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技術 スクリーン及び映像表示システム

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 山口博史山田和宏
出願日 2017年2月14日 (3年9ヶ月経過) 出願番号 2017-025198
公開日 2018年8月23日 (2年3ヶ月経過) 公開番号 2018-132600
状態 未査定
技術分野 電気信号の光信号への変換 OHP及び映写スクリーン レンズ以外の光学要素
主要キーワード 相対ピッチ 共通単位 各傾斜角 直進光線 スクリーン付近 分布率 透過ヘイズ 使用シーン
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年8月23日)のものです。
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図面 (15)

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。

概要

背景

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。

概要

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。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。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

プロジェクタから投写された映像を75degの入射角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。

請求項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。

請求項3

前記反射層は、高屈折率の透明誘電体材料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。

請求項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平均ピッチは、5μm〜20μmである請求項1に記載のスクリーン。

請求項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。

請求項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。

請求項7

前記凹凸シートは、基材シート凹凸層とからなる請求項1に記載のスクリーン。

請求項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。

請求項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。

技術分野

0001

本開示は、プロジェクタから投写された映像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。

背景技術

0002

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。

0003

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。

0004

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。

0005

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。

先行技術

0006

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

発明が解決しようとする課題

0007

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。

課題を解決するための手段

0008

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。

発明の効果

0009

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。

図面の簡単な説明

0010

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。

実施例

0011

(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。

0012

図14のように会議室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。

0013

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。

0014

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。

0015

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。

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

0020

以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

0021

(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。

0022

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。

0023

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。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

(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。

0035

(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。

0036

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。

0037

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。

0038

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。

0039

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。

0040

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。

0041

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。

0042

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。

0043

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。

0044

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。

0045

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。

0046

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。

0047

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。

0048

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。

0049

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。

0050

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。

0051

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。

0052

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。

0053

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。

0054

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。

0055

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。

0056

以下、実施例について説明する。

0057

(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。

0058

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。

0059

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。

0060

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。

0061

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、凡そ推定が可能になる。

0062

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。

0063

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。

0064

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。

0065

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。

0066

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。

0067

図11分光光度計にて透過率、反射率を測定し、視感度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。

0068

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。

0069

表1及び図12積分球にて全ての透過成分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。

0070

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。

0071

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。

0072

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。

0073

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。

0074

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。

0075

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。

0076

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。

0077

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。

0078

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。

0079

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。

0080

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。

0081

(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。

0082

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。

0083

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。

0084

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。

0085

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。

0086

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。

0087

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。

0088

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

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