JP2002090891A

JP2002090891A - フレネルレンズシート及びフレネルレンズシートの製造方法

Info

Publication number: JP2002090891A
Application number: JP2000285201A
Authority: JP
Inventors: Toru Watanabe; 徹渡辺; Hideki Kobayashi; 秀樹小林
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2002-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】スクリーン周辺部の画像の着色を防止する。【解決手段】本発明にかかるフレネルレンズシート１
は、入射された光を一定の角度の範囲内になるように絞
込むものであって、入射光は、特定の偏光面を有すると
ともに、このフレネルレンズシート１のフレネル面に対
して２０度以上全反射角度以下の入射角を有し、さらに
レネルレンズシート１の基板の複屈折を３５０ｎｍ以下
とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、例えば背面投射型
テレビジョンにおいて用いられる背面投射型スクリーン
のフレネルレンズシート及びその製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】背面投射型テレビジョン(以下、ＲＰＴ
Ｖ)では、一般的にレンチキュラーレンズとフレネルレ
ンズを有するスクリーンが用いられている。投射光源と
しては、ＣＲＴ（陰極線管：Cathode Ray Tube）方式、
ＬＣＤ（液晶ディスプレイ：Liquid Crystal Display）
方式およびＤＭＤ（Digital Micromirror Device）方式
等がある。この内、ＬＣＤ方式はＲＰＴＶの小型化に対
し有利であり、近年活発に開発が進められている。

【０００３】図１に、ＬＣＤ方式を採用したＲＰＴＶの
概略図を示す。ＲＰＴＶは、光源４、レンズ５、偏光板
６、液晶パネル７、偏光板８、拡大レンズ９、背面投射
型スクリーン３を備え、この背面投射型スクリーン３
は、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を有する。

【０００４】光源４から出射された光は、レンズ５によ
りコリメートされた後、偏光板６に入射する。偏光板６
に入射された光は、偏光板６を通過することにより、一
つの方向にしか振動しない直線偏光となる。そして、こ
の直線偏光は液晶パネル７を通過し、偏光板７に至る。
このとき、液晶パネル７の各画素に映像データに応じた
電圧が印加され、ある画素については偏光板８を当該直
線偏光が通過するように、またある画素については偏光
板８を当該直線偏光が通過しないように制御される。偏
光板８を通過した直線偏光は、拡大レンズ９により拡大
され、背面投射型スクリーン３に入射する。背面投射型
スクリーン３では、フレネルレンズシート１が、入射さ
れた光を一定の角度の範囲内になるように絞込む。レン
チキュラーレンズシート２は、フレネルレンズシート１
を透過した入射光を適当な角度の範囲に広げる。

【０００５】このフレネルレンズシート１の模式図を図
２に示す。フレネルレンズシート１の出射面には、フレ
ネルレンズ１１が基板１２上に設けられている。フレネ
ルレンズシート１では、図示されるように光の不透過領
域と透過領域を有する。ここで、フレネルレンズシート
１の基板１２は、例えば、ポリメチルメタアクリレート
（ＰＭＭＡ）、ＰＭＭＡとエチルアクリレート、スチレ
ン又はメチルアクリレートの共重合体等のアクリル樹
脂、塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレ
ン、アクリルにゴム成分を重合または分散させた耐衝撃
グレードのアクリル樹脂の素材よりその基材が構成され
る。フレネルレンズ１１のレンズパターンは例えばウレ
タン系の紫外線硬化型アクリレート樹脂より構成され
る。

【０００６】ＬＣＤを採用したＲＰＴＶのレンチキュラ
ーレンズシート２の模式図を図３に示す。レンチキュラ
ーレンズシート２の入射面には、レンチキュラーレンズ
２１が設けられている。ここで、レンチキュラーレンズ
シート２は、例えば、ＰＭＭＡ、ＰＭＭＡとエチルアク
リレート又はメチルアクリレートの共重合体等のアクリ
ル樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート、ポリスチ
レン、アクリルにゴム成分を重合または分散させた耐衝
撃グレードのアクリル樹脂より構成される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＬＣＤ方式
のＲＰＴＶにおいて、図２、図３により説明したような
背面投射型スクリーンを用いた場合、スクリーン周辺部
の画面が着色するという問題が発生する場合があった。
特に、ＲＰＴＶを薄型にするため、フレネルレンズ１１
の焦点距離が短く、かつ拡大レンズ９からフレネルレン
ズ１１間の投射距離が短い場合、着色が激しくなるとい
う問題点を有していた。

