JP2015219270A - 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】二重像の発生を抑制できる、湾曲した透過型スクリーンを提供する。
【解決手段】透光性を有するシート状のフレネル基材層と、フレネル基材層の一方の面に単位フレネルレンズが配列されたフレネルレンズ層と、を備えるフレネルレンズシート、及び、フレネルレンズシートのフレネルレンズ層とは反対側に配置される積層体を有し、単位フレネルレンズは、フレネルレンズシートの一方の面側から投射された映像光を、屈折させて入射させ、フレネルレンズシートの他方の面側に出射させるものであり、積層体は、光を透過する複数の光透過部と、隣り合う光透過部間に形成された、光を吸収する光吸収部と、を備えた光学機能層を具備し、フレネルレンズシート、及び積層体が一方の面側に凸となるように湾曲した部分を有する、透過型スクリーンとする。
【選択図】図３

Description

本発明は、一方の面側から投射された映像光を他方の面側に透過して映像を表示する透過型スクリーン、および該透過型スクリーンを備えた背面投射型表示装置に関する。

映像や画像を表示する表示装置の１つとして、リアプロジェクション表示装置がある。リアプロジェクション表示装置は、背面側から投射された映像光を透過させる透過型スクリーンを備えており、背面投射型表示装置とも呼ばれる。この透過型スクリーンは、映像光源から投射された映像光を映像光源が備えられる側とは反対側に出射させることによって、観察者が視認できる映像を表示することができる。このような透過型スクリーンには、映像光源から投射された映像光を出射するに際して観察者が適切で良質な映像として観察できるように、フレネルレンズ層を始めとして各種光学的機能を有する層が備えられている。

上記のような透過型スクリーンの一例として、３次元曲面を有するように湾曲させることにより優れた外観となる透過型スクリーンが特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている技術によれば、例えば自動車のコンソール部位の湾曲に沿った曲面で透過型スクリーンを形成し、表示装置と自動車の内装との一体感を演出することができる。

特開２０１２−１５９６４６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された透過型スクリーンのように湾曲させた場合、湾曲させたことによってフレネルレンズの意図しない部分に映像光が入射し、二重像が生じる問題があった。

そこで本発明は、曲面を有するように湾曲していても二重像を低減できる透過型スクリーンを提供することを課題とする。また、該透過型スクリーンを備えた背面投射型表示装置を提供する。

以下、本発明について説明する。

請求項１に記載の発明は、一方の面側から投射された映像光を他方の面側に透過して映像を表示する透過型スクリーンであって、透光性を有するシート状のフレネル基材層と、フレネル基材層の一方の面に単位フレネルレンズが配列されたフレネルレンズ層と、を備えるフレネルレンズシート、及び、フレネルレンズシートのフレネルレンズ層が設けられた側とは反対側に配置される積層体を有し、単位フレネルレンズは、フレネルレンズシートの一方の面側から投射された映像光を、屈折させて入射させ、フレネルレンズシートの他方の面側に出射させるものであり、積層体は光を透過する複数の光透過部と、隣り合う光透過部間に形成された、光を吸収する光吸収部と、を備える光学機能層を具備し、フレネルレンズシート、及び積層体が一方の面側に凸となるように湾曲した部分を有する、透過型スクリーンである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の透過型スクリーンにおいて、単位フレネルレンズが配列されるピッチをＰ_１とし、光吸収部が配列されるピッチをＰ_２としたとき、Ｐ_２＜Ｐ_１である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の透過型スクリーンにおいて、光学機能層の光吸収部は断面が台形であり、該台形は、フレネルレンズシート側に上底、これとは反対側に上底より長い下底を有する。

請求項４に記載の発明は、映像光を出射する映像光源と、映像光源からの映像光を透過して観察者側に出射する請求項１乃至３のいずれかに記載の透過型スクリーンと、を備えた背面投射型表示装置である。

本発明によれば、透過型スクリーンが曲面を有するように湾曲していても二重像を低減できる。

背面投射型表示装置１の内部構造を概念的に表した図である。 透過型スクリーン１０の斜視図である。 透過型スクリーン１０の層構成を説明する鉛直方向の断面図である。 図３のうちフレネルレンズシート２０に注目して一部を拡大した図である。 フレネルレンズシート２０を入光側から見た図である。 図３のうち光学機能層３１に注目して一部を拡大した図である。 図３の一部を拡大して映像光の光路例を説明するための図である。 光透過部と光吸収部との界面における全反射を説明する図である。 実施例を説明するための図である。

