JP2004151592A - コントラスト向上シートおよび背面投射型スクリーン - Google Patents
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Abstract
【課題】背面投射型テレビや液晶ディスプレイ等の観察側前面に配置される、コントラストが高く指向性にも優れたシートおよびそのシートを有する背面投射型スクリーンを提供する。
【解決手段】第１の光学要素１とその第１の光学要素の更に観察側に配置される第２の光学要素２とを有するコントラスト向上シート１１であって、第１の光学要素１は、背面側から垂直または略垂直に入射する映像光４を全反射する全反射面５を持つリブ３が１方向にまたは平面的に複数配列され、そのリブ３の対向する全反射面５の間には平坦面６が形成され、そのリブ３の間には光吸収層７が形成されてなり、第２の光学要素２は、前記リブ３の全反射面５により全反射された映像光４を垂直または略垂直に出射させる斜面８が互い違いに形成された光路補正層９が形成されてなる構成により、上記課題を解決した。
【選択図】 図１
【解決手段】第１の光学要素１とその第１の光学要素の更に観察側に配置される第２の光学要素２とを有するコントラスト向上シート１１であって、第１の光学要素１は、背面側から垂直または略垂直に入射する映像光４を全反射する全反射面５を持つリブ３が１方向にまたは平面的に複数配列され、そのリブ３の対向する全反射面５の間には平坦面６が形成され、そのリブ３の間には光吸収層７が形成されてなり、第２の光学要素２は、前記リブ３の全反射面５により全反射された映像光４を垂直または略垂直に出射させる斜面８が互い違いに形成された光路補正層９が形成されてなる構成により、上記課題を解決した。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、背面投射型テレビや液晶ディスプレイ等の観察側前面に配置されるコントラスト向上シート、およびそれを有する背面投射型スクリーンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
背面投射型テレビや液晶ディスプレイ等には、映像光が入射する背面側（映像光源側ともいう。）に視野角の適性化のための凸レンズ要素を有するスクリーンが用いられている。こうしたスクリーンにおいては、観察者が十分に映像を認識することができるように、コントラストを向上させる各種の手段が提案されている。
【０００３】
一般的な手段としては、凸レンズ要素に入射した光が通過しない非透過部に、観察側からの外光を吸収する光吸収要素が形成されたスクリーンが知られている。
【０００４】
また、コントラストの向上について検討された他の手段としては、観察側の面に、光を全反射させる斜面とその斜面間に形成された出射面とからなるリブを多数形成し、そのリブ間のＶ字状の溝の内部に光吸収性の材料を充填したスクリーンが提案されている（特許文献１、２を参照）。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭５０−１２１７５３号公報（第４図、第５図）
【特許文献２】
特開昭６０−１５９７３３号公報（図５、特許請求の範囲）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、凸レンズ要素と光吸収要素とを組み合せた一般的なスクリーンにおいては、コントラストの向上に対しては一定の効果は得られるものの、凸レンズ要素に垂直に入射した平行光を拡散出射させるため、指向性が要求される光学系には用いることができなかった。また、背面側の凸レンズ要素と観察側のレンズ要素とが１対１で対応しなければならないため、レンズのピッチが小さくなると製造が著しく困難になるという欠点を有していた。
【０００７】
また、特許文献１、２に記載されたタイプのスクリーンにおいても、凸レンズ要素に垂直に入射した平行光を拡散出射させるため、指向性が要求される光学系には用いることができなかった。また、観察側の出射面から出射する光は、斜面で反射しなかった光が正面方向に出射する光と、対向する各斜面で全反射した後に二つの特定の角度で出射面から出射する２種類の光とに分かれ、さらにその出射面間に出射光が通過しない光吸収部があるため、均一な映像を得るためには、大量に光拡散剤を使用しなければならず、映像の鮮明さが損なわれていた。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、背面投射型テレビや液晶ディスプレイ等の観察側前面に配置されるシートであって、コントラストが高く、指向性にも優れたコントラスト向上シートを提供すると共に、そのコントラスト向上シートを有する背面投射型スクリーンを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１のコントラスト向上シートは、背面側から垂直または略垂直に入射する映像光を入射位置にかかわらず観察側に垂直または略垂直に出射するとともに、背面側から斜めに入射する迷光および観察側から入射する外光を吸収する光吸収層を有する光学要素を備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、上記光学要素により、指向性とコントラストを向上させることができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載のコントラスト向上シートであって、前記光学要素は、背面側から垂直または略垂直に入射する映像光を全反射する全反射面を持つリブが１方向にまたは平面的に複数配列され、当該リブの対向する全反射面の間には平坦面が形成され、当該リブの間には光吸収層が形成されてなる第１の光学要素と、前記リブの全反射面により全反射された映像光を垂直または略垂直に出射させる斜面が互い違いに形成された光路補正層が形成されてなる第２の光学要素とが、この順で積層されてなることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、第１の光学要素の光吸収層が迷光および外光を吸収し、さらに、第２の光学要素が第１の光学要素側から入射した光を観察側に垂直または略垂直に出射させるので、指向性の高いコントラスト向上シートを提供することができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２に記載のコントラスト向上シートにおいて、背面側から垂直または略垂直に入射する映像光がリブの全反射面で反射することなく平坦面を通過した後、光路補正層の斜面で全反射および屈折して出射する光と、背面側から垂直または略垂直に入射する映像光がリブの全反射面で全反射して平坦面を通過した後、光路補正層の斜面で屈折して出射する光とが、略平行に出射することに特徴を有する。
【００１４】
この発明によれば、背面側から入射した映像光を損失させることなく垂直または略垂直に観察側に出射することができるので、指向性の高いコントラスト向上シートを提供するすることができる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項２または請求項３に記載のコントラスト向上シートにおいて、前記光吸収層は、リブを形成する樹脂よりも屈折率の低い透明な樹脂中に光吸収性粒子を含有していることに特徴を有する。請求項５の発明は、請求項２または請求項３に記載のコントラスト向上シートにおいて、前記光吸収層は、リブを形成する樹脂よりも屈折率の低い着色された樹脂で形成されていることに特徴を有する。
【００１６】
請求項４、５の発明によれば、上記構成からなる光吸収層が迷光や外光を効果的に吸収するので、コントラストの向上したシートを提供できる。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項２乃至請求項５の何れか１項に記載のコントラスト向上シートにおいて、光路補正層の斜面の角度θ２、光路補正層を構成するリブ側の材料の屈折率ｎ２および光路補正層を構成するリブの反対側の材料の屈折率ｎ３が、下記の関係式を満たすことに特徴を有する。
【００１８】
【数１】
【００１９】
この発明によれば、上記関係式を満たすことにより、背面側から垂直または略垂直に入射して第１の光学要素の全反射面で反射することなく平坦面を通過した映像光を、本発明に係る光学シートから垂直に（すなわち、入射光に対しては平行に）出射させることができる。その結果、指向性の高いコントラスト向上シートを提供することができる。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項２乃至請求項６の何れか１項に記載のコントラスト向上シートにおいて、リブの全反射面の角度θ１、リブを形成する樹脂の屈折率ｎ１、光路補正層の斜面の角度θ２および光路補正層を構成するリブ側の材料の屈折率ｎ２が、下記の関係式を満たすことに特徴を有する。
【００２１】
【数２】
【００２２】
この発明によれば、上記関係式を満たすことにより、背面側から垂直または略垂直に入射して第１の光学要素の全反射面で全反射して平坦面を通過した映像光を、第２の光学要素の光路補正層の斜面で屈折させ、本発明に係る光学シートから垂直に（すなわち、入射光に対しては平行に）出射させることができる。その結果、指向性の高いコントラスト向上シートを提供することができる。
