JP4122838B2 - スクリーンおよびその製造方法ならびに投影システム - Google Patents
スクリーンおよびその製造方法ならびに投影システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スクリーンおよびその製造方法ならびに投影システムならびに表示装置に関し、各種の映像（画像）の投影あるいは表示に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスクリーンは、可視波長領域のほとんどの光を散乱または反射することができる白地のスクリーンが基本である。この場合、映像に関係のない外部の光がスクリーンに入射したときにも同様に散乱または反射されてしまうので、映像のコントラストが劣化してしまう。このため、暗室で投影する方法が一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、暗室で投影しても、環境光（外部からの漏れ光や暗室内部での映像と無関係な光など）やスクリーンの照り返しなどの外光ノイズがあると、映像のコントラストが劣化するとともに、黒が沈まないことになる。ここで、映像において黒が沈むと、人間の目は、高いコントラストによって奥行き感を感じたり、低輝度域の弁別能力が高いことなどから、暗い部分の表現がリアリティを増すという利点があるところ、黒が沈まないとこのような利点を得ることができない。
【０００４】
したがって、この発明が解決しようとする課題は、外光ノイズが小さく、映像のコントラストが高く、黒が沈んだ映像を得ることができるスクリーンおよびその製造方法ならびにこのスクリーンを用いた投影システムを提供することにある。
【０００５】
この発明が解決しようとする他の課題は、外光ノイズが小さく、映像のコントラストが高く、黒が沈んだ映像を得ることができる表示装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明の第１の発明は、
標準的なシアター環境と同等の、スクリーン面上における映像の最大輝度を確保しつつ、スクリーン面の全面平均の反射率を少なくとも白地のスクリーンの反射率より低い値に設定することにより外光ノイズの反射を低減させた
ことを特徴とするスクリーンである。
【０００７】
この発明の第２の発明は、
第１の反射率を有する下地面上に第１の反射率より高い第２の反射率を有する反射面を離散的に配置した
ことを特徴とするスクリーンである。
【０００８】
ここで、典型的には、反射面の間の部分の下地面を黒の吸収面とし、反射面を白の反射面とする。典型的には、反射面は二次元的に周期的に配置される。反射面の形状は基本的には任意であるが、典型的には正方形または長方形である。反射面の大きさおよび間隔は、好適には、想定される視距離に対して視角がたとえば約１分以下となるように選ばれ、かつ、間隔は反射面の大きさの２０〜５０％程度に選ばれる。
【０００９】
この発明の第３の発明は、
複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面を下地面上に離散的に配置した
ことを特徴とするスクリーンである。
【００１０】
ここで、典型的には、反射面の間の部分の下地面を黒の吸収面とする。典型的には、反射面は二次元的に周期的に配置される。反射面の形状は基本的には任意であるが、典型的には正方形または長方形である。反射面の大きさおよび間隔は、好適には、想定される視距離に対して視角がたとえば約１分以下となるように選ばれ、かつ、間隔は反射面の大きさの２０〜５０％程度に選ばれる。また、反射面による反射スペクトルの半値幅は、色純度を良好とする観点より、好適には３０ｎｍ±２０ｎｍとする。一般的には、反射面をｎ原色のそれぞれに対応した波長の光を反射し、他の光は透過するようにそれぞれ構成し、これらの反射面を積層する。たとえば、３原色の場合は、反射面を青、緑および赤のそれぞれに対応した波長の光を反射し、他の光は透過するようにそれぞれ構成し、これらの反射面を積層する。反射面の積層順序は基本的には任意であり、たとえば、スクリーン表面から見て長波長のものから短波長のものへ順に積層しても良いし、スクリーン表面から見て短波長のものから長波長のものへ順に積層しても良い。前者の場合には、視覚的な解像力が光の短波長化に伴って低下する性質によって、短波長側の反射が多少散乱されても、映像の見えの劣化を防止することができる利点がある。
【００１１】
反射面は、具体的には、たとえば、大きさが１μｍ以下の微粒子を規則的に配列した構造としたり、大きさが１μｍ以下の微粒子が規則的に配列された微粒子クラスターを配列した構造としたり、フォトニック結晶を用いて特定の波長の光を反射するように構成したり、誘電体多層膜を用いて特定の波長の光を反射するように構成したりする。
【００１２】
ここで、フォトニック結晶とは、屈折率（誘電率）が互いに大きく異なる透明な媒質（たとえば、二種類の透明媒質）を光の波長程度の周期、たとえば数百〜１０００数百ｎｍの周期で規則正しく配置した人工結晶であり、周期構造を持つ次元数に応じて、一次元フォトニック結晶、二次元フォトニック結晶、三次元フォトニック結晶と呼ばれる。このフォトニック結晶は、周期構造を有し、光を反射する機能を有する点で、上記の微粒子の規則配列構造と同等である。言い換えれば、微粒子の規則配列構造はフォトニック結晶の一種と考えることができる。また、誘電体多層膜は、一次元フォトニック結晶と考えることができる。
【００１３】
反射面に用いる微粒子の大きさを１μｍ以下としたのは、微粒子の大きさとこの微粒子により反射される光の波長とはほぼ比例関係にあるところ、映像形成に寄与する可視光を反射するためには、微粒子の大きさを少なくとも１μｍ以下とする必要があるためである。特に、微粒子が最密構造で配列している場合、三原色の光を反射するためには、この微粒子の大きさは、典型的には約１５０ｎｍ以上約３２０ｎｍ以下である。
【００１４】
反射面に用いる微粒子は、規則配列構造を形成することができれば、基本的にはどのような方法により堆積させても良いが、典型的には、自己組織化技術を用いて容易に堆積させることができる。この微粒子は、典型的には、最密構造に配列される。ここで、最密構造とは、微粒子が面心立方格子を形成するように配列した立方最密構造または微粒子が六方最密格子を形成するように配列した六方最密構造である。
【００１５】
典型的には、赤、緑および青の三原色に対応した波長の光を同時に反射することができるようにするために、微粒子の直径またはフォトニック結晶または誘電体多層膜の周期は３種類存在する構造とする。微粒子としては種々のものを用いることが可能であり、必要に応じて選ぶことができるが、好適には、シリカまたはシリカと同じ屈折率を持つ微粒子が用いられる。ここで、シリカの屈折率は、形成時の条件などにもよるが、一般には１．３６〜１．４７の範囲にある。この場合、典型的には、微粒子の材料によらず、微粒子の屈折率をｎとすると、赤色反射用として２６９×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上３１４×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径の微粒子、緑色反射用として２２４×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上２５１×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径の微粒子、青色反射用として２０２×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上２２４×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径の微粒子が用いられ、より典型的には、赤色反射用として２７８×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上３０５×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径の微粒子、緑色反射用として２２４×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上２３７×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径の微粒子、青色反射用として２０８×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上２１７×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径の微粒子が用いられる。ただし、これらの赤色反射用の微粒子、緑色反射用の微粒子および青色反射用の微粒子は、必要に応じて、互いに異なる材料のものを用いても良い。赤、緑および青の三原色に対応した波長の光を同時に反射することができるようにするためには、基板上に、縦方向に赤色反射用、緑色反射用および青色反射用のフォトニック結晶または微粒子層を積層する。これらのフォトニック結晶または微粒子層の積層順序は基本的には任意であるが、たとえば、基板上に赤色反射用、緑色反射用および青色反射用のフォトニック結晶または微粒子層を順番に積層したり、これと積層順序を逆にしたりすることができる。前者の場合にはレイリー散乱による影響を最小限に抑えることができる点で有利であり、後者の場合は特に微粒子層の結晶性を良好にすることができる点で有利である。この場合、各色用のフォトニック結晶または微粒子層の積層周期は、波長の選択性を高めるために、好適には８以上１５以下とする。
【００１６】
赤色反射用、緑色反射用および青色反射用のフォトニック結晶または微粒子層は基板上に横方向に配列しても良く、この場合も、各色用のフォトニック結晶または微粒子層の積層周期は波長の選択性を高めるために好適には８以上１５以下とする。これらの赤色反射用、緑色反射用および青色反射用のフォトニック結晶または微粒子層の配列順序は、基本的には任意である。
【００１７】
フォトニック結晶または微粒子層または誘電体多層膜を通って抜け出る、赤、緑および青の三原色以外の波長の可視光を吸収するために、スクリーンは、好適にはその可視光の吸収が可能な層またはバルク基板を有する。最も好適には、この層またはバルク基板は、すべての波長域の可視光を吸収するものである。この可視光を吸収する層またはバルク基板は、好適には、フォトニック結晶または微粒子または誘電体多層膜の下（スクリーンの観察方向から見てそれらの裏側）に設けられる。基板として、透明基板の裏面に可視光を吸収する層を設けたものを用いても良い。基板の材料としては、種々のものを用いることができ、具体的には、たとえば、カーボンその他の無機材料や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）その他の高分子材料あるいは樹脂材料のような有機材料、更には無機材料と有機材料との複合材料を用いることができる。基板上に液相で微粒子層またはフォトニック結晶を形成する場合、基板の種類によっては必ずしも濡れ性が十分でない場合もあるので、そのような場合には、好適には、微粒子層またはフォトニック結晶を形成する前に、基板表面の濡れ性を向上させる処理が施される。具体的には、たとえば、基板表面に粗面化処理を施して凹凸を形成したり、ＳｉＯ2 膜その他の膜で表面をコーティングしたり、薬液で表面を処理したりする。更に、特に基板上に微粒子層を液相で堆積させる場合には、濡れ性を向上させるために、好適には、基板上にあらかじめ微粒子からなるバッファ層を形成する。このバッファ層としての微粒子層の微粒子の直径は、上記の青色反射用の微粒子の直径、すなわち２０８×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上２１７×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径より小さく選ばれ、具体的には、２０８×（１．３６／ｎ）ｎｍより小さく選ばれる。基板の厚さは、基板材料にもよるが、一般的には２０μｍ以上あればスクリーンの強度として十分なものが得られ、破れにくいという利点が得られ、一方、５００μｍ以下であるとスクリーンのフレキシビリティーが高くなり、巻き取りや運搬時などの取り扱いが便利になるという利点がある。スクリーンに誘電体多層膜を用いる場合、その周期構造は、波長選択性を高めるために、好適には１０周期以上とする。
【００１８】
回折効果により反射光を広げるためには、好適には、フォトニック結晶または微粒子の集合体の横方向の大きさを２２周期より小さくする。あるいは、斜めの面とそれとは異なる角度を持つ面とを併せ持つフォトニック結晶または微粒子の集合体または誘電体多層膜を用いる。この場合、好適には、斜めの面の角度θは７０°≦θ≦９０°の範囲とする。あるいは、フォトニック結晶または微粒子の集合体または誘電体多層膜に曲面を持たせる。更には、フォトニック結晶または微粒子の集合体または誘電体多層膜の結晶軸を光の入射方向に対して７７．４°≦α≦９０°の範囲の角度α傾けるようにしても良い。また、スクリーンで反射される光の指向性を緩和する観点より、フォトニック結晶または微粒子の集合体または誘電体多層膜にうねりを持たせても良い。更に、上記の基板表面への凹凸の形成は、この光の指向性の緩和にも資するものである。
【００１９】
フォトニック結晶または微粒子層または誘電体多層膜上には、スクリーンで反射される光の指向性を緩和するとともに、スクリーン全体に均一な輝度を持たせる観点より、好適には、光拡散媒体がコーティングその他の手法により設けられる。光拡散媒体は、具体的には、高分子物質などにより形成された拡散フィルム、マイクロレンズフィルム、マイクロプリズムフィルムなどである。スクリーンの機械的強度の向上の観点からは、微粒子の間の隙間が高分子物質などからなる結合剤（バインダー）により埋められる。この場合、微粒子を空洞としても良い。
【００２０】
この発明の第４の発明は、
複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面を基板上に離散的に配置し、反射面は、大きさが１μｍ以下の微粒子を規則的に配列した構造を有するスクリーンの製造方法であって、
微粒子を自己組織化により配列するようにした
ことを特徴とするものである。
【００２１】
ここで、自己組織化とは、一般的には、外界の情報構造に合わせて自律的に自己を組織化することを言うが、ここでは、微粒子を堆積させる系（たとえば、液相）において、その系を特徴付けるパラメータに応じて自律的に微粒子が堆積して規則的に配列することを言う。
この自己組織化による微粒子の堆積は、典型的には、次のようにして行われる。
【００２２】
すなわち、この発明の第５の発明は、
複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面を基板上に離散的に配置し、反射面は、大きさが１μｍ以下の微粒子を規則的に配列した構造を有するスクリーンの製造方法であって、
２重量％以上の微粒子溶液中に基板を浸漬する第１の工程と、
基板を気相中に３０μｍ／ｓ以上の速度で引き上げることによりその表面を微粒子溶液で濡らす第２の工程と、
微粒子溶液で濡れた基板を気相中で乾燥させる第３の工程とを有する
ことを特徴とするものである。
【００２３】
ここで、反射面を形成する部分にのみ微粒子層を堆積させるためには、たとえば、反射面を形成する部分以外の部分の基板表面をあらかじめマスクで覆っておけば良い。最も好適には、微粒子の規則配列構造、すなわち微粒子層について、必要な光学特性が得られるまで、あるいは必要な厚さが得られるまで、第１の工程から第３の工程を繰り返す。また、第１の工程から第３の工程を１回だけ行っただけでは、基板面内で微粒子層の厚さの均一性を得ることができないことが多いことから、好適には、基板の浸漬前、浸漬中（引き上げ前）または引き上げ直後のいずれかの時に基板をその面内で回転させることにより基板の向きを変える。この場合、基板の乾燥後に基板面内の微粒子層の厚さを調べ、それに合わせて基板の向きを制御しても良い。また、微粒子溶液の濃度は、通常は２重量％以上であれば微粒子層の形成を支障なく行うことができるが、微粒子層を効率的に堆積させる観点からはより高くするのが好ましく、一方、微粒子の材料にもよるが、５０重量％より高くなると良好な微粒子層の形成に支障が生じるため、５０重量％以下とするのが好ましい。更に、基板の引き上げ速度は、通常は３０μｍ／ｓ以上であれば微粒子層の付着を支障なく行うことができるが、引き上げ速度が速いと付着する微粒子層の厚さが増加する傾向があるため、微粒子層を効率的に堆積させる観点からはより速くするのが好ましく、これには基本的には上限が存在しないと考えられるが、実用的な観点からは、一般的にはたとえば３ｍ／ｓ以下である。
【００２４】
この発明の第６の発明は、
投影光源と、
第１の反射率を有する下地面上に第１の反射率より高い第２の反射率を有する反射面を離散的に配置したスクリーンとを有する
ことを特徴とする投影システムである。
【００２５】
この発明の第７の発明は、
複数の投影光源と、
複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面を下地面上に離散的に配置したスクリーンとを有する
ことを特徴とする投影システムである。
【００２６】
ここで、投影光源としては、典型的にはレーザ、好適には半導体レーザが用いられる。また、高効率で高コントラストを実現する観点からは、好適には、投影する映像をスクリーンの離散的に配置されたそれぞれの反射面に集中して投影するようにする。この場合、効率およびコントラストの向上の観点からは、最も好適には、投影する映像の画素がそれぞれの反射面を完全に含むようにするのが良いが、最低限、投影する画素と反射面とが重なっていれば良い。
【００２７】
この発明の第８の発明は、
互いに発光波長が異なる複数の発光ダイオードと、
複数の発光ダイオードのそれぞれの近傍に設けられた、複数の発光ダイオードのそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面とを有する
ことを特徴とする表示装置である。
【００２８】
上述のように構成されたこの発明によれば、第１の反射率を有する下地面上に第１の反射率より高い第２の反射率を有する反射面を離散的に配置していることにより、等価的に全面平均の反射率を低下させることができ、外光ノイズの反射を低減させ、高いコントラストを実現することができる。特に、反射面の間の部分を黒の吸収面とすることにより、外光ノイズの反射をより低減させ、より高いコントラストを実現することができる。
【００２９】
また、複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面を下地面上に離散的に配置していることにより、これらの反射面により、複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長の光だけを選択的に反射することができ、外光ノイズの反射を低減させ、高いコントラストを実現することができる。特に、反射面の間の部分を黒の吸収面とすることにより、外光ノイズの反射をより低減させ、より高いコントラストを実現することができる。
また、自己組織化により微粒子を規則的に配置することにより、所望の微粒子層を容易に形成することができる。
【００３０】
更に、互いに発光波長が異なる複数の発光ダイオードのそれぞれの近傍に、これらの発光ダイオードのそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面が設けられていることにより、これらの反射面により、複数の発光ダイオードのそれぞれの発光スペクトルの中心波長の光だけを選択的に反射することができ、外光ノイズの反射を低減させ、高いコントラストを実現することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施形態について説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図１はこの発明の第１の実施形態によるスクリーンを示す。
図１に示すように、このスクリーンにおいては、黒の吸収面からなるフラットな下地面Ｐ上に白の反射面Ｑが二次元マトリクス状に離散的に等間隔で配置されている。反射面Ｑはたとえば正方形である。反射面Ｑの大きさ（面積）および間隔は、スクリーン面の全面平均の反射率が等価的に、従来の白地のスクリーンの反射率に比べて十分に低くなるように選ばれ、具体的には、たとえば、大きさは（１．６〜２．０）ｍｍ×（１．６〜２．０）ｍｍ、間隔（黒幅に相当）は１．２〜１．６ｍｍである。スクリーン全体の面積は用途に応じて適宜選ばれる。
【００３２】
図２はこの発明の第２の実施形態によるスクリーンを示す。
図２に示すように、このスクリーンにおいては、黒の吸収面からなるフラットな下地面Ｐ上に、赤色の光を選択的に反射する反射面Ｑ1 、緑色の光を選択的に反射する反射面Ｑ2 および青色の光を選択的に反射する反射面Ｑ3 が二次元マトリクス状に離散的に等間隔で配置されている。一組の反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 が一画素を構成する。反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 は、具体的には、スクリーンに投影を行う時に使用する赤、緑および青用の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する。各反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 はたとえば長方形である。各反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 の大きさはたとえば（１．２〜１．６）ｍｍ×（５．５〜７．５）ｍｍ、間隔（黒幅に相当）はたとえば１．０〜１．４ｍｍである。スクリーン全体の面積は用途に応じて適宜選ばれる。
【００３３】
上述の第１および第２の実施形態によるスクリーンと従来の白地のフラットスクリーンとについて黒の沈みの比較実験を行った結果について説明する。図３に実験方法を示す。図３において、白フラットスクリーンが従来のスクリーン、白離散反射スクリーンが第１の実施形態によるスクリーン（ただし、白幅は１．８ｍｍ、黒幅は１．４ｍｍ）、ＲＧＢ離散反射スクリーンが第２の実施形態によるスクリーン（ただし、ＲＧＢ幅は２．０ｍｍ、黒幅は１．２ｍｍ）である。図３には、各スクリーンの一部を拡大した図も併せて載せてある。Ｐｊはプロジェクターを示す。実験は各スクリーンの一部にプロジェクターＰｊにより投影を行い、明部（光照射部）と暗部（光非照射部）との輝度を測定することにより行った。暗部の輝度の測定は外光がある場合とない場合とについて行った。
【００３４】
図４に実験結果を示す。図４には、光源、色温度補正フィルター、ＮＤ（Neutral Density)フィルター、明部色温度も示す。図４より、外光がある場合（そのうち室内灯によるものは６０％）、白フラットスクリーンでは、明部輝度が９．７５ｃｄｍ-2、暗部輝度が０．０４７２ｃｄｍ-2でコントラスト（明部輝度／暗部輝度）は９．７５／０．０４７２≒２０６．６であるのに対し、白離散反射スクリーンでは、明部輝度が１０．９ｃｄｍ-2、暗部輝度が０．０１７３ｃｄｍ-2でコントラストは１０．９／０．０１７３≒６３０．１、ＲＧＢ離散反射スクリーンでは、明部輝度が９．９２ｃｄｍ-2、暗部輝度が０．００９６０ｃｄｍ-2でコントラストは９．９２／０．００９６０≒１０３３．３と高い。また、外光がない場合、白フラットスクリーンでは、明部輝度が９．７５ｃｄｍ-2、暗部輝度が０．０１２６ｃｄｍ-2でコントラストは９．７５／０．０１２６≒７７３．８であるのに対し、白離散反射スクリーンでは、明部輝度が１０．９ｃｄｍ-2、暗部輝度が０．００８２６ｃｄｍ-2でコントラストは１０．９／０．００８２６≒１３１９．６、ＲＧＢ離散反射スクリーンでは、明部輝度が９．９２ｃｄｍ-2、暗部輝度が０．００６８０ｃｄｍ-2でコントラストは９．９２／０．００６８０≒１４５８．８と高い。
【００３５】
この結果から、白離散反射スクリーン、ＲＧＢ離散反射スクリーンとも、白フラットスクリーンに比べて、高いコントラストが得られ、黒の沈んだ映像を得ることができることが分かる。
【００３６】
次に、この発明の第３の実施形態によるスクリーンについて説明する。
