(57)【要約】低散乱偏光保持多層ビューイングスクリーンである。体積拡散板であることが好ましい、情報が符号化された光の発散を大きくし、かつ、情報が符号化された光が通過する際のその偏光センスＡを維持するための基板Ｄは、観察ゾーン内における少なくとも２：１の弁別を有している。Ｄの一方の面もしくは両面の吸収偏光子は、偏光状態Ａを通過させるべく整列している。一実施形態では、ビューイングスクリーン内で内部全反射する前方散乱および／または後方散乱の偏光状態をＡとは逆の状態に修正するための偏光状態位相シフト層が提供される。位相シフト層は、偏光子と、前記情報が符号化された光が通過するビューイングスクリーンの最も外側の表面との間の任意の位置に配置される。
2006500623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力表面に入射し、出力表面から観察ゾーンへ射出する、情報が符号化された光の発散を大きくするための、高周辺光阻止率および低逆反射率を有するビューイングスクリーンであって、
規則的な幾何学対象が実質的に欠如している材料からなる拡散板であって、前記規則的な幾何学対象が（ｉ）前記拡散板中に分布し、かつ、前記情報が符号化された光の波長より大きい平均サイズを有し、（ｉｉ）前記観察ゾーンの少なくとも一部に向かって開いた幾何学的凹所を有する拡散板を備え、
前記拡散板が前記観察ゾーン全体に渡って少なくとも２：１の偏光維持弁別比を示し、（ｉ）少なくとも１つの吸収手段と、（ｉｉ）その出力表面に実質的に非拡散無反射手段とをさらに備えたビューイングスクリーン。
【請求項２】
前記少なくとも１つの周辺光吸収手段が前記拡散板に光結合された、請求項１に記載のビューイングスクリーン。
【請求項３】
前記周辺光吸収手段が、偏光子、波長選択吸収体、中性濃度吸収体および時経列吸収シャッタのうちの少なくとも１つを備えた、請求項２に記載のビューイングスクリーン。
【請求項４】
前記周辺光吸収手段が、直線／円偏光タイプの複数の偏光子層を備え、偏光子層の各々が互いに整列した偏光軸を有する、請求項２に記載のビューイングスクリーン。
【請求項５】
前記周辺光吸収手段が、前記拡散板に直接蒸着された薄膜を備えた、請求項２に記載のビューイングスクリーン。
【請求項６】
前記拡散板が、トポグラフィックフィーチャに接触した吸収手段を備えた表面拡散板である、請求項１に記載のビューイングスクリーン。
【請求項７】
前記吸収手段が、前記トポグラフィックフィーチャの頂部の蒸着物／コーティング、染料すなわち前記拡散板のバルクに含まれている、前記トポグラフィックフィーチャから始まる一定の深さの含浸、もしくはそれらのいくつかの組合せである、請求項６に記載のビューイングスクリーン。
【請求項８】
前記拡散板が体積拡散板である、請求項１に記載のビューイングスクリーン。
【請求項９】
投写システムおよび直視システムのうちの少なくとも１つと組み合わせた、請求項１に記載のビューイングスクリーン。
【請求項１０】
前記システムが偏光ベース三次元画像化アプリケーションからなる、請求項９に記載のビューイングスクリーン。
【請求項１１】
鏡面反射体をさらに備えた、請求項１に記載のビューイングスクリーン。
【請求項１２】
フレネル反射低減手段をさらに備えた、請求項１に記載のビューイングスクリーン。
【請求項１３】
前記フレネル反射低減手段が、屈折率整合液、屈折率整合ゲルおよび屈折率整合接着剤のうちの少なくとも１つを備えた、請求項１２に記載のビューイングスクリーン。
【請求項１４】
前記フレネル反射低減手段が、モスアイもしくは等価ナノ構造を備えた、請求項１２に記載のビューイングスクリーン。
【請求項１５】
前記ビューイングスクリーンが、Ａが無反射コーティングに対応し、Ｄが前記拡散板に対応し、Ｐが前記周辺光吸収手段に対応するＡ／Ｄ／Ｐ／Ａ構成、Ａ／Ｐ／Ｄ／Ｐ構成、Ｐ／Ｄ／Ｐ／Ａ構成、Ａ／Ｐ／Ｄ／Ｐ／Ａ構成のうちの少なくとも１つの構成を有する、請求項１に記載のビューイングスクリーン。
【請求項１６】
Ｐ／Ｄ層間の界面および／またはＤ／Ｐ層間の界面がフレネル反射低減手段を備えた、請求項１５に記載のビューイングスクリーン。
【請求項１７】
前記Ｄ／Ｐ層間の前記界面が屈折率整合接着剤を備えた、請求項１６に記載のビューイングスクリーン。
【請求項１８】
前記情報が符号化された光の光源と組み合わせた、請求項１に記載のビューイングスクリーンを備えた、スペックルコントラストが６未満である画像化システム。
【請求項１９】
情報が符号化された光の発散を大きくするための低散乱偏光維持多層ビューイングスクリーンであって、
情報が符号化された光の発散を大きくし、かつ、情報が符号化された光が通過する際のその偏光センスＡを、観察ゾーン内における少なくとも２：１の弁別で維持するための基板Ｄと、
前記Ｄの一方の面もしくは両面の、偏光状態Ａを通過させるべく整列した吸収偏光子と、
前記ビューイングスクリーン内で内部全反射する前方散乱および／または後方散乱の偏光状態をＡとは逆の状態に修正するための、前記偏光子と、前記情報が符号化された光が通過する前記ビューイングスクリーンの最も外側の表面との間の任意の位置に配置された偏光状態位相シフト層とを備えたビューイングスクリーン。
【請求項２０】
前記情報が符号化された光が通過する１つまたは複数の層の表面に接触したフレネル反射低減手段をさらに備えた、請求項１９に記載のビューイングスクリーン。
【請求項２１】
少なくとも無反射コーティングをさらに備えた、請求項１９に記載のビューイングスクリーン。
【請求項２２】
前記無反射コーティングが、周辺光吸収手段もしくは引き続いて前記周辺光吸収手段に適用される透明基板に直接塗布された薄膜蒸着物もしくはナノ構造を備えた、請求項１９に記載のビューイングスクリーン。
【請求項２３】
前記拡散板が体積拡散板である、請求項１９に記載のビューイングスクリーン。
【請求項２４】
投写システムおよび直視システムのうちの少なくとも１つと組み合わせた、請求項１９に記載のビューイングスクリーン。
【請求項２５】
前記システムが偏光ベース三次元画像化アプリケーションからなる、請求項２４に記載のビューイングスクリーン。
【請求項２６】
前記情報が符号化された光の光源と組み合わせた、請求項１９に記載のビューイングスクリーンを備えた、スペックルコントラストが６未満である画像化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、いずれも参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、２００２年９月２０日出願の米国仮出願第６０／４１１，８６３号および２００３年５月１４日出願の米国仮出願第６０／４７０，２３３号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、場合によっては投写スクリーン、画像化スクリーンあるいは散乱スクリーンと呼ばれることもあるビューイングスクリーンを対象とし、より詳細には、解像度が高く、コストが安価であり、透過率が大きく、逆反射効果が小さく、かつ、周辺光阻止率の大きいビューイングスクリーンを対象とする。
【背景技術】
【０００３】
以下、スクリーン技術について、簡単に要約しておく。
Ｂｕｃｈｎｅｒ（ＵＳ９９７，８９９およびＵＳ１，６６６，８０８）は、レンズ素子および昼光可読性を強化するための総合吸収フィルタに基づく昼光投写スクリーンについて述べている。
【０００４】
Ｓｈｉｍｉｚｕ（ＵＳ１，９４２，８４１）は、投写光を通過させるためのクリア開口を有する吸収フィルタを備えたレンズスクリーンについて述べている。
Ｌａｎｄ（ＵＳ２，１８０，１１３）は、透明なプレート間の乳濁液で構築された非偏光解消散乱スクリーンについて述べている。乳濁液は、全体の厚さが約１０ミルの層を形成している、屈折率が異なる、直径がそれぞれ数ミクロンの複数の光透明媒体からなっている。反射光に対する屈折光の比率を大きくするために、屈折率の差を小さい差に維持することが提案されている。興味をそそることには、スクリーンが偏光を解消しない理由については、その詳細が示されていない。
【０００５】
ＭａｃＮｅｉｌｌｅ（ＵＳ２，３６２，５７３）は、クリア開口を備えた円偏光子を有する前面投写スクリーンについて述べている。投写光は、偏光された後、スクリーンの背面に反射コーティングが施されたレンズ素子に当たり、クリア開口を通って戻る。周辺光は、最初に円偏光され、次に、レンズ素子の背面で反射した後、逆偏光センスを獲得する。周辺光はオフアクシスであるため、開口を通って射出することはなく、したがって周辺光は吸収されない。
【０００６】
Ｊｅｌｌｅｙら（ＵＳ２，３６４，３６９およびＵＳ２，３８０，２４１）は、拡散板と円偏光子の組合せについて述べており、表面拡散板（‘３６９の図４）と体積拡散板（‘２４１の図５）の両方について述べている。