【００２３】
上記課題を解決するための請求項８の背面投射型スクリーンは、フレネルレンズシートおよび請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のコントラスト向上シートが背面側からこの順で配置されていることに特徴を有する。
【００２４】
この発明によれば、映像光を観察側に垂直または略垂直に偏向するフレネルレンズシートと上述のコントラスト向上シートを組み合わせることにより、指向性に優れ、コントラストの高い背面投射型スクリーンを提供することができる。
【００２５】
上記課題を解決するための請求項９の発明の背面投射型スクリーンは、フレネルレンズシートと、レンチキュラーレンズシートと、請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のコントラスト向上シートとが背面側からこの順で配置されていることに特徴を有する。
【００２６】
この発明によれば、上記のようにレンチキュラーレンズシートを設けたので、視野角の広い背面投射型スクリーンを提供することができる。
【００２７】
請求項１０の発明は、請求項９に記載の背面投射型スクリーンにおいて、前記レンチキュラーレンズシートの稜線とコントラスト向上シートのリブとが直交するように配置されていることに特徴を有する。
【００２８】
この発明によれば、上記のようにレンチキュラーレンズシートを設けたので、視野角の広い背面投射型スクリーンを提供することができる。
【００２９】
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の背面投射型スクリーンにおいて、レンチキュラーレンズシートは観察側に光吸収層を有しており、レンチキュラーレンズシートとコントラスト向上シートがレンチキュラーレンズシートの少なくとも光吸収層において接着されていることに特徴を有する。
【００３０】
この発明によれば、レンチキュラーレンズをファインピッチ化した場合においても剛性に優れた背面投射型スクリーンを提供することができる。
【００３１】
上記課題を解決するための請求項１２の背面投射型スクリーンは、光入射面に全反射フレネルレンズが形成され、その観察側に請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のコントラスト向上シートが積層され、そのさらに観察側にレンチキュラーレンズが配置されていることに特徴を有する。
【００３２】
この発明によれば、全反射フレネルレンズを使用する背面投射型スクリーンにおいて、迷光およびミラー反射による二重像を大幅に低減することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のコントラスト向上シートおよび背面投射型スクリーンの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本願において、「コントラスト向上」とは、従来のものと対比した場合の表現であり、正確には外光や迷光等のコントラスト低減要因に基づいたコントラストの低減を抑制することによって、従来のものよりもコントラストを向上させることを意味している。
【００３４】
（コントラスト向上シート）
図１は、本発明のコントラスト向上シートの一例を示す部分断面図であり、図２は、そのコントラスト向上シート中の光路経路図の一例である。本発明のコントラスト向上シート１１（以下、シートと略すことがある。）は、第１の光学要素１と、この第１の光学要素のさらに観察側に配置される第２の光学要素２とを有する。
【００３５】
第１の光学要素１には、図１および図２に示すように、略台形断面のリブ３が一方向にまたは平面的に多数配列されている。リブ３は、背面側（映像光源側と同義。）から垂直または略垂直に入射する映像光４を全反射する全反射面５を持っている。また、リブ３の第２の光学要素２側表面には平坦面６が形成され、その平坦面６はリブ３の対向する全反射面５の間に位置している。一方、リブ３同士の間には、光吸収材料で形成されたＶ字状の光吸収層７が形成されている。上述の全反射面５は、リブ３と光吸収層７との境界面、すなわちリブ３の台形断面を構成する斜面が担っている。
【００３６】
図３は、稜線１２が水平方向に延びたリブ３を垂直方向に多数配列した第１の光学要素の一例を示す概略図であり、図４は、四角錘台１３のリブ３が縦横に整列した第１の光学要素の一例を示す概略図である。
【００３７】
第２の光学要素２は、図１および図２に示すように、上記第１の光学要素１の出射側、すなわち上記平坦面６に隣接する側に設けられる。この第２の光学要素２は、上述のリブ３の全反射面５により全反射された映像光４を垂直または略垂直に出射させる斜面８（以下において、斜面８の代わりに、リブ１５で説明することもある。）が互い違いに形成された光路補正層９を有している。光路補正層９は、互いに屈折率の異なる２種類の透明な材料で形成され、その境界面が断面三角形状に配列した構造である。この第２の光学要素２に入射した映像光は、光路補正層９の斜面８で全反射または屈折して観察側に出射する。
【００３８】
光路補正層９の斜面８（リブ１５）は、第１の光学要素１のリブ３形状に対応して形成される。例えば、リブ３の稜線が水平方向に延びた態様で配列している場合（図３を参照）には、図５に示すように、光路補正層９の斜面８は、そのリブ３の稜線や全反射面と平行となるように水平方向に延びた態様で形成される。また、図６は、リブ３の稜線が垂直方向に延びた態様で配列している場合であるが、この場合も光路補正層９の斜面８はそのリブ３の稜線や全反射面５と平行となるように垂直方向に延びた態様で形成される。また、四角錘台１３のリブ３が縦横に整列した態様で配列している場合（図４を参照）には、図７に示すように、その四角錘台の上に四角錘１４を積層する態様としてもよい。
【００３９】
第１の光学要素１のリブ３のピッチＰ１と、第２の光学要素２の光路補正層９の斜面８（リブ１５）のピッチＰ２とは、Ｐ１／Ｐ２＞３．５、より好ましくは、Ｐ１／Ｐ２＞３．５かつＰ１／Ｐ２が非整数となる関係を満たすように両者のピッチ比を選択することが好ましい。こうした関係を満たすように両者のピッチを調整することにより、両者の配列周期によって生じるモアレが観察されにくくなる。
【００４０】
次に、本発明のシート中を通過する▲１▼〜▲５▼の光の光路を例に挙げて説明する。図２は、第１の光学要素１と第２の光学要素２とが積層されたシート１１における光路経路図である。
【００４１】
▲１▼の光は、背面側から垂直に入射する映像光である。本発明においては、光路補正層９の斜面８の角度θ２、光路補正層９を構成するリブ側の材料の屈折率ｎ２および光路補正層９を構成するリブ反対側の材料の屈折率ｎ３が、ｎ３／ｎ２ ＝ ｃｏｓ３θ２／ｃｏｓθ２ …（１）、の関係式を満たすように構成されている。なお、この式より明らかなように、光路補正層９においては、θ２＜３０°かつ、ｎ３＜ｎ２ である。
【００４２】
したがって、背面側から垂直に入射する▲１▼の光は、リブ３の全反射面５で反射することなく平坦面６を通過した後、光路補正層９の斜面８で全反射および屈折し、第２の光学要素２から垂直に（すなわち、入射光と平行に）出射する。
【００４３】
▲２▼の光も背面側から垂直に入射する映像光である。本発明においては、リブ３の全反射面５の角度θ１、リブ３を形成する樹脂の屈折率ｎ１、光路補正層９の斜面８の角度θ２および光路補正層９を構成するリブ側の材料の屈折率ｎ２が、ｎ２ ｓｉｎ２θ２ ＝ ｎ１ ｓｉｎ２θ１ …（２）、の関係式を満たすように構成されている。
【００４４】
したがって、背面側から垂直に入射する▲２▼の光は、リブ３の全反射面５で全反射して平坦面６を通過した後、光路補正層９の斜面８で屈折し、第２の光学要素２から垂直に（すなわち、入射光と平行に）出射する。なお、このとき、屈折率ｎ２の層においては、▲１▼の光と▲２▼の光が平行となる。
【００４５】
また、式（１）および式（２）をともに満たすための１つの解として、θ１＝θ２ および ｎ１＝ｎ２ として式（２）を無意味とし、式（１）の条件のみを満たすように屈折率ｎ２ と屈折率ｎ３ の比を選択してもよい。また、各樹脂材料の屈折率と光路補正層９の斜面８の角度との関係を、式（１）及び／又は式（２）からわずかにずらすことにより、第２の光学要素２から出射する▲１▼の光路と▲２▼の光路を非平行とし、本発明のコントラスト向上シートに弱い拡散効果を持たせるようにしてもよい。
【００４６】
第１の光学要素１においては、光吸収層７の屈折率ｎ４ がリブ３を構成する材料の屈折率ｎ１ に比べて低く、そして、リブ３の全反射面５の角度θ１、リブ３の屈折率ｎ１ および光吸収層７の屈折率ｎ４ が、θ１ ＝ ｃｏｓ−１（ｎ４／ｎ１） − ｓｉｎ−１（１／２ｎ１） …（３）の関係式を満たすように構成されている。
【００４７】
したがって、背面側から垂直に入射する▲１▼および▲２▼の光は、リブ３と光吸収層７の境界の全反射面５で全反射する。一方、背面側から約３０°の入射角度θ３で斜めに入射する▲３▼の光は、リブ３と光吸収層７の境界の全反射面５で全反射せず、光吸収層７に進入して吸収される。
【００４８】
なお、光吸収層７を形成する低屈折率材料中には、光吸収効果を有する染料を含有させて着色したり、光吸収性の微粒子を分散含有させることが好ましく、コントラストを向上させることができる。