第２の実施形態によるスクリーンにおいては、赤色用、緑色用および青色用の反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 を横方向に互いに隣接して配列しているのに対し、この第３の実施形態によるスクリーンにおいては、これらの反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 を積層する。ここで、これらの反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 の積層順序は、スクリーン表面から見て反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 の順序でも良いし、その逆の順序でも良い。この場合、これらの反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 の大きさはたとえば（０．５〜１．０）ｍｍ×（０．５〜１．０）ｍｍ、間隔（黒幅に相当）はたとえば０．１〜０．５ｍｍである。ここで、この反射面の大きさおよび間隔は、想定される視距離に対して、概ね１分以下の視角となるように選ばれる。この角度は、視力１の人の視覚限界であり、映像が連続的に見える条件を与える。ちなみに０．５ｍｍは、およそ１．７２ｍの視距離にて１分の視角となる大きさである。また、上記の間隔は、反射面すなわち画素の大きさに対して、投影の誤差を２０〜５０％程度と考慮したものである。更に、スクリーン全体の面積は用途に応じて適宜選ばれる。
【００３７】
次に、第２および第３の実施形態によるスクリーンにおける反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 の具体的な構造の詳細について説明する。
図５に示すように、反射板と光吸収層との組み合わせにより特定の波長の光だけを反射して他の波長の光を吸収することで、黒を沈ませるスクリーンを実現することができる。ここで、図５Ａに示すものは波長の選択性が高いという特徴があり、図５Ｂに示すものは構造が簡単であるという特徴がある。
【００３８】
特定の波長の光だけを反射するための構造の具体例を図６Ａおよび図６Ｂに示す。図６Ａに示す構造は、基板上に、大きさがあらかじめ最適化された微粒子を規則的に配列したもので、ブラッグ条件（λ＝２ｎΛ／ｍ、λ：入射光の波長、ｎ：モード屈折率、Λ：構造の周期、ｍ：次数）を満たす波長の光のみが選択的に反射される。図６Ｂに示す構造は、基板上に、屈折率がｎ1 の膜とｎ2 （≠ｎ1 ）の膜とを交互に積層して多層膜を形成したもので、干渉効果により特定の波長の光のみが選択的に反射される。
【００３９】
まず、多層膜の反射スペクトルを有効フレネル係数法で見積もった結果を説明する。この多層膜は、互いに屈折率が異なる二種類の誘電体膜をそれらの屈折率ｎに対してｍλ0 ／４ｎの厚さで交互に積層したものである。ただし、ｍは一般には１以上の整数であるがここでは１とし、λ0 は特定の光の波長である。結果を図７に示す。ここでは、一方の誘電体膜の屈折率をｎ＝１．２、他方の誘電体膜の屈折率をｎ＝１．８とし、λ0 ＝５２０ｎｍとして計算を行っている。この結果から、多層膜の周期を１から５まで増加させることで、反射率が増加し、５周期で９０％以上の反射率が得られるのが判る。一方で、そのピークの半値幅が〜２００ｎｍと広いことも判る。
【００４０】
次に、５周期の条件で３原色の波長λ0 ＝４９０ｎｍ（青色）、λ0 ＝５２０ｎｍ（緑色）、λ0 ＝６５０ｎｍ（赤色）について計算した結果を図８に示す。この結果から、３原色のいずれの波長の場合でもピークの半値幅が広いためにピーク同士が重なり合うが、ある程度特定の波長の光だけを反射することができることが判る。
【００４１】
一方、形成方法は後に詳細に説明するが、自己組織化により最密構造で規則的に配列されたシリカ微粒子（直径Ｄ＝２８０ｎｍ）について反射スペクトルを測定した結果を図９に示す。ただし、この測定では、白色光を微粒子層に垂直に入射して垂直に反射した光を測定している。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察から、微粒子は自己組織化により、図１０に示されるような面心立方格子か、あるいは最密六方格子の最密構造になっていると考えられる。図９より、波長６２５ｎｍ付近にピークが見られるのが判る。更に、その最大反射率は〜５４％と比較的高く、ピークの半値幅は〜３０ｎｍと狭いことが判る。この反射は規則的に配列した微粒子によるブラッグ反射である。このように可視光の波長オーダーと同じ大きさ（＜１μｍ）の周期構造体により、このようなブラッグ反射が生じる。
【００４２】
上述のブラッグ反射についてより詳細に説明する。
最密構造には、図１０Ａに示すように、Ａ、Ｂ、Ｃの三つの配列パターンが存在するが、面心立方格子の場合には、図１０Ｂに示すように、ＡＢＣＡＢＣ・・・の順番に積み上がることになる。このとき微粒子の直径をＤ＝２８０ｎｍとすると、その周期はΛ＝７２７．５ｎｍとなる。これに対して、六方最密格子の場合には、図１０Ｃに示すように、ＡＢＡＢ・・・の順番に積み上がるので、その周期はΛ＝４８５．０ｎｍとなる。これらのことからブラッグ条件（λ＝２ｎΛ／ｍ）を満たす波長を計算で見積もると、表１に示すようになる。ただし、モード屈折率ｎは〜１．３とした。
【００４３】
【００４４】
これらの計算結果から、６２５ｎｍに近い値として、二つ候補が挙げられる。すなわち、反射スペクトルにおいて観察された強いピークは、面心立方格子の３次のブラッグ反射か、あるいは六方最密格子の２次のブラッグ反射であることが示される。以上により、自己組織化によって堆積された微粒子の規則配列によりブラッグ反射が確認されたことになる。
【００４５】
次に、上述の微粒子層による散乱光のスペクトルを測定するためにサンプル表面を２０°傾けて散乱光を測定した結果を図１１に示す。この場合、６２５ｎｍ付近の波長の光が、ほとんど反射しなくなるような逆パターン（ディップ構造）となるのが判る。これは、強いブラッグ反射のために散乱光が抑えられていることを意味する。この現象は次のように説明される。すなわち、図１２に示すように、波長６２５ｎｍ付近の光は微粒子層の表面近くで強いブラッグ反射を受けるため、それよりも奥側に光が進まない。そのために散乱が弱く、ブラッグ反射だけを強く受けることになる。一方、６２５ｎｍ以外の波長の光はブラッグ反射を受けないためにそれより奥側に進むので、結果として散乱される。
【００４６】
更に、上述の最密構造で配列した微粒子について、光の反射が強くなるような波長域をマスクウェル方程式による光場計算によって見積もった。ただし、実際の微粒子は図１３Ａに示すように○形状であるが、図１３Ｂに示すようにそれをほぼ正方形の□形状に近似して計算を行った。ここでは、□形状粒子の横方向（ｘ）および縦方向（ｙ）の粒子間隔を○形状粒子のそれらと同じ間隔にして計算している（ｘ＝２４２ｎｍ、ｙ＝２８０ｎｍ）。また、充填率も０．７４と、両者とも同じにして計算している。微粒子の屈折率をｎ＝１．３６とし、またサンプルの厚さを考慮して積層周期を３０周期（図１４）として計算を行った。その結果を図１５〜図２３に示す。ここでは、図中左側から微粒子層に光を入射して進行方向（図中左から右、「ＦＯＲＷＡＲＤ」とも表す）に進む光と逆方向（図中右から左、「ＢＡＣＫＷＡＲＤ」とも表す）に進む光とに分けて光密度分布が計算されている。ただし、これらの光密度分布図は、カラープリンタで印刷されたカラー図面を複写機で白黒コピーして作成したものであり、濃さは必ずしも光密度に対応していない（以下同様）。また、紙面の都合上、横方向を縮めて示されている。これらの結果から、波長が４７０ｎｍ、５００ｎｍ、５２５ｎｍ、５４０ｎｍ、５８０ｎｍ、６００ｎｍ、６４５ｎｍ、６７５ｎｍの光では、進行方向のみが強く存在して微粒子層の右端まで光が到達し、その表面から右側に光が出射しているのが判る。それに比べて逆方向の光はバルク内部のみでしか存在せず、微粒子層の左端まで到達していてもほとんどその表面から左側に光が出射していないのが判る。ところが、図２１に示すように、６２５ｎｍの波長の光では、逆方向に進む光が表面近くで強く生じており、その表面から左側へ光が強く出射しているのが判る。また、逆方向に進む光が強いため、進行方向の光は表面から８〜１５周期分までしか進入していないことも判る。特に１１周期あたりがその境界と見られる。これらの結果は、実験において６２５ｎｍ付近の波長の光で強い反射が起こっていることと一致している。更に、この６２５ｎｍの前後の波長で詳細に調べた結果を図２４〜図３５に示す。これらの結果から、波長６０５〜６３２ｎｍの範囲で反射が起きていることが判る。これらの結果は、実験において反射率のピークの半値幅が〜３０ｎｍ（図９）と狭いことと良く一致する。このように多層膜に比べて微粒子で反射率のピークの半値幅が狭くなる理由としては、微粒子では横方向にもブラッグ反射が起きているために強い閉じ込め効果が起こることが関係していると考えられる。また、ブラッグ反射が起きている波長６２５ｎｍでは、表面からわずか８〜１５周期だけしか光が進入しておらず、これは散乱光が抑制されていることと合致する。
【００４７】
次に、緑色および青色の光を反射させることについて述べる。微粒子の直径Ｄとこの微粒子により反射される光の波長λとはほぼ比例関係にあるので、反射させたい光の波長をλ0 とすると、Ｄ＝２８０ｎｍに対してλ0 ＝６２５ｎｍの関係から、緑色（λ0 ＝５２５ｎｍ）や青色（λ0 ＝４７５ｎｍ）ではそれぞれＤ＝２３５ｎｍ、Ｄ＝２１２ｎｍとなる。それぞれの場合について同様に光場の計算を行った。緑色反射のモデルを図３６に、計算結果を図３７〜図４３に示す。また、青色反射のモデルを図４４に、計算結果を図４５〜図５１に示す。これらの結果から、緑色反射と青色反射とでは、それぞれ５２５ｎｍと４７５ｎｍの波長のときだけに強い反射が生じていて、赤色反射と同様にほぼ８〜１５周期まで光が進行しているのが判る。
【００４８】
以上のように、微粒子の直径Ｄと波長λとはほぼ比例関係にあることから、図５２に示すような関係になる。この図から、青色反射ではＤ＝２０２〜２２４ｎｍ、緑色反射ではＤ＝２２４〜２５１ｎｍ、赤色反射ではＤ＝２６９〜３１４ｎｍとなる。とりわけ色度図上で純粋な三原色として、青色反射ではλ0 ＝４７５±１０ｎｍでＤ＝２０８〜２１７ｎｍとなり、緑色反射ではλ0 ＝５１５±１５ｎｍでＤ＝２２４〜２３７ｎｍとなり、赤色反射ではλ0 ＝６５０±３０ｎｍでＤ＝２７８〜３０５ｎｍとなる。
【００４９】
以上の結果から、たとえば、基板上に赤色反射用の微粒子層１１周期を積層し、その上に緑色反射用の微粒子層１１周期を積層し、更にその上に青色反射用の微粒子層１１周期を積層すれば、三原色の光だけを反射させてその他の波長の光は透過すると考えられる。これらについて同様に光場の計算で見積もった。このときのモデルを図５３に、計算結果を図５４〜図５８に示す。これらの結果から、波長が４７５ｎｍ、５２５ｎｍ、６２３ｎｍのときにそれぞれの青色反射用、緑色反射用、赤色反射用微粒子層のところで強い反射が生じており、それ以上奥に進まないのが判る。それに対して、５９０ｎｍや５５５ｎｍなど三原色以外の波長では、反射がほとんど起こっていないので赤色反射用微粒子層の右端まで光が到達し、そこから更に右側に光が出射しているのが判る。したがって、これより奥側に光を吸収する材料を置くことで、たとえば基板として光を吸収する材料を置くことで、三原色以外の光を効率良くカットすることができる。
【００５０】
そこで、この発明の第４の実施形態によるスクリーンにおいては、第３の実施形態によるスクリーンにおける反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 の部分を図５９に示すような断面構造を有するように構成する。すなわち、基板１上に赤色反射用のＤ＝２８０ｎｍの微粒子層２を１１周期積層し、その上に緑色反射用のＤ＝２３４．５ｎｍの微粒子層３を１１周期積層し、更にその上に青色反射用のＤ＝２１２ｎｍの微粒子層４を１１周期積層してスクリーンを構成する。微粒子層２〜４のいずれにおいても、微粒子５が最密構造で配列している。これらの微粒子層２〜４の微粒子５としては、たとえばシリカ微粒子が用いられる。また、基板１としては、三原色以外の波長の光を吸収することができるものが用いられ、具体的にはたとえばカーボン製の黒い基板が用いられる。この基板１の厚さは、２０μｍ以上５００μｍ以下に選ばれ、具体的にはたとえば５０μｍ程度に選ばれる。基板１の厚さがこのように５０μｍ程度であると、スクリーンが破れにくく、しかもフレキシビリティーが高いためスクリーンの巻き取りもしやすい。また、スクリーンの面積は用途に応じて適宜選ばれる。
【００５１】
図５９に示すような構造のスクリーンは、たとえば、自己組織化技術を用いることにより容易に製造することができる。すなわち、たとえば、図６０に示すように、微粒子５が分散された水溶液６を用い、この水溶液６中で微粒子５をゆっくり堆積させることにより、微粒子５が自己組織化により規則的に配列する。そこで、この自己組織化技術を用いて、反射面を形成すべき部分以外の部分の表面がマスク（図示せず）で覆われた基板１上に微粒子層２〜４を順次、規則配列で積層することができ、これによってスクリーンを製造することができる。
【００５２】
このスクリーンの製造方法についてより詳細に説明する。一般に、この種のスクリーンの製造方法としては、自然沈降法（たとえば、増田ほか（２００１）マテリアルインテグレーション１４、３７−４４）および浸漬引き上げ単粒子膜作製法（単粒子膜引き上げ法）（たとえば、永山（１９９５）粉体工学３２、４７６−４８５）が考えられる。自然沈降法では、低濃度の微粒子溶液を基板上に滴下するか、低濃度の微粒子溶液中に基板を立てる。このとき、基板上に沈降した微粒子が溶媒の蒸発によって基板上に自己組織的に結晶化する。自然沈降法はこの工程を通して基板上に微粒子の三次元結晶の薄膜を得る方法である。この方法の問題点は、溶媒の蒸発に数時間以上必要であるため、基板の乾燥に長時間を要すること、基板上から溶媒が面内に均等に蒸発しないため、数ｃｍ2 以上の大面積の結晶の薄膜を作製する際には、その薄膜が面内に厚さむらを生じることである。一方、単粒子膜引き上げ法は、低濃度の微粒子溶液中に浸漬した基板を気相中に引き上げることにより微粒子単層の二次元結晶の薄膜を得る工程を利用した方法である。この工程を繰り返すことにより、微粒子単層の薄膜を積層し、任意の厚さの三次元結晶の薄膜を得る。この方法の問題点は、単粒子膜の積層によるため、工程が複雑であり、作製に長時間を要すること、面内で均一な二次元結晶化を行わせるために、引き上げ速度を低速に制御する必要があることである。数ｃｍ2 以上の大面積の薄膜作製では長時間にわたって気液界面のメニスカスが乱れないように制御する必要があり、容易ではない。
【００５３】
そこで、自然沈降法による三次元結晶の作製と単粒子膜引き上げ法による面内の厚さむらの軽減とを両立させ、更に、作製時間を大幅に短縮させる方法として、引き上げ回転法を用いる。単粒子膜引き上げ法では、一度の浸漬と引き上げの工程で単層の二次元結晶薄膜しか得られないのに対して、引き上げ回転法では高濃度の微粒子溶液を用いることによって、単粒子膜引き上げ法と同様の一度の浸漬と引き上げの工程で三次元結晶薄膜を得ることができる。これにより、自然沈降法と同様に三次元結晶を得ることができる。そして、基板の回転により、単粒子膜引き上げ法のように、面内の厚さむらを軽減することができる。また、作製工程に要する時間を大幅に減らすことができる。
【００５４】
この引き上げ回転法では、高濃度の微粒子溶液中に基板を浸漬し、気相中へ引き上げを行うと、乾燥が遅く溶液の濡れ量が多い部分に微粒子が集積することによって厚さむらが生じる。この厚さむらは、基板の鉛直方向下方および水平方向左右端から生じる。そこで、浸漬前、浸漬中、引き上げ直後のいずれかの時に基板を面内で回転させることにより濡れ量を制御したところ、面内の厚さむらが減少し、厚さが面内で均一な薄膜が得られた。
【００５５】
図６１〜図６４を参照してこの引き上げ回転法を具体的に説明する。
図６１Ａに示すように、溶液槽７中に高濃度（たとえば、２重量％以上５０重量％以下）の微粒子溶液８を入れたものを用意する。次に、図６１Ｂに示すように、溶液槽７の上方から基板１を下降させて微粒子溶液８中に浸漬する。次に、図６１Ｃに示すように、基板１を高速（たとえば、３０μｍ／ｓ以上３ｍ／ｓ以下）で引き上げた後、図６１Ｄに示すように、気相中にて自然乾燥させる。
【００５６】
これらの工程において、基板１に付着してくる微粒子溶液８は、乾燥すると同時に重力によって下方に移動するため、微粒子の分布は基板１の下方に偏り、乾燥後には鉛直方向に関して下方が厚く、上方が薄いという、面内分布を持った薄膜が得られる。この鉛直方向に関しては、下記の通りに工程を行うことによって、面内の厚さむらを抑えることができる。
【００５７】
すなわち、図６２Ａに示すように、図６１Ｄに示す工程で乾燥を行った基板１をその面内で１８０°回転させて上下を逆にする。次に、図６２Ｂに示すように、溶液槽７の上方から基板１を下降させて微粒子溶液８中に浸漬する。この後、上述と同様に、基板１の高速引き上げ（図６２Ｃ）および気相中自然乾燥（図６２Ｄ）を行う。この結果、微粒子層の厚さは基板１の下方が厚く、上方が薄いという面内分布を持つが、先に積層した微粒子層の厚さの面内分布とは逆になるため、鉛直方向に関して、基板１全体での面内分布は均一となる。なお、この基板１の上下の回転は、浸漬前ではなく、浸漬中や引き上げ直後に行っても同様な効果を得ることができる。
【００５８】
水平方向に関しても基板１全体での微粒子層の厚さの面内分布を均一とするために、図６１および図６２と同様な工程を行う。
すなわち、図６３Ａに示すように、図６２Ｄに示す工程で乾燥を行った基板１をその面内で時計方向に９０°回転させる。次に、上述と同様に、基板１の微粒子溶液８中への浸漬（図６３Ｂ）、基板１の高速引き上げ（図６３Ｃ）および気相中自然乾燥（図６３Ｄ）を行う。
【００５９】
次に、図６４Ａに示すように、図６３Ｄに示す工程で乾燥を行った基板１をその面内で１８０°回転させて上下を逆にする。この後、上述と同様に、基板１の微粒子溶液８中への浸漬（図６４Ｂ）、基板１の高速引き上げ（図６４Ｃ）および気相中自然乾燥（図６４Ｄ）を行う。
以上の方法により、短時間で、面内むらが観測されない結晶化した大面積の微粒子薄膜を得ることができる。
【００６０】
なお、基板１を水平にし、基板１の濡れ量を面内に均一にし、乾燥させることにより面内の厚さむらを減少させる手法を考えることはできるが、実際にやって見た範囲内では、濡れ量を均一に保つことはできず、面内に厚さむらを生じた。
【００６１】
ここで、自然沈降法により作製した微粒子薄膜と上述の引き上げ回転法により作製した微粒子薄膜との間の厚さむらの比較結果について説明する。
ここでは、微粒子として直径２８０ｎｍのシリカ微粒子（品名ＫＥ−Ｐ３０、（株）日本触媒製）、溶媒として純水、基板として市販のアルミ（アルミニウム）箔（大きさ：短辺２６ｍｍ、長辺７６ｍｍの長方形）をプラズマ洗浄したものを用いた。
【００６２】
まず、自然沈降法によるサンプルの作製においては、基板上に２０重量％シリカ水溶液を２０μｌ滴下し、基板表面に広げた。そして、基板を水平に保ち、樹脂製の試料ケース内で３日間乾燥させた。
一方、引き上げ回転法によるサンプルの作製においては、２０重量％シリカ水溶液中に基板をその長辺方向が鉛直方向となるようにして浸漬し、そのまま速度１０ｍｍ／ｓで垂直に引き上げ、乾燥させた。乾燥後、基板の上下を逆にし、同様に浸漬、引き上げ、乾燥を行った。次に、基板をその面内で９０°回転させてその短辺方向が鉛直方向となるようにして浸漬し、そのまま速度１０ｍｍ／ｓで垂直に引き上げ、乾燥させた。乾燥後、基板の上下を逆にし、同様に浸漬、引き上げ、乾燥を行った。このようにして、計４回の浸漬、引き上げ工程を実施した。
【００６３】
両サンプルについて目視での比較を行った結果、自然沈降法に比べて引き上げ回転法では厚さむらが小さかった。また、両者ともブラッグ反射を示し、シリカの微粒子が三次元結晶を形成していることが確認された。
【００６４】
基板の両短辺の中心を結ぶ線上の５点（中心点、中心点から両方向に１０ｍｍおよび２０ｍｍ離れた点）で、作製した薄膜の膜厚を測定した。膜厚は基板のアルミ箔の表面と作製した薄膜の表面との鉛直距離として光計測により測定した。結果は次のとおりであった。
自然沈降法：平均値１４．８μｍ、標準偏差３．１μｍ
引き上げ回転法：平均値９．９μｍ、標準偏差０．６μｍ
これらの標準偏差の違いから、自然沈降法に比べて、引き上げ回転法での膜厚のばらつきが格段に小さいことが確認された。引き上げ回転法の４回の工程により、厚さむらの小さい３５層程度の三次元結晶のシリカ薄膜を作製することができた。
【００６５】
以上のように、第４の実施形態によるスクリーンによれば、特定の三原色の光だけを反射して残りの波長の光を基板１側で吸収させることが可能となることにより、黒を沈ませるスクリーンを得ることができる。この場合、映像に関係ない外部の光がスクリーンに入射した場合にも、波長が異なるためにカットされるため、コントラストが劣化するのが防止される。特に、半導体レーザや発光ダイオードなどの発光ピークの半値幅が狭くて色純度の良い光で映像を形成している場合には、効率良く選択的に映像の光だけを反射して他の波長の光をカットすることで、高コントラストを維持することができるとともに、黒を沈ませることができる。したがって、暗室でなくとも映像の劣化が起こらない。また、液晶プロジェクターなどスペクトル半値幅が広い光を投影しても、波長を選択的に狭くするので、色度図上の色再現範囲が広くなり、色純度も良くなる。
【００６６】
次に、回折効果により反射光の遠視野像（ＦＦＰ；Far Field Pattern)を広げる方法について説明する。
図６５に示すように、一般に、光の入射方向に垂直な方向の物体のサイズを十分に小さくすることにより、その物体により光は回折されて広がる。そこで、この第４の実施形態のようにスクリーンを微粒子の集合体により形成することで、微粒子による回折効果で反射光のＦＦＰに広がりを持たせることができると考えられる。これは逆格子空間上で格子点を横方向に伸ばすことに対応する。そこで、横方向のサイズを２２周期、１６周期、１１周期とした場合の反射波を広い面積（１００μｍ×３０μｍ）で計算した。その結果を図６６〜図６９に示す。この結果から、横方向の周期数が小さくなるほど、ＦＦＰが広くなることが判る。より詳細には、２２周期ではＦＦＰ〜８°と狭いが、周期をより小さくしていくほどＦＦＰは広がり、１６周期でＦＦＰ〜１１°、１１周期ではＦＦＰ〜１７°まで広がることが判った。
【００６７】
映画館などの大きな会場でスクリーンに映像を表示する場合には比較的視野角が狭くても良く、むしろ明るさが求められる。この場合には、ＦＦＰが１０〜１７°程度と比較的狭くして指向性を持たせ、それによって光密度を高く、すなわち明るくすることが可能である。
【００６８】
次に、屈折で反射光のＦＦＰを広げる方法について説明する。
屈折で反射光のＦＦＰに広がりを持たせるためには、図７０に示すように、微粒子の集合体を水平面と斜面とを持つ構造とするか、図７１に示すように、微粒子の集合体の表面を曲面構造とすることが考えられる。図７０に示す例では特定の方向だけに斜めに反射光が出射されるが、図７１に示す例では曲面に対応して任意の方向に反射光が出射される。
【００６９】
図７２に示すように、微粒子の集合体について垂直方向（結晶軸の方向）に対する斜面の角度θを変えて計算を行った。ただし、入射光の波長は６２５ｎｍで、微粒子の直径は２８０ｎｍとした（ここでは水平面（図７２中左側の端面）に垂直入射する場合にはブラッグ反射が起こる条件である）。その結果を図７３〜図７７に示す。この結果より、θ＝１４．４°、５８．２°の斜面に光が入射してもブラッグ反射がほとんど起きておらず、光が透過しているのが判る。それに対して、θ＝７０．２°、７５．７°、７８．９°の斜面では反射が生じているのが判る。
【００７０】
更に、広い反射側においてＢＡＣＫＷＡＲＤの結果を図７８および図７９に示す。この結果より、θ＝１４．４°、５８．２°では斜めの反射が生じていないが、θ＝７０．２°、７５．７°、７８．９°では斜めの反射が生じていることが判る。その結果をＦＦＰとして示したグラフが図８０である。この結果より、３５°付近にピークが出現しているのが判る。これらの結果から、屈折の方法ではθ＝９０〜７０°の範囲に斜面を形成すれば、ＦＦＰに７０°まで広がりを持たせることができることが判る。
【００７１】
次に、図８１に示すように、光の入射方向に対して結晶軸を傾けた場合について説明する。この場合、ブラッグ条件を満たす波長がずれることになる。その波長は、垂直入射（入射方向が結晶軸と平行）のときの波長をλ0 とすると、λ（θ）＝λ0 ｓｉｎθとなる。これは、図８２に示すように、光の入射方向がずれてくるために逆格子空間において格子点が原点を中心に回転することにより、同じエワルド球（１／λを半径とした球）の面上にその格子点が乗らなくなることを意味する。この効果を考慮して計算した結果を図８３に示す。この結果より、スペクトルの半値幅が３０ｎｍである場合、θ＝７７．４〜９０°の範囲内であればブラッグ反射が生じることになる。θ＝７７．４°の場合には、垂直方向から２θ＝２５．６°の角度で反射されることになるが、反対方向、すなわちθ＝−７７．４°にも軸を傾斜させると合計でＦＦＰ＝５１．６°となる。
【００７２】
以上のように、屈折を用いる方法や結晶軸を傾ける方法は、家庭などの狭い空間でスクリーンに投影する場合に適する。この場合、指向性が強いと、見る場所によって映像が見えなくなるからである。
この指向性を緩やかにするためには、図８４に示すように、微粒子の集合体９にうねりを持たせるようにしても良い。
【００７３】
次に、スクリーンの波長の選択性について説明する。
