JP2003294913A - マイクロレンズシートおよびそれを用いた映写スクリーン並びにディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】背面投影型プロジェクションＴＶ向けの映像表
示スクリーンや、内蔵光源による照明光を利用した各種
の表示装置における導光体などに用いられて有効なレン
ズシートとして、単位レンズ群が２００μｍ以下の高精
細なピッチで並設され、レンズ部による表示光の出射方
向（範囲）を広い視域となるように制御することの可能
なマイクロレンズシートを提供する。 【解決手段】個々の単位レンズによる光線射出角度の範
囲が、マイクロレンズシート主平面への法線に対して±
３０°以上であり、かつ、個々の単位レンズにより生じ
る横球面収差の範囲を、レンズ径に対して、０％＜横球
面収差≦５０％となるように設計してなることを特徴と
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、背面投影型プロジ
ェクションＴＶ向けの映像表示スクリーン（以下、透過
型プロジェクションスクリーンあるいはリア型プロジェ
クションスクリーンと称する）や、内蔵光源による照明
光を利用した各種の表示装置における導光体などに用い
られて有効な、単位レンズが２次元配列されてなる構成
のマイクロレンズシートの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】透過型プロジェクションスクリーンは、
一般に、フレネルレンズシートとレンチキュラーシート
との組み合わせにより構成される。

【０００３】フレネルレンズシートは、プロジェクタか
らの投影光（小口径レンズから発散する）を、凸レンズ
特性により略並行光として、レンチキュラーシート側に
出射する。

【０００４】レンチキュラーシートは、フレネルレンズ
シートで略並行光とされて入射した投影光を、水平方向
に並列されたシリンドリカル・レンズ群の特性により水
平方向に広げて、観察者側に表示光として出射する。

【０００５】また、リア型プロジェクションスクリーン
には、表示光を垂直方向にも広げる、プロジェクタから
の投影光を結像させる、プロジェクタのレンズが小口径
であることに起因するシンチレーションと呼ばれる画像
の不要なちらつきを低減する、などの目的で、慣用的に
光拡散層が形成されている。光拡散層は、レンチキュラ
ーシート，フレネルレンズシート，あるいは保護板とし
て機能する最外面の前面板などの少なくとも何れかに形
成され、形成にあたっては、塗布，積層，混入など適宜
の手法が採用されている。

【０００６】近年、３管式（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のＣＲＴ方式
のプロジェクタに代えて、液晶式プロジェクタや、ＴＩ
（テキサス・インスツルメンツ）社の登録商標である
「ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）ある
いはＤＬＰ（デジタル・ライト・プロセッシング）」と
称される反射型ライトバルブ方式に係る単管式のプロジ
ェクタを用いた表示デバイスが普及しており、これら新
規デバイス向けに好適なリア型プロジェクションスクリ
ーンが要求されている。

【０００７】本出願人は、特開平９−120101号公報，特
開平８−269546号公報，特開平10−83029号公報に例示
されるレンチキュラーシートを備えるリア型プロジェク
ションスクリーンを提案しているが、何れも水平方向に
並列されたシリンドリカル・レンズ群を有し、内部の何
れかに十分な光拡散特性を持つ光拡散層を備えることを
必須とするレンチキュラーシートに関する。

【０００８】上述のように、既存のレンチキュラーシー
トによる表示光の視野角（範囲）の制御は、レンズ機能
では水平方向のみの制御だけが可能であり、垂直方向の
制御は光拡散層に依存することになる。

【０００９】レンズ機能による視野角制御の効果は、高
くダイナミックであるが、光拡散層による視野角制御の
効果は、相対的に低くなだらかである。一般に光拡散層
は、光拡散性微粒子を樹脂中に分散混合してなるが、光
拡散性微粒子と前記樹脂との屈折率差、光拡散性微粒子
の粒径（および、その分布）、あるいは分散適性、など
の好適な両者の組み合わせの選定が困難であるだけでな
く、垂直方向のみの光拡散性を制御することは構造的に
困難であり、水平方向の光拡散性にも影響を及ぼすこと
は必然的である。

【００１０】レンズ機能により、水平／垂直双方の光拡
散性を図る試みも従来から行なわれているが、水平方向
の光拡散性を制御するためのレンズシートに加え、垂直
方向の光拡散性を制御するためのレンズシートを追加す
る手法は、スクリーンのセット化の上で双方のレンズの
アライメントが困難となったり、部材の増加によるコス
トアップを招くことになる。

