JP6167315B2 - スクリーン及び映像表示システム - Google Patents

Description

本開示は、プロジェクタから投写された映像を拡散反射させる反射性と、背景を透過させる透明性とを有するスクリーンに関する。

近年、背景を透過させる透明性を有しつつ、プロジェクタから投写された映像を拡散反射させて映像を表示する透明スクリーンが提案されている。例えば、透明スクリーンを備える映像表示システムは、透明スクリーンを高層ビルの窓に設置して夜景と映像を重畳させて表示したり、ライブイベントなどで空中に映像が表示されたかのように演出したりする。このように、プロジェクタによる新しい映像表現を実現するキーデバイスとして、透明スクリーンは期待されている。

プロジェクタによる映像投写方式としては、スクリーン背面より映像を投写して透過像として映像を表示する背面投写方式と、スクリーン前面より映像を投写して反射像として映像を表示する前面投写方式がある。背面投写方式用のスクリーンは透過型スクリーン、前面投写方式用のスクリーンは反射型スクリーンと呼ばれる。そして、透過型スクリーン、反射型スクリーンのいずれにも背景を透過させる透明スクリーンを用いることができる。

透明スクリーンの一例として、散乱層を備える構成の透過型透明スクリーンが提案されている（特許文献１、２）。この散乱層は、透明体の内部に特殊な拡散微粒子を微量分散して形成される。この構成の透過型透明スクリーンは、プロジェクタから投写された映像を散乱層で大きく拡散させて映像を表示すると共に、背景を直進透過させる。また、この構成の透過型透明スクリーンにおいて、散乱層で拡散した光は透過型透明スクリーンの背面と空気との界面でその一部が反射する。そのため、透過型透明スクリーンは、前面投写方式用のスクリーンのように反射像として映像を表示することもできる。このため、透過型透明スクリーンは、反射型透明スクリーンとして、商業施設の窓に適用されている例も有る。

さらに、反射型透明スクリーンとして、複数の凸部に特定の波長の右円偏光または左円偏光のレーザ光を選択的に反射させる選択反射層を設け、その選択反射層の表面を透明材料で被覆したものが提案されている（特許文献３）。このスクリーンは、投写されたレーザ光を映像として表示できると共に、特定の波長の偏光以外の光を直進透過させるので、背景を透過させることができる。

特開２０１１−１１３０６８号公報 特開２０１５−２１２８００号公報 特開２０１４−０７１２５０号公報

本開示は、レーザ光源以外の光源を有するプロジェクタを用いても、本来の色に近い色の背景を高い鮮鋭度で透過させ、本来の色に近い色の映像を高い鮮鋭度で表示できるスクリーンを提供する。

本開示に係るスクリーンは、プロジェクタから投写された映像を７５ｄｅｇの入射角で入射して前記映像を表面の法線方向に拡散反射させる反射性と、背景を透過させる透明性とを有するスクリーンであって、凹凸シートと、半透過の反射層と、透明層とを備える。凹凸シートは、透明材料からなり、一方の主面が平坦な面であり、他方の主面が複数の凹部および凸部が形成された凹凸形状の面である。反射層は、凹凸シートの凹凸形状の面の上に形成されている。透明層は、反射層を覆っている。凹凸形状の面の傾斜角分布は、傾斜角が２５ｄｅｇにおける分布率が０．３％／ｄｅｇ以上であり、かつ、傾斜角の全範囲で分布率を積分した値に対して、傾斜角が４０ｄｅｇより大きい範囲で分布率を積分した値の割合が２０％以下である。

本開示におけるスクリーンは、レーザ光源以外の光源を有するプロジェクタを用いても、本来の色に近い色の背景を高い鮮鋭度で透過させ、本来の色に近い色の映像を高い鮮鋭度で表示できる。

実施の形態１におけるスクリーンの使用状態を説明するための概念図である。 実施の形態１におけるスクリーンの断面構成を説明するための概念図である。 斜め下方から入射した光がスクリーン表面に対する法線方向に反射するための凹凸形状の面の傾斜角の条件を示す図である。 光の入射角と凹凸形状の面の傾斜角との関係を示す図である。 実施の形態１における凹凸形状の面の傾斜角の存在率のヒストグラムを示す図である。 実施の形態１における凹凸形状の面の傾斜角の分布率を示す図である。 実施の形態１における凹凸形状の面の傾斜角の存在率のヒストグラムを示す図である。 実施の形態１における凹凸形状の面の傾斜角の分布率を示す図である。 実施例１における凹凸形状の面の顕微鏡写真を示す図である。 実施例１における凹凸形状の面の傾斜角の分布率を示す図である。 実施例１におけるスクリーンの分光特性を示す図である。 実施例２におけるスクリーンの分光特性を示す図である。

