JP2006039463A - 透過型スクリーン - Google Patents

Abstract

【課題】映像光の損失が無い、画面のぎらつきの少ない単光源用の透過型スクリーンを提供する。
【解決手段】光を透過、拡散、集光する複数のシート又は巻き取り可能なフィルムからなる光学部材を組み合わせて使用する透過型スクリーンであって、水平方向及び／又は垂直方向に光を拡散させるレンズ又はプリズムの最も観察者側に位置する光学要素よりも観察者側に位置する光拡散部による垂直方向の光拡散性が、スクリーン上端部及び／又は下端部に比べ中心部の方が大きいことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はリアプロジェクションＴＶ等の背面投射型プロジェクションシステムの構成部材として使用される透過型スクリーン（プロジェクションスクリーンとも称する）に関し、更に詳しくは、ＬＣＤやＤＭＤ等を用いた単光源のプロジェクターを使用するプロジェクションシステム用の、明るさの画面内均一性の高い透過型スクリーンに関するものである。

現在の透過型スクリーンとして、図７にＣＲＴ光源用の透過型スクリーン７１を示す。光源側より、フレネルレンズシート７２、出光面に光吸収部７６を持つレンチキュラーレンズシート７３を組み合わせたものが一般的であり、更に最近ではレンチキュラーレンズシートよりも観察者側に透明もしくは着色処理を施した表面が平滑な保護シートを組み合わせたものが主流となっている。
また近年光源にＣＲＴとは異なり、ＬＣＤやＤＭＤを用いた単光源のプロジェクターを使用することもあり、この様な単光源に対してはレンチキュラーレンズ等水平方向の光の拡散を制御するレンズを入光面に、光吸収部を出光面に設けたフィルム状のスクリーンを、フィルム出光面で拡散剤を含む基板に貼合してレンズシートとしたスクリーンを用いることもある。
ＬＣＤ、ＤＭＤ等の単光源用のスクリーンは、画素とレンズやプリズム等の光学要素とのモアレを回避するため、光学要素のファインピッチ化が要求され、フレネルレンズやレンチキュラーレンズのピッチは２００μｍ未満となっている。この様なファインピッチのスクリーンにおいては、光吸収部を非出光部に配するのに非常に精密な位置合わせ精度が要求されるため、レンチキュラーレンズの集光性を利用したフォトリソグラフィ技術によりレンチキュラーレンズシート（フィルム）の出光面側に光吸収部を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平９−１２０１０２号公報

ＬＣＤ、ＤＭＤ等の単光源を用いたプロジェクションＴＶでは、シンチレーションと呼ばれる画面上のぎらつきが問題となっている。シンチレーション低減の手段として、スクリーンの拡散性能を大きくすることが挙げられるが、スクリーンの拡散性能を大きくすると、スクリーンのゲインが低下し、全体として暗い映像となってしまうという問題がある。
また、前述のフォトリソグラフィ技術により光吸収部を設けたレンチキュラーレンズシートでは、拡散性能を大きくするためにスクリーン中の拡散材料の増加等を行った場合、拡散効果により水平方向にも映像光が拡散されるため、映像光が光吸収部に吸収され、一層画面の明るさを低減させてしまうという問題がある。

そこで、本発明の目的は、映像光の損失がほとんど無い、画面のぎらつきの少ない単光源用の透過型スクリーンを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の透過型スクリーンは、光を透過、拡散、集光する複数のシート又は巻き取り可能なフィルムからなる光学部材を組み合わせて使用する透過型スクリーンであって、水平方向及び／又は垂直方向に光を拡散させるレンズ又はプリズムの最も観察者側に位置する光学要素よりも観察者側に位置する光拡散部による垂直方向の光拡散性が、スクリーン上端部及び／又は下端部に比べ中心部の方が大きいことを特徴として有するものである。
シンチレーションは光源による照度が強い部分ほど強く観察されるため、一般に光源からの最短距離に位置する画面中央で最もシンチレーションが強く観察される。従って、最もシンチレーションの強い画面中央部の拡散性能を大きくすることで、その他の部位のスクリーンゲインを下げることなく、明るい画面を保ったまま、画面のぎらつき感を低減することができる。
一般的に透過型スクリーンでは、水平方向、垂直方向に光を拡散させるレンズやプリズムのピッチがスクリーンの解像度を決定付けるが、このレンズやプリズムよりも光源側に拡散層が存在する場合、映像光がレンズやプリズムに入射する前に拡散するため、本来入射するべきではないレンズピッチやプリズムピッチにまで映像光が入射し、解像度を低下させてしまう。従って、シンチレーションを低減するために、レンズやプリズムよりも光源側に位置する光拡散層や表面エンボスにより、垂直方向の光拡散性をスクリーン上下端よりも中心部で大きくした場合、スクリーン上下端に比べ中心部で解像度が低下してしまう。
一方、本願の透過型スクリーンの構成ではこの様な解像度の低下とは無関係に、シンチレーションの低減を図ることができる。

