JP6398517B2 - 反射型スクリーン、映像表示システム - Google Patents
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Description
一般的に、各種表示装置等では、画面上下方向における視野角よりも、画面左右方向における視野角の方が広いことが好まれる。そのため、反射型スクリーンにおいても、反射面がレンズ形状を有したり、異方性光散乱材料を含有する層を備え、画面上下方向の拡散作用を抑え、画面左右方向の拡散作用を増大させたりする等として、画面左右方向における視野角の向上を図ったもの等も開発されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
反射型スクリーンにおいて、画面左右方向において、良好な視野角を実現することは、常々求められていることである。
第1の発明は、映像源から投影された映像光を反射させて観察可能とする反射型スクリーンであって、光を反射する反射層(11,21)と、該反射型スクリーンの厚み方向において前記反射層よりも映像源側に配置され、映像源側の面に、映像源側に凸となる単位光学形状(131)が複数配列されて形成されている光学形状層(13)と、該反射型スクリーンの厚み方向において前記光学形状層の映像源側に設けられ、少なくとも前記単位光学形状間の谷部を充填するように形成された充填層(14)と、を備え、前記単位光学形状は、柱状であり、該反射型スクリーンの使用状態において、画面上下方向を長手方向とし、画面左右方向に複数配列され、前記光学形状層と前記充填層とは、屈折率差を有しており、前記単位光学形状は、画面左右方向において、互いに対向する一対の側面を有しており、一対の各前記側面とスクリーン面に直交する方向となす角度θが、1°≦θ≦25°を満たすこと、を特徴とする反射型スクリーン(10,20,30)である。
第2の発明は、第1の発明の反射型スクリーンにおいて、前記反射層と前記光学形状層との間に光制御層(39)を備え、前記光制御層は、入射した光を透過する光透過部(37)と入射した光を吸収する光吸収部(38)とが、画面左右方向を長手方向として画面上下方向に複数交互に配列されていること、を特徴とする反射型スクリーン(30)である。
第3の発明は、第1の発明又は第2の発明の反射型スクリーンにおいて、前記光学形状層(13)は、前記充填層(14)よりも屈折率が大きいこと、を特徴とする反射型スクリーン(10,20,30)である。
第4の発明は、第1の発明から第3の発明までのいずれかの反射型スクリーンにおいて、前記充填層(14)は、前記単位光学形状(131)による凹凸を埋めるように形成され、該反射型スクリーンの厚み方向の映像源側の面が、スクリーン面に平行な平面状であること、を特徴とする反射型スクリーン(10,20,30)である。
第5の発明は、第1の発明から第4の発明までのいずれかの反射型スクリーン(10,20,30)と、前記反射型スクリーンに映像光を投射する映像源(LS)と、を備える映像表示システム(1)である。
なお、図1を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張している。
本明細書中において、板、シート等の言葉を使用しているが、これらは、一般的な使い方として、厚さの厚い順に、板、シート、フィルムの順で使用されており、本明細書中でもそれに倣って使用している。しかし、このような使い分けには、技術的な意味は無いので、これらの文言は、適宜置き換えることができるものとする。
本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
本明細書中において、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、平行や直交等の用語については、厳密に意味するところに加え、同様の光学的機能を奏し、平行や直交と見なせる程度の誤差を有する状態も含むものとする。
図1は、本実施形態の映像表示システム1を説明する図である。
映像表示システム1は、反射型スクリーン10、映像源LS等を有している。この映像表示システム1は、映像源LSから投影された映像光Lを反射型スクリーン10が反射して、その画面(表示面)上に映像を表示する。
