JP4704737B2 - スクリーン及びこれを有する画像投影システム、スクリーンの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高輝度ＣＲＴや液晶プロジェクタなどからの光画像を投影するスクリーン、及び、これを有する画像投影システム、ならびにスクリーンの製造方法に関する。

高輝度ＣＲＴや液晶プロジェクタ等を用いて光画像を投影して画像を表示するプロジェクション装置等の画像投影システムは、大画面で高精細な画像を簡便に表示できるため、複数の使用者との情報コミュニケーションツールとして多様に利用されるようになってきた。ここで用いられるスクリーンには、白色素材や反射膜を表面に被覆した構造にすることで光利用効率を向上させたり、表面にビーズを散布して光拡散により複数の観察者に対する視認性を向上させたりする工夫がされてきた（例えば、特許文献１参照）。または、スクリーン表面にレンチキュラレンズなどの指向性反射構造を設けることによって、複数の観察者に効率良く画像表示を行うことが知られている（例えば、特許文献２参照）。

また、スクリーンの大画面化を図るために複数のスクリーンを面内で配列して大画面スクリーンを形成したものもある。
特開平１１−５２１０７号公報（第４〜５頁、第１図） 特開２００２−１６９２２４号公報（第３頁、第１図）

しかしながら、複数の領域を貼り合わせて実現された大型スクリーンは、各領域の継ぎ目が目立つために投影画像の自然感が損なわれて良質な画像投影ができないという課題を有していた。

また、従来のスクリーンでは指向性と拡散性を兼ね備えた明るいスクリーンは存在しなかった。本発明によるスクリーンはこの両方を兼ね備えた良好な特性を有しているが、このスクリーンはシート状の構成要素を有しているために、従来の製造方法を用いても製造が困難であるという課題を有していた。

本発明は、複数の領域に分割してスクリーン構成要素を分割して大型化しても、指向性と広視角特性を維持して明るい画面を保持しつつ、継ぎ目の目立たない自然な投影画像ができるプロジェクタ用スクリーンを提供することを目的とする。

また、本発明のプロジェクタ用スクリーンを安価で高精度に製造可能な製造方法を提供することを目的とする。

本発明のスクリーンは、観察者の視点側から順に、入射光を略等方的に拡散する光拡散表面シートと、所定の角度から入射する光に対して散乱が大きく、それ以外の方向から入射する光に対して散乱が小さな指向性光拡散シートとが接合して構成されている。光拡散表面シートは分割されない１枚の構成であり、指向性光拡散シートは複数の領域に分割されてなる構造とした。このような構造によって、複数に分割された指向性散乱シートを用いて大型スクリーンを形成した場合でも、分割された領域の境界が光拡散表面シートの光拡散作用によって視認し難くなって、より自然な画像投影が可能となった。さらに、光拡散特性を調節した複数の領域に分割した指向性拡散シートをスクリーン上に最適配置することが容易になり、投影画像の視角特性および輝度分布を向上させることができた。

本発明によれば、良好な視角特性と輝度特性を有する薄型軽量の大画面プロジェクタ用スクリーンを提供できるために、これを用いたプロジェクションシステムの表示品質が向上するのみならず、プロジェクションシステムの小型軽量化も実現できる。

また、本発明のスクリーンは、照明環境下の明るい部屋でも視認性が良好な大画面画像を得ることができ、会議や教育におけるプレゼンテーション環境を明るく良好なものとすることができる。さらに、大画面で自然な画像を投影することができるために、映画館やミニシアターなどの劇場環境を改善することができる。また、本発明によるスクリーンの製造方法は、高品質な大画面スクリーンを安価に実現できる。

本発明のスクリーンは投影された光画像を表示するスクリーンであって、入射光を略等方的に拡散する光拡散表面シートと、所定の角度から入射する光に対して散乱が大きく、それ以外の方向から入射する光に対して散乱が小さな指向性光拡散層を備えているとともに、指向性光拡散層は複数の領域に分割され、光拡散表面シートは指向性光拡散層の複数の領域にまたがるように構成されている。さらに、光拡散表面シートは指向性光拡散層の複数の領域を覆うように構成されている。このような構成によれば、分割された指向性光拡散層の境界が光拡散表面シートの光拡散作用によって視認し難くなるため、より自然な画像投影が可能となった。さらに、複数の領域の指向性拡散シートにそれぞれに適した光拡散特性を持たせることができるので、投影画像の視角特性および輝度分布を向上させることが容易に実現できた。

また、複数の領域に分割された指向性光拡散層のそれぞれが光拡散表面シートに接合されている。さらに、光画像の投影方向とは反対側に、光反射層を設けることとした。さらに、指向性光拡散層は、光拡散表面シートと光反射層の間に設けられるとともに、接合剤を介して光反射層に接合された構成とした。あるいは、指向性光拡散層は、光拡散表面シートと光反射層の間に設けられるとともに、接合剤を介して光拡散表面シートに接合された構成とした。ここで、上述した接合剤の厚さを５〜３０μｍとした。これにより、接合皺がなく充分な接合強度を持ったスクリーンを構成することができた。

また、指向性光拡散層の複数の領域についてみると、隣接する指向性光拡散層の領域との間隙を３００μｍ以下で配置することとした。このような構成により、分割された領域の境界が目立たないスクリーンとなった。また、上述した光拡散表面シートのヘイズ値を１０〜７０％とした。その結果、分割された領域の境界を目立たなくすることができる上に、プロジェクタからの正反射によるホットスポットを低減させることができ、自然な大画面画像を投影することが可能となった。

