JP6717051B2 - スクリーン、映像表示装置 - Google Patents
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Description
また、透明性を有するスクリーンでは、映像光をスクリーンに対して斜めに投射したときに、一部の映像光が、スクリーンの厚み方向の映像源側とは反対側の上方に向かって出射する場合がある。このような映像光(抜け光)が、特にスクリーンの画面上部等で生じると、天井等に映像が映り込み、映像表示装置としての意匠性の低下等を招くという問題があった。
特に、透明性を有し、かつ、映像光を反射して表示する反射スクリーンでは、このような抜け光は、本来映像を表示しないはずのスクリーンの背面側上方の天井に映像を映り込ませてしまうため、好ましくない。
第1の発明は、映像源から投射された映像光を反射して観察者側へ向けて映像を表示し、かつ、透明性を有するスクリーンであって、該スクリーンの厚み方向の背面側の面に、映像光が入射する第1の面(121a)とこれに対向する第2の面(121b)とを有する単位光学形状(121)が複数配列されて形成され、光透過性を有する光学形状層(12)と、前記単位光学形状の少なくとも前記第1の面の一部に形成され、入射した光の少なくとも一部を反射し、その他の光を透過する機能を有する反射層(13)と、該スクリーンの厚み方向において前記反射層よりも背面側に、光透過性を有し、前記単位光学形状の間の谷部を充填するように積層された第2光学形状層(14)と、を備え、光を拡散する機能を有する拡散粒子を含有する光拡散層を備えておらず、前記単位光学形状は、その表面に微細かつ不規則な凹凸形状を有し、前記反射層の少なくとも前記単位光学形状側の面は、前記凹凸形状に対応した凹凸形状を有し、前記反射層を透過した映像光の少なくとも一部を吸収又は拡散する抜け光抑制層(15)を、該スクリーンの厚み方向において前記反射層よりも背面側に備え、前記第2光学形状層の屈折率は、前記光学形状層の屈折率と、同等である、又は、同等とみなせる程度の小さい屈折率差を有し、前記抜け光抑制層は、前記反射層を透過した映像光の少なくとも一部を吸収する機能を有する層であり、光を透過する光透過部(153)と光を吸収する光吸収部(154)とを備え、該スクリーンの厚み方向に平行な断面において、前記光透過部及び前記光吸収部がスクリーン面に沿って交互に配置され、前記断面における前記光吸収部の断面形状が矩形形状又は楔形形状であり、投射された映像光を反射して映像を表示する反射型のスクリーンであること、を特徴とするスクリーン(10)である。
第2の発明は、映像源から投射された映像光を反射して観察者側へ向けて映像を表示し、かつ、透明性を有するスクリーンであって、該スクリーンの厚み方向の背面側の面に、映像光が入射する第1の面(321a)とこれに対向する第2の面(321b)とを有する単位光学形状(321)が複数配列されて形成され、光透過性を有する光学形状層(32)と、前記単位光学形状の少なくとも前記第1の面の一部に形成され、入射した光の少なくとも一部を反射し、その他の光を透過する機能を有する反射層(33)と、該スクリーンの厚み方向において前記反射層よりも背面側に、光透過性を有し、前記単位光学形状の間の谷部を充填するように積層された第2光学形状層(34)と、を備え、光を拡散する機能を有する拡散粒子を含有する光拡散層を備えておらず、前記単位光学形状は、その表面に微細かつ不規則な凹凸形状を有し、前記反射層の少なくとも前記単位光学形状側の面は、前記凹凸形状に対応した凹凸形状を有し、前記反射層を透過した映像光の少なくとも一部を吸収又は拡散する抜け光抑制層(15)を、該スクリーンの厚み方向において前記反射層よりも背面側に備え、前記第2光学形状層の屈折率は、前記光学形状層の屈折率と、同等である、又は、同等とみなせる程度の小さい屈折率差を有し、前記抜け光抑制層は、前記反射層を透過した映像光の少なくとも一部を吸収する機能を有する層であり、光を透過する光透過部(153)と光を吸収する光吸収部(154)とを備え、該スクリーンの厚み方向に平行な断面において、前記光透過部及び前記光吸収部がスクリーン面に沿って交互に配置され、前記断面における前記光吸収部の断面形状が矩形形状又は楔形形状であり、投射された映像光を反射して該スクリーンを透過させて映像を表示する透過型のスクリーンであること、を特徴とするスクリーン(30)である。
