JP2008032846A - 光学シート、透過型スクリーンおよび背面投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ゲインの低下や解像度の低下を抑制しつつ映像光を効率的に拡散させ、これにより、効率的に映像のギラツキを防止し得る光学シートを提供する。
【解決手段】光学シート２９は、第１光拡散層３０と、第１光拡散層の出光側に設けられた第２光拡散層３５と、を備えている。第１光拡散層は、第１基材３１と、第１基材内に混入された複数の第１光拡散剤と、を有する。第２光拡散層は、第２基材３６と、第２基材内に混入された複数の第２光拡散剤と、を有する。第１光拡散剤の屈折率は第１基材の屈折率よりも小さい。
【選択図】図５

Description

本発明は、透過型スクリーンに用いられる光拡散機能を有した光学シートに係り、とりわけ、入射光を効率的に拡散させ、これにより、シンチレーションの発生等を効率的に抑制することができる光学シートに関する。

また、本発明は、このような光学シートを含んだ透過型スクリーンおよび背面投射型表示装置に関する。

従来、レンチキュラーレンズシートやフレネルレンズシート等の光学シートを備えた透過型スクリーンが知られている。このような透過型スクリーンには、例えばＣＲＴ等の光源から映像光が投射されていた。

近年においては、光源として、ＣＲＴの代わりに液晶プロジェクタやライトバルブ等の投射瞳の小さい投影管が用いられるようになってきている。しかしながら、従来の光学シートを用いた透過型スクリーンを、このような投射瞳の小さい投影管と組み合わせた場合、シンチレーションまたはスペックルと呼ばれる映像のギラツキがスクリーン上に現れてしまうという問題がある。

このような問題を解決するためには、映像光を指向性なく拡散させることが有効であるとされている。このため、光学シートの表面に凹凸を形成したり、光学シート内に光拡散剤（拡散性粒子）を分散させたりして、効果的にこれらの不具合を解消することが研究されてきた（例えば、特許文献１）。
特許第３６０６８６２号

しかしながら、光学シートに無指向性の光拡散機能を付与した場合、ゲインの低下や解像度の低下といった別の不具合を引き起こしてしまう。

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、ゲインの低下や解像度の低下を抑制しつつ映像光を効率的に拡散させ、これにより、効率的に映像のギラツキを防止し得る光学シート、透過型スクリーンおよび背面投射型表示装置を提供することを目的とする。

図１に示すように、単位拡散要素ａに入射する光束ＬＦが、当該単位拡散要素によって一旦集光され、その後に拡散させられる場合がある（図１における実線）。なお、ここで単位拡散要素ａとは、個々の光拡散剤（拡散性粒子）や、マット面を形成する個々の凹凸（単位レンズ形状部）等であり、図示する例では光拡散剤としている。このような場合において、集光点近傍（図１の位置Ｂ）に次の単位拡散要素（図示する例において光拡散剤）ｂが配置されているとすると、入光側の単位拡散要素ａを透過した光束ＬＦａは、出光側の単位拡散要素ｂの表面の一部分のみに入射する。この場合、光束ＬＦａは、出光側の単位拡散要素ｂによって広い範囲に拡散されることがないだけでなく、一旦集光することによってシンチレーションとして視認され得る。また、出光側の単位拡散要素ｂは、光束ＬＦａを拡散させることに大きく寄与することができない一方で、ゲインの低下や解像度の低下を引き起こす原因となる。

すなわち、出光側の単位拡散要素ｂは、入光側の単位拡散要素ａへ入射した光束ＬＦがその後に通過する領域Ｓａ内に入り込むように、例えば図１の位置Ｃや位置Ｄに配置されていることが好ましい。つまり、単位拡散要素間の距離を調整する必要がある。

一方、単位拡散要素ａに入射した光束ＬＦが、集光することなく、拡散する場合もある（図１における二点鎖線）。このような場合には、単位拡散要素間の距離を調整することなく、例えば図１の位置Ａや位置Ｂに配置された出光側の単位拡散要素ｂをも、入光側の単位拡散要素ａへ入射した光束ＬＦｂがその後に通過する領域Ｓｂ内に入り込ませることができる。この結果、出光側の単位拡散要素ｂの全表面を透過光の拡散に寄与させることが可能となる。すなわち、映像光を効率的に広い範囲に拡散させることができるため、不必要にゲインを低下させたり、不必要に解像度を低下させたりすることなく、映像のギラツキを効率的に防止することができる。そして、本件発明は、このような知見に基づいてなされたものである。

本発明による第１の光学シートは、透過型スクリーン用の光学シートであって、第１基材と、前記第１基材内に分散された複数の第１光拡散剤と、を有する第１光拡散層と、第１基材よりも出光側に配置された第２基材と、前記第２基材内に分散された複数の第２光拡散剤と、を有する第２光拡散層と、を備え、前記第１光拡散剤の屈折率は前記第１基材の屈折率よりも小さいことを特徴とする。

また、本発明による第１の光学シートにおいて、前記第１基材の屈折率および前記第１光拡散剤の屈折率のうちの大きい方の屈折率の値を前記第１基材の屈折率および前記第１光拡散剤の屈折率のうちの小さい方の屈折率の値で割って得られた値と、前記第２基材の屈折率および前記第２光拡散剤の屈折率のうちの大きい方の屈折率の値を前記第２基材の屈折率および前記第２光拡散剤の屈折率のうちの小さい方の屈折率の値で割って得られた値と、は異なるようにしてもよい。

さらに、本発明による第１の光学シートにおいて、前記第１基材の屈折率および前記第１光拡散剤の屈折率のうちの大きい方の屈折率の値を前記第１基材の屈折率および前記第１光拡散剤の屈折率のうちの小さい方の屈折率の値で割って得られた値は、前記第２基材の屈折率および前記第２光拡散剤の屈折率のうちの大きい方の屈折率の値を前記第２基材の屈折率および前記第２光拡散剤の屈折率のうちの小さい方の屈折率の値で割って得られた値よりも、大きくなっていてもよい。