（本開示に至った経緯）
従来から知られている、特許文献１、２に示されるスクリーンでは、背景を高い鮮鋭度で透過させることが困難である。なぜなら、これらのスクリーンでは、背景側から入射する光も散乱層で屈折して拡散してしまうため、スクリーンを透過する背景の鮮鋭度に原理的な限界がある。また、これらのスクリーンでは、映像を高い鮮鋭度で表示することも困難である。なぜなら、これらのスクリーンでは、散乱層で拡散した光がスクリーンの背面と空気との界面で反射して映像として表示される。そのため、散乱層で拡散した光は界面で反射するまでにさらに拡散してしまうため、映像の鮮鋭度が劣化する。特に、商業施設の窓ガラスに室内側から貼付けられたスクリーンに、映像を投写して室内側から映像を観察する場合、スクリーン内に設けられた散乱層と光が反射する界面との間に窓ガラスが存在することになる。そのため、散乱層と光が反射する界面との距離が長くなり、映像の鮮鋭度がさらに劣化する。また、映像の明るさを増加させるために散乱層の拡散度合いを大きくすればするほど、背景および映像の鮮鋭度の劣化が大きくなる。

一方、特許文献３に示されるスクリーンでは、選択反射層が特定の波長の光のみを反射させるために、選択反射層の透過率に顕著な波長依存性を持たせている。そのため、上記のスクリーンを透過した背景の色は、本来の色とは大きく異なる色に変化してしまう。そして、上記のスクリーンは、カラー映像を表示するために、赤、青、緑の光を反射する３層の選択反射層を備える必要が有るため、工程が複雑でコスト高になる。

更に、特許文献３に示されるスクリーンは、特定の波長の円偏光のレーザ光を選択的に反射させる。そのため、特定の波長の円偏光のレーザ光源を有するプロジェクタを用いた場合には、本来の色に近い色の映像が表示される。しかし、例えば、白色ランプから分光して赤、青、緑の光を生成する光源を有するプロジェクタや、レーザ光源よりブロードな発光スペクトルを有するＬＥＤ光源を有するプロジェクタを用いた場合には、本来の色とは大きく異なる色の映像が表示されてしまう。また、反射効率が低くなるため、映像が暗く表示されてしまう。

すなわち、特許文献１、２に示されるスクリーンでは、背景を高い鮮鋭度で透過させ、映像を高い鮮鋭度で表示することは困難である。また、特許文献３に示されるスクリーンでは、特定のレーザ光源を有するプロジェクタを用いた場合には、背景を高い鮮鋭度で透過させ、映像を高い鮮鋭度で表示することは可能である。しかし、レーザ光源以外の光源を有するプロジェクタを用いた場合には、本来の色に近い色の背景を透過させ、本来の色に近い色の映像を表示することは困難である。

そこで、本開示におけるスクリーンは、凹凸形状の面の上に形成された半透過の反射層で映像を拡散させる構成としている。これにより、レーザ光源以外の光源を有するプロジェクタを用いても、本来の色に近い色の背景を高い鮮鋭度で透過させ、本来の色に近い色の映像を高い鮮鋭度で表示できるスクリーンを実現できる。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１におけるスクリーン１０の使用状態を説明するための概念図である。図１に示すように、スクリーン１０は、反射型透明スクリーンであり、建物の窓２０に設置され、プロジェクタ３０から投写された映像を表示している。そして、スクリーン１０は、窓２０の外の背景も透過させている。つまり、スクリーン１０の前にいる人４０は、スクリーン１０において窓２０の外の背景とプロジェクタ３０から投写された映像とを同時に観察することができる。

スクリーン１０は、プロジェクタ３０から投写された映像を拡散反射させる反射性と、背景を透過させる透明性とを有するスクリーンである。スクリーン１０は、入射した可視光の一部（５％〜５０％）を拡散反射させると共に、残りの可視光の一部（３０％以上）を直進透過させる。拡散反射と直進透過を上記の割合に設定することで、人４０はスクリーン１０において映像と背景をバランスよく観察することができる。プロジェクタ３０から映像が投写されない場合、スクリーン１０が透明体として機能するため、人４０はスクリーン１０が無い場合と同様に背景を観察することが出来る。一方、プロジェクタ３０から映像が投写される場合、スクリーン１０が投写された映像の一部を拡散反射させるため、人４０は、投写された映像を観察することができ、更に背景も観察することができる。

