形が平面充填された正方形緻密（格子状）に配列されている。四角錐構造７３のピッチｄｘ７３（正方形の一辺の長さ）は例えば３００μｍ程度である。

この実施形態では四角錐構造７３の配列の一例として「正方形が平面充填された正方形緻密」を記載したが、四角錐構造７３の配列は正方形緻密に限定されるものではない。四角錐構造７３の配列は例えば千鳥状配列であってもよい。また、四角錐構造７３の平面形状は、正方形以外の四角形であってもよい。また、四角錐構造７３は間隔をもって配列されていてもよい。

実施形態７のスクリーン７１は、繰り返し積層体７を備えているので、実施形態１のスクリーン１と同様に、スペックル及びモアレの発生を低減することができる。

（実施形態８）
図２０は、スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。図２０において、図１と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。

この実施形態のスクリーン８１は、実施形態１のスクリーン１と比較して、光学素子アレイ基材９及び表面保護層１１が繰り返し積層体７よりも全反射膜層５側に配置されている。光学素子アレイ基材９と表面保護層１１は、全反射膜層５と繰り返し積層体７の間にその順に配置されている。なお、基材３、全反射膜層５、繰り返し積層体７、光学素子アレイ基材９及び表面保護層１１の膜構成は、例えば、配置されている順番を除いて実施形態１のスクリーン１と同様である。

表面保護層１１とは反対側の繰り返し積層体７の面に第２表面保護層８３が配置されている。第２表面保護層８３は、例えば厚みが１０〜５０μｍの樹脂で形成されている。第２表面保護層８３は繰り返し積層体７の表面を保護するためのものである。第２表面保護層８３の表面（光入射面）に反射防止膜が形成されている。この反射防止膜は図１８では第２表面保護層８３と一体化されている。なお、第２表面保護層８３や反射防止膜は設けられていなくてもよい。

この実施形態のスクリーン８１のように、繰り返し積層体７が複数のマイクロレンズ１９が配置された反射面９ａを有する光学素子アレイ基材９よりも入射面側に配置されている構成であっても、実施形態１のスクリーン１と同様の作用及び効果が得られる。

なお、繰り返し積層体７が光学素子アレイ基材９よりも入射面側に配置されている構成は、例えば、上記実施形態２〜７で説明したスクリーン２１，３１，４１，５１，６１，７１にも適用可能である。

（実施形態９）
図２１は、スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。図２１において、図１及び図２０と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。

この実施形態のスクリーン８１は、実施形態８のスクリーン８１と比較して、光学素子アレイ基材９及び表面保護層１１が配置されていない。その他の構成は、実施形態８のスクリーン８１と同様である。

スクリーン８１は、複数の光学多層膜層１３と複数のギャップ層１５が交互に積層されている繰り返し積層体７を備えているので、実施形態１のスクリーン１と同様に、スペックルの発生を低減することができる。

なお、光学素子アレイ基材９が配置されていない構成は、例えば、上記実施形態１〜７で説明したスクリーン２１，３１，４１，５１，６１，７１にも適用可能である。

（実施形態１０）
図２２は、スクリーンのさらに他の実施形態を説明するための模式的な断面図である。図２２において、図１と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付されている。

この実施形態のスクリーン１０１は、実施形態３のスクリーン３１と同様に、繰り返し積層体７において、６層の上記「１単位」（ギャップ層１５と光学多層膜層１３）が中間層１７ａを挟んで２段設けられている。また、スクリーン１０１において、光学多層膜層１３の反射率は例えば５％である。

また、スクリーン１０１には、実施形態１のスクリーン１と比較して、全反射膜層５が設けられていない。
スクリーン１０１のその他の構成は、実施形態１のスクリーン１のものと同様である。なお、基材３は光透過性を有する材料で形成されている。

光学多層膜層１３の反射率が５％のとき、６層の上記「１単位」の透過率は、７３.５％程度である。また、スクリーン１０１の繰り返し積層体７では上記「１単位」が中間層１７ａを挟んで２段設けられているので、繰り返し積層体７の透過率は５４.０％程度である。なお、これらの透過率について光学多層膜層１３間の多重反射は考慮されていない。

この実施形態のスクリーン１０１には全反射膜層５が設けられていないので、例えば基材３側から入射した光の一部は繰り返し積層体７、光学素子アレイ基材９を透過して表面保護層１１側から出射される。また、表面保護層１１側から入射した光の一部は基材３側から出射される。

実施形態１０のスクリーン１０１は、複数の光学多層膜層１３と複数のギャップ層１５が交互に積層されている繰り返し積層体７を備えている。スクリーン１０１に入射した光はスクリーン１０１内で多重反射されるので、スクリーン１０１は、実施形態１のスクリーン１と同様に、反射光及び出射光についてスペックル及びモアレの発生を低減することができる。

光透過性を有するスクリーン１０１は、例えば、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）やプロジェクターなどの表示装置用の透過型の疑似スクリーン（中間像スクリーン）に適用できる。また、スクリーン１０１は、例えばヘッドアップディスプレイのコンバイナ（透過型のスクリーン）にも適用できる。

なお、全反射膜層５が配置されていない構成は、例えば、上記実施形態１〜９で説明したスクリーン２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１にも適用可能である。

本発明の実施形態のスクリーンを備えた表示装置の一例を説明する。
図２３は表示装置の一実施形態を説明するための模式的な構成図である。この実施形態の表示装置は透過型のスクリーンを備えている。

