JP3868819B2

JP3868819B2 - フレネルレンズシート、透過型投影スクリーン、および透過型投影ディスプレイ

Info

Publication number: JP3868819B2
Application number: JP2002015537A
Authority: JP
Inventors: 正浩後藤; 博関口
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2022-01-24
Also published as: JP2003215716A; US20030137729A1; CN100405216C; US6836363B2; CN1442749A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクターとスクリーンを一つのキャビネットに収納した、いわゆる透過型投影ディスプレイ等に使用され、ゴーストや二重像の生じない、鮮明な映像を観察することが可能な、改良されたフレネルレンズシート、透過型投影スクリーン、および透過型投影ディスプレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大画面のディスプレイとして、背面より映像を投映する、いわゆる透過型投影ディスプレイがある。図３に示すように、従来の透過型投影ディスプレイ１０１は、キャビネット１０２の観察側（前面）の上部のくりぬき窓部には、透過型投影スクリーン１０３が設置され、内部の下部には、プロジェクター１０５が設置され、上部の内側には、折り返しミラー１０４が設置されており、各々は、プロジェクター１０２からの投影光１０６が、折り返しミラー１０４により反射して、透過型投影スクリーン１０３に投影されるような位置関係を有している。
【０００３】
従来の透過型投影ディスプレイ１０１における透過型投影スクリーン１０３としては、代表的には、図４に示すような背面側にフレネルレンズシート１１１、および観察側にレンチキュラーレンズシート１２１が、通常は密着されたものが使用されている。
【０００４】
レンチキュラーレンズシート１２１は、背面側に多数のレンチキュラーレンズ１２２が、溝方向が垂直方向になるよう並べられており、観察側には、背面のレンチキュラーレンズ１２２の非集光部に相当する位置に、観察側から入射した光の反射を防止するためのブラックストライプ１２３を有するものである。また、フレネルレンズシート１１１は、例えば、観察側に、フレネルレンズ形状１１２を有し、背面側が平面１１４となったものである。
【０００５】
図３に示すように、プロジェクター１０５からの投影光１０６が、折り返しミラー１０４により折り曲げられて透過型投影スクリーン１０３に入射すると、透過型投影スクリーン１０３を透過して映像光１０７となる以外に、透過型投影スクリーン１０３の背面で反射光１０８が生じ、反射光１０８は、再び折り返しミラー１０４で反射した後、再度、透過型投影スクリーン１０３に入射し、しかも最初の投影光１０６の入射位置とは異なる位置に入射してゴースト光１０９として出光するので、本来の映像に加え、ずれた位置にもゴースト映像が生じる結果を招く。特に、プロジェクター１０５と透過型投影スクリーン１０３との間の光路長、即ち投写距離が短かければ短いほど、または／および透過型投影スクリーン１０３と折り返しミラー１０４との距離が短かければ短いほど、ゴースト映像が生じやすい。
【０００６】
透過型投影スクリーンの背面に蒸着等により反射防止層を形成すれば、ゴースト映像の強度を弱めることは可能であるものの、根本的な解消はできず、また、個々の透過型投影スクリーンの背面に蒸着を行なうことは、製造効率が悪く、工業的に適した手段とは言い難い。
【０００７】
特開平５−１５８１５３号公報には、フレネルレンズシートの背面に凹凸、例えば、梨地、ヘアライン、レンチキュラーレンズを設け、特に、溝の方向を水平方向とした水平レンチキュラーレンズを設けて、ゴーストを解消することが記載されているが、単に凹凸を設けると、映像の解像度低下、コントラストの低下が起こりやすいし、フレネルレンズシートの背面にレンチキュラーレンズが加わると、モアレが一層助長される欠点がある。
【０００８】
