JP2007293166A - 透過型スクリーン用光拡散シート及び透過型スクリーン - Google Patents

Abstract

【課題】透過型スクリーン用光拡散シートであって、水平及び垂直方向の視野角が広い光拡散シートを提供する。
【解決手段】略平行光を垂直方向及び水平方向に拡散するレンチキュラシート４と、レンチキュラシート４で拡散された画像光を光出射面側に拡散する拡散板５と、を備え、レンチキュラシート４は、画像光入射面側に垂直方向を長手方向とする水平シリカドルレンズ７と、画像光出射面側に垂直方向を長手方向とするストライプ状の遮光層８と水平方向を長手方向とする垂直シリンドリカルレンズ９と、を有し、垂直シリンドリカルレンズ９は、水平シリカドルレンズ７の光透過部となるストライプ状の遮光層８間の開口部１２に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、透過型スクリーン用の光拡散シートに係り、特に背面投射型ディスプレイに好適に利用できるものである。

近年大画面ディスプレイへの需要が高まっており、この中でも手軽に大画面表示が可能な背面投射型ディスプレイが期待されている。

図１１は背面投射型ディスプレイ１５を模式的に示す構造図である。

図１１において、光学エンジン１６の内部には光源となるランプ、照明光学系、色分解光学系、液晶パネル、色合成光学系などが適切に配置されている。ランプからの光は照明光学系を経て液晶パネルを照明する。照明光は液晶パネルによって空間変調され画像を形成する。その画像は投射レンズ１７によって拡大投射される。

ミラー１８によって折り曲げられ投射される画像光１９は透過型スクリーン１上で結像する。画像光１９は透過型スクリーン１を通過する際に拡散されるので、様々な角度からカラー画像を観察できる。これらの要素はキャビネット２０の内部に配置され、装置内への外光の侵入を防止している。

透過型スクリーン用拡散シートの第１の従来例として、その基本構成の断面図を図１２に示す。透過型スクリーン１は、フレネルレンズシート２と、光拡散シート３により構成されている。フレネルレンズシート２を投射側に、光拡散シート３を観察者側に向けて配置される。

フレネルレンズシート２は、画像光出射面側に同心円状に形成された断面鋸歯状のフレネルレンズを備えている。

光拡散シート３は、画像光入射面側から順に水平レンチキュラシート２１と、遮光層パターン８（ブラックストライプ）と、粘着層２２と、拡散板５と、反射防止膜６とで構成されている。

水平レンチキュラシート２１は、スクリーン面の垂直方向を長手方向とする縦長のシリンドリカルレンズをスクリーン面の水平方向に連続して複数配列してなるレンズ部を画像光入射面側の片面のみに形成した構成であり、映像光を水平方向に屈折拡散する作用を有する。（以降、水平方向へ光を拡散するレンチキュラシートを水平レンチキュラシートと呼び、垂直方向へ光を拡散するレンチキュラシートを垂直レンチキュラシートと呼ぶ。）
遮光層パターン８は、水平レンチキュラシート２１の画像光出射面側の非集光部にストライプ状に形成してある。

拡散板５は、主材料と異なる屈折率を有する光拡散微粒子を分散して形成してある。粘着層２２は、拡散板５と水平レンチキュラシート２１との貼り合わせに用いられる。

表面処理層６は、拡散板５の表面に、必要に応じてハードコート，帯電防止，反射防止作用を示す処理を行い形成してある。

また、水平と垂直の視野角を別々のレンチキュラシートで拡大する２枚のレンチキュラシートを用いる方法が提案されている。

第２の従来例として、フレネルレンズシートとレンチキュラシートとの間に、前記レンチキュラシートとシリンドリカルレンズの並列方向が異なるレンチキュラシートを介在してなる構成を図１３に示す。画像光入射側からフレネルレンズシート２、水平レンチキュラシート２１、垂直レンチキュラシート２３の順に配置された構成の透過型スクリーン１が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

次に、同様に２枚のレンチキュラシートを用いた第３の従来例の構造を図１４に示す。

図１４において、画像光入射面側から順にフレネルレンズシート（図面記載なし）、垂直レンチキュラシート２３、水平レンチキュラシート２１が備えてある。垂直レンチキュラシート２３には、画像光入射面側に水平方向を長手方向とする垂直シリンドリカルレンズ９と、画像光出射面側の水平方向を長手方向とする遮光層パターン８が設けられ、水平レンチキュラシート２１には、画像光出射面側に垂直方向を長手方向とする水平シリンドリカルレンズ９が並列配列されており、垂直レンチキュラシート２３の光出射面の遮光層パターン８が形成されている面と、水平レンチキュラシート２１の光入射側平坦面とが粘着剤２２により接着され一体となっている。（例えば、特許文献２参照）
さらに、レンチキュラシートの片側同一面に水平と垂直の両方の屈折拡散レンズを配置する方法が提案されている。