【０００７】
Ｓｔａｅｈｌｅら（ＵＳ２，３７８，２５２）は、透明な基板上に存在している黒い吸収層中への球の埋込みの使用について述べている。球の内部の内部全反射を防止するためには、球および基板が同様の屈折率を有していることが理想的である。
【０００８】
Ｍｉｌｌｅｒ（ＵＳ３，２７９，３１４）は、平頂円錐突起のアレイについて述べている。平頂円錐突起のアレイには反射コーティングが施され（平頂部分を除く）、この反射コーティングに続いて吸収コーティングが突起に施されているか、あるいは突起と突起の間の領域に吸収材が充填されている。また、突起には、その先端に追加拡散要素を持たせることも可能である。
【０００９】
Ｎｏｒｔｈｒｏｐ（ＵＳ３，４３７，４０５）は、１つの軸に優勢的に発散を提供する、スクリーンの表面に概ね整列し、かつ、スクリーンの表面に平行に走っている、樹脂中に埋め込まれたファイバについて述べている。
【００１０】
Ｍｅｙｅｒｈｏｆｅｒ（ＵＳ３，９０９，１１１）は、拡散媒体を通過したコヒーレント光を使用したゼラチン膜中への三次元界面パターンの記録について述べている。得られる構造は、所定の散乱特性を示している。とりわけこれをホログラムと呼ぶことを回避するべく注意が払われている。
【００１１】
Ｚｉｍｍｅｒｍａｎら（ＵＳ５，４８１，３８５）は、Ｍｉｌｌｅｒと同様の手法を利用しているが、円錐突起は、黒色粒子を含有した低屈折率充填材による内部全反射（ＴＩＲ）の原理で動作している。
【００１２】
Ｐｅｔｅｒｓｅｎら（ＵＳ５，６０９，９３９）は、ホログラフィック拡散板を通過したコヒーレント光を使用した感光膜中への三次元界面パターンの記録について述べている。得られる表面構造は、制御可能な散乱特性および極めて高い解像度特性を示している。
【００１３】
Ａｂｉｌｅａｈら（ＵＳ５，６２９，７８４）は、前面偏光子（すなわち検光子）の内部もしくは外部のいずれかの液晶の観察者側に膜が置かれた直視液晶ディスプレイについて述べている。膜のスタックは、ファセットを有する屈折膜および屈折膜に続いて任意選択の拡散板を含む。拡散板には、観察者と対向する粗い表面を持たせることが可能であり、あるいは拡散板は、ホログラフィックタイプの拡散板であっても良い。
【００１４】
Ｌａｒｓｏｎ（ＵＳ５，７５１，３８８）は、プロジェクタからの偏光を優先的に拡散させ、かつ、逆偏光の周辺光を吸収するための偏光感応散乱要素（ＰＳＳＥ）を使用した前面投写スクリーン（図９および欄１３、行３４〜５２）について述べている。
【００１５】
Ｃｌａｂｂｏｒｎ（ＵＳ６，１２３，８７７）は、対称拡散板の製造およびそれに続く対称視角を提供するための引伸しについて述べている。
Ｃｈｏｕら（ＵＳ６，１６３，４０２）は、体積拡散板および直線偏光子の使用について述べている。体積拡散板は、入射偏光を変化させることなく光の一部を引き渡し、かつ、横方向に散乱する入射光の偏光を実質的に解消している。横方向に散乱する、偏光が解消された入射光は続いて偏光子中に吸収され、それにより解像度の損失を最小化している。体積拡散板は、結合剤中に分散した粒子から構築されている。ＡＲコーティングおよび汚れ止めコーティングを有する積層物が、前面、背面に向かう拡散板、および投写光が入射する艶消し表面もしくは艶消し表面上のＡＲコーティングのいずれかに企図されている。
【００１６】
Ａｌｌｅｎら（ＵＳ６，２３９，９０７）は、個々の軸の発散量を独立して制御するための分散複屈折要素を使用した背面投写スクリーンの構築について述べている。
Ｈａｒａｄａら（ＵＳ６，３８１，０６８）は、反射偏光子要素を拡散要素および／またはグレア抑制要素と組み合わせて利用した前面投写スクリーンの構築にについて述べている。
【００１７】
投写アプリケーションに対するスクリーンの応用については、概ね良く知られているが、平行バックライトおよび前面スクリーンがＣＲＴ様視角性能を液晶ディスプレイに持たせることを可能にしている直視アプリケーションを理解するためにはいくつかの背景情報が必要である。
【００１８】
平行光および前面スクリーンを使用した直視ＬＣＤ
Ｆｉｓｃｈｅｒ（ＵＳ３，８４０，６９５）は、平行バックライト（例えば３Ｍルーバ膜および蛍光灯）と組み合わせて使用することにより広角度を可能にする光散乱膜もしくは箔を検光子の上方（すなわち観察者に最も近い部分）に利用した液晶ディスプレイについて述べている。
【００１９】
Ｂｉｇｅｌｏｗ（ＵＳ４，１７１，８７４）は、点光源が使用されている点を除き、Ｆｉｓｃｈｅｒと同様の構造を詳細に説いている。
両者とも既に参照したＺｉｍｍｅｒｍａｎら（ＵＳ５，４８１，３８５）およびＡｂｉｌｅａｈら（ＵＳ５，６２９，７８４ケース、１９９７年）は、平行バックライトおよび前面スクリーンを使用した直視液晶ディスプレイについて述べている。Ｙａｍａｇｕｃｈｉ（ＵＳ６，４２１，１０３）は、直視システムにおけるコリメーティングプレートの使用について述べている。また、明細書には、所与のピクセルピッチに対する所望のコリメーション度に関連するニュアンスが記述されている。
【００２０】
ＸＧＡ解像度（１０２４×７６８カラーピクセル）の２６．４２ｃｍ（１０．４”）対角ＬＣＤのように極めて解像度の高い直視アプリケーションの場合、スクリーン内における隣接するピクセル情報の混合による解像度の損失を回避するためには、高いコリメーション度が要求される。また、アプリケーションが高い輝度および高水準のコンパクト性を要求している場合、エテンデュの概念を慎重に考慮しなければならない。ＵＳ６，４２８，１９８は、このような事例に相当している。‘１９８特許には、点光源、集光光学系、光ファイバ、調光機、ホモジナイザ、他の光ファイバ、非画像化「モーフィング」コリメータおよびビューイングスクリーンでキャップが施された液晶ディスプレイを照射する導波路に供給するターン・ザ・コーナ・アセンブリを使用した、コンパクトで、かつ、輝度の高いシステムが詳述されている。高い輝度をコンパクトアセンブリで維持するために、設計にはエテンデュが慎重に考慮されている。ＵＳ６，４２８，１９８は、参照により本明細書に組み込まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
研究所における‘１９８特許に従ったデバイスの試験では、既存のスクリーン技術（例えばブラックマトリックスビーズスクリーンおよびエンジニアード表面拡散板）は、本出願における使用には適切でないことが観察されており、吸収率が高い、周辺光の反射率が高い、逆反射率が高い、画像の「雑音が多い」など、１つまたは複数の有害な影響があることを示している。Ｂ．Ｌａｒｓｏｎらの「Ｉｍａｇｅ  ｎｏｉｓｅ  ｉｎ  ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｒｅａｒ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｓｃｒｅｅｎｓ」（Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．４７１２、２０２〜２１１頁、Ｃｏｃｋｐｉｔ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ  ＩＸ：Ｄｉｓｐｌａｙｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｆｅｎｃｅ  Ａｐｐｒｉｃａｔｉｏｎｓ；Ｄａｒｒｅｌ  Ｇ．Ｈｏｐｐｅｒ；Ｅｄ、２００２年８月）に、これらの影響のいくつかが記載され、かつ、特性化されている。
【００２２】
製造可能な改良型スクリーン技術の必要性が認識されたのは、この経験によるものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の一実施形態には、解像度が高く、コストが安価で、かつ、透過率の大きいスクリーンを提供するべく、体積拡散板が他の複数のコンポーネントと組み合わせて使用されている。本明細書においては集合的に「光スタック」として参照されているコンポーネントの他の組合せも、とりわけ高周辺光阻止率を提供するべく作用しており、総合的な組合せがビューイングスクリーンに必要な品質属性を提供している。
【００２４】
本発明は特定の適用性を有しており、透過型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に関連して、少なくとも１つの実施形態の中で説明するが、本発明は、反射型ＬＣＤもしくは透過反射型ＬＣＤおよび他の画像化デバイス（例えばＭＥＭＳベース投写システム）にも適用することができることは当業者には理解されよう。
【００２５】
