JP4178748B2 - レンズアレイシートおよび透過型スクリーン - 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、ディスプレイなど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およ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】
図５は液晶プロジェクションテレビなどに使用する従来の透過型スクリーンの構成の一例を示したものである。図中符号１はフレネルレンズであって、このフレネルレンズ１は板状の基材層１ａの片面に同心円状の凹凸が形成されたレンズ層１ｂが設けられて構成されている。一般に液晶プロジェクションテレビ内において、プロジェクタは基材層１ａ側に配置される。
【０００３】
そして、フレネルレンズ１のレンズ層１ｂ側に、所定の間隔をおいてレンチキュラーシート２が平行に設けられて、これらフレネルレンズ１とレンチキュラーシート２とからなる透過型スクリーンが構成されている。
このレンチキュラーシート２は、順次積層されたレンチキュラー層３、感光性樹脂層５、遮光層６、粘着剤層７および拡散層８とから概略構成されており、レンチキュラー層３がフレネルレンズ１側に配され、拡散層８が観者側に配される。なお、拡散層８の観者側の面には表面保護のために必要に応じてハードコート層９が設けられている。
【０００４】
レンチキュラー層３は板状の基材層３ａと、その片面に設けられたレンズ層３ｂとから構成されている。レンズ層３ｂは、例えば半円柱状のシリンドリカルレンズ４を複数本、その長さ方向が平行になるように配列して構成されており、その円筒面４ａがフレネルレンズ１側に配置されている。
【０００５】
以下、このレンチキュラーシート２の構成について、その製造操作を追って説明する。
まず、レンチキュラー層３の基材層３ａ側の面に感光性樹脂層５を塗布する。感光性樹脂層５は未露光の状態では粘着性があり、露光されると変性して粘着性が殆ど消失する特性を備えたものである。
そして、実際に透過型スクリーンとして使用する場合と同様にレンズ層３ｂ側からフレネルレンズ１を介して光を照射すると、レンチキュラー層３を介して集光したストライプ状の光線が感光性樹脂層５に照射される。すると、露光された部分の感光性樹脂層５が変性し、粘着性が消失する。そして、この感光性樹脂層５にブラックカーボンなどを含む黒色の転写層を備えた転写フィルムを押しつけると、粘着性がある未露光の部分に選択的に転写層が転移し、黒色のラインが複数並列したストライプ状の遮光層６が形成される。
すなわち、遮光層６によって光線が透過しない部分が遮光される。
【０００６】
その後、フィルム状の粘着剤層７を積層し、さらに板状の拡散層８を積層し、強固に一体化することによりレンチキュラーシート２が得られる。なお、拡散層８は、例えばアクリル系などのプラスチックなどからなるマトリックス中に複数のガラスビーズなどからなる拡散材を混合したものである。
そして、必要に応じて拡散層８の表面にハードコード層９を積層し、一体化する。
【０００７】
そして、この透過型スクリーンを図５に示したようにプロジェクタを備えた液晶プロジェクタなどに取り付け、プロジェクタから光線を照射すると、この光線がフレネルレンズ１を介して略平行な光線となる。そして、この光線がレンチキュラー層３を透過することによって所定の配光角度が付与され、画面の左右方向（水平方向）に適度に広がり、この方向における視野角の制御が行われる。なお、レンチキュラー層３を透過した光線は、シリンドリカルレンズの長さ方向と平行なストライプ状の光線となり、さらに遮光層６を経て、ついで拡散層８の作用により、画面の上下方向（垂直方向）に適度に光線が拡散し、この方向における視野角の制御が行われる。なお、遮光層６により、Ｓ／Ｎ比を向上させ、コントラストの良好な画像を提供することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来のレンチキュラーシートおよび透過型スクリーンにおいては、画面の水平方向および垂直方向の視野角の制御を行うためにレンチキュラー層と拡散層とを組み合わせて用いている。しかしながら、拡散層は光の吸収による利得の低下、白色散乱の増加によるＳ／Ｎ比の低下を伴うという問題があった。
また、２層のレンチキュラー層を、それぞれのシリンドリカルレンズの長さ方向が直交するように積層して用いたり、ひとつの基材層の両面に、シリンドリカルレンズをそれぞれ複数配列する際に、それぞれのシリンドリカルレンズの長さ方向が直交するように設けることにより、水平方向および垂直方向の視野角の制御を行う方法も考えられるが、シリンドリカルレンズを構成する材料が実質的に２倍となり、また微細なレンズの加工も２回行う必要があるため、材料コスト、加工コストなどが高くなるという問題がある。
さらに、マイクロレンズアレイのように、垂直方向と水平方向の両方に配光角度を付与することができる個々の独立した複数のレンズやプリズムを、基材層の片面上に密に配置する方法も考えられるが、複雑な加工が必要となり、面積の拡大や微細化が困難であり、また、生産性も低いことから、やはりコストの上昇は避けられない。
【０００９】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、光の吸収が少なく、利得の低下が少なく、白色散乱を抑制することができる透過型スクリーンを提供することを課題とする。
