JP2013186240A - 蛍光スクリーンとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 安価である粒子径の大きな蛍光体を用いながら発光効率の高い蛍光スクリーンを提供する。
【解決手段】 蛍光スクリーン１は、蛍光体層２〜４、微粒子層５、ブラックストライプ６、基材７、接着層８、カバー材９を有する。微粒子層５に分散された微粒子は、励起光に対してレイリー散乱を生じる粒子径を有し、蛍光体層２〜４に分散された蛍光体粒子は、励起光に対してミー散乱または幾何光学的散乱を生じる粒子径を有する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、蛍光スクリーンとその製造方法に関し、特に、投射型画像表示装置に適用される蛍光スクリーンとその製造方法に関する。

励起光を走査して蛍光スクリーン上に画像を表示させる投射型画像表示装置がある。この種の投射型画像表示装置は、スクリーン輝度の高輝度化が求められる。蛍光スクリーンに含まれる蛍光体層の構造によって、高輝度化を実現する試みがなされている。

特許文献１に記載の画像表示装置を図１４に示す。本画像表示装置は、可視光透過性のフェースプレート１０１を有する真空外囲器と、フェースプレート１０１の内面に形成された金属反射膜１０２と青色発光蛍光膜１０３と、真空外囲器内に収容されて青色発光蛍光膜１０３に電子線を投射する電子銃（図示せず）とを備え、青色発光蛍光膜１０３は、フェースプレート１０１の内面側からＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ蛍光体膜１０３ａとＣａＭｇＳｉ２Ｏ６：Ｅｕ２＋蛍光体膜１０３ｂとを順次積層して形成されている。また青色発光蛍光膜１０３上にはアルミニウム膜１０４が形成されている。

ここで、ＣａＭｇＳｉ２Ｏ６：Ｅｕ２＋蛍光体膜１０３ｂを構成するＣａＭｇＳｉ２Ｏ６：Ｅｕ２＋蛍光体の平均粒径は、ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ蛍光体膜１０３ａを構成するＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ蛍光体の平均粒径よりも小さい。このことから、ＣａＭｇＳｉ２Ｏ６：Ｅｕ２＋蛍光体膜１０３ｂは高密度に充填されて成膜されるので、より高い発光強度が得られる。従って、高密度電子線照射に対する発光効率の低下、所謂輝度飽和が少なくなるので、高密度励起状態で高輝度が得られる。

特許文献２に記載の蛍光体を図１５に示す。本蛍光体は、励起光１１６に対してレイリー散乱を生じさせる粒子径を有する蛍光体１１１〜１１３と、励起光１１６に対してミー散乱を生じさせる粒子径を有する石英ガラス粒子１１４を有し、これらがアクリル樹脂１１５中に分散されている。このような蛍光体１１１〜１１３へ励起光１１６として波長４００ｎｍの紫外光を照射すれば、その励起光１１６を吸収した蛍光体１１１〜１１３からそれぞれ青、緑、赤の蛍光が放射される。

ここで励起光１１６に注目すると、使用している蛍光体１１１〜１１３の粒子径は励起光１１６の波長に比べて小さいので、励起光１１６は蛍光体粒子によってレイリー散乱され、四方に散乱される。レイリー散乱の場合、短波長の励起光１１６が散乱され易いため、励起光入射側と反対の表面に近い蛍光体１１１〜１１３には励起光が到達しにくい。

一方、石英ガラス粒子１１４の粒径は励起光の波長に比べて大きいので、励起光はこのガラス粒子でミー散乱されて、励起光の伝播方向（前方散乱方向）に強く散乱される。

したがって、励起光１１６の波長に比べて小さい蛍光体粒子１１１〜１１３と励起光の波長に比べて大きい石英ガラス粒子１１４とをそれぞれ分散させた場合は、励起光の波長に比べて小さい蛍光体粒子のみが分散している場合より、励起光を前方散乱方向へより多く散乱させることができる。こうして、光変換効率を良好にすることができる。

また、図１６には特許文献２に記載の別の実施形態を示す。粒子径が励起光の波長よりも小さな蛍光体（青）１１１、蛍光体（緑）１１２、蛍光体（赤）１１３と粒子径１μｍの石英ガラス粒子１１４とがそれらの含有割合が互いに異なるようにアクリル樹脂１１５中に分散された複数の層１１７、１１８を含む積層構造が形成されている。そして、この積層構造からなる蛍光体に励起光１１６として波長４００ｎｍの紫外光を照射することによって、蛍光体中で励起光を吸収したそれぞれの粒径の蛍光体（青）１１１、蛍光体（緑）１１２、蛍光体（赤）１１３から青、緑、赤の蛍光が放射される。

