JP2006221070A

JP2006221070A - 反射型スクリーン

Info

Publication number: JP2006221070A
Application number: JP2005036238A
Authority: JP
Inventors: Shinjiro Umeya; 慎次郎梅屋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2006-08-24

Abstract

【課題】巻取り方式とせずに常にスクリーンとして設置した状態での圧迫感を低減することのできる反射型スクリーンを提供する。
【解決手段】選択反射特性を有する選択反射シート（基板１１，光学多層膜１２）を備える反射型スクリーン１０において、高分子マトリクス中に液晶の微小粒子が分散して固定されている高分子分散液晶層Ａが透明導電膜ａを有する２枚の透明基板で挟まれてなり、前記選択反射シートの一方の面上に配置される光拡散層１３と、高分子マトリクス中に液晶及び黒色の二色性色素を含む微小粒子が分散して固定されている高分子分散液晶層Ｂが透明導電膜ｂを有する２枚の透明基板で挟まれてなり、前記選択反射シートの他方の面上に配置される光吸収層１４とを備え、光拡散層１３の透明導電膜ａ間、光吸収層１４の透明導電膜ｂ間それぞれに電圧が印加されてそれぞれの高分子分散液晶層Ａ，Ｂを光透過状態とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、明光下でもプロジェクタ光による投影画像が高コントラストであり、且つ色再現性の優れた選択波長反射型の光学多層膜を備えた反射型スクリーンに関する。

近年、会議等において発言者が資料を提示する方法としてオーバーヘッドプロジェクタやスライドプロジェクタが広く用いられている。また、一般家庭においても液晶を用いたビデオプロジェクタや動画フィルムプロジェクタが普及しつつある。これらプロジェクタの映写方法は光源から出力された光を、例えば透過形の液晶パネル等によって光変調して画像光を形成し、この画像光をレンズ等の光学系を通して出射してスクリーン上に映写するものである。

例えばスクリーン上にカラー画像を形成することができるフロント・プロジェクタは、光源から出射された光線を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色の光線に分離して所定の光路に収束させる照明光学系と、この照明光学系によって分離されたＲＧＢ各色の光束をそれぞれ光変調する液晶パネル（ライトバルブ）と、液晶パネルにより光変調されたＲＧＢ各色の光束を合成する光合成部とを備え、光合成部により合成したカラー画像を投射レンズによりスクリーンに拡大投影するようにしている。

また、最近では光源として狭帯域三原色光源を使用し、液晶パネルの代わりにグレーティング・ライト・バルブ（ＧＬＶ：Grating Light Valve）を用いてＲＧＢ各色の光束を空間変調するタイプのプロジェクタ装置も開発されている。

また、上述したようなプロジェクタにおいては、投影像を得るために投影用スクリーンが用いられるが、この投影用スクリーンには大別して、スクリーンの裏面から投影光を照射してスクリーンの表面から見る透過型のものと、スクリーンの表側から投影光を照射して当該投影光のスクリーンでの反射光を見る反射型のものとがある。
いずれの方式にしても、視認性の良好なスクリーンを実現するためには、明るい画像、コントラストの高い画像が得られることが必要である。

しかしながら、フロント・プロジェクタは、自発光型ディスプレイやリアプロジェクタとは異なり、例えばＮＤフィルターを用いて外光の映り込みを低減することができず、反射型スクリーン上の明所コントラストを高くすることが困難であるという問題があった。

この問題に対して、マトリクス法に基づいたシミュレーションにより誘電体多層膜の各光学膜の膜厚が設計され、特定波長領域の光に対して高反射特性を有し、少なくとも該波長域光以外の可視波長域光に対しては高透過特性を有する誘電体多層膜からなる光学薄膜（光学多層膜）を備えた反射型スクリーンが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、図１に示すように、ディッピングなどのウェット法により形成される、特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、前記特定の波長領域以外の少なくとも可視波長領域に対して高透過特性を有する２ｎ＋１（ｎは１以上の整数である。）層からなる光学多層膜１２を備えた反射型スクリーンが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。このスクリーンでは、光拡散層９３として拡散材の分散あるいは塗布により形成されたシート、マイクロレンズアレイ、回折格子等が使われている。また、光吸収層９４としてカーボン等の黒色粒子の塗布により形成されたものが使われている。

上記スクリーンにおいて、光学多層膜はいわゆる波長帯域フィルターとしての役割を果たし、この光学多層膜の作用により特定波長領域の光はその大部分が反射される。また、例えば外光が入射した場合には、特定波長領域以外の大部分が光学薄膜を透過し、ほとんど反射することがない。

このように、上記反射型スクリーンでは、特定波長の光のみを選択的に反射することができ、通常のスクリーンに比べて相対的に外光の反射を抑えることができるため、スクリーン上に形成される画像のコントラストの低下が抑制されるとともに外光の映り込みが効果的に低減され、明るい画像を得ることができる。また、この反射型スクリーンでは、映写環境が明るい場合においても明瞭な画像が得られ、映写環境の明るさに影響されずに明瞭な画像を得ることができる。とくに、ＧＬＶなど光源のスペクトルが急峻で、スクリーンの特定波長反射率の半値幅に対して光源スペクトルの半値幅が狭い場合に、きわめて高いコントラストが得られ、光源側の持つ能力を十分発揮させることが出来る。

