JP3892863B2 - 反射型スクリーン - Google Patents

Description

本発明は、反射型スクリーンに関する。特に本発明は、斜めから投射されるプロジェクタの光を正面に反射する反射型スクリーンに関する。

従来、図１に示すように、反射型スクリーンに近距離の斜め方向から映像光を投射することによって、スクリーン正面に位置する観察者に映像を表示する要求がある。一般に使用されているホワイトマット反射型スクリーンをこのような用途に用いると、短焦点のプロジェクタ２１から投射された映像光の多くは鑑賞者のいない外方に反射され、反射型スクリーン２２の正面に位置する鑑賞者側に対して均一で明るい映像を提供することができない。

この課題を解決する反射型スクリーンとして、投射される映像光を鑑賞者側に拡散して回折させるホログラム素子を反射面に用いたホログラム反射型スクリーンが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。

また、自動車の計器等の前面に装着される透明カバーにおける外光の反射を低減する技術として、断面形状を垂直面と傾斜面の繰り返しからなる鋸歯形状とし、垂直面に遮光膜を形成した透明樹脂成パネルが知られている（例えば、特許文献３参照。）。また、他の反射型スクリーンとして、斜めより入射する投射光を反射する複数の傾斜反射面を持ち、傾斜反射面に形成された光輝性反射層を有する反射型スクリーンが知られている（例えば、特許文献４参照。）。

特開２０００−３４７２９７号公報 特開２０００−２４１８８８号公報 特開平１１−４４８０５号公報 特開２００３−１５６７９９号公報

しかしながら、ホログラム反射型スクリーンにおけるホログラム素子は、波長分散特性を有している。したがって特定の波長範囲を有する映像光（例えば、プロジェクタから出射される映像光）が投影された場合に、ホログラム素子の波長分散特性によりスクリーンの周辺部などで色ずれが発生する場合がある。

また、ホログラム素子は、例えば感光性樹脂に露光処理を施すことによってホログラム情報を記録する、いわゆる露光法によって形成される。露光法を使用する限り、工法上の制約によってスクリーンを大型化することは困難である。また、上下方向及び左右方向で異なる視野角特性を持たせるためには、多重露光が必要となり、工程が複雑になるという課題がある。

また、特許文献３に記載の発明においては、断面鋸歯形状の傾斜面に反射型スクリーンとして要求される反射性能及び拡散性能を持たせることが困難であるという課題がある。また、特許文献４に記載の発明においては、光輝性反射層の表面の拡散性を所望のレベルまで高めることが困難であるという課題がある。

本発明は、上述のような課題を解決することを目的とする。すなわち高いコントラストと良好な視野角特性を有すると共に、画面上の輝度分布が均一で、大画面化が容易な反射型スクリーンを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の形態において、斜めから投射されるプロジェクタの光を正面に反射する反射型スクリーンは、光を吸収する材料からなり、プロジェクタからの光が入射する向きで設けられている投射側傾斜面と、プロジェクタの光が入射しない向きで設けられている非投射側傾斜面とが交互に繰り返し配置されることによって、鋸歯形状をなしている基材と、基材の投射側傾斜面上に形成され、光を反射する白色樹脂層と、透明バインダー樹脂及び拡散剤を含み、白色樹脂層および非投射側傾斜面を覆って形成されている透明拡散層とを備え、白色樹脂層および非投射側傾斜面には粗面化処理が施されており、白色樹脂層はプロジェクタの光を正面に反射し、非投射側傾斜面は入射光の大部分を吸収し、透明拡散層は白色樹脂層および非投射側傾斜面が反射する光を拡散する。これにより、コントラストが高く、かつ視野角が広い映像を表示することができる。

上記第１の形態において、基材の投射側傾斜面には、白色樹脂層の範囲に対応する窪みが形成されており、白色樹脂層は、当該窪みの上で表面を平坦に形成され、当該平坦な表面でプロジェクタの光を反射し、非投射側傾斜面は、入射光の大部分を吸収する。これにより、投射側傾斜面の窪みにより白色樹脂層の平坦度が高まる。これにより、コントラスト及びピークゲインの高い映像を表示することができる。

