JP2005266264A - スクリーン - Google Patents

Abstract

【課題】高コントラストでゲインが高くかつ輝度ムラのないスクリーンを提供する。
【解決手段】基板３上に、プロジェクター光に対応する特定波長領域の光に対して高反射特性を有し、その特定波長領域を除く可視波長領域の光に対して高吸収特性を有するよう、金属膜４と光学多層膜５を積層して選択反射層７とし、この光学多層膜５の表面に、垂直方向の拡散角が水平方向の拡散角より小さい異方性拡散層９を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、明光下で高輝度、高コントラストの映像を見ることができるスクリーンに関する。

近年、会議等において発言者が資料を提示する方法としてデータプロジェクターが広く用いられている。また、一般家庭においても液晶を用いたビデオプロジェクターや動画フィルムプロジェクターが普及しつつある。これらのプロジェクターの映写方法は光源から出力された光を、例えば透過形の液晶パネル等によって光変調して画像光を形成し、この画像光をレンズ等の光学系を通して出射してスクリーン上に映写するものである。

例えば、スクリーン上にカラー画像を形成することができるプロジェクターは、光源から出射された光線を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色に分離して所定の光路に収束させる照明光学系と、この照明光学系によって分離されたＲＧＢ各色の光束をそれぞれ光変調する液晶パネル（ライトバルブ）と、液晶パネルにより光変調されたＲＧＢ各色の光束を合成する光合成部とを備え、光合成部により合成したカラー画像を投射レンズによりスクリーンに拡大投影するようになっている。

また、最近では光源として狭帯域三原色光源を使用し、液晶パネルの代わりにグレーティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ：Grating Light Valve）を用いてＲＧＢ各色の光束を空間変調するタイプのプロジェクターも開発されている。

このようなプロジェクターに対して、投影画像を表示するスクリーンには大別して透過型と反射型がある。透過型スクリーンは、スクリーン背後のプロジェクター（リアプロジェクター）から照射される画像光を透過して透過光により投影画像を見ることができるようにしたものであり、反射型スクリーンは、スクリーン前方のプロジェクター（フロントプロジェクター）から照射される画像光を反射して反射光により投影画像を見ることができるようにしたものである。

反射型のスクリーンとしては、プロジェクターからの画像光を反射し散乱するビーズスクリーンやホワイトスクリーンが用いられているが、このようなスクリーンは、画像光以外の光すなわち外光も反射し、外光のレベルとともに黒レベル（黒色映像輝度）も上昇するため、外光レベルの高い明光下ではコントラスト（＝白レベル／黒レベル）の低い映像しか表示することができず、部屋を暗くして外光レベルを下げる必要があった。

これに対して、反射層の前に光吸収層を設けることによって黒レベルの低下を図り、外光下のコントラストを向上させるスクリーンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この場合外光のみならず画像光も光吸収層によって低減されてしまうため、スクリーンゲイン（輝度）が低下するとともに、明光下のコントラストの向上にも限界があった。

また、スクリーンは、良好な視認性を得るために、一般にスクリーン表面に光を散乱させる拡散層が設けられている。この拡散層の拡散特性はスクリーン全面で均一で、図７に示すように、入射角０°で入射した光の散乱輝度分布は散乱角度０°の輝度を最大として左右対称となっている。なお、拡散層の拡散特性は通常、図７における最大輝度の半値幅FWHM（Full Width Half Maximum）又はその１/２のHWHM（Half Width Half Maximum）となる拡散角で表される。この拡散角が大きければスクリーンの視野角は広くなる。

