(57)【要約】【課題】特定の可視光を反射する反射層を有し、且つ、反射層の欠陥部が画像に関係ない外部の光を散乱することによる画質の低下が生じにくい構造をもつ、反射型スクリーン等に応用可能な光反射型光学媒体を提供すること。【解決手段】可視光吸収層１の上に、フォトニック結晶層である赤色光反射層２、緑色光反射層３及び青色光反射層４を積層する。反射層２〜４は、プロジェクタ等から投射される３原色光を選択的に反射して、コントラストの高いフルカラーの画像を形成する。図示されていないが、反射層２〜４の少なくとも１つ、及び／又は、層と層との境界部の少なくとも１つには、可視光吸収物質を含有させる。外部の光が図のスクリ−ンに入射しても、その一部は、フォトニック結晶層２〜４の欠陥部に到達する前に可視光吸収物質に吸収され、また、散乱された場合でも、散乱光が可視光吸収物質に吸収されるので、観察者の目に届く散乱光が減少する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の可視光領域又は複数の可視光領域の光を反射する反射層が設けられ、前記反射層の内部と厚さ方向上部と厚さ方向下部との少なくとも１つに可視光吸収物質が含まれている光反射型光学媒体。
【請求項２】
前記反射層が、反射する可視光の波長に対応する粒子径、材質又は形状を有する微粒子からなる微粒子層によって形成されている、請求項１に記載した光反射型光学媒体。
【請求項３】
前記微粒子が、自己組織化又は最密充填により規則的に配列している、請求項２に記載した光反射型光学媒体。
【請求項４】
前記微粒子層において前記微粒子が厚み方向に多段に積層されている、請求項２に記載した光反射型光学媒体。
【請求項５】
前記微粒子がシリカ微粒子又はシリカと同じ屈折率をもつ材料の微粒子である、請求項２に記載した光反射型光学媒体。
【請求項６】
前記微粒子間の隙間に前記可視光吸収物質を入れた、請求項２に記載した光反射型光学媒体。
【請求項７】
前記微粒子の中に前記可視光吸収物質を入れた、請求項２に記載した光反射型光学媒体。
【請求項８】
前記反射層の厚さ方向最下部に、可視光を吸収する可視光吸収層が設けられている、請求項１に記載した光反射型光学媒体。
【請求項９】
可視光を拡散させる層が設けられた、請求項１に記載した光反射型光学媒体。
【請求項１０】
プロジェクタから投射される画像を表示する画像表示システムに用いられる反射型スクリーンを構成している、請求項１に記載した光反射型光学媒体。
【請求項１１】
前記反射層が、赤色光反射層、緑色光反射層及び青色光反射層の３原色光反射層の少なくとも１つからなる、請求項１又は２に記載した光反射型光学媒体。
【請求項１２】
入射光の進行方向（厚さ方向下部）に向かって、前記青色光反射層、前記緑色光反射層及び前記赤色光反射層の順に積層されている、請求項１１に記載した光反射型光学媒体。
【請求項１３】
前記赤色光反射層を形成する微粒子の粒子径又は周期長さ、前記緑色光反射層を形成する微粒子の粒子径又は周期長さ、及び前記青色光反射層を形成する微粒子の粒子径又は周期長さが、互いに異なっている、請求項１１に記載した光反射型光学媒体。
【請求項１４】
前記粒子径又は周期長さが、前記赤色光反射層、前記緑色光反射層及び前記青色光反射層の順で小さくなっている、請求項１３に記載した光反射型光学媒体。
【請求項１５】
前記可視光吸収物質が金属微粒子である、請求項１に記載した光反射型光学媒体。
【請求項１６】
赤色光反射層が金微粒子を前記可視光吸収物質として含有する、請求項１２に記載した光反射型光学媒体リーン。
【請求項１７】
緑色光反射層が銀微粒子を前記可視光吸収物質として含有する、請求項１２に記載した光反射型光学媒体。
【請求項１８】
前記可視光吸収物質が顔料である、請求項１に記載した光反射型光学媒体。
【請求項１９】
赤色光反射層が赤色の顔料を前記可視光吸収物質として含有する、請求項１２に記載した光反射型光学媒体。
【請求項２０】
緑色光反射層が黄色の顔料を前記可視光吸収物質として含有する、請求項１２に記載した光反射型光学媒体。
【請求項２１】
光の進入深さが前記反射層の底面までの厚みより大きい、請求項１に記載した光反射型光学媒体。
【請求項２２】
入射光の進行方向（厚さ方向下部）に向かって、前記青色光反射層、前記緑色光反射層及び前記赤色光反射層の順に積層されている、短波長の光に対して高い吸収係数をもち、長波長の光に対して低い吸収係数をもつ前記可視光吸収物質を用いる、請求項２１に記載した光反射型光学媒体。
【請求項２３】
入射光の進行方向（厚さ方向下部）に向かって、前記赤色光反射層、前記緑色光反射層及び前記青色光反射層の順に積層され、短波長の光に対して高い吸収係数をもち、長波長の光に対して低い吸収係数をもつ前記可視光吸収物質を用いる、請求項２１に記載した光反射型光学媒体。
【請求項２４】
前記可視光吸収物質がカーボンブラックである、請求項２１に記載した光反射型光学媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）プロジェクタや液晶プロジェクタ等からの画像の投射に用いて好適な反射型スクリーン等に応用可能な光反射型光学媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プロジェクタから投射される光を反射して画像を表示する反射型スクリーンとしては、可視部波長領域のすべての光を反射又は散乱する、波長特性のない、白地のスクリーンが用いられてきた。白地のスクリーンでは、画像に関係のない光がスクリーンに入射した場合、画像と同様に反射又は散乱される（以下、本明細書では、プロジェクタ等から投射される画像以外の、画像とは無関係にスクリーンに入射する可視光を外部光と呼ぶことにする。）。その結果、この外部光は画像に重なって観察者の目に入り、画像のコントラストを劣化させる。
【０００３】
このため、プロジェクタから白地のスクリーンに画像を投射する場合には、外部光を制限した暗室内で投射するのが一般的である。しかしながら、画像表示が暗室内に限定されることは、スクリーンを用いる表示システムの有用性を著しく損ない、用途を大きく制限する。又、暗室内で投射したとしても、スクリーンからの反射光が暗室内で散乱されてスクリーンに再入射する光、外部から漏れてくる光、及び非常灯など暗室内に残存する光等の外部光の反射によって、画像のコントラストは低下し、画像の暗黒部をスクリーン上で真の暗部として表示することができない。
【０００４】
一方、ＣＲＴプロジェクタや液晶プロジェクタなどには、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色光をスクリーンに投射し、スクリーン上で混色して各種の色を表示するプロジェクタがある。このようなプロジェクタにおいては、用いられる各３原色光のスペクトル半値幅（ＦＷＨＭ）が６０〜１００ｎｍと広いため、表現できる色度図上の色再現範囲が狭くなり、正確な色調を再現することが難しいという問題がある。
【０００５】
【発明に至る経過】
上記の問題点について鋭意検討した結果、本出願人は、先に、引き上げ回転法による微粒子層の形成方法、並びにその微粒子層を光反射層として用いた反射型スクリーンを提案した（特願２００１−３８０６７０；以下、特願２００１−３８０６７０に係る発明を先願発明と称する。）。
【０００６】
微粒子を自己組織化的に集合させ、微粒子が２次元又は３次元的に規則正しく周期的に整列した微粒子集合体を作らせる方法として、自然沈降法や引き上げ法が知られている。いずれの方法でも、微粒子をいったん分散媒に分散させて微粒子分散液を調製した後、自身の重さによる沈降、又は蒸発による分散媒の減少等によって、微粒子を徐々に基板上に堆積させる。
【０００７】
粒子径が同一であれば、シリカ微粒子のような球形の粒子が最も密につまった配列構造は、最密充填構造である。従って、微粒子を緻密に集合させることによって、少なくとも部分的には最密充填構造をとる微粒子集合体を、自己組織化的に形成させることができる。
