JP3900982B2 - 透過型スクリーン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶プロジェクションテレビ・ディスプレイ等の背面投射型ディスプレイに用いるレンズアレイシート及びこれを用いた透過型スクリーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の透過型スクリーンは、片面に同心円状の凹凸が形成されたフレネルレンズ、円筒状のシリンドリカルレンズを一方向に揃えて配設したレンチキュラーレンズと、そのどちらか、あるいは片方、もしくは別体の基材に拡散層を設ける構成が一般的である。
これらの透過スクリーンを構成する部品は、プロジェクター側から順に、フレネルレンズレンチキュラーレンズ、前面板と配置されるのが、一般的である。
このレンチキュラーレンズとフレネルレンズの周期構造同士がモアレを発生し、投影画像上に鮮明な縞を発生するためスクリーンとしては好ましくなく、これを取り除くために拡散剤をレンズシート中に混入したり、レンチキュラーレンズとフレネルレンズのピッチ比を適切に設定する手法が公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
昨今のハイビジョン放送などのＨＤＴＶの普及やデータプロジェクターとしての用途の広がりから、投影画像の高精細化が進んでおり、これに呼応してフレネルレンズやレンチキュラーレンズなどにも、それぞれのレンズピッチを細かくする事が求められるようになってきている。
レンズピッチが細かくなることで、スクリーン全体でのピッチ構造の総数が多くなり、これまで以上にモアレの発生確率が増えてきている。
特に、従来の透過型スクリーンを構成するレンチキュラーシートやフレネルレンズのピッチは、投影される映像の画素との関係で大きくするには限界があり、モアレの除去を行うのに必要なピッチ比の設定が困難になってきている。
【０００４】
また、従来のスクリーンで発生するモアレは、スクリーン面上のどの位置でも垂直方向の構造となっているレンチキュラーレンズとフレネルレンズとの間で生じている。
これらスクリーン面上の任意点におけるフレネルレンズの輪帯との間に生じるモアレは、微視的にはフレネルレンズの輪帯が持つ傾きの水平成分とレンチキュラーレンズとのモアレである。
【０００５】
この輪帯の傾きは、フレネルレンズの中心を１周することで、０°〜３６０°の範囲で変化するが、輪帯には方向性がなく、レンチキュラーにも上下が対称なので、レンチキュラーレンズとの相対的な角度変化は０°から９０°の範囲となる。
このとき、フレネルレンズの輪帯が持つ“傾きの水平成分”は、レンズピッチを最小として、真横に向いたときに無限大となり、スクリーン面上にはその場所に応じて、フレネルレンズのピッチ以上無限大未満の水平ピッチが存在している。
【０００６】
一般的には、モアレはピッチ比が（整数＋０．１）倍のときに強く発生するため、フレネルレンズとレンチキュラーレンズを組み合わせた場合、フレネルレンズの水平方向のピッチは広い範囲で規則的に分散するため、多かれ少なかれモアレが発生する事となる。
このため、十分なピッチ比を確保するために、必要以上に細かなピッチを設定しなければならなかったり、結果的に発生してしまう高次のモアレを拡散剤やスペーサーの使用などの２次的な解決手段を用いなければならず、加工コストや加工収率、精度の点で問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、スクリーンのピッチを必要以上に細かくすることなく、拡散剤やスペーサーを使用する手段によらない、容易なピッチ設定により効果的にモアレの発生を防止可能な、拡散剤やスペーサー等の材料の節減ができ、これまで以上に経済性の高い、安価な透過型スクリーンを提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、
基板の片面に、単位レンズが２次元的に略マトリクス配列してなるマイクロレンズアレイ部を有するマイクロレンズシートと、同心円状の輪帯からなる周期構造を有するフレネルレンズとからなる透過型スクリーンにおいて、
マイクロレンズシートは、透光性基板の片面に、ハニカム状に単位レンズを隙間無く配列してなるマイクロレンズアレイ部を有する構成であり、