人４０が背景を鮮明に観察できるように、スクリーン１０を透過する光は直進する必要がある。そのため、空気との界面となるスクリーン１０の表面は平坦である必要がある。スクリーン１０の表面が平坦であるため、スクリーン１０の表面での反射は鏡面反射となる。プロジェクタ３０から投写された映像の鏡面反射光が人４０の目に直接入ると、人４０は眩しくて映像を観察することが出来ない。従って、鏡面反射光がスクリーン１０の正面方向に位置する人４０に向かわないように、図１のように、プロジェクタ３０はスクリーン１０に対して大きな入射角で映像を投写する。更に、プロジェクタ３０から投写された映像が人４０に遮られないように、プロジェクタ３０はスクリーン１０の近くで、斜め下方から傾斜角度を有しながら映像を投写する。このため、プロジェクタ３０には、焦点距離の短い超短焦点プロジェクタが用いられる。このとき、スクリーン１０に入射する光の入射角は、スクリーン１０の中央部で約６５ｄｅｇになり、スクリーン上部の左右端部で約７５ｄｅｇになり、スクリーン下部の中央で約２５ｄｅｇになる。ここで、光の入射角とは、入射する光の方向と、スクリーン１０表面に対する法線方向とのなす角度を意味する。

スクリーン１０で表示される映像の視認性は、背景の明るさなどの状況によって変化する。昼などの背景が明るい場合、映像よりも背景が明るいため、スクリーン１０が高いコントラストで映像を表示することは困難となる。そのため背景が明るい場合、スクリーン１０は主に情報等を表示することに使用される。一方、夕方などの背景が薄暗い場合、スクリーン１０は高いコントラストで映像を表示することが可能になり、映像と背景との重畳による幻想的演出が可能になる。更に、夜などの背景が十分に暗い場合、スクリーン１０は、通常のディスプレイ装置と同様に、高いコントラストで映像を表示する事が出来る。

図２は、実施の形態１におけるスクリーン１０の断面構成を説明するための概念図である。図２に示すように、スクリーン１０は、凹凸シート１１と、半透過の反射層１４と、接着層１５とを備える。凹凸シート１１は、透明材料からなり、一方の主面が平坦な面であり、他方の主面が複数の凹部および凸部が形成された凹凸形状の面である。反射層１４は、凹凸シート１１の凹凸形状の面の上に形成されている。接着層１５は、反射層１４を覆う透明層である。

凹凸シート１１は、基材シート１２と透明な凹凸層１３とからなる。基材シート１２は、表面が平坦なＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの透明材料からなり、厚みが５０μｍ〜１００μｍである。凹凸層１３は、基材シート１２の表面に紫外線硬化樹脂によって凹凸層１３の表面が凹凸形状になるように形成される。この凹凸層１３の凹凸形状が、スクリーン１０の拡散特性を決定付ける。凹凸シート１１がこのように構成されているため、光が入射する面を平坦に、かつ、光が拡散反射する面を凹凸形状になるように形成することができる。

反射層１４は、凹凸シート１１の凹凸形状の面側に形成され、厚みが２ｎｍ〜１μｍの薄膜からなる。この構成にすることにより、スクリーン１０に入射する光の一部は反射し、一部は透過することができる。特に、可視光に対する透過率が３０％以上であり、かつ、可視光に対する拡散反射率が５％〜５０％であるスクリーンが実現できる。これにより、人４０はスクリーン１０において映像と背景をバランスよく観察することができる。

反射層１４は、例えば厚みが２ｎｍ〜５０ｎｍの薄膜である。薄膜は、ニッケル（Ｎｉ）、アルミ（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）のいずれかの金属、または、ニッケル、アルミ、銀、クロムのいずれかを主成分とする合金からなる。この構成にすることにより、薄膜を１層形成するだけの簡単なプロセスで反射層１４を形成することができる。

また、反射層１４は、厚みが０．５μｍ〜１μｍの誘電体多層膜とすることもできる。誘電体多層膜は、高屈折率（ｎ＝２．０〜３．０）の透明誘電体材料と低屈折率（ｎ＝１．０〜１．９）の透明誘電体材料を交互に複数層積層したものである。誘電体多層膜は、材料の屈折率や誘電体多層膜の厚みを調整することで所望の反射特性および透過特性を実現することができる。また、この構成にすることにより、反射層１４を金属の薄膜または合金の薄膜で構成にする場合に比べて、スクリーン１０に入射した光の吸収を低減することができる。これにより、スクリーン１０は、映像を高輝度で表示することができ、背景を高輝度で透過させることができる。