【０００８】
引き上げ回転法は、３次元の配列が１回の操作で形成できる自然沈降法の利点と、厚さむらの少ない単粒子膜引き上げ法の利点とを両立させ、作製時間を大幅に短縮できる微粒子層の形成方法である。
【０００９】
より具体的に説明すると、引き上げ回転法では、引き上げ法と同様に、基板の浸漬と引き上げと分散媒の蒸発を１サイクルとし、このサイクルを繰り返すことによって微粒子集合体を形成する。しかし、高濃度（例えば、２〜５０質量％）の微粒子分散液を用い、基板を高速（例えば、０．６ｍ／ｍｉｎ）で引き上げる。引き上げ速度が大きいほど、基板を濡らす微粒子分散液の量は多くなる。このようにして、１サイクルで複数層の微粒子層を形成し、作製工程に要する時間を従来の引き上げ法に比べて大幅に短縮することができる。微粒子分散液の濃度が高く引き上げ速度が大きいと、鉛直方向に関して下方が厚く上方が薄い膜厚分布をもった薄膜が形成され、厚さむらを生じやすくなるが、これは１サイクルごとに基板の向きを回転させることにより抑制する。
【００１０】
図２２は、引き上げ回転法によって、直径２８０ｎｍのシリカ微粒子５２を水に分散させた分散液から基板５１の上に形成したシリカ微粒子層５３の反射スペクトル（ａ）及び微粒子の配列構造（ｂ）である。ここで、反射スペクトルは、図２２（ｂ）に示すように、微粒子層５３の面に垂直に白色光を入射させ、面に垂直に反射した反射光のスペクトルを測定している。
【００１１】
図２２（ａ）から、反射率は、波長６２４．５ｎｍの光（赤色光）において最大になり、その反射率は５４％と比較的高く、しかも、そのピークの半値幅は約３０ｎｍと狭いことがわかる。
【００１２】
結晶を形成している原子や分子によるＸ線の干渉では、ブラッグの法則が成り立つことが知られている。又、光は、一般に、その波長と同程度の間隔（ピッチ）で繰り返される微粒子の周期的配列構造によって反射を受けやすいことが知られている。そこで、シリカ微粒子層による可視光の反射でも、ブラッグ反射の条件と類似した関係が成り立つとすると、最も反射を受けやすい光の波長λ０と微粒子層の間隔（ピッチ）ｄの間に、次の（式１）に示す関係が成り立つ。
ｋλ０  ＝  ２ｎｄ                  ・・・（式１）
但し、ここで、ｎ  は微粒子の構成材料のモード屈折率であり、ｋは正の整数である。
【００１３】
一方、微粒子の配列構造は、最密充填構造であると仮定してみる。最密充填構造には、面内での粒子の配列位置が異なる３つの微粒子層が順に積層される立方最密構造と、面内での粒子の配列位置が異なる２つの微粒子層が順に積層される六方最密構造とがあるが、隣接する２つの微粒子層の間隔（ピッチ）ｄは同じで、微粒子の直径Ｄとの間に、次の（式２）に示す関係がある。
ｄ  ＝  （２×３）１／２  Ｄ／３          ・・・（式２）
【００１４】
（式１）及び（式２）に、Ｄとしてシリカ微粒子の直径２８０ｎｍ、ｎ  としてシリカ微粒子のモード屈折率１．３６を代入して、ｋ＝１とすると、最も反射されやすい波長として、λ０＝６２２ｎｍを得る。これは、実測値λ０＝６２４．５ｎｍとよく一致する。
【００１５】
以上のことから、引き上げ回転法によって自己組織化的に形成された図２２（ｂ）のシリカ微粒子層５３では、少なくとも部分的には最密充填構造からなる周期的な粒子配列が形成され、これが、６２４．５ｎｍを中心波長とする光の反射の主因になっていると考えられる。
【００１６】
更に、最密充填構造を単純化したモデル計算では、屈折率１．３６、粒子径２８０ｎｍのシリカ微粒子を用いると、６２５ｎｍ付近に鋭いピークをもつ、半値幅約３０ｎｍの反射層が形成できることが示され、この結果は実験値とよく一致する。この計算では、入射した波長６２５ｎｍの光は、表面から８〜１５層目までしか侵入せず、大部分の光はこの付近までに反射されて進行方向を逆転させること、特に１１層目付近がその境界であることも示される。この結果から、シリカ微粒子を用いて光反射層を形成する場合、１１層程度あれば十分であることがわかる。
【００１７】
また、微粒子集合体によって反射される光の波長λ０  と微粒子の直径Ｄとの間には、（式１）及び（式２）に示した比例関係があると考えられ、この関係に基づいて、対応する直径Ｄを有する微粒子を選択すれば、所望の波長λ０の光を選択的に反射する微粒子層を自己組織化的に形成させることができる。このようなシリカ等の微粒子層は、特定の波長の光のみを反射する反射材等の光学媒体として有用な材料である。
【００１８】
そこで、本明細書では、自己組織化的に形成され、特定の波長の光のみを反射する微粒子集合体をフォトニック結晶と呼び、フォトニック結晶による特定波長の光の反射をブラッグ反射と呼ぶことにする。また、微粒子が規則正しく整列し、粒子の欠損や配列の乱れ等の欠陥が少なく、良好なブラッグ反射特性を有する微粒子集合体を「結晶性の高い」微粒子集合体と言うことがある。
【００１９】
図２３は、屈折率ｎ＝１．３６のシリカ微粒子について、シリカ微粒子の直径とブラッグ反射波長との関係を図示したものである。即ち、粒子径３０５ｎｍのシリカ微粒子を用いれば、赤色光（波長約６４５ｎｍ）を反射する微粒子集合体を形成することができ、粒子径２５０ｎｍのシリカ微粒子を用いれば、緑色光（波長約５３５ｎｍ）を反射する微粒子集合体を形成することができ、粒子径２２０ｎｍのシリカ微粒子を用いれば、青色光（波長約４６５ｎｍ）を反射する微粒子集合体を形成することができる。ここで、屈折率ｎと波長λ０の間にはλ０∝１／ｎの関係がある。
【００２０】
図２４は、先願発明の好ましい実施の形態に基づく反射型スクリーンの基本構造である。このスクリーンでは、光反射面として、３原色光近傍の狭い波長領域の光のみを選択的に反射するフォトニック結晶層（微粒子層）２〜４が設けられ、その厚み方向下部に、フォトニック結晶層２〜４を透過してきた可視光を吸収する可視光吸収層１が設けられている。具体的には、赤色光反射層２として粒子径２９０ｎｍのシリカ微粒子が１１層積層され、その上に緑色光反射層３として粒子径２４０ｎｍのシリカ微粒子が１１層積層され、更にその上に青色光反射層４として粒子径２１０ｎｍのシリカ微粒子が積層されている。なお、今回使われたシリカ微粒子の屈折率はｎ＝１．３６〜１．４３である。この屈折率はシリカ微粒子の作製条件によって多少変動する。可視光吸収層１としては、例えばカーボン製の黒い基材が用いられる。
【００２１】
上記のスクリーンに画像を表示する場合には、プロジェクタ等から、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色光をスクリーンに投射し、スクリーン上での混色によって種々の色をもつ画像を形成する。これら３原色光は、スクリーンに設けられたフォトニック結晶層２〜４によって反射され、観察者の目に届き、画像として知覚される。
【００２２】
初めに述べたように、スクリーンには、画像に関係のない様々な外部光が入射する。白地のスクリーンでは、外部光は画像と同様に反射され、画像のコントラストを劣化させる。しかし、上記のスクリーンに外部光が入射しても、その大部分はフォトニック結晶層２〜４によって反射されず、可視光吸収層１に吸収される。なぜなら、３原色光とは異なり、外部光には様々な波長の光が含まれていて、その大部分は、フォトニック結晶層２〜４が反射できる３原色光近傍の波長領域をはずれた光であるからである。従って、外部光が画像に重なって観察者の目に入ることはほとんどない。この結果、上記のスクリーンを用いれば、外部光によるコントラストの劣化がわずかになり、画像の暗黒部をスクリーン上に真の暗部として表示することができる。また、照明のある室内や野外など、暗室外でのスクリーン表示も可能になる。
【００２３】
