JP5098262B2 - 反射型スクリーンおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
近年では、投影装置本体の小型化や価格の低下などに伴って、例えば、ホームシアターなどの投影システムが一般家庭に普及してきている。このような投影システムは、家庭のリビングスペースなどに設置されることが多く、外光や照明光などの環境光が入りやすくなっている。
そのため、例えば家庭用などの投影システムに用いる反射型スクリーンでは、明るい環境光の下でも良好な映像を表示できるようにすることが強く望まれている。
例えば、特許文献1には、反射型スクリーンに反射素面を備え、投影装置から投射される投射光を一定方向に反射させることにより、スクリーンの周辺輝度の低下が小さい反射型スクリーンが記載されている。
特許文献1に記載された構成としては、フレネルレンズに反射層を設けたフレネルミラーと、視野角を広げる光拡散層を備えるもの、その構成にさらに外光などの一部の偏光成分を吸収しコントラストを向上する偏光吸収層、外光などの映り込みを防止するアンチグレア層を備えるものが記載されている。
特許文献1に記載の技術では、映像光が反射層に入射し、反射層での反射の前後に光拡散層を透過することで視野角を有する映像光が形成される。視野角を適切な範囲に収め、二重像などの発生を防止するためには、光拡散層を薄く形成し反射層に近づけて配置する必要があるので、厚さが薄く自立性のない反射型スクリーンになっている。そのため、使用時にテンションを加えて平面を形成する必要があるので、設置の手間がかかり、反射型スクリーンの姿勢を観察方向に合わせて容易に変えることもできないという問題がある。
また、コントラストを向上する手段として偏光吸収層を用いているが、映像光の偏光成分を吸収しないようにするため、外光はせいぜい半減される程度であり、必ずしも十分なコントラストが得られるとは限らないという問題がある。
また、偏光吸収層は高価であり製造コストが増大するという問題もある。
全体として、2.0mm以上の厚さを有することにより、立て掛けた状態で座屈を起こさない程度の自立性が得られる剛性を備える構成とする。
この発明によれば、表面層に入射した映像光は、透光性基材および有色層の一方と、それらの他方とを順次透過し、透光性拡散基材に入射して拡散され、反射部材により反射されて、観察者側に向かう略平行光とされる。そして、その反射光が、再度、透光性拡散基材に入射して拡散され、視野角を有する光が形成される。この反射光は、透光性基材および有色層の他方と、それらの一方とを順次透過し、表面層から観察者側に向けて出射される。
このため、スクリーン上の透光性拡散基材の位置に、一定の視野角の範囲で観察できる映像を映し出すことができる。その際、透光性拡散基材の観察者側には、色材の濃度により暗色系に色味が調整された有色層が位置するので、映像光を良好に透過させつつ、外光を色味に応じて吸収し、映像の暗部が外光によりあまり影響を受けないようにすることができる。
また、表面層と透光性拡散基材との間に、視野角の大きさに影響しない透光性基材を備えるため、透光性基材の厚さを調整することで、スクリーンに必要な剛性を持たせることができる。
ここで、暗色系の色味を出すための色材は、黒色であることが好ましい。
また、平坦面で透過性拡散基材を貼り合わせることができるので、製造が容易となる。このようなフレネルレンズは、例えば金型にUV硬化樹脂を充填して、紫外線を照射しUV硬化させるといった製造方法を用いることで、安価に製造することができる。
ここで、フレネルレンズは、投影装置と観察者の位置などの必要に応じて、複数のプリズム部が同心円状に配列されたサーキュラー・フレネルレンズでもよいし、複数のプリズム部が平行に配列されたリニア・フレネルレンズでもよい。
また、反射部材の反射層が、ニッケル・クロムの合金層、もしくは、ニッケル・クロムの合金層上に積層されたアルミニウムまたは銀の層からなるので、高反射率の反射層を形成することができるとともに、反射部材の最も外側の面上に耐擦性を有する反射層保護層が形成されることで、耐久性の高い反射型スクリーンとすることができる。
