JP2003167298A

JP2003167298A - レンズアレイシートおよび透過型スクリーン

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Publication number: JP2003167298A
Application number: JP2001369216A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Ebina; 一義海老名
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2001-12-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2003-06-13
Anticipated expiration: 2021-12-03
Also published as: JP4078832B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光の吸収が少なく、利得の低下が少なく、白
色散乱を制御することができ、材料コスト、加工コスト
などが安価な透過型スクリーンの提供。【解決手段】本発明は、複数本のシリンドリカルレン
ズ４が隙間をおいて平行に配列されてなる第１のレンズ
アレイ５と、複数本のシリンドリカルレンズが前記第１
のレンズアレイの長さ方向と交差する方向に長さ方向を
揃えて前記隙間に配列されてなる第２のレンズアレイ７
とが同一面上に設けられたレンズアレイ層３を備えてい
ることを特徴とするレンズアレイシート１を提供する。

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・ディスプレイ等の背面投写型ディスプレイ
に用いるレンズアレイシート及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】従来の透過型スクリーンは、片面に同心
円状の凹凸が形成されたフレネルレンズ、シリンドリカ
ルレンズを一方向に揃えて配設したレンチキュラーレン
ズと、そのどちらか、あるいは片方、もしくは別体の基
材に拡散層を設ける構成が一般的である。

【０００３】これらの透過型スクリーンを構成する部品
はプロジェクターから照射された光線をまずフレネルレ
ンズでほぼ平行光が射出される光学配置とし、その射出
光をレンチキュラーレンズで画面の水平方向に適度に広
げることで水平視野角を、拡散材で画面の垂直視野角を
得ている。さらに、このレンチキュラーレンズを構成す
る個々のシリンドリカルレンズの集光部分に開口を持つ
遮光層を設け、スクリーンのＳ／Ｎ比を向上させる構成
も知られている。また、その透過スクリーンの用途に応
じて最外面等にハードコート層や反射防止膜層（ＡＲ
層）を設けることもある。

【０００４】

【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、本発明により拡散層を完全に
省略できる訳でもない為、拡散層は光の吸収によるスク
リーンゲインの低下、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る。

【０００５】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
トが高くなるという問題がある。

【０００６】さらに、例えば特開平９−３１１２０３号
公報に開示されているように、同一平面上に２組のレン
チキュラーレンズを直交するように配設した構造のスク
リーンでは、２組のレンチキュラーレンズが互いにオー
バーラップする構造となるため、一方のレンチキュラー
レンズの形状を変えると、それにつれて他方のレンチキ
ュラーレンズの光学特性が変化してしまい、完全独立で
は視野角の制御を行うことができない。このため、その
視野角の制御範囲が制限され、実用上好ましくない。ま
た、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、また生産性が低いことから、やはりコストの
上昇は避けられない。

【０００７】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（スクリーンゲイン）の低
下が少なく、白色散乱を制御することができる透過型ス
クリーンを提供することを目的とする。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
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、複数本のシリンドリカルレンズが隙間
をおいて平行に配列されてなる第１のレンズアレイと、
複数本のシリンドリカルレンズが前記第１のレンズアレ
イの長さ方向と交差する方向に長さ方向を揃えて前記隙
間に配列されてなる第２のレンズアレイとが同一面上に
設けられた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を提供する。本発明のレンズアレ
イシートにおいて、前記第１のレンズアレイの谷部と前
記第２のレンズアレイの谷部とを一致させて配置してよ
い。また、レンズアレイの結像面側に、光線が透過した
部分が遮光された遮光層を備えた構成としてよい。さら
に本発明のレンズアレイシートにおいて、少なくとも前
記第１のレンズアレイのシリンドリカルレンズの断面が
非球面形状として構成してよい。また、前記レンズアレ
イ層が基材層の一方の面側に設けられ、かつ該レンズア
レイ層が放射線硬化型樹脂からなる構成としてよい。ま
た、本発明は、複数本のシリンドリカルレンズが並列し
た組が隙間をおいて平行に配列されてなる第１のレンズ
アレイと、複数本のシリンドリカルレンズが前記第１の
レンズアレイの長さ方向と交差する方向に長さ方向を揃
えて前記隙間に配列されてなる第２のレンズアレイとが
同一面上に設けられた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を提供する。

