JP4289122B2 - 反射型スクリーン及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、投影装置から投射された映像を映し出す反射型スクリーン及びこれを用いた表示装置に関し、さらに詳しくは、微細な多数の凹凸からなる反射面が投射光を互いに平行する方向に反射できるようにした反射型スクリーン及びこれを用いた表示装置に関するものである。

スライドやＯＨＰ（オーバーヘッド・プロジェクター）の投影、または映画やビデオの映写などの投影装置に使用される反射型スクリーンは、例えば、基材シートと、この基材シート上に積層状態に設けられ、フレネルレンズの表面に反射層を有する反射シートと、この反射シート上に積層状態に形成された光拡散シートとから構成されている。
特開平６−１２３９２０号公報

このような反射型スクリーンにおいて、特にフロントプロジェクター（前方投射型表示装置）用のスクリーンのうち、シルバー系と呼ばれる金属の反射特性を利用したスクリーンは、ゲインが高く外光コントラストが良好であり、また、偏光光を利用した投射表示システムについては偏光方向に影響を与えないなどの優位性がある。
この種の反射型スクリーンは反射特性が鏡面反射的であり、投射表示システムの位置と鑑賞者の位置関係について、スクリーンからの反射光がスクリーンを鏡面と仮定した時の鏡面反射の方向を中心とした方向に視聴範囲が限られるという特性がある。このために、例えばスクリーンの下方に投影装置を置いた場合などは、シルバー系のスクリーンは下向きに傾けないと十分な輝度が得られないなど不都合があった。また、平板スクリーンの場合、スクリーンの各部分でも鑑賞者と投影装置との位置関係が異なるために、輝度の一様性が保たれず、例えば中心部分で輝度が最も大きくなるような配置にした時には周辺部分の輝度が低下してしまうという問題があった。

これらの問題を解決するために従来のシルバー系スクリーンにおいては、スクリーンを放物面状に湾曲させる方法が採られている。しかし、この方法では平板状のようにスペース効率の良いスクリーンを作ることができないと言う問題があった。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、平板上であっても周辺輝度の低下の小さい、かつ投影装置からの投射光の方向が限定されても、スクリーンを傾けるなどの必要のない反射型スクリーン及びこれを用いた表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、偏光光を投射する投影装置から投射された映像を映し出す反射型スクリーンであって、透明層と、前記透明層の背面に設けられた鏡面反射層とを有し、前記投影装置からの投射光を反射する反射面が、前記透明層の背面に臨む前記鏡面反射層の表面で構成され、前記反射面は、前記透明層を通して前記投影装置からの投射光を互いに平行させて一定の方向に反射する微細な凹凸をなす多数の反射素面で構成され、前記背面と反対側の前記透明層の表面に偏光選択層が形成され、前記偏光選択層は前記透明層側から、拡散層、偏光吸収層の順に積層されて構成されており、前記多数の反射素面は同心円状に配列したフレネル形状であり、前記偏光吸収層の表面にアンチグレア層が設けられ、前記背面と反対側の前記透明層の表面に、スクリーンの左右方向と上下方向の視野角に異方性を持たせるための微細な凹凸が形成されており、前記偏光選択層は、前記投影装置の投射光を透過させかつ投射光の偏光方向と直交する偏光光を吸収する偏光選択性を有し、前記投影装置からの投射光を前記反射面で反射し、投射光の偏光方向と直交する偏光光を前記偏光選択層で吸収することを特徴とする。

