JP2004133154A

JP2004133154A - レンズアレイシートおよび透過型スクリーン

Info

Publication number: JP2004133154A
Application number: JP2002297114A
Authority: JP
Inventors: Takashi Abe; 阿部　崇
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】温度や湿度の影響により、レンズアレイシートが伸縮して、フレネルレンズシートとレンチキュラーシート（または、他の形態のレンズアレイシート）との間に隙間が生じることに起因する解像度の低下を回避できる構成の透過型プロジェクションスクリーンを提供する。
【解決手段】プロジェクタから投射される画像光を、観察者側に略平行光として射出する機能を持つフレネルレンズシートと、
フレネルレンズシートを通過して略平行光となった画像光を、観察者側にさらに広げて射出する機能を持つレンズシートとの組み合わせにより構成される透過型スクリーンにおいて、
少なくとも一方のレンズシートは、曲げ（反り）に対する変形量が少ない、剛性の十分な基板を支持基材とした構成とする。
【選択図】図１

Description

【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）に用いて有効なレンズアレイシート（または、レンズシートと称する）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、上記要求に応える構成として、
透明支持体の片面に、凸シリンドリカルレンズが並設されてなるレンズ部が形成されており、前記支持体の他面には、各シリンドリカルレンズの境界部に相当する位置に、ストライプ状の遮光パターンが形成され、前記パターン上に拡散層が形成された構成であるレンチキュラーシートについて提案している。（例えば、特許文献１参照）
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−１２０１０１号公報
【０００９】
上記特許文献１に例示される提案では、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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
また、上記特許文献１を含め、これまでのリア型プロジェクションスクリーンに用いられるフレネルレンズシートやレンチキュラーシートでは、アクリルやポリカーボネートに代表される樹脂製の基板（透明支持体）が採用されてきた。
【００１３】
樹脂製の基板では、温度や湿度の影響を受けやすく、反りや変形が生じるため、それぞれのレンズシートの基板を構成する樹脂が伸縮した場合、フレネルレンズシートとレンチキュラーシートの間に隙間が生じ、視覚される表示映像の解像度を落とす原因になっている。
【００１４】
そのため、アクリルやポリカーボネートのような樹脂基板を使うスクリーンにはフレネルレンズシート，レンチキュラーシートの少なくとも一方に反りを付与し、温度や湿度の影響を受け、何れかのレンズシート（基板）が伸縮してもフレネルレンズシートとレンチキュラーシートの間に隙間が生じることが無いように、対策が講じられている。
または、スクリーンを取り付けるフレームの固定部に、フレネルレンズシートとレンチキュラーシートの間に隙間が生じさせないような機構を設ける対策も講じられている。
【００１５】
反りを付与する工程は、非常に複雑で、コスト上昇や不良発生の要因となりやすい。
また、反りを付与しても、経時的な反り量の低下（変形）を招くと、やはり隙間を生じ、解像度の低下につながってしまう。
このようなレンズシートの変形に伴う問題は、基板の剛性が低く、経時的・環境的な変形量が大きい場合（特に、樹脂基板が薄い場合）に顕著である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の新規デバイスでは、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やスクリーンの大画面化が望まれている。
それに応じて、スクリーンでも、レンズアレイのファインピッチ化が進んでおり、基板の少なくとも片面に、単位レンズが配列されてなるレンズアレイ部を有するレンズアレイシートにおいては、経時的・環境的な変形に起因する解像度の低下の問題は、一層深刻となる。
【００１７】
本発明は、温度や湿度の影響により、レンズアレイシートが伸縮して、フレネルレンズシートとレンチキュラーシート（または、他の形態のレンズアレイシート）との間に隙間が生じ、解像度の低下を回避できる構成の透過型プロジェクションスクリーンを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による透過型スクリーンは、
プロジェクタから投射される画像光を、観察者側に略平行光として射出する機能を持つフレネルレンズシートと、
フレネルレンズシートを通過して略平行光となった画像光を、観察者側にさらに広げて射出する機能を持つレンズシートとの組み合わせにより構成される透過型スクリーンにおいて、