【００１１】フレネルレンズシートとレンチキュラーシ
ートの組み合わせからなる構成のスクリーンで、レンチ
キュラーシートに代えて、水平以外の方向にもレンズ機
能による光拡散性の制御が可能な構成のレンズシートを
採用する手法も、特開2000−131506号公報などで提案さ
れている。上記公報による提案は、光学的に凹又は凸の
回転対称な形状をしたマイクロレンズを、その形状をひ
し形にして配列した層を形成したマイクロレンズアレイ
部を備えるレンズシートであるが、出射面側に拡散シー
ト層を配置するか前記マイクロレンズアレイ部内部に拡
散剤が入ったシート層を要する構成のマイクロレンズシ
ートである。

【００１２】上記の新規デバイスでは、ハイビジョンＴ
ＶやＸＧＡなどに代表されるように、高解像度な画質を
提供するため、投影画像を規定するパネル（液晶やマイ
クロミラー・アレイ）も、画素数の増加に応じて高精細
化しており、スクリーン側でもシリンドリカル・レンズ
群の並列ピッチの高精細化が望まれている。

【００１３】以上のような背景に鑑み、１枚のレンズシ
ートのレンズ機能により、水平方向だけでなく出射方向
の３６０°に渡る光拡散性を制御可能とするマイクロレ
ンズシートに対する要求も高まっているが、単位レンズ
の並列ピッチが高精細化するに伴い、反レンズ部側に形
成する遮光パターン（ＢＭ＝ブラック・マトリクス）も
透光部が高精細化し、マイクロレンズアレイ部による集
光部に鮮明に開口部を形成する精度が要求されることに
なる。

【００１４】ブラック・マトリクスは、ファインピッチ
（高精細）なレンズ部を有するレンズシートの場合に
は、レンズシートの反レンズ面に形成した感光性樹脂層
に対するレンズ部自身の集光特性を利用して、正確に個
々のレンズ部の非集光部にあたる位置を規定する、所謂
セルフアライメント方式により形成される。

【００１５】セルフアライメント方式には、露光した感
光性樹脂層に現像処理を施した上で遮光パターンを形成
するウェット方式や、露光した感光性樹脂層に現像処理
を施さずに着色して遮光パターンを形成するドライ方式
がある。ドライ方式においては、感光／非感光に応じて
粘着性の有無が発生する特性を持つ感光性粘着剤が用い
られ、粘着性の有無に対応して着色が行なわれる。

【００１６】透過型液晶プロジェクションスクリ−ンと
して好適な遮光率（経験的に６０％以上の範囲が、画像
のコントラストの上で良いとされている）のブラック・
マトリクスを形成するため、レンズ部による集光（フォ
ーカス）位置は、感光性樹脂層の出射面側でなく、感光
性樹脂層の内部で、形成するパターンの遮光率に応じて
適宜に設定される。

【００１７】レンズ形状が球面の場合、収差によって焦
点位置が（レンズ中心部と端部で）異なるため、セルフ
アライメント方式により遮光パターンを形成する場合、
感光性樹脂層が変性する箇所が明確に決定されず、開口
部と遮光部の境界が鮮明になりづらい。特に、高コント
ラスト化を図って遮光率を高くする場合、単位レンズの
並列ピッチが高精細であり、単位レンズ１つ１つが微小
である程、微小な開口部と遮光部の境界が鮮明なブラッ
ク・マトリクスの形成は困難となる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、特にフレネ
ルレンズシートとの組み合わせによる２枚のレンズシー
トからなる透過型プロジェクションスクリーン向けのレ
ンズシートとして好適なマイクロレンズシートにおい
て、単位レンズ群が２００μｍ以下の高精細なピッチで
並設され、レンズ部による表示光の出射方向（範囲）を
広い視域となるように制御することの可能なマイクロレ
ンズシートを提供することを目的とする。

【００１９】特に、上記マイクロレンズシートの反レン
ズ部側に、遮光率の高い（７５％以上）ブラック・マト
リクスを形成する上でも、開口部／遮光部の境界が鮮明
な高精細なブラック・マトリクスの形成が容易な構成の
マイクロレンズシートを提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明によるマイクロレ
ンズシートは、基板の少なくとも片面に、単位レンズが
２次元的に略マトリクス配列してなるマイクロレンズア
レイ部を有しており、個々の単位レンズ径およびその配
列ピッチは２００μｍ以下であり、個々の単位レンズに
よる光線射出角度の範囲が、マイクロレンズシート主平
面への法線に対して±３０°以上であり、かつ、個々の
単位レンズにより生じる横球面収差の範囲を、レンズ径
に対して、０％＜横球面収差≦５０％となるように設計
してなることを特徴とする。