接着層１５は、反射層１４を覆う透明なアクリル系などの接着剤からなる。接着層１５の屈折率は、凹凸シート１１の屈折率と実質的に同じであり、約１．５である。スクリーン１０の背面に接着層１５が形成されていることで、窓２０にスクリーン１０を貼ることができる。

図２に示すように、プロジェクタ３０から投写され、スクリーン１０に斜め下方から入射した光の一部は、スクリーン１０表面に対する法線方向に拡散反射して、人４０に映像として観察される。

次に、図３を用いて、斜め下方から入射した光がスクリーン１０表面に対する法線方向へ反射するための凹凸シート１１の凹凸形状の面の傾斜角θ３の条件を説明する。ここで、傾斜角θ３とは、凹凸シート１１の平坦な面と、凹凸シート１１の凹凸形状の面において光が反射する点での接線とがなす角である。基材シート１２と凹凸層１３は、いずれも実質的に同じ屈折率の透明材料からなるので、光学的に同質である。そのため、図３において、基材シート１２と凹凸層１３を一体化させて、凹凸シート１１として表示している。

屈折率ｎの透明材料からなる凹凸シート１１の平坦な面側から、入射角θ１で入射した光は、スネルの法則により数式１で求められる角度θ２に屈折し、凹凸シート１１内を進む。

（数式１）
θ２ ＝ ｓｉｎ^−１｛ｓｉｎ（θ１）／ｎ｝
凹凸シート１１内を進む光が反射層１４でスクリーン１０表面に対する法線方向に反射する為の条件は、凹凸形状の面の傾斜角θ３が角度θ２の半分であることである。すなわち、スクリーン１０表面に対する法線方向へ反射するための凹凸形状の面の傾斜角θ３は、数式２で求められる。

（数式２）
θ３ ＝ ｓｉｎ^−１｛ｓｉｎ（θ１）／ｎ｝／２
次に、図４を用いて、凹凸シート１１の屈折率ｎが透明樹脂材料の一般的な屈折率である１．５である場合について、入射角θ１と、入射角θ１で入射した光を反射層１４でスクリーン１０表面に対する法線方向に反射させるために必要な凹凸形状の面の傾斜角θ３との関係を説明する。

前述したように、スクリーン１０に入射する光の入射角θ１は最大で７５ｄｅｇになる。図４に示すように、７５ｄｅｇの入射角で入射した光をスクリーン１０表面に対する法線方向に反射するための凹凸形状の面の傾斜角θ３は、２０ｄｅｇとなる。また、人４０が様々な角度から映像を観察するためには、スクリーン１０表面に対する法線方向から最低±１５ｄｅｇの範囲に映像を拡散させる必要が有る。凹凸シート１１の法線方向から±１５ｄｅｇの範囲に反射光を射出させるために必要な傾斜角θ３の範囲は、約±５ｄｅｇである。従って、入射角θ１が最大である７５ｄｅｇの場合に、スクリーン１０表面に対する法線方向から±１５ｄｅｇの範囲に映像を拡散させるための傾斜角θ３は、約２０±５ｄｅｇとなる。すなわち、凹凸シート１１の凹凸形状の面の傾斜角θ３は、２５ｄｅｇまでの分布を有している必要が有る。

また、４０ｄｅｇよりも大きい傾斜角θ３の反射層１４で反射した光は、凹凸シート１１と空気との界面で全反射して凹凸シート１１内に戻ってしまう。そのため、４０ｄｅｇ以上の傾斜角θ３の存在はかえってスクリーン１０の反射効率を低下させる。従って、傾斜角θ３は０ｄｅｇ〜４０ｄｅｇの範囲で適切に分布している事が望ましい。

以下、凹凸形状の面の傾斜角分布の数値化について図５〜図８を用いて説明する。

図５及び図７は、凹凸シート１１の凹凸形状の面の傾斜角θ３の存在率のヒストグラムを示す図である。図５及び図７に示すヒストグラムは、３次元測定器やレーザ顕微鏡で凹凸形状の面の傾斜角分布を計測して、その傾斜角分布から作成している。また、図５及び図７に示すヒストグラムは、いずれも同じ傾斜角分布から作成している。図５及び図７において、横軸は凹凸形状の面の傾斜角θ３の範囲を示し、縦軸は横軸が示す傾斜角の範囲内に属する凹凸形状の面の傾斜角の割合を存在率として示している。なお、横軸において、図５では、５ｄｅｇの角度範囲で傾斜角を分解して表示しているのに対し、図７では、１０ｄｅｇの角度範囲で傾斜角を分解して表示している。そのため、図７の縦軸のプロファイルは、図５の縦軸のプロファイルに比べて２倍になる。

