JP2007271799A - フレネルレンズ、フレネルレンズシートおよび投射スクリーン - Google Patents

Abstract

【課題】
成形性に優れ、白粉や刃潰れが発生しがたいフレネルレンズ、フレネルレンズシートおよび投射スクリーンを提供すること。
【解決手段】
本発明にかかるフレネルレンズは、硬化後の貯蔵弾性率が、０℃において２．０×１０^９Ｐａ以下、２０℃において１．５×１０^８Ｐａ〜１．５×１０^９Ｐａ、４０℃において１．０×１０^８Ｐａ以上である活性エネルギー線硬化樹脂から実質的に構成されたものである。貯蔵弾性率を最適化するとともに、従来材に比べ温度による樹脂の貯蔵弾性率の変化を抑制することにより、成形性に優れ、白粉や刃潰れが発生しがたいフレネルレンズ、フレネルレンズシートおよび投射スクリーンを提供することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フレネルレンズ、フレネルレンズシートおよび投射スクリーンに関し、特に、活性エネルギー線硬化樹脂を用いたフレネルレンズ、フレネルレンズシートおよび投射スクリーンに関する。特に、固定画素タイプの画像エンジンを用いたいわゆるＭＤ（Micro Display）プロジェクションテレビに好適な投射スクリーンに関する。

図５に示すように、プロジェクションテレビ等の背面投射型表示装置１０では、投射スクリーン２０が枠１１に取り付けられ、筐体１２に装着される。筐体１２内には映像光源１３と反射鏡１４が設けられており、映像光源１３から投射された映像光が反射鏡１４で反射され、フレネルレンズシート２１およびレンチキュラーレンズシート２２を備える投射スクリーン２０を通して拡大投影される。

近年、この投射スクリーンに用いられるフレネルレンズシートの製造方法として、レンズ成形型と透明基材との間に活性エネルギー線硬化樹脂を介在させ、これに活性エネルギー線を照射して硬化させるPhoto Polymer成形法（以下、２Ｐ成形法という）が開発されている（特許文献１参照）。また、２Ｐ成形法によって得られたフレネルレンズシートを備えた透過型スクリーンも知られている（特許文献２参照）。さらに、硬化後の弾性率が−２０〜４０℃の温度範囲で８０〜２００００ｋｇ／ｃｍ^２（７．８４×１０^８〜１．９６×１０^１１Ｐａ）の範囲にある活性エネルギー線硬化樹脂によりレンズ部を構成したレンズシートも知られている（特許文献３参照）。
特開昭６１−１７７２１５号公報 特開昭６３−１６７３０１号公報 特開平１０−１０６４７号公報

活性エネルギー線硬化樹脂（以下、２Ｐ樹脂ともいう）を用いた２Ｐ成形法により、フレネルレンズシートを製造する場合、２Ｐ樹脂の機械的性質が生産性において重要となる。従来の２Ｐ樹脂では、常温での貯蔵弾性率が高いため、以下の諸問題があった。フレネルレンズの先端は鋭利な鋸歯状の形状であるため、成形型から成形品を離型させる工程において、離型に要する力の増大、フレネルレンズの刃の欠損、透明基材の破壊等の成形性の問題があった。また、一般に、２Ｐ樹脂は５％程度の硬化時収縮率を有するため、矯正できない反りが生じる問題があった。さらに、フレネルレンズを製造した後、積載、検査、輸送、組立等の工程においても、ハンドリングによりフレネルレンズの刃が欠け、スジ欠点と呼ばれる不良となる問題があった。

図６に、プロジェクションテレビ等に用いられる投射スクリーンの構成を模式的に示す。投射スクリーン２０は、フレネルレンズシート２１、レンチキュラーレンズシート２２、前面板２３から構成される。テレビの光源側からフレネルレンズシート２１、レンチキュラーレンズシート２２、前面板２３の順に配置され、前面板２３が最表面となる。