少なくとも一方のレンズシートは、曲げ（反り）に対する変形量が少ない、剛性の十分な基板を支持基材とした構成であることを特徴とする。
本発明におけるレンズシートは、剛性の十分な基板表面に、直接レンズアレイ部を形成した構成であっても、前記基板表面に、粘着層もしくは接着層を介して、表面にレンズアレイ部の形成された透明支持体を、その透明支持体を対向させて積層した構成であっても良い。
【００１９】
フレネルレンズシートと組み合わせられるレンズシートが有するレンズアレイ部としては、
（１）略半球状の単位レンズが２次元的に配列してなるマイクロレンズアレイ部
（２）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略直交するように同一平面上に配置され、一体化されてなるクロスレンズアレイ部
の何れであっても良い。
上記（１）（２）の何れのレンズシートにおいても、各単位レンズの非集光部には、遮光パターンが形成されることが好ましい。
【００２０】
上記レンズシートの別タイプとしては、
透明支持体の片面に、凸シリンドリカルレンズが並設されてなるレンズ部が形成されており、前記支持体の他面には、各シリンドリカルレンズの境界部に相当する位置に、ストライプ状の遮光パターンが形成され、前記パターン上に拡散層が形成された構成であるレンチキュラーシートを用意し、
上記レンチキュラーシートを、粘着層もしくは接着層を介して、曲げ（反り）に対する変形量が少ない、剛性の十分な基板と、上記拡散層側を対向させて一体積層してなる構成でも良い。
【００２１】
曲げ（反り）に対する変形量が少ない、剛性の十分な基板としては、ＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌ；アメリカ材料試験協会）Ｄ７９０の試験法で定められる曲げ弾性率が高い場合が好ましい。
例えば、板厚３．０ｍｍのサンプルでの測定値は、
塩化ビニル樹脂；２，９４０〜３，１４０（ＭＰａ）
アクリル樹脂；２，９４０〜３，０４０（ＭＰａ）
ガラス；７３，５００（ＭＰａ）
であり、ガラスの弾性率が格段に高い。
また、熱的性質では、ＡＳＴＭ　Ｄ１７７の試験法で定められる線膨張係数は、同様のサンプルの場合、
塩化ビニル樹脂；６．０（１０^−５／℃）
アクリル樹脂；７〜８（１０^−５／℃）
ガラス；０．８（１０^−５／℃）
であり、温度変化に対する変形も、ガラスが格段に少ない。
【００２２】
ガラス基板に限らず、塩化ビニル樹脂基板やアクリル樹脂基板であっても、厚さが十分に大きければ、レンズアレイシートとしての変形量が、解像度の低下に影響しない程度に小さくすることも可能であり、本発明では、樹脂製の基板も用いることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明による透過型プロジェクションスクリーンの一実施形態について、断面の概略を示す説明図である。
同図の左側が観察者の位置する射出側，同図の右側がプロジェクタ（図示せず）の位置する入射側である。
【００２４】
入射側レンズアレイシート
入射側レンズアレイシート２０は、
透明支持体２１の表面にレンズアレイ部２２が形成され、プロジェクタから投射される画像光を、観察者側に略平行光として射出する機能を持つフレネルレンズシート２０である。
フレネルレンズシート２０の透明支持体２１は、アクリルやポリカーボネートなどに代表される樹脂製基板である。
【００２５】
射出側レンズアレイシート
射出側レンズアレイシート１０は、
透明支持体１１の表面にレンズアレイ部１２が形成され、フレネルレンズシート２０を通過して略平行光となった画像光を、観察者側にさらに広げて射出する機能を持つレンズシートである。
図１では、上記レンズアレイシート１０は、略半球状の単位レンズが２次元的に配列してなるマイクロレンズアレイ部１２を有するレンズアレイシートである。
リア型プロジェクションスクリーンとして、視覚される表示映像のコントラストを向上するためには、マイクロレンズアレイ部１２とは反対側の透明支持体１１の表面に、各単位レンズによる非集光部にあたる箇所に遮光層を形成して、遮光パターン１３を有する構成とすることが好適である。
【００２６】
レンズアレイシート１０は、曲げ（反り）に対する変形量が少ない、剛性の十分な基板１５の表面に、粘着層（もしくは、接着層）１４を介して、透明支持体１１側で一体積層してなる構成である。
本実施形態においては、上記基板１５はガラス製である。
【００２７】
尚、レンズアレイシート１０のレンズアレイ部１２は、マイクロレンズアレイ部に限らず、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略直交するように同一平面上に配置され、一体化されてなるクロスレンズアレイ部であっても良い。
【００２８】
レンズアレイ部が、マイクロレンズアレイ部またはクロスレンズアレイ部の場合は、レンズ機能による光拡散性の制御が可能であり、前者では３６０°，後者では水平および垂直方向について、映像光を広げて射出することが可能であり、光拡散剤の多量の使用を招くことなく、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リア型プロジェクションスクリーンに適している。