上記白色樹脂層が形成される窪みは、白色樹脂層の範囲の縁端部から内側に向けて徐々に深くなるように形成されていてもよい。これにより、白色樹脂の塗布工程において、白色樹脂層の特に縁端部で粘度の高い液状の白色樹脂が表面張力により盛り上がることを防止し、仕上がりの平坦度をより高めることができる。

上記第１の形態において、投射側傾斜面上に設けられる白色樹脂層は、光を反射する反射フィラーとバインダー樹脂を含んでもよい。これにより、映像光をより効率良く鑑賞者側へ反射させることができる。

上記第１の形態において、基材は光を吸収するフィラーを含んでもよい。これにより、外光を一層吸収することができ、反射型スクリーンのコントラストをより一層向上させることができる。

上記第１の形態において、基材と白色樹脂層の間に形成され、基材よりも反射率が高く、白色樹脂層よりも遮光性が高い増反射層を更に備えてもよい。これにより、白色樹脂層を透過した光を反射することによってプロジェクタの光を効率よく反射し、映像の明るさを高めることができる。

上記第１の形態において、増反射層は、主にアルミニウムからなる金属層であってもよい。これにより、増反射層を蒸着及びスパッタリング等の方法で容易に形成でき、かつスクリーンの反射率を効果的に高めることができる。

上記第１の形態において、白色樹脂層及び増反射層はいずれも、光を反射するフィラーとバインダーとを含み、増反射層が含むフィラーは、白色樹脂層が含むフィラーよりも反射率が高くてもよい。これにより、白色樹脂層と同様の方法で容易に形成できると共に、反射率が高いフィラーが白色樹脂層を透過する光を効果的に反射する。これにより、スクリーンの反射率を容易にかつ効果的に高めることができる。

上記第１の形態において、白色樹脂層及び増反射層はいずれも、光を反射するフィラーとバインダーとを含み、増反射層のフィラーの含有率は、白色樹脂層のフィラーの含有率よりも高くてもよい。これにより、フィラーの含有率を高めるだけで、増反射層の材料を容易に準備できると共に、増反射層を白色樹脂層と同様の方法で容易に形成できる。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図２は、本発明の一実施形態に係る反射型スクリーン２の基本的な構成を示す。反射型スクリーン２は、投射側傾斜面３及び非投射側傾斜面４を有する基材５と、白色樹脂層６とを備える。基材５は、光を吸収する材料で形成されている。投射側傾斜面３は、プロジェクタ１からの光が入射する向きで設けられており、非投射側傾斜面４は、プロジェクタ１の光が入射しない向きで設けられている。投射側傾斜面３及び非投射側傾斜面４は、垂直方向に交互に繰り返し配置されることによって、鋸歯形状をなしている。

白色樹脂層６は、基材５の投射側傾斜面３上に形成され、光を反射する。白色樹脂層６は、プロジェクタ１の光を正面、すなわち観察者側に反射する。一方、非投射側傾斜面４は基材５の一部の面であり、入射光の大部分を吸収する。なお、本実施形態の説明において「反射」とは「正反射」及び「拡散反射」を含む。

反射型スクリーン２の投射側傾斜面３及び非投射側傾斜面４は垂直方向に交互に並設されている。具体的には、図２に図示したように、投射側傾斜面３は、断面視鋸歯形状面の下側の一面に設けられ、非投射側傾斜面４は上側の他面に設けられている。従って、本実施例は、反射型スクリーン２の前方にして下方位置にプロジェクタ１を設置して正面から映像光を鑑賞する形態に関する（図２参照）。