また、本発明は、偏光光を投射する投影装置と、前記投影装置から投射された映像を映し出す反射型スクリーンとを備えた表示装置であって、前記反射型スクリーンは、透明層と、前記透明層の背面に設けられた鏡面反射層とを有し、前記投影装置からの投射光を反射する反射面が、前記透明層の背面に臨む前記鏡面反射層の表面で構成され、前記反射面は、前記透明層を通して前記投影装置からの投射光を互いに平行させて一定の方向に反射する微細な凹凸をなす多数の反射素面で構成され、前記背面と反対側の前記透明層の表面に偏光選択層が形成され、前記偏光選択層は前記透明層側から、拡散層、偏光吸収層の順に積層されて構成されており、前記多数の反射素面は同心円状に配列したフレネル形状であり、前記偏光吸収層の表面にアンチグレア層が設けられ、前記背面と反対側の前記透明層の表面に、スクリーンの左右方向と上下方向の視野角に異方性を持たせるための微細な凹凸が形成されており、前記偏光選択層は、前記投影装置の投射光を透過させかつ投射光の偏光方向と直交する偏光光を吸収する偏光選択性を有し、前記投影装置からの投射光を前記反射面で反射し、投射光の偏光方向と直交する偏光光を前記偏光選択層で吸収することを特徴とする。

本発明の反射型スクリーン及び表示装置に使用される反射型スクリーンにおいては、多数の凹凸で形成される反射面が投影装置からの投射光を互いに平行させて一定の方向に反射させる構成になっているので、スクリーンが平板上であっても周辺輝度の低下が小さい、かつ投影装置からの投射光の方向が限定されても、スクリーンを傾けるなどの必要がない。

この実施の形態における反射型スクリーンは、所定の幅を有する円弧状の反射素面を多数同心円状に配列してフレネル形状の反射面を形成し、この反射面の各反射素面のそれぞれが投影装置からの投射光を互いに平行させて反射型スクリーンの前面と直角な方向に反射するように構成する。
これにより、スクリーンの周辺輝度の低下が小さく、かつ投影装置からの投射光の方向が限定されても、スクリーンを傾けるなどの必要のない反射型スクリーン及びこれを用いた表示装置を実現できる。

以下、本発明にかかる反射型スクリーンの実施例について説明する。
図１は本発明における反射型スクリーン及びこれを用いた前方投射型表示装置の斜視図である。
この図１において、１０は投影装置１１からの映像光を反射面により反射して観察できるように構成された左右に横長の矩形の反射型スクリーンである。この反射型スクリーン１０は、例えば８０インチ以下または８０インチ以上のサイズを有する構成になっている。
前記反射型スクリーン１０の反射面１０１は、微細な多数の凹凸、例えば０．１ｍｍ程度の幅を有する円弧状の反射素面１０１ａを多数同心円状に配列してなるサーキュラフレネル形状を呈し、この各サーキュラフレネル形状の反射素面１０１ａ自体は、それぞれが投影装置１１からの投射光１１ａを互いに平行させて反射型スクリーン１０の前表面と直角な方向に反射させるように構成している。

このような反射型スクリーン１０の製造について図２を参照して説明する。
図２は本発明における反射型スクリーン及びこれを用いた前方投射型表示装置の原理的構成の一例を示す説明図である。
図２に示すように仮想的な円形のフレネルレンズ１４を想定し、その表面が鏡面的な反射面１４ａとなっているとすると、このフレネルからなる凹面鏡の焦点位置付近（仮想的フレネルレンズ１４の光学的中心軸１４１上）に投影装置１１を置けば、仮想的フレネルレンズ１４の反射面１４ａは投影装置１１からの投射光１１ａを互いに平行させて仮想的フレネルレンズ１４の表面と直角な方向に反射されることになる。
そこで、この性質を利用して、円形の仮想的フレネルレンズ１４の一部分を、左右に横長の矩形に切り取って反射型スクリーン１０を得る。
この反射型スクリーン１０は、投影装置１１を特定の位置に置く場合、すなわち投影装置１１を仮想的フレネルレンズ１４の焦点位置付近に置く場合、スクリーン面のどこでも、投影装置１１からの投射光１１ａをスクリーン１０の前面に対してほぼ直角に反射する反射面を有していることになる。

すなわち、図２に示す反射型スクリーン１０は、投影装置１１を床上に設置し、この投影装置１１から斜め上方に向けて投射される投射光１１ａを前方へ平行させて反射させる場合に適合するように構成したものである。このため、仮想的フレネルレンズ１４に対する反射型スクリーン１０の切り取り個所は、図２に示すように、仮想的フレネルレンズ１４の光学的中心軸１４１からずれた光学的中心軸１４１より上方の領域となる。