【００２９】
フレネルレンズシートと、一方向にのみ半円柱状シリンドリカルレンズ群が並設されてなる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は、上述のように、水平以外の方向に映像光を広げる要求に対しては、スクリーンの何れかの箇所に、光拡散性微粒子を分散してなる光拡散層を設ける必要があり、上記特許文献１による構成では、遮光パターン１３の上（同図の左側）に光拡散層が形成される。
本発明では、光拡散層が形成された上記レンチキュラーシートを、粘着層もしくは接着層を介して、上記基板１５と一体積層する実施形態も考えられる。（図示せず）
【００３０】
また、マイクロレンズアレイ部またはクロスレンズアレイ部の場合であっても、ガラス基板表面に、光拡散性微粒子を分散した透光性樹脂からなる光拡散層１６を形成して、光拡散性を一層向上させても良い。光拡散層１６は、インキの塗布形成またはフィルムのラミネートなど、各種手法により形成される。
【００３１】
図２は、本発明によるリア型プロジェクションスクリーンで、
１）射出側レンズアレイシートの基板として、剛性の高い基板を用い、入射側レンズアレイシート（フレネルレンズシート）の基板として、剛性が高くはない樹脂製の基板を用いる場合
２）射出側レンズアレイシートの基板として、剛性が高くはない樹脂製の基板を用い、入射側レンズアレイシート（フレネルレンズシート）の基板として、剛性の高い基板を用いる場合
のそれぞれについて、剛性が高く平坦なレンズアレイシート側を凸状にして、他方のレンズアレイシートを反らせて密着配置する構成を概略的に示す説明図である。
【００３２】
リア型プロジェクションスクリーンでは、環境条件（温度や湿度）の変化により、ＴＶにセット（保持固定）されていないスクリーンの中心部が離間することに起因する解像度の低下が問題となるため、同図に示すように、剛性が高くない方のレンズアレイシートに、中心部が他方のレンズアレイシートに接するように反りを付与して、その状態を維持することが望まれる。
【００３３】
２枚のレンズアレイシートが共に剛性が高くない場合には、変形量の大きいレンズアレイシートが、他方のレンズアレイシートの変形量に影響を及ぼすことがあり、両者の密着度合が変化し、中心部が離間する傾向がある。
従って、少なくとも一方のレンズアレイシートを、剛性が高く変形量の少ない構成とすることが有効である。
【００３４】
図１に示す実施形態では、レンズアレイシート１０，２０は、共に透明支持基板１１，２１の片面にレンズ部１２，２２を形成してなる構成であるが、透明支持基板１１，２１の代わりに、剛性の高い基板を用いても良い。
レンズ部１２，２２として、ファインピッチなレンズ部を形成する上では、紫外線（ＵＶ），電子線（ＥＢ）などに反応する放射線硬化型樹脂の採用が好適であるが、剛性を高くするため、十分に厚い基板を用いる場合には、基板には、レンズ部を硬化形成するために必要な放射線の透過性が要求される。
【００３５】
マイクロレンズアレイ部１２の成形にあたっては、スタンパを作製した上で、プレス成形や押し出し成形，あるいは２Ｐ法（Ｐｈｏｔｏ−Ｐｏｌｙｍｅｒ法）による成形が採用される。
上記スタンパは、マイクロレンズアレイ部１２の逆型（すなわち、単位レンズ部が凹部となる表面形状）であり、金属層の表面に機械的に前記凹部を彫る（あるいは、化学的に腐食する）などの手法の他、レーザー加工で前記凹部を彫るなどの手法が用いられる。
何れの手法においても、単位レンズの曲面の形状を正確に加工することが必要であることは言うまでもなく、目的（精細度）に応じた手法が選択される。
単位レンズの曲面の形状は、球面でも非球面でも良く、また、水平方向と垂直方向との拡散特性を異なるように制御できるようにするため、前記凹部の形状を厳密に制御する必要がある。
【００３６】
また、クロスレンズアレイ部の変形例として、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てなるクロスレンズアレイ部としても良い。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、剛性が高く変形量の少ない透明基板を採用することにより、温度や湿度の影響により、レンズアレイシートが伸縮して、フレネルレンズシートとレンチキュラーシート（または、他の形態のレンズアレイシート）との間に隙間が生じることに起因する解像度の低下を回避できる構成の透過型プロジェクションスクリーンが提供される。
【００３８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による透過型プロジェクションスクリーンの一実施形態について、概略を示す説明図。
【図２】本発明による透過型プロジェクションスクリーンで、剛性が高く平坦なレンズアレイシート側を凸状にして、他方のレンズアレイシートを反らせて密着配置する構成を概略的に示す説明図。
【符号の説明】
１０…レンズアレイシート（射出側）
１１，２１…透明支持体
１２，２２…レンズアレイ部
１３…遮光パターン
１４…粘着層
１５…基板
１６…光拡散層