しかしながら、一般的にスクリーンのゲイン（輝度）と視野角は相反する関係にあり、拡散層の拡散角を大きくするとゲインが低下する。さらに、照明等の上方から入射する外光は、拡散層の拡散角が大きいと拡散層を透過して反射層に到達し視聴者方向に散乱する割合が多くなるため、黒レベルを上げることになって結果的にコントラストを低下させてしまう。逆に、拡散層の拡散角を小さくして指向性を高めた場合には、スクリーンゲイン（輝度）及びコントラストを高めることが可能であるが、水平方向の視野範囲が狭くなるうえ、図８に示すように、視聴者Ａから見てプロジェクターＰからの投射光Ｌpの正反射領域をピークとする輝度ムラが発生し、スクリーン１００面内で均一な反射をさせることが難しい。なお、図８（ａ）は、スクリーン垂直方向の視聴者Ａから見た輝度分布を示し、図８（ｂ）は、プロジェクターＰからの投射光Ｌpがスクリーン１００面で反射し散乱する状態を、光の方向と強さを矢印の向きと長さで表した散乱角度分布Ｃで示している。
特開平１０■３１２０２７号公報

上述したように、従来技術では、広視野角を保持しつつ外光レベルの高い明光下において明るく鮮明な映像を輝度ムラもなく表示することができる、高輝度、高コントラストのスクリーンを得ることは困難であった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、画像光を主に反射してそれ以外の光を吸収する選択反射層と垂直方向と水平方向とで拡散特性の異なる異方性拡散層を用いることにより、明光下におけるコントラスト性能が非常に優れ、十分な視野角を持ちつつ高いスクリーンゲインと輝度の均一性を実現したスクリーンを提供することを目的とする。

すなわち、請求項１の発明は、画像光の照射により画像を表示するスクリーンにおいて、画像光に対応する特定波長領域の光に対して高反射特性を有し、少なくとも特定波長領域を除く可視波長領域の光に対して高吸収特性を有する選択反射層と、垂直方向の拡散角が水平方向の拡散角より小さい異方性拡散特性をもって、選択反射層で反射した光を拡散する異方性拡散層とを備えたことを特徴とする。

請求項１の発明においては、所定の入射角範囲で照射された画像光は、異方性拡散層を透過して選択反射層により反射し、異方性拡散層により水平方向には広い範囲に、垂直方向には狭い範囲に散乱する。これにより、反射光は必要な視聴範囲に有効に絞られて拡散されるため、スクリーンとして十分な視野角を有するとともに、スクリーンゲインの向上を図ることが可能となる。

一方、天井の照明等の上方より入射する外光は、垂直方向の拡散角が狭いため異方性拡散層を透過する割合が少なく、ほとんどスクリーンの下方周辺へ放出されるとともに、スクリーン前方より入射する外光は、選択反射層により特定波長領域を除いてほとんど吸収されるため、大幅な黒レベルの低下を図ることができ、外光レベルの高い明光下において極めて高いコントラストを得ることが可能となる。

また、画像光に合わせて反射する特定波長領域が設計される選択反射層は、入射角によって反射波長領域がシフトする性質があり、拡散層の拡散角が大きいと、選択反射層に入射する光は拡散層の拡散特性によって入射角の大きな成分が多くなり、反射波長領域が広がるとともに特定波長領域の反射率が低下する。これは、特定波長領域の画像光の選択反射層で反射する割合が減少し、選択反射層で反射する外光の割合が増加することを意味し、コントラストの低下を招くことになる。このため、選択反射層に垂直方向の拡散角の狭い異方性拡散層を組み合わせることにより、コントラストの低下が抑制され、かつ反射波長領域のシフトによる色調の変化が抑制されるという作用効果も得られる。

異方性拡散層は、例えば微細な表面凹凸を有する樹脂フィルムで構成することができる。画像光がレーザー光の場合、スペックルパターン発生を防止する意味から、その表面形状パターンはランダムであることが望ましい。異方性拡散層の垂直方向及び水平方向の拡散角は、スクリーンの大きさや部屋の大きさによってもその好適範囲は異なるが、例えば、水平方向ではHWHMで３０°以上、垂直方向ではHWHMで１０°〜２０°とすることができる。