前記マイクロレンズアレイ部における単位レンズの配列ピッチＰｌと、フレネルレンズの輪帯のピッチＰｆとの比Ｐｌ／Ｐｆが、１／１．２１２以下であることを特徴とする透過型スクリーンである。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、請求項１記載の透過型スクリーンにおいて、前記マイクロレンズアレイ部の反対側となる透光性基板面に、マイクロレンズアレイ部に対応した開口部を形成した遮光層を持った構成であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい一実施例としての実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
まず、従来のフレネルレンズ−レンチキュラーレンズの構成によるスクリーンについて簡単に説明する。図２に従来の透過スクリーンの一例を示す。フレネルレンズの輪帯位置によって、レンチキュラーレンズとの相対的な位置関係により、そのモアレを起こすピッチ比が変化し、図２中のグラフに示すとおり、その範囲は広い範囲にわたる。この範囲の内、レンチキュラーレンズのピッチに対して（整数＋０．１）倍のピッチとなる場合に強いモアレが発生する。
【００１２】
次に、本発明のフレネルレンズ−マイクロレンズの構成によるスクリーンについて簡単に説明する。
図１に本発明の透過スクリーンの構成の一例を示す。この例では２枚構成の透過型スクリーンで、フレネルレンズとマイクロレンズの２枚のレンズシートから構成されている。フレネルレンズとマイクロレンズを組み合わせる場合、そのマイクロレンズの形状をハニカムとし、要素レンズ間の隙間を極減する事で６角形の構造となるので、そのフレネルレンズとのモアレが起きる構造は６０°周期となる。このため、図１中のグラフに示すとおり、従来の構成と異なり、（整数＋０．１）倍のピッチとなる組み合わせ範囲が大幅に減り、個々のピッチ比に対してのみモアレが発生しないようにすれば良く、容易にモワレの発生を減らすことが可能となる。
【００１３】
上述のように、モアレはピッチ比が（整数＋０．１倍）のときに強く発生する。
マイクロレンズアレイのピッチＰｌを８０ミクロンに固定した場合、フレネルレンズのピッチＰｆが８０×１．１＝８８ミクロンのとき、および８０／１．１＝７２．７ミクロンのときにモアレが最大となり、７２．７〜８８ミクロンの範囲でのＰｆの選定は好ましくない。
Ｐｌ＝８０ミクロンで、Ｐｆ＝９７ミクロンの場合とＰｆ＝３７ミクロンの場合、前者ではモアレが発生せず、後者ではモアレの発生が確認された。前者では８０／９７＝１／１．２１２となり、後者では８０／３７＝２．１６２＝２＋０．１６２となることから、モアレの発生が確認されなくなる値は、小数点以下が０．１６２〜０．２１２の範囲に存在すると推測されるが、本発明では１．２１２を臨界値とする。
【００１４】
また、これらのレンズシートを構成する素材は、その特性から光透過性を有する材料であれば特に限定するものではないが、その生産性、耐久性等を考慮するとプラスチック系の素材を用いることが望ましい。
プラスチック素材としては、例えばポリメタクリル酸メチルなどのアクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリルースチレン共重合体樹脂、スチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などを例示することが出来る。
【００１５】
また、ファインピッチな微細な加工を行うことが出来るため、レンズ層の材料としては紫外線硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂などの放射線硬化型樹脂を用いると好ましい。
放射線硬化型樹脂としては、例えばウレタン（メタ）アクリレートおよび／またはエポキシ（メタ）アクリレートオリゴマーに反応希釈剤、光重合開始剤、光増感剤などが添加された組成物などを用いることができる。ウレタン（メタ）オリゴマーとしては、特に限定する物ではないが、例えばエチレングリコール、１，４ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートジオール、ポリテトラメチレングリコールなどのポリオール類と、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、キシレンイソシアネートなどのポリイソシアネート類とを反応させて得る事が出来る。
