JP5527610B2 - プロジェクションディスプレイ用スクリーン - Google Patents

Description

本発明は、観察角度によって異なる画像を表示することができるプロジェクションディスプレイ用スクリーンに関する。

観察角度によって異なる画像を表示可能なディスプレイは、観察者の注目を集めることができるため、広告用ディスプレイとして有用とされている。
このようなディスプレイは、ディスプレイ本体とレンズ素子とを用いることで実現可能であるが、表示する画像の数が増えると、その数に反比例して解像度や輝度が減少するという問題がある。

このため、ディスプレイ本体にＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）やＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）のような自発光ディスプレイを用いる場合は、ディスプレイ本体の解像度や輝度を十分高くしなければならず、製造にコストがかかり実現が困難であると考えられる。

これに対し、プロジェクションディスプレイを用いる場合は、プロジェクタを複数台使用することで比較的容易に解像度や輝度の低下を補うことができる。
このとき、プロジェクションディスプレイ用スクリーンに、入射角度依存拡散特性を有し、光軸方向を中心に入射光を拡散させる拡散フィルムを用いる場合、複数のプロジェクタからそれぞれプロジェクションディスプレイ用スクリーンに投影される光（画像）を平行光とする必要がある。

そして、複数のプロジェクタからプロジェクションディスプレイ用スクリーンに投影される光を平行光とするには、複数のプロジェクタをプロジェクションディスプレイ用スクリーン後方の無限遠に設置する方法が考えられるが、プロジェクションディスプレイ用スクリーンとプロジェクタとの間隔は有限であるため現実的ではない。
このため、プロジェクタからプロジェクションディスプレイ用スクリーンに投影された光を、レンズを用いて屈折させ平行光に偏向させる技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、プロジェクタから投影された光を、フレネルレンズを用いて偏向させる技術が開示されている。

特開２００８−３０４５８６号公報

しかしながら、フレネルレンズは複雑な界面が形成されているため、プロジェクタから投影された画像にこの界面における反射によって多重像および後方散乱が生じてしまい、画像品位が低下するという問題がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、観察角度によって異なる画像を表示することができるとともに、画像品位を確保することができるプロジェクションディスプレイ用スクリーンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るプロジェクションディスプレイ用スクリーンは、内部に屈折率分布構造が形成され、所定の入射角度領域から入射した光を所定の拡散角度領域へ拡散させる拡散フィルムが、複数枚積層されたプロジェクションディスプレイ用スクリーンであって、前記積層された複数枚の拡散フィルムは、それぞれ前記入射角度領域および前記拡散角度領域が異なっていて、前記積層された複数枚の拡散フィルムにおける入射側には、プリズムアレイが配置されており、前記積層された複数枚の拡散フィルムは、前記所定の入射角度領域から入射した光を一つの面内方向である第１方向のみに拡散させる拡散フィルムと、前記所定の入射角度領域から入射した光を一方向のみに拡散させるものであるとともに前記一方向を前記第１方向に直交する方向とする第２方向とした際の前記第２方向の拡散を前記第１方向に拡散する角度の半値幅±５°以上とする一方向性拡散フィルムと、を有し、前記第１方向にのみ拡散させる拡散フィルムと前記一方向性拡散フィルムとは、それらの拡散角度領域が前記第１方向に配列されるように積層されていることを特徴とする。

本発明では、それぞれ入射角度領域および拡散角度領域が異なる拡散フィルムを複数枚積層することにより、異なる入射角度領域からそれぞれ異なる画像（光）を投影することによって、複数の画像（光）は各入射角度領域に対応する異なる拡散角度領域に拡散されるため、拡散角度領域毎に異なる画像を表示することができる。
また、拡散フィルムには、内部に屈折率分布構造が形成されていることにより、プロジェクタから投影された光（画像）を平行光に偏向させるレンズを設ける必要がない。このため、投影された画像にレンズの界面における反射によって多重像および後方散乱が生じることがなく、画像品位を確保することができる。
また、積層された複数枚の拡散フィルムにおける入射側には、プリズムアレイまたはフレネルレンズが配置されていることにより、画像（光）を投影するプロジェクタなどの投影手段とプロジェクションディスプレイ用スクリーンとの間の距離を短縮することができる。

