JP5755478B2 - 反射型スクリーン - Google Patents

Description

本発明は、液晶プロジェクター、レーザープロジェクター等による画像の表示に使用する反射型スクリーンに関し、特に、スクリーン面に対してプロジェクターの投射光が高仰角で入射する際に有用な反射型スクリーンに関する。

従来の反射型スクリーンは、単純にホワイトマット状としたもの、あるいは拡散ビーズや顔料をスクリーン表面に付与した汎用安価タイプのものと、ストライプ状の外光吸収層を設けて明所でのコントラスト性能を向上させた高性能タイプの各種方式がある。例えば、特許文献１，２には、高性能タイプの方式の反射型スクリーンの一例が開示されている。
各種プロジェクターの小型化とモバイル化の発達に伴い、反射型スクリーンに対するプロジェクター投射光の高仰角化が進むにつれ、そのような状況下で用いられる反射型スクリーンに対して、特に明所でのコントラスト性の向上と、高輝度でかつ面内輝度の一様性に対する要求が益々高まってきている。

特開２００８−３３２１７号公報 特開２００６−２３６９３号公報

しかしながら、従来技術による反射スクリーンは、何れも水平方向の拡散を制御する機能をもたない為に光有効利用率が低く、またストライプ状の外光吸収層（例えば、特許文献１、２に開示された反射型スクリーンの場合、横縞の外光吸収層）のみではコントラスト低下を招く外光の遮蔽性、吸収性に限界があった。
このように、反射型スクリーンにおいて、入射した光を有効利用するとともに、外光の遮蔽性及び吸収性を向上させることが望まれていた。

本発明の反射型スクリーンの一態様は、凹プリズム状のセル要素を複数整列配置してスクリーン面を構成する。各セル要素は、二つの台形斜面と二つの三角形斜面との４つの斜面が寄棟屋根状に接合された凹プリズム状の形状を有する。二つの台形斜面のうちの一方を光を反射する主反射面とし、主反射面とスクリーン面とのなす傾斜角度θｖが、２０°以上５０°以下の範囲とする。各セル要素を凹プリズム状とすることによって、プロジェクターから入射した光を水平方向に配置された斜面にも反射させる。これにより、水平方向の視野角を制御することができる。その結果、コントラストの更なる向上が可能となる。

本発明の反射型スクリーンの一態様において、４つの斜面のうち、少なくとも一つの傾斜斜面に外光吸収機能を持たせ、他の傾斜斜面に反射機能を持たせることが好ましく、各三角形斜面と前記スクリーン面とのなす傾斜角度θｈが４０°以上８０°以下の範囲であることが好ましい。主反射面に対向する台形斜面が光吸収機能を有する外光光吸収面であることが特に好ましい。

本発明の反射型スクリーンの一態様によれば、入射した光を有効利用するとともに、外光の遮蔽性、吸収性を向上させることができる。

本発明の実施形態１に係る反射型スクリーンの正面図である。 本発明の実施形態１に係る反射型スクリーンを構成するセル要素を拡大して表す正面図及び断面図である。 セル要素の反射層、及び外光吸収層を明示した断面図（垂直方向の断面）である。 セル要素の反射層、及び外光吸収層を明示した断面図（水平方向の断面）である。 本発明の実施形態１に係る反射型スクリーンとプロジェクターの位置関係を示す投射系の全体説明図（斜視図）である。 本発明の実施形態１に係る反射型スクリーンとプロジェクターの位置関係を示す投射系の全体の平面図である。 本発明の実施形態１に係る反射型スクリーンとプロジェクターの位置関係を示す投射系の全体の側面図である。 本発明の実施形態１に係る反射型スクリーンのセル要素による水平方向の視野角制御性の説明図である。 本発明の実施形態１に係る反射型スクリーンの成形に用いるシームレスなロール金型を製作する工程を説明する図である。 図４Ａの工程により製作したロール金型の成形面の一部分を拡大して表した図である。 実施例２の反射型スクリーンを説明する図である。 実施例２の反射型スクリーンのセル要素の一部分（反射型スクリーンの上部に近い側）を拡大して表す断面図である。 実施例２の反射型スクリーンのセル要素の一部分（反射型スクリーンの底部に近い側）を拡大して表す断面図である。 本発明の実施形態１に係る反射型スクリーンの成形に用いるシームレスなロール金型を製作する工程を説明する図である。 図６Ａの工程により製作したロール金型の成形面の一部分（反射型スクリーンの上部に近い側）を拡大して表した図である。 図６Ａの工程により製作したロール金型の成形面の一部分（反射型スクリーンの底部に近い側）を拡大して表した図である。 実施例３の反射型スクリーンを構成するセル要素を拡大して表す正面図及び断面図である。 実施例４の反射型スクリーンを構成するセル要素を拡大して表す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明は省略する。