映像源LSは、映像光Lを反射型スクリーン10へ投射する映像光投射装置である。映像源LSは、汎用のプロジェクタ等を用いることができる。この映像源LSは、反射型スクリーン10の使用状態における画面の幾何学的中心となる点を通り、スクリーン面の法線方向に平行な直線上に位置している。そして、映像源LSは、反射型スクリーン10の画面(表示面)の大部分に対して、スクリーン面の法線方向から、又は、法線方向に対してなす角度が約45°以下となる方向から、映像光Lを投射可能である。
なお、映像源LSは、投射角度が上記範囲内となるのであれば、反射型スクリーン10の使用状態における画面の幾何学的中心となる点を通り、スクリーン面の法線方向に平行な直線よりも鉛直方向上側もしくは下側に位置していてもよい。
なお、以下の説明中において、画面上下方向、画面左右方向とは、特に断りが無い場合、この反射型スクリーン10の使用状態における画面上下方向(鉛直方向)、画面左右方向(水平方向)であるとする。また、図1を含め、以下の図面において、画面左右方向をX方向(観察者Oから見て左側がX1側、右側がX2側)、画面上下方向をY方向(観察者Oから見て下側をY1側、上側をY2側)、スクリーン面に直交する方向(厚み方向)をZ方向(背面側をZ1側、観察者側をZ2側)とする。
また、スクリーン面とは、この反射型スクリーン10において、スクリーン全体として見たときにおける、その平面方向となる面を示すものである。反射型スクリーン10のスクリーン面は、反射型スクリーン10の画面(表示面)に平行である。
反射型スクリーン10は、その背面側(Z1側)から順に、反射層11、基材層12、光学形状層13、充填層14等を備えている。
基材層12は、光透過性を有する樹脂を母材とし、光を拡散する拡散材を含有している。基材層12は、光を等方的に拡散する作用を有する。
このような基材層12を備えることにより、視野角を広げたり、明るさの面内均一性の向上を図ったりすることができる。
基材層12に含有される拡散材としては、光透過性を有するものが好ましく、アクリル系、スチレン系、アクリル・スチレンの共重合体、シリコーン系等の樹脂製の粒子や、ガラスビーズ等の無機粒子等が挙げられる。これらの拡散材の平均粒径は、約1〜30μmのものが好適である。
また、基材層12の厚さは、反射型スクリーン10の画面サイズにも依るが、0.03〜10mm程度とすること、像ボケを抑制しながら、明るさの面内均一性や良好な視野角を実現する観点から好ましい。
反射層11は、反射型スクリーン10の背面(基材層12の背面)全体を覆うように、高反射性を有する白色や銀色の塗料をグラビアコーティングする等により形成される。このような反射層11の厚さは、十分な反射性を有していれば特に限定しない。
また、反射層11の形成に使用する塗料としては、例えば、塗装後の表面がマットとなるつや消しの白色塗料、塗装後の表面の映り込みの大きい(テカリの強い)グロス白系の塗料、銀色系(メタリック)の塗料、マイカ(雲母)やビーズを適宜混入させた塗料等を使用してもよい。これらを適宜使い分けることにより、観察領域や輝度、光源の映り込み防止効果等を制御できる。
なお、反射層11は、その基材層12側の表面に、反射作用を有する白色や銀色の層を有するシート状の部材を用い、不図示の接合層を介して基材層12に接合する形態としてもよい。
光学形状層13は、その映像源側(Z2側)の表面に、単位光学形状131が複数配列されて形成されている。
単位光学形状131は、図2に示すように、柱状であり、画面上下方向(Y方向)を長手方向とし、画面左右方向(X方向)に複数配列されている。
図3は、本実施形態の単位光学形状131を説明する図である。
図3では、単位光学形状131の配列方向(X方向)及びスクリーン面に直交する方向(Z方向)に平行な断面の一部を拡大し、かつ、理解を容易にするために、光学形状層13及び充填層14のみを示している。
単位光学形状131は、図3に示す断面形状が、略等脚台形形状であり、スクリーン面に直交する方向(正面方向)と角度θをなす2つの側面131a,131bと、上底となる頂面131cとを有している。また、単位光学形状131の配列ピッチはP、頂面131cの寸法はW1、下底となる部分の寸法はW2、高さ(単位光学形状131間の谷底から最も映像源側となる点(図3では頂面131c)までのスクリーン面に直交する方向の寸法)はHである。
この光学形状層13は、例えば、基材層12の一方の面(Z2側の面)を、単位光学形状131を賦形する成形型に紫外線硬化型樹脂等を充填して押圧し、紫外線等を照射して硬化させた後に成形型から離型する紫外線成形法等により形成することができる。なお、光学形状層13の形成方法は、適宜選択してよく、この限りではない。また、光学形状層13は、熱可塑性樹脂等を用いて形成してもよい。
