JP6020457B2

JP6020457B2 - スクリーン

Info

Publication number: JP6020457B2
Application number: JP2013536001A
Authority: JP
Inventors: 藤男奥村
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2032-07-10
Also published as: WO2013046858A1; JPWO2013046858A1; US20140240825A1; US9013791B2

Description

本発明は、入射した光を拡散して出射するスクリーンに関する。

リアプロジェクションテレビなどに使用されるスクリーンには、視野角を向上し、また、出射光の輝度（強度）の均一性を高めるために入射光を拡散して出射する機能が要求される。近年、波長が一定であること、直線偏光を効率よく得ることができる、などの特性から画質の高いレーザによる映像光が用いられることが多い。レーザによる映像光は直進性が高いことから上記の拡散機能は特に重要となる。

図１は、例えば、特許文献１（特開２００８−８３６８７号公報）に開示される出射光の輝度の均一化を図った光拡散スクリーンの構成を示す図である。

スクリーン１０は、レンチキュラーレンズ１１とフレネルレンズ１２とで構成される。光源７０から射出された光が、投射レンズ８０を介して投射され、その光が入射光を拡散するフレネルレンズ１２に入射光として入射される。フレネルレンズ１２に入射した入射光は、フレネルレンズ１２内の光拡散材により、位相がずれて乱れた散乱波となり、フレネルレンズ１２から射出して、レンチキュラーレンズ１１に入射する。レンチキュラーレンズ１１に入射した光は、特に水平方向に配光され、射出光（散乱波）は干渉し合って輝度が均一化される。

特許文献１に記載のスクリーンでは、拡散性を備えるフレネルレンズと該フレネルレンズへ入射光を揃えた状態とするためのレンチキュラーレンズを用いている。構成をより簡単とするために、入射側にレンズアレイを形成することでも同様の効果を得ることができる。

また、光拡散特性を良好とし、出射光を反射光よりも多いものとするために、２種類の粒径を持つ光拡散性微粒子をバインダーに分散させた光拡散スクリーンが提案されており、例えば特許文献２（特許第４４０１６８１号公報）に開示されている。

図２は特許文献２に開示されるような光拡散スクリーンの光拡散特性を示す図である。

図２（ａ）は、ランプなどで発生した入射光２０２を入射させ、図２（ｂ）はレーザビーム２０５を入射させたときの光拡散特性を示している。

図２（ａ）に示すように、光拡散スクリーン２０１への入射光２０２は、多くの部分が散乱した出射光２０３となり、一部が裏面反射光２０４となる。図２中、出射光２０３と裏面反射光２０４の矢印の長さは、各方向に散乱する光の強度を示している。光拡散微粒子を単に分散させた場合には出射光と裏面反射光の割合はほぼ同程度となるが、２種類の粒径を持つ光拡散性微粒子をバインダーに分散させることにより、出射光２０３が裏面反射光２０４よりも多いものとなっている。

レーザビーム２０５を入射させた場合にも、図２（ｂ）に示すように、出射光２０６が裏面反射光２０７よりも多いものとなる。

図３は、特許文献２に開示されるような光拡散スクリーンにレーザビームを入射したときの光拡散特性をより詳細に説明するための図である。

図３（ａ）に示すように、視野角が１４０度である光拡散スクリーン３０２に対して、レーザ３０１からのレーザ光を入射角度０度、２０度、４０度として入射させ、それぞれの出射光について、その光度を輝度器計３０３により計測した。輝度計３０３は−７０度から７０度の範囲に５度刻みで円弧状に移動させた。

図３（ｂ）は上記の測定結果を示す。レーザビームの直進性が高いことから、散乱光はレーザビームの進行方向に沿った方向の強度が高いものとなっている。

特許文献３（特開２０１０‐１４５７７０号公報）には、コントラスト向上のために波長選択性を持たせ、視野角特性を良好とするための構成として、波長選択性を持たせた微小片を分散させる層を備え、その透過光を分散させるスクリーンが開示されている。

