(57)【要約】複数のテーパ導波路および導波路の上部に配置される光吸収層を含むが、導波路間の空間を完全に満たしていないため、光吸収層の下の導波路の間に低屈折率の間隙領域を形成する背面投射スクリーンが開示される。低屈折率の間隙領域は、空気または導波路材料より低い屈折率を有する材料を含むことができる。この背面投射スクリーンの構成は、効率を増大させ、より高いコントラストを生じることができるほか、視角、表示非対称性などの所望の特性を有するスクリーンを構成する際にさらなる設計自由度を可能にすることができる。また、記載されている微細構造付き背面投射スクリーンを作製するための方法についても開示される。
2004516525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過性基板上に配置された複数の導波路であって、前記基板付近のより広い後方部分から、前記基板から離れたより狭い前方部分まで先細りになっている導波路と、
隣接する導波路の間に配置され、前記導波路の前方部分またはその付近に位置する光吸収層と、
を含み、
隣接する導波路と前記光吸収層との間で間隙領域を規定し、前記間隙領域が前記導波路より小さい屈折率を有する背面投射スクリーン。
【請求項２】
透過性基板上に複数の導波路を配置する工程であって、前記導波路が前記基板付近のより広い後方部分から、前記基板から離れたより狭い前方部分まで先細りになっている工程と、
隣接する導波路の間であり、前記導波路の前方部分またはその付近に光吸収層を配置し、それによって隣接する導波路と前記光吸収層との間で間隙領域を規定する工程であって、前記間隙領域が前記導波路より小さい屈折率を有する工程と、
を含む、背面投射スクリーンの作製方法。
【請求項３】
前記導波路が、アクリレート、ポリカーボネートまたはエポキシを含む、請求項１に記載の背面投射スクリーンまたは請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記導波路が、一連の平行なリッジを含む、請求項１に記載の背面投射スクリーンまたは請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記導波路が、ポスト状の突出物のアレイを含む、請求項１に記載の背面投射スクリーンまたは請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記導波路が、対称な断面プロファイルを有する、請求項１に記載の背面投射スクリーンまたは請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記導波路が、非対称な断面プロファイルを有する、請求項１に記載の背面投射スクリーンまたは請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記導波路が、拡散体粒子を含む、請求項１に記載の背面投射スクリーンまたは請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記導波路が、最前部に小型レンズをさらに含む、請求項１に記載の背面投射スクリーンまたは請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板が、ポリカーボネート、ガラスまたはポリエチレンテレフタレートを含む、請求項１に記載の背面投射スクリーンまたは請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
前記光吸収層が、バインダー内に分散された光吸収染料または顔料を含む、請求項１に記載の背面投射スクリーンまたは請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
前記光吸収層が、バインダー内にカーボンブラックを含む、請求項１に記載の背面投射スクリーンまたは請求項２に記載の方法。
【請求項１３】
前記光吸収層の上に光透過層が配置される、請求項１に記載の背面投射スクリーンまたは請求項２に記載の方法。
【請求項１４】
前記間隙領域が空気を含む、請求項１に記載の背面投射スクリーンまたは請求項２に記載の方法。
【請求項１５】
前記導波路と前記間隙領域との間の屈折率の差が、約０．３以上である、請求項１に記載の背面投射スクリーンまたは請求項２に記載の方法。
【請求項１６】
前記間隙領域の屈折率に対する前記導波路の屈折率の比が、約１．３以上である、請求項１に記載の背面投射スクリーンまたは請求項２に記載の方法。
【請求項１７】
前記透過性基板に対向する前記投影スクリーンの側に配置された直線偏光子をさらに含む、請求項１に記載の背面投射スクリーン。
【請求項１８】
前記透過性基板に対向する前記投影スクリーンの側に配置された円偏光子をさらに含む、請求項１に記載の背面投射スクリーン。
【請求項１９】
前記透過性基板に対向する前記投影スクリーンの側に配置されたタッチパネルユーザインターフェイスをさらに含む、請求項１に記載の背面投射スクリーン。