このような反射型スクリーン１０及びこれを用いた前方投射型表示装置によれば、所定の幅を有する円弧状の反射素面１０１ａを多数同心円状に配列することでサーキュラフレネル形状の反射面１０１を形成し、各反射素面１０１ａのそれぞれが投影装置１１からの投射光１１ａを互いに平行させて反射型スクリーン１０の前表面と直角な方向に反射させるように構成したので、反射型スクリーン１０の周辺輝度の低下が小さくなり、反射面の全域が一様な輝度の反射型スクリーンとすることができるとともに、投影装置１１からの投射光の方向が斜め上方に限定されるものであっても反射型スクリーンを傾けて設置するなどの必要のないシルバー系の反射型スクリーンを実現できる。

図３は本発明にかかる反射型スクリーン及びこれを用いた前方投射型表示装置の原理的構成の他の例を示す説明図である。
この図３において、図２と同一の構成要素には同一符号を付して、その構成説明を省略し、図２と異なる部分を重点に述べる。
図３から明らかなように、この実施例２において上記実施例１と異なる点は、仮想的フレネルレンズ１４に対する反射型スクリーン１０Ａを、仮想的フレネルレンズ１４の光学的中心軸１４１を含む部分が反射型スクリーン１０Ａの右端下方隅部に位置するようにして左寄りの領域から切り出して作成するようにしたところにある。
このような反射型スクリーン１０Ａにおいては、投影装置１１を反射型スクリーン１０Ａに対して横方向にずらして設置し、この投影装置１１から左斜め方向に投射される投射光１１ａを互いに平行させて前方へ直角に反射させる場合に適合する反射面を構成することができる。
また、このような反射型スクリーン１０Ａ及びこれを用いた前方投射型表示装置においても上記実施例１に示す場合と同様な作用効果が得られる。

図４は本発明にかかる反射型スクリーン及びこれを用いた前方投射型表示装置の原理的構成の更に他の例を示す説明図である。
この図４において、図２と同一の構成要素には同一符号を付して、その構成説明を省略し、図２と異なる部分を重点に述べる。
図４から明らかなように、この実施例３において上記実施例１と異なる点は、仮想的フレネルレンズ１４に対する反射型スクリーン１０Ｂを、仮想的フレネルレンズ１４の光学的中心軸１４１からずれた光学的中心軸１４１より下方の領域から切り出して作成するようにしたところにある。
このような反射型スクリーン１０Ｂにおいては、投影装置１１を天井に吊り下げ状態に設置し、この投影装置１１から斜め下方に向けて投射される投射光１１ａを互いに平行させて前方へ直角に反射させる場合に適合する反射面を構成することができる。
また、このような反射型スクリーン１０Ｂ及びこれを用いた前方投射型表示装置においても上記実施例１に示す場合と同様な作用効果が得られる。

前記反射型スクリーン１０（及び反射型スクリーン１０Ａ，１０Ｂ）において、その反射面に、例えば細かいキズをつけるなどして、反射光に散乱性を持たせれば、投影装置１１を特定の位置に置いた場合、反射散乱光の強度の方向分布がスクリーンの表面上の位置に依存することのない反射型スクリーンを作成することができる。
このような反射光に散乱性を持たせる方法としては、反射表面に細かいキズを持たせるほかに、反射表面に透明な細かな粒子を付着させる方法や、鏡面的な反射層の前方に光拡散層を設ける方法などがある。