さらに、本発明による第１の光学シートにおいて、前記第１光拡散剤の平均粒径は前記第２光拡散剤の平均粒径よりも大きくなっていてもよい。

さらに、本発明による第１の光学シートにおいて、前記第２光拡散剤の屈折率は前記第２基材の屈折率よりも小さくなっていてもよい。

さらに、本発明による第１の光学シートにおいて、前記第１基材と前記第２基材とは隣接して配置され、前記第１基材の屈折率と前記第２基材の屈折率とが異なるようにしてもよい。この場合、前記第２基材の屈折率は前記第１基材の屈折率よりも小さくなっていてもよい。

さらに、本発明による第１の光学シートが、前記第１光拡散層と前記第２光拡散層との間に配置された中間層をさらに備えるようにしてもよい。

さらに、本発明による第１の光学シートにおいて、前記第１基材と前記第２基材とは同一材料により一体に形成されていてもよい。この場合、本発明による第１の光学シートが、前記第１光拡散層と前記第２光拡散層との間に配置された中間層をさらに備え、中間層の基材は、前記第１基材および前記第２基材の少なくとも一方と、同一材料により一体に形成されていてもよい。

本発明による第２の光学シートは、透過型スクリーン用の光学シートであって、基材と、前記基材内に分散された複数の光拡散剤と、を有する光拡散層を備え、前記光拡散剤の屈折率は前記基材の屈折率よりも小さいことを特徴とする。

本発明による透過型スクリーンは、上述したいずれかの光学シートを備えることを特徴とする。

本発明による背面投射型表示装置は、上述したいずれかの透過型スクリーンを備えることを特徴とする。

本発明によれば、光学シート内に設けられた光拡散層により、映像光を効率的に拡散させることができる。したがって、不必要なゲインの低下や解像度の低下を抑制しながら、効率的に映像のギラツキ等の不具合を抑制することができる。

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２乃至図１６は本発明による光学シート、透過型スクリーン並びに背面投射型表示装置の実施の形態を説明するための図である。

このうち、図２および図３には、本発明による光学シートおよび透過型スクリーンが適用され得る背面投射型表示装置が示されている。また、図４乃至図１４には、本発明による光学シートおよび透過型スクリーンの第１の実施の形態およびその変形例が示されている。

＜第１の実施の形態＞
まず、図２乃至図１４を参照して、本発明による光学シート、透過型スクリーン並びに背面投射型表示装置の実施の形態について説明する。

図２および図３に示すように、背面投射型映像表示装置１０は、例えばＬＣＤやＤＭＤ等のマイクロデバイス（ＭＤ）からなる光源１２と、光源１２から投射された映像光を背面から透過させて映像を結像させる透過型スクリーン２０と、を備えている。本実施の形態において、図２に示すように、光源１２からの映像光は、いったんミラー１４により反射されて透過型スクリーン２０に投射され、透過型スクリーン２０を透過するようになっている。ただし、このような例に限定されず、ミラーを介さず、光源１２から透過型スクリーン２０に映像光が直接投射されるようにしてもよい。

図４および図５に示すように本実施の形態における透過型スクリーン２０は、第１乃至第３の光学シート２１，２５，２９を備えている。最入光側（最光源側）に設けられた第１光学シート２１は、光源１２から拡大投射される映像光を透過型スクリーン２０（各光学シート２１，２５，２９）のシート面に直交する方向に偏向させるための光偏向層２２を有している。第１光学シート２１の出光側に配置される第２光学シート２５は、入射する映像光を一方向（例えば、使用される状態における水平方向）に拡散させて視野角を広げるための視野角拡大層（有指向性光拡散層）２６を有している。そして、第２光学シート２５の出光側に第３光学シート２９が設けられている。

なお、図示する例において、光偏向層２２は、入射光を屈折させて偏向させるフレネンルレンズ部として形成されているが、これに限られない。同様の機能を有する公知の光偏向層、例えば入射光を全反射させて偏向させる全反射型フレネルレンズ部として形成された光偏向層を用いることができる。また、図示する例において、視野角拡大層２６は、入射光を主に屈折させて拡散させるレンチキュラーレンズ部として形成されているが、これに限られない。同様の機能を有する公知の視野角拡大層、例えば入射光を主に全反射させて拡散させる全反射型レンチキュラーレンズ部として形成された視野角拡大層を用いることができる。また、光偏向層２２および視野角拡大層２６は必須ではなく、省くことも可能である。さらに、第１光学シート２１、第２光学シート２５および第３光学シートの少なくとも二つ以上が一体化されていてもよい。

次に、第３光学シート２９について詳述する。

図５および図６に示すように、本実施の形態における第３光学シート２９は、第１基材３１と第１基材３１内に分散された複数の第１光拡散剤（拡散性粒子）３３とを有する第１光拡散層３０と、第１基材３１よりも出光側に配置された第２基材３６と第２基材３６内に分散された複数の第２光拡散剤（拡散性粒子）３８とを有する第２光拡散層３５と、を備えている。第１光拡散層３０の第１光拡散剤３３あるいは第２光拡散層３５の第２光拡散剤３８に入射した光は、各基材３１，３６と当該各基材３１，３６にそれぞれ含有された光拡散剤３３，３８との界面で屈折して進行方向を変える。これにより、第３光学シート２９を透過する光は、二次元的に指向性無く拡散させられるようになる。なお、第１光拡散剤３３および第２光拡散剤３８は、いずれも、略球形状を有している。

図５に示すように、本実施の形態において、第１光拡散層３０（第１基材３１）と、第２光拡散層３５（第２基材３６）と、は隣接して配置されている。また、本実施の形態において、第１光拡散層３０は第３光学シート２９の最入光側に配置されており、第１基材３１の入光側面は第３光学シート２９の入光側面をなしている。一方、第２光拡散層３５は第３光学シート２９の最出光側に配置されており、第２基材３６の出光側面は第３光学シート２９の出光側面および透過型スクリーン１０の出光側面をなしている。