【請求項２０】
前記透過性基板がつや消し面をさらに含む、請求項１に記載の背面投射スクリーンまたは請求項２に記載の方法。
【請求項２１】
光吸収層を配置する工程は、前記基板上に配置された前記導波路の上に光吸収材料を押出し成形する工程を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項２２】
前記導波路の上に光吸収材料を押出し成形して、前記導波路の前方部分に局所的な変形を生じ、それによって小型レンズを形成する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
光吸収材料を押出し成形する工程は、前記導波路の上に光吸収材料および実質的に透明な材料を同時押出し成形する工程を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記導波路の上に光吸収材料を押出し成形して、前記導波路の前方部分に局所的な変形を生じ、それによって小型レンズを形成する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記光吸収層を配置する工程は、前記基板上に配置される前記導波路上に前記光吸収層を積層する工程を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項２６】
前記光吸収層は、積層条件下で、約５０，０００ｃｐｓ〜約２００，０００ｃｐｓの範囲の粘度を有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記光吸収層を積層する工程は、前記光吸収層および第２の層を含むように積層構造を積層する工程を含み、積層中、前記光吸収層が前記導波路および前記第２の層の間に配置される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記第２の層が、積層工程後、前記光吸収層から除去することができる剥離層を含む、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、一般に背面投射スクリーンに関し、さらに詳細には、コントラストを増大するために、光がスクリーンおよび光吸収層を通過する導波路に微細構造を組み込んだ背面投射スクリーンに関する。
【０００２】
背景
背面投射スクリーンは一般に、スクリーンの後部に投影される画像を表示空間に透過するように設計されている。投影システムの表示空間は、比較的大きくてもよく（たとえば背面投射型テレビ）、または比較的小さくてもよい（たとえば、背面投射型データモニタ）。スクリーンのさまざまな特性に関して、背面投射スクリーンの性能を記述することができる。スクリーンの性能を記述するために用いられる代表的なスクリーン特性としては、ゲイン、視角、解像度、コントラスト、色およびスペックルなどの望ましくないアーティファクトの存在などが挙げられる。高解像度、高コントラスト、大きなゲインを有する背面投射スクリーンであることが一般に望ましい。また、スクリーンは大きな表示空間にわたって光を拡散することが望ましいと考えられる。残念なことに、１つのスクリーン特性が改善されると、１つ以上の他のスクリーン特性は劣化することが多い。たとえば、スクリーンに対して広範囲の位置に位置している視認者に適応するために、水平視角を変更することができる。しかし、水平視角の増大はまた、特定の用途で必要とされる以上に垂直視角の増大を生じる恐れがあり、そのために全体のスクリーンのゲインが低下する。その結果、特定の背面投射型ディスプレイ用途のために全体的に見て許容可能な性能を有するスクリーンを作製するために、ある種の相殺関係がスクリーン特性および性能に生じる。
【０００３】
発明の概要
一部の背面投射スクリーンは、コントラストを増大するための光吸収材料で満たした導波路の間の空間によって、光が視認者に向かってスクリーンを通過する導波路に微細構造を含む。しかし、そのような構成では、導波路において内部反射される光の一部は、光吸収材料に吸収されるため、消失する可能性がある。こうなる１つの理由は、導波路における光の入射角が導波路材料と光吸収材料との間の屈折率の差を与える導波路における内部反射に必要な臨界角より小さい可能性がある。
【０００４】
本発明において、スクリーンの前部で導波路の間にテーパ導波路および光吸収層を組み込み、空気または別の屈折率の低い媒体からなってもよい導波路の間に間隙空間を生成する背面投射スクリーンが形成される。これにより、全間隙領域が吸収材料で満たされ場合より、導波路／間隙領域においてより大きな屈折率の差を許容することができる。より大きな屈折率の差を用いて、スクリーン効率を増大させ、コントラストをさらに増大し、より大きな視角を提供するなどのスクリーン設計を可能にすることができる。
【０００５】
