(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の屈折率を有する基体と、
前記基体の主面の上に設けられ、第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する材料からなり前記主面に対して平行な方向の周期Λの周期構造を有する周期膜を有する周期構造体と、
を備え、
前記周期膜の等価屈折率をＮとしたとき、前記周期Λは、４００／（Ｎ＋１）ｎｍ以上６８０／（Ｎ−１）ｎｍ以下であることを特徴とする反射スクリーン。
【請求項２】
前記周期構造体は、混色した際に無彩色となるｋ種類の光の波長をλｋとしたとき、前記波長λｋのそれぞれに対して等価屈折率Ｎｋを有し、λｋ／（Ｎｋ＋１）以上λｋ／（Ｎｋ−１）以下の周期Λｋの規則性をもったｋ個の周期膜を積層した層を含むことを特徴とする請求項１記載の反射スクリーン。
【請求項３】
映像情報を有する波長λの光を生成する光生成部と、
前記光が入射角θで投影される反射スクリーンと、
を備え、
前記反射スクリーンは、
第１の屈折率を有する基体と、前記基体の主面の上に設けられ、第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する材料からなり前記主面に対して平行な方向の周期Λの周期構造を有する周期膜を有する周期構造体と、を有し、
前記周期膜の等価屈折率をＮとしたとき、前記周期Λは、λ／（Ｎ＋ｓｉｎθ）、またはλ／（Ｎ−ｓｉｎθ）であることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
前記光生成部は、混色した際に無彩色となるそれぞれ波長λｋを有するｋ種類の光を発生し、
前記周期構造体は、前記波長λｋのそれぞれに対して等価屈折率Ｎｋを有し、λｋ／（Ｎｋ＋ｓｉｎθ）、またはλｋ／（Ｎｋ−ｓｉｎθ）の周期Λｋの規則性を持ったｋ個の周期膜を積層した層を含むことを特徴とする請求項３記載の表示装置。
【請求項５】
前記ｋは、２であり、
波長λ１は６２０〜６５０ｎｍ、波長λ２は４７０〜５１０ｎｍであり、
第１の周期膜の周期Λ１は８１０ｎｍまたは２９０ｎｍ、第２の周期膜の周期Λ２は５８０ｎｍまたは２１０ｎｍであることを特徴とする請求項４記載の表示装置。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１つに記載の表示装置と、
前記反射スクリーンが付設された窓部と、
を備えたことを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射スクリーン、表示装置及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射・透過性のスクリーンに映像を投影し、スクリーンの背景と、投影した映像とを観視するシースルー型の表示装置がある。この時、所定の厚みのスクリーンの前面と背面において投影映像が反射して２重像（パララックス）が発生し、視認性が劣化する。これは、例えば、車両や航空機等の移動体のフロントガラスに各種の運行情報を投影し、外の背景の像と同時に運行情報を視認する、いわゆるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ： Head-Up Display）においても問題となっている。  
特許文献１に、特定の波長を反射するホログラムコンバイナーを用いる技術が開示されているが反射波長領域が広く、白色光の透過率を低下させるため、上記用途には使用できない。  
また、特許文献２に、格子部材を周期的に設けた導波モード共鳴格子素子に関する技術が開示されているが、格子に隣接する部分を空気とすることで反射波長領域を広くするためのものであり、狭い反射波長領域が必要とされる、上記の用途には使用出来ない。
【特許文献１】特開平９−１０１４７８号公報
【特許文献２】特開２００６−３５０１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、高透過率を保ったまま高反射率を実現する反射スクリーン、表示装置及び移動体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様によれば、第１の屈折率を有する基体と、前記基体の主面の上に設けられ、第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する材料からなり前記主面に対して平行な方向の周期Λの周期構造を有する周期膜を有する周期構造体と、を備え、前記周期膜の等価屈折率をＮとしたとき、前記周期Λは、４００／（Ｎ＋１）ｎｍ以上６８０／（Ｎ−１）ｎｍ以下であることを特徴とする反射スクリーンが提供される。
【０００５】
また、本発明の他の一態様によれば、映像情報を有する波長λの光を生成する光生成部と、前記光が入射角θで投影される反射スクリーンと、を備え、前記反射スクリーンは、第１の屈折率を有する基体と、前記基体の主面の上に設けられ、第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する材料からなり前記主面に対して平行な方向の周期Λの周期構造を有する周期膜を有する周期構造体と、を有し、前記周期膜の等価屈折率をＮとしたとき、前記周期Λは、λ／（Ｎ＋ｓｉｎθ）、またはλ／（Ｎ−ｓｉｎθ）であることを特徴とする表示装置が提供される。
【０００６】
また、本発明の他の一態様によれば、上記の表示装置と、前記反射スクリーンが付設された窓部と、を備えたことを特徴とする移動体が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高透過率を保ったまま高反射率を実現する反射スクリーン、表示装置及び移動体が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。  
