JP2018132600A - スクリーン及び映像表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】透明スクリーンへの映像投写に適した投写状態で、スクリーン全面に渡って明るく高い鮮鋭度で表示できるスクリーン及び映像表示システムを提供する。【解決手段】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は、傾斜角が１８ｄｅｇにおける分布率が２．０％／ｄｅｇ以上、２５ｄｅｇにおける分布率が０．３％／ｄｅｇ以上であり、かつ、傾斜角４０ｄｅｇ以上の分布率の占める割合が２０％以下である。【選択図】図２

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及び映像表示システムに関する。

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、複数の凸部に一部の光を反射して他を透過または吸収する半透過反射層を設け、その半透過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、投写された光を映像として表示できると共に、一部の光を直進透過させるので、背景を透視することができる。

特開２０１１−１１３０６８号公報 特開２０１５−２１２８００号公報 国際公開第２０１５／１８６６６８号

本開示は、透明スクリーンへの映像投写に適した投写状態で、スクリーン全面に渡って明るく高い鮮鋭度で表示できるスクリーン及び映像表示システムを提供する。

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は、傾斜角が１８ｄｅｇにおける分布率が２．０％／ｄｅｇ以上、２５ｄｅｇにおける分布率が０．３％／ｄｅｇ以上であり、かつ、傾斜角４０ｄｅｇ以上の分布率の占める割合が２０％以下である。

本開示におけるスクリーン及び映像表示システムは、透明スクリーンへの映像投写に適した投写状態でスクリーン全面に渡って明るく高い鮮鋭度で表示できる。

実施の形態１における映像表示システム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２における凹凸形状の面の顕微鏡写真を示す図である。 実施例及び比較例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。 実施例及び比較例におけるスクリーンの透過、反射特性を示す図である。 実施例及び比較例におけるスクリーンのヘイズ特性を示す図である。 実施例及び比較例におけるスクリーンの正面ゲイン特性を示す図である。 従来の映像表示システムを説明するための概念図である。

（本開示に至った経緯）
本発明に至った経緯の背景について図面を用いて説明する。図１４は背景透視をしない一般的な反射型スクリーンを用いた場合の典型的配置例を示す概念図である。図１は背景透視可能なスクリーンを用いた従来の映像表示システムの典型的配置例を示す概念図である。

図１４のように会議室や映画館などの反射型スクリーンを用いた投写において、天井または机上に設置した長焦点プロジェクタが反射型のスクリーンの垂直方向に対して０±２０ｄｅｇの範囲の比較的浅い角度で投写する。この配置で映像を投写することで、観察者が投写光を遮ることなく、良好な視聴環境を得ることが出来る。

背景透視可能なスクリーンで図１４と同じ配置を用いると、以下の理由により障害が発生する。背景透視可能なスクリーンでは、背景視認性を確保するために透過する光は散乱することなく直進透過する必要がある。そのため、背景透視可能なスクリーンの表面は平坦である必要が有る。そして、図１４の配置の場合、平坦な表面は鏡面反射を生じ、投写光の鏡面反射光が直接観察者の目に入るホットスポットで映像視認出来なくなる。

ホットスポットを対策するため、背景視認可能なスクリーンでは、想定視聴範囲で鏡面反射光が観察者の目に入らないように大きな角度で投写する必要が有る。このとき、床または天井という限られた空間から投写するために、長焦点プロジェクタを用いて大きな角度で投写する。つまり、図１のように、超短焦点プロジェクタ３０により、スクリーン付近の床または天井から投写するのが実用的である。背景視認可能なスクリーン１０には比較的大きな角度で、しかも場所によって様々な異なる角度で光が入射する。その光の入射角度の範囲は、プロジェクタ３０によって異なるが、概ね画面中央部で６０ｄｅｇ程度、下端部で３０ｄｅｇ程度、上端部で７０ｄｅｇ程度であり、２５ｄｅｇ〜７５ｄｅｇ程度の範囲であった。