一態様において、本発明は、透過基板に配置された複数の導波路であって、基板の付近の広い後方部分から、基板から離れた狭い前方部分までテーパーがかかり、次第に細くなっている導波路と、隣接する導波路の間に配置され、導波路の前方部分またはその付近に位置している光吸収層と、を含み、それによって隣接する導波路および光吸収層との間の間隙領域を規定し、前記間隙領域が導波路より低い屈折率を有する背面投射スクリーンを提供する。
【０００６】
別の態様において、本発明は、透過基板に配置された複数の導波路であって、基板の付近の広い後方部分から、基板から離れた狭い前方部分までテーパーがかかり、次第に細くなっている導波路を配置する工程と、導波路の前方部分またはその付近に位置している隣接する導波路の間に光吸収層を配置し、それによって隣接する導波路および光吸収層との間の間隙領域を規定する工程であって、前記間隙領域が導波路より低い屈折率を有するようになっている工程と、を含む、背面投射スクリーンの作製方法を提供する。
【０００７】
詳細な説明
図１（ａ）は、基板１２０上に配置された一連の導波路１１０を含む投影スクリーン１００を示している。あるいは、導波路１１０および基板１２０は、一体であってもよい。導波路１１０は、基板に隣接する後方側面から視認者位置１６０に向けられる前方側面に次第に細くなっている。先細り（テーパー）の程度は、図１（ａ）にθで示された隣接する導波路間の内抱角によって測定することができる。導波路１１０は対称な断面を有するように図示されているが、断面はまた、たとえば一方の側壁が他方の側壁より急勾配であるような非対称であってもよい。さらに、導波路１１０の先細りの壁は、直線であるように図１（ａ）には示されているが、たとえば、凹面または凸面のように湾曲していてもよい。
【０００８】
導波路の前方部分において隣接する導波路の間に、光吸収層１３０がある。光吸収層１３０はスクリーン１００のコントラストを増大し、視認者側（１６０によって表される視認者位置）に存在する周辺光からのグレアを低減する。間隙領域１４０が、隣接する導波路と吸収層との間に存在する。動作中、プロジェクタまたは他の適切なディスプレイからの光１５０がスクリーン１００を経て視認者位置１６０に向かって透過されることができるように、投影スクリーン１００を向けることができる。光は導波路を経て視認者に直接向かってもよく、または導波路側壁から反射された後で、導波路を介して視認者に向かってもよい。
【０００９】
一部の具体的な実施形態において、たとえば、構成に構造的保全性を与えるために、投影スクリーンは、スクリーンの前方側または後方側のいずれか（または両方）に剛性の基板（図示せず）を含むことができる。
【００１０】
本発明において、光吸収層は、導波路の前方部分またはその付近にある層であり、間隙領域を形成する。間隙領域は、任意の特定の材料で満たされる必要はなく、実際には空気または１または約１（１は真空の屈折率である）の屈折率を有する他のそのような気体媒体から構成されることができる。あるいは、間隙領域は非気体材料、好ましくは低屈折率材料で満たされることができる。比較的低い、好ましくは真空の屈折率に近い間隙屈折率を有することによって、導波路の材料に応じて、導波路と間隙領域との間の屈折率の差が比較的大きくなる可能性がある。
【００１１】
臨界角を超える角度で導波路側壁に入射する光の場合には、光は内部全反射されるため、導波路から視認者位置に向かって指向される。間隙領域１４０の屈折率（屈折率ｎｉ）に対する導波路１１０の屈折率（屈折率ｎｗ）の比が大きくなればなるほど、臨界角は小さくなり、光は内部全反射されて、視認者に向かって最小の損失で指向される可能性が高い。これは、スクリーンのスループットおよび効率を増大することができる。簡単のため、および一般性を失わないため、導波路側壁と間隙領域の媒体との間の境界面で遭遇する屈折率比（ｎｗ／ｎｉ）は、本願明細書ではＮで表されるものとする。この用語を用いれば、より広範囲の入射角にわたっている場合であっても、間隙領域への浸透のために、大きな損失を生じることなく、光が内部全反射する可能性が高いため、より大きなＮはより効率的なスクリーンを生じる可能性があるということができる。
【００１２】
より大きなＮはまた、光吸収材料のより高い割合の表面積被覆率を視認者に提供するため、より高いコントラストのスクリーン設計を可能にする。この概念は、図１（ａ）の領域１ｂの拡大図を示している図１（ｂ）を参照することによって理解されることができる。図１（ｂ）は、（入射点において壁に対する垂線から測定される）角度α１でテーパ導波路の壁に入射する光線Ｒを示している。光線Ｒは、導波路を離れる前に、反射されて別の導波路壁に遭遇する。導波路が先細りになっている、すなわち基部で広くなり、上部で狭くなっているため、第２の導波路壁における光線Ｒの入射角α２はα１より小さい。Ｎが十分に大きいのであれば、α１およびα２はいずれも臨界角を超える可能性があり、両方の反射に関して内部全反射（ＴＩＲ）を生じる可能性がある。しかし、Ｎが小さい場合には、α１は臨界角を超える可能性があるのに対し、α２は臨界角より小さい場合がないとは限らない。これらの場合には、ＴＩＲの欠如のために、光線Ｒに類似の光線が第２の側壁に遭遇する前に、導波路を出ることができるように導波路をより短く作製しない限り、一部の光が失われると推測される。