選択反射層としては、誘電体膜と透過性を有する光吸収薄膜よりなる光学多層膜、あるいは高屈折率層と低屈折率層を交互に積層した光学多層膜を用いることができる。前者の光学多層膜は、この光学多層膜の透過光を反射する反射層に積層することによって、特定波長領域の光に対して高反射特性を有し、特定波長領域を除く可視波長領域の光に対して高吸収特性を有するよう設計することができる。誘電体膜は、例えば、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２等が用いられ、スパッタリング法等により成膜される。また、誘電体膜は可視波長領域で透明な熱硬化性樹脂等も用いることができる。この場合は、塗布法により形成することができる。誘電体膜の膜厚は、誘電体膜の屈折率と反射させたい特定波長領域、例えば三原色波長領域に応じて設計される。

透過性を有する光吸収薄膜は、屈折率が１以上で吸収係数が０.５以上の材料により形成される。このような材料としては、Ｎｂ、Ｎｂ系合金、Ｃ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＮ_ｘＷ_ｙ、Ｍｎ、Ｒｕ、ＰｂＴｅ等が挙げられる。膜厚は５〜２０ｎｍの範囲が好ましい。５ｎｍ未満では目的とする光吸収が得られず、２０ｎｍを超えると必要な透過性が損なわれるおそれがある。このような光吸収薄膜はスパッタリング法等により成膜される。

反射層としては、可視波長領域で反射率の高い金属又は合金、例えばＡｌ、Ｎｂ、Ａｇ等の金属又は合金からなる金属基板あるいは金属膜を用いることができる。誘電体膜と光吸収薄膜よりなる光学多層膜が、金属基板、又は基板上に形成された金属膜の上に形成されることによって、特定波長領域の光に対して高反射特性を有し、特定波長領域を除く可視波長領域の光に対して高吸収特性を有する選択反射層が得られる。この選択反射層上に上記異方性拡散層が接着剤又は粘着剤を用いた貼り合わせ等によって形成されることにより、本発明のスクリーンが得られる。また、選択反射層は基板を使わずにフィルム状の異方性拡散層の裏面に直接形成してもよい。この場合、異方性拡散層の裏面に光学多層膜から逆順で積層され、最後に金属膜が成膜される。金属膜は例えば蒸着法やスパッタリング法等を用いて成膜することができる。

高屈折率層と低屈折率層を交互に積層した光学多層膜は、特定波長領域の光に対して高反射特性を有し、特定波長領域を除く可視波長領域の光に対して高透過特性を有するよう設計することができる。このため、選択反射層としては、この光学多層膜を用いた場合には、この光学多層膜の背後に光を吸収する吸収層が配置される。この吸収層は、例えば光学多層膜を形成する基板に光吸収材料を用いたり、透明基板の裏面に黒色塗料を塗布あるいは黒色フィルムを貼り付けたりすることで形成される。この場合、この光学多層膜の表面に異方性拡散フィルムが貼り合わされる。また、選択反射層として基板を使わずに直接異方性拡散フィルムの裏面にこの光学多層膜を形成してもよいが、この場合には、光学多層膜の裏面に黒色塗料の塗布、あるいは黒色フィルムの貼付けによって吸収層が形成される。高屈折率層と低屈折率層はスパッタリング法や塗布法等により形成することができる。スパッタリング法による場合は、例えば、高屈折率層としてＮｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５又はＴｉＯ_２が用いられ、低屈折率層としてＳｉＯ_２又はＭｇＦ_２が用いられる。塗布法により形成する場合には、例えば屈折率の異なる熱硬化性樹脂等の溶剤系材料が用いられる。