このように、スクリーン自体が波長によって光を選別するフィルタとしての作用を示すので、次に記す理由で、画像の色再現性も改善される（図２５参照。）。ＣＲＴプロジェクタや液晶プロジェクタから出射される各３原色光は、スペクトル半値幅が通常６０〜１００ｎｍと大きく色純度が悪いため、白地のスクリーンに投射した場合には、図２５に示すように色再現範囲が限定される。一方、これらの光を上記のスクリーンに投射すると、３原色光とその近傍の狭い波長領域の光のみが反射され、これら以外の光は吸収される。この結果、スクリーンから反射される各３原色光は、半値幅３０ｎｍ程度の色純度の良い光に改善され、これらの３原色光の混色によって形成される画像の色再現範囲は、図２５に示すように拡大する。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、先願発明に基づくスクリーンは、優れた特徴を有しているが、微粒子層２〜４中に微粒子の欠損や配列の乱れ等の欠陥５が存在すると、図２６に示すように欠陥部５で外部光の散乱が生じる。このような外部光の散乱があると、外部光の吸収が不十分となり、画像のコントラストは低下し、画像の暗黒部をスクリーン上で真の暗部として表示することができない。
【００２５】
この問題の１つの解決策は、微粒子層２〜４の結晶性を高めて、散乱の原因となる欠陥５を減らすことである。しかしながら、微粒子層２〜４の作製方法にブレークスルーがない限り、微粒子層２〜４の結晶性が飛躍的に高まることは考えにくい。
【００２６】
本発明の目的は、上記のような実情に鑑み、特定の可視光を反射する反射層を有し、且つ、反射層の欠陥部が外部光を散乱することによる画質の低下が生じにくい構造をもつ、反射型スクリーン等に応用可能な光反射型光学媒体を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、単一の可視光領域又は複数の可視光領域の光を反射する反射層が設けられ、前記反射層の内部と厚さ方向上部と厚さ方向下部との少なくとも１つに可視光吸収物質が含まれている光反射型光学媒体に係わるものである。
【００２８】
本発明によれば、前記光反射型光学媒体は、前記単一の可視光領域又は複数の可視光領域の光を反射する反射層を備えているので、前記光反射型光学媒体自体が、特定の波長領域の可視光のみを選別するフィルタとしての作用を有している。従って、例えば、前記光反射型光学媒体を用いて反射型スクリーンを構成し、前記光反射型光学媒体が反射する前記単一の可視光領域又は複数の可視光領域の光をプロジェクタ等から投射して画像を形成する表示システムを作製すれば、前記画像は正しく表示される一方、プロジェクタ等以外から前記スクリーンに入射する、画像に無関係な外部光の大部分は、前記フィルタ作用によって除かれる。この結果、コントラストが外部光によって劣化することのない表示システムを構築することができ、画像の暗黒部をスクリーン上に真の暗部として表示することができる。また、照明のある室内や野外など、暗室外でのスクリーン表示も可能になる。
【００２９】
また、前記光反射型光学媒体には、前記反射層の内部と厚さ方向上部と厚さ方向下部との少なくとも１つに可視光吸収物質が含まれている。従って、外部光が前記光反射型光学媒体に入射しても、その一部は、反射層の欠陥部に到達する前に可視光吸収物質に吸収される。散乱光の発生の元になる、欠陥部に入射する光が減少するので、散乱光が減少する。また、外部光が反射層の欠陥部によって散乱された場合でも、散乱された光が可視光吸収物質に吸収されるので、観察者の目に届く散乱光が減少する。この結果、前記光反射型光学媒体は、反射層に欠陥があっても、それが外部光の散乱による画質の低下を引き起こすことが少ない。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明において、前記反射層が、反射する可視光の波長に対応する粒子径、材質又は形状を有する微粒子からなる微粒子層によって形成されているのがよい。前記微粒子層を形成する方法は特に限定されるものではないが、前記微粒子が、自己組織化又は最密充填により規則的に配列して、前記微粒子層を形成するのが好ましい。また、前記微粒子層において前記微粒子が厚み方向に多段に積層されているのがよい。前記微粒子の材質も特に限定されるものではないが、シリカ微粒子又はシリカと同じ屈折率をもつ材料の微粒子が特に好ましい。
【００３１】
前記反射層の厚さ方向下部に、可視光を吸収する可視光吸収層が設けられていて、前記反射層を透過した可視光が前記可視光吸収層によって吸収されるようになっているのがよい。これにより、外部光を吸収するとともに、背後からスクリーンに入射して前方へ抜ける光の透過を阻止することができる。
【００３２】
前記光反射型光学媒体の表面側に、光拡散フィルム等からなり、可視光を拡散する光拡散層が設けられているのがよい。光拡散層は、スクリーンから反射される光を拡散させ、指向性を緩和するとともに、スクリーン全体に均一な輝度を持たせる働きをする。また、光拡散層は保護層として、前記反射層が機械的な衝撃で損傷を受けるのを防止する。
【００３３】
光拡散層の材料としては、可視光領域において透明な材料で、且つ光を拡散させるもの、即ち、光拡散層内の場所ごとに屈折率が変化するような屈折率分布を持つものや、フィルムの表面に凹凸を有するものがよい。光拡散フィルムは、表面に２次元マイクロレンズアレイが形成されたマイクロレンズフィルム等に置き換えてもよい。
【００３４】
本発明に基づく反射型スクリ−ンは、画像を投射するプロジェクタと一体化された画像表示システムを構成しているのがよい。ここで、プロジェクタから投射されて画像を表示する光の波長と、前記反射層によってスクリーンが反射する光の波長とを一致させるのが、本発明のポイントの１つである。この時、投射光のスペクトル半値幅が狭いほど、投射光の光量を減ずることなく、反射層の反射スペクトルの半値幅を狭めることができ、本発明の効果をよりよく発揮させることができる。
【００３５】
スペクトル半値幅の狭い光源としては、発光ダイオードや、とりわけ、半導体レーザがよい。赤色用の半導体レーザとしては、例えばＡｌＧａＩｎＰ系レーザがよく、緑色用の半導体レーザとしては、例えばＩｎＧａＮ系レーザがよく、青色用の半導体レーザとしては、例えばＧａＮ系レーザがよい。
【００３６】
前記反射層が、赤色光反射層、緑色光反射層及び青色光反射層の３原色光反射層の少なくとも１つからなるのがよい。反射波長は、特に限定されるものではないが、フルカラー表示のためには、３原色光の少なくとも１種を反射する反射層であるのがよい。その場合、波長の短い光ほど散乱されやすいので、散乱光を少なくするためには、入射光の進行方向（厚さ方向下部）に向かって、前記青色光反射層、前記緑色光反射層及び前記赤色光反射層の順に積層されているのがよい。
【００３７】
前記赤色光反射層を形成する微粒子の粒子径又は周期長さ、前記緑色光反射層を形成する微粒子の粒子径又は周期長さ、及び前記青色光反射層を形成する微粒子の粒子径又は周期長さが、互いに異なっていて、前記粒子径又は周期長さが、前記赤色光反射層、前記緑色光反射層及び前記青色光反射層の順で小さくなっているのがよい。但し、周期長さとは、前記微粒子層において隣接して上下に積層された、２つの微粒子層の間隔（ピッチ）のことである。
【００３８】
前記可視光吸収物質は、前記微粒子間の隙間あるいは前記微粒子の中に含有させるか、又は前記微粒子層間に挟まれた境界部に前記可視光吸収物質を含有する層を設けるのがよい。
【００３９】
画像を形成する３原色光をできる限り減衰させないように配慮しながら、前記可視光吸収物質による散乱光低減効果も最大限に発揮されるように、前記反射層ごとに含有される前記可視光吸収物質を最適化する場合には、次のようにするのがよい。即ち、前記反射層は、散乱が少なくなるように、光の入射側から前記青色光反射層、前記緑色光反射層及び前記赤色光反射層の順に積層する。その上で、前記青色光反射層には、前記可視光吸収物質を含有させず、前記緑色光反射層には、緑色光〜赤色光を透過させ、緑色光より短波長の青色光〜青緑色光を吸収する前記可視光吸収物質を含有させ、赤色光反射層には、赤色光を透過させ、赤色光より短波長の青色光〜黄色光を吸収する前記可視光吸収物質を含有させる。