図５は、反射面に光拡散層を有する反射型スクリーンの具体的構成を模式的に示す断面図である。
この図５に示す反射型スクリーン４０は、図１に示す場合と同様に所定の幅を有する円弧状の反射素面を多数同心円状に配列することで形成されるサーキュラフレネル形状の反射面４１ａを有する反射層４１と、この反射層４１の反射面４１ａに設けられた透明層４２と、この透明層４２の表面に設けられた、光拡散度が小さく、後方散乱も小さい光拡散層４３とから構成されている。
このような反射型スクリーン４０において、投影装置からの投射光１１ａが光拡散層４３に入射されると、この投射光１１ａは矢印４５に示すように拡散されて光拡散層４３から透明層４２を介して反射層４１の反射面４１ａに向け出射される。そして、反射面４１ａで反射された各反射光４６が透明層４２を通して光拡散層４３に入射されると、この各反射光４６は光拡散層４３で矢印４７に示すように拡散され、光拡散層４３の表面から図示省略の鑑賞者方向に反射される。
これにより、反射散乱光の強度の方向分布がスクリーンの表面上の位置に依存することのない反射型スクリーンを提供できる。

一般的にディスプレー（表示装置）は、垂直方向の視野角よりも水平方向の視野角の方が広いことが望ましい。このため、光拡散層４３の光散乱方向分布も垂直方向に狭く、水平方向に広いことが望ましい。このようなディスプレーの実現方法には以下のようなものがある。
すなわち、反射面の表面に細かなキズをつける方法では、キズの方向を垂直方向に長いものとすることで、キズ面の垂直方向の曲率を小さく水平方向の曲率を大きくし、これにより、散乱角の異方性を持たせることができる。また、反射面に細かな粒子を付着させる方法では、透明で微小な紡錘形の散乱材を用い、その長手方向が垂直方向と平行になるように付着させることで散乱角の異方性を持たせることができる。また、鏡面的な反射面の前方に光拡散度の小さい層を設ける方法では、光散乱層に透過型のホログラム拡散板で、光拡散方向に異方性をもったものを用い、光拡散角の大きな方向を水平方向と平行にすることで、散乱角の異方性を持たせることができる。

図６は、偏光選択性を持つ本発明の反射型スクリーンの具体的構成を模式的に示した断面図である。
この図６に示す反射型スクリーン５０は、アクリルその他の透明な樹脂材から成形された所定厚さの透明層５１を有し、この透明層５１の背面には鏡面反射層５２が形成され、透明層５１の背面に臨む鏡面反射層５２の表面で反射面５３を構成している。
また、前記反射面５３は、所定の幅を有する円弧状の反射素面５１ａが同心円状に多数配列してなるサーキュラフレネル形状を呈している。そして、多数の反射素面５１ａにより、透明層５１を通して投影装置からの投射光１１ａは互いに平行して一定の方向、すなわち反射型スクリーン５０の前表面と直角な方向に反射される。
前記鏡面反射層５２は、アルミニウムや銀、クロムなどの反射率の高い金属が蒸着などの手段により形成される。また、鏡面反射層５２と反対側の透明層５１の面には、粘着剤に拡散剤を混合してなる拡散層５４を介して偏光吸収層５５が形成されている。この拡散層５４と偏光吸収層５５は偏光選択層を構成する。

また、拡散層５４と反対側の偏光吸収層５５の面には、微細な凹凸状の表面を持ったフィルム状のアンチグレア層５６が形成されている。このアンチグレア層５６は反射型スクリーン５０の表面のギラツキをなくすためのものである。すなわち、投影装置からの投射光の表面による反射光を色々な方向に散乱することによって以下に示す現象を防ぐために用いられる。表面層が滑らかな面の場合、投射光の直接反射は鏡面的な反射をするが、これは鑑賞者には投影装置の像として見え、それが投影像と重なって見えるために投影像の一部が明るく光ったように見え、ホットスポットと呼ばれる現象を引き起こす。これはＡＲコーティングをしている面でも鑑賞者には見えてしまうことが多く、表面層による直接反射光はアンチグレアなどを用いることで極力散乱してしまうことが望ましい。