さらに、材料コスト、加工コストなどが安価な透過型スクリーンを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、半円柱状の複数のシリンドリカルレンズが互いに密接して平行に配列されてなる第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとが、シリンドリカルレンズの長さ方向が相互に直交するように同一平面上に交差して配置され、一体化されたレンズ層を持つレンズアレイ層を備えていることを特徴とするレンズアレイシートである。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のレンズアレイシートにおいて、レンズアレイ層の結像面側に、光線が透過しない部分が遮光された遮光層を備えていることを特徴とするレンズアレイシートである。
請求項３に係る発明は、前記シリンドリカルレンズの断面が非球面形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズアレイシートである。
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレンズアレイシートにおいて、レンズアレイ層が基材層と、その片面に設けられたレンズ層とからなり、該レンズ層が放射線硬化型樹脂からなることを特徴とするレンズアレイシートである。
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレンズアレイシートと、フレネルレンズとを有することを特徴とする透過型スクリーンである。
請求項６に係る発明は、前記フレネルレンズが基材層とその片面に設けられたレンズ層からなり、該レンズ層が放射線硬化型樹脂からなることを特徴とする請求項５に記載の透過型スクリーンである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のレンズアレイシートの一例を構成するレンズアレイ層と遮光層を示した断面図、図２はこのレンズアレイ層を示した斜視図、図３は図２に示したレンズアレイ層において、一部を切断した断面を示した斜視図である。なお、図１〜図３に示したレンズアレイシートは実際にレンズ形状の設計を行い、これに基づいて作成した形状図である。
このレンズアレイシートの主な特徴はレンズアレイ層１３である。このレンズアレイ層１３は、板状の基材層１３ａと、その片面に設けられたレンズ層１３ｂとから構成されている。
【００１２】
レンズ層１３ｂは、レンズの一方の面に円筒面１７ａ、他方の面に平面１７ｂを備えた半円柱状のシリンドリカルレンズ１７を複数本、その長さ方向が平行になるように互いに密接して配列した第１のレンズアレイ１８と、同様に円筒面１９ａと平面１９ｂとを備えたシリンドリカルレンズ１９を複数本、その長さ方向が平行になる様に互いに密接して配列した第２のレンズアレイ２０とからなる。
なお、シリンドリカルレンズ１７、１９は断面形状が完全な半円形（球面レンズ）ではなく、半楕円形（楕円面レンズ）、放物線形（放物面レンズ）などの公知のいわゆる非半円形（いわゆる２次の非球面形状）のもの、さらには、２次以降の項を有する高次非球面形状のものなどを用いることができる。このように非球面形状のレンズを用いると結像時の収差を小さくすることができ、入射する光線を精細化することができる。
【００１３】
第１のレンズアレイ１８と第２のレンズアレイ２０は、これらを構成するシリンドリカルレンズ１７の長さ方向とシリンドリカルレンズ１９の長さ方向とが直交するように、その平面１７ｂ…、１９ｂ…がいずれも同一平面（基材層１３ａの片面）上に配列され、一体化され、ひとつのレンズ層１３ａを構成している。シリンドリカルレンズ１７とシリンドリカルレンズ１９とが十字に交差する交差部２１は、互いに咬合した形状となっている。なお、実際は、シリンドリカルレンズ１７、１７…とシリンドリカルレンズ１９、１９…は一体に成形され、レンズアレイ層１３はひとつの部材から構成されている。
【００１４】
レンズアレイ層１３の材料としてはガラス、プラスチックなどの透明な材料であって、光学用部材に使用するものを特に制限なく用いることができ、生産効率などを考慮するとプラスチックを用いると好ましい。プラスチックとしては、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、アクリル−スチレン共重合体、スチレン系樹脂、ポリ塩化ビニルなどを例示することができる。また、ファインピッチの微細な加工を行うことができるため、レンズ層１３ｂ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）アクリレートオリゴマーとしては、特に限定するものではないが、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ことができる。エポキシ（メタ）アクリレートオリゴマーとしては、特に限定するものではないが、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、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型プロピ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。