本実施形態においては、励起光源に近い側の蛍光体層１１７に含まれる石英ガラス粒子１１４が、励起光源に遠い側の蛍光体層１１８に含まれる石英ガラス粒子１１４に比べて高密度にされている。こうすることによって、励起光源に近い側の蛍光体層１１７では、励起光源に遠い側の蛍光体層１１８に比べて、励起光に対するミー散乱の効果が大きくなる（レイリー散乱の効果が小さくなる）。逆に、励起光源に遠い側の蛍光体層１１８では、励起光１１６に関するレイリー散乱の効果が大きくなる（ミー散乱の効果が小さくなる）。すなわち、励起光源に近い側の蛍光体層１１７において、励起光は励起光源に遠い側の蛍光体層１１８のある前方向（励起光の伝播方向）に散乱されやすくなる。他方、蛍光体層１１８では、励起光はその励起光源に遠い側の蛍光体層１１８内に均一に散乱されやすくなる。このように、本実施形態では、励起光源に近い側の蛍光体層１１７、励起光源に遠い側の１１８内における励起光１１６の散乱状態を個別に制御することができ、蛍光体中において蛍光放射する表面側に近い領域で励起光分布を大きくかつ均一にすることができる。従って、光変換効率を良好にすることができる。

特開２００７−１６５００８号公報 特開２００４−１６１８４１号公報

特許文献１に記載の画像表示装置は、以下のような問題がある。

粒子径の小さな蛍光体を励起光照射側に高密度に配置すると、高密度な蛍光体層において励起光が散乱し、蛍光体層内部の比較的粒子径の大きな蛍光体にまで励起光が照射されにくい。また、照射されたとしても励起光強度が弱まってしまっている。また、蛍光スクリーンに使用するような安価な無機蛍光体に関しては、ある程度粒子径の大きな蛍光体の方が、発光効率が高い。一方、必要以上に細かく砕いた無機蛍光体に関しては、光変換効率が低下してしまう。以上のように、蛍光スクリーンに使用するためには、粒子径の大きな蛍光体を有効に利用し、励起光を蛍光体に効率的に照射するという面において、問題がある。

一方、特許文献２に記載の画像表示装置は、以下のような問題がある。特許文献２では、粒子径の小さな蛍光体を密度の分布を持たせるなど、比較的大量に使用する必要がある。一般的に、レイリー散乱を起こすような粒子径の小さな蛍光体は、粒子径の大きな蛍光体と比較すると高価、もしくは発光効率が低い。以上のように、低コストで発光効率の高い蛍光スクリーンを構成することが困難であった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、比較的安価で粒子径の大きな蛍光体を有効に利用し、低コストで発光効率の高い蛍光スクリーンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の蛍光スクリーンでは、表示領域の面内方向に周期的に配置され、それぞれが光を受けて拡散光を出射する複数の拡散領域を有し、前記拡散領域は、前記光により励起されて所定波長の蛍光を放出する蛍光体を含む蛍光体層と、前記光の波長よりも小さい微粒子を含む微粒子層との積層構造を有する。

本発明によれば、低コストで発光効率の高い、蛍光スクリーンを構成することができる。

第１の実施形態である蛍光スクリーンの模式的断面図である。 第１の実施形態である蛍光スクリーンの一部を拡大した模式的断面図である。 蛍光体粒子からの発光を模式的に表した図である。 ミー散乱・幾何学的散乱の場合の散乱光の散乱方向を模式的に表した図である。 レイリー散乱の場合の散乱光の散乱方向を模式的に表した図である。 第１の実施形態である蛍光スクリーンの製造方法を表した図である。 第２の実施形態である蛍光スクリーンの模式的断面図である。 第２の実施形態である蛍光スクリーンの製造方法を表した図である。 第３の実施形態である蛍光スクリーンの模式的断面図である。 第３の実施形態の蛍光スクリーンの、あるサブピクセルのスクリーン断面図を模式的に示した図である。 第２の実施形態である蛍光スクリーンの製造方法を表した図である。 蛍光スクリーンを用いた投射型画像表示装置の構成を示す図である。 蛍光スクリーンと複数の投射型画像表示装置を用いたマルチプロジェクションシステムの構成を示す図である。 特許文献１に掲載された蛍光体形成部を示す模式的な断面図である。 特許文献２に掲載された蛍光体の構造を示す模式的な断面図である。 特許文献２に掲載された別の実施形態の蛍光体の構造を示す模式的な断面図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である蛍光スクリーンの模式的断面図である。図１に示すように、蛍光スクリーン１は、蛍光体層（赤）２、蛍光体層（緑）３、蛍光体層（青）４、微粒子層５、ブラックストライプ（ＢＳ）６、基材７、接着層８、カバー材９を有する。蛍光体層（赤）２、蛍光体層（緑）３、蛍光体層（青）４はこの順番で特定の方向に周期的に形成されている。ブラックストライプ６が、蛍光体層２、３、４の各領域の間に形成されている。