例えば、第４の従来例として、第１の従来例と同一部材構成において、第１の従来例で示す水平レンチキュラシートの画像光入射側面に形成された水平方向に並列配列されたシリンドリカルレンズの替わりに、水平方向と垂直方向で曲率の異なるマイクロレンズが高密度に配置された構成が知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開平８−１０１４５９号公報 特開平１１−３４４７６９号公報 特開２００４−１４５２５２号公報

第１の従来例において、水平レンチキュラシートの画像光入射面側に形成したシリンドリカルレンズと、光拡散微粒子を含有する拡散板とで構成された光拡散シートは、水平レンチキュラシートの画像入射面側にあるシリンドリカルレンズのレンズ曲率を調整することで、±３０°以上の大きなαＨ（正面輝度に比べ１／２の輝度になる水平視野角）が得られる。しかしながら、第１の従来例の構成では、拡散板の拡散微粒子の拡散作用を用いた垂直方向視野角は、微粒子の含有量を増加させ視野角を拡大すると、輝度の低下や表示映像光の色相変化と言った悪影響が発生するため、±８°近辺のαＶ（正面輝度に比べ１／２の輝度になる垂直視野角）値が限界である。この垂直視野角は、人が座ったり立ったりした時、画面の上または下側が極端に暗く観察されるなど、均一な明るさを確保するには不十分であるという課題を有していた。通常のスクリーン観察距離において、均一な明るさに見える上下視野角は、±１５°から２０°必要である。

また、第２の従来例において、水平レンチキュラシートと垂直レンチキュラシートとを画像光入射側にシリンドリカルレンズを向けて順に重ねて構成してある光拡散シートは、垂直レンチキュラシートのシリンドリカルレンズによって、入射光を屈折拡散させることができるため、拡散微粒子の支援を得ること無く垂直視野角を大きく拡大することができる。また、水平と垂直とで別々のシートの片面にシリンドリカルレンズを並列配列してあるため、水平と垂直の視野角を拡大することができる。しかしながら、第２の従来例の構成では、２枚のレンチキュラシートを使用するため、部材コスト及び工数が増加するためにコスト競争力が低下する。また、水平レンチキュラシートの画像光出射面に当たる遮光層パターン面と、垂直レンチキュラシートの画像光入射面に当たるシリンドリカルレンズとを重ね合わせるため、その接触界面において光の干渉やシリンドリカル面での反射による透過率損失が発生すると課題を有していた。

さらに、第３の従来例において、シリンドリカルレンズが画像光入射側に配置された水平レンチキュラシートの画像光出射側の遮光層パターン面と、シリンドリカルレンズが画像光出射側に配置された垂直レンチキュラシートの画像光入射側の平坦面とを粘着剤にて接着された構成にしてある透過型スクリーンは、２枚のレンチキュラシート間での光の干渉や透過率損失の損失が抑制される。しかしながら、第３の従来例の構成では、２枚のレンチキュラシートを使用するため、部材コスト及び工数が増加し、コスト競争力が低下するという課題を有していた。

さらに、第４の従来例において、レンチキュラシートの光入射面側の同一平面に水平方向と垂直方向で曲率の異なるマイクロレンズを高密度に配置して構成された光拡散シートは、垂直方向もレンズによる屈折拡散作用を利用するため、大きな垂直視野角が得られると共に、１枚のレンチキュラシートを用いるため部材コストが低く抑えられ低コスト化が期待できる。しかしながら、第４の従来例の構成では、水平と垂直方向の曲率が異なるマイクロレンズの大面積基金型を製作することが非常に困難である。例えば、超精密３次元切削加工でマイクロレンズを１個ずつ加工すると、スクリーンサイズを全面加工には膨大な時間と費用がかかり実用的でない。また、大面積金型に均一加工パターンを比較的容易に形成する手法として、グラビア印刷版製作などに用いる金属エッチング法などもあるが、この方法ではマイクロレンズの形状及び曲率がエッチング工法の条件に制約され所望のレンズ形状を得ることができない。一方、レンチキュラシートの片面にマイクロレンズを最密に配列した場合、シリンドリカルレンズの並列配列では発生しない３個のマイクロレンズ間の３重点が形成され、その３重点近傍で光透過が行われないため、レンチキュラシートの全光透過率が大きく低下するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、透過型スクリーンにおいて、高透過率で、水平及び垂直方向によらず視野角を変えながら映像を観察した場合でも観察者が違和感を覚えることのない品質の高い光拡散シートを少ない部材と容易な製造工程で提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の透過型スクリーン用の光拡散シートは、略平行光を垂直方向及び水平方向に拡散するレンチキュラシートと、前記レンチキュラシートで拡散された画像光を光出射面側に拡散する拡散板と、を備え、前記レンチキュラシートは、画像光入射面側に垂直方向を長手方向とする水平シリカドルレンズと、画像光出射面側に垂直方向を長手方向とするストライプ状の遮光層と水平方向を長手方向とする垂直シリンドリカルレンズと、を有し、前記垂直シリンドリカルレンズは、前記水平シリカドルレンズの光透過部となるストライプ状の前記遮光層間の開口部に形成されることを特徴としたものであり、簡単な構成で垂直方向の視野角を大幅に向上することができる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、本発明の透過型スクリーン用の光拡散シートによれば、高透過率で、水平及び垂直方向によらず視野角を変えながら映像を観察した場合でも観察者が違和感を覚えることのない品質の高い光拡散シートを少ない部材と容易な製造工程で提供することを目的とする。