実施形態１．
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る反射型スクリーンの正面図である。図１Ａでは、横幅ＷＳ、高さ（縦長さ）ＨＳの反射型スクリーン１を示し、反射型スクリーン１のスクリーン面（スクリーン主面）は、複数のセル要素が整列配置されている。スクリーン面と平行な面をＹＺ平面として以降の説明を進める。スクリーン面は、鉛直方向に対して傾斜角度を有していなくても、傾斜角度を有していてもよい。
図１Ｂは、反射型スクリーンを構成する複数のセル要素の一部分を、拡大して表した正面図である。図１Ｂでは、図１Ａの反射型スクリーン１の任意の領域におけるセル要素の整列配置を示しており、水平、垂直方向に各３個のセル要素（９個のセル要素）が並んだ状態を示す。図１Ｂでは、９個のセル要素を拡大して表した正面図と、正面図のＩα−Ｉα断面図と、正面図のＩβ−Ｉβ断面図とを示す。図１Ｂでは、後述するロール金型によって製作した賦形フィルムの状態を示しているが、図１Ｃ、図１Ｄでは、図１Ｂに示すセル要素について、反射層（反射面）、及び外光吸収層（外光吸収面）を明示した断面図を示す。

図２Ａ−図２Ｃは、本発明の実施形態1に係る反射型スクリーンとプロジェクターの位置関係を示す投射系の全体説明図であり、それぞれ斜視図、平面図（真上方向からの矢視図）、側面図（真横方向から矢視図）を表す。図２Ａ−図２Ｃでは、反射型スクリーン１が、プロジェクター４が設置される位置の水平面（ＸＹ方向の平面）より高い、高さＤＨの位置に設置され、反射型スクリーン１とプロジェクター４との間は距離ＤＩである例を示す。また、プロジェクター４から反射型スクリーン１の中心（横幅ＷＨ／２、高さＤＨ／２の交点）へ入射する光の仰角（プロジェクター４の投射角度）をφで示す。

図面を参照して、セル要素６について詳述する。本発明の実施形態１に係る反射型スクリーン１では、セル要素６が複数整列配置され、スクリーン面を構成する。一つのセル要素６（セル要素６の単位）は、二つの台形斜面６１、６３と二つの三角形斜面６２、６４からなる。台形斜面６１、６３が対向し、三角形斜面６２、６４が対向するように配置され、これら４つの斜面が寄棟屋根形状に接合して凹プリズム状を形成している。

台形斜面６１は、プロジェクター４からの投射光を反射する主反射面である。台形斜面６１は、反射型スクリーン１に対するプロジェクター４の投射角度に対して適切な鉛直方向の傾斜角度θｖ（台形斜面６１とスクリーン面とのなす傾斜角度）が設けられている。台形斜面６１は、反射面としての機能させるため、白色反射材により白色塗工が施されているか、または、白色素地面となっている。主反射面とスクリーン面とのなす傾斜角度θｖが、２０°以上５０°以下の範囲であることが好ましい。