フレネルレンズシート２１は、フレネルレンズシート透明基材２１１とその片面に備えられた鋸歯状の凸形状を有するフレネルレンズ２１２から構成される。レンチキュラーレンズシート２２は、レンチキュラーレンズシート透明基材２２１とその片面に備えられた半楕円柱状の凸形状を有するレンチキュラーレンズ２２２およびその反対側の面に備えられた遮光層２２３から構成される。

図６に示すように、フレネルレンズシート２１とレンチキュラーレンズシート２２は互いの凸形状が対向接触した構成となる。そのため、トラック便等の長距離輸送により、プロジェクションテレビ全体として繰り返し振動が与えられた場合、フレネルレンズの刃先がレンチキュラーレンズを擦り、これにより生じた粉（以下、白粉という）が擦れた部分に付着する。この結果、スクリーン映像に部分的に影が生ずる問題があった。この白粉は、冬に気温が低いほど、特に−１０℃以下において発生しやすい。これは、温度低下とともに、フレネルレンズを構成する２Ｐ樹脂の貯蔵弾性率が上昇して硬くなるからである。

他方、近年、刃潰れが大きな問題としてクローズアップされてきた。プロジェクションテレビの電源を入れると、内部の温度とともにスクリーン部材の温度も上昇し、場合によっては４０℃にも達する。温度が上昇すると、従来の２Ｐ樹脂では、貯蔵弾性率が急激に低下して柔らかくなり、刃潰れが生じやすくなる。刃潰れとは、対向して接触配置されたフレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシートにおいて、スクリーン面全体または部分に押し圧が高い部分が生じることにより、フレネルの刃先が曲がる等変形することをいう。この結果、スクリーン映像に部分的に影が生ずる問題があった。

また、内部の温度が高い状態で、外部の温度が急激に下がる場合等には、スクリーン外表面のレンチキュラーレンズシートのみが熱収縮し、その内側に配置されたフレネルレンズシートを押し付けるように変形するため、ますます刃潰れが生じやすくなる。従来のＣＲＴプロジェクションテレビでは、レンチキュラーレンズシートの厚さが１ｍｍ未満と薄く、押し圧が小さかったため、刃潰れはほとんど生じなかった。しかし、最近のＭＤプロジェクションテレビでは、通常、レンチキュラーレンズシートと前面板とが貼り合わされて用いられ、その合計の厚みがフレネルレンズシートと同じ２ｍｍ程度まで厚くなった。そのため、スクリーン外表面とその内側の温度差による押し圧変動が大きくなり、刃潰れが生じるようになった。

本発明は、上記の諸問題を解決するためになされたものであり、成形性に優れ、白粉や刃潰れが発生しがたいフレネルレンズ、フレネルレンズシートおよび投射スクリーンを提供することを目的とする。

本発明にかかるフレネルレンズは、硬化後の貯蔵弾性率が、０℃において２．０×１０^９Ｐａ以下、２０℃において１．５×１０^８Ｐａ〜１．５×１０^９Ｐａ、４０℃において１．０×１０^８Ｐａ以上である活性エネルギー線硬化樹脂から実質的に構成されたものである。

本発明によれば、成形性に優れ、白粉や刃潰れが発生しがたいフレネルレンズ、フレネルレンズシートおよび投射スクリーンを提供することができる。

本発明者らは、鋭意研究した結果、０℃、２０℃、４０℃すなわち低温、室温、高温における２Ｐ樹脂の貯蔵弾性率を最適化するとともに、従来材に比べ温度による樹脂の貯蔵弾性率の変化を抑制することにより、成形性に優れ、白粉や刃潰れが発生しがたいフレネルレンズ、フレネルレンズシートおよび投射スクリーンを提供することができることを見出した。以下に、本発明の実施の形態について説明する。

本発明で用いられる２Ｐ樹脂としては、ラジカル重合型であるアクリレート系化合物またはカチオン重合型であるオキセタン系化合物および必要量の反応開始剤を主成分とするものが好ましい。

