JP5286633B2

JP5286633B2 - 背面投影型映写スクリーン

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Publication number: JP5286633B2
Application number: JP2005250927A
Authority: JP
Inventors: 彰人籠谷
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2025-08-31
Also published as: JP2007065264A

Description

本発明は、背面投影型リアプロジェクションテレビやディスプレイなどの光学部材として用いられるレンズアレイシート及び背面投影型映写スクリーン及びその背面投影型プロジェクションテレビに関する。

一般的に背面投影型リアプロジェクションテレビ向けの背面投影型映写スクリーンは、観察者側に配置されるレンチキュラーレンズアレイを有するレンズアレイシートと、映像投影側（光源側）に配置するフレネルレンズシートとを重ね合わせた組み合わせにより構成されている。

図８は、液晶プロジェクションテレビ等の背面投影型リアプロジェクションテレビ（以下、単にリアプロジェクションテレビと称す）に用いられる背面投影型映写スクリーン（単に透過型スクリーンとも称す）の構成の一例を示したものであり、図中、１はフレネルレンズシートであって、このフレネルレンズシート１は板状の基材層１ａの片面に同心円状の微細なピッチの凹凸（鋸歯状凹凸）が形成されたレンズ層１ｂが設けられて構成されており、一般的に液晶プロジェクションテレビ内において、ＣＲＴテレビ画像投影用プロジェクタ又は液晶テレビ画像投影用プロジェクタ等のプロジェクタＰは基材層１ａ側に配置される。

そして、フレネルレンズシート１のレンズ層１ｂ側に、所定の間隔をおいて、板状の基材層２ａの片面にレンチキュラーレンズアレイが形成された微細ピッチのレンチキュラーレンズ層２ｂを有するレンチキュラーレンズシート２（レンチキュラーレンズアレイシート）が平行に設けられて、これらフレネルレンズシート１とレンチキュラーレンズシート２とからなる透過型スクリーンが構成されている。

このレンチキュラーレンズシート２は、その基材層２ａ側に順次積層された遮光層６、粘着剤層７、及び光拡散層８とから概略構成されており、レンズ層２ｂがフレネルレンズシート１側に配置され、光拡散層８が観察側に配置される。なお、光拡散層８の観察側の面には表面保護のために必要に応じてハードコート層９が設けられている。

レンチキュラーレンズシート２は、板状の基材層２ａと、その片面に設けられたレンチキュラーレンズ層２ｂとから構成されている。該レンズ層２ｂは、例えば半円柱状のシリンドリカルレンズ（蒲鉾状レンズ）を複数本、その長さ方向が平行になるように配列して構成されており、その半円柱状面２ｃがフレネルレンズシート１側に配置されている。

以下、このレンチキュラーレンズシート２の構成について、その製造操作を追って説明すれば、まず、レンズ層２ｂの基材層２ａ側の面に透明な感光性樹脂層５を塗布する。感光性樹脂層５（フォトレジスト層）は未露光の状態では粘着性があり、露光されると変性して粘着性が殆ど消失する特性を備えたものである。

そして、実際に透過型スクリーンとして使用する場合と同様に、レンチキュラーレンズシート２のレンチキュラーレンズ層２ｂ側からフレネルレンズシート１を介して、プロジェクタＰより光Ｌ（光像）を照射すると、レンズ層２ｂを介してレンチキュラーレンズシート２の基材層２ａの観察面側に集光したストライプ状の光線が感光性樹脂層５に照射されて、露光された部分の透明な感光性樹脂層５が変性して粘着性が消失する。

そして、感光性樹脂層５にブラックカーボンなどを含む暗色又は黒色の転写層を備えた転写フィルムの該転写層を押し付けると、未露光部分の粘着性のある感光性樹脂層５に選択的に該転写層が転移して、暗色又は黒色の遮光層６が形成され、この遮光層６によって光線が集光しない部分が外光を反射しないコントラスト強調用の可視光吸収面となる。