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る反射スクリーンの構成を例示する模式図である。  
図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、断面図、斜視図である。図１（ａ）、（ｂ）に表したように、第１の実施形態の反射スクリーン１０は、基体１１０と、基体１１０の主面１１１の上に設けられ規則性を持った凹凸１２１を有する周期膜１２０を有している。  
基体１１０は、例えば、アクリル系の樹脂などで構成でき、基体１１０の屈折率（第１の屈折率）ｎ１は、例えば、１．４５とされる。なお、基体１１０は、別の板状、またはシート状の基体の上に、薄い膜として設けても良い。
【０００９】
一方、周期膜１２０は、例えば、誘電体の薄膜等で構成でき、第１の屈折率ｎ１より大きい第２の屈折率ｎ２を有する。例えば、第２の屈折率ｎ２は、１．９とすることができる。そして、等価屈折率Ｎに対して、４００／（Ｎ＋１）ｎｍ〜６８０／（Ｎ−１）の周期Λの規則性を持った凹凸１２１を有している。
【００１０】
例えば、周期膜１２０の厚さｔが１８０ｎｍで、第１の屈折率ｎ１＝１．４５、第２の屈折率ｎ２＝１．９とすると、等価屈折率Ｎ＝１．４９となる。その時、周期Λを、４００／（Ｎ＋１）〜６８０／（Ｎ−１）、すなわち、２６８ｎｍ〜１０８２ｎｍに設定する。具体的には、周期Λを０．６８μｍとする。この時、反射スクリーン１０は、フォトニック構造となり、入射する所定の波長の直線偏光の入射光を非常に高い反射率で反射し、その波長以外の光は透過する。上記の例では、波長５３０ｎｍの光（緑色光）を反射し、それ以外の波長の光を透過する。  
また、例えば、Λを０．２４μｍとした時も、波長５３０ｎｍの光（緑色光）を反射し、それ以外の波長の光を透過する。  
さらに、周期Λが０．２９μｍまたは０．８１μｍの時、波長６３０ｎｍの光（赤色光）を反射し、それ以外の波長の光を透過する。  
さらに、周期Λが０．２１μｍまたは０．５８μｍの時、波長４５０ｎｍの光（青色光）を反射し、それ以外の波長の光を透過する。
【００１１】
このように、等価屈折率Ｎに対して、周期Λが４００／（Ｎ＋１）ｎｍ〜６８０／（Ｎ−１）ｎｍの凹凸を設け、その周期Λを適切に設定することで、所望の波長の光のみを非常に高い反射率で反射し、それ以外の光は、透過することができる。この時、反射スクリーン１０は、フォトニック構造となっているため、光の吸収は実質上発生しない。従って、映像を投射する特定の波長のみを反射し、それ以外の光は透過する反射スクリーンが得られ、高透過率を保ったまま高反射率を実現する反射スクリーンが得られる。
【００１２】
なお、図１に例示した反射スクリーン１０は、周期膜１２０の上部領域１３０が空気である例であり、上部領域屈折率ｎｕは１である。すなわち、周期膜１２０の凹凸１２１の凸部１２３の屈折率は第２の屈折率ｎ２であり、凹部１２４の屈折率は上部領域屈折率ｎｕであり、ｎ２はｎｕより大きく設定されている。本実施形態においては、周期膜１２０が周期構造体１２９となる。
【００１３】
本実施形態の反射スクリーン１０の光学特性について以下詳しく説明する。  
図２は、本発明の第１の実施形態に係る反射スクリーンの構成を例示する模式図である。  
図２（ａ）に表したように、本発明の第１の実施形態の反射スクリーン１０において、基体１１０の下方の領域の屈折率をｎ０、基体１１０の屈折率（第１の屈折率）をｎ１、基体１１０の厚さをＴ、周期膜１２０の屈折率（第２の屈折率）をｎ２、周期膜１２０の厚さをｔとする。そして、周期膜１２０の上部領域１３０（凹部１２４も含めた領域）の屈折率をｎｕとする。ｘ軸を、基体１１０の主面１１１に対して垂直方向とし、ｙ軸を、ｘ軸に対して垂直で、凹凸１２１の周期方向とも垂直な方向とする。また、Ｅｙ（ｘ）をｙ方向電場成分、Ｈｙ（ｘ）をｙ方向磁場成分、ｋ０を２π／λ（λは波長）、ｎ（ｘ）を屈折率とする。そして、周期膜１２０における凸部１２３と凹部１２４の体積比をａとして、周期膜１２０の実効屈折率ｎ２’＝（ａ・ｎ２２＋（１−ａ）ｎ１２）１／２を用いる。そして、上記のｎ０、ｎ１、ｎ２、ｎｕの４層からなる構造について、ＴＥ偏光対して数式１の微分方程式、ＴＭ偏光に対して数式２の微分方程式の解として、固有値βが求まる。そして、等価屈折率Ｎは、β＝ｋ０Ｎより求められる。なお、ＴＥ偏光とは、入射する光の電場の振動面がｙ方向に平行な偏光、ＴＭ偏光とは、電場の振動面がｙ方向に垂直な偏光である。
【数１】
0005462443.tif 000002
【数２】
0005462443.tif 000003
【００１４】
そして、図２（ｂ）に表したように、反射スクリーン１０に、入射角θで直線偏光の入射光１８１がこの等価屈折率Ｎと周期Λを有する周期膜１２０に入射した時、数式３を満足する波長λで共鳴が起きる。  
【数３】
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すなわち、特定の波長λに対して、入射光のほぼ１００％を反射し、それ以外の波長の光を透過する。
【００１５】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る反射スクリーンの光入出射特性を例示する模式図である。  
図３に表したように、上記で説明した特定の周期Λの凹凸を設けると、反射スクリーン１０に特定の波長λの入射光１８１が入射した時、入射光１８１は、基体１１０より屈折率の高い周期膜１２０の中を実質上損失無く導波され、周期膜１２０から出射する。すなわち、波長λの光を実質上損失無く反射し、それ以外の波長の光を透過できる。