第１光拡散剤３３および第２光拡散剤３８としては、有機ビーズ、無機ビーズあるいは硝子ビーズ等の公知の光拡散剤を用いることができる。また、第１基材３１および第２基材３６の材料として、例えば、アクリル、アクリル／スチレン共重合、スチレン、ポリカーボネイト、アクリロニトリル／スチレン共重合等の樹脂を用いることができる。

ただし、第１光拡散剤３３の屈折率ｎｃ１は第１基材３１の屈折率ｎａよりも小さくなっている。この場合、図６に示すように、第１光拡散剤３３に入光した光束ＬＦは、集光することなく、広い範囲に広がるようになる。このため、一つの第１光拡散剤３３に入射した光束ＬＦがその後に通過する領域Ｓ内に、第２光拡散剤３８が入り込みやすくなっている。上述したように、一つの第１光拡散剤３３に入射した光束ＬＦがその後に通過する領域Ｓ内に、第２光拡散剤３８が入り込んでいると、当該第２光拡散剤３８の光拡散機能を効果的に発揮させることができる。この結果、第１光拡散剤３３によって拡散させられる光を、第２光拡散剤３８によって効率的にさらに拡散させることができる。

一方、第２光拡散剤３８の屈折率ｎｃ２は、第２基材３６の屈折率ｎｂよりも小さくなっていてもよいし、第２基材３６の屈折率ｎｂよりも大きくなっていてもよい。第２光拡散剤３８の屈折率ｎｃ２が第２基材３６の屈折率ｎｂよりも小さくなっている場合、図７に示すように、第２光拡散層３５の第２光拡散剤３８に入射する光束は、集光することなく、広い範囲に広がるようになる。一方、第２光拡散剤３８の屈折率ｎｃ２が第２基材３６の屈折率ｎｂよりも大きくなっている場合、図８に示すように、第２光拡散層３５の第２光拡散剤３８に入射する光束は、いったん集光し、その後、広い範囲に広がるようになる。したがって、複数の微小な単位拡散層要素を含むさらなる光拡散層が、第２光拡散層３５の出光側に設けられるような場合には、当該さらなる光拡散層の光拡散機能を効果的に発揮させるため、第２光拡散層３５中の一つの第２光拡散剤３８に入射した光束がその後に通過する領域Ｓ内に一つの単位拡散層要素が入り込むよう、第２光拡散剤３８の屈折率ｎｃ２が、第２基材３１の屈折率ｎｂよりも小さくなっていることが好ましい。

なお、今日において、光拡散剤の屈折率の値を特定するための方法として、種々の公知な方法がある。精度良く光拡散剤の屈折率の値を特定する代表的な方法として、ベッケ線法が挙げられる。また、基材中に分散された光拡散剤については、基材中から光拡散剤を取り出し、当該取り出した光拡散剤に対してベッケ線法を適用し、屈折率の値を特定することができる。

ところで、第１光拡散層３０の第１基材３１の屈折率ｎａおよび第１光拡散剤３３の屈折率ｎｃ１のうちの大きい方の屈折率の値を第１基材３１の屈折率ｎａおよび第１光拡散剤３３の屈折率ｎｃ１のうちの小さい方の屈折率の値で割ることによって得られる値と、第２光拡散層３５の第２基材３６の屈折率ｎｂおよび第２光拡散剤３８の屈折率ｎｃ２のうちの大きい方の屈折率の値を第２基材３６の屈折率ｎｂおよび第２光拡散剤３８の屈折率ｎｃ２のうちの小さい方の屈折率の値で割ることによって得られる値と、が相違していることが好ましい。そして、第１光拡散層３０の第１基材３１の屈折率ｎａおよび第１光拡散剤３３の屈折率ｎｃ１のうちの大きい方の屈折率の値を第１基材３１の屈折率ｎａおよび第１光拡散剤３３の屈折率ｎｃ１のうちの小さい方の屈折率の値で割ることによって得られる値が、第２光拡散層３５の第２基材３６の屈折率ｎｂおよび第２光拡散剤３８の屈折率ｎｃ２のうちの大きい方の屈折率の値を第２基材３６の屈折率ｎｂおよび第２光拡散剤３８の屈折率ｎｃ２のうちの小さい方の屈折率の値で割ることによって得られる値よりも大きいことがさらに好ましい。これらの知見は、本件発明者による以下の実験結果に基づくものである。

本件発明者は、まず、第１の実験として、基材の屈折率ｎと光拡散剤の屈折率ｎｃとの関係に基づく拡散度合いについて検討した。屈折率ｎを有した基材中に含まれた屈折率ｎｃを有する光拡散剤へ、均一な輝度分布を有する光束が入射した場合の、光束のその後の光路についてシミュレーションした。シミュレーションは、基材の屈折率ｎおよび光拡散剤の屈折率ｎｃを種々変更して、行った。なお、シミュレーションにおいて採用した基材の屈折率ｎおよび光拡散剤の屈折率ｎｃは、市販されている透過型スクリーン用の材料として今日において現実的に用いられ得る材料の屈折率の値の範囲内とした。具体的には、基材の屈折率ｎおよび光拡散剤の屈折率ｎｃは、共に、１．４５以上１．６０以下とした。

シミュレーション結果に基づき、各光拡散剤から出射される出射光の輝度を種々の測定角度から調査するとともに、半値角を検討した。ここで測定角度とは、測定方向と、光拡散剤への光束の入射方向と、がなす角度のことである。また、半値角とは、ピーク輝度の半分の輝度を有するようになる測定角度のことである。

図９に、各光拡散剤および基材の屈折率比と半値角との関係を、グラフとして示す。図９に示すグラフにおいて、各光拡散剤および基材の屈折率比を横軸に取り、測定された半値角を縦軸に取っている。また、図中の○印は、基材の屈折率ｎが光拡散剤の屈折率ｎｃよりも大きい場合、すなわち、光拡散剤に入射した光束が集光させられることなく広い範囲に拡散させられる場合の結果である。一方、図中の×印は、基材の屈折率ｎが光拡散剤の屈折率ｎｃよりも小さい場合、すなわち、光拡散剤に入射した光束がいったん集光した後に広い範囲に拡散させられる場合の結果である。