また、上述した光拡散表面シートは、光拡散粒子が混合された紫外線硬化樹脂を透明シートに塗布し、加熱しながら紫外線を照射することにより前記光拡散粒子を透明シートに固定して形成される。これによれば、光拡散表面シートのヘイズ値の調整が容易にできるので、より自然な大画面画像の投影が可能となる。

また、本発明の画像投影システムは、上述したいずれかの構成のスクリーンと、スクリーンに光画像を投影する光画像投影器を備えている。

また、本発明のスクリーンの製造方法は、入射光を略等方的に拡散する光拡散表面シートの片面に接合剤を塗布する工程と、光拡散表面シートを接合剤が塗布された面を上にして第一のステージに固定し、所定の角度から入射する光に対して散乱が大きく、それ以外の方向から入射する光に対して散乱が小さな指向性光拡散シートを第二のステージに複数配列して固定し、光拡散シートの粘着剤の塗布された面と配列された指向性拡散シートとを合わせて接合する工程と、光拡散表面シートと指向性光拡散シートが接合された状態のまま加圧雰囲気中で加熱する熱処理工程と、を備えている。

あるいは、本発明のスクリーンの製造方法は、入射光を略等方的に拡散する光拡散表面シートの片面に接合剤を塗布する接合剤第一塗布工程と、光反射シートの光反射面に接合剤を塗布する接合剤第二塗布工程と、光拡散表面シートを接合剤が塗布された面を上にして第一のステージに固定し、所定の角度から入射する光に対して散乱が大きく、それ以外の方向から入射する光に対して散乱が小さな指向性光拡散シートを第二のステージに複数配列して固定し、光拡散シートの粘着剤の塗布された面と配列された指向性拡散シートとを合わせて接合する接合第一工程と、光反射シートを接合剤が塗布された面を上にして第一のステージに固定し、接合された光拡散表面シートと指向性光拡散シートを、指向性光拡散シートを上にして第二のステージに配列して固定し、光反射シートの接合剤の塗布された面と指向性光拡散シートとを合わせて接合する接合第二工程と、光拡散表面シートと指向性光拡散シートと光反射シートが接合された状態のまま加圧雰囲気中で加熱する熱処理工程と、を備えている。

これらのような製造方法によって、均一な接合強度を持つと同時に、分割された隣り合う領域の間隙を２００μｍ以下にすることが可能になった。

以下に本発明のスクリーンに関して図面を参照しながら説明する。図１に本発明のスクリーンの斜視配置図を模式的に示す。図１において、スクリーンの画像投影部は、光拡散シート１と指向性光拡散シート２と光反射シート３とを順に積層して接合されている。本実施例では、指向性光拡散シート２は分割された３つの領域２ａ、２ｂ、２ｃで構成されている。この領域の分割数は、スクリーンの大きさや、後述する指向性光拡散シートの特性によって決定され、必ずしも３領域である必要はない。

また、スクリーンの構成は、観察者の視点側から順に光拡散表面シート１、指向性光拡散シート２、光反射シート３の順となっている。ここで用いることができるプロジェクタは、光変調素子としてＣＲＴや液晶あるいはマイクロミラーデバイスを用いたプロジェクタのみならず、フィルムによる画像投影を行なう通常の映写機、等がある。

本実施例では、光拡散シート１、指向性光拡散シート２、および光反射シート３が接合され、受け枠４と押さえ枠５により挟持されている。ここでは、この受け枠４と押さえ枠５が、スクリーンの支持基材として機能している。また、充分な機械的強度を持った支持基板上に光拡散シート１、指向性光拡散シート２、および光反射シート３を接合してもよい。このときには支持基板がスクリーンの支持基材として機能することになる。このような支持基板を前述の受け枠と押さえ枠で挟持しても良い。

指向性光拡散シート２は、厚さ方向に光を導く機能を有する層状レンズで構成され、この層状レンズは、厚み方向に連続的に形成された屈折率の低い第一の領域と、厚み方向に連続的に形成された第一の領域より屈折率の高い第二の領域が、交互に形成された層状構造を有している。あるいは、指向性光拡散シート２は、厚さ方向に光を導く機能を有する柱状レンズ層から構成され、この柱状レンズ層は、周囲の領域より屈折率の高い領域が厚み方向に連続的に形成された柱状構造を面内に複数有している。また、指向性光拡散シート２の内部には光拡散粒子が分散されていても良い。図８に層状レンズまたは柱状レンズの構成を模式的に示す。図８（ａ）は層状レンズが長手方向を上下に向けて配列している例であり、これら層状レンズは高屈折率層３３が低屈折率層３４で囲まれた構造をしている。また、図８（ｂ）は柱状レンズが面内に配列している例であり、これら柱状レンズは高屈折率領域３３が低屈折率領域３４で囲まれた構造をしている。これら層状レンズや柱状レンズは必ずしも規則正しく配列している必要はなく、不規則に配列していても良い。ただし、指向性光拡散シート２が層状レンズで構成される場合は、層の積層方向がスクリーンに対して水平または垂直になるようにするのが望ましい。

ここで、層状レンズや柱状レンズの光軸方向を配向方向と呼ぶことにする。本発明のスクリーンでは、層状レンズまたは柱状レンズの配向方向はプロジェクタから投影される光画像の光軸の方向とおよそ一致するように配置されている。すなわち、層状レンズまたは柱状レンズは指向性光拡散シートの面内で視点側下方に傾いて配列させる。もちろん、膜厚１μｍ〜２０μｍ程度の薄い層状レンズ層や柱状レンズ層を透明支持基材上に配向形成して指向性光拡散シートを形成しても良い。図１には示されていないが、支持基板を光反射シート３の外側に配置または接合しても良い。このように、光反射シート３の外側に支持基板を配することによって、光反射シート３を外部の機械的な力や湿度などから保護して光反射率の劣化を防ぐことができる。