特開２００３−２７０７２５号公報特開２００４−３４１４０７号公報

しかしながら、前記スクリーンにおいて画像表示をしていないときには、スクリーンは黒色の画面として見えるため、そのままでは存在感が大きく、とくに白色系の壁の部屋の中にそのスクリーンを置くと圧迫感を感じる要因となっていた。

その対策として、スクリーンを巻取り方式にすることが挙げられるが、今度は巻き癖対策等の新たな対策が必要となった。また、巻取り方式には、巻き上げ／引き降ろしに時間が掛かる、高級感が失われる、天井近くの高い部分にコンセントが必要である、等の問題もあり、好みが分かれるところである。

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、巻取り方式とせずに常にスクリーンとして設置した状態での圧迫感を低減することのできる反射型スクリーンを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために提供する本発明は、特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、前記波長領域以外の少なくとも可視波長領域に対して高透過特性を有する選択反射シートと、高分子マトリクス中に液晶の微小粒子が分散して固定されている高分子分散液晶層Ａが透明導電膜ａを有する２枚の透明基板で挟まれてなり、前記選択反射シートの一方の面上に配置される光拡散層と、高分子マトリクス中に液晶及び黒色の二色性色素を含む微小粒子が分散して固定されている高分子分散液晶層Ｂが透明導電膜ｂを有する２枚の透明基板で挟まれてなり、前記選択反射シートの他方の面上に配置される光吸収層とを備える反射型スクリーンであって、前記光拡散層の透明導電膜ａ間，光吸収層の透明導電膜ｂ間それぞれに電圧が印加されてそれぞれの高分子分散液晶層Ａ，Ｂが光透過状態となることを特徴とする反射型スクリーンである。

ここで、前記光拡散層は、前記透明導電膜ａ間に前記高分子分散液晶層Ａが光透過状態となる電圧よりも低い電圧が印加され、あるいは電圧が印加されないことにより、前記選択反射シートが反射した光を拡散して出射することが好ましい。

また、前記光吸収層は、前記透明導電膜ｂ間に電圧が印加されないことにより、前記選択反射シートの透過光を吸収することが好ましい。

本発明によれば、反射型スクリーンを使用しないとき、すなわちスクリーン上に画像を表示しないときには、光拡散層及び光吸収層を透過状態にすることにより、該反射型スクリーンに入射する外光は反射型スクリーンを構成する層すべて（光拡散層、光学多層膜、光吸収層）を透過するため、外見上透明のスクリーンとなり、そのまま配置していても存在感を低減することができる。また、スクリーン上に画像を表示するときには、光拡散層が従来のように光拡散機能を有し、光吸収層が従来のように光吸収機能を有するようにコントロールされるため、高コントラストで、視認性及び色再現性の優れた画像を鑑賞することができる。

以下に、本発明に係る反射型スクリーンの構成について説明する。
図２は、本発明に係る反射型スクリーンの構成を示す断面図である。
図２に示すように、反射型スクリーン１０は、基板１１の両面上にプロジェクタ光の波長領域のうち、ＲＧＢ三原色の各色の光の波長領域の光に対して反射特性を有し、前記波長領域以外の光に対しては透過特性を有する光学多層膜１２が設けられた選択反射シートと、選択反射シートの一方の主面（光学多層膜１２の最外層）上に配置された光拡散層１３と、選択反射シートの他方の主面（光学多層膜１２の光拡散層１３が配置される面とは反対面）上に配置された光吸収層１４とを備える。本発明では光拡散層１３、光吸収層１４に特徴を有する。

基板１１は透明であり、透明フィルム、ガラス板、アクリル板、メタクリルスチレン板、ポリカーボネート板、レンズ等の所望の光学特性を満足するものであればよい。光学特性として、上記基板１１を構成する材料の屈折率は１．３〜１．７、ヘイズは８％以下、透過率は８０％以上が好ましい。また、基板１１にアンチグレア機能をもたせてもよい。

透明フィルムはプラスチックフィルムが好ましく、このフィルムを形成する材料としては、例えばセルロース誘導体（例、ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、プロピオニルセルロース、ブチリルセルロース、アセチルプロピオニルセルロース及びニトロセルロース）、ポリメチルメタアクリレート、メチルメタクリレートと他のアルキル（メタ）アクリレート、スチレンなどといったビニルモノマーとの共重合体などの（メタ）アクリル系樹脂；ポリカーボネート、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート（ＣＲ−３９）などのポリカーボネート系樹脂；（臭素化）ビスフェノールＡ型のジ（メタ）アクリレートの単独重合体ないし共重合体、（臭素化）ビスフェノールＡのモノ（メタ）アクリレートのウレタン変性モノマーの重合体および共重合体などといった熱硬化性（メタ）アクリル系樹脂；ポリエステル、特にポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートおよび不飽和ポリエステル；アクリロニトリル−スチレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが好ましい。また、耐熱性を考慮したアラミド系樹脂の使用も可能である。この場合には加熱温度の上限が２００℃以上となり、その温度範囲が幅広くなることが予想される。
プラスチックフィルムは、これらの樹脂を伸延あるいは溶剤に希釈後フィルム状に成膜して乾燥するなどの方法で得ることができる。厚さは剛性の面からは厚いほうがよいが、ヘイズの面からは薄いほうが好ましく、通常２５〜５００μｍ程度である。