その後、フィルム状の粘着剤層７を積層し、さらに板状の拡散層８を積層して、強固に一体化することにより透過型スクリーンとしてのレンチキュラーレンズシート２（レンチキュラーレンズアレイシート）が得られる。なお、拡散層８は、例えばアクリル系などのプラスチックなどからなるマトリクス中に複数のガラスビーズなどからなる拡散剤を混合したものである。そして、必要に応じて拡散層８の表面にハードコート層９を積層して一体化する。

そして、この透過型スクリーンを、図８に示したようにＣＲＴテレビ画像投影用プロジェクタ又は液晶テレビ画像投影用プロジェクタ等のプロジェクタＰに取り付け、該プロジェクタＰから光線Ｌ（光像）を照射すると、この光線Ｌがフレネルレンズシート１を介して略平行な光線Ｌとなって、この平行な光線Ｌがレンチキュラーレンズシート２のレンズ層２ｂを透過する間に基材層２ａの観察面側に集光することによって、光線Ｌには所定の配光角度θが付与され、画面の左右方向（水平方向）に適度に拡がり、この方向における視野角θの制御が行われる。なお、レンズ層２ｂを透過した光線Ｌは、このレンズ層ｂのシリンドリカルレンズの長さ方向（垂直方向）と平行なストライプ状の光線Ｌとなり、さらに遮光層６を経て、次いで光拡散層８の作用により、画面の上下方向（垂直方向）に適度に光線が拡散し、この方向における視野角の制御が行われる。なお、遮光層６により、Ｓ／Ｎ比を向上させ、コントラストの良好な画像を提供することができる。

ところで、上述のように従来のレンズアレイシート及び透過型スクリーンにおいては、配光特性における配光角度θ（光射出角度）の大きい部分においては、前記遮光層６を設けることによって光線Ｌの蹴られ（遮光層６のエッジによる光遮断）が発生してしまい、所望の配光特性を得ることができないという問題がある。

本発明の課題は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、遮光層によって蹴られてしまう光線の角度成分による輝度を高めておくことにより、所望の配光特性を得ることができるようにすることにある。

本発明の請求項１に係る発明は、レンズアレイシートと、該レンズアレイシートとＣＲＴテレビ画像投影用プロジェクタ又は液晶テレビ画像投影用プロジェクタ等のプロジェクタＰとの間に、レンズ基材層とレンズ層とにより構成されるフレネルレンズシートを有する背面投影型映写スクリーンであって、
前記レンズアレイシートは、
レンズ基材層とレンズ層とからなり、前記レンズ層は、前記プロジェクタＰ側の方向に面しており、同一ピッチの各々の単位レンズ層の山部の頂部には、部分円筒状のシリンドリカル面からなる凸面部を備え、前記凸面部の両側には、平滑な緩やかに傾斜する各々第１傾斜面部を備え、各々の前記第１傾斜面部と各々谷部との間には、前記第１傾斜面部よりも急な傾斜にて傾斜する平滑な第２傾斜面部を備え、前記レンズ基材層には、基材層の集光面側の非集光部に、光線が透過しない遮光された遮光層を備えることを特徴とする背面投影型映写スクリーンである。

本発明のレンズアレイシートによれば、遮光層によって射出光線が蹴られてしまう部分の配光特性を考慮して、そのレンズアレイシートから射出する光線の光射出角度θが、−１０°〜−９０°に１つ又は２つ以上の輝度ピークが存在し、＋１０°〜＋９０°に１つ又は２つ以上の輝度ピークが存在し、合計２つ又は２つ以上の輝度ピークを具備するよう
に、レンズ層のレンズ形状を設定してあるため、その蹴られてしまう遮光層付近のスクリーン透過部（遮光層と遮光層との間）を透過し射出する光線の輝度をレンズ層の形状の設定によって事前に高めておくことができ、遮光層によって射出光線に蹴られが発生したとしても、レンズアレイシートを光線が透過した後のスクリーン観察時においては、射出光線の良好な配光特性を得ることが可能となるものである。

