JP2009003061A - レンチキュラーレンズシート - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ＭＤプロジェクションディスプレイに用いられる微細なピッチのレンチキュラーレンズシートにおいて、特に斜め方向から観視した場合の明るさムラを軽減することを課題とする。
【解決手段】 １レンズ式プロジェクションディスプレイに用いられるレンチキュラーレンズシートであって、前記レンチキュラーレンズシートは入射面にレンズを備え、出射側の光透過部は略平坦であり、レンズピッチ幅Ｐが０．３ｍｍ以下であり、出射面の光の透過部分以外に遮光パターンを備え、前記遮光パターンの面積比率は６０％以上であって、断面形状の接線とスクリーン主面のなす角度θが最大となる位置からレンズの光軸までのレンズ幅方向の距離をｘ_maxとしたとき、
Ｐ／２×０．８５≦ｘ_max≦Ｐ／２×０．９５ （１）
の範囲にあることを特徴とするレンチキュラーレンズシート。
【選択図】 図５

Description

本発明は、レンチキュラーレンズシート、特に入射面にレンズを備え、出射側の光の非透過部分に遮光パターンを有する１レンズ式プロジェクションディスプレイ用のレンチキュラーレンズシート、該レンチキュラーレンズシートを備えるスクリーンおよび該スクリーンを備える１レンズ式プロジェクションディスプレイに関する。

従来、プロジェクションディスプレイ（以下ＰＴＶ）に用いられるスクリーンにはレンチキュラーレンズシートおよびフレネルレンズシートが使用されている。レンチキュラーレンズシートは、一般的に入射側に上下方向を長手方向とするシリンドリカルレンズ列を備えている。赤青緑の３原色をブラウン管から投射するＣＲＴ式ＰＴＶ用レンチキュラーレンズシートでは、３色の投射光が異なる角度でスクリーンに入射することに起因する色むらを軽減するため、入射側レンズの焦点位置付近に出射側レンズを設けることが知られている。

レンチキュラーレンズシートにおいて出射面側の光透過部以外の部分には外光コントラストを向上する目的で遮光パターンが設けられることが一般的である。遮光パターンを設ける方法としては、光透過部以外の部分に凸部を設け、凸部にロール印刷、スクリーン印刷などの手段で黒インクを塗布する方法が知られている。

従来のブラウン管式映像発生源に代わり、近年は液晶表示デバイスなどの固定画素式映像発生源（以下ＭＤと呼ぶ）を用い、投射レンズが１つだけの１レンズ式ＰＴＶが普及している。これら投射レンズが１つだけのＭＤ式ＰＴＶに用いられるレンチキュラーレンズシートは、色むらを補正するための出射側レンズが必要でないため、入射側のみにレンズを備え、出射側は平坦であるのが一般的である。また、遮光パターンの面積比率（以下ＢＳ比率と呼ぶ事がある）は従来のブラウン管式ＰＴＶ用レンチキュラーレンズの場合４０〜５０％程度であったが、ＭＤ式ＰＴＶ用レンチキュラーレンズの場合６０〜７０％程度となっている。ＭＤ式ＰＴＶでは映像の精細化などの要求により、レンチキュラーレンズとしては、０．３〜０．１ｍｍなどの微細なピッチが必要となっている。

このように微細なピッチのレンチキュラーレンズに遮光パターンを形成する方法として、出射面側に光反応性粘着材料を積層し、レンズの入射面側から光を照射することによりレンズパターンに対応した粘着、非粘着部位を設け、黒転写箔を転写する方法（以下セルフアライメント印刷法）が知られている。