図２に蛍光体層（赤）２の拡大図を示す。蛍光体層（赤）２は、粒子径が数μｍ〜数十μｍの赤色蛍光体粒子１２が、樹脂１０（たとえばアクリル樹脂）中に分散させられている。微粒子層５は、粒子径が数ｎｍから数十ｎｍの微粒子１５が樹脂１０中に分散させられている。蛍光体層（赤）２と同様に、蛍光体層（緑）３には緑色蛍光体粒子１３が、蛍光体層（青）４には青色蛍光体粒子１４が、それぞれ分散されている。

ブラックストライプ６は、ドライフィルムレジストによって形成されている。あるいは、黒色物質１６(たとえばカーボンブラック)が樹脂中に分散させられていてもよい。

このような蛍光体層へ、励起光１１が入射したときの蛍光体層内でのふるまいについて説明する。蛍光体層へ、たとえば波長３６０〜４５０ｎｍの励起光１１を照射すると、励起光１１を吸収した蛍光体粒子１２〜１４からそれぞれ赤、緑、青の蛍光１７が図３のように全方向に向かって放射される。また、蛍光体粒子１２〜１４に吸収されない励起光１１の成分は、蛍光体粒子１２〜１４によって散乱される。ここで、蛍光体粒子１２〜１４の粒子径は励起光１１の波長に比べて大きいため、励起光１１はその蛍光体粒子１２〜１４でミー散乱もしくは幾何光学的な散乱をされる。図４に散乱光強度の角度分布１８を示す。ミー散乱および幾何学的な散乱をした励起光１１は、図４のように、励起光１１の伝播方向（前方散乱方向）に強く散乱される。

元の励起光１１の伝播方向（前方散乱方向）に対して逆方向（後方散乱方向）に散乱された励起光１１は、その後方散乱方向に存在する粒子に照射される。しかしながら、後方散乱方向に存在する蛍光体粒子１２〜１４においては、既に光源側からの励起光１１が照射されている蛍光体粒子が多く、蛍光体では既に電子と正孔が発生している場合が多い。したがって、既に励起された蛍光体に照射された励起光１１に関しては、既に生じている電子と正孔の飽和によって、吸収は少なくなる。その結果、励起光１１が最初に入射される側の蛍光体層２、３、４で発生した後方散乱光は、励起光１１の損失成分となりやすく、光変換効率の低下を生じやすい。その対策として、本構造では後方散乱光が少ないミー散乱が生じやすい粒子径の蛍光体粒子１２〜１４を用いることで光の利用効率の低下を防いでいる。

一方、散乱された励起光１１のうちで、元の励起光の伝播方向（前方散乱方向）に進む励起光１１は、前方散乱方向のまだ励起されていない蛍光体粒子１２〜１４に照射され、吸収および散乱を繰り返しながら、蛍光体層２〜４を通過していき、次第に減衰していく。その後、蛍光体層２〜４を通過した励起光１１は、微粒子層５に照射される。

微粒子層５に含まれる微粒子１５の粒子径は数ｎｍ〜数十ｎｍであり、励起光の波長に比べて十分に小さい。このため、励起光１１はその微粒子１５によってレイリー散乱される。図５にレイリー散乱における散乱光強度の角度分布１８を示す。図中のθは入射方向からの角度、Ｉ１、Ｉ２は散乱光の２つの成分を表しており、２つを合成したものＩ１+Ｉ２が散乱光強度になる。図５のように、レイリー散乱された励起光１１は、前方散乱方向と、後方散乱方向に同じ程度の割合で散乱される。従って、ミー散乱や幾何光学的散乱を起こした場合よりも、レイリー散乱を起こした場合の方が、後方散乱方向に強く散乱される。後方散乱方向に強く散乱された励起光１１は、蛍光体層内に戻り、再び蛍光体粒子１２〜１４を励起させながら吸収および散乱を繰り返し、次第に減衰していく。

ここで、微粒子層５側の蛍光体層２〜４では、励起光１１が最初に入射される側の蛍光体層２〜４と比べて、到達する励起光は減衰されて弱くなっている。このため、励起可能な蛍光体粒子が多く含まれている。すなわち、電子と正孔を生成可能な蛍光体粒子が残っている。このため、微粒子層５側の蛍光体層２〜４では、後方散乱された励起光１１が蛍光体粒子によって吸収される割合が高く、蛍光体の励起と発光に寄与させることができる。従って、従来よりも高い光変換効率を得ることができる。