アクリレート系化合物としては、モノ（メタ）アクリレート、多価（メタ）アクリレート等がある。具体例としては、モノ（メタ）アクリレートとして、モノアルコールの（メタ）アクリレート、ポリオールの（メタ）アクリレート、ポリエーテルポリオール（メタ）アクリレート、Ｎ−ビニル−２−ピロリドン、テトラヒドロフルフリルアクリレート等がある。また、多価（メタ）アクリレートとしては、ジオールポリ（メタ）アクリレート、ポリエーテルポリオールポリ（メタ）アクリレート、ポリエステルポリ（メタ）アクリレート、エポキシポリ（メタ）アクリレート、および、ポリオールウレタンポリ（メタ）アクリレート、ポリエステルウレタンポリ（メタ）アクリレート、ポリアミドウレタンポリ（メタ）アクリレート等のウレタンポリ（メタ）アクリレート等がある。

特に、本発明にかかる所望の特性を得るためには、ポリオールジ（メタ）アクリレートおよび／またはポリウレタン（メタ）アクリレートが好ましい。さらに、３価以上の（メタ）アクリレートも重要である。この例としては、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、テトロメチロールメタンテトラ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート等がある。これらの化合物は、一般的に、２種以上の混合物として用いられる。

本発明で用いられる重合開始剤としては、ベンゾフェノン類、アセトフェノン類、ベンゾインエーテル類、チオキサントン類等があり、単独または混合して用いることができる。また、必要に応じ、熱可塑性樹脂、拡散剤等の微粒子、離型剤、消泡剤、滑り剤、レベリング剤、帯電防止剤、着色剤等を添加してもよい。

硬化後の０℃における樹脂の貯蔵弾性率は２．０×１０^９Ｐａ以下であることが好ましい。２．０×１０^９Ｐａを超えると、低温で白粉が発生しやすくなる。硬化後の２０℃における樹脂の貯蔵弾性率は１．５×１０^８Ｐａ〜１．５×１０^９Ｐａであることが好ましい。１．５×１０^８Ｐａ未満であると、常温でも刃潰れを起こしやすく、１．５×１０^９Ｐａを超えると、常温でも白粉が発生しやすい。また、反りの発生や離型が困難になる等の成形性にも支障をきたす。さらに、ハンドリングによりフレネルレンズの刃が欠けやすくなる。硬化後の４０℃における樹脂の貯蔵弾性率は１．０×１０^８Ｐａ以上であることが好ましい。１．０×１０^８Ｐａ未満であると、高温で刃潰れを起こしやすい。ただし、ここでいう貯蔵弾性率とは、以下の実施例に示すように測定したものである。

本発明にかかるフレネルレンズおよび／またはレンチキュラーレンズの対向する面に潤滑剤を塗布すると、温度−２０℃以下でも輸送中に傷が付きにくく、白粉の発生をさらに抑えることができ、好ましい。

本発明にかかるフレネルレンズを形成する透明基板に用いる樹脂としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）や、メチルメタクリレートとポリスチレンの共重合体（ＭＳ）、アクリロニトリルとポリスチレンの共重合体（ＡＳ）等がある。吸湿による変形が少なく、２Ｐ樹脂の密着性が良い点で、スチレン比率が４０ｍａｓｓ％〜８０ｍａｓｓ％のＭＳまたはＡＳが特に好ましい。

２Ｐ樹脂の実際の調合においては、生産操作性、光学性能、機械的性質およびその温度特性、長期信頼性等を考慮する必要がある。ここで、生産操作性とは、硬化前の液粘度、ポットライフ、脱泡性能、硬化性、離型性等である。光学性能とは硬化後の透明性、屈折率等である。機械的性質とは硬化後の貯蔵弾性率等である。長期信頼性とは、白化や着色がないこと等である。