単位光学形状131の断面形状は、図4(a)に示すような二等辺三角形形状や、図4(b)に示すような長軸がスクリーン面に直交する方向(Z方向)に平行な楕円形形状の一部としてもよいし、図4(c)に示すような五角形形状や、他の多角形形状としてもよい。
また、特に、図示しないが、単位光学形状131の断面形状は、三角形形状等の多角形形状の頂部が観察者側(Z2側)に凸となる円弧によって形成されていてもよいし、複数の直線や曲面が組み合わされた形態としてもよい。
充填層14は、光学形状層13の単位光学形状131間の谷部を充填するように形成されており、単位光学形状131による凹凸形状を埋め、その映像源側(Z1側)表面がスクリーン面に平行な平面状となっている。
充填層14の屈折率は、光学形状層13の屈折率とは異なり、光学形状層13と充填層14とは、屈折率差ΔN(ΔN≠0)を有している。本実施形態では、充填層14の屈折率は、光学形状層13の屈折率よりも小さいものとする。なお、全反射する率を向上させる観点から、ΔNは、0.005以上であることが望ましい。
なお、これに限らず、充填層14は、紫外線硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂等の電離放射線硬化型樹脂により形成してもよい。
映像源LSから投射された映像光は、図3に示す断面において、スクリーン面に直交する方向(Z方向)から、もしくは、スクリーン面に直交する方向に対してなす角度が小さい方向(45°以下)から、反射型スクリーン10に入射する。
スクリーン面に直交する方向(Z方向)から、もしくは、スクリーン面に直交する方向に対してなす角度が小さい方向(45°以下)から入射した映像光L1,L2は、光学形状層13と充填層14との界面で屈折することなく、もしくは、僅かに屈折して反射層11側(Z1側)へ進む。
そして、映像光は、基材層12で拡散される等したのち、反射層11で反射して映像源側(Z2側)へ向かい、再び基材層12で拡散され、光学形状層13へ入射する。
また、スクリーン面に直交する方向に対して角度を有し、側面131a,131bに入射した映像光L4,L5は、光学形状層13と充填層14との屈折率差により、その光学形状層13と充填層14との界面となる側面131a,131bで全反射する。それから、この映像光は、頂面131cで屈折して、充填層14の空気層との界面(充填層14のZ2側の面)でさらに屈折し、単位光学形状131の配列方向(画面左右方向)に大きく広がるように拡散されて反射型スクリーン10から出射する。
ここで、単位光学形状131の側面131a、131bとスクリーン面に直交する方向(正面方向)とのなす角度θは、1°≦θ≦25°で形成されるのが望ましい。角度θが1°未満である場合、側面131a、131bで全反射して画面左右方向に広がる光の視野角の範囲を十分に大きくすることができないため望ましくない。
また、角度θが25°より大きい場合、側面131a、131bで全反射して画面左右方向に角度がついた光が、スクリーン面から観察者側の空気層に出射するときに、充填層14との界面において全反射が発生してしまい、観察者側に映像光が出射していかず、映像光の反射効率が低下してしまうため望ましくない。
なお、所望の光学特性等に応じて好ましい拡散作用を発揮するために、光学形状層13及び充填層14の屈折率差ΔNや、比H/P、角度θ等は、適宜調整して設けてよい。
また、本実施形態によれば、充填層14は、その映像源側(Z2側)の表面がスクリーン面に平行な平面状となっている。従って、光学形状層13が映像源側最表面となった場合に生じる単位光学形状131の破損や、埃やゴミ等の異物の付着等を防止でき、汚れ等が表面に付着しても容易にふき取ることができるため、反射型スクリーン10の耐久性や品位の向上を図ることができる。
図5は、他の実施形態の反射型スクリーン20を説明する図である。
図5(a)は、反射型スクリーン20の画面中央となる点を通り、画面上下方向(Y方向)及びスクリーン面に直交する方向に平行な断面の一部を拡大して示している。図5(b)は、反射型スクリーン20のレンズ層25のみを背面側(Z1側)から見た様子を示している。
反射型スクリーン20は、背面側(Z1側)から順に、保護層26、反射層21、レンズ層25、基材層12、光学形状層13、充填層14等を有している。なお、前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