【００１３】
導波路を短くすることは、導波路における非ＴＩＲ反射によって、導波路における複数のはね返りのために、損失を減少させる可能性があるほか、スクリーンの前方において導波路上部に対する光吸収材料の割合領域を減少させる。図１（ｂ）を参照すると、示されている層１３０の一部は、導波路の上部付近で隣接する導波路１１０間のギャップを広げている。導波路の上部が切り取られているのであれば、隣接する導波路間のギャップは小さくなるため、光吸収層の面積被覆率が減少し、コントラストの低下につながると推測される。より大きなＮを与えることによって、本発明の投影スクリーンは、ＴＩＲに関する臨界角が小さいため、（特定のテーパ角度に関して）より高さのある導波路の設計を可能にする。したがって、図１（ｂ）に示されているような複数回の反射状態に適合する。同様に、これは、スクリーンの前方における光吸収層の割合の領域被覆率を増大させることができるため、コントラストが増大する。
【００１４】
効率を向上し、導波路におけるＴＩＲはね返りを可能にすることに加えて、導波路と間隙領域との間のより大きなＮは、より大きな内抱側壁角（たとえば図１のθ）を可能にすると同時に、高いスループットを維持することができる。より大きな側壁角は、上部で隣接する導波路間により広い空間を生じることができ、吸収層のより高い割合の領域を生じ、より高いコントラストを実現することができる。導波路側壁においてこのような大きな屈折率の差がなければ、増大した側壁角は、光が内部全反射しない可能性が高くなる（入射面に対する垂線から測定されるように、より大きな側壁角は所与の光線に関して入射角を減少させる）と推測される。このような効果はＮを増大することによって減じられるため、臨界角を減少させ、より大きな側壁角を可能にすると同時に、ＴＩＲを維持する。１つ以上の次元において視認可能な角度の範囲を増大することが望ましい特性である場合には、より高い側壁角はより大きな視角範囲を可能にすることができる。
【００１５】
比較的大きいＮを有する本発明の投影スクリーンはまた、より高い視角で光強度を実質的に失うことなく、より大きな視角範囲を提供することができる。上述したように、より大きなＮはより小さな臨界角を意味し、光のより広い角度範囲を可能にするため、導波路においてＴＩＲを経験し、強度における実質的な損失を生じることなく、視認者の方に通過する。その結果、視角のより大きな範囲にわたって比較的均一な強度で、より大きな角度範囲の光が投影スクリーンから出ることができる。
【００１６】
導波路１１０は、所望の範囲内の波長で光を実質的に透過し、適切な形状に成形または他の方法で形成されることができる任意の適切な材料であってもよい。たとえば、導波路は、アクリレート、ポリカーボネート、エポキシおよび他の適切な材料から作製されることができる。導波路と間隙領域との間に大きな屈折率比を得るために、導波路は、比較的高い屈折率、たとえば約１．３以上であることが好ましく、約１．４以上であればさらに好ましい。
【００１７】
硬化可能な材料の型による選択重合を用いた材料の接触圧成形、流延、硬化によるか、または導波路構造を残すために、フィルムを形成し、フィルムの一部を選択的に除去することによって、基板上に導波路を形成することができる。導波路の基部または後方部分は形成している基板の面を完全または実質的に被覆するために密に詰めることが好ましい。このように、スクリーンの後方に投影される光の大部分は、視認者に向かって導波路を透過されることができる。
【００１８】
導波路は、特定の用途に適した任意の先細り形状または寸法であってもよい。一般に、導波路は、高さ約５０ミクロン〜約２５０ミクロンであり、最大幅約５０ミクロン〜約８００ミクロンであり、最小幅約１０ミクロン〜約４００ミクロンである。導波路の側壁は先細りであり、平坦であっても湾曲していてもよい。導波路が湾曲している場合には、凹面または凸面に湾曲していてもよい。湾曲した導波路は、区分的直線の導波路を含む。
【００１９】
導波路は可視光（またはスペクトルの他の所望の部分）を実質的に透過することが好ましく、導波路はまた、フィルタリングおよび／またはスクリーンに対してさらにコントラストを与えるために、顔料または染料などの適切な量の着色料を含むことができる。さらに、導波路は、光が導波路を通過する際に、光を散乱および／または拡散するために、粒子、ボイド、位相分散材料または他の適切な要素を含むことができる。そのような「散乱場所」は対称であっても非対称であってもよく、非対称である場合には、たとえば所望の軸に沿って光を優先的に散乱するために、指向されることができる。また、適切な導波路、材料、構成および作製方法については、同一出願人による米国特許出願第０９／３４８，８０９号に記載されており、この開示内容は、完全に再現されたものとして本願明細書に参照によって引用される。
【００２０】