上記図６に示す反射型スクリーン５０では、そのアンチグレア層５６に微細な凹凸状の表面を持ったフィルムを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、両面が滑らかな偏光吸収層を用いて、その表面にアンチグレア機能を持つフィルムを粘着剤によって貼り付けてもよい。
また、透明層５１の背面に形成されたサーキュラフレネル形状の反射素面５１ａの表面にアルミニウム等の金属を蒸着する前に、この反射素面５１ａの表面にスクリーンの鉛直方向に鑢などで細かなキズを形成するか、または反射素面５１ａと反対側の透明層５１の平坦面に粘着層（拡散層５４）をつける前に、その平坦面にスクリーンの鉛直方向に鑢などでキズを形成すれば、上記に示したようにディスプレーに左右上下方向の視野角の異方性を持たせることができる。
また、前記偏光選択層は、液晶プロジェクターを使用した場合など投影装置が偏光光を投射するものに対して用いるもので、投影装置の投射光と直行する偏光光を吸収する偏光選択層を用いることにより、投影装置からの投射光を反射し、それと直交する方向の偏光を持つ光は吸収するようにしておく。これにより、周囲からの外光は少なくともその半分が偏光吸収層で吸収されるのに対し、投影装置からの投射光はあまり吸収されずに反射されるので、外光コントラストを向上させることができる。

また、前記拡散層５４は、金属表面などの極薄い表面の拡散反射によって起こる光の干渉や、凹凸のある層を透過する光に生じるプリズム的な効果によって、反射光に明るい部分と暗い部分が斑に生じ、それが光の波長によっても異なる場合があり、斑に色のついた模様を生じる問題の対策として用いられる。この現象はシンチレーションと呼ばれることが多いが、このシンチレーションの成因には以下のものが考えられる。
まず、反射型スクリーンにおける表面の凹凸や反射面の凹凸が十分に大きく鑑賞者から見えてしまう場合は光の色によらない斑模様が問題となる。また、投影装置の投射光は、スクリーンと投影装置の距離が投影装置の投射レンズの径に比べて十分に大きいために、スクリーンの一部分で見ればほぼ平行光とみなせるが、これが次の２つの理由でシンチレーションの原因となる。

すなわち、細かいキズを持つアルミ反射面などではキズの凹凸により光の干渉が起こり光を強めあう方向と弱めあう方向ができてしまう。その結果、シンチレーションを引き起こす。通常の樹脂などの拡散層では光は物質内部まで入り込み、いろいろな深さから反射してくるので、光は重ね合わされるため、このような干渉は起こらないが、金属などの光反射は極表面の薄い層で起こるために、重ね合わされることなく鑑賞者に届いてしまう。もう一つの原因は、アンチグレアなど凹凸のある透明な物体や拡散剤中の透明な粒子に平行光に近い光線が透過する時のプリズム効果によるものが考えられ、これらによっても光は強く散乱される方向と弱く散乱される方向をもってしまう。この２つの原因では、光は波長によって散乱される方向が異なるので、色のついた斑模様が生じる。この対策するために、偏光方向を乱さない程度に僅かな拡散性を持った拡散層５４を反射面（鏡面反射層５２）からある程度距離を持って配置することにより、散乱された光を僅かに光が広がったところで拡散させ重ね合わせることでシンチレーションを防止できる。

なお、上記の実施例に示す反射型スクリーン１０，１０Ａ，１０Ｂでは、投影装置からの投射光を互いに平行で、かつ所定の方向に反射させるための反射面を、所定の幅を有する円弧状の反射素面１０１ａを同心円状に多数配列したサーキュラフレネル形状の反射面から形成した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、投影装置からの投射光を互いに平行させて一定の方向に反射できる形状の凹凸、例えば微小な紡錘形のような凹凸形状であってもよい。
また、本発明にかかる反射型スクリーンは、上記実施例１〜３に示すように、仮想的フレネルレンズ１４の光学的中心軸１４１を中心にして上下左右の各領域から切り出した形状のものに限らず、投影装置と反射型スクリーンを組み合わせて前方投射型表示装置を構成するときに、反射型スクリーンに対する投影装置の設置場所に応じて、仮想的フレネルレンズ１４の光学的中心軸１４１を中心とする３６０度、いずれの領域から切り出した形状のもの、及び仮想的フレネルレンズ１４の光学的中心軸１４１が中央に位置するような領域から切り出した形状のものであってもよい。