【０００８】よって、本発明の目的は、スクリーン周辺
部の画像の着色を防止することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明にかかるフレネ
ルレンズシート（例えば、本実施の形態におけるフレネ
ルレンズシート１）は、入射された光を一定の角度の範
囲内になるように絞込むフレネルレンズシートであっ
て、この入射光は、特定の偏光面を有するとともに、当
該フレネルレンズシートのフレネルレンズ面に対して２
０度以上全反射角度以下の入射角を有し、さらに当該フ
レネルレンズシートの基板の複屈折を３５０ｎｍ以下と
したものである。これによりスクリーン周辺部の画像の
着色を防止することができる。

【００１０】入射光が偏光板と液晶パネルを通過した光
である場合に特に有効である。

【００１１】また、入射光は、光の三原色の偏光方向が
一致している場合にも有効であり、さらには、入射光の
偏光方向がフレネルレンズシートの上下方向に対して平
行又は垂直である場合に本発明を適用することが望まし
い。

【００１２】そして、この発明にかかるフレネルレンズ
シートの製造方法は、ダイ（例えば本実施例におけるダ
イ１１０２）より樹脂を押し出すステップと、ダイより
押し出された樹脂（例えば本実施例における樹脂１１０
１）を第１のローラ（例えば本実施例における上ローラ
１１０３）により下流に送るステップと、第１のローラ
により送られた樹脂を、第１のローラの下流に設けられ
た第２のローラ（例えば本実施例における中ローラ１１
０４）によりさらに下流に送るステップとを有するフレ
ネルレンズシートの製造方法であって、第１のローラと
第２のローラのドロー比を制御することにより当該樹脂
より構成されるフレネルレンズシートの基板の複屈折を
３５０ｎｍ以下としたものである。これにより、スクリ
ーン周辺部の画像の着色を防止することができるフレネ
ルレンズシートを製造することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】まず、本発明を想起するに至った
過程を説明する。最初に、本発明の問題点である画面の
着色現象は、以下に示す原因より発生していることが分
かった。

【００１４】ＬＣＤ光学系より投射された光は、拡大レ
ンズ９により拡大されるため、フレネルレンズシート１
に対し斜め入射となる。そして、入射光は、フレネルレ
ンズシート１の入射面で屈折した後、フレネルレンズ面
に達する。ここで、ＬＣＤ光学系から投射された光は、
偏光板８によって所定の偏光面を有する直線偏光であ
る。例えば、入射光の偏光面がスクリーン３の縦横方向
に対し、４５°の傾きを持っている場合がある。この例
につき図４に説明図を示す。この例では、図示されるよ
うに偏光面が左上角、右下角を結んだ面であるとする。
この場合にスクリーン３の角の領域においてフレネルレ
ンズ面に対する偏光面は背面投射型スクリーン３の上下
対角方向で異なることになる。この場合、フレネルレン
ズ面の左下角の領域及び右上角の領域では、フレネルレ
ンズ面の偏光は、フレネルレンズ面に対しＰ偏光成分と
なる。また、この場合、フレネルレンズ面の左上角の領
域及び右下角の領域では、フレネルレンズ面に対しＳ偏
光成分となる。

【００１５】他方、光の偏光面がスクリーン３に対し、
左下角、右上角を結んだ面であるとすると、フレネルレ
ンズ面の左下角および右上角では、偏光は、フレネル面
に対しＳ偏光成分となる。また、この場合、フレネルレ
ンズ面の左上角の領域及び右下角の領域では、フレネル
レンズ面に対しＰ偏光成分となる。

【００１６】Ｐ偏光とＳ偏光の反射率は、図９に示され
るように大きく異なる。図９において、縦軸は反射率、
横軸は入射角を示す。この例では、屈折率１．５５２の
物質中から空気中へ光が抜ける場合を計算している。図
９より約４０度の入射角以上は、全反射を起こすことが
分かる。ここで、フレネルレンズは屈折領域を使用する
ため、全反射以下の角度のみを考慮すればよい。その範
囲において、約２０度から４０度の領域は、Ｐ偏光成分
の反射率がＳ偏光成分の反射率より大きくなることが分
かる。特に３４度付近ではＰ偏光成分のみが反射してい
る。