また、複数枚の拡散フィルムの拡散角度領域が一方向にのみ配列され、拡散フィルムは、所定の入射角度領域から入射した光を一方向にのみ拡散させるものであるとともに、拡散角度領域の配列方向に直交する方向の拡散を一方向に拡散する角度の半値幅±５°以上とする一方向性拡散フィルムとすることによって、プロジェクタから投影された光（画像）を拡散角度領域の配列方向のみに拡散させることができる。

本発明によれば、複数枚の拡散フィルムは、それぞれ入射角度領域および拡散角度領域が異なることにより、異なる入射角度領域からそれぞれ異なる画像（光）を投影することによって、各入射角度領域に対応する異なる拡散角度領域に拡散されるため、拡散角度領域毎に異なる画像を表示することができる。
また、拡散フィルムには、内部に屈折率分布構造が形成されていることにより、プロジェクタから投影された光（画像）を平行光に偏向させるレンズを設ける必要ないため、投影された画像にレンズの界面における反射によって多重像および後方散乱が生じることがなく、画像品位を確保することができる。

第１実施形態によるプロジェクションディスプレイ用スクリーンの一例を示す上面図である。 プロジェクションディスプレイ用スクリーンの一例を示す斜視図である。 （ａ）は拡散フィルムを説明する図、（ｂ）は拡散フィルム内部の屈折率分布構造を説明する図である。 拡散フィルムを説明する斜視図である。 第２実施形態によるプロジェクションディスプレイ用スクリーンの一例を示す斜視図である。 第３実施形態によるプロジェクションディスプレイ用スクリーンの第一拡散フィルムの一例を示す斜視図である。 第３実施形態によるプロジェクションディスプレイ用スクリーンの第２拡散フィルムの一例を示す斜視図である。 第３実施形態によるプロジェクションディスプレイ用スクリーンの拡散フィルム積層体の一例を示す斜視図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態によるプロジェクションディスプレイ用スクリーンについて、図１乃至図４に基づいて説明する。
図１および図２に示すように、第１実施形態によるプロジェクションディスプレイ用スクリーン１Ａは、２枚の拡散フィルム２（２ａ，２ｂ）が積層されて形成されている。

図３（ａ）および図４に示すように、拡散フィルム２は、内部に微細な屈折率分布構造が形成されていて、所定の入射角度領域ω_ｐ から入射した光Ｌを、所定の拡散角度領域ω_ｄ に拡散する入射角度無依存拡散特性を有している。図３（ｂ）に示すように、本実施形態による拡散フィルム２は、異なる屈折率ｎ１と屈折率ｎ２の領域が交互に配列されることで屈折率分布構造が形成されている。
そして、図４に示すように、拡散フィルム２は、特定の入射角度領域ω_ｐ から入射した光Ｌを水平方向、垂直方向および水平方向と垂直方向の合成方向（立体的）に拡散させている。このため、拡散角度領域ω_ｄ は、拡散フィルム２側を頂部とする略錐状体に形成されており、本実施形態では略四角錐に形成されている。なお、拡散角度領域ω_ｄ は、円錐や、四角錐以外の多角錐に形成されるような特性を有していてもよい。
本実施形態の拡散フィルム２に適したフィルムとしては、例えば、株式会社巴川製紙所製のマイクロピラー（登録商標）を挙げることができ、このフィルムは、その拡散角度領域ω_ｄ が略円錐に形成されている。
ここで、積層された２枚の拡散フィルム２のうち一方を第１拡散フィルム２ａ、他方を第２拡散フィルム２ｂとして以下説明する。

図１および図２に示すように、第１拡散フィルム２ａは第１入射角度領域ω_ｐ１から入射された光Ｌ１を第１拡散角度領域ω_ｄ１に拡散させ、第２拡散フィルム２ｂは第２入射角度領域ω_ｐ２から入射された光Ｌ２を第２拡散角度領域ω_ｄ２に拡散させている。そして、この第１入射角度領域ω_ｐ１と第２入射角度領域ω_ｐ２とは異なる領域となるように構成され、第１拡散角度領域ω_ｄ１と第２拡散角度領域ω_ｄ２とは異なる領域となるように構成されている。
また、第１入射角度領域ω_ｐ１と第２入射角度領域ω_ｐ２とは水平方向に隣接しており、第１拡散角度領域ω_ｄ１と第２拡散角度領域ω_ｄ２とは水平方向に隣接している。