波長の選択性も逆格子空間を用いて説明することができる。すなわち、図８５に示すように、光の入射方向のサイズが小さい場合、逆格子空間での格子点はその方向に伸びる。その結果、格子点と交差するエワルド球が多数存在することとなり、結果としてブラッグ条件を満たす波長λの範囲が広がることになる。ここで、５層と１０層の場合の誘電体多層膜の反射スペクトルについて、有効フレネル係数法で計算を行った。その結果を図８６および図８７に示す。この結果から、５層では半値幅が２００ｎｍ程度あるのに対して１０層構造では半値幅が５０ｎｍと狭くなっているのが判る。ただし、波長の選択性を良くしようとして、単純に層数を増やすだけでは不十分であり、光にとっての実効的なサイズを大きくする必要がある。数層のみでは１００％反射されるものを１００層ほど積層しても、実効的なサイズは数層のみで波長の選択性は悪いままである。したがって、微粒子による個々の回折格子の反射効率をなるべく下げて、多層にわたって回折が生じるような構造にするのが望ましい。
【００７４】
上述のように、第４の実施形態によるスクリーンを使用することで各三原色のスペクトルの半値幅が狭くなるが、これによって色純度が良くなり、色度図上の再現範囲が広がることを以下に説明する。
【００７５】
図８８〜図９１および図９２〜図９５はそれぞれ液晶（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）プロジェクターおよびＤＬＰ（Digital Light Processing）プロジェクターから出射した光のスペクトルを測定した結果である。ここで、図８８、図９２は白色を、図８９、図９３は青色を、図９０、図９４は緑色を、図９１、図９５は赤色を表示したときのスペクトルである。色フィルターを用いて波長の選択を行っているため、ＬＣＤプロジェクター、ＤＬＰプロジェクターともに各三原色のスペクトル半値幅が６０〜１００ｎｍと広いことが判る。このとき通常のスクリーンを用いると光が反射されても半値幅に変化がないために、このスペクトルの半値幅で色再現性が決定されることになる。これに対し、図５９に示すような構造のスクリーンを用いた場合、プロジェクターから出射した光の各三原色のスペクトル半値幅が広くても、スクリーンで反射されるときに波長が選択されて半値幅が３０ｎｍまで狭くなる。このとき、色度図上の色再現範囲が広がるとともに色再現性が良くなる。図９６は色度図上でそのことを表している。ＤＬＰやＬＣＤでは色再現範囲が狭いのに対し、図５９に示すような構造のスクリーンを用いた場合、その範囲が広がるとともに色の再現性が良くなるのが判る。
【００７６】
次に、この発明の第５の実施形態によるスクリーンについて説明する。図９７にこのスクリーンを示す。
図９７に示すように、この第５の実施形態によるスクリーンにおいては、微粒子層４の最上面に拡散フィルム１０が配置されている。この拡散フィルム１０は、光の拡散およびスクリーン表面の保護のためのものである。すなわち、スクリーンから反射される光をこの拡散フィルム１０により拡散させることで、指向性を緩和するとともに、スクリーン全体に均一な輝度を持たせることができる。言い換えれば、いわゆるホットスポットをなくすことができる。また、この拡散フィルム１０により、機械的なダメージで微粒子が剥がれるのを防止することができる。
【００７７】
この拡散フィルム１０としては、可視光領域において透明な材料で、かつ光を拡散させるものが望ましい。光を拡散させるためには、フィルム面内で異なる屈折率分布を持たせても、またはフィルム表面に凹凸を設けても良い。この拡散フィルム１０としては、具体的には、たとえば、光拡散性のあるポリエチレンフィルム（作製上、面内に屈折率分布を持つ）や、光を拡散することができるように表面を凹凸加工したポリカーボネートフィルムやポリエチレンテレフタレートフィルムやポリ塩化ビニルフィルムなどが挙げられる。この拡散フィルム１０の厚さは、通常は５ｍｍ以下、望ましくは１ｍｍ以下とする。
【００７８】
拡散フィルム１０を配置するには、たとえば、基板１上に微粒子層２〜４を積層した後に、張力（テンション）を加えながらこの拡散フィルム１０を微粒子層４の表面に貼って接着しても良いし、この拡散フィルム１０の裏側に予め接着剤を塗布して接着しても良い。更には、光学特性を良くするために、この拡散フィルム１０の表面に、反射防止のための１／４波長コーティングを行っても良い。この場合、フィルム材の屈折率より低い屈折率の材料でコーティングする必要がある。具体的には、たとえば〜１００ｎｍの厚さのＳｉＯ2 ガラス膜を塗布や蒸着法でコーティングする。
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
【００７９】
次に、この発明の第６の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図９８に示す。
図９８に示すように、この第６の実施形態によるスクリーンにおいては、微粒子層４の最上面に、二次元マイクロレンズアレイが形成されたマイクロレンズフィルム１１が配置されている。このマイクロレンズフィルム１１のマイクロレンズは凸レンズでも、凹レンズでも、両者の複合でも良い。スクリーンから反射される光をこのマイクロレンズフィルム１１により拡散させることで、指向性を緩和するとともに、スクリーン全体に均一な輝度を持たせることができ、ホットスポットをなくすことができる。また、このマイクロレンズフィルム１１により、機械的なダメージで微粒子が剥がれるのを防止することができる。
【００８０】
このマイクロレンズフィルム１１の材質は、可視光領域で透明なものであれば、基本的にはどのようなものであっても良い。たとえば、ポリカーボネートやポリエチレンテレフタレートやポリ塩化ビニルでも良い。このマイクロレンズフィルム１１のマイクロレンズは画素サイズと同程度かそれより小さければ良く、たとえば、面内に０．１ｍｍ程度の直径のレンズを密に配置すれば良い。更に特性を良くするために、この表面には反射防止のための１／４波長コーティングを行っても良い。この場合、マイクロレンズフィルム１１のレンズの屈折率より低い屈折率の材料でコーティングする必要がある。たとえば〜１００ｎｍの厚さのＳｉＯ2 ガラス膜を塗布や蒸着法でコーティングしても良い。
マイクロレンズフィルム１１の配置方法は第２の実施形態と同様である。
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
【００８１】
次に、この発明の第７の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図９９に示す。
図９９に示すように、この第７の実施形態によるスクリーンにおいては、微粒子層４の最上面に、二次元マイクロプリズムアレイが形成されたマイクロプリズムフィルム１２が配置されている。スクリーンから反射される光をこのマイクロプリズムフィルム１２により拡散させることで、指向性を緩和するとともに、スクリーン全体に均一な輝度を持たせることができ、ホットスポットをなくすことができる。また、このマイクロプリズムフィルム１２により、機械的なダメージで微粒子が剥がれるのを防止することができる。
【００８２】
このマイクロプリズムフィルム１２の材質は、可視光領域で透明なものであれば、基本的にはどのようなものであっても良い。たとえば、ポリカーボネートやポリエチレンテレフタレートやポリ塩化ビニルでも良い。このマイクロプリズムフィルム１２のマイクロプリズムは画素サイズと同程度かそれより小さければ良く、たとえば、面内に０．１ｍｍ程度の直径のプリズムを密に配置すれば良い。更に特性を良くするために、この表面には反射防止のための１／４波長コーティングを行っても良い。この場合、マイクロプリズムフィルム１２のプリズムの屈折率より低い屈折率の材料でコーティングする必要がある。たとえば〜１００ｎｍの厚さのＳｉＯ2 ガラス膜を塗布や蒸着法でコーティングしても良い。
マイクロプリズムフィルム１２の配置方法は第２の実施形態と同様である。
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
【００８３】
次に、この発明の第８の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図１００に示す。このスクリーンは、第２の実施形態によるスクリーンに対応するものである。
上述の第４ないし第７の実施形態においては、基板１上に赤色反射用の微粒子層２、緑色反射用の微粒子層３および青色反射用の微粒子層４を縦方向（基板に垂直な方向）に積層しているが、この第８の実施形態においては、これらの微粒子層２〜４を基板１上に横方向（基板に平行な方向）に配置する。
【００８４】
すなわち、図１００に示すように、この第８の実施形態によるスクリーンにおいては、基板１上に、赤色反射用の微粒子層２、緑色反射用の微粒子層３および青色反射用の微粒子層４が横方向に配置されている。
【００８５】
基板１上に微粒子層２〜４を形成するためには、たとえば、インクジェット方式で各色用の微粒子を基板１上に塗り分けても良いし、スクリーン印刷やグラビア印刷を用いて塗り分けても良い。あるいは、各微粒子層２〜４のパターンに対応した開口を有するマスクを用意し、これらのマスクを用いて各色用の微粒子を三回塗布しても良い。
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
【００８６】
この第８の実施形態によれば、三原色用の微粒子層２〜４が基板１上に横方向に配置されているので、三原色の微粒子層２〜４を基板１上に縦方向に積層した場合に比べて、トータルな微粒子層の縦方向の厚さが小さくなり、それによって光の散乱などによる損失が減ることから、光の吸収を効率的に行うことができる。
【００８７】
次に、この発明の第９の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図１０１に示す。
図１０１に示すように、この第９の実施形態によるスクリーンにおいては、微粒子層２〜４において、微粒子５の間の隙間がバインダー１３により埋められている。ここで重要なことは、このバインダー１３の材料としては、微粒子の屈折率と異なる屈折率を持つ材料を用いることである。具体的には、たとえば、微粒子がシリカ微粒子である場合には、バインダー１３として、ポリプロピレンやポリエチレンやポリイソブチレンやポリ酢酸ビニルなどのポリオレフィン系材料を用いることができる。
【００８８】
このスクリーンを製造するには、たとえば、基板１上に微粒子層２〜４を形成した後にこれらの微粒子層２〜４にバインダー材料を溶かした溶液を染み込ませて固化させる方法や、予め微粒子（たとえば、シリカ微粒子）のコロイド溶液にこのバインダー材料を溶かした溶液を入れて微粒子の堆積とともに微粒子５の隙間を埋める方法などがある。
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
【００８９】
この第９の実施形態によれば、第４の実施形態と同様な利点に加えて、微粒子５の間の隙間がバインダー１３により埋められていることにより、スクリーンの機械的な強度の向上を図ることができるとともに、微粒子５の材料に対してバインダー１３の屈折率を制御して反射スペクトルの半値幅を狭くすることができるなど光学特性の向上を図ることができるという利点を得ることができる。
【００９０】
次に、この発明の第１０の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図１０２に示す。
図１０２に示すように、この第１０の実施形態によるスクリーンにおいては、図１０１に示すスクリーンの微粒子層２〜４における微粒子５に相当する部分が空洞１４になっており、いわゆるインバースオパール構造となっている。
このスクリーンを製造するためには、たとえば、基板１上に微粒子層２〜４を形成し、更にこれらの微粒子層２〜４にバインダー材料を溶かした溶液を染み込ませて固化させることにより微粒子５の隙間をバインダー１３で埋めた後、所定のエッチング液、たとえばフッ酸溶液に入れて微粒子（たとえば、シリカ微粒子）を溶かせば良い。
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
【００９１】
この第１０の実施形態によれば、第４の実施形態と同様な利点に加えて、微粒子に相当する空洞１４とバインダー１３との屈折率差は空気とバインダー１３との屈折率差となるので、微粒子５がシリカ微粒子などである場合に比べて、大きい屈折率差を得ることができる。このため、必要な反射を起こさせるために必要な微粒子層の周期をより少なくすることができ、ひいてはスクリーンをより薄型化することができる。
【００９２】
次に、この発明の第１１の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図１０３に示す。
図１０３に示すように、この第１１の実施形態によるスクリーンにおいては、基板として、透明基板１５の裏面に光吸収層１６を設けたものが用いられている。この光吸収層１６としては、三原色以外の波長の光を吸収することができるものが用いられ、たとえばカーボン膜が用いられる。より具体的には、透明基板１５はたとえば透明なガラス基板やポリカーボネート基板であり、光吸収層１６はそれらの裏面にコーティングしたカーボン膜である。
【００９３】
ここで、光吸収層１６の厚さはその材料に応じて三原色以外の波長の光を十分に吸収することができるように選ばれるが、光吸収層１６としてカーボン膜を用いる場合の厚さについて説明すると、次のとおりである。すなわち、カーボンの吸収係数αは、その作製方法に依存するが、一般に１０3 〜１０5 ｃｍ-1である。光強度Ｐは、光が光吸収層１６を進んだ距離をｘとするとＰ（ｘ）／Ｐ（０）＝ｅｘｐ（−αｘ）と表されるから、α＝１０5 ｃｍ-1の場合、十分な吸収として１／ｅ（ｅ：自然対数の底）まで光強度を弱めるためにはカーボン膜の厚さｄを０．１μｍとすれば良い。したがって、最低ｄ＝０．１μｍが必要となる。更に、α＝１０3 ｃｍ-1でも１／ｅまで光強度を弱めるためにはカーボン膜の厚さをｄ＝１０μｍとすることが必要となる。これらのことから、カーボン膜の厚さを０．１μｍ以上、好適には１０μｍ以上にする必要がある。
【００９４】
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
この第１１の実施形態によれば、第４の実施形態と同様な利点に加えて、基板自体が光吸収を起こすものでなくても良いので、基板の材料の選択の自由度が高くなるという利点を得ることができる。
【００９５】
次に、この発明の第１２の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図１０４に示す。
図１０４に示すように、この第１２の実施形態によるスクリーンにおいては、基板として、表面がサンド加工により粗面化処理された黒い（三原色以外の波長の光を吸収することができる）ＰＥＴフィルム１７が用いられている。ここで、サンド加工とは、やすりなどで擦って表面を荒らす加工のことである。このＰＥＴフィルム１７の表面の凹凸の高さはたとえば０．８〜４μｍである。この場合、サンド加工により粗面化処理されたＰＥＴフィルム１７の表面は濡れ性が良好であるため、シリカ微粒子などの微粒子５が分散された水溶液６が塗布されやすくなる。更に、ＰＥＴフィルム１７の表面の凹凸により光の指向性が緩和されるため、ホットスポットが発生しにくくなる。
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
【００９６】
この第１２の実施形態によれば、第４の実施形態と同様な利点に加えて、基板として、安価なＰＥＴフィルム１７を用いているので、スクリーンを安価に製造することができるという利点を得ることができる。
【００９７】
次に、この発明の第１３の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図１０５に示す。
上述の第４の実施形態においては、基板１上に赤色反射用の微粒子層２、緑色反射用の微粒子層３および青色反射用の微粒子層４を縦方向に順次積層しているが、これらの微粒子層２〜４の積層順序は必ずしもこのようにする必要はなく、微粒子５の配列性（結晶性）の観点からは、むしろ積層順序を逆にするのが望ましい。そこで、この第１３の実施形態においては、微粒子層２〜４の積層順序を逆にした場合について説明する。
【００９８】
すなわち、図１０５に示すように、この第１３の実施形態によるスクリーンにおいては、基板１上に、青色反射用の微粒子層４、緑色反射用の微粒子層３および赤色反射用の微粒子層２が順次積層されている。この場合、青色反射用の微粒子層４の微粒子５は最も小さいため、この微粒子５を基板１上に配列させると、微粒子層４の表面の凹凸が最も小さいことになる。このように凹凸が小さい下地表面に、次に大きい、緑色反射用の微粒子層３の微粒子５を配列させた場合、その配列性が乱れにくくなり、結晶性が良くなる。同様に、この微粒子層３上に、次に大きい、赤色反射用の微粒子層２の微粒子５を配列させた場合にも、その配列性が乱れにくく、結晶性が良くなる。このようにして、微粒子層２〜４のいずれの結晶性も良くすることができる。
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
【００９９】
この第１３の実施形態によれば、第４の実施形態と同様な利点に加えて、微粒子層２〜４のいずれの結晶性も良好であることから、反射スペクトルの半値幅が狭く、効率的に三原色を反射させることができるとともに、それ以外の光は基板１で吸収することができるという利点を得ることができる。
【０１００】
次に、この発明の第１４の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図１０６に示す。
図１０６に示すように、この第１４の実施形態によるスクリーンにおいては、基板１上に、バッファ層１８を介して、赤色反射用の微粒子層２、緑色反射用の微粒子層３および青色反射用の微粒子層４が順次積層されている。ここで、バッファ層１８は、青色反射用の微粒子層４の微粒子より小さい直径、具体的にはたとえばＤ＝１２０ｎｍの微粒子による微粒子層からなる。
このスクリーンを製造するには、基板１上にまずバッファ層１８としての微粒子層を堆積させた後、その上に微粒子層２〜４を堆積させる。
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
【０１０１】
この第１４の実施形態によれば、第４の実施形態と同様な利点に加えて、次のような利点を得ることができる。すなわち、基板１上に微粒子層からなるバッファ層１８を堆積させ、その上に微粒子層２〜４を堆積させているため、基板１上に微粒子層２〜４を直接堆積させる場合に比べて、微粒子層２〜４を形成する下地の濡れ性が向上する。このため、結晶性の良好な微粒子層２〜４を得ることができる。また、バッファ層１８としての微粒子層の微粒子の直径は、青色反射用の微粒子層４より小さいＤ＝１２０ｎｍであるため、スクリーンに光を投影したときのこのバッファ層１８からのブラッグ反射の波長は可視光の波長より短く、スクリーン特性に影響を及ぼさない。
【０１０２】
次に、この発明の第１５の実施形態による投影システムについて説明する。この投影システムの構成を図１０７に示す。図１０８にこの投影システムの斜視図を示す。
【０１０３】
図１０７および図１０８に示すように、この第１５の実施形態による投影システムは、第２〜第１１の実施形態のいずれかによるスクリーン１９とこのスクリーン１９に映像を投影するためのプロジェクター２０とからなる。プロジェクター２０は、赤色、緑色および青色の光を発光可能な光源２１と集光および投影用のレンズ２２、２３とを備えている。光源２１は、赤色、緑色および青色の光を発光可能な半導体発光素子、すなわち半導体レーザまたは発光ダイオードからなる。より具体的には、光源２１として半導体レーザを用いる場合を考えると、赤色用の半導体レーザとしてはたとえばＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが、緑色用の半導体レーザとしてはたとえばＺｎＳｅ系半導体レーザが、青色用の半導体レーザとしてはたとえばＧａＮ系半導体レーザが用いられる。
【０１０４】
次に、この発明の第１６の実施形態による投影システムについて説明する。図１０９にこの投影システムの斜視図を示す。また、図１１０にこの投影システムにおけるスクリーンの一部の拡大図を示す。
【０１０５】
この第１６の実施形態による投影システムは、図１０９に示すように、たとえば第３の実施形態によるスクリーンと同様な、画素を構成する反射面Ｑ´が黒の下地面Ｐ上に離散的に配置されたスクリーン１９にプロジェクター２０により映像を投影する点は第１５の実施形態による投影システムと同様であるが、この場合には、投影する映像をそれぞれの反射面Ｑ´に集中して投影することが特徴である。
【０１０６】
図１１０はこの集中投影の一例を示し、反射面Ｑ´が投影する画素内に完全に含まれるように映像の投影を行う場合である。図１１０において、ｘ、ｙは反射面Ｑ´の大きさ、Ｘ、Ｙは投影する画素の大きさ、Δｘ、Δｙは投影する画素内にある黒の下地面Ｐ´、すなわち吸収面の幅で、投影の誤差許容範囲である。
【０１０７】
図１１０に示すような状態を実現するには、たとえば次のようにすれば良い。すなわち、プロジェクター２０がたとえばＬＣＤプロジェクターである場合を例にとると、投影を行ったときスクリーン１９上に画素のパターンが映るので、ＬＣＤプロジェクターのズーミングによりこのパターンの拡大、縮小を行い、このパターン内に反射面Ｑ´が含まれるようにすれば良い。
【０１０８】
この第１６の実施形態によれば、投影する映像をそれぞれの反射面Ｑ´に集中して投影するようにしていることにより、高効率、高コントラストを実現することができる。
【０１０９】
次に、この発明の第１７の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図１１１に示す。
図１１１に示すように、この第１７の実施形態によるスクリーンにおいては、第３の実施形態によるスクリーンにおける赤色用、緑色用および青色用の反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 がそれぞれ球状の微粒子クラスターＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 により構成され、これらの反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 が積層されて、黒の下地面を構成する吸収層である基板１上に離散的に配置されている。ここで、赤色用の微粒子クラスターＣ1 はたとえばＤ＝２８０ｎｍの微粒子層を最密構造で１１周期積層したもの、緑色用の微粒子クラスターＣ2 はたとえばＤ＝２３４．５ｎｍの微粒子層を最密構造で１１周期積層したもの、青色用の微粒子クラスターＣ3 はたとえばＤ＝２１２ｎｍの微粒子層を最密構造で１１周期積層したものである。これらの微粒子クラスターＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 の構造を図１１２に示す。これらの微粒子クラスターＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 の直径はたとえば５μｍ程度である。ここで重要なことは、基板１上におけるこれらの微粒子クラスターＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 はそれらの配列面内で微粒子層の方位がそろっておらず、ばらついていることである。
【０１１０】
図１１２に示すように、微粒子クラスターＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 に入射した光はブラッグ反射（ブラッグ角をθB とする）されるが、上述のようにこれらの微粒子クラスターＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 の微粒子層の方位がそれらの配列面内でばらついているため、このブラッグ反射が生じる方向にもばらつきが存在する。このため、スクリーンで反射される光の指向性を緩和することができる。
このスクリーンを製造するには、たとえば、すでに述べた自己組織化技術を用いて基板１上に微粒子クラスターＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 を順次堆積させれば良い。
【０１１１】
この第１７の実施形態によれば、反射面の離散配置により高いコントラストを得ることができるとともに、反射される光の指向性を緩和することができる。
【０１１２】
次に、この発明の第１８の実施形態によるディスプレイについて説明する。このディスプレイは、ＲＧＢ離散発光・離散拡散反射型である。このディスプレイの一画素分の断面図（ディスプレイ面に垂直な断面図）を図１１３に示す。
【０１１３】