上記レンチキュラーレンズを製造するには、例えば金属製ロールの表面を切削バイトによって切削加工して金型を作製する。この金型を用いて例えば溶融押出し成形を行うことができる。これとは別の成形方法として、紫外線硬化性樹脂を金型の成形面に塗工し、透明基材を成形金型に供給し、前記透明基材を介して紫外線を照射し、前記樹脂を硬化させると同時にレンズを透明基材に重合接着する方法も知られている（以下、本成形法を２Ｐ成形法と呼ぶことがある）。しかし２Ｐ成形法は紫外線硬化性樹脂が高価である上に生産性が低い、という問題がある。

また平板状金型を加熱により軟化した樹脂シートにプレスして成形する方法も知られている（以下、本成形法をプレス成形法と呼ぶことがある）。しかしプレス成形法は軟化した樹脂が成形型全体に充分に充填されにくいため、微細な成形が困難である、という問題がある。
これらコスト、精密成形の両面から、レンチキュラーレンズシートの成形には総合的に押出し成形が有利である。

上述の通り、ＭＤ式ＰＴＶではレンチキュラーレンズは０．３〜０．１ｍｍなどの微細なピッチが必要となっており、このように微細なピッチのレンチキュラーレンズでは、谷部と呼ばれる、隣り合うレンズとレンズの接続部分を精密に成形することが重要である。成形のムラが発生すると、まず斜め方向からの視野角に関わる谷部の成形ムラが顕著になる。これは、図１に示すように、レンズの谷部の近くを通過した光は、視野角の最も外側に出射されるため、谷部の形状変化が直接視野角の変化となるためである。つまり、レンズ谷部に成形ムラが発生すると、レンズごとに視野角範囲が異なるため、視野角範囲の最外部領域つまり斜め方向から観視した場合、筋状あるいは帯状の明るさムラが生じる。谷部の成形ムラが発生する原因には大きく２つの要因がある。１つは金型要因であり、もう１つは成形要因である。

１）金型要因
・バイト位置決め誤差起因
バイトの位置決め誤差に起因する成形ムラについて、図２により説明する。金型切削の深さ方向の位置決め誤差により、金型頂部の形状（＝成形レンズ谷部の角度）にムラができる（Ａの位置）。また金型切削のピッチ方向の位置決め誤差により、金型頂部の形状（＝成形レンズ谷部の角度）が左右非対称になる（Ｂの位置）。
・金型倒れ
金型切削中、バイトが既に切削済みの隣の金型頂部をピッチ方向へ押すため、図３に示すように金型頂部の形状が変形することがある（これを金型倒れと称する）。金型倒れが発生すると金型頂部の形状（＝成形レンズ谷部の角度）が左右非対称になる。

２）成形要因
押出成形やプレス成形では、加熱軟化した樹脂を成形型に密着充填した後、成形品を成形型から離型すると、離型時の温度にもよるが、図４に示すような賦形戻りといわれる変形が、一般的に起こる。この賦形戻りによる変形の影響は比較的レンズ谷部で大きい。また成形品を成形型から離形した直後、冷却しきっていないレンズ谷部の樹脂が互いに融着して変形することもある。

以上のような金型のムラや成形のムラは、従来のブラウン管式ＰＴＶで用いられる１〜０．５ｍｍピッチのレンチキュラーレンズシートにおいては許容される範囲であった。しかし上記のように０．３〜０．１ｍｍなどの微細なピッチになると成形のムラが無視できなくなってきた。

谷部の成形形状については、例えば谷部が丸みまたは平坦面を有する形状が特許文献１、２に提案されている。特許文献１および２の技術は成形型の耐久性は考慮されているが、レンズ谷部付近に入射する映像光の光利用効率の顕著な低下を招く恐れがある。またセルフアライメント印刷法を適用した場合、光照射部、非照射部の境界が不明瞭になり、外観品位が劣るおそれがある。