また、本発明のレンズアレイシートによれば、遮光層によって射出光線が蹴られてしまう部分の配光特性を考慮して、そのレンズアレイシートから射出する光線の光射出角度θが、−１０°〜−９０°に１つ又は２つ以上の輝度ピークが存在し、＋１０°〜＋９０°に１つ又は２つ以上の輝度ピークが存在し、さらに、０°に１つの輝度ピークが存在し、合計３つ又は３つ以上の輝度ピークを具備するように、レンズ層のレンズ形状を設定してあるため、光射出角度θが０°における射出光の良好なゲイン（光利得）が得られるとともに、その蹴られてしまう遮光層付近のスクリーン透過部（遮光層と遮光層との間）を透過して射出する光線の輝度をレンズ層の形状の設定によって事前に高めておくことができ、遮光層によって射出光線に蹴られが発生したとしても、レンズアレイシートを光線が透過した後のスクリーン観察時においては、射出光線の良好な配光特性を得ることが可能となるものである。

図１は本発明の請求項１に係る発明のレンズアレイシートの配光特性を示し、図２は本発明の請求項２に係る発明のレンズアレイシートの配光特性を示していて、本発明は、図１、図２に示すように、配光特性における輝度ピークが２つ以上存在するように形成したレンズアレイシートである。

通常のレンチキュラーレンズアレイシート（図８のレンチキュラーレンズアレイシート２参照）の配光特性は、射出角度θが０°に輝度ピークを１つ持ち、射出角度θが大きくなるに従って徐々にその輝度ピークから輝度が低下していく配光特性が一般的である。

図１において１００ａ、１００ｂは、本発明の請求項１に係る発明のレンズアレイシートの配光特性の輝度ピークであり、射出角度θが、−１０°〜−９０°に１つ存在し、＋１０°〜＋９０°に１つ存在し、合計２つの輝度ピークを具備している。

図２において２００ａ、２００ｂ、２００ｃは、本発明の請求項２に係る発明のレンズアレイシートの配光特性の輝度ピークであり、射出角度θが、−１０°〜−９０°に１つ存在し、＋１０°〜＋９０°に１つ存在し、さらに射出角度θが、０度付近に１つ存在し、合計３つの輝度ピークを具備している。

図３〜図６は、本発明のレンズアレイシートの各種レンズ形状を説明する部分拡大側断面図である。

図３は、図２に示すような配光特性における輝度ピークが２つ存在するように形成した本発明のレンズアレイシート１０のレンズ層１０ｂの形状の一例を説明する１ピッチ分のレンズ層１０ｂの部分拡大側断面図である。

本発明のレンズアレイシート１０は、図３に示すように、基材層１０ａと、山部１１と谷部１２とを備えた微細な同一ピッチの各々半多角形筒状のシリンドリカルレンズのストライプ状の配列によるレンズ層１０ｂ（レンズアレイ）とにより構成されるレンズアレイシートであり、図８に示した微細な同一ピッチの各々半円筒形状のシリンドリカルレンズのストライプ状の配列による従来のレンチキュラーレンズシート２のレンズ層２ｂの半円筒形状のシリンドリカルレンズの形状とは異なる。

本発明のレンズアレイシート１０は、図３に示すように、同一ピッチの各々レンズ層１０ｂの山部１１の頂部には平滑な水平面部ａを備え、該水平面部ａの両側には、平滑な傾斜する各々傾斜面部ｂ、ｂを備え、レンズ層１０ｂのレンズ１ピッチ分は、水平面部ａと、傾斜面部ｂ、ｂとから構成されている。

図３に示すように、本発明のレンズアレイシート１０のレンズ層１０ｂ側にフレネルレンズシート１（図８参照）を介して入射される平行光線Ｌ（θo ；入射角）は、下記のように透過して基材層１０ａ側に出射するものであり、まず、入射される平行光線Ｌは、レンズ層１０ｂの水平面部ａにおいては、そのまま平行光線Ｌとして透過して基材層１０ａ側に出射し、各々傾斜面部ｂ、ｂにおいては、その傾斜面部ｂ、ｂの境界面にて、それぞれ屈折角θ1 、θ1 にて互いに集光方向に屈折して基材層１０ａ側に出射して、レンズアレイシート１０の左右方向（水平方向）における左側の光出射角度−１０°〜−９０°の範囲内に１つの輝度ピーク１００ａが存在し、右側の光出射角度＋１０°〜＋９０°の範囲内に１つの輝度ピーク１００ｂが存在し、合計２つの輝度ピークを有するレンズアレイシート１０が得られる。