好ましい実施形態では、本発明により、ＬＣＤからの偏光の透過率が大きく、かつ、偏光子、体積拡散板およびフレネル反射を除去するための光学的結合の使用を介して高周辺光阻止率が維持されるビューイングスクリーンが提供される。本発明の重要な面は、達成される高効率が、少なくとも部分的には複屈折が最も小さい拡散板の使用の結果によるものであることに留意されたい。また、反射防止手段（例えば薄膜界面コーティング、モスアイフィーチャ）が出力表面に使用されており、とりわけ、拡散反射率を悪化させることにしかならないテクスチャード対反射表面処理を回避している。
【００２６】
より詳細には、投写および直視情報表示アプリケーション、とりわけ平行偏光の変調を使用しているアプリケーションの場合、非複屈折拡散板および偏光子を備えた屈折率結合積層ビューイングスクリーンが記述されている。
【００２７】
非複屈折拡散板は、情報が符号化された平行偏光をディスプレイから受け取り、所与のアプリケーションの視角要求事項に合致するべく発散を大きくしている。発散がより大きいこの光は、さらに、観察者の周辺の周辺光を阻止するべく作用する偏光子を通過する。このような拡散板の非複屈折特性は、高い光学的スループットおよび優れた一様性をもたらしている。好ましい実施形態では、スクリーンは、フレネル反射を低減するべく入力から出力へ屈折率結合されており、それによりスループットおよび周辺光阻止率の両方を改善している。
【００２８】
「発明を実施するための最良の形態」の中で考察するように、本発明の一態様は、本質的に複屈折のない拡散板の使用に関している。これは、非特定用語として解釈することができるため、その定義については従来技術を参照するものとする。また、拡散板の多くが重合体をベースにしているため、その定義は、光重合体の材料および製造プロセスによる複屈折効果の制御に適合するべく変更されている。
【００２９】
Ｐｒｅｓｔ（ＵＳ４，３７３，０６５）は、複屈折に関連する基本概念のいくつかについて述べており、（欄１、行２３〜２９）サンプルの複屈折は、第１の方向の偏光および第１の方向に直角の方向の偏光に対するサンプルの屈折率を見出すことによって決定されている。この２つの屈折率の差がサンプル材料の複屈折である。
【００３０】
（欄１、行３４〜４０）「その上、バルク状態における重合体材料の複屈折がゼロであっても、このような材料を例えば押出しあるいは射出成形などによってデバイスに処理加工することにより、材料に流れ方向の応力がかかる。このような機械的な応力によって重合体分子の配向が誘発され、それにより、ほとんどの場合、複屈折が誘発される。」
Ｃａｒｕｓｏら（ＵＳ６，２４８，８５９）は、重合体内の複屈折の問題について次のように述べている（欄２、行５０〜６１）。「．．．重合体材料から成形された物品の複屈折は、その物品の成分重合体連鎖の配向および変形に関連している。複屈折には、重合体材料の構造および物理特性、重合体材料の分子配向度、および処理済み重合体材料の熱応力を始めとするいくつかの原因が或る。例えば、成形光学物品の複屈折は、部分的にはその物品の成分重合体の分子構造によって決まり、また、その物品の製造に使用される、重合体連鎖に熱応力および配向をもたらす原因になる処理条件、例えば鋳型の充填中および冷却中に印加される力などによって決まる。」
Ｋｏｉｋｅ（ＵＳ６，２０１，０４５）は、「実質的な複屈折を示さない材料、あるいは実際的な使用の観点から何ら影響のない程度の複屈折しか示さない材料」として非複屈折を定義している（欄１、行１４〜１７）。この定義は、本明細書に採用することが可能であり、非複屈折として参照されている。
【００３１】
また、Ｋｏｉｋｅは、良好に系統だてられた、固有の重合体混合種からなる光学樹脂における非複屈折の達成に使用される方法に関する論文を発表しており、次のような処理手法を提供している（欄３、行３４〜３９）。「重合体に配向をもたらさない成形方法。この方法は、経験に基づいて採用された方法であり、成形による配向を例えば鋳造を使用することによって、あるいは極めて低速の押出し速度で押出し成形を実施することによって、さらには二軸引張り成形を使用することによって除去するための方法である。」
関連する技術を開示しているＣｈｏｕら（ＵＳ６，１６３，４０２）は、欄８、行１３〜３５で次のように述べている。「．．．所与の調合物に対して、本明細書においては閾値厚さと呼んでいる最小厚さが存在しており、これより分厚い厚さでは拡散板は無色であり、所与の画像化システムに対するスペックルは無視することが可能であり、あるいはスペックルは生じない。しかしながら、拡散板の厚さが色およびスペックルを実質的に薄くするだけの十分な厚さである場合、このような拡散板に存在する横方向散乱の量によって拡散板の解像度（変調度）が著しく低下する。」
「．．．本発明の一態様によれば、横方向に散乱した光の偏光が優先的に解除され、かつ、横方向に散乱した光がスクリーンアセンブリの偏光要素によって吸収される拡散板を使用することにより、横方向散乱に関する制約が緩和される。横方向散乱に関する制約が緩和されるため、より分厚い拡散板を使用することができ、したがって解像度が高く、かつ、色およびスペックルが薄いスクリーン（ＭＤ）を構築することができる。横方向散乱の有意な部分の偏光解消を意図的に許容することにより、少なくとも閾値厚さの調合物の選択がより容易である。拡散要素（これがない場合、拡散光の偏光が実質的に維持されることになる）と吸収偏光子を組み合わせることにより、解像度が高く、かつ、アーチファクトのない投写偏光画像を表示するための背面投写スクリーンとして使用することができる。」
理解されるように、‘４０２特許は、スクリーンの拡散を大きくすることによって、また、結果として生じる解像度の低下を横方向散乱を吸収することによって制限することにより、スペックルを薄くする問題に対処している。このスペックル低減方法は、スペックル低減を他の方法、例えば光源内で対処する（ＵＳ６，４４５，４８７）ことができ、あるいは光路をプロジェクタ内で摂動させる（ＵＳ３，２６２，３５９、ＵＳ４，０３５，０６８、ＵＳ４，１５５，６３０）ことによって、あるいはフォールドミラーの位置を摂動させる（ＵＳ６，３１７，１６９）ことによって、もしくはスクリーン自体で対処する（ＵＳ５，２７２，４７３）ことができ、さらには明確に記録された（偏光保存）ホログラフィックスクリーンを介して対処する（ＵＳ６，２６８，９４１）ことができる場合、不利な効率損失を招いているものと思われる。
【００３２】
別法としては、Ｊ．Ｇｏｌｄｅｎｂｅｒｇらの「Ｒｅａｒ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｓｃｒｅｅｎｓ  ｆｏｒ  Ｌｉｇｈｔ  Ｖａｌｖｅ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」（ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．３０１３、１９９７年２月、４９〜５９頁）に記載されているように、出口ひとみからの発散角度を大きくすることによってスペックルを薄くすることができることが知られている。Ｇｏｌｄｅｎｂｅｒｇらの図３は、６未満のスペックルコントラスト（好ましくない閾値と言える）を達成するためには、出口ひとみの角対辺θ’は、０．７５度（半角）未満であってはならないことを提案している。したがって、記載されている式（４）から、倍率とｆ／＃の積は３８．２未満でなければならない。ｆ／２設計を達成することができると仮定すると、推奨される最大倍率は１９．１である。３．５６ｃｍ（１．４”）対角のマイクロディスプレイを仮定すると、推奨される最大投写画像は６７．８２ｃｍ（２６．７”）であり、恐らく高解像度デスクトップモニターに適している。高解像度が要求されるもっと大きい画像の場合、例えばｆ／２プロジェクタの傾斜アレイを適用することができる。このようなシステムは、従来技術で知られている。画像がもっと大きく、かつ、傾斜に頼らない場合のオプションの１つは、もっと大きい画像化デバイスを使用することであろう。
【００３３】
要約すると、Ｃｈｏｕらの技法の他にも、スクリーン効率を犠牲にすることなくスペックルを薄くするための多くの技法が存在している。本発明の目的は、高効率、高解像度、高周辺光阻止率を兼ね備えたスクリーンを提供することである。
【００３４】
複数のメーカの拡散板およびスクリーンの試験結果から、Ｃｌａｒｅｘ  ＤＲ−１１１Ｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  Ｆｉｌｔｅｒと呼ばれているＡｓｔｒａ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ州Ｂａｌｄｗｉｎ在所）製のバックライト拡散板が、本発明の好ましい実施形態の原理に一致する特性を有していることが分かっている。Ｃｌａｒｅｘは、Ｎｉｔｔｏ  Ｊｕｓｈｉ  Ｋｏｇｙｏ（株）（日本、東京在所）の登録商標であることに留意されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１は、本発明の一実施形態を示したもので、Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｐａｒａｍｏｕｎｔ在所）製の、米国特許６，０１０，７４７および６，２６１，６６４に記載されているような表面拡散板を使用して実現されている。