【００２１】ここで、単位レンズ形状に応じた集光特性
と横球面収差について説明する。図１は、単位レンズが
球面形状の場合の光路を示す断面図（図１（ａ））と横
球面収差を表すグラフ（図１（ｂ））であり、図２は、
単位レンズが本発明で規定するような非球面形状の場合
の光路を示す断面図（図２（ａ））と横球面収差を表す
グラフ（図２（ｂ））である。

【００２２】図１（ａ）では、同図の左側から単位レン
ズ10に入射する平行光線が、球面形状の単位レンズ表面
に入射した後、屈折を受け、同図の右側に焦点を結ぶよ
うに集光した後、同図で上下に広がって出射する。この
際、球面収差により、単位レンズの中心部に入射した光
線の焦点が長く（同図で右側に位置する）、単位レンズ
の端部に入射した光線の焦点が短い（同図で左側に位置
する）ことになる。（縦球面収差）

【００２３】一方、球面収差により、単位レンズの中心
部をｙ＝０として横軸（ＰＹ）にし、出射光線と、出射
面が交わる位置の光軸からの距離をΔｙ（ｙ＝０の時、
Δｙ＝０）として縦軸（ＥＹ）にしてプロットすると、
横球面収差を表すグラフ：図１（ｂ）となる。

【００２４】図２では、球面収差の少ない単位レンズ形
状であり、図２（ａ）に示すように、単位レンズの中心
部から端部に至るまで焦点位置が略一致しており（縦球
面収差が少ない）、それに応じて、図２（ｂ）では、Ｅ
Ｙの変動が小さく横球面収差が少ないことを表してい
る。図４は、横球面収差が少ない本発明による単位レン
ズ形状の断面形状の一例を示す曲線である。

【００２５】尚、本発明によるマイクロレンズシート
は、その用途が透過型プロジェクションスクリーンに限
定されるものではなく、反射型プロジェクションスクリ
ーンであっても、あるいは透過型／反射型プロジェクシ
ョンスクリーンのように大サイズ（３０インチ以上）で
なく、バックライトなどの内蔵光源を備えるディスプレ
イにおいて、前記光源からの照明光を、表示画面内で均
一な輝度および／または均一な出射方向に制御するため
の導光体としても適用される。

【００２６】＜作用＞単位レンズ形状に応じた光学特性
により、表示光の出射方向（範囲）を制御するにあたっ
て、リア型プロジェクションスクリーンの場合には、光
軸（スクリーン主面に対する法線方向）に対して広くす
ることが、光拡散剤に依存せずに視域を広げられ、光拡
散剤の多量の使用を必要とせずスクリーンのコストアッ
プを招かない点で好適であり、望まれている。本発明で
は、個々のレンズの光線射出角度を光軸に対して±３０
°以上とすることで、透過型スクリーンとして必要な視
野角特性を得ることが出来、更に以下の作用効果が期待
される。

【００２７】ＢＭ率の向上 上記のように、セルフアラインメント方式によってマイ
クロレンズシート上の微細なレンズに平行光線を入射し
た場合の集光パターンでＢＭを形成出来るが、本発明の
ような横球面収差を持つ微細な単位レンズによれば、そ
の開口部面積を極めて小さくすることが可能となる。図
５は、単位レンズが本発明で規定するような非球面形状
の場合の、ＢＭ面での露光分布例を示すグラフである
が、集光部がパルス波状に切り立った形状であることか
ら、集光部／非集光部の境界が明確であり、セルフアラ
イメント方式によるＢＭ形成に際しては、上述のような
感光性粘着剤の粘着部／非粘着部に基づく遮光層の形成
部／非形成部が明確にしやすく、鮮明な遮光パターンが
形成しやすい。これにより、高い遮光率（７５％以上）
を持つＢＭを得ることが出来、容易に高コントラストな
画像を表示できるスクリーンを得ることが出来る。

【００２８】ＢＭを形成する表面（セルフアライメント
方式の場合には、感光材料の表面）とレンズシート基材
との境界を「結像面」と定義した時の、横球面収差の変
動範囲を単位レンズ径の５０％以下とすることにより、
ＢＭ面積率（遮光率）を７５％以上で形成する上で好適
であるが、さらに、横球面収差の変動範囲を単位レンズ
径の３１％以下とすることで、ＢＭ面積率（遮光率）を
９０％以上とすることも可能となり、コントラストと共
に大幅にＳ／Ｎを高めることが出来る。

【００２９】歩留まりの向上 セルフアライメント方式によるＢＭ形成時に、球面収差
が少ないため、焦点における集光が高まることから、露
光部の照度が向上し、外来光（単位レンズを通って出射
する非平行光）に対するＳ／Ｎが向上する。その結果、
外乱に左右されにくい正確な遮光パターンを有するレン
ズシートを得ることが出来る。また、感光材料層とし
て、レンズシートよりも低屈折率の層を設け、その厚さ
を調節することで、ＢＭの精鋭度を容易に調整すること
が可能となる。