第3の発明は、映像源から投射された映像光を反射して観察者側へ向けて映像を表示し、かつ、透明性を有するスクリーンであって、該スクリーンの厚み方向の背面側の面に、映像光が入射する第1の面(121a)とこれに対向する第2の面(121b)とを有する単位光学形状(121)が複数配列されて形成され、光透過性を有する光学形状層(12)と、前記単位光学形状の少なくとも前記第1の面の一部に形成され、入射した光の少なくとも一部を反射し、その他の光を透過する機能を有する反射層(13)と、該スクリーンの厚み方向において前記反射層よりも背面側に、光透過性を有し、前記単位光学形状の間の谷部を充填するように積層された第2光学形状層(14)と、を備え、光を拡散する機能を有する拡散粒子を含有する光拡散層を備えておらず、前記単位光学形状は、その表面に微細かつ不規則な凹凸形状を有し、前記反射層の少なくとも前記単位光学形状側の面は、前記凹凸形状に対応した凹凸形状を有し、前記反射層を透過した映像光の少なくとも一部を吸収又は拡散する抜け光抑制層(25)を、該スクリーンの厚み方向において前記反射層よりも背面側に備え、前記第2光学形状層の屈折率は、前記光学形状層の屈折率と、同等である、又は、同等とみなせる程度の小さい屈折率差を有し、前記抜け光抑制層は、前記反射層を透過した映像光の少なくとも一部を拡散する機能を有する層であり、該抜け光抑制層に対して、第1入射角度範囲(R1)内の入射角で入射する光を拡散し、前記第1入射角度範囲外の入射角で入射する光を透過し、前記第1入射角度範囲は、0°より大きく、投射された映像光を反射して映像を表示する反射型のスクリーンであること、を特徴とするスクリーン(20)である。
第4の発明は、第1の発明又は第2の発明のスクリーンにおいて、前記光透過部(153)の屈折率をN1とし、前記光吸収部(154)の屈折率をN2とするとき、N2≧N1という関係を満たすこと、を特徴とするスクリーン(10,30)である。
第5の発明は、第4の発明のスクリーンにおいて、前記光透過部(153)及び前記光吸収部(154)は、該スクリーンの使用状態における画面左右方向に延在し、画面上下方向に配列されていること、を特徴とするスクリーン(10,30)である。
第6の発明は、第3の発明のスクリーンにおいて、前記第1入射角度範囲(R1)は、25〜75°であること、を特徴とするスクリーン(20)である。
第7の発明は、第1の発明から第6の発明までのいずれかのスクリーンにおいて、前記光学形状層(12,32)は、前記単位光学形状(121,321)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すること、を特徴とするスクリーン(10,20,30)である。
第8の発明は、第1の発明から第7の発明までのいずれかのスクリーン(10,20,30)と、前記スクリーンに映像光を投射する映像源(LS)と、を備える映像表示装置(1)である。
本明細書中において、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。
本明細書中において、シート面とは、各シートにおいて、そのシート全体として見たときにおける、シートの平面方向となる面を示すものであるとする。なお、板面、フィルム面についても同様である。
図1は、第1実施形態の映像表示装置1を示す図である。図1(a)では、映像表示装置1の斜視図であり、図1(b)は、映像表示装置1を側面から見た図である。
映像表示装置1は、スクリーン10、映像源LS等を有している。本実施形態のスクリーン10は、映像源LSから投影された映像光Lを反射して、画面上に映像を表示する反射スクリーンである。このスクリーン10の詳細に関しては、後述する。
本実施形態では、一例として、映像表示装置1は、室内用の透明板によるパーテーションに適用され、スクリーン10がその透明板に固定される例を挙げて説明する。なお、このような透明板としては、ガラス製や樹脂製等の透明性の高い板状の部材が用いられる。
また、スクリーン10の映像源側の正面方向に位置する観察者O1から見て水平方向の右側に向かう方向を+X方向、鉛直方向の上側に向かう方向を+Y方向、厚み方向において背面側(裏面側)から映像源側に向かう方向を+Z方向とする。
さらに、以下の説明中において、画面上下方向、画面左右方向、厚み方向とは、特に断りが無い場合、このスクリーン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)、厚み方向(奥行き方向)であり、それぞれ、Y方向、X方向、Z方向に平行であるとする。
この映像源LSは、映像表示装置1の使用状態において、スクリーン10の画面(表示領域)を正面方向(スクリーン面の法線方向)から見た場合に、スクリーン10の画面左右方向の中央であって、スクリーン10の画面よりも鉛直方向下方側に位置している。
映像源LSは、奥行き方向(Z方向)において、スクリーン10の表面からの距離が、従来のスクリーンの画面正面方向に位置する汎用プロジェクタに比べて大幅に近い位置から斜めに映像光Lを投影できる。したがって、従来の汎用プロジェクタに比べて、映像源LSは、スクリーン10までの投射距離が短く、投射された映像光Lがスクリーン10に入射する入射角度が大きく、入射角度の変化量(最小値から最大値までの変化量)も大きい。
スクリーン10の画面(表示領域)は、使用状態において、観察者O1側から見て長辺方向が画面左右方向となる略矩形状である。また、スクリーン10は、その画面サイズが対角40〜100インチ程度であり、画面の横縦比が16:9である。
なお、これに限らず、スクリーン10は、例えば、観察者O1側から見た形状を他の形状としてもよいし、その画面サイズを40インチ以下の大きさとしてもよく、使用目的や使用環境等に応じて、その大きさや形状は適宜選択できるものとする。