以下に、本発明の透過型スクリーンの拡散シートの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例における透過型スクリーンの構成図を示したものである。
透過型スクリーン１は、フレネルレンズシート２と、光拡散シート３により構成されている。フレネルレンズシート２を画像光入射側に、光拡散シート３を観察者側に向けて配置される。

フレネルレンズシート２は、画像光出射面側に同心円状に形成された断面鋸歯状のフレネルレンズを備えており、投射レンズから出射された画像光をフレネルレンズによる光屈折により、略平行光に変換する機能を有する。

光拡散シート３は、画像光入射面側から順にレンチキュラシート４と、拡散板５と、表面処理層６とで構成されている。

次に、レンチキュラシート４について、図２に示す模式図を用いて説明を行う。レンチキュラシート４は、画像光入射面側に垂直方向を長手方向として複数並列配列された水平シリンドリカルレンズ７が設けてあり、フレネルレンズシート２によって略平行光となった画像光を水平方向にのみ屈折拡散する機能を有する。レンチキュラシート４の光出射面側には、水平シリンドリカルレンズ７の非集光領域にストライプ状の遮光層８が形成されている。

水平シリンドリカルレンズ７が垂直方向に長手方向を持つ並列配列となっているので、この遮光層８も同様に垂直方向に長手方向を持つ長方形の複数並列配列のストライプ構造となっている。この遮光層８は、垂直シリンドリカルレンズ９部より突起し、その端面に遮光材が形成されている。即ち、図２に示すように、遮光層８の個々の長方形遮光層に挟まれた透明な窪み領域（以降、開口部と呼ぶ）に、垂直シリンドリカルレンズ９が形成される。この垂直シリンドリカルレンズ９は、水平方向に長手方向として複数並列配列されており、入射画像光を垂直方向に拡散する機能を有する。

即ち、垂直シリンドリカルレンズ９は、水平シリカドルレンズ７の光透過部となるストライプ状の遮光層８の間の開口部に形成され、水平シリカドルレンズ７と垂直シリカドルレンズ９と遮光層８とが一体的に形成される。

遮光層８の遮光材料は、カーボン微粒子と樹脂のバインダーとの混合物が用いられる。

拡散板５は、基材として通常、屈折率１．４９のＰＭＭＡあるいは屈折率１．５２程度のＭＳ樹脂（スチレンとＭＭＡとの重合体）が用いられ、基材中には直径約１０μｍ以下の拡散微粒子が１０％前後の体積率で分散されている。この拡散微粒子としては、一般的に、屈折率が基材より高いＭＳ樹脂からなるビーズが用いられる。上記基板及び拡散微粒子に用いるＭＳ樹脂材料の屈折率は、屈折率約１．４９ＭＭＡ樹脂と、屈折率約１．５９のスチレン樹脂の配合比率を変えることで、１．４９から１．５９の範囲で調整可能である。このような拡散微粒子は、光出射側基板２への入射光を全方位に均等に拡散し出射する作用を有し、視野角曲線の均一化及びシンチレーションの低減などの改善効果がある一方で透過率低下を導くので、最適な粒子の材料、直径、含有率が選択される。

水平と垂直の両方の視野角をレンズによって拡散を行う場合は、拡散微粒子及び拡散板５を除外できるとする報告もあるが、実質的にシンチレーションの除去や斜め方向の視野角特性を維持するためには、拡散板５の中の拡散粒子単体で、垂直視野角αＶを約８°に拡大できる量の拡散微粒子を適用することが望ましい。

表面処理層６は、拡散板５の表面に、必要に応じてハードコート，帯電防止，反射防止作用を示す処理が形成してある。

レンチキュラシート４は、厚みが薄く強度が低いので、剛性の高い拡散板５と、粘着材シート又は接着剤を用いて接着されていることが望ましい。ここで、垂直シリンドリカルレンズ９と拡散板５に空気の隙間を残して接着すると、垂直シリンドリカルレンズ９の面から出射する光の屈折角度が高くなり、視野角拡大を最大限に高める効果が得られる。また、レンチキュラシート４のレンズ材料より屈折率の低い樹脂材料を垂直シリンドリカルレンズ９と拡散板５の間に充填し、空気層を残さないようにすると、拡散板５へ光入射の反射損失が減少させ透過効率を高める効果が得られる。

次に、図３及び図４を用いて本発明におけるレンチキュラシート４の水平方向への光拡散動作を説明する。

図３は、図１の２点鎖線で示す水平方向の断面図である。画像光入射面からフレネルレンズシート２、光拡散シート３が配置され、光拡散シート３は、レンチキュラシート４、拡散板５、表面処理膜６で構成されている。そして、レンチキュラシート４の水平方向拡大断面図を図４示す。レンチキュラシート４の水平方向断面は、画像光入射面側の水平シリンドリカルレンズ７と、出射面側の遮光層パターン８と、開口部１２とで形成されている。