これとは別に、フレネルレンズが湿度の変化等の環境の変化により、反りを生じると、やはり、映像の解像度が低下するので、解消が望まれている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明においては、透過型投影ディスプレイに入射した投影光がスクリーンの背面で反射した反射光に由来するゴーストの発生を防止することが可能で、しかも、そのために加味する要素の形成の効率がよく、あるいは、加味する手段によって、新たにモアレを助長したり、解像度の低下が少ない、あるいは、湿度の変化等の環境の変化によって、反りの生じにくいフレネルレンズシート、透過型投影スクリーン、および透過型投影ディスプレイを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決する手段】
発明者による検討の結果、フレネルレンズシートの背面にマット面、好ましくは所定の範囲のマット度合いのものを形成すること、更に、フレネルレンズシートを構成する基材として、所定の範囲の吸水の度合いのものを用いることにより、上記の課題を解決することが可能となった。
【００１１】
第１の発明は、観察側の面にフレネルレンズ形状を有し、背面側の面にマット面を有し、ヘイズ値が、１５％〜４０％であり、マット面のＪＩＳＫ７１０５に定める６０°鏡面光沢度が、２０％〜４５％であり、マット面のＪＩＳＫ７１０５に定める２０°鏡面光沢度が、５％〜１５％であることを特徴とするフレネルレンズシートに関するものである。
第２の発明は、第１の発明において、前記フレネルレンズ形状は、電離放射線硬化性樹脂の硬化物層に形成されたものであり、前記マット面は、前記硬化物層に積層した透明基材シートの少なくとも片面に付与されたものであることを特徴とするフレネルレンズシートに関するものである。
第３の発明は、第２の発明において、前記透明基材シートの２３℃における２４時間浸漬吸水率が０．２％以下であることを特徴とするフレネルレンズシートに関するものである。
第４の発明は、第１〜第３いずれかの発明において、厚みが０．２ｍｍ〜１．５ｍｍであることを特徴とするフレネルレンズシートに関するものである。
第５の発明は、第１〜第４いずれかの発明において、少なくとも前記マット面側に帯電防止処理が施されていることを特徴とするフレネルレンズシートに関するものである。
第６の発明は、第１〜第５いずれかの発明のフレネルレンズシートの単独からなるか、または前記フレネルレンズシートの前記フレネルレンズ形状を有する側にレンチキュラーレンズシートが配置されたものからなることを特徴とする透過型投影スクリーンに関するものである。
第７の発明は、キャビネットの前面には請求項６の発明の透過型投影スクリーンが設置され、キャビネットの内部にはプロジェクターおよび折り返しミラーが設置されており、前記透過型投影スクリーン、前記プロジェクター、および前記折り返しミラーの各々は、前記プロジェクターからの投影光が前記折り返しミラーにより反射して前記透過型投影スクリーンに投影されるよう配置されていることを特徴とする透過型投影ディスプレイに関するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の透過型投影ディスプレイ１を示す図である。
本発明の透過型投影ディスプレイ１を構成する各要素、およびそれらの位置関係は、以降に説明する本発明の透過型投影スクリーン３の細部を除いて、同じである。透過型投影ディスプレイ１は、キャビネット２の前面上部のくりぬき窓部には透過型投影スクリーン３が、内部の下部にはプロジェクター５、そして、上部の内側には折り返しミラー４が、それぞれ設置されており、プロジェクター２からの投影光６が、折り返しミラー４により反射して、透過型投影スクリーン３に投影されるような位置関係を有している。
【００１３】
図２は、本発明の透過型投影スクリーン３の構造例を示す図である。図２（ａ）に示すスクリーン３は、観察側にレンチキュラーレンズシート２１、および背面側にフレネルレンズシート１１が、互いに接近した、通常は互いに密着したものであり、ただし、フレネルレンズシート１１の背面側に、従来にはないマット面１３を有するものである。あるいは、透過型投影スクリーン３は、図２（ｂ）に示すように、背面側にマット面１３を有するフレネルレンズシート１１単独からなるものでもあり得る。
【００１４】
レンチキュラーレンズシート２１は、従来におけるものと同様、背面側に溝方向が垂直方向になるよう並べられたレンチキュラーレンズ２２を有し、レンチキュラーレンズシート２１の観察側には、背面のレンチキュラーレンズ２２の非集光部に相当する位置に、観察側から入射した光の反射を防止するためのブラックストライプ２３を有したものである。なお、このブラックストライプ２３を省略し、背面側のレンチキュラーレンズ２２の表面に、透明着色層からなる吸光層を有するものであってもよい。なお、レンチキュラーレンズ２２は、レンチキュラーレンズシート２１と一体のものでも、透明基材シートと、レンチキュラーレンズ２２が形成された別の樹脂層との積層構造のものであってもよい。
