JP7275832B2 - 透過型スクリーン及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、透過型スクリーン及びこれを備えた表示装置に関する。

従来、プロジェクタから出力された映像光をスクリーンの背面側に投射して、観察者側に映し出す表示装置が知られている。この種の表示装置には、フレネルレンズシートと光拡散シートとを積層した透過型スクリーンが用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２０１５－６４４９７号公報 特開２０１５－６９１４８号公報

上記透過型スクリーンは、熱の影響により膨張・収縮したり、輸送時に振動が加わったりすると、光拡散シートとフレネルレンズシートとが互いに擦れ合い、フレネルレンズシートを構成するプリズムが変形することがある。フレネルレンズシートのプリズムが変形すると、その部分では光に歪みが生じるため、表示品質が低下する。

一方、フレネルレンズシートの光屈折層には、色変わり対策として、画面左右方向の中央に平坦部が設けられることがある。フレネルレンズシートに平坦部を設けると、経時や熱の影響により、その平坦部に光拡散シートの一部が貼り付くことがある。フレネルレンズシートに光拡散シートが貼り付くと、その貼り付いた部分が他の部分に比べて暗くなるため、表示品質が低下する。また、フレネルレンズシートのプリズムの頂部は、中央に比べて画面左右方向の端部側がより鋭角になっている。そのため、フレネルレンズシートの平坦部に上記貼り付きが生じると、画面左右方向の端部側において、光拡散シートとの接触により、フレネルレンズシートのプリズムが変形しやすくなる。したがって、画面左右方向の端部側においても、表示品質が低下する。
本発明の目的は、フレネルレンズシートのプリズムが変形しにくい透過型スクリーン及び表示装置を提供することにある。

本発明は、以下のような解決手段により、課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。また、符号を付して説明した構成は、適宜に改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成物に代替してもよい。
第１の発明は、映像光の入光側に配置され、映像光の出光側の面に光屈折層（１２）が形成されたフレネルレンズシート（１０）と、映像光の出光側に配置され、前記フレネルレンズシートからの映像光の入光側に光制御層（２１）が形成された光拡散シート（２０）と、前記フレネルレンズシートと前記光拡散シートとの間に設けられた緩衝層（２６）と、を備える透過型スクリーン（２）に関する。
第２の発明は、第１の発明に係る透過型スクリーンであって、前記緩衝層は、前記光拡散シートにおいて映像光の入光側に設けられる。
第３の発明は、第１又は第２の発明に係る透過型スクリーンであって、前記フレネルレンズシートの前記光屈折層には、画面左右方向の中央に平坦部（１２４）が設けられ、前記緩衝層（２７、１４）は、少なくとも前記平坦部と対向する位置に設けられる。
第４の発明は、第１から第３までのいずれかの発明に係る透過型スクリーンであって、前記緩衝層は、前記フレネルレンズシートの前記光屈折層よりも弾力性が高い。
第５の発明は、第１から第４までのいずれかの発明に係る透過型スクリーンであって、前記緩衝層は、マット層である。
第６の発明は、第１から第５までのいずれかの発明に係る透過型スクリーンであって、前記透過型スクリーンに映像光を投射するプロジェクタ３と、を備える表示装置（１）に関する。

本発明によれば、フレネルレンズシートのプリズムが変形しにくい透過型スクリーン及び表示装置を提供できる。

第１実施形態の投射型表示装置１の全体の構成を説明する図である。 透過型スクリーン２の層構成を示す側面図である。 透過型スクリーン２の層構成を示す平面図である。 第２実施形態における透過型スクリーン２Ａの層構成を示す平面図である。 第３実施形態における透過型スクリーン２Ｂの層構成を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態ついて説明する。なお、本明細書に添付した図面においては、理解しやすさ等を考慮して、各部の形状、縮尺、縦横の寸法比等を、実物から変更又は誇張している。また、各図においては、部材の断面を示すハッチングを省略する。
本明細書において、形状、幾何学的条件、これらの程度を特定する用語、例えば、「平行」、「直交」、「方向」等については、その用語の厳密な意味に加えて、同様の光学的機能を奏し、ほぼ平行、ほぼ直交等とみなせる程度の範囲、概ねその方向とみなせる範囲を含む。
本明細書において、「シート」、「板」等の用語は、呼称の相違に基づいて、相互に区別されない。例えば、「板」は、シート（又はフィルム）と呼ばれ得る部材をも含む概念である。