【００１６】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る反射スクリーンの反射・透過特性を例示するグラフ図である。  
図４（ａ）（ｂ）は、第１の実施形態に係わる反射スクリーン１０の反射率と透過率の波長特性依存性のシミュレーション結果をそれぞれ例示している。横軸は波長λを示し、縦軸は反射率または透過率である。  
なお、シミュレーションの条件は、ｔ＝２００ｎｍ、Λ＝３５０ｎｍである。  
図４（ａ）に表したように、第１の実施形態に係わる反射スクリーン１０において、反射率は、波長λ＝５２０ｎｍに非常に鋭いピークを持ち、それ以外の波長では、反射率は非常に低い値となっている。なお、波長２７５ｎｍ付近にもピークがあるが可視光領域を外れているので問題としない。  
また、図４（ｂ）に表したように、透過率は、波長λ＝５２０ｎｍに非常に鋭い谷を持ち、それ以外の波長では、透過率は高くなっている。なお、同様に、波長２７５ｎｍ付近にも透過率の谷があるが可視光領域を外れているので問題としない。  
なお、図４（ａ）、（ｂ）で反射率と透過率のシミュレーション結果を示したが、吸収率は実質上、零であった。
【００１７】
このように、第１の実施形態の反射スクリーン１０は、特定の波長（この例では、５２０ｎｍ）に反射率のピークを持っており、そのピークの幅Δλは約１０ｎｍ（所定の波長λに対して±５ｎｍの幅）である。この波長λの光を、映像情報を含む像として反射スクリーン１０に投射することで、非常に明るい投影像を観視できる。そして、波長λ以外の波長の光に対しては、透過率が高いので、反射スクリーン１０の背景の像を明るく見やすく観視できる。  
なお、特許文献１に開示されているホログラフィック方式のスクリーンの場合、反射率のピークの幅Δλは２０ｎｍ程度あり、所望の波長λ以外の光も反射し、結果として、所定の波長の光以外の透過率が低かった。このため、スクリーンの背景の像は暗く見にくい表示であった。  
これに対し、本実施形態の反射スクリーン１０は、所定の波長λの光のみを実質的に反射し、それ以外の光は実質的に損失無く透過する。これにより、所定の波長の光のみを高反射率で反射し、明るい映像が視認でき、また、それ以外の波長の光を高透過率で透過し、見やすい表示が実現できる。これにより、高透過率を保ったまま高反射率を実現した表示が得られる。
【００１８】
なお、本実施形態の反射スクリーン１０において、周期膜１２０の周期Λは、４００／（Ｎ＋１）ｎｍ〜６８０／（Ｎ−１）ｎｍと設定されたが、これは、可視光線の波長として、短波長側が３６０ｎｍ〜４００ｎｍで、長波長側が７６０ｎｍ〜８３０ｎｍとされている（ＪＩＳ  Ｚ８１２０の定義）が、実用的には、短波長側の下限を４００ｎｍ、長波長側の上限を６８０ｎｍとするが適切であることに基づいている。
【００１９】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。  
図５は、本発明の第２の実施形態に係る反射スクリーンの構成を例示する模式断面図である。  
図５に表したように、第２の実施形態に係わる反射スクリーン２０は、図１の反射スクリーン１０において、周期膜１２０（周期構造体１２９）の凸部１２３の上部に上部層１４０が設けられている。これにより、周期膜１２０の凹部１２４に異物が侵入することを防止できる。もし、凹部１２４に異物が侵入すると、所望の光学特性が得られないが、上部層１４０によって異物の侵入を防止でき、品質の安定した高性能の反射スクリーンが得られる。  
上部層１４０は、例えば、第２の屈折率ｎ２より小さい屈折率の材料で構成することができ、また、基体１１０と同じ材料を用いても良い。
【００２０】
また、基体１１０の下面（主面１１１と逆の面）、あるいは、上部層１４０の上面１４２に、例えば（図示せず）粘着層を設け、別の板状の透明体に貼り付けることができる。例えば、アクリル樹脂系の粘着剤によって、実質的に透明な粘着層を設けることができ、これにより、反射スクリーン２０を例えば、車両のフロントガラス等に貼り付けることができ、高透過率を保ったまま高反射率を実現した表示装置（ヘッドアップディスプレイ）及び車両（移動体）が実現できる。
【００２１】
（第３の実施の形態）  
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。  
図６は、本発明の第３の実施形態に係る反射スクリーンの構成を例示する模式断面図である。  
図６に表したように、第３の実施形態に係わる反射スクリーン３０は、図１の反射スクリーン１０において、周期膜１２０の上部領域１３０に低屈折率層１５０が設けられている。低屈折率層１５０は、周期膜１２０の第２の屈折率ｎ２より小さい屈折率ｎｉを有しており、例えば、アクリル系の樹脂で構成でき、ｎｉは１．４９と設定できる。
【００２２】
（第４の実施の形態）  
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。  
図７は、本発明の第４の実施形態に係る反射スクリーンの構成を例示する模式断面図である。  
図７に表したように、第４の実施形態に係わる反射スクリーン４０は、周期膜を３層積層した構造を有している。すなわち、第１の周期Λ１と第１の厚みｔ１を有する第１の周期膜１２０、第２の周期Λ２と第２の厚みｔ２を有する第２の周期膜２２０、第３の周期Λ３と第３の厚みｔ３を有する第３の周期膜３２０が積層されている。そして、第１の周期膜１２０は第１の基体（基体１１０）の上に設けられている。また、第１の周期膜１２０と第２の周期膜２２０の間には第２の基体２１０が設けられ、第２の周期膜２２０と第３の周期膜３２０の間には第３の基体３１０が設けられ、そして、第３の周期膜３２０の上部には上部層１４０が設けられている。なお、上記の構造において、第１の周期膜１２０、第２の周期膜２２０、第３の周期膜３２０が、周期構造体１２９を構成する。