なお、「光拡散剤および基材の屈折率比」とは、基材の屈折率ｎおよび光拡散剤の屈折率ｎｃのうちの大きい方の屈折率の値を基材の屈折率ｎおよび光拡散剤の屈折率ｎｃのうちの小さい方の屈折率の値で割って得られた値としている。したがって、○印については、光拡散剤および基材の屈折率比」とは、基材の屈折率ｎを光拡散剤の屈折率ｎｃで割った値となる。一方、×印については、「光拡散剤および基材の屈折率比」とは、光拡散剤の屈折率ｎを基材の屈折率ｎｃで割った値となる。

既知のように、スネルの法則から、界面への入射角度θ１と界面からの出射角度θ２との間には、以下の式（１）の関係が成り立つ。ここで、式（１）中のｎ１は、界面の入光側領域をなす材料が有する屈折率の値であり、式（１）中のｎ２は、界面の出光側領域をなす材料が有する屈折率の値である。
ｎ１×ｓｉｎθ１＝ｎ２×ｓｉｎθ２ ・・・式（１）
式（１）を変形した式（２）から理解されるように、入射角度が同一である場合、出射角度は、界面の入光側領域をなす材料が有する屈折率ｎ１の、界面の出光側領域をなす材料が有する屈折率ｎ２に対する比が大きくなるにつれて、大きくなっていく。
θ２＝ｓｉｎ^-1（（ｎ１／ｎ２）×ｓｉｎθ１） ・・・式（２）

したがって、光拡散剤の屈折率ｎｃが基材の屈折率ｎよりも大きい場合、および、光拡散剤の屈折率ｎｃが基材の屈折率ｎよりも小さい場合のいずれの場合においても、光拡散剤および基材の屈折率比が大きくなるにつれて（基材の屈折率ｎに対する光拡散剤ｎｃの屈折率の比が１から離れるにつれて）、光拡散剤からの出射光がより広い範囲に拡散させられるようになった。また、図９に示す実験結果とも合致するように、光拡散剤の屈折率ｎｃが基材の屈折率ｎよりも大きい場合（図９における集光有）、および、光拡散剤の屈折率ｎｃが基材の屈折率ｎよりも小さい場合（図９における集光無）のいずれの場合においても、光拡散剤および基材の屈折率比が大きくなるにつれて、半値角がより大きくなる。すなわち、光拡散剤の屈折率ｎｃが基材の屈折率ｎよりも大きい場合、および、光拡散剤の屈折率ｎｃが基材の屈折率ｎよりも小さい場合のいずれの場合においても、入射光束ＬＦが拡散される度合いは、光拡散剤および基材の屈折率比が大きいほど、大きくなっていく。

また、ここで注目すべきは、図９に示すように、基材の屈折率ｎおよび光拡散剤の屈折率ｎｃが市販されている透過型スクリーン用の材料として今日において現実的に用いられ得る材料の屈折率の値の範囲内にある場合、より具体的には、基材の屈折率ｎおよび光拡散剤の屈折率ｎｃが共に１．４５以上１．６０以下の範囲内となっている場合、言い換えると、光拡散剤および基材の屈折率比が１以上１．１０（＝１．６０／１．４５）以下の範囲内となっている場合、光拡散剤の屈折率ｎｃおよび基材の屈折率ｎのいずれが大きいかに関わらず、基材中に含まれた光拡散剤の拡散度合いは、光拡散剤および基材の屈折率比が大きいほど、大きくなる。すなわち、いったん集光させて拡散させる場合（図１の実線）か、集光させることなく拡散させる場合（図１の二点鎖線）か、を区別することなく、基材中に含まれた光拡散剤の拡散度合いの大小を、光拡散剤および基材の屈折率比によって評価することができる。

次に、本件発明者は、第２の実験として、基材の屈折率ｎと当該基材中に含まれる光拡散剤の屈折率ｎｃとの屈折率比がそれぞれ異なる複数の光学シートを作製した。そして、各光学シートについて、実際に光を投射して種々の測定角度から輝度を測定した。ここで測定角度とは、測定方向と光学シートのシート面への垂線とがなす角度のことである。なお、光学シートの厚さは、各光学シート間で略同一にした。また、光学シートにおける光拡散剤の平均粒径は、各光学シート間で略同一にした。さらに、光学シートにおける光拡散剤の量は、各光学シート間で略同一にした。

ここで、実験用の光学シートに用いられた材料は、市販されている透過型スクリーン用の材料として今日において現実的に用いられ得る材料を採用している。具体手には、基材の屈折率ｎおよび光拡散剤の屈折率ｎｃは、共に、１．４５以上１．６０以下であった。

実験結果を測定角度に対する輝度分布として図１０に示す。図１０において、点線は、光学シートにおける光拡散剤および基材の屈折率比ｙ＝１．１０である場合の輝度分布を示している。このような光拡散剤および基材の屈折率比ｙは、実際に透過型スクリーンにおいて用いられ得る光学シートにおいて最も大きい典型的な値である。また、図１０において、一点鎖線は、光学シートにおける光拡散剤および基材の屈折率比ｙ＝１．０１である場合の輝度分布を示している。このような光拡散剤および基材の屈折率比ｙは、実際に透過型スクリーンにおいて用いられ得る光学シートにおいて小さい範囲に属する典型的な値である。

図１０に一点鎖線で示すように、光拡散剤および基材の屈折率比ｙが小さい場合の輝度分布ＣＬ２は、光拡散剤および基材の屈折率比ｙが大きい場合の輝度分布ＣＬ１よりも変化がなだらかである点において好ましい。しかしながら、光拡散剤および基材の屈折率比ｙが小さい場合の輝度分布ＣＬ２は、測定角度が大きくなると、つまり斜めから光学シートを見ると、輝度が低くなるという不都合がある。

