JP2002174703A - レンズアレイシートおよび透過型スクリーン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造後時間が経過しても黄変が生じ難いレン
ズアレイシートおよびこれを用いた透過型スクリーンを
提供する。 【解決手段】 半円柱状のシリンドリカルレンズ１７
…、１９…が複数平行に配列されてなる第１のレンズア
レイ１８と第２のレンズアレイ２０とが、該シリンドリ
カルレンズ１７…、１９…の長さ方向が相互に直交する
ように同一平面上（基材層１３ａの片面上）に配置さ
れ、一体化されたレンズアレイ層１３ｂと、その結像面
側に、光線が透過しない部分が遮光された遮光層１６を
形成してレンズアレイシートとし、さらにフレネルレン
ズを組み合わせて透過型スクリーンとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶プロジェクシ
ョンテレビ、ディスプレイなどの背面投射型ディスプレ
イに用いるレンズアレイシートおよびこれを用いた透過
型スクリーンに関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は液晶プロジェクションテレビなど
に使用する従来の透過型スクリーンの構成の一例を示し
たものである。図中符号１はフレネルレンズであって、
このフレネルレンズ１は板状の基材層１ａの片面に同心
円状の凹凸が形成されたレンズ層１ｂが設けられて構成
されている。一般に液晶プロジェクションテレビ内にお
いて、プロジェクタは基材層１ａ側に配置される。

【０００３】そして、フレネルレンズ１のレンズ層１ｂ
側に、所定の間隔をおいてレンチキュラーシート２が平
行に設けられて、これらフレネルレンズ１とレンチキュ
ラーシート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シート２は、順次積層された
レンチキュラー層３、感光性樹脂層５、遮光層６、粘着
剤層７および拡散層８とから概略構成されており、レン
チキュラー層３がフレネルレンズ１側に配され、拡散層
８が観者側に配される。なお、拡散層８の観者側の面に
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。

【０００４】レンチキュラー層３は板状の基材層３ａ
と、その片面に設けられたレンズ層３ｂとから構成され
ている。レンズ層３ｂは、例えば半円柱状のシリンドリ
カルレンズ４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、その円筒面４ａがフレネル
レンズ１側に配置されている。

【０００５】以下、このレンチキュラーシート２の構成
について、その製造操作を追って説明する。まず、レン
チキュラー層３の基材層３ａ側の面に感光性樹脂層５を
塗布する。感光性樹脂層５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ズ層３ｂ側からフレネ
ルレンズ１を介して光を照射すると、レンチキュラー層
３を介して集光したストライプ状の光線が感光性樹脂層
５に照射される。すると、露光された部分の感光性樹脂
層５が変性し、粘着性が消失する。そして、この感光性
樹脂層５にブラックカーボンなどを含む黒色の転写層を
備えた転写フィルムを押しつけると、粘着性がある未露
光の部分に選択的に転写層が転移し、黒色のラインが複
数並列したストライプ状の遮光層６が形成される。すな
わち、遮光層６によって光線が透過しない部分が遮光さ
れる。

【０００６】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、強固に一体化する
ことによりレンチキュラーシート２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
からなるマトリックス中に複数のガラスビーズなどから
なる拡散材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ド層９を積層し、一体化
する。

【０００７】そして、この透過型スクリーンを図５に示
したようにプロジェクタを備えた液晶プロジェクタなど
に取り付け、プロジェクタから光線を照射すると、この
光線がフレネルレンズ１を介して略平行な光線となる。
そして、この光線がレンチキュラー層３を透過すること
によって所定の配光角度が付与され、画面の左右方向
（水平方向）に適度に広がり、この方向における視野角
の制御が行われる。なお、レンチキュラー層３を透過し
た光線は、シリンドリカルレンズの長さ方向と平行なス
トライプ状の光線となり、さらに遮光層６を経て、つい
で拡散層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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
レンチキュラーシートおよび透過型スクリーンにおいて
は、画面の水平方向および垂直方向の視野角の制御を行
うためにレンチキュラー層と拡散層とを組み合わせて用
いている。しかしながら、拡散層は光の吸収による利得
の低下、白色散乱の増加によるＳ／Ｎ比の低下を伴うと
いう問題があった。また、２層のレンチキュラー層を、
それぞれのシリンドリカルレンズの長さ方向が直交する
ように積層して用いたり、ひとつの基材層の両面に、シ
リンドリカルレンズをそれぞれ複数配列する際に、それ
ぞれのシリンドリカルレンズの長さ方向が直交するよう
に設けることにより、水平方向および垂直方向の視野角
の制御を行う方法も考えられるが、シリンドリカルレン
ズを構成する材料が実質的に２倍となり、また微細なレ
ンズの加工も２回行う必要があるため、材料コスト、加
工コストなどが高くなるという問題がある。さらに、マ
イクロレンズアレイのように、垂直方向と水平方向の両
方に配光角度を付与することができる個々の独立した複
数のレンズやプリズムを、基材層の片面上に密に配置す
る方法も考えられるが、複雑な加工が必要となり、面積
の拡大や微細化が困難であり、また、生産性も低いこと
から、やはりコストの上昇は避けられない。