このレンズ層25は、図5(b)に示すように、背面側の面に、点Cを中心として単位レンズ251が同心円状に複数配列されたサーキュラーフレネルレンズ形状を有している。このサーキュラーフレネルレンズ形状は、その光学的中心(フレネルセンター)である点Cが、反射型スクリーン20の画面(表示領域)の領域外(画面左右方向の中心であって反射型スクリーン20の下方)に位置している。
反射型スクリーン20の使用状態において、レンズ面252は、単位レンズ251の頂点を挟んで非レンズ面253よりも鉛直方向上側に位置している。
このレンズ層25は、ウレタンアクリレートやエポキシアクリレート等の紫外線硬化型樹脂や、電子線硬化型樹脂等の他の電離放射線硬化型樹脂により形成してもよい。
単位レンズ251は、映像光を投影する映像源LSの画素(ピクセル)の大きさや、映像源LSの投射角度(反射型スクリーン20のスクリーン面への映像光の入射角度)、反射型スクリーン20の画面サイズ、各層の屈折率等に応じて、適宜変更可能である。従って、レンズ面252がスクリーン面に平行な面となす角度等は、一定としてもよいし、配列ピッチが、単位レンズ351の配列方向に沿って変化する形態としてもよい。
反射層21は、レンズ面252上に、アルミニウムや銀、ニッケル等の金属を蒸着する、スパッタリングする、又は金属箔を転写する等により形成される。
保護層26は、反射層21及び非レンズ面253を背面側から被覆している。従って、非レンズ面253上に保護層26が形成された形態となっている。
この保護層26は、反射層21の劣化や剥離、反射層21及びレンズ層25の破損等を抑制し、反射層21及びレンズ層25を保護する機能を有している。また、保護層26は、光を吸収する機能を有しており、反射型スクリーン20の背面側や観察者側から入射した外光等を吸収する機能を有している。
この保護層26は、光吸収性を有する粒子や、反射層21を酸化等の劣化から保護する等の機能を有する各種添加剤等が添加された樹脂材料を、反射層21が形成されたレンズ層25の背面側に塗布して硬化させること等により形成される。なお、保護層26は、黒色系の塗料等により形成してもよい。
また、レンズ層25の基材となる支持層を設け、支持層の背面側(Z1側)にレンズ層25が形成される形態とし、支持層と基材層12とが不図示の接合層等で接合される形態としてもよい。
図6(a)は、反射型スクリーン30のスクリーン面の法線方向及び画面左右方向に平行な断面(XZ面)の一部を拡大して示し、図6(b)は、反射型スクリーン30のスクリーン面の法線方向及び画面上下方向に平行な断面(YZ面)の一部を拡大して示している。
なお、前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
反射型スクリーン30は、背面側(Z1側)から順に反射層11、光制御層39、基材層12、光学形状層13、充填層14等を有している。
光制御層39は、光透過部37と、光吸収部38とを有し、映像光の光路を制御するとともに、迷光や外光の一部を吸収する機能を有する層である。この光制御層39は、基材層12の背面側(Z1)に一体に形成されている。
光透過部37は、紫外線硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂等の電離放射線硬化型樹脂により形成されている。なお、光透過部37は、熱可塑性樹脂により形成してもよい。
この光吸収部38は、図6(b)に示すように、配列方向に平行であって、反射型スクリーン30の厚み方向に平行な断面形状が、略楔形形状である。楔形形状とは、一端が広く、他端に至るにしたがってしだいに狭くなっている形状を意味し、三角形形状や台形形状を含む形状であるものとする。また、光吸収部38は、上記断面形状が長方形であってもよい。
光吸収部38は、例えば、光を吸収する光吸収粒子を含有する紫外線硬化型樹脂等の電離放射線硬化型樹脂等を、光透過部362間の谷部にワイピング(スキージング)して充填し、硬化させる等により形成される。
光吸収粒子としては、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄等の金属塩、顔料、染料等で着色された有機微粒子や着色したガラスビーズ等の光吸収性を有する着色粒子が好ましい。また、映像光の特性に合わせて、特定の波長を選択的に吸収する着色粒子としてもよい。
また、光透過部37の屈折率は、効率よく映像光を全反射させ、外光を吸収させる観点から、光吸収部38の屈折率よりも大きい方が好ましい。
このような光制御層39を設けることにより、本実施形態によれば、映像光の画面上下方向(Y方向)においてさらに映像光を拡散する等、画面上下方向における視野角を制御したり、外光をより効率よく吸収してコントラストの向上を図ったりすることができる。