本発明のレンズアレイシート１０は、図３に示すように、同一ピッチの各々レンズ層１０ｂの山部１１の頂部には水平面部ａを備え、該水平面部ａの両側には、傾斜する各々傾斜面部ｂ、ｂを備え、レンズ層１０ｂのレンズ１ピッチ分は、水平面部ａと傾斜面部ｂ、ｂとから構成されている。

図３に示すように、本発明のレンズアレイシート１０のレンズ層１０ｂ側にフレネルレンズシート１（図８参照）を介して入射される平行光線Ｌは、下記のように透過して基材層１０ａ側に出射するものであり、まず、入射される平行光線Ｌは、レンズ層１０ｂの水平面部ａにおいては、そのまま平行光線Ｌとして透過して基材層１０ａ側に出射し、各々傾斜面部ｂ、ｂにおいては、その傾斜面部ｂ、ｂの境界面にて、それぞれ屈折角θ1 、θ1 にて互いに集光方向に屈折して基材層１０ａ側に出射して、レンズアレイシート１０の左右方向（水平方向）における左側の光出射角度−１０°〜−９０°の範囲内に１つの輝度ピーク１００ａが存在し、右側の光出射角度＋１０°〜＋９０°の範囲内に１つの輝度ピーク１００ｂが存在し、合計２つの輝度ピーク１００ａ、１００ｂを有するレンズアレイシート１０が得られる。

また、本発明のレンズアレイシート１０は、図４に示すように、同一ピッチの各々レンズ層１０ｂの山部１１の頂部には、Ｏをレンズ中心とする部分円筒状のシリンドリカル面からなる凸面部ａ_Oを備え、該凸面部ａ_Oの両側には、平滑な傾斜する各々傾斜面部ｂ、ｂを備え、レンズ層１０ｂのレンズ１ピッチ分は、凸面部ａ_Oと、傾斜面部ｂ、ｂとから構成されている。

図４に示すように、本発明のレンズアレイシート１０のレンズ層１０ｂ側にフレネルレンズシート１（図８参照）を介して入射される平行光線Ｌ（入射角；θo ）は、下記のように透過して基材層１０ａ側に出射するものであり、まず、入射される平行光線Ｌは、レンズ層１０ｂの凸面部ａ_Oにおいては、集光方向に屈折し透過して基材層１０ａ側に出射して、レンズアレイシート１０の左右部向（水平方向）における中央部の光出射角度０°付近に１つの輝度ピーク１００ｃが存在し、各々傾斜面部ｂ、ｂにおいては、その傾斜面部ｂ、ｂの境界面にて、それぞれ屈折角θ1 、θ1 にて互いに集光方向に屈折して基材層１０ａ側に出射して、レンズアレイシート１０の左右方向（水平方向）における左側の光出射角度−１０°〜−９０°の範囲内に１つの輝度ピーク１００ａが存在し、右側の光出射角度＋１０°〜＋９０°の範囲内に１つの輝度ピーク１００ｂが存在し、合計３つの輝度ピーク１００ｃ、１００ａ、１００ｂを有するレンズアレイシート１０が得られる。

また、本発明のレンズアレイシート１０は、図５に示すように、同一ピッチの各々レンズ層１０ｂの山部１１の頂部には平滑な水平面部ａを備え、該水平面部ａの両側には、平滑な緩やかに傾斜する各々第１傾斜面部ｂ、ｂを備え、各々第１傾斜面部ｂ、ｂと各々谷部１２、１２との間には、該傾斜面部ｂよりも急な傾斜にて傾斜する平滑な第２傾斜面部ｃ、ｃを備え、レンズ層１０ｂのレンズ１ピッチ分は、水平面部ａと、第１傾斜面部ｂ、ｂと、第２傾斜面部ｃ、ｃとから構成されている。