ここで、レイリー散乱およびミー散乱の原理について、式１と式２の２つの式を用いて説明する。

式１のαは、散乱粒子の大きさＤと波長λによって決まるサイズパラメータと呼ばれる係数である。αの値によってどのような散乱が起きるかが決まり、α＜＜１の場合にはレイリー散乱、α≒１の場合にはミー散乱、α＞＞１の場合には幾何光学近似で表現できる。ここで、励起光および可視光の波長帯域３６０ｎｍ〜８３０ｎｍの場合は、α＝１となる粒子径Ｄは、２００ｎｍ程度である。従って、粒子径Ｄが２００ｎｍよりもさらに小さいとき（たとえば数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の場合）にはレイリー散乱、粒子径Ｄが２００ｎｍ程度のときにはミー散乱、粒子径Ｄが２００ｎｍよりもさらに大きいとき（たとえば数μｍ〜数十μｍ程度の場合）には幾何光学近似で表現できることになる。また、αは波長λに反比例することから、短波長の光ほどレイリー散乱を生じやすい。従って、励起光は蛍光体発光波長よりも短波長であるため、蛍光体の発光よりもレイリー散乱を生じやすい。

式２は、レイリー散乱の散乱量を示した散乱係数ｋｓを示した式であり、ｎは粒子数、ｄは粒子径、ｍは粒子の反射係数、λは波長を示す。

ここで散乱係数ｋｓはλの４乗に反比例する。すなわち、波長が短い励起光ほどレイリー散乱が強く生じ、波長が長い蛍光体からの発光ほどレイリー散乱の影響は小さくなる。このため、蛍光体層２、３、４から微粒子層５に入射した励起光１０はレイリー散乱によって後方散乱光成分が増加するため、蛍光体層側に戻る量が多くなる。これに対し、蛍光体層２，３，４から微粒子層５に入射した蛍光体からの発光は、レイリー散乱の効果を受けにくいため、微粒子層５を透過しやすい。

上記の２式に示されたレイリー散乱の原理により、微粒子層５は、波長が小さな励起光１１に対しては、励起光１１を蛍光体層２〜４に戻して蛍光体の再励起に利用する層として働き、波長が大きな蛍光体からの発光に対しては透過しやすい層として働く。そのため、本実施形態を利用した場合は、従来よりも高い光変換効率を得ることができる。

以上のように、励起光１１を蛍光体スクリーン１に照射させると、高い光変換効率で赤色、緑色、青色の蛍光体からの発光を得ることができる。また、蛍光体層２、３、４が薄くても、層内の励起光を有効に利用して、効率良く蛍光体を励起して光変換することが可能となる。さらに、本実施形態に用いる粒子径が数μｍ〜数十μｍの蛍光体粒子１２〜１４は、一般的にスクリーン製造などで用いられる安価な蛍光体を用いることができるため、低コストで発光効率の高い蛍光スクリーンを提供できる。

下記に、本構造の具体的な作成方法について図６を用いて説明する。基材７にはガラスもしくは樹脂フィルムを用いる。基材７の上に、黒色のドライフィルム１９を貼り付ける（図６−ａ）。ドライフィルム１９上にフォトマスクを乗せて露光し、感光させた部分をエッチングすることでブラックストライプ６を形成する（図６−ｂ）。次に、インクジェット印刷、スクリーン印刷もしくはディスペンサによる塗布にて、微粒子層５をそれぞれ形成し、焼成またはＵＶ露光によって硬化させる（図６−ｃ）。次に、スクリーン印刷もしくはディスペンサによる塗布にて、蛍光体層２、３、４をそれぞれ形成し、焼成またはＵＶ露光によって硬化させる（図６−ｄ）。最後に、接着層８を用いてガラスもしくは樹脂フィルムからなるカバー材９を張り合わせて完成となる（図６−ｅ）。以上のように複数回印刷を繰り返すことによって、蛍光スクリーン１を作成することができる。

次に、実際に作成したスクリーンについて、具体的数値を用いて本実施形態を説明する。

基材には０．７ｍｍ厚のガラス基板を用いた。ブラックストライプ６は、それぞれ幅１３５μｍ、高さ５０μｍである。スクリーンの開口はそれぞれ幅４００μｍであるため、１サブピクセルで幅５３５μｍ、１ピクセルで１６１５μｍとなる。微粒子層１０８は膜厚１０μｍで形成した。そして各蛍光体層２〜４は膜厚３０μｍで形成した。

なお、基材には０．２ｍｍ厚の樹脂フィルム（ポリエステルやポリエチレンナフタレート）や、１ｍｍ厚以上のアクリル板などの樹脂基板を使用してもよい。

また、微粒子層５は、微粒子１５の濃度を濃くすることで膜厚を少なくしてもよい。その場合、膜厚を少なくした分、蛍光体層２〜４の膜厚を増やすことができる。

本実施形態の発明のバリエーションを以下にまとめて示す。

単一の蛍光体を用いる例を示したが、蛍光体層に複数の蛍光体を用いてもよい。複数の蛍光体を用いることで、単体の蛍光体だけでは出せないスペクトルが得られる蛍光体層２〜４を形成することが可能となる。