図１１３に示すように、このディスプレイにおいては、それぞれ凹面形状（たとえば、球面形状、回転楕円面形状、回転放物面形状など）を有する赤色反射用の微粒子層２、緑色反射用の微粒子層３および青色反射用の微粒子層４がディスプレイ面内に互いに隣接して配列されており、これらにより一画素が形成されている。これらの微粒子層２、３、４の裏面には光吸収層１６が形成されている。図示は省略するが、これらの微粒子層２、３、４および光吸収層１６は通常は支持基板上に形成される。
【０１１４】
各微粒子層２、３、４の凹面の奥の中心にはそれぞれ赤色発光の発光ダイオード２４、緑色発光の発光ダイオード２５および青色発光の発光ダイオード２６がそれらの発光面が前方に向くように配置されている。この場合、微粒子層２は赤色発光の発光ダイオード２４の発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有し、微粒子層３は緑色発光の発光ダイオード２５の発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有し、微粒子層４は青色発光の発光ダイオード２６の発光スペクトルの中心波長に合った反射特性を有する。ここで重要なことは、発光ダイオード２４、２５、２６のそれぞれから発する光の放射角内に各微粒子層２、３、４が含まれ、これらの微粒子層２、３、４に発光ダイオード２４、２５、２６のそれぞれからの赤色、緑色および青色の光が入射し、そこで拡散反射されてディスプレイの前方に到達するように、各微粒子層２、３、４の凹面の曲率や大きさなどが決められていることである。これらの発光ダイオード２４、２５、２６は、微小なものが好ましく、たとえばマイクロクリスタル発光ダイオードが用いられる。なお、図示は省略するが、各画素の発光ダイオード２４、２５、２６を個別に駆動するための配線が縦横に形成されている。
【０１１５】
この第１８の実施形態によれば、発光ダイオード２４、２５、２６のそれぞれからの赤色、緑色および青色の光がそれぞれ微粒子層２、３、４に入射してそれぞれの発光スペクトルの中心波長の色純度の高い光のみが選択的に拡散反射されることから、ディスプレイに表示される映像コンテンツの見えを滑らかにすることができるとともに、外光ノイズの反射を低減させ、高いコントラストを実現することができる。
【０１１６】
次に、この発明の第１９の実施形態によるディスプレイについて説明する。このディスプレイは、ＲＧＢ離散発光・積層拡散反射型である。このディスプレイの一画素分の断面図（ディスプレイ面に垂直な断面図）を図１１４に示す。
【０１１７】
図１１４に示すように、このディスプレイにおいては、ディスプレイ面内に、それぞれ凹面形状（たとえば、球面形状、回転楕円面形状、回転放物面形状など）を有する赤色反射用の微粒子層２、緑色反射用の微粒子層３および青色反射用の微粒子層４が順次積層されており、これらにより一画素が形成されている。これらの微粒子層２、３、４の裏面には光吸収層１６が形成されている。図示は省略するが、これらの微粒子層２、３、４および光吸収層１６は通常は支持基板上に形成される。
【０１１８】
微粒子層４の凹面の奥の中心にはそれぞれ赤色発光の発光ダイオード２４、緑色発光の発光ダイオード２５および青色発光の発光ダイオード２６がディスプレイ面内において互いに近接して、かつ、それらの発光面が前方に向くように配置されている。この場合、微粒子層２は赤色発光の発光ダイオード２４の発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有し、微粒子層３は緑色発光の発光ダイオード２５の発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有し、微粒子層４は青色発光の発光ダイオード２６の発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する。ここで重要なことは、発光ダイオード２４、２５、２６のそれぞれから発する光の放射角内に微粒子層２、３、４が含まれ、これらの微粒子層２、３、４に発光ダイオード２４、２５、２６のそれぞれからの赤色、緑色および青色の光が入射し、そこで拡散反射されてディスプレイの前方に到達するように、微粒子層２、３、４の凹面の曲率や大きさなどが決められていることである。これらの発光ダイオード２４、２５、２６は、微小なものが好ましく、たとえばマイクロクリスタル発光ダイオードが用いられる。なお、図示は省略するが、各画素の発光ダイオード２４、２５、２６を個別に駆動するための配線が縦横に形成されている。
この第１９の実施形態によれば、第１８の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【０１１９】
以上、この発明の実施形態につき具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【０１２０】
たとえば、上述の実施形態において挙げた数値、配置、構造、形状、材料、微粒子の堆積方法などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、配置、構造、形状、材料、微粒子の堆積方法などを用いても良い。
【０１２１】
また、上述の第６の実施形態においては微粒子層４の最上面にマイクロレンズフィルム１１を配置し、上述の第７の実施形態においては微粒子層４の最上面にマイクロプリズムフィルム１２を配置しているが、マイクロレンズとマイクロプリズムとが混在したフィルムを微粒子層４の最上面に配置するようにしても良い。
【０１２２】
更に、上述の第１７の実施形態においては、赤色用、緑色用および青色用の反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 を基板１上に順次積層しているが、これらの反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 の積層順序を逆にしても良いし、これらの反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 を横方向に配置しても良い。
【０１２３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、外光ノイズが小さく、映像のコントラストが高く、黒が沈んだ映像を得ることができるスクリーンおよび投影システムを実現することができる。
また、外光ノイズが小さく、映像のコントラストが高く、黒が沈んだ映像を得ることができる表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態によるスクリーンを示す平面図である。
【図２】この発明の第２の実施形態によるスクリーンを示す平面図である。
【図３】この発明の第２および第３の実施形態によるスクリーンを従来の白フラットスクリーンと比較するための略線図である。
【図４】この発明の第２および第３の実施形態によるスクリーンを従来の白フラットスクリーンと比較するために行った実験の結果を示す略線図である。
【図５】この発明によるスクリーンの原理を説明するための略線図である。
【図６】この発明によるスクリーンの原理を説明するための略線図である。
【図７】多層膜の反射スペクトルを示す略線図である。
【図８】多層膜の反射スペクトルを示す略線図である。
【図９】規則的に配列された微粒子の反射スペクトルを示す略線図である。
【図１０】最密構造を説明するための略線図である。
【図１１】規則的に配列された微粒子の反射スペクトルを示す略線図である。
【図１２】特定の波長の光が反射される理由を説明するための略線図である。
【図１３】微粒子の光場の計算に用いたモデルを示す略線図である。
【図１４】微粒子の光場の計算に用いたモデルを示す略線図である。
【図１５】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図１６】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図１７】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図１８】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図１９】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２０】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２１】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２２】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２３】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２４】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２５】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２６】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２７】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２８】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２９】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図３０】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図３１】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図３２】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図３３】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図３４】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図３５】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図３６】緑色反射に対する微粒子の光場の計算に用いたモデルを示す略線図である。
【図３７】緑色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図３８】緑色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図３９】緑色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図４０】緑色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図４１】緑色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図４２】緑色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図４３】緑色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図４４】青色反射に対する微粒子の光場の計算に用いたモデルを示す略線図である。
【図４５】青色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図４６】青色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図４７】青色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図４８】青色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図４９】青色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図５０】青色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図５１】青色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図５２】シリカ微粒子の直径とブラッグ反射が起こる波長との関係を示す略線図である。
【図５３】三原色反射に対する微粒子の光場の計算に用いたモデルを示す略線図である。
【図５４】三原色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図５５】三原色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図５６】三原色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図５７】三原色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図５８】三原色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図５９】この発明の第４の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図６０】この発明の第４の実施形態によるスクリーンの製造方法を説明するための略線図である。
【図６１】この発明の第４の実施形態によるスクリーンの製造方法を説明するための略線図である。
【図６２】この発明の第４の実施形態によるスクリーンの製造方法を説明するための略線図である。
【図６３】この発明の第４の実施形態によるスクリーンの製造方法を説明するための略線図である。
【図６４】この発明の第４の実施形態によるスクリーンの製造方法を説明するための略線図である。
【図６５】回折により光が広がる様子を示す略線図である。
【図６６】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図６７】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図６８】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図６９】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図７０】屈折により光が広がる様子を示す略線図である。
【図７１】屈折により光が広がる様子を示す略線図である。
【図７２】微粒子の光場の計算に用いたモデルを示す略線図である。
【図７３】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図７４】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図７５】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図７６】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図７７】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図７８】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図７９】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図８０】反射光の広がりを遠視野像の広がりとして示す略線図である。
【図８１】結晶軸を傾けた効果を説明するための略線図である。
【図８２】逆格子空間を示す略線図である。
【図８３】結晶軸の傾きとブラッグ条件を満たす波長との関係を示す略線図である。
【図８４】指向性を緩和する構造の一例を示す略線図である。
【図８５】逆格子空間を示す略線図である。
【図８６】誘電体多層膜の反射スペクトルを示す略線図である。
【図８７】誘電体多層膜の反射スペクトルを示す略線図である。
【図８８】ＬＣＤプロジェクターから出射した光のスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図８９】ＬＣＤプロジェクターから出射した光のスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図９０】ＬＣＤプロジェクターから出射した光のスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図９１】ＬＣＤプロジェクターから出射した光のスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図９２】ＤＬＰプロジェクターから出射した光のスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図９３】ＤＬＰプロジェクターから出射した光のスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図９４】ＤＬＰプロジェクターから出射した光のスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図９５】ＤＬＰプロジェクターから出射した光のスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図９６】色度図を示す略線図である。
【図９７】この発明の第６の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図９８】この発明の第７の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図９９】この発明の第８の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図１００】この発明の第９の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図１０１】この発明の第１０の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図１０２】この発明の第１１の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図１０３】この発明の第１２の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図１０４】この発明の第１３の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図１０５】この発明の第１４の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図１０６】この発明の第１５の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図１０７】この発明の第１５の実施形態による投影システムを示す側面図である。
【図１０８】この発明の第１５の実施形態による投影システムを示す略線図である。
【図１０９】この発明の第１６の実施形態による投影システムを示す略線図である。
【図１１０】この発明の第１６の実施形態による投影システムにおけるスクリーンの一部の拡大図である。
【図１１１】この発明の第１７の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図１１２】この発明の第１７の実施形態によるスクリーンに用いる微粒子クラスターを示す略線図である。
【図１１３】この発明の第１８の実施形態によるディスプレイを示す断面図である。
【図１１４】この発明の第１９の実施形態によるディスプレイを示す断面図である。
【符号の説明】
Ｐ・・・黒の下地面、Ｑ・・・白の反射面、Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 ・・・反射面、１・・・基板、２、３、４・・・微粒子、５・・・微粒子、１０・・・拡散フィルム、１１・・・マイクロレンズフィルム、１２・・・マイクロプリズムフィルム、１３・・・バインダー、１４・・・空洞、１５・・・透明基板、１６・・・光吸収層、１７・・・ＰＥＴフィルム、１８・・・バッファ層、１９・・・スクリーン、２０・・・プロジェクター、２１・・・光源、Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 ・・・微粒子クラスター、２４、２５、２６・・・発光ダイオード
【発明の属する技術分野】
この発明は、スクリーンおよびその製造方法ならびに投影システムならびに表示装置に関し、各種の映像（画像）の投影あるいは表示に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスクリーンは、可視波長領域のほとんどの光を散乱または反射することができる白地のスクリーンが基本である。この場合、映像に関係のない外部の光がスクリーンに入射したときにも同様に散乱または反射されてしまうので、映像のコントラストが劣化してしまう。このため、暗室で投影する方法が一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、暗室で投影しても、環境光（外部からの漏れ光や暗室内部での映像と無関係な光など）やスクリーンの照り返しなどの外光ノイズがあると、映像のコントラストが劣化するとともに、黒が沈まないことになる。ここで、映像において黒が沈むと、人間の目は、高いコントラストによって奥行き感を感じたり、低輝度域の弁別能力が高いことなどから、暗い部分の表現がリアリティを増すという利点があるところ、黒が沈まないとこのような利点を得ることができない。
【０００４】
したがって、この発明が解決しようとする課題は、外光ノイズが小さく、映像のコントラストが高く、黒が沈んだ映像を得ることができるスクリーンおよびその製造方法ならびにこのスクリーンを用いた投影システムを提供することにある。
【０００５】
この発明が解決しようとする他の課題は、外光ノイズが小さく、映像のコントラストが高く、黒が沈んだ映像を得ることができる表示装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明の第１の発明は、
標準的なシアター環境と同等の、スクリーン面上における映像の最大輝度を確保しつつ、スクリーン面の全面平均の反射率を少なくとも白地のスクリーンの反射率より低い値に設定することにより外光ノイズの反射を低減させた
ことを特徴とするスクリーンである。
【０００７】
この発明の第２の発明は、
第１の反射率を有する下地面上に第１の反射率より高い第２の反射率を有する反射面を離散的に配置した
ことを特徴とするスクリーンである。
【０００８】
ここで、典型的には、反射面の間の部分の下地面を黒の吸収面とし、反射面を白の反射面とする。典型的には、反射面は二次元的に周期的に配置される。反射面の形状は基本的には任意であるが、典型的には正方形または長方形である。反射面の大きさおよび間隔は、好適には、想定される視距離に対して視角がたとえば約１分以下となるように選ばれ、かつ、間隔は反射面の大きさの２０〜５０％程度に選ばれる。
【０００９】
この発明の第３の発明は、
複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面を下地面上に離散的に配置した
ことを特徴とするスクリーンである。
【００１０】
ここで、典型的には、反射面の間の部分の下地面を黒の吸収面とする。典型的には、反射面は二次元的に周期的に配置される。反射面の形状は基本的には任意であるが、典型的には正方形または長方形である。反射面の大きさおよび間隔は、好適には、想定される視距離に対して視角がたとえば約１分以下となるように選ばれ、かつ、間隔は反射面の大きさの２０〜５０％程度に選ばれる。また、反射面による反射スペクトルの半値幅は、色純度を良好とする観点より、好適には３０ｎｍ±２０ｎｍとする。一般的には、反射面をｎ原色のそれぞれに対応した波長の光を反射し、他の光は透過するようにそれぞれ構成し、これらの反射面を積層する。たとえば、３原色の場合は、反射面を青、緑および赤のそれぞれに対応した波長の光を反射し、他の光は透過するようにそれぞれ構成し、これらの反射面を積層する。反射面の積層順序は基本的には任意であり、たとえば、スクリーン表面から見て長波長のものから短波長のものへ順に積層しても良いし、スクリーン表面から見て短波長のものから長波長のものへ順に積層しても良い。前者の場合には、視覚的な解像力が光の短波長化に伴って低下する性質によって、短波長側の反射が多少散乱されても、映像の見えの劣化を防止することができる利点がある。
【００１１】
反射面は、具体的には、たとえば、大きさが１μｍ以下の微粒子を規則的に配列した構造としたり、大きさが１μｍ以下の微粒子が規則的に配列された微粒子クラスターを配列した構造としたり、フォトニック結晶を用いて特定の波長の光を反射するように構成したり、誘電体多層膜を用いて特定の波長の光を反射するように構成したりする。
【００１２】