【００１７】さらに図１０にフレネルレンズシート１内
の光の動きの一例を示す。Ｄはフレネルレンズ角を示
す。フレネルレンズシート１に入射した光は、そのまま
通過せずに、フレネルレンズ面において一部の光が反射
し、さらに入射面において反射した後、再度、フレネル
レンズ面を通過し、出射する場合がある。このようにフ
レネルレンズシート１内で反射を繰り返した後に出射さ
れる光は、上述のようにＰ偏光とＳ偏光とで反射率が違
うことに起因して、Ｐ偏光とＳ偏光とで異なる強度で出
射することになる。図４に示す例では、反射率の高いＰ
偏光成分が多い左下領域と右上領域において反射率が高
くなる。また、反射率が低いＳ偏光成分が多い左上領域
と右下領域において反射率が低くなる。この様な現象を
回避するために、一般的には光偏光面をスクリーン３に
対し、０°あるいは９０°となるように設計することが
行われている。

【００１８】ところが、０°或いは９０°に偏光面を設
定した場合においても、光３原色それそれの偏光面が異
なると以下のような着色問題を有する。この点を説明す
るための図を図５、図６に示す。図５は、緑色の偏光に
ついて説明しており、図６は、赤色と青色の偏光につい
て説明している。図に示されるように緑色の偏光面がス
クリーン３に対し縦方向であり、赤色の偏光面と青色の
偏光面とがスクリーン３に対し横方向である。このよう
な場合は、ＬＣＤ光学系の設定により発生しうる。

【００１９】この時、スクリーン３の角部でのフレネル
レンズ面への偏光角度は、何れの色、何れの角部におい
ても４５°で等しく、輝度・色班を起こすことはない。
一方、スクリーン３の上下端、或いは左右端において
は、各色の違いにより、フレネルレンズ面への偏光方向
が異なり、スクリーン上下端において、赤・青色はフレ
ネルレンズ面に対しＰ偏光となり、緑色はＳ偏光とな
る。この時、Ｐ偏光の反射率が高くなり、スクリーン上
下端において着色現象を起こすことになる。この問題を
回避するには、光３原色の偏光方向を同じとすることが
有効である。また、以上の現象は何れもフレネル角度が
大きいほど及び光入射角度が大きいほど顕著である。

【００２０】ところで、３原色の偏光方向が同じであ
り、かつその偏光方向がスクリーン３の上下方向に対し
平行あるいは直角、即ち左右方向に平行であった場合に
おいても着色現象が発生することがある。図７及び図８
にこの点を説明するための図を示す。これは以下の原因
による。例えば全ての色の偏光方向がスクリーン３の垂
直方向であった場合、図７の点Ａに入射した光が図８
（ａ）のような成分を有していたとする。このとき、点
Ａに入射しフレネルレンズ面で反射した光は、図８
（ｂ）のようにＰ偏光成分が主体となる。そして、基板
に複屈折があった場合、フレネルレンズ面で反射した光
は、左方向あるいは右方向に回転した楕円偏光となる。
この反射光は、入射面で反射され、フレネルレンズ面を
通過しレンチキュラーレンズシート２側の出射する。

【００２１】この時、レンチキュラーレンズシート２を
通して、この反射光をみた場合、レンチキュラーレンズ
シート２もそのレンズ形状に由来する偏光特性を持って
いるため右回転した楕円偏光と左回転した楕円偏光で、
レンチキュラーレンズシート２の光透過率が異なること
になる。つまり、スクリーン３に対する偏光方向および
各色全てが同じ偏光方向であっても、フレネル基板に複
屈折があることによりフレネルレンズ面での反射光の影
響により、画面で着色現象が発生することになる。

【００２２】この点につき、例を挙げて詳細に説明す
る。第１の例は、フレネルレンズシート１の基板複屈折
が５５０ｎｍの場合である。この場合、青色光（波長λ
＝４４０ｎｍ）に対しては、波長に対し基板複屈折が
１．２５倍となり、１／４波長板と等価な作用を及ぼ
す。この結果、偏光は円偏光となり、基板裏面での反射
はＳ偏光とＰ偏光の中間となる。尚、基板複屈折とは、
フレネルレンズシート１の基板部分の複屈折を指す。