【００１５】
フレネルレンズシート１１の背面のマット面１３は、原則的には、いかなるものであってもよいが、好ましくは、所定の範囲のヘイズ値を有し、より好ましくは、所定の範囲の光沢度を有するものである。
【００１６】
フレネルレンズシート１１は、ヘイズ値が、１５％〜４０％であることが好ましい。ヘイズ値が１５％未満では、マット面１３での反射防止性が不十分であり、また、ヘイズ値が４０％を超えると、映像の解像度、コントラスト両面が低下し、好ましくない。
【００１７】
また、フレネルレンズシート１１は、マット面の光沢度が所定の範囲であるものが好ましく、ＪＩＳＫ７１０５に定める６０°鏡面光沢度が２０％〜４５％であることが好ましい。６０°鏡面光沢度が２０％未満では反射防止性はあるもののフレネルレンズシート１１を透過する光が少なくなり、また、６０°鏡面光沢度が４５％を超えると、背面での反射によるゴースト映像が無視できなくなるからである。
【００１８】
また、マット面は、ＪＩＳＫ７１０５に定める２０°鏡面光沢度が５％〜１５％であることが好ましい。２０°鏡面光沢度の好ましい範囲が、上記の６０°鏡面光沢度の好ましい範囲にくらべて数値が小さいのは、垂直に近い２０°の角度で入射した投影光６は、映像光７の光量を確保して映像のコントラストを確保する意味で、できるだけ、フレネルレンズシート１１を透過させる必要があるからである。ここで、２０°鏡面光沢度が１５％を超えると、背面での反射に基づくゴースト映像が無視できなくなる。
【００１９】
本発明におけるマット面１３は、種々の方法により形成できるが、好ましくは所定のマット面を与えるエンボス型を用いて、フレネルレンズシート、もしくはフレネルレンズシートが透明基材シートを含む積層構造であるときは、その透明基材シートを賦型することにより形成することができる。
【００２０】
マット面１３は、巨視的に見て平坦な面に形成されたものである以外に、種々の凹凸形状を有する面に形成されたものであってもよい。種々の凹凸形状としては、（１）等方性、もしくは異方性の単位レンズが縦横等のマトリックス状に配列した、いわゆる蝿の目レンズ、プリズムを配列したプリズム面等があり得る。
【００２１】
フレネルレンズシート１１は、観察側の面にフレネルレンズ形状１２を有し、通常は、フレネル凸レンズ形状を有し、背面側に、マット面１３を有するものであるが、レンチキュラーレンズシート２１の場合と同様、フレネルレンズ形状１２がフレネルレンズシート１１と一体のものでも、透明基材シートと、フレネルレンズ形状１２が形成された別の樹脂層との積層構造のものであってもよい。フレネルレンズ形状が別の樹脂層に形成されたものである場合、その樹脂層が、電離放射線硬化性樹脂の硬化物層であることがより好ましい。
【００２２】
フレネルレンズシート１１が湿度の変化等の環境変化により反りを生じると、映像の解像度が低下する。このため、フレネルレンズシート１１を構成する素材、特に透明基材シートを用いる場合には、透明基材シートとして、吸水性のごく少ないものを選択して使用することが好ましい。吸水性の度合いとしては、ＪＩＳＫ７２０９に基づく吸水率、ここでは、水中に２３℃において２４時間浸漬したことによる吸水率（２３℃における２４時間浸漬吸水率）が０．２％以下であることが好ましい。２３℃における２４時間浸漬吸水率が０．２％を超えると、吸水による反りが無視できなくなり、映像の解像度を低下させる。例えば、上記の２３℃における２４時間浸漬吸水率が０．２％以下であるとき、フレネルレンズシート１１をフリーの状態で上辺を支持して、１０００ｍｍ幅に対して数十ｍｍの反りが見られる場合、フレネルレンズシートとレンチキュラーレンズレンズとの間には、僅かに数ｍｍの間隙が生じるのみであるが、２３℃における２４時間浸漬吸水率が０．５％程度のものであるときは、上記と同様にして１０００ｍｍ幅に対して１００ｍｍ程度の反りが見られる。
【００２３】
吸水による反りを回避する意味では、フレネルレンズシート１１の厚みを薄くしても反りそのものの発生を抑制することは出来ないが、枠で固定する等して、反りを押え込むことが容易になるので、好ましい。また、薄くすることにより、従来、画面の下部のフレネルレンズ面で投影光が反射し、フレネルレンズシート裏面で再度、反射して生じる二重像が緩和される効果も生じる。
【００２４】
フレネルレンズシート１１の厚み、もしくはフレネルレンズシート１１が積層構造で構成されている場合の透明基材シートの厚みとしては、０．２〜１．５ｍｍであることが好ましい。厚みが０．２ｍｍ未満ではフレネルレンズシートを支持する機能が不十分であり、また、マット面を型押しにより行なう際に薄過ぎる。また、厚みが１．５ｍｍを超えると、解像度が劣化する。