支持板50は、光透過性を有し、剛性が高い平板状の部材であり、アクリル樹脂やPC(ポリカーボネート)樹脂等の樹脂製、ガラス製等の板状の部材を用いることができる。本実施形態の支持板50は、室内用パーテーションのガラス製の透明板ある。
なお、これに限らず、スクリーン10は、不図示の枠部材等によってその四辺等が支持され、その平面性を維持する形態としてもよい。
図3は、第1実施形態の第1光学形状層12を説明する図である。図3(a)は、第1光学形状層12を背面側(−Z側)から見た図であり、理解を容易にするために、反射層13等を省略して示している。図3(b)は、第1光学形状層12の単位光学形状121を説明する図であり、図2に示すスクリーン10の断面の一部を拡大して示している。なお、図3(b)では、理解を容易にするために、基材層11及び抜け光抑制層15は省略して示している。
スクリーン10は、図2に示すように、厚み方向(Z方向)において、その映像源側(+Z側)から順に、基材層11、第1光学形状層12、反射層13、第2光学形状層14、抜け光抑制層15等を備えている。
基材層11は、例えば、高い光透過性を有するPET(ポリエチレンテレフタレート)等のポリエステル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、アクリル・スチレン樹脂、PC(ポリカーボネート)樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、TAC(トリアセチルセルロース)樹脂等により形成される。
基材層11は、スクリーン10の画面サイズ等に応じてその厚さを適宜設定してよい。
単位光学形状121は、図3(a)に示すように、真円の一部形状(円弧状)であり、スクリーン10の画面(表示領域)外に位置する点Cを中心として、同心円状に複数配列されている。即ち、第1光学形状層12は、点Cを中心(フレネルセンター)とする、いわゆるオフセット構造のサーキュラーフレネルレンズ形状を、その背面側に有している。
本実施形態では、図3(a)に示すように、第1光学形状層12をスクリーン面の法線方向背面側から見たときに、点Cは、画面左右方向の中央であって画面外下方に位置しており、点Cと点Aとは、同一直線上に位置している。
単位光学形状121は、背面側(−Z側)に凸であり、映像光が入射する第1斜面(レンズ面)121aと、これに対向する第2斜面(非レンズ面)121bとを有している。1つの単位光学形状121において、第1斜面121aは、頂点tを挟んで第2斜面121bの上側(+Y側)に位置している。
この単位光学形状121の第1斜面121a及び第2斜面121bは、微細かつ不規則な凹凸形状を有している。この微細な凹凸形状は、凸形状と凹形状とが2次元方向に不規則に配列されて形成されており、凸形状及び凹形状は、その大きさや形状、高さ等が不規則である。
理解を容易にするために、図2及び図3(b)では、単位光学形状121の配列ピッチP1、角度θ1,θ2は、単位光学形状121の配列方向において一定である例を示している。しかし、本実施形態の単位光学形状121は、実際には、配列ピッチP1は一定であるが、角度θ1が単位光学形状121の配列方向においてフレネルセンターとなる点Cから離れるにつれて次第に大きくなっている。
また、角度θ1,θ2、配列ピッチP1等は、映像源LSからの映像光の投射角度(スクリーン10への映像光の入射角度)や、映像源LSの画素(ピクセル)の大きさ、スクリーン10の画面サイズ、各層の屈折率等に応じて、適宜設定してよい。例えば、単位光学形状121の配列方向に沿って、配列ピッチP1や角度θ1等が変化する形態としてもよい。
なお、本実施形態では、第1光学形状層12を構成する樹脂として、紫外線硬化型樹脂を例に挙げて説明するが、これに限らず、例えば、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。
前述のように、第1斜面121a及び第2斜面121b(単位光学形状121の表面)には、微細な凹凸形状が形成されており、反射層13は、この微細な凹凸形状に追従して形成され、かつ、単位光学形状121側とは反対側の面にも、この微細かつ不規則な凹凸形状が維持された状態で成膜されている。したがって、反射層13の映像源側の面(第1光学形状層12側の面)と、背面側の面(第2光学形状層14側の面)とは、微細かつ不規則な凹凸形状を有するマット面(粗面)となっている。
この反射層13は、入射した光の一部を反射面の微細な凹凸形状により拡散して反射し、反射しない他の光を拡散しないで透過するという機能を有する。
反射層13は、これに限らず、例えば、上述のような光反射性の高い金属をスパッタリングして形成してもよいし、誘電体多層膜を蒸着したり、スパッタリングしたりすることにより形成されてもよい。
本実施形態の反射層13は、アルミニウムを蒸着することにより形成されており、反射層13のみでの反射率が約15%、透過率が約50%のハーフミラー状である。