【００２３】
そして、第１の周期Λ１、第２の周期Λ２、第３の周期Λ３は、光の３原色の波長の光に対して、それぞれ反射するように設定される。  
例えば、第１の周期Λ１は、赤色光（例えば波長６３０ｎｍ）を反射するように、０．２９μｍまたは０．８１μｍに設定することができる。  
また、第２の周期Λ２は、緑色光（例えば波長５３０ｎｍ）を反射するように、０．２４μｍまたは、０．６８ｎｍに設定することができる。  
また、第３の周期Λ３は、青色光（例えば波長４５０ｎｍ）を反射するように、０．２１μｍまたは０．５８μｍに設定することができる。  
これにより、例えば、赤色光として波長６３０ｎｍ、緑色光として波長５３０ｎｍ、青色光として波長４５０ｎｍの３つの波長を有する光源により、種々の色彩を再現できる。そして、これらの３つの波長以外の透過率が高い。従って、反射スクリーン４０は、高透過率を保ったまま高反射率を実現した視認性の高いカラー表示が得られる。これにより、高透過率を保ったまま高反射率を実現したヘッドアップディスプレイ及び車両が実現できる。
【００２４】
なお、上記において、周期構造体１２９が３つの周期膜を含む場合を例示したが、これに限らず、ｋ個の周期膜を積層した構造とすることができる。この時、混色した際に無彩色となるｋ種の光の波長λｋに対し、λｋ／（Ｎ−１）〜λｋ／（Ｎ＋１）の周期Λｋの規則性を持った凹凸を有するｋ個の周期膜を積層することができる。
【００２５】
なお、図７に例示した反射スクリーン４０は、各周期膜の間に、第２の基体２１０や第３の基体３１０が設けられている例であったが、第２の基体や第３の基体を設けず、図６に例示した低屈折率層を設けることができる。
【００２６】
図８は、本発明の第４の実施形態に係る反射スクリーンの変化形の構成を例示する模式断面図である。  
図８に表したように、本発明の第４の実施形態に係る変化系の反射スクリーン４１では、第１の周期膜１２０の上に順次、第１の低屈折率層１５０、第２の周期膜２２０、第２の低屈折率層２５０、第３の周期膜３２０、第３の低屈折率層３５０が積層されている。この構造の反射スクリーン４１も、特定の３つの波長を反射でき、種々の色彩を表示可能となる。これにより、高透過率を保ったまま高反射率を実現した視認性の高いカラー表示が得られる。これにより、高透過率を保ったまま高反射率を実現したヘッドアップディスプレイ及び車両が実現できる。
【００２７】
（第５の実施の形態）  
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。  
図９は、本発明の第５の実施形態に係る反射スクリーンの構成を例示する模式断面図である。  
図９に表したように、第５の実施形態に係わる反射スクリーン５０は、図７に例示した反射スクリーン１０において、周期膜を２層としたものである。すなわち、第１の周期Λ１と第１の厚みｔ１を有する第１の周期膜１２０と、第２の周期Λ２と第２の厚みｔ２を有する第２の周期膜２２０とが積層されている。そして、第１の周期膜１２０は第１の基体（基体１１０）の上に設けられており、第１の周期膜１２０と第２の周期膜２２０の間には第２の基体２１０が設けられ、第２の周期構造体の上部には上部層１４０が設けられている。なお、上記の構造において、第１の周期膜１２０と第２の周期膜２２０とが周期構造体１２９を構成する。  
そして、第１の周期Λ１と第２の周期Λ２は、混色した場合に略白色となる２つの波長の光に対して、それぞれ反射するように設定される。  
例えば、２つの波長としては、第１の光として赤色光（第１の波長λ１が例えば６３５ｎｍ）と第２の光としてシアン色光（第２の波長λ２が例えば４９０ｎｍ）とすることができる。  
例えば、第１の周期Λ１は、赤色光（λ１＝６３０ｎｍ）を反射するように、０．４２μｍに設定することができる。  
また、第２の周期Λ２は、シアン光（λ２＝４９０ｎｍ）を反射するように、０．３３μｍに設定することができる。  
このとき、反射スクリーン５０は、これら２色の光を高反射率で反射し、また２色が補色の関係とされているので、白色（無彩色）を表示することができる。これにより、ほぼ自然な色彩のカラー表示を行うことができる。
【００２８】
以下詳細に説明する。  
図１０は、本発明の第５の実施形態に係る反射スクリーンの特性を例示するＣＩＥ色度図である。  
図１０は、ＣＩＥ１９３１ＸＹＺ系色度図に第５の実施形態に係る反射スクリーン５０の特性を表したものである。図１０に表したように、第１の波長λ１＝６３５ｎｍの第１の光１８６と、第２の波長λ２＝４９０ｎｍの第２の光１８７とは、補色の関係にあり、色度図上で白色（無彩色）を通る直線上に配置される。このため、第１の光１８６と第２の光１８７との混合比によって白色（無彩色）を含めた種々のカラーが表示可能となる。例えば、第１の波長λ１＝６３５ｎｍの第１の光１８６と、第２の波長λ２＝４９０ｎｍの第２の光１８７と、をそれぞれレーザで生成した場合、第１の光１８６を１２ｍＷで出力し、第２の光１８７を２３ｍＷで出力すると、白色（無彩色）の、５ｌｍの光量が得られる。  
図９に例示した２層構造を有する反射スクリーン５０は、図７に例示した３層構造を有する反射スクリーン４０に比べて、構造が簡単であり、実用上非常に有用である。すなわち、例えば、反射スクリーンを例えばヘッドアップディスプレイのような表示装置に用いる場合、表示映像が自然画像である場合は限られており、表示映像は例えば車両の速度等の車両情報や、周囲の地図や、標識、ナビゲーションの表示などであり、実質的には多色の表示ではあっても自然画像ではない。このため、実用的には、２つの波長の２つの光源から形成されたカラー表示で充分の場合が多い。このため、２層構造の反射スクリーン５０は、構造の単純さと性能の点で優れており、信頼性も良く低コストで実現できる。  