【００２５】
なお、フレネルレンズシート１１へのマット面１３の形成を、透明基材シートへのマット面の形成により行なう場合であって、マット面の形成を、透明基材シートの押出し成形による成膜の際に行なうときは、透明基材シートの厚みが０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度であることが好ましい。
【００２６】
ところで、既に述べたように、フレネルレンズシート１１を構成する素材、特に透明基材シートを用いる場合には、透明基材シートとして、吸水性のごく少ないものを選択して使用することが好ましいが、吸水性が低下すると、必然的に帯電しやすくなるので、２３℃における２４時間浸漬吸水率が既に述べた範囲に規定されている場合には、フレネルレンズシート１１は、帯電防止処理が施されたものであることが好ましい。帯電防止処理は、帯電防止剤の練り込み、帯電防止剤の直接的な塗布もしくは噴霧、または帯電防止剤を含む組成物の塗布等により行なうことができ、帯電防止処理を行なう対象としては、種々の部位があり得るが、透明基材シートを用いる場合には、その露出面側に帯電防止処理を施すことが好ましい。
【００２７】
上記したような本発明の透過型投影スクリーン３は、図１に示すように、所定の位置に設置して投影を行なうと、透過型投影スクリーン３の背面側、即ち、フレネルレンズシート１１の背面側がマット面とされているので、投影光６が入射した際に、入射面での実質的な反射が起きることがなく、従って、ゴーストが起きにくい。
【００２８】
【実施例】
（実施例１）
透明なポリエステル系樹脂を押出し成形し、押出されたシートに型ローラを用いてマット加工を行ない、片面がマット面であり、ヘイズ値；２５％、６０°鏡面光沢度；３０％、２０°鏡面光沢度；７％、厚み０．５ｍｍの透明基材シートを基材として得た。この基材のマット面ではない方の面に、紫外線硬化性樹脂の硬化物からなるフレネルレンズを形成し、合計厚みが０．７ｍｍ、画面サイズ（対角サイズ）が１５２４ｍｍ（６０型））のフレネルレンズシートを得た。
【００２９】
上記のフレネルレンズシートのマット面を背面側に向け、フレネルレンズシートの観察側に同画面サイズのレンチキュラーレンズシートを組み合わせて密着させた２枚構成のスクリーンとし、このスクリーンを用いて、図１に示すようなプロジェクションディスプレイを構成した。このとき、折り返しミラー４とスクリーン３の最短距離（図１中、上部の左右方向の距離である。）は５０ｍｍと接近させたにもかかわらず、このプロジェクションディスプレイにより表示を行なわせたところ、ゴースト画像は認められず、しかも、映像の解像度の劣化もなかった。
【００３０】
（実施例２）
透明基材シートとして、ポリカーボネート樹脂と、光拡散剤を添加したポリカーボネート樹脂とを２層押出しにより、光拡散剤を添加した方の層の表面がマット面となった透明基材シートを得て基材として用いた以外は、実施例１と同様に行ない、プロジェクションディスプレイを構成して表示を行なわせたところ、フレネルレンズシートの裏面の反射によるゴースト画像は認められなかったが、映像の解像度の劣化があり、更にフレネルレンズでの反射による二重像が発生した。
【００３１】
（比較例）
基材をアクリル樹脂で構成し、ヘイズ値；１０％、６０°鏡面光沢度；６０％、および２０°鏡面光沢度；２５％とした以外は、実施例１と同様に行ない、プロジェクションディスプレイを構成して表示を行なわせたところ、フレネルレンズシートの裏面の反射によるゴースト画像が認められた。また、実施例１、実施例２、および比較例におけるフレネルレンズシートに関し、いずれも２３℃における２４時間浸漬吸水率を求めたところ、実施例１のものが０．１％、実施例２のものが０．１％、比較例のものが０．５％であった。また、各々のフレネルレンズシートを用いたスクリーンを、温度；４０℃、相対湿度；９０％の環境下に１６８時間（１週間）放置したところ、実施例１および実施例２のスクリーンでは変化が認められなかったが、比較例のスクリーンでは、フレネルレンズシートに反りが生じて、フレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシートとの間に最大約５ｍｍの間隙を生じ、このため、表示を行なわせると、映像の解像度が大幅に悪化した。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、フレネルレンズシートの背面側をマット面としたので、投影光が背面で反射することによるゴーストの発生を防止し得るフレネルレンズシートを提供することができる。