微粒子層５に含まれる微粒子１５は拡散度（白色度）が高い拡散粒子がよい。数ｎｍ〜数十ｎｍの二酸化チタン、炭酸カルシウム、ナノシリカなどのナノ粒子が適している。

微粒子層５に含まれる微粒子１５は、数ｎｍ〜数十ｎｍの大きさの粒子であればよく、量子ドット蛍光体などのナノサイズ蛍光体が含まれていてもよい。ナノサイズ蛍光体の表面では、吸収と拡散が起きる。吸収された励起光１０に関しては、ナノサイズ蛍光体の発光に寄与するため、蛍光体層２〜４と対応する波長で発光する蛍光体であれば単純な拡散粒子よりも輝度の向上が期待できる。拡散された励起光１１に関しては、レイリー散乱によりほかのナノサイズ蛍光体粒子もしくは蛍光体層２〜４内の蛍光体粒子１２〜１４に吸収される可能性が高くなり、輝度向上が期待できる。

微粒子層５と蛍光体層２〜４は明確な境界がなくてもよい。すなわち、1層内に蛍光体粒子１２〜１４と微粒子１５との濃度のグラデーションが生じていてもよい。この場合の作成方法は、一例を挙げると、微粒子層５をスクリーン印刷やディスペンサで形成した後に焼成やＵＶ硬化をせずに、その上に直接蛍光体層２〜４をスクリーン印刷やディスペンサなどで塗布し、その後焼成やＵＶ硬化をさせることで形成可能となる。

微粒子層５の挿入により、出射される励起光の前方散乱成分を低下させることができるため、観察者側から観察した際の励起光の混色が低下し、色純度や視野角の向上などが期待できる。

以上の説明ではブラックストライプ６がストライプ形状の例を示したが、網目状のマトリクスなどの形状でもよい。

また励起光１１に波長４４５ｎｍなどの青色光を使用する場合、蛍光体層（青）４は青色蛍光体粒子１４の代わりに、光拡散用の白色粒子や、シリコンやガラス粒子など屈折率を利用した光拡散粒子を使用した光拡散層としてもよい。

また蛍光スクリーン１の励起光入射面と張り合わせるガラスもしくは樹脂フィルムに、励起光１１を透過し、青色〜赤色光を反射する選択反射層を設けてもよい。これにより、蛍光体領域から励起光入射面に向かう蛍光（拡散光）が反射層にて蛍光スクリーン１の励起光入射面とは反対側（表示面側）に向けて反射されるので、更なる高輝度化が可能となる。

蛍光スクリーン１の励起光入射面に、プリズムシートを設けてもよい。これにより、蛍光スクリーン１の励起光入射面に向かって進行してくる可視光は、プリズム構造によって蛍光スクリーン１の励起光入射面とは反対側（表示面側）に向けて反射されるので、更なる高輝度化が可能となる。なお基材７は、可視光透過性を有していればよい。
（第２の実施形態）
図７は本発明第２の実施の形態である蛍光スクリーンの模式的断面図である。本実施の形態では微粒子層５の基材７側にカラーフィルタ層（赤）２２、カラーフィルタ層（緑）２３、カラーフィルタ層（青）２４を設けている。他の構成は実施の形態１と同様である。

蛍光体層２、３、４から発せられ 微粒子層５を通過した蛍光１７と、吸収されなかった励起光１１は、カラーフィルタ層２２〜２４に入射する。カラーフィルタに入射した励起光１１は、カラーフィルタ層２２〜２４内の色素によって吸収され、減衰していく。一方、蛍光体１２〜１４からの発光は、カラーフィルタ層内で吸収されにくいため、透過する。従って、カラーフィルタ層２２〜２４を透過した光はほぼ蛍光体１２〜１４からの発光のみとなる。

次に作成方法について説明する。図８は本実施の形態の作成方法を示す模式的断面図である。まず基材の上に、ドライフィルム１９を貼り付ける（図８−ａ）。ドライフィルム１９は黒色であることが望ましいが、これに限るものではない。ドライフィルム１９上にフォトマスクを乗せて露光し、感光させた部分をエッチングすることでブラックストライプ６を形成する（図８−ｂ）。次に、インクジェット印刷、もしくはスクリーン印刷によって、各ブラックストライプ間に各色のカラーフィルタ層２２〜２４を形成し、焼成またはＵＶ露光によって硬化させる（図８−ｃ）。次に、インクジェット印刷、スクリーン印刷もしくはディスペンサによる塗布にて、微粒子層５をそれぞれ形成し、焼成またはＵＶ露光によって硬化させる（図８−ｄ）。次に、スクリーン印刷もしくはディスペンサによる塗布にて、蛍光体層２〜４をそれぞれ形成し、焼成またはＵＶ露光によって硬化させる（図８−ｅ）。最後に、接着層８を用いて、ガラスもしくは樹脂フィルムからなるカバー材９を張り合わせて完成となる（図８−ｆ）。以上のように複数回印刷を繰り返すことによって、蛍光スクリーン１を作成することができる。