また、上記プラスチックフィルムの表面がハードコートなどの被膜材料で被覆されたものであってもよく、無機物と有機物からなる光学多層膜の下層にこの被膜材料を存在させることによって、付着性、硬度、耐薬品性、耐久性、染色性などの諸物性を向上させることも可能である。

光学多層膜１２は、高屈折率膜１２Ｈと該高屈折率膜１２Ｈより低い屈折率を有する低屈折率膜１２Ｌとを交互に積層した選択反射特性を有する膜である。

高屈折率膜１２Ｈ、低屈折率膜１２Ｌは、それぞれスパッタリング法などのドライプロセス、あるいはスピンコート、ディップコートなどのウェットプロセスのいずれの方法によっても形成することができる。

ドライプロセスにより形成する場合には、高屈折率膜１２Ｈの構成材料は、屈折率が２．０〜２．６程度のものであれば種々のものを用いることができる。同様に、低屈折率膜１２Ｌの構成材料は、屈折率が１．３〜１．５程度のもので種々のものを用いることができる。例えば、高屈折率膜１２Ｈは、ＴｉＯ_２，Ｎｂ_２Ｏ₅又はＴａ_２Ｏ_５からなり、低屈折率膜１２Ｌは、ＳｉＯ_２又はＭｇＦ_２からなるとすればよい。

ドライプロセスにより形成する場合、光学多層膜１２の各膜厚は、マトリクス法に基づいたシミュレーションにより光学薄膜が特定波長帯の光に対して高反射特性を有し、少なくとも該波長域光以外の可視波長域光に対しては高透過特性を有するように膜厚設計するとよい。ここでいうマトリクス法に基づいたシミュレーションとは、特開２００３−２７０７２５号公報に示されている手法であり、複数の異なる材料で構成され各層の境界で多重反射が生じる多層光学薄膜系に角度θ_０で光が入射した場合、用いる光源の種類及び波長と、各層の光学膜厚（屈折率と幾何学的膜厚との積）に依存して位相が揃い、反射光速は可干渉性を示す場合が生じ、互いに干渉しあうようになる原理に基づいた方程式を利用してシミュレーションを行い、所望の特性を有する光学膜の膜厚設計を行うものである。

本発明においては、特定の波長領域として、プロジェクタ光源で画像光として使用されるＲＧＢ三原色の各色の光の波長領域を選択して、マトリクス法に基づいたシミュレーションによりこれらの波長領域の光のみを反射させるとともにこれらの波長領域以外の波長領域の光を透過させるように膜厚設計すればよい。このような厚みの高屈折率膜１２Ｈ及び低屈折率膜１２Ｌを重ね合わせることにより三原色波長帯域フィルターとして良好に機能する光学多層膜１２を確実に実現することができる。

また、ドライプロセスにより形成される光学多層膜１２を構成する光学膜の層数は、特に限定されるものではなく、所望の層数とすることができるが、光入射側及びその反対側の最外層が高屈折率膜１２Ｈとされる奇数層（基板１１の片面当たり）により構成されることが好ましい。

ウェットプロセスにより光学多層膜１２を形成する場合には、高屈折率膜用溶剤系塗料を塗布・硬化して得られる高屈折率膜１２Ｈと、該高屈折率膜１２Ｈよりも低屈折率の光学膜となる低屈折率膜用溶剤系塗料を塗布・硬化して得られる低屈折率膜１２Ｌとを交互に積層した奇数層とするとよい。また、それぞれの光学膜は、加熱や紫外線照射などにより付与されるエネルギーを吸収して硬化反応を起こす樹脂を含む塗料を塗布して形成するとよい。例えば、高屈折率膜１２Ｈは、熱硬化型樹脂ＪＳＲ製オプスター（ＪＮ７１０２、屈折率１．６８）により形成され、低屈折率膜１２Ｌは熱硬化型樹脂ＪＳＲ製オプスター（ＪＮ７２１５、屈折率１．４１）により形成されるとよい。これにより光学多層膜１２は可撓性を有する。

ここで、高屈折率膜１２Ｈは、上記熱硬化型樹脂に限定されるものではなく、１．６〜２．１程度の屈折率が確保できる溶剤系塗料、例えば上記光拡散フィルムで示した高屈折率の光学膜用材料であればよい。また、低屈折率用膜１３Ｌは、上記熱硬化型樹脂に限定されるものではなく、１．３〜１．５９程度の屈折率が確保できる溶剤系塗料、例えば上記光拡散フィルムで示した低屈折率の光学膜用材料であればよい。なお、高屈折率膜１２Ｈと低屈折率膜１２Ｌとの屈折率の差が大きいほど、積層数が少なくすることができる。

ウェットプロセスにより形成する場合、光学多層膜１２の各膜厚は、例えば赤色、緑色及び青色の各色の波長領域の光からなる三原色波長域光に対して、例えば反射率が５０％以上の高反射特性を有するとともに、この三原色波長域光以外の波長域の光に対しては、例えば透過率が８０％以上の高透過特性を有するように設計されている。