【００１５】
レンズアレイ層１３は、例えば以下のようにして製造することができる。すなわち、好ましくはポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニルなどのプラスチックからなる基材層１３ａの上に、放射線硬化型樹脂を未硬化の状態で塗布し、その表面に成型用スタンパを押しつけて型押しするとともに、所定の放射線を照射して硬化させることにより、レンズ層１３ｂを形成する。前記成型用スタンパは、例えば以下のようにして製造することができる。すなわち、従来のレンチキュラー用の成型用スタンパの製造においては、例えば表面が銅などからなる円筒状のシリンダの表面に、刃先の形状が円形となっている切削バイトを用いて、このシリンダの円周方向にそって切り込みを形成する。この切り込みを平行に複数、形成すると、レンチキュラー用のスタンパを得ることができる。さらに、この円周方向の切り込みと直交方向に、同様にして切り込みを複数、平行に形成すると、本発明のレンズアレイ層１３の製造に用いる成型用スタンパを得ることができる。
したがって、本発明のレンズアレイ層１３の製造用の成型用スタンパは、従来の技術を利用して容易に製造することができ、生産性が良好なものである。
このように、レンズアレイ層１３は、従来レンチキュラーの製造などに用いられている方法と同様の方法によって製造することができる。
【００１６】
また、図１に示したように、前記基材層１３ａの他方の面（結像面側）には感光性樹脂層１５が設けられ、さらに遮光層１６が設けられている。
感光性樹脂層１５と遮光層１６は、以下のようにして製造したものである。すなわち、図５に示したように、実際に透過型スクリーンとして使用する状態と同様にしてフレネルレンズ１を平行に配置し、このフレネルレンズ１を介してレンズ層１３ｂ側から光線を照射すると、図１に示したようにレンズアレイ層１３を透過して露光された部分の感光性樹脂層１５が変性し、粘着性が消失する。そして、この感光性樹脂層１５にブラックカーボンなどを含む黒色の転写層を備えた転写フィルムを押しつけると、粘着性がある未露光の部分に選択的に転写層が転移し、遮光層１６が形成される。
【００１７】
この場合、シリンドリカルレンズ１７、１７…（第１のレンズアレイ１８）によって光線が集光することによるストライプ状の第１の結像パターンと、シリンドリカルレンズ１９、１９…（第２のレンズアレイ２０）によって光線が集光することによる、この第１の結像パターンと直交するストライプ状の第２の結像パターンとから格子状の結像パターンが形成される。すなわち、レンズ層１３ｂ側から照射された光線は、第１のレンズアレイ１８と第２のレンズアレイ２０によって、垂直方向と水平方向の両方の視野角が一度に制御される。
図４は、この結像パターンの一例を示したものである。
遮光層１６は、光線が透過しない部分を遮光するために設けられているものである。よって、この結像パターンにしたがって複数の略正方形の遮光部１６ａ…が所定の間隔で、垂直、および水平方向にそれぞれ配列した形状となる。
【００１８】
そして、この遮光層１６の上に、図５に示したように必要に応じて粘着剤層７、拡散層８、およびハードコード層９などを設けることにより、レンズアレイシートとすることができる。
このようにこのレンズアレイシートにおいては、第１のレンズアレイ１８と第２のレンズアレイ２０によって、レンズアレイ層１３を透過する光線について、垂直方向と水平方向の両方の配光特性（視野角）を制御することができる。
したがって、２層のレンズアレイ層を用いたり、基材層の両面にレンズ層を形成する場合と比較して、材料コスト、加工コストを低く抑えることができる。
また、拡散層８を省略あるいは簡略化して、拡散層８における光の吸収や利得の低下を少なくすることができる。その結果、拡散層８によって引き起こされる白色散乱現象を抑制し、高いＳ／Ｎ比を実現することができる。
なお、拡散層８を設けない構成とする場合は、遮光層６の上に直接ハードコード層９を設けてレンズアレイシートとすると好ましい。
なお、本発明のレンズアレイシートの各層の厚さ、レンズ層３ｂのピッチなどは特に限定せず、用途などに応じて適宜変更可能である。
【００１９】
そして、図５に示したように、レンチキュラーシート２にかえて、本発明のレンズアレイシートを配置し、さらにフレネルレンズ１とを平行に配置して透過型スクリーンを構成することができる。
なお、フレネルレンズ１の構成は特に限定せず、公知のものを用いることができるが、微細な加工が可能となり、ファインピッチのものを得ることができるため、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニルなどプラスチックからなる基材層１ａの上に放射線硬化型樹脂を未硬化の状態で塗布し、その上に成型用スタンパを押しつけて型押するとともに、所定の放射線を照射して硬化させることにより、レンズ層１ｂを形成したものが好ましい。
【００２０】
【実施例】
以下、実施例を示して本発明の効果を明らかにする。
上述のように、図１〜図３に示したレンズアレイシートは実際にレンズ形状の設計を行い、これに基づいて作成した形状図である。
本実施例において、設計パラメータは以下のように決定し、その効果の検証実験を行った。
（設計パラメータ）