一方、図６及び図８は、凹凸シート１１の凹凸形状の面の傾斜角の分布率を示す図である。図６及び図８のそれぞれは、図５及び図７のそれぞれから作成している。図６及び図８において、横軸は図５及び図７のそれぞれの横軸が示す各傾斜角の範囲の中央値を示し、縦軸は各傾斜角の範囲が示す存在率を傾斜角の範囲で除した値を示している。一例を、図５と図６を用いて説明する。図５において、２０ｄｅｇ〜２５ｄｅｇの傾斜角θ３の範囲が示す存在率は２０％である。そのため、図６において、横軸に２０ｄｅｇ〜２５ｄｅｇの中央値である２２．５ｄｅｇを示し、対応する縦軸に存在率である２０％を傾斜角θ３の範囲である５ｄｅｇで除した値である４％／ｄｅｇを示している。このように表示することで、傾斜角の角度範囲の分解の仕方に依存しない傾斜角分布の数値化が可能になる。すなわち、図８の縦軸のプロファイルは、図６の縦軸のプロファイルと同じになる。

なお、詳細は割愛するが、凹凸層１３のように凹凸形状の面を透明材料で形成している場合は、次のようにして傾斜角θ３の分布率を算出してもよい。凹凸形状の面に平行光線を入射させて、得られる透過光の光度分布を測定する。そして、光度分布の定義式となる微分式と、傾斜角分布の定義式となる微分式とを連立させた微分方程式を解く。これによって、凹凸形状の面の傾斜角θ３の分布率を算出してもよい。

様々の凹凸形状の面について検討した結果、スクリーン１０の基材として用いる凹凸シート１１の凹凸形状の面の傾斜角分布は、傾斜角θ３が２５ｄｅｇにおける分布率が０．３％／ｄｅｇ以上であり、かつ、傾斜角θ３が４０ｄｅｇ以上の分布率の占める割合が２０％以下であることが適切であることが分かった。ここで、傾斜角θ３が４０ｄｅｇ以上の分布率の占める割合とは、傾斜角θ３の全範囲で分布率を積分して得られた値に対して、傾斜角４０ｄｅｇより大きい範囲で分布率を積分して得られた値の割合を意味する。この構成にすることにより、スクリーン１０は、人４０が観察する範囲に映像を拡散反射させることができ、スクリーン１０内での全反射を抑制できる。

一方、凹凸形状の面の算術平均粗さ（Ｒａ）、凹凸形状の面に形成された複数の凹部間および凸部間の平均ピッチなどは、貼合せ加工のしやすさや映像の精細度に影響する。更に、凹凸形状の面に形成された複数の凹部または凸部が周期構造を有する場合、複数の凹部または凸部と映像の画素との相対ピッチによってモアレ現象が発生することがある。

検討の結果、凹凸シート１１の凹凸形状の面は、算術平均粗さが０．５μｍ〜２μｍであることが適切だと分かった。また、凹凸形状の面に形成された複数の凹部および凸部は、ランダムに配置されており、複数の凹部間および凸部間の平均ピッチは、５μｍ〜２０μｍであることが適切だと分かった。また、凹凸層１３は、厚みが５μｍ〜２０μｍであることが適切だと分かった。また、凹凸層１３の厚みとは、凹凸層１３の厚みの平均値を意味する。この構成にすることにより、スクリーン１０は、高精細の映像を表示でき、モアレ現象を抑制することができる。

プロジェクタ３０から投写された映像は、図２のように実線の矢印のようにスクリーン１０に入射すると、凹凸形状の面の上に形成された反射層１４で破線の矢印のように拡散反射する。そして、人４０は拡散反射した光の一部を映像として観察する。また、プロジェクタ３０から投写された映像のうち反射層１４で反射および吸収されなかった残りの光が、反射層１４を透過して一点鎖線の矢印のようにスクリーン１０の外部に出射する。

上記のように、スクリーン１０が表示する映像の明るさは、スクリーン１０の反射率に関係し、特に、拡散反射率に比例する。従って、映像を表示する場合、スクリーン１０の拡散反射率は高い方が望ましい。但し、映像を表示しない場合、スクリーン１０の拡散反射率が高いほど、人４０側の照明などの環境光がスクリーン１０で拡散反射することによって、スクリーン１０は白っぽく見えてしまう。更に、スクリーン１０は、反射率が高くなれば、透過率が低くなるので、スクリーン１０を透過する背景が暗くなる。そのため、スクリーン１０の拡散反射率を高くし過ぎると、背景の視認性が悪くなる。