特開２００８−８３６８７号公報特許第４４０１６８１号公報特開２０１０‐１４５７７０号公報

上述した光拡散スクリーンのうち、特許文献１に開示されるような規則的に配置されるレンズを使用したものでは、その規則性から特定の方向の散乱光の強度が高くなってしまい、視野角についての性能が不十分となる。

特許文献２に記載された光拡散スクリーンにおいても、直進性が高いレーザビームを用いた場合には、レーザビームの進行方向に沿った方向の散乱光の強度が高くなってしまい、視野角についての性能が不十分となる。

特許文献３に記載のスクリーンでは、波長選択性を持たせた微小片を分散させることとしている。波長選択性を備える素子の反射光強度、透過光強度は一般的に入射角依存性を持つ。このため、単に微小片を分散させた場合には微小片への入射角度が一定とならないことから、その透過光、その後の散乱光の強度が一定とならず、色むらが発生し、均一な画像を得ることは難しい。

本発明は、スクリーンから出射する散乱光について、光度がより均一化されたスクリーンを実現することを目的とする。

本発明によるスクリーンは、入射面から入射する入射光を拡散させて、該入射面と対向する出射面から出射するスクリーンであって、
入射面側に形成され、入射光の一部を反射させるミラーを備えた第１の光拡散領域と、
出射面側に形成され、ミラーによる反射光を含めて入射光を散乱させる第２の光拡散領域を備えた光拡散機能を有する。

上記のように構成される本発明においては、光拡散効果がさらに向上したものとなる。

特許文献１に開示された光拡散スクリーンの構成を示す図である。特許文献２に開示された光拡散スクリーンの光拡散特性を示す図であり、（ａ）は、ランプなどで発生した入射光を入射させたときの光拡散特性を示し、（ｂ）はレーザビームを入射させたときの光拡散特性を示している。（ａ），（ｂ）のそれぞれは、特許文献２に開示された光拡散スクリーンにレーザビームを入射したときの光拡散特性をより詳細に説明するための図である。本発明による一実施形態の構成を示す図である。（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。（ａ）〜（ｄ）のそれぞれは、図４に示した微小ミラー４０３の変形例を示す図である。（ａ）〜（ｃ）のそれぞれは、微小ミラーの配置についての変形例を示す図である。本発明による他の実施形態の構成を示す断面図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図４は本発明による一実施形態であるスクリーン４００の構成を示す図である。本実施形態は図４（ａ）の断面図に示されるように、光拡散スクリーン４０１と透明体４０２から構成されている。

光拡散スクリーン４０１は、図１または図２に示したような、２種類の粒径を持つ光拡散性微粒子をバインダーに分散させたもので、一方の面に入射した光を拡散させて他方の面から出射する機能を有する。透明体４０２は、樹脂などの透明部材からなるもので、平板形状の微小ミラー４０３が埋設されている。

図４（ｂ）は、透明体４０２を入射側から見た平面図であり、図４（ａ），（ｂ）に示されるように、微小ミラー４０３は、入射面に対して反射面が垂直となり、また、反射方向がランダムとなるように透明体４０２の内部に不規則に埋設されている。

図４（ａ）において、透明体４０２に入射する入射光４０４は、実際に即するように、ビーム径を持つものとして示されている。入射光４０４の一部は微小ミラー４０３で反射することにより透明体４０２への入射方向と異なる第１の方向で光拡散スクリーン４０１に入射し、一部は微小ミラー４０３で反射することなく、透明体４０２への入射方向と同じ第２の方向で光拡散スクリーン４０１に入射する。このため、光拡散スクリーン４０１からの出射光４０６は第１の方向と第２の方向に向かうものが散乱したものとなり、より広く散乱するために光度がより均一化される。

微小ミラー４０３によって発生する拡散光の割合は、微小ミラー４０３の大きさや透明体４０２の厚さ、入射光４０４の入射角度、ビーム径などにより決定されるものであり、スクリーン４００を使用する装置の光学系の状態に応じて適宜変更することにより、拡散光の割合を調節することができる。