しかしながら、プロジェクタ１の位置は反射型スクリーン２の前方かつ下方に限られない。例えばプロジェクタ１が反射型スクリーン２の前方かつ上方に位置する鑑賞形態の場合には、投射側傾斜面３は上方を向き、非投射側傾斜面４は下方を向く。あるいは、プロジェクタ１が反射型スクリーン２の左側前方又は右側前方に位置する鑑賞形態の場合には、投射側傾斜面３は左側前方又は右側前方に位置するプロジェクタ１の光が入射する方向を向き、非投射側傾斜面４はプロジェクタ１の光が入射しない方向を向く。この場合、投射側傾斜面３及び非投射側傾斜面４は、水平方向に交互に繰り返し配置される。

また、この投射側傾斜面３と非投射側傾斜面４とは上述のように反射型スクリーン２の表面に前記基材５の鋸歯形状が現れた状態で設けられている。

反射型スクリーン２の前面には薄いフィルムや保護材を設けてもよいが、この場合も反射型スクリーン２の表面に基材５の鋸歯形状が現れていることが望ましい。これにより、例えば反射型スクリーン２の前面に鋸歯形状の段差よりも厚い樹脂を積層して反射型スクリーン２の表面が略平坦となった場合よりも、プロジェクタ１からの映像光をより一層確実に鑑賞者側に反射することができる。さらに、反射型スクリーン２の前面に他の透明樹脂が積層された場合には、この透明樹脂の屈折率等を考慮しなければならず、投射側傾斜面３の設計が複雑になるという課題が生じるが、本実施例によればこのような課題は生じず、投射側傾斜面３の設計が容易である。

投射側傾斜面３及び非投射側傾斜面４が構成する鋸歯形状について以下更に詳述する。投射側傾斜面３とスクリーン基準面１０とがなす角度αは、反射型スクリーン１０に対する法線１２とプロジェクタ１から出射される映像光とがなす角度β（以下、打ち上げ角度という。）から求めることができ、β＝２αの関係式が成立する。また、打ち上げ角度βは、プロジェクタ１と反射型スクリーン２との距離Ｌと、スクリーン面上に映像光が入射した垂直方向の位置（以下、高さという。）により変化する。

ところで、打ち上げ角度βから出射された映像光を鑑賞者側へ正反射させるには、変化する打ち上げ角度βに合わせて鋸歯形状をなす角度αも夫々変化させたスクリーンを構成する必要がある。

具体的には、打ち上げ角度βは、反射型スクリーン２の下端から上端に向かって徐々に大きくなるため、それに比例して鋸歯形状をなす角度αも徐々に大きく変化させる必要がある。

しかし、この場合には、前記距離Ｌが固定されてしまい、該距離Ｌが変化すると鑑賞者側へ映像光が適切に反射されず、輝度が低下し、画面上の輝度分布の均一性（以下、画面均一性という。）が損なわれてしまう。更に、製造が難しい等の問題もある。

そこで、本実施例においては、鋸歯形状をなす角度αを、映像光が反射型スクリーン２の中心に入射する際の打ち上げ角度βｃに基づいて一意に決定する。つまり、打ち上げ角度βｃの映像光をスクリーンの正面に反射する角度αｃで反射型スクリーン２の全体の鋸歯形状を形成する。そして、後述する白色樹脂層６を投射側傾斜面３の表面に設ける。これにより、プロジェクタ１と反射型スクリーン２との距離Ｌが多少変化しても、正面から見た輝度の均一性が損なわれることがなく、明るい映像を表示できる反射型スクリーン２が実現される。

本実施例では例えば、プロジェクタ１を短焦点型のプロジェクタとし、鋸歯形状の角度α（プリズム角度α）を４０度、鋸歯のピッチ（プリズムピッチ）を３００μｍ、スクリーンサイズを６０型（９１４ｍｍ×１２１９ｍｍ）、距離Ｌを７００．８９ｍｍとしている。

距離Ｌは、図２に図示したように映像光の上端Ａと下端Ｂとの交点から反射型スクリーン２までの距離である。また、角度αは、正面から見た輝度の均一性が保持される範囲であれば良く、具体的には反射型スクリーン２の中心に入射する映像光の打ち上げ角度βｃに基づいて求める上述の角度αｃに設定することが好ましい。

