(57)【要約】【課題】広い拡散角度領域と均一な拡散光強度分布特性とを両立し、観察角度による明るさの変化の少ない高品位の画像を表示することが可能なプロジェクションディスプレイ用スクリーンを提供する。【解決手段】特定の角度領域内からの入射光を特定の角度領域に拡散させるフィルム（拡散フィルム２）を複数枚重ねてなり、積層するフィルムの拡散角度領域が重複し、プロジェクタ光に対する拡散光強度分布特性が均一なもの、好ましくはスクリーン全面内の面内輝度分布に１つ又は２つ以上の極小値点を有し、かつ、全ての極小値点の値が隣接する最も近い極大値点の値に対して７０％以上になるものであることを特徴とするプロジェクションディスプレイ用スクリーンである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の角度領域内からの入射光を特定の角度領域に拡散させるフィルムを複数枚重ねてなり、積層するフィルムの拡散角度領域が重複し、プロジェクタ光に対する拡散光強度分布特性が均一なものであることを特徴とするプロジェクションディスプレイ用スクリーン。
【請求項２】
重複する拡散角度領域に入射し拡散された光全体の強度が、積層したフィルム全体の拡散光強度の５％以上であることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションディスプレイ用スクリーン。
【請求項３】
プロジェクタ光に対する拡散光強度分布特性が、拡散光強度分布の半値領域内に極小値点を有さないものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクションディスプレイ用スクリーン。
【請求項４】
プロジェクタ光に対する拡散光強度分布特性が、拡散光強度分布の半値領域内に１つ又は２つ以上の極小値点を有し、かつ、全ての極小値点の値が隣接する最も近い極大値点の値に対して７０％以上になるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクションディスプレイ用スクリーン。
【請求項５】
スクリーン内の面内輝度分布特性が、スクリーン全面内の面内輝度分布に極小値点を有さないものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプロジェクションディスプレイ用スクリーン。
【請求項６】
スクリーン内の面内輝度分布特性が、スクリーン全面内の面内輝度分布に１つ又は２つ以上の極小値点を有し、かつ、全ての極小値点の値が隣接する最も近い極大値点の値に対して７０％以上になるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプロジェクションディスプレイ用スクリーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクションディスプレイ用スクリーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リアプロジェクションディスプレイのスクリーンとして広く用いられているレンティキュラスクリーンは、図７に示すように、プロジェクタ１からの拡散光を平行光にするフレネルレンズ１０、平行光を拡散させるレンティキュラレンズ２０、及びこれらを保護する保護板３からなる（例えば非特許文献１参照）。
しかし、レンティキュラスクリーンは、複数の空気界面を有する複雑な構造のため後方散乱が大きいこと、及びレンズの周期構造によりモアレが発生することにより、画像品位が低下するという問題を有する。
【０００３】
また、後方散乱及びモアレ発生の問題を解決するために、レンズや粗面等の表面形状における屈折を利用した拡散ではなく、内部にランダムに配置した微粒子による拡散を利用した拡散フィルムのみを用いて、簡単な構造によりスクリーンを構成し上記問題を解決する方法が提案されている（例えば非特許文献２参照）。
しかし、上記の拡散フィルムは微粒子の配置がランダムであることからガウス分布型の拡散光強度分布特性しか得られず、これにより構成したスクリーンを用いるリアプロジェクションディスプレイは、観察角度により画面の明るさが異なるという問題を有する。
【０００４】
これに対して、表面形状における屈折を利用した拡散を行なわず、かつ拡散光強度分布特性がガウス分布型とならず、特定の拡散角度領域内にほぼ均一に入射光を拡散することができる拡散フィルム（特許文献１）を利用したスクリーンが提案されている（特許文献２）。特許文献２記載のスクリーンを用いたリアプロジェクションディスプレイ光学系の１例を図６に示す。スクリーン８は特許文献１記載の拡散フィルムを複数枚重ね合わせて構成されている。なお、１はプロジェクタ、３は保護板である。
【特許文献１】特開平６−２５３３０３号公報
【特許文献２】特願２００４−１４８６４７
【非特許文献１】K.Ebina,“Optical System Architectures for Rear Projection Screen”SID02DIGEST,p1342-1345(2002)
【非特許文献２】E.Higuchi,“High-Definition Projection Screen:Enhancing Technique of Contrast and Fineness”SID03DIGEST,p882-885(2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献２に記載のスクリーンでは、拡散角度領域を拡大するため拡散フィルムを重ね合わせるにあたり、拡散角度領域内の拡散光強度分布が不均一になるという問題を有する。