【００３０】

【発明の実施の形態】図３は、本発明に係るマイクロレ
ンズシート１の一例を示す断面図である。透明支持体３
の片面に、放射線硬化性樹脂の硬化物によりレンズ部
（単位レンズ群）２を形成し、透明支持体３の反対側の
平坦面に、各単位レンズの非集光部に相当する位置に、
ポジ型感光性粘着層４を介して、スポット状の開口を有
する遮光パタ−ン（ＢＭ＝ブラック・マトリクス）５を
形成した構成である。

【００３１】透明支持体３には、ポリエチレンテレフタ
レ−ト（ＰＥＴ），ポリカ−ボネイト（ＰＣ）などが挙
げられる。

【００３２】単位レンズ径およびそのの並設されるピッ
チは、高精細映像の観察に適したスクリ−ンとする上
で、２００μｍ以下であることが好ましい。このような
ファインピッチ化は、レンズ部を放射線硬化性樹脂の硬
化物により２Ｐ法（Photo-polymer法）で成型すること
で可能となる。

【００３３】図３の例は、屈折率１．５０，厚さ７５μ
ｍの透明支持体３の片面に、２Ｐ法により、非球面レン
ズ形状で単位レンズ径が８０μｍのレンズ部を、放射線
硬化性樹脂の硬化物により形成している。同図の場合、
横球面収差の最大幅が６μｍ（レンズ径に対して、７．
５％）となり、９２．５％の遮光率でＢＭを形成するこ
とが可能である。同一材料・寸法であっても、単位レン
ズ形状が球面の場合には、横球面収差の最大幅が３０μ
ｍ（レンズ径に対して、３７．５％）であり、形成可能
なＢＭの遮光率は、最大で６２．５％までとなる。

【００３４】上記のマイクロレンズシートを、１枚ある
いは複数枚の繋ぎ合わせによって、画面サイズが３０イ
ンチ以上のリアプロジェクション式表示装置に適用する
ことで、コントラストが高く、視域の広い映像を視覚す
ることが可能となる。マイクロレンズシートの場合に
は、シリンドリカルレンズ群を有するレンチキュラーシ
ートに比べ、レンズシートの繋ぎ合わせの境界が目立た
ず、大画面化の上で弊害が少ない。

【００３５】また、上記において、映像光源であるプロ
ジェクタ側に、フレネルレンズシートを配置すると、マ
イクロレンズシートに対して平行光を入射させる際に、
プロジェクタとスクリーンとの距離を短くすることが出
来、表示装置の奥行きをコンパクト化出来るだけでな
く、必要な範囲のみに輝度の高い表示映像光を出射させ
る上で好ましい。

【００３６】また、上記において、光拡散剤を分散して
なる構成の光拡散層を、フレネルレンズシート側および
／またはマイクロレンズシート側の何れかの位置に配置
しても良い。光拡散層の併用により、視域の制御の上
で、正面から離れた観察方向でも輝度がなだらかに低下
するように出来ると共に、微小なレンズアレイの凹凸
（マット面）による結像に加えて、映像光を結像させる
作用が向上する。単位レンズが微細であるほど、マイク
ロレンズシートのレンズ部表面はマット面と同様に機能
するため、光拡散剤を用いた光拡散層に対する依存度は
低くなるが、前記レンズ部表面のみによる結像および光
拡散性では不十分な場合に、前記光拡散層が併用され
る。

【００３７】また、映写スクリーンとしては、背面投影
型だけでなく、上記マイクロレンズシートを、１枚ある
いは複数枚の繋ぎ合わせによって、画面サイズが３０イ
ンチ以上のフロントプロジェクション式表示装置に適用
することも可能である。反射型スクリーンとして用いる
場合には、マイクロレンズシートの反レンズ部側全面に
光反射層が形成される。

【００３８】さらに、上記マイクロレンズシートは、光
源からの照明光を、表示画面内で均一な輝度および／ま
たは均一な出射方向に制御するための導光体として適用
することも可能である。このようなディスプレイとして
は、バックライトを備える液晶表示装置（モニターや携
帯端末など）が代表的である。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明によって、単位レ
ンズ群が２００μｍ以下の高精細なピッチで並設され、
レンズ部による表示光の出射方向（範囲）を広い視域と
なるように制御することの可能なマイクロレンズシート
が提供される。特に、本発明によると、上記マイクロレ
ンズシートの反レンズ部側に、遮光率の高い（７５％以
上）ブラック・マトリクスを形成する上でも、開口部／
遮光部の境界が鮮明な高精細なブラック・マトリクスの
形成が容易となる。