【００４９】
▲４▼の光は、背面側から、▲３▼の光よりも小さい入射角度θ４で斜めに入射する映像光である。この▲４▼の光は、▲２▼の光と同様にリブ３の全反射面５で全反射して平坦面６を通過した後、光路補正層９の斜面８で屈折し、入射した角度θ４の２倍の角度θ５で第２の光学要素２から出射する。したがって、本発明のシートに５°〜１０°程度の入射角度θ４で拡散光を入射させることにより、観察側に出射する光の角度θ５を約２倍に広げることができ、指向性を持つ出射角をやや拡大することが可能となる。
【００５０】
▲５▼の光は、観察側から垂直に入射する外光である。この▲５▼の外光は、光路補正層９の斜面８で屈折し、第２の光学要素２と第１の光学要素１との境界面で全反射することなく光吸収層７に進入して吸収される。また、図示しないが、観察側から例えば５０°以上の角度で入射する外光については、光路補正層９の斜面８によって光路がコントラスト向上シートの厚み方向に曲げられるので、光路補正層９を有する第２の光学要素２から光吸収層７に入射するときに、上記同様、全反射することなく進入し、その光吸収層７で吸収される。
【００５１】
以上、光路経路図に基づいて説明したように、本発明のコントラスト向上シートは、上記関係式を満たす第１の光学要素１と第２の光学要素２とを積層したので、第１の光学要素側から垂直または略垂直に入射する▲１▼と▲２▼の光を観察側へ垂直または略垂直に出射させることができ、また、▲３▼の迷光および▲５▼の外光を光吸収層７で吸収することができるので、指向性が高く、コントラストも向上したものとなる。なお、迷光とは、正規の光路で透過する映像光と出光位置が異なる光であり、主に二重像の原因となる光である。
【００５２】
本発明のコントラスト向上シートは、光源側に形成される第１の光学要素１と観察側に形成される第２の光学要素２とを別々に形成しておき、両者を貼り合わせることで製造することができる。その際、第１の光学要素１のピッチＰ１と第２の光学要素２のピッチＰ２が異なり、両者の間に、Ｐ１／Ｐ２＞３．５、より好ましくはＰ１／Ｐ２＞３．５かつＰ１／Ｐ２が非整数となる関係を満たすように両者のピッチ比が選択されるので、両者の位置あわせを行う必要がなく、本発明に係るコントラスト向上シートを容易に製造することができる。
【００５３】
第１の光学要素１は、加熱プレス法、熱重合法、放射線硬化法などの周知の方法で成形型からの複製でリブ３を形成し、そのリブ間のＶ溝に光吸収材料をワイピング等の方法により充填することにより形成することができる。
【００５４】
第２の光学要素２も出射側層または入射側層のいずれか一方を、前記第１の光学要素１と同様の方法で形成した後、他方の層を放射線硬化型樹脂などによりＶ溝に充填硬化することで形成することができる。その際、出射側層を型成形により先に形成しておき、出射側層のＶ溝に入射側層の樹脂を充填し、その上から第１の光学要素１を積層し、第２の光学要素の入射側層を硬化させることで、第１の光学要素１と第２の光学要素２とを接合するようにしてもよい。
【００５５】
本発明においては、第１の光学要素のリブ３を形成する材料、および、第２の光学要素の光路補正層９を形成する２種類の材料のうち、少なくとも一つは放射線硬化型樹脂からなることが、製造上の観点から特に好ましい。また、リブ３や光路補正層９を実質的に透明なフィルムまたはシート上に形成した後、両者を接着剤層を介して接着するように形成してもよい。
【００５６】
なお、放射線硬化型樹脂としては、当該分野で一般的に使用されているものから選ぶことができ、例えば、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などの紫外線硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂等が好適に用いられる。また、透明なフィルムまたはシートについても、ポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム等の一般的なものが好適に用いられる。
【００５７】
また、光吸収層は、黒色や灰色などの無彩色が好ましいが、これに限定されるものではなく、映像光の特性に合わせて、特定の波長を選択的に吸収する材料を使用してもよい。光吸収層に含有される光吸収性粒子としては、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄などの金属塩の他、着色した有機微粒子、着色したガラスビーズ等を、また、着色染料としては、アシドレッド等のキサンテン系有機染料、カルボン酸ネオジム等の有機酸ネオジム等が挙げられる。
【００５８】
また、更なるコントラストの向上を図るために、第１の光学要素のリブ３を形成する材料および第２の光学要素の光路補正層９を形成する２種類の材料のうちの一つ、または、リブ３や光路補正層９を形成する際に支持するためのフィルムやシート等の構成要素のうちの少なくとも一つに、着色材料を混入させてもよい。
【００５９】
本発明のコントラスト向上シートの光路補正層９のさらに観察側には、紫外線吸収作用を有する層、フィルムまたはシート等を積層してもよい。また、本発明のコントラスト向上シートの最も観察側の面には、ハードコート層、反射防止層、防眩処理、帯電防止機能のうち、少なくとも一つを付与するようにしてもよい。
【００６０】
こうした本発明のコントラスト向上シートは、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ、ＥＬディスプレイ等の直視型平面ディスプレイや、背面投射型ディスプレイ等の画像形成面の観察側に配置して使用することができる。特に、背面投射型ディスプレイに使用した場合には、外光に対するコントラスト向上のみでなく、フレネルレンズや背面の鏡に基づくゴーストやレインボウ等の画像障害光に対しても有効に吸収するため、好適な画像を得ることができる。
【００６１】
（背面投射型スクリーン）
次に、上述したコントラスト向上シート１１を有する背面投射型スクリーン２１の構成について説明する。
【００６２】
上述した本発明に係るコントラスト向上シート１１を背面投射型ディスプレイに使用する場合には、図８に示すように、フレネルレンズシート２２と本発明のコントラスト向上シート１１とを組み合わせた背面投射型スクリーンを使用することができる。この場合、レンチキュラーレンズシートは使用していないが、本発明のコントラスト向上シート１１が拡散入射光の拡散角θ４（図２を参照）を約２倍に拡大することができるので、フレネルレンズシート２２に約１０°の拡散角が得られる程度の拡散剤を混入することで、垂直方向に約１０°、水平方向に約２０°の拡散角θ４を有する背面投射型スクリーンを得ることができる。
【００６３】
図９は、従来公知のフレネルレンズシート２２およびレンチキュラーレンズシート２３の観察側に本発明のコントラスト向上シート１１を配置して３枚構成とした背面投射型スクリーンである。この場合にも、本発明のコントラスト向上シートが拡散入射光を約２倍の拡散角に広げるため、レンチキュラーレンズシートに混入する光拡散剤の量を減らすことができ、従来の背面投射型スクリーンに比べてより鮮明な映像を得ることができる。
【００６４】
この例において、本発明のコントラスト向上シート１１とレンチキュラーレンズシート２３とを接着して用いてもよい。特に、レンチキュラーレンズシート２３が高精細で薄板のものの場合には、コントラスト向上シート１１とレンチキュラーレンズシート２３を光吸収部（ブラックストライプ）で接着することで、シートとしての剛性を向上させることができる。
【００６５】
また、背面投射型ディスプレイの映像源がＬＣＤやＤＬＰ等の単管型光源の場合に使用される、出射側が平坦なレンチキュラーレンズの場合（図示しない）においては、レンチキュラーレンズシートの観察側面の全面でコントラスト向上シートと接着してもよい。
【００６６】
また、図１２に示すように、全反射フレネルレンズシート３１の観察側に第１の光学要素１と第２の光学要素２を形成してもよい。この場合、全反射フレネルレンズ３２の入射面３３から入射し、全反射面３４で全反射する映像光▲６▼は、第１の光学要素１に垂直または略垂直に入射するため、第１の光学要素１および第２の光学要素２を通過して当該全反射フレネルレンズシート３１から出射するときにも垂直または略垂直に出射される。一方、全反射フレネルレンズ３２の入射面３３から入射し、全反射面３４で全反射しないで迷光になる光▲７▼は、第１の光学要素１に斜めに入射するため、光吸収層７で吸収され観察側へ出射することはない。
【００６７】
この全反射フレネルレンズシート３１は、図１３に示すように、観察側にレンチキュラーレンズシート２４を設けるように構成してもよい。また、図１４に示すように、全反射フレネルレンズシート３１の観察側に第１の光学要素１と第２の光学要素２を形成し、さらに観察側に全反射レンチキュラーレンズ２５を形成してもよい。
【００６８】
【実施例】
実施例により本発明を具体的に説明する。
【００６９】
（実施例１）