また、以下に説明する図面には、ＸＹＺの直交座標系を記載した。この座標系は、透過型スクリーン２の使用状態において、画面上下（鉛直）方向をＹ方向、画面左右方向をＸ方向、厚さ（奥行）方向をＺ方向とする。ここで、画面上下方向（Ｙ方向）のうち、下側をＹ１側とし、上側をＹ２側とする。画面左右方向（Ｘ方向）のうち、観察者側から見て右側をＸ１側とし、左側をＸ２側とする。厚さ方向（Ｚ方向）のうち、映像光の入光側をＺ１側とし、映像光の出光側（観察者側）をＺ２側とする。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の投射型表示装置１の全体の構成を説明する図である。
図２は、透過型スクリーン２の層構成を示す側面図である。図２は、透過型スクリーン２をＸ１側から見たときの側面図である。
図３は、透過型スクリーン２の層構成を示す平面図である。図３は、透過型スクリーン２をＺ１側から見たときの平面図である。
図１に示すように、投射型表示装置（表示装置）１は、透過型スクリーン２と、プロジェクタ３と、を備える。
透過型スクリーン２及びプロジェクタ３は、全体が細長い箱枠形に形成された筐体（不図示）に収納されている。

透過型スクリーン２は、プロジェクタ３から投射された映像光を拡散させて、画像として観察者側（Ｚ２側）に映し出すシート状の積層体である。透過型スクリーン２は、フレネルレンズシート１０と、光拡散シート２０と、を備える。
フレネルレンズシート１０は、映像光の入光側（Ｚ１側）に配置された光学シートである。光拡散シート２０は、映像光の出光側（Ｚ２側）に配置された光学シートである。フレネルレンズシート１０及び光拡散シート２０の構成については、後述する。

本実施形態において、透過型スクリーン２を構成するフレネルレンズシート１０、光拡散シート２０及び透明板３０は、それぞれ縦寸法（画面上下方向の寸法）が５７ｍｍ、横寸法（画面左右方向の寸法）が１１９８ｍｍとなる。したがって、縦寸法をＡ、横寸法をＢとしたときに、Ｂ／Ａの値はおよそ２１となる。各レンズシートにおけるＢ／Ａの値として、例えば、５から２５までの範囲が挙げられる。

このような細長い矩形状の透過型スクリーン２を備えた投射型表示装置１は、例えば小売店等において、商品の陳列棚に設置される。透過型スクリーン２には、陳列棚に並べられた商品に関する説明文、価格等の商品情報に関する画像が映像光により映し出される。そのため、観察者である顧客に違和感を与えないように、潰れ等の変形による表示品質の低下を出来るだけ抑制する必要がある。

プロジェクタ３は、映像光を透過型スクリーン２の背面側から投射する装置である。本実施形態のプロジェクタ３は、レーザ走査式プロジェクタである。レーザ走査式プロジェクタは、赤、青、緑の各色のレーザ光を出力するレーザ光源（不図示）を備える。レーザ走査式プロジェクタは、これら各色のレーザ光を１つの光線として束ね、透過型スクリーン２上でラスタースキャンすることにより、観察者側に画像を映し出す装置である。

次に、透過型スクリーン２のフレネルレンズシート１０及び光拡散シート２０の層構成ついて説明する。
＜フレネルレンズシート１０＞
フレネルレンズシート１０は、プロジェクタ３から出力された映像光を最適な出光角に屈折させて、光拡散シート２０側に出光する光学部材である。フレネルレンズシート１０は、図２に示すように、映像光の入光側（Ｚ１側）から順に、拡散層１１、基材層１３、フレネルレンズ層１２を備える。

拡散層１１は、入射した映像光を拡散させる層である。拡散された映像光は、拡散層１１で結像する。
フレネルレンズ層（光屈折層）１２は、図１に示すように、略三角断面のプリズム１２１が、画面左右方向（Ｘ方向）に沿って平行に複数配列されたシート状のリニアフレネルレンズとして構成されている。プリズム１２１は、図３に示すように、第１傾斜面１２２と、第２傾斜面１２３と、から構成される。第１傾斜面１２２は、映像光が直接入射する傾斜面である。第２傾斜面１２３は、映像光が直接入射しない傾斜面である。各プリズム１２１は、フレネルレンズ層１２のシート面１２ａに沿って同一のピッチで形成されている。