なお、上記において、白色（無彩色）とは、実質上無彩色であれば良いが、例えば、ＣＩＥ１９３１ＸＹＺ系色度図上において、ｘが０．２５〜０．４０、ｙが０．２５〜０．４０の範囲が望ましい。
【００２９】
さらに、図９に例示した反射スクリーン５０は、実用的な透過率を高めるのに有効である。以下、説明する。  
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る反射スクリーンの特性と視感度との関係を例示するグラフ図である。  
図１１の横軸は波長を表し、縦軸は視感度または光の強さを表す。図１１の実線で表したように、視感度１９０は、緑色光（波長５５５ｎｍ）で一番高く、それより短いまたは長い波長の光に対しては視感度１９０は低下する。緑色光（例えば波長５５５ｎｍ）を反射スクリーンに投影する表示装置を考えた場合、本実施形態の反射スクリーンを用いたとしても、映像の投影光の波長５５５ｎｍ±５ｎｍの光は透過しないので、この波長範囲に関しては、背景からの光が透過できない。このとき、視感度の高い５５５ｎｍ付近の光を透過しない反射スクリーンは、実際の使用状態において、透過光が暗い印象を受け、背景の像の視認性が劣る場合がある。  
これに対して、本実施形態の反射スクリーン５０のように、映像の投影光として視感度の高い緑色光を用いず、赤色光（例えば６３５ｎｍ）とシアン色光（例えば４９０ｎｍ）の２つの光を用いるようにすれば、視感度の高い緑色光の背景像は明るさを実質的に低下させずにそのまま視認できる。そして、補色関係の赤色光とシアン色光によって、白色（無彩色）を含む種々の色を表現でき、実用上非常に有用な表示を可能とする反射スクリーンが実現できる。
【００３０】
なお、２層構造の反射スクリーンの場合も低屈折率層を用いることができる。  
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る反射スクリーンの変化形の構成を例示する模式断面図である。  
図１２に表したように、本発明の第５の実施形態に係る変化系の反射スクリーン５１では、第１の周期膜１２０の上に順次、第１の低屈折率層１５０、第２の周期膜２２０、第２の低屈折率層２５０が積層されている。この構造の反射スクリーン５１も、特定の２つの波長を反射でき、種々の色彩を表示可能となる。これにより、高透過率を保ったまま高反射率を実現した視認性の高いカラー表示が得られる。これにより、高透過率を保ったまま高反射率を実現したヘッドアップディスプレイ（表示装置）及び車両（移動体）が実現できる。
【００３１】
（第６の実施の形態）
次に本発明の第６の実施の形態の表示装置について説明する。  
図１３は、本発明の第６の実施形態に係る表示装置の構成と使用状態を例示する模式図である。  
図１３に表したように、第６の実施形態に係る表示装置６１０は、映像を含む波長λの光４１５を生成する光生成部４１０と、光４１５が入射角θで投影される反射スクリーン５１０とを備えている。光生成部４１０は、例えば、波長λの光４１２を発生する光源４１１と、反射ミラー４２０と、映像用スクリーン４３０と、を有している。映像用スクリーン４３０は、光４１２に対して光シャッタの機能を持つものであり、例えば、液晶表示パネル等各種のものを用いることができる。光源４１１は、例えば、各種の固体レーザ、ガスレーザ、半導体レーザなどで構成できる。光源４１１の選択により、所望の波長λを設定できる。また、光生成部４１０には、上記の構成の他、例えば、バックライトを有する液晶表示パネル、光源とＭＥＭＳ（ Micro-electro-mechanical System）スキャナとの組み合わせ、光源と走査ミラーの組み合わせ等、各種の構成を使用することができる。  
光４１５は、光束を整えるレンズ４４０を経て、反射スクリーン５１０で反射し、観視者４７０に到達する。そして、観視者４７０は、反射スクリーン５１０で形成される映像（虚像）４８０を観視できる。例えば、反射スクリーン５１０は、車両等のフロントガラス（窓部）４９０の例えば内側（車内側）に付設されている。この時、反射スクリーン５１０は、反射性の他に透過性も有しており、観視者４７０は、反射スクリーン５１０を通して車外の背景像を、光４１５に基づく映像情報の像４８０と同時に観視できる。なお、レンズ４４０は必要に応じて設ければ良い。また、反射ミラー４２０を設けず、光４１２が映像用スクリーン４３０に直接入射する構成としても良く、各種の光学的配置をとることができる。  
そして、本実施形態の表示装置６１０においては、反射スクリーン５１０として、図１に例示した反射スクリーン１０と同等のものを用いることができる。
【００３２】
図１４は、本発明の第６の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。  
図１４に表したように、第６の実施形態に係る表示装置６１０において、反射スクリーン５１０は、第１の屈折率ｎ１を有する基体１１０を有している。そして、基体１１０の主面１１１の上には周期膜１２０が設けられている。周期膜１２０が周期構造体１２９となっている。周期膜１２０は、第１の屈折率ｎ１より大きい第２の屈折率ｎ２を有し、等価屈折率Ｎと波長λに対して、λ／（Ｎ＋ｓｉｎθ）、またはλ／（Ｎ−ｓｉｎθ）の周期Λの規則性を持った凹凸を有している。そして、例えば、基体１１０の屈折率（第１の屈折率）ｎ１を１．４５、周期膜１２０の屈折率（第２の屈折率）ｎ２を１．９とし、周期膜１２０の厚さｔを１８０ｎｍとすると、数式１で求められる等価屈折率Ｎは１．４９となる。
【００３３】