厚さ５０μｍのＰＥＴフィルム（屈折率１．６）の一方の面に、硬化後の屈折率ｎ１が１．５５の紫外線硬化型樹脂により、断面台形形状のリブ３を形成した。リブ３のピッチＰ１が０．３ｍｍ、リブ３の高さが０．６ｍｍ、先端部である平坦面６の幅が０．１６９ｍｍ、斜面である全反射面５の傾斜角θ１が８°である。その後、台形形状のリブ間のＶ字状の谷に、屈折率ｎ４が１．４９のアクリル系塗料中に平均粒子径６μｍの黒色ビーズを分散させた光吸収材料を充填し、第１の光学要素１を形成した。
【００７０】
一方、厚さ１．５ｍｍのアクリルスチレン共重合樹脂（屈折率１．５３）の一方の面に、アクリルを改質して屈折率ｎ３を１．４８とした樹脂により、断面三角形状のリブ１５を作成した。この第２の光学要素のリブ１５のピッチＰ２は、第１の光学要素のリブ３との間に生じるモアレが目立たない様に、４０μｍ（ピッチの比：Ｐ１／Ｐ２＝７．５）とし、リブ１５の高さは１３５μｍ、傾斜角θ２は第１の光学要素のリブ３と同様に８°である。その後、そのリブ１５の間に硬化後の屈折率ｎ２が１．６のスチレン系のＥＢ硬化樹脂を充填し硬化させ、第２の光学要素２を形成した。
【００７１】
次に、形成された第１の光学要素１と第２の光学要素２とを、それぞれのリブ３、１５が向き合うように積層接着し、実施例１のコントラスト向上シートを作製した。
【００７２】
（評価）
実施例１のコントラスト向上シートを以下のように評価した。先ず、フレネルレンズシート、レンチキュラーレンズシート、薄く着色した透明樹脂シート（着色シート）の３枚構成からなる従来の背面投射型スクリーンを備えた市販の背面投射型テレビジョンを用意した。この従来の背面投射型スクリーンの薄く着色した透明樹脂シートに代えて、実施例１のコントラスト向上シート１１を配置し、本発明の背面投射型スクリーン２１（図９を参照）を構成した。両者のスクリーンを用いた場合のテレビ映像を対比観察した。
【００７３】
実施例１のコントラスト向上シート１１を装着した本発明の背面投射型スクリーンは、着色シートを装着した従来の背面投射型スクリーンに比べてコントラストが向上していた。また、着色シートを装着した従来の背面投射型スクリーンには、フレネルレンズ起因のレインボウが薄く観察されたが、実施例１のコントラスト向上シートを装着した本発明の背面投射型スクリーンにはまったく観察されなかった。
【００７４】
なお、図１０は、実施例１のコントラスト向上シートの光線追跡図であり、図１１は、実施例１のコントラスト向上シートの配光特性である。この結果から、実施例１のコントラスト向上シートは優れた指向性も有していることがわかる。なお、図１１で示すゲインとは、スクリーンの後方から平行光線を入射し、前方に出てくる光の輝度の角度分布を測定し、スクリーンにおける照度と各々の輝度とから、ゲインＧ＝輝度／照度の関係式により求めたものである。
【００７５】
（実施例２）
第２の光学要素２のリブ３側の樹脂をリブ３と同一の樹脂（屈折率１．５５）とし、観察側の樹脂を屈折率１．４３のシリコーン樹脂とした以外は、実施例１と同様にして、実施例２のコントラスト向上シートを作製した。
【００７６】
（評価）
投射距離３００ｍｍ、打ち上げ角６５°、画面サイズ６０インチの背面投射型テレビジョンを用意した。この背面投射型テレビジョンには、全反射フレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシートとからなる従来の背面投射型スクリーンが使用されている。この従来の背面投射型スクリーンに使用されている全反射フレネルレンズシートの代わりに、同一光学系の全反射フレネルレンズシートの観察側の面に実施例２のコントラスト向上シートを接着した本発明の背面投射型スクリーン（図１３を参照。）を用意し、両者のスクリーンを用いた場合のテレビ映像を対比評価した。
【００７７】
実施例２のコントラスト向上シートを接着した全反射フレネルレンズシートを用いた本発明の背面投射型スクリーンは、従来の背面投射型スクリーンに比べて、コントラストが向上していた。また、従来の背面投射型スクリーンには、全反射フレネルレンズ起因の二重像及びミラー反射による二重像が観察されたが、本発明の背面投射型スクリーンは、それらがまったく確認されなかった。
【００７８】
（実施例３）
第１の光学要素１のリブ３のピッチＰ１を０．０６３ｍｍ、その高さを０．１２６ｍｍとし、第２の光学要素２のピッチＰ２を１８μｍ（ピッチの比：Ｐ１／Ｐ２＝３．５）、その高さを６０μｍとした以外は、実施例２と同様にして、実施例３のコントラスト向上シートを作製した。
【００７９】
（評価）
１５インチ型のＰＣ（パーソナルコンピュータ）用液晶モニターを用意した。この液晶モニターに、図６に示す態様の実施例３のコントラスト向上シートを装着し、画像を観察した。正面からはコントラストが高く明瞭に観察されたが、水平方向２５°以上の斜めからでは、まったく画像が観察されず、覗き込み防止シートとして十分な機能を有することが確認された。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のコントラスト向上シートによれば、図１５に示すように、以下の３つの作用により、映像光を損失することなく観察側へ透過させ且つ迷光や外光を光吸収層で吸収することができる。そのため、コントラストを向上させるために従来より採用されているレンチキュラーレンズシート（図１６を参照）に比べ、コントラストが向上し且つ映像光をほとんど拡散させることがないので、指向性を有する光学要素や、結像系の光学要素に使用することができるコントラスト向上光学シートを提供することができる。
【００８１】
１．シートの背面側から垂直または略垂直に入射した映像光を、損失することなく垂直または略垂直（入射光線に対して平行）に観察側に出射させる；
２．シートの観察側から垂直および斜めに入射した外光を、吸収しまたは背面側に透過して観察側に戻さず、コントラストを悪化させない；
３．シートの背面側から約３０°以上の角度で入射した迷光を、光吸収層で吸収して観察側に透過させない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコントラスト向上シートの一例を示す部分断面図である。
【図２】第１の光学要素と第２の光学要素とが積層されたコントラスト向上シートにおける光路経路図である。
【図３】リブの形態の一例を示す構成図である。
【図４】リブの形態の他の一例を示す構成図である。
【図５】第１光学要素と第２の光学要素との積層形態の一例を示す構成図である。
【図６】第１光学要素と第２の光学要素との積層形態の他の一例を示す構成図である。
【図７】第１光学要素と第２の光学要素との積層形態のさらに他の一例を示す構成図である。
【図８】本発明の背面投射型スクリーンの一例を示す構成図である。
【図９】本発明の背面投射型スクリーンの他の一例を示す構成図である。
【図１０】実施例１のコントラスト向上シートの光線追跡図である。
【図１１】実施例１のコントラスト向上シートの配光特性である。
【図１２】全反射フレネルレンズシートの観察側に第１の光学要素と第２の光学要素を形成した一例を示す構成図である。
【図１３】全反射フレネルレンズシートの観察側に第１の光学要素と第２の光学要素を形成した背面投写型スクリーンの一例を示す構成図である。
【図１４】全反射フレネルレンズシートの観察側に第１の光学要素と第２の光学要素を形成した背面投写型スクリーンの他の例を示す構成図である。
【図１５】本発明のコントラスト向上シートの配光特性を説明する図である。
【図１６】従来のレンチキュラーレンズシートの配光特性を説明する図である。
【符号の説明】
１ 第１の光学要素
２ 第２の光学要素
３ リブ
４ 映像光
５ 全反射面
６ 平坦面
７ 光吸収層
８ 斜面
９ 光路補正層
１１ コントラスト向上シート
１２ 稜線
１３ 四角錘台
１４ 四角錘
１５ 第２の光学要素のリブ
２１ 背面投射型スクリーン
２２ フレネルレンズシート
２３ レンチキュラーレンズシート
２４ レンチキュラーレンズシート
２５ 全反射レンチキュラーレンズシート
３１ 全反射フレネルレンズシート
３２ 全反射フレネルレンズ
３３ 全反射フレネルレンズの入射面
３４ 全反射フレネルレンズの全反射面
４１ 外光
４２ 迷光
４３ レンチキュラーレンズシート
Ｐ１ リブのピッチ
Ｐ２ 光路補正層の斜面のピッチ
θ１ リブの全反射面の角度
θ２ 光路補正層の斜面の角度
θ４ 小さい入射角度
θ５ θ４の２倍の角度
ｎ１ リブを形成する樹脂の屈折率
ｎ２ 光路補正層を構成するリブ側材料の屈折率
ｎ３ 光路補正層を構成するリブ反対側材料の屈折率
ｎ４ 光吸収層の屈折率
【発明の属する技術分野】
本発明は、背面投射型テレビや液晶ディスプレイ等の観察側前面に配置されるコントラスト向上シート、およびそれを有する背面投射型スクリーンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
背面投射型テレビや液晶ディスプレイ等には、映像光が入射する背面側（映像光源側ともいう。）に視野角の適性化のための凸レンズ要素を有するスクリーンが用いられている。こうしたスクリーンにおいては、観察者が十分に映像を認識することができるように、コントラストを向上させる各種の手段が提案されている。
【０００３】
一般的な手段としては、凸レンズ要素に入射した光が通過しない非透過部に、観察側からの外光を吸収する光吸収要素が形成されたスクリーンが知られている。
【０００４】