本発明のスクリーンの拡大構造、及び入射光の様子を図６、７に模式的に示す。指向性光拡散シートを構成する層状レンズまたは柱状レンズは、前述のように高屈折率領域３３とその周囲の低屈折率領域３４で構成されている。図では簡単のため高屈折率領域３３と低屈折率領域３４とは明確な境界があるように描かれているが、グレイディッドインデックス型柱状レンズの場合は、高屈折率領域３３と低屈折率領域３４との間には明確な境界はない。なお、層状レンズの場合、図６と図７の紙面に垂直な方向では、このような屈折率の違いは存在しない。層状レンズまたは柱状レンズの中心軸すなわち光軸はフィルム面垂線に対して０〜７０度程度の任意の傾きに作製することができる。

この指向性光拡散シートの製造は、例えば、光拡散粒子を混合した屈折率の異なる２種類以上の光重合性化合物からなる液状反応層に、グラデーション加工を施したフォトマスクを介して紫外線を照射することによって、光照射強度による光重合性化合物の光重合速度の違いによって屈折率の分布状態を制御することによって行う。

光拡散粒子を指向性光拡散シートの中に混合する場合、その粒径は層状レンズの幅または柱状レンズの直径に比べて充分小さな粒径のものを用いる。このようにしないと、層状レンズまたは柱状レンズのレンズ機能が損なわれるばかりでなく、光重合反応を効果的に行なうことができなくなる。典型的には、光拡散粒子の粒径は層状レンズの幅または柱状レンズの直径の１／５以下とするのが望ましい。

また、層状レンズまたは柱状レンズの光軸の傾きは、照射する紫外線の角度を調節することによって制御することができる。このとき、光重合性化合物を支持基材の上にスピンコートまたはディッピングなどによって直接塗布して硬化させて指向性拡散層を得ることができ、反応ステージまたは反応ロール上に塗布して硬化させた後剥離すれば指向性拡散シートを得ることができる。

図６に、外部から指向性光拡散シートに入射する光の光路の一例を入射光３７と入射光３８で示してある。スクリーンに投影される光は、投影光画像の広がり角度内に分布する様々な入射角を持って柱状レンズに入射する。ステップインデックス型指向性光拡散シートの場合は、図６で示した入射光の光路のように、高屈折率領域３３に入射した光はスネルの法則に従って、指向性光拡散シート入射面の法線側に向かってさらに屈折する。高屈折率領域３３に入射した光は低屈折率領域３４との境界面に入射するが、境界面への入射角が臨界角よりも大きくなっている場合は、入射光は全反射される。このように、入射光は高屈折率領域３３と低屈折率領域３４との境界面で繰り返し反射して下方に導波され、光反射層３５で反射されて再び上方に導波されて指向性光拡散シートの入射面から出射される。ここで、指向性光拡散シート２と光反射シート３は接合層２２で接合されている。接合層２２としては、通常のエポキシ系またはアクリル系の透明な接着剤や、透明な粘着剤を用いることができる。

この光反射シート３は、シート基材３６上にＡｌやＡｇ、あるいはＡｇとＰｄとの合金などの反射率の高い金属材料が蒸着で形成された光反射層３５がシート基材３６上に形成されたものである。光反射層３５としては、二酸化珪素やフッ化マグネシウムなどの低屈折率材料と酸化チタンや酸化ジルコニウムなどの低屈折率材料を所定の膜厚で交互に積層した誘電体多層膜ミラーを用いても良い。

このとき、指向性光拡散シートのシート厚と高屈折率領域３３への光の入射角と入射位置によって指向性光拡散シートからの光の出射位置と方向が定まる。図６の光路３７と光路３８とは、入射角は同じだが入射位置が異なるために、内部を導波して再び表面に出射されるときの出射角が異なる。プロジェクタからの投影画像は様々な入射角で様々な入射位置に入るために、投影画像は表面である散乱角を持って散乱されているのと同様の作用を受ける。この散乱角は、高屈折率領域３３と低屈折率領域３４との屈折率差または屈折率勾配と、シートの厚さおよび柱状レンズのレンズ径によって定まる。すなわち、指向性光拡散シートの屈折率差または屈折率勾配が大きくなればなるほど散乱角が大きくなるように出射する。さらに、指向性光拡散シートのシート厚が厚くなればなるほど、またレンズ半径が小さくなればなるほど、さらにシート面内での柱状レンズの個数密度が大きくなればなるほどヘイズ値は大きくなる。また、光の入射角が特定の角度を越えると、入射光は散乱されずに直進して透過する。入射光が散乱される入射角範囲を散乱入射角、入射光が直進して透過する入射角範囲を直線透過角と呼ぶことにする。もし、散乱入射角で光が入射したとき光反射層３５がなければ、光はシート透過時に散乱されて出射する。この場合は、図１において、光反射シート３が省略されている場合に相当し、プロジェクタをスクリーンの背後に配置して、投影光を透過で観察するリアスクリーンの場合に相当する。

本発明のスクリーンには、柱状レンズのレンズ径が１〜５００μｍ、レンズ高さ（指向性光拡散シート厚）が１μｍ〜２ｍｍの指向性光拡散シートを用いることができる。しかしながら、製造歩留まりや光利用効率あるいはハンドリングのし易さなどを考慮すると、レンズ径は５〜１００μｍ、シートとして用いるときのレンズ高さは２０〜２００μｍとするのが好ましい。また、柱状レンズの屈折率差は０．０１〜０．０５のものを用いることができる。また、柱状レンズのシート面に立てた垂線との傾き角は、０〜７０度程度の任意の角度にすることができる。指向性拡散層を支持基板上に形成して用いる場合は、指向性光拡散層の層厚を１〜２０μｍ程度に薄くすることができる。