そして、例えば、入射角θを４５度に設定した表示装置において、光４１５の波長λを５３０ｎｍ（緑色光）とした場合は、周期Λは０．２４μｍまたは０．６８とすることができる。この時、反射スクリーン５１０は、波長λが５３０ｎｍの光４１５を反射し、それ以外の波長の光を透過する。  
また、光４１５の波長λを６３０ｎｍ（赤色光）とした場合は、周期Λを０．２９μｍまたは０．８１μｍとすることができる。この時、反射スクリーン５１０は、波長λが６３０ｎｍの光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。  
また、光４１５の波長λを４５０ｎｍ（青色光）とした場合は、周期Λを０．２１μｍまたは０．５８μｍとすることができる。この時、反射スクリーン５１０は、波長λが４５０ｎｍの光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。  
そして、上記の場合、既に説明したように、反射スクリーン５１０の反射特性は、波長幅Δλが１０ｎｍ程度の波長選択性の非常に高い反射特性を示す。
【００３４】
なお、上記において、入射角θを４５度の場合を示したが、これに限らず、周期膜１２０の凹凸の周期Λは、λ／（Ｎ＋ｓｉｎθ）、またはλ／（Ｎ−ｓｉｎθ）に設定でき、この時、反射スクリーン５１０の反射特性は、波長幅Δλが１０ｎｍ程度の波長選択性の非常に高い反射特性を示す。  
このように、本実施形態の表示装置においては、波長λの映像情報を含む光４１５を反射スクリーン５１０に入射角θで投影し、その反射スクリーン５１０が、第１の屈折率ｎ１を有する基体１１０と、第１の屈折率ｎ１より大きい第２の屈折率ｎ２を有し、等価屈折率Ｎと波長λに対して、λ／（Ｎ＋ｓｉｎθ）、またはλ／（Ｎ−ｓｉｎθ）の周期Λの規則性を持った凹凸を有する周期膜１２０とを有しているので、波長λの入射角θの光４１５を実質的に損失無く反射し、その波長以外の光に対しては透過率を実質的に低下させない。これにより、高透過率を保ったまま高反射率を実現した視認性の高い表示が得られる。これにより、高透過率を保ったまま高反射率を実現し、安全な運行を可能とした車両が実現できる。
【００３５】
（第７の実施の形態）
次に本発明の第７の実施の形態の表示装置について説明する。第７の実施形態の表示装置は、図１２に例示した２層構造の反射スクリーンを用いた例である。  
図１５は、本発明の第７の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。  
図１５に表したように、第７の実施形態に係る表示装置６２０は、映像を含む光４１５を生成する光生成部４１０と、光４１５が入射角θで投影される反射スクリーン５２０とを備えている。
【００３６】
光生成部４１０は、第１の波長λ１を有する第１の光４１６ｂを生成する第１の光源４１６と、第１の光が入射する第１の映像スクリーン４１６ａとを有している。また、第２の波長λ２を有する第２の光４１７ｂを生成する第２の光源４１７と、第２の光が入射する第２の映像用スクリーン４１７ａとを有している。また、ハーフミラー４１８がさらに設けられ、これにより、第１の光４１６ｂと第２の光４１７ｂとが合成され、２つの波長λ１、λ２を要素とする映像を含む光４１５が生成される。そして、この光４１５が、例えば、凹面ミラー４２１を経て、入射光１８１となって入射角θで反射スクリーン５２０に入射し、反射し、反射光１８２が観視者４７０に到達する。なお、上記の光学系は各種の構成をとることができる。  
上記の表示装置６２０において、光源の選択により、所望の波長λを設定できる。本実施形態では、第１の光源４１６と第２の光源４１７は、例えば、例えば、半導体レーザ等で構成できる。そして、第１の波長λ１を６３５ｎｍ（赤色光）、第２の波長λ２を４９０ｎｍ（シアン色光）とすることができる。すなわち、光の波長の数ｋが２であり、光生成部４１０は、混色した際に無彩色となる、第１の波長λ１（６３５ｎｍ）を有する第１の光４１６ｂと、第２の波長λ２（４９０ｎｍ）を有する第２の光４１７ｂの２つの光を発生する。そして、これら第１の光４１６ｂと第２の光４１７ｂとが光４１５となる。
【００３７】
そして、図１５に例示した表示装置６２０においては、反射スクリーン５２０は、第１の屈折率ｎ１を有する基体１１０を有している。そして、基体１１０の主面１１１の上には第１の周期膜１２０が設けられている。第１の周期膜１２０は、第１の屈折率ｎ１より大きい第２の屈折率ｎ２を有し、第１の等価屈折率Ｎ１と第１の波長λ１に対して、λ１／（Ｎ１＋ｓｉｎθ）、またはλ１／（Ｎ１−ｓｉｎθ）の周期Λ１の規則性を持った凹凸を有している。そして、第１の周期膜１２０の上には、屈折率ｎｉ１を有する第１の低屈折率層１５０が設けられている。さらに、第１の低屈折率層１５０の上に、第２の周期膜２２０が設けられている。第２の周期膜２２０は、第１の屈折率ｎ１より大きく、屈折率ｎｉ１より大きい第３の屈折率ｎ３を有し、第２の等価屈折率Ｎ２と第２の波長λ２に対して、λ２／（Ｎ２＋ｓｉｎθ）、またはλ２／（Ｎ２−ｓｉｎθ）の周期Λ２の規則性を持った凹凸を有している。そして、第２の周期膜２２０の上には、屈折率ｎｉ２を有する第２の低屈折率層２５０が設けられている。
【００３８】
例えば、基体１１０の屈折率（第１の屈折率）ｎ１を１．４５、第１の周期膜１２０の屈折率（第２の屈折率）ｎ２を１．９とし、第１の周期膜１２０の第１の厚さｔ１を１８０ｎｍ、第１の低屈折率層１５０の屈折率ｎｉ１を１．４５とすると、数式１で求められる第１の等価屈折率Ｎ１は、偏光がＴＥ偏光（紙面に対して電場ベクトルが垂直）の場合、１．６９となる。一方、偏光がＴＭ偏光（紙面に対して電場ベクトルが平行）の場合、１．６１となる。また、第２の周期膜２２０の屈折率（第３の屈折率）ｎ３を１．９とし、周期膜２２０の第２の厚さｔ２を１８０ｎｍ、第２の低屈折率層２５０の屈折率ｎｉ２を１．４５とすると、数式１で求められる第２の等価屈折率Ｎ２は、ＴＥ偏光で１．６９、ＴＭ偏光で１．６１となる。