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、ヘイズ値を規定したので、映像の解像度の低下が少ないフレネルレンズシートを提供することができる。
請求項３の発明によれば、請求項２の発明の効果に加え、映像のコントラストを極端に低下させることなく、しかも、折り返しミラーで再度反射して、大きな角度で入射する光の反射性を確保することにより、ゴースト画像の解消が容易なフレネルレンズシートを提供することができる。
請求項４の発明によれば、請求項３の発明の効果に加え、垂直に近い入射光の反射が抑制されることにより、映像のコントラストを極端に低下させることのないフレネルレンズシートを提供することができる。
請求項５の発明によれば、マット面が形成される層とフレネルレンズ形状が形成される層とを別々の層としたことにより、各々の機能を発揮しやすく、製造が容易なフレネルレンズシートを提供することができる。
請求項６の発明によれば、請求項５の発明の効果に加え、透明基材シートの２３℃における２４時間浸漬吸水率の上限を規定したので、湿度の変化等による環境変化により反りが生じにくく、スクリーンを構成した際に解像度の低下を起こしにくいフレネルレンズシートを提供することができる。
請求項７の発明によれば、請求項１〜請求項６いずれかの発明の効果に加え、厚みを規定したことにより、反りの抑制、画面の下端における二重像の発生の抑制が可能なフレネルレンズシートを提供することができる。
請求項８の発明によれば、請求項１〜請求項７いずれかの発明の効果に加え、帯電防止処理が施されているので、防塵性・防汚性の優れたフレネルレンズシートを提供することができる。
請求項９の発明によれば、請求項１〜請求項８いずれかの発明の効果を有するフレネルレンズシート単独、もしくはさらにレンチキュラーレンズシートと組み合わせたからなる透過型投影スクリーンを提供することができる。
請求項１０の発明によれば、請求項９の発明の効果を有する透過型投影スクリーンを用いた透過型投影ディスプレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の透過型投影ディスプレイを示す図である。
【図２】本発明の透過型投影スクリーンを示す図である。
【図３】従来の透過型投影ディスプレイを示す図である。
【図４】従来の透過型投影スクリーンを示す図である。
【符号の説明】
１透過型投影ディスプレイ
２キャビネット
３スクリーン（３ｂ；マット面）
４ミラー
５プロジェクター
６投影光
１１フレネルレンズシート
１２フレネルレンズ形状
１３マット面
２１レンチキュラーレンズシート
２２レンチキュラーレンズ
２３ブラックストライプ

Claims

観察側の面にフレネルレンズ形状を有し、背面側の面にマット面を有し、ヘイズ値が、１５％〜４０％であり、マット面のＪＩＳＫ７１０５に定める６０°鏡面光沢度が、２０％〜４５％であり、マット面のＪＩＳＫ７１０５に定める２０°鏡面光沢度が、５％〜１５％であることを特徴とするフレネルレンズシート。
前記フレネルレンズ形状は、電離放射線硬化性樹脂の硬化物層に形成されたものであり、前記マット面は、前記硬化物層に積層した透明基材シートの少なくとも片面に付与されたものであることを特徴とする請求項１記載のフレネルレンズシート。
前記透明基材シートの２３℃における２４時間浸漬吸水率が０．２％以下であることを特徴とする請求項２記載のフレネルレンズシート。
厚みが０．２ｍｍ〜１．５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれか記載のフレネルレンズシート。
少なくとも前記マット面側に帯電防止処理が施されていることを特徴とする請求項１〜請求項４いずれか記載のフレネルレンズシート。
請求項１〜請求項５いずれか記載のフレネルレンズシートの単独からなるか、または前記フレネルレンズシートの前記フレネルレンズ形状を有する側にレンチキュラーレンズシートが配置されたものからなることを特徴とする透過型投影スクリーン。
キャビネットの前面には請求項６記載の透過型投影スクリーンが設置され、キャビネットの内部にはプロジェクターおよび折り返しミラーが設置されており、前記透過型投影スクリーン、前記プロジェクター、および前記折り返しミラーの各々は、前記プロジェクターからの投影光が前記折り返しミラーにより反射して前記透過型投影スクリーンに投影されるよう配置されていることを特徴とする透過型投影ディスプレイ。