【０００９】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、光の吸収が少なく、利得の低下が少なく、白色散乱
を抑制することができる透過型スクリーンを提供するこ
とを課題とする。さらに、材料コスト、加工コストなど
が安価な透過型スクリーンを提供することを課題とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に係る発明は、半円柱状のシリン
ドリカルレンズが複数平行に配列されてなる第１のレン
ズアレイと第２のレンズアレイとが、該シリンドリカル
レンズの長さ方向が相互に直交するように同一平面上に
配置され、一体化されたレンズ層を持つレンズアレイ層
を備えていることを特徴とするレンズアレイシートであ
る。請求項２に係る発明は、請求項１に記載のレンズア
レイシートにおいて、レンズアレイ層の結像面側に、光
線が透過しない部分が遮光された遮光層を備えているこ
とを特徴とするレンズアレイシートである。請求項３に
係る発明は、前記シリンドリカルレンズの断面が非球面
形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の
レンズアレイシートである。請求項４に係る発明は、請
求項１〜３のいずれか一項に記載のレンズアレイシート
において、レンズアレイ層が基材層と、その片面に設け
られたレンズ層とからなり、該レンズ層が放射線硬化型
樹脂からなることを特徴とするレンズアレイシートであ
る。請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一
項に記載のレンズアレイシートと、フレネルレンズとを
有することを特徴とする透過型スクリーンである。請求
項６に係る発明は、前記フレネルレンズが基材層とその
片面に設けられたレンズ層からなり、該レンズ層が放射
線硬化型樹脂からなることを特徴とする請求項５に記載
の透過型スクリーンである。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明のレンズアレイシー
トの一例を構成するレンズアレイ層と遮光層を示した断
面図、図２はこのレンズアレイ層を示した斜視図、図３
は図２に示したレンズアレイ層において、一部を切断し
た断面を示した斜視図である。なお、図１〜図３に示し
たレンズアレイシートは実際にレンズ形状の設計を行
い、これに基づいて作成した形状図である。このレンズ
アレイシートの主な特徴はレンズアレイ層１３である。
このレンズアレイ層１３は、板状の基材層１３ａと、そ
の片面に設けられたレンズ層１３ｂとから構成されてい
る。

【００１２】レンズ層１３ｂは、レンズの一方の面に円
筒面１７ａ、他方の面に平面１７ｂを備えた半円柱状の
シリンドリカルレンズ１７を複数本、その長さ方向が平
行になるように配列した第１のレンズアレイ１８と、同
様に円筒面１９ａと平面１９ｂとを備えたシリンドリカ
ルレンズ１９を複数本、その長さ方向が平行になる様に
配列した第２のレンズアレイ２０とからなる。なお、シ
リンドリカルレンズ１７、１９は断面形状が完全な半円
形（球面レンズ）ではなく、半楕円形（楕円面レン
ズ）、放物線形（放物面レンズ）などの公知のいわゆる
非半円形（いわゆる２次の非球面形状）のもの、さらに
は、２次以降の項を有する高次非球面形状のものなどを
用いることができる。このように非球面形状のレンズを
用いると結像時の収差が小さくすることができ、入射す
る光線を精細化することができる。