なお、本実施形態においては、光拡散スクリーン４０１からの裏面反射に加えて、微小ミラー４０３の端面からの反射光４０５が発生する。しかしながら、微小ミラー４０３は極めて薄く形成されるため、その発生量は少なく、発光量への影響は少ないものとなっている。

図５は、図４に示した微小ミラー４０３の変形例を示す図である。

図５（ａ）には円柱状、図５（ｂ）には角柱状、図５（ｃ）には規則的なハニカム形状の連続体、図５（ｄ）には不規則な形状の連続体の微小ミラーが示されている。なお、ここでいう、円柱状、角柱状、ハニカム形状とは、ミラーで形成されている形状を指す。ミラーの反射面は、ミラーの一面の一部に形成されていても良いし、ミラーの一面の全面に形成されていても良い。

図５（ａ），（ｂ）に示すような柱状のものについては、透明体を内部と外部で異なる材質のものとしてもよく、例えば、中空構造としてもよい。また、微小ミラーの寸法について言うと、図４（ｂ）に示したように同じ大きさをする必要は無く、個々の大きさが異なるものであってもよい。全体として光拡散スクリーンに対して均一な拡散が得られる密度や不規則性が保たれていれば良い。

図５（ｃ），（ｄ）に示すような連続体の場合には支持構造が十分な強度を持つものであれば樹脂などの透明体を設けることなく、中空構造としてもよい。図５（ｃ）に示すようなハニカム構造とする場合には製造自体は容易となるが、規則性を持つこととなるので、干渉縞が発生する可能性がある。このため、図５（ｄ）に示すような不規則性を備える形状とすることが好ましい。

なお、上述した連続体は、隣接するミラー同士が接続する構成であっても良い。

図４に示した例では、微小ミラー４０３は、入射面に対して反射面が垂直となるように透明体４０２の厚さ方向全体に亘って内部に埋設されたものを示したがこれに限定されるものではない。微小ミラーの配置についての変形例を図６に示す。

図６（ａ）に示す微小ミラー６０１は、その反射面が入射面に対して垂直ではなく、傾斜を有するように設けられている。傾斜角度は入射面に対して４５度から１３５度が望ましく、６０度から１２０度が望ましい。なお、反射面は入射面に対して略垂直であっても良い。図６（ｂ）に示す微小ミラー６０２は、透明体の厚さ方向全体に亘って形成されるのではなく、一方の面から所定深さまで形成されている。このような形状の微小ミラー６０２は、例えばナノインプリント技術を用いて形成することができる。図６（ｃ）に示される微小ミラー６０３は、透明体の厚さよりも短いものとされ、形成される入射面からの位置は特に一定とされていない。

図５および図６を用いて、微小ミラーの形状および形成位置について説明したが、これらの組み合わせ、例えば、図５に示した様々な形状のものを図６（ａ）に示したように傾斜させて設けることや、図６（ｂ）に示したように一方の面から所定深さまで形成することも可能である。また、図５（ａ），（ｂ）に示したような独立に設けられる柱状のものについては図６（ｃ）に示したように、様々な位置に設けることが可能であり、このような構成としてもよい。

図７は本発明による他の実施形態であるスクリーン７００の構成を示す断面図である。

本実施形態は、図２に示したような、２種類の粒径を持つ光拡散性微粒子をバインダーに分散させた光拡散スクリーン７０１の内部に微小ミラー７０２を設けた構造を有している。微小ミラー７０２は、図４（ｂ）に示したように、不規則に、入射面（図面右側）から一定の深さまで形成されている。本実施形態においては、微小ミラー７０２が形成されている領域７０３（第１の光拡散領域）で入射光が拡散され、第２の光拡散領域となる図面左側部分にてさらに拡散されて出射される。

上記のように構成される本実施形態においては、第１の実施形態のように透明体を設けることなく、光拡散スクリーン７０１に直接微小ミラー７０２が形成されているため、透明体との屈折率差によって反射が生じることがない。また、入射光は、微小ミラー７０２で一部が反射される前に様々な方向に散乱するので、散乱性がさらに向上したものとなる。

