JP2005292798A - 透過型スクリーン及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、単純な設計でコントラストの向上を図ることのできる透過型スクリーン及び表示装置を提供することを目的としている。
【解決手段】入射光側に厚みが２Å以上５μｍ以下であり、ＯＤ値が０．２以上の着色層を設けた透光性シートを備えた透過型スクリーンにより、上記課題を解決する。前記ＯＤ値は、さらに０．３〜３．０であることが好ましく、また、前記着色層の厚みはさらに３μｍ以下であることが好ましい。前記透光性シートは例えばポリカーボネート又はアクリル系樹脂から構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、単純な設計でコントラストの向上を図ることのできる透過型スクリーン及び表示装置に関する。

従来より、映像源にＣＲＴ（ブラウン管）を用いて、背面より透過型投影スクリーンに映像を投射する背面投射型プロジェクターが知られている。
このような背面投射型プロジェクターでは、コントラストを高めるために、映像光の強度の低下を抑えつつ、外光反射を抑えることが求められる。

例えば、特許第３３３５５８８号（特許文献１）には、このような目的を達成するために、レンチキュラレンズの入光面に着色層を備え、レンチキュラレンズのレンズ部のピッチと着色層の厚さを所定の範囲とした透過型スクリーンが開示されている。また、着色層の厚さをレンチキュラレンズの断面形状との関係で規定した透過型スクリーンが開示されている。
特許第３３３５５８８号

しかしながら、特許文献１に記載の透過型スクリーンでは、レンズピッチとの関係で好適な着色層厚みを定めていた。また、未だコントラストの点で改良の余地があった。
本発明は、単純な設計でコントラストの向上を図ることのできる透過型スクリーン及び表示装置を提供することを目的としている。

このような状況下、本発明者らは鋭意検討を行った結果、透光性シートの表面形状に限定されずに、着色層の濃度及び厚みを所定範囲とすることで、コントラストに優れた透過型スクリーンを提供し得ることを見出し、本発明を完成するに到ったものである。
上記課題を解決するために、本発明は、入射光側に厚みが２Å（オングストローム）以上５μｍ以下であり、ＯＤ値が０．２以上、好ましくは０．３〜３．０の着色層を設けた透光性シートを備えた透過型スクリーンを提供するものである。

本発明によれば、入射光側に設ける着色層の濃度及び厚みを所定範囲とすることで、コントラストの良好な透過型スクリーンを得ることが可能となる。したがって、種々の形状を有する透光性スクリーンにも容易に適用することができ、着色層の設計に際し、複雑な設計をする必要がない。また、これによれば、入射光側に設ける着色層の光学濃度（ＯＤ値）を所定範囲にすることで、コントラストに優れた透過型スクリーンを得ることが可能となる。したがって、種々の形状を有する透光性スクリーンにも容易に適用でき、着色層の設計に際し、複雑な設計をする必要がない。ここで、コントラストとは、光源から発生する光の透過率（白輝度）と外界から入ってくる光（外光）の反射率（黒輝度）の比（白輝度／黒輝度）をいう。

上記着色層の厚みが２Å以上３μｍ以下であることが望ましい。着色層の厚みがかかる範囲にあると、さらにコントラストに優れる。
上記透光性シートがポリカーボネート又はアクリル系樹脂から構成されることが好ましい。このような樹脂によれば、透明度、加工性、機械的強度に優れる。

上記着色層に用いられる着色剤が染料であることが好ましい。染料は溶剤に可溶であるので、分散性がよく、着色層濃度を容易に略均一に調整することが可能であり、製造が容易となる。

上記透光性シートが、入射光側に複数の凸状のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズアレイシートである場合にも良好なコントラストが得られる。本発明の構成によれば、透光性シートの表面の構造（形状）によらずに良好なコントラストが得られるので、複雑な構造を有するマイクロレンズアレイシートであっても、容易に製造可能である。したがって、任意の方向に視野角制御特性を持たすことが可能で、しかもコントラストが良好な透過型スクリーンが得られる。

上記透光性シートの両面が略平坦であってもよい。このような場合においても、良好なコントラストが得られる。
本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の透過型スクリーンを用いた表示装置を提供するものである。これによれば、コントラストの良好な表示装置を提供し得る。
ここで、表示装置としては、例えば背面透過型表示装置が挙げられる。

（第一の実施形態）
図１は、本発明の透過型スクリーンの一例を説明するための図である。
図１（Ａ）に示すように、透過型スクリーン１００は、入射光側からフレネルレンズ６０、及び図示しない光源からの光が入射する面に着色層１２を備えた透光性シート１０を含み構成されている。