本発明によれば、特定波長領域光を選択的に反射し、それを除く可視波長領域の光を吸収する選択反射層と、垂直方向の拡散角が水平方向の拡散角より小さい異方性拡散層を組み合わせて用いることにより、選択反射層による反射画像光を必要な視聴範囲に有効に絞ることができ、スクリーンとしての広視野角化と高輝度化を図ることができる。さらに、照射される画像光は選択反射層によりほとんど反射されるが、照明等の上方から入射する外光は、垂直方向の拡散角の小さい異方性拡散層を透過することなく下方にはじき出され、前方より入射する外光は選択反射層によりほとんど吸収されるため、白レベルを低下することなく黒レベルの大幅な低下を図ることができ、極めて高いコントラストを実現することができる。さらにまた、画像光に合わせて反射する特定波長領域が設計される選択反射層は、光学多層膜ゆえに入射角が大きくなるにつれて反射波長領域が低波長側にシフトする性質があるが、拡散層の垂直方向の拡散角を小さくすることで、入射角の大きい成分を少なく抑えることができ、反射波長領域のシフトに伴う画像光の反射率の低下と外光の反射率の上昇によるコントラストの低下を抑制することができるとともに、反射波長領域のシフトによる色調のずれも抑制することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明のスクリーンの一実施の形態を示すもので、スクリーン１は、基板３上に、プロジェクター光に対応する特定波長領域の光に対して高反射特性を有し、その特定波長領域を除く可視波長領域の光に対して高吸収特性を有するよう金属膜４と光学多層膜５が積層された選択反射層７と、光学多層膜５の表面に設けられ、垂直方向の拡散角が水平方向の拡散角より小さい異方性拡散層９とで構成されている。

基板３は、プラスチックや金属等の材料により形成され、厚みは０.１〜数ｍｍ程度である。スクリーンとして可撓性を持たせる場合には、例えばポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリオレフィン（ＰＯ）等の高分子材料が用いられる。

金属膜４は、光学多層膜５を透過した光を反射する反射層として形成されるもので、好ましくは可視波長領域において略均一に反射率の高い金属材料、例えばＡｌ、Ａｇ、Ｎｂ等の金属あるいは合金が用いられる。膜厚は、光が透過しない厚さが必要で、５０ｎｍ以上が好ましい。このような金属膜４は、蒸着法やスパッタリング法等を用いて基板３上に成膜される。ただし、基板３として反射率の高い金属基板を用いた場合には、金属膜４は省略することができる。

光学多層膜５は、誘電体膜５Ｄ_ｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ；ｎは１以上の整数）と透過性を有する光吸収薄膜５Ｍ_ｊ（ｊ＝１、２、…、ｍ；ｍは１以上の整数）よりなり、少なくとも誘電体膜５Ｄ_１と光吸収薄膜５Ｍ_１を含む２層以上の積層構造を有する。誘電体膜５Ｄ_ｉは、例えばＮｂ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３又はＳｉＯ_２からなり、金属膜４又は光吸収薄膜５Ｍ_ｊ上に、例えばスパッタリング法を用いて成膜される。また、誘電体膜５Ｄ_ｉは可視波長領域で透明な樹脂膜でもよい。この場合、熱や紫外線で硬化する熱硬化性樹脂等を用いて塗布法により形成することができる。

透過性を有する光吸収薄膜５Ｍ_ｊは、屈折率が１以上で吸収係数が０.５以上の材料により形成される。このような材料としては、例えば、Ｎｂ、Ｎｂ系合金、Ｃ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＮ_ｘＷ_ｙ、Ｍｎ、Ｒｕ、ＰｂＴｅ等が挙げられる。膜厚は５〜２０ｎｍの範囲が好ましい。５ｎｍ未満では十分な光吸収性が得られず、２０ｎｍを超えると光透過性が得られないおそれがある。光吸収薄膜５Ｍ_ｊは誘電体膜５Ｄ_ｉ上に、例えばスパッタリング法を用いて成膜される。

金属膜４と光学多層膜５とで構成される選択反射層７は、例えばＲＧＢ三原色波長領域の光に対して、例えば反射率が７０％以上という高い反射特性を有するとともに、この三原色波長領域以外の波長領域の光に対しては、例えば吸収率が７０％以上という高い吸収特性を有するように、光学多層膜の設計が行われる。ここで、誘電体膜５Ｄ_ｉの各膜厚は、その各膜の厚さをｄ、その各膜の屈折率をｎ、この光学多層膜に入射した光のうち反射させたい光の各波長をλとすると、各膜の光学的厚さｎｄが各波長λに対して数１に示した式を満足するように設計される。