一方、図７に、指向性光拡散シートへの入射角が直線透過角である場合を説明する。構成は図６と同じであるために説明を省略する。入射光３９は、指向性光拡散シートの入射面に対して散乱入射角以上の大きな入射角で入射している。この場合、高屈折率領域３３に入射した光は、シート内部に屈折して進入して低屈折率領域３４との境界に達するが、境界への入射角が小さいために全反射せずに低屈折率領域３４に進入する。低屈折率領域３４に進入した光は、再び高屈折率領域３３に入った後、支持基板３６上に形成された光反射層３５で反射されて指向性光拡散シートの入射面から外部に出る。このとき、光反射層３５で反射された光の入射角が散乱入射角の範囲内であるときは入射面から出射する光は散乱される。また、光反射層３５で反射された光の入射角が直線透過角の範囲内であるときは入射面から出射する光は散乱されずに正反射される。さらに、もし光反射層３５がない場合は、入射光３９はほぼ直線的に透過する。

一方、図６と図７の両方の場合において省略した光拡散シートは、光は入射してきた光または出射する光を拡散する。そのため、この光拡散シートは、プロジェクタからの投影光の拡散角を広げて視角を広くすると同時に、複数に分割された指向性拡散シートの繋ぎ目からの光をも拡散し、繋ぎ目の可視性を低下させる。光拡散シートのヘイズ値が大きくなるほど可視性の低下が大きくなるため繋ぎ目を見え難くするが、これはまた指向性拡散シート２の持っている指向性をも低下することになりスクリーン正面の輝度が低下する。この繋ぎ目の可視性の低下は光拡散シートのヘイズ値が１０％程度より大きくなったところから効果を表してくるが、光拡散シートのヘイズ値が７０％程度を越えると指向性光拡散シートの指向性を著しく低下させてしまう。そのため、指向性光拡散シートのヘイズ値は１０〜７０％程度であれば良い。

また、光拡散シートはプロジェクタからの光が正反射して観察者の視点に直接入り眩しくさせる現象であるホットスポットを低減させる効果も持っている。光拡散シート表面の光反射率にも依存するが、光拡散シートのヘイズ値が３０〜５５％程度にあるとき、光拡散シートがホットスポットを消失させる作用に寄与する。

以上のことから、光拡散シートのヘイズ値は１０〜７０％程度であれば良く、望ましくは３０〜５５％であれば良い。

以上説明したように、本発明で用いた指向性光拡散シートは優れた指向性を持っているため、光が散乱反射される視野方向では高輝度で鮮明な画像を得ることができる。一方、光が散乱反射されない指向性光拡散シート方位では急激に投影画像の輝度が低下して視認性が悪くなる。光拡散シートや光拡散粒子は指向性光拡散シートが有する高指向性によって生じるこのような低視野角という特性を補い、視野角を広げる作用を持っている。

図９に本発明で用いた指向性光拡散シートの光透過特性を示す。この特性はリアスクリーンとして本発明のスクリーンを用いる場合に相当する。なお、この指向性光拡散シートには光拡散粒子は混合されていない。図９において、横軸は指向性光拡散シートへの光の入射角、縦軸は各入射角に対する光透過強度を表している。図中で、配向方向が０度における指向性光拡散シートの特性を特性曲線４０に、配向方向がα度の場合における指向性光拡散シートの特性を特性曲線４１に表している。ここでは、大気中で測定した。

特性曲線４０の場合は、指向性光拡散シートは角度±βで光強度がほぼゼロになっていることがわかる。入射角が−β〜βの範囲内では光は散乱透過され、入射角の絶対値がβ以上の範囲内では光は散乱されずに直線的に透過する。すなわち、透過で用いる場合は、入射角が−β〜βの範囲内が散乱入射角であり、それ以外の角度範囲が直線透過角ということになる。ここでは、簡便のためにβを散乱入射角と呼んでいる。なお、指向性光拡散シートに光拡散粒子を混合した場合は、光拡散粒子で拡散された光のため入射角βにおいても透過率はゼロにはならない。

一方、柱状レンズの配向方向をα度だけ傾けた場合の特性曲線４１は、配向方向が０度の場合に比べて、散乱入射角の範囲がそのままα度だけずれた位置にシフトする。そのとき、散乱入射角の角度幅はほとんど変化なく、散乱入射角の範囲はα−β〜α＋βの範囲内にシフトする。従って、図９においては、角度αで入射した光は透過時に散乱を受けるが角度−αで入射した光は散乱を受けずに直線透過する。従って、プロジェクタからの光画像の光軸をスクリーンに対してαだけ傾けて照射すると同時に、投影画像の広がり角を±βにすることによって、明るく視野角の広い画像を得ることができる。

次に図９を用いて、反射型（フロントスクリーン）で用いる場合の本発明のプロジェクタ用スクリーンに用いている指向性光拡散シートの特性について説明する。

まず配向方向が０度の特性曲線４０の場合を考える。このとき、プロジェクタからβ〜−βの角度で入射した投影光は、プロジェクタ用スクリーンの光反射層で反射されて散乱される。しかし、γをβよりも大きな角度とすると、入射角γで入射した光は正反射されて散乱を受けない。そのため、入射角β以上で入射してきた外光は、投影画像に影響を与えないため、良好な画質の投影画像を得ることができる。

