JP3849531B2 - プロジェクションスクリーンとそれを搭載した表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレネルレンズシートと組み合わせて、透過型（リア型）プロジェクションテレビに使用する透過型プロジェクションスクリーンの改良に関する。
本発明による透過型プロジェクションスクリーンは、特にＬＣＤ（液晶表示装置）やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ−Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ−Ｄｅｖｉｃｅ；テキサスインスツルメンツ社の登録商標）などのようなセル構造を有するプロジェクタからの画像を投影する方式のプロジェクションテレビ用のスクリーン（以下、プロジェクションスクリーンと称する）に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクションスクリーン（透過型スクリーンと同義であり、以後混在して用いることもある）は、一般にフレネルレンズシートとレンチキュラーシートとの組み合わせからなり、そのレンチキュラーシートは、両面に凸シリンドリカルレンズ面が形成され、片面（映像光の出射側）の各シリンドリカルレンズの境界部には突起が形成され、突起の上部には遮光層（光吸収性を有する黒色ストライプ）が形成された構成であるのが一般的である。（図示せず）
【０００３】
表裏に凸シリンドリカルレンズ面が形成されているのは、プロジェクタ（光源）が３管式（左右に３台並んでいる）のＣＲＴ方式の場合、それぞれの色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の投影光がレンチキュラーシートに対して異なる角度で入射するため、フルカラーの映像光として出射する際に、色毎に微妙にずれた角度で出射する現象であるカラーシフトを防ぐ目的で、表裏のレンズの相乗効果によって３色のズレを補正する必要があるためである。
【０００４】
近年、液晶プロジェクションテレビが普及し、その映像を観察するためのプロジェクションスクリーンが要求されている。
液晶プロジェクションテレビでは、１台のプロジェクタ（光源）からの映像光を、ミラーを介して透過型スクリーンに投影し、観察者は、スクリーンを通して投影画像を鑑賞する。
１台のプロジェクタからフルカラーの映像光が投影されるため、前述したように、出射光の角度を色毎に補正する必要はなく、レンチキュラーシートには表裏に凸シリンドリカルレンズ面が形成される必要はなく、片面のみで良い。
【０００５】
映像画質の高精細化に伴い、液晶プロジェクターの画素数も増大（従来の数十万画素から１００万画素以上に）していることから、レンチキュラーシートに対してもシリンドリカルレンズのファインピッチ化が要求されている。ファインピッチ化によって、液晶プロジェクターからの投影画素の周期性（現状、１ｍｍ弱程度）とシリンドリカルレンズの周期性に起因するモアレの現象が低減される。
具体的には、現状の０．７ｍｍ前後から、０．３ｍｍ以下のファインピッチ化が要求されている。
【０００６】
レンチキュラーシートは、透明な熱可塑性樹脂シートに対してプレス成型を行なったり、溶融押し出しと同時に両面成型を行なうことにより得られているのが現状であるが、熱可塑性樹脂に対する各種の成型法では、上記のファインピッチ化が非常に困難である。その理由は、熱成型後の冷却時に温度の不均一が生じ、成型物に反りが発生したり、熱収縮の不均一が発生するというプラスチック特有の熱戻り現象に起因するためである。
【０００７】
ファインピッチなレンズシートを成型するのに好適な製造方法として、放射線（紫外線または電子線）硬化性樹脂を用いた各種の成型方法が公知である。
【０００８】
また、種々の手法により成型されたレンチキュラーシートをスクリーンとして使用する際に、コントラストを向上させるために、レンチキュラーシートからの映像光の出射側に、入射側レンズの非集光部に相当する箇所に、ストライプ状の遮光性パターン（以下、ブラック・ストライプ＝ＢＳと称する）を形成することが行なわれている。