本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。なお、以下に示す図面では分かりやすさのため部材の大きさや比率を変更または誇張して記載することがある。また、見やすさのため繰り返しとなる符号は省略することがある。

図１は、１つの形態である背面投射型表示装置１の構成を概念的に表した図である。図１は、背面投射型表示装置１の鉛直方向断面のうち奥行き方向に平行である断面を示している。背面投射型表示装置１は、透過型スクリーン１０と、筐体２と、映像光源３と、を備えている。その他、図示は省略するが、背面投射型表示装置１には例えば電源等のように表示装置として機能するために必要な公知の各種構成部材が備えられている。

背面投射型表示装置１によれば、映像光源３が透過型スクリーン１０の背面側に映像光を投射し、その映像光が透過型スクリーン１０を透過することによって、観察者が映像を視認する。本形態では、図１に示したように透過型スクリーン１０が観察者側（映像光の出光側）からみて凹となる湾曲形状を有している。すなわち、観察者側とは反対側（映像光源３側）からみて凸となる湾曲形状である。
このような背面投射型表示装置１は、例えば、透過型スクリーン１０の観察者側面が車内に露出するようにして自動車のダッシュボード部に内蔵される。

筐体２は背面投射型表示装置１の外殻を形成し、該背面投射型表示装置１を構成する部材の大部分をその内側に収める部材である。また筐体２は透過型スクリーン１０を支持可能な開口を有しており、該開口に透過型スクリーン１０が嵌め込まれて取り付けられている。

映像光源３は、筐体２内に配置されており、図１にＩで示したように照射領域が次第に広がっていく発散光として透過型スクリーン１０の入光面のほぼ全域に映像光を照射する。ここで、透過型スクリーン１０の入光面とは、透過型スクリーン１０の面のうち映像光源３が配置された側の面を意味する。一方、透過型スクリーン１０の出光面とは、透過型スクリーン１０の面のうち観察者側に向けられた面を意味する。

上記のような映像光源３には、従来から公知である光源、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やレーザを利用したピコプロジェクタ等の小型の光源、ＤＭＤを用いた単管方式の光源等を用いることができる。
なお、図示した形態では映像光源３からの映像光を透過型スクリーン１０に直接投射しているが、これに限らず、映像光源３からの映像光を鏡等で反射させてから透過型スクリーン１０に投射してもよい。

次に透過型スクリーン１０について説明する。図２には透過型スクリーン１０の斜視図を示した。図３は図２にＩＩＩ−ＩＩＩで示した線に沿った鉛直方向における透過型スクリーン１０の厚さ方向断面で、透過型スクリーン１０の層構成を模式的に表した図である。図１〜図３よりわかるように、透過型スクリーン１０は全体として板状であるが、観察者側から見てその中央が窪むような凹状の曲面、すなわち入光側（映像光源３側）に凸となる曲面を有するように湾曲して形成されている。

図１〜図３に例示した透過型スクリーン１０のように中央部が観察者側から見て凹（入光側から見て凸）となる曲面を有する形態とすることは、湾曲した透過型スクリーン１０を得る際に行う曲面加工の容易性や湾曲形状の安定性等の観点から有利である。ただし、凸となる位置や数は特に限定されない。また、凸となる向きも限定されることなく観察者側に凸であってもよい。さらに、１つの透過型スクリーンで部位により凹凸の向きが変わるように構成してもよい。
湾曲させることでデザイン性が向上し、外観に優れた透過型スクリーン、及び該透過型スクリーンを備えた背面投射型表示装置を提供することができる。

透過型スクリーン１０は、図３に示すように、その入光側（映像光源３側）から順に、フレネルレンズシート２０と、積層体３０とを備えている。本形態ではフレネルレンズシート２０と積層体３０とは不図示の粘着剤により一体にされている。