ここで、フォトニック結晶とは、屈折率（誘電率）が互いに大きく異なる透明な媒質（たとえば、二種類の透明媒質）を光の波長程度の周期、たとえば数百〜１０００数百ｎｍの周期で規則正しく配置した人工結晶であり、周期構造を持つ次元数に応じて、一次元フォトニック結晶、二次元フォトニック結晶、三次元フォトニック結晶と呼ばれる。このフォトニック結晶は、周期構造を有し、光を反射する機能を有する点で、上記の微粒子の規則配列構造と同等である。言い換えれば、微粒子の規則配列構造はフォトニック結晶の一種と考えることができる。また、誘電体多層膜は、一次元フォトニック結晶と考えることができる。
【００１３】
反射面に用いる微粒子の大きさを１μｍ以下としたのは、微粒子の大きさとこの微粒子により反射される光の波長とはほぼ比例関係にあるところ、映像形成に寄与する可視光を反射するためには、微粒子の大きさを少なくとも１μｍ以下とする必要があるためである。特に、微粒子が最密構造で配列している場合、三原色の光を反射するためには、この微粒子の大きさは、典型的には約１５０ｎｍ以上約３２０ｎｍ以下である。
【００１４】
反射面に用いる微粒子は、規則配列構造を形成することができれば、基本的にはどのような方法により堆積させても良いが、典型的には、自己組織化技術を用いて容易に堆積させることができる。この微粒子は、典型的には、最密構造に配列される。ここで、最密構造とは、微粒子が面心立方格子を形成するように配列した立方最密構造または微粒子が六方最密格子を形成するように配列した六方最密構造である。
【００１５】
典型的には、赤、緑および青の三原色に対応した波長の光を同時に反射することができるようにするために、微粒子の直径またはフォトニック結晶または誘電体多層膜の周期は３種類存在する構造とする。微粒子としては種々のものを用いることが可能であり、必要に応じて選ぶことができるが、好適には、シリカまたはシリカと同じ屈折率を持つ微粒子が用いられる。ここで、シリカの屈折率は、形成時の条件などにもよるが、一般には１．３６〜１．４７の範囲にある。この場合、典型的には、微粒子の材料によらず、微粒子の屈折率をｎとすると、赤色反射用として２６９×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上３１４×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径の微粒子、緑色反射用として２２４×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上２５１×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径の微粒子、青色反射用として２０２×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上２２４×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径の微粒子が用いられ、より典型的には、赤色反射用として２７８×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上３０５×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径の微粒子、緑色反射用として２２４×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上２３７×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径の微粒子、青色反射用として２０８×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上２１７×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径の微粒子が用いられる。ただし、これらの赤色反射用の微粒子、緑色反射用の微粒子および青色反射用の微粒子は、必要に応じて、互いに異なる材料のものを用いても良い。赤、緑および青の三原色に対応した波長の光を同時に反射することができるようにするためには、基板上に、縦方向に赤色反射用、緑色反射用および青色反射用のフォトニック結晶または微粒子層を積層する。これらのフォトニック結晶または微粒子層の積層順序は基本的には任意であるが、たとえば、基板上に赤色反射用、緑色反射用および青色反射用のフォトニック結晶または微粒子層を順番に積層したり、これと積層順序を逆にしたりすることができる。前者の場合にはレイリー散乱による影響を最小限に抑えることができる点で有利であり、後者の場合は特に微粒子層の結晶性を良好にすることができる点で有利である。この場合、各色用のフォトニック結晶または微粒子層の積層周期は、波長の選択性を高めるために、好適には８以上１５以下とする。
【００１６】
赤色反射用、緑色反射用および青色反射用のフォトニック結晶または微粒子層は基板上に横方向に配列しても良く、この場合も、各色用のフォトニック結晶または微粒子層の積層周期は波長の選択性を高めるために好適には８以上１５以下とする。これらの赤色反射用、緑色反射用および青色反射用のフォトニック結晶または微粒子層の配列順序は、基本的には任意である。
【００１７】
フォトニック結晶または微粒子層または誘電体多層膜を通って抜け出る、赤、緑および青の三原色以外の波長の可視光を吸収するために、スクリーンは、好適にはその可視光の吸収が可能な層またはバルク基板を有する。最も好適には、この層またはバルク基板は、すべての波長域の可視光を吸収するものである。この可視光を吸収する層またはバルク基板は、好適には、フォトニック結晶または微粒子または誘電体多層膜の下（スクリーンの観察方向から見てそれらの裏側）に設けられる。基板として、透明基板の裏面に可視光を吸収する層を設けたものを用いても良い。基板の材料としては、種々のものを用いることができ、具体的には、たとえば、カーボンその他の無機材料や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）その他の高分子材料あるいは樹脂材料のような有機材料、更には無機材料と有機材料との複合材料を用いることができる。基板上に液相で微粒子層またはフォトニック結晶を形成する場合、基板の種類によっては必ずしも濡れ性が十分でない場合もあるので、そのような場合には、好適には、微粒子層またはフォトニック結晶を形成する前に、基板表面の濡れ性を向上させる処理が施される。具体的には、たとえば、基板表面に粗面化処理を施して凹凸を形成したり、ＳｉＯ2 膜その他の膜で表面をコーティングしたり、薬液で表面を処理したりする。更に、特に基板上に微粒子層を液相で堆積させる場合には、濡れ性を向上させるために、好適には、基板上にあらかじめ微粒子からなるバッファ層を形成する。このバッファ層としての微粒子層の微粒子の直径は、上記の青色反射用の微粒子の直径、すなわち２０８×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上２１７×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径より小さく選ばれ、具体的には、２０８×（１．３６／ｎ）ｎｍより小さく選ばれる。基板の厚さは、基板材料にもよるが、一般的には２０μｍ以上あればスクリーンの強度として十分なものが得られ、破れにくいという利点が得られ、一方、５００μｍ以下であるとスクリーンのフレキシビリティーが高くなり、巻き取りや運搬時などの取り扱いが便利になるという利点がある。スクリーンに誘電体多層膜を用いる場合、その周期構造は、波長選択性を高めるために、好適には１０周期以上とする。
【００１８】
回折効果により反射光を広げるためには、好適には、フォトニック結晶または微粒子の集合体の横方向の大きさを２２周期より小さくする。あるいは、斜めの面とそれとは異なる角度を持つ面とを併せ持つフォトニック結晶または微粒子の集合体または誘電体多層膜を用いる。この場合、好適には、斜めの面の角度θは７０°≦θ≦９０°の範囲とする。あるいは、フォトニック結晶または微粒子の集合体または誘電体多層膜に曲面を持たせる。更には、フォトニック結晶または微粒子の集合体または誘電体多層膜の結晶軸を光の入射方向に対して７７．４°≦α≦９０°の範囲の角度α傾けるようにしても良い。また、スクリーンで反射される光の指向性を緩和する観点より、フォトニック結晶または微粒子の集合体または誘電体多層膜にうねりを持たせても良い。更に、上記の基板表面への凹凸の形成は、この光の指向性の緩和にも資するものである。
【００１９】
フォトニック結晶または微粒子層または誘電体多層膜上には、スクリーンで反射される光の指向性を緩和するとともに、スクリーン全体に均一な輝度を持たせる観点より、好適には、光拡散媒体がコーティングその他の手法により設けられる。光拡散媒体は、具体的には、高分子物質などにより形成された拡散フィルム、マイクロレンズフィルム、マイクロプリズムフィルムなどである。スクリーンの機械的強度の向上の観点からは、微粒子の間の隙間が高分子物質などからなる結合剤（バインダー）により埋められる。この場合、微粒子を空洞としても良い。
【００２０】
この発明の第４の発明は、
複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面を基板上に離散的に配置し、反射面は、大きさが１μｍ以下の微粒子を規則的に配列した構造を有するスクリーンの製造方法であって、
微粒子を自己組織化により配列するようにした
ことを特徴とするものである。
【００２１】
ここで、自己組織化とは、一般的には、外界の情報構造に合わせて自律的に自己を組織化することを言うが、ここでは、微粒子を堆積させる系（たとえば、液相）において、その系を特徴付けるパラメータに応じて自律的に微粒子が堆積して規則的に配列することを言う。
この自己組織化による微粒子の堆積は、典型的には、次のようにして行われる。
【００２２】
すなわち、この発明の第５の発明は、
複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面を基板上に離散的に配置し、反射面は、大きさが１μｍ以下の微粒子を規則的に配列した構造を有するスクリーンの製造方法であって、
２重量％以上の微粒子溶液中に基板を浸漬する第１の工程と、
基板を気相中に３０μｍ／ｓ以上の速度で引き上げることによりその表面を微粒子溶液で濡らす第２の工程と、
微粒子溶液で濡れた基板を気相中で乾燥させる第３の工程とを有する
ことを特徴とするものである。
【００２３】
ここで、反射面を形成する部分にのみ微粒子層を堆積させるためには、たとえば、反射面を形成する部分以外の部分の基板表面をあらかじめマスクで覆っておけば良い。最も好適には、微粒子の規則配列構造、すなわち微粒子層について、必要な光学特性が得られるまで、あるいは必要な厚さが得られるまで、第１の工程から第３の工程を繰り返す。また、第１の工程から第３の工程を１回だけ行っただけでは、基板面内で微粒子層の厚さの均一性を得ることができないことが多いことから、好適には、基板の浸漬前、浸漬中（引き上げ前）または引き上げ直後のいずれかの時に基板をその面内で回転させることにより基板の向きを変える。この場合、基板の乾燥後に基板面内の微粒子層の厚さを調べ、それに合わせて基板の向きを制御しても良い。また、微粒子溶液の濃度は、通常は２重量％以上であれば微粒子層の形成を支障なく行うことができるが、微粒子層を効率的に堆積させる観点からはより高くするのが好ましく、一方、微粒子の材料にもよるが、５０重量％より高くなると良好な微粒子層の形成に支障が生じるため、５０重量％以下とするのが好ましい。更に、基板の引き上げ速度は、通常は３０μｍ／ｓ以上であれば微粒子層の付着を支障なく行うことができるが、引き上げ速度が速いと付着する微粒子層の厚さが増加する傾向があるため、微粒子層を効率的に堆積させる観点からはより速くするのが好ましく、これには基本的には上限が存在しないと考えられるが、実用的な観点からは、一般的にはたとえば３ｍ／ｓ以下である。
【００２４】
この発明の第６の発明は、
投影光源と、
第１の反射率を有する下地面上に第１の反射率より高い第２の反射率を有する反射面を離散的に配置したスクリーンとを有する
ことを特徴とする投影システムである。
【００２５】
この発明の第７の発明は、
複数の投影光源と、
複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面を下地面上に離散的に配置したスクリーンとを有する
ことを特徴とする投影システムである。
【００２６】
ここで、投影光源としては、典型的にはレーザ、好適には半導体レーザが用いられる。また、高効率で高コントラストを実現する観点からは、好適には、投影する映像をスクリーンの離散的に配置されたそれぞれの反射面に集中して投影するようにする。この場合、効率およびコントラストの向上の観点からは、最も好適には、投影する映像の画素がそれぞれの反射面を完全に含むようにするのが良いが、最低限、投影する画素と反射面とが重なっていれば良い。
【００２７】
この発明の第８の発明は、
互いに発光波長が異なる複数の発光ダイオードと、
複数の発光ダイオードのそれぞれの近傍に設けられた、複数の発光ダイオードのそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面とを有する
ことを特徴とする表示装置である。
【００２８】
上述のように構成されたこの発明によれば、第１の反射率を有する下地面上に第１の反射率より高い第２の反射率を有する反射面を離散的に配置していることにより、等価的に全面平均の反射率を低下させることができ、外光ノイズの反射を低減させ、高いコントラストを実現することができる。特に、反射面の間の部分を黒の吸収面とすることにより、外光ノイズの反射をより低減させ、より高いコントラストを実現することができる。
【００２９】
また、複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面を下地面上に離散的に配置していることにより、これらの反射面により、複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長の光だけを選択的に反射することができ、外光ノイズの反射を低減させ、高いコントラストを実現することができる。特に、反射面の間の部分を黒の吸収面とすることにより、外光ノイズの反射をより低減させ、より高いコントラストを実現することができる。
また、自己組織化により微粒子を規則的に配置することにより、所望の微粒子層を容易に形成することができる。
【００３０】
更に、互いに発光波長が異なる複数の発光ダイオードのそれぞれの近傍に、これらの発光ダイオードのそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面が設けられていることにより、これらの反射面により、複数の発光ダイオードのそれぞれの発光スペクトルの中心波長の光だけを選択的に反射することができ、外光ノイズの反射を低減させ、高いコントラストを実現することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施形態について説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図１はこの発明の第１の実施形態によるスクリーンを示す。
図１に示すように、このスクリーンにおいては、黒の吸収面からなるフラットな下地面Ｐ上に白の反射面Ｑが二次元マトリクス状に離散的に等間隔で配置されている。反射面Ｑはたとえば正方形である。反射面Ｑの大きさ（面積）および間隔は、スクリーン面の全面平均の反射率が等価的に、従来の白地のスクリーンの反射率に比べて十分に低くなるように選ばれ、具体的には、たとえば、大きさは（１．６〜２．０）ｍｍ×（１．６〜２．０）ｍｍ、間隔（黒幅に相当）は１．２〜１．６ｍｍである。スクリーン全体の面積は用途に応じて適宜選ばれる。
【００３２】
図２はこの発明の第２の実施形態によるスクリーンを示す。
図２に示すように、このスクリーンにおいては、黒の吸収面からなるフラットな下地面Ｐ上に、赤色の光を選択的に反射する反射面Ｑ1 、緑色の光を選択的に反射する反射面Ｑ2 および青色の光を選択的に反射する反射面Ｑ3 が二次元マトリクス状に離散的に等間隔で配置されている。一組の反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 が一画素を構成する。反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 は、具体的には、スクリーンに投影を行う時に使用する赤、緑および青用の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する。各反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 はたとえば長方形である。各反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 の大きさはたとえば（１．２〜１．６）ｍｍ×（５．５〜７．５）ｍｍ、間隔（黒幅に相当）はたとえば１．０〜１．４ｍｍである。スクリーン全体の面積は用途に応じて適宜選ばれる。
【００３３】
上述の第１および第２の実施形態によるスクリーンと従来の白地のフラットスクリーンとについて黒の沈みの比較実験を行った結果について説明する。図３に実験方法を示す。図３において、白フラットスクリーンが従来のスクリーン、白離散反射スクリーンが第１の実施形態によるスクリーン（ただし、白幅は１．８ｍｍ、黒幅は１．４ｍｍ）、ＲＧＢ離散反射スクリーンが第２の実施形態によるスクリーン（ただし、ＲＧＢ幅は２．０ｍｍ、黒幅は１．２ｍｍ）である。図３には、各スクリーンの一部を拡大した図も併せて載せてある。Ｐｊはプロジェクターを示す。実験は各スクリーンの一部にプロジェクターＰｊにより投影を行い、明部（光照射部）と暗部（光非照射部）との輝度を測定することにより行った。暗部の輝度の測定は外光がある場合とない場合とについて行った。
【００３４】
図４に実験結果を示す。図４には、光源、色温度補正フィルター、ＮＤ（Neutral Density)フィルター、明部色温度も示す。図４より、外光がある場合（そのうち室内灯によるものは６０％）、白フラットスクリーンでは、明部輝度が９．７５ｃｄｍ-2、暗部輝度が０．０４７２ｃｄｍ-2でコントラスト（明部輝度／暗部輝度）は９．７５／０．０４７２≒２０６．６であるのに対し、白離散反射スクリーンでは、明部輝度が１０．９ｃｄｍ-2、暗部輝度が０．０１７３ｃｄｍ-2でコントラストは１０．９／０．０１７３≒６３０．１、ＲＧＢ離散反射スクリーンでは、明部輝度が９．９２ｃｄｍ-2、暗部輝度が０．００９６０ｃｄｍ-2でコントラストは９．９２／０．００９６０≒１０３３．３と高い。また、外光がない場合、白フラットスクリーンでは、明部輝度が９．７５ｃｄｍ-2、暗部輝度が０．０１２６ｃｄｍ-2でコントラストは９．７５／０．０１２６≒７７３．８であるのに対し、白離散反射スクリーンでは、明部輝度が１０．９ｃｄｍ-2、暗部輝度が０．００８２６ｃｄｍ-2でコントラストは１０．９／０．００８２６≒１３１９．６、ＲＧＢ離散反射スクリーンでは、明部輝度が９．９２ｃｄｍ-2、暗部輝度が０．００６８０ｃｄｍ-2でコントラストは９．９２／０．００６８０≒１４５８．８と高い。
【００３５】
この結果から、白離散反射スクリーン、ＲＧＢ離散反射スクリーンとも、白フラットスクリーンに比べて、高いコントラストが得られ、黒の沈んだ映像を得ることができることが分かる。
【００３６】
次に、この発明の第３の実施形態によるスクリーンについて説明する。
第２の実施形態によるスクリーンにおいては、赤色用、緑色用および青色用の反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 を横方向に互いに隣接して配列しているのに対し、この第３の実施形態によるスクリーンにおいては、これらの反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 を積層する。ここで、これらの反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 の積層順序は、スクリーン表面から見て反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 の順序でも良いし、その逆の順序でも良い。この場合、これらの反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 の大きさはたとえば（０．５〜１．０）ｍｍ×（０．５〜１．０）ｍｍ、間隔（黒幅に相当）はたとえば０．１〜０．５ｍｍである。ここで、この反射面の大きさおよび間隔は、想定される視距離に対して、概ね１分以下の視角となるように選ばれる。この角度は、視力１の人の視覚限界であり、映像が連続的に見える条件を与える。ちなみに０．５ｍｍは、およそ１．７２ｍの視距離にて１分の視角となる大きさである。また、上記の間隔は、反射面すなわち画素の大きさに対して、投影の誤差を２０〜５０％程度と考慮したものである。更に、スクリーン全体の面積は用途に応じて適宜選ばれる。
【００３７】
次に、第２および第３の実施形態によるスクリーンにおける反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 の具体的な構造の詳細について説明する。
図５に示すように、反射板と光吸収層との組み合わせにより特定の波長の光だけを反射して他の波長の光を吸収することで、黒を沈ませるスクリーンを実現することができる。ここで、図５Ａに示すものは波長の選択性が高いという特徴があり、図５Ｂに示すものは構造が簡単であるという特徴がある。
【００３８】
特定の波長の光だけを反射するための構造の具体例を図６Ａおよび図６Ｂに示す。図６Ａに示す構造は、基板上に、大きさがあらかじめ最適化された微粒子を規則的に配列したもので、ブラッグ条件（λ＝２ｎΛ／ｍ、λ：入射光の波長、ｎ：モード屈折率、Λ：構造の周期、ｍ：次数）を満たす波長の光のみが選択的に反射される。図６Ｂに示す構造は、基板上に、屈折率がｎ1 の膜とｎ2 （≠ｎ1 ）の膜とを交互に積層して多層膜を形成したもので、干渉効果により特定の波長の光のみが選択的に反射される。
【００３９】
まず、多層膜の反射スペクトルを有効フレネル係数法で見積もった結果を説明する。この多層膜は、互いに屈折率が異なる二種類の誘電体膜をそれらの屈折率ｎに対してｍλ0 ／４ｎの厚さで交互に積層したものである。ただし、ｍは一般には１以上の整数であるがここでは１とし、λ0 は特定の光の波長である。結果を図７に示す。ここでは、一方の誘電体膜の屈折率をｎ＝１．２、他方の誘電体膜の屈折率をｎ＝１．８とし、λ0 ＝５２０ｎｍとして計算を行っている。この結果から、多層膜の周期を１から５まで増加させることで、反射率が増加し、５周期で９０％以上の反射率が得られるのが判る。一方で、そのピークの半値幅が〜２００ｎｍと広いことも判る。
【００４０】
次に、５周期の条件で３原色の波長λ0 ＝４９０ｎｍ（青色）、λ0 ＝５２０ｎｍ（緑色）、λ0 ＝６５０ｎｍ（赤色）について計算した結果を図８に示す。この結果から、３原色のいずれの波長の場合でもピークの半値幅が広いためにピーク同士が重なり合うが、ある程度特定の波長の光だけを反射することができることが判る。
【００４１】
一方、形成方法は後に詳細に説明するが、自己組織化により最密構造で規則的に配列されたシリカ微粒子（直径Ｄ＝２８０ｎｍ）について反射スペクトルを測定した結果を図９に示す。ただし、この測定では、白色光を微粒子層に垂直に入射して垂直に反射した光を測定している。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察から、微粒子は自己組織化により、図１０に示されるような面心立方格子か、あるいは最密六方格子の最密構造になっていると考えられる。図９より、波長６２５ｎｍ付近にピークが見られるのが判る。更に、その最大反射率は〜５４％と比較的高く、ピークの半値幅は〜３０ｎｍと狭いことが判る。この反射は規則的に配列した微粒子によるブラッグ反射である。このように可視光の波長オーダーと同じ大きさ（＜１μｍ）の周期構造体により、このようなブラッグ反射が生じる。
【００４２】
上述のブラッグ反射についてより詳細に説明する。
最密構造には、図１０Ａに示すように、Ａ、Ｂ、Ｃの三つの配列パターンが存在するが、面心立方格子の場合には、図１０Ｂに示すように、ＡＢＣＡＢＣ・・・の順番に積み上がることになる。このとき微粒子の直径をＤ＝２８０ｎｍとすると、その周期はΛ＝７２７．５ｎｍとなる。これに対して、六方最密格子の場合には、図１０Ｃに示すように、ＡＢＡＢ・・・の順番に積み上がるので、その周期はΛ＝４８５．０ｎｍとなる。これらのことからブラッグ条件（λ＝２ｎΛ／ｍ）を満たす波長を計算で見積もると、表１に示すようになる。ただし、モード屈折率ｎは〜１．３とした。
【００４３】