第2光学形状層14は、単位光学形状121間の谷部を埋めるように充填され、第1光学形状層12の背面側(−Z側)の面を平坦化している。この第2光学形状層14の映像源側(+Z側)の面は、第1光学形状層12の単位光学形状121の略逆型の形状が複数配列されて形成されている。
このような第2光学形状層14を設けることにより、反射層13を保護することができる。また、このような第2光学形状層14を設けることにより、スクリーン10の背面側に抜け光抑制層15等を積層しやすくなり、また、スクリーン10の支持板50等への接合も容易となる。
本実施形態の第2光学形状層14は、第1光学形状層12と同じ紫外線硬化型樹脂により形成されている。
抜け光抑制層15は、第2光学形状層14の背面側(−Z側)に設けられた層である。この抜け光抑制層15は、図2及び図4に示すように、基材部151、光制御部152を有している。
基材部151は、例えば、高い光透過性を有するPET等のポリエステル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、アクリル・スチレン樹脂、PC樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、TAC樹脂等により形成される。
光透過部153は、図4(b)に示すように、画面左右方向(X方向)を長手方向とする略柱状であり、基材部151の背面側(−Z側)の面に、スクリーン面に沿って画面上下方向に複数配列されて形成されている。
光透過部153は、その配列方向(Y方向)に平行であってスクリーン10の厚み方向(Z方向)に平行な断面形状が、図4(a)に示すように、略台形形状であり、映像源側(+Z側)の寸法W2が、背面側(−Z側)の寸法W1よりも大きく、映像源側端部はXY方向に連続した形態となっている。
本実施形態の光透過部153は、その断面形状が等脚台形であり、配列方向である画面上下方向(Y方向)において対称な形状である。
また、光透過部153は、上述のような紫外線硬化形樹脂に限らず、PET樹脂等の熱可塑性樹脂等を用いて熱溶融押出成形等により形成されてもよい。このとき、光透過部153の映像源側の連続部分が十分な厚みや剛性等を有するならば、前述の基材部151を設けない形態としてもよい。
光吸収部154は、図4(b)に示すように、画面左右方向(X方向)に延在し、スクリーン面に沿って光透過部153と画面上下方向(Y方向)に交互に配置されている。
抜け光抑制層15の背面側の面は、図4(b)に示すように、光透過部153の背面側の面と光吸収部154の背面側の面とで形成されている。
本実施形態の光吸収部154は、図4(a)に示すように、映像源側(+Z側)の寸法W4が背面側(−Z側)の寸法W3よりも小さい等脚台形であり、配列方向である画面上下方向(Y方向)において対称な形状である。
本実施形態では、光吸収部154の屈折率N2は、光透過部153の屈折率N1よりも大きく、N2≧N1を満たしている。
光吸収部154の母材となる樹脂は、例えば、ウレタンアクリレート、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電離放射線硬化型樹脂が好適である。前述のように、光吸収部154の屈折率を光透過部153の屈折率よりも大きくする場合には、この光吸収部154の母材となる樹脂は、光透過部153を形成する樹脂よりも屈折率が大きいものとすることが好ましい。
また、スクリーン10の厚み方向(Z方向)における光吸収部154の寸法は、h2であり、光透過部153と光吸収部154との界面が、スクリーン10の厚み方向となす角度は、θ3である。
この角度θ3や寸法h2、ピッチP2等は、映像光の入射角度や光透過部153の屈折率等に応じて、適宜設定可能である。
スクリーン10の下方に位置する映像源LSから投射され、スクリーン10に入射した映像光L1のうち、一部の映像光L2は、その単位光学形状121の第1斜面121aに入射し、反射層13によって拡散反射され、観察者O1側へ出射する。
したがって、反射層13を透過してスクリーン10の背面側(−Z側)に出射した映像光が、背面側のスクリーン10の近傍の天井等に到達して生じる映像の映り込みを大幅に抑制できる。
なお、本実施形態では、映像光L1がスクリーン10の下方から投射され、かつ、角度θ2(図2参照)がスクリーン10の画面上下方向の各点における映像光の入射角度よりも大きいので、映像光が第2斜面121bに直接入射することはなく、第2斜面121bは、映像光の反射にはほとんど影響しない。
図5に示すように、スクリーン10に映像源側上方から入射する外光G1のうち、一部の外光G2は、スクリーン10の表面で反射し、スクリーン下方側へ向かい、観察者O1には届かない。また、外光G1のうち、一部の外光G3は、反射層13で反射し、一部がスクリーン10下方へ出射し、一部がスクリーン10の映像源側(+Z側)の表面で全反射してスクリーン10内下方へ向かい、減衰する。