次に、配向方向がαだけ傾いた指向性光拡散シートを用いた特性曲線４１の場合を考える。まず、入射角α−β〜α＋βの入射角度範囲でプロジェクタから投影された光画像は散乱して反射される。また、−α−β〜−α＋βの入射角度範囲でプロジェクタから投影された光は、光反射層で反射を受けてα−β〜α＋βの入射角範囲の光と同様の光路をたどって表面で散乱されて出射する。すなわち、スクリーンで散乱される角度範囲は、既述したように２つ存在することになる。一方、この２つの散乱入射角以外の角度で入射した光は、光散乱層における散乱を受けるが指向性光拡散シートでは直線的に反射する。従って、２つの散乱入射角以外の角度で入射してきた外光が投影画像に与える影響が少ないため、良好な画質の投影画像を得ることができる。

βの値は、柱状指向性光拡散シートのシート厚、柱状レンズの口径、あるいは柱状レンズの屈折率差などを調整することによって、１０〜４５度程度までの任意の値に制御することができる。

再び図１の説明に戻る。図１において複数の領域に分割されている指向性光拡散シート２ａ、２ｂ、２ｃを構成する層状レンズまたは柱状レンズの配向方向は、より広角で投影画像が観察できるように変化させて配列されている。特に、スクリーンの上下または左右に配置させた指向性光拡散シートの配向方向をスクリーン正面方向に傾斜させることによって、均一な自然観のある画像を投影することが可能となる。

なお図１では本発明の基本的構成のみを示したが、指向性光拡散シートの表面に投影画像の画素ピッチと同じピッチを持ったブラックストライプを配しても良い。そうすることによって、より鮮鋭な画像を投影することが可能となる。このブラックストライプは、例えば吸光性色素などの黒色染料やカーボンなどの黒色顔料などを混合したバインダーを印刷することによって容易に形成することができる。このブラックストライプを形成する面は、指向性光拡散シートのいずれの面に形成しても良いが、図１に示すようなフロントスクリーンにおいては視点と反対側の面に、また図１の構成で光反射シートを省略したリアスクリーンにおいては視点と同じ側に面に形成するのが好ましい。

また、このブラックストライプとしては、透明なアクリル板において、その面に垂直な方向に吸光性顔料や色素を混合させた層状の縞パターンを形成したいわゆるルーバーを用いても良い。この吸光性顔料としてはカーボン粉末が用いられるのが通常である。このルーバーは黒色領域と透明領域が面内方向で交互に層状に積層されたブラックストライプシートとして作用する。なお、ブラックストライプのピッチが画素ピッチよりも数倍〜数十倍大きなものであっても、これがないときよりも視認性は向上する。

また、プロジェクタ５の画像変調素子が液晶素子のような偏光素子である場合は、光拡散シート１の視点側の表面に偏光シートを貼り付けることによって、投影画像のコントラストを向上させることができる。このような偏光プロジェクタの場合、投影光画像は特定の方向に対して偏光した光となっている。従って、偏光シートの偏光軸を投影光画像の偏光方向に合わせておくと、偏光プロジェクタからの投影画像の光損失は少ない一方、視点９側からスクリーンに入射した外光のうち半分を偏光シートが吸収してくれるためにコントラストが向上するためである。ただし、偏光プロジェクタにおいてカラー画像を投影する場合は、ＲＧＢの各画像の偏光方向が同一の場合にだけこの効果は顕著になる。

以下に、本発明のスクリーンの製造方法に関して図面を用いて説明する。図１に示した構成のスクリーンの製造方法を図２に基づいて説明する。すなわち、図２は工程流れ図を示す。この製造方法は、光拡散表面シート１の片面に上記接合剤を塗布する接合剤第一塗布工程６、光拡散表面シート１を所定の大きさに切断する光拡散表面シート切断工程７、光反射シート３の光反射面に接合剤を塗布する接合剤第二塗布工程９、光反射シート３を所定の大きさに切断する光反射シート切断工程１０、指向性光拡散シート２を所定の大きさに切断する指向性光拡散シート切断工程８、光拡散表面シート２を接合剤が塗布された面を上にして第一のステージに固定し、指向性拡散シート２を第二のステージに配列して固定し、その第一ステージと第二ステージとを回転・平行移動させることにより光拡散表面シート１の接合剤の塗布された面と指向性拡散シート２とを合わせて接合する接合第一工程１１、光反射シート３を接合剤が塗布された面を上にして第一のステージに固定し、接合された光拡散表面シート１と指向性光拡散シート２を、指向性光拡散シート２を上にして第二のステージに配列して固定し、この第一ステージと第二ステージとを回転・平行移動させることにより光反射シート３の接合剤の塗布された面と指向性拡散シート２とを合わせて接合する接合第二工程１２、接合された光拡散表面シート１と指向性光拡散シート２と光反射シート３を加圧雰囲気中で加熱する熱処理工程１３、熱処理された光拡散シートと指向性光拡散シートと光反射シートを上記支持基材に組み付けるアッセンブル工程１４とからなっている。

最初に、光拡散表面シート接合剤塗布工程６と光反射シート接合剤塗布工程９について図３を参照しながら説明する。図３は光拡散表面シート接合剤塗布工程６と光反射シート接合剤塗布工程９で用いる装置の１例を示したものである。この装置は、ベース１７上に配置された搬送ステージ１６ａと１６ｂの上でシート１５を移動させてその表面に接合剤を塗布するものである。シート１５は、光拡散表面シート１と光反射シート３である。このとき、供給されるシートは図示されていないロール状に巻かれた原料ロールから供給される場合が多い。この原料ロールからのシートは、送りロール１８ａと１８ｂとが矢印の方向に回転することによって搬送ステージ１６ａと１６ｂ上を設定された一定の速度で移動する。