更に、本発明の請求項２に記載の透過型スクリーンは、光を透過、拡散、集光する複数のシート又は巻き取り可能なフィルムからなる光学部材を組み合わせて使用する透過型スクリーンであって、光吸収部よりも観察者側に位置する光拡散層及び／又は表面エンボスによる垂直方向の光拡散性が、スクリーン上端部及び／又は下端部に比べ中心部の方が大きいことを特徴として有するものである。
上記の構成とすることにより、本発明の透過型スクリーンは、光吸収部よりも観察者側にある拡散部の拡散性を変化させ、映像光の拡散性増加による光吸収部での映像光の損失による輝度低下を懸念する必要がないものである。
また請求項１、２に記載の透過型スクリーンは、スクリーン中心部での拡散性能が大きいため、切削時の問題が生じやすいフレネルレンズ中心部の欠陥を目立たなくする効果がある。

更に、請求項３に記載の透過型スクリーンは、前記スクリーン上端部及び／又は下端部の垂直方向の拡散半値角に対し、中心部の垂直方向の拡散半値角が１．０４〜１．９０倍であることを特徴として有するものである。

更に、請求項４に基材の透過型スクリーンは、前記光拡散部が光拡散性粒子を含む拡散層からなることを特徴として有するものである。

更に、請求項５に記載の透過型スクリーンは、前記光拡散部が光拡散性粒子を含む拡散層からなり、その層厚が、上端部及び又は下端部に対し中心部で、１．０２〜１．８３倍であることを特徴として有するものである。

更に、請求項６に記載の透過型スクリーンは、光拡散部が光拡散性微粒子を含む複数の拡散層からなり、その内少なくとも一層の層厚が、中心部で厚く、上端部及び／又は下端部で薄いことを特徴として有するものである。

本発明によれば、解像度を低下させず、画面の明るさを損なわずに、シンチレーションの低減を図ることができ、映像光の損失が無い、画面のぎらつきの少ない単光源用の透過型スクリーンが得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明による透過型スクリーンの実施形態の一例を示す一部切欠きの斜視図である。図１に示すように、透過型スクリーン１１は、光源側からフレネルレンズシート１２、入光面側にレンチキュラーレンズが形成されたレンチキュラーレンズシート１３、樹脂基板１４の順で構成されており、樹脂基板１４の入光面側には光拡散部１５が設けられている。そして、最も観察者側に位置する光学要素であるレンチキュラーレンズよりも観察者側に位置する光拡散部１５による垂直方向の光拡散性が、スクリーン上端部及び下端部に比べ中心部の方が大きい構造としている。

図２は、本発明による透過型スクリーンの実施形態の他の例を示す一部切欠きの斜視図である。図２において、透過型スクリーン２１は、光源側からフレネルレンズシート２２、入光面側にレンチキュラーレンズが形成され、出光側に光吸収部２６を設けたレンチキュラーレンズシート２３、樹脂基板２４の順で構成されており、樹脂基板２４の入光面側には光拡散部２５が設けられている。そして、光吸収部２６よりも観察者側に位置する、樹脂基板２４に設けた光拡散部２５による垂直方向の光拡散性が、スクリーン上端部及び下端部に比べ中心部の方が大きい構造としている。

図３は、本発明による透過型スクリーンの実施形態の一例の断面模式図であり、各シート、基板は離して図示してある。図３において、透過型スクリーン３１は、光源側から順にフレネルレンズシート３２、レンチキュラーレンズシート３３、樹脂基板３４の３枚構成をしており、樹脂基板３４の入光面側には光拡散部３５が設けられている。そして、光拡散部３５による垂直方向の光拡散性が、スクリーン上端部及び下端部に比べ中心部の方が大きい構造としている。