また、スクリーン10に映像源側上方から入射し、反射層13を透過する外光G4は、抜け光抑制層15の光吸収部154に入射してその多くが効率よく吸収され、背面側から出射する光量が大幅に低減される。
また、スクリーン10に背面側上方から入射し、抜け光抑制層15を透過した外光は、外光G8のように反射層13で反射して、光吸収部154に入射して吸収されたり、図示しないが、反射層13を透過してスクリーン10の映像源側下方へ出射したり、映像源側の表面で全反射して、スクリーン内部下方側へ向かい、減衰したりする。
したがって、スクリーン10に背面側上方から入射する外光は、抜け光抑制層15の光吸収部154によって効率よく吸収され、映像源側から出射する光量が大幅に低減される。
以上のことから、スクリーン10に映像源側又は背面側から入射する外光が観察者O1に届いて、映像のコントラストが低下することを大幅に改善できる。
したがって、観察者O1,O2が、スクリーン10を通してスクリーン10の向こう側の景色を観察した場合に、スクリーン10の向こう側の景色がぼやけたり、白くにじんだりすることなく、高い透明性を有して観察することができる。
また、本実施形態のスクリーン10では、スクリーン10に映像光が投射された状態においても、観察者O1が、スクリーン10の向こう側(背面側、−Z側)の景色を一部視認することが可能である。さらに、スクリーン10では、背面側に位置する観察者O2は、映像光の投射の有無に関わらず、スクリーン10越しに映像源側(+Z側)の景色を高い透明性を有して良好に視認することができる。
また、本実施形態のスクリーン10では、抜け光抑制層15は、スクリーン10へ入射角0°等小さな入射角で入射する光(例えば、図5に示す外光G9,G10)を透過するので、観察者O1,O2がスクリーン10を通してスクリーンの向こう側の景色等を視認する際に十分な透明性を維持できる。
また、本実施形態のスクリーン10では、スクリーン10の背面側上方から入射する太陽光や照明光等の不要な外光を吸収するので、映像のコントラストを向上させ、良好な映像を表示できる。
図6は、第1実施形態の抜け光抑制層15の別の形態を示す図である。図6では、抜け光抑制層15の別の形態における前述の図4に示す断面に相当する断面を示している。
抜け光抑制層15の光吸収部154は、図6(a)に示すように、その配列方向(Y方向)及びスクリーン10の厚み方向(Z方向)に平行な断面での断面形状を矩形形状としてもよいし、図6(b)に示すように、三角形形状としてもよい。また、光吸収部154の断面形状は、厳密な矩形形状、楔形形状だけでなく、その形状とみなせる程度のわずかな差異を有する略矩形形状や略楔形形状としてもよい。
また、図6(c)に示すように、抜け光抑制層15の光吸収部154は、その配列方向(Y方向)及びスクリーン10の厚み方向(Z方向)に平行な断面での断面形状において、映像源側(+Z側)の寸法W4が、背面側(−Z側)の寸法W3よりも大きい形態としてもよいし、光吸収部154の断面形状が三角形形状である場合には、背面側に頂点が位置する形態としてもよい。この場合、基材部151は、光制御部152の背面側に位置する形態となる。
なお、光吸収部154は、その断面形状を等脚台形形状以外の台形形状や二等辺三角形形状や不等辺三角形状、平行四辺形形状や五角形形状等の他の多角形形状としてもよいし、光透過部153との界面の少なくとも1つが、折れ面状であったり、一部が曲面によって形成されていたりしてもよい。
図7は、第2実施形態のスクリーン20の層構成を示す図である。図7では、前述の図2に示すスクリーン10の断面に相当するスクリーン20の断面を示している。
第2実施形態のスクリーン20は、前述の第1実施形態に示した抜け光抑制層15とは異なる特徴を有する抜け光抑制層25を備えている点が異なる以外は、第1実施形態のスクリーン10と同様の形態である。したがって、前述の第1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。
本実施形態のスクリーン20は、基材層11、第1光学形状層12、反射層13、第2光学形状層14、抜け光抑制層25を備えている。このスクリーン20は、前述の第1実施形態に示した映像表示装置1に適用可能である。
抜け光抑制層25は、第2光学形状層14の背面側に設けられた層である。この抜け光抑制層25は、映像源側(+Z側)から、第1入射角度範囲R1内の入射角で抜け光抑制層25に入射した光を拡散して背面側(−Z側)へ出射し、第1入射角度範囲R1以外の第2入射角度範囲R2内の入射角で入射した光を拡散せずに背面側へ透過するという機能を有している。
この抜け光抑制層25の映像源側(+Z側)の面及び背面側(−Z側)の面は、スクリーン面(YX面)に平行である。
第1入射角度範囲R1は、25〜75°程度である。抜け光抑制層25は、その映像源側の面の任意の点に対して、画面上下方向下側から、入射角25°以上75°以下で入射する光を、拡散して背面側(−Z側)へ出射する。
また、本実施形態の抜け光抑制層25は、背面側(−Z側)から入射する光に関しては、映像源側へ透過する。