フレネルレンズシート２０は、映像光源３（図１参照）が発散光束として投射した映像光の進行方向を変え、観察者側に出射するように機能する光学シートである。このフレネルレンズシート２０は、フレネル基材層２１と、フレネルレンズ層２２とを有している。

フレネル基材層２１は、このフレネルレンズシート２０のベース（基材）となる層であり、光透過性を有するシート状の部材を用いている。
このようなフレネル基材層２１を形成する材料としては、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、メタクリル酸メチル・ブタジエン・スチレン（ＭＢＳ）樹脂、メタクリル酸メチル・スチレン（ＭＳ）樹脂、アクリル・スチレン（ＡＳ）樹脂、及びアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）等が挙げられる。
また、フレネル基材層２１の厚さは、１．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であることが好ましく、１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることがより好ましい。１．０ｍｍ未満の厚さであると、フレネルレンズシート２０としての十分な剛性を得にくく、４．０ｍｍを超える厚さである場合には迷光による二重像を生じる虞がある。

フレネルレンズ層２２は、フレネル基材層２１の入光側（積層体３０とは反対側、映像光源３側）の面に形成された層である。このフレネルレンズ層２２は、単位フレネルレンズ２３が複数配列されたフレネルレンズ形状を有している。図４には図３のうち、フレネルレンズ層２２の一部に注目した説明図を示した。図４は図３の一部を拡大した図である。図５には、フレネルレンズ層２２を映像光源３側（入光側）から見た図を示した。

単位フレネルレンズ２３は、映像光源３側に突出した凸状であり、その断面形状が、図３、図４に表れる断面において略三角形とされ、第一面２３ａと第二面２３ｂとを有している。単位フレネルレンズ２３は、その第一面２３ａでの屈折作用により光の進行方向を変える、いわゆる屈折型のフレネルレンズ形状である。すなわち、単位フレネルレンズ２３は、フレネルレンズシート２０の一方の面側（入光側）から投射された映像光を屈折させて入射し、全反射させることなくフレネルレンズシート２０の他方の面側に出射させる。

図４に示すように、単位フレネルレンズ２３において、第一面２３ａがフレネル基材層２１の入光側の面と成す角度（レンズ角）がα、単位フレネルレンズ２３の高さがｈ、配列ピッチがＰ_１である。
本形態の単位フレネルレンズ２３では、配列ピッチＰ_１が一定であり、レンズ角α及び高さｈが、単位フレネルレンズ２３の配列方向に沿って、中心点Ｆ（図５参照）から離れるにつれて次第に大きくなっている。しかし、これに限らず、例えば、単位フレネルレンズの高さｈが一定であって、配列ピッチＰ_１やレンズ角αが単位フレネルレンズの配列方向に沿って変化する形態等としてもよい。また、第二面２３ｂがフレネル基材層２１の入光面と成す角はライズ角（図４のβ）と呼ばれる。

図５からわかるように、フレネルレンズ層２２は、単位フレネルレンズ２３が上記のような断面形状を有して、その頂点が形成する稜線が円弧状に延びており、隣り合う単位フレネルレンズ２３は点Ｆを中心として同心円状に配列された、いわゆるサーキュラーフレネルレンズである。
ただし、本発明はこれに限らず、単位フレネルレンズの稜線が一直線状に延び、当該延びる方向とは異なる方向に複数の単位フレネルレンズが配列された、いわゆるリニアフレネルレンズ形状としてもよい。

なお、本形態では、フレネルセンター（光学中心）である点Ｆは、フレネルレンズシート２０の入光側の正面方向から見て、フレネルレンズシート２０の入光側の面上の中心に位置している。ただし、この点Ｆは、この例に限らず、フレネルレンズシート２０のシート面内のうちの他の部位や面外に位置してもよい。

フレネルレンズ層２２は、ウレタンアクリレートやエポキシアクリレート等の紫外線硬化型樹脂により、フレネル基材層２１の入光側の面に一体に形成されている。なお、これに限らず、電子線硬化型樹脂等のような他の電離放射線硬化型樹脂により形成してもよい。

次に、図３に戻り積層体３０について説明する。積層体３０は、フレネルレンズシート２０の出光側（観察者側）に配置されている。積層体３０は、その厚さ方向において、入光側（フレネルレンズシート２０側）から順に、基材層３４、光学機能層３１、光拡散層３５、着色層３６、表面機能層３７等を有している。積層体３０は、これらの層を積層するとともに不図示の接着層等によって一体化することにより、構成されている。