（１）レンズアレイ層の基材層において、材料はポリエチレンテレフタレート、厚さは０．１８８μｍとした。
（２）レンズアレイ層のレンズ層において、材料はＵＶ感光性樹脂、レンズの形状はピッチ１８２μｍで楕円面を基準面とした高次項を加えた非球面形状とした。
（３）感光性樹脂層には、厚さ２０μｍのクロマリンフィルム（商品名：デュポン社製）を用いた。
すなわち、この設計に基づいて３０ｍｍ×３０ｍｍのテストピースを試作し、その配光特性を確認したところ、上下方向（垂直方向）、左右方向（水平方向）ともに約３０度の視野角（半値角）を得ることができ、所定の光学特性を得ることができた。なお、ここでの視野角（半値角）とはレンズアレイシートの真正面での輝度に対して１／２になる角度である。
さらにこのレンズアレイ層の結像パターンは図４に示したものと同様のパターンであった。そして、この結像パターンに対応した遮光層を設けたレンズアレイシートにプロジェクタから光線を照射したところ、この光線を問題なく透過させることができた。
このように本実施例のレンズアレイシートでは水平方向および垂直方向の両方の視野角を付与することができた。なお、上述のように従来のレンチキュラーシートにおいては、一般にはレンズによって水平方向のみの視野角を付与し、垂直方向の視野角を付与することはできない。したがって、本実施例においては、従来よりも拡散層に用いる拡散材を減量しても従来と同等の効果を得ることが容易であることが確認できた。よって、本発明により、高画質と低コストの両立が容易に実現できることが明かとなった。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に係る発明においては、レンズアレイ層を透過する光線について、垂直方向と水平方向の両方の配光特性（視野角）を制御することができる。したがって、２層のレンズアレイ層を用いたり、基材層の両面にレンズ層を形成する場合と比較して、材料コスト、加工コストを低く抑えることができる。また、拡散層を省略あるいは簡略化して、拡散層における光の吸収や利得の低下を少なくすることができる。その結果、拡散層によって引き起こされる白色散乱現象を抑制し、高いＳ／Ｎ比を実現することができる。
請求項２に係る発明においては、遮光層を設けることにより、さらにＳ／Ｎ比を向上させ、コントラストの良好な画像を提供することができる。
請求項３に係る発明においては、シリンドリカルレンズの断面形状が非球面形状であるため、結像時の収差が小さくでき、入射する光線を精細化することができる。
請求項４に係る発明においては、レンズアレイ層のレンズ層が放射線硬化型樹脂からなるため、ファインピッチの加工を施すことができる。
請求項５に係る発明においては、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレンズアレイシートとフレネルレンズとを組み合わせて、上述の効果を備えた透過型スクリーンを提供することができる。
請求項６に係る発明においては、フレネルレンズのレンズ層が放射線硬化型樹脂からなるため、ファインピッチの加工を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のレンズアレイシートの一例を構成するレンズアレイ層と遮光層を示した断面図である。
【図２】 図１に示したレンズアレイ層を示した斜視図である。
【図３】 図２に示したレンズアレイ層において、一部を切断した断面を示した斜視図である。
【図４】 図１〜図３に示したレンズアレイシートの結像パターンの一例を示した平面図である。
【図５】 従来の透過型スクリーンの一例を示した概略構成図である。
【符号の説明】
１３…レンズアレイ層、１３ａ…基材層、１３ｂ…レンズ層、
１６…遮光層、１７、１９…シリンドリカルレンズ、
１８…第１のレンズアレイ、２０…第２のレンズアレイ。

Claims (6)

1. 半円柱状の複数のシリンドリカルレンズが互いに密接して平行に配列されてなる第１のレンズアレイと第２のレンズアレイとが、前記シリンドリカルレンズの長さ方向が相互に直交するように同一平面上に交差して配置され、一体化されたレンズ層を持つレンズアレイ層を備えていることを特徴とするレンズアレイシート。
2. 請求項１に記載のレンズアレイシートにおいて、レンズアレイ層の結像面側に、光線が透過しない部分が遮光された遮光層を備えていることを特徴とするレンズアレイシート。
3. 前記シリンドリカルレンズの断面が非球面形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のレンズアレイシート。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のレンズアレイシートにおいて、レンズアレイ層が基材層と、その片面に設けられたレンズ層とからなり、該レンズ層が放射線硬化型樹脂からなることを特徴とするレンズアレイシート。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のレンズアレイシートと、フレネルレンズとを有することを特徴とする透過型スクリーン。
6. 前記フレネルレンズが基材層とその片面に設けられたレンズ層からなり、該レンズ層が放射線硬化型樹脂からなることを特徴とする請求項５に記載の透過型スクリーン。

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