ここで、光学多層膜１２の各膜厚は、その各膜の厚さをｄ、その各膜の屈折率をｎ、この光学多層膜に入射する光の波長をλとすると、各膜の光学的厚さｎｄが入射光の波長λに対して次式（１）を満足するように設計されるとよい。
ｎｄ＝λ（α±１／４）・・・（１）
（ただし、αは自然数である。）

例えば、高屈折率膜１２Ｈ（屈折率１．６８）の膜厚を１０２３ｎｍ、低屈折率膜１２Ｌ（屈折率１．４１）の膜厚を７８０ｎｍとし、高屈折率膜１２Ｈ、低屈折率膜１２Ｌが交互に９層ずつ積層され、その積層されたものの上に高屈折率膜１２Ｈが積層された１９層構造の光学多層膜１２とすることで、プロジェクタ光（上記レーザー発振器を用いたプロジェクタ光源からの光）について、三原色波長域光に対しては８０％以上の高い反射率を有し、三原色波長域の前後の波長域光（迷光）に対しては反射率が２０％以下の高い透過特性を有する膜とすることができる。

光拡散層１３は、高分子マトリクス中に液晶の微小粒子が分散して固定されている高分子分散液晶層Ａが透明導電膜Ａを有する２枚の透明基板で挟まれてなるものである。

光拡散層１３は、図３に示すように、高分子マトリクス１３１_ｍ中に液晶の微小粒子１３１_ＬＣが分散して固定されている高分子分散液晶層１３１と、該高分子分散液晶層１３１を挟む、透明導電膜１３２ｅを有する２枚の透明基板１３２とからなり、電源Ｅから透明導電膜１３２ｅに電圧が印加される構成となっている。

高分子分散液晶層１３１は、いわゆる高分子分散液晶材料（ＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal））で構成され、高分子材料と液晶とを含む溶液を用いてカプセル化法、重合相分離法、熱相分離法、溶媒蒸発相分離法などにより、高分子材料からなるマトリクス１３１_ｍ中に液晶の微小粒子１３１_ＬＣが分散して固定されている状態に形成されたものである。

高分子マトリクス１３１_ｍを構成する材料は、透明な高分子材料であればとくに制限されないが、その屈折率が微小粒子１３１_ＬＣを構成する液晶の常光線に対応する屈折率と略一致していることが好ましい。このような光学材料としての適性からアクリル系樹脂であることが好ましい。

液晶の微小粒子１３１_ＬＣの形状は、球形、液滴形状、ラグビーボール形状等とくに限定されない。また、の微小粒子１３１_ＬＣを構成する材料（液晶）は、高分子分散液晶材料（ＰＤＬＣ）に使用可能なものであればとくに限定されない。例えば、一般的に使用されているネマティック液晶、コレステリック液晶などの液晶材料でよい。このとき、光拡散層１３に適した拡散特性、透過特性が得られるように、この液晶の置換基や合成方法などの調整によりΔｎ（屈折率異方性の指標）をコントロールすることが好ましい。本発明で使用可能な液晶の化合物の構造式を以下に例示する。

高分子分散液晶層１３１は、その厚みを大きくすると拡散性がよくなり、透過性が悪くなり結像の効果は大きくなるが、液晶の配向の応答性が悪くなる、必要な印加電圧が大きくなる等の欠点も出てくる。５〜５０μｍの厚み範囲内であることが好ましい。

透明基板１３２は、透明のベース基板１３２ｂ上に透明導電膜１３２ｅが形成されたものである。ベース基板１３２ｂは透明の高分子フィルムやガラスなどでよく、透明導電膜１３２ｅは例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の薄膜でよい。

図４は、電源Ｅから透明導電膜１３２ｅ間への電圧印加有無による高分子分散液晶層１３１の状態を示す模式図である。
電源Ｅから透明導電膜１３２ｅへの電圧印加なしの場合（ＯＦＦ状態、図４（ａ））、微小粒子１３１_ＬＣを構成する液晶ＬＣの接している壁（高分子マトリクス１３１_ｍ）の拘束力が支配的に働き、該液晶はランダムに配向され、入射光の一部を拡散あるいは反射する状態となる。

電源Ｅから透明導電膜１３２ｅへの電圧印加ありの場合（ＯＮ状態、図４（ｂ））、印加する電圧が十分大きいとき、微小粒子１３１_ＬＣを構成する液晶ＬＣのもつ誘電率異方性により、該液晶は２つの透明導電膜１３２ｅ間に生じる電界に対して垂直方向に配向し、その結果、高分子分散液晶層１３１は入射光のすべての波長の光を透過する状態となる。

本発明では、反射型スクリーン１０に画像を表示するかしないかの違いで、微小粒子１３１_ＬＣを構成する液晶ＬＣの配向状態を前記ＯＦＦ状態（図４（ａ））、前記ＯＮ状態（図４（ｂ））を使い分け、光拡散層１３の拡散特性・透過特性を変化させる。

光吸収層１４は、図５に示すように、高分子マトリクス１４１_ｍ中に液晶ＬＣ及び黒色の二色性色素ｐを含む微小粒子１４１_ＬＣｐが分散して固定されている高分子分散液晶層１４１と、該高分子分散液晶層１４１を挟む、透明導電膜１４２ｅを有する２枚の透明基板１４２とからなり、電源Ｅから透明導電膜１４２ｅに電圧が印加される構成となっている。