一方、太線の矢印のように窓２０側から入射する背景光は、プロジェクタ３０から投写される映像と同じメカニズムで、反射層１４で一部が拡散反射する（図示せず）。そして、背景光のうち反射層１４で反射および吸収されなかった残りの光が、反射層１４を透過して、一点鎖線の矢印のように人４０まで到達する。

このとき、凹凸層１３と接着層１５は、いずれも透明樹脂材料からなり、屈折率が約１．５であって実質的に等しい。そのため、投写された映像は屈折することなく直進透過し、実線の矢印に示す入射光と同じ角度で一点鎖線の矢印のようにスクリーン１０から射出する。僅かな屈折も発生させないためには、凹凸層１３の透明材料の屈折率と接着層１５の透明材料の屈折率とを厳密に一致させるように調整するのが望ましい。観察される背景の明るさは、スクリーン１０の透過率に比例する。従って、スクリーン１０は、背景を透過させる観点からは透過率が高い方が望ましい。

スクリーン１０において、透過および反射されなかった残りの光は吸収される。吸収は、材料固有の特性として必然的に発生する場合と、特別な効果を期待して材料に付与する場合がある。吸収は、映像、背景の両方の明るさを低減させる。そのため、吸収は、映像および背景の明るさを低減させないために、小さいほうが望ましい。但し、吸収を増加させることによって、映像を表示する際に外光によってコントラストが低下することを抑制する効果が期待できる。

この様に、スクリーン１０が反射型透明スクリーンとして機能するために、光が透過、反射、吸収に適切に配分される必要が有り、その配分バランスは目的とする使用シーンによって異なる。

検討した結果、スクリーン１０は、映像を明るく表示するために、拡散反射率が５％以上であることが望ましい。そして、スクリーン１０は、映像を表示しない状態での背景の視認性を高めるために、拡散反射率が５０％以下であり、かつ、透過率が３０％以上であることが望ましい。上記を換言すると、スクリーン１０は、可視光に対する透過率が３０％以上であり、かつ、可視光に対する拡散反射率が５％〜５０％であることが望ましい。吸収は、この条件を逸脱しない範囲で許容され、または積極的に付与される。

以上のように、本実施の形態において、スクリーン１０は、プロジェクタから投写された映像を拡散反射させる反射性と、背景を透過させる透明性とを有するスクリーンであって、凹凸シート１１と、半透過の反射層１４と、透明層とを備える。凹凸シート１１は、透明材料からなり、一方の主面が平坦な面であり、他方の主面が複数の凹部および凸部が形成された凹凸形状の面である。反射層１４は、凹凸シート１１の凹凸形状の面の上に形成されている。透明層は、反射層１４を覆っている。反射層１４は、厚みが２ｎｍ〜１μｍの薄膜からなる。

これにより、スクリーン１０に背景側から入射する光は、スクリーン１０内で屈折しにくくなる。そのため、スクリーン１０は、背景を高い鮮鋭度で透過させることができる。

また、スクリーン１０に入射した光は、半透過の反射層１４で拡散反射して、映像として表示されるので、スクリーン１０内で必要以上に拡散されることがない。そのため、スクリーン１０は、映像を高い鮮鋭度で表示できる。

また、反射層１４は、顕著な波長依存性を有していなくても、光を透過および反射させることができる。そのため、スクリーン１０は、本来の色に近い色の背景を透過させ、本来の色に近い色の映像を表示できる。

以下、実施例について説明する。

（実施例１）
アクリル系紫外線硬化樹脂を用いて、２Ｐ法によって金型に、一面が凹凸形状の面である凹凸層１３を形成した。この凹凸層１３を、ＰＥＴを材料とした厚み７５μｍの基材シート１２の表面に転写して、凹凸シート１１を形成した。

図９に、実施例１の凹凸シート１１の凹凸形状の面の顕微鏡写真を示す。また、図１０に、実施例１の凹凸シート１１の凹凸形状の面の傾斜角θ３の分布率を示す。図９に示すように、凹凸シート１１の凹凸形状の面に形成された複数の凹部および凸部は、ランダムに配置されていた。また、凹凸形状の面は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．６５μｍであった。

また、凹凸シート１１の凹凸形状の面の傾斜角分布は、傾斜角θ３が２５ｄｅｇにおける分布率が１．４％／ｄｅｇであり、傾斜角θ３が４０ｄｅｇ以上の分布率の占める割合が１％であった。