一方、送りロール１８ａと１８ｂの後方には接合剤塗布用の塗布第一ロール２０と塗布第二ロール２１とが配置されている。これら塗布第一ロール２０と塗布第二ロール２１とは矢印の方向に回転しており、送りロール１８ａと１８ｂの接線速度と塗布第二ロール２１の接線速度は厳密に一致させてある。接合剤は接合剤供給ノズル１９から塗布第一ロール２０上に一定の供給量で供給される。この接合剤供給ノズル１９は、塗布幅よりも若干広めのスリット状の供給孔を持っており、接合剤塗布第一ロール２０の表面に略一様な層厚で供給塗布される。この接合剤の供給量は接合剤の押し出し圧とスリット幅を適切に選択することで設定することができる。そして、シート１５との間に所定の間隙を設けた塗布第二ロール２１からシート１５上に接合剤２２が転写塗布される。

さらに、塗布第一ロール２０と塗布第二ロール２１との間隙は隙間を調節されて回転しており、接合剤を介して回転することにより塗布第一ロール２０から塗布第二ロール２１上に接合剤を均一な層厚で転写する。この塗布第二ロール２１に転写される接合剤の層厚は、塗布第一ロール２０と塗布第二ロール２１との設定間隙と、ロールの表面材質、および接合剤の粘度を適切に選択することによって調節することができる。また、シート１５上に転写塗布される接合材の厚さは、シート１５と塗布第二ロール２１との設定間隙と、ロールの表面材質、および接合剤の粘度を適切に選択することによって調節することができる。具体的には、ゴム系樹脂やポリエステルエラストマーなどの弾性材料からなるロール表面材質のロールを用いて、塗布第一ロール２０と塗布第二ロール２１の間隙、およびシート１５と塗布第二ロール２１との間隙を変化させながら、シート１５上に接合剤を転写し、その層厚を測定し、この層厚が所定の値になるように前記ロールの間隙を調節することによって所望の厚みの接合剤２２の塗布条件を得る。

接合剤２２は表面にホコリなどが付着して粘着力を損なったり、表面欠陥が発生したりしないように空気清浄度の高い部屋で塗布され、迅速に次工程に移される。しかし、製造環境や工程状況によっては、次工程までに接合剤にホコリが付着する恐れがある場合がある。そのような課題を解決するために、塗布ロールの後方に保護シート接合ロール２３を配して、接合剤２２の表面に保護シート２４を貼合する。この保護シート２４は接合剤との接合力が弱い高分子シートを用いる。このようにすることによって、接合剤２２が塗布された後のシート１５の取り扱いも容易になる。

通常、接合剤２２としては粘着剤を用いる。しかし、強固な接合力を必要とする場合は、熱硬化性接着剤や紫外線硬化型接着剤なども用いることができる。ただし、接合剤として接着剤を用いる場合は、上記の保護シート２４を貼合することができないために、接着剤塗布後、迅速に次工程に移る必要がある。

また、接着剤として紫外線硬化型接着剤を用いる場合は、熱処理工程１３の前または熱処理工程１３の中に、紫外線照射工程が必要となる。この工程は、紫外線を照射して紫外線硬化型接着剤を固化し、接合による固定を完了する工程である。

さらに、熱硬化型接着剤を用いる場合は、熱処理工程１３によって接着剤が硬化し接合が完了する。スクリーン構成として、光反射シートを用いない場合は、接合剤第二塗布工程９が省略されることは言うまでもない。

図３に示す接合剤塗布工程が終了したシートは、再びロール状に巻き取られ、またはそのまま引き続き次の工程に送られる。このようにして、接合剤第一塗布工程６で光拡散表面シート１に接合剤を塗布し保護シートを貼り付ける。また、接合剤第二塗布工程９で光反射シート３の光反射面に接合剤を塗布し保護シートを貼り付ける。

次に、光拡散表面シート切断工程７、指向性光拡散シート切断工程８、光反射シート切断工程１０に関して、図４を用いて説明する。図４は前記のシート切断工程に用いる切断装置の構成を模式的に示す側面断面図である。図４において切断するシート２５は、粘着剤２２と保護シート２４とが形成された光拡散表面シートまたは光反射シート、および表面加工されていない指向性光拡散シートである。

図４に示す切断装置は、図３に示した接合剤塗布工程が終了してロール状に巻き取られた、または、図３に示した接合剤塗布装置と共通の搬送ステージを移動してきたシートの加工を行う。シート２５はベース１７上の搬送ステージ１６ａ、１６ｂの上を送りロール１８ａ、１８ｂで所定の速度で送られる。送りロール１８ａ、１８ｂの後方には切断刃２６が配置されており、図中矢印の方向に移動してシート２５を切断する。図に示した切断刃２６は、押し切り型の切断刃であるが、上刃と下刃を持ったシャー型の切断刃を用いることもできる。さらにまた、超音波カッターやレーザーカッターなどを用いることもできる。

切断刃２６の切断タイミングは、シート２５の送り速度に合わせて調整されており、シート２５が所定の幅で切断できるようになっている。

光拡散表面シートと光反射シートの切断幅はプロジェクタ用スクリーンの縦幅または横幅に等しく設定されており、指向性光拡散シートの切断幅は、分割領域の大きさによって設定を決める。このときの切断精度によって分割された指向性光拡散シートの隣り合った間隙の合わせ精度が決まる。この合わせ精度を３００μｍ程度以下にすることによって、合わせ面の目立たない指向性光拡散シートの合わせが可能となる。

このようにして切断されたシート２５は、ストッカー２７に積層して収納される。もちろん、切断されたシート２５をストッカー２７に収納しないで、直接次の工程に流しても良い。なお、スクリーン構成として光反射シートを用いない場合は、光反射シート切断工程１０が省略されることは言うまでもない。