また、コントラストの向上について検討された他の手段としては、観察側の面に、光を全反射させる斜面とその斜面間に形成された出射面とからなるリブを多数形成し、そのリブ間のＶ字状の溝の内部に光吸収性の材料を充填したスクリーンが提案されている（特許文献１、２を参照）。
【０００５】
【特許文献１】
実開昭５０−１２１７５３号公報（第４図、第５図）
【特許文献２】
特開昭６０−１５９７３３号公報（図５、特許請求の範囲）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、凸レンズ要素と光吸収要素とを組み合せた一般的なスクリーンにおいては、コントラストの向上に対しては一定の効果は得られるものの、凸レンズ要素に垂直に入射した平行光を拡散出射させるため、指向性が要求される光学系には用いることができなかった。また、背面側の凸レンズ要素と観察側のレンズ要素とが１対１で対応しなければならないため、レンズのピッチが小さくなると製造が著しく困難になるという欠点を有していた。
【０００７】
また、特許文献１、２に記載されたタイプのスクリーンにおいても、凸レンズ要素に垂直に入射した平行光を拡散出射させるため、指向性が要求される光学系には用いることができなかった。また、観察側の出射面から出射する光は、斜面で反射しなかった光が正面方向に出射する光と、対向する各斜面で全反射した後に二つの特定の角度で出射面から出射する２種類の光とに分かれ、さらにその出射面間に出射光が通過しない光吸収部があるため、均一な映像を得るためには、大量に光拡散剤を使用しなければならず、映像の鮮明さが損なわれていた。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、背面投射型テレビや液晶ディスプレイ等の観察側前面に配置されるシートであって、コントラストが高く、指向性にも優れたコントラスト向上シートを提供すると共に、そのコントラスト向上シートを有する背面投射型スクリーンを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１のコントラスト向上シートは、背面側から垂直または略垂直に入射する映像光を入射位置にかかわらず観察側に垂直または略垂直に出射するとともに、背面側から斜めに入射する迷光および観察側から入射する外光を吸収する光吸収層を有する光学要素を備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、上記光学要素により、指向性とコントラストを向上させることができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載のコントラスト向上シートであって、前記光学要素は、背面側から垂直または略垂直に入射する映像光を全反射する全反射面を持つリブが１方向にまたは平面的に複数配列され、当該リブの対向する全反射面の間には平坦面が形成され、当該リブの間には光吸収層が形成されてなる第１の光学要素と、前記リブの全反射面により全反射された映像光を垂直または略垂直に出射させる斜面が互い違いに形成された光路補正層が形成されてなる第２の光学要素とが、この順で積層されてなることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、第１の光学要素の光吸収層が迷光および外光を吸収し、さらに、第２の光学要素が第１の光学要素側から入射した光を観察側に垂直または略垂直に出射させるので、指向性の高いコントラスト向上シートを提供することができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２に記載のコントラスト向上シートにおいて、背面側から垂直または略垂直に入射する映像光がリブの全反射面で反射することなく平坦面を通過した後、光路補正層の斜面で全反射および屈折して出射する光と、背面側から垂直または略垂直に入射する映像光がリブの全反射面で全反射して平坦面を通過した後、光路補正層の斜面で屈折して出射する光とが、略平行に出射することに特徴を有する。
【００１４】
この発明によれば、背面側から入射した映像光を損失させることなく垂直または略垂直に観察側に出射することができるので、指向性の高いコントラスト向上シートを提供するすることができる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項２または請求項３に記載のコントラスト向上シートにおいて、前記光吸収層は、リブを形成する樹脂よりも屈折率の低い透明な樹脂中に光吸収性粒子を含有していることに特徴を有する。請求項５の発明は、請求項２または請求項３に記載のコントラスト向上シートにおいて、前記光吸収層は、リブを形成する樹脂よりも屈折率の低い着色された樹脂で形成されていることに特徴を有する。
【００１６】
請求項４、５の発明によれば、上記構成からなる光吸収層が迷光や外光を効果的に吸収するので、コントラストの向上したシートを提供できる。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項２乃至請求項５の何れか１項に記載のコントラスト向上シートにおいて、光路補正層の斜面の角度θ２、光路補正層を構成するリブ側の材料の屈折率ｎ２および光路補正層を構成するリブの反対側の材料の屈折率ｎ３が、下記の関係式を満たすことに特徴を有する。
【００１８】
【数１】
この発明によれば、上記関係式を満たすことにより、背面側から垂直または略垂直に入射して第１の光学要素の全反射面で反射することなく平坦面を通過した映像光を、本発明に係る光学シートから垂直に（すなわち、入射光に対しては平行に）出射させることができる。その結果、指向性の高いコントラスト向上シートを提供することができる。
【００２０】
請求項７の発明は、請求項２乃至請求項６の何れか１項に記載のコントラスト向上シートにおいて、リブの全反射面の角度θ１、リブを形成する樹脂の屈折率ｎ１、光路補正層の斜面の角度θ２および光路補正層を構成するリブ側の材料の屈折率ｎ２が、下記の関係式を満たすことに特徴を有する。
【００２１】
【数２】
この発明によれば、上記関係式を満たすことにより、背面側から垂直または略垂直に入射して第１の光学要素の全反射面で全反射して平坦面を通過した映像光を、第２の光学要素の光路補正層の斜面で屈折させ、本発明に係る光学シートから垂直に（すなわち、入射光に対しては平行に）出射させることができる。その結果、指向性の高いコントラスト向上シートを提供することができる。
【００２３】
上記課題を解決するための請求項８の背面投射型スクリーンは、フレネルレンズシートおよび請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のコントラスト向上シートが背面側からこの順で配置されていることに特徴を有する。
【００２４】
この発明によれば、映像光を観察側に垂直または略垂直に偏向するフレネルレンズシートと上述のコントラスト向上シートを組み合わせることにより、指向性に優れ、コントラストの高い背面投射型スクリーンを提供することができる。
【００２５】
上記課題を解決するための請求項９の発明の背面投射型スクリーンは、フレネルレンズシートと、レンチキュラーレンズシートと、請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のコントラスト向上シートとが背面側からこの順で配置されていることに特徴を有する。
【００２６】
この発明によれば、上記のようにレンチキュラーレンズシートを設けたので、視野角の広い背面投射型スクリーンを提供することができる。
【００２７】
請求項１０の発明は、請求項９に記載の背面投射型スクリーンにおいて、前記レンチキュラーレンズシートの稜線とコントラスト向上シートのリブとが直交するように配置されていることに特徴を有する。
【００２８】
この発明によれば、上記のようにレンチキュラーレンズシートを設けたので、視野角の広い背面投射型スクリーンを提供することができる。
【００２９】
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の背面投射型スクリーンにおいて、レンチキュラーレンズシートは観察側に光吸収層を有しており、レンチキュラーレンズシートとコントラスト向上シートがレンチキュラーレンズシートの少なくとも光吸収層において接着されていることに特徴を有する。
【００３０】
この発明によれば、レンチキュラーレンズをファインピッチ化した場合においても剛性に優れた背面投射型スクリーンを提供することができる。
【００３１】
上記課題を解決するための請求項１２の背面投射型スクリーンは、光入射面に全反射フレネルレンズが形成され、その観察側に請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のコントラスト向上シートが積層され、そのさらに観察側にレンチキュラーレンズが配置されていることに特徴を有する。
【００３２】
この発明によれば、全反射フレネルレンズを使用する背面投射型スクリーンにおいて、迷光およびミラー反射による二重像を大幅に低減することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のコントラスト向上シートおよび背面投射型スクリーンの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本願において、「コントラスト向上」とは、従来のものと対比した場合の表現であり、正確には外光や迷光等のコントラスト低減要因に基づいたコントラストの低減を抑制することによって、従来のものよりもコントラストを向上させることを意味している。