この発明によれば、透光性基材を透光性拡散基材に比べて厚く形成することで、スクリーンの剛性を透光性基材の側で持たせることができる。そして、透光性拡散基材を薄くすることで、映像光の拡散位置を近づけることができる。その結果、拡散位置が離間することによる二重像の発生などを低減することができる。
この発明によれば、表面層が平滑面で構成されるため、透光性拡散基材で拡散された光が、透光性基材と有色層とを透過して拡がった位置で、再び拡散されることがないようにすることができる。そのため、離れた位置で拡散が生じることにより二重像が発生するのを防止することができる。
また、表面が平滑面からなるので、表面の凹凸面により透過光の色再現性が悪化することも防止することもできる。
この発明によれば、二重像の発生を低減して画質を向上することができる。
透光性拡散基材の厚さが、1.0mmを超えると拡散位置が離れすぎる結果、二重像が目立つようになる。
透光性拡散基材の厚さが、0.05mmより薄いと、十分な拡散性を発揮することができず視野角が狭くなってしまう。
この発明によれば、有色層が粘着層もしくは接着層を兼ねることができるので、効率的に製作することができる。この際、10μmより薄いと、粘着性、接着性が足りず、十分な硬化が得られない。
この発明によれば、フレネルレンズ形成工程で、フレネルレンズを形成し、接合工程で、表面層、透光性基材、有色層、透光性拡散基材、およびフレネルレンズを平坦面同士で接合する。その後、反射層形成工程によって、反射層、反射層保護層を形成する。そのため、接合工程で反射層を傷つけるおそれがなくなり、製造効率を向上することができる。
また、フレネルレンズが透光性基材などと接合されて剛性が増加した状態で、反射層を形成するので、高品質な反射層を形成することができる。
なお、接合工程は、それぞれの基材、層の間で、必要に応じて、適宜の順序で接合することができる。また、それぞれの接合形態は、それぞれの平坦面同士の間に粘着層や接着層を介在させて接合する形態でもよいし、接合する層自体が粘着層、接着層を兼ねている形態でもよい。また、基材や層は、例えばコーティングや蒸着などの連続的な層形成手段により、平坦面上に積層して形成されることで、形成と同時に接合されていてもよい。
図1は、本発明の実施形態に係る反射型スクリーンの模式的な斜視外観図である。図2は、本発明の実施形態に係る反射型スクリーンの厚さ方向の断面構成を示す模式的な断面図である。
なお、各図は模式図のため寸法比などは誇張されている(図3も同じ)。
例えば、図1では、反射型スクリーン1は、スクリーン面がやや横長の矩形状とされ、投影装置2に対して、水平方向前方の点Pの上方に配置されている。図中の点Qは、反射型スクリーン1の矩形の中心を示す。
そして、反射型スクリーン1は、投影装置2の投射口が配置された点Oから斜め上方向に投射された映像光3Aを、投影装置2と同方向側の略水平方向に映像光3Bとして反射するようになっている。
映像光3Bは、観察者が所定の視野角の範囲で映像を観察することができるように、反射型スクリーン1上で、所定範囲に拡散されるとともに、反射型スクリーン1のレンズ作用により略平行光とされるようになっている。
図中の映像光3A、3Bの光線は、投影像の各画素の主光線を示している。
反射型スクリーン1の概略構成は、観察者側から、機能性層101(表面層)、透光性基材102、有色層103、透光性拡散基材104、およびフレネルミラー105(反射部材)が配列され、隣接する層または基材が接合されたものである。相互の接合は、必要に応じて、図示しない粘着層または接着層により接合されていてもよい。
反射型スクリーン1は、スクリーンの平面性を保つために、ある程度の剛性を有するように構成される。例えば、反射型スクリーン1を立てたとき、支持枠などに沿って立て掛けた状態で座屈を起こさない程度の自立性が得られる剛性を備えるようにする。
これにより、例えば錘を付けて重力でヨレを矯正したり、剛直な外枠などにテンションをかけたりするといった手段を用いることなく平面性を保つことができるようになっている。