このような抜け光抑制層25としては、屈折率が異なる透明樹脂の層が、所定の厚さで所定の方向に複数積層されて形成された視界制御フィルム(例えば、住友化学株式会社製のルミスティ)が好適である。
したがって、本実施形態によれば、天井への映像の映り込みを抑制することができ、透明性も維持できる。
例えば、第1入射角度範囲R1を、画面上下方向上側及び下側25〜55°とし、抜け光抑制層25が、映像源側から抜け光抑制層25の映像源側の面に直交する直線Hに対して画面上下方向上側25〜55°及び下側25〜55°の入射角で入射する光を拡散する形態や、背面側から所定の入射角度範囲内の入射角で入射する光も拡散する形態としてもよい。
図9は、第3実施形態のスクリーン30の層構成を示す図である。図9では、前述の図2に示すスクリーン10の断面に相当するスクリーン30の断面を示している。
第3実施形態のスクリーン30は、前述の第1実施形態に示した反射層13に替えて、低屈折率層33を備えている点が異なる以外は、第1実施形態のスクリーン10と同様の形態である。したがって、前述の第1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。
本実施形態のスクリーン30は、基材層11、第1光学形状層32、低屈折率層33、第2光学形状層34、抜け光抑制層15を備えている。このスクリーン30は、スクリーン10に代えて、前述の第1実施形態に示した映像表示装置1に適用可能である。
これに対して、本実施形態のスクリーン30は、映像源側から投射された光の少なくとも一部を低屈折率層33によって背面側(−Z側)へ反射し、背面側に位置する観察者O2に映像を表示するスクリーンである。
第1光学形状層32及び第2光学形状層34は、光透過性が高く、一般的な紫外線硬化型樹脂よりも屈折率の高い紫外線硬化型樹脂(例えば、エポキシアクリレート系の紫外線硬化型樹脂や、金属酸化物が添加されて高屈折率化されたウレタン系等の紫外線硬化型樹脂、酸化チタン(TiO2)が添加されて高屈折率化された紫外線硬化型樹脂)を用いて形成されている。
第1光学形状層32及び第2光学形状層34は、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。
この第1光学形状層32及び第2光学形状層34は、屈折率が約1.56〜1.7程度であることが好ましい。
低屈折率層33は、単位光学形状321上(第1斜面321a及び第2斜面321b上)に形成されており、第1斜面321a上に形成された第1低屈折率部331と、第2斜面321b上に形成された第2低屈折率部332とを有している。第2低屈折率部332と第2光学形状層34との界面Kが、映像光の少なくとも一部を全反射する全反射面となる。
低屈折率層33は、単位光学形状321に形成された微細かつ不規則な凹凸形状に追従して形成され、その両面に、微細かつ不規則な凹凸形状を有している。また、低屈折率層33は、界面Kで映像光が十分全反射でき、かつ、全反射する際に干渉を生じない程度の厚さを有している。
低屈折率層33は、光透過性が高く、隣接する第1光学形状層32及び第2光学形状層34よりも屈折率の低い材料(例えば、フッ化マグネシウムやフッ化アルミニウム等の金属フッ化物、酸化ケイ素、シリコン系樹脂)を蒸着したり、スパッタリングしたりすることにより、形成される。
低屈折率層33の屈折率は、約1.35〜1.45であることが、第2光学形状層14と第2低屈折率部332との界面Kで映像光を効率よく全反射させる観点から好ましい。
このとき、映像光Laの第1斜面321aへの入射角は臨界角未満であるので、多くの映像光Laが第1低屈折率部331を透過する。なお、一部の映像光Lcは反射するが、その光量は小さく、映像源側に位置する観察者O1が映像を視認することはない。
また、第1斜面321aの谷底となる点vに近い領域Bに入射し、第1低屈折率部331を透過して第2光学形状層34へ入射した映像光Laの少なくとも一部は、第2低屈折率部332と第2光学形状層34との界面Kに、臨界角以上の入射角で入射して全反射し、スクリーン30の背面側の正面方向に位置する観察者O2が映像を視認可能な方向に出射する。このとき、低屈折率層33の表面の微細かつ不規則な凹凸形状によって、全反射した光の多くは拡散される(図9の映像光Lb参照)。これにより、観察者O2は、良好な視野角を有する映像を視認できる。
単位光学形状321の配列方向に沿って点Cから離れるにつれて、角度θ2は、次第に小さくなり、この角度φは、次第に大きくなっている。
また、角度φが2×(θ1)以上である場合、界面K2で全反射した映像光は、スクリーン10の背面側上方へ向かい、スクリーン10の背面側の正面方向に位置する観察者O2に届かない。したがって、角度φは、上述の範囲であることが好ましい。
また、角度φが角度θ1に近くなるにつれ、単位光学形状121の頂角θ3は90°に近くなり、角度φが角度θ1に等しいとき、頂角θ3は90°に等しい。この頂角θ3=90°のとき、領域Bは、点vから第1斜面321aに沿って頂点t側へ寸法S1=Psin(θ1)tan(θ1)の領域となる。