一方、図１０に点線で示すように、光拡散剤および基材の屈折率比ｙが大きい場合の輝度分布ＣＬ１においては、光拡散剤および基材の屈折率比ｙが小さい場合の輝度分布ＣＬ２に比べ、大きな測定角度における輝度が高く維持される点において好ましい。しかしながら、ピーク輝度、つまり光学シートのシート面への垂線に沿った方向から測定した輝度が突出し過ぎている。また、ピーク輝度を有するようになる測定角度の周辺において、わずかな測定角度の変化で輝度が大幅に変化してしまうという不都合があり、いわゆるホットスポット現象を生じ得る。

また、図１０の実線は、含有される光拡散剤の重量比をそのままにしながら、輝度分布ＣＬ１を呈する光学シートの厚さを半分にして得られたシートと、含有される光拡散剤の重量比をそのままにしながら、輝度分布ＣＬ２を呈する光学シートの厚さを半分にして得られたシートと、を積層した光学シートの輝度分布ＣＬ３を示している。したがって、この光学シートの厚みは、輝度分布ＣＬ１を呈する光学シートおよび輝度分布ＣＬ２を呈する光学シートの厚みと略同一となっている。また、この光学シートに含まれた光拡散剤の平均粒径は、輝度分布ＣＬ１を呈する光学シートおよび輝度分布ＣＬ２を呈する光学シートに含まれた光拡散剤の平均粒径と略同一となっている。さらに、この光学シートに含まれた光拡散剤の総量は、輝度分布ＣＬ１を呈する光学シートおよび輝度分布ＣＬ２を呈する光学シートに含まれた光拡散剤の量と略同一となっている。

図１０に実線で示すように、グラフ上において、輝度分布ＣＬ３は、輝度分布ＣＬ１と輝度分布ＣＬ２との間に位置している。具体的には、輝度分布ＣＬ３はなだらかに変化している。また、輝度分布ＣＬ３においては、大きな測定角度での輝度が比較的に高く維持されている。したがって、光学シート内に、光拡散剤および基材の屈折率比が大きい層と、光拡散剤および基材の屈折率比小さい層と、を設けることにより、理想的な輝度分布を実現することができる。

すなわち、本実施の形態に当てはめると、第１光拡散層３０の第１基材３１の屈折率ｎａおよび第１光拡散剤３３の屈折率ｎｃ１のうちの大きい方の屈折率の値を第１基材３１の屈折率ｎａおよび第１光拡散剤３３の屈折率ｎｃ１のうちの小さい方の屈折率の値で割って得られた値（第１光拡散層３０における第１光拡散剤３３および第１基材３１の屈折率比）ｙ１と、第２光拡散層３５の第２基材３６の屈折率ｎｂおよび第２光拡散剤３８の屈折率ｎｃ２のうちの大きい方の屈折率の値を第２基材３６の屈折率ｎｂおよび第２光拡散剤３８の屈折率ｎｃ２のうちの小さい方の屈折率の値で割って得られた値（第２光拡散層３５における第２光拡散剤３８および第２基材３６の屈折率比）ｙ２と、が相違していることが好ましい。

また、第１の実験結果を考慮すると、光拡散剤および基材の屈折率比が大きい場合には、光拡散剤および基材の屈折率比が小さい場合に比べ、当該光拡散剤に入射した光束ＬＦを広い範囲に拡散させることができる。本実施の形態に当てはめると、第１光拡散層３０の第１基材３１の屈折率ｎａおよび第１光拡散剤３３の屈折率ｎｃ１のうちの大きい方の屈折率の値を第１基材３１の屈折率ｎａおよび第１光拡散剤３３の屈折率ｎｃ１のうちの小さい方の屈折率の値で割って得られた値（第１光拡散層３０における第１光拡散剤３３および第１基材３１の屈折率比）ｙ１が大きければ、第１光拡散剤３３に入射した光束ＬＦのその後の通過範囲を広い範囲に広げることができる。したがって、一つの第１光拡散剤３３に入射した光束ＬＦがその後に通過する領域Ｓ内に、第２光拡散剤３８を入り込ませやすくすることができる。この結果、第１光拡散剤３３によって拡散させられる光を、第２光拡散剤３８によって効率的にさらに拡散させることができる。

以上のことから、第１光拡散層３０の第１基材３１の屈折率ｎａおよび第１光拡散剤３３の屈折率ｎｃ１のうちの大きい方の屈折率の値を第１基材３１の屈折率ｎａおよび第１光拡散剤３３の屈折率ｎｃ１のうちの小さい方の屈折率の値で割って得られた値（第１光拡散層３０における第１光拡散剤３３および第１基材３１の屈折率比）ｙ１と、第２光拡散層３５の第２基材３６の屈折率ｎｂおよび第２光拡散剤３８の屈折率ｎｃ２のうちの大きい方の屈折率の値を第２基材３６の屈折率ｎｂおよび第２光拡散剤３８の屈折率ｎｃ２のうちの小さい方の屈折率の値で割って得られた値（第２光拡散層３５における第２光拡散剤３８および第２基材３６の屈折率比）ｙ２と、が相違していることが好ましい。そして、第１光拡散層３０の第１基材３１の屈折率ｎａおよび第１光拡散剤３３の屈折率ｎｃ１のうちの大きい方の屈折率の値を第１基材３１の屈折率ｎａおよび第１光拡散剤３３の屈折率ｎｃ１のうちの小さい方の屈折率の値で割って得られた値（第１光拡散層３０における第１光拡散剤３３および第１基材３１の屈折率比）ｙ１が、第２光拡散層３５の第２基材３６の屈折率ｎｂおよび第２光拡散剤３８の屈折率ｎｃ２のうちの大きい方の屈折率の値を第２基材３６の屈折率ｎｂおよび第２光拡散剤３８の屈折率ｎｃ２のうちの小さい方の屈折率の値で割って得られた値（第２光拡散層３５における第２光拡散剤３８および第２基材３６の屈折率比）ｙ２よりも大きいことがさらに好ましい。

さらに、第１光拡散層３０の個々の第１光拡散剤３３に入射した光束ＬＦがその後に通過する範囲Ｓ内に、第２光拡散層３５の個々の第２光拡散剤３８が入り込むようにするためには、図６から理解できるように、第２光拡散層３５中の第２光拡散剤３８の平均粒径は小さいことが好ましく、また、第１光拡散層３０中の第１光拡散剤３３の平均粒径は大きいことが好ましい。典型的には、第１光拡散層３０の第１光拡散剤３３の平均粒径が、第２光拡散層３５の第２光拡散剤３８の平均粒径よりも大きいことが好ましい。