基材層３４は、透過型スクリーン１０の剛性を高める機能を有する層であり、光学機能層３１の基材としても機能する。この基材層３４は、光透過性を有する板状の部材である。基材層３４を形成する材料としては、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ＰＣ樹脂、ＡＳ樹脂等が挙げられる。
また、基材層３４の厚さは、１．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とすることが、十分な剛性を有し、湾曲形状を付与する曲面加工を容易とし、かつ、湾曲形状を安定して維持する観点等から好ましい。

光学機能層３１は、基材層３４のフレネルレンズシート２０とは反対側の面に形成された層である。図６には、図３のうち光学機能層３１に注目した図を示した。

光学機能層３１は、複数の光透過部３２及び光吸収部３３を有し、これが基材層３４の面に沿って交互に配列されている。

本形態で光透過部３２は、図６に示した台形形状の断面を有して紙面の奥／手前方向に延在し、該延在する方向とは異なる方向に所定の間隔を有して配列されている。本形態では水平方向に延び、鉛直方向に配列されている。
光透過部３２は、図６に示すように、出光側を上底とし、入光側を該上底よりも寸法の大きい下底とする略台形形状である。本形態の光透過部３２の断面形状は等脚台形である。なお、本形態では、隣り合う光透過部３２同士が、下底より入光側となる部位で連結している。

本形態の光透過部３２は、ウレタンアクリレート等の紫外線硬化型樹脂により基材層３４の出光側の面に形成されている。ただし、これに限らず、電子線硬化型樹脂等のような他の電離放射線硬化型樹脂により形成してもよい。また、光透過部３２は、ＰＥＴ樹脂等の熱可塑性樹脂等を用いて熱溶融押出成形により形成されてもよい。

光吸収部３３は、図６に示すように、隣り合う光透過部３２の間の溝状の部分に形成され、光を吸収する作用を有する。この光吸収部３３は、上記した光透過部３２と平行に延び、隣り合う光透過部３２間に形成されている。本形態の光学機能層３１では、光吸収部３３が一定のピッチＰ_２（図６参照）で配列されている。

光吸収部３３の形状は、図６に表れているように台形形状の断面を有している。より詳しくは、光吸収部３３は、図６に示すように、出光側を長さＷ_１の下底とし、入光側を下底よりも寸法の小さい長さＷ_２である上底とし、高さをＤとする等脚台形形状である。ここで、当該脚部が光学機能層３１の層面の法線と成す角である傾斜角（図６にθ_１で示した。）は、１度以上２５度以下であることが好ましい。これにより生産性及び上記した光学的機能をより確実に発揮することができる。

光吸収部３３は、例えば、光吸収材等を含有した光透過性を有する樹脂を、隣り合う光透過部３２間の溝部にワイピング（スキージング）して充填し、硬化等させることにより形成できる。
光吸収部３３に用いられる光透過性を有する樹脂としては、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等の紫外線硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂等のような電離放射線硬化型樹脂が好適に使用される。
光吸収部３３に用いられる光吸収材は、可視光領域の光を吸収する機能を有する粒子状等の部材であり、例えば、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄等の金属塩、顔料や染料、顔料や染料で着色された樹脂粒子等である。顔料や染料で着色された樹脂粒子を用いる場合には、その樹脂粒子は、アクリル系樹脂、ＰＣ樹脂、ＰＥ樹脂、ＰＳ樹脂、ＭＢＳ樹脂、ＭＳ樹脂等により形成されたものを用いることができる。

図３に戻って、光拡散層３５について説明する。光拡散層３５は、光学機能層３１よりも出光側に設けられ、光を拡散する作用を有する層である。光拡散層３５は、不図示の接着層を介して、光学機能層３１の出光側に積層されている。この光拡散層３５は、粒子状の光拡散材を含有する光透過性を有する樹脂製のシート状の部材を用いている。本形態の光拡散層３５は等方的に光を拡散する層である。