【００４０】
このような場合、前記可視光吸収物質は、特に限定されるものではないが、特定の波長の光を吸収する金属微粒子や顔料が好ましい。例えば、前記緑色光反射層には銀微粒子や黄色系の顔料を含有させ、赤色光反射層には金微粒子や赤色の顔料を含有させるのがよい。
【００４１】
一方、前記可視光吸収物質による３原色光の吸収を多少許容する場合には、例えば、前記青色光反射層に青色光を吸収する前記可視光吸収物質を含有させることもできる。但し、３原色光の吸収が過度にならぬように、前記可視光吸収物質による光の進入深さ（後に詳述する。）が前記反射層の底面までの厚みより大きくなるように配慮するのがよい。
【００４２】
このような場合、前記可視光吸収物質は、特に限定されるものではなく、金属微粒子や顔料以外に、特定の波長領域の光だけを吸収する特性を持たない物質、例えばカーボンブラック等を用いることもできる。
【００４３】
ここで、入射光の進行方向（厚さ方向下部）に向かって、前記青色光反射層、前記緑色光反射層及び前記赤色光反射層の順に積層されている場合には、短波長の光に対して高い吸収係数をもち、長波長の光に対して低い吸収係数をもつ前記可視光吸収物質を用いるのがよい。
【００４４】
逆に、入射光の進行方向（厚さ方向下部）に向かって、前記赤色光反射層、前記緑色光反射層及び前記青色光反射層の順に積層されている場合には、短波長の光に対して高い吸収係数をもち、長波長の光に対して低い吸収係数をもつ前記可視光吸収物質を用いるのがよい。
【００４５】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的に説明する。
【００４６】
図１は、本発明の好ましい実施の形態に基づく光反射型光学媒体で構成した反射型スクリーンにおいて、散乱光が減少する原理を示す要部拡大断面図である。この反射型スクリーンでは、可視光吸収層１を兼ねる基体の上に、フォトニック結晶層である赤色光反射層２、緑色光反射層３及び青色光反射層４が積層されている。反射層２〜４は、プロジェクタ等から投射される３原色光を反射して、フルカラーの画像を形成するためのものである。短波長の光ほど散乱を受けやすいので、散乱光を減らすためには、図１に示すように、光の入射側から青色光反射層４、緑色光反射層３及び赤色光反射層２の順で積層されているのが望ましい。
【００４７】
なお、赤色光反射層２として粒子径２９０ｎｍのシリカ微粒子が１１層積層され、その上に緑色光反射層３として粒子径２４０ｎｍのシリカ微粒子が１１層積層され、更にその上に青色光反射層４として粒子径２１０ｎｍのシリカ微粒子が積層されている（以下、同様。ブラッグ反射波長については、図２３参照。）。可視光吸収層１としては、例えばカーボン製の黒い基材が用いられる。
【００４８】
図示されていないが、フォトニック結晶層２〜４の少なくとも１つ、及び／又は、層と層との境界部の少なくとも１つには、可視光吸収物質が含有されている。外部光がこのフォトニック結晶層に入射すると、その一部は、フォトニック結晶層の欠陥部に到達する前に可視光吸収物質に吸収される。散乱光の発生の元になる、欠陥部に入射する光が減少するので、散乱光が減少する。また、外部光がフォトニック結晶層の欠陥によって散乱された場合でも、散乱された光が可視光吸収物質に吸収されるので、観察者の目に届く散乱光が減少する。
【００４９】
可視光吸収物質の材質としては、特に限定されるものではなく、金属微粒子や顔料やカーボン微粒子など、光を吸収できるものであれば用いることができる。フォトニック結晶層２〜４のどの層にどのような可視光吸収特性をもつ可視光吸収物質を含有させればよいかという点について、以下、具体的に説明する。
【００５０】
実施の形態１
本実施の形態は、画像を形成する３原色光をできる限り減衰させないように配慮しながら、可視光吸収物質の散乱光低減効果も最大限に発揮されるように、各フォトニック結晶層ごとに含有される可視光吸収物質を最適化する場合の１例である。
【００５１】
即ち、青色光反射層４には、画像を形成する３原色光すべてが入射してくるから、３原色光が吸収されることがないよう、可視光吸収物質は含有させないのがよい。もちろん、フォトニック結晶層２〜４が反射する波長領域の３原色光を吸収することがなく、中間の波長領域の光を吸収し得る可視光吸収物質があれば、それを青色光反射層４に含有させてもよい。
【００５２】
３原色光のうちの青色光は青色光反射層４で反射されるので、緑色光反射層３に入射してくる３原色光は、緑色光と赤色光とである。これらを吸収することがないように、緑色光反射層３に含有させる可視光吸収物質として、緑色光〜赤色光を透過させ、緑色光より短波長の青色光〜青緑色光を吸収する物質を用いるのがよい。もちろん、フォトニック結晶層２及び３が反射する波長領域の緑色光と赤色光を吸収することなく、中間の波長領域の光を吸収し得る可視光吸収物質があれば、それを緑色反射層３に含有させてもよい。
【００５３】
赤色光反射層２に入射してくる３原色光は、赤色光のみである。これを吸収することがないように、赤色光反射層２に含有させる可視光吸収物質として、赤色光を透過させ、赤色光より短波長の青色光〜黄色光を吸収する物質を用いるのがよい。もちろん、フォトニック結晶層２が反射する波長領域の赤色光を吸収することなく、その他の赤色光領域の光を吸収し得る可視光吸収物質があれば、それを赤色光反射層２に含有させてもよい。
【００５４】
そして、本実施の形態では、可視光吸収物質として金属微粒子を用い、金属微粒子の表面プラズモン吸収を利用する。微粒子にすることで単位体積あたりの表面積が大きくなるので、金属が光を吸収する効率が高くなる。表面効果を大きくするために、金属微粒子として、直径がナノメートル程度のナノ微粒子、望ましくは直径１〜１００ｎｍ、特に望ましくは直径１〜１０ｎｍの微粒子を用いる。
【００５５】
図２に、金属微粒子の表面プラズモン吸収の例として、金、銀及び銅の微粒子による吸収スペクトルを示す。図２から、各微粒子の表面物性の違いによって吸光度特性が異なっていることがわかる。
【００５６】
なお、図２の吸光度は次のように定義されている。入射光の強度Ｉ０と透過していく光の強度Ｉとの比（光の減衰比）の対数が吸収媒体の厚さＬに比例し、次の（式３）の関係
Ｉ  ＝  Ｉ０ｅ−αＬ                  ・・・（式３）
が成り立つとき、この関係をランベルトの法則という。ここで、αを吸収係数と呼び、αＬを吸光度又は光学濃度と呼ぶ。
【００５７】
図３は、フォトニック結晶層の微粒子と微粒子の隙間に金属微粒子を入れた反射型スクリーンの要部拡大断面図である。上述したように、青色光反射層４には可視光吸収物質を含有させず、緑色光反射層３には青色光〜青緑色光（波長４００〜５００ｎｍの光）を吸収する銀の微粒子１１を含有させ、赤色光反射層２には青色光〜橙色光（波長４００〜６００ｎｍの光）を吸収する金の微粒子１２を含有させた構造である。
【００５８】
光反射型光学媒体の構造を上記のようにすることによって、先願発明と同様に、外部光によるコントラストの劣化がわずかで、色再現性に優れた反射型スクリーンを構成できる。しかも、画像を形成する３原色光をできる限り損なわずに、銀微粒子１１や金微粒子１２からなる可視光吸収物質による散乱光低減効果を最大限に発揮させることができる。その結果、フォトニック結晶層２〜４の中に欠陥があっても、それが外部光の散乱による画質の低下につながりにくい反射型スクリーンを構成できる。
【００５９】
本実施の形態では、フォトニック結晶層２〜４を構成する微粒子と微粒子との隙間に金属微粒子を含有させる場合を説明したが、微粒子そのものの中に金属微粒子を含有させても同様な効果が得られる。また、必ずしもフォトニック結晶層２〜４の中に金属微粒子が含有されていなくてもよく、フォトニック結晶層とフォトニック結晶層に挟まれた境界部に金属微粒子を含有する層を設けてもよい。