図４ないし図６に示した実施形態においても、図７に示した実施形態のように、透明体の代わりに光拡散スクリーン７０１と同じ材料を用いるものとしてもよい。

また、上記の各実施形態においては出射側にて微小ミラーにより予め拡散された光出射側に設けられた光拡散スクリーン７０１に入射する。このため、光拡散スクリーン７０１の変わりに、図１に示したレンチキュラーレンズとフレネルレンズを用いても光拡散効果は十分なおものとなり、このような構成としてもよい。

また、第１の光拡散領域を第１の層とし、第２の光拡散領域を第２の層として良い。第２の層は第１の層上に積層されていても良い。

また、ミラーの周囲には透明体が配置されても良い。

また、第１の光拡散領域のミラーの周囲に配置された材料と、第２の光拡散領域の材料とが同一であっても良い。

この出願は２０１１年９月２７日に出願された日本出願特願２０１１−２１１５８７号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

４００，７００スクリーン
４０１，７０１光拡散スクリーン
４０２透明体
４０３，６０１，６０２，６０３，７０２微小ミラー
４０４入射光
４０５反射光
４０６出射光

Claims

入射面から入射する入射光を拡散させて、該入射面と対向する出射面から出射するスクリーンであって、
前記入射面側に形成され、前記入射光の一部を反射させるミラーを複数備えた第１の光拡散領域と、
前記出射面側に形成され、前記ミラーによる反射光を含めて前記入射光を散乱させる第２の光拡散領域を備え、
前記ミラーのそれぞれが、その反射方向がランダムとなるように設けられたスクリーン。
入射面から入射する入射光を拡散させて、該入射面と対向する出射面から出射するスクリーンであって、
前記入射面側に形成され、前記入射光の一部を反射させるミラーを複数備えた第１の光拡散領域と、
前記出射面側に形成され、前記ミラーによる反射光を含めて前記入射光を散乱させる第２の光拡散領域を備え、
前記ミラーで形成されている形状が円柱状であり、不規則に設けられているスクリーン。
請求項１または請求項２に記載のスクリーンにおいて、
前記ミラーの反射面が前記入射面に対して４５度〜１３５度の範囲で傾斜しているスクリーン。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のスクリーンにおいて、
前記第２の光拡散領域では、２種類の粒径を持つ光拡散性微粒子がバインダーに分散されているスクリーン。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のスクリーンにおいて、
前記第１の光拡散領域は第１の層であり、前記第２の光拡散領域は第２の層であり
前記第２の層は前記第１の層上に積層されているスクリーン。
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のスクリーンにおいて、
前記ミラーの周囲には透明体が配置されるスクリーン。
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のスクリーンにおいて、
前記第１の光拡散領域の前記ミラーの周囲に配置された材料と、前記第２の光拡散領域の材料とが同一であるスクリーン。
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のスクリーンにおいて、
前記第２の光拡散領域は、フレネルレンズおよびレンチキュラーレンズを備えるスクリーン。
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のスクリーンにおいて、
前記ミラーは前記第１の光拡散領域に埋設されているスクリーン。
請求項１、請求項３ないし請求項８のいずれかに記載のスクリーンにおいて、
前記ミラーで形成されている形状が柱状であるスクリーン。
請求項１、請求項３ないし請求項１０のいずれかに記載のスクリーンにおいて、
前記ミラーで形成されている形状が角柱状であるスクリーン。
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のスクリーンにおいて、
隣接する前記ミラー同士が接続するスクリーン。
請求項１、請求項３ないし請求項１２のいずれかに記載のスクリーンにおいて、
前記複数のミラーは不規則に配設されているスクリーン。
請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載のスクリーンにおいて、
前記ミラーの反射面が前記入射面に対して６０度〜１２０度の範囲で傾斜しているスクリーン。
請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載のスクリーンにおいて、
前記ミラーの反射面が前記入射面に対して略垂直に位置するスクリーン。