【００３９】
そして、例えば、入射角θを４５度に設定した表示装置６２０において、ＴＥ偏光で光が入射する場合、第１の波長λ１を６３５ｎｍ（赤色光）とした場合は、第１の周期膜１２０の周期Λ１は２６５ｎｍまたは６４６ｎｍとすることができる。また、第２の波長λ２を４９０ｎｍ（シアン色光）とした場合は、第２周期膜２２０の周期Λ２は、２０５ｎｍまたは５００ｎｍとすることができる。ＴＭ偏光で光が入射する場合、第１の波長λ１を６３５ｎｍ（赤色光）とした場合は、第１の周期膜１２０の周期Λ１は、２７４ｎｍまたは７０３ｎｍとすることができる。また、第２の波長λ２を４９０ｎｍ（シアン色光）とした場合は、第２の周期膜２２０の周期Λ２は２１１ｎｍまたは５４３ｎｍとすることができる。なお、第１の周期膜１２０と第２の周期膜２２０とが周期構造体１２９を構成する。  
そして、このような２つの周期膜１２０、２２０を積層した層を有する反射スクリーン５２０は、第１の波長λ１（６３５ｎｍ）と、第２の波長λ２（４９０ｎｍ）のみを反射し、それ以外の光を透過する。そして、既に説明したように、反射スクリーン５２０の反射特性は、波長幅Δλが１０ｎｍ程度の波長選択性の非常に高い反射特性を示す。
【００４０】
なお、上記において、入射角θを４５度の場合を示したが、これに限らず、第１の周期膜１２０の凹凸の周期Λ１は、λ１／（Ｎ１＋ｓｉｎθ）、またはλ１／（Ｎ１−ｓｉｎθ）に設定でき、また、第２の周期膜２２０の凹凸の周期Λ２は、λ２／（Ｎ２＋ｓｉｎθ）、またはλ２／（Ｎ２−ｓｉｎθ）に設定でき、この時、反射スクリーンの反射特性は、波長幅Δλが１０ｎｍ程度の波長選択性の非常に高い反射特性を示す。  
このように、反射スクリーン５２０は、第１の波長λ１に対して、λ１／（Ｎ１＋ｓｉｎθ）、またはλ１／（Ｎ１−ｓｉｎθ）の周期Λ１の規則性を持った凹凸を有する第１の周期膜１２０と、第２の波長λ２に対して、λ２／（Ｎ２＋ｓｉｎθ）、またはλ２／（Ｎ２−ｓｉｎθ）の周期Λ２の規則性を持った凹凸を有する第２の周期膜２２０とが積層されているので、入射角θの第１の波長λ１と第２の波長λ２の光４１５を実質的に損失無く反射し、その波長以外の光に対しては透過率を実質的に低下させない。そして、第１の波長λ１と第２の波長λ２とが混色した際に無彩色となるように設定されているので、高透過率を保ったまま高反射率を実現した視認性の高い表示カラーが得られる。これにより、高透過率を保ったまま高反射率を実現し、安全な運行を可能とした車両が実現できる。
【００４１】
なお、上記においては、波長の種類が２種の場合（光の種類の数ｋが２）の場合を例示したが、波長の種類は３つ以上（ｋが３以上）とすることもできる。その時、反射スクリーンは波長λｋのそれぞれに対し、λｋ／（Ｎｋ＋ｓｉｎθ）、またはλｋ／（Ｎｋ−ｓｉｎθ）の周期Λｋの規則性を持った凹凸を有するｋ個の周期膜を積層した層を含むように設定される。これにより、高透過率を保ったまま高反射率を実現した視認性の高い表示カラーが得られる。これにより、高透過率を保ったまま高反射率を実現し、安全な運行を可能とした車両が実現できる。
【００４２】
また、上記の実施形態の表示装置の反射スクリーンを、例えば、車両のフロントガラス（窓部）等に付設することができ、これにより、車両のフロントガラス（窓部）の外側の背景視野の画像情報と同時に、フロントガラス（窓部）に各種の運行情報を表示し、運行情報を視認することができる。
【００４３】
図１６は、本発明の実施形態の反射スクリーン及び表示装置を用いた移動体を例示する模式図である。  
図１６に表したように、本発明の第８の実施形態の、例えば、自動車、列車、船舶、ヘリコプター、飛行機など各種の移動体７１０の、例えば窓部４９１には、反射スクリーン５３０が設けられている。このスクリーンに、本発明の実施形態の反射スクリーンを用い、本発明の実施形態の表示装置を用いて、光４１５を入射し、反射スクリーン５３０に映像を投射することにより、高透過率を保ったまま高反射率を実現した視認性の高い表示が得られる。これにより、高透過率を保ったまま高反射率を実現し、安全な運行を可能とした移動体が実現できる。なお、反射スクリーン５３０は、移動体の、例えば窓部４９１となる、平板形状や曲線形状のガラスや各種樹脂板等に設けることができるが、窓部４９１とは別に、適切な透明な板状、シート状の基体を設けその上に反射スクリーン５３０を設けることもできる。
【００４４】
なお、本実施形態の反射スクリーンにおいて、基体１１０は、低屈折率層１５０、２５０、３５０、上部層１４０は、例えば、ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート、ノナンジコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールアクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレート、ジシクロペンタニルメタクリレート、ペンタメチルピペリジルメタクリレート、変成ビスフェノールジメタクリレート等の各種のアクリル系樹脂が使用できる。この他、ポリカーボネート、ポリエステル、フッ素系樹脂等、各種の樹脂が使用できる。また、多孔性シリカやガラス等、無機物を主体とした材料も使用できる。
【００４５】
また、周期膜１２０、２２０、３２０は、例えば、高屈折率を有するＴｉＯ２（屈折率２．３）、ＺｒＯ２（屈折率２．０）、ＩＴＯ（屈折率１．８５）、ＨｆＯ２（屈折率１．９５）、Ｔａ２Ｏ５（屈折率２．１）等の薄膜を、例えばフォトリソグラフィー法とエッチング技術によりパターニングした層を用いることができる。また、上記材料の微粒子を例えば感光性樹脂に混合し、微細な周期の回折光を照射し、感光性樹脂を硬化させ、パターン形成することで形成できる。