（数１）
ｎｄ＝λ（α±１／４）（但し、αは自然数である）

例えば、金属膜４にＡｌ、誘電体膜５Ｄ_１にＮｂ_２Ｏ_５、光吸収薄膜５Ｍ_１にＮｂ、誘電体膜５Ｄ_２にＮｂ_２Ｏ_５を用いて、金属膜４の膜厚を５０ｎｍ、誘電体膜５Ｄ_１の膜厚を５５１ｎｍ、光吸収薄膜５Ｍ_１の膜厚を１５ｎｍ、誘電体膜５Ｄ_２の膜厚を５５１ｎｍとすると、図２に反射特性を実線で、吸収特性を点線で示すように、三原色波長領域の光に対して反射率８０％以上の高反射特性を有し、それ以外の波長領域の光に対して吸収率９０％以上の高吸収特性を有する選択反射層７が得られる。なお、この選択反射層７は、光源の三原色波長領域が４５７ｎｍ（Ｂ）、５３２ｎｍ（Ｇ）、６４２ｎｍ（Ｒ）のレーザープロジェクターに合わせて光学多層膜の設計が行われている。

上記選択反射層７においては、光学多層膜５は誘電体膜５Ｄ_１と光吸収薄膜５Ｍ_１の２層構造でもよいが、３層構造の場合と比較して三原色波長領域における反射ピークの半値幅は大きくなる。すなわち、光学多層膜５の積層数が多くなるにつれて、三原色波長領域における反射ピークの半値幅は小さくなる。また、三原色波長領域における反射ピークの半値幅は、誘電体膜５Ｄの屈折率によっても変化し、誘電体膜５Ｄの屈折率が小さいほど、三原色波長領域における反射ピークの半値幅が小さくなる。三原色波長領域における反射ピークの半値幅が小さいほど、外光の影響を低減してコントラストを高めることができるが、視野角は反射ピークの半値幅が大きいほうが広くなる。このため、光学多層膜５はプロジェクターの光源や使用形態に合わせて設計される。

また、光学多層膜５は、誘電体膜５Ｄと光吸収薄膜５Ｍを交互に積層したものに限定されない。誘電体膜５Ｄ_ｉを異なる誘電体材料により連続して形成してもよい。光学多層膜５における誘電体膜５Ｄ_ｉに異なる誘電体材料を用いることにより、ＲＧＢの各波長領域における反射率ピークの高さを調整することもできる。

異方性拡散層９の拡散特性は、スクリーンの大きさや映写環境の大きさによっても異なるが、水平方向の拡散角HWHMが３０°以上、垂直方向の拡散角HWHMが１０°〜２０°程度が望ましい。このような異方性拡散層９としては、表面に形状異方性の微細凹凸が形成された透明樹脂よりなる拡散板、あるいは透明樹脂中にガラスファイバーのような屈折率の異なる針状の微小粒子が配向されて分散されている拡散板等が用いられる。異方性拡散層９は、プロジェクターの光源がレーザである場合にはスペックルパターン発生を防止する意味から、表面形状パターンはランダムであることが望ましい。