【００６０】
実施の形態２
本実施の形態は、実施の形態１と同様、画像を形成する３原色光をできる限り減衰させないように配慮しながら、可視光吸収物質の散乱光低減効果も最大限に発揮されるように、各フォトニック結晶層ごとに含有される可視光吸収物質を最適化する場合の１例である。
【００６１】
実施の形態１との違いは、可視光吸収物質として顔料を用いる点のみである。図４（ａ）は、主に青色光〜青緑色光を吸収し、緑色光〜赤色光を透過する黄色系顔料１３の透過スペクトルで、図４（ｂ）は青色光〜黄色光を吸収し、赤色光を透過する赤色系顔料１４の透過スペクトルである。
【００６２】
図５は、フォトニック結晶層の微粒子と微粒子の隙間に顔料を入れた反射型スクリーンの要部拡大断面図である。上述したように、青色光反射層４には可視光吸収物質を含有させず、緑色光反射層３には青色光〜青緑色光（波長４００〜５００ｎｍの光）を吸収する黄色系顔料１３を含有させ、赤色光反射層２には青色光〜黄色光（波長４００〜６００ｎｍの光）を吸収する赤色系顔料１４又は緑色光だけを吸収する顔料を含有させた構造である。
【００６３】
光反射型光学媒体の構造を上記のようにすることによって、先願発明と同様に、外部光によるコントラストの劣化がわずかで、色再現性に優れた反射型スクリーンを構成できる。しかも、画像を形成する３原色光をできる限り損なわずに、黄色系顔料１３や赤色系顔料１４からなる可視光吸収物質による散乱光低減効果を最大限に発揮させることができる。その結果、フォトニック結晶層２〜４の中に欠陥があっても、それが外部光の散乱による画質の低下につながりにくい反射型スクリーンを構成できる。
【００６４】
本実施の形態では、フォトニック結晶層２〜４を構成する微粒子と微粒子との隙間に顔料を含有させる場合を説明したが、微粒子そのものの中に顔料を含有させても同様な効果が得られる。また、必ずしもフォトニック結晶層２〜４の中に顔料が含有されていなくてもよく、後述するように、フォトニック結晶層とフォトニック結晶層に挟まれた境界部に顔料を含有する層を設けてもよい。
【００６５】
実施の形態３
実施の形態１及び２は、画像を形成する３原色光をできる限り減衰させないように配慮した構造をとっている。例えば、青色光反射層には青色光を吸収する可視光吸収物質がなく、同様に緑色光反射層には緑色光を吸収する可視光吸収物質がなく、赤色光反射層には赤色光を吸収する可視光吸収物質がない。
【００６６】
しかしながら、可視光吸収物質による３原色光の吸収を多少許容する場合には、例えば青色光反射層に青色光を吸収する可視光吸収物質が含有されていてもかまわない。以下、このような場合について説明する。
【００６７】
先述したように、入射光の強度をＩ０  、透過していく光の強度をＩ、光吸収媒体の吸収係数をα、そして光吸収媒体の厚さをＬとおくと、ランベルトの法則
Ｉ  ＝  Ｉ０ｅ−αＬ                  ・・・（式３）
が成り立つ。本明細書では、光が１／ｅに減衰する光吸収媒体の厚さを光の進入深さと呼び、記号Ｌ１／ｅ  で示すことにする。（式３）において
Ｉ／Ｉ０  ＝  １／ｅ
とおくと、吸収係数αと光の進入深さＬ１／ｅ  との間には
αＬ１／ｅ  ＝  １                      ・・・（式４）
の関係があり、Ｌ１／ｅ  はαに反比例する。αは、光吸収物質がその波長の光を吸収しやすいものであるほど大きく、また、光吸収媒体における光吸収物質の濃度が大きい場合ほど大きい。
【００６８】
ここで、最も単純な例として、３原色光を吸収する可視光吸収物質がフォトニック結晶層全体に均一の濃度で含まれている場合を考えてみる。このような場合でも、可視光吸収物質とその濃度を適切に選択することによって、図６（ａ）又は（ｂ）のように、各３原色光の進入深さが、それぞれ、表面から各３原色光の反射層の底面までの厚みに比べて十分大きくなるようにすることができれば、３原色光をさして損なうことなく、可視光吸収物質が散乱光を減ずる作用を効果的に発揮させることができる。ただし、図６（ａ）は、フォトニック層が光の入射側から青色光反射層４、緑色光反射層３及び赤色光反射層２の順に積層されている場合、図６（ｂ）は、逆に、光の入射側から赤色光反射層２、緑色光反射層３及び青色光反射層４の順に積層されている場合に対応する。
【００６９】
例えば図６（ａ）では、青色光の進入深さは青色光反射層４の厚さに比べて十分大きい。従って、青色光は、可視光吸収物質による吸収で減衰してしまう以前に、青色光反射層４によって反射されるので、可視光吸収物質による青色光の損失は小さい。同様に、緑色光の進入深さは緑色光反射層３の底面までの厚みに比べて十分大きいから、緑色光は、可視光吸収物質による吸収で減衰してしまう以前に、緑色光反射層３に到達して反射されるので、可視光吸収物質による緑色光の損失は小さい。同様に、赤色光の進入深さは赤色光反射層２の底面までの厚みに比べて十分大きいから、赤色光は、可視光吸収物質による吸収で減衰してしまう以前に、赤色光反射層２に到達して反射されるので、可視光吸収物質による赤色光の損失は小さい。図６（ｂ）の場合も同様である。
【００７０】
原理的には、可視光吸収物質としては、光を吸収する材料であれば何でもよく、例えば、カーボンブラックでも、金属微粒子でも、顔料でもよく、これらを混合したものでもよい。必ずしも、特定の波長領域の光だけを吸収するような可視光吸収物質である必要はない。
【００７１】
ただし、図６（ａ）の場合では、青色光反射層４、緑色光反射層３及び赤色光反射層２の順に表面から反射層の底面までの厚みが大きくなるので、長波長の光ほど進入深さが大きくなるようにするのが望ましい。即ち、図７（ａ）に概略の傾向を示すように、短波長の光に対して高い吸収係数をもち、長波長の光に対して低い吸収係数をもつ前記可視光吸収物質を用いるのが望ましい。逆に、図６（ｂ）の場合では、赤色光反射層２、緑色光反射層３及び青色光反射層４の順に表面から反射層の底面までの厚みが大きくなるので、短波長の光ほど進入深さが大きくなるようにするのが望ましく、図７（ｂ）に概略の傾向を示すように、短波長の光に対して低い吸収係数をもち、長波長の光に対して高い吸収係数をもつ前記可視光吸収物質を用いるのが望ましい。
【００７２】
光反射型光学媒体の構造を上記のようにすることによって、先願発明と同様に、外部光によるコントラストの劣化がわずかで、色再現性に優れた反射型スクリーンを構成できる。しかも、画像を形成する各３原色光をその進入深さより厚みの薄い領域で反射することで、３原色光の減衰を最小限にとどめながら、可視光吸収物質による散乱光低減効果を効果的に発揮させることができる。その結果、フォトニック結晶層２〜４の中に欠陥があっても、それが外部光の散乱による画質の低下につながりにくい反射型スクリーンを構成できる。
【００７３】
以上、最も単純な例として、３原色光を吸収する可視光吸収物質がフォトニック結晶層全体に均一の濃度で含まれている場合を説明したが、可視光吸収物質の濃度に分布をもたせたり、フォトニック結晶層の一部にだけ可視光吸収物質を入れるのもよい。また、可視光吸収物質は、フォトニック結晶を構成する微粒子と微粒子の隙間に入れるのでも、微粒子の中に予め含有させておくのでもよい。
【００７４】
実施の形態４
実施の形態１〜３では、フォトニック結晶層２〜４の中に可視光吸収物質が含有されている場合を説明したが、必ずしもフォトニック結晶中に含有させる必要はない。本実施の形態では、フォトニック結晶層とフォトニック結晶層に挟まれた境界部に可視光吸収物質を含有する層を設ける。
【００７５】
図８は、フォトニック結晶層の青色光反射層４と緑色光反射層３との境界部に青色光〜青緑色光（波長４００〜５００ｎｍの光）を吸収する黄色系顔料を高分子フィルムに付着させた黄色系フィルタ層１５を設け、緑色光反射層３と赤色光反射層２との境界部に青色光〜黄色光（波長４００〜６００ｎｍの光）を吸収する赤色系顔料を付着させた高分子フィルムに付着させた赤色系フィルタ層１６を設けた構造である。