角度αは、反射型スクリーン２に要求されるコントラスト性能やスクリーン輝度に応じて設定する。αを大きくすると、非投射側傾斜面４の面積が増加し、投射側傾斜面３の面積が減少する。この結果、反射型スクリーン２のコントラスト性能は向上し、スクリーン輝度は低下する。

反対にαを小さくすると非投射側傾斜面４の面積が減少し、投射側傾斜面３の面積が増加する。この結果、スクリーン全体のコントラストが低下し、スクリーン全体の輝度が向上する。角度αは１０°から６０°の範囲で設定することが望ましい。

図３は、反射型スクリーン２の詳細な構成を示す部分断面図である。反射型スクリーン２は、白色樹脂層６を覆って形成されている透明拡散層８を更に備える。透明拡散層８は、透明バインダー樹脂及び拡散剤を含み、白色樹脂層６が反射する光を拡散する。これにより、白色樹脂層６で反射されるプロジェクタ１の映像光の視野角を拡大することができる。

透明拡散層８は、非投射側傾斜面４を更に覆っており、非投射側傾斜面４が反射する光を拡散する。これにより、非投射側傾斜面４における外光の正反射成分を低減し、映像のコントラストをさらに高めることができる。

基材５は、光を吸収するフィラーとバインダー樹脂から成る光吸収材である。基材５に含まれるフィラーは、自然光、または白色光を吸収するフィラーである。具体的には、カーボンブラック等の顔料や黒色色素粒子等である。

基材５のバインダー樹脂としては、熱可塑性樹脂が用いられる。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用いられる。

本実施例の基材５は例えば以下の手順で製造する。まず、フィラーとしてのカーボンブラックと、バインダー樹脂としてのウレタン熱可塑性エラストマーとを混合して成る樹脂組成物を準備する。そして、当該樹脂組成物をポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等からなる支持材（図示省略）の表面に、ダイコーター等の適宜な塗布方法によって塗布する。次に、プリズムロール金型を用いた熱転写成形により、支持材上の樹脂組成物を断面視鋸歯形状に成形する。次に、粘着剤付き離型フィルムを準備し、当該離型フィルムの粘着剤側を上記支持材の裏面すなわち平坦面に貼り合わせる。そして、貼り付けた粘着剤を支持材に残したまま、離型フィルムのフィルムを剥がす。最後に、厚さ３ｍｍ程度のアルミ複合板を支持材上に貼り付けられた粘着剤に貼り合わせる。

尚、基材５を形成するフィラーやバインダー樹脂の他に添加剤として、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を添加しても良い。

なお、粘着剤を介して支持材に貼り付けるアルミ複合板は必須の構成ではない。当該アルミ複合板を支持材に貼り付けない場合、反射型スクリーン２に巻き取り可能な柔軟性を持たせることができる。尚、支持材はフィルムなどの柔軟性を有するものであれば良く、ＰＥＴ支持材の他、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）支持材、ポリカーボネート（ＰＣ）支持材などであってもよい。

投射側傾斜面３は、投影された映像光が入射する傾斜面に設定され、この投射側傾斜面３には白色樹脂層６が設けられている。この白色樹脂層６は光を反射するフィラーとバインダー樹脂から成る。

白色樹脂層６に含まれるフィラーは、投射された映像光を反射するフィラーである。具体的には、シリカ、酸化チタン、雲母、硫酸バリウム、塩化バリウム、及びアルミニウムなどである。

白色樹脂層６を形成するバインダー樹脂は、熱可塑性樹脂や紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂などである。具体的には、ウレタン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂などである。バインダー樹脂は、特にウレタン系樹脂を用いることが好ましい。

本実施例においては、白色樹脂層６は、フィラーとしてのシリカと、バインダー樹脂としてのウレタン熱可塑性樹脂と、該ウレタン熱可塑性樹脂を溶解させる希釈剤（ブチルセルソルブ，メチルエチルケトン，トルエン等の汎用有機溶媒）とを混合した樹脂組成物を、基材５の投射側傾斜面３にリバースコーターにより塗布し、１００°×２分で加熱乾燥させることによって形成する。