一方、台形斜面６３は、台形斜面６１と対向する側に位置して外光を吸収する光吸収機能を実現する。例えば、台形斜面６３は、黒色面とするため、コントラスト低下をきたす外光を吸収させるための黒色塗工が施されているか、または、黒色素地面となっている。
セル要素６を構成する４つの斜面のうち、少なくとも一つの傾斜斜面に外光吸収機能を持たせ、他の傾斜斜面に反射機能を持たせることが好ましい。実施形態１では、台形斜面６３に外光吸収機能を持たせる場合を説明するが、これに限られるわけではなく、他の斜面に外光吸収機能を持たせてもよい。

三角形斜面６２、６４は、プロジェクター投射光を反射する反射面として機能する。三角形斜面６２、６４は、水平方向の傾斜角度θｈ（三角形斜面６２、６４それぞれとスクリーン面とのなす傾斜角度）を有する。三角形斜面６２、６４は、台形斜面６１と同様に、反射面として機能するように形成される。各三角形斜面６２、６４とスクリーン面とのなす傾斜角度θｈが４０°以上８０°以下の範囲であることが好ましい。

図１Ｃ、図１Ｄは、反射層６５及び外光吸収層６６の両方を明示した断面図である。図１Ｃは、図１ＢのＩβ−Ｉβ断面に反射層６５及び外光吸収層６６を付加したときの状態を示し、図１Ｄは、図１ＣのＩｄ−Ｉｄ断面の状態を示す。図１Ｃ、図１Ｄは、反射層６５及び外光吸収層６６の両方を示しているが、賦形フィルムの樹脂自体が、例えば白色反射材を含み、台形斜面６１自体や三角形斜面６２、６４自体が反射面として機能する場合、台形斜面６３上に外光吸収層６６を形成すればよい。また、これとは逆に、賦形フィルムの樹脂自体が、例えば黒色外光吸収材を含み、台形斜面６３自体が外光吸収層６６として機能する場合、台形斜面６１及び／又は三角形斜面６２、６４上に反射層６５を形成すればよい。

本実施形態の反射型スクリーン１は、次のような有利な効果を奏する。例えば、従来技術による反射型スクリーンがストライプ状の外光吸収層を設けているのに対して、本発明による反射型スクリーでは、凹プリズム状のセル要素６を複数整列配置してスクリーン面を構成する。これにより、凹プリズム状の少なくとも一つの傾斜斜面に外光吸収機能を持たせ、他の傾斜斜面に反射機能を持たせ、入射した光の利用効率を向上させ、外光の遮断性及び吸収性を向上させる。
例えば図３に示すように、水平方向の視野角を制御することが可能になる。図３は、反射型スクリーン１のスクリーン面の任意の領域の断面図であり、プロジェクター４から入射される光の経路を示している。図３では、断面図の左側がスクリーン面の中央であり、右側がスクリーン面の端部となる場合を示す。図３の断面図は、図１Ｄと同様の断面（図１Ｃに示すＩｄ−Ｉｄ断面）を示し、反射層６５及び外光吸収層６６を明示している。
図３に示すように、セル要素６を構成する三角形斜面６２、６４上に形成された反射層６５がプロジェクター４の投射光の水平方向の視野角を制御する機能を果たす。同時に、斜め上方から入射する外光と横方向から入射する外光の一部が台形斜面６１及び三角形斜面６２、６４の反射層６５での多重反射により台形斜面６３の外光吸収層６６に案内される。その結果、コントラストの更なる向上が可能となる。

また、本発明による反射型スクリーン１は、セル要素６が水平／垂直方向に整列配置された形態を基本型とするが、セル要素６の凹プリズム状の凹部（凹空間）を透明樹脂または光拡散材を含有した透明樹脂で充填して平坦面とすることにより、凹部への汚れの付着を防止し、また平坦面をＡＧ（Anti Glare）処理（例えば、エンボス面にする加工）、或いはＡＲ（Anti Reflection）処理することにより、ホットバンドの抑制や、コントラスト性能の向上が図られることになる。