【００３６】
図１に示すような直視スクリーン（偏光子およびＡＲカバーガラスのない）として使用した場合、結果は、周辺光が存在する状態での輝度およびコントラストの点で特に印象的なものではなかった。試験セットアップには、２６．４２ｃｍ（１０．４”）ＸＧＡ解像度ＬＣＤが、上で参照した米国特許６，４２８，１９８の図９および１３に示されているコリメーション構造と組み合わせて含まれており、使用したファイバはＥＳＫＡ１．５ｍｍ径であり、光源は、商用オフザシェルフＷａｖｉｅｎ光ファイバイルミネータであった。図２は、ＬＣＤに入射する、結果として生じたコリメーションを示したものである。引き続くフーリエスコープを使用した拡散板の調査では、主として膜基板によるものであるが、重大な複屈折を示した。同じ拡散板を複屈折の小さい基板上に鋳造する（アクリル鋳造）ことにより、輝度が著しく改善された。
【００３７】
このタイプの拡散板技術を使用する利点は、‘７４７特許および‘６６４特許に教示されているように、拡散角を変化させることができることである。また、このタイプの拡散板には、モアレを生じることなく高い解像度で画像化することができる、ＬＣＤのピクセルよりはるかに小さい無作為構造が使用されている。下側は、表面ホログラムのテクスチャード表面に非常に良く似た、エアギャップを必要とするテクスチャード表面になっており、したがってフレネル反射が大きな後方散乱の原因になっており、高周辺光条件におけるその使用を制限している。このような表面は、ＡＲコーティングを使用して処理することができるが、テクスチャには、すべての入射角をカバーするコーティング設計が必要であり、このような設計は実際的ではない。次に、ＣＰ  Ｆｉｌｍｓ（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｃａｎｏｇａ  Ｐａｒｋ在所）によって塗布されたテクスチャード表面に蒸着させた吸収コーティングを使用して拡散板が評価された。吸収コーティングは、干渉コーティングの角感度を有していない。この手法は、情報が符号化された平行光が単一拡散フィーチャを通過し、一方、非平行周辺光が複数のフィーチャを通過して極めて多数の吸収サイトに当たる、という概念に基づいており、情報が符号化された光を覆っている周辺光をより多く吸収することによって周辺コントラストを改善している。結果として生じた膜は、Ｓｈｉｍａｄｚｕ  ＵＶ−３１０１ＰＣ走査分光光度計を使用して測定され、８５％の透過率、０．２％の反射率が艶消し側で記録され、また、クリア側（背面）では７％未満の反射率が記録された。吸収コーティングの光学濃度によって、膜の透過率と反射率の間のバランスが変化する。吸収フィーチャは、表面拡散板のバルク材料への統合、あるいはトポグラフィックフィーチャの一定の深さへの染色が可能であり、それらのいくつかの組合せも可能であることに留意されたい。
【００３８】
図６、７および８に示すように、偏光子およびＡＲカバーガラスに屈折率結合を追加することにより、周辺コントラストがさらに改善される。また、反射率対透過率の所望のバランスを満足するべく、実験計画法（ＤＯＥ）を使用して吸収コーティングの光学濃度を最適化することも可能である。
【００３９】
いずれの場合においても、周辺光からのフレネル反射の影響を回避するために、観察者から最も離れた位置に表面拡散板が配置されており、また、直視アプリケーションの場合、解像度の損失を回避するためには、ＬＣＤに接触して拡散板を配置する必要がある（Ｙａｍａｇｕｃｈｉが考察しているように）ことに留意されたい。また、ホログラフィック表面拡散板は、上で説明した方法と同じ方法で吸収コーティングを使用して処理することができることに留意されたい。このような拡散板は、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｔｏｒｒａｎｃｅ在所）が市販しており、「ホログラフィック表面構造が偏光に影響しない」ことが確認されている。
【００４０】
表面拡散板上への吸収コーティングを回避するために、両側に屈折率結合することができる体積拡散板が意図されている。このような拡散板は、以下の最小フィーチャセットを備えていることが好ましい。
【００４１】
−  高効率周辺光阻止率。バルク拡散機構からの後方散乱の小さい非複屈折拡散板が必要である。
−  高解像度。合理的な拡散角を提供することができる薄い基板が必要である。
【００４２】
−  高い費用有効性。製造が容易な設計が必要である。
恐らく最も一般的な高解像度周辺光阻止投写スクリーンは、Ｊｅｎｍａｒ  Ｖｉｓｕａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｆｒｅｍｏｎｔ在所）が市販しており、黒色結合剤中に分散した球面粒子が使用されている。しかしながらこれらのスクリーンは、透過率が小さい（〜５０％）こと、また、「雑音の多い」画像描写あるいは粒子様画像描写であることが知られている。
【００４３】
他の高解像度投写スクリーンについても試行したが、上で言及した望ましい属性の最も良好な組合せを有しているのはＪｅｎｍａｒスクリーンであった。
蛍光バックライトを均質化するために使用される拡散板が基本的なすべての基準に適合することが見出されたのは、その後のことである。既に考察したように、鋳造方法を使用して製造された重合体は、低複屈折である可能性を有している。バックライト拡散用として販売されているＣＬＡＲＥＸ  ＤＲ−１１１Ｃ拡散板は、鋳造プロセスを使用して製造されているものと思われる。様々なサンプルを試行した結果、上で説明した試験セットアップで極めて良好に機能するのは、図３に示すような構造に積層された厚さ０．３ｍｍのＤＲ−８５Ｃのようである。拡散板／偏光子／ＡＲガラスの積層物をＬＣＤに屈折率結合することにより、積層物の著しい改善が観察された（周辺光が存在する状態でＬＣＤのオフ状態が明らかにより黒くなった）。
【００４４】
他の様々な拡散板およびスクリーンを試行したが、高い利得および些細な複屈折を示したのは、ＬｕｍｉｎＯｚ（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｃｕｌｖｅｒ市在所）のＮｉｍｂｕｓスクリーンであった。同じ試験条件を使用して測定したところ、Ｃｌａｒｅｘスクリーンは、真正面で、〜９０ｆＬであり、一方、Ｎｉｍｂｕｓスクリーンは、〜７００ｆＬであった。当然のことではあるが、Ｃｌａｒｅｘは、はるかに大きい立体角で光を分布していた。
【００４５】
また、適切な屈折率整合（「光結合」あるいは単純に「結合」とも呼ばれている）から周辺可読性の著しい改善が得られることが分かっている。当分野で知られているように、適切な結合手法（および必要な材料の供給者）には、（１）２つの基板の間にゲル（Ｎｙｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ、Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ州Ｆａｉｒｈａｖｅｎ在所）もしくは接着剤（Ｎｏｒｌａｎｄ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社、Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ州Ｃｒａｎｂｕｒｙ在所）に挿入する方法、（２）薄膜蒸着を使用して、例えば基板が空気に接触する場合であれば基板の表面に無反射コーティング（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ社、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｓａｎｔａ  Ｒｏｓａ在所）を施す方法、および（３）モスアイもしくは他の適切なナノ構造（Ｒｅｆｌｅｘｉｔｅ、Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ州Ａｖｏｎ在所）を使用して基板の表面を修正する方法がある。とりわけ注目すべきは、通常、屈折率整合は鏡面反射の低減に関係しているため、反直観的な拡散反射率の低減であった。例えば、Ｃｈｏｕらは、欄１２、行３９〜４８で、有利であるのは鏡面反射のみであることを強調している。
【００４６】