【００４０】

【図面の簡単な説明】

【図１】単位レンズが球面形状の場合（従来技術）の光
路を示す断面図（図１（ａ））と横球面収差を表すグラ
フ（図１（ｂ））。

【図２】単位レンズが本発明で規定するような非球面形
状の場合の光路を示す断面図（図２（ａ））と横球面収
差を表すグラフ（図２（ｂ））。

【図３】本発明に係るマイクロレンズシートの一例を示
す断面図。

【図４】本発明に係る、横球面収差が少ない単位レンズ
の断面形状の一例を示す曲線。

【図５】単位レンズが本発明で規定するような非球面形
状の場合の、ＢＭ面での露光分布例を示すグラフ。

【符号の説明】

１…マイクロレンズシート ２…レンズ部（単位レンズ群） ３…透明支持体 ４…ポジ型感光性粘着層 ５…遮光パタ−ン（ＢＭ＝ブラック・マトリクス） 10…単位レンズ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板の少なくとも片面に、単位レンズが２
   次元的に略マトリクス配列してなるマイクロレンズアレ
   イ部を有するマイクロレンズシートにおいて、 個々の単位レンズ径およびその配列ピッチは２００μｍ
   以下であり、 個々の単位レンズによる光線射出角度の範囲が、マイク
   ロレンズシート主平面への法線に対して±３０°以上で
   あり、 かつ、個々の単位レンズにより生じる横球面収差の範囲
   を、レンズ径に対して、０％＜横球面収差≦５０％とな
   るように設計してなることを特徴とするマイクロレンズ
   シート。
2. 【請求項２】基板の片面に、単位レンズが２次元的に略
   マトリクス配列してなるマイクロレンズアレイ部を有す
   るマイクロレンズシートにおいて、 個々の単位レンズによる光線射出角度の範囲が、マイク
   ロレンズシート主平面への法線に対して±３０°以上で
   あり、 かつ、個々の単位レンズにより生じる横球面収差の範囲
   を、レンズ径に対して、０％＜横球面収差≦５０％とな
   るように設計してなり、 反マイクロレンズアレイ部側となる基板の他面には、個
   々の単位レンズによる集光部にあたる箇所が開口部とな
   る遮光層が形成された構成であることを特徴とするマイ
   クロレンズシート。
3. 【請求項３】前記遮光層が、マイクロレンズアレイ部の
   全面積に対して７５％以上の面積で形成されてなること
   を特徴とする請求項２に記載のマイクロレンズシート。
4. 【請求項４】前記遮光層は、マイクロレンズアレイ部自
   身の集光特性に応じて、集光部／非集光部が規定される
   感光性樹脂層の前記非集光部表面に転写形成されてなる
   ことを特徴とする請求項２または３に記載のマイクロレ
   ンズシート。
5. 【請求項５】前記感光性樹脂層は、基板よりも低屈折率
   な透光性樹脂層を介して、反マイクロレンズアレイ部側
   となる基板の表面に形成されているか、あるいは、前記
   感光性樹脂層が基板よりも低屈折率であり、反マイクロ
   レンズアレイ部側となる基板の表面に直接形成されてい
   る構成であることを特徴とする請求項４に記載のマイク
   ロレンズシート。
6. 【請求項６】請求項１〜５の何れかに記載のマイクロレ
   ンズシートを、１枚あるいは複数枚の繋ぎ合わせによっ
   て、画面サイズが３０インチ以上のリアプロジェクショ
   ン式表示装置に適用してなる映写スクリーン。
7. 【請求項７】映像光源であるプロジェクタ側に、フレネ
   ルレンズシートを配置してなる構成の請求項６に記載の
   映写スクリーン。
8. 【請求項８】光拡散剤を分散してなる構成の光拡散層
   を、フレネルレンズシート側および／またはマイクロレ
   ンズシート側の何れかの位置に配置してなる構成の請求
   項６または７に記載の映写スクリーン。
9. 【請求項９】請求項１〜５の何れかに記載のマイクロレ
   ンズシートを、１枚あるいは複数枚の繋ぎ合わせによっ
   て、画面サイズが３０インチ以上のフロントプロジェク
   ション式表示装置に適用してなる映写スクリーン。
10. 【請求項１０】請求項１〜５の何れかに記載のマイクロ
    レンズシートを、光源からの照明光を、表示画面内で均
    一な輝度および／または均一な出射方向に制御するため
    の導光体として適用してなるディスプレイ。