図１（Ｂ）は、光源からの入射光の経路を説明するための図である。一定方向から入射された光２０は、フレネルレンズ６０で平行光とされた後、着色層１２を備えた透光性シート１０を通過することにより、拡散され、外方に出射される。

図２は、本発明に用いられる透光性シート１０を説明するための図である。
図２に示すように、透光性シート１０は、光源（図示せず）からの光２０が入射される入射面１６に着色層１２を備えている。本実施形態では、透光性シート１０の表面は、入射面１６及び出射面１８の双方とも略平坦な面をしている。

透光性シート１０は、光を透過し得る透光性材料から構成される。このような透光性材料としては、樹脂が機械的強度及び加工性の観点から好ましく用いられる。特に、透明度が高いという観点からは、ポリカーボネート又はアクリル系樹脂（例：ポリメタクリル酸メチル）が好ましい。また、必要に応じて、透光性シート１０を形成するための樹脂中に拡散剤を混ぜてもよい。このような拡散剤は、光源からの入射光２０を拡散させるためのものであり、例えば、ガラスビーズ、ポリスチレンビーズ、有機架橋ポリマー等を用いることができる。このような拡散剤は、樹脂全体に混入してもよく、また、一部にのみ混入するよう構成してもよい。例えば、出射面１８側に拡散剤が多量にあると、外光２２が着色層１２に達する前に拡散され、反射光として出射されてしまうので、出射面１８近傍では、拡散剤濃度を薄くすることが好ましい。したがって、入射面１６から出射面１８にかけて拡散剤濃度が低くなるよう濃度勾配をつけてもよく、また、入射面１６側にのみ拡散層を設けてもよい。拡散剤の濃度は、本発明の目的を達成し得る限り特に限定するものではないが、例えば、樹脂１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の拡散剤が添加される。

透光性シート１０の厚みは、本発明の課題を達成し得る限り特に限定するものではないが、強度、解像度、視認性等の観点からは、例えば１〜３ｍｍである。また、透光性シート１０のＨａｚｅ（くもり価：Ｔｄ／Ｔｔ、Ｔｄ：拡散光線透過率、Ｔｔ：全光線透過率）も、本発明の課題を達成し得る限り特に限定するものではないが、視野角特性の観点からは、例えば３０〜９９％程度であることが好ましい。

着色層１２は、例えば染料又は顔料などの着色剤を用いて着色される。特に、着色剤として染料を用いた場合には任意の溶剤に可溶であるので、分散性がよく、着色層濃度を容易に略均一に調整することが可能となる。また、着色剤を溶解した溶液に浸漬し、浸漬時間を調整することにより容易に所望の厚みの着色層１２を製造し得るので好ましい。着色剤は、例えば、灰色のような無彩色のもの、又は、図示しない光源の３原色（Ｒ（赤）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））のバランスを制御する特定の波長の光を選択的に吸収又は透過し得るものを用いることができる。

本願では、分散染料、アニオン界面活性剤、及びキャリアーとしてのフェニルフェノール系化合物を含有する染色液を用いて、合成樹脂を染色する。着色成分として用いる反応染料の例としては、染料便覧（有機合成化学協会編，丸善（１９７０），８８０ページ）等に開示されているように（１）クロル・トリアジニル基を持つ染料、（２）ビニル・スルホン基を持つ染料、（３）アルキル硫酸基を持つ染料等を挙げることができる。具体的には、シーアイリアクティブブルー１９（Ｃ．Ｉ．Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｂｌｕｅ １９）、シーアイリアクティブブルー２７（Ｃ．Ｉ．Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｂｌｕｅ ２７）、シーアイリアクティブブルー２８（Ｃ．Ｉ．Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｂｌｕｅ ２８）、シーアイリアクティブバイオレット５（Ｃ．Ｉ．Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｖｉｏｌｅｔ５）、シーアイリアクティブブラック５（Ｃ．Ｉ．Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｂｌａｃｋ ５）、シーアイリアクティブブラック１４（Ｃ．Ｉ．Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｂｌａｃｋ １４）等が挙げられる。着色層１２の厚みは、後述する着色層１２の濃度が保持し得る限り、上記着色成分の着色剤が単分子層程度樹脂に混入すれば良好なコントラストを得られる。一般的な着色剤の１分子の大きさは２オングストローム程度なので、着色層１２の厚みは、２Å以上５μｍ以下、好ましくは２オングストローム以上３μｍ以下であることが望ましい。着色層１２の厚さがかかる範囲にあると、入射光２０の透過率と外光２２の反射率とのバランスに優れる。すなわち、図示しない光源からの入射光２０の透過率をあまり低下させることなく、しかも外界から透光性シート１０に入射される光（外光）２２の反射を抑えることが可能となるので、コントラストが良好となる。