「図５および６に示す各実施形態の場合、画像が投写される表面を処理し、鏡面反射を小さくすることが望ましい。一実施形態では、拡散板５０１（図５）の背面もしくは拡散板基板６０２（図６）は、艶消しテクスチャを有するように処理されている。艶消し表面には、鏡面反射を小さくする傾向がある。一実施形態では、スクリーンアセンブリに投写される画像の鏡面反射を小さくする方法の代替として、あるいは追加として、表面にＡＲコーティングを施すことができる。」
本発明の場合、偏光子を通過した後、拡散板の近位面に当たる周辺光（直接源および間接源の両方からの）は、拡散板のバルクによってさらに方向が変化した後、拡散板の遠位面に当たる。遠位面が遠位面に隣接するコンポーネントに屈折率結合されていない場合、周辺光の〜４％がフレネル反射によって拡散板および偏光子を介して観察者に送り返される。拡散板は偏光状態を維持するため、４％のフレネル反射のほとんどが偏光子を介して戻り、高周辺コントラストの損失をもたらしている。したがって高周辺光阻止率を達成するためには、拡散板は、両方の面で屈折率結合されていること（例えば背面投写スクリーンの場合、ＡＲコーティングが施されていること）が好ましい。
【００４７】
解像度の重大な損失を回避するためには、光スタック内における拡散フィーチャを最大厚さ未満（拡散技術によって決まる）に維持しなければならない（例えば米国特許第３，７１２，７０７号の欄５、行３７〜４３には、その中に記述されている拡散フィーチャに対して最大４０ミルが考察されている）。既に言及したように、本明細書において記述されている試験には、０．３ｍｍ（１１．８ミル）ＤＲ−８５Ｃ拡散板が使用されている。直視アプリケーションの場合、スクリーンと液晶層の間の距離が最短化されている（例えば検光子に積層化されている）ことが好ましく、また、コリメーションは、１つのピクセルからの情報と隣接するピクセルとの混合を最小化するには十分である（例えばＹａｍａｇｕｃｈｉが考察しているように）。
【００４８】
投写アプリケーションの場合、すべての色に同じ直線偏光を使用しているプロジェクタにはこのようなスクリーンが最も適していることに留意されたい。「Ｓｃｒｏｌｌｉｎｇ  Ｃｏｌｏｒ  ＬＣＯＳ  ｆｏｒ  ＨＤＴＶ  Ｒｅａｒ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ」（Ｊ．Ａ．Ｓｈｉｍｉｚｕ、ＳＩＤ  ２００１  Ｄｉｇｅｓｔ、１０７２〜１０７５頁）に、このような実施例の１つが記載されている。
【００４９】
図４および５は、本発明の他の実施形態を示したものである。図４には、体積拡散板の使用が、背面投写スクリーンに使用される光スタックに関連して示されている。また、図５には、前面投写スクリーンアプリケーションに使用することができる、本発明による光スタックが示されている。光は、拡散フィーチャを２回通過するため、その厚さは背面投写構成の厚さ以上であってはならず、また、他のすべての物についても同様であることに留意されたい。
【００５０】
Ｌａｎｄの「Ｔｒａｎｓｌｕｃｅｎｔ  Ｓｃｒｅｅｎ」という名称の米国特許第２，２８７，５５６号（この内容は本明細書に組み込まれている）の中で考察されているように、ある程度の非対称拡散を提供するべくＣＬＡＲＥＸスクリーンを変形させることができることは理論化されている。複屈折を誘発する応力を緩和するためには焼きなましプロセスがさらに必要であるが、温度／時間プロファイルは、初期状態への逆戻りが材料に許容されないようなプロファイルであることが好ましい。非対称性を付加する他の方法として、画像化デバイスを射出した後の光の光路にビーム傾斜膜を挿入することも可能である。このような膜には、既に考察した理由と同じ理由で、表面フィーチャではなく、体積フィーチャ（例えば分布屈折率）が使用されることが好ましい。
【００５１】
必要なすべての基準に良好に適合するもう１つのスクリーン技術は、低複屈折と良好に制御された拡散角の両方を提供する体積ホログラフィック技術である。このタイプの技術に関する情報については、参照により本明細書に組み込まれているＵＳ６，４２１，１４８を参照されたい。
【００５２】
さらに、本発明のいくつかの実施形態に関連して、非複屈折電気光学拡散板すなわちＭＥＭＳベースシャッタの可用性を使用することができることが意図されている。例えば、オフ期間の間、周辺光の吸収を促進するべく拡散板が作用するよう、拡散板および画像生成システムをパルス幅変調し、同時にアクティブにすることができる。同様に、オフ期間の間、黒く塗られたＭＥＭＳシャッタを使用して周辺光を吸収することも可能である。フレームシーケンス動作とカラーシーケンス動作の両方が意図されている。米国特許第６，３８８，６６１号「Ｍｏｎｏｃｈｒｏｍｅ  ａｎｄ  ｃｏｌｏｒ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ  ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄｓ」（この内容は、対立が存在しない範囲で本明細書に組み込まれている）に、一時的な画像の形成に関する設計考慮事項が教示されている。
【００５３】
逆反射率
ＵＳ６，０６０，１５７に、周辺光が透明なビーズ基板を通過する際に、内部全反射を介して逆反射様効果がいかにして生じるかが示されている。この逆反射様効果は、ビーズスクリーンおよび非ビーズスクリーンの集合を太陽銃で照射した際に本発明者らによって確証されたものである。ビーズスクリーンは、視線に沿って観察者に向かって戻る、とりわけ望ましくない効果である強力な逆反射を示した。一方、本発明によるスクリーンは、このような望ましくない逆反射効果を示すことはない。
【００５４】
背面散乱
Ｃｈｏｕ（Ｕ．Ｓ．６，１６３，４０２）は、周辺光阻止率を改善するためにいかにして拡散反射を小さくするかについては考察せず、鏡面反射の低減のみを強調している（欄１２、行４４〜４８）。
【００５５】
「図５および６に示す各実施形態の場合、画像が投写される表面を処理し、鏡面反射を小さくすることが望ましい。一実施形態では、拡散板５０１（図５）の背面もしくは拡散板基板６０２（図６）は、艶消しテクスチャを有するように処理されている。艶消し表面には、鏡面反射を小さくする傾向がある。一実施形態では、スクリーンアセンブリに投写される画像の鏡面反射を小さくする方法の代替として、あるいは追加として、表面にＡＲコーティングを施すことができる。」
ＵＳ４，１５３，６５４の欄３、行１〜６に、艶消し表面の正味の効果について、次のように記述されている。
【００５６】
「また、重合体物品には、鏡面反射を小さくするための粗い表面もしくは艶消し表面を持たせることができるが、このような物品によっては、全反射は低減されない。つまり、艶消し仕上げが施された物品の場合、鏡面反射の低減は、拡散反射すなわち散乱の増加を代償として得られる。」
本発明における驚くべき結果は、測定したＣｌａｒｅｘ体積拡散板の拡散反射率が１９．１％で、かつ、ＡＲコーティングが施された２枚のガラス基板が拡散板の両側と屈折率整合した際に発見され、拡散反射率が９．２％に減少した。〜８％のフレネル表面反射の低減に帰し得るのは、このうちのほんの一部に過ぎず、したがって残りの後方散乱成分は表面効果をもたらしている。したがって、本発明によれば、滑らかな表面を製造することによって、あるいは滑らかな基板に光結合させることによって、このような効果が物理的に除去されることが望ましい。
【００５７】
図９は、本発明によるスクリーンの背面の内部全反射（ＴＩＲ）から生成される後方散乱の一部を描写したモデルを示したものである。ＴＩＲは、角度依存位相シフトからなっていることが分かり（例えば、Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ、Ｂ．Ｅ．Ａ．Ｓａｌｅｈ  ａｎｄ  Ｍ．Ｃ．Ｔｅｉｃｈ、Ｗｉｌｅｙ  Ｓｅｒｉｅｓ  ｉｎ  Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ、Ｊ．Ｗ．Ｇｏｏｄｍａｎ、Ｅｄｉｔｏｒ、２０８頁参照）、また、第２の偏光子を追加することにより、スクリーンの透過効率が２０％減少するだけで拡散反射率を１／１．６に低減することができることが分かる。また、ＴＩＲ特性の観点からすると、本発明によれば、この後方散乱成分をさらに低減するべく、スクリーンの背面への相補位相シフトコーティングの提供が意図されている。
【００５８】
Ａｂｉｌｅａｈ（Ｕ．Ｓ．５，６２９，７８４）の場合、空間で間隔を隔てた超微小構造の膜が使用されており、それにより拡散反射を低減している（欄１０、行４１〜４７）。
【００５９】
「また、ＢＥＦ１７は、ディスプレイの前面パネルに当たる周辺光（例えば太陽光）を実質的に平行化し、それにより周辺光を直接パネルに導いているものと思われる。パネルに衝突する周辺光のこの実質的なコリメーションが、本発明の様々な実施形態のディスプレイパネルの鏡面反射率および拡散周辺反射率を実質的に低減している。」