【０００９】また本発明は、前記のレンズアレイシート
を有していることを特徴とする透過型スクリーンを提供
する。さらに本発明の透過型スクリーンは、前記レンズ
アレイシートと、フレネルレンズとを有する構造とする
ことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照して詳
細に説明する。図１ないし図３は、本発明に係るレンズ
アレイシートの一実施形態を示すものであって、図１は
レンズアレイシートの斜視図、図２は断面図、図３は後
述する本発明に係る実施例において試作したレンズアレ
イシートの要部拡大断面図である。このレンズアレイシ
ート１は、透光性材料からなるシート状の基材層２と、
該基材層２の一方の面側に設けられたレンズアレイ層３
とから構成されている。本発明の特徴は、このレンズア
レイ層３の構造にある。

【００１１】前記レンズアレイ層３は、複数本のシリン
ドリカルレンズ４が隙間をおいて平行に配列されてなる
第１のレンズアレイ５と、複数本のシリンドリカルレン
ズ６が前記第１のレンズアレイ５の長さ方向と交差する
方向に、好ましくは直交する方向に、長さ方向を揃えて
前記隙間に配列されてなる第２のレンズアレイ７とが基
材層２の同一面上に設けられた構成になっている。

【００１２】このレンズアレイ層３が形成された基材層
２の反対側の面、すなわちレンズアレイの結像面側に
は、遮光層１１が設けられている。この遮光層１１は、
入射光１２がレンズアレイ層３を透過し、結像面側から
射出する際に、射出光１３を通すための多数の遮光層開
口部１０とそれらの周囲に設けられた遮光材料、例えば
カーボンブラックの薄膜などからなる遮光層遮光部９と
からなっている。

【００１３】第１のレンズアレイ５及び第２のレンズア
レイ７を構成する２種類のシリンドリカルレンズ４，６
は断面形状が球面だけではなく、楕円面、放物面や高次
項曲面を含むいわゆる非球面形状（図３のシリンドリカ
ルレンズ４参照）のものなども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を
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。

【００１４】レンズアレイ層３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無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ことが望まし
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、ポリカーボネイト、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
な微細な加工を行うことができるため、レンズアレイ層
３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ことが好ましい。

【００１５】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液、光重合開始
剤、光増感剤などが添加された組成物を用いることがで
きる。ウレタン（メタ）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、特に限定さ
れるものではないが、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
ノボラジ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。

【００１６】レンズアレイ層３は、例えば以下のように
して製造することができる。プラスチックからなる基材
層２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、
レンズアレイ層３を成型する。

【００１７】前記成型用のスタンパは、例えば以下のよ
うにしてレンズ層を形成することができる。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沿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交差する方向に、好ましくは直交
方向に、同様にして切り込みを複数平行に形成すると、
本発明の特徴部分であるレンズアレイ層３の製造に使用
し得る成型用スタンパを得ることができる。

【００１８】従って、本発明の特徴部分であるレンズア
レイ層３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、このレンズアレイシート１は、従来
レンチキュラーレンズシート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。

【００１９】レンズアレイ層３となる感光性樹脂層と、
遮光層１１は、以下のようにして製造することができ
る。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を平行に配置し、このフレネルレ
ンズを介してレンズアレイシートのレンズ層側から光線
を照射すると、レンズアレイ層３を透過して露光された
部分の感光性樹脂層が変成し、粘着性が消失する。そし
て、この感光性樹脂層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１１が形成される。

【００２０】この場合、シリンドリカルレンズによって
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、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梯子状の結像パターン
が形成される。すなわち、レンズ層側から照射された光
線は、第１のレンズアレイと第２のレンズアレイによっ
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。

【００２１】遮光層１１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
像パターンに従って複数の遮光部が規則性を持って垂
直、および水平方向にそれぞれ配列した形状となる。そ
して、この遮光層上に、必要に応じて粘着剤層、拡散
層、およびハードコート層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。

【００２２】このように、このレンズアレイシート１に
おいては、第１のレンズアレイ５と第２のレンズアレイ
７によって、レンズアレイ層３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。従って、二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。

【００２３】また、拡散層を簡略化して、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
制御し、高いＳ／Ｎ比を実現することができる。なお、
本発明のレンズアレイシート１の各層の厚さ、レンズア
レイ層３のピッチなどは特に限定されず、用途などに応
じて適宜変更可能である。

【００２４】図４は、本発明に係るレンズアレイシート
の別の実施形態を示す図である。本実施形態のレンズア
レイシートは、複数本のシリンドリカルレンズ４が並列
した組が隙間をおいて平行に配列されてなる第１のレン
ズアレイと、複数本のシリンドリカルレンズ７が前記第
１のレンズアレイの長さ方向と交差する方向に長さ方向
を揃えて前記隙間に配列されてなる第２のレンズアレイ
とが同一面上に設けられたレンズアレイ層を備えてい
る。本実施形態によるレンズアレイシートは、上述した
一実施形態によるレンズアレイシートと同様の効果を得
ることができる。