図４は、本発明による透過型スクリーンの実施形態の別な例の断面模式図である。図４において、透過型スクリーン４１は、光源側から順にフレネルレンズシート４２、及びレンチキュラーレンズ群を有するフィルムシート４３を樹脂基板４４に貼り合せた構成をしており、樹脂基板４４の出光面側に光拡散部４５が設けられている。そして、光拡散部４５による垂直方向の光拡散性が、スクリーン上端部及び下端部に比べ中心部の方が大きい構造としている。

図５は、本発明による透過型スクリーンの実施形態の他の例を示す断面模式図であり、各シート、基板は離して図示してある。図５において、透過型スクリーン５１は、光源側から順にフレネルレンズシート５２、レンチキュラーレンズシート５３、樹脂基板５４の３枚構成をしている。樹脂基板５４は、入光面側及び出光面側の双方に光拡散層を有する光拡散部５５が設けられ、入光面側の光拡散層５５ａは、垂直方向の光拡散性がスクリーン上端部及び下端部に比べ中心部の方が大きい構造とし、出光面側の光拡散層５５ｂは、スクリーン中心部と上端部及び下端部が均一な光拡散性を示す構造としている。

図６は、本発明による透過型スクリーンの実施形態の別な例の断面模式図である。図６において、透過型スクリーン６１は、光源側から順にフレネルレンズシート６２、及びレンチキュラーレンズ群を有するフィルムシート６３を樹脂基板６４に貼り合せた構成をしており、樹脂基板６４の光拡散部６５は母材との屈折率の異なる２種類の光拡散粒子（拡散剤）を含む２層の拡散層６５ａ、６５ｂからなり、出光面側の拡散層６５ｂの層厚は、スクリーン上端部及び下端部で薄く、中心部で厚い構造としたものである。

本発明における透過型スクリーンは、上端部及び／又は下端部の拡散半値角（出射光の輝度分布がピーク輝度に対して１／２の輝度になる角度）に対し、中心部の拡散半値角が１．０４〜１．９０倍であるようにするのが好ましく、さらに上端部及び／又は下端部の拡散半値角に対し、中心部の１．０８〜１．７５倍であるようにするのがより好ましい。
本発明者は、中心部の拡散特性を変化させたスクリーンの評価から、中心部の拡散半値角が上端部及び／又は下端部の半値角に対し１．０４〜１．９０倍の範囲であれば、良好なシンチレーション低減効果を得つつ、画面の明るさを損なわないことを見出したものである。中心部の拡散半値角が上下端部の拡散半値角に対し、１．０４倍より小さいと、ぎらつきの低減効果が確認されず、また１．９０倍よりも大きいと中心のゲインが下がりすぎ、画像が暗くなった印象を与えるからである。

また本発明における透過型スクリーンは、光拡散部が光拡散性粒子を含む拡散層からなり、その層厚が、上端部及び又は下端部に対し中心部で、１．０２〜１．８３倍であることが好ましく、さらに、端部及び又は下端部に対し、中心部の板厚を１．０３〜１．６０倍とすることがより好ましい。
中心部の拡散層厚を変化させたスクリーンの評価から、中心部の拡散層厚が上端部及び／又は下端部の層厚に対し１．０２〜１．８３倍であれば、良好なシンチレーション低減効果を得つつ、画面の明るさを損なわないことを見出したものである。

本発明において、異なる拡散特性を有する複数の拡散層を有する光拡散部を設けることにより、一層の拡散層を用いた光拡散部の場合とは異なる光学性能を持たせることが可能である。
例えば、母材との屈折率差の小さい拡散剤と屈折率差の大きな拡散剤を使用する場合、屈折率差の小さい拡散剤を含有する層を入光側に、屈折率差の大きな拡散剤を含有する層を出光側に設けることにより、両拡散剤を混合した前述の二層の拡散層と同一の拡散特性を有する一層の拡散層よりも良好な解像度を得ることができる。そして前述の複数の拡散層の内、少なくとも一層の拡散層に上下端よりも中心の層厚が厚くなる様な層厚分布を持たせることにより、最も照度の高い画面中心部でのぎらつきを改善することができる。
この場合、他の拡散層の厚みは任意に設定することができ、例えば上下端部の層厚が厚くなっても良い。例えば、母材との屈折率差の小さな拡散剤を含有する拡散層の分布を上下に対し中心方向で厚くした場合、この拡散分布により中心の拡散は大きくなり、映像光の素抜けのない明るい画面が得られる。しかし一方で、母材との屈折率差が小さい為、層厚の薄い上下端では広角度域への拡散が少なく、画面を立って見下ろした場合には、画面下部で十分な明るさが得られない場合がある。
これに対し母材との屈折率差の大きな拡散剤は、広角度域への拡散寄与が大きいため、母材との屈折率差の大きな拡散剤を含有する拡散層を中心で薄く、上下端で厚くなるように分布させて前述の拡散層と組み合わせることで、不必要に中心の拡散を拡大せずに、立ち見の画面下部の暗さを改善することが出来る。結果として正面視では素抜けの無い、明るい画像が得られ、また立ち見でも画面下端の明るい良好な輝度分布を得ることができる。
なお、複数の拡散層を有する場合、拡散層の間に拡散剤を含有しない非拡散層を設けることもでき、更に画面のぎらつきを低減させることもできる。