水平シリンドリカルレンズ７は、所望の水平視野角の得られる曲率半径ＲのレンズがピッチＰｈで配列されている。

遮光層８は、水平シリンドリカルレンズ７と同一材料で一体成形された突起部１０とその端面に遮光層材料が塗布されてストライプ状の遮光層８を形成する。ここで、突起部１０の高さｈは、突起部１０の根元から遮光層材料部１１の上端面までの長さ、即ち、垂直シリカドルレンズ９の底面から遮光層材料が塗布された後の突起部１０の端面までの距離を示す。

遮光層８は、遮光層材料である遮光インクを印刷塗布して形成するが、その際に、垂直シリカドルレンズ９のレンズ面に遮光インクが付着しないよう、垂直シリカドルレンズ９のレンズ面から突起して形成される。この遮光層材料が塗布されて形成される遮光層８においては、観察者側から入射された外光を吸収する働きを有し、明室でのコントラストを向上する機能を有する。

遮光層８は、突起部１０に遮光材料が塗布された部分である遮光層材料部１１とを合わせたものであるが、以後、簡単のため、当該突起部１０に遮光層材料がストライプ状に塗布された遮光層材料部１１をも遮光層８と表す。

レンズ高さｓを有する垂直シリンドリカルレンズ９は、高さｈの突起部１０間に形成される凹状で透明の開口部１２に設けられている。水平方向断面には垂直シリンドリカルレンズ９のレンズ曲率が形成されないので、画像光の水平方向視野角にほとんど影響しない。

開口部１２の幅Ｍは、水平シリンドリカルレンズ７によって集光された光を透過させる機能を有し、コントラスト向上には、幅Ｍを狭くすることが望ましい。幅Ｍを最も狭くする配置例として、本実施例では、水平シリンドリカルレンズ７によって屈折した光が、焦点を結ぶ前に垂直シリンドリカルレンズ９のレンズ面（レンズ高さｓの中心位置）を通過する位置の光の幅をｗ１、焦点距離Ｈで焦点を結んでから拡散していく光が遮光層１１の端面を通過する位置の光の幅をｗ２とすると、ｗ１とｗ２の幅が、同じになるように、水平シリンドリカルレンズ７の焦点位置Ｈを開口部１２の高さｈ（突起部１０の高さ）内で最適位置に配置した。以上のように開口部１２の幅Ｍを狭くする構成により、遮光層１１の比率を高め、コントラストを効果的に向上することができる。

即ち、開口部の幅Ｍを最も狭くするには、幅ｗ１と幅ｗ２が等しくなるように高さｈの略半分の位置で焦点を結ぶような構成にする。

以上のような構成において、画像光の平行光線Ｌ１、Ｌ２がレンチキュラシート４に入射した場合、水平シリンドリカルレンズ７のレンズ面で屈折し、垂直シリンドリカルレンズ９のレンズ面（水平断面では平坦）から屈折率の低い空気（又は、樹脂材料）への出射でさらに集光方向への屈折角度が増し、開口部１２の高さｈ以内の焦点距離Ｈの位置で焦点を結んだ後、水平光が拡散し、遮光層１１に吸収されることなく拡散板５の平坦面に光が入射する。そして、拡散板５に入射した水平拡散光は、拡散微粒子によりさらに屈折拡散され、表面処理層６を通過して、観察者側に画像光が出射される。

次に、図５及び図６を用いて本発明における垂直方向への光拡散動作を説明する。

図５は、図１の２点鎖線で示す断面図であり、レンチキュラシート４の開口部１２の中心線で切断してある。画像光入射面からフレネルレンズシート２、光拡散シート３の順に配置され、光拡散シート３は、レンチキュラシート４、拡散板５、表面処理膜６で構成されている。そして、同様にレンチキュラシート４の開口部１２の中心線で切断された垂直方向拡大断面図を図６示す。レンチキュラシート４の垂直方向断面は、画像光入射面側の水平シリンドリカルレンズ７と、出射面側の開口部１２の底面に形成された垂直シリンドリカルレンズ９と、遮光層パターン８の突起部１０と遮光層１１とで構成されている。

水平シリンドリカルレンズ７は、垂直方向断面では、レンズの上面と高さｊの位置の破線で示すように、平坦面となり、垂直方向への画像光の拡散に寄与しない。

垂直シリンドリカルレンズ７の高さｓは、レンズ高さｓの値が大きくすると、突起部１０の高さｈが高くなり、水平方向の拡散光の突起部１０への衝突や、レンチキュラレンズ４の強度低下を招くため、突起部１０の高さｈとの差（ｈ−ｓ）より小さく設定するのが望ましい。