一方、本発明の特定の実施形態の場合、エアギャップを存在させないことが好ましい。
【００６０】
Ａｂｉｌｅａｈは、また、拡散反射を低減するための粗い表面へのＡＲコーティングの使用について、次のように考察している（欄１４、行１６〜２７）。
「拡散板２１の粗い外部表面に無反射膜すなわち無反射コーティング３５を施すことにより、好ましくは鏡面反射と拡散反射の両方に関して、ディスプレイパネルの周辺光反射が減少する。拡散板２１の光発散特性を妨害することがないよう、ＡＲコーティング３５には、拡散板２１の粗い外部表面３３の光散乱のトポグラフィと同様のトポグラフィを持たせることができ、あるいは別法として、図１（ａ）に示すように、拡散板２１の外部の個別ガラス基板上にＡＲコーティング３５を提供することができる。当業者には理解されるように、このようなＡＲコーティングは、本発明の様々な実施形態に任意に提供することができる。」
また、本発明は、Ａｂｉｌｅａｈとは異なり、トポグラフィック形態の露出表面を存在させないことが好ましいスクリーンを提供している。
【００６１】
また、Ａｂｉｌｅａｈは、エアギャップを使用した極めて小さい拡散反射および鏡面反射の測定について、次のように考察している（欄２７、行３０〜５５）。
「実施例８
図３は、この実施例のＡＭＬＣＤの横断面図を示したもので、３Ｍ製のＢＥＦ９０／５０  １７および拡散板２１が前部偏光子１５の内部に配置され、ＢＥＦ１７のファセット１９はＬＣ層９と向い合い、また、ホログラフィック拡散板２１の粗い表面３３は観察者と向い合い、かつ、偏光子１５の内部表面に接触している。拡散板２１は、上で言及したＰＯＣ製１００°／３０°ホログラフィックと同じものである。従来の、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｓａｎｔａ  ＲｏｓａにあるＯＣＬＩ製のＨＥＡ無反射コーティングは、従来の光学接着剤を使用して偏光子１５の外部表面に接着された個別のガラスシートの外部表面に配置されている。ＢＥＦ１７のファセット１９と±５０°の拡散板軸は、水平方向に互いに実質的に平行に整列している。このＡＭＬＣＤの鏡面反射および拡散反射を試験した結果、鏡面反射３０°、約１．９％であり、また、拡散反射３０°、約０．９％であった。これらの周辺反射の結果は優れてはいるが、予期せぬ結果であった。
【００６２】
この実施例は、偏光子１５がパネルから引き離されており、したがってＢＥＦ１７および拡散板２１をパネルの内部に配置することができる点で、上で説明した実施形態とは異なっていることに留意されたい。当然、屈折率整合オイルは、ＢＥＦ１７の両側に隣接して配置されているが、偏光子１５と拡散板２１の間には、屈折率整合オイルは存在していない。」
本発明による体積拡散板をベースとするスクリーンの拡散反射の測定は、より厳格な環境の中で実施された。図１０に示すように、積分球からの拡散光を使用して試験中のスクリーンが照射され、光度計１６０がスクリーンに対して直角に測定し、拡散環境中で人間の目が何を知覚するかをエミュレートしている（逆反射率効果が存在していないにもかかわらず）。Ａｂｉｌｅａｈの場合、光源が平行化され、かつ、スクリーンに対して直角に配置される。また、光度計は、法線から３０度に配置される（Ａｂｉｌｅａｈの図２４参照）。空間で間隔を隔てたＢＥＦ膜からの逆反射、とりわけ空間で間隔を隔てたホログラフィック表面拡散板と組み合わせた場合の逆反射は極めて大きいと考えるのが当然であるため、シミュレートされた太陽光光源からの後方散乱がすべての角度に渡って矛盾なく小さいかどうかは未知である。このことをさらに理解するためには、Ａｂｅｌｉａｈ（ＵＳ５，１６１，０４１）の図８を参照されたい。ランプからの、平らな表面の法線の近くで角柱構造に当たる光線は逆反射し、一方、法線を外れて当たる光線は膜を通過することに留意されたい。また、Ａｂｉｌｅａｈの‘７８４の場合、空間で間隔を隔てたホログラフィック表面拡散板は、そのテクスチャード表面のために大きい拡散反射率を有することになる。したがって、この図１０に示すセットアップに矛盾しないセットアップを使用して拡散測定を実施した場合、Ａｂｉｌｅａｈの拡散反射率の測定値は、もっと大きい値になるものと思われる。
【００６３】
本発明による様々な実施形態のサンプルが製造され、これらのサンプルと市販品および最も一般的な高解像度周辺光阻止スクリーンであるビーズスクリーン（例えばＪｅｎｍａｒ製および３Ｍ製）との間で測定が実施された。ビーズスクリーンには、Ｃｈｏｕ（Ｕ．Ｓ．６，１６３，４０２）の場合のような偏光子が使用されていないことに留意されたい。しかしながら、ブラックマトリックス中に埋め込まれた微小球を有していることは理解されよう。試験の結果、本発明により、良く知られているビーズスクリーンと比較して性能が著しく改善されることが立証された。
【００６４】
もう一度図９を参照すると、一次定性反射モデルは、測定値を推測するために構築されている。拡散板は、単純にモデル化されたものであり、一番左側、中央および一番右側の３つの体積拡散フィーチャを有している。また、使用されている屈折率整合（ＡＲコーティングが施されたカバープレートおよび層と層の間の接着剤）のため、層と層の間のフレネル反射は、極めて大きいと考えられる。
【００６５】
周辺光は、最初に吸収要素（例えば偏光子、三重ノッチフィルタ等）によってフィルタリングされた後、一番左側のフィーチャに当たる。次に、このエネルギーが、高角度後方散乱成分（Ｂ）、狭角度後方散乱成分（Ｃ）、狭角度前方散乱成分（Ｄ）および高角度前方散乱成分（Ｅ）の４つの領域に分散される。個々の領域では、散乱成分は、上部もしくは下部空気界面に当たる前に最初に偏光子を通過する。低角度散乱成分は、空気拘束表面で内部全反射（ＴＩＲ）を介して反射し、一方、高角度散乱成分は、ＴＩＲ角度を超え、スクリーンから射出することができる。上部および下部ＴＩＲ成分（それぞれＦおよびＧ）は、次に、もう一度吸収体を通過して、それぞれ中央および一番右側の散乱サイトに当たる。最後に、再度散乱した成分が上で考察した４つのタイプの領域に分割される。Ｈは、反射モデル中の重要な再散乱成分を示したもので、Ｂと同様、観察者の目に届くことになり、ディスプレイの周辺コントラストを低下させる原因になっている。第２の散乱サイトの後は、光線中に残っているエネルギーは、吸収要素によって著しく減少することが仮定されている。
【００６６】
次に、図１１に示すセットアップを使用して複数のスクリーンサンプルが測定された。光度計と照度計の両方が、積層化されていない、厚さ０．３ｍｍのＤＲ８５Ｃ拡散板、前部および後部屈折率整合ＡＲガラス基板を備えた、厚さ０．３ｍｍのＤＲ８５Ｃ拡散板、および拡散板を一切有さない構造に使用された。図に示すように、サンプルは、平行直線偏光子と交差直線偏光子の間に置かれた。弁別比（平行偏光子を介した測定値を交差偏光子を介した測定値で割った値）は、拡散板が入射偏光を大きくひずませていないことを示している。この弁別比は、光度計を使用して測定した場合、光度計の許容角度が照度計の許容角度よりはるかに小さいため、その値がより大きいことに留意されたい。このことは、「拡散板がない構造」を使用して測定した場合に明らかである。実際には、視角範囲（つまり観察ゾーン）が限定されているアプリケーションにはスクリーンが使用される。既存の拡散板は、照度計によって捕捉されるより広い立体角内における弁別比５．４を立証している。本発明に使用するための拡散板を検定するためには、観察ゾーン全体に渡って少なくとも２：１の弁別比が、情報が符号化された光が光スタックを通過する際の妥当な透過率を保証することになる。これは、とりわけ情報ディスプレイが偏光を透過させ、あるいは反射する場合に、効率の高いスクリーンのための拡散板を選択する場合に特に望ましい特徴である。吸収要素が三重ノッチフィルタである場合、通過帯域で吸収が最小である拡散板を選択することができることに留意されたい。
【００６７】
図１２は、スクリーンの正味効率を推測するために使用された一次定性透過率モデルを示したものである。
図９および１２に示すモデルを構築する場合、既に参照したように、ＴＩＲ光の位相変化が入射角によって変化することを理解した上で、上部基板および下部基板で内部全反射する散乱光の位相関係を考慮する必要がある。したがって、上部表面および下部表面に接触している相補位相シフトコーティングもしくは構造を使用して、次の偏光子に到達する際にそのすべてが吸収されるよう、ＴＩＲ光の位相を調整することができることが意図されている（非ＴＩＲ光の位相は調整しないことが好ましい）。このようなコーティングの設計は、「Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｒｅｔａｒｄｅｒ」という名称のＵＳ４，５３６，０６３（この内容は本明細書に組み込まれている）の利益を引き出している。