本発明において、レンズ又はプリズム等の光学要素よりも観察者側に位置する光拡散部としては、レンズ又はプリズム等の要素をもつレンズシートの表面側にコーティングやラミネートにより光拡散剤を含有した層を設けることや、レンズシート出光面側へのマット処理により容易に達成できる。また、レンズシート本体もしくはフィルム状のレンズシートを保持するシートを押し出し成型等の手法により多層構成とし、その内の少なくとも一層に光拡散性粒子を含有させることでも達成できる。当然、上記のコーティング、ラミネート、多層構成成型等の手法は、当該レンズ又はプリズムを持つシートよりも観察側に位置するいずれのスクリーン構成の要素（例えばスクリーン保護板）へも適用可能であり、その手法も前記の手法に限定されるものではない。なお複数枚のシートを貼り合せて使用する場合、接合面表面をマット処理し、界面に屈折率差を生じさせる様に材料選定を行い、拡散特性を付与することもできる。

本発明において、レンズを構成する素材としては、アクリル、アクリル‐スチレン共重合体（ＭＳ）、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレン等の樹脂材料が一般的であり、成型方法としては押し出し成型法、キャスティング法、プレス成型等の手法を用いることができる。またポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のフィルムを基材とし、電子線硬化型の樹脂により賦型を行うこともできる。なおフィルム状のスクリーンを保持するシートとしては上記樹脂基板の他にガラス板も使用できる。
光拡散性粒子としては、アクリルや、スチレン、アクリル−スチレン共重合体の架橋ビーズが一般的であり、他にはシリカ、アルミナ等の無機物も使用される。拡散剤の粒径としては２〜３０μｍ程度が一般的であるが、目的に応じて適宜設定することができ、複数の光拡散性粒子を混合で使用することもできる。
コーティングにより光拡散層を形成する際、コーティング層が観察者側最表面に位置する場合は耐擦傷性を有するバインダーに光拡散性粒子を分散させることで、表面への傷付きを防止することができる。

（実施例１）
出光面側に透明着色処理を施したアクリル（屈折率１．４９）を母材とし、内部に平均粒径１２μｍ、屈折率１．５１の球状の架橋アクリル−スチレン共重合樹脂からなるビーズを３．８重量％、平均粒径９μｍ、屈折率１．５６の球状の架橋アクリル−スチレン共重合樹脂からなるビーズを３．０重量％含有した光拡散層を、入光面側に透明着色処理を施したアクリルを配した２ｍｍの樹脂基板を作製した。なお画面中心部の拡散層の厚みは上下端部の厚みに対し、１．１３倍とした。本樹脂基板に、入光面側に垂直方向に伸びるレンチキュラーレンズ群を配したフィルム状のシートを張り合わせ、レンズシートとした。本レンズシートを映像投射管からの光を観察者側に集光するように設計されたフレネルレンズシートと組み合わせ、透過型スクリーンとした。本スクリーンでの映像を評価したところ、ぎらつき感の低減した、解像度も良好な映像が得られた。