【００２５】

【実施例】以下、実施例により本発明の効果を述べる。
本実施例において、図３に示すレンズアレイシート１の
ａ〜ｇの各設計パラメータを以下のように決定し、その
効果の検証実験を行った。

【００２６】［設計パラメータ］レンズアレイ層３の基
材層において、その材料はポリエチレンテレフタレート
とし、その厚さｄは０．１２５ｍｍとした。レンズアレ
イ層３のシリンドリカルレンズ４において、その材料は
ＵＶ感光性樹脂とし、レンズ間隔ａは０．２５２ｍｍ、
突出高さｂは０．０８ｍｍ、レンズの幅ｃは０．１６８
ｍｍで楕円面を基準とし、高次項を加えた非球面形状と
した。第２のレンズアレイのシリンドリカルレンズ６
は、レンズ間隔ｅが０．０４０７９ｍｍ、突出高さｇが
０．００８ｍｍ、曲率半径ｆが０．０３ｍｍの断面半球
面状とした。感光性樹脂層には、厚さ２０ミクロンのク
ロマリンフィルム（商品名：デュポン社製）を用いた。
このレンズアレイシート１のレンズ形成面に対して、１
から５°程度にコリメートされた平行光を照射して感光
層のパターニングを行い、厚さ２ミクロンの墨箔（カー
ボンブラックの転写箔）を転写して遮光層１１としたと
ころ、レンズアレイを構成するシリンドリカルレンズに
対応した開口を持つ遮光層１１を得ることができた。

【００２７】このようにして得たレンズアレイシート１
を、第１のレンズアレイ５を水平方向の光拡散に用い、
第２のレンズアレイ７に応じた視野角を個別に得られる
ことが確認できた。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレンズア
レイシートは、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、第１および第２レンズそれぞれのレンズ形状を適宜
変えることにより、互いに関連することなく、完全に独
立してコントロールすることができる。このことはスク
リーンの光学特性を能動的に制御可能であることを示し
ており、開発期間の短縮、費用削減に大きな効果を有す
る。また、一枚のレンズシートで垂直方向と水平方向に
独立した視野角を自在に設定することができるため、
１）加工に係るコストを著しく低減させつつ、２）拡散
材の量（効果）を、既存の手持ちの材料に合わせて設定
できるため、材料の開発／調合が不要であり、３）光線
の吸収（光量ロス）を最低限度に押さえることができる
ため、容易に明るいスクリーンを得ることができる、な
どの効果がある。また、拡散材を従来のスクリーンと比
べて減ずることが可能なため、外光の反射散乱を抑え、
透明度が上がるため遮光層の光吸収作用を増加させるこ
ととなり、従来にないＳ／Ｎ比の向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレンズアレイシートの一実施形
態を示す斜視図である。

【図２】レンズアレイシートの概略断面図である。

【図３】レンズアレイシートの要部拡大断面図であ
る。

【図４】本発明に係るレンズアレイシートの別の実施
形態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１レンズアレイシート２基材層３レンズアレイ層４，６シリンドリカルレンズ５第１のレンズアレイ７第２のレンズアレイ１１遮光層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数本のシリンドリカルレンズが隙間を
おいて平行に配列されてなる第１のレンズアレイと、複
数本のシリンドリカルレンズが前記第１のレンズアレイ
の長さ方向と交差する方向に長さ方向を揃えて前記隙間
に配列されてなる第２のレンズアレイとが同一面上に設
けられた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。
【請求項２】前記第１のレンズアレイの谷部と前記第
２のレンズアレイの谷部とを一致させて配置したことを
特徴とする請求項１に記載のレンズアレイシート。
【請求項３】レンズアレイの結像面側に、光線が透過
した部分が遮光された遮光層を備えていることを特徴と
する請求項１又は２に記載のレンズアレイシート。
【請求項４】少なくとも前記第１のレンズアレイのシ
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１〜３のいずれか１項に記載のレンズア
レイシート。
【請求項５】前記レンズアレイ層が基材の一方の面側
に設けられ、かつ該レンズアレイ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１〜４のいずれか１項
に記載のレンズアレイシート。
【請求項６】複数本のシリンドリカルレンズが並列し
た組が隙間をおいて平行に配列されてなる第１のレンズ
アレイと、複数本のシリンドリカルレンズが前記第１の
レンズアレイの長さ方向と交差する方向に長さ方向を揃
えて前記隙間に配列されてなる第２のレンズアレイとが
同一面上に設けられた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。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載のレ
ンズアレイシートを有していることを特徴とする透過型
スクリーン。
【請求項８】前記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請求項７に記載の透過
型スクリーン。