１つのプリズム１２１において、第１傾斜面１２２は、頂部ｔを挟んで第２傾斜面１２３と隣接する位置に設けられている。第２傾斜面１２３の高さｈは、フレネルレンズシート１０の光軸ＣからＸ方向の端部側（Ｘ１側及びＸ２側）に向かうにつれて徐々に高くなる。これに伴い、第１傾斜面１２２の第２傾斜面１２３に対する傾斜角θも、Ｘ方向の外側に向かうにつれて徐々に小さくなる。このように、第１傾斜面１２２の傾斜角θは、Ｘ方向の外側に向かうにつれて鋭角になるため、プリズム１２１の頂部ｔは、Ｘ方向の端部側に向かうにつれて潰れやすくなる。

フレネルレンズ層１２は、画面左右方向（Ｘ方向）の中央に平坦部１２４が設けられている。平坦部１２４は、色変わりを抑制するために、プリズム１２１が形成されていない部分である。色変わりとは、フレネルレンズ層１２に平坦部１２４が設けられていない構成において、画面左右方向の中央に他の部分との明暗差が生じることをいう。
フレネルレンズ層１２は、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂等の光透過性を有する樹脂により形成される。

なお、本実施形態では、フレネルレンズ層１２をリニアフレネルレンズとして構成した例について説明するが、フレネルレンズ層１２は、サーキュラーフレネルレンズとして構成されていてもよい。また、第１実施形態では、平坦部１２４を設けたフレネルレンズ層１２を例として説明するが、平坦部１２４のないフレネルレンズ層１２であってもよい。
基材層１３は、拡散層１１及びフレネルレンズ層１２を支持するための層である。基材層１３は、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂等より形成される。
上記各層により構成されるフレネルレンズシート１０は、例えば、０．３１ｍｍから０．３６ｍｍまでの厚さに形成される。

＜光拡散シート２０＞
光拡散シート２０は、フレネルレンズシート１０側から入射した映像光のコントラストを上げると共に、映像光を観察者側に向けて拡散させる光学部材である。光拡散シート２０は、図２に示すように、映像光の入射側（Ｚ１側）から順に、マット層２６、光制御層２１、接着層２３、拡散層２２、基材層２５、ハードコート層２４を備える。

光制御層２１は、フレネルレンズシート１０側から入射した映像光を散乱させて、主に上下方向（Ｙ方向）の広い範囲に向けて出射する層である。
光透過部２１１は、入射した映像光を透過させる部分である。光透過部２１１は、画面左右方向（Ｘ方向）に沿って延在し、且つ図２に示すように、画面上下方向（Ｙ方向）に沿って複数配列されている。光透過部２１１は、図２に示すように、光拡散シート２０の厚さ方向（Ｚ方向）における断面形状が、出光側を上底とし、入光側と下底とする（出光側が短辺、入光側が長辺となる）台形形状となる。

光吸収部２１２は、入射した光の一部及び迷光を吸収する部分である。光吸収部２１２は、図２に示すように、隣接する光透過部２１１との間の谷部分に形成されている。光吸収部２１２は、着色されている。光吸収部２１２は、光透過部２１１よりも屈折率の小さい材料により形成されている。光吸収部２１２は、画面左右方向（Ｘ方向）に沿って延在し、且つ図２に示すように、画面上下方向（Ｙ方向）に沿って複数配列されている。

光吸収部２１２は、図２に示すように、光拡散シート２０の厚さ方向（Ｚ方向）における断面形状が、楔形状となる。ここで、楔形状とは、一方の端部の幅が広く、他方に向けて次第に幅が狭くなる形状をいい、三角形、台形等を含む。光吸収部２１２は、楔形状の斜面部分（図２参照）が映像光の全反射面となる。光吸収部２１２の斜面部分で全反射した映像光は、拡散層２２側に出射する。