表面に形状異方性の微細凹凸が形成された拡散板は、例えば、スペックルパターンを感光材料に形成する方法を用いて製造することができる。この製造方法は、次のような工程よりなる。
（１）基材上に感光性媒体として、例えば重クロム酸化ゼラチン（ＤＣＧ）などの感光性媒体を設けた感光基板を用意し、その感光性媒体に、すりガラス、レンズ状拡散体、アセテート拡散体などの拡散体に照射することによりスペックルパターンに変調されたレーザ光を露光した後、現像・固定化する。これにより、前記スペックルパターンに対応するランダムな凹凸形状を有する微細彫刻面が表面に形成された感光基板となる。なお、レーザ光を拡散体に照射する際、任意の形状及び大きさのアパチャーを通過させることで、スペックルパターンの平均単位形状やサイズを自由にコントロールすることができ、これによって製造される拡散板の異方性拡散特性を任意に設計することができる。
（２）この感光基板の表面に、例えば紫外線硬化型のエポキシ樹脂を塗布し、硬化させて感光基板表面の凹凸を転写させた樹脂製の型を作製する。
（３）ついで、その樹脂製型の表面に導電化処理を施して導電層を形成し、その導電層を陰極として電鋳加工を行い、メタルマスターを作製する。このとき、導電化処理として銀鏡処理、無電解メッキ処理、真空蒸着処理、スパッタリング処理などにより金属等の導電層を形成する。また、電鋳加工として、例えばニッケルを所定厚みに電着させ、その電着ニッケル層から樹脂製型を脱型して金属電鋳のメタルマスターを得る。あるいは、（２）の工程を省略し、（１）の工程で作製された感光基板に（３）の処理を施してメタルマスターを直接形成してもよい。
（４）このメタルマスターに基づいて、例えば熱成形のプラスチックフィルムに型押しするなどして拡散板を得る。

また、表面に形状異方性の微細凹凸が形成された拡散板は、金型母材表面にサンドブラスト加工により微細凹凸を形成する方法を用いて製造することもできる。すなわち、この製造方法は、金型母材表面に９０°未満の角度からブラストガンによりアルミナ粒子、シリカ粒子等の研削材を吹き付けてランダムな凹凸形状を有する微細彫刻面を形成し、このサンドブラスト処理された金型を直接または間接に用いて樹脂表面に微細彫刻面を複製することにより拡散板を得るものである。この方法では、研削材の吹き付け角度等の吹き付け条件を変えることによって拡散板の異方性拡散特性をコントロールすることができる。

一方、透明樹脂中にガラスファイバーを分散し配向させた拡散板は、樹脂バインダーに屈折率が０.０１以上異なる平均アスペクト比３〜１０のガラスファイバーを分散させた塗料を用いて、塗布面に対して平行に一定方向のせん断応力を作用させながら被塗布体上に塗布し、硬化させることによって製造することができる。これにより、ガラスファイバーが配向されている方向の拡散角は狭く、それに直交する方向の拡散角は広い、拡散異方性を持った拡散板が得られる。この方法では、垂直・水平方向の拡散角は、ガラスファイバーの粒子サイズ（カット長さ、ファイバー径）、平均アスペクト比、充填率、配向度及び光拡散板の膜厚によって調整される。なお、被塗布体を選択反射層７にすれば、選択反射層７上に直接異方性拡散層９が塗布、形成され、スクリーン１が完成する。また、ロール形状の被塗布体上に塗布し、硬化させた後に剥離させて、拡散板単体として取り出してもよい。

上述した方法によって拡散板として製造された異方性拡散層９は、選択反射層７上に粘着材または接着剤により貼り合わされ、スクリーン１が完成する。
なお、ここでは基板３上に光学多層膜５が形成されているが、異方性拡散層９となる拡散板の裏面に光学多層膜５が形成されてもよい。この場合、光学多層膜５の誘電体膜５Ｄと光吸収薄膜５Ｍは逆順で積層された後、最後に金属膜４が成膜され、（誘電体膜５Ｄ_ｎから積層され、）基板３は省略することができる。

上記のように構成されたスクリーンの視野角特性を図３に示す。図３は、横軸にスクリーン中央の垂線に対して水平方向又は垂直方向に傾いた測定角度をとって、スクリーン中央のスクリーンゲインを求めたものであり、水平方向のスクリーンゲインの変化を実線ｈで、垂直方向のスクリーンゲインの変化を破線ｖでそれぞれ示すとともに、比較のためにホワイトスクリーンのゲインの変化（水平方向、垂直方向ともに同じ）を点線ｗで示している。