このような自立性を得るためには、スクリーンの大きさなどにもよるが、例えば、800mm×600mm程度のスクリーンであれば、スクリーンの厚さが、全体として、2.0mm以上の厚さを有することが好ましい。
また機能性層101には、必要に応じて、スクリーンの表面性を改善する他の機能、例えば、埃などの付着を防止する帯電防止機能、擦れ傷などが付きにくいようにする擦傷防止機能などを持たせてもよい。
これらは、例えば、それぞれの機能を有する材質の透明フィルムで実現してもよいし、フィルム状、板状の透明樹脂の表面に、反射防止膜コーティング、帯電防止膜コーティング、保護膜コーティングなどのコーティング処理を施すことによって実現することができる。
また、透光性基材102には紫外線吸収剤を含有させることが好ましい。紫外線吸収剤を含有させることにより、外光または投影装置2からの紫外線が透光性拡散基材104、フレネルミラー105に到達して引き起こす黄変や脆化などを抑制することができる。また、投影装置2からの投影される紫外線成分が観察者の側に到達する量を低減し、紫外線によるまぶしいさや観察者の目の疲労を抑制することができる。
有色層103に用いる粘着剤、または接着剤としては、例えば、アクリル系、シリコン系、またはゴム系などの材質を好適に採用することができる。
有色層103の透過率は、有色層103を透過する光の光路長や分散される色材の量によって決まるが、輝度が良好な映像を観察するためには、70%以上の透過率を備えることが好ましい。すなわち、観察者に到達する映像光3Bの輝度が、映像光3Aに比べて著しく低下すると、例えば明るい室内などの明光下で良好に観察することができなくなるので、観察者に到達する映像光3Bの輝度は、映像光3Aの少なくとも40%程度は確保する必要がある。有色層103の透過率を70%以上とすれば、有色層103を2回透過した光の透過率は49%となり、他の部材の透過率、反射率を考慮しても、映像光3Bを元の輝度の40%以上の輝度で反射することができる。
一方、有色層103の色味、あるいは色の濃さは、光を吸収する色材の濃度によって決まるので、色材量が一定であれば、薄層中に分散した方がより暗い(濃い)有色層を形成することができる。
例えば、透過率を70%以上として、コントラストが向上する色味を出すためには、有色層103の厚さの範囲は、10μm以上、50μm以下とすることが好適である。
反射型スクリーン1としての視野角の大きさは、半値角で30°以上とすることが好ましい。そのためには、映像光を2回透過させる透光性拡散基材104の拡散角は一回の透過で半値角15°以上となるように設定する。
また、透光性拡散基材104は、映像光の反射面に近いことが好ましく、映像光の拡散位置の差を低減するために、厚さを薄くすることが好ましい。
本実施形態では、このような条件を満たすため、透光性拡散基材104を作成するバインダーとフィラーの屈折率差を大きくすることで達成している。
例えば、透光性拡散基材104の厚さは、二重像などの発生を抑制するために、0.05mm以上、1.0mm以下とすることが好ましい。このとき、半値角15°以上を達成するためには、バインダーとフィラーの屈折率差を0.02以上とすることが好適である。
本実施形態では、光軸OPがスクリーン面の中心Qから偏心したサーキュラー・フレネルレンズ105a(フレネルレンズ)に、反射層部105b(反射層)を形成された構成を備える。
サーキュラー・フレネルレンズ105aの材質としては、適宜の透明樹脂を採用することができるが、本実施形態では、金型に充填して紫外線硬化させることで容易に製造できるUV硬化樹脂を採用している。
反射層部105bは、高反射率を得るために、高反射率の金属あるいは合金から構成することが好ましい。
例えば、凹凸面上に、反射層として、ニッケル・クロムの合金層、アルミニウム、または銀などの単層の反射層を形成したもの、あるいはアルミニウムまたは銀で反射層を形成し、さらにその上にニッケル・クロムの合金層を設けた多層の反射層の構成などを好適に採用することができる。