図２は、用いることができる導波路の形状を数例、示している。図１と同様に、図２に示された導波路は、例として対称であるが、非対称の導波路形状も用いることができる。図２（ａ）は、基板２０４に配置されたリブ状の導波路２０２を含む背面投射スクリーン２００を示している。光吸収層２０６は、導波路２０２の前方付近の導波路の間にあって、間隙領域２０８を形成している。リブ状の導波路を用いることによって、非対称の視角を実現することができる。導波路の側壁角を変化させることによって、視角の非対称量を変更することができる。
【００２１】
図２（ｂ）は、基板２２４に配置されたポスト状の導波路２２２を含む背面投射スクリーン２２０を示している。導波路２２２は、正方形の基部を有するように示されているが、任意の適切な形状の基部を用いることができる。光吸収層２２６は、導波路２２２の前方付近の導波路の間にあって、間隙領域２２８を形成している。正方形のポスト状の導波路を用いることによって、視角を対称に成すことができる。さらに、非対称な導波路を作製する場合には、ポスト状の導波路は、別の自由度を提供する。たとえば、垂直スクリーン方向において隣接するポスト状の導波路の間の角度は、水平方向における隣接するポスト状の導波路の間の角度とは異なるように作製することができる。これは、たとえば異なる範囲の垂直視角および水平視角を提供することができる。これは、設計の非対称性に関する１つの自由度である。別の自由度は、たとえば、一方の側に急な壁のテーパを有し、他方の側に浅い壁のテーパを有するポスト状の導波路を設計する際に生じる。これにより、左から右および／または上から下に視角の差を実現することができる。「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上」、「下」なる用語は、例示のために、具体的には図２（ｂ）に関して用いられ、本発明の範囲を限定するものと理解すべきではない。複数の設計の自由を提供するほか、ポスト状の導波路を用いることにより、図２（ｂ）から分かるように、光吸収層２２６によって覆われたスクリーン２２０の前方領域の大部分を実現することができる。これにより、高いコントラストおよびグレアの低減を実現することができる。
【００２２】
図２（ｃ）は、基板２４４上に配置された円錐状の導波路２４２を含む背面投射スクリーン２４０を示している。図２（ｂ）とは異なり、導波路２４２は、円形の基部を有するように示されている。光吸収層２４６は導波路２４２の前方付近にあって、間隙領域２４８を形成している。この場合も同様に、スクリーン２４０の前方領域の大きな割合が光吸収層２４６によって覆われ、高いコントラストおよびグレアの低減を実現している。
【００２３】
たとえば、六角形の配置構成などのポストを密に詰めた配置構成を用いることによって、ポスト状の導波路を用いる場合には、スループットを増大させることができる。
【００２４】
再び図１に戻ると、基板１２０は、所望の範囲の波長を実質的に透過し、任意にスクリーンに所望の機械的保全性を与えることができる任意の適切な材料であってもよい。適切な材料の例としては、ポリカーボネート、ガラス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）および他の適切な基板材料が挙げられる。基板１２０は、導波路１１０に用いられるのと同一の材料であってもよく、導波路および基板が一体であるように、導波路と同時に形成されてもよい。あるいは、導波路は、導波路の成形中、または積層接着剤（たとえば、光学的に透明な接着剤）を用いることによって基板に接合されてもよい。さらに、導波路は、流延硬化法によって、基板上に形成されてもよい。基板１２０は、導波路１１０の屈折率とほぼ同様の屈折率を有することが好ましい。
【００２５】
画像光源からグレアを削減するために、基板の後面、すなわち、導波路から離れるように指向される基板の面を艶消し面にすることが望ましい場合がある。用いられる特定の構成に応じて、基板の後面がつや消し面でない場合には、画像生成装置からの一部の光は基板の後部から鏡面反射されることができ、意図したものではなく、異なる位置でスクリーンの方へ戻すように再指向されることができる。これにより、ゴーストイメージの形成を生じる可能性がある。
【００２６】
吸収層１３０は一般に、バインダー内に分散される光吸収材料の混合物を含む。適切な光吸収材料としては、カーボンブラック、黒い染料または他の黒っぽい染料などの光吸収染料、光吸収顔料または他の黒っぽい顔料および他の適切な材料が挙げられる。適切なバインダーとしては、熱可塑性樹脂、放射線硬化アクリレートまたは熱硬化性アクリレート、エポキシ、シリコーンを基剤とした材料または他の適切なバインダー材料が挙げられる。分散剤、界面活性剤、粘度調整剤、硬化剤などの他の材料も含むことができる。好ましい構成では、光吸収層によって接触される導波路壁領域の割合は、比較的小さい。したがって、光吸収層および導波路の相対屈折率に関する問題はあまりない。吸収層１３０が投影スクリーン１００の最外層である場合には、つや消しテキスチャを有する外面（視認者に向いた面）を設けることが望ましい場合がある。これにより、特に周辺光からの間接的な反射によるグレアを低減することができる。場合によっては、光吸収層１３０は、投影スクリーン１００の最外層ではない。たとえば、直線偏光子または円偏光子などの偏光子、つや消し基板、他の望ましいフィルム、構成部材または素子を最外層として設けることができる。そのような他の要素は、望ましい光学的特性、審美的特性、機械的特性および／または化学的特性のほか、さらなる機能性（たとえば、タッチパネルユーザインターフェイス）を提供することができる。