また、垂直シリンドリカルレンズ９は、所望の垂直視野角の得られる曲率半径ｒとレンズピッチＰｖとが、レンズ面の最大入射角度が全反射角度以下になる条件で形成してある。

ここで、最大入射角度とは、平行光と、レンズ面の特定点の法線とで形成される角度すなわち入射角度の中で、最も大きな角度を示す。そして、垂直シリンドリカルレンズ９の最大入射角度θｒは、図６中の光線Ｌ１が垂直シリンドリカルレンズ９に到達した位置、すなわち隣接レンズ間の境界近傍のレンズ面に形成される入射角度である。垂直方向断面において、フレネルレンズ２から出射された画像平行光は、垂直方向断面に対しては、水平シリンドリカルレンズ７の影響を受けず直進するので、垂直シリンドリカルレンズ９のレンズ面に入射する画像光は平行光となる。以上のように、垂直シリンドリカルレンズ７の最大入射角度を全反射角度以下にすれば、レンズ面で全反射が生じないので反射損失を抑え画像光を高効率で透過させることができる。

さらに、ここでの全反射角度とは、高屈折率のレンズからより低屈折率の空気又は樹脂材料に光が入射するときに、入射角度を徐々に大きくしていくと境界面で屈折透過から全反射に変化するが、この全反射に変るときの角度を表し、一般に、両者の屈折率差により理論的に求めることができる。

例えば、垂直シリンドリカルレンズ９の屈折率ｎ１が１．５５で、開口部１２内の材料が屈折率１の空気の場合、全反射角度は４０°になるので、入射平行光とレンズ面の法線とのなす角度θｒが４０°以下になるように、曲率半径１２μｍ、ピッチ１５μｍを選択できる。一方、このときのレンズ高さｓは２．６μｍで、突起部１０の高さｈを２０μｍ程度に設定すれば、遮光層１１に遮光層インクを印刷塗布する際、垂直シリンドリカルレンズ９に遮光層インクが付着しないだけのマージンが確保できる。

以上のような構成において、画像光の平行光線Ｌ１、Ｌ２がレンチキュラシート４に入射した場合、水平シリンドリカルレンズ７では垂直方向にレンズ曲率を有しないので、垂直方向断面では、そのまま平行光線として通過し、開口部１２の底面に形成された垂直シリンドリカルレンズ９により、垂直方向に光が屈折拡散される。

例えば、Ｌ２が垂直シリンドリカルレンズ９の法線とのなす角度θ１（入射角）で入射したとき、出射側の材料の屈折率がレンズの屈折率より低ければ、集光方向に角度θ２（出射角）で出射され、結果的に平行光線との成す角θｍで屈折集光する。このとき、入射平行光と垂直シリンドリカルレンズ９の法線との成す角度の最大入射角θｒが、全反射角度以下にしてあるので、全てのレンズ面で屈折透過し、レンズ面を最大限に有効に利用される。そして、垂直シリンドリカルレンズ９で垂直方向に屈折した光は、開口部１２の空気中を通過し、拡散板５の内部で集光拡散するが、拡散板５の内部の分散した拡散微粒子によりさらに拡散される。この時、拡散微粒子の作用により、斜め方向への拡散も水平と垂直の平均値に近い拡散角度で得られる。

ここで、垂直シリンドリカルレンズ９と拡散板５の間の材料が空気の屈折率より大きく、レンズ材料の屈折率より低い樹脂材料を充填した場合、拡散板５と屈折率差が小さくなるため、拡散板５の入射面での一部反射による透過損失が低下する。そこで、透過率を重視する場合は、拡散板５の２割程度低い屈折率を有する透明樹脂材料を充填することで、反射ロスをより小さくし、透過率の優れた光学性能を得ることができる。ただし、垂直シリンドリカルレンズ９との屈折率差も低下するので、垂直拡散角度も空気の場合より小さくなるので、要求しようにより適宜選択することが望ましい。

次に本発明の実施例における製造方法について説明する。

レンチキュラシート４の成形工程では、水平シリンドリカルレンズ７の金型と、遮光層パターン８の突起部１０と垂直シリンドリカルレンズ９とが形成してある金型とを精度良く向かい合わせて加圧成形又は、射出成形を行う。ここで、透明樹脂材料として、化学反応性、熱溶融型、熱硬化型などが使用可能である。ロール金型を用いる押出し成形法が生産性の高い工法として好適に使用できる。

水平シリンドリカルレンズ７の金型は、水平シリンドリカルレンズ７のレンズ形状に先端を加工したダイヤモンドバイトを用いて、無酸素銅メッキされた被加工層を送りピッチＰｈで垂直方向にリニアに切削加工して形成する。ロール金型の場合は、水平シリンドリカルレンズ用バイトを用いて円筒旋盤にて軸方向送りピッチＰｈで円周方向に切削して形成する。