【００１３】第１のレンズアレイ１８と第２のレンズア
レイ２０は、これらを構成するシリンドリカルレンズ１
７の長さ方向とシリンドリカルレンズ１９の長さ方向と
が直交するように、その平面１７ｂ…、１９ｂ…がいず
れも同一平面（基材層１３ａの片面）上に配列され、一
体化され、ひとつのレンズ層１３ａを構成している。シ
リンドリカルレンズ１７とシリンドリカルレンズ１９と
が十字に交差する交差部２１は、互いに咬合した形状と
なっている。なお、実際は、シリンドリカルレンズ１
７、１７…とシリンドリカルレンズ１９、１９…は一体
に成形され、レンズアレイ層１３はひとつの部材から構
成されている。

【００１４】レンズアレイ層１３の材料としてはガラ
ス、プラスチックなどの透明な材料であって、光学用部
材に使用するものを特に制限なく用いることができ、生
産効率などを考慮するとプラスチックを用いると好まし
い。プラスチックとしては、例えばポリメタクリル酸メ
チルなどのアクリル系樹脂、ポリカーボネート、アクリ
ル−スチレン共重合体、スチレン系樹脂、ポリ塩化ビニ
ルなどを例示することができる。また、ファインピッチ
の微細な加工を行うことができるため、レンズ層１３ｂ
の材料としては紫外線硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂な
どの放射線硬化型樹脂を用いると好ましい。放射線硬化
型樹脂としては、例えばウレタン（メタ）アクリレート
および／またはエポキシ（メタ）アクリレートオリゴマ
ーに反応希釈剤、光重合開始剤、光増感剤などが添加さ
れた組成物などを用いることができる。ウレタン（メ
タ）アクリレートオリゴマーとしては、特に限定するも
のではないが、例えばエチレングリコール、１，４ブタ
ンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリカプロラク
トンポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボ
ネートジオール、ポリテトラメチレングリコールなどの
ポリオール類と、ヘキサメチレンジイソシアネート、イ
ソホロンジイソシアネート、トリレンジイソシアネー
ト、キシレンイソシアネートなどのポリイソシアネート
類とを反応させて得ることができる。エポキシ（メタ）
アクリレートオリゴマーとしては、特に限定するもので
はないが、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビ
スフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック
型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型プロピレンオキサ
イド付加物の末端グリシジルエーテル、フルオレンエポ
キシ樹脂などのエポキシ樹脂類と、（メタ）アクリル酸
とを反応させて得ることができる。

【００１５】レンズアレイ層１３は、例えば以下のよう
にして製造することができる。すなわち、好ましくはポ
リエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリ塩
化ビニルなどのプラスチックからなる基材層１３ａの上
に、放射線硬化型樹脂を未硬化の状態で塗布し、その表
面に成型用スタンパを押しつけて型押しするとともに、
所定の放射線を照射して硬化させることにより、レンズ
層１３ｂを形成する。前記成型用スタンパは、例えば以
下のようにして製造することができる。すなわち、従来
のレンチキュラー用の成型用スタンパの製造において
は、例えば表面が銅などからなる円筒状のシリンダの表
面に、刃先の形状が円形となっている切削バイトを用い
て、このシリンダの円周方向にそって切り込みを形成す
る。この切り込みを平行に複数、形成すると、レンチキ
ュラー用のスタンパを得ることができる。さらに、この
円周方向の切り込みと直交方向に、同様にして切り込み
を複数、平行に形成すると、本発明のレンズアレイ層１
３の製造に用いる成型用スタンパを得ることができる。
したがって、本発明のレンズアレイ層１３の製造用の成
型用スタンパは、従来の技術を利用して容易に製造する
ことができ、生産性が良好なものである。このように、
レンズアレイ層１３は、従来レンチキュラーの製造など
に用いられている方法と同様の方法によって製造するこ
とができる。

【００１６】また、図１に示したように、前記基材層１
３ａの他方の面（結像面側）には感光性樹脂層１５が設
けられ、さらに遮光層１６が設けられている。感光性樹
脂層１５と遮光層１６は、以下のようにして製造したも
のである。すなわち、図５に示したように、実際に透過
型スクリーンとして使用する状態と同様にしてフレネル
レンズ１を平行に配置し、このフレネルレンズ１を介し
てレンズ層１３ｂ側から光線を照射すると、図１に示し
たようにレンズアレイ層１３を透過して露光された部分
の感光性樹脂層１５が変性し、粘着性が消失する。そし
て、この感光性樹脂層１５にブラックカーボンなどを含
む黒色の転写層を備えた転写フィルムを押しつけると、
粘着性がある未露光の部分に選択的に転写層が転移し、
遮光層１６が形成される。