ここで、高分子マトリクス１４１_ｍ、液晶ＬＣの構成は、それぞれ光拡散層１３を構成する高分子マトリクス１３１_ｍ、液晶ＬＣと同様でよい。

二色性色素ｐは、ＲＧＢ３原色それぞれの吸収端をもつ色素を混合して黒色色素としたものである。使用できる二色性色素の例を以下の表に示す。

光吸収層１４の吸収特性、透過特性を反射型スクリーンとして適正化するために、高分子マトリクス１４１_ｍを構成する高分子材料の種類、二色性色素ｐの種類や液晶ＬＣへの含有量等を調整するとよい。また、高分子分散液晶層１４１の厚みは大きくすると二色性色素ｐへの光吸収がよくなりスクリーンとして黒がよく沈む効果が得られるが、後述するように透過状態にするための応答性が悪くなる、必要な印加電圧が大きくなる等の問題が生じる。そのため、１０〜２０μｍの厚み範囲内とすることが好ましい。

図６は、電源Ｅから透明導電膜１４２ｅ間への電圧印加有無による高分子分散液晶層１４１の状態を示す模式図である。
電源Ｅから透明導電膜１４２ｅへの交流電圧印加なしの場合（ＯＦＦ状態、図６（ａ））、微小粒子１４１_ＬＣｐを構成する液晶ＬＣは図４（ａ）の場合と同様にランダムに配向され、それに伴って二色性色素ｐも同様にランダム配向される。その結果、入射光を吸収する状態となる。

電源Ｅから透明導電膜１４２ｅへの交流電圧印加ありの場合（ＯＮ状態、図６（ｂ））、微小粒子１４１_ＬＣｐを構成する液晶ＬＣは図４（ｂ）の場合と同様に２つの透明導電膜１４２ｅ間に生じる電界に対して垂直方向に配向され、それに伴って二色性色素ｐも同様に配向される。その結果、高分子分散液晶層１４１は入射光のすべての波長の光を透過する状態となる。

本発明では、反射型スクリーン１０に画像を表示するかしないかの違いで、微小粒子１４１_ＬＣｐを構成する液晶ＬＣの配向状態を前記ＯＦＦ状態（図６（ａ））、前記ＯＮ状態（図６（ｂ））を使い分け、光吸収層１４の吸収特性・透過特性を変化させる。

本発明の反射型スクリーンの作用効果を図７を用いて説明する。
図７（ａ）は、反射型スクリーン１０を使用しないとき、すなわちスクリーン１０上に画像を表示しないときの状態を示したものである。ここでは、光拡散層１３の透明導電膜１３２ｅ間、及び光吸収層１４の透明導電膜１４２ｅ間それぞれに電圧が印加されており、光拡散層１３、光吸収層１４はそれぞれ図４（ｂ）、図６（ｂ）に示すように光が透過する状態となっている。したがって、反射型スクリーン１０に入射してくる外光Ｌｏは、反射型スクリーン１０を構成する層すべて（光拡散層１３、光学多層膜１２、基板１１、光吸収層１４）を透過することとなり、外見上透明なスクリーンとなる。よって、この反射型スクリーン１０をそのまま配置していても存在感を低減することができる。

一方、図７（ｂ）は、反射型スクリーン１０を使用するとき、すなわちスクリーン１０上に画像を表示するときの状態を示したものである。ここでは、光拡散層１３の透明導電膜１３２ｅ間、及び光吸収層１４の透明導電膜１４２ｅ間それぞれに電圧が印加されておらず、光拡散層１３は図４（ａ）に示すように光が散乱する状態、光吸収層１４は図６（ａ）に示すように光を吸収する状態となっている。したがって、反射型スクリーン１０に入射する光は、光拡散層１３を透過し、光学多層膜１２に到達し、当該光学多層膜１２にて入射光に含まれる外光成分Ｌｏは透過されて光吸収層１４で吸収され、プロジェクタ光源から投射される光Ｌｐに対応した特定波長領域の光（三原色波長領域）のみ選択的に反射される。ついで、その反射光は光拡散層１３の表面にて拡散され視野角の広い画像光として視聴者に供される。したがって、上記反射光である画像光への外光の影響を高いレベルで排除することができ、従来にない均一な色表現とともに高コントラストの映像を表示することが可能となる。

なお、図７（ｂ）において、光拡散層１３の透明導電膜１３２ｅ間に高分子分散液晶層１３１が透過状態となる電圧よりも低い電圧を印加することにより、光拡散層１３の拡散特性を調整するようにしてもよい。

また、本発明に係る反射型スクリーンとして、基板１１の片面に上記と同じ構成の光学多層膜１２が形成され、基板１１の裏面側に、光吸収層１４が形成された構成としてもよい。