また、透光性シート１０のＯＤ値が０．２以上、好ましくは０．３〜３．０であることが好ましい。これによれば、入射光側に設ける着色層の光学濃度（ＯＤ値）を上記範囲にすることで、コントラストに優れた透過型スクリーンを得ることが可能となる。したがって、種々の形状を有する透光性スクリーンにも容易に適用でき、着色層の設計に際し、複雑な設計をする必要がない。また、明るい環境下での明るさとコントラストとのバランスに優れる。

また、さらに、透光性シート１０の着色層１２より出射面１８側の層（基材層１４）が、着色がされていないか、若しくはされていても低濃度であることが好ましい。すなわち、着色層１２によりほぼ上記ＯＤ値が達成されていることが好ましい。基材層１４が着色をされていると、入射光２０の透過効率が低下する傾向にあり、このようにすることで、光源からの入射光２０の透過率をあまり低下させることなく、外光２２の反射を低減することが可能となる。

（変形例１）
図３は、本発明に用いられる透光性シートの変形例を示す図である。
第一の実施形態において、透光性シート１０として表面が略平坦なシートを用いたが、図３に示すように、入射面１６に、複数の凸状のマイクロレンズ３０が二次元状に形成されたマイクロレンズアレイシートを用いてもよい。マイクロレンズ３０の平面形状は、特に限定されず、例えば、略円状、略楕円状であってもよい。

このように表面に複数のマイクロレンズ３０が形成されている場合でも、着色層１２の厚みを上記実施形態で示したような厚みにすることにより、レンズピッチによらずに、良好のコントラストを得ることが可能となる。また、マイクロレンズアレイシートを用いることで、任意の方向に視野角制御特性を持たすことが可能となり、視野角に優れ、しかもコントラストが良好な透過型スクリーン１００が得られる。

なお、このようなマイクロレンズアレイシートは、例えば、図１（Ａ）における透光性シート１０の代わりに使用することができ、視野角特性に優れた透過型スクリーン１００が得られる。

（表示装置）
本発明の透過型スクリーン１００は、プロジェクター等の表示装置（電気光学装置）に好適に使用し得る。このような表示装置としては、例えば背面透過型画像表示装置（例：リアプロジェクションＴＶ）等が挙げられる。

図４は、本発明の表示装置の一例としての背面透過型画像表示装置を説明するための図である。同図に示すように、背面透過型画像表示装置５００には、筐体（キャビネット）５０２内に映像投射装置（例：投射型ブラウン管、液晶等）５０４が備えられている。筐体５０２の後方の開口部はミラーカバーで覆われ、このミラーカバー内には反射鏡５０６が設置されている。筐体５０２前面には長方形状の開口部が形成されており、透過型スクリーン１００が入射光側に着色層１２が形成された面１６が向くように備えられている。映像投射装置５０４から投射された映像光５０８は、反射鏡５０６で反射された後、透過型スクリーンとしての透光性シート１００に投影される。
このように本発明の透過型スクリーンを用いることで、コントラストの良好な表示装置を提供し得る。

（実施例）
本発明について、実施例を示しながら更に詳しく説明する。
（実施例１）
成形樹脂としてＰＭＭＡ樹脂（メタクリル樹脂）を用いて、着色層１２の厚みが約３μｍ、シート全体の厚みが１ｍｍの、種々の光学濃度を有し、両面（入射面１６及び出射面１８）が略平坦な透光性シート１０を形成した。ここで、着色層１２を形成する着色剤としては、双葉産業株式会社製 商品名：ＦＳＰを用いた。着色剤の濃度は、水により希釈して１．４８ｇ／Ｌのものを準備した。また、着色層の厚みは、染色剤に浸漬させる時間を調整することより調整した。その結果、透過率Ｉ／Ｉ0（Ｉ：出射光、Ｉ0：入射光）が約３０〜９５％（３２．３％、４２．８％、５０．６％、６６．６％、７４．８％、７８，４％、８６．０％、９４．５８％）の８つの透光性シート１０を得た。この際、全ての透光性シート１０の成形時に、成形樹脂１００重量部に対し、拡散剤としてポリスチレンビーズ２重量部を、成形樹脂全体に混入した。このときのＨａｚｅは全て約７０％であった。
このように形成した各透光性シート１０について、下記の方法に従い、明室１及び明室２におけるコントラストを測定した。結果を図５及び図６に示す。