ＢＳの形成方法としては、オフセット，グラビア，スクリーンなどの各種印刷法が慣用的に用いられているが、印刷法では、画線部が光吸収部となるような位置精度の高い印刷版の作製を要し、シリンドリカルレンズがファインピッチ化したり、レンチキュラーシートが大型化すると、印刷版の作製および見当合わせ（位置合わせ）が一層困難となる。
【０００９】
印刷法以外の遮光パターンの形成方法として、ＢＳの形成される突起のないレンズシートであっても、印刷版を要することなく、レンズシートの背面に確実な位置精度でＢＳを形成する方法として、感光性樹脂を利用してレンズ自体の集光特性に応じた非集光位置にＢＳを形成するという所謂「セルフアライメント法」が公知である。
【００１０】
映像のコントラストは、画面上の「明輝度／暗輝度」で表される。
すなわち、プロジェクターからの投影光の輝度を上げる（分子を大きくする）には光源の限界があり、画面上の暗い箇所の輝度を下げる（分母を小さくする）ことが、コントラストを高く（良好に）する効果的な手法である。
【００１１】
既存の透過型スクリーン用のレンチキュラーシートでは、ＢＳの占める面積として、およそ「６０％〜７０％」の範囲の値が採用されている。
言うまでもなく、ＢＳが６０％〜７０％であると、レンチキュラーシートが光を透過する開口部の面積は、４０％〜３０％の開口率となる。
【００１２】
一方、液晶プロジェクションテレビでは、レンズシートだけでなく光拡散層に対する要求も、ＣＲＴ方式に比較して特異性を持つことが知られている。
【００１３】
液晶透過型プロジェクションテレビは、投影レンズの投射瞳の径が小さいため、ＣＲＴ透過型プロジェクションテレビに比較して、プロジェクターからの入射光の輝度が局所的に高くなる現象（ホットスポット）、シリンドリカルレンズの並設方向に縞状に明るく見える現象（ホットバー）、投影画像内に視覚される不要なちらつきの現象（シンチレーション）が発生しやすい。
【００１４】
前記のホットバーを解消するためには、光拡散性を高くする必要があり、１つの方法として、光拡散層の厚みを厚くすることにより解決することができる。
【００１５】
一方、高精細化の映像画質を得るためには、投射映像光をスクリーン上で結像する際、解像度の低下を招かない程度に、光拡散層の厚みをできるだけ薄くすることが求められ、前述のホットバーの解決と相反する解決を求められている。
【００１６】
そのため従来は、フレネルレンズ側とレンチキュラーシート側の双方に光拡散性微粒子を分散してなる光拡散層を具備させ、双方の光拡散性を制御して、ホットバー，シンチレーション，解像度および表示輝度を考慮して、総合的な映像のバランスをとっている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
表示映像光を、水平および垂直方向に渡って好適な範囲に広げるには、一般的には、水平方向にはレンチキュラーシートのレンズ機能を用い、垂直方向には光拡散剤を含む光拡散層の機能を用いているが、光拡散剤の過剰な混入は、光拡散層のコストアップだけでなく、表示映像光の透過率を落とし、輝度低下を招くことになる。
垂直方向にも、レンチキュラーシートのレンズ機能を用いて表示映像光を広げる際には、一般的に光拡散剤を含む光拡散層の機能よりもダイナミックであるため、垂直方向の視点移動に対しては、徐々にではなく急激な輝度変化を伴ってしまい、スクリーンとしての視覚上好ましくない。
【００１８】
本発明は、水平および垂直方向に渡って表示映像光を好適な範囲に広げる上で、光拡散剤を過剰に用いることなく、レンチキュラーシートのレンズ機能を用いて光拡散層に近い光学特性で表示映像光の出射範囲を制御できるような透過型スクリーン（および、それを用いたディスプレイ）を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１の発明は、
表示光の投射側から、フレネルレンズシート，凸シリンドリカルレンズが第１の方向に並設されてなる第１レンチキュラーシート，凸シリンドリカルレンズが前記第１の方向と直交する第２の方向に並設されてなる第２レンチキュラーシートが、この順に配置された構成のプロジェクションスクリーンにおいて、