光拡散層３５の母材となる光透過性を有する樹脂としては、例えば、ＭＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ＰＣ樹脂、ＰＥＴ樹脂等が挙げられる。
また、光拡散材としては、プラスチックビーズ等の有機フィラーが挙げられ、特に、透明度の高いものが好ましい。プラスチックビーズとしては、メラミン樹脂製、アクリル樹脂製、ＡＳ樹脂製、ＰＣ樹脂製等のものを適用可能である。また、シリコン系ビーズも光拡散材として使用可能である。さらに、所望する拡散性能等に合わせて、これらの光拡散材を適宜選択し、所定の割合で組み合わせる等して使用可能である。

光拡散層３５の厚さは、０．０５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることが好ましく、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることがより好ましい。光拡散層３５の厚さが、０．０５ｍｍ未満となると、光拡散効果が不十分となる可能性があり、１．５ｍｍを超えると、透過型スクリーン１０に表示される映像がぼやけ、解像度が低下する可能性がある。

着色層３６は、光拡散層３５よりも出光側に設けられ、所定の色及び濃度で着色され、所定の光透過率（光吸収率）を有する層である。着色層３６は、観察者側（出光側）から透過型スクリーン１０に入射する外光を吸収する機能や、透過型スクリーン１０内で発生した迷光等を吸収する機能を有する。

着色層３６は、光吸収材や着色剤を含有した透明樹脂により形成されたシート状の部材である。着色層３６の母材となる透明樹脂としては、ＭＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ＰＣ樹脂、ＰＥＴ樹脂等が挙げられる。また、光吸収材は、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄等の金属塩等が用いられ、着色剤としては、グレー系や黒色系等の暗色系の染料や顔料等を用いることができる。

着色層３６は、厚さが、１０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、３０μｍ以上１５０μｍ以下とすることがより好ましい。着色層３６の厚さが１０μｍ未満であると、外光等を吸収する作用が不十分となる可能性があり、２００μｍを超えると、映像光の透過率が低下する。

本形態の着色層３６と光拡散層３５とは、共押し出し成形することにより一体に形成されている。しかしながら、これに限らず、例えば着色層３６と光拡散層３５とをそれぞれ別体として成形し、着色層３６と光拡散層３５とを接着層を介して一体に積層してもよい。

表面機能層３７は、着色層３６よりも出光側に配置され、ハードコート機能や、防眩機能、反射防止機能、帯電防止機能、紫外線吸収機能、防汚機能等の少なくとも１つの機能を有する層である。
本形態の表面機能層３７は、ハードコート機能、光透過性、及びＪＩＳ Ｋ ６００−５−４（１９９４）で規定される鉛筆硬度試験で「ＨＢ」以上の硬度を有している。この表面機能層３７は、着色層３６の出光側の面に、ハードコート機能を有する塗料をスプレー塗布して形成されている。

これまでに説明した透過型スクリーン１０は、例えば以下のような製造工程を経て湾曲形状が付与される。

フレネルレンズシート２０は、紫外線成形法等によってフレネル基材層２１の片面（入光側の面）にフレネルレンズ層２２を形成することによって得られる。
また、積層体３０は、基材層３４、光学機能層３１、光拡散層３５、及び着色層３６を一体にすることによって得られる。
フレネルレンズシート２０及び積層体３０をそれぞれ得た後、両者を接着剤により貼り合わせて一体化する。その後、これを加熱して軟化させ、着色層３６側が凹となるように、所定の曲面形状を有した型に押圧する等して、曲面成形される。このとき、真空成形法を用いることが好ましい。その後、着色層３６上に表面機能層３７を形成する。
これにより、曲面成形され、所定の湾曲形状を有する透過型スクリーン１０が作製される。
なお、表面機能層３７は曲面形状の形成前に着色層３６上に形成してもよい。

次に上記透過型スクリーン１０における作用や、さらなる特徴について、透過型スクリーン１０に入射する光の光路例を示しつつ説明する。なお、図に示す光路例は概念的なものであり、屈折や反射の程度を厳密に表すものではない。

図１に示したように、映像光源３から出射した映像光Ｌ_１は、透過型スクリーン１０の入光面側に達する。
このようにして透過型スクリーン１０の入光面側に達した映像光は、図３にＬ_３１、Ｌ_３２で示した映像光のように、フレネルレンズ層２２の単位フレネルレンズ２３の作用によって集光する方向に光路を変えられて観察者側に進行する。