また、これら反射層の最上面(図2の右側面)に、耐察性を向上させるための反射層保護層を形成すれば、反射層の耐久性を向上できるのでより好ましい。
本方法の概略の製造工程は、フレネルレンズ形成工程、接合工程、反射層形成工程をこの順に行うものである。
これらの接合順序や接合手段は、必要に応じて適宜選択することができる。
例えば、一例として、次のような工程により接合していくことができる。まず、接着剤により、サーキュラー・フレネルレンズ105aの平坦面106と透光性拡散基材104とを接着しておく。また、透光性基材102の一方の面に有色層103を一定厚さに形成し、有色層103の粘着剤または接着剤により透光性拡散基材104の平坦面と接合する。そして、透光性基材102の他方の面に、例えばコーティングなどを施して、機能性層101を形成する。
この場合、反射層部105bは、各層、各基材が接合され、サーキュラー・フレネルレンズ105a単品に比べて剛性が向上した状態で形成することができるので、部材の保持や移動が容易であり、製造効率が向上する。
また、凹凸面の形状に歪みなどがない安定した状態で反射層部105bを形成するので、例えば、反射層を蒸着する場合、蒸着ムラなどが低減され、蒸着後の変形による欠陥なども生じにくくなり、高品質な反射層部105bを形成することができる。
投影装置2から放射された映像光3Aが、反射型スクリーン1に投射されると、各画素に対応する光束が、図2の矢印のように機能性層101に入射し、透光性基材102で屈折されて有色層103に到達する。有色層103を透過した映像光3Aは、透光性拡散基材104に入射し、透光性拡散基材104の拡散特性に応じた拡散光としてサーキュラー・フレネルレンズ105aに入射する。
そして、映像光3Aの入射方向に応じて、例えば、反射面108に到達し、図示水平左方向に映像光3Bとして反射される。そして、透光性拡散基材104に再入射し、再び拡散される。このとき、透光性拡散基材104は、平坦面106に接合されているため、M104と反射面108とは十分近接されており、透光性拡散基材104を透過する映像光3Bは、透光性拡散基材104を1回透過する場合の拡散角の約2倍の拡散角で拡がる光となる。
そして、透光性拡散基材104を透過した映像光3Bは、有色層103、透光性基材102、機能性層101をそれぞれ再度透過して、観察者側に向けて進む。
このため、反射型スクリーン1からは、透光性拡散基材104を2回透過することで、拡散角の半値角が30°以上となった映像光3Bが、略平行光として観察者側に出射される。
このように、拡散角が適切に設定され、スクリーンの各位置から略同方向に向けて高輝度の映像光3Bが反射されるので、観察者は、輝度バラツキの少ない映像を半値角が30°以上の視野角の範囲で観察することができる。
有色層103に到達した外光は、有色層103の色味に応じて吸収され、残りがスクリーン表面側に反射される。
したがって、外光が照射された反射型スクリーン1は、映像光3Aが入射されない状態では、観察者側ではスクリーンの表面が暗色系の色味を帯びた有色層103の色を持つものとして観察される。また、外光の表面反射によって表面が白っぽく見えたり、外光による画像が写り込んだりする程度が低減されている。
そのため、映像光3Aが反射型スクリーン1に投射されると、画像の黒部では、外光の存在下でも、有色層103の色味に応じて暗部が形成され、観察者はコントラストが高い映像を観察することができる。
図3は、本発明の実施形態の変形例に係る反射型スクリーンの厚さ方向の断面構成を示す模式的な断面図である。
本実施例の反射型スクリーン1は以下のように製作した。
透光性基材102として1.5mm厚のアクリル板を用い、その表面にグロス状の反射防止層を形成した。
有色層103は、カーボンからなるティントを分散させ、透過率70%に調整した40μmの粘着層とした。粘着剤としては、アクリル系を採用した。
透光性拡散基材104は、バインダーの屈折率を1.53、フィラーの屈折率を1.51として、1.0mm厚の透光性拡散基材を形成した。この透光性拡散基材104の単体の半値角は17°であり、反射型スクリーンとしての半値角は33°であった。