次に、本発明のよる反射型スクリーンの製法について概要を説明する。
本発明による反射型スクリーン製造の低コスト化には、ロールｔｏロール方式が賦形フィルムの成形に適している。加えて、ロールｔｏロール方式で用いる成形ロールとして、低コストの実現にはシームレスなロール金型（金型ロール、または、彫刻金型ロールともいう）を用いることが好ましい。公知技術として、例えば、基材樹脂をポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）あるいはポリカーボネイト樹脂（ＰＣ樹脂）とし、これを溶融押出法によりリニアフレネルレンズシートを製造するために用いるロール金型を製作する場合、総型バイトを用いてロール旋盤で容易にロール金型に彫刻することが可能である。

本発明による反射型スクリーンのロール金型の製作に於いても、同様にロール旋盤で総型バイトを用いた彫刻が可能である。図４Ａは、本発明の実施形態１に係る反射型スクリーンの成形に用いるシームレスなロール金型を製作する工程を説明する図である。図４Ｂに図４Ａの工程により製作したロール金型の成形面の一部分を拡大して表す。図４Ｂでは、図面の横方向に５個、縦方向に４個のセル要素（合計２０個のセル要素）の任意の位置の成形面を拡大して示す。

図４Ａに示すように、セル要素６の三角形斜面６２、６４を形成するために、ロール金型２０の長手方向に総型バイト２２を用いて第１のＶ溝を彫刻し（図４Ａの上段）、次にセル要素６の台形斜面６１と台形斜面６３を形成するために、第１のＶ溝と直交する形でロール金型２０の円周に沿って総型バイト２３を用いて第２のＶ溝を彫刻すればよい（図４Ａの下段）。ここで、ロール金型２０は、両端のシャフト部がロール旋盤（図示せず）にチャッキングされ、ロール旋盤で総型バイト２２、２３を移動させて彫刻する。総型バイト２２、２３は、ロール旋盤に付属の刃物台２１に取り付けられる。刃物台２１は、旋回機能を有し、ロール金型２０に対して総型バイトの角度を調整制御できる機能を有する。図４Ａでは、ロール金型２０の横幅方向（図４Ａの左右方向）が反射型スクリーンの高さ（ＨＳ）方向となっている。このように、公知で汎用的な手段により、幅広、かつ、シームレスなロール金型２０を容易に得ることが出来る。

ロール金型２０表面には、図４Ｂに示すような寄棟屋根状の凸四角錐が形成される。従って、このようなロール金型２０で成形した賦形フィルムは、本発明の反射型スクリーンの凹プリズム状のセル要素６が形状転写されることになる。図４Ｂでは、成形面をＩＶａ−ＩＶａに沿って切断した断面図と、ＩＶｂ−ＩＶｂに沿って切断した断面図とを示す。

本発明による反射型スクリーンの製法は、ロール金型を用いてＰＣやＰＭＭＡといった熱可塑性樹脂を押出してバンク成形してもよく、例えば、押出成形で得られたフィルム状物の表面に熱転写法で形状賦形を行ってもよい。或いは、ポリエチレンフタレート（ＰＥＴ）等のベースフィルムに紫外線硬化樹脂を用いて形状転写を行っても良い。

加えて、上述した反射型スクリーンの製法の何れの場合に於いても、反射材と外光吸収材の組み合わせにより、次の二つの方法がある。詳細には、（１）白色反射材を含有した樹脂でベースとなる賦形フィルムを形成した後に、次工程で外光吸収層６６となる黒色層を塗工する場合と、逆に、（２）黒色外光吸収材を含有した樹脂でベースとなる賦形フィルムを形成した後に、反射層６５（白色反射層）を塗工する場合とがある。前者製法において黒色層の塗工は、例えば掻取り印刷法によって可能であり、後者製法において白色反射層の塗工は、スプレー塗工法、インクジェット塗工法等の公知の技術が適応できる。