従って、スクリーン１０には２５ｄｅｇ〜７５の角度で入射する投写光を映像として視認できる様に観察者方向に拡散反射する拡散反射特性が求められる。

しかしながら、特許文献３ではこの様な反射特性を実現するための構成が開示されていない。

我々は様々検討した結果、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、その凹凸形状の傾斜角分布を適切に設定することにより背景視認可能なスクリーンに好適な投写条件で、良好な画像観察を可能にする拡散反射特性を実現できることを見出した。これにより、スクリーン表面の鏡面反射によるホットスポットを生じることなく、全面に明るく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における映像表示システムを説明するための概念図である。図１に示すように、映像表示システムは、スクリーン１０とプロジェクタ３０とで構成されている。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５〜図８における縦軸は、図５、図７では統計的単位（％）であったが、図６、図８では物理的に意味を持つ共通単位（％／ｄｅｇ）で表現可能になる。なお、図５、図７では各領域の占有率を加算すると１００％になるが、図６、図８では分布率を全角度領域（０ｄｅｇ〜９０ｄｅｇの範囲）で定積分した値が１００％になる。また、特定の角度範囲で定積分した値はその角度領域の傾斜角を有する面が全入射面に占める割合、即ち占有率になる。

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１８ｄｅｇにおける分布率が２．０％／ｄｅｇ以上、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以上の占有率が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以上の占有率とは、分布率を傾斜角４０ｄｅｇ以上の範囲で積分して得られた値を意味する。この構成にすることにより、スクリーン１０は、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）
透明なＰＥＴフィルム上に、アクリル系ＵＶ硬化性樹脂インクに共重合アクリルビーズを分散した塗液を塗布、硬化して透明な凹凸シート１１を形成した。そのビーズの分散濃度、ＵＶ硬化性樹脂インクの粘度、効果条件を調整して凹凸形状の異なる実施例１〜３および比較例１、２の凹凸シート１１を得た。

図９は、実施例２の凹凸形状の面の顕微鏡写真であり、図１０は実施例１〜３および比較例１、２の凹凸形状の面の傾斜角の分布率を示す図である。図１０は、横軸を傾斜角［ｄｅｇ］、縦軸を分布率［％／ｄｅｇ］としている。

なお、図１０の傾斜角分布は、凹凸シート１１の凹凸面より平行光線を入射してその透過散乱特性を測定し、その光度分布から算出した。

また、図１０では参考の為、半球の傾斜角分布も併記している。半球は、角度の単位を［ｒａｄ］、分布率の単位を[／ｒａｄ]とすれば、傾斜角θに対する分布率Ｂ（θ）は、Ｂ（θ）＝ｓｉｎ（２・θ）となり、角度θ＝π／４（＝４５ｄｅｇ）でピーク値１．０を示す。この場合、図１０において、角度４５ｄｅｇでピーク値＝１．０×π／１８０×１００≒１．７５（％／ｄｅｇ）となる。

ここで半球を併記したのは、球面が最もシンプルで最もよく知られた曲面であるとともに、平行光束をほぼランバーシャン配光で反射する曲面だからである。従って凹凸面の反射配光特性はその傾斜角分布を半球の傾斜角分布と比較参照することによって、凡その推定が可能になる。

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、前述の方法で凹凸面から平行光を入射して測定した光度分布は光軸に対して回転対象であった。このことから、凹凸形状は局所的には非対称だが、マクロには面内で方向性は無いと推定され、図１０の傾斜角分布は対称性を前提に算出されており、傾斜角は方向によらず絶対値の等しい傾斜角に対しては等しい分布率を示す。

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。

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）を交互に複数層積層して形成した。

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。

以上のように構成した実施例および比較例について、表面凹凸形状、光学特性からなる物理特性と、超短焦点プロジェクタで映像を投写して画像評価を行った性能評価を表１および、図１１〜図１３に示す。

図１１は分光光度計にて透過率、反射率を測定し、視感度で加重平均して実効透過率、実効反射率を算出した結果を、凹凸形状の面の傾斜角の順に並べたグラフである。

表１及び図１１に示すように、４０ｄｅｇ以上の傾斜角の成分比率が０．２以下の比較例１、実施例１及び実施例２は、反射率がほぼ同じ２８％程度を示し、４０ｄｅｇ以上の傾斜角の成分比率が比較的大きな（２０％）実施例３は反射率が２４％に低下した。更に、４０ｄｅｇ以上の傾斜角の成分比率２７％の比較例２は反射率が１７％と低い値となった。これは、２１ｄｅｇ以上の傾斜角で反射した光が凹凸シート１１の空気界面で全反射して有効に射出できないためであり、サンプル内を面方向に伝播して無効成分になったものと考えられる。