そこで、本発明では、広い拡散角度領域と均一な拡散光強度分布特性とを両立し、観察角度による明るさの変化の少ない高品位の画像を表示することが可能なプロジェクションディスプレイ用スクリーンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは前記問題を解決すべく前記拡散フィルムの拡散特性について解析を行い、鋭意検討した結果、前記特許文献１記載の拡散フィルムを複数枚、積層するフィルムの拡散角度領域を重複させて適宜順に重ねるにあたり、拡散角度領域重複幅を調整することにより、拡大後の拡散角度領域内の拡散光強度分布特性を均一なものに制御することが可能であることを見出し、本発明をなした。
【０００７】
すなわち、本発明は以下のとおりである。
［請求項１］  特定の角度領域内からの入射光を特定の角度領域に拡散させるフィルムを複数枚重ねてなり、積層するフィルムの拡散角度領域が重複し、プロジェクタ光に対する拡散光強度分布特性が均一なものであることを特徴とするプロジェクションディスプレイ用スクリーン。
【０００８】
［請求項２］  重複する拡散角度領域に入射し拡散された光全体の強度が、積層したフィルム全体の拡散光強度の５％以上であることを特徴とする請求項１に記載のプロジェクションディスプレイ用スクリーン。
［請求項３］  プロジェクタ光に対する拡散光強度分布特性が、拡散光強度分布の半値領域内に極小値点を有さないものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクションディスプレイ用スクリーン。
【０００９】
［請求項４］  プロジェクタ光に対する拡散光強度分布特性が、拡散光強度分布の半値領域内に１つ又は２つ以上の極小値点を有し、かつ、全ての極小値点の値が隣接する最も近い極大値点の値に対して７０％以上になるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のプロジェクションディスプレイ用スクリーン。
［請求項５］  スクリーン内の面内輝度分布特性が、スクリーン全面内の面内輝度分布に極小値点を有さないものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプロジェクションディスプレイ用スクリーン。
【００１０】
［請求項６］  スクリーン内の面内輝度分布特性が、スクリーン全面内の面内輝度分布に１つ又は２つ以上の極小値点を有し、かつ、全ての極小値点の値が隣接する最も近い極大値点の値に対して７０％以上になるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプロジェクションディスプレイ用スクリーン。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、広い拡散角度領域と均一な拡散光強度分布とを両立させ、観察角度による画面明るさ変化の少ない高品位の画像を表示することが可能なプロジェクションディスプレイ用スクリーンが実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図２に示すように、本発明で用いる拡散フィルム２は、その拡散角度領域６（角度領域β以上α以下：拡散フィルム面の法線を０°とし、該法線より反時計回り方向の角度を正値、時計回り方向の角度を負値とする。）から、入射した光をその反対側の拡散角度領域７（β以上α以下）へ、好ましくは均一に、拡散透過させる拡散特性を有する。このような拡散フィルムとしては、例えば特殊な高分子膜からなり、その内部の異なる屈折率を有する媒体の周期的な構造の影響で、これに入射する光の入射角度の違いにより拡散透過、又は直進透過させる光学特性を有するものがある。ここで拡散光の角度、及び波長に対する光強度分布をほぼ均一にするために、拡散フィルムの厚さは0.1〜１mmが適当である。
【００１３】
図３は、α＝−β＝20°の拡散角度領域を有する拡散フィルムの極角方向に対する拡散光強度分布特性を示しており、同図より、拡散角度領域内にほぼ均一に入射光を拡散させる拡散光強度分布特性を示すこと、及び拡散角度領域内の−10°、0°、及び10°の各角度の方向からの入射光に対してほぼ同様の拡散光強度分布特性を示すことがわかる。このような特定の角度領域内からの入射光を特定の角度領域内に拡散させる拡散光強度分布特性により、プロジェクタ光が観察角度内にほぼ均一に拡散され、観察角度による画面明るさの変化の少ない高品位の画像を表示することができるプロジェクションディスプレイ用スクリーンの実現が可能となる。
【００１４】
拡散フィルム１枚からなる試料と、拡散角度領域を拡大するために３枚の拡散フィルムを拡散角度領域を重複させて重ね合わせた試料との、極角方向に対する拡散光強度分布特性の１例を図４に示す。
ここで、複数の拡散フィルムを重ね合わせた最終的な積層試料の拡散光強度分布特性は、(1)個々の拡散フィルムの拡散光強度分布特性、(2)拡散フィルムの拡散角度領域重複幅、の２つによって決定される。厳密な均一化のためには、(1)と(2)の両方を調整することが必要不可欠であるが、(2)の調整のみを行なうだけでも、次層の拡散フィルムに入射する拡散光の強度を変化させ、最終的な積層試料の拡散光強度分布特性を制御することが可能である。
【００１５】
ここで拡散角度領域を広げるためにオーバラップする（重複させた）拡散角度領域に入射し拡散された光全体の強度が、積層した拡散フィルム全体の拡散光強度の５％以上であることが好ましい。
また、均一な拡散光強度分布特性とは、プロジェクタ光に対する拡散光強度分布が半値領域（最大値の１/２以上の値域に対応する変域）内で極小値点を有さない特性であるとするのが理想的であるが、半値領域内に１つ又は２つ以上の極小値点を有していても、全ての極小値点の値が隣接する最も近い極大値点の値に対して７０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上である特性であるとしても、表示画像の環視に大きな問題はないので、本発明では、このような拡散光強度分布特性も均一なものであるとした。