なお、レンズの断面形状をあらわす式の２次微分値が、レンズの端部（ピッチの半分の値の９０％付近から外側）において負となる形状（以下、逆Ｒ形状と称することがある）が特許文献３に提案されている。しかし特許文献３に記載のレンチキュラーレンズにおける入射レンズ形状の設計は、入射側及び出射側の両面にレンズを設けたレンチキュラーレンズシートにおいて赤青緑の三原色のムラがなくなるよう、入射した映像光が出射側レンズへ屈折する角度についてされたものである。したがってＭＤ式ＰＴＶで用いられるようなレンチキュラーレンズ、つまり入射側のみにピッチが０．３ｍｍ以下のレンズを備え、出射側が平坦であり、遮光パターンの面積比率が６０％以上のレンチキュラーレンズシートに対しては、３原色のムラを補正する必要がないため、特許文献３の入射面形状を適用することの理由がない。

特開平１１−２１１９０３号公報 特開平１０−３３２９０４号公報 特開平 ８−２３７５８３号公報

本発明は、ＭＤプロジェクションディスプレイに用いられる微細なピッチのレンチキュラーレンズシートにおいて、特に斜め方向から観視した場合の明るさムラを軽減することを課題とする。

上記課題は、
１レンズ式プロジェクションディスプレイに用いられるレンチキュラーレンズシートであって、前記レンチキュラーレンズシートは入射面にレンズを備え、出射側の光透過部は略平坦であり、
レンズピッチ幅Ｐが０．３ｍｍ以下であり、出射側の光の透過部分以外に遮光パターンを備え、
前記遮光パターンの面積比率は６０％以上であって、
レンズ列の長手方向に垂直に切断した時のレンチキュラーレンズの断面形状において、
断面形状の接線とスクリーン主面のなす角度θが最大となる位置からレンズの光軸までの
レンズ幅方向の距離をｘ_maxとしたとき、
Ｐ／２×０．８５≦ｘ_max≦Ｐ／２×０．９５ （１）
の範囲にあることを特徴とするレンチキュラーレンズシート、該レンチキュラーレンズシートおよびフレネルレンズシートを備えるスクリーン並びに該スクリーンおよび１レンズ式投射装置を備えるプロジェクションディスプレイによって達成される。

本発明のレンチキュラーレンズシートでは、レンズの角度θが最も大きくなる前記距離ｒ_maxの位置を、成形形状のムラが生じやすい谷部付近以外に設けたので、斜め方向から観視した場合の明るさムラを軽減することができる。単に谷部に平坦部を設けただけでは谷部に入射した光線が遮光層で遮られてしまうが、本発明では谷部に入射した光線の多くを出射させることができるので、光の利用効率が高い。上記のことを図６により説明する。成形形状のムラが生じやすい谷部Ｃに入射した光は、レンズ角度θが最大となる位置に入射した光の光路よりも小さい出射角度でＤの位置から出射することになる。したがって、谷部付近の形状ムラが生じても、最大視野角については変化が見られないために、明るさムラとして観察されることがなくなる。
また谷部に平坦部を設けただけでは、金型切削時の特に深さ方向の位置決め誤差による金型頂部の形状（＝成形レンズ谷部の角度）のムラ影響の改善や、賦形戻りによる谷部変形の影響の改善には殆ど寄与しない。更に谷部を逆Ｒ化することで金型の頂部の肉厚が厚くなり、金型倒れが発生しにくくなる（図６参照）。

本発明のレンチキュラーレンズシートについて、図１０を用いて説明する。本発明のレンチキュラーレンズシートは、固定画素の映像エンジンを用いた１レンズ式プロジェクションディスプレイに用いられるものであり、入射面にレンズを備え、出射側の光透過部は略平坦な面となっている。そして、レンズピッチ幅Ｐは０．３ｍｍ以下であり、出射側の光の透過部分以外に遮光パターンを備え、前記遮光パターンの面積比率は６０％以上である。