なお、第１入射角度領域ω_ｐ１と第２入射角度領域ω_ｐ２とは、鉛直方向や斜め方向に隣接していてもよく、第１入射角度領域ω_ｐ１と第２入射角度領域ω_ｐ２との間に間隔があってもよい。また、第１拡散角度領域ω_ｄ１と第２拡散角度領域ω_ｄ２とは、鉛直方向や斜め方向に隣接していてもよく、第１拡散角度領域ω_ｄ１と第２拡散角度領域ω_ｄ２との間に間隔があってもよい。

図１に示すように、プロジェクションディスプレイ用スクリーン１Ａの一方の面１ａと所定の間隔をあけた位置に、第１プロジェクタ３ａおよび第２プロジェクタ３ｂがプロジェクションディスプレイ用スクリーン１Ａの面方向に互いに間隔をあけて設置されている。
第１プロジェクタ３ａは、第１入射角度領域ω_ｐ１からプロジェクションディスプレイ用スクリーン１Ａへ第１画像４ａを投影することができ、第２プロジェクタ３ｂは第２入射角度領域ω_ｐ２からプロジェクションディスプレイ用スクリーン１Ａへ第２画像４ｂを投影することができる。

すると、プロジェクションディスプレイ用スクリーン１Ａの他方の面１ｂ側における第１拡散角度領域ω_ｄ１に対向する位置に居る第１観察者５ａは、第１プロジェクタ３ａから投影された第１画像４ａを見ることができる。
また、プロジェクションディスプレイ用スクリーン１Ａの他方の面１ｂ側における第２拡散角度領域ω_ｄ２に対向する位置に居る第２観察者５ｂは、第２プロジェクタ３ｂから投影された第２画像４ｂを見ることができる。

本実施形態では、第１プロジェクタ３ａによって第１入射角度領域ω_ｐ１からプロジェクションディスプレイ用スクリーン１Ａへ第１画像４ａが投影されると、第１画像４ａが第１拡散フィルム２ａによって、第１拡散角度領域ω_ｄ１に拡散される。これにより、第１観察者５ａが、第１画像４ａを観察することができる。
また、第２プロジェクタ３ｂによって第２入射角度領域ω_ｐ２からプロジェクションディスプレイ用スクリーン１Ａへ第２画像４ｂを投影すると、第２画像４ｂは、第２拡散フィルム２ｂによって、第２拡散角度領域ω_ｄ２に拡散される。これにより、第２観察者５ｂは第２画像４ｂを観察することができる。

上述した第１実施形態によれば、プロジェクションディスプレイ用スクリーン１Ａを用いて、ある位置に配された第１観察者５ａが第１画像４ａを観察することができ、第１観察者５ａと異なる位置に配された第２観察者５ｂが第１画像４ａと異なる第２画像４ｂを観察することができる。
このことから、第１実施形態によるプロジェクションディスプレイ用スクリーン１Ａによれば、拡散角度領域ω_ｄ１，ω_ｄ２毎に異なる画像４ａ、４ｂを表示することができる。
また、拡散フィルム２は、内部に微細な屈折率分布構造が形成されていて、特定の入射角度領域ω_ｐ から入射した光Ｌを、特定の拡散角度領域ω_ｄ に拡散する入射角度無依存拡散特性を有していることにより、第１プロジェクタ３ａおよび第２プロジェクタ３ｂからそれぞれ投影された第１画像４ａおよび第２画像４ｂを平行光とするフレネルレンズなどのレンズを設ける必要がないため、画像品位を確保することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１実施形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１実施形態と異なる構成について説明する。
図５に示すように、第２実施形態によるプロジェクションディスプレイ用スクリーン１Ｂは、４枚の拡散フィルム２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）が積層されて形成されている。４枚の拡散フィルム２は、それぞれ入射角度領域ω_ｐ および拡散角度領域ω_ｄ が異なっている。
ここで、４枚の拡散フィルム２を第１〜第４拡散フィルム２ａ〜２ｄとし、各入射角度領域ω_ｐ を第１〜第４入射角度領域ω_ｐ１〜ω_ｐ４、各拡散角度領域ω_ｄ を第１〜第４拡散角度領域ω_ｄ１〜ω_ｄ４として以下説明する。
第１〜第４拡散角度領域ω_ｄ１〜ω_ｄ４は、第１〜第４拡散フィルム２ａ〜２ｄが積層された際に、鉛直方向に２段、水平方向にそれぞれ２列に配列するように構成されている。そして、上段に第１拡散角度領域ω_ｄ１と第２拡散角度領域ω_ｄ２とが水平方向に隣接して配され、下段に第３拡散角度領域ω_ｄ３と第４拡散角度領域ω_ｄ４とが水平方向に隣接して配されている。