Claims

基板の少なくとも片面に、単位レンズが配列されてなるレンズアレイ部を有するレンズアレイシートにおいて、
前記基板は、曲げ（反り）に対する変形量が少ない、剛性の十分な基板であり、
前記レンズアレイ部は、前記基板の表面に形成した樹脂層の表面に、略半球状の単位レンズが２次元的に配列してなるマイクロレンズアレイ部であることを特徴とするレンズアレイシート。
基板の少なくとも片面に、単位レンズが配列されてなるレンズアレイ部を有するレンズアレイシートにおいて、
前記基板は、曲げ（反り）に対する変形量が少ない、剛性の十分な基板であり、
前記レンズアレイ部は、前記基板の表面に形成した樹脂層の表面に、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略直交するように同一平面上に配置され、一体化されてなるクロスレンズアレイ部であることを特徴とするレンズアレイシート。
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てなるクロスレンズアレイ部であることを特徴とする請求項２記載のレンズアレイシート。
基板の少なくとも片面に、単位レンズが配列されてなるレンズアレイ部を有するレンズアレイシートにおいて、
前記基板は、曲げ（反り）に対する変形量が少ない、剛性の十分な基板であり、
前記レンズアレイ部は、前記基板の表面に形成した樹脂層の表面に、同心円状に単位レンズを配列してなるフレネルレンズアレイ部であることを特徴とするレンズアレイシート。
透明支持体の片面に、凸シリンドリカルレンズが並設されてなるレンズ部が形成されており、
前記支持体の他面には、各シリンドリカルレンズの境界部に相当する位置に、ストライプ状の遮光パターンが形成され、前記パターン上に拡散層が形成された構成であるレンチキュラーシートを用意し、
上記レンチキュラーシートを、粘着層もしくは接着層を介して、曲げ（反り）に対する変形量が少ない、剛性の十分な基板と、上記拡散層側を対向させて一体積層してなる構成であることを特徴とするレンズアレイシート。
レンズアレイ部を構成する樹脂層は、放射線硬化型樹脂の硬化物であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のレンズアレイシート。
基板の少なくとも片面に、光拡散性微粒子を分散した透光性樹脂からなる光拡散層を形成してなる請求項１〜６の何れかに記載のレンズアレイシート。
透明支持体の表面にレンズ部が形成され、プロジェクタから投射される画像光を、観察者側に略平行光として射出する機能を持つフレネルレンズシートと、
透明支持体の表面にレンズ部が形成され、フレネルレンズシートを通過して略平行光となった画像光を、観察者側にさらに広げて射出する機能を持つレンズシートとの組み合わせにより構成される透過型スクリーンにおいて、
後者のレンズシートは、略半球状の単位レンズが２次元的に配列してなるマイクロレンズアレイ部、また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略直交するように同一平面上に配置され、一体化されてなるクロスレンズアレイ部を有するレンズシートであり、
少なくとも一方のレンズシートは、曲げ（反り）に対する変形量が少ない、剛性の十分な基板の表面に、粘着層もしくは接着層を介して、透明支持体側で一体積層してなる構成であることを特徴とする透過型スクリーン。