【００７６】
この場合、３原色光のうちの青色光は、青色光反射層４で反射されるので、フィルタ層１５及び１６の影響を受けることはない。緑色光は、緑色光反射層３で反射される前後に黄色系フィルタ層１５を通過するが、黄色系フィルタ層１５が吸収するのは青色光〜青緑色光であるから、緑色光が黄色系フィルタ層１５によって吸収されることはない。同様に、赤色光は、赤色光反射層２で反射される前後に黄色系フィルタ層１５及び赤色系フィルタ層１６を通過するが、黄色系フィルタ層１５及び赤色系フィルタ層１６が吸収するのは青色光〜黄色光であるから、赤色光がフィルタ層１５及び１６によって吸収されることはない。一方、外部光や散乱光は、黄色系フィルタ層１５及び赤色系フィルタ層１６によって効果的に吸収される。
【００７７】
上記フィルタ層のうち、黄色系フィルタ層１５だけを使用しても効果があるし、赤色系フィルタ層１６だけを使用しても効果がある。また、外部光が黄色系フィルタ層１５及び赤色系フィルタ層１６によって十分に吸収され得る場合には、可視光吸収層１を省略することもできる。そこで、図８の構造の変形例として、特別な反射波長特性を持たない反射材１９、例えばアルミニウムなどの金属フィルム等で赤色光反射層２を置き換え、図９の構造としても、同様の効果を得ることができる。
【００７８】
従って、光反射型光学媒体の構造を図８又は図９のようにすることによって、先願発明と同様に、外部光によるコントラストの劣化がわずかで、色再現性に優れた反射型スクリーンを構成できる。しかも、画像を形成する３原色光をできる限り損なわずに、黄色系顔料や赤色系顔料からなる可視光吸収物質による散乱光低減効果を最大限に発揮させることができる。その結果、フォトニック結晶層２〜４の中に欠陥があっても、それが外部光の散乱による画質の低下につながりにくい反射型スクリーンを構成できる。
【００７９】
ここでは、可視光吸収物質として顔料を用いたが、金属微粒子やその他、可視光を吸収できるものなら何でも用いることができる。この構造は、蒸着膜のように、微粒子間の隙間や微粒子内に含有させることの難しい可視光吸収物質を利用できる利点がある。
【００８０】
次に、フォトニック結晶層２〜４の転写を利用して、図８の反射型スクリーンを作製する工程を、図１０及び図１１参照下に説明する。
【００８１】
まず、図１０（ａ）に示すように、シリカ微粒子を水に分散させた分散液から、引き上げ法によって基板４１の上にシリカ微粒子を堆積させ、赤色光をブラッグ反射するフォトニック結晶層２を形成する。基板４１は、シリカ微粒子分散液が濡れるものであれば何でもよく、例えば、サンドマット加工したポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）フィルムがよく、ガラス基板でもよい。同様にして、緑色光を反射するフォトニック結晶層３及び青色光を反射するフォトニック結晶層４も別個に作製する。
【００８２】
次に、フォトニック結晶層２の上に粘着剤が両面に付いた透明な粘着シート１７を圧着させた後（図１０（ｂ））、粘着シート１７と基板４１とを引き離すことで粘着シート１７の側にフォトニック結晶層２を転写させる（図１０（ｃ））。この際、粘着シート１７の他方の面は保護フィルム１８が貼りつけられたままであるので、粘着シート１７の他方の面が何か別のものに付着してしまうことはない。
【００８３】
次に、図１０（ｄ）のように、この保護フィルム１８を剥がして、その上に赤色系フィルタ１６を粘着シート１７の粘着面に貼り合わせる。同様にして、図示は省略するが、緑色光を反射するフォトニック結晶層３も粘着シートに転写後、黄色系フィルタ１５を粘着面に貼り合わせる。また、青色光を反射するフォトニック結晶層４は、粘着シートに転写後、光拡散フィルム２２を粘着面に貼り合わせる。
【００８４】
次に、図１１（ｅ）のように、フォトニック結晶層２の反対側の面にも、粘着剤が両面に付いた透明な粘着シート１７を貼り合わせる。同様に、図示は省略するが、フォトニック結晶層３及び４の反対側の面にも、両面粘着シート１７を貼り合わせる。
【００８５】
次に、フォトニック結晶層２〜４に残っている保護フィルム１８を剥がした後、図１１（ｆ）のように、黒色のＰＥＴフィルム等の基板を兼ねる可視光吸収層１と、フォトニック結晶層２と赤色系フィルタ１６とからなる部材と、フォトニック結晶層３と黄色系フィルタ１５とからなる部材と、フォトニック結晶層４と光拡散フィルム２２とからなる部材とを貼り合わせて一体化すると、図８に示した反射型スクリーンが完成する。
【００８６】
以上に述べてきたように、本発明の実施の形態に基づく反射型スクリーンでは、画像に関係ない外部の光がスクリーンに入射したときでも画像のコントラストが劣化することがなく、黒の沈んだ綺麗な画像を提供できる。また、必ずしも暗室で投影する必要がなく、通常の蛍光灯の下や屋外でもコントラストが劣化しない。特にフォトニック結晶の欠陥に起因する光の散乱を減らすことで、黒の沈みの効果がより大きくなる。
【００８７】
さらに、レーザやＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）など、半値幅が小さく色純度の良い光を投射して画像を形成する場合、効率よく選択的に画像の光だけを反射して他の波長の光をカットすることで高コントラストを維持するとともに黒が良く沈むことになる。その上、たとえ液晶プロジェクタなど、各三原色のスペクトル半値幅が大きい光を投射しても、色度図上の色再現性が良くなり、純粋な色が表現できる。
【００８８】
【実施例】
次に、本発明の好ましい実施例を図面参照下に具体的に説明する。
【００８９】
実施例１：金属微粒子を可視光吸収物質として用いた場合
まず、金及び銀微粒子による散乱光の低減効果を検証した後、実施の形態１で示した構造（図３参照。）をもつ反射型スクリーンを作製した。
【００９０】
金微粒子分散液は、直径約７ｎｍの金微粒子７ｍｇをトルエン３．４ｇに分散させて調製した。図１２（ａ）は、金微粒子分散液の透過スペクトルである。スペクトルは、２枚のガラス板３１でコの字形スペーサ３２を挟んだ分光測定用セル３０を用いて測定した（図１２（ｂ）参照。）。この際、スペーサ３２の厚さを変えることで、分散液の厚さを３５μｍとしたもの、及びそれより大きくして吸光度を増加させたものの２つについて測定した。金微粒子のプラズモン吸収によって６３０ｎｍ以下の短波長側で透過率が低いことがわかる。
【００９１】
直径２９０ｎｍのシリカ微粒子を水に分散させた分散液から、引き上げ法によってＰＥＴ基板上に、シリカ微粒子によるフォトニック結晶層を形成した。この微粒子層は、波長６４０ｎｍの赤色光をブラッグ反射する。この微粒子層に、先に調製した金微粒子分散液を引き上げ法により３回塗布してサンプルスクリーンを作製した。サンプルスクリーンの、金微粒子分散液を塗布したところとしないところの反射スペクトルを、数箇所について測定した結果を図１３に示す。この場合、フォトニック結晶層の厚みに偏り（面内での厚み分布）があることを考慮して、分散液を塗布したところとしないところは、互いにほぼ同じ厚みをもつ箇所について測定するようにした。
【００９２】
図１３（ａ）を見ると、波長６４０ｎｍ付近のブラッグ反射の強度は、測定箇所ごとにかなりのばらつきがあるが、金微粒子分散液を塗布したところ（実線）としなかったところ（点線）に有意の差は見られない。これは、金微粒子は赤色光を透過するため、波長６４０ｎｍ付近の光には影響を及ぼさなかったためと考えられる。
【００９３】
一方、散乱光が支配的な波長領域４００〜５５０ｎｍでは、金微粒子分散液を塗布したところで散乱光強度が小さくなっている。図１３（ｂ）は、その波長領域のスペクトルを拡大して示したものである。測定箇所ごとにかなりのばらつきがあるが、金微粒子分散液を塗布したところ（実線）としなかったところ（点線）に有意の差があることがわかる。例えば、波長４６０ｎｍでの散乱強度から、塗布したサンプルスクリーン上の黒の輝度レベルは塗布しないものに比べ、約５０％まで抑えられていることがわかった。このことは散乱光が金微粒子によって吸収されて、黒がさらに深くなったことを意味する。