しかし、本実施形態によれば、スクリーン30は、抜け光抑制層15の光吸収部154によって、このような映像光Ldを吸収して天井への映像の映り込みを効果的に抑制でき、意匠性の向上に加え、観察者が快適に映像を視認できるという効果を奏する。
また、本実施形態によれば、低屈折率層33は、光透過性を有しているので、高い透明性を有しながら、映像を表示できる。
以上説明した各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)各実施形態において、スクリーン10,20,30の映像源側(+Z側)の表面に、傷つき防止を目的としたハードコート層を設けてもよい。ハードコート層は、例えば、スクリーン10,20,30の映像源側の面に、ハードコート機能を有する紫外線硬化型樹脂(例えば、ウレタンアクリレート等)を塗布する等により、形成される。
また、ハードコート層に限らず、スクリーン10,20,30の使用環境や使用目的等に応じて、スクリーン10,20,30の映像源側の表面に、例えば、反射防止機能、紫外線吸収機能、防汚機能、帯電防止機能等、適宜必要な機能を有する層を1つ又は複数選択して設けてもよい。さらに、基材層11の映像源側にタッチパネル層等を設けてもよい。
なお、スクリーン10,20,30の映像源側(+Z側)の面に限らず、背面側(−Z側)の表面にハードコート機能や反射防止機能等を有する層を備えてもよい。
このように、スクリーン10,20,30の背面側が露出する形態とする場合、抜け光抑制層15,25よりも背面側に、ハードコート機能や反射防止機能、紫外線吸収機能、防汚機能、帯電防止機能等、適宜必要な機能を有する層を1つ又は複数設けてもよい。
また、スクリーン10,20,30は、基材層11を、ガラス板等の光透過性を有する板状の部材としてもよい。このとき、粘着剤層等を介して第1光学形状層12等がガラス板等に接合される形態としてもよい。
なお、第3実施形態の低屈折率層33の表面の凹凸形状に関しても同様である。
この場合、単位光学形状121,321の配列方向は、映像源LSの位置に合わせて傾けた形態とする。このような形態とすることにより、映像源LSの位置等を自由に設定することができる。
また、単位光学形状121,321は、3つ以上の複数の面によって形成される多角形形状としてもよい。
また、反射層13は、単位光学形状121の第1斜面121a及び第2斜面121bに形成される例を示したが、これに限らず、例えば、第1斜面121aの少なくとも一部に形成される形態としてもよい。
また、第1斜面121a,321a及び第2斜面121b,321bは、微細かつ不規則な凹凸形状が形成されている例を示したが、これに限らず、第1斜面121a,321aにのみ微細かつ不規則な凹凸形状が形成されている形態としてもよい。
このとき、映像源LSは、映像光が入射角φでスクリーン10,20,30へ投射されるように位置及び角度が設定されている。この入射角φは、スクリーン10,20,30へ投射された映像光(P波)の反射率がゼロとなる入射角(ブリュースター角)をφb(°)とした場合、(φb−10)°以上85°以下の範囲に設定される。例えば、スクリーン10へ投射された映像光の反射率がゼロとなる入射角φbが60°である場合、映像光の入射角φは、50〜85°の範囲に設定される。
なお、角度φb(ブリュースター角)は、映像光が投射されるスクリーン10の表面の材質により異なる。
また、このような形態の場合、基材層11としては、TAC製のシート状の部材が好適である。
10,20,30 スクリーン
11 基材層
12,32 第1光学形状層
121,321 単位光学形状
121a,321a 第1斜面
121b,321b 第2斜面
13 反射層
14,34 第2光学形状層
15 抜け光抑制層
151 基材部
152 光制御部
153 光透過部
154 光吸収部
25 抜け光抑制層
33 低屈折率層
Claims (8)
- 映像源から投射された映像光を反射して観察者側へ向けて映像を表示し、かつ、透明性を有するスクリーンであって、
該スクリーンの厚み方向の背面側の面に、映像光が入射する第1の面とこれに対向する第2の面とを有する単位光学形状が複数配列されて形成され、光透過性を有する光学形状層と、
前記単位光学形状の少なくとも前記第1の面の一部に形成され、入射した光の少なくとも一部を反射し、その他の光を透過する機能を有する反射層と、
該スクリーンの厚み方向において前記反射層よりも背面側に、光透過性を有し、前記単位光学形状の間の谷部を充填するように積層された第2光学形状層と、
を備え、
光を拡散する機能を有する拡散粒子を含有する光拡散層を備えておらず、
前記単位光学形状は、その表面に微細かつ不規則な凹凸形状を有し、
前記反射層の少なくとも前記単位光学形状側の面は、前記凹凸形状に対応した凹凸形状を有し、
前記反射層を透過した映像光の少なくとも一部を吸収又は拡散する抜け光抑制層を、該スクリーンの厚み方向において前記反射層よりも背面側に備え、
前記第2光学形状層の屈折率は、前記光学形状層の屈折率と、同等である、又は、同等とみなせる程度の小さい屈折率差を有し、