低温０℃で、貯蔵弾性率を低く、すなわち柔らかくするためには、例えば、Ｔｇの低いモノマーを選定することが有効である。また、高温４０℃で、貯蔵弾性率を高く、すなわち柔らかくなり過ぎないようにするためには、例えば、２価、さらには、３価以上の多価モノマーを調整することにより架橋度を上げる、および／または、ゴム状領域の貯蔵弾性率の高い骨格をもつポリオールジ（メタ）アクリレートやポリウレタン（メタ）アクリレート等を配合することが有効である。低温０℃と高温４０℃において、適度な貯蔵弾性率を両立させるためには、損失正接のピーク値を与える温度（ガラス転移温度）が２０℃〜６０℃になるようにすることも重要である。また、損失正接のピーク値の１／２を与える温度の幅（Ｗ_１／２）が５０℃以上であることが、温度による貯蔵弾性率の変化を抑制するために好ましい。

以下に、本発明にかかる実施例および比較例について説明する。本発明にかかる実施例および比較例の２Ｐ樹脂はウレタンアクリレート系の樹脂である。これらの実施例および比較例は、貯蔵弾性率（Ｅ'）、損失正接のピーク値を与える温度（Ｔ_ｍａｘ）および損失正接のピーク値の１／２を与える低温側の温度（Ｔ_１／２Ｌ）と高温側の温度（Ｔ_１／２Ｈ）の幅（Ｗ_１／２）を変量し、成形性、ハンドリング性、白粉および刃潰れを評価したものである。成形性については、離型性および反りを評価した。

本発明における貯蔵弾性率および損失正接の温度特性、すなわち粘弾性特性は、レオロジ社製ＤＶＥＶ−Ｖ４型粘弾性測定装置を用いて、試験サンプル厚み０．１５ｍｍ、チャック間距離１９ｍｍ、引っ張り周波数１Ｈｚ、昇温速度３℃／分、測温範囲−５０℃〜８０℃の条件にて測定した。

以上の比較例および実施例の粘弾性特性結果を表１にまとめて示す。図１には貯蔵弾性率の温度変化を示す。図１中の矢印は、請求項１にかかる貯蔵弾性率の範囲を示す。図２には、損失正接の温度変化を示す。本発明にかかる実施例は実施例１および２であり、その他は比較例である。

離型性評価方法は、以下の通りである。サイズ３００ｍｍ×３００ｍｍの電鋳型に２Ｐ樹脂を塗布し、この上を厚さ１．８ｍｍのＭＳ透明基材で覆った。このＭＳ透明基材の上からメタルハライドランプを用いて、光量８０００Ｊ／ｍ^２の紫外線を照射し、樹脂を硬化させた。透明基材の４隅の１つをバネ計りにて離型させて、離型力を測定した。新しい電鋳型を用いて、１枚目の初期離型力から２００枚目の繰り返し離型力まで測定した。繰り返し離型力は徐々に増大するため、２００枚目の繰り返し離型力が３９．２Ｎ（４ｋｇｆ）以下であるものを○で、５８．８Ｎ（６ｋｇｆ）以下であるものを△で、それ以上であるものを×で表した。

反り評価方法は、以下の通りである。２０℃での貯蔵弾性率１．９×１０^９Ｐａ、５０型ワイドサイズ（縦１１３０ｍｍ、横６５０ｍｍ）、厚さ１．８ｍｍのＭＳ透明基材の片面に、フレネルレンズの刃の高さを除いた平均厚み５０μｍ程度の２Ｐ樹脂を形成する。各２Ｐ樹脂について、これを５枚ずつ作製した。いずれの２Ｐ樹脂の硬化収縮率も４〜６％の範囲内にある。一辺を固定した吊り下げによって硬化前の反りと硬化後の反りを計測し、５枚の平均反り変化量を計測した。この平均反り変化量が事実上問題ない3mm未満であるものを○、３ｍｍ以上５ｍｍ未満であるものを△、５ｍｍを超えるものを×とした。硬化後の貯蔵弾性率がＭＳ透明基材の弾性率に近く、高い場合には、２Ｐ樹脂の硬化により２Ｐ樹脂側が凹むように反りを生ずる。反りは、過熱等の追加工程を設けなければ矯正できないため、生産性を悪化させる。