これらの計算結果から、６２５ｎｍに近い値として、二つ候補が挙げられる。すなわち、反射スペクトルにおいて観察された強いピークは、面心立方格子の３次のブラッグ反射か、あるいは六方最密格子の２次のブラッグ反射であることが示される。以上により、自己組織化によって堆積された微粒子の規則配列によりブラッグ反射が確認されたことになる。
【００４５】
次に、上述の微粒子層による散乱光のスペクトルを測定するためにサンプル表面を２０°傾けて散乱光を測定した結果を図１１に示す。この場合、６２５ｎｍ付近の波長の光が、ほとんど反射しなくなるような逆パターン（ディップ構造）となるのが判る。これは、強いブラッグ反射のために散乱光が抑えられていることを意味する。この現象は次のように説明される。すなわち、図１２に示すように、波長６２５ｎｍ付近の光は微粒子層の表面近くで強いブラッグ反射を受けるため、それよりも奥側に光が進まない。そのために散乱が弱く、ブラッグ反射だけを強く受けることになる。一方、６２５ｎｍ以外の波長の光はブラッグ反射を受けないためにそれより奥側に進むので、結果として散乱される。
【００４６】
更に、上述の最密構造で配列した微粒子について、光の反射が強くなるような波長域をマスクウェル方程式による光場計算によって見積もった。ただし、実際の微粒子は図１３Ａに示すように○形状であるが、図１３Ｂに示すようにそれをほぼ正方形の□形状に近似して計算を行った。ここでは、□形状粒子の横方向（ｘ）および縦方向（ｙ）の粒子間隔を○形状粒子のそれらと同じ間隔にして計算している（ｘ＝２４２ｎｍ、ｙ＝２８０ｎｍ）。また、充填率も０．７４と、両者とも同じにして計算している。微粒子の屈折率をｎ＝１．３６とし、またサンプルの厚さを考慮して積層周期を３０周期（図１４）として計算を行った。その結果を図１５〜図２３に示す。ここでは、図中左側から微粒子層に光を入射して進行方向（図中左から右、「ＦＯＲＷＡＲＤ」とも表す）に進む光と逆方向（図中右から左、「ＢＡＣＫＷＡＲＤ」とも表す）に進む光とに分けて光密度分布が計算されている。ただし、これらの光密度分布図は、カラープリンタで印刷されたカラー図面を複写機で白黒コピーして作成したものであり、濃さは必ずしも光密度に対応していない（以下同様）。また、紙面の都合上、横方向を縮めて示されている。これらの結果から、波長が４７０ｎｍ、５００ｎｍ、５２５ｎｍ、５４０ｎｍ、５８０ｎｍ、６００ｎｍ、６４５ｎｍ、６７５ｎｍの光では、進行方向のみが強く存在して微粒子層の右端まで光が到達し、その表面から右側に光が出射しているのが判る。それに比べて逆方向の光はバルク内部のみでしか存在せず、微粒子層の左端まで到達していてもほとんどその表面から左側に光が出射していないのが判る。ところが、図２１に示すように、６２５ｎｍの波長の光では、逆方向に進む光が表面近くで強く生じており、その表面から左側へ光が強く出射しているのが判る。また、逆方向に進む光が強いため、進行方向の光は表面から８〜１５周期分までしか進入していないことも判る。特に１１周期あたりがその境界と見られる。これらの結果は、実験において６２５ｎｍ付近の波長の光で強い反射が起こっていることと一致している。更に、この６２５ｎｍの前後の波長で詳細に調べた結果を図２４〜図３５に示す。これらの結果から、波長６０５〜６３２ｎｍの範囲で反射が起きていることが判る。これらの結果は、実験において反射率のピークの半値幅が〜３０ｎｍ（図９）と狭いことと良く一致する。このように多層膜に比べて微粒子で反射率のピークの半値幅が狭くなる理由としては、微粒子では横方向にもブラッグ反射が起きているために強い閉じ込め効果が起こることが関係していると考えられる。また、ブラッグ反射が起きている波長６２５ｎｍでは、表面からわずか８〜１５周期だけしか光が進入しておらず、これは散乱光が抑制されていることと合致する。
【００４７】
次に、緑色および青色の光を反射させることについて述べる。微粒子の直径Ｄとこの微粒子により反射される光の波長λとはほぼ比例関係にあるので、反射させたい光の波長をλ0 とすると、Ｄ＝２８０ｎｍに対してλ0 ＝６２５ｎｍの関係から、緑色（λ0 ＝５２５ｎｍ）や青色（λ0 ＝４７５ｎｍ）ではそれぞれＤ＝２３５ｎｍ、Ｄ＝２１２ｎｍとなる。それぞれの場合について同様に光場の計算を行った。緑色反射のモデルを図３６に、計算結果を図３７〜図４３に示す。また、青色反射のモデルを図４４に、計算結果を図４５〜図５１に示す。これらの結果から、緑色反射と青色反射とでは、それぞれ５２５ｎｍと４７５ｎｍの波長のときだけに強い反射が生じていて、赤色反射と同様にほぼ８〜１５周期まで光が進行しているのが判る。
【００４８】
以上のように、微粒子の直径Ｄと波長λとはほぼ比例関係にあることから、図５２に示すような関係になる。この図から、青色反射ではＤ＝２０２〜２２４ｎｍ、緑色反射ではＤ＝２２４〜２５１ｎｍ、赤色反射ではＤ＝２６９〜３１４ｎｍとなる。とりわけ色度図上で純粋な三原色として、青色反射ではλ0 ＝４７５±１０ｎｍでＤ＝２０８〜２１７ｎｍとなり、緑色反射ではλ0 ＝５１５±１５ｎｍでＤ＝２２４〜２３７ｎｍとなり、赤色反射ではλ0 ＝６５０±３０ｎｍでＤ＝２７８〜３０５ｎｍとなる。
【００４９】
以上の結果から、たとえば、基板上に赤色反射用の微粒子層１１周期を積層し、その上に緑色反射用の微粒子層１１周期を積層し、更にその上に青色反射用の微粒子層１１周期を積層すれば、三原色の光だけを反射させてその他の波長の光は透過すると考えられる。これらについて同様に光場の計算で見積もった。このときのモデルを図５３に、計算結果を図５４〜図５８に示す。これらの結果から、波長が４７５ｎｍ、５２５ｎｍ、６２３ｎｍのときにそれぞれの青色反射用、緑色反射用、赤色反射用微粒子層のところで強い反射が生じており、それ以上奥に進まないのが判る。それに対して、５９０ｎｍや５５５ｎｍなど三原色以外の波長では、反射がほとんど起こっていないので赤色反射用微粒子層の右端まで光が到達し、そこから更に右側に光が出射しているのが判る。したがって、これより奥側に光を吸収する材料を置くことで、たとえば基板として光を吸収する材料を置くことで、三原色以外の光を効率良くカットすることができる。
【００５０】
そこで、この発明の第４の実施形態によるスクリーンにおいては、第３の実施形態によるスクリーンにおける反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 の部分を図５９に示すような断面構造を有するように構成する。すなわち、基板１上に赤色反射用のＤ＝２８０ｎｍの微粒子層２を１１周期積層し、その上に緑色反射用のＤ＝２３４．５ｎｍの微粒子層３を１１周期積層し、更にその上に青色反射用のＤ＝２１２ｎｍの微粒子層４を１１周期積層してスクリーンを構成する。微粒子層２〜４のいずれにおいても、微粒子５が最密構造で配列している。これらの微粒子層２〜４の微粒子５としては、たとえばシリカ微粒子が用いられる。また、基板１としては、三原色以外の波長の光を吸収することができるものが用いられ、具体的にはたとえばカーボン製の黒い基板が用いられる。この基板１の厚さは、２０μｍ以上５００μｍ以下に選ばれ、具体的にはたとえば５０μｍ程度に選ばれる。基板１の厚さがこのように５０μｍ程度であると、スクリーンが破れにくく、しかもフレキシビリティーが高いためスクリーンの巻き取りもしやすい。また、スクリーンの面積は用途に応じて適宜選ばれる。
【００５１】
図５９に示すような構造のスクリーンは、たとえば、自己組織化技術を用いることにより容易に製造することができる。すなわち、たとえば、図６０に示すように、微粒子５が分散された水溶液６を用い、この水溶液６中で微粒子５をゆっくり堆積させることにより、微粒子５が自己組織化により規則的に配列する。そこで、この自己組織化技術を用いて、反射面を形成すべき部分以外の部分の表面がマスク（図示せず）で覆われた基板１上に微粒子層２〜４を順次、規則配列で積層することができ、これによってスクリーンを製造することができる。
【００５２】
このスクリーンの製造方法についてより詳細に説明する。一般に、この種のスクリーンの製造方法としては、自然沈降法（たとえば、増田ほか（２００１）マテリアルインテグレーション１４、３７−４４）および浸漬引き上げ単粒子膜作製法（単粒子膜引き上げ法）（たとえば、永山（１９９５）粉体工学３２、４７６−４８５）が考えられる。自然沈降法では、低濃度の微粒子溶液を基板上に滴下するか、低濃度の微粒子溶液中に基板を立てる。このとき、基板上に沈降した微粒子が溶媒の蒸発によって基板上に自己組織的に結晶化する。自然沈降法はこの工程を通して基板上に微粒子の三次元結晶の薄膜を得る方法である。この方法の問題点は、溶媒の蒸発に数時間以上必要であるため、基板の乾燥に長時間を要すること、基板上から溶媒が面内に均等に蒸発しないため、数ｃｍ2 以上の大面積の結晶の薄膜を作製する際には、その薄膜が面内に厚さむらを生じることである。一方、単粒子膜引き上げ法は、低濃度の微粒子溶液中に浸漬した基板を気相中に引き上げることにより微粒子単層の二次元結晶の薄膜を得る工程を利用した方法である。この工程を繰り返すことにより、微粒子単層の薄膜を積層し、任意の厚さの三次元結晶の薄膜を得る。この方法の問題点は、単粒子膜の積層によるため、工程が複雑であり、作製に長時間を要すること、面内で均一な二次元結晶化を行わせるために、引き上げ速度を低速に制御する必要があることである。数ｃｍ2 以上の大面積の薄膜作製では長時間にわたって気液界面のメニスカスが乱れないように制御する必要があり、容易ではない。
【００５３】
そこで、自然沈降法による三次元結晶の作製と単粒子膜引き上げ法による面内の厚さむらの軽減とを両立させ、更に、作製時間を大幅に短縮させる方法として、引き上げ回転法を用いる。単粒子膜引き上げ法では、一度の浸漬と引き上げの工程で単層の二次元結晶薄膜しか得られないのに対して、引き上げ回転法では高濃度の微粒子溶液を用いることによって、単粒子膜引き上げ法と同様の一度の浸漬と引き上げの工程で三次元結晶薄膜を得ることができる。これにより、自然沈降法と同様に三次元結晶を得ることができる。そして、基板の回転により、単粒子膜引き上げ法のように、面内の厚さむらを軽減することができる。また、作製工程に要する時間を大幅に減らすことができる。
【００５４】
この引き上げ回転法では、高濃度の微粒子溶液中に基板を浸漬し、気相中へ引き上げを行うと、乾燥が遅く溶液の濡れ量が多い部分に微粒子が集積することによって厚さむらが生じる。この厚さむらは、基板の鉛直方向下方および水平方向左右端から生じる。そこで、浸漬前、浸漬中、引き上げ直後のいずれかの時に基板を面内で回転させることにより濡れ量を制御したところ、面内の厚さむらが減少し、厚さが面内で均一な薄膜が得られた。
【００５５】
図６１〜図６４を参照してこの引き上げ回転法を具体的に説明する。
図６１Ａに示すように、溶液槽７中に高濃度（たとえば、２重量％以上５０重量％以下）の微粒子溶液８を入れたものを用意する。次に、図６１Ｂに示すように、溶液槽７の上方から基板１を下降させて微粒子溶液８中に浸漬する。次に、図６１Ｃに示すように、基板１を高速（たとえば、３０μｍ／ｓ以上３ｍ／ｓ以下）で引き上げた後、図６１Ｄに示すように、気相中にて自然乾燥させる。
【００５６】
これらの工程において、基板１に付着してくる微粒子溶液８は、乾燥すると同時に重力によって下方に移動するため、微粒子の分布は基板１の下方に偏り、乾燥後には鉛直方向に関して下方が厚く、上方が薄いという、面内分布を持った薄膜が得られる。この鉛直方向に関しては、下記の通りに工程を行うことによって、面内の厚さむらを抑えることができる。
【００５７】
すなわち、図６２Ａに示すように、図６１Ｄに示す工程で乾燥を行った基板１をその面内で１８０°回転させて上下を逆にする。次に、図６２Ｂに示すように、溶液槽７の上方から基板１を下降させて微粒子溶液８中に浸漬する。この後、上述と同様に、基板１の高速引き上げ（図６２Ｃ）および気相中自然乾燥（図６２Ｄ）を行う。この結果、微粒子層の厚さは基板１の下方が厚く、上方が薄いという面内分布を持つが、先に積層した微粒子層の厚さの面内分布とは逆になるため、鉛直方向に関して、基板１全体での面内分布は均一となる。なお、この基板１の上下の回転は、浸漬前ではなく、浸漬中や引き上げ直後に行っても同様な効果を得ることができる。
【００５８】
水平方向に関しても基板１全体での微粒子層の厚さの面内分布を均一とするために、図６１および図６２と同様な工程を行う。
すなわち、図６３Ａに示すように、図６２Ｄに示す工程で乾燥を行った基板１をその面内で時計方向に９０°回転させる。次に、上述と同様に、基板１の微粒子溶液８中への浸漬（図６３Ｂ）、基板１の高速引き上げ（図６３Ｃ）および気相中自然乾燥（図６３Ｄ）を行う。
【００５９】
次に、図６４Ａに示すように、図６３Ｄに示す工程で乾燥を行った基板１をその面内で１８０°回転させて上下を逆にする。この後、上述と同様に、基板１の微粒子溶液８中への浸漬（図６４Ｂ）、基板１の高速引き上げ（図６４Ｃ）および気相中自然乾燥（図６４Ｄ）を行う。
以上の方法により、短時間で、面内むらが観測されない結晶化した大面積の微粒子薄膜を得ることができる。
【００６０】
なお、基板１を水平にし、基板１の濡れ量を面内に均一にし、乾燥させることにより面内の厚さむらを減少させる手法を考えることはできるが、実際にやって見た範囲内では、濡れ量を均一に保つことはできず、面内に厚さむらを生じた。
【００６１】
ここで、自然沈降法により作製した微粒子薄膜と上述の引き上げ回転法により作製した微粒子薄膜との間の厚さむらの比較結果について説明する。
ここでは、微粒子として直径２８０ｎｍのシリカ微粒子（品名ＫＥ−Ｐ３０、（株）日本触媒製）、溶媒として純水、基板として市販のアルミ（アルミニウム）箔（大きさ：短辺２６ｍｍ、長辺７６ｍｍの長方形）をプラズマ洗浄したものを用いた。
【００６２】
まず、自然沈降法によるサンプルの作製においては、基板上に２０重量％シリカ水溶液を２０μｌ滴下し、基板表面に広げた。そして、基板を水平に保ち、樹脂製の試料ケース内で３日間乾燥させた。
一方、引き上げ回転法によるサンプルの作製においては、２０重量％シリカ水溶液中に基板をその長辺方向が鉛直方向となるようにして浸漬し、そのまま速度１０ｍｍ／ｓで垂直に引き上げ、乾燥させた。乾燥後、基板の上下を逆にし、同様に浸漬、引き上げ、乾燥を行った。次に、基板をその面内で９０°回転させてその短辺方向が鉛直方向となるようにして浸漬し、そのまま速度１０ｍｍ／ｓで垂直に引き上げ、乾燥させた。乾燥後、基板の上下を逆にし、同様に浸漬、引き上げ、乾燥を行った。このようにして、計４回の浸漬、引き上げ工程を実施した。
【００６３】
両サンプルについて目視での比較を行った結果、自然沈降法に比べて引き上げ回転法では厚さむらが小さかった。また、両者ともブラッグ反射を示し、シリカの微粒子が三次元結晶を形成していることが確認された。
【００６４】
基板の両短辺の中心を結ぶ線上の５点（中心点、中心点から両方向に１０ｍｍおよび２０ｍｍ離れた点）で、作製した薄膜の膜厚を測定した。膜厚は基板のアルミ箔の表面と作製した薄膜の表面との鉛直距離として光計測により測定した。結果は次のとおりであった。
自然沈降法：平均値１４．８μｍ、標準偏差３．１μｍ
引き上げ回転法：平均値９．９μｍ、標準偏差０．６μｍ
これらの標準偏差の違いから、自然沈降法に比べて、引き上げ回転法での膜厚のばらつきが格段に小さいことが確認された。引き上げ回転法の４回の工程により、厚さむらの小さい３５層程度の三次元結晶のシリカ薄膜を作製することができた。
【００６５】
以上のように、第４の実施形態によるスクリーンによれば、特定の三原色の光だけを反射して残りの波長の光を基板１側で吸収させることが可能となることにより、黒を沈ませるスクリーンを得ることができる。この場合、映像に関係ない外部の光がスクリーンに入射した場合にも、波長が異なるためにカットされるため、コントラストが劣化するのが防止される。特に、半導体レーザや発光ダイオードなどの発光ピークの半値幅が狭くて色純度の良い光で映像を形成している場合には、効率良く選択的に映像の光だけを反射して他の波長の光をカットすることで、高コントラストを維持することができるとともに、黒を沈ませることができる。したがって、暗室でなくとも映像の劣化が起こらない。また、液晶プロジェクターなどスペクトル半値幅が広い光を投影しても、波長を選択的に狭くするので、色度図上の色再現範囲が広くなり、色純度も良くなる。
【００６６】
次に、回折効果により反射光の遠視野像（ＦＦＰ；Far Field Pattern)を広げる方法について説明する。
図６５に示すように、一般に、光の入射方向に垂直な方向の物体のサイズを十分に小さくすることにより、その物体により光は回折されて広がる。そこで、この第４の実施形態のようにスクリーンを微粒子の集合体により形成することで、微粒子による回折効果で反射光のＦＦＰに広がりを持たせることができると考えられる。これは逆格子空間上で格子点を横方向に伸ばすことに対応する。そこで、横方向のサイズを２２周期、１６周期、１１周期とした場合の反射波を広い面積（１００μｍ×３０μｍ）で計算した。その結果を図６６〜図６９に示す。この結果から、横方向の周期数が小さくなるほど、ＦＦＰが広くなることが判る。より詳細には、２２周期ではＦＦＰ〜８°と狭いが、周期をより小さくしていくほどＦＦＰは広がり、１６周期でＦＦＰ〜１１°、１１周期ではＦＦＰ〜１７°まで広がることが判った。
【００６７】
映画館などの大きな会場でスクリーンに映像を表示する場合には比較的視野角が狭くても良く、むしろ明るさが求められる。この場合には、ＦＦＰが１０〜１７°程度と比較的狭くして指向性を持たせ、それによって光密度を高く、すなわち明るくすることが可能である。
【００６８】
次に、屈折で反射光のＦＦＰを広げる方法について説明する。
屈折で反射光のＦＦＰに広がりを持たせるためには、図７０に示すように、微粒子の集合体を水平面と斜面とを持つ構造とするか、図７１に示すように、微粒子の集合体の表面を曲面構造とすることが考えられる。図７０に示す例では特定の方向だけに斜めに反射光が出射されるが、図７１に示す例では曲面に対応して任意の方向に反射光が出射される。
【００６９】
図７２に示すように、微粒子の集合体について垂直方向（結晶軸の方向）に対する斜面の角度θを変えて計算を行った。ただし、入射光の波長は６２５ｎｍで、微粒子の直径は２８０ｎｍとした（ここでは水平面（図７２中左側の端面）に垂直入射する場合にはブラッグ反射が起こる条件である）。その結果を図７３〜図７７に示す。この結果より、θ＝１４．４°、５８．２°の斜面に光が入射してもブラッグ反射がほとんど起きておらず、光が透過しているのが判る。それに対して、θ＝７０．２°、７５．７°、７８．９°の斜面では反射が生じているのが判る。
【００７０】
更に、広い反射側においてＢＡＣＫＷＡＲＤの結果を図７８および図７９に示す。この結果より、θ＝１４．４°、５８．２°では斜めの反射が生じていないが、θ＝７０．２°、７５．７°、７８．９°では斜めの反射が生じていることが判る。その結果をＦＦＰとして示したグラフが図８０である。この結果より、３５°付近にピークが出現しているのが判る。これらの結果から、屈折の方法ではθ＝９０〜７０°の範囲に斜面を形成すれば、ＦＦＰに７０°まで広がりを持たせることができることが判る。
【００７１】
次に、図８１に示すように、光の入射方向に対して結晶軸を傾けた場合について説明する。この場合、ブラッグ条件を満たす波長がずれることになる。その波長は、垂直入射（入射方向が結晶軸と平行）のときの波長をλ0 とすると、λ（θ）＝λ0 ｓｉｎθとなる。これは、図８２に示すように、光の入射方向がずれてくるために逆格子空間において格子点が原点を中心に回転することにより、同じエワルド球（１／λを半径とした球）の面上にその格子点が乗らなくなることを意味する。この効果を考慮して計算した結果を図８３に示す。この結果より、スペクトルの半値幅が３０ｎｍである場合、θ＝７７．４〜９０°の範囲内であればブラッグ反射が生じることになる。θ＝７７．４°の場合には、垂直方向から２θ＝２５．６°の角度で反射されることになるが、反対方向、すなわちθ＝−７７．４°にも軸を傾斜させると合計でＦＦＰ＝５１．６°となる。
【００７２】
以上のように、屈折を用いる方法や結晶軸を傾ける方法は、家庭などの狭い空間でスクリーンに投影する場合に適する。この場合、指向性が強いと、見る場所によって映像が見えなくなるからである。
この指向性を緩やかにするためには、図８４に示すように、微粒子の集合体９にうねりを持たせるようにしても良い。
【００７３】
次に、スクリーンの波長の選択性について説明する。
波長の選択性も逆格子空間を用いて説明することができる。すなわち、図８５に示すように、光の入射方向のサイズが小さい場合、逆格子空間での格子点はその方向に伸びる。その結果、格子点と交差するエワルド球が多数存在することとなり、結果としてブラッグ条件を満たす波長λの範囲が広がることになる。ここで、５層と１０層の場合の誘電体多層膜の反射スペクトルについて、有効フレネル係数法で計算を行った。その結果を図８６および図８７に示す。この結果から、５層では半値幅が２００ｎｍ程度あるのに対して１０層構造では半値幅が５０ｎｍと狭くなっているのが判る。ただし、波長の選択性を良くしようとして、単純に層数を増やすだけでは不十分であり、光にとっての実効的なサイズを大きくする必要がある。数層のみでは１００％反射されるものを１００層ほど積層しても、実効的なサイズは数層のみで波長の選択性は悪いままである。したがって、微粒子による個々の回折格子の反射効率をなるべく下げて、多層にわたって回折が生じるような構造にするのが望ましい。
【００７４】
上述のように、第４の実施形態によるスクリーンを使用することで各三原色のスペクトルの半値幅が狭くなるが、これによって色純度が良くなり、色度図上の再現範囲が広がることを以下に説明する。
【００７５】
図８８〜図９１および図９２〜図９５はそれぞれ液晶（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）プロジェクターおよびＤＬＰ（Digital Light Processing）プロジェクターから出射した光のスペクトルを測定した結果である。ここで、図８８、図９２は白色を、図８９、図９３は青色を、図９０、図９４は緑色を、図９１、図９５は赤色を表示したときのスペクトルである。色フィルターを用いて波長の選択を行っているため、ＬＣＤプロジェクター、ＤＬＰプロジェクターともに各三原色のスペクトル半値幅が６０〜１００ｎｍと広いことが判る。このとき通常のスクリーンを用いると光が反射されても半値幅に変化がないために、このスペクトルの半値幅で色再現性が決定されることになる。これに対し、図５９に示すような構造のスクリーンを用いた場合、プロジェクターから出射した光の各三原色のスペクトル半値幅が広くても、スクリーンで反射されるときに波長が選択されて半値幅が３０ｎｍまで狭くなる。このとき、色度図上の色再現範囲が広がるとともに色再現性が良くなる。図９６は色度図上でそのことを表している。ＤＬＰやＬＣＤでは色再現範囲が狭いのに対し、図５９に示すような構造のスクリーンを用いた場合、その範囲が広がるとともに色の再現性が良くなるのが判る。
【００７６】
次に、この発明の第５の実施形態によるスクリーンについて説明する。図９７にこのスクリーンを示す。
図９７に示すように、この第５の実施形態によるスクリーンにおいては、微粒子層４の最上面に拡散フィルム１０が配置されている。この拡散フィルム１０は、光の拡散およびスクリーン表面の保護のためのものである。すなわち、スクリーンから反射される光をこの拡散フィルム１０により拡散させることで、指向性を緩和するとともに、スクリーン全体に均一な輝度を持たせることができる。言い換えれば、いわゆるホットスポットをなくすことができる。また、この拡散フィルム１０により、機械的なダメージで微粒子が剥がれるのを防止することができる。
【００７７】
この拡散フィルム１０としては、可視光領域において透明な材料で、かつ光を拡散させるものが望ましい。光を拡散させるためには、フィルム面内で異なる屈折率分布を持たせても、またはフィルム表面に凹凸を設けても良い。この拡散フィルム１０としては、具体的には、たとえば、光拡散性のあるポリエチレンフィルム（作製上、面内に屈折率分布を持つ）や、光を拡散することができるように表面を凹凸加工したポリカーボネートフィルムやポリエチレンテレフタレートフィルムやポリ塩化ビニルフィルムなどが挙げられる。この拡散フィルム１０の厚さは、通常は５ｍｍ以下、望ましくは１ｍｍ以下とする。
【００７８】
拡散フィルム１０を配置するには、たとえば、基板１上に微粒子層２〜４を積層した後に、張力（テンション）を加えながらこの拡散フィルム１０を微粒子層４の表面に貼って接着しても良いし、この拡散フィルム１０の裏側に予め接着剤を塗布して接着しても良い。更には、光学特性を良くするために、この拡散フィルム１０の表面に、反射防止のための１／４波長コーティングを行っても良い。この場合、フィルム材の屈折率より低い屈折率の材料でコーティングする必要がある。具体的には、たとえば〜１００ｎｍの厚さのＳｉＯ2 ガラス膜を塗布や蒸着法でコーティングする。
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
【００７９】
次に、この発明の第６の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図９８に示す。