【００６８】
図１３は、ある程度の反射および／または拡散周辺照明が存在する環境でのコントラスト比を計算するための単純なモデルを示したものである。３つケースが、３００：１の暗周辺コントラストを示すディスプレイに対して、４８４ルクスの拡散照明および１００ｆＬの反射照明を仮定してモデル化された。この３つのケースは、ディスプレイの照度が変化し（１、１０および１００ｆＬ）、また、ビューイングスクリーンの拡散反射率の度合が変化している（０．６％から６％まで）。
【００６９】
いくつかの点で顕著な価値がある。第１に、３００：１の暗周辺コントラストは、穏やかに照射された周囲の環境に速やかに折れ合っており、スクリーンの周辺光阻止率品質が、画像化デバイスの固有コントラスト比と同様、必ず市場の注目を集めるであろうことを示唆している。第２に、照度を増すことによって確かに周辺コントラスト性能が改善されるが、〜２：１のコントラスト改善は、ビューイングスクリーンの拡散反射率を単純に小さくすることによって、電力の増加を一切伴うことなく達成することができる（Ｙ＝１００ｆＬで、拡散反射率を６％から１．４％まで小さくした場合、２５．７から４９．５までコントラスト比が大きくなる）。
【００７０】
図１４は、スクリーン角分布を測定するための例示的試験セットアップを示したものである。直線偏光ディスプレイデバイスをシミュレートするべく、任意選択の直線偏光子が１組の測定に使用された。プロジェクタもしくは平行バックライトをエミュレートするべく、太陽光シミュレータが平行光源として使用された。図１５は、任意選択の直線偏光子のない複数のスクリーンに対する測定データを示したものである。スクリーンの定義は、次の通りである。
【００７１】
ＡＤＡ−ＡＲ／拡散板／ＡＲ
ＢＭＣ−粒の粗い微小球を備えたブラックマトリックス
ＢＭＦ−粒の細かい微小球を備えたブラックマトリックス
ＡＰＤＡ−ＡＲ／偏光子／拡散板／ＡＲ
ＡＰＤＰＡ−ＡＲ／偏光子／拡散板／偏光子／ＡＲ（偏光子の通過軸は整列している）
このデータに基づいていくつか観察することができる。
【００７２】
−  ＡＤＡ構成は、極めて効率的であり、かつ、周辺光反射率が大きい（９．２％）ため、暗環境に最も適している。
−  粒の粗いビーズスクリーンおよび粒の細かいビーズスクリーンは、同じプロファイルを有している。
【００７３】
−  ＡＰＤＰＡ構成における第２の偏光子による効率の損失は、些細なものである。
−  非ビーズスクリーンは一様な外観を有しており、一方、ビーズスクリーンは、同じ照明条件の下では「汚い」外観を有している。
【００７４】
図１６は、図１５で測定した同じスクリーンに対する測定データを示したものであるが、この場合、任意選択の直線偏光子を備えている。
それぞれＡＰＤＰＡおよびＡＰＤＡに対する約１．７および１．９のオンアクシス利得（すなわち０度における輝度の比）が、ビーズスクリーンと比較して示されている。これは、拡散板がかなりの程度まで偏光を維持し、一方、偏光状態に無関係に吸収する中性濃度ブラックマトリックスがビーズスクリーンに使用されている図１２と関連している。
【００７５】
したがって、偏光を使用しているディスプレイの場合、非ビーズスクリーンは、図１５に関連して上で説明した他の利点については言うまでもなく、効率の点で大きな利点を有している。実際、このレベルの性能の場合、単にこのような非ビーズスクリーンの高周辺コントラストの利点を得るべく、デジタル微小ミラーデバイス（Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓが製造しているＤＭＤなど）システムを備えた偏光源を使用して意図することができる。
【００７６】
図１７のポーラプロットは、図１５および１６の説明では引き出されていない追加情報を示したものである。詳細には、ビーズスクリーンは、右側の列の一番下の２つのポーラプロットの玉子形の性質が例示しているように、直線偏光に対する非一様な角感度を示している。非ビーズスクリーンがこの効果を示すことはない。
【００７７】
本明細書において説明した実験セットアップでは、太陽光シミュレータの前部の偏光子とスクリーンの間の整列は、目によって調整されたものであり、特定の量の精度で調整されたものではないことに留意することが重要である。また、スクリーンと太陽光シミュレータの間の直交性も、目によって調整された。これらの事実は、いくつかのポーラプロットにおける若干のバイアスを説明している。
【００７８】
図１８は、観察者の後方に窓を備えた部屋でビーズスクリーンを備えたディスプレイを観察する際に、逆反射がどのように関係するかを示したものである。主観的な試験を構築するべく、黒い表面の上にスクリーンのアレイが配置され、太陽銃で照射された。非ビーズスクリーン（偏光子を使用している）と同様、ビーズスクリーンは、太陽銃を視線の近くのスクリーンに置くまでの間は良好な周辺光阻止率を有していたが、この時点でビーズスクリーンは極めて大きい反射率を示した。ビーズスクリーンは、市販されているビーズ逆反射シート（例えば道路標識に使用されているようなシート）のように作用していたものと思われる。
【００７９】
ビーズスクリーンがどのように逆反射の原因になっているかについてのより良好な説明として、ＵＳ６，０６０，１５７およびその中の図６および７を参照されたい。反射角は、ビードの屈折率、ビーズの周りのマトリックスおよびビーズがマトリックス中にセットされている深さに影響される。同様に、繊維状要素に逆反射特性を持たせることが知られており（米国特許第４，６９７，４０７号参照）、また、Ｎｏｒｔｈｒｏｐによるビューイングスクリーンのための拡散特性を持たせることが知られている。実質的に球状もしくは円筒形態の要素のアレイを有するものとしてこの２つを一般化することが可能であり、後者は、逆反射成分が観察ゾーン内に導かれるよう、スクリーンの表面に平行に配置される。
【００８０】
また、ファセット化された要素が拡散と逆反射率の両方を示すことが知られている。例えば、「Ｒｅａｒ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｓｃｒｅｅｎ  ｗｉｔｈ  ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ  ｐｒｉｓｍａｔｉｃ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」という名称の米国特許第４，３４０，２７５号は、「Ｒｅｔｒｏｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｓｈｅｅｔｉｎｇ  ａｒｔｉｃｌｅｓ」という名称の米国特許第６，０１２，８１８号に関している。後者には、「幾何学凹所」という用語が導入されている（欄３、行５〜１１）。
【００８１】
「本明細書に使用されているように、「幾何学凹所」という語句は、角柱、角錐突起、キューブコーナ突起など、少なくとも２つの平らなファセットを有する整形突起によって画定された凹所を意味している。この語句には、ホログラフィック膜に存在する突起など、平らなファセットが含まれていない突起によって画定される凹所は含まれていない。」
これらの二重効果拡散／逆反射要素のサイズは光の波長より大きく、したがってスネルの法則に従って光の伝搬が修正されるため、要素が小さくなるにつれて、回折効果によって逆反射が微々たるものになるため、本出願におけるそれらの有用性が明確に失われるわけではないことに留意されたい。
【００８２】
このような二重効果要素を備えたスクリーンの場合であれば、凹所が観察ゾーンに向かって開いている場合に、また、多重ファセット化要素の場合であれば、ファセットに９０度の角度が含まれている場合に影響があるのは、強力な逆反射率のみである。９０度以外の他の角度に対しては、Ｄｒｅｙｅｒ（ＵＳ５，８８９，６１５の図３０および欄１５、行１２〜３８）は、ファセットを「光彩を放つ反射ファセット対」と呼んでいる。つまり、周辺照明の存在下では、これらの「反射構造は、通常、入射光を光源の方向以外の方向に反射し、それにより光彩を放つ効果が提供される」。また、この効果は、ビューイングスクリーンにとっては望ましくない効果である。
【００８３】
このような二重効果要素（球状要素、円筒状要素、ファセット化された要素）の一般化は、規則的な幾何学形態を有する要素として記述することができる。ＣｈｏｕおよびＡｂｉｌｅａｈは、いずれも、このような要素を使用したスクリーンの実施例である。詳細には、Ｃｈｏｕは微小球を使用し、Ａｂｉｌｅａｈは、微小ファセット化（ＢＥＦのような）シートを使用している。以下で考察するように、測定した本発明による逆反射率は、実質的にビーズスクリーンより小さく、したがってこのようなフィーチャが使用されていないことを示している。