【００２７】
吸収層１３０は、さまざまな方法で導波路１１０上に配置されることができる。たとえば、光吸収層は、導波路上部に直接、押出し成形されてもよい。光吸収層材料が導波路の前方に残り、間隙領域を満たさないように、導波路の上への適切な吸収層材料の押出し成形を実現することができる。導波路間の間隙領域を満たすことなく、吸収層材料を押出し成形するための能力は、導波路の寸法（具体的には、導波路の前方部分における導波路間の距離）、押出し成形される光吸収層の厚さ、押出し成形中の光吸収層の粘度および／または導波路基板の温度に左右される。押出し成形法が用いられる場合には、熱可塑性吸収層材料が導波路の上に押出し成形され、光吸収層材料が間隙の谷に流れ込んで染み込まないように、熱可塑性吸収層材料は導波路と接触する際に十分に迅速に冷却することが好ましい。
【００２８】
場合によっては、光吸収層が導波路の上に押出し成形されるとき、残余量の光吸収層は、光が視認者に向かって射出する導波路の上部に依然として残っている可能性もある。場合によっては、望ましくないことに、残留吸収層における光の吸収のために、視認者に向かって指向される光の強度を低下させる恐れがある。次に、導波路層の上に透明層および光吸収層を同時押出し成形し、透明層を視認者位置に向けることが望ましい場合がある。その結果が、図３に示されているような結果であってもよく、背面投射スクリーン３００は、基板３２０に配置された複数の導波路３１０を含み、また、導波路３１０の前方部分には同時押出し成形二重層３３０が配置される。二重層３３０は、光吸収層３３２および透明層３３４を含む。図示されているように、二重層３３０の一部は、導波路の上部を覆っている。二重層の上層は透明であるため、二重層は導波路の上に押出し成形されることができることから、導波路の上部を覆っている二重層の一部は、光吸収層ではなく、透明層の一部である。二重層は、間隙領域３４０が隣接する導波路３１０と光吸収層３３２との間に形成されるように十分に薄いことが好ましい。また、境界面の反射による強度の損失を低減するために、透明層３３４は、導波路とほぼ同一の屈折率を有することが好ましい。
【００２９】
「透明層」なる用語が用いられる場合、所望の範囲の波長における光を実質的に透過する任意の適切な材料を用いることができることを理解すべきである。また、コントラストを増大するため、および／または光が導波路を出るときに、光を拡散または散乱するための材料を透明層は含むことができることも考慮すべきである。さらに、透明層がスクリーンの最外層である場合には、透明層は、たとえば周辺光の反射によるグレアを低減するために、つや消し外面を設けることができる。
【００３０】
導波路の上に光吸収層を押出し成形を用いて、導波路の前方部分の形状を変更することができる。たとえば、導波路が、光吸収層を押出し成形するために用いられる温度で柔らかくなる熱可塑性材料から構成される場合には、導波路と押出し成形された吸収層との接触部は、導波路の上部を「茸（マッシュルーム）」状にすることができる。これは、図４において分かる。図４は、基板４２０上に配置された一連の導波路４１０を含む背面投射スクリーン４００を示している。吸収層４３０は熱可塑性導波路４１０の上に押出し成形されており、その結果、導波路４１０の上部は柔らかくなって、小型レンズ４１２を形成する。小型レンズ４１２の形成を用いて、光が視認者に向かって導波路を出るとき、１つ以上の方向における光の角分散を変化させることができる。押出し成形された吸収層が導波路を柔らかくするほど熱い場合には、光吸収層は、隣接する導波路４１０と光吸収層４３０との間に間隙領域４４０を維持するほど十分、急速に冷却することが好ましい。
【００３１】
図５は、図４と類似の状況を示しており、押出し成形された「層」が光吸収材料５３２および透明材料５３４の二重層５３０である。スクリーン５００は、基板５２０上に配置された導波路５１０を含む。導波路５１０は、二重層５３０の押出し成形中に、その前方部分に形成された小型レンズ５１２を有する。小型レンズ５１２と視認者との間の依然として残っている二重層５３０の一部が透明層５３４であるように、二重層５３０を押出し成形することができる。間隙領域５４０は、隣接する導波路５１０と吸収層５３２との間に形成されることが好ましい。
【００３２】