本発明における前記入射側レンズの長手方向に垂直に切断した時のレンチキュラーレンズの断面形状を図５に示す。本発明においては、前記断面形状が逆Ｒ形状を有しており、断面形状の接線とスクリーン主面のなす角度θが最大となる位置からレンズの光軸までのレンズ幅方向の距離をｘ_maxとしたとき、ｘ_maxが、
Ｐ／２×０．８５≦ｘ_max≦Ｐ／２×０．９５ （１）
の範囲にあることが必要である。ｘ_maxの値がＰ／２×０．８５より小さいと、出射光線が遮光パターンで遮られ、光透過率が劣る場合がある。ｘ_maxの値がＰ／２×０．９５より大きいと、谷部形状のムラの影響を受けやすく、明るさムラが目立つ場合がある。

レンズ谷部の形状を本発明のようにするためには、金型を予め逆Ｒ形状としてもよいし、賦形戻りなど成形条件を調整してもよい。金型を予め逆Ｒ形状とするには、レンズより比較的曲率半径の小さい切削バイトを用い、１つのレンズ形状を切削する時に切削バイトをレンズ深さ方向と配列方向との両方向に操作して切削することができる。また金型にサンドブラスト、化学腐食、メッキなどの処理を施して所定の形状を形成しても良い。

本発明ではレンズの谷部に１〜３μｍの平坦部を設けても良い。この場合、レンズの光軸からレンズ幅方向のレンズ面までの距離をｒとし、前記ｒにおけるレンズの接線とスクリーン主面のなす角度をθとし、レンチキュラーレンズのピッチＰから前記平坦部を除外した有効ピッチをＰ’としたときには、
Ｐ’／２×０．８５≦ｘ_max≦Ｐ’／２×０．９７ （２）
の範囲にあることがより好ましい。

本発明のレンチキュラーレンズシートは、賦形戻りが生じやすい押出し成形法で製造した場合に特に効果を発揮する。
レンチキュラーレンズシートの材料としては、アクリル樹脂、スチレン樹脂、アクリルとスチレンの共重合体樹脂、ポリカーボネート樹脂など、公知の透明樹脂を用いることができる。

本発明のレンチキュラーレンズシートをフレネルレンズシートと組み合わせて、１レンズ式プロジェクションディスプレイ用のスクリーンを得ることができる。組み合わせられるフレネルレンズシートとしては、出射側にレンズ面を有する屈折タイプでもよいし、入射側にプリズムを有する全反射タイプでもよい。

前記のスクリーンを筐体に設置し、１レンズ式の投射装置からの映像を該スクリーンに投影するように配置することで、１レンズ式プロジェクションディスプレイを得ることができる。投射装置としては、投射レンズ系を一つだけ有するものであれば、公知のいずれの投射装置であっても用いることができる。また、投射装置に備えられる映像発生源としては固定画素式のものが好適に用いられ、透過型液晶表示デバイス、反射型液晶表示デバイス、デジタルマイクロミラーデバイスなどが挙げられる。

図７に示すように、入射側に凸レンズ２列を備え、出射側の光透過部３が平坦面であり、光透過部以外に略円弧状の凸パターン４を形成したレンチキュラーレンズシート１を押出し成形した。図７において、有効レンズ幅は、レズピッチＰからフラット幅を引いた値である。入射側凸レンズ２の形状は、レンズの頂点を原点として、幅方向をＸ軸、高さ方向をＹ軸としたときに、レンズ形状係数Ａ２〜Ａ２０を用いて下記の２０次の多項式（３）で表すこととする。
ｙ＝Ａ２/ｘ^２＋Ａ４/ｘ^４ +Ａ６/Ｘ^６・・・＋Ａ２０/ｘ^２０ （３）
（単位：ｍｍ）
シート基材としては、アクリル・スチレン共重合体（スチレン比率５５重量％、屈折率＝１．５５）を用いた。

レンズ形状は、ｘ＝−０．０７３５〜０．０７３５ｍｍの範囲では（３）式に下記表１に表すレンズ形状係数を適用した多項式で決定され、ｘ＝−０．０７４５〜−０．０７３５ｍｍおよびｘ＝０．０７３５〜０．０７４５ｍｍの範囲では平坦（シート面に平行）とした。