次に、凹凸シート１１の凹凸形状の面の上にスパッタ法により、厚みが２０ｎｍのニッケル（Ｎｉ）の薄膜を成膜することで、半透過な反射層１４を形成した。

反射層１４を形成した凹凸シート１１の凹凸形状の面側に、反射層１４を覆うようにアクリル系接着剤からなる接着層１５を形成した。これにより、スクリーン１０をガラス材料からなる窓に接着することができる。以上のようにして、スクリーン１０を作成した。

実施例１のスクリーン１０の分光特性を測定した結果を図１１に示す。図１１は、実施例１におけるスクリーン１０の分光特性を示す図である。分光特性は、以下のようにして算出した。透過率は、積分球を用いて全透過光を測定して、算出した。また、反射率は、積分球を用いて全反射光を測定して、算出した。また、拡散反射率は、正反射光を開口から逃がす構成で拡散反射光を測定して、算出した。吸収率は、１００％から透過率および反射率を差し引いて、算出した。

スクリーン１０を透過する背景の明るさは、透過率に比例する。また、スクリーン１０が反射像として表示する映像の明るさは、反射率に関係し、特に拡散反射率に比例する。反射光のうち、スクリーン１０の表面での鏡面反射光は人４０の視野外に向かい、反射層１４での拡散反射光は人４０により観察することができる。そのため、図１１に拡散反射率も示している。

図１１に示すように、可視光の波長範囲（波長λ＝４００ｎｍ〜７００ｎｍ）において、透過、反射、吸収のいずれの特性も波長依存性が低かった（±１０％以下）。そのため、スクリーン１０は、本来の色に近い色で背景を透過させ、本来の色に近い色で映像を表示することができる。また、表１に、スクリーン１０の分光特性を視感度で加重平均した実効値を示す。

図１１、表１に示すように、加重平均した透過率は３８％とやや低くなった。そのため、スクリーン１０を透過する背景はやや暗くなる。一方で、分光特性の波長依存性が低かったため、映像は本来の色に近い色で鮮明に表示され、背景の明るさに影響されにくくなる。

この様に、凹凸シート１１に１層の金属の薄膜を形成するという簡便な工程および構造で、背景を高い鮮鋭度で透過させ、映像を高い鮮鋭度で表示できるスクリーンを作成する事が出来た。

なお、ニッケルの薄膜の厚みを調整する事により、透過と反射の割合を調整することが可能である。但し、ニッケルの薄膜の厚みを厚くすると、金属の薄膜特有の吸収が増加してしまう。

（実施例２）
ニッケルの薄膜に代えて、厚みが０．８８μｍの誘電体多層膜を成膜して半透過な反射層１４を形成した以外、実施例１と同様にスクリーン１０を作成した。

誘電体多層膜は、高屈折率の透明誘電体材料である五酸化ニオブ（ｎ＝２．３３）と低屈折率の透明誘電体材料である二酸化珪素（ｎ＝１．４６）を交互に積層して形成した。

実施例２のスクリーン１０の分光特性を測定した結果を図１２および表１に示す。図１２は、実施例２におけるスクリーン１０の分光特性を示す図である。

誘電体多層膜を成膜して反射層１４を形成することにより、実施例１の金属の薄膜の場合に比べて分光特性の吸収率が大幅に低減（８５％減）した。また、透過率は１．７倍と大きくなり、拡散反射率は２．０倍と大きくなった。そのため、スクリーン１０を透過した背景の明るさ、表示された映像の明るさが各々１．７倍、２．０倍となった。

この様に、半透過の反射層１４を誘電体多層膜で構成することで、金属の薄膜で構成する場合と比べ、吸収を低減できた。そのため、スクリーン１０は、映像を高輝度で表示することができ、背景を高輝度で透過させることができる。

なお、誘電体多層膜の場合、透過率、反射率の設定は実質的に任意であり、別途吸収層を用いてコントラスト向上を図る事も可能である。

（その他の実施の形態）
上記実施の形態で、基材シート１２の材料にＰＥＴを用いたが、基材シート１２の材料はＰＥＴに限定されない。基材シート１２の材料は、透明樹脂材料であれば良く、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネートなどであっても良い。

また、アクリル系紫外線硬化樹脂を用いて凹凸層１３を形成したが、凹凸層１３の形成方法はこれに限定されない。凹凸層１３は、別の紫外線硬化樹脂を用いて形成されても良いし、熱プレスなど他の製法を用いて形成されても良い。

また、上記実施例で、金型を用いて凹凸層１３を形成したが、凹凸層１３の形成方法はこれに限定されない。凹凸層１３は、以下のようにして形成されても良い。平滑な基材シート１２上に、透明な球状微粒子を分散させた透明な接着液を塗膜する。そして、塗布した接着液を熱乾燥または紫外線硬化などさせて、凹凸層１３を形成する。このようにして、凹凸層１３を形成しても良い。