【００２３】また、緑色光（波長λ＝５５０ｎｍ）に対
しては、波長に対し基板複屈折は１．０倍となり、偏光
への影響はない。この結果、基板裏面での反射はＰ偏光
主体となり、高くなる。

【００２４】そして、赤色光（波長λ＝６００ｎｍ）に
対しては、波長に対し基板複屈折が０．９１倍となり、
ほぼＰ偏光主体の偏光となる。この結果、基板裏面での
反射はＰ偏光主体となり、高くなる。以上のように、基
板裏面での反射は、高い順に「緑色」＞「赤色」＞「青
色」となりオレンジ色かかった色となる。

【００２５】第２の例は、フレネルレンズシート１の基
板複屈折が３００ｎｍの場合である。この場合、青色光
（波長λ＝４４０ｎｍ）に対しては、波長に対し複屈折
が０．６８倍となり、偏光は楕円偏光となる。ただし、
主体はフレネルレンズ面と平行のＰ偏光が主体であり、
基板裏面での反射も比較的高い。

【００２６】緑色光（波長λ＝５５０ｎｍ）に対して
は、波長に対し基板複屈折は０．５５倍となり、ほぼ１
／２波長板と等価な作用を及ぼす。この結果、偏光は円
偏光となり、基板裏面での反射はＳ偏光とＰ偏光の中間
となる。

【００２７】赤色光（波長λ＝６００ｎｍ）に対して
は、波長に対し基板複屈折が０．５倍となり、ちょうど
１／２波長板と等価な作用を及ぼす。つまり赤色光は基
板を通過することにより、９０度回転した偏光となる。
この結果、フレネルレンズ面と平行の偏光は、直角偏光
に変化し、基板裏面への入射はＳ偏光が主体となり、反
射率は低い状態となる。

【００２８】以上のように第２の例では、基板裏面での
反射は高い順に「青色」＞「緑色」＞「赤色」となり、
青みの強い色となる。

【００２９】第３の例は、フレネルレンズシート１の複
屈折が２００ｎｍの場合である。この場合、青色光（波
長λ＝４４０ｎｍ）に対しては、波長に対し基板複屈折
が０．４５倍となり、偏光は楕円偏光となる。ただし、
主体はフレネルレンズ面と平行の偏光であるＳ偏光が主
体であり、基板裏面での反射も比較的低い。

【００３０】緑色光（波長λ＝５５０ｎｍ）に対して
は、波長に対し基板複屈折は０．３６倍となり、偏光は
楕円偏光となる。ただし、主体はフレネルレンズ面と平
行であるＰ偏光が主体であり、基板裏面での反射も比較
的高い。

【００３１】赤色光（波長λ＝６００ｎｍ）に対して
は、波長に対し基板複屈折が０．３３倍となり、偏光は
楕円偏光となる。ただし、主体はフレネルと平行である
Ｐ偏光が主体であり、基板裏面での反射も比較的高い。

【００３２】例３では、基板裏面での反射は、高い順に
「青色」＞「緑色」＞「赤色」となるがその差は小さ
い。

【００３３】以上のように、赤色光波長の６００ｎｍの
１／２以下の複屈折であれば、フレネルでの反射光が基
板を通過することによる偏光状態の変化は小さく、光３
原色の違いによる基板裏面での反射率の差も小さくな
る。

【００３４】この様な現象を解決する方法としては、フ
レネルレンズシートの複屈折を低減することが最も効果
的である。種々検討した結果、上記現象による着色は、
フレネルレンズートの複屈折が３５０ｎｍ以下であれ
ば、実用上問題無いことが分かった。

【００３５】本発明に従えば、複屈折が３５０ｎｍ（測
定波長５００ｎｍにて）のフレネルレンズシート基板を
使用することにより、着色のない優れたスクリーンとす
ることができることが分かった。またこの時、当然各３
原色の偏光方向は一致しており、かつその偏光方向はス
クリーンの縦横方向に対し、平行あるいは垂直であるこ
とが望ましい。

【００３６】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。まず、フレネルレンズシート１の製造方法について
具体的に説明する。次の表１に製造条件を示す。この例
では、画面の色の均一性の評価の結果、実用上問題のな
いレベルと認められた基準品の製造条件を基準に、所定
の条件を変更した５種類のフレネルレンズシート１を製
造し、その複屈折を評価した。

