JP4254403B2 - レンズアレイシートおよび透過型スクリーン - Google Patents

Description

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。

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一例を示す説明図である。
図中符号１は、フレネルレンズシートであって、このフレネルレンズシート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。

そして、同図に示すように、フレネルレンズシート１のレンズ層１ｂ側に、レンチキュラーシート２が配置され、フレネルレンズシート１とレンチキュラーシート２との組み合わせからなる透過型スクリーンが構成される。
レンチキュラーシート２は、例えば、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、フレネルレンズシート１側に向けて配置され、反対側（観察者側）に拡散層８が配置される。
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。

前記レンチキュラー層３の一例としては、板状の基材層３ａと、その片面に設けられたレンズ層３ｂとから構成される。レンズ層３ｂは、例えば半円柱状の凸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がフレネルレンズシート１側に配置されている。
レンチキュラー層３は、上記のような複層構成に限らず、例えば、樹脂板にプレス成形することによって得られる単一層からなる構成であっても良いが、シリンドリカルレンズ群の並列ピッチの微細化や、レンズ層の形状の複雑化に伴って、成形が困難化するため、２Ｐ法（Photo-polymer process）と称される「放射線硬化型樹脂層による成形」の採用が好ましい。

以下、上記レンチキュラーシート２の製造方法の一例について説明する。
２Ｐ法により作製されたレンチキュラー層３の基材層３ａ側の表面に感光性樹脂層５を、塗布などにより形成する。
この感光性樹脂層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消失する特性を備えたものが好ましい。
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シート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に部分的に照射される。
このように、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にカーボンブラック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、粘着性が残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。

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。
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（微粒子）を分散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。

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シート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。

上記のレンチキュラー層３は、凸シリンドリカルレンズ群が１方向（一般に、水平方向）に並列してなる構成であるが、凸シリンドリカルレンズ群が同一基板上で２方向に並列してなる構成のレンチキュラーシート（以下、クロスレンチキュラーシートと称することもある）も提案されている。
クロスレンチキュラーシートでは、半円柱状凸シリンドリカルレンズ群を並列してなる第１のレンズアレイと、同様な第２のレンズアレイとが、該シリンドリカルレンズの長さ方向が相互に略直交するように同一平面上に配置され、一体化されたレンズ層を持つレンズアレイ層を備えるものである。（例えば、特許文献１参照）
クロスレンチキュラーシートは、シリンドリカルレンズ群が１方向に並列してなる構成のレンチキュラーシート（以下、本明細書では、単にレンチキュラーシートと称する）に比べて、光の吸収が少なく、利得（ゲイン，輝度）の低下が少なく白色散乱を抑制することができる。

特開２００２−１７４７０３公報

クロスレンチキュラーシートでは、水平方向および垂直方向の視野角の制御を行なうため、２組のシリンドリカルレンズ群を直交するように同一平面状に配置させて組み合わせて用いている。
しかしながら、異なる２方向の単位レンズが接している部分では、互いの単位レンズが同程度のサイズであると、互いのレンズ形状に影響を及ぼし合い、双方の光学特性が共に打ち消し合われる惧れがある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、２方向のレンズ特性を共に生かし、水平・垂直で独立した視野角制御の点で優位な透過型スクリーン用に好適なレンズアレイシートを提供することを目的とする。

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、
半円柱状凸シリンドリカルレンズ群が平行に配列されてなる第1のレンズアレイと、
半円柱状凸シリンドリカルレンズ群が平行に配列されてなる第２のレンズアレイとが、それぞれのシリンドリカルレンズの配列方向が相互に略直交するように同一基材上に配置された構成のレンズアレイシートにおいて、
第1のレンズアレイと第２のレンズアレイとは、半円柱状凸シリンドリカルレンズ群の頂部の高さが異なり、
頂部の高い方の半円柱状凸シリンドリカルレンズは、単位レンズの底部は略垂直に切り立った形状であり、他方の半円柱状凸シリンドリカルレンズの頂部を超えた位置から、曲率を有する構成であ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の発明は、
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請求項１記載のレンズアレイシートである。

請求項３の発明は、
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の発明は、
レンズアレイシートが、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請求項１〜３の何れかに記載のレンズアレイシートである。

請求項５の発明は、
請求項１〜４の何れか一項に記載のレンズアレイシートと、フレネルレンズシートとを組み合わせてなることを特徴とする透過型スクリーン。

請求項６の発明は、
フレネルレンズシートが、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に記載の透過型スクリーンである。

請求項７の発明は、
頂部の高い方の半円柱状凸シリンドリカルレンズ群は、観察者に対して水平方向に配光する（映像光を広げる）ように機能し、
他方の半円柱状凸シリンドリカルレンズ群は、観察者に対して垂直方向に配光するように機能させる配置としたことを特徴とする請求項５記載の透過型スクリーンである。

本発明のレンズアレイシート（クロスレンチキュラーシート）によれば、異なる２方向の単位レンズが接している部分では、互いの単位レンズがそれぞれレンズ形状に影響を及ぼし合い、双方の光学特性が共に打ち消し合われる惧れがある、という問題が解消され、フレネルレンズシートと組み合わせて透過型スクリーンに適用した場合には、スクリーンを透過する光線について、垂直方向と水平方向の両方のレンズ形状の性能を生かし、配光特性（視野角）を独立して制御することができる。