また、上記実施の形態では、反射層１４を覆う透明層は接着層１５で構成されるとしたが、透明層は接着層１５のみで構成されていなくてもよい。透明層は、接着層１５と窓２０とで構成されていても良い。すなわち、透明なアクリル系接着剤からなる接着層１５を、ガラス製の透明基材である窓２０に貼合せることで、反射層１４を覆う透明層を構成しても良い。さらに、例えば、窓２０にＰＭＭＡやポリカーボネートなどの透明樹脂材料を用いても良いし、接着層１５に熱硬化性透明材料を用いても良い。

更に、用途によっては、スクリーン１０は、接着層１５に代えて、接着剤を含まない透明樹脂からなる透明層を備えても良い。

本開示に係るスクリーンは、レーザ光源以外の光源を有するプロジェクタを用いても、本来の色に近い色の背景を高い鮮鋭度で透過させ、本来の色に近い色の映像を高い鮮鋭度で表示できる。そのため、プロジェクタから投写された映像を拡散反射させる反射性と、背景を透過させる透明性とを有するスクリーン等として、本開示は有用である。

１０ スクリーン
１１ 凹凸シート
１２ 基材シート
１３ 凹凸層
１４ 反射層
１５ 接着層（透明層）
２０ 窓
３０ プロジェクタ
４０ 人

Claims (9)

1. プロジェクタから投写された映像を７５ｄｅｇの入射角で入射して前記映像を表面の法線方向に拡散反射させる反射性と、背景を透過させる透明性とを有するスクリーンであって、
   透明材料からなり、一方の主面が平坦な面であり、他方の主面が複数の凹部および凸部が形成された凹凸形状の面である凹凸シートと、
   前記凹凸シートの前記凹凸形状の面の上に形成された半透過の反射層と、
   前記反射層を覆う透明層とを備え、
   前記凹凸形状の面の傾斜角分布は、傾斜角が２５ｄｅｇにおける分布率が０．３％／ｄｅｇ以上であり、かつ、傾斜角の全範囲で分布率を積分した値に対して、傾斜角が４０ｄｅｇより大きい範囲で分布率を積分した値の割合が２０％以下であるスクリーン。
2. 前記反射層は、ニッケル、アルミ、銀、クロムのいずれかの金属、または、ニッケル、アルミ、銀、クロムのいずれかを主成分とする合金からなる請求項１に記載のスクリーン。
3. 前記反射層は、高屈折率の透明誘電体材料と低屈折率の透明誘電体材料を交互に複数層積層させた誘電体多層膜からなる請求項１に記載のスクリーン。
4. 前記凹凸形状の面は、算術平均粗さが０．５μｍ〜２μｍであり、
   前記複数の凹部および凸部は、ランダムに配置されており、
   前記複数の凹部間および凸部間の平均ピッチは、５μｍ〜２０μｍである請求項１に記載のスクリーン。
5. 可視光に対する透過率が３０％以上であり、かつ、可視光に対する拡散反射率が５％〜５０％である請求項１に記載のスクリーン。
6. 前記透明層は、接着剤からなる接着層である請求項１に記載のスクリーン。
7. 前記凹凸シートは、基材シートと凹凸層とからなる請求項１に記載のスクリーン。
8. 前記凹凸層は、厚みが５μｍ〜２０μｍである請求項７に記載のスクリーン。
9. プロジェクタと、前記プロジェクタから投写された映像を７５ｄｅｇの入射角で入射して前記映像を表面の法線方向に拡散反射させる反射性と、背景を透過させる透明性とを有するスクリーンとを備える映像表示システムであって、
   前記プロジェクタは、前記スクリーンに対して２５ｄｅｇ〜７５ｄｅｇの範囲内の入射角で前記映像を投写する短焦点プロジェクタであり、
   前記スクリーンは、
   透明材料からなり、一方の主面が平坦な面であり、他方の主面が複数の凹部および凸部が形成された凹凸形状の面である凹凸シートと、
   前記凹凸シートの前記凹凸形状の面の上に形成された半透過の反射層と、
   前記反射層を覆う透明層とを有し、
   前記凹凸形状の面の傾斜角分布は、傾斜角が２５ｄｅｇにおける分布率が０．３％／ｄｅｇ以上であり、かつ、傾斜角の全範囲で分布率を積分した値に対して、傾斜角が４０ｄｅｇより大きい範囲で分布率を積分した値の割合が２０％以下である映像表示システム。