（実施例２）
出光面側に透明着色処理を施したアクリルースチレン共重合樹脂（屈折率 １．５３）を母材とし、内部に平均粒径１０μｍ、屈折率１．５５の球状の架橋スチレンビーズを３．０重量％、平均粒径９μｍ、屈折率１．６０の球状の架橋スチレンビーズを３．３重量％含有した光拡散層を配し、入光面側に透明着色処理を施したアクリル−スチレン共重合樹脂（屈折率 １．５３）を配した２ｍｍの樹脂基板を作製した。画面上下端部の拡散半値角が中心の半値角に比べ１．２５倍とした。一方、入光面側に垂直方向に伸びるレンチキュラーレンズ群を配したフィルムシートの出光面に紫外線反応型の粘着層を設け、入光面側から平行な紫外線光を照射、ストライプ状に露光部の粘着性が消失した出光面に黒色転写シートを張り合わせ、粘着部（非出光部）に黒色の外光吸収部を形成したレンズフィルムとした。本レンズフィルムを前述の樹脂基板と貼合してレンズシートとし、映像投射管からの光が略平行に出射されるように設計されたフレネルレンズシートと組み合わせ、透過型スクリーンとした。本スクリーンでの映像を評価したところ、ぎらつき感の低減した、解像度が良好な、且つコントラストの良い映像が得られた。

（比較例）
出光面側に透明着色処理を施したアクリル（屈折率 １．４９）を母材とし、内部に平均粒径１２μｍ、屈折率１．５１の球状の架橋アクリル−スチレン共重合樹脂からなるビーズを３．８重量％、平均粒径９μｍ、屈折率１．５６の球状の架橋アクリル−スチレン共重合樹脂からなるビーズを３．０重量％含有した光拡散層を、入光面側に透明着色処理を施したアクリルを配した２ｍｍの樹脂基板を作製した。なお画面上下端部の拡散層の厚みは中心の厚みと同じとした。本樹脂基板に、入光面側に垂直方向に伸びるレンチキュラーレンズ群を配したフィルム状のシートを張り合わせ、レンズシートとした。本レンズシートを映像投射管からの光が観察者側に集光されるように設計されたフレネルレンズシートと組み合わせ、透過型スクリーンとした。本スクリーンでの映像を評価したところ、ぎらつき感の強い映像であった。

本発明の透過型スクリーンの実施形態の一例を示す一部切欠きの斜視図である。 本発明の透過型スクリーンの実施形態の他の例を示す一部切欠きの斜視図である。 本発明による透過型スクリーンの実施形態の一例の断面模式図である。 本発明による透過型スクリーンの実施形態の別な例の断面模式図である。 本発明による透過型スクリーンの実施形態の他の例を示す断面模式図である。 本発明による透過型スクリーンの実施形態の他の例を示す断面模式図である。 従来の透過型スクリーンを示す一部切欠きの斜視図である。

符号の説明

１１、２１、３１、４１、５１、６１ 透過型スクリーン
１２、２２、３２、４２、５２、６２ フレネルレンズシート
１３、２３、３３、４３、５３、６３ レンチキュラーレンズシート
１４、２４、３４、４４、５４、６４ 樹脂基板
１５、２５、３５、４５、５５、６５ 光拡散部
２６ 光吸収部
５５ａ、５５ｂ、６５ａ，６５ｂ 拡散層
７１ 透過型スクリーン
７２ フレネルレンズシート
７３ レンチキュラーレンズシート
７６ 光吸収部

Claims (6)

1. 光を透過、拡散、集光する複数のシート又は巻き取り可能なフィルムからなる光学部材を組み合わせて使用する透過型スクリーンであって、水平方向及び／又は垂直方向に光を拡散させるレンズ又はプリズムの最も観察者側に位置する光学要素よりも観察者側に位置する光拡散部による垂直方向の光拡散性が、スクリーン上端部及び／又は下端部に比べ中心部の方が大きいことを特徴とする透過型スクリーン。
2. 光を透過、拡散、集光する複数のシート又は巻き取り可能なフィルムからなる光学部材を組み合わせて使用する透過型スクリーンであって、光吸収部よりも観察者側に位置する光拡散部による垂直方向の光拡散性が、スクリーン上端部及び／又は下端部に比べ中心部の方が大きいことを特徴とする透過型スクリーン。
3. 前記スクリーン上端部及び／又は下端部の垂直方向の拡散半値角に対し、中心部の垂直方向の拡散半値角が１．０４〜１．９０倍であることを特徴とする請求項１もしくは２に記載の透過型スクリーン。
4. 前記光拡散部が光拡散性粒子を含む拡散層からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の透過型スクリーン。
5. 前記光拡散部が光拡散性粒子を含む拡散層からなり、その層厚が、上端部及び／又は下端部に対し、中心部で１．０２〜１．８３倍であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の透過型スクリーン。
6. 前記光拡散部が光拡散性粒子を含む複数の拡散層からなり、その内少なくとも一層の層厚が、上端部及び／又は下端部で薄く、中心部で厚いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の透過型スクリーン。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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