ハンドリンク性評価方法は、以下の通りである。５０型ワイドサイズ、厚さ１．８ｍｍのＭＳ透明基材とその上に成形された２P樹脂により構成されるフレネルレンズシートと全厚みが２．０ｍｍのＭＤレンチキュラーレンズシートを、フレネルレンズ面とレンチキュラーレンズ面を対向させ、４辺をテーピング固定して重ね合わせた。この一組のフレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシートを指で擦った後、５０型ワイドサイズのリアプロジェクションテレビにセットした。この映像を写して実装評価した。表２には、傷による影が発生し目立ったものを×、傷による影が発生したが、目立たなかったものを△、傷による影の発生がなかったものを○で示した。

白粉評価方法は、以下の通りである。５０型ワイドサイズ、厚さ１．８ｍｍのＭＳ透明基材とその上に成形された２P樹脂により構成されるフレネルレンズシートと全厚みが２．０ｍｍのＭＤレンチキュラーレンズシートを、フレネルレンズ面とレンチキュラーレンズ面を対向させ、４辺をテーピング固定して重ね合わせた。この一組のフレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシートを、フレネルレンズを内側にして、５０型ワイドサイズのリアプロジェクションテレビにセットした。フレネルレンズ面と対向接触するレンチキュラーレンズ面のレンズピッチは１５０μｍである。また、このレンチキュラーレンズは、−１０〜０℃における貯蔵弾性率が約２×１０^９ＰａのＭＳからなる。フレネルレンズシートの反り量は５±２ｍｍ、レンチキュラーレンズシートの反り量は２０±５ｍｍであった。
大型振動テーブル上にテレビセットを固定し、トラック輸送の模擬試験を実施した。振動条件はＡＳＴＭ Ｄ４７２８のＴＲＵＣＫの振動テストプロファイルに準拠し、縦方向、周波数５〜１５０Ｈｚのランダム振動を１２時間与えた。温度−１０℃および０℃において実施した。
トラック輸送の模擬試験を経たスクリーンおよびテレビセットが室温に戻った後、映像を写して実装評価した。表２には、白粉による影が発生し目立ったものを×、白粉よる影が発生したが、目立たなかったものを△、白粉よる影が発生しなかったものを○で示した。

刃潰れ評価方法は、以下の通りである。５０型ワイドサイズ、厚さ１．８ｍｍのＭＳ透明基材とその上に成形された２P樹脂により構成されるフレネルレンズシートと全厚みが２．０ｍｍのＭＤレンチキュラーレンズシートを、フレネルレンズ面とレンチキュラーレンズ面を対向させ、４辺をテーピング固定して重ね合わせた。この一組のフレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシートを、フレネルレンズを内側にして、５０型ワイドサイズのリアプロジェクションテレビにセットした。フレネルレンズ面と対向接触するレンチキュラーレンズ面のレンズピッチは１５０μｍである。フレネルレンズシートの反り量は５±２ｍｍ、レンチキュラーレンズシートの反り量は２０±５ｍｍであった。
温度を調整できる槽内において、テレビセットを温度４０℃で１時間加熱した後、室温下で放冷しつつ、映像を写して実装評価した。表２には、刃潰れによる影が発生し目立ったものを×、刃潰れよる影が発生したが、目立たなかったものを△、刃潰れよる影が発生しなかったものを○で示した。

以上の各種評価の結果を表２にまとめて示す。

表２に示すように、実施例１、２及び比較例１〜３の樹脂については、離型性に特に問題が無かった。一方、比較例４の樹脂については、初期離型力が６８．６Ｎ（７ｋｇｆ）を超えており、ＭＳ透明基材の破壊、刃先の欠け等が生じ、離型性に問題があった。また、表２に示すように、実施例１、２および比較例１〜３の樹脂については、反りに特に問題が無かった。一方、比較例４の樹脂については、反り変化量が大きく、問題があった。