前記第１および第２レンチキュラーシートは、表示光の投射側にあたる片面のみに凸シリンドリカルレンズ群が形成され、他面はレンズ部が形成されていない平坦面であり、
それぞれのレンチキュラーシートには、凸シリンドリカルレンズの非集光部に相当する位置にストライプ状の遮光パターンが形成されており、それぞれが遮光パターンの形成された側を観察者側として配置され、前記遮光パターン上に光拡散性微粒子を分散してなる光拡散層を積層した構成であり、
第１レンチキュラーシート側の光拡散層は、拡散透過率（ヘイズ値）が０〜３０％であり、
第２レンチキュラーシート側の光拡散層は、拡散透過率（ヘイズ値）が７０〜９５％であり、
前記スクリーンを通過した光線を、第１レンチキュラーシートの凸シリンドリカルレンズ群の並設方向について測定した場合、その輝度が低下する半値角度が１０°を超える値であることを特徴とするプロジェクションスクリーンである。
【００２０】
透過型スクリーンでレンチキュラーシートの果たす役割は、投影される映像光が明るく視覚される方向や範囲（以後、視域と称する）を制御することにある。
凸シリンドリカルレンズが左右（水平）に並設される場合は、スクリーン前面の観察者にとって、左右（水平）に視域を拡げることになるが、上下（垂直）にも視域を拡げる場合には、凸シリンドリカルレンズが上下（垂直）に並設されたレンチキュラーシートを併用することが好ましい。
本発明の構成により、左右（水平）・上下（垂直）の２方向に視域を拡げると共に、表示映像光の出射範囲やコントラストを厳密に制御することが容易となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明による透過型スクリーンを示す説明図であり、投射側（プロジェクタ側）から、基板９１の片面にレンズ部９５を形成してなるフレネルレンズシート９０，基板８１の片面（フレネルレンズシート９０側）に凸シリンドリカルレンズ部８５が第１の方向に並設されてなる第１レンチキュラーシート８０，基板７１の片面（第１レンチキュラーシート８０側）に凸シリンドリカルレンズ部７５が第１の方向に並設されてなる第２レンチキュラーシート７０，が配置された構成であり、
前記第１，第２のレンチキュラーシートには、凸シリンドリカルレンズの非集光部に相当する位置にストライプ状の遮光パターンが形成されており、それぞれが遮光性パターンの形成された側を観察者側として配置されている。
【００２２】
紫外線（電子線）硬化性樹脂からなるファインピッチなレンズ部（凸シリンドリカルレンズ群あるいは、フレネルレンズ）を並設したレンズシートを得る場合、基材となるシート（フィルム）の片面に、２Ｐ法（Photo-polymer法）と呼ばれる既知の手法により、レンズ部を形成する。
【００２３】
ここで、基材となるシート（フィルム）としては、アクリル樹脂，ポリカーボネート樹脂，ポリエステル樹脂，ポリスチレン樹脂，ポリオレフィン樹脂，塩化ビニル樹脂，ポリイミド樹脂，などから選択される少なくとも１種類以上の樹脂（または、共重合体）からなるシート（フィルム）が好適であるが、生産性やコストの点から、０．０５〜０．５ｍｍ厚のポリエステル樹脂やポリカーボネート樹脂が好ましい。
【００２４】
前記第１，第２のレンチキュラーシートでは、非レンズ部側の平坦面には、凸シリンドリカルレンズ群の非集光部に相当する位置にＢＳが形成される。
ファインピッチな凸シリンドリカルレンズ群であろうと、特開昭５９−１２１０３３号公報に例示されるような上述のセルフアライメント法によって、凸シリンドリカルレンズ群の非集光部に相当する位置に、正確にＢＳを形成することが可能である。
【００２５】
レンチキュラーシートの開口率を左右する「ＢＳの線幅」については、ＢＳの形成箇所／非形成箇所を規定することになるポジ型感光性粘着剤の露光方法（露光時間や、光線の照射角度などにより）の調節により、制御が可能である。
【００２６】
用いられるポジ型感光性粘着剤（感光することで粘着性が消失し、非露光部が粘着性である特性）のうち、紫外線フォトポリマーであるクロマリンフィルム（商品名；デュポン製）が上記特性を顕著に示すため、ＢＳの形成の上で好適である。