前記抜け光抑制層は、
前記反射層を透過した映像光の少なくとも一部を吸収する機能を有する層であり、
光を透過する光透過部と光を吸収する光吸収部とを備え、該スクリーンの厚み方向に平行な断面において、前記光透過部及び前記光吸収部がスクリーン面に沿って交互に配置され、前記断面における前記光吸収部の断面形状が矩形形状又は楔形形状であり、
投射された映像光を反射して映像を表示する反射型のスクリーンであること、
を特徴とするスクリーン。 - 映像源から投射された映像光を反射して観察者側へ向けて映像を表示し、かつ、透明性を有するスクリーンであって、
該スクリーンの厚み方向の背面側の面に、映像光が入射する第1の面とこれに対向する第2の面とを有する単位光学形状が複数配列されて形成され、光透過性を有する光学形状層と、
前記単位光学形状の少なくとも前記第1の面の一部に形成され、入射した光の少なくとも一部を反射し、その他の光を透過する機能を有する反射層と、
該スクリーンの厚み方向において前記反射層よりも背面側に、光透過性を有し、前記単位光学形状の間の谷部を充填するように積層された第2光学形状層と、
を備え、
光を拡散する機能を有する拡散粒子を含有する光拡散層を備えておらず、
前記単位光学形状は、その表面に微細かつ不規則な凹凸形状を有し、
前記反射層の少なくとも前記単位光学形状側の面は、前記凹凸形状に対応した凹凸形状を有し、
前記反射層を透過した映像光の少なくとも一部を吸収又は拡散する抜け光抑制層を、該スクリーンの厚み方向において前記反射層よりも背面側に備え、
前記第2光学形状層の屈折率は、前記光学形状層の屈折率と、同等である、又は、同等とみなせる程度の小さい屈折率差を有し、
前記抜け光抑制層は、
前記反射層を透過した映像光の少なくとも一部を吸収する機能を有する層であり、
光を透過する光透過部と光を吸収する光吸収部とを備え、該スクリーンの厚み方向に平行な断面において、前記光透過部及び前記光吸収部がスクリーン面に沿って交互に配置され、前記断面における前記光吸収部の断面形状が矩形形状又は楔形形状であり、
投射された映像光を反射して該スクリーンを透過させて映像を表示する透過型のスクリーンであること、
を特徴とするスクリーン。 - 映像源から投射された映像光を反射して観察者側へ向けて映像を表示し、かつ、透明性を有するスクリーンであって、
該スクリーンの厚み方向の背面側の面に、映像光が入射する第1の面とこれに対向する第2の面とを有する単位光学形状が複数配列されて形成され、光透過性を有する光学形状層と、
前記単位光学形状の少なくとも前記第1の面の一部に形成され、入射した光の少なくとも一部を反射し、その他の光を透過する機能を有する反射層と、
該スクリーンの厚み方向において前記反射層よりも背面側に、光透過性を有し、前記単位光学形状の間の谷部を充填するように積層された第2光学形状層と、
を備え、
光を拡散する機能を有する拡散粒子を含有する光拡散層を備えておらず、
前記単位光学形状は、その表面に微細かつ不規則な凹凸形状を有し、
前記反射層の少なくとも前記単位光学形状側の面は、前記凹凸形状に対応した凹凸形状を有し、
前記反射層を透過した映像光の少なくとも一部を吸収又は拡散する抜け光抑制層を、該スクリーンの厚み方向において前記反射層よりも背面側に備え、
前記第2光学形状層の屈折率は、前記光学形状層の屈折率と、同等である、又は、同等とみなせる程度の小さい屈折率差を有し、
前記抜け光抑制層は、
前記反射層を透過した映像光の少なくとも一部を拡散する機能を有する層であり、
該抜け光抑制層に対して、第1入射角度範囲内の入射角で入射する光を拡散し、前記第1入射角度範囲外の入射角で入射する光を透過し、
前記第1入射角度範囲は、0°より大きく、
投射された映像光を反射して映像を表示する反射型のスクリーンであること、
を特徴とするスクリーン。 - 請求項1又は請求項2に記載のスクリーンにおいて、
前記光透過部の屈折率をN1とし、前記光吸収部の屈折率をN2とするとき、N2≧N1という関係を満たすこと、
を特徴とするスクリーン。 - 請求項4に記載のスクリーンにおいて、
前記光透過部及び前記光吸収部は、該スクリーンの使用状態における画面左右方向に延在し、画面上下方向に配列されていること、
を特徴とするスクリーン。 - 請求項3に記載のスクリーンにおいて、
前記第1入射角度範囲は、25〜75°であること、
を特徴とするスクリーン。 - 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のスクリーンにおいて、
前記光学形状層は、前記単位光学形状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すること、
を特徴とするスクリーン。 - 請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のスクリーンと、
前記スクリーンに映像光を投射する映像源と、
を備える映像表示装置。
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