一方、突起部１０と垂直シリンドリカルレンズ９が形成してある金型は、まず、垂直シリンドリカルレンズ９の形状に先端を加工したダイヤモンドバイトを用いて、無酸素銅の被加工材料を送りピッチＰｖで水平方向に切削し、図７に示すような垂直シリンドリカルレンズ部金型加工面１３を形成する。次に、遮光層８の突起部１０の形に先端を加工したダイヤモンドバイトを用いて、垂直シリンドリカルレンズ９のシリンドリカルレンズの長手方向と直行する方向に送りピッチＰｈでリニアに切削加工し、図８に示すような遮光層８を形成するための突起部金型加工面１４を形成する。一方、ロール金型の場合は、円筒旋盤にて、垂直シリンドリカルレンズ用バイトを用いて、円周方向の送りピッチＰｖにて軸方向にシリンドリカルレンズをリニアに切削加工した後、遮光層パターン切削用バイトを用いて、円周方向に切削加工して形成する。

つぎに、突起部１０に遮光層材料の塗布工程では、遮光層８の突起部１０の平坦面と、黒色インクが塗布された印刷面とを接触させ、遮光層８の突起部１０の平坦面に黒色インクを転写し、固化する。

レンチキュラシート４と拡散板５の接着工程では、粘着シートをレンチキュラシート４の突起部１０の平坦面に接着した後、拡散微粒子を混入した熱溶融型透明樹脂を押し出し法により成形された拡散板５に、レンチキュラシート４の粘着シート面を加圧して接着を行う。このとき、垂直シリンドリカルレンズ９と粘着シートの間に空気層を形成する。又、空気層でなくレンチキュラシート４のレンズ樹脂と異なる屈折率を有する樹脂を充填する場合は、粘着シートの代わりに透明樹脂の接着剤を用いて拡散板５と接着を行う。

拡散板５の表面処理膜６において、例えば反射防止膜は拡散板５を押し出し成形する際に、粗面加工を施したロールを用いるなどして容易に処理膜を形成するとこができる。また、ハードコートと静電防止処理は、ハードコート用の接着材料に導電性物質を混入して塗布形成した。

本実施例では、屈折率１．５５の透明樹脂にてレンチキュラシート４を成形し、カーボン微粒子を樹脂バインダーで固着した厚み５μｍの遮光層１１を突起部１０の平坦面に印刷形成した。拡散板５は、屈折率１．５５の透明樹脂基材に屈折率１．５９の拡散微粒子を体積率９％で分散含有させた厚さ１ｍｍの板の片面に反射防止処理を施されたものを使用した。拡散板５の未反射防止処理面と、レンチキュラシート４の遮光層パターン８の突起部１０の平坦面とを、厚さ２５μｍの粘着シートにて接着固定し、垂直シリンドリカルレンズ９と粘着シートの間に空気層を形成して、光拡散シート３を作成した。なお、拡散板５の中の拡散微粒子の体積率は、９％に調整されたものを使用した。これは、拡散板５単独で垂直方向の輝度半値角度αＶ＝±８°に相当する量である。

レンチキュラシート４の水平シリンドリカルレンズ７の曲率半径Ｒを７８μｍ、そのピッチＰｈを１５０μｍ、開口部１２の幅を５０μｍ、遮光層パターン８の突起部１０の幅を１００μｍ、突起部１０の高さを２０μｍとした。

垂直シリンドリカルレンズ９は、ピッチＰｖを１５μｍに固定し、曲率半径ｒを変えた５種類のサンプルを作成し、光拡散シート３の透過率、視野角の測定を行った。図９に５種のサンプルの形状及び測定結果を示す。全反射角度は、レンズの屈折率１．５５と空気の屈折率１．０の値から理論式で求めた３９°を使用した（参考に図９中のｃ１の欄に記載）。最大入射角度θｒが全反射角度以上のサンプル２種をａ１（θｒ＝５６°）とａ２（θｒ＝４９°）の記号で、θｒが全反射角度以下のサンプル３種をａ３（θｒ＝３５°）、ａ４（θｒ＝３０°）、ａ５（θｒ＝２６°）の記号で示す。

水平方向の輝度半値角度αＨは、全サンプル（ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５）において、全て±３０°近辺の値を示した。これは、水平シリンドリカルレンズ７の寸法形状が全サンプル同じにしてあるからである。

垂直シリンドリカルレンズ９の最大入射角度θｒが全反射角度３９°を超えるサンプルａ１，ａ２の場合、垂直方向の輝度半値角度αＶは、両サンプルともにαＶ＝２２°の同じ値を示し、曲率半径ｒの違いによる影響が見られない。また、透過率は、サンプルａ１が６０％、ａ２が６６％と上昇している。このように、最大入射角度が全反射以上にある場合、最大入射角が大きいほど全反射レンズの面積率が高くなり全反射領域が増すことで、透過率が低下している。一方、垂直視野角αＶは、ａ１，ａ２共に、全反射角度３９°以下の屈折拡散になるので、同じ２２°で変化の無い値を示している。

次に、垂直シリンドリカルレンズ９の最大入射角度θｒが全反射角度３９°を下回るサンプルａ３，ａ４，ａ５の場合、垂直方向の輝度半値角度αＶは、サンプルａ３が２１°、サンプルａ４が１９°、サンプルａ５が１７°と、最大入射角度が小さくなるに従って、αＶの値も狭くなる。また、透過率は、サンプルａ３が８１％、ａ４が８３％、ａ５が８４％と、最大入射角度の減少率に比べ、微増である。このように、最大入射角度が全反射以下にある場合、全レンズ面で透過屈折するので、最大入射角にほとんど影響されること無く、高い透過率が維持される。一方、垂直視野角αＶは、全反射のレンズ領域が無いので、最大入射角度の値に対応して屈折拡散角度の変化が現れている。