尚、白色樹脂層６は、フィラー及びバインダー樹脂の他に、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を含んでもよい。また、前記樹脂組成物はリバースコーターの他、コンマコーター、グラビアコーター、ワイヤーバーコーター等により塗布しても良い。

以上のような白色樹脂層６は、投射側傾斜面３上でプロジェクタ１から投射された映像光を効率良く反射するため、反射型スクリーン２のコントラストを向上させる。なお、白色樹脂層６の表面はマット状若しくは梨地状にしても良い。これにより、映像光を拡散反射し、十分な視野角を得ることができる。

ところで、白色樹脂層６は、プロジェクタ１の光を１００％反射することはなく、入射光の一定の割合、例えば２０％程度の光を透過する。この場合、白色樹脂層６を透過した光が基材５に到達するとそのまま吸収されてしまう。そこで、本実施形態の反射型スクリーン２は、図３に示すように、基材５と白色樹脂層６の間に増反射層７を更に備えてもよい。増反射層７は、基材５よりも反射率が高く、白色樹脂層６よりも遮光性が高い。増反射層７は、白色樹脂層６を透過した光を反射することによってプロジェクタ１の光を効率よく反射し、もって映像のコントラストを高めることができる。

増反射層７は、例えば主にアルミニウムからなる金属層である。このような増反射層７は、例えばアルミニウムの蒸着及びスパッタリング等の方法により容易に形成できる。

あるいは増反射層７は、白色樹脂層６と同様に、光を反射する光輝性フィラーとバインダーとを含んでもよい。この場合、増反射層７が含む光輝性フィラーは、白色樹脂層６が含む光輝性フィラーよりも反射率が高い。これにより、反射率が高いフィラーが白色樹脂層６を透過する光を効果的に反射すると共に、白色樹脂層６と同様の方法で、増反射層７を容易に形成できる。例えば、増反射層７は、高いもので９８％程度の反射率を持つ塩化バリウム又は硫酸バリウムなどの光輝性フィラーを含有する。そして、白色樹脂層６は、通常で７０〜８０％、高いもので８５％程度の反射率をもつアルミフィラーを含有する。

あるいは、増反射層７及び白色樹脂層６に同じ種類の光輝性フィラーを添加してもよい。この場合、増反射層７における光輝性フィラーの含有率を、白色樹脂層６における光輝性フィラーの含有率よりも高める。これにより、増反射層７の材料を容易に準備できると共に、増反射層７を白色樹脂層６と同様の方法で容易に形成できる。

図４は、投射側傾斜面３及び白色樹脂層６の他の実施例を示す。本実施例では、基材５の投射側傾斜面３に、白色樹脂層６の範囲に対応する窪みが形成されている。そして白色樹脂層６は、当該窪みの上で表面を平坦に形成されている。白色樹脂層６は、当該平坦な表面でプロジェクタ１の光を反射する。この場合、投射側傾斜面３の窪みにより白色樹脂層の平坦度が高まる。さらに好ましくは、白色樹脂層６が形成される窪みは、白色樹脂層６の範囲の縁端部から内側に向けて徐々に深くなるように形成されている。これにより、白色樹脂の塗布工程において、白色樹脂層６の特に縁端部において、粘度の高い液状の白色樹脂が表面張力により盛り上がることを防止し、仕上がりの平坦度をより高めることができる。これにより、反射型スクリーン２は、ピークゲインの高い映像を表示することができる。

非投射側傾斜面４は、上述したように光を吸収する材料が見える状態で設けられている。これにより、非投射側傾斜面４に新たに光吸収層等を設けることなく、反射型スクリーン２のコントラストを向上させることができる。

また、非投射側傾斜面４の表面をマット状若しくは梨地状にしても良く、この場合には、スクリーン面に入射した外光の反射が（拡散により）低減されるため、スクリーンのコントラストが向上する。さらに、透明拡散層８は、非投射側傾斜面４を覆うことにより、非投射側傾斜面４が反射する光を拡散する。これにより、非投射側傾斜面４における外光の正反射成分を低減し、映像のコントラストをさらに向上することができる。