【００１７】この場合、シリンドリカルレンズ１７、１
７…（第１のレンズアレイ１８）によって光線が集光す
ることによるストライプ状の第１の結像パターンと、シ
リンドリカルレンズ１９、１９…（第２のレンズアレイ
２０）によって光線が集光することによる、この第１の
結像パターンと直交するストライプ状の第２の結像パタ
ーンとから格子状の結像パターンが形成される。すなわ
ち、レンズ層１３ｂ側から照射された光線は、第１のレ
ンズアレイ１８と第２のレンズアレイ２０によって、垂
直方向と水平方向の両方の視野角が一度に制御される。
図４は、この結像パターンの一例を示したものである。
遮光層１６は、光線が透過しない部分を遮光するために
設けられているものである。よって、この結像パターン
にしたがって複数の略正方形の遮光部１６ａ…が所定の
間隔で、垂直、および水平方向にそれぞれ配列した形状
となる。

【００１８】そして、この遮光層１６の上に、図５に示
したように必要に応じて粘着剤層７、拡散層８、および
ハードコード層９などを設けることにより、レンズアレ
イシートとすることができる。このようにこのレンズア
レイシートにおいては、第１のレンズアレイ１８と第２
のレンズアレイ２０によって、レンズアレイ層１３を透
過する光線について、垂直方向と水平方向の両方の配光
特性（視野角）を制御することができる。したがって、
２層のレンズアレイ層を用いたり、基材層の両面にレン
ズ層を形成する場合と比較して、材料コスト、加工コス
トを低く抑えることができる。また、拡散層８を省略あ
るいは簡略化して、拡散層８における光の吸収や利得の
低下を少なくすることができる。その結果、拡散層８に
よって引き起こされる白色散乱現象を抑制し、高いＳ／
Ｎ比を実現することができる。なお、拡散層８を設けな
い構成とする場合は、遮光層６の上に直接ハードコード
層９を設けてレンズアレイシートとすると好ましい。な
お、本発明のレンズアレイシートの各層の厚さ、レンズ
層３ｂのピッチなどは特に限定せず、用途などに応じて
適宜変更可能である。

【００１９】そして、図５に示したように、レンチキュ
ラーシート２にかえて、本発明のレンズアレイシートを
配置し、さらにフレネルレンズ１とを平行に配置して透
過型スクリーンを構成することができる。なお、フレネ
ルレンズ１の構成は特に限定せず、公知のものを用いる
ことができるが、微細な加工が可能となり、ファインピ
ッチのものを得ることができるため、ポリエチレンテレ
フタレート、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニルなどプ
ラスチックからなる基材層１ａの上に放射線硬化型樹脂
を未硬化の状態で塗布し、その上に成型用スタンパを押
しつけて型押するとともに、所定の放射線を照射して硬
化させることにより、レンズ層１ｂを形成したものが好
ましい。