なお、光拡散剤の平均粒径は、通常、１μｍ以上１００μｍ以下の範囲内となっている。

今日において、光拡散剤の粒径の平均値（平均粒径）を特定する方法として、種々の公知な方法がある。このうち、高性能かつ容易であることから、レーザ回折散乱法が、光拡散剤の平均粒径を特定する方法として主流となっている。また、三次元電子顕微鏡を用いた場合、基材中に分散された光拡散剤を基材中から取り出すことなく、基材中に含有された状態で光拡散剤の平均粒径を精度良く特定することもできる。

このような第１光拡散層３０および第２光拡散層３５を含む第３光学シート２９は、公知の製造方法、例えば押し出し成形法等により製造することができる。そして、例えば押し出し成形された各層を積層することにより、第３光学シート２９を製造した場合、あるいは、互いに異なる材料を共押し出し成形することにより、第３光学シート２９を製造した場合、第１光拡散層３０の第１基材３１と第２光拡散層３５の第２基材３６との間に界面が形成され得る。このように、第１基材３１と第２基材３６との間に界面が形成される場合には、当該界面を通過する光は、当該界面において屈折する。

ここで、図１１に示すように、第２基材３６の屈折率ｎｂが、第１基材３１の屈折率ｎａよりも小さい場合、第１基材３１と第２基材３６との界面を通過する光束ＬＦは、当該界面で屈折し、より広い範囲を通過するよう拡散させられるようになる。したがって、一つの第１光拡散剤３３に入射した光束ＬＦがその後に通過する領域Ｓ内に、第２光拡散剤３８を入り込みやすくすることができ、第２光拡散層３５の光拡散機能を効果的に発揮させると言う観点において都合がよい。

なお、基材の屈折率は、高性能かつ容易であることから、通常、アッベ屈折計によって特定される。アッベ屈折計としては、例えば、(株)アタゴのＤＲ−Ｍ２を用いることができる。

一方、互いに隣接する第１光拡散層３０の第１基材３１と第２光拡散層３５の第２基材３６とを同一材料から形成する等して、第１光拡散層３０の第１基材３１と第２光拡散層３５の第２基材３６との間に界面が形成されないようにしてもよい。そして、この場合、流動性を有する材料を所望の形状で硬化させることにより、第１光拡散層３０および第２光拡散層３５をそれぞれ形成するキャスト法を用いることができる。

キャスト法を用いる場合には、まず、流動性を有する材料中に、当該材料の比重とは異なる比重を有した第１光拡散剤３３および第２光拡散剤３８を混入し、その後、流動性材料中において第１光拡散剤３３および第２光拡散剤３８を沈降させる。そして、第１光拡散剤３３および第２光拡散剤３８に用いられる材料（とりわけ、比重）および平均粒径を予め適宜選択しておくことにより、第１光拡散剤３３の沈降速度と第２光拡散剤３８の沈降速度との相違に基づき、第１光拡散剤３３と第２光拡散剤３８とが、流動性を有した材料中においてそれぞれ片寄って配置された状態となる。すなわち、後に第１基材３１および第２基材３６をなすようになる材料中において、第１光拡散剤３３と第２光拡散剤３８とが分離して配置された状態となる。ここで、「流動性を有する材料」とは、材料内に混入された第１光拡散剤３３の比重および第２光拡散剤３８の比重と、材料の比重との相違に起因して、混入された第１光拡散剤３３および第２光拡散剤３８が材料内で移動し得る程度の流動性を有した材料を、意味する。

その後、この状態で、第１光拡散層３０の第１基材３１および第２光拡散層３５の第２基材３６をなすようになる材料を硬化させることにより、第１光拡散剤３３が片寄って配置されている部分から第１光拡散層３０が形成され、第２光拡散剤３８が片寄って配置されている部分から第２光拡散層３５が形成され得る。このような方法で得られた第１光拡散層３０と第２光拡散層３５においては、図１２に示すように、第１基材３１と第２基材３６とが同一材料から一体に形成され、第１基材３１と第２基材３６との間に界面（境界）が存在しない。

また同様に、共押し出し成形により、第１基材３１と第２基材３６とが同一材料から一体に形成された第３光学シート２９を容易かつ安価に形成することができる。共押し出し成形法を用いた場合、三層以上の第３光学シート２９を容易かつ安価に製造することができる。

以上のような本実施の形態によれば、第１光拡散層３０で拡散される光を、第１光拡散層３０の出光側に配置された第２光拡散層３５により、効率的に拡散させることができる。すなわち、例えば第１光拡散層３０に第１光拡散剤３３を大量に含有させたり、第２光拡散層３５に第２光拡散剤３８を大量に含有させたりして、第３光学シート２９に含まれる個々の光拡散層３０，３５の光拡散機能を過度に増強することなく、第３光学シート２９全体としての光拡散機能を増強することができる。これにより、過度のゲインの低下や過度のコントラストの低下等、不必要な映像の劣化を回避しながら、シンチレーション等の映像のギラツキを抑制することができる。

なお、上述した実施の形態に関し、本発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、上述した実施の形態において、第３光学シート２９の第１光拡散層３０が第２光拡散層３５に隣接して配置されている例を示したが、これに限られない。図１３に示すように、第３光学シート２９ａの第１光拡散層３０と、第１光拡散層３０の出光側に配置された第２光拡散層３５との間に、別途の中間層４０が設けられていてもよい。この場合、第１光拡散層３０の第１光拡散剤３３に入光した光束は、中間層４０を経て第２光拡散層３５に入射するまでに、第２光拡散剤３８を含み得る非常に広い範囲にまで拡散される。したがって、第２光拡散層３５の光拡散機能を効果的に発揮させることができる。中間層４０を設けたことを除き、図１３に示す透過型スクリーン２０は、図２乃至図１２を用いて説明した実施の形態における透過型スクリーンと同一に構成することができる。また、中間層４０の基材４０ａは、第１光拡散層３０の基材３１や第２光拡散層３５の基材と、同様に構成することができる。