表示装置１１１は、スクリーン１０１と光源装置１１３を備えている。スクリーン１０１は、例えば図２２を参照して説明した実施形態１０のものである。

光走査型の光源装置１１３は、例えば光源１１５と全反射ミラー１１７と光偏向器１１９を備えている。レーザー光を平行光として射出する光源１１５から射出されたレーザー光は全反射ミラー１１７で反射されて光偏向器１１９に入射する。光偏向器１１９に入射した光は光偏向器１１９によって偏向走査される。光偏向器１１９によって偏向走査された光はスクリーン１０１に照射される。光偏向器１１９は入射した光が所定の走査角度の範囲内で走査されるように振動されている。

光源装置１１３からスクリーン１の一表面１０１ａ側に照射された光の一部はスクリーン１０１で反射され、視認者に認識される。
また、一表面１０１ａとは反対側の裏面１０１ｂからスクリーン１０１に入射した光の一部は、スクリーン１０１を透過して視認者に認識される。

スクリーン１０１はスペックル及びモアレの発生を低減又は防止できるので、表示装置１１１はスペックル及びモアレの発生が低減又は防止された画像を表示できる。
表示装置１１１は例えばヘッドアップディスプレイとして用いられる。ヘッドアップディスプレイにおいて、スクリーン１０１は、いわゆるコンバイナ（combiner）として使用される。ヘッドアップディスプレイは例えば特許文献２に開示されている。なお、スクリーン１０１はヘッドアップディスプレイなどの表示装置において中間像スクリーンとして用いることも可能である。

図２４は表示装置の他の実施形態を説明するための模式的な構成図である。この実施形態の表示装置は反射型のスクリーンを備えている。

表示装置１２１は、スクリーン１と光源装置１２３を備えている。スクリーン１は、例えば図１を参照して説明した実施形態１のものである。光源装置１２３は例えばレーザー光走査式プロジェクターである。
スクリーン１はスペックル及びモアレの発生を低減又は防止できるので、表示装置１２１はスペックル及びモアレの発生が低減又は防止された画像を表示できる。

以上、本発明の実施例が説明されたが本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、本発明のスクリーンの実施形態において、光学多層膜層とギャップ層の積層数は特に限定されない。また、上記実施形態では、光学多層膜層とギャップ層の積層数は偶数であるが、奇数であってもよい。また、中間層が設けられた構成において、中間層を挟んで配置される一方の光学多層膜層とギャップ層の積層数と、他方の光学多層膜層とギャップ層の積層数は異なっていてもよい。

また、本発明のスクリーンの実施形態において、光学多層膜層における高屈折率光学膜と低屈折率光学膜の積層数は特に限定されない。なお、光学多層膜層の一表面とその裏面について反射率（透過率）が等しくなるように、高屈折率光学膜と低屈折率光学膜の積層数は奇数層であることが好ましい。

なお、光学素子が配置された反射面を備えている構成において、光学素子は、必ずしも整った形状のマイクロレンズ、マイクロコーナーキューブ、四角錐構造である必要はない。例えば、マイクロレンズ、マイクロコーナーキューブ、四角錐構造の形状において、先端構造が一部平坦構造である物（設計）も有効である。

さらには、言うまでもないが、マイクロレンズの曲率やマイクロコーナーキューブの底面角度は一定である必要ない。例えばマイクロレンズで言えば、非球面構造や自由曲面構造であってもよい。マイクロコーナーキューブや四角錐構造の反射面は、平面である必要はなく、曲面の構造であってもよい。

また、上記実施形態では、反射面において、光学素子は平面充填されているが、光学素子の配置領域の中に光学素子が配置されていない領域（隙間）があってもよい。

また、本発明の実施形態の透過型のスクリーンの用途はヘッドアップディスプレイに限定されない。本発明の実施形態の透過型のスクリーンは、例えばショーウインドウや透明窓、自動車のフロントガラスやリヤガラス、電話ボックスやエスカレータ側面などの透明壁、展示物の保護ガラスなど、透明部材に適用できる。

１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１ スクリーン
９ａ 反射面
１３ 光学多層膜層
１５ ギャップ層
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 中間層
１９ マイクロレンズ（光学素子）
２３ マイクロコーナーキューブ（光学素子）
７３ 四角錐構造（光学素子）
１１１ 表示装置
１１３ 光源装置

Claims (8)

1. 高屈折率光学膜と低屈折率光学膜が交互に積層された光学多層膜層と、使用する光の波長よりも厚みが小さい単層膜からなるギャップ層と、を備え、複数の前記光学多層膜層と複数の前記ギャップ層が交互に積層されている繰り返し積層体を備えているスクリーン。
2. 前記繰り返し積層体は、複数の前記光学多層膜層と複数の前記ギャップ層が交互に積層されている部分同士の間に、前記波長よりも厚みが大きい単層膜からなる中間層を備えている、請求項１に記載のスクリーン。
3. 前記繰り返し積層体に配置されている前記ギャップ層は同じ厚みで形成されている、請求項１又は２に記載のスクリーン。
4. 前記繰り返し積層体の一端面に全反射膜層が配置されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のスクリーン。
5. 前記繰り返し積層体と前記全反射膜層の間、又は前記繰り返し積層体の前記一端面とは反対側の端面に、マイクロレンズ、マイクロコーナーキューブ又は四角錐構造からなる光学素子が複数配置された反射面が配置されている、請求項４に記載のスクリーン。
6. 前記繰り返し積層体の一端面に、マイクロレンズ、マイクロコーナーキューブ又は四角錐構造からなる光学素子が複数配置された反射面が配置されている、請求項１から３のいずれか一項に記載のスクリーン。
7. 前記反射面において前記光学素子が不規則に配置されている、請求項５又は６に記載のスクリーン。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のスクリーンと、
   表示すべき画像に対応する光を前記スクリーンに照射する光源装置と、を備えた表示装置。

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