熱可塑性導波路の上への光吸収層の押出し成形以外の方法によって、投影スクリーンにおけるテーパ導波路の前方部分にある小型レンズを形成することができる。たとえば、基板上に配置された一連のテーパ熱可塑性導波路を含むスクリーンを形成することができる。次に、導波路の間の空間に、光吸収材料を満たすことができる。次いで、組立品がニップロール、任意に加熱ニップロールを通過するようにすることによって、導波路の上部部分を再整形することができ、導波路の上部を「茸状」にして、小型レンズを作製する。小型レンズを作製するこの方法の変形、上述した押出し成形法および小型レンズの作製またはテーパ導波路の再整形の他の適切な方法が、本発明において検討される。
【００３３】
押出し成形以外の方法によって、本発明の投影スクリーンにおいて導波路上に吸収層を形成することができる。たとえば、光吸収層を導波路の上に積層または他の方法で押圧することができる。たとえば、図６は、基板６２０上に配置された一連のテーパ導波路６１０を含む投影スクリーン６００を示している。「積層組立品」６３０を形成するために、光吸収層６３２はキャリア層６３４上に被覆されることができ、または他の方法で配置されることができる。次いで、積層組立品６３０は、導波路上部に接触している光吸収層６３２によって、導波路６１０の上に積層（または押圧）されることができる。周囲の領域に導波路上部およびキャリア層との間の吸収層材料を押出すことができるように、光吸収層は、積層中、少なくともある程度の流動性を有することが好ましい。たとえば、光吸収層は、圧力および／または熱の印加によって、ある程度流れることができる熱溶融型接着剤を含むことができる。別の例として、光吸収層は、硬化前に導波路上に押圧されることができ、紫外光などの適切な放射線に露光することによって、導波路上で硬化されることができる放射線硬化可能な材料を含むことができる。
【００３４】
積層中、光吸収材料の粘度は、望ましい態様で導波路上に光吸収層を積層する能力に影響を及ぼし得る。粘度が低すぎる場合には、望ましくないことに、光吸収層材料は導波路間の溝に流れ込む恐れがある。粘度が高すぎる場合には、導波路の上部における空間から光吸収層材料を押出すことが困難である可能性がある。光吸収材料の粘度は、積層温度において、約５０，０００ｃｐｓ〜約２００，０００ｃｐｓであることが好ましい。光吸収層が導波路上に積層されることになっている例示の場合には、光吸収層材料の粘度は、積層温度で約１００，０００ｃｐｓである。
【００３５】
任意に、接着を促進するために、導波路上部と光吸収層との間に接着剤を用いることができる。キャリア層６３４は除去可能であってもよく、スクリーンに関して残ったままであってもよい。キャリア層がスクリーンの一部として残ったままである場合には、キャリア層は所望の範囲内の波長の光を実質的に透過し、キャリア層の屈折率が導波路とほぼ同一の屈折率であることが好ましい。任意に、キャリア層は、コントラスト強化、光の拡散または散乱などのための材料を含むことができる。キャリア層がスクリーンの最外層として残ったままである場合には、グレアを低減するためにつや消し面を備えていてもよい。上述したように、直線偏光子または円偏光子などの他の要素、剛性基板、タッチパネル、所望の特性および／または機能性を提供することができる任意の他の適切な要素も追加することができる。
【００３６】
実施例
本発明の目的および利点は、以下の実施例によってさらに説明されるが、これらの実施例に記載された特定の材料およびその量ならびに他の条件および詳細は、本発明を過度に限定するものと考えるべきではない。
【００３７】
実施例１
背面投射スクリーンは、以下の方法で作製された。
【００３８】
図２（ａ）に示され、図１（ａ）に示されたような断面を有するようなリブ状の導波路は、以下の手順によって作製された。樹脂配合物は、ウレタンアクリレートオリゴマー８０重量％および２−フェノキシエチルアクリレート２０重量％から構成された。樹脂の屈折率は、約１．５１であった。次に粒子が樹脂配合物に混合された。粒子は、エチルメタクリレートおよびポリスチレンの共重合体ブレンドであり、屈折率は約１．５４であった。約０．５ミクロンの標準偏差で、平均粒径は約５ミクロンであった。樹脂に対して１５重量％の粒子配合量が用いられた。粒子は、高せん断配合機を用いて、十分に分散された。光開始剤が樹脂の２重量％の量だけ混合物に添加された。
【００３９】
次に、所望のリブ導波路寸法に対応する寸法の窪みを有する金型で注型された。厚さ約０．２５ｍｍのポリカーボネートフィルム（Ｂａｙｅｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されている）が成形中の樹脂の上部に貼付され、ローラを用いて所定の位置で押圧された。成形中のパターンがランドを形成すると推測される過充填を生じることなく満たされるように、余分な樹脂が除去された。続いて、樹脂は所定の位置で硬化され、ポリカーボネート基板に接着された。基板および硬化された母材が、再利用のために、清潔な金型を残す道具から除去された。結果として生じたリブ状の導波路は、基板から測定すると、高さ約２５０ミクロンであり、基部において幅約１６２ミクロンであり、内抱側壁角１８．５°であり、対称な断面を備えていた。リブの上部の幅は約８１ミクロンであったため、光吸収層の塗布時に、スクリーンの前方における吸収材料の比例被覆率は、スクリーンの総面積の約０．５であった。