【００１６】
エポキシ（メタ）アクリレートオリゴマーとしては、特に限定する物ではないが、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラジック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型プロビレンオキサイド付加物の末端グリシジルエーテル、フルオレンエポキシ樹脂などのエポキシ樹脂類と、（メタ）アクリル酸とを反応させて得ることができる。
また、ここで挙げた例はあくまで一例であり、これらの形状を限定するものではない。
【００１７】
本発明の透過型スクリーンは、前記マイクロレンズアレイ部の反対側となる透光性基板面に感光性樹脂層を設け、マイクロレンズアレイ部を通して露光による各単位レンズの集光部の前記樹脂層を硬化させ、該集光部を開口部を形成し、一方前記樹脂層の非集光領域の未硬化表面に遮光層を形成した構成である。
【００１８】
上記遮光層の好ましい形成方法として、感光前に粘着性を有する感光性樹脂の光硬化による非粘着に変性する性質を利用して遮光層を形成する方法について説明する。
まず、レンズアレイ部反対側の透光性基板表面に、粘着性を持つ感光性樹脂層を形成し、レンズアレイ部側から紫外線を入光して各単位レンズの集光部分のみを感光、硬化させて粘着性を失わせた後、前記樹脂層の全面に、例えば、黒色インキ層を有する転写フィルムをニップして、前記樹脂層が未硬化状態で粘着性を有する非集光部のみに、黒色インキ層を転写することにより形成される。遮光層形成後には感光性樹脂層全面に紫外線を後露光することにより、全面を硬化させることが望ましい。実際に、マイクロレンズアレイシ−トを透過型スクリーンとして用いる際、液晶プロジェクター等から投射され、マイクロレンズアレイ部側より入光する映像光の光路は、前記集光部分を通ることになる。すなわち、前記遮光層は映像光の光路を遮ることはないので、映像光の輝度を保つことが可能であり、光路外の箇所のみに形成された黒色インキ層よりなる遮光層により、表示画像のコントラストが向上する。
【００１９】
【発明の効果】
本発明により、拡散剤やスペーサーなどの追加を前提とせずに、容易なピッチ設定によりモアレの発生を効果的に抑制することが出来るため、レンズシートの加工に際してのピッチに関する制約が大幅に緩和される。
これにより、加工上、最も経済的なピッチを選んで加工しても不具合が生じない場合が多くなり、単一品の大量生産につながり、メリットが大きい。
【００２０】
それにつれて、スクリーンの光学特性の大部分を形成するマイクロレンズの形状自由度も増えるため、これまで以上に能動的な光学特性のコントロールも可能になるなどの利点も生ずる。
【００２１】
以上のことから、高精細な、ハイビジョンなどのＨＤＴＶやデータプロジェクターとしての用途への対応が容易になり、結果として安価かつ高品質なスクリーンの提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としての透過スクリーンにおいて、モアレを説明するために示した説明図である。
【図２】従来の一例としての透過スクリーンにおいて、モアレを説明するために示した説明図である。

Claims (2)

1. 基板の片面に、単位レンズが２次元的に略マトリクス配列してなるマイクロレンズアレイ部を有するマイクロレンズシートと、同心円状の輪帯からなる周期構造を有するフレネルレンズとからなる透過型スクリーンにおいて、
   マイクロレンズシートは、透光性基板の片面に、ハニカム状に単位レンズを隙間無く配列してなるマイクロレンズアレイ部を有する構成であり、
   前記マイクロレンズアレイ部における単位レンズの配列ピッチＰｌと、フレネルレンズの輪帯のピッチＰｆとの比Ｐｌ／Ｐｆが、１／１．２１２以下であることを特徴とする透過型スクリーン。
2. 前記マイクロレンズアレイ部の反対側となる透光性基板面に、マイクロレンズアレイ部に対応した開口部を形成した遮光層を持った構成であることを特徴とする請求項１記載の透過型スクリーン。

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