なお、図１３に示す例においては、第１光拡散層３０の第１基材３１と中間層４０の基材４０ａとの間に界面が形成されているとともに、中間層４０の基材４０ａと第２光拡散層３５の基材３６との間に界面が形成されている例を示したが、これに限られない。上述したように、共押し出し成形法や、キャスト法を用いることにより、第１光拡散層３０の第１基材３１と中間層４０の基材４０ａとの間、および、中間層４０の基材４０ａと第２光拡散層３５の基材３６との間、のいずれか一方あるいは双方に界面が形成されないようにしてもよい。

また、上述した実施の形態において、第１光拡散層３０の第１基材３１中に一種類の光拡散剤３３が分散され、第２光拡散層３５の第２基材３６中に一種類の光拡散剤３８が分散されている例を示したが、これに限られない。第１基材３１中に、上述した第１光拡散剤３３とは異なる種類のさらなる光拡散剤、例えば、上述した第１光拡散剤３３の平均粒径とは異なる平均粒径を有した光拡散剤や、上述した第１光拡散剤３３の屈折率とは異なる屈折率を有した光拡散剤が、さらに分散されていてもよい。同様に、第２基材３６中に、上述した第２光拡散剤３８とは異なる種類のさらなる光拡散剤、例えば、上述した第２光拡散剤３８の平均粒径とは異なる平均粒径を有した光拡散剤や、上述した第２光拡散剤３８の屈折率とは異なる屈折率を有した光拡散剤が、さらに分散されていてもよい。ただし、さらなる光拡散剤も、上述した構成、例えば上述した設計方法にしたがっていることが好ましい。また、上述した実施の形態においては、第１光拡散層３０および第２光拡散層３５のみが光拡散剤３３，３８を含有している例を示したが、これに限られない。例えば、第１光拡散層３０と第２光拡散層３５との間に配置された中間層４０が光拡散剤を含有するようにしてもよい。さらに、一つの第１光拡散剤３３および一つの第２光拡散剤３８が一種類の材料からなっている必要はない。例えば、複数種類の材料から構成され、部分的に異なる屈折率を有する光拡散剤（例えば、特開平２−１２０７０２）を用いるようにしてもよい。

さらに、上述した透過型スクリーン２０は第１乃至第３の光学シート２１，２５，２９を有する例を示したが、これに限られない。透過型スクリーン２０は１以上の任意の数の光学シートを備え得る。図１４に示す例において、透過型スクリーン２０は第１光学シート２１および第２光学シート２５ａを備えている。本例における第２光学シート２５ａは、第１光拡散層３０が上述した視野角拡大層２６としても機能するようになっている。このことを除き、図１４に示す透過型スクリーン２０は、図２乃至図１２を用いて説明した実施の形態における透過型スクリーンと同一に構成することができる。

さらに、上述した実施の形態において、第１光拡散層３０および第２光拡散層３５が最出光側の光学シートのみに含まれる例を示したが、これに限られない。第１光拡散層３０および第２光拡散層３５は最出光側に配置される光学シート以外の光学シートに含まれるようにしてもよいし、複数の光学シートに含まれるようにしてもよい。

＜第２の実施の形態＞
次に、主に図１５および図１６を参照し、光学シートおよび透過型スクリーンの第２の実施の形態について説明する。なお、図２乃至図１４を用いて説明した第１の実施の形態およびその変形例と同一部分には同一符号を付し、重複する詳細な説明を省略する。

図１５に示すように、本実施の形態における透過型スクリーン１２０は、第１乃至第３の光学シート２１，２５，１２９を備えている。第１光学シート２１および第２光学シート２５は、上述した第１の実施の形態の対応する構成要素と同一に構成することができる。また、このような透過型スクリーン１２０は、図２および図３に示す背面投射型表示装置１０の構成部材として用いられ得る。

次に、第３光学シート１２９について詳述する。

図１５および図１６に示すように、本実施の形態における第３光学シート１２９は、基材１３１と、基材１３１内に混入された複数の光拡散剤１３３と、を有する光拡散層１３０を備えている。光拡散層１３０の入光側には、光透過性を有した透明層１４１が設けられている。また、光拡散層１３０の出光側には、マット面を形成する表面層１４２が積層されている。

光拡散剤１３３は略球形状を有している。光拡散剤１３３としては、有機ビーズ、無機ビーズあるいは硝子ビーズ等の公知の光拡散剤を用いることができる。また、基材１３１の材料として、例えば、アクリル／スチレン共重合、スチレン、ポリカーボネイト、アクリロニトリル／スチレン共重合等の樹脂を用いることができる。

ただし、光拡散剤１３３の屈折率ｎｃは、基材１３１の屈折率ｎａよりも小さくなっている。したがって、図１６に示すように、光拡散層１３０の光拡散剤１３３に入射した光束ＬＦは、集光することなく、拡散するようになる。本実施の形態においては、光拡散層１３０の出光側に光拡散機能を有した単位レンズ形状部１４２ａが配列されてなるマット面が形成されている。すなわち、光拡散層１３０の個々の光拡散剤１３３に入射した光束ＬＦのその後の通過領域Ｓ内に、表面層１４２の個々の単位レンズ形状部１４２ａが入り込みやすくなっている。したがって、本実施の形態によれば、図１６に二点鎖線で示すように、光拡散剤１３３への入射光束ＬＦがいったん集光される場合に比べ、表面層１４２の光拡散機能をより効果的に発揮することができるようになっている。

なお、上述した第２の実施の形態に関し、本発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。

上述した透過型スクリーン１２０は第１乃至第３の光学シート２１，２５，１２９を有する例を示したが、これに限られない。透過型スクリーン１２０は１以上の任意の数の光学シートを備え得る。また、上述した実施の形態において、光拡散層１３０が最出光側の光学シートのみに含まれる例を示したが、これに限られない。光拡散層１３０は最出光側に配置される光学シート以外の光学シートに含まれるようにしてもよいし、複数の光学シートに含まれるようにしてもよい。