したがって、垂直視野角が最も大きく、透過率損失の少ない垂直シリンドリカルレンズ９の寸法は、最大入射角度が全反射角度を少し下回る条件で選定するのが、最も望ましい。

本実施例１の材料構成では、垂直シリンドリカルレンズ９のピッチを１５μｍ、曲率半径ｒを１３μｍにしてあるサンプルａ３が、水平視野角αＨ３０°、垂直視野角αＶ２０°、透過率８０％の光学特性を示し、水平垂直視野角と透過率を両立する光拡散シートを製作することができた。

本発明の第２の実施例では、屈折率１．５５の透明樹脂にてレンチキュラシート４を成形し、カーボン微粒子を樹脂バインダーで固着した厚み５μｍの遮光層１１を突起部１０の平坦面に印刷形成した。そして、屈折率１．５５の透明樹脂基材に屈折率１．５９の拡散微粒子を体積率９％で分散含有させた厚さ１ｍｍの片面反射防止処理を施した拡散板５を形成し、拡散板５の未反射防止処理面と、レンチキュラシート４の遮光層パターン８の突起部１０の平坦面との間と開口部１２に屈折率１．４の透明接着剤を充填し、レンチキュラシート４を拡散板５に接着固定し、光拡散シート３を作成した。なお、拡散板５の中の拡散微粒子は、垂直シリンドリカルレンズ９が無い場合に、垂直方向の輝度半値角度αＶが±８°になるように調整してある。ここで、実施例１との違いは、垂直シリンドリカルレンズ９と拡散板５の平坦面との間が空気でなく、屈折率１．４の透明樹脂で充填されているところにある。

レンチキュラシート４の水平シリンドリカルレンズ７の曲率半径Ｒを７８μｍ、そのピッチＰｈを１５０μｍ、開口部１２の幅を５０μｍ、遮光層パターン８の突起部１０の幅を１００μｍ、突起部１０の高さを２０μｍとした。

垂直シリンドリカルレンズ９は、ピッチＰｖを１５μｍに固定し、曲率半径ｒを変えた３種類のサンプルを作成し、光拡散シート３の透過率、視野角の測定を行った。図１０に３種のサンプルの形状及び測定結果を示す。全反射角度は、レンズの屈折率１．５５と樹脂材料の屈折率１．４の値から理論式で求めた６５°を使用した（参考に図１０中のｃ２の欄に記載）。最大入射角度θｒが全反射角度以上のサンプル２種をｂ１（θｒ＝９０°）とｂ２（θｒ＝７０°）の記号で、θｒが全反射角度以下のサンプル１種をｂ３（θｒ＝５６°）の記号で示す。

水平方向の輝度半値角度αＨは、全サンプル（ｂ１，ｂ２，ｂ３）において、全て±３０°近辺の値を示した。これは、水平シリンドリカルレンズ７の寸法形状が全サンプル同じにしてあるからである。

垂直シリンドリカルレンズ９の最大入射角度θｒが全反射角度６５°を超えるサンプルｂ１，ｂ２と、全反射角度６５°を下回るサンプルｂ３の垂直視野角αＶと透過率の関係は、実施例１と同じ傾向を示す。

実施例２も、実施例１と同様に、垂直シリンドリカルレンズ９の全反射角度を少し下回る曲率半径で最も広い垂直視野角と、高い透過率の光学性能をえることができる。ここでは、曲率半径ｒ＝１３μｍのサンプルｂ３で垂直視野角αＶ１４°、透過率９０％が得られた。

実施例２は、実施例１にくらべ、垂直視野角は低下するが、透過率は大きく上昇する。これは、垂直シリンドリカルレンズ９と拡散板５との間に屈折率１．４の樹脂液体を充填硬化したことに起因している。垂直視野角の低下はレンズ材料の屈折率と充填樹脂材料との屈折率差が近づき、レンズ面での屈折角度が小さくなったことが原因である。一方、透過率の上昇は、充填材が空気のときに比べ、拡散板５との屈折率差が小さくなり、拡散光が拡散板５に入射するときの面反射率が小さくなったためである。

すなわち、垂直視野角を重視する場合は、開口部１２に空気層を設け、透過率を重視する場合は、開口部１２に樹脂材料を設けるなど、要望する仕様に応じて適宜選択することができる。

本実施例では、遮光層パターン８の突起部１０をシリンドリカルレンズと同一の透明樹脂材料で一体成形したが、この限りで無く、例えば、垂直シリンドリカルレンズ９をレンチキュラシート４の画像光出射面側の全面に形成した後、垂直シリンドリカルレンズ面に黒色材料で遮光体パターン８を印刷及び成形する工法でも良い。また、同様に垂直シリンドリカルレンズ９をレンチキュラシート４の画像光出射面側の全面に形成した後、紫外線硬化粘着材を全に貼り付け、その紫外線硬化粘着材に開口部１２となる箇所を露光し、粘着性が残っている非露光面にカーボンシートを転写するなどの工法も適用可能である。