【００４６】
また、上記において、周期膜の凹凸１２１の凸部１２３と凹部１２４のそれぞれの幅が等しい構造を例示したが、これに限らず、凸部１２３と凹部１２４の幅の比率は任意である。また、上記においては、矩形状の凹凸を有する構造を例示したが、これに限らず、正弦波状、三角状など種々の形状の凹凸を用いることができる。また、図１（ｂ）のように、周期性のある凹凸（山と谷）が一方向（一次元）に延在した凹凸１２１を例示したが、これに限らず、平面的（２次元的）に配置された凹凸であっても良い。これら種々の凹凸に対して等価屈折率Ｎが求められ、この等価屈折率Ｎに基づいて周期構造体の周期Λは適切に設定される。
【００４７】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、反射スクリーン、表示装置及び移動体を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００４８】
その他、本発明の実施の形態として上述した反射スクリーン、表示装置及び移動体を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての反射スクリーン、表示装置及び移動体も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００４９】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る反射スクリーンの構成を例示する模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る反射スクリーンの構成を例示する模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る反射スクリーンの光入出射特性を例示する模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る反射スクリーンの反射・透過特性を例示するグラフ図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る反射スクリーンの構成を例示する模式断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る反射スクリーンの構成を例示する模式断面図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る反射スクリーンの構成を例示する模式断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る反射スクリーンの変化形の構成を例示する模式断面図である。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る反射スクリーンの構成を例示する模式断面図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係る反射スクリーンの特性を例示するＣＩＥ色度図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る反射スクリーンの特性と視感度との関係を例示するグラフ図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る反射スクリーンの変化形の構成を例示する模式断面図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態に係る表示装置の構成と使用状態を例示する模式図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。
【図１５】本発明の第７の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。
【図１６】本発明の実施形態の反射スクリーン及び表示装置を用いた移動体を例示する模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０、２０、３０、４０、４１、５０、５１、５１０、５２０、５３０  反射スクリーン
１１０  基体
１１１  主面
１２０  周期膜、第１の周期膜
１２１  凹凸
１２３  凸部
１２４  凹部
１２９  周期構造体
１３０、２３０、３３０  上部領域
１４０  上部層
１４２  上面
１５０  低屈折率層、第１の低屈折率層
１８１  入射光
１８２  反射光
１８６  第１の光
１８７  第２の光
１９０  視感度
２１０  第２の基体
２２０  第２の周期膜
２５０  第２の低屈折率層
３１０  第３の基体
３２０  第３の周期膜
３５０  第３の低屈折率層
４１０  光生成部
４１１  光源
４１２、４１５  光
４１６  第１の光源
４１６ａ  第１の映像スクリーン
４１６ｂ  第１の光
４１７  第２の光源
４１７ａ  第２の映像スクリーン
４１７ｂ  第２の光
４１８  ハーフミラー
４２０  反射ミラー
４２１  凹面ミラー
４３０  映像スクリーン
４４０  レンズ
４７０  観視者
４８０  像
４９０、４９１  窓部、フロントガラス
６１０、６２０  表示装置
７１０  移動体
【図１】
0005462443.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005462443.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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