フレネルミラー105は、紫外線硬化型樹脂製のサーキュラー・フレネルレンズ105aに、ニッケル・クロム合金で反射層を形成し、さらにその最外面に紫外線硬化型樹脂による保護層を形成した。
このような構成により、照度が200lxの明光下の環境において従来のロール式反射型スクリーンとした反射型スクリーンよりコントラストを約7倍改善したスクリーンを得ることができた。
また、この反射型スクリーン1では、二重像はほとんど視認されず良好な画質が得られた。
2 投影装置
3A、3B 映像光
101 機能性層(表面層)
102 透光性基材
103 有色層
104 透光性拡散基材
105 フレネルミラー(反射部材)
105a サーキュラー・フレネルレンズ
105b 反射層部(反射層)
106 平坦面
107 プリズム部
108 反射面
Claims (6)
- 投影装置によって投射される映像光を観察者側に反射して映像を映し出す反射型スクリーンであって、
前記観察者側から、
スクリーン表面を形成する表面層と、
前記映像光を拡散する透光性拡散基材と、
前記映像光を前記観察者側に向けて略平行光として反射する反射部材とが順次配置され、
前記表面層と前記透光性拡散基材との間に、
色材の濃度により暗色系に色味が調整された有色層を一方の面に配置した透光性基板が設けられ、
前記反射部材が、略三角形断面の複数のプリズム部が配列されてなる凹凸面と、該凹凸面に対向する平坦面とを有するフレネルレンズの凹凸面側に、反射層を形成したフレネルミラーからなり、
前記反射部材の反射層が、ニッケル・クロムの合金層、もしくは、ニッケル・クロムの合金層上に積層されたアルミニウムまたは銀の層からなり、
前記反射部材の最も外側の面上に、耐擦性を有する反射層保護層が形成されてなり、
前記有色層による可視光の透過率が70%以上であり、
全体として、2.0mm以上の厚さを有することにより、立て掛けた状態で座屈を起こさない程度の自立性が得られる剛性を備える
ことを特徴とする反射型スクリーン。 - 前記透光性基材が、前記透光性拡散基材より厚く形成されたことを特徴とする請求項1に記載の反射型スクリーン。
- 前記表面層が平滑面で構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の反射型スクリーン。
- 前記透光性拡散基材の厚さが、0.05mm以上、1.0mm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の反射型スクリーン。
- 前記有色層が、粘着性もしくは接着性材料で形成されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の反射型スクリーン。
- 投影装置によって投射される映像光を観察者側に反射して映像を映し出すために、スクリーン表面を形成する表面層と、前記映像光を拡散する透光性拡散基材と、前記映像光を前記観察者側に向けて略平行光として反射する反射部材とが順次配置され、前記表面層と前記透光性拡散基材との間に、相対的に厚い透光性基材と、色材の濃度により色味が調整された相対的に薄い有色層とを設けた反射型スクリーンの製造方法であって、
前記反射部材を形成するために、略三角形断面の複数のプリズム部が配列されてなる凹凸面と、該凹凸面に対向する平坦面とを有するフレネルレンズを形成するフレネルレンズ形成工程と、
前記表面層、前記透光性基材、可視光の透過率が70%以上の前記有色層、前記透光性拡散基材、および前記フレネルレンズ形成工程で形成されたフレネルレンズを、それぞれの平坦面同士で接合して、全体として、2.0mm以上の厚さを有する積層体を形成する接合工程と、
該接合工程の後に、前記フレネルレンズの凹凸面上に、ニッケル・クロムの合金層、もしくは、ニッケル・クロムの合金層上に積層されたアルミニウムまたは銀の層からなる反射層と、該反射層上に耐擦性を有する反射層保護層とを形成する反射層形成工程とを備えることを特徴とする反射型スクリーンの製造方法。
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