従って、単位レンズの並列方向が異なるように、レンズアレイ部を有するレンズシートを２枚組み合わせて用いたり、１枚の基材の表裏両面に、単位レンズの並列方向が異なるようにレンズアレイ部を形成する場合と比較して、１枚のレンズシート（１箇所のレンズアレイ部）のみの採用で良く、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。

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。

シリンドリカルレンズの断面形状を非球面形状とすることにより、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。

レンズアレイ層を放射線硬化型樹脂の硬化物により形成することにより、ファインピッチ（あるいは、複雑な形状）の加工を施すことができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明によるレンズアレイシートの構成例を示す斜視図である。

図２，図３は、図１のレンズアレイ層をそれぞれ直交する方向から見た断面図である。

図１に示す実施形態では、レンズアレイシートは、シート状の基材１３ａの片面に設けられたレンズアレイ層１３ｂとから構成されている。

レンズアレイ層１３ｂは、半円柱状凸シリンドリカルレンズ１７を、隙間を空けて並列させてなる第１のレンズアレイ１８と、半円柱状凸シリンドリカルレンズ１９を、前記隙間に並列させてなる第２のレンズアレイ２０、とからなる。

半円柱状凸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、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。

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。

本発明によるレンズアレイシートの主要な特徴は、レンズアレイ部（層）の構成である。

第１のレンズアレイ１８と第２のレンズアレイ２０は、それらを構成する半円柱状凸シリンドリカルレンズ群の並列方向が、それぞれ略直交しており、
第1のレンズアレイ１８と第２のレンズアレイ２０とは、半円柱状凸シリンドリカルレンズ群の頂部の高さが異なり（シリンドリカルレンズ１７の頂部が、シリンドリカルレンズ１９の頂部よりも高い位置にある）、
頂部の高い方の半円柱状凸シリンドリカルレンズ１７は、単位レンズの底部は略垂直に切り立った形状であり、他方の半円柱状凸シリンドリカルレンズ１９の頂部を超えた位置から、レンズ特性を規定する曲率が開始した構成となっている。（図２参照）
基材１３ｂの材料としては、ガラス，プラスチックなどの透光性を有する材料であって、光学用部材に使用可能な材料を、特に制限なく用いることができる。生産効率やコストなどを考慮した場合、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。

レンズアレイ層１３ｂの材料としては、ファインピッチ（単位レンズの並列ピッチが微細），あるいは複雑な形状での成形への対応が容易となるため、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。

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。

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を製造するため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。

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、フレネルレンズシート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、前述の通り、図５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が変性し、粘着性が消失する。

そして、この感光性樹脂層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、遮光層が形成される。

この場合、シリンドリカルレンズ１７、１７…（第１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レンズアレイ２０）によって光線が集光することによ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。（図４参照）
図４に示されるように、上記の結像パターンからなる遮光層１６は、第１のレンズアレイ１８によるストライプ状の開口部（同図で、長手方向が垂直方向となるストライプ）の間に、第２のレンズアレイ２０による矩形状の開口部（同図で、長手方向が水平方向となり、断続的なストライプ）とが形成されたパターンとなる。

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。

このような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、独立して制御することができる。

従って、２つ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１６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。

そして、図５に示した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シート１を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、フレネルレンズシート１の構成としては特に限定せず、公知のものを用いることができる。

特に、微細な加工が可能となり、ファインピッチ・複雑な形状のレンズ部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共に、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。

本発明によるレンズアレイシートの構成例を示す説明図。 図１のレンズアレイシートを示す断面図。 図１のレンズアレイシートを、図２の断面図とは直交する方向から見た断面図。 図１のレンズアレイシートによる反レンズ部側の遮光パターンを示す説明図。 透過型スクリーンの一例を示す概略説明図。

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 (7)

1. 半円柱状凸シリンドリカルレンズ群が平行に配列されてなる第1のレンズアレイと、
   半円柱状凸シリンドリカルレンズ群が平行に配列されてなる第２のレンズアレイとが、
   それぞれのシリンドリカルレンズの配列方向が相互に略直交するように同一基材上に配置された構成のレンズアレイシートにおいて、
   第1のレンズアレイと第２のレンズアレイとは、半円柱状凸シリンドリカルレンズ群の
   頂部の高さが異なり、
   頂部の高い方の半円柱状凸シリンドリカルレンズは、他方の半円柱状凸シリンドリカルレンズの頂部を超えた位置から、曲率を有する構成であることを特徴とするレンズアレイシート。
2. 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請求項１記載の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. レンズアレイシートが、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請求項１〜３の何れかに記載のレンズアレイシート。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載のレンズアレイシートと、フレネルレンズシートとを組み合わせてなることを特徴とする透過型スクリーン。
6. フレネルレンズシートが、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に記載の透過型スクリーン。
7. 頂部の高い方の半円柱状凸シリンドリカルレンズ群は、観察者に対して水平方向に配光する（映像光を広げる）ように機能し、
   他方の半円柱状凸シリンドリカルレンズ群は、観察者に対して垂直方向に配光するように機能させる配置としたことを特徴とする請求項５記載の透過型スクリーン。