本発明における反射型スクリーン及びこれを用いた前方投射型表示装置の斜視図である。 本発明における反射型スクリーン及びこれを用いた前方投射型表示装置の原理的構成の他の例を示す説明図である。 本発明にかかる反射型スクリーン及びこれを用いた前方投射型表示装置の原理的構成の更に他の例を示す説明図である。 本発明にかかる反射型スクリーン及びこれを用いた前方投射型表示装置の原理的構成の更に他の例を示す説明図である。 本発明にかかる反射面に光拡散層を有する反射型スクリーンの具体的構成を模式的に示す断面図である。 本発明にかかる偏光選択性を持つ反射型スクリーンの具体的構成を模式的に示した断面図である。

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ……反射型スクリーン、１１……投影装置、１０１……反射面、１０１ａ，５１ａ……反射素面、４０……反射型スクリーン、４１……反射層、４２……透明層、４３……光拡散層、５０……反射型スクリーン、５１……透明層、５２……鏡面反射層、５３……反射面、５４……拡散層、５５……偏光吸収層、５６……アンチグレア層。

Claims (2)

1. 偏光光を投射する投影装置から投射された映像を映し出す反射型スクリーンであって、
   透明層と、前記透明層の背面に設けられた鏡面反射層とを有し、
   前記投影装置からの投射光を反射する反射面が、前記透明層の背面に臨む前記鏡面反射層の表面で構成され、
   前記反射面は、前記透明層を通して前記投影装置からの投射光を互いに平行させて一定の方向に反射する微細な凹凸をなす多数の反射素面で構成され、
   前記背面と反対側の前記透明層の表面に偏光選択層が形成され、
   前記偏光選択層は前記透明層側から、拡散層、偏光吸収層の順に積層されて構成されており、
   前記多数の反射素面は同心円状に配列したフレネル形状であり、
   前記偏光吸収層の表面にアンチグレア層が設けられ、
   前記背面と反対側の前記透明層の表面に、スクリーンの左右方向と上下方向の視野角に異方性を持たせるための微細な凹凸が形成されており、
   前記偏光選択層は、前記投影装置の投射光を透過させかつ投射光の偏光方向と直交する偏光光を吸収する偏光選択性を有し、
   前記投影装置からの投射光を前記反射面で反射し、投射光の偏光方向と直交する偏光光を前記偏光選択層で吸収する、
   ことを特徴とする反射型スクリーン。
2. 偏光光を投射する投影装置と、前記投影装置から投射された映像を映し出す反射型スクリーンとを備えた表示装置であって、
   前記反射型スクリーンは、
   透明層と、前記透明層の背面に設けられた鏡面反射層とを有し、
   前記投影装置からの投射光を反射する反射面が、前記透明層の背面に臨む前記鏡面反射層の表面で構成され、
   前記反射面は、前記透明層を通して前記投影装置からの投射光を互いに平行させて一定の方向に反射する微細な凹凸をなす多数の反射素面で構成され、
   前記背面と反対側の前記透明層の表面に偏光選択層が形成され、
   前記偏光選択層は前記透明層側から、拡散層、偏光吸収層の順に積層されて構成されており、
   前記多数の反射素面は同心円状に配列したフレネル形状であり、
   前記偏光吸収層の表面にアンチグレア層が設けられ、
   前記背面と反対側の前記透明層の表面に、スクリーンの左右方向と上下方向の視野角に異方性を持たせるための微細な凹凸が形成されており、
   前記偏光選択層は、前記投影装置の投射光を透過させかつ投射光の偏光方向と直交する偏光光を吸収する偏光選択性を有し、
   前記投影装置からの投射光を前記反射面で反射し、投射光の偏光方向と直交する偏光光を前記偏光選択層で吸収する、
   ことを特徴とする表示装置。

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