図９８に示すように、この第６の実施形態によるスクリーンにおいては、微粒子層４の最上面に、二次元マイクロレンズアレイが形成されたマイクロレンズフィルム１１が配置されている。このマイクロレンズフィルム１１のマイクロレンズは凸レンズでも、凹レンズでも、両者の複合でも良い。スクリーンから反射される光をこのマイクロレンズフィルム１１により拡散させることで、指向性を緩和するとともに、スクリーン全体に均一な輝度を持たせることができ、ホットスポットをなくすことができる。また、このマイクロレンズフィルム１１により、機械的なダメージで微粒子が剥がれるのを防止することができる。
【００８０】
このマイクロレンズフィルム１１の材質は、可視光領域で透明なものであれば、基本的にはどのようなものであっても良い。たとえば、ポリカーボネートやポリエチレンテレフタレートやポリ塩化ビニルでも良い。このマイクロレンズフィルム１１のマイクロレンズは画素サイズと同程度かそれより小さければ良く、たとえば、面内に０．１ｍｍ程度の直径のレンズを密に配置すれば良い。更に特性を良くするために、この表面には反射防止のための１／４波長コーティングを行っても良い。この場合、マイクロレンズフィルム１１のレンズの屈折率より低い屈折率の材料でコーティングする必要がある。たとえば〜１００ｎｍの厚さのＳｉＯ2 ガラス膜を塗布や蒸着法でコーティングしても良い。
マイクロレンズフィルム１１の配置方法は第２の実施形態と同様である。
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
【００８１】
次に、この発明の第７の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図９９に示す。
図９９に示すように、この第７の実施形態によるスクリーンにおいては、微粒子層４の最上面に、二次元マイクロプリズムアレイが形成されたマイクロプリズムフィルム１２が配置されている。スクリーンから反射される光をこのマイクロプリズムフィルム１２により拡散させることで、指向性を緩和するとともに、スクリーン全体に均一な輝度を持たせることができ、ホットスポットをなくすことができる。また、このマイクロプリズムフィルム１２により、機械的なダメージで微粒子が剥がれるのを防止することができる。
【００８２】
このマイクロプリズムフィルム１２の材質は、可視光領域で透明なものであれば、基本的にはどのようなものであっても良い。たとえば、ポリカーボネートやポリエチレンテレフタレートやポリ塩化ビニルでも良い。このマイクロプリズムフィルム１２のマイクロプリズムは画素サイズと同程度かそれより小さければ良く、たとえば、面内に０．１ｍｍ程度の直径のプリズムを密に配置すれば良い。更に特性を良くするために、この表面には反射防止のための１／４波長コーティングを行っても良い。この場合、マイクロプリズムフィルム１２のプリズムの屈折率より低い屈折率の材料でコーティングする必要がある。たとえば〜１００ｎｍの厚さのＳｉＯ2 ガラス膜を塗布や蒸着法でコーティングしても良い。
マイクロプリズムフィルム１２の配置方法は第２の実施形態と同様である。
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
【００８３】
次に、この発明の第８の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図１００に示す。このスクリーンは、第２の実施形態によるスクリーンに対応するものである。
上述の第４ないし第７の実施形態においては、基板１上に赤色反射用の微粒子層２、緑色反射用の微粒子層３および青色反射用の微粒子層４を縦方向（基板に垂直な方向）に積層しているが、この第８の実施形態においては、これらの微粒子層２〜４を基板１上に横方向（基板に平行な方向）に配置する。
【００８４】
すなわち、図１００に示すように、この第８の実施形態によるスクリーンにおいては、基板１上に、赤色反射用の微粒子層２、緑色反射用の微粒子層３および青色反射用の微粒子層４が横方向に配置されている。
【００８５】
基板１上に微粒子層２〜４を形成するためには、たとえば、インクジェット方式で各色用の微粒子を基板１上に塗り分けても良いし、スクリーン印刷やグラビア印刷を用いて塗り分けても良い。あるいは、各微粒子層２〜４のパターンに対応した開口を有するマスクを用意し、これらのマスクを用いて各色用の微粒子を三回塗布しても良い。
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
【００８６】
この第８の実施形態によれば、三原色用の微粒子層２〜４が基板１上に横方向に配置されているので、三原色の微粒子層２〜４を基板１上に縦方向に積層した場合に比べて、トータルな微粒子層の縦方向の厚さが小さくなり、それによって光の散乱などによる損失が減ることから、光の吸収を効率的に行うことができる。
【００８７】
次に、この発明の第９の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図１０１に示す。
図１０１に示すように、この第９の実施形態によるスクリーンにおいては、微粒子層２〜４において、微粒子５の間の隙間がバインダー１３により埋められている。ここで重要なことは、このバインダー１３の材料としては、微粒子の屈折率と異なる屈折率を持つ材料を用いることである。具体的には、たとえば、微粒子がシリカ微粒子である場合には、バインダー１３として、ポリプロピレンやポリエチレンやポリイソブチレンやポリ酢酸ビニルなどのポリオレフィン系材料を用いることができる。
【００８８】
このスクリーンを製造するには、たとえば、基板１上に微粒子層２〜４を形成した後にこれらの微粒子層２〜４にバインダー材料を溶かした溶液を染み込ませて固化させる方法や、予め微粒子（たとえば、シリカ微粒子）のコロイド溶液にこのバインダー材料を溶かした溶液を入れて微粒子の堆積とともに微粒子５の隙間を埋める方法などがある。
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
【００８９】
この第９の実施形態によれば、第４の実施形態と同様な利点に加えて、微粒子５の間の隙間がバインダー１３により埋められていることにより、スクリーンの機械的な強度の向上を図ることができるとともに、微粒子５の材料に対してバインダー１３の屈折率を制御して反射スペクトルの半値幅を狭くすることができるなど光学特性の向上を図ることができるという利点を得ることができる。
【００９０】
次に、この発明の第１０の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図１０２に示す。
図１０２に示すように、この第１０の実施形態によるスクリーンにおいては、図１０１に示すスクリーンの微粒子層２〜４における微粒子５に相当する部分が空洞１４になっており、いわゆるインバースオパール構造となっている。
このスクリーンを製造するためには、たとえば、基板１上に微粒子層２〜４を形成し、更にこれらの微粒子層２〜４にバインダー材料を溶かした溶液を染み込ませて固化させることにより微粒子５の隙間をバインダー１３で埋めた後、所定のエッチング液、たとえばフッ酸溶液に入れて微粒子（たとえば、シリカ微粒子）を溶かせば良い。
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
【００９１】
この第１０の実施形態によれば、第４の実施形態と同様な利点に加えて、微粒子に相当する空洞１４とバインダー１３との屈折率差は空気とバインダー１３との屈折率差となるので、微粒子５がシリカ微粒子などである場合に比べて、大きい屈折率差を得ることができる。このため、必要な反射を起こさせるために必要な微粒子層の周期をより少なくすることができ、ひいてはスクリーンをより薄型化することができる。
【００９２】
次に、この発明の第１１の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図１０３に示す。
図１０３に示すように、この第１１の実施形態によるスクリーンにおいては、基板として、透明基板１５の裏面に光吸収層１６を設けたものが用いられている。この光吸収層１６としては、三原色以外の波長の光を吸収することができるものが用いられ、たとえばカーボン膜が用いられる。より具体的には、透明基板１５はたとえば透明なガラス基板やポリカーボネート基板であり、光吸収層１６はそれらの裏面にコーティングしたカーボン膜である。
【００９３】
ここで、光吸収層１６の厚さはその材料に応じて三原色以外の波長の光を十分に吸収することができるように選ばれるが、光吸収層１６としてカーボン膜を用いる場合の厚さについて説明すると、次のとおりである。すなわち、カーボンの吸収係数αは、その作製方法に依存するが、一般に１０3 〜１０5 ｃｍ-1である。光強度Ｐは、光が光吸収層１６を進んだ距離をｘとするとＰ（ｘ）／Ｐ（０）＝ｅｘｐ（−αｘ）と表されるから、α＝１０5 ｃｍ-1の場合、十分な吸収として１／ｅ（ｅ：自然対数の底）まで光強度を弱めるためにはカーボン膜の厚さｄを０．１μｍとすれば良い。したがって、最低ｄ＝０．１μｍが必要となる。更に、α＝１０3 ｃｍ-1でも１／ｅまで光強度を弱めるためにはカーボン膜の厚さをｄ＝１０μｍとすることが必要となる。これらのことから、カーボン膜の厚さを０．１μｍ以上、好適には１０μｍ以上にする必要がある。
【００９４】
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
この第１１の実施形態によれば、第４の実施形態と同様な利点に加えて、基板自体が光吸収を起こすものでなくても良いので、基板の材料の選択の自由度が高くなるという利点を得ることができる。
【００９５】
次に、この発明の第１２の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図１０４に示す。
図１０４に示すように、この第１２の実施形態によるスクリーンにおいては、基板として、表面がサンド加工により粗面化処理された黒い（三原色以外の波長の光を吸収することができる）ＰＥＴフィルム１７が用いられている。ここで、サンド加工とは、やすりなどで擦って表面を荒らす加工のことである。このＰＥＴフィルム１７の表面の凹凸の高さはたとえば０．８〜４μｍである。この場合、サンド加工により粗面化処理されたＰＥＴフィルム１７の表面は濡れ性が良好であるため、シリカ微粒子などの微粒子５が分散された水溶液６が塗布されやすくなる。更に、ＰＥＴフィルム１７の表面の凹凸により光の指向性が緩和されるため、ホットスポットが発生しにくくなる。
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
【００９６】
この第１２の実施形態によれば、第４の実施形態と同様な利点に加えて、基板として、安価なＰＥＴフィルム１７を用いているので、スクリーンを安価に製造することができるという利点を得ることができる。
【００９７】
次に、この発明の第１３の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図１０５に示す。
上述の第４の実施形態においては、基板１上に赤色反射用の微粒子層２、緑色反射用の微粒子層３および青色反射用の微粒子層４を縦方向に順次積層しているが、これらの微粒子層２〜４の積層順序は必ずしもこのようにする必要はなく、微粒子５の配列性（結晶性）の観点からは、むしろ積層順序を逆にするのが望ましい。そこで、この第１３の実施形態においては、微粒子層２〜４の積層順序を逆にした場合について説明する。
【００９８】
すなわち、図１０５に示すように、この第１３の実施形態によるスクリーンにおいては、基板１上に、青色反射用の微粒子層４、緑色反射用の微粒子層３および赤色反射用の微粒子層２が順次積層されている。この場合、青色反射用の微粒子層４の微粒子５は最も小さいため、この微粒子５を基板１上に配列させると、微粒子層４の表面の凹凸が最も小さいことになる。このように凹凸が小さい下地表面に、次に大きい、緑色反射用の微粒子層３の微粒子５を配列させた場合、その配列性が乱れにくくなり、結晶性が良くなる。同様に、この微粒子層３上に、次に大きい、赤色反射用の微粒子層２の微粒子５を配列させた場合にも、その配列性が乱れにくく、結晶性が良くなる。このようにして、微粒子層２〜４のいずれの結晶性も良くすることができる。
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
【００９９】
この第１３の実施形態によれば、第４の実施形態と同様な利点に加えて、微粒子層２〜４のいずれの結晶性も良好であることから、反射スペクトルの半値幅が狭く、効率的に三原色を反射させることができるとともに、それ以外の光は基板１で吸収することができるという利点を得ることができる。
【０１００】
次に、この発明の第１４の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図１０６に示す。
図１０６に示すように、この第１４の実施形態によるスクリーンにおいては、基板１上に、バッファ層１８を介して、赤色反射用の微粒子層２、緑色反射用の微粒子層３および青色反射用の微粒子層４が順次積層されている。ここで、バッファ層１８は、青色反射用の微粒子層４の微粒子より小さい直径、具体的にはたとえばＤ＝１２０ｎｍの微粒子による微粒子層からなる。
このスクリーンを製造するには、基板１上にまずバッファ層１８としての微粒子層を堆積させた後、その上に微粒子層２〜４を堆積させる。
上記以外のことは、第４の実施形態によるスクリーンと同様であるので、説明を省略する。
【０１０１】
この第１４の実施形態によれば、第４の実施形態と同様な利点に加えて、次のような利点を得ることができる。すなわち、基板１上に微粒子層からなるバッファ層１８を堆積させ、その上に微粒子層２〜４を堆積させているため、基板１上に微粒子層２〜４を直接堆積させる場合に比べて、微粒子層２〜４を形成する下地の濡れ性が向上する。このため、結晶性の良好な微粒子層２〜４を得ることができる。また、バッファ層１８としての微粒子層の微粒子の直径は、青色反射用の微粒子層４より小さいＤ＝１２０ｎｍであるため、スクリーンに光を投影したときのこのバッファ層１８からのブラッグ反射の波長は可視光の波長より短く、スクリーン特性に影響を及ぼさない。
【０１０２】
次に、この発明の第１５の実施形態による投影システムについて説明する。この投影システムの構成を図１０７に示す。図１０８にこの投影システムの斜視図を示す。
【０１０３】
図１０７および図１０８に示すように、この第１５の実施形態による投影システムは、第２〜第１１の実施形態のいずれかによるスクリーン１９とこのスクリーン１９に映像を投影するためのプロジェクター２０とからなる。プロジェクター２０は、赤色、緑色および青色の光を発光可能な光源２１と集光および投影用のレンズ２２、２３とを備えている。光源２１は、赤色、緑色および青色の光を発光可能な半導体発光素子、すなわち半導体レーザまたは発光ダイオードからなる。より具体的には、光源２１として半導体レーザを用いる場合を考えると、赤色用の半導体レーザとしてはたとえばＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザが、緑色用の半導体レーザとしてはたとえばＺｎＳｅ系半導体レーザが、青色用の半導体レーザとしてはたとえばＧａＮ系半導体レーザが用いられる。
【０１０４】
次に、この発明の第１６の実施形態による投影システムについて説明する。図１０９にこの投影システムの斜視図を示す。また、図１１０にこの投影システムにおけるスクリーンの一部の拡大図を示す。
【０１０５】
この第１６の実施形態による投影システムは、図１０９に示すように、たとえば第３の実施形態によるスクリーンと同様な、画素を構成する反射面Ｑ´が黒の下地面Ｐ上に離散的に配置されたスクリーン１９にプロジェクター２０により映像を投影する点は第１５の実施形態による投影システムと同様であるが、この場合には、投影する映像をそれぞれの反射面Ｑ´に集中して投影することが特徴である。
【０１０６】
図１１０はこの集中投影の一例を示し、反射面Ｑ´が投影する画素内に完全に含まれるように映像の投影を行う場合である。図１１０において、ｘ、ｙは反射面Ｑ´の大きさ、Ｘ、Ｙは投影する画素の大きさ、Δｘ、Δｙは投影する画素内にある黒の下地面Ｐ´、すなわち吸収面の幅で、投影の誤差許容範囲である。
【０１０７】
図１１０に示すような状態を実現するには、たとえば次のようにすれば良い。すなわち、プロジェクター２０がたとえばＬＣＤプロジェクターである場合を例にとると、投影を行ったときスクリーン１９上に画素のパターンが映るので、ＬＣＤプロジェクターのズーミングによりこのパターンの拡大、縮小を行い、このパターン内に反射面Ｑ´が含まれるようにすれば良い。
【０１０８】
この第１６の実施形態によれば、投影する映像をそれぞれの反射面Ｑ´に集中して投影するようにしていることにより、高効率、高コントラストを実現することができる。
【０１０９】
次に、この発明の第１７の実施形態によるスクリーンについて説明する。このスクリーンを図１１１に示す。
図１１１に示すように、この第１７の実施形態によるスクリーンにおいては、第３の実施形態によるスクリーンにおける赤色用、緑色用および青色用の反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 がそれぞれ球状の微粒子クラスターＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 により構成され、これらの反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 が積層されて、黒の下地面を構成する吸収層である基板１上に離散的に配置されている。ここで、赤色用の微粒子クラスターＣ1 はたとえばＤ＝２８０ｎｍの微粒子層を最密構造で１１周期積層したもの、緑色用の微粒子クラスターＣ2 はたとえばＤ＝２３４．５ｎｍの微粒子層を最密構造で１１周期積層したもの、青色用の微粒子クラスターＣ3 はたとえばＤ＝２１２ｎｍの微粒子層を最密構造で１１周期積層したものである。これらの微粒子クラスターＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 の構造を図１１２に示す。これらの微粒子クラスターＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 の直径はたとえば５μｍ程度である。ここで重要なことは、基板１上におけるこれらの微粒子クラスターＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 はそれらの配列面内で微粒子層の方位がそろっておらず、ばらついていることである。
【０１１０】
図１１２に示すように、微粒子クラスターＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 に入射した光はブラッグ反射（ブラッグ角をθB とする）されるが、上述のようにこれらの微粒子クラスターＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 の微粒子層の方位がそれらの配列面内でばらついているため、このブラッグ反射が生じる方向にもばらつきが存在する。このため、スクリーンで反射される光の指向性を緩和することができる。
このスクリーンを製造するには、たとえば、すでに述べた自己組織化技術を用いて基板１上に微粒子クラスターＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 を順次堆積させれば良い。
【０１１１】
この第１７の実施形態によれば、反射面の離散配置により高いコントラストを得ることができるとともに、反射される光の指向性を緩和することができる。
【０１１２】
次に、この発明の第１８の実施形態によるディスプレイについて説明する。このディスプレイは、ＲＧＢ離散発光・離散拡散反射型である。このディスプレイの一画素分の断面図（ディスプレイ面に垂直な断面図）を図１１３に示す。
【０１１３】
図１１３に示すように、このディスプレイにおいては、それぞれ凹面形状（たとえば、球面形状、回転楕円面形状、回転放物面形状など）を有する赤色反射用の微粒子層２、緑色反射用の微粒子層３および青色反射用の微粒子層４がディスプレイ面内に互いに隣接して配列されており、これらにより一画素が形成されている。これらの微粒子層２、３、４の裏面には光吸収層１６が形成されている。図示は省略するが、これらの微粒子層２、３、４および光吸収層１６は通常は支持基板上に形成される。
【０１１４】
各微粒子層２、３、４の凹面の奥の中心にはそれぞれ赤色発光の発光ダイオード２４、緑色発光の発光ダイオード２５および青色発光の発光ダイオード２６がそれらの発光面が前方に向くように配置されている。この場合、微粒子層２は赤色発光の発光ダイオード２４の発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有し、微粒子層３は緑色発光の発光ダイオード２５の発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有し、微粒子層４は青色発光の発光ダイオード２６の発光スペクトルの中心波長に合った反射特性を有する。ここで重要なことは、発光ダイオード２４、２５、２６のそれぞれから発する光の放射角内に各微粒子層２、３、４が含まれ、これらの微粒子層２、３、４に発光ダイオード２４、２５、２６のそれぞれからの赤色、緑色および青色の光が入射し、そこで拡散反射されてディスプレイの前方に到達するように、各微粒子層２、３、４の凹面の曲率や大きさなどが決められていることである。これらの発光ダイオード２４、２５、２６は、微小なものが好ましく、たとえばマイクロクリスタル発光ダイオードが用いられる。なお、図示は省略するが、各画素の発光ダイオード２４、２５、２６を個別に駆動するための配線が縦横に形成されている。
【０１１５】
この第１８の実施形態によれば、発光ダイオード２４、２５、２６のそれぞれからの赤色、緑色および青色の光がそれぞれ微粒子層２、３、４に入射してそれぞれの発光スペクトルの中心波長の色純度の高い光のみが選択的に拡散反射されることから、ディスプレイに表示される映像コンテンツの見えを滑らかにすることができるとともに、外光ノイズの反射を低減させ、高いコントラストを実現することができる。
【０１１６】
次に、この発明の第１９の実施形態によるディスプレイについて説明する。このディスプレイは、ＲＧＢ離散発光・積層拡散反射型である。このディスプレイの一画素分の断面図（ディスプレイ面に垂直な断面図）を図１１４に示す。
【０１１７】
図１１４に示すように、このディスプレイにおいては、ディスプレイ面内に、それぞれ凹面形状（たとえば、球面形状、回転楕円面形状、回転放物面形状など）を有する赤色反射用の微粒子層２、緑色反射用の微粒子層３および青色反射用の微粒子層４が順次積層されており、これらにより一画素が形成されている。これらの微粒子層２、３、４の裏面には光吸収層１６が形成されている。図示は省略するが、これらの微粒子層２、３、４および光吸収層１６は通常は支持基板上に形成される。
【０１１８】
微粒子層４の凹面の奥の中心にはそれぞれ赤色発光の発光ダイオード２４、緑色発光の発光ダイオード２５および青色発光の発光ダイオード２６がディスプレイ面内において互いに近接して、かつ、それらの発光面が前方に向くように配置されている。この場合、微粒子層２は赤色発光の発光ダイオード２４の発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有し、微粒子層３は緑色発光の発光ダイオード２５の発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有し、微粒子層４は青色発光の発光ダイオード２６の発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する。ここで重要なことは、発光ダイオード２４、２５、２６のそれぞれから発する光の放射角内に微粒子層２、３、４が含まれ、これらの微粒子層２、３、４に発光ダイオード２４、２５、２６のそれぞれからの赤色、緑色および青色の光が入射し、そこで拡散反射されてディスプレイの前方に到達するように、微粒子層２、３、４の凹面の曲率や大きさなどが決められていることである。これらの発光ダイオード２４、２５、２６は、微小なものが好ましく、たとえばマイクロクリスタル発光ダイオードが用いられる。なお、図示は省略するが、各画素の発光ダイオード２４、２５、２６を個別に駆動するための配線が縦横に形成されている。
この第１９の実施形態によれば、第１８の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【０１１９】
以上、この発明の実施形態につき具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【０１２０】