図５に示すように、本発明のレンズアレイシート１０のレンズ層１０ｂ側にフレネルレンズシート１（図８参照）を介して入射される平行光線Ｌ（入射角；θo ）は、下記のように透過して基材層１０ａ側に出射するものであり、まず、入射される平行光線Ｌは、レンズ層１０ｂの水平面部ａにおいては、そのまま平行光線Ｌとして透過して基材層１０ａ側に出射し、各々第１傾斜面部ｂ、ｂにおいては、その第１傾斜面部ｂ、ｂの境界面にて、それぞれ屈折角θ1 、θ1 にて互いに集光方向に屈折して基材層１０ａ側に出射し、また、第２傾斜面部ｃ、ｃにおいては、その第２傾斜面部ｃ、ｃの境界面にて、それぞれ屈折角θ2 、θ2 にて互いに集光方向に屈折して基材層１０ａ側に出射して、レンズアレイシート１０の左右方向（水平方向）における左側の光出射角度−１０°〜−９０°の範囲内に２つの輝度ピーク２００ａ、２００ｃが存在し、右側の光出射角度＋１０°〜＋９０°の範囲内に２つの輝度ピーク２００ｂ、２００ｄが存在し、合計４つの輝度ピーク２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄを有するレンズアレイシート１０が得られる。

また、本発明のレンズアレイシート１０は、図６に示すように、同一ピッチの各々レンズ層１０ｂの山部１１の頂部には、Ｏをレンズ中心とする部分円筒状のシリンドリカル面からなる凸面部ａ_Oを備え、該凸面部ａ_Oの両側には、平滑な緩やかに傾斜する各々第１傾斜面部ｂ、ｂを備え、各々第１傾斜面部ｂ、ｂと各々谷部１２、１２との間には、該傾斜面部ｂよりも急な傾斜にて傾斜する平滑な第２傾斜面部ｃ、ｃを備え、レンズ層１０ｂのレンズ１ピッチ分は、凸面部ａ_Oと、第１傾斜面部ｂ、ｂと、第２傾斜面部ｃ、ｃとから構成されている。

図６に示すように、本発明のレンズアレイシート１０のレンズ層１０ｂ側にフレネルレンズシート１（図８参照）を介して入射される平行光線Ｌ（入射角；θo ）は、下記のように透過して基材層１０ａ側に出射するものであり、まず、入射される平行光線Ｌは、レンズ層１０ｂの凸面部ａ_Oにおいては、集光方向に屈折し透過して基材層１０ａ側に出射して、レンズアレイシート１０の左右部向（水平方向）における中央部の光出射角度０°付近に１つの輝度ピーク１００ｃが存在し、各々第１傾斜面部ｂ、ｂにおいては、その第１傾斜面部ｂ、ｂの境界面にて、それぞれ屈折角θ1 、θ1 にて互いに集光方向に屈折して基材層１０ａ側に出射し、また、第２傾斜面部ｃ、ｃにおいては、その第２傾斜面部ｃ、ｃの境界面にて、それぞれ屈折角θ2 、θ2 にて互いに集光方向に屈折して基材層１０ａ側に出射して、レンズアレイシート１０の左右方向（水平方向）における左側の光出射角度−１０°〜−９０°の範囲内に２つの輝度ピーク２００ａ、２００ｃが存在し、右側の光出射角度＋１０°〜＋９０°の範囲内に２つの輝度ピーク２００ｂ、２００ｄが存在し、合計５つの輝度ピーク２００ｅ、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄを有するレンズアレイシート１０が得られる。