次に、図１及び図４〜図６に基づいて本実施の形態の作用を説明する。なお、図４はスクリーン１を横から見た図（ｂ）であり、それに合わせて視聴者から見たスクリーン１の垂直方向の輝度分布（ａ）を示している。同じく、図５はスクリーン１を上から見た図（ｂ）であり、（ａ）は視聴者から見たスクリーン１の水平方向の輝度分布である。また、図６は、選択反射層７の反射特性の入射角によるシフトを示している。なお、図６において、実線、破線、一点鎖線、二点鎖線で示す各反射スペクトルは、それぞれ入射角０°、１５°、３０°、４０°の光に対するものである。

スクリーン１に対してプロジェクターＰから光が投射されると、投射光Ｌpはまずスクリーン表面の異方性拡散層９を透過する。このとき、拡散特性に応じて散乱する。異方性拡散層９を透過した光のうち投射光Ｌpは選択反射層７によりほとんど反射され、投射光Ｌpと波長領域の異なる外光は大部分吸収される。反射した投射光Ｌpは異方性拡散層９により拡散され、スクリーン表面から放出される。これにより、スクリーン１に入射した投射光Ｌpは、スクリーン表面の垂線ｎに対して対称となる正反射方向ｒを中心に所定の散乱角度分布Ｃで反射される。この際、異方性拡散層９の拡散角が小さいほど正反射方向ｒの輝度すなわち散乱角度分布Ｃの最大輝度は大きくなる。

ところで、選択反射層７を構成する光学多層膜５は、図６に示すように、投射光Ｌpの波長領域（例えば、４５７ｎｍ、５３２ｎｍ、６４２ｎｍ）に合わせて設計されても、入射角が大きくなるにつれて、反射スペクトルは短波長側にシフトしてしまう。このため、異方性拡散層９を透過する際、その拡散角が大きいと、光学多層膜５に対して入射角の大きい光成分が多くなるため、投射光Ｌpの反射率が低下して投射光Ｌpより波長領域のずれた外光の反射率が上昇することになり、コントラストの低下を招いてしまう。したがって、異方性拡散層９の拡散角が小さいほど、コントラストは高くなるとともに、反射スペクトルのシフトによる色調のずれは少なくなる。

一方、照明等の外光はスクリーン１の選択反射層７によって大部分吸収されるため、反射する外光成分は少ない。その上、図４に示すように外光Ｌoの大半は上方の角度から入射するため、垂直方向の拡散角が小さいほど視聴者Ａの方向に反射する割合は少なくなり、コントラストがより高くなる。ただし、垂直方向の拡散角が狭すぎるとスクリーン面内で上下方向の輝度の差が出てしまうため、HWHM１０°〜２０°程度が適切となる。これにより、図４（ａ）に示すようなスクリーン垂直方向において輝度ムラの少ないスクリーンが得られる。水平方向は、異方性拡散層９の水平方向の拡散角HWHMが３０°以上あるため、図５（ａ）に示すように、ほぼ均一な輝度の光が反射される。

上記の説明からも明らかなように、本実施の形態においては、プロジェクターからの光はスクリーン面内でほぼ均一に視聴者方向に反射・拡散する一方、外光の多くはスクリーンに吸収されるとともに、大半が上方から入射する外光はスクリーン表面で下方に放散されて視聴者方向に反射しないため、外光レベルが高い状態でも鮮明で輝度ムラのない映像を表示することができ、高コントラスト、広視野角でかつゲインの高い（すなわち高輝度の）スクリーンを実現することができる。

なお、上記実施の形態では、選択反射層７として、金属膜４や金属基板上に形成することで特定波長領域の光に対して高反射特性を有し、それ以外の波長領域の光に対して高吸収特性を有する光学多層膜５を用いたが、この代わりに特定波長領域の光に対して高反射特性を有し、それ以外の波長領域の光に対して高透過特性を有する光学多層膜を用いても同様の効果が得られる。この場合には、光学多層膜を透過した光を吸収する吸収層が付加される。