たとえば、上述の実施形態において挙げた数値、配置、構造、形状、材料、微粒子の堆積方法などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、配置、構造、形状、材料、微粒子の堆積方法などを用いても良い。
【０１２１】
また、上述の第６の実施形態においては微粒子層４の最上面にマイクロレンズフィルム１１を配置し、上述の第７の実施形態においては微粒子層４の最上面にマイクロプリズムフィルム１２を配置しているが、マイクロレンズとマイクロプリズムとが混在したフィルムを微粒子層４の最上面に配置するようにしても良い。
【０１２２】
更に、上述の第１７の実施形態においては、赤色用、緑色用および青色用の反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 を基板１上に順次積層しているが、これらの反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 の積層順序を逆にしても良いし、これらの反射面Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 を横方向に配置しても良い。
【０１２３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、外光ノイズが小さく、映像のコントラストが高く、黒が沈んだ映像を得ることができるスクリーンおよび投影システムを実現することができる。
また、外光ノイズが小さく、映像のコントラストが高く、黒が沈んだ映像を得ることができる表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態によるスクリーンを示す平面図である。
【図２】この発明の第２の実施形態によるスクリーンを示す平面図である。
【図３】この発明の第２および第３の実施形態によるスクリーンを従来の白フラットスクリーンと比較するための略線図である。
【図４】この発明の第２および第３の実施形態によるスクリーンを従来の白フラットスクリーンと比較するために行った実験の結果を示す略線図である。
【図５】この発明によるスクリーンの原理を説明するための略線図である。
【図６】この発明によるスクリーンの原理を説明するための略線図である。
【図７】多層膜の反射スペクトルを示す略線図である。
【図８】多層膜の反射スペクトルを示す略線図である。
【図９】規則的に配列された微粒子の反射スペクトルを示す略線図である。
【図１０】最密構造を説明するための略線図である。
【図１１】規則的に配列された微粒子の反射スペクトルを示す略線図である。
【図１２】特定の波長の光が反射される理由を説明するための略線図である。
【図１３】微粒子の光場の計算に用いたモデルを示す略線図である。
【図１４】微粒子の光場の計算に用いたモデルを示す略線図である。
【図１５】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図１６】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図１７】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図１８】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図１９】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２０】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２１】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２２】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２３】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２４】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２５】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２６】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２７】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２８】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図２９】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図３０】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図３１】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図３２】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図３３】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図３４】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図３５】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図３６】緑色反射に対する微粒子の光場の計算に用いたモデルを示す略線図である。
【図３７】緑色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図３８】緑色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図３９】緑色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図４０】緑色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図４１】緑色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図４２】緑色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図４３】緑色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図４４】青色反射に対する微粒子の光場の計算に用いたモデルを示す略線図である。
【図４５】青色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図４６】青色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図４７】青色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図４８】青色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図４９】青色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図５０】青色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図５１】青色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図５２】シリカ微粒子の直径とブラッグ反射が起こる波長との関係を示す略線図である。
【図５３】三原色反射に対する微粒子の光場の計算に用いたモデルを示す略線図である。
【図５４】三原色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図５５】三原色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図５６】三原色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図５７】三原色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図５８】三原色反射に対する微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図５９】この発明の第４の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図６０】この発明の第４の実施形態によるスクリーンの製造方法を説明するための略線図である。
【図６１】この発明の第４の実施形態によるスクリーンの製造方法を説明するための略線図である。
【図６２】この発明の第４の実施形態によるスクリーンの製造方法を説明するための略線図である。
【図６３】この発明の第４の実施形態によるスクリーンの製造方法を説明するための略線図である。
【図６４】この発明の第４の実施形態によるスクリーンの製造方法を説明するための略線図である。
【図６５】回折により光が広がる様子を示す略線図である。
【図６６】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図６７】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図６８】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図６９】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図７０】屈折により光が広がる様子を示す略線図である。
【図７１】屈折により光が広がる様子を示す略線図である。
【図７２】微粒子の光場の計算に用いたモデルを示す略線図である。
【図７３】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図７４】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図７５】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図７６】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図７７】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図７８】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図７９】微粒子の光場の計算結果を示す略線図である。
【図８０】反射光の広がりを遠視野像の広がりとして示す略線図である。
【図８１】結晶軸を傾けた効果を説明するための略線図である。
【図８２】逆格子空間を示す略線図である。
【図８３】結晶軸の傾きとブラッグ条件を満たす波長との関係を示す略線図である。
【図８４】指向性を緩和する構造の一例を示す略線図である。
【図８５】逆格子空間を示す略線図である。
【図８６】誘電体多層膜の反射スペクトルを示す略線図である。
【図８７】誘電体多層膜の反射スペクトルを示す略線図である。
【図８８】ＬＣＤプロジェクターから出射した光のスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図８９】ＬＣＤプロジェクターから出射した光のスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図９０】ＬＣＤプロジェクターから出射した光のスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図９１】ＬＣＤプロジェクターから出射した光のスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図９２】ＤＬＰプロジェクターから出射した光のスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図９３】ＤＬＰプロジェクターから出射した光のスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図９４】ＤＬＰプロジェクターから出射した光のスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図９５】ＤＬＰプロジェクターから出射した光のスペクトルの測定結果を示す略線図である。
【図９６】色度図を示す略線図である。
【図９７】この発明の第６の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図９８】この発明の第７の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図９９】この発明の第８の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図１００】この発明の第９の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図１０１】この発明の第１０の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図１０２】この発明の第１１の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図１０３】この発明の第１２の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図１０４】この発明の第１３の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図１０５】この発明の第１４の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図１０６】この発明の第１５の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図１０７】この発明の第１５の実施形態による投影システムを示す側面図である。
【図１０８】この発明の第１５の実施形態による投影システムを示す略線図である。
【図１０９】この発明の第１６の実施形態による投影システムを示す略線図である。
【図１１０】この発明の第１６の実施形態による投影システムにおけるスクリーンの一部の拡大図である。
【図１１１】この発明の第１７の実施形態によるスクリーンを示す断面図である。
【図１１２】この発明の第１７の実施形態によるスクリーンに用いる微粒子クラスターを示す略線図である。
【図１１３】この発明の第１８の実施形態によるディスプレイを示す断面図である。
【図１１４】この発明の第１９の実施形態によるディスプレイを示す断面図である。
【符号の説明】
Ｐ・・・黒の下地面、Ｑ・・・白の反射面、Ｑ1 、Ｑ2 、Ｑ3 ・・・反射面、１・・・基板、２、３、４・・・微粒子、５・・・微粒子、１０・・・拡散フィルム、１１・・・マイクロレンズフィルム、１２・・・マイクロプリズムフィルム、１３・・・バインダー、１４・・・空洞、１５・・・透明基板、１６・・・光吸収層、１７・・・ＰＥＴフィルム、１８・・・バッファ層、１９・・・スクリーン、２０・・・プロジェクター、２１・・・光源、Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 ・・・微粒子クラスター、２４、２５、２６・・・発光ダイオード
Claims (47)
- 複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面を下地面上に離散的に配置し、上記反射面は、大きさが１μｍ以下の微粒子を最密構造に配列した構造を有し、
上記反射面をｎ原色のそれぞれに対応した波長の光を反射し、他の光は透過するようにそれぞれ構成し、これらの反射面を積層したスクリーン。 - 上記反射面の間の部分の上記下地面を黒の吸収面とした請求項１記載のスクリーン。
- 上記反射面による反射スペクトルの半値幅を３０ｎｍ±２０ｎｍとした請求項１記載のスクリーン。
- 複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面を下地面上に離散的に配置し、上記反射面は、大きさが１μｍ以下の微粒子を最密構造に配列した構造を有し、
上記反射面を青、緑および赤のそれぞれに対応した波長の光を反射し、他の光は透過するようにそれぞれ構成し、これらの反射面を積層したスクリーン。 - 上記反射面をスクリーン表面から見て長波長のものから短波長のものへ順に積層した請求項１または４記載のスクリーン。
- 上記反射面をスクリーン表面から見て短波長のものから長波長のものへ順に積層した請求項１または４記載のスクリーン。
- 上記反射面は、ｎ原色のそれぞれに対応した波長の光を同時に反射することができるように、上記微粒子の直径がｎ種類存在する構造を有する請求項１または４記載のスクリーン。
- 上記反射面は、自己組織化により上記微粒子を最密構造に配列した構造を有する請求項１記載のスクリーン。
- 上記反射面は、赤、緑および青の三原色に対応した波長の光を同時に反射することができるように、上記微粒子の直径が３種類存在する構造を有する請求項１記載のスクリーン。
- 上記微粒子としてシリカまたはシリカと同じ屈折率を持つ微粒子を用いた請求項１記載のスクリーン。
- 赤色反射用として２６９×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上３１４×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径の微粒子、緑色反射用として２２４×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上２５１×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径の微粒子、青色反射用として２０２×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上２２４×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径の微粒子（ただし、ｎは微粒子の屈折率）を用いた請求項１０記載のスクリーン。
- 赤色反射用として２７８×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上３０５×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径の微粒子、緑色反射用として２２４×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上２３７×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径の微粒子、青色反射用として２０８×（１．３６／ｎ）ｎｍ以上２１７×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径の微粒子（ただし、ｎは微粒子の屈折率）を用いた請求項１０記載のスクリーン。
- 複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面を下地面上に離散的に配置し、上記反射面は、大きさが１μｍ以下の微粒子を最密構造に配列した構造を有し、
基板上に縦方向に赤色反射用の微粒子層、緑色反射用の微粒子層および青色反射用の微粒子層が積層されているスクリーン。 - 複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面を下地面上に離散的に配置し、上記反射面は、大きさが１μｍ以下の微粒子を最密構造に配列した構造を有し、
基板上に縦方向に赤色反射用の微粒子層、緑色反射用の微粒子層および青色反射用の微粒子層が順次積層されているスクリーン。 - 複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わ せた反射特性を有する反射面を下地面上に離散的に配置し、上記反射面は、大きさが１μｍ以下の微粒子を最密構造に配列した構造を有し、
基板上に縦方向に青色反射用の微粒子層、緑色反射用の微粒子層および赤色反射用の微粒子層が順次積層されているスクリーン。 - 積層周期が８以上１５以下である請求項１３記載のスクリーン。
- 可視光を吸収する層またはバルク基板を有する請求項１記載のスクリーン。
- 上記可視光を吸収する層またはバルク基板はすべての波長域の可視光を吸収する請求項１７記載のスクリーン。
- 上記可視光を吸収する層またはバルク基板が上記微粒子の下にある請求項１７記載のスクリーン。
- 上記基板が透明基板の裏面に可視光を吸収する層が設けられたものである請求項１３記載のスクリーン。
- 上記基板がＰＥＴフィルムである請求項１３記載のスクリーン。
- 上記基板の表面に濡れ性を向上させるための凹凸または膜が設けられている請求項１３項記載のスクリーン。
- 上記微粒子層上に光拡散媒体が設けられている請求項１３記載のスクリーン。
- 上記光拡散媒体が拡散フィルムである請求項２３記載のスクリーン。
- 上記光拡散媒体がマイクロレンズフィルムである請求項２３記載のスクリーン。
- 上記光拡散媒体がマイクロプリズムフィルムである請求項２３記載のスクリーン。
- 上記微粒子の間の隙間が結合剤により埋められている請求項１記載のスクリーン。
- 上記微粒子が空洞からなる請求項２７記載のスクリーン。
- 上記微粒子の集合体を有する請求項１記載のスクリーン。
- 上記微粒子の集合体の横方向の大きさが２２周期より小さい請求項２９記載のスクリーン。
- 上記微粒子の集合体はその結晶軸に対して斜めの面とそれとは異なる角度を持つ面とを併せ持つ請求項２９記載のスクリーン。
- 上記斜めの面の角度θが７０°≦θ≦９０°の範囲である請求項３１記載のスクリーン。
- 上記微粒子の集合体が曲面を持つ請求項２９記載のスクリーン。
- 上記微粒子の集合体の結晶軸が光の入射方向に対して７７．４°≦α≦９０°の範囲の角度α傾いている請求項２９記載のスクリーン。
- 上記微粒子の集合体にうねりを持たせた請求項２９記載のスクリーン。
- 上記反射面は、上記微粒子が最密構造に配列された微粒子クラスターを配列した構造を有する請求項１記載のスクリーン。
- 上記基板上に、バッファ層を介して、赤色反射用の微粒子層、緑色反射用の微粒子層および青色反射用の微粒子層が設けられている請求項１３記載のスクリーン。
- 上記バッファ層は、２０８×（１．３６／ｎ）ｎｍ以下の直径の微粒子（ただし、ｎは微粒子の屈折率）の層からなることを特徴とする請求項３７記載のスクリーン。
- 複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面を基板上に離散的に配置し、上記反射面は、大きさが１μｍ以下の微粒子を最密構造に配列した構造を有し、上記反射面をｎ原色のそれぞれに対応した波長の光を反射し、他の光は透過するようにそれぞれ構成し、これらの反射面を積層したスクリーンを製造する場合に、上記微粒子を自己組織化により配列するようにしたスクリーンの製造方法。
- 複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面を基板上に離散的に配置し、上記反射面は、大きさが１μｍ以下の微粒子を最密構造に配列した構造を有し、上記反射面をｎ原色のそれぞれに対応した波長の光を反射し、他の光は透過するようにそれぞれ構成し、これらの反射面を積層したスクリーンを製造する場合に、
２重量％以上の微粒子溶液中に基板を浸漬する第１の工程と、
上記基板を気相中に３０μｍ／ｓ以上の速度で引き上げることによりその表面を上記微粒子溶液で濡らす第２の工程と、
上記微粒子溶液で濡れた上記基板を気相中で乾燥させる第３の工程とを有するスクリーンの製造方法。 - 上記第１の工程から上記第３の工程を必要な光学特性または厚さを有する微粒子層が形成されるまで繰り返すように請求項４０記載のスクリーンの製造方法。
- 上記基板の浸漬前、浸漬中または引き上げ直後のいずれかの時に、上記基板をその面内で回転させることにより上記基板の向きを変えるようにした請求項４０記載のスクリーンの製造方法。
- 上記基板の浸漬前に上記基板の表面に濡れ性を向上させる処理を施すようにした請求項４０記載のスクリーンの製造方法。
- 複数の投影光源と、
上記複数の投影光源のそれぞれの発光スペクトルの中心波長に合わせた反射特性を有する反射面を下地面上に離散的に配置し、上記反射面は、大きさが１μｍ以下の微粒子を最密構造に配列した構造を有し、上記反射面をｎ原色のそれぞれに対応した波長の光を反射し、他の光は透過するようにそれぞれ構成し、これらの反射面を積層したスクリーンとを有する投影システム。 - 上記投影光源はレーザである請求項４４記載の投影システム。
- 上記投影光源は半導体レーザである請求項４４記載の投影システム。
- 投影する映像を上記スクリーンの離散的に配置されたそれぞれの上記反射面に集中して投影するようにした請求項４４記載の投影システム。
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