【００４０】
次に、光吸収材料が、リブ状の導波路の上に押出し成形された。押出し成形可能な光吸収材料用のバインダーは、商品名Ｂｙｎｅｌ  ３１０１でＤｕＰｏｎｔから市販されている酸／アクリレート改質エチレンビニルアセテートポリマーであった。押出し成形の場合には、歯車ポンプおよび６インチのダイを備えた４分の３インチの多目的一軸スクリューＫｉｌｌｉｏｎ押出し成形機が用いられた。押出し成形機には合わせて４つの領域があり、それぞれ１７０℃、１７９℃、１９０℃、１９８℃の温度に保たれた。ダイの温度は、２１９℃に保たれた。バインダーに対して約１重量％の濃度のカーボンブラックペレットを実現するために、ポリエチレン／カーボンブラック濃縮ペレットが、バインダーに添加された。押出し成形可能な光吸収材料を形成するために、ブラックペレットは、押出し成形機の一軸スクリューにおいてバインダーペレットと混合された。約２．３ｃｍ／秒（約４．５フィート／分）で厚さ約５０ミクロンのフィルムを作製するために、７．０ｒｐｍに設定された歯車ポンプによって、一定のスループットが維持された。ギャップは、約０．４ｍｍ（または１５ミル）に設定された。光吸収材料が、リブに平行である移動方向に関して、リブ状の導波路の上部に押出し成形された。導波路の上部に依然として残っているごくわずかな光吸収材料および得られたスクリーンが、図１（ａ）に示されているものと類似であった。
【００４１】
得られたスクリーンのサンプルは、ピークゲイン２．２０、水平視角４６．５°（水平視角＝２分の１ピークゲインの点で測定されたリブに垂直な方向における角度方向の視認範囲）、垂直視角１８°（垂直視角＝２分の１ピークゲインの点で測定されたリブに平行な方向における角度方向の視認範囲）であると測定された。スクリーンの総透過率は、約７２％であった。
【００４２】
実施例２
背面投射スクリーンは、以下の方法で作製された。
【００４３】
一連の平行なリブ状の導波路は、実施例１と同様のポリカーボネート基板上に形成された。導波路および基板は、実施例１で報告したものと同一の材料および同一の寸法であった。
【００４４】
次に、以下の光吸収コーティング配合物が、重量測定および混合された。ウレタンアクリレート）Ｓａｒｔｏｍｅｒ，Ｅｘｔｏｎ，ＰＡから商品名ＣＮ９６３Ｅ７５で市販されている）１０ｇ、カーボンブラック分散物（Ｐｅｎｎ  Ｃｏｌｏｒ，Ｄｏｙｌｅｓｔｏｗｎ，ＰＡから市販されている）０．５ｇ、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）５ｇ、光開始剤（Ｃｉｂａ  Ｇｅｉｇｙ，Ｈａｗｔｈｏｒｎｅ，ＮＹから商品名Ｄａｒａｃｕｒｅ  ４２６５で市販されている）０．２ｇであった。配合物は、厚さ約０．１３ｍｍのポリエステルフィルム上にコーティングされた。配合物のコーティングは、ワイヤラップロッドを用いて行われた。結果として生じたコーティングは、未乾燥時の厚さ約５５ミクロンであった。コーティング後、フィルムは、ＭＥＫを気化するために空気乾燥された。コーティングの乾燥時の厚さは、約３８ミクロンであった。
【００４５】
次いで、乾燥した光吸収コーティングが、リブ状の導波路の上部に室温で積層された。積層は、２つのゴムロールを有するニップロールを用いて行われた。次に、光吸収コーティングを硬化するために、積層構造物が約０．７ジュール／ｃｍ２の照射量でＦｕｓｉｏｎ  Ｄランプを用いて紫外線に露光された。得られたスクリーン構造物は、図６に示されたものと類似であった。スクリーンのサンプルは、ピークゲイン３．２、水平視角２８°、垂直視角１７°、総スループット６８％であると測定された。
【図面の簡単な説明】
【図１（ａ）】
本発明による背面投射スクリーンの概略部分断面図である。
【図１（ｂ）】
図１（ａ）の領域１ｂの拡大図である。
【図２（ａ）】
本発明による背面投射スクリーンの概略部分斜視図である。
【図２（ｂ）】
本発明による背面投射スクリーンの概略部分斜視図である。
【図２（ｃ）】
本発明による背面投射スクリーンの概略部分斜視図である。
【図３】
本発明による背面投射スクリーンの概略部分断面図である。
【図４】
本発明による背面投射スクリーンの概略部分断面図である。
【図５】
本発明による背面投射スクリーンの概略部分断面図である。
【図６】
本発明による背面投射スクリーンの概略部分断面図である。
【国際公開パンフレット】
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2004516525.tif 000004
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【国際調査報告】
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