このような光学多層膜は、例えば、基板あるいは拡散板裏面等の基材上にスパッタリング法や塗布法等により高屈折率層と低屈折率層を交互に積層することによって形成される。スパッタリング法等の成膜法では、例えば高屈折率層にＮｂ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５等の高屈折率材料、低屈折率層にＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２等の低屈折率材料が用いられる。塗布法では、例えば屈折率の異なる熱硬化性樹脂が用いられる。吸収層は黒色塗料を塗布したり、黒色フィルムを貼り合せたりすることによって形成することができる。また、光吸収性を有する基板を用いてもよい。

本発明のスクリーンの一実施の形態を示す断面図である。 光学多層膜の反射特性の一例を示す図である。 本発明にかかるスクリーンの視野角特性を示す図である。 本発明にかかるスクリーンの垂直方向の作用を説明する図である。 本発明にかかるスクリーンの水平方向の作用を説明する図である。 光学多層膜の入射角による反射特性のシフトを示す図である。 拡散特性を説明する図である。 指向性の高いスクリーンの作用を説明する図である。

符号の説明

１ スクリーン
３ 基板
４ 金属膜
５ 光学多層膜
７ 選択反射層
９ 異方性拡散層

Claims (13)

1. 画像光の照射により画像を表示するスクリーンにおいて、
   前記画像光に対応する特定波長領域の光に対して高反射特性を有し、少なくとも前記特定波長領域を除く可視波長領域の光に対して高吸収特性を有する選択反射層と、
   垂直方向の拡散角が水平方向の拡散角より小さい異方性拡散特性をもって、前記選択反射層で反射した光を拡散する異方性拡散層とを備えたことを特徴とするスクリーン。
2. 前記選択反射層は、誘電体膜と透過性を有する光吸収薄膜よりなる光学多層膜と、この光学多層膜を透過した光を反射する反射層とを備えたことを特徴とする請求項１記載のスクリーン。
3. 前記光吸収薄膜が、屈折率が１以上で吸収係数が０.５以上の材料により形成されていることを特徴とする請求項２記載のスクリーン。
4. 前記光吸収薄膜の材料が、Ｎｂ、Ｎｂ系合金、Ｃ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＮ_ｘＷ_ｙ、Ｍｎ、Ｒｕ又はＰｂＴｅであることを特徴とする請求項３記載のスクリーン。
5. 前記誘電体膜が、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ａｌ_２Ｏ_３又はＳｉＯ_２により形成されていることを特徴とする請求項２記載のスクリーン。
6. 前記反射層が金属基板又は金属膜であることを特徴とする請求項２記載のスクリーン。
7. 前記反射層が、Ａｌ、Ｎｂ及びＡｇのいずれかの金属又は合金からなることを特徴とする請求項６記載のスクリーン。
8. 前記選択反射層は、高屈折率層とこれより屈折率の低い低屈折率層を交互に積層した光学多層膜と、この光学多層膜を透過した光を吸収する吸収層とを備えたことを特徴とする請求項１記載のスクリーン。
9. 前記選択反射層が基板を備え、前記選択反射層の上に接着剤又は粘着剤により前記異方性拡散層が貼り合わされていることを特徴とする請求項１記載のスクリーン。
10. 前記選択反射層が前記異方性拡散層の裏面に直接形成されていることを特徴とする請求項１記載のスクリーン。
11. 前記異方性拡散層の垂直方向の拡散角HWHMが１０°〜２０°、水平方向の拡散角HWHMが３０°以上であることを特徴とする請求項１載のスクリーン。
12. 前記異方性拡散層は、ランダムな表面形状パターンを有することを特徴とする請求項１記載のスクリーン。
13. 前記特定波長領域は、赤色光、緑色光及び青色光の各波長領域を含むことを特徴とする請求項１記載のスクリーン。
    
    
    

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