なお本実施形態の発明においても、第１の実施形態で説明したものと同様のバリエーションを適用することができる。
（第３の実施形態）
図９に、本発明の第３の実施形態である蛍光スクリーン１の模式的断面図の一例を示す。本実施形態の蛍光スクリーン１は、微粒子層５を２つの蛍光体層で挟んだ構造とした点で、第１の実施形態のものと異なる。

蛍光体層２〜４、カラーフィルタ層２２〜２４、微粒子層５、ブラックストライプ６は第２の実施形態と同様であり、それぞれの微粒子層５とカラーフィルタ層２２、２３、２４の間に、蛍光体層(赤）３２、蛍光体層(緑）３３、蛍光体層(青）３４が挿入されている。

蛍光体層３２〜３４は、たとえば赤色蛍光体粒子１２、緑色蛍光体粒子１３、青色蛍光体粒子１４が、それぞれ樹脂１０中に分散させられている。蛍光体層３２〜３４における蛍光体粒子１２〜１４のサイズは、蛍光体からの発光の透過を妨げないのであればどのサイズでもよい。たとえば粒子径が小さなナノサイズ蛍光体を用いてもよく、蛍光体層２〜４と同様の蛍光体粒子１２〜１４が、それぞれ樹脂１０と同じ樹脂に分散させられていてもよい。

本実施形態の構造を用いた蛍光スクリーン１での、あるサブピクセル（ここでは蛍光体層２、微粒子層５、蛍光体層３２、カラーフィルタ層２２が形成された赤色サブピクセル）のスクリーン断面図を図１０に示す。

蛍光体層２へ、励起光１１としてたとえば波長３６０〜４５０ｎｍの紫外光を照射すると、第１の実施の形態で説明したメカニズムによって、励起光１１の一部は蛍光体粒子１２に直接吸収されて発光に寄与する。また直接吸収されなかった励起光１１は、微粒子層５でレイリー散乱され、一部が蛍光体層２に入射し再び発光に寄与する。

さらに、本実施形態では、微粒子層５から前方散乱方向に散乱された励起光１１は、次の蛍光体層３２に入射される。蛍光体層３２には励起可能な蛍光体粒子１２が多く含まれているため、微粒子層５から前方散乱方向に散乱された励起光１１は、蛍光体粒子１２の励起と発光に寄与することができる。このように、励起光１１は蛍光体粒子１２を励起させながら吸収および散乱を繰り返し、次第に減衰していく。

最後に、カラーフィルタ層２２に入射した励起光１１は、カラーフィルタ層２２内の色素によって吸収され、減衰していく。一方、蛍光体粒子１２からの発光は、カラーフィルタ２２層内で吸収されにくいため、透過する。従って、カラーフィルタ層２２を透過した光はほぼ蛍光体粒子１２からの発光のみとなる。

以上に示したとおり、本実施形態では、第一の実施形態と同様の効果のほか、更に微粒子層５から前方散乱方向に散乱された励起光１１を再び蛍光体層３２に入射させて再び蛍光体粒子１２を励起させることに利用できる。従って、第１の実施の形態よりも高い光変換効率を得ることができる。

なお、上記は赤色サブピクセルについて記述したが、緑色サブピクセル、青色サブピクセルにも同様である。

次に、本構造の具体的な作成方法について図１１を用いて説明する。基材７にはガラスもしくは樹脂フィルムを用いる。まず基材７の上に、黒色ドライフィルム１９を貼り付ける（図１１−ａ）。次に、ドライフィルム上にフォトマスクを乗せて露光し、感光させた部分をエッチングすることでブラックストライプ６を形成する（図１１−ｂ）。次に、インクジェット印刷、もしくはスクリーン印刷によって、各ブラックストライプ６間に各色のカラーフィルタ層２２〜２４を形成し、焼成またはＵＶ露光によって硬化させる（図１１-ｃ）。次に、スクリーン印刷もしくはディスペンサによる塗布にて、蛍光体層３２〜３４をそれぞれ形成し、焼成またはＵＶ露光によって硬化させる（図１１-ｄ）。次に、インクジェット印刷、スクリーン印刷もしくはディスペンサによる塗布にて、微粒子層５をそれぞれ形成し、焼成またはＵＶ露光によって硬化させる（図１１−ｅ）。次に、スクリーン印刷もしくはディスペンサによる塗布にて、蛍光体層２〜４をそれぞれ形成し、焼成またはＵＶ露光によって硬化させる（図１１-ｆ）。最後に、ガラスもしくは樹脂フィルムを張り合わせて完成となる（図１１-ｇ）。以上のように複数回印刷を繰り返すことによって、第３の実施形態の蛍光スクリーンを作成することができる。