（比較例１）
図７は、比較例としての透光性シート１０ｂを説明するための図である。図４において、図１と対応する構成要素については、同一符号を付して説明を省略した。図７に示すように、基材層１４ｂ全体に着色を施した透光性シート１０ｂを形成した。形成方法としては、予め成形樹脂全体に着色剤を混入することで、透光性シート１０ｂを形成した。混入する着色剤の濃度を変えることで、３つの透過性シート１０ｂを形成した。得られた透光性シート１０の透過率Ｉ／Ｉ0は、１９．１％、３７．９％、９４．６％であった。
このように形成した各透光性シート１０ｂについて、下記の方法に従い、明室１及び明室２におけるコントラストを測定した。結果を図５及び図６に示す。

（試験方法）
上記のようにして準備した透光性シートをフレネルレンズと組合わせて透過型スクリーンとし、図４に示すような背面透過型画像表示装置を構成して、明るい部屋（明室）におけるコントラストを測定した。

コントラスト（ＣＮＴ）として、暗室において４１３ｌｘの全白光が入射した時の白表示の正面輝度（白輝度）ＬＷ（ｃｄ／ｍ2）と、明室において光源を全消灯した時の黒表示の正面輝度の増加量（黒輝度増加量）ＬＢ（ｃｄ／ｍ2）との比ＬＷ／ＬＢを求めた。なお、黒輝度増加量は、暗室の黒表示の輝度に対する増加量をいう。

明室は、外光照度が約６５ｌｘ（明室１）、約１８５ｌｘ（明室２）の部屋で測定した。なお、図５は、明室１における透過率に対するコントラストの測定結果を示すグラフであり、図６は、明室２における透過率に対するコントラストの測定結果を示すグラフである。

図５及び図６に示した実施例１と比較例１のデータの比較から、透過率が約９５％よりも低い場合には、同じ透過率では、シート全体に着色されている場合よりも、着色層の厚みを薄くした場合の方がコントラストが向上することが示された。また、シート全体に着色されている場合には、コントラストは透過率によってほとんど変化しないが、本発明のように着色層の厚みを非常に薄くし、かつ着色層の濃度を濃くした場合には、コントラストは透過率に依存して変化することが示された。

また、参考例１のデータより、着色層１２の厚みが厚い場合には、コントラストが低下することが示された。

以上の結果から、コントラストＣＮＴは、透光性シート１０の透過率及び着色層１２の厚みに依存し、透過率が低くなり（光学濃度が高くなり）、着色層１２の厚みが薄くなるほど、向上することが示された。

図１は、本発明の透過型スクリーンの一例を説明するための図である。 図２は、本発明に用いられる透光性シートを説明するための図である。 図３は、本発明に用いられる透光性シートの変形例を示す図である。 図４は、本発明の表示装置の一例としての背面透過型画像表示装置を説明するための図である。 図５は、明室１における透過率に対するコントラストの測定結果を示すグラフである。 図６は、明室２における透過率に対するコントラストの測定結果を示すグラフである。 図７は、比較例としての透光性シート１０ｂを説明するための図である。

符号の説明

１０・・・透過性シート、１０ｂ・・・透過性シート、１２・・・着色層、１４・・・基材層、１６・・・入射面、１８・・・出射面、２０・・・入射光、２２・・・外光、３０・・・マイクロレンズ、５００・・・背面透過型画像表示装置、５０２・・・筐体、５０４・・・映像投射装置、５０６・・・反射鏡、５０８・・・映像光

Claims (8)

1. 入射光側に厚みが２Å以上５μｍ以下であり、ＯＤ値が０．２以上の着色層を設けた透光性シートを備えたことを特徴とする透過型スクリーン。
2. 前記ＯＤ値が０．３〜３．０である、請求項１に記載の透過型スクリーン。
3. 前記着色層の厚みが２Å以上３μｍ以下である、請求項１又は２に記載の透過型スクリーン。
4. 前記透光性シートがポリカーボネート又はアクリル系樹脂から構成される、請求項１乃至３のいずれかに記載の透過型スクリーン。
5. 前記着色層に用いられる着色剤が染料である、請求項１乃至４のいずれかに記載の透過型スクリーン。
6. 前記透光性シートが、入射光側に複数の凸状のマイクロレンズが形成されたマイクロレンズアレイシートである、請求項１乃至５のいずれかに記載の透過型スクリーン。
7. 前記透光性シートの両面が略平坦である、請求項１乃至５のいずれかに記載の透過型スクリーン。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の透過型スクリーンを用いたことを特徴とする表示装置。
   
   
   

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