つぎに、本発明に係る反射型スクリーン１０の製造方法について以下に説明する。
まず、反射型スクリーン１０を構成する光学多層膜１２を塗布法により形成する例を説明する。
（ｓ１１）基板１１としてポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用意し、ディッピング法により当該基板１１の両面に高屈折率用の光学膜用材料Ａを所定量塗布する。ここで、光学膜用材料Ａの塗布量は、高屈折率膜１２Ｈの目標膜厚となる量とする。
（ｓ１２）光学膜用材料Ａの塗膜を乾燥後、紫外線を照射して硬化させ、所定膜厚の高屈折率膜１２Ｈを形成する。
（ｓ１３）ついで、高屈折率膜１２Ｈ上にディッピング法により低屈折率用光学膜用材料Ｂを所定量塗布する。ここで、光学膜用材料Ｂの塗布量は、低屈折率膜１２Ｌの目標膜厚となる量とする。
（ｓ１４）その塗膜を乾燥後、熱硬化させ、所定膜厚の低屈折率膜１２Ｌを形成する。これにより、高屈折率膜１２Ｈと低屈折率膜１２Ｌとの積層構成となる。
（ｓ１５）ついで、基板１１の最外層にある低屈折率膜１２Ｌ上にステップｓ１１〜ｓ１２の処理を行い、高屈折率膜１２Ｈを形成し、基板１１と光学多層膜１２（１２Ｈ／１２Ｌ／１２Ｈ）とからなる選択反射シートを完成する。

なお、光学膜用材料Ａ，Ｂの塗布方法としては、ディッピング塗布に限定されず、グラビア塗布、ロール塗布、ブレード塗布、ダイコーティング、キャップコータなど従来公知の塗布方式によって塗布するとよい。

つぎに、光拡散層１３は、例えばつぎのように作製するとよい。ここでは重合相分離法による例を示す。
（Ｓ２１）高分子マトリクス１３１_ｍの原料材料（重合性のモノマーまたはオリゴマー）で液晶（ネマティック液晶。例えば、p-alkyle-p’-alkoxyazoxybenzene）を溶解し、溶液を作製する。具体的には容器に高分子マトリクス１３１_ｍの原料材料と液晶を所定体積比で入れ、攪拌器を用いて均一になるまで攪拌して溶融させる。

なお、高分子マトリクス１３１_ｍの原料材料は、液晶への溶解性、耐久性を有することが重要であり、例えば紫外線照射により架橋高分子化反応がおこる紫外線硬化タイプのモノマーが好ましい。
また、樹脂と液晶の混合体積比は５０:５０が標準であるが、樹脂と液晶の混合において、液晶の混合比を増加するにつれて拡散性が増加し、透過性が悪くなる傾向にあり、結像性能に基づいて当該混合比を設定するとよい。

（Ｓ２２）前記溶液を透明導電膜１３２ｅが形成されている透明基板１３２上にドクターブレード法などにより均一な厚みで塗布する。
（Ｓ２３）塗膜の上にもう一方の透明基板１３２を透明導電膜１３２ｅが塗膜に接するように配置し、スペーサを介して２枚の透明基板が塗膜を挟みこんだ状態にする。なお、前記スペーサにより高分子分散液晶層１３１の厚みを調整すればよい。
（Ｓ２４）透明基板１３２のいずれか一方の外側から紫外線を照射して紫外線硬化モノマーを光重合させる。紫外線照射は該光重合が必要十分に行われる条件がよく、例えば１５ｍＷ／ｃｍ^２で６０秒程度とするとよい。これにより、高分子マトリクス１３１_ｍ中に液晶ＬＣの微小粒子１３１_ＬＣが分散して固定されている高分子分散液晶層１３１が形成される。
（Ｓ２５）透明基板１３２の透明導電膜１３２ｅに電源Ｅから電圧を印加するための電極を取り付けて光拡散層１３を完成する。

つぎに、光吸収層１４は、例えばつぎのように作製するとよい。ここでは重合相分離法による例を示す。
（Ｓ３１）高分子マトリクス１４１_ｍの原料材料（重合性のモノマーまたはオリゴマー）で予め黒色の二色性色素を溶かしこんだ液晶を溶解し、溶液を作製する。具体的には容器に高分子マトリクス１４１_ｍの原料材料と液晶を所定体積比で入れ、攪拌器を用いて均一になるまで攪拌して溶融させる。なお、二色性色素の液晶に溶け込む量は液晶の種類によって異なるが、多く溶かし込んだほうが光吸収（図６（ａ））の効果が大きくなる。

（Ｓ３２）前記溶液を透明導電膜１４２ｅが形成されている透明基板１４２上にドクターブレード法などにより均一な厚みで塗布する。
（Ｓ３３）塗膜の上にもう一方の透明基板１４２を透明導電膜１４２ｅが塗膜に接するように配置し、スペーサを介して２枚の透明基板が塗膜を挟みこんだ状態にする。なお、前記スペーサにより高分子分散液晶層１４１の厚みを調整すればよい。
（Ｓ３４）透明基板１４２のいずれか一方の外側から紫外線を照射して紫外線硬化モノマーを光重合させる。これにより、高分子マトリクス１４１_ｍ中に液晶ＬＣ及び黒色の二色性色素ｐを含む微小粒子１４１_ＬＣｐが分散して固定されている高分子分散液晶層１４１が形成される。
（Ｓ３５）透明基板１４２の透明導電膜１４２ｅに電源Ｅから電圧を印加するための電極を取り付けて光吸収層１４を完成する。

最後に、上記のように作製した選択反射シートの一方の主面（光学多層膜１２の最外層表面）に接着層あるいは粘着層を介して光拡散層１３を貼り付け、該選択反射シートの他方の主面（光学多層膜１２の光拡散層１３貼り付け面とは反対面）に接着層あるいは粘着層を介して光吸収層１４を貼り付けて、反射型スクリーン１０を完成する。