【００９４】
次に、赤色光反射層と同様にして、直径２４０ｎｍのシリカ微粒子を用いて緑色光反射層を形成し、この微粒子層に直径約５ｎｍの銀微粒子を含有させた。この場合も同様に、緑色光のブラッグ反射はほとんど影響されず、散乱光強度が減少していることが確認された。
【００９５】
以上の結果をふまえて、図１４に示す反射型スクリーンを作製した。但し、実施の形態１の図３に示したものと同様に、赤色光反射層２は金微粒子１２を含有し、緑色光反射層３は銀微粒子１１を含有する。作製方法は、次の通りである。
【００９６】
まず、サンドマット加工した黒色のＰＥＴフィルム２１の上に、直径２９０ｎｍのシリカ微粒子を水に分散させた分散液を、引き上げ塗布法で塗布して乾燥させた。この操作を繰り返して行い、赤色光を反射するフォトニック結晶層２を約３μｍの厚みで堆積させた。続いて、この上に金微粒子７ｍｇをトルエ３．４ｇに分散させた分散液を引き上げ塗布法で塗布した後に乾燥させ、赤色光反射層２のシリカ微粒子とシリカ微粒子との隙間に金微粒子１２を含有させた。
【００９７】
次に、直径２４０ｎｍのシリカ微粒子を水に分散させた分散液を、引き上げ塗布法によって赤色光反射層２の上に塗布して乾燥させた。この操作を繰り返し、緑色光を反射するフォトニック結晶層３を約３μｍの厚みで堆積させた。続いて、この上に銀微粒子をトルエンに分散させた分散液を塗布した後に乾燥させ、緑色光反射層のシリカ微粒子とシリカ微粒子の隙間に銀微粒子１１を含有させた。
【００９８】
更に、直径２１０ｎｍのシリカ微粒子分散液を同様に塗布して青色光を反射する層を約３μｍの厚みで形成した。最後に、光拡散フィルム２２を最上面に貼り付けた。
【００９９】
このようにして作製した反射型スクリーンでは、外部光があって明るいところでも黒が沈み、コントラストが高いことが確認できた。
【０１００】
実施例２：顔料を可視光吸収物質として用いた場合
まず、赤色系顔料及び黄色系顔料による散乱光の低減効果を検証した後、実施の形態２で示した構造（図５参照。）をもつ反射型スクリーンを作製した。
【０１０１】
実施例１と同様、ＰＥＴ基板上にシリカ微粒子分散液の引き上げ塗布法によって形成した、直径２９０ｎｍのシリカ微粒子からなる波長６４０ｎｍの赤色光をブラッグ反射するフォトニック結晶層に、赤色系顔料（大日精化製、クロモファインレッド６１５０ＥＣ）０．０４ｇをエタノール１．８ｇに分散させた分散液を引き上げ塗布法によって３回塗布して、サンプルスクリーンを作製した。この顔料微粒子の直径は、数十〜１００ｎｍである。サンプルスクリーンの、赤色系顔料の分散液を塗布したところとしないところの反射スペクトルを、数箇所について測定した結果を図１５に示す。
【０１０２】
図１５（ａ）を見ると、波長６４０ｎｍ付近のブラッグ反射の強度は、測定箇所ごとにかなりのばらつきがあるが、金微粒子分散液を塗布したところ（実線）としなかったところ（点線）に有意の差は見られない。これは、赤色系顔料は赤色光を透過するため、波長６４０ｎｍ付近の光には影響を及ぼさなかったためと考えられる。
【０１０３】
一方、散乱光が支配的な波長領域４００〜５５０ｎｍでは、赤色系顔料分散液を塗布したところで散乱光強度が小さくなっている。図１５（ｂ）は、その波長領域のスペクトルを拡大して示したものである。測定箇所ごとにかなりのばらつきがあるが、赤色系顔料分散液を塗布したところ（実線）としなかったところ（点線）に有意の差があることがわかる。例えば、波長４６０ｎｍでの散乱強度から、塗布した場合のサンプルスクリーン上の黒の輝度レベルは塗布しないものに比べ、約５６％まで抑えられていることがわかった。このことは散乱光が赤色系顔料によって吸収されて、黒がさらに深くなったことを意味する。
【０１０４】
図１６は、上記のサンプルスクリーンに正面から光を照射し斜め方向から撮影した外観写真である（これは、ブラッグ反射を起こさない条件である。）。赤色系顔料分散液を塗布した下側の部分では、散乱光が減り、黒が深まっているのがわかる。
【０１０５】
次に、赤色光反射層と同様にして、直径２４０ｎｍのシリカ微粒子を用いて緑色光反射層を形成し、この微粒子層に黄色系顔料（大日精化製、ＥＣＹ−２９７（ＰＹ−１３８））を含有させた。この顔料微粒子の直径は、数十〜１００ｎｍである。この場合も同様に、緑色光のブラッグ反射はほとんど影響されず、散乱光強度が減少していることが確認された。
【０１０６】
以上の結果をふまえて、図１４に示す反射型スクリーンを作製した。但し、実施の形態２の図５に示したものと同様に、赤色光反射層２は赤色系顔料１４を含有し、緑色光反射層３は黄色系顔料１３を含有する。作製方法は、次の通りである。
【０１０７】
まず、サンドマット加工した黒いＰＥＴフィルム２１の上に、直径２９０ｎｍのシリカ微粒子を水に分散させた分散液を、引き上げ塗布法で塗布して乾燥させた。この操作を繰り返して行い、赤色光を反射するフォトニック結晶層２を約３μｍの厚みで堆積させた。この上に赤色系顔料０．０４ｇをエタノール１．８ｇに分散させた分散液を引き上げ塗布法で塗布した後に乾燥させ、赤色光反射層２のシリカ微粒子とシリカ微粒子との隙間に赤色系顔料１４を入れた。
【０１０８】
次に、直径２４０ｎｍのシリカ微粒子を水に分散させた分散液を、引き上げ塗布法によって赤色光反射層２の上に塗布して乾燥させた。この操作を繰り返して、緑色光を反射するフォトニック結晶層３を約３μｍの厚みで堆積させた。続いて、この上に黄色系顔料をエタノールに分散させた分散液を塗布した後に乾燥させ、緑色光反射層のシリカ微粒子とシリカ微粒子の隙間に黄色系顔料１３を入れた。
【０１０９】
更に、直径２１０ｎｍのシリカ微粒子分散液を同様に塗布して青色光を反射する層を約３μｍの厚みで形成した。最後に、光拡散フィルム２２を最上面に貼り付けた。このようにして作製した反射型スクリーンにおいて、外部光があって明るいところでも黒が沈み、コントラストが高いことが確認できた。
【０１１０】
実施例３：カーボンブラックを可視光吸収物質として用いた場合
まず、カーボンブラックによる散乱光の低減効果を検証した後、実施の形態３で説明した構造をもつ反射型スクリーンを作製した。
【０１１１】
初めに、カーボンブラックの吸収係数を見積もるために、カーボンブラックを０．２質量％の濃度で水に分散させた分散液の透過スペクトルを測定した（図１７（ａ）参照。）。このカーボンブラック微粒子の直径は、約２０ｎｍである。スペクトルは、２枚のガラス基板３１でコの字形スペーサ３２を挟んだ分光測定用セル３０を用い、分散液の厚さ（ガラス基板の隙間）を３５μｍとして測定した（図１７（ｂ）参照。）。分散液は毛細管現象を用いて、セル３０に入れた。この試料サンプルと比較するため、カーボンブラックが含まれていない空サンプルの透過スペクトルも測定した。カーボンブラックの有無で透過率が異なるのがわかり、この差がカーボンブラックによる吸収に対応すると考えられる。
【０１１２】
そこで、ランベルトの法則
Ｉ  ＝  Ｉ０ｅ−αＬ                  ・・・（式３）
を用いて、吸収係数αの波長依存性を求め、
αＬ１／ｅ  ＝  １                      ・・・（式４）
の関係を用いて、可視光吸収物質がカーボンブラックである場合の進入深さを見積もった。図１８に吸収係数αを、図１９に見積もられた進入深さを示す。これより、吸収係数αは、短波長の光に対して大きく、長波長の光に対して小さく、逆に、可視光吸収物質がカーボンブラックである場合の進入深さは、短波長の光に対して短く、長波長の光に対して長いことがわかる。
【０１１３】