【００２０】

【実施例】以下、実施例を示して本発明の効果を明らか
にする。上述のように、図１〜図３に示したレンズアレ
イシートは実際にレンズ形状の設計を行い、これに基づ
いて作成した形状図である。本実施例において、設計パ
ラメータは以下のように決定し、その効果の検証実験を
行った。 （設計パラメータ） （１）レンズアレイ層の基材層において、材料はポリエ
チレンテレフタレート、厚さは０．１８８μｍとした。 （２）レンズアレイ層のレンズ層において、材料はＵＶ
感光性樹脂、レンズの形状はピッチ１８２μｍで楕円面
を基準面とした高次項を加えた非球面形状とした。 （３）感光性樹脂層には、厚さ２０μｍのクロマリンフ
ィルム（商品名：デュポン社製）を用いた。すなわち、
この設計に基づいて３０ｍｍ×３０ｍｍのテストピース
を試作し、その配光特性を確認したところ、上下方向
（垂直方向）、左右方向（水平方向）ともに約３０度の
視野角（半値角）を得ることができ、所定の光学特性を
得ることができた。なお、ここでの視野角（半値角）と
はレンズアレイシートの真正面での輝度に対して１／２
になる角度である。さらにこのレンズアレイ層の結像パ
ターンは図４に示したものと同様のパターンであった。
そして、この結像パターンに対応した遮光層を設けたレ
ンズアレイシートにプロジェクタから光線を照射したと
ころ、この光線を問題なく透過させることができた。こ
のように本実施例のレンズアレイシートでは水平方向お
よび垂直方向の両方の視野角を付与することができた。
なお、上述のように従来のレンチキュラーシートにおい
ては、一般にはレンズによって水平方向のみの視野角を
付与し、垂直方向の視野角を付与することはできない。
したがって、本実施例においては、従来よりも拡散層に
用いる拡散材を減量しても従来と同等の効果を得ること
が容易であることが確認できた。よって、本発明によ
り、高画質と低コストの両立が容易に実現できることが
明かとなった。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
係る発明においては、レンズアレイ層を透過する光線に
ついて、垂直方向と水平方向の両方の配光特性（視野
角）を制御することができる。したがって、２層のレン
ズアレイ層を用いたり、基材層の両面にレンズ層を形成
する場合と比較して、材料コスト、加工コストを低く抑
えることができる。また、拡散層を省略あるいは簡略化
して、拡散層における光の吸収や利得の低下を少なくす
ることができる。その結果、拡散層によって引き起こさ
れる白色散乱現象を抑制し、高いＳ／Ｎ比を実現するこ
とができる。請求項２に係る発明においては、遮光層を
設けることにより、さらに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。請求項３
に係る発明においては、シリンドリカルレンズの断面形
状が非球面形状であるため、結像時の収差が小さくで
き、入射する光線を精細化することができる。請求項４
に係る発明においては、レンズアレイ層のレンズ層が放
射線硬化型樹脂からなるため、ファインピッチの加工を
施すことができる。請求項５に係る発明においては、請
求項１〜４のいずれか一項に記載のレンズアレイシート
とフレネルレンズとを組み合わせて、上述の効果を備え
た透過型スクリーンを提供することができる。請求項６
に係る発明においては、フレネルレンズのレンズ層が放
射線硬化型樹脂からなるため、ファインピッチの加工を
施すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のレンズアレイシートの一例を構成す
るレンズアレイ層と遮光層を示した断面図である。

【図２】 図１に示したレンズアレイ層を示した斜視図
である。

【図３】 図２に示したレンズアレイ層において、一部
を切断した断面を示した斜視図である。

【図４】 図１〜図３に示したレンズアレイシートの結
像パターンの一例を示した平面図である。

【図５】 従来の透過型スクリーンの一例を示した概略
構成図である。

【符号の説明】

１３…レンズアレイ層、１３ａ…基材層、１３ｂ…レン
ズ層、１６…遮光層、１７、１９…シリンドリカルレン
ズ、１８…第１のレンズアレイ、２０…第２のレンズア
レイ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半円柱状のシリンドリカルレンズが複数
   平行に配列されてなる第１のレンズアレイと第２のレン
   ズアレイとが、該シリンドリカルレンズの長さ方向が相
   互に直交するように同一平面上に配置され、一体化され
   たレンズ層を持つレンズアレイ層を備えていることを特
   徴とするレンズアレイシート。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のレンズアレイシートに
   おいて、レンズアレイ層の結像面側に、光線が透過しな
   い部分が遮光された遮光層を備えていることを特徴とす
   るレンズアレイシート。
3. 【請求項３】 前記シリンドリカルレンズの断面が非球
   面形状であることを特徴とする請求項１または２に記載
   のレンズアレイシート。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか一項に記載のレ
   ンズアレイシートにおいて、レンズアレイ層が基材層
   と、その片面に設けられたレンズ層とからなり、該レン
   ズ層が放射線硬化型樹脂からなることを特徴とするレン
   ズアレイシート。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか一項に記載のレ
   ンズアレイシートと、フレネルレンズとを有することを
   特徴とする透過型スクリーン。
6. 【請求項６】 前記フレネルレンズが基材層とその片面
   に設けられたレンズ層からなり、該レンズ層が放射線硬
   化型樹脂からなることを特徴とする請求項５に記載の透
   過型スクリーン。