【００３４】
（コントラスト向上シート）
図１は、本発明のコントラスト向上シートの一例を示す部分断面図であり、図２は、そのコントラスト向上シート中の光路経路図の一例である。本発明のコントラスト向上シート１１（以下、シートと略すことがある。）は、第１の光学要素１と、この第１の光学要素のさらに観察側に配置される第２の光学要素２とを有する。
【００３５】
第１の光学要素１には、図１および図２に示すように、略台形断面のリブ３が一方向にまたは平面的に多数配列されている。リブ３は、背面側（映像光源側と同義。）から垂直または略垂直に入射する映像光４を全反射する全反射面５を持っている。また、リブ３の第２の光学要素２側表面には平坦面６が形成され、その平坦面６はリブ３の対向する全反射面５の間に位置している。一方、リブ３同士の間には、光吸収材料で形成されたＶ字状の光吸収層７が形成されている。上述の全反射面５は、リブ３と光吸収層７との境界面、すなわちリブ３の台形断面を構成する斜面が担っている。
【００３６】
図３は、稜線１２が水平方向に延びたリブ３を垂直方向に多数配列した第１の光学要素の一例を示す概略図であり、図４は、四角錘台１３のリブ３が縦横に整列した第１の光学要素の一例を示す概略図である。
【００３７】
第２の光学要素２は、図１および図２に示すように、上記第１の光学要素１の出射側、すなわち上記平坦面６に隣接する側に設けられる。この第２の光学要素２は、上述のリブ３の全反射面５により全反射された映像光４を垂直または略垂直に出射させる斜面８（以下において、斜面８の代わりに、リブ１５で説明することもある。）が互い違いに形成された光路補正層９を有している。光路補正層９は、互いに屈折率の異なる２種類の透明な材料で形成され、その境界面が断面三角形状に配列した構造である。この第２の光学要素２に入射した映像光は、光路補正層９の斜面８で全反射または屈折して観察側に出射する。
【００３８】
光路補正層９の斜面８（リブ１５）は、第１の光学要素１のリブ３形状に対応して形成される。例えば、リブ３の稜線が水平方向に延びた態様で配列している場合（図３を参照）には、図５に示すように、光路補正層９の斜面８は、そのリブ３の稜線や全反射面と平行となるように水平方向に延びた態様で形成される。また、図６は、リブ３の稜線が垂直方向に延びた態様で配列している場合であるが、この場合も光路補正層９の斜面８はそのリブ３の稜線や全反射面５と平行となるように垂直方向に延びた態様で形成される。また、四角錘台１３のリブ３が縦横に整列した態様で配列している場合（図４を参照）には、図７に示すように、その四角錘台の上に四角錘１４を積層する態様としてもよい。
【００３９】
第１の光学要素１のリブ３のピッチＰ１と、第２の光学要素２の光路補正層９の斜面８（リブ１５）のピッチＰ２とは、Ｐ１／Ｐ２＞３．５、より好ましくは、Ｐ１／Ｐ２＞３．５かつＰ１／Ｐ２が非整数となる関係を満たすように両者のピッチ比を選択することが好ましい。こうした関係を満たすように両者のピッチを調整することにより、両者の配列周期によって生じるモアレが観察されにくくなる。
【００４０】
次に、本発明のシート中を通過する▲１▼〜▲５▼の光の光路を例に挙げて説明する。図２は、第１の光学要素１と第２の光学要素２とが積層されたシート１１における光路経路図である。
【００４１】
▲１▼の光は、背面側から垂直に入射する映像光である。本発明においては、光路補正層９の斜面８の角度θ２、光路補正層９を構成するリブ側の材料の屈折率ｎ２および光路補正層９を構成するリブ反対側の材料の屈折率ｎ３が、ｎ３／ｎ２ ＝ ｃｏｓ３θ２／ｃｏｓθ２ …（１）、の関係式を満たすように構成されている。なお、この式より明らかなように、光路補正層９においては、θ２＜３０°かつ、ｎ３＜ｎ２ である。
【００４２】
したがって、背面側から垂直に入射する▲１▼の光は、リブ３の全反射面５で反射することなく平坦面６を通過した後、光路補正層９の斜面８で全反射および屈折し、第２の光学要素２から垂直に（すなわち、入射光と平行に）出射する。
【００４３】
▲２▼の光も背面側から垂直に入射する映像光である。本発明においては、リブ３の全反射面５の角度θ１、リブ３を形成する樹脂の屈折率ｎ１、光路補正層９の斜面８の角度θ２および光路補正層９を構成するリブ側の材料の屈折率ｎ２が、ｎ２ ｓｉｎ２θ２ ＝ ｎ１ ｓｉｎ２θ１ …（２）、の関係式を満たすように構成されている。
【００４４】
したがって、背面側から垂直に入射する▲２▼の光は、リブ３の全反射面５で全反射して平坦面６を通過した後、光路補正層９の斜面８で屈折し、第２の光学要素２から垂直に（すなわち、入射光と平行に）出射する。なお、このとき、屈折率ｎ２の層においては、▲１▼の光と▲２▼の光が平行となる。
【００４５】
また、式（１）および式（２）をともに満たすための１つの解として、θ１＝θ２ および ｎ１＝ｎ２ として式（２）を無意味とし、式（１）の条件のみを満たすように屈折率ｎ２ と屈折率ｎ３ の比を選択してもよい。また、各樹脂材料の屈折率と光路補正層９の斜面８の角度との関係を、式（１）及び／又は式（２）からわずかにずらすことにより、第２の光学要素２から出射する▲１▼の光路と▲２▼の光路を非平行とし、本発明のコントラスト向上シートに弱い拡散効果を持たせるようにしてもよい。
【００４６】
第１の光学要素１においては、光吸収層７の屈折率ｎ４ がリブ３を構成する材料の屈折率ｎ１ に比べて低く、そして、リブ３の全反射面５の角度θ１、リブ３の屈折率ｎ１ および光吸収層７の屈折率ｎ４ が、θ１ ＝ ｃｏｓ−１（ｎ４／ｎ１） − ｓｉｎ−１（１／２ｎ１） …（３）の関係式を満たすように構成されている。
【００４７】
したがって、背面側から垂直に入射する▲１▼および▲２▼の光は、リブ３と光吸収層７の境界の全反射面５で全反射する。一方、背面側から約３０°の入射角度θ３で斜めに入射する▲３▼の光は、リブ３と光吸収層７の境界の全反射面５で全反射せず、光吸収層７に進入して吸収される。
【００４８】
なお、光吸収層７を形成する低屈折率材料中には、光吸収効果を有する染料を含有させて着色したり、光吸収性の微粒子を分散含有させることが好ましく、コントラストを向上させることができる。
【００４９】
▲４▼の光は、背面側から、▲３▼の光よりも小さい入射角度θ４で斜めに入射する映像光である。この▲４▼の光は、▲２▼の光と同様にリブ３の全反射面５で全反射して平坦面６を通過した後、光路補正層９の斜面８で屈折し、入射した角度θ４の２倍の角度θ５で第２の光学要素２から出射する。したがって、本発明のシートに５°〜１０°程度の入射角度θ４で拡散光を入射させることにより、観察側に出射する光の角度θ５を約２倍に広げることができ、指向性を持つ出射角をやや拡大することが可能となる。
【００５０】
▲５▼の光は、観察側から垂直に入射する外光である。この▲５▼の外光は、光路補正層９の斜面８で屈折し、第２の光学要素２と第１の光学要素１との境界面で全反射することなく光吸収層７に進入して吸収される。また、図示しないが、観察側から例えば５０°以上の角度で入射する外光については、光路補正層９の斜面８によって光路がコントラスト向上シートの厚み方向に曲げられるので、光路補正層９を有する第２の光学要素２から光吸収層７に入射するときに、上記同様、全反射することなく進入し、その光吸収層７で吸収される。
【００５１】
以上、光路経路図に基づいて説明したように、本発明のコントラスト向上シートは、上記関係式を満たす第１の光学要素１と第２の光学要素２とを積層したので、第１の光学要素側から垂直または略垂直に入射する▲１▼と▲２▼の光を観察側へ垂直または略垂直に出射させることができ、また、▲３▼の迷光および▲５▼の外光を光吸収層７で吸収することができるので、指向性が高く、コントラストも向上したものとなる。なお、迷光とは、正規の光路で透過する映像光と出光位置が異なる光であり、主に二重像の原因となる光である。
【００５２】
本発明のコントラスト向上シートは、光源側に形成される第１の光学要素１と観察側に形成される第２の光学要素２とを別々に形成しておき、両者を貼り合わせることで製造することができる。その際、第１の光学要素１のピッチＰ１と第２の光学要素２のピッチＰ２が異なり、両者の間に、Ｐ１／Ｐ２＞３．５、より好ましくはＰ１／Ｐ２＞３．５かつＰ１／Ｐ２が非整数となる関係を満たすように両者のピッチ比が選択されるので、両者の位置あわせを行う必要がなく、本発明に係るコントラスト向上シートを容易に製造することができる。
【００５３】
第１の光学要素１は、加熱プレス法、熱重合法、放射線硬化法などの周知の方法で成形型からの複製でリブ３を形成し、そのリブ間のＶ溝に光吸収材料をワイピング等の方法により充填することにより形成することができる。
【００５４】
第２の光学要素２も出射側層または入射側層のいずれか一方を、前記第１の光学要素１と同様の方法で形成した後、他方の層を放射線硬化型樹脂などによりＶ溝に充填硬化することで形成することができる。その際、出射側層を型成形により先に形成しておき、出射側層のＶ溝に入射側層の樹脂を充填し、その上から第１の光学要素１を積層し、第２の光学要素の入射側層を硬化させることで、第１の光学要素１と第２の光学要素２とを接合するようにしてもよい。