なお、上記光拡散層１３の製造工程のステップＳ２２あるいはＳ２３における透明基板１３２を、上記光学多層膜１２及び該光学多層膜１２上に形成した透明導電膜からなるものとしてもよい。また、上記光吸収層１４の製造工程のステップＳ３２あるいはＳ３３における透明基板１４２を、上記光学多層膜１２及び該光学多層膜１２上に形成した透明導電膜からなるものとしてもよい。
この製造方法により、前記透明基板１３２及び／または透明基板１４２におけるベース基板を省略することができるので、光学界面による光のロスを低減することができる。

以下に、本発明の実施例について説明する。
（１）サンプル作製条件
（ａ）選択反射シート
光学膜用材料Ａである塗料（Ｉ），光学膜用材料Ｂである塗料（II）の組成とこれらの塗料を用いた光学多層膜の製造方法を以下に示す。
（ｉ）光学膜用材料Ａ（塗料（Ｉ））
・微粒子：ＴｉＯ₂微粒子
（石原産業社製、平均粒径約２０ｎｍ、屈折率２．４８）１００重量部
・分散剤：SO₃Na基含有分子
（重量平均分子量：１０００、ＳＯ_３Ｎａ基濃度：２×１０^−３ｍｏｌ／ｇ）
２０重量部
・結合剤：ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートとジペンタエリスリトールペンタアクリレートとの混合物
（日本化薬社製ＵＶ硬化性樹脂、商品名ＤＰＨＡ）３０重量部
・有機溶媒：メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）４８００重量部
まず微粒子、分散剤、有機溶媒を所定量混合し、ペイントシェーカーで分散処理を行いＴｉＯ_２微粒子分散液を得た。ついで、該分散液に結合剤を添加し、攪拌機にて攪拌処理を行い、塗料（Ｉ）とした。
（ii）光学膜用材料Ｂ（塗料（II））
・末端カルボキシル基をもつパーフルオロブテニルビニルエーテルの重合体
（旭硝子社製、商品名サイトップ）

（iii）光学多層膜の製造方法
（Ｓ４１）透明支持体の両面に塗料（Ｉ）をディッピング方式で塗布する。
（Ｓ４２）塗料（Ｉ）の塗膜を８０℃で乾燥後、紫外線（ＵＶ）硬化（１０００ｍＪ／ｃｍ²）させ、片面当たり膜厚８５０ｎｍ、屈折率１．９４の光学膜１２Ｈを形成する。
（Ｓ４３）ついで、その光学膜１２Ｈ上に塗料（II）をディッピング方式で塗布する。
（Ｓ４４）塗料（II）の塗膜を９０℃で乾燥させ、膜厚１０２０ｎｍ、屈折率１．３４の光学膜１２Ｌを形成する。
（Ｓ４５）光学膜１２Ｌ上にステップＳ４１と同一条件で塗料（Ｉ）を塗布する。
（Ｓ４６）塗料（Ｉ）の塗膜をステップＳ４２と同一条件で膜形成し、片面当たり膜厚８５０ｎｍ、屈折率１．９４の光学膜１２Ｈを形成する。これにより透明支持体上に片面当り光学膜１２Ｈ／光学膜１２Ｌ／光学膜１２Ｈの３層、計６層の光学多層膜を有する選択反射シートを得た。この選択反射シートの選択反射特性を図８に示す。

（ｂ）光拡散層１３
以下の条件で光拡散層１３を作製した。
（Ｓ５１）以下の材料を高分子原料材料：液晶を重量比として１０：９０〜３０：７０の範囲で変化させて相溶させて溶液を調製した。
・高分子原料材料（モノマー）；日本化薬製ＨＸ−６２０（Caprolacton-modhified hydroxyl pivalic acid ester neopentyglycol diacrylate）
・重合開始剤；メルク製Darocure 1173(2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one)
・液晶（ネマティック液晶）；下記構造式のピリジン系（pyridine derivatives）

（Ｓ５２）前記溶液を透明導電膜１３２ｅが形成されている透明基板１３２上にドクターブレード法により均一な厚みで塗布した。
（Ｓ５３）塗膜の上にもう一方の透明基板１３２を透明導電膜１３２ｅが塗膜に接するように配置し、スペーサを介して２枚の透明基板１３２が塗膜を挟みこんだ状態にする。なお、スペーサにより透明基板１３２の間隔を１１μｍとした。
（Ｓ５４）一方の透明基板１３２の外側から１００ｍＷ／ｃｍ^２以下の紫外線を照射して紫外線硬化モノマーを光重合させた。これにより、高分子マトリクス１３１_ｍ中に液晶の微小粒子１３１_ＬＣが分散して固定されている高分子分散液晶層１３１が形成された。
（Ｓ５５）透明基板１３２の透明導電膜１３２ｅに電源Ｅから電圧を印加するための電極を取り付けて光拡散層１３を完成する。

（ｃ）光吸収層１４
上記光拡散層１３の製造工程のうち、ステップＳ５１において予め以下の赤色、青色、青緑色のメロシアニン系の二色性色素を混合して得られる黒色色素を液晶に溶かし込んだ上で高分子原料材料に溶解させ、それ以降は光拡散層１３の製造工程と同じ条件で製造することにより光吸収層１４を作製した。