【００８４】
本発明によるスクリーンの実施形態は、積層物として最も良好に記述することができる。好ましい実施形態では、ＡＲコーティングが施された基板、偏光子、拡散板、偏光子およびＡＲコーティングが施された基板の５枚のシートが屈折率整合接着剤で結合されているが、これらの５つの層のサブセットを実施することも可能である。
【００８５】
拡散板は、応力が最小であり、したがって応力誘導複屈折が最小化される鋳造シート製品であることが好ましい。
偏光膜自体については、偏光媒体を湿気から保護するべく、積層物として構築することができることが知られている（例えばＵＳ５，９７３，８３４を参照されたい）。
【００８６】
偏光物質を拡散板の両面に積層し、次に、ＡＲコーティングが施された光学膜でアセンブリに蓋をすることによって全体構造の単純化を考慮することができる。さらに単純な手法は、拡散板の両面に偏光子コーティング（例えばＵＳ６，１７４，３９４参照）を利用し、続いて疎水性ＡＲコーティングを施すことであろう。
【００８７】
これらの観察に基づいて、様々な角度でスクリーンに入射する平行源の逆反射を測定するべく、図１９に示す試験セットアップが構築された。平行源１００は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）でコーティングされたガラス基板１５０を介して黒色フロック加工紙２００に平行ビーム１２５を投写している。ＩＴＯは、試験中のスクリーン３００に向かうフレネル反射率を大きくするべく機能し、それにより測定の信号／雑音（Ｓ／Ｎ）を改善している。平行ビーム１２５の中心光線１３５がＩＴＯ基板の中心１５５に当たり、ビーム１４０の一部がフレネル反射を介して試験中のスクリーン３００に向かって導かれ、その一部１４５が反射してＩＴＯ基板を介して光度計４００に戻る。残りの部分は、試験中のスクリーン３００を透過して移動し、黒色フロック加工紙２５０に吸収される。試験中のスクリーン３００は、回転ステージ５００の上に取り付けられており、図２０のプロットで示す測定値が１０度の増分で取得された。黒色フロック加工紙によって測定のＳ／Ｎが著しく改善され、試験セットアップの近傍の壁からの反射による光度計への入射を阻止していることに留意されたい。
【００８８】
図２０は、様々な入射角でビーズスクリーンを照射した場合のビーズスクリーンからの逆反射成分の正規化感度を示したもので、本発明によるＡＰＤＰＡ（ＡＲ層、偏光子、拡散板、偏光子、ＡＲ層）構成に対して測定した正規化感度とは著しく異なっている。詳細には、ＡＰＤＰＡ構成の逆反射率は、ビーズスクリーンの逆反射率の〜５分の１であることが立証されている。
【００８９】
本明細書においては、次の頭字語が使用されている。
ＡＭＬＣＤ    能動マトリックス液晶ディスプレイ
ＤＶＤ        デジタルビデオディスク
ＦＬ          フットランバート
ＬＣＤ        液晶ディスプレイ
ＰＤＬＣ      重合体分散液晶
ＴＡＣ        トリアセチル−セルロース
ＸＧＡ        拡張グラフィックアレイ（すなわち１０２４×７６８カラーピクセル）
本発明の好ましい実施形態についての以上の開示は、実例による説明を目的としたものであり、本発明について余す所なく説明し、あるいは開示した正確な形態に本発明を制限することを意図したものではない。当業者には、上記開示に照らして、本明細書において説明した実施形態に対する多くの変形形態および改変が明らかであろう。本発明の範囲は、特許請求の範囲の各請求項およびそれらの等価物によってのみ定義されるものとする。
【００９０】
また、本発明の代表的な実施形態の説明においては、本明細書は、特定のステップシーケンスとして本発明の方法および／またはプロセスを提供したものと思われるが、その範囲においては、方法もしくはプロセスは、本明細書において示した特定の順序のステップに頼ってはいないため、方法もしくはプロセスは、上で説明した特定のステップシーケンスに限定してはならない。他のステップシーケンスも可能であることは、当業者には理解されよう。したがって、本明細書において示したステップの特定の順序は、特許請求の範囲の各請求項を制限するものとして解釈してはならない。また、本発明の方法および／またはプロセスを対象とした請求項は、書かれている順序におけるステップの性能に限定してはならない。シーケンスは変更が可能であり、かつ、依然として本発明の精神および範囲の範疇であることは当業者には容易に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明による直視アプリケーションのための非複屈折表面拡散板を使用したスクリーンの略図である。
【図２】２６．４２ｃｍ（１０．４”）対角ＸＧＡ解像度ＡＭＬＣＤと共に使用されるバックライトの測定コリメーションを示す図である。
【図３】本発明による直視アプリケーションのための非複屈折体積拡散板を使用したスクリーンの略図である。
【図４】本発明による背面投写アプリケーションのための非複屈折体積拡散板を使用したスクリーンの略図である。
【図５】本発明による前面投写アプリケーションのための非複屈折体積拡散板を使用したスクリーンの略図である。
【図６】本発明によるエアギャップが介在する表面拡散板を使用したスクリーンの略図である。
【図７】本発明によるエアギャップが介在する表面拡散板を使用したスクリーンの他の略図である。
【図８】本発明によるエアギャップが介在する表面拡散板を使用したスクリーンの他の略図である。
【図９】本発明に従って使用される一次反射モデルを示す図である。
【図１０】本発明に関連して使用される試験セットアップおよび本発明に関連して引き出されるデータを示す図である。
【図１１】スクリーン透過率測定セットアップおよび本発明に関連して引き出されるデータを示す図である。
【図１２】本発明に従って使用される一次スクリーン透過率モデルを示す図である。
【図１３】高周辺コントラスト計算に関連する数学モデルおよびデータを示す図である。
【図１４】本発明に関連するスクリーン角プロファイルを解析するための試験セットアップを示す図である。
【図１５】図１４に示すセットアップを使用して試験されたスクリーンから引き出されたデータを示す図である。
【図１６】図１４に示すセットアップを使用して試験されたスクリーンから引き出されたデータを示す他の図である。
【図１７】図１４に示すセットアップを使用して試験されたスクリーンから引き出されたデータを示す他の図である。
【図１８】逆反射を説明するための例示的観察環境を示す図である。
【図１９】本発明に関連する逆反射を測定するための試験セットアップを示す図である。
【図２０】図１９に示すセットアップを使用して試験されたスクリーンから収集されたデータを示す図である。
【図１】
2006500623.tif 000003
【図２】
2006500623.tif 000004
【図３】
2006500623.tif 000005
【図４】
2006500623.tif 000006
【図５】
2006500623.tif 000007
【図６】
2006500623.tif 000008
【図７】
2006500623.tif 000009
【図８】
2006500623.tif 000010
【図９】
2006500623.tif 000011
【図１０】
2006500623.tif 000012
【図１１】
2006500623.tif 000013
【図１２】
2006500623.tif 000014
【図１３】
2006500623.tif 000015
【図１４】
2006500623.tif 000016
【図１５】
2006500623.tif 000017
【図１６】
2006500623.tif 000018
【図１７】
2006500623.tif 000019
【図１８】
2006500623.tif 000020
【図１９】
2006500623.tif 000021
【図２０】
2006500623.tif 000022
【国際調査報告】
2006500623.tif 000023
2006500623.tif 000024
2006500623.tif 000025
2006500623.tif 000026
2006500623.tif 000027
2006500623.tif 000028
2006500623.tif 000029
2006500623.tif 000030
2006500623.tif 000031
2006500623.tif 000032
2006500623.tif 000033
2006500623.tif 000034