次に、実際に作成したスクリーンについて、具体的数値を用いて本実施形態を説明する。基材には０．７ｍｍ厚のガラス基板を用いた。ブラックストライプ６は、それぞれ幅１３５μｍ、高さ６０μｍである。スクリーンの開口はそれぞれ幅４００μｍであるため、１サブピクセルで幅５３５μｍ、１ピクセルで幅１６１５μｍとなる。カラーフィルタ層２２〜２４は、それぞれ膜厚１０μｍ、各蛍光体層３２〜３４は膜厚２０μｍで形成した。微粒子層５も膜厚１０μｍで形成した。そして各蛍光体層２〜４は膜厚２０μｍで形成した。
なお、基材７には０．２ｍｍ厚の樹脂フィルム（ポリエステルやポリエチレンナフタレート）や、１ｍｍ厚以上のアクリル板などの樹脂基板を使用してもよい。

また、カラーフィルタ層２２〜２４と微粒子層５は、色素および微粒子の濃度を濃くすることで膜厚を少なくしてもよい。その場合、膜厚を少なくした分、スクリーン部分の膜厚を減らすことができる。

なお本実施形態の発明においても、第１および第２の実施形態で説明したものと同様のバリエーションを適用することができる。

また、蛍光体層３２〜３４に到達する励起光１１は蛍光体層２〜４を透過してきたときに比べると減衰されて弱くなっているため、蛍光体層３２〜３４は蛍光体層２〜４よりも薄くてもよい。
（第４の実施形態）
図１２に、第１乃至第３の実施形態で説明した蛍光スクリーンを利用した投射型画像表示装置の構成を示す。

図１２を参照すると、投射型画像表示装置は、制御手段４１、走査手段４２、励起光源４３および第１乃至第３の実施形態に示した蛍光スクリーン４４を有する。

励起光源４３は、蛍光スクリーン４４上に形成された蛍光体を励起する励起光１１を出力するものであって、たとえばレーザダイオード（ＬＤ）に代表されるレーザ光源である。走査手段４２は、励起光源４３からの光ビーム（励起光）で蛍光スクリーン４４を走査するものであって、ポリゴンミラーやガルバノミラー、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー等からなる。走査手段４２は、水平方向と垂直方向の両方向の走査可能な２軸走査素子であっても良く、また、水平方向に走査する走査素子と垂直方向に走査する走査素子の２つの素子を組み合わせた構成であっても良い。走査手段４２は、励起光１１を水平方向に走査し、蛍光スクリーン４４の左右の端部で走査方向を反転させる、もしくは左右の走査開始点まで戻って再び走査する。この水平方向の走査と同時に、垂直方向にも走査することで、蛍光スクリーン１上を２次元走査させることが可能となる。

制御手段４１は、走査手段４２を制御してこの蛍光スクリーン４４上を２次元走査させる。また、制御手段４１は、走査と同期を取りつつ、励起光源４３からの励起光１１の出力を変調させる。この変調された励起光１１が蛍光スクリーン１上の各サブピクセルに照射されると、各サブピクセル内の蛍光体粒子１２〜１４が励起される。従ってフルカラーの表示が可能となる。

また、走査手段４２の代わりにＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）やＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）に代表される２次元変調デバイス（不図示）を用いて励起光を変調させてもよい。
（第５の実施形態）
本実施の形態は、第４の実施の形態の投射型画像表示装置を用いたマルチプロジェクションシステムである。以下に、そのマルチプロジェクションシステムの一例を説明する。

マルチプロジェクションディスプレイは、主制御部、操作部、複数のプロジェクタユニット及びスクリーンを有する。操作部は、複数のボタン（または操作キー）を有し、これらボタンを用いた入力操作に応じた指示信号を主制御部に供給する。例えば、使用者がシステム起動のための特定の入力操作を行うと、起動信号が操作部から主制御部に供給される。

主制御部は、指示信号に従って、各プロジェクタユニットを同期させて動作させる。主制御部は、外部の映像再生装置から供給された映像信号に基づいて、各プロジェクタユニットへの映像信号を生成する。具体的には、主制御部は、入力映像信号に基づく画像を、プロジェクタユニットの数に応じた複数の画面の画像に分割し、それぞれの分割画像に対応する分割映像信号を生成する。そして、主制御部は、生成した分割映像信号を対応するプロジェクタユニットに供給する。

各プロジェクタユニットは、上述した各実施形態の投射型画像表示装置のいずれかにより構成されており、それぞれが自身の表示範囲を特定し、その特定した表示範囲内に入力分割映像信号に基づく画像を表示する。