上記のごとく、本実施例で作製した選択反射シートの一方の主面（光学多層膜１２の最外層表面）に光学粘着層を介して光拡散層１３を貼り付け、選択反射シートの他方の主面（光学多層膜１２の光拡散層１３貼り付け面とは反対面）に光学粘着層を介して光吸収層１４を貼り付けて、反射型スクリーン１０を完成した。

（２）サンプル評価
（ａ）光拡散層１３
得られた光拡散層１３について、透明導電膜間への電圧印加有無それぞれの場合に光を光拡散層１３の正面から入射させたときの光の散乱状態（入射光強度を１とした場合の入射光と光拡散層１３との位置関係ごとに測定された光強度）を積分球を組み合わせたオリジナルの散乱測定計を使用して測定した。なお、高分子分散液晶層１３１の厚みは１１μｍであり、複屈折率は０．２２０である。また、電圧印加は図９に示す駆動回路を用いて行った。その結果を以下に示す。
（ｉ）電圧印加ありの場合（透過状態）
・前方散乱：０．０６
・後方散乱：０．０２
・全散乱光：０．０８
・直進透過光：０．８２
・正反射光：０．０９
（ii）電圧印加なしの場合（白濁状態）
・前方散乱：０．５４
・後方散乱：０．１０
・全散乱光：０．６４
・直進透過光：＜０．００１
・正反射光：０．０５

（ｂ）光吸収層１４
得られた光吸収層１４について、前記光拡散層１３と同一条件で光の散乱状態を測定した。その結果を以下に示す。
（ｉ）電圧印加ありの場合（透過状態）
・前方散乱：０．０５
・後方散乱：０．０１
・全散乱光：０．０７
・直進透過光：０．８０
・正反射光：０．０８
（ii）電圧印加なしの場合（黒色状態）
・前方散乱：０．０４
・後方散乱：０．０４
・全散乱光：０．０８
・直進透過光：＜０．００１
・正反射光：＜０．０２

（ｃ）反射型スクリーン１０
得られた反射型スクリーン１０について、光拡散層１３、光吸収層１４それぞれの透明導電膜間に図９に示す条件の電圧を印加した状態で反射型スクリーン１０を正面から目視で観察したところ、反射型スクリーン１０は透明状態で、その後方の様子が透けて見えた。
また、光拡散層１３、光吸収層１４それぞれの透明導電膜間に電圧を印加しない状態で明光下でプロジェクタから反射型スクリーン１０に画像光を投射したところ、高コントラストで鮮明な映像が観察された。

従来の反射型スクリーンの構成を示す断面図である。本発明に係る反射型スクリーンの構成を示す断面図である。本発明の光拡散層の構成を示す断面図である。本発明の光拡散層の動作状態を示す断面図である。本発明の光吸収層の構成を示す断面図である。本発明の光吸収層の動作状態を示す断面図である。本発明に係る反射型スクリーンの動作状態を示す断面図である。選択反射シートの選択反射特性を示す図である。本発明の光拡散層、光吸収層の駆動回路例を示す図である。

符号の説明

１０，９０…反射型スクリーン、１１…基板、１２…光学多層膜、１２Ｈ…高屈折率膜、１２Ｌ…低屈折率膜、１３，９３…光拡散層、１４，９４…光吸収層、１３１，１４１・・・高分子分散液晶層、１３１_ＬＣ、１４１_ＬＣｐ・・・液晶の微小粒子、１３１_ｍ，１４１_ｍ・・・高分子マトリクス、１３２，１４２・・・透明基板、１３２ｂ、１４２ｂ・・・ベース基板、１３２ｅ，１４２ｅ・・・透明導電膜、Ｅ・・・電源、ＬＣ・・・液晶、ｐ・・・二色性色素

Claims

特定の波長領域の光に対して高反射特性を有し、前記波長領域以外の少なくとも可視波長領域に対して高透過特性を有する選択反射シートと、
高分子マトリクス中に液晶の微小粒子が分散して固定されている高分子分散液晶層Ａが透明導電膜ａを有する２枚の透明基板で挟まれてなり、前記選択反射シートの一方の面上に配置される光拡散層と、
高分子マトリクス中に液晶及び黒色の二色性色素を含む微小粒子が分散して固定されている高分子分散液晶層Ｂが透明導電膜ｂを有する２枚の透明基板で挟まれてなり、前記選択反射シートの他方の面上に配置される光吸収層とを備える反射型スクリーンであって、
前記光拡散層の透明導電膜ａ間、光吸収層の透明導電膜ｂ間それぞれに電圧が印加されてそれぞれの高分子分散液晶層Ａ，Ｂが光透過状態となることを特徴とする反射型スクリーン。
前記光拡散層は、前記透明導電膜ａ間に前記高分子分散液晶層Ａが光透過状態となる電圧よりも低い電圧が印加され、あるいは電圧が印加されないことにより、前記選択反射シートが反射した光を拡散して出射することを特徴とする請求項１に記載の反射型スクリーン。
前記光吸収層は、前記透明導電膜ｂ間に電圧が印加されないことにより、前記選択反射シートの透過光を吸収することを特徴とする請求項１に記載の反射型スクリーン。