【００３７】

【表１】また、この例において、フレネルレンズシート１の製造
に用いた製造装置を図１１に示す。図１１に示されるよ
うに、フレネルレンズシート１の原料となる樹脂１１０
１は、ダイ１１０２より押し出され、上ローラ１１０３
と中ローラ１１０４の間をこれらのローラが図示する方
向に回転することにより移動する。そして、樹脂１１０
１は、下ローラ１１０５を経て引張りローラ１１０６・
１１０７間に挟まれ、引っ張られる。表１において、ロ
ール温度及びロール速度、ドロー比等において、「下」
は下ローラ１１０５、「中」は中ローラ１１０４、
「上」は上ローラ１１０３、「ＰＶＭ」は引張りローラ
１１０６・１１０７を各々示している。この表１より、
ドロー比を上げた場合に複屈折が増加することが判る。
逆に言えば、ドロー比を制御することにより複屈折を抑
制することができる。

【００３８】フレネル基盤複屈折が３００ｎｍであるフ
レネルレンズシートを２Ｐ法により作成し、ＬＣＤ方式
の背面投射型ＴＶにて画面の色の均一性を評価した。そ
の結果、実用上問題の無いレベルであった。

【００３９】一方、フレネル基板の複屈折が４００ｎｍ
であるフレネルレンズシートを２Ｐ法により作成し、Ｌ
ＣＤ方式の背面投射型ＴＶにて画面の色の均一性を評価
した。その結果、画面の角の領域で着色していることが
分かった。

【００４０】

【発明の効果】本発明により、スクリーン周辺部の画像
の着色を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】背面投射型テレビジョンシステムの概略図であ
る。

【図２】フレネルレンズシートの模式図である。

【図３】レンチキュラーレンズシートの模式図である。

【図４】入射光の偏光方向と反射の関係を説明するため
の図である。

【図５】入射光の偏光方向と反射の関係を説明するため
の図である。

【図６】入射光の偏光方向と反射の関係を説明するため
の図である。

【図７】入射光の偏光方向と反射の関係を説明するため
の図である。

【図８】入射光の偏光方向と反射の関係を説明するため
の図である。

【図９】Ｐ偏光とＳ偏光の入射角度と反射率を示す図で
ある。

【図１０】フレネルレンズシートに入射した光の動きを
説明するための図である。

【図１１】本発明の一実施例において用いられた製造装
置を示す図である。

【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３背面投射型スクリーン６偏光板７液晶パネ
ル８偏光板１１フレネルレンズ２１レンチキュラーレンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ 33/12 33/12 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｃ 9/31 9/31 ＣＦターム(参考） 2H021 BA22 BA32 2H091 FA08X FA08Z FA11X FA11Z FA27X FA28X FA41Z LA20 5C058 AA01 AA06 AA11 BA23 BA35 EA01 EA26 EA27 EA34 5C060 AA01 BB13 GA02 GC01 JA00 JB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射された光を一定の角度の範囲内になる
ように絞込むフレネルレンズシートであって、前記入射
光は、特定の偏光面を有するとともに、当該フレネルレ
ンズシートのフレネルレンズ面に対して２０度以上全反
射角度以下の入射角を有し、さらに当該フレネルレンズ
シートの基板の複屈折を３５０ｎｍ以下とするフレネル
レンズシート。
【請求項２】前記入射光は、偏光板と液晶パネルを通過
した光であることを特徴とする請求項１記載のフレネル
レンズシート。
【請求項３】前記入射光は、光の三原色の偏光方向が一
致していることを特徴とする請求項１又は２記載のフレ
ネルレンズシート。
【請求項４】前記入射光は、偏光方向がフレネルレンズ
シートの上下方向に対して平行又は垂直であることを特
徴とする請求項１、２又は３記載のフレネルレンズシー
ト。
【請求項５】ダイより樹脂を押し出すステップと、前記ダイより押し出された樹脂を第１のローラにより下
流に送るステップと、前記第１のローラにより送られた樹脂を、前記第１のロ
ーラの下流に設けられた第２のローラによりさらに下流
に送るステップとを有するフレネルレンズシートの製造
方法であって、前記第１のローラと前記第２のローラのドロー比を制御
することにより当該樹脂より構成されるフレネルレンズ
シートの基板の複屈折を３５０ｎｍ以下とするフレネル
レンズシートの製造方法。