表１に実施例１−３で製作する反射型スクリーンの仕様の一部を示す。

〔実施例１〕
実施例１では、本発明による反射型スクリーンの基本形態の一つを示す。セル要素は図１Ｂに示したものを用いる。成形に必要となるロール金型は図４Ａに示す通り、硬質銅メッキ等の金属層を付与したロールに対し、三角形斜面６２、６４を形成するための総型バイト２２を用いてロール長手方向にシェービング切削し、角度割り出しを行いつつロールを微小回転送りさせて次の溝を加工する。次に、台形斜面６１、６３を形成するための総型バイト２３を用いて、一溝毎に突っ切り切削を繰り返す。このように、ロール旋盤を用いた交差切削法により、成形に必要なロール金型は容易に得ることが出来る。
前述の通り、実施形態１の反射スクリーンの成形は，熱可塑性樹脂を押出してバンク成形、押出成形で得られたフィルム状物の表面に熱転写法で形状賦形、或いはＰＥＴ等のベースフィルムに紫外線硬化樹脂を用いた形状転写の何れによってもシームレスな連続成形が可能である。

〔実施例２〕
実施例２では、台形斜面６１（主反射面）とスクリーン面とのなす傾斜角度θｖに変化をつけた反射型スクリーンを示す。図５Ａに実施例２の反射型スクリーンとプロジェクターとの関係を示す。図５Ｂに実施例２の反射型スクリーンのセル要素の一部分（反射型スクリーンの上部に近い側、図５ＡのＢで示す任意の部分）を拡大して表す断面図を示す。図５Ｃに、実施例２の反射型スクリーンのセル要素の一部分（反射型スクリーンの底部に近い側、図５ＡのＣで示す任意の部分）を拡大して表す断面図を示す。図５Ｂ、図５Ｃでは、反射層６５と外光吸収層６６とを形成した例を示す。
詳細には、実施例１では、なす傾斜角度θｖは、各セル要素６で同一としていた、これに対し、実施例２では図５Ａ−図５Ｃに示すようにセル要素６の台形斜面６１を反射型スクリーンの上辺側から下辺側に向かうにつれて徐々に緩める。これにより、より高い仰角（φ）に対してもスクリーンの面内輝度が均一になるようにした応用例である。

必要となるロール金型は図６Ａに示す通り、台形斜面６１、６３を形成する総型バイト２３を取り付ける刃物台を微小旋回送りして（図６Ａの下段に微小旋回送りする状態を示す）、所望の傾きを有する台形斜面６１、６３を切削することによって容易に得ることができる。
図６Ｂに図６Ａの工程により製作したロール金型の成形面の一部分（反射型スクリーンの上部に近い側、図５ＡのＢで示す任意の部分）を拡大して表す。図６Ｃに図６Ａの工程により製作したロール金型の成形面の一部分（反射型スクリーンの底部に近い側、図５ＡのＣで示す任意の部分）を拡大して表す。図６Ｂ、図６Ｃでは、図面の横方向に５個、縦方向に３個のセル要素（合計１５個のセル要素）の任意の位置の成形面を拡大して示す。また、図６Ｂでは、成形面をＶＩｂ−ＶＩｂに沿って切断した断面図を示し、図６Ｃでは、成形面をＶＩｃ−ＶＩｃに沿って切断した断面図を示す。傾斜角度θｖｂがθｖｃより大きい角度（θｖｂ＞θｖｃ）になるように成形される。