表２に示すように、実施例１、２および比較例１〜３の樹脂については、ハンドリング性に特に問題が無かった。一方、比較例４の樹脂については、筋状の傷が発生し、映像に傷による影が発生し目立った。傷部分のフレネルレンズの刃先を顕微鏡で観察したところ、刃の先端が欠けていた。

表２に示すように、実施例１、２および比較例１、２の樹脂については、特に白粉の問題は無かった。一方、比較例３、４の樹脂については、図３に示すようにスクリーン１の上下の長辺から数ｃｍの位置の映像に白粉による影２が帯または斑状に現れた。

表２に示すように、実施例１、２および比較例３、４の樹脂については、特に刃潰れの問題は無かった。一方、比較例１、２については、図４に示すようにスクリーン１の周辺付近に斑状の刃潰れによる影３が目立った。具体的には、１時間加熱後、４０℃に保持した状態で刃つぶれによる影３が薄く現れた。冷却開始後すぐに刃つぶれによる影３が目立ち始め、約１５分後が最も目立った。冷却開始後３０分後には、ほとんどの刃つぶれによる影３は消えたが、冷却開始後１時間後でも、一部の刃つぶれによる影３は薄く残った。

上記試験の結果から、本発明にかかる実施例の樹脂は、評価項目の全てにおいて問題が無かった。一方、比較例の樹脂は、評価項目のいずれかにおいて問題があった。本発明にかかるフレネルレンズおよびフレネルレンズシートは、離型性や反り等の成形性およびハンドリング性に問題がないため、生産性に優れる。さらに、本発明にかかるフレネルレンズおよびフレネルレンズシートを用いることにより、白粉および刃潰れの発生を防止することができる。

本発明にかかる実施例および比較例の貯蔵弾性率の温度変化を示すグラフである。 本発明にかかる実施例および比較例の損失正接の温度変化を示すグラフである。 比較例３および４のスクリーン映像に現れた白粉による影を模式的に示す図である。 比較例１および２のスクリーン映像に現れた刃潰れによる影を模式的に示す図である。 背面投射型表示装置の構成を模式的に示す図である。 投射スクリーンの構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１ スクリーン
２ 白粉による影
３ 刃潰れによる影
１０ 背面投射型表示装置
１１ 枠
１２ 筐体
１３ 映像光源
１４ 反射鏡
２０ 投射スクリーン
２１ フレネルレンズシート
２１１ フレネルレンズシート透明基材、
２１２ フレネルレンズ
２２ レンチキュラーレンズシート
２２１ レンチキュラーレンズシート透明基材、
２２２ レンチキュラーレンズ
２２３ 遮光層
２３ 前面板

Claims (6)

1. 硬化後の貯蔵弾性率が、
   ０℃において２．０×１０^９Ｐａ以下、
   ２０℃において１．５×１０^８Ｐａ〜１．５×１０^９Ｐａ、
   ４０℃において１．０×１０^８Ｐａ以上である活性エネルギー線硬化樹脂から実質的に構成されたフレネルレンズ。
2. 損失正接のピーク値を与える温度が２０℃〜６０℃の温度範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のフレネルレンズ。
3. 損失正接のピーク値の１／２の値を与える温度の幅が５０℃以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のフレネルレンズ。
4. 前記フレネルレンズを透明基材の少なくとも一面に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフレネルレンズシート。
5. 請求項４に記載のフレネルレンズシートと、
   前記フレネルレンズシートのフレネルレンズ形成側に、当該フレネルレンズと対向するレンチキュラーレンズを有するレンチキュラーレンズシートとを備えた投射スクリーン。
6. 前記レンチキュラーレンズシートの厚さが２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の投射スクリーン。

Images