本実施形態によるプロジェクションディスプレイ用スクリーン１Ｂには、第１〜第４画像４ａ〜４ｄが、それぞれ第１〜第４入射角度領域ω_ｐ１〜ω_ｐ４から投影される。
そして、プロジェクションディスプレイ用スクリーン１Ｂに、第１〜第４画像４ａ〜４ｄが投影されると、第１〜第４画像４ａ〜４ｄは、それぞれ第１〜第４拡散角度領域ω_ｄ１〜ω_ｄ４に拡散され、観察者（不図示）は第１〜第４拡散角度領域ω_ｄ１〜ω_ｄ４から第１〜第４画像４ａ〜４ｄを観察することができる。

第２実施形態によるプロジェクションディスプレイ用スクリーン１Ｂでは、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、水平方向や鉛直方向に異なる拡散角度領域ω_ｄ１〜ω_ｄ４毎に異なる画像４ａ〜４ｄを表示することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態によるプロジェクションディスプレイ用スクリーンは、図６および図７に示すような入射された光Ｌをある一つの面内方向（平面的）に拡散させる拡散フィルム１２が複数積層されている。
図６に示す第１拡散フィルム１２ａは、入射角度領域ω´_ｐ から入射された光Ｌ１を鉛直面である拡散角度領域ω´_ｄ に拡散させている。また、図７に示す第２拡散フィルム１２ｂは、入射角度領域ω″_ｐ から入射された光Ｌ２を水平面である拡散角度領域ω″_ｄ に拡散させている。
入射光を平面的に拡散させる拡散フィルム１２としては、住友化学工業株式会社製のルミスティ（登録商標）が挙げられる。

第３実施形態によるプロジェクションディスプレイ用スクリーンでは、第１拡散フィルム１２ａ（図６参照）と、第２拡散フィルム１２ｂ（図７参照）とを積層し、図８に示すような入射された光Ｌ３を立体的（水平方向、鉛直方向および水平方向と鉛直方向の合成方向）に拡散させる拡散フィルム積層体１３を形成している。
光Ｌ３は、入射角度領域ω´_ｐ（図６参照）および入射角度領域ω″_ｐ（図７参照）をあわせた入射角度領域ω_ｐ から入射された光を示している。そして、光Ｌ３は、拡散角度領域ω´_ｄ（図６参照）および拡散角度領域ω″_ｄ（図７参照）をあわせた拡散角度領域ω_ｄ に拡散される。
本実施形態では、拡散フィルム積層体１３が第１実施形態の拡散フィルム２（図１参照）に相当している。このため、拡散角度領域ω_ｐ が異なる複数のフィルム積層体１３を積層させることによって、プロジェクションディスプレイ用スクリーンが形成される。

なお、本実施形態では、入射光を平面的に拡散させる方向が鉛直方向である第１拡散フィルム１２ａ（図６参照）と、水平方向である第２拡散フィルム１２ｂ（図７参照）を使用しているが、拡散フィルム１２の入射光を平面的に拡散させる方向は、水平方向や鉛直方向以外でもよく、また、直交していなくてもよい。

（第４実施形態）
第４実施形態によるプロジェクションディスプレイ用スクリーンは、図６および図７に示すような所定の入射角度領域ω´_{ｐ ，}ω″_ｐから入射した入射光を一つの面内方向（平面的）に拡散させる拡散フィルム１２と、所定の入射角度領域から入射した光を一方向に拡散させる一方向性拡散フィルム（不図示）とが積層されている。
本実施形態では、拡散フィルム１２は、所定の入射角度領域から入射した入射光を一つの面内方向である第１方向に拡散させている。そして、一方向拡散フィルムは、入射角度無依存特性はなく、この第１方向に直交する第２方向へ、第１方向に拡散する角度の半値幅±５°以上拡散させている。
このような一方向性拡散フィルムとしては、例えば、Ｌｕｍｉｍｉｔ社製レンズ拡散板（ＬＳＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｓｈａｐｉｎｇ Ｄｉｆｆｕｓｅｒｓ）が挙げられる。