また、実施例では、水平シリンドリカルレンズ７及び垂直シリンドリカルレンズ９のレンズ形状を円弧としたが、要求特性に応じてレンズ面を楕円曲面などの非球面とした場合も、同様に本発明が適用される。

本発明にかかる透過型スクリーン用の拡散シートは、ストライブ上の遮光層パターンに挟まれた開口部に垂直シリンドリカルレンズを形成することで、高垂直視野角と高透過率を両立する光学特性を備え、背面投射型ディスプレイ等として有用である

本発明の第１の実施例における光拡散シートの構成を示す斜視図 本発明の第１の実施例における光拡散シートのレンチキュラシートの構成を示す斜視図 本発明の第１の実施例における光拡散シートの水平方向断面図 本発明の第１の実施例におけるレンチキュラレンズの水平方向断面と動作を示す図 本発明の第１の実施例における光拡散シートの垂直方向断面図 本発明の第１の実施例における光拡散シートのレンチキュラレンズの垂直方向断面と垂直拡散動作を説明するための図 本発明の第１の実施例における光拡散シートの垂直シリンドリカルレンズの金型を説明する図 本発明の第１の実施例における光拡散シートの遮光層パターンの金型を説明する図 本発明の第１の実施例における光拡散シートの垂直シリンドリカルレンズの形状と光学評価結果を示す図 本発明の第２の実施例における光拡散シートの垂直シリンドリカルレンズの形状と光学評価結果を示す図 背面投射型ディスプレイの構造図 第１の従来例の光拡散シートの構成を示す断面図 第２の従来例の光拡散シートの構成を示す斜視図 第３の従来例の光拡散シートの構成を示す斜視図

符号の説明

１ 透過型スクリーン
２ フレネルレンズシート
３ 光拡散シート
４ レンチキュラシート
５ 拡散板
６ 表面処理層
７ 水平シリンドリカルレンズ
８ 遮光層
９ 垂直シリンドリカルレンズ
１０ 突起部
１１ 遮光層（遮光材料塗布部）
１２ 開口部
１３ 垂直シリンドリカルレンズ部金型加工面
１４ 遮光層パターン突起部金型加工面
１５ 背面投射型ディスプレイ
１６ 光学エンジン
１７ 投射レンズ
１８ ミラー
１９ 画像光
２０ キャビネット
２１ 水平レンチキュラシート
２２ 粘着層
２３ 垂直レンチキュラシート

Claims (8)

1. 略平行光を垂直方向及び水平方向に拡散するレンチキュラシートと、
   前記レンチキュラシートで拡散された画像光を光出射面側に拡散する拡散板と、を備え、
   前記レンチキュラシートは、画像光入射面側に垂直方向を長手方向とする水平シリカドルレンズと、画像光出射面側に垂直方向を長手方向とするストライプ状の遮光層と水平方向を長手方向とする垂直シリンドリカルレンズと、を有し、
   前記垂直シリンドリカルレンズは、前記水平シリカドルレンズの光透過部となるストライプ状の前記遮光層間の開口部に形成されることを特徴とする透過型スクリーン用の拡散シート。
2. 前記レンチキュラシートは、水平シリカドルレンズと遮光層と垂直シリンドリカルレンズとが一体的に形成され、画像光入射面側に水平シリカドルレンズ、画像光出射面側に遮光層と垂直シリンドリカルレンズが配置されることを特徴とする請求項１に記載の透過型スクリーン用の光拡散シート。
3. ストライプ状の前記遮光層面が前記垂直シリカドルレンズ面より突起していることを特徴とする請求項１に記載の透過型スクリーン用の拡散シート。
4. 前記垂直シリンドリカルレンズが、前記遮光層の開口部に形成され、前記水平シリンドリカルレンズの焦点が前記開口部に位置されていることを特徴とする請求項３に記載の透過型スクリーン用の光拡散シート。
5. 前記遮光層面のストライプ状突起面と前記拡散板面とが密着又は接着され、前記垂直シリンドリカルレンズと前記拡散板面との間が空気層であることを特徴とする請求項３に記載の透過型スクリーン用の光拡散シート。
6. 前記垂直シリンドリカルレンズと前記拡散板の平坦面との間が前記レンチキュラシート材料の屈折率より低い屈折率を有する樹脂材料で充填されることを特徴とする請求項３に記載の透過型スクリーン用の光拡散シート。
7. 前記垂直シリンドリカルレンズの曲率が、画像平行光が前記垂直シリンドリカルレンズへ入射するときの最大入射角度が全反射角度以下に設定されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の透過型スクリーン用の光拡散シート。
8. 光拡散シートを有する透過型スクリーンであって、前記光拡散シートとして、請求項２又は請求項３のいずれかに記載の光拡散シートを用いることを特徴とする透過型スクリーン。

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