また、上述した第２の実施の形態において、基材１３１中に、一種類の光拡散剤１３３が分散されている例を示したが、これに限られない。基材１３１中に、上述した光拡散剤１３３とは異なる種類のさらなる光拡散剤、例えば、上述した光拡散剤１３３の平均粒径とは異なる平均粒径を有した光拡散剤や、上述した光拡散剤１３３の屈折率とは異なる屈折率を有した光拡散剤が、さらに分散されていてもよい。さらなる光拡散剤は、上述した光拡散剤と同様に構成されてもよいし、異なるように構成されてもよい。ただし、さらなる光拡散剤も、上述した構成、例えば上述した設計方法にしたがっていることが好ましい。また、上述した実施の形態においては、光拡散層１３０のみが光拡散剤１３３を含有している例を示したが、これに限られない。例えば、透明層１４１や表面層１４２が光拡散剤を含有するようにしてもよい。さらに、一つの光拡散剤１３３が一種類の材料からなっている必要はない。例えば、複数種類の材料から構成され、部分的に異なる屈折率を有する光拡散剤（例えば、特開平２−１２０７０２）を用いるようにしてもよい。

図１は、入光側に配置された単位拡散要素と出光側に配置された単位拡散要素との関連について説明するための図である。 図２は、本発明による背面投射型映像表示装置の一実施の形態を示す斜視図である。 図３は、背面投射型表示装置における光学系の概略構成を示す図である。 図４は、本発明による透過型スクリーンの第１の実施の形態を示す斜視図である。 図５は、本発明による透過型スクリーンおよび光学シートの第１の実施の形態を示す図である。 図６は、図５に示された光学シートの一例を示す図である。 図７は、図５に示された光学シートの作用を説明するための図である。 図８は、図５に示された光学シートの他の作用を説明するための図である。 図９は、一つの光拡散剤に光束を透過させた場合における、基材および光拡散剤の屈折率比と、半値角との関係を表したグラフを示す図である。 図１０は、複数の光拡散剤を含む光学シートへ光束を透過させた場合における、基材および光拡散剤の屈折率比と、輝度分布と、の関係を表したグラフを示す図である。 図１１は、図５に示された光学シートの作用を説明するための図である。 図１２は、図５に示された光学シート他の例を示す図である。 図１３は、図５に示された透過型スクリーンおよび光学シートの変形例を示す図である。 図１４は、図５に示された透過型スクリーンおよび光学シートの他の変形例を示す図である。 図１５は、本発明による透過型スクリーンおよび光学シートの第２の実施の形態を示す図である。 図１６は、図１５に示された光学シートの一例を示す図である。

符号の説明

１０ 背面投射型表示装置
２０ 透過型スクリーン
２５ａ 光学シート
２９ 光学シート
２９ａ 光学シート
３０ 第１光拡散層
３１ 第１基材
３３ 第１光拡散剤
３５ 第２光拡散層
３６ 第２基材
３８ 第２光拡散剤
４０ 中間層
４０ａ 基材
１２０ 透過型スクリーン
１２９ 光学シート
１３０ 光拡散層
１３１ 基材
１３３ 光拡散剤

Claims (13)

1. 透過型スクリーン用の光学シートにおいて、
   第１基材と、前記第１基材内に分散された複数の第１光拡散剤と、を有する第１光拡散層と、
   第１基材よりも出光側に配置された第２基材と、前記第２基材内に分散された複数の第２光拡散剤と、を有する第２光拡散層と、を備え、
   前記第１光拡散剤の屈折率は前記第１基材の屈折率よりも小さいことを特徴とする光学シート。
2. 前記第１基材の屈折率および前記第１光拡散剤の屈折率のうちの大きい方の屈折率の値を前記第１基材の屈折率および前記第１光拡散剤の屈折率のうちの小さい方の屈折率の値で割って得られた値と、前記第２基材の屈折率および前記第２光拡散剤の屈折率のうちの大きい方の屈折率の値を前記第２基材の屈折率および前記第２光拡散剤の屈折率のうちの小さい方の屈折率の値で割って得られた値と、は異なることを特徴とする請求項１に記載の光学シート。
3. 前記第１基材の屈折率および前記第１光拡散剤の屈折率のうちの大きい方の屈折率の値を前記第１基材の屈折率および前記第１光拡散剤の屈折率のうちの小さい方の屈折率の値で割って得られた値は、前記第２基材の屈折率および前記第２光拡散剤の屈折率のうちの大きい方の屈折率の値を前記第２基材の屈折率および前記第２光拡散剤の屈折率のうちの小さい方の屈折率の値で割って得られた値よりも、大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の光学シート。
4. 前記第１光拡散剤の平均粒径は前記第２光拡散剤の平均粒径よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学シート。
5. 前記第２光拡散剤の屈折率は前記第２基材の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学シート。
6. 前記第１基材と前記第２基材とは隣接して配置され、前記第１基材の屈折率と前記第２基材の屈折率とは異なることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学シート。
7. 前記第２基材の屈折率は前記第１基材の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載の光学シート。
8. 前記第１光拡散層と前記第２光拡散層との間に配置された中間層をさらに備えたことを特徴とする請求項請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学シート。
9. 前記第１基材と前記第２基材とは同一材料により一体に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学シート。
10. 前記第１光拡散層と前記第２光拡散層との間に配置された中間層をさらに備え、
    中間層の基材は、前記第１基材および前記第２基材の少なくとも一方と、同一材料により一体に形成されていることを特徴とする請求項９のいずれか一項に記載の光学シート。
11. 透過型スクリーン用の光学シートにおいて、
    基材と、前記基材内に分散された複数の光拡散剤と、を有する光拡散層を備え、
    前記光拡散剤の屈折率は前記基材の屈折率よりも小さいことを特徴とする光学シート。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光学シートを備えたことを特徴とする透過型スクリーン。
13. 請求項１２に記載の透過型スクリーンを備えたことを特徴とする背面投射型表示装置。

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