【００１６】
拡散フィルムの拡散角度領域を定めるα（；α≧０）、β（；β≦０）は、α−β≧２０°を満たすことが好ましい。αが２０°未満である場合にはスクリーンとするのに必要な拡散フィルムの枚数が非常に多くなってしまうという問題が生じる。
拡散フィルムの積層枚数はスクリーン全体で１５枚以下とすることが望ましい。積層枚数が１６枚以上である場合には拡散フィルムによる拡散光の出射位置広がりが大きくなってしまうという問題が生じる。
【００１７】
もっとも、最終的に肉眼観察されるのは、拡散光強度分布ではなく、面内輝度分布である。このため、上記調整により拡散光強度分布特性を均一なものとすることで、面内輝度分布特性を均一なものとすることが重要である。なお、面内輝度分布では、スクリーンの拡散特性だけでなく、プロジェクタの投射光面内分布も重要な項目となる。
ここで、均一な面内輝度分布特性とは、スクリーン内の面内輝度分布がスクリーン全面内に極小値点を有さない特性であるとするのが理想的であるが、スクリーン全面内に１つ又は２つ以上の極小値点を有していても、全ての極小値点の値が隣接する最も近い極大値点の値に対して７０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上である特性であるとしても、表示画像の環視に大きな問題はないので、本発明では、このような面内輝度分布特性も、均一なものであるとした。
【実施例】
【００１８】
特定の角度領域内からの入射光を特定の角度領域に拡散させる拡散フィルムを複数枚積層してなるスクリーンであって、積層するにあたり、スクリーンの拡散光強度分布の均一性に関して何も考慮せずに、拡散フィルムの拡散角度領域を重複させた試料（比較例に相当：以降試料Ａという）と、スクリーンの拡散光強度分布の均一性を考慮して、隣り合うフィルムの拡散角度領域重複幅を調整した試料（本発明例に相当：以降試料Ｂという）の、極角方向に対する拡散光強度分布特性を図５に示す。
【００１９】
試料Ａと試料Ｂの拡散光強度分布特性の比較から、拡散角度領域の重複幅を調整することで、拡大後の拡散光強度分布特性を均一なものに制御することが可能であることがわかる。
次に試料Ａと試料Ｂの面内輝度分布を図１に示す。ここで観察者位置はスクリーン正面とし、スクリーンから観察者位置までの距離は２ｍとした。試料Ａと試料Ｂの面内輝度分布の比較から、拡散角度領域の重複幅を調整することで面内輝度分布特性を均一なものに制御することが可能であることがわかる。
【００２０】
なお、試料Ａはα＝２５°、β＝−２５°の拡散角度領域を有する拡散フィルム、α＝０°、β＝−５０°の拡散角度領域を有する拡散フィルム、α＝５０°、β＝０°の拡散角度領域を有する拡散フィルムの計３枚の拡散フィルムを、この順に、それぞれ拡散角度領域を重複させて貼り合せた試料であり、試料Ｂはα＝２５°、β＝−２５°の拡散角度領域を有する拡散フィルム、α＝５°、β＝−４５°の拡散角度領域を有する拡散フィルム、α＝４５°、β＝−５°の拡散角度領域を有する拡散フィルムの計３枚の拡散フィルムを、この順に、それぞれ拡散角度領域を重複させて貼り合せた試料である。
【００２１】
拡散光強度分布は試料Ａと試料Ｂの小片サンプルをConoScope(Autronic社製)を用いて測定した。また面内輝度分布は４３インチサイズのスクリーンを試作し、これにプロジェクタ(Sony社製QUALIA004)で全面均一な画像を投射し、このときの面内輝度分布をデジタルカメラ(Nikon社製D70)により測定した。
また、（重複する拡散角度領域に入射し拡散された光全体の強度）／（積層したフィルム全体の拡散光強度）の比（百分率）は、試料Ａでは100％、試料Ｂでは100％である。ここで、（重複する拡散角度領域に入射し拡散された光全体の強度）は、最もプロジェクタに近い側に存在する拡散フィルムの出射光拡散角度領域が、拡散角度領域が重複する領域に完全に含まれていることから求まる。このような計算による導出以外に、積分球や３次元拡散特性測定装置を用いても（重複する拡散角度領域に入射し拡散された光全体の強度）を導出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】試料Ａ，Ｂの面内輝度分布特性を示す曲線図である。
【図２】本発明に用いる拡散フィルムの拡散特性の説明図である。
【図３】本発明に用いる拡散フィルムの極角方向に対する拡散光強度分布特性の１例を示す曲線図である。
【図４】本発明に用いる拡散フィルム１枚からなる試料と、同フィルム３枚を拡散角度領域を重複させて重ね合わせた試料との、極角方向に対する拡散光強度分布特性の１例を示す曲線図である。
【図５】試料Ａ，Ｂの拡散光強度分布特性を示す曲線図である。
【図６】特許文献２記載のスクリーンを用いたリアプロジェクションディスプレイ光学系の１例を示す概略図である。
【図７】レンティキュラスクリーンを用いた光学系の１例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  プロジェクタ
２  拡散フィルム
３  保護板
６  拡散角度領域（入射側）
７  拡散角度領域（出射側）
８  スクリーン
１０  フレネルレンズ
２０  レンティキュラレンズ
【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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