上記のようにして切断されたシートの貼合工程について図５を用いて説明する。図５は本発明のプロジェクタ用スクリーンの製造における貼合装置の構成を模式的に示した断面図であり、図５（ａ）は切断したシートを貼合装置にセットするときの状態を模式的に示した側面図であり、図５（ｂ）は切断したシートの貼合時の状態を模式的に示した側面図である。図５（ａ）と（ｂ）において、貼合装置は、ベース３１、合わせ駆動部３０、上吸着盤２８、下吸着盤２９、およびＣＣＤカメラ３２ａと３２ｂから構成されている。上吸着盤２８と下吸着盤２９はシートを乗せる面に複数の吸引吸着孔が開けられている。上吸着盤２８と下吸着盤２９にシートを乗せて、吸引吸着孔から空気を吸引することによって、シートを吸着して固定する。この空気の吸引力は、強弱の二段に変えることが可能になっている。空気の吸引力が弱い状態でシートを半固定状態でシートの位置合わせを行い、位置が定まったら空気の吸引力を強くしてシートを固定できる。

切断したシートを貼合装置にセットするときは、図５（ａ）のように上吸着盤２８は扉状に開いて下吸着盤２９と分離している。図５（ａ）においては、光拡散表面シートまたは光反射シート１５の上に接合剤２２が塗布されたシートを上吸着盤２８上に、複数の指向性光拡散シート２を下吸着盤２９上に位置決めして吸着固定する。固定吸着した後、上吸着盤２８上のシートに貼られていた保護シートは剥離される。

このとき指向性光拡散シート２は複数に分割されているが、その合わせはシートの切断端面を突き合わせて行う。従って、複数に分割された指向性光拡散シート２の隣り合ったシート同士の合わせ精度は、図４で説明したシート切断工程でのシート切断精度によって決まる。

上吸着盤２２と下吸着盤２９の所定の位置を撮像してシート位置を計測するためのＣＣＤカメラ３２ａと３２ｂとがそれぞれ配置されている。これらのＣＣＤカメラからの画像に従って計算された数値または画像情報に従って、範固定状態で吸着盤に吸着されたシートを図示していない位置調節機構または人手によってシートの位置合わせをする。位置合わせの基準点は各シートの頂点で行っても良いし、シートに印刷された合わせマークを用いて行っても良い。このようにして位置決めされたシートの基準点の座標は、各ＣＣＤカメラ３２ａ、３２ｂで読み取られ、図示していない貼合装置の制御回路中のメモリに記録される。

以上のようにして上吸着盤２８と下吸着盤２９にシートが固定されると、図５（ｂ）に示すように、合わせ駆動部３０が作動して上吸着盤２８を回転および平行移動させてそのシート固定面を下吸着盤２９のシート固定面に合わせて、所定の圧力で押し付ける。この上吸着盤２８と下吸着盤２９の合わせ位置は、上記の制御回路のメモリに記録されているシートの基準点の座標に従って決定され、合わせ駆動部３０によって位置制御されて合わせられる。

このようにして、この工程でシート１５と指向性光拡散シート２とは接合剤２２で合わせられる。このときに用いられる接合剤が粘着剤の場合は、この工程で各シートの接合が終了する。また、このときに用いられる接合剤が熱硬化型接着剤または紫外線硬化型接着剤の場合は、次の熱処理工程または紫外線照射工程まで合わせられた各シートが位置ずれしないように注意しなければならない。

なお、スクリーン構成として光反射シートを用いない場合は、光拡散表面シート１と指向性光拡散シート２とを接合する接合第一工程１１のみを行い、光反射シート３と指向性光拡散シート２とを接合する接合第二工程１２は省略されることは言うまでもない。

このようにして、指向性光拡散シート２の両面に光拡散表面シート１と光反射シート３とを接合した後、次の熱処理工程１３に移る。

接合剤として熱硬化型接着剤を用いる場合は、熱処理工程１３は接着剤を固化して接合を完成される目的で行い、このときの加熱温度は接着剤の種類やシート材質によって異なるが６０〜１２０℃で５〜３０分間大気圧で加熱する。加熱はバッチ式の加熱炉で行なっても良いし、ベルト炉で行なっても良い。

一方、接合剤として粘着剤を用いる場合は、この熱処理工程１３は接合剤中に含まれている気泡を取り除く目的で行なう。具体的には、加圧が可能なバッチ炉を用いて大気圧から２気圧程度加圧した状態で３０〜５０℃で１０〜３０分程度加圧する。この処理によって、粘着剤中に混入していた気泡が抜けるとともにシート全面に渡って均一な密着性を得ることが可能となる。

最後に、以上のようにして接合された光拡散表面シート１、指向性光拡散シート２、および光反射シート３を、アッセンブル工程１４において支持枠（受け枠４と押さえ枠５）で挟み込んで固定し、スクリーン製造工程を終了する。

なお、以上の工程のうちシート切断工程で、シートの外周寸法を予め大きめに切断しておき、アッセンブル工程１４に入る前にスクリーン外形と同じ寸法である矩形形状の型刃を用いて外周を切断仕上げしても良い。このような切断仕上げを行なうことによって、外周部におけるシートずれを補正することができると同時に、接合欠陥が発生しやすい外周領域を除去することができ、スクリーン品質を向上させることができる。

以上説明した本発明のプロジェクタ用スクリーンの製造方法を用いることによって、シート間の合わせ隙間が３００μｍ以下であり、貼りムラのない均一なシート貼合が可能となり高品質なスクリーン製造が可能となった。

以下に本発明のスクリーンに関する具体例を説明する。
（具体例）
図１に示した光拡散表面シートと指向性光拡散シートと光反射シートを有するスクリーンを形成した。指向性光拡散シートとしては、シート圧７０μｍで直径５０μｍの柱状構造からなるものを用いた。柱状構造の配向角はゼロ度とした。また、光反射シートはポリエチレンシートの表面にＡｇを約２００ｎｍ真空蒸着したものを用いた。