これらの特性を利用して、赤色光反射層、緑色光反射層及び青色光反射層にカーボンブラックを均等に含有させ、それぞれからの散乱光を同程度に効率よく吸収したい。但し、画像を損なうほど、３原色光を吸収しないようにする必要がある。それには実施の形態３で図６を用いて説明したように、表面からブラッグ反射が生じる層の底面までの厚みよりも、カーボンブラックによる吸収の進入深さが大きくなるように設計すればよい。以上をふまえて、反射型スクリーンの基本構造からなるサンプルを作製した。
【０１１４】
まず、実施例１及び２と同様に、サンドマット加工した黒いＰＥＴフィルム２１の上に、シリカ微粒子分散液の引き上げ塗布によって、直径２９０ｎｍのシリカ微粒子からなる赤色光反射層２、直径２４０ｎｍのシリカ微粒子からなる緑色光反射層３及び直径２１０ｎｍのシリカ微粒子からなる青色光反射層４を積層して、サンプルスクリーン作製用のサンプル基板を形成した。
【０１１５】
カーボンブラックを水に０．７５質量％の濃度で分散させた分散液と、５質量％の濃度で分散させた分散液とを用意し、その分散液の中に、上記の赤色光反射層２、緑色光反射層３及び青色光反射層４の順にフォトニック結晶層を積層したサンプル基板を１昼夜浸したものと浸さないものを作製し、これらの表面を光学顕微鏡で観察した。結果を図２０に示す。カーボンブラックを入れたサンプルスクリーンの表面が黒く沈んでいるのがわかる。これによって黒の輝度を半減させるのが目標である。
【０１１６】
カーボンブラックを入れることによって黒がより沈むが、３原色光が吸収され、画像自体のブラッグ反射も下がってしまっては意味がない。そこで、それぞれのサンプルスクリーンの反射スペクトルを測定した。結果を図２１に示す。５質量％の濃度の分散液に浸したものは、３原色光の反射率が低下していることがわかる。また０．７５質量％の濃度の分散液に浸したものは、カーボンブラックを入れていないものに比べて、３原色光の反射強度がほとんど低下しないことがわかる。これにより、５質量％以下の濃度の分散液に浸す処理を行えばよいといえる。
【０１１７】
以上に述べた実施の形態及び実施例は、本発明の技術的思想に基づいて適宜変更可能である。
【０１１８】
【発明の作用効果】
本発明による光反射型光学媒体は、単一の可視光領域又は複数の可視光領域の光を反射する反射層を備えているので、特定の波長領域の可視光のみを選別するフィルタとしての作用を、光反射型光学媒体自体が有している。
【０１１９】
従って、例えば、光反射型光学媒体を用いて反射型スクリーンを構成し、光反射型光学媒体が反射する単一の可視光領域又は複数の可視光領域の光をプロジェクタ等から投射して画像を形成する表示システムを作製すれば、画像は正しく表示される一方、プロジェクタ等以外からスクリーンに入射する、画像に無関係な外部光の大部分は、フィルタ作用によって除かれる。この結果、コントラストが外部光によって劣化することのない表示システムを構築することができ、画像の暗黒部をスクリーン上に真の暗部として表示することができる。また、照明のある室内や野外など、暗室外でのスクリーン表示も可能になる。
【０１２０】
また、光反射型光学媒体には、反射層の内部と厚さ方向上部と厚さ方向下部との少なくとも１つに可視光吸収物質が含まれているので、外部光が光反射型光学媒体に入射しても、その一部は、反射層の欠陥部に到達する前に可視光吸収物質に吸収される。散乱光の発生の元になる、欠陥部に入射する光が減少するので、散乱光が減少する。また、外部光が反射層の欠陥部によって散乱された場合でも、散乱された光が可視光吸収物質に吸収されるので、観察者の目に届く散乱光が減少する。この結果、光反射型光学媒体は、反射層に欠陥があっても、それが外部光の散乱による画質の低下を引き起こすことが少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態に基づく光反射型光学媒体で構成した反射型スクリーンにおいて、散乱光が減少する原理を示す要部拡大断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に基づく、金、銀及び銅の微粒子の表面プラズモン吸収による吸収スペクトルである。
【図３】同、反射型スクリーンの要部拡大断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に基づく、顔料の透過スペクトルである。
【図５】同、反射型スクリーンの要部拡大断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に基づく、３原色光反射層の積層順と好ましい進入深さとの関係を示す概略断面図である。
【図７】同、３原色光反射層の積層順と可視光吸収物質の吸収係数の好ましい波長特性との関係を示す概略断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４に基づく、反射型スクリーンの要部拡大断面図である。
【図９】本発明の実施の形態４に基づく、他の反射型スクリーンの要部拡大断面図である。
【図１０】同、反射型スクリーンの作製工程を示す要部拡大断面図である。
【図１１】同、反射型スクリーンの作製工程を示す要部拡大断面図である。
【図１２】本発明の実施例１による、金微粒子分散液の透過スペクトルである。
【図１３】同、サンプルスクリーンによる反射スペクトルである。
【図１４】同、実用的な反射型スクリーンの要部拡大断面図である。
【図１５】本発明の実施例２のサンプルスクリーンによる反射スペクトルである。
【図１６】本発明の実施例２のサンプルスクリーンの外観写真である。
【図１７】本発明の実施例３による、カーボンブラック分散液の透過スペクトルである。
【図１８】同、カーボンブラック分散液の吸収係数の波長依存性を示すグラフである。
【図１９】同、カーボンブラック分散液の進入深さの波長依存性を示すグラフである。
【図２０】本発明の実施例３によるサンプルスクリーン表面の、光学顕微鏡による観察像である。
【図２１】本発明の実施例３のサンプルスクリーンによる反射スペクトルである。
【図２２】先願発明の好ましい実施の形態に基づく引き上げ回転法によって形成されたシリカ微粒子集合体の、反射スペクトル（ａ）と微粒子の配列構造を示す概略断面図（ｂ）である。
【図２３】同、シリカ微粒子集合体によってブラッグ反射される光の波長とシリカ微粒子の直径との関係を示すグラフである。
【図２４】同、３原色光のみを反射する反射型スクリーンの基本構造の要部拡大断面図である。
【図２５】同、３原色光のみを反射する反射型スクリーンによって色再現範囲が改善されることを示す色度図である。
【図２６】同、３原色光のみを反射する反射型スクリーンにおいて散乱光が発生する原因を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１…可視光吸収層（基体）、２…赤色光を反射する微粒子層、
３…緑色光を反射する微粒子層、４…青色光を反射する微粒子層、
５…欠陥（部）、６…散乱光、１１…銀微粒子、１２…金微粒子、
１３…黄色系顔料、１４…赤色系顔料、１５…黄色系フィルタ層、
１６…赤色系フィルタ層、１７…両面粘着シート、１８…保護フィルム、
１９…アルミニウムなどの反射材、
２１…サンドマット加工した黒いＰＥＴフィルム、２２…光拡散フィルム、
３０…分光測定用セル、３１…ガラス板、３２…スペーサ、４１…基板、
５１…基板、５２…シリカ微粒子、５３…シリカ微粒子層
【図１】
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【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】
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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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