レンズの形状および角度を図８および図９に示す。（図中、逆Ｒ形状が実施例、現行形状が比較例）
レンズ１単位中のθが最大となる距離ｘ_maxは、実施例では０．０６８ｍｍ、比較例では０．０７１５ｍｍであり、ピッチＰ＝０．１４９ｍｍ、すなわちＰ／２＝０．０７４５ｍｍであるから、
実施例ではｘ_max／（Ｐ／２）＝０．０６８／０．０７４５＝０．９１と（１）式の範囲内であり、
比較例ではｘ_max／（Ｐ／２）＝０．０７１５／０．０７４５＝０．９６と（１）式の範囲外であった。
さらに出射側凸部にロールコータによって黒インクを塗布し、凸部のほぼ全面に遮光層を形成した。その後出射側にスクリーンゲイン（Ｇ_０）４．５の拡散板５を透明接着剤６で貼り合せた。

以上の貼り合わせレンチキュラーレンズシート７を、ヘーズ５８％の基板にフレネルレンズを成形したフレネルレンズシート８と組合せて透過型スクリーンを構成し、光学特性の測定および図１０に示すような液晶パネルを画像エンジンとした投射装置９を備える、１レンズ式プロジェクションディスプレイ１０にセットして目視評価を実施した。測定結果を表２に示す。

また目視評価の結果、比較例のスクリーンは水平視野角５０〜６０°の範囲で縦帯状の明暗ムラが非常に目立ったのに対し、実施例のスクリーンの明暗ムラはほとんど目立たなかった。

以上のように、本発明のレンチキュラーレンズシートは従来と比べて明るさ、視野角などの光学特性はほぼ同等で、明るさムラが目立たなかった。

従来技術における光路を示す図である。 金型要因による谷部の成形ムラの発生を示す図である。 金型要因による谷部の成形ムラの発生を示す図である。 成形要因による谷部の成形ムラの発生を示す図である。 本発明のレンズ形状の一例を示す図である。 本発明における光路を示す図である。 実施例および比較例で用いたレンズシートの断面形状を示す図である。 実施例および比較例で用いた入射側レンズの形状を示す図である。 実施例および比較例で用いた入射側レンズのレンズ角度を示す図である。 本発明のレンズシートを用いた１レンズ式プロジェクションディスプレイを示す図である。

符号の説明

１：レンチキュラーレンズシート、２：凸レンズ、３：光透過部、４：凸パターン
５：拡散板、６：透明接着剤
７：貼り合わせレンチキュラーレンズシート、８：フレネルレンズシート、９：投射装置
１０：１レンズ式プロジェクションディスプレイ

Claims (3)

1. １レンズ式プロジェクションディスプレイに用いられるレンチキュラーレンズシートであって、前記レンチキュラーレンズシートは入射面にレンズを備え、出射側の光透過部は略平坦であり、
   レンズピッチ幅Ｐが０．３ｍｍ以下であり、出射側の光の透過部分以外に遮光パターンを備え、
   前記遮光パターンの面積比率は６０％以上であって、
   レンズ列の長手方向に垂直に切断した時のレンチキュラーレンズの断面形状において、
   断面形状の接線とスクリーン主面のなす角度θが最大となる位置からレンズの光軸までの
   レンズ幅方向の距離をｘ_maxとしたとき、
   Ｐ／２×０．８５≦ｘ_max≦Ｐ／２×０．９５ （１）
   の範囲にあることを特徴とするレンチキュラーレンズシート。
2. 請求項１に記載のレンチキュラーレンズシートとフレネルレンズシートを備えるプロジェクションディスプレイ用スクリーン。
3. 請求項２に記載のスクリーンおよび１レンズ式投射装置を備えるプロジェクションディスプレイ。