〔実施例３〕
実施例３では、実施例１に比べ対して、セル要素６の三角形斜面６２、６４の面積を小さくする場合である。反射面として機能する三角形斜面６２、６４を小さくすることにより、反射画像の水平方向の視野角を広くした場合の応用例である。必要となるロール金型は、実施例１の総型バイト２２の切り込み深さを浅くすることで三角形斜面６２、６４の面積を調整することにより製作が可能である。図７に、実施例３の反射型スクリーンを構成するセル要素を拡大して表す正面図及び断面図を示す。図７は、図１Ｂと同様に、正面図及び断面図（ＶＩＩα−ＶＩＩα断面、ＶＩＩβ−ＶＩＩβ断面）を示している。

〔実施例４〕
実施例４は、反射型スクリーンにＡＧ処理またはＡＲ処理を施す場合である。図７は、反射型スクリーンに、ＡＧ処理またはＡＲ処理を施した複数のセル要素のセル列の断面図である。具体的には、セル要素から構成される反射型スクリーン（実施例１−３のいずれであってもよい）表面に透明粘着材３０を塗工してセル要素の凹凸部を平坦にした後（凹凸部に透明延着材を充填した後）、ＡＧ、ＡＲ機能を有する機能性フィルム（ＡＧフィルム、ＡＲフィルム等）の光学機能性フィルムを平坦部へ貼合する、あるいは、塗工して塗工層を形成したときのセル列の断面を表している。符号３１で示す部分が機能性フィルムまたは塗工層に相当する部分である。

なお、本発明は上記に示す実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲において、上記実施形態の各要素を、当業者であれば容易に考えうる内容に変更、追加、変換することが可能である。

１ 反射型スクリーン
４ プロジェクター
６ セル要素
６１、６３ 台形斜面
６２、６４ 三角形斜面
６５ 反射層（反射面）
６６ 外光吸収層（外光吸収面）
３０ 透明粘着材
３１ 機能性フィルムまたは塗工層
Ｘ スクリーン面（ＹＺ平面）に対する垂線方向
Ｙ スクリーン面の水平方向（横方向）
Ｚ スクリーン面の鉛直方向（縦方向）
ＷＳ 反射型スクリーンの横幅
ＨＳ 反射型スクリーンの高さ（縦長さ）
ＤＩ 反射型スクリーンとプロジェクターの距離
ＥＬ スクリーン面の中心に対するプロジェクターの仰角
ＤＨ プロジェクター位置との反射型スクリーンの底辺との間の高さ
ＷＣ セル要素の横幅
ＨＣ セル要素の高さ（縦長さ）
θｖ、θｖｃ、θｖｄ スクリーン面（ＹＺ平面）と反射面とがなす傾斜角度
θｈ スクリーン面（ＹＺ平面）とセル要素の左右の三角形斜面とがなす傾斜角度
φ スクリーン面に対するプロジェクターの仰角

Claims (5)

1. 凹プリズム状のセル要素を複数整列配置してスクリーン面を構成し、
   各セル要素は、前記凹プリズム状として、二つの台形斜面と二つの三角形斜面との４つの斜面が寄棟屋根状に接合された形状を有し、
   前記二つの台形斜面のうち、一方を、光を反射する主反射面とし、前記主反射面と前記スクリーン面とのなす傾斜角度θｖが、２０°以上５０°以下の範囲であり、
   前記主反射面に対向する台形斜面が光吸収機能を有する外光吸収面である、反射型スクリーン。
2. 各三角形斜面と前記スクリーン面とのなす傾斜角度θｈが４０°以上８０°以下の範囲であることを特徴とする請求項１記載の反射型スクリーン。
3. 前記傾斜角度θｖは、前記スクリーン面の底辺から近いセル要素より、底辺から遠いセル要素の方が大きいことを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の反射型スクリーン。
4. 前記スクリーン面の凹空間を透明樹脂または光拡散材を含有する透明樹脂を充填して平坦面とし、該平坦面をアンチグレア処理したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の反射型スクリーン。
5. 前記スクリーン面の凹空間を透明樹脂または光拡散材を含有した透明樹脂を充填して平坦面となし、該平坦面を反射防止処理したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の反射型スクリーン。

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