【００５５】
本発明においては、第１の光学要素のリブ３を形成する材料、および、第２の光学要素の光路補正層９を形成する２種類の材料のうち、少なくとも一つは放射線硬化型樹脂からなることが、製造上の観点から特に好ましい。また、リブ３や光路補正層９を実質的に透明なフィルムまたはシート上に形成した後、両者を接着剤層を介して接着するように形成してもよい。
【００５６】
なお、放射線硬化型樹脂としては、当該分野で一般的に使用されているものから選ぶことができ、例えば、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などの紫外線硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂等が好適に用いられる。また、透明なフィルムまたはシートについても、ポリエステルフィルム、ポリカーボネートフィルム等の一般的なものが好適に用いられる。
【００５７】
また、光吸収層は、黒色や灰色などの無彩色が好ましいが、これに限定されるものではなく、映像光の特性に合わせて、特定の波長を選択的に吸収する材料を使用してもよい。光吸収層に含有される光吸収性粒子としては、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄などの金属塩の他、着色した有機微粒子、着色したガラスビーズ等を、また、着色染料としては、アシドレッド等のキサンテン系有機染料、カルボン酸ネオジム等の有機酸ネオジム等が挙げられる。
【００５８】
また、更なるコントラストの向上を図るために、第１の光学要素のリブ３を形成する材料および第２の光学要素の光路補正層９を形成する２種類の材料のうちの一つ、または、リブ３や光路補正層９を形成する際に支持するためのフィルムやシート等の構成要素のうちの少なくとも一つに、着色材料を混入させてもよい。
【００５９】
本発明のコントラスト向上シートの光路補正層９のさらに観察側には、紫外線吸収作用を有する層、フィルムまたはシート等を積層してもよい。また、本発明のコントラスト向上シートの最も観察側の面には、ハードコート層、反射防止層、防眩処理、帯電防止機能のうち、少なくとも一つを付与するようにしてもよい。
【００６０】
こうした本発明のコントラスト向上シートは、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ、ＥＬディスプレイ等の直視型平面ディスプレイや、背面投射型ディスプレイ等の画像形成面の観察側に配置して使用することができる。特に、背面投射型ディスプレイに使用した場合には、外光に対するコントラスト向上のみでなく、フレネルレンズや背面の鏡に基づくゴーストやレインボウ等の画像障害光に対しても有効に吸収するため、好適な画像を得ることができる。
【００６１】
（背面投射型スクリーン）
次に、上述したコントラスト向上シート１１を有する背面投射型スクリーン２１の構成について説明する。
【００６２】
上述した本発明に係るコントラスト向上シート１１を背面投射型ディスプレイに使用する場合には、図８に示すように、フレネルレンズシート２２と本発明のコントラスト向上シート１１とを組み合わせた背面投射型スクリーンを使用することができる。この場合、レンチキュラーレンズシートは使用していないが、本発明のコントラスト向上シート１１が拡散入射光の拡散角θ４（図２を参照）を約２倍に拡大することができるので、フレネルレンズシート２２に約１０°の拡散角が得られる程度の拡散剤を混入することで、垂直方向に約１０°、水平方向に約２０°の拡散角θ４を有する背面投射型スクリーンを得ることができる。
【００６３】
図９は、従来公知のフレネルレンズシート２２およびレンチキュラーレンズシート２３の観察側に本発明のコントラスト向上シート１１を配置して３枚構成とした背面投射型スクリーンである。この場合にも、本発明のコントラスト向上シートが拡散入射光を約２倍の拡散角に広げるため、レンチキュラーレンズシートに混入する光拡散剤の量を減らすことができ、従来の背面投射型スクリーンに比べてより鮮明な映像を得ることができる。
【００６４】
この例において、本発明のコントラスト向上シート１１とレンチキュラーレンズシート２３とを接着して用いてもよい。特に、レンチキュラーレンズシート２３が高精細で薄板のものの場合には、コントラスト向上シート１１とレンチキュラーレンズシート２３を光吸収部（ブラックストライプ）で接着することで、シートとしての剛性を向上させることができる。
【００６５】
また、背面投射型ディスプレイの映像源がＬＣＤやＤＬＰ等の単管型光源の場合に使用される、出射側が平坦なレンチキュラーレンズの場合（図示しない）においては、レンチキュラーレンズシートの観察側面の全面でコントラスト向上シートと接着してもよい。
【００６６】
また、図１２に示すように、全反射フレネルレンズシート３１の観察側に第１の光学要素１と第２の光学要素２を形成してもよい。この場合、全反射フレネルレンズ３２の入射面３３から入射し、全反射面３４で全反射する映像光▲６▼は、第１の光学要素１に垂直または略垂直に入射するため、第１の光学要素１および第２の光学要素２を通過して当該全反射フレネルレンズシート３１から出射するときにも垂直または略垂直に出射される。一方、全反射フレネルレンズ３２の入射面３３から入射し、全反射面３４で全反射しないで迷光になる光▲７▼は、第１の光学要素１に斜めに入射するため、光吸収層７で吸収され観察側へ出射することはない。
【００６７】
この全反射フレネルレンズシート３１は、図１３に示すように、観察側にレンチキュラーレンズシート２４を設けるように構成してもよい。また、図１４に示すように、全反射フレネルレンズシート３１の観察側に第１の光学要素１と第２の光学要素２を形成し、さらに観察側に全反射レンチキュラーレンズ２５を形成してもよい。
【００６８】
【実施例】
実施例により本発明を具体的に説明する。
【００６９】
（実施例１）
厚さ５０μｍのＰＥＴフィルム（屈折率１．６）の一方の面に、硬化後の屈折率ｎ１が１．５５の紫外線硬化型樹脂により、断面台形形状のリブ３を形成した。リブ３のピッチＰ１が０．３ｍｍ、リブ３の高さが０．６ｍｍ、先端部である平坦面６の幅が０．１６９ｍｍ、斜面である全反射面５の傾斜角θ１が８°である。その後、台形形状のリブ間のＶ字状の谷に、屈折率ｎ４が１．４９のアクリル系塗料中に平均粒子径６μｍの黒色ビーズを分散させた光吸収材料を充填し、第１の光学要素１を形成した。
【００７０】
一方、厚さ１．５ｍｍのアクリルスチレン共重合樹脂（屈折率１．５３）の一方の面に、アクリルを改質して屈折率ｎ３を１．４８とした樹脂により、断面三角形状のリブ１５を作成した。この第２の光学要素のリブ１５のピッチＰ２は、第１の光学要素のリブ３との間に生じるモアレが目立たない様に、４０μｍ（ピッチの比：Ｐ１／Ｐ２＝７．５）とし、リブ１５の高さは１３５μｍ、傾斜角θ２は第１の光学要素のリブ３と同様に８°である。その後、そのリブ１５の間に硬化後の屈折率ｎ２が１．６のスチレン系のＥＢ硬化樹脂を充填し硬化させ、第２の光学要素２を形成した。
【００７１】
次に、形成された第１の光学要素１と第２の光学要素２とを、それぞれのリブ３、１５が向き合うように積層接着し、実施例１のコントラスト向上シートを作製した。
【００７２】
（評価）
実施例１のコントラスト向上シートを以下のように評価した。先ず、フレネルレンズシート、レンチキュラーレンズシート、薄く着色した透明樹脂シート（着色シート）の３枚構成からなる従来の背面投射型スクリーンを備えた市販の背面投射型テレビジョンを用意した。この従来の背面投射型スクリーンの薄く着色した透明樹脂シートに代えて、実施例１のコントラスト向上シート１１を配置し、本発明の背面投射型スクリーン２１（図９を参照）を構成した。両者のスクリーンを用いた場合のテレビ映像を対比観察した。
【００７３】
実施例１のコントラスト向上シート１１を装着した本発明の背面投射型スクリーンは、着色シートを装着した従来の背面投射型スクリーンに比べてコントラストが向上していた。また、着色シートを装着した従来の背面投射型スクリーンには、フレネルレンズ起因のレインボウが薄く観察されたが、実施例１のコントラスト向上シートを装着した本発明の背面投射型スクリーンにはまったく観察されなかった。
【００７４】
なお、図１０は、実施例１のコントラスト向上シートの光線追跡図であり、図１１は、実施例１のコントラスト向上シートの配光特性である。この結果から、実施例１のコントラスト向上シートは優れた指向性も有していることがわかる。なお、図１１で示すゲインとは、スクリーンの後方から平行光線を入射し、前方に出てくる光の輝度の角度分布を測定し、スクリーンにおける照度と各々の輝度とから、ゲインＧ＝輝度／照度の関係式により求めたものである。
【００７５】
（実施例２）
第２の光学要素２のリブ３側の樹脂をリブ３と同一の樹脂（屈折率１．５５）とし、観察側の樹脂を屈折率１．４３のシリコーン樹脂とした以外は、実施例１と同様にして、実施例２のコントラスト向上シートを作製した。
【００７６】
（評価）