図１３に、６台のプロジェクタユニットにより表示されたマルチ画面の一例を示す。この例では、第４の実施形態の投射型画像表示装置を用いてプロジェクタユニットを構成している。蛍光スクリーン４４は、図１３に示したのは、６枚の蛍光スクリーン１を貼り合わせたものであるが、１枚の基板上にすべての蛍光スクリーン１が形成されていてもよい。

第１のプロジェクタユニットが、その表示範囲内に入力分割映像に基づく分割画像を表示する。この第１のプロジェクタユニットによる表示範囲が、分割画面４４−１である。同様に第２〜６のプロジェクタユニットが、その分割画面４４−２〜４４−６に入力分割映像に基づく分割画像を表示する。分割画面４４−１〜４４−６は、隙間なく繋ぎ合わされた状態になっている。

なお、本願の図面において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表わしている。また、図面における長さ、厚さ、幅などの寸法関係は、図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表わしてはいない。

また、本発明は、前記各構成及び実施の形態に記載される構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能である。

１ 蛍光スクリーン
２ 蛍光体層（赤）
３ 蛍光体層（緑）
４ 蛍光体層（青）
５ 微粒子層
６ ブラックストライプ
７ 基材
８ 接着層
９ カバー材
１０ 樹脂
１１ 励起光
１２ 赤色蛍光体粒子
１３ 緑色蛍光体粒子
１４ 青色蛍光体粒子
１５ 微粒子
１６ 黒色物質
１７ 蛍光
１８ 散乱光強度の角度分布
１９ ドライフィルム
２２ カラーフィルタ層（赤）
２３ カラーフィルタ層（緑）
２４ カラーフィルタ層（青）
３２ 蛍光体層(赤）
３３ 蛍光体層(緑）
３４ 蛍光体層(青）
４１ 制御手段
４２ 走査手段
４３ 励起光源
４４ 蛍光スクリーン
１０１ フェースプレート
１０２ 金属反射膜
１０３ 青色発光蛍光膜
１０３ａ ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ蛍光体膜
１０３ｂ ＣａＭｇＳｉ２Ｏ６：Ｅｕ２＋蛍光体膜
１０４ アルミニウム膜
１１１ 蛍光体（青）
１１２ 蛍光体（緑）
１１３ 蛍光体（赤）
１１４ 石英ガラス粒子
１１５ アクリル樹脂
１１６ 励起光
１１７ 励起光源に近い側の蛍光体層
１１８ 励起光源に遠い側の蛍光体層

Claims (10)

1. 表示領域の面内方向に周期的に配置され、それぞれが光を受けて拡散光を出射する複数の拡散領域を有し、前記拡散領域は、前記光により励起されて所定波長の蛍光を放出する蛍光体を含む蛍光体層と、前記光の波長よりも小さい微粒子を含む微粒子層との積層構造を有する、ことを特徴とする蛍光スクリーン。
2. 前記微粒子は、前記蛍光体を励起する前記光に対してレイリー散乱を生じさせる粒子径を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の蛍光スクリーン。
3. 前記蛍光体は、前記蛍光体を励起する前記光に対してミー散乱もしくは幾何光学的な散乱を生じさせる粒子径を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光スクリーン。
4. 前記蛍光体層と、前記微粒子層とは、この順番に前記光が通過するように積層されている、ことを特徴とする請求項１から３に記載の蛍光スクリーン。
5. 前記蛍光体層は、前記微粒子層を挟むように複数配置されている、ことを特徴とする請求項１から４に記載の蛍光スクリーン。
6. 複数の前記拡散領域が、赤、緑、青の蛍光を発する前記蛍光体層を含む、ことを特徴とする請求項１から５に記載の蛍光スクリーン。
7. 赤、緑、青の蛍光を発する前記蛍光体層に対応して赤、緑、青のカラーフィルタが設けられ、前記カラーフィルタは、前記蛍光体層に対して前記光の進行方向側に配置されていることを特徴とする請求項６記載の蛍光スクリーン。
8. 請求項１から７に記載のいずれかの蛍光スクリーンと、励起光を射出する励起光源と、励起光を走査する走査手段と、前記励起光源と前記走査手段を制御する制御手段と、を有する、投射型画像表示装置。
9. 請求項８に記載の投射型画像表示装置を複数用いたマルチプロジェクタ。
10. 第１の透光性基材上に、不透光性のストライプまたはマトリクスを形成する工程と、前記ストライプまたはマトリクスの間隙に、可視光に対してレイリー散乱を生じる粒径を有する微粒子が分散された微粒子層を形成する工程と、前記微粒子層に重畳して、可視光に対してミー散乱もしくは幾何光学的な散乱を生じる粒子径を有する蛍光体が分散された蛍光体層を形成する工程と、前記蛍光体層上に、接着層を介して第２の透光性基材を張り合わせる工程とを有する、ことを特徴とする蛍光スクリーンの製造方法。

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