クロマリンフィルムを用いた上記の工程では、露光量（露光強度×露光時間）の増大に従い、感光部分（硬化部分）が集光部分の中心から拡がるため、露光量に応じて粘着部（ＢＳの線幅）を調整することも可能である。
【００２７】
左右／上下の両方向に並設するストライプ（最終的には、格子状）を形成する場合、少なくとも何れか一方向の線幅（あるいは、ピッチ）を調整して、最終的なレンチキュラーシートの開口率が、適宜に制御される。
開口率は、慣用的な３０％程度が好ましい。
【００２８】
上記の第１，第２の方向は、左右（水平），上下（垂直）の組み合わせであれば、順序に制約を受けるものではない。
本実施形態の場合は、第１，第２のレンチキュラーシートそれぞれのＢＳは、凸シリンドリカルレンズの非集光部に相当する位置に形成される必要がある。
【００２９】
本発明の場合は、第１のレンチキュラーシートに形成されるＢＳは、第２のレンチキュラーシートを通して観察者に視覚されるため、第２のレンチキュラーシートのシリンドリカルレンズによる屈折の影響を多少受ける。
単純に、第１・第２のレンチキュラーシートのＢＳ率が共に５０％であると、最終的な開口率は２５％となり、ＢＳ率は７５％となる。
第１・第２のレンチキュラーシートのＢＳ率を制御することで、最終的なＢＳ率を７０％以上とすることが好ましい。
【００３０】
レンズ部をファインピッチにすると、焦点距離が短くなり、レンズシート全体としては薄くなるため、レンズシートの剛性は不十分になる。
スクリーンとして表示装置に装着する上では、剛性の欠如は好ましくないため、平坦面（非レンズ部側）にＢＳを形成した後、レンズシート（レンチキュラーシート）に別部材を積層して剛性を付与しても良い。
この場合、剛性を付与するための層として、光拡散剤を分散してなる光拡散シートを、粘着剤を介するなどして積層すると、表示映像光の視域拡大や投射映像光をスクリーン上で結像させる機能をも併せ持たせることができる。（同図では、別部材の積層については、図示していない）
【００３１】
第１，第２レンチキュラーシートの双方に、上記光拡散シートを積層する場合、それぞれの光拡散度（ＪＩＳ規格で「ヘイズ＝拡散透過率」と定められている）は、以下の関係であることが好ましい。
【００３２】
第１レンチキュラーシート側の光拡散層のヘイズ値を高くすると、第２レンチキュラーシートに入射する映像光に拡散成分が多くなり、第２レンチキュラーシートを通過する際、第２レンチキュラーシート側のＢＳで遮られてしまう（出射せず、損失となる）ため、表示映像光の損失を少なくする上では、光拡散層のヘイズ値は、第２レンチキュラーシート側が高いことが好ましい。
【００３３】
スクリーン全体としては、ヘイズ値は８０％以上必要であり、第２レンチキュラーシート側のヘイズが７０％の時には、第１レンチキュラーシート側のヘイズは、３０％は必要になる。
実験による結果、第１レンチキュラーシート側の光拡散層は、ヘイズが０〜３０％であり、第２レンチキュラーシート側の光拡散層は、ヘイズが７０〜９５％であり、前記の範囲内で組み合わせることが好ましいことが確認された。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明による透過型スクリーンの実施例・比較例について説明する。
実施例１，２は、投射側（プロジェクタ側）から、フレネルレンズシート，第１レンチキュラーシート，第２レンチキュラーシートの順に配置された、図１に示した構成のスクリーンである。
比較例は、実施例１，２から第１レンチキュラーシートを省略した構成のスクリーンである。
【００３５】
実施例１，２において、第１レンチキュラーシートは、垂直方向に光を拡散する構成（すなわち、シリンドリカルレンズが垂直方向に並設された構成）であり、Ｖ（＝Vertical）レンチと称することとする。
対称的に、水平方向に光を拡散するレンズ部を備えるレンチキュラーシートをＨ（＝Horizontal）レンチと称することとする。
【００３６】