指向性光拡散シートを２領域に分割して、その領域間の合わせ間隙を変化させた。この合わせ間隙を測定するために、指向性光拡散シート２枚を光反射シートの上に貼合した後、２枚の指向性光拡散シートの合わせ間隙を顕微鏡のスケールで測定し、その後光拡散表面シートを指向性光拡散シートの表面に貼合した。このとき、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、９０％のヘイズ値の光拡散表面シートをそれぞれ用いた試料を作成した。このようにして作製したスクリーンの合わせ部を３０ｃｍ離れた位置から目視で観察し、合わせ面が見えるかどうかを調べた。なお、被験者は通常視力の５人を選定し、目視可能かどうかは人数の多い判断結果を採用した。すなわち、５人中３人以上が判断した結果を採用した。このときの結果を図１０に示す。ここで、横軸は光拡散表面シートのヘイズ値を百分率で、縦軸は指向性光拡散シートの貼合間隔の測定値をμｍで示している。また、貼合隙間が判別できない場合を○印で、貼合間隔が見える場合を×印で示している。

図１０より、光拡散表面シートのヘイズ値が大きいほど貼合間隔は見え難くなることが判る。また、光拡散表面シートのヘイズ値が７０％以下でも、貼合間隔が３００μｍ程度以下であれば貼り合わせ間隔は見えないことが判る。一方、光拡散表面シートのヘイズ値が７０％程度を越えると、指向性光拡散シートの指向性効果が有効に働かないために、スクリーン正面の輝度が低くなる。また、光拡散表面シートのヘイズ値が１０％程度以下になると、表面光の拡散効果が低いためにホットスポットが現れてくると同時に、シートの合わせ精度を１００μｍ程度以下にしなければ合わせ間隙が目立ってくるために好ましくない。そのため、光拡散表面シートのヘイズ値は１０〜７０％程度とするのが良い。

本発明によるスクリーンを模式的に示す斜視図である。 本発明によるスクリーンの製造工程を示す工程図である。 本発明のスクリーンの接合剤塗布工程に用いる塗布装置の模式図である。 本発明のスクリーンの切断工程に用いる切断装置の模式図である。 本発明のスクリーンの貼合工程に用いる貼合装置の模式図である。 本発明のスクリーンの構造を示す拡大断面図である。 本発明のスクリーンの構造を示す拡大断面図である。 本発明のスクリーンのレンズ配置を模式的に示す平面図である。 本発明で用いた指向性光拡散シートの特性を示すグラフである。 光拡散表面シートのヘイズ値と指向性光拡散シートの貼合間隙との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 光拡散表面シート
２ 指向性光拡散シート
３ 光反射シート
４ 受け枠
５ 押さえ枠
３３ 高屈折率領域
３４ 低屈折率領域

Claims (9)

1. 投影された光画像を表示するスクリーンであって、
   入射光を略等方的に拡散する光拡散表面シートと、
   前記光拡散表面シートの前記光画像の投影側とは反対側に設けられ、所定の角度から入射する光に対して散乱が大きく、それ以外の方向から入射する光に対して散乱が小さな指向性光拡散層と、
   前記指向性光拡散層の前記光画像の投影側とは反対側に設けられた光反射層と、を備え、
   前記指向性光拡散層は複数の領域に分割され、前記光拡散表面シートは前記指向性光拡散層の複数の領域にまたがって覆うように構成されたことを特徴とするスクリーン。
2. 複数の領域に分割された前記指向性光拡散層のそれぞれが前記光拡散表面シートに接合されたことを特徴とする請求項１に記載のスクリーン。
3. 前記指向性光拡散層は、接合剤を介して前記光反射層に接合されたことを特徴とする請求項１に記載のスクリーン。
4. 前記指向性光拡散層は、接合剤を介して前記光拡散表面シートに接合されたことを特徴とする請求項３に記載のスクリーン。
5. 前記指向性光拡散層の複数の領域は、隣接する指向性光拡散層の領域との間が３００μｍを超えない範囲で配置されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のスクリーン。
6. 前記光拡散表面シートのヘイズ値は、１０〜７０％であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のスクリーン。
7. 前記光拡散表面シートは、光拡散粒子が混合された紫外線硬化樹脂を透明シートに塗布し、加熱しながら紫外線を照射することにより前記光拡散粒子を透明シートに固定して形成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のスクリーン。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のスクリーンと、前記スクリーンに光画像を投影する光画像投影器と、を備えることを特徴とする画像投影システム。
9. 入射光を略等方的に拡散する光拡散表面シートの片面に接合剤を塗布する接合剤第一塗布工程と、
   光反射シートの光反射面に接合剤を塗布する接合剤第二塗布工程と、
   前記光拡散表面シートを接合剤が塗布された面を上にして第一のステージに固定し、所定の角度から入射する光に対して散乱が大きく、それ以外の方向から入射する光に対して散乱が小さな指向性光拡散シートを第二のステージに複数配列して固定し、前記光拡散表面シートを接合剤の塗布された面と複数配列された前記指向性光拡散シートとを合わせて前記指向性光拡散シートの複数の領域にまたがって覆うように接合する接合第一工程と、
   前記光反射シートを接合剤が塗布された面を上にして第一のステージに固定し、前記接合された光拡散表面シートと指向性光拡散シートを、前記指向性光拡散シートを上にして第二のステージに配列して固定し、前記光反射シートの接合剤の塗布された面と前記指向性光拡散シートとを合わせて接合する接合第二工程と、
   前記光拡散表面シートと前記指向性光拡散シートと前記光反射シートが接合された状態のまま加圧雰囲気中で加熱する熱処理工程と、を備えることを特徴とするスクリーンの製造方法。

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