図７は、液晶プロジェクションテレビやＣＲＴプロジェクションテレビ等の背面投影型リアプロジェクションテレビ（リアプロジェクションテレビ）に用いられる背面投影型映スクリーン（単に透過型スクリーンとも称す）に、本発明のレンズアレイシート１０を用いた場合の構成の一例を示したものであり、図中、１はフレネルレンズシートであって、このフレネルレンズシート１は板状の基材層１ａの片面に同心円状の微細なピッチの凹凸（鋸歯状凹凸）が形成されたレンズ層１ｂが設けられて構成されており、一般的に液晶プ
ロジェクションテレビ内において、ＣＲＴテレビ画像投影用プロジェクタ又は液晶テレビ画像投影用プロジェクタ等のプロジェクタＰは基材層１ａ側に配置される。

そして、フレネルレンズシート１のレンズ層１ｂ側に、所定の間隔をおいて、板状の基材層１０ａの片面に部分多角形筒状のシリンドリカルレンズアレイが形成された微細ピッチのレンズ層１０ｂを有する本発明のレンズアレイシート１０（例えば図５に示すレンズアレイシート１０参照）が平行に設けられて、これらフレネルレンズシート１とレンズアレイシート１０とからなる透過型スクリーンが構成されている。

このレンズアレイシート１０は、その基材層１０ａ側に順次積層された遮光層６、粘着剤層７、及び光拡散層８とから概略構成されており、レンズ層１０ｂがフレネルレンズシート１側に配置され、光拡散層８が観察側に配置される。なお、光拡散層８の観察側の面には表面保護のために必要に応じてハードコート層９が設けられている。なお、上記各々層は、背景技術にて前述した形成方向により形成することができる。

また、本発明のレンズアレイシート１０には遮光層６を設けることにより、Ｓ／Ｎ比を向上させることができ、コントラストの良好な投影画像を提供することができる。

また、本発明のレンズアレイシート１０の成形には、ポリメチルメタアクリレートなどの放射線硬化型樹脂を使用することができ、特に、レンズ層１０ｂの成形においては、放射線硬化型樹脂を使用することによって、精度の良好なファインピッチのレンズ層１０ｂを形成することができる。

本発明のレンズアレイシートの実施例における光出射角度と輝度との関係を説明するグラフ。本発明のレンズアレイシートの実施例における光出射角度と輝度との関係を説明するグラフ。本発明のレンズアレイシートの実施例におけるレンズ層の形状を説明する側断面図。本発明のレンズアレイシートの実施例におけるレンズ層の形状を説明する側断面図。本発明のレンズアレイシートの実施例におけるレンズ層の形状を説明する側断面図。本発明のレンズアレイシートの実施例におけるレンズ層の形状を説明する側断面図。本発明のレンズアレイシートを用いた背面投影型映スクリーンの全体平面図。従来のレンチキュラーレンズシートを用いた背面投影型映スクリーンの全体平面図。

符号の説明

１…フレネルレンズシート
２…レンチキュラーレンズシート
５…感光性粘着剤層
６…遮光層
７…粘着剤層
８…光拡散層
９…ハードコート層
１０…レンズアレイシート
Ｌ…光線
Ｐ…プロジェクタ

Claims

レンズアレイシートと、該レンズアレイシートとＣＲＴテレビ画像投影用プロジェクタ又は液晶テレビ画像投影用プロジェクタ等のプロジェクタＰとの間に、レンズ基材層とレンズ層とにより構成されるフレネルレンズシートを有する背面投影型映写スクリーンであって、
前記レンズアレイシートは、
レンズ基材層とレンズ層とからなり、
前記レンズ層は、前記プロジェクタＰ側の方向に面しており、
同一ピッチの各々の単位レンズ層の山部の頂部には、部分円筒状のシリンドリカル面からなる凸面部を備え、
前記凸面部の両側には、平滑な緩やかに傾斜する各々第１傾斜面部を備え、
各々の前記第１傾斜面部と各々谷部との間には、前記第１傾斜面部よりも急な傾斜にて傾斜する平滑な第２傾斜面部を備え、
前記レンズ基材層には、基材層の集光面側の非集光部に、光線が透過しない遮光された遮光層を備えることを特徴とする背面投影型映写スクリーン。