そして、この拡散フィルムと一方向拡散フィルムとが積層された複数の拡散フィルム積層体が、これらの拡散角度領域が第１方向に配列されるように積層されて、プロジェクションディスプレイ用スクリーンが形成される。
このように形成されたプロジェクションディスプレイ用スクリーンは、第１方向に対して入射角度無依存拡散特性を有しており、第２方向に対しては、入射角度無依存拡散特性を有していないことになる。
第４実施形態によるプロジェクションディスプレイ用スクリーンでは、プロジェクタから投影された画像を拡散角度領域の配列方向のみに拡散させることができる。

（第５実施形態）
第５実施形態によるプロジェクションディスプレイ用スクリーンは、上述した第１乃至第４実施形態によるプロジェクションディスプレイ用スクリーンにおいて、プロジェクションディスプレイ用スクリーンのプロジェクタ側にプリズムアレイまたはフレネルレンズを設置するものである。
このように、プロジェクションディスプレイ用スクリーンのプロジェクタ側にプリズムアレイまたはフレネルレンズを設置することによって、プロジェクタから斜め方向に画像が投射された場合に対応することができる。

第５実施形態によるプロジェクションディスプレイ用スクリーンでは、プリズムアレイまたはフレネルレンズによってプロジェクタとスクリーンとの間の距離を大幅に短縮することができる。

以上、本発明によるプロジェクションディスプレイ用スクリーンの実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施形態では、拡散フィルム２を２枚又は４枚積層させているが、観察角度に併せて３枚や５枚以上積層させてもよい。
また、上述した実施形態では、入射角度領域ω_Ｐ や拡散角度領域ω_ｄ が水平方向や鉛直方向に配列されているが、斜め方向に配列されていてもよく、隣接する入射角度領域ω_Ｐ との間や隣接する拡散角度領域ω_ｄ との間に間隔があってもよい。

１Ａ，１Ｂ プロジェクションディスプレイ用スクリーン
２，１２ 拡散フィルム
２ａ，１２ａ 第１拡散フィルム
２ｂ，１２ｂ 第２拡散フィルム
２ｃ 第３拡散フィルム
２ｄ 第４拡散フィルム
３ａ 第１プロジェクタ
３ｂ 第２プロジェクタ
４ａ 第１画像
４ｂ 第２画像
５ａ 第１観察者
５ｂ 第２観察者
ω_ｐ，ω_ｐ１，ω_ｐ２，ω_ｐ３，ω_ｐ４ 入射角度領域
ω_ｄ，ω_ｐ１，ω_ｐ２，ω_ｐ３，ω_ｐ４ 拡散角度領域

Claims (1)

1. 内部に屈折率分布構造が形成され、所定の入射角度領域から入射した光を所定の拡散角度領域へ拡散させる拡散フィルムが、複数枚積層されたプロジェクションディスプレイ用スクリーンであって、
   前記積層された複数枚の拡散フィルムは、それぞれ前記入射角度領域および前記拡散角度領域が異なっていて、
   前記積層された複数枚の拡散フィルムにおける入射側には、プリズムアレイが配置されており、
   前記積層された複数枚の拡散フィルムは、前記所定の入射角度領域から入射した光を一つの面内方向である第１方向のみに拡散させる拡散フィルムと、
   前記所定の入射角度領域から入射した光を一方向のみに拡散させるものであるとともに前記一方向を前記第１方向に直交する方向とする第２方向とした際の前記第２方向の拡散を前記第１方向に拡散する角度の半値幅±５°以上とする一方向性拡散フィルムと、を有し、
   前記第１方向にのみ拡散させる拡散フィルムと前記一方向性拡散フィルムとは、それらの拡散角度領域が前記第１方向に配列されるように積層されていることを特徴とするプロジェクションディスプレイ用スクリーン。

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