図７には図３の一部を拡大して示した。単位フレネルレンズ２３に入射する映像光は、図７にＬ_７１で示した映像光のように、単位フレネルレンズ２３の第一面２３ａに入射して観察者側正面方向に光路を変えて出射されることが好ましい。
しかしながら、フレネルレンズシート２０は湾曲しているので、単位フレネルレンズ２３も変形する。その結果、意図しない部分（本来は映像光を到達させる必要がない部分）に映像光が到達し、それが原因となって二重像を生じることがあった。すなわち、図７にＬ_７２で示した映像光のように、湾曲させることにより湾曲させていないスクリーンに比べて第二面２３ｂに映像光が入射し易くなる。第一面２３ａに入射した映像光Ｌ_７１および第二面２３ｂに入射した映像光Ｌ_７２が透過型スクリーン１０から観察者側に出射されると、二重像が生じる。これを回避するためには、単位フレネルレンズ２３の第二面２３ｂの面積を小さくすることが有効である。すなわち、第二面２３ｂに映像光が入射し難くすることが有効である。しかしながら、これは第一面２３ａの傾斜角（図４のα）が小さくなることを意味する。このαは映像光の屈折の程度に影響を与えるので、αが小さくなり過ぎると第一面２３ａから入射した映像光を意図した方向に屈折させ難くなる。

これに対して本発明によれば、光学機能層３１が備えられていることによって、上記のようにして第二面２３ｂに入射した映像光Ｌ_７２を光吸収部３３によって吸収できるので、二重像の発生が抑制される。詳しくは以下の通りである。単位フレネルレンズ２３の第一面２３ａに入射した映像光Ｌ_７１は、透過型スクリーン１０の厚さ方向に平行に近付くように方向を変えて出射されることから、光吸収部３３に達することなく光透過部３２を透過して観察者に提供されやすい。一方、単位フレネルレンズ２３の第二面２３ｂに入射した映像光Ｌ_７２は、透過型スクリーン１０の厚さ方向に対して大きな角度でフレネルレンズシート２０から出射するため、光吸収部３３に達しやすくなり、光吸収部３３で吸収されやすい。このように、単位フレネルレンズ２３の第一面２３ａに入射した映像光を透過させつつ、単位フレネルレンズ２３の第二面２３ｂに入射した映像光を透過させないことによって、観察者に視認可能なように映像を表示しつつ、二重像の発生を抑制することができる。

上記のように単位フレネルレンズ２３の第二面２３ｂに入射した映像光を光吸収部３３で吸収しやすくするためには、光透過部３２と光吸収部３３との屈折率差が小さい方がよい。しかしながら一方で第一面２３ａから入射した適切な映像光が光透過部３２と光吸収部３３との界面に達したときには、この界面で映像光を全反射させて観察者側に提供することにより映像光を明るくすることが可能である。かかる観点からは光透過部３２の方が光吸収部３３よりも屈折率が高く、屈折率差が大きい方がよい。このような光の吸収及び全反射のバランスの観点から、光透過部３２の屈折率が光吸収部３３の屈折率よりも高く、この屈折率差は０．０３以上０．１４以下が好ましく、さらに好ましくは０．０５以上０．１０以下である。
そして単位フレネルレンズのピッチＰ_１と光吸収部３３のピッチＰ_２とが、Ｐ_２＜Ｐ_１の関係にあることが好ましい。

一方、特許文献１に記載されているスクリーンは、斜め下方向から映像光を投射することを前提としており、フレネルレンズの第二面２３ｂに相当する面に映像光を入射させ、その映像光を第一面２３ａに相当する面で全反射させることによって、映像光を観察者に提供する構成である。このような構成のスクリーンでは、そもそも上記のような二重像が発生するという問題を生じない。

なお、図３にＬ_３３で示した外光は、透過型スクリーン１０の斜め上方から入射することが多い。このような外光は光吸収部３３で吸収されるので、コントラストを向上させることが可能となる。