投射距離３００ｍｍ、打ち上げ角６５°、画面サイズ６０インチの背面投射型テレビジョンを用意した。この背面投射型テレビジョンには、全反射フレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシートとからなる従来の背面投射型スクリーンが使用されている。この従来の背面投射型スクリーンに使用されている全反射フレネルレンズシートの代わりに、同一光学系の全反射フレネルレンズシートの観察側の面に実施例２のコントラスト向上シートを接着した本発明の背面投射型スクリーン（図１３を参照。）を用意し、両者のスクリーンを用いた場合のテレビ映像を対比評価した。
【００７７】
実施例２のコントラスト向上シートを接着した全反射フレネルレンズシートを用いた本発明の背面投射型スクリーンは、従来の背面投射型スクリーンに比べて、コントラストが向上していた。また、従来の背面投射型スクリーンには、全反射フレネルレンズ起因の二重像及びミラー反射による二重像が観察されたが、本発明の背面投射型スクリーンは、それらがまったく確認されなかった。
【００７８】
（実施例３）
第１の光学要素１のリブ３のピッチＰ１を０．０６３ｍｍ、その高さを０．１２６ｍｍとし、第２の光学要素２のピッチＰ２を１８μｍ（ピッチの比：Ｐ１／Ｐ２＝３．５）、その高さを６０μｍとした以外は、実施例２と同様にして、実施例３のコントラスト向上シートを作製した。
【００７９】
（評価）
１５インチ型のＰＣ（パーソナルコンピュータ）用液晶モニターを用意した。この液晶モニターに、図６に示す態様の実施例３のコントラスト向上シートを装着し、画像を観察した。正面からはコントラストが高く明瞭に観察されたが、水平方向２５°以上の斜めからでは、まったく画像が観察されず、覗き込み防止シートとして十分な機能を有することが確認された。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のコントラスト向上シートによれば、図１５に示すように、以下の３つの作用により、映像光を損失することなく観察側へ透過させ且つ迷光や外光を光吸収層で吸収することができる。そのため、コントラストを向上させるために従来より採用されているレンチキュラーレンズシート（図１６を参照）に比べ、コントラストが向上し且つ映像光をほとんど拡散させることがないので、指向性を有する光学要素や、結像系の光学要素に使用することができるコントラスト向上光学シートを提供することができる。
【００８１】
１．シートの背面側から垂直または略垂直に入射した映像光を、損失することなく垂直または略垂直（入射光線に対して平行）に観察側に出射させる；
２．シートの観察側から垂直および斜めに入射した外光を、吸収しまたは背面側に透過して観察側に戻さず、コントラストを悪化させない；
３．シートの背面側から約３０°以上の角度で入射した迷光を、光吸収層で吸収して観察側に透過させない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコントラスト向上シートの一例を示す部分断面図である。
【図２】第１の光学要素と第２の光学要素とが積層されたコントラスト向上シートにおける光路経路図である。
【図３】リブの形態の一例を示す構成図である。
【図４】リブの形態の他の一例を示す構成図である。
【図５】第１光学要素と第２の光学要素との積層形態の一例を示す構成図である。
【図６】第１光学要素と第２の光学要素との積層形態の他の一例を示す構成図である。
【図７】第１光学要素と第２の光学要素との積層形態のさらに他の一例を示す構成図である。
【図８】本発明の背面投射型スクリーンの一例を示す構成図である。
【図９】本発明の背面投射型スクリーンの他の一例を示す構成図である。
【図１０】実施例１のコントラスト向上シートの光線追跡図である。
【図１１】実施例１のコントラスト向上シートの配光特性である。
【図１２】全反射フレネルレンズシートの観察側に第１の光学要素と第２の光学要素を形成した一例を示す構成図である。
【図１３】全反射フレネルレンズシートの観察側に第１の光学要素と第２の光学要素を形成した背面投写型スクリーンの一例を示す構成図である。
【図１４】全反射フレネルレンズシートの観察側に第１の光学要素と第２の光学要素を形成した背面投写型スクリーンの他の例を示す構成図である。
【図１５】本発明のコントラスト向上シートの配光特性を説明する図である。
【図１６】従来のレンチキュラーレンズシートの配光特性を説明する図である。
【符号の説明】
１ 第１の光学要素
２ 第２の光学要素
３ リブ
４ 映像光
５ 全反射面
６ 平坦面
７ 光吸収層
８ 斜面
９ 光路補正層
１１ コントラスト向上シート
１２ 稜線
１３ 四角錘台
１４ 四角錘
１５ 第２の光学要素のリブ
２１ 背面投射型スクリーン
２２ フレネルレンズシート
２３ レンチキュラーレンズシート
２４ レンチキュラーレンズシート
２５ 全反射レンチキュラーレンズシート
３１ 全反射フレネルレンズシート
３２ 全反射フレネルレンズ
３３ 全反射フレネルレンズの入射面
３４ 全反射フレネルレンズの全反射面
４１ 外光
４２ 迷光
４３ レンチキュラーレンズシート
Ｐ１ リブのピッチ
Ｐ２ 光路補正層の斜面のピッチ
θ１ リブの全反射面の角度
θ２ 光路補正層の斜面の角度
θ４ 小さい入射角度
θ５ θ４の２倍の角度
ｎ１ リブを形成する樹脂の屈折率
ｎ２ 光路補正層を構成するリブ側材料の屈折率
ｎ３ 光路補正層を構成するリブ反対側材料の屈折率
ｎ４ 光吸収層の屈折率
Claims (12)
- 背面側から垂直または略垂直に入射する映像光を入射位置にかかわらず観察側に垂直または略垂直に出射するとともに、背面側から斜めに入射する迷光および観察側から入射する外光を吸収する光吸収層を有する光学要素を備えることを特徴とするコントラスト向上シート。
- 請求項１に記載のコントラスト向上シートであって、前記光学要素は、
背面側から垂直または略垂直に入射する映像光を全反射する全反射面を持つリブが１方向にまたは平面的に複数配列され、当該リブの対向する全反射面の間には平坦面が形成され、当該リブの間には光吸収層が形成されてなる第１の光学要素と、
前記リブの全反射面により全反射された映像光を垂直または略垂直に出射させる斜面が互い違いに形成された光路補正層が形成されてなる第２の光学要素とが、この順で積層されてなることを特徴とするコントラスト向上シート。 - 請求項２に記載のコントラスト向上シートにおいて、
背面側から垂直または略垂直に入射する映像光がリブの全反射面で反射することなく平坦面を通過した後、光路補正層の斜面で全反射および屈折して出射する光と、
背面側から垂直または略垂直に入射する映像光がリブの全反射面で全反射して平坦面を通過した後、光路補正層の斜面で屈折して出射する光とが、略平行に出射することを特徴とするコントラスト向上シート。 - 前記光吸収層は、リブを形成する樹脂よりも屈折率の低い透明な樹脂中に光吸収性粒子を含有していることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のコントラスト向上シート。
- 前記光吸収層は、リブを形成する樹脂よりも屈折率の低い着色された樹脂で形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のコントラスト向上シート。
- 光路補正層の斜面の角度θ２、光路補正層を構成するリブ側の材料の屈折率ｎ２および光路補正層を構成するリブの反対側の材料の屈折率ｎ３が、ｎ３／ｎ２ ＝ ｃｏｓ３θ２／ｃｏｓθ２ の関係式を満たすことを特徴とする請求項２乃至請求項５の何れか１項に記載のコントラスト向上シート。
- リブの全反射面の角度θ１、リブを形成する樹脂の屈折率ｎ１、光路補正層の斜面の角度θ２および光路補正層を構成するリブ側の材料の屈折率ｎ２が、ｎ２ ｓｉｎ２θ２ ＝ ｎ１ ｓｉｎ２θ１ の関係式を満たすことを特徴とする請求項２乃至請求項６の何れか１項に記載のコントラスト向上シート。
- フレネルレンズシートおよび請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のコントラスト向上シートが背面側からこの順で配置されていることを特徴とする背面投射型スクリーン。
- フレネルレンズシートと、レンチキュラーレンズシートと、請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のコントラスト向上シートとが背面側からこの順で配置されていることを特徴とする背面投射型スクリーン。
- 前記レンチキュラーレンズシートの稜線とコントラスト向上シートのリブとが直交するように配置されていることを特徴とする請求項９に記載の背面投射型スクリーン。
- レンチキュラーレンズシートは観察側に光吸収層を有しており、レンチキュラーレンズシートとコントラスト向上シートがレンチキュラーレンズシートの少なくとも光吸収層において接着されていることを特徴とする請求項１０に記載の背面投射型スクリーン。
- 光入射面に全反射フレネルレンズが形成され、その観察側に請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のコントラスト向上シートが積層され、そのさらに観察側にレンチキュラーレンズが配置されていることを特徴とする背面投射型スクリーン。
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