実施例１，２においては、フレネルレンズ単体によるヘイズは０％（すなわち、レンズシートを構成する基板は透明であり、拡散剤の混入はない）であり、第２レンチキュラーシート（＝Ｈレンチ）単体によるヘイズは８５％である。
実施例１と２では、第１レンチキュラーシート（＝Ｖレンチ）のレンズ形状などの設計変更による光学特性を変えている。
比較例では、フレネルレンズ単体によるヘイズは７０％であり、Ｈレンチ単体によるヘイズは８５％である。
【００３７】
【表１】

【００３８】
上記表１によれば、スクリーンを構成するレンズシートが１枚多い実施例１，２では、投射映像光の減衰などの影響により、中心部での明るさは、比較例に比べて落ちるが、表示映像光の視野角特性を表すα，β，γ，δの角度（それぞれ、正面での輝度が、１／２，１／３，１／10，１／20に低下する場合の、正面方向からずれた角度。垂直方向，水平方向については、それぞれ添字でＶ，Ｈを付す）を比較すると、水平方向については、実施例・比較例共にＨレンチを備えているため、差は少ないが、垂直方向については、特に、正面での輝度が半減するαＶが、比較例は１０°と小さく、肉眼での観察では、上下方向での僅かな視点移動についても、急激な輝度低下として感じられることになる。
観察者が視点移動に伴って最も輝度の変化を実感するのは、α角度に依存する場合が多く、α角度としては、１０°を超えることが要求されている。
【００３９】
【表２】

【００４０】
また、上記表２によれば、明室（200Lux），暗室（０Lux）におけるコントラストおよび外光反射においては、実施例１，２の方が、コントラストが高く外光反射が少ない測定結果となっている。
【００４１】
【発明の効果】
本発明により、水平および垂直方向に渡って表示映像光を好適な範囲に広げる上で、光拡散剤を過剰に用いることなく、レンチキュラーシートのレンズ機能を用いて光拡散層に近い光学特性（すなわち、視点移動に伴い、なだらかに輝度が低下する）で表示映像光の出射範囲を制御できるような透過型スクリーン（および、それを用いたディスプレイ）が提供される。
また、それぞれにＢＳを有するＨレンチとＶレンチを備える構成であるので、透過型スクリーン用レンチキュラーシートのシリンドリカルレンズが、如何にファインピッチ化されようと、レンチキュラーシートの開口率（言い換えれば、ＢＳによる遮光率）の厳密な制御が容易であり、視覚される映像のコントラストの厳密な制御でさえ容易となる。
【００４２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプロジェクションスクリーンの構成の一例を示す説明図。
【符号の説明】
７０…第２レンチキュラーシート
８０…第１レンチキュラーシート
９０…フレネルレンズシート
７１，８１，９１…基板
７５，８５，９５…レンズ部

Claims (1)

1. 表示光の投射側から、フレネルレンズシート，凸シリンドリカルレンズが第１の方向に並設されてなる第１レンチキュラーシート，凸シリンドリカルレンズが前記第１の方向と直交する第２の方向に並設されてなる第２レンチキュラーシートが、この順に配置された構成のプロジェクションスクリーンにおいて、
   前記第１および第２レンチキュラーシートは、表示光の投射側にあたる片面のみに凸シリンドリカルレンズ群が形成され、他面はレンズ部が形成されていない平坦面であり、
   それぞれのレンチキュラーシートには、凸シリンドリカルレンズの非集光部に相当する位置にストライプ状の遮光パターンが形成されており、それぞれが遮光パターンの形成された側を観察者側として配置され、前記遮光パターン上に光拡散性微粒子を分散してなる光拡散層を積層した構成であり、
   第１レンチキュラーシート側の光拡散層は、拡散透過率（ヘイズ値）が０〜３０％であり、
   第２レンチキュラーシート側の光拡散層は、拡散透過率（ヘイズ値）が７０〜９５％であり、
   前記スクリーンを通過した光線を、第１レンチキュラーシートの凸シリンドリカルレンズ群の並設方向について測定した場合、その輝度が低下する半値角度が１０°を超える値であることを特徴とするプロジェクションスクリーン。

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