また、光透過部37は、所望する光学性能等に応じて、その配列方向に平行であってスクリーン面に直交する断面における断面形状が、背面側(Z1側)における幅よりも観察面側(Z2側)における幅の方が小さい略台形形状としてもよい。
また、光透過部37は、その配列方向において非対称な形状としてもよい。
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(1)光学形状層13の屈折率は、充填層14の屈折率よりも小さい形態としてもよい。また、光学形状層13及び充填層14の一方もしくは双方が、拡散材等を含有する形態としてもよい。
例えば、単位光学形状131は、その配列方向(X方向)において、非対称な形状としてもよい(例えば、不等辺三角形形状等)。
また、単位光学形状131の配列ピッチPや高さH、比H/Pが、その配列方向にそって連続的に、又は、段階的に変化する形態としてもよい。
また、反射型スクリーン10,20,30は、基材層12が拡散材を含有しない形態とし、光拡散材を含有する光拡散層を反射層11と光学形状層13との間に備える形態としてもよい。さらに、反射型スクリーン10,20,30は、所定の透過率となるように黒色等の暗色系の顔料や染料等を含有する着色層を、反射層11と光学形状層13との間に備える形態としてもよい。
反射型スクリーン10,20,30は、所望する光学性能に合わせて、必要な光学機能を発揮する層を備える形態としてよい。
また、反射型スクリーン10,20,30は、充填層14よりも観察者側(Z2側)に、アンチグレア機能、反射防止機能、帯電防止機能、ハードコート機能、防汚機能等の各種機能を有する表面層を備える形態としてもよい。
充填層14や表面層が備える機能は、この反射型スクリーン10,20,30が使用される環境等に合わせて、適宜必要なものを選択すればよい。
また、反射型スクリーン10,20,30は、不使用時には巻き取って保管できる巻き取り可能な形態としてもよい。このような形態の場合には、反射型スクリーン10,20,30の背面側を、光を透過しにくい布製又は樹脂製の遮光幕や耐傷性を向上させる層等で被覆する形態としてもよい。
10,20,30 反射型スクリーン
11 反射層
12 基材層
13 光学形状層
131 単位光学形状
14 充填層
Claims (5)
- 映像源から投影された映像光を反射させて観察可能とする反射型スクリーンであって、
光を反射する反射層と、
該反射型スクリーンの厚み方向において前記反射層よりも映像源側に配置され、映像源側の面に、映像源側に凸となる単位光学形状が複数配列されて形成されている光学形状層と、
該反射型スクリーンの厚み方向において前記光学形状層の映像源側に設けられ、少なくとも前記単位光学形状間の谷部を充填するように形成された充填層と、
を備え、
前記単位光学形状は、柱状であり、該反射型スクリーンの使用状態において、画面上下方向を長手方向とし、画面左右方向に複数配列され、
前記光学形状層と前記充填層とは、屈折率差を有しており、
前記単位光学形状は、画面左右方向において、互いに対向する一対の側面を有しており、
一対の各前記側面とスクリーン面に直交する方向となす角度θが、1°≦θ≦25°を満たすこと、
を特徴とする反射型スクリーン。 - 請求項1に記載の反射型スクリーンにおいて、
前記反射層と前記光学形状層との間に光制御層を備え、
前記光制御層は、入射した光を透過する光透過部と入射した光を吸収する光吸収部とが、画面左右方向を長手方向として画面上下方向に複数交互に配列されていること、
を特徴とする反射型スクリーン。 - 請求項1又は請求項2に記載の反射型スクリーンにおいて、
前記光学形状層は、前記充填層よりも屈折率が大きいこと、
を特徴とする反射型スクリーン。 - 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の反射型スクリーンにおいて、
前記充填層は、前記単位光学形状の凹凸を埋めるように形成され、該反射型スクリーンの厚み方向の映像源側の面が、スクリーン面に平行な平面状であること、
を特徴とする反射型スクリーン。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の反射型スクリーンと、
前記反射型スクリーンに映像光を投射する映像源と、
を備える映像表示システム。
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