以上の説明のように、第一面２３ａで屈折した光は透過型スクリーン１０の厚さ方向に平行に近付くように方向を変えて出射される。これにより多くの映像光は観察者側に提供されるが、その一部は、光学機能層３１の光透過部３２と光吸収部３３との界面に達する。しかしこの映像光は透過型スクリーン１０の厚さ方向に平行に近付くように向きが変えられているので、当該界面にて全反射して観察者側に提供され易い条件となっている。以下に具体的に当該界面に達した映像光がこの界面で全反射して観察者側に出射されることについて説明する。図８に説明のための図を表した。図８は図７と同じ視点による図である。

ここでは記号を次のように定義する。
・空気の屈折率ｎ_０
・単位フレネルレンズ２３の屈折率ｎ_１
・光透過部３２の屈折率ｎ_２
・光吸収部３３の屈折率ｎ_３
・光透過部３２と光吸収部３３との界面における全反射臨界角θ_ｃ（°）（＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ_３／ｎ_２））
・単位フレネルレンズ２３のレンズ角α（°）
・湾曲により第一面２３ａが傾いた角度γ（°）
・光吸収部の脚部と光学機能層の法線との成す角θ_１（°）
・第一面２３ａの法線と映像光Ｌ_８１との成す角θ_８１（°）
・映像光源から観察者へと向かう方向と映像光Ｌ_８１との成す角θ_８２（°）
・第一面２３ａの法線と映像光Ｌ_８１が単位フレネルレンズ２３内を進む角度θ_８３
・光学機能層３１の入光面における法線と、光透過部３２と光吸収部３３との界面に達するまでにおける光透過部３２内を映像光Ｌ_８１が進行する方向と、の成す角（光透過部内進行角）θ_８４

以上の定義を用いると以下の式が成立する。
θ_８１＝θ_８２＋α＋γ …（１）
θ_８３＝ａｒｃｓｉｎ（（ｎ_０／ｎ_１）・ｓｉｎθ_８１） …（２）
θ_８４＝ａｒｃｓｉｎ（（ｎ_１／ｎ_２）・ｓｉｎ（θ_８３−α）） …（３）
ここで、式（１）及び式（２）から式（４）を得る。
θ_８３＝ａｒｃｓｉｎ（（ｎ_０／ｎ_１）・ｓｉｎ（θ_８２＋α＋γ）） …（４）

一方、θ_８４が全反射臨界角で光透過部３２と光吸収部３３との界面に入射するときには次の式が成立する。
θ_８４＝９０°−θ_１−θ_ｃ …（５）
従って、この光が全反射するためには次式を満たせばよい。
θ_８４＜９０°−θ_１−θ_ｃ …（６）

式（６）及び式（３）から、映像光Ｌ_８１が光透過部３２と光吸収部３３との界面にて全反射して観察者側に提供されるために次式を満たせばよい。
ａｒｃｓｉｎ（（ｎ_１／ｎ_２）・ｓｉｎ（θ_８３−α））＜９０°−θ_１−θ_ｃ …（７）
ここで、θ_８３は上記式（４）より算出することができる。
以上を満たすことにより、さらに多くの映像光を観察者に提供することができ、より明るい映像とすることが可能となる。

以下、実施例を示して本発明について説明する。ただし、本発明は当該実施例に限定されるものではない。本実施例では上記説明した湾曲した透過型スクリーンを作製し、二重像が観察されないことを確認した。以下に説明する。

図９には本実施例で作製した透過型スクリーンの層構成を模式的に表した。図９において、図３に示したものと同様の構成のものには同じ符号を付している。ここで、本実施例ではフレネルレンズシート２０はフレネル基材層２１とフレネルレンズ層２２が一体に成形されており、単位フレネルレンズ２３は透過型スクリーンの中央を中心として同心円状に配列されたサーキュラーフレネルレンズとした。
この透過型スクリーンに対して映像光源から映像光を照射し、観察者側に透過した映像光を目視で評価した。なお、映像光源は透過型スクリーンの正面から見て映像光源の出光部と透過型スクリーンの中央とが重なるように配置した。
表１に条件を示す。