本実施例は上述のように構成したから、例えば短焦点型のプロジェクタ１により反射型スクリーン２の近距離斜め方向から映像光を投射する場合に、反射型スクリーン２の正面に位置する鑑賞者に向けて映像光が反射される。このとき、鑑賞者のいない外方へ映像光が反射されることがない。

すなわち、本実施例によれば、高いコントラストと適切な視野角特性を有する反射型スクリーンを実現することができる。当該反射型スクリーンは画面上の輝度分布が均一であり、しかも大画面化に有利である。

従来の反射型スクリーン２２の課題を説明する図である。 本実施形態の反射型スクリーン２の基本的な構造を示す図である。 反射型スクリーン２の詳細な構成を示す断面図である。 投射側傾斜面３及び白色樹脂層６の他の実施例を示す断面図である。

符号の説明

１ プロジェクタ
２ 反射型スクリーン
３ 投射側傾斜面
４ 非投射側傾斜面
５ 基材
６ 白色樹脂層
７ 増反射層
８ 透明拡散層

Claims (9)

1. 斜めから投射されるプロジェクタの光を正面に反射する反射型スクリーンであって、
   光を吸収する材料からなり、前記プロジェクタからの光が入射する向きで設けられている投射側傾斜面と、前記プロジェクタの光が入射しない向きで設けられている非投射側傾斜面とが交互に繰り返し配置されることによって、鋸歯形状をなしている基材と、
   前記基材の前記投射側傾斜面上に形成され、光を反射する白色樹脂層と、
   透明バインダー樹脂及び拡散剤を含み、前記白色樹脂層および前記非投射側傾斜面を覆って形成されている透明拡散層と
   を備え、
   前記白色樹脂層および前記非投射側傾斜面には粗面化処理が施されており、
   前記白色樹脂層は前記プロジェクタの光を正面に反射し、前記非投射側傾斜面は入射光の大部分を吸収し、前記透明拡散層は前記白色樹脂層および前記非投射側傾斜面が反射する光を拡散する、反射型スクリーン。
2. 前記基材の前記投射側傾斜面には、前記白色樹脂層の範囲に対応する窪みが形成されており、前記白色樹脂層は、当該窪みの上で表面を平坦に形成され、当該平坦な表面で前記プロジェクタの光を正面に反射し、前記非投射側傾斜面は、入射光の大部分を吸収する請求項１に記載の反射型スクリーン。
3. 前記白色樹脂層が形成される前記窪みは、前記白色樹脂層の範囲の縁端部から内側に向けて徐々に深くなるように形成されている、請求項２に記載の反射型スクリーン。
4. 請求項１記載の反射型スクリーンにおいて、前記投射側傾斜面上に設けられる前記白色樹脂層は、光を反射する反射フィラーとバインダー樹脂を含むことを特徴とする反射型スクリーン。
5. 請求項１〜４いずれか１項に記載の反射型スクリーンにおいて、前記基材は光を吸収するフィラーを含むことを特徴とする反射型スクリーン。
6. 前記基材と前記白色樹脂層の間に形成され、前記基材よりも反射率が高く、前記白色樹脂層よりも遮光性が高い増反射層
   を更に備える、請求項１に記載の反射型スクリーン。
7. 前記増反射層は、主にアルミニウムからなる金属層である、請求項６に記載の反射型スクリーン。
8. 前記白色樹脂層及び前記増反射層はいずれも、光を反射するフィラーとバインダーとを含み、
   前記増反射層が含むフィラーは、前記白色樹脂層が含むフィラーよりも反射率が高い、請求項６に記載の反射型スクリーン。
9. 前記白色樹脂層及び前記増反射層はいずれも、光を反射するフィラーとバインダーとを含み、
   前記増反射層の前記フィラーの含有率は、前記白色樹脂層の前記フィラーの含有率よりも高い、請求項６に記載の反射型スクリーン。

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