表１及び図１２は積分球にて全ての透過成分を補足した全光線透過率と、直進光線を逃がすような開口を設けて拡散光線のみを補足した拡散光線透過率との比をとって算出したヘイズ特性である。

図１２のように、４０ｄｅｇ以上の傾斜角の成分比率が低い比較例１から実施例３は透過ヘイズが２．０％以下と良好な透明性を示し、４０ｄｅｇ以上の傾斜角の成分比率２７％の比較例２は１０％を超えるヘイズ値であった。

図１３は様々な角度から光を入射して、スクリーン面法線方向に反射する光の輝度を測定した結果を、完全拡散反射（反射率１００％のランバーシャン配光）の場合の輝度で規格化した正面ゲインで示したものである。広範囲の入射角での正面ゲインを同じグラフで示すため、縦軸を対数目盛表示とした。

図１３のように比較例１は２０ｄｅｇ以下の入射角に対して大きなゲインを示すものの、超短焦点プロジェクタでスクリーン中央付近となる６０ｄｅｇの入射角では０．１１と低い値を示した。

それに対し、実施例１から３は短焦点プロジェクタにおける標準的入射角範囲２５ｄｅｇ〜７０ｄｅｇの範囲で比較的高いゲインを維持している。

次いで、パナソニック製プロジェクタＰＴ−ＤＸ１００に超短焦点レンズＥＴ−ＤＬＥ０３０を装着した超短焦点プロジェクタにて画像を投写して評価した。投写光の入射角は画面中央で約６０ｄｅｇ下端部で約３０ｄｅｇ、上端部で約７０ｄｅｇであった。その評価結果を表１に示す。

比較例１は通常の窓ガラスと遜色ない透明性を有し、下端部など映像が認識できる部分についての画像鮮鋭度は高かったが、投写角度の大きな部分になるほど急激に明るさが低下し、明るさの均一性が著しく劣った。

実施例１は背景視認については比較例１に近い透明性を有し、投写画像の中央部は明るく、明るさの均一性も実用レベルに有り、鮮鋭度に優れた映像表示性能であった。

実施例２は背景視認について十分な透明性を有し、投写画像の明るさ均一性、鮮鋭度などのバランスに優れていた。

実施例３は実施例１、２に比べ、やや透明性に劣るものの十分な背景視認性を有し、投写画像は全面に渡って均一性の高い明るさであった。

比較例２は投写画像については全面でやや暗く鮮鋭度も低いものの均一性に優れ一応の表示品位を示したが、透明性が低く背景視認性に課題が有った。

その他、種々検討した結果、画像中央部で十分な明るさを得るために入射角６０ｄｅｇの光を正面近傍に反射する角度である傾斜各１８ｄｅｇにおける分布利率は比較的高く２．０％／ｄｅｇ以上必要であり、想定される最大入射角７５ｄｅｇで必要最低限の視野角と明るさを得るために、傾斜角２５ｄｅｇでの分布率は０．３％／ｄｅｇ以上必要であり、良好な背景視認を実現する透明性を得るためには、４０ｄｅｇ以上の傾斜角の占有率が２０％以下であることが望ましいことが分かった。

（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と共重合アクリルビーズを塗布して凹凸層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、樹脂ビーズを用いて形成されても良い。

また、上記実施例で、透明な球状微粒子を分散させた透明な接着液を塗膜、硬化して凹凸層１３を形成したが、金型を用いてＵＶ硬化樹脂などで形状転写して凹凸層１３を形成しても良い。

また、上記実施の形態では、反射層を誘電体多層膜で形成したが、ニッケル、アルミなどの金属膜を数十ｎｍ積層して形成してもよい。

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１８ｄｅｇにおける分布率が２．０％／ｄｅｇ以上、傾斜角が２５ｄｅｇにおける分布率が０．３％／ｄｅｇ以上であり、かつ、傾斜角が４０ｄｅｇ以上の分布率の占める割合が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１８ｄｅｇにおける分布率が２．０％／ｄｅｇ以上、傾斜角が２５ｄｅｇにおける分布率が０．３％／ｄｅｇ以上であり、かつ、傾斜角が４０ｄｅｇ以上の分布率の占める割合が２０％以下である映像表示システム。