当該条件の透過型スクリーンでは、光透過部と光吸収部との界面に到達する前の光について、該光の進行方向（光透過部内進行角）と光学機能層の入光面における法線との成す角（すなわち図８のθ_８４に相当する角度）が１３．１°より大きいと光透過部と光吸収部との界面で全反射することなく光吸収部内に光が達し、その多くが吸収される。そこで、本実施例では、映像光を明るく見ることができる範囲である、第一面から入射した映像光によるθ_８４の角度が１３．１°より小さくなる範囲で映像光のスクリーンへの入射角度を変えて観察を行った。

表２に結果を示した。表２において、「鉛直方向入射位置」は光源における鉛直方向高さ位置であり、０．０ｍｍのときに透過型スクリーンの中央と同じ高さにあることを意味する。そしてこの値が大きくなるほどその分鉛直方向下方に光源が配置される。従って、これに伴って「スクリーンへの入射角度」が大きくなる。当該「スクリーンへの入射角度」は図８のθ_８２である。
表２において「第一面から入射した光の光透過部内進行角」は単位フレネルレンズの第一面から入射した光における光透過部内進行角であり、図８のθ_８４に相当する。これは計算により算出した。
表２において「第二面から入射した光の光透過部内進行角」は単位フレネルレンズの第二面から入射した光が進行し、その後に光透過部に入射したときにおける光透過部内進行角であり、当該光に関する図８のθ_８４に相当する。これも計算により算出した。

上記した表１、表２で示した条件において二重像の発生は観察されなかった。ここで、表２からわかるように、第二面からも所定の角度で映像光が観察者側に進行している。透過型スクリーンを湾曲させなければこのような角度で第二面から光透過部に映像光は進行しないので、これは湾曲させることにより生じた現象である。従って通常はこの映像光が観察者に達して二重像として観察されてしまう。これに対して本実施例では光学機能層を設けることにより、第二面から入射した映像光は第一面から入射した映像光より大きな角度で光透過部と光吸収部との界面に達し、光吸収部で効率よく吸収されたので二重像の発生を防止することができた。

一方、第一面から入射した光については、その光透過部内進行角は０°に近づくように向きが変えられていることから光透過部と光吸収部との界面において全反射され易くなる。従って、本実施例のようにいずれの場合も全反射させる（本例では１３．１°以下）条件で映像光を照射することもでき、より明るい映像を観察者に提供することも可能となる。

１ 背面投射型表示装置
１０ 透過型スクリーン
２０ フレネルレンズシート
２１ フレネル基材層
２２ フレネルレンズ層
２３ 単位フレネルレンズ
３０ 積層体
３１ 光学機能層
３２ 光透過部
３３ 光吸収部
３４ 基材層
３５ 光拡散層
３６ 着色層
３７ 表面機能層

Claims (4)

1. 一方の面側から投射された映像光を他方の面側に透過して映像を表示する透過型スクリーンであって、
   透光性を有するシート状のフレネル基材層と、前記フレネル基材層の一方の面に単位フレネルレンズが配列されたフレネルレンズ層と、を備えるフレネルレンズシート、及び、前記フレネルレンズシートの前記フレネルレンズ層が設けられた側とは反対側に配置される積層体を有し、
   前記単位フレネルレンズは、前記フレネルレンズシートの一方の面側から投射された前記映像光を、屈折させて入射させ、前記フレネルレンズシートの他方の面側に出射させるものであり、
   前記積層体は光を透過する複数の光透過部と、隣り合う前記光透過部間に形成された、光を吸収する光吸収部と、を備える光学機能層を具備し、
   前記フレネルレンズシート、及び前記積層体が一方の面側に凸となるように湾曲した部分を有する、透過型スクリーン。
2. 前記単位フレネルレンズが配列されるピッチをＰ_１とし、前記光吸収部が配列されるピッチをＰ_２としたとき、Ｐ_２＜Ｐ_１である、請求項１に記載の透過型スクリーン。
3. 前記光学機能層の前記光吸収部は断面が台形であり、該台形は、前記フレネルレンズシート側に上底、これとは反対側に前記上底より長い下底を有する、請求項１または２に記載の透過型スクリーン。
4. 映像光を出射する映像光源と、
   前記映像光源からの前記映像光を透過して観察者側に出射する請求項１乃至３のいずれかに記載の透過型スクリーンと、を備えた背面投射型表示装置。

Images