マット層（緩衝層）２６は、光制御層２１において映像光の入光側（Ｚ１側）に設けられる層である。マット層２６は、光制御層２１の入光側の面と、フレネルレンズシート１０のフレネルレンズ層１２との接触により、プリズムが擦れ合ったり、押圧されたりすることを抑制するために設けられる。マット層２６の弾性率は、フレネルレンズシート１０のフレネルレンズ層１２より低く設定される。マット層２６の弾性率は、例えば、５０～８００ＭＰａ程度である。また、マット層２６の厚みは、弾性率にもよるが、例えば、１０～３０μｍ程度である。なお、図３では、透過型スクリーン２の層構成を分かり易くするため、フレネルレンズシート１０と光拡散シート２０とが密着していない状態を示しているが、透過型スクリーン２として積層された状態において、両者は隙間なく密着している。
拡散層２２は、光制御層２１により画面上下方向に拡散された映像光を更に拡散させる層である。拡散された映像光は、拡散層２２の出光側の面で結像する。拡散層２２は、接着層２３を介して光制御層２１と接合されている。

ハードコート層２４は、光拡散シート２０の表面を高硬度化して保護する層である。ハードコート層２４は、映像光の出光側（Ｚ２側）に拡散面（不図示）を有する。ハードコート層２４は、例えば、硬化性樹脂組成物の硬化物により形成される。

基材層２５は、拡散層２２及びハードコート層２４を支持するための層である。基材層２５は、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂等より形成される。拡散層２２、ハードコート層２４及びこれらを支持する基材層２５は、一体の拡散板として構成される。この拡散板は、約１．６ｍｍ程度の厚さに形成される。
上記各層により構成される光拡散シート２０は、全体として、約２ｍｍの厚さに形成される。

図１に示すように、第１実施形態の透過型スクリーン２において、プロジェクタ３からフレネルレンズシート１０に向けて映像光を照射すると、映像光は、フレネルレンズシート１０の拡散層１１で結像した後、フレネルレンズ層１２（プリズム１２１）で最適な出光角に屈折され、光拡散シート２０に出射される。フレネルレンズシート１０から出射した映像光は、光制御層２１（光拡散シート２０）で散乱し、上下方向（Ｙ方向）の広い範囲から出射する。光制御層２１から出射した映像光は、拡散層２２で結像し、光拡散シート２０の出光面に画像として映し出される。

上述した第１実施形態の透過型スクリーン２においては、光拡散シート２０の映像光の入光側（Ｚ１側）にマット層２６が設けられているため、透過型スクリーン２が熱の影響により膨張・収縮したり、輸送時に振動が加わったりして、光拡散シート２０とフレネルレンズ層１２（フレネルレンズシート１０）とが擦れ合っても、フレネルレンズ層１２のプリズム１２１に潰れが生じにくくなる。したがって、第１実施形態の透過型スクリーン２においては、フレネルレンズ層１２のプリズム１２１で屈折する光に歪が生じにくくなるため、表示品質の低下を抑制できる。

（第２実施形態）
第２実施形態の透過型スクリーン２Ａは、光拡散シート２０に部分的にマット層２７が設けられている点が第１実施形態と相違する。第２実施形態の投射型表示装置１において、その他の構成は、第１実施形態と同じである（図１参照）。そのため、透過型スクリーン２Ａの構成のみを図示し、投射型表示装置１の全体の図示を省略する。また、第２実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図４は、第２実施形態における透過型スクリーン２Ａの層構成を示す平面図である。図４は、透過型スクリーン２ＡをＺ１側から見たときの平面図である。
第２実施形態の透過型スクリーン２Ａは、光拡散シート２０の画面左右方向（Ｘ方向）の中央にマット層２７が設けられている。マット層２７の幅は、フレネルレンズ層１２（フレネルレンズシート１０）の平坦部１２４の幅と同じである。すなわち、第２実施形態の光拡散シート２０では、フレネルレンズ層１２の平坦部１２４と対向する範囲にマット層２７が設けられている。マット層２７の物性等は、第１実施形態のマット層２６と同じである。また、第２実施形態の光拡散シート２０において、その他の構成は、第１実施形態と同じである。

一方、第２実施形態の透過型スクリーン２Ａにおいて、フレネルレンズシート１０の構成は、第１実施形態と同じである。
なお、図４では、光拡散シート２０の構成を分かり易くするため、フレネルレンズシート１０と光拡散シート２０とが密着していない状態を示しているが、透過型スクリーン２Ａとして積層された状態において、両者は隙間なく密着している。

上述した第２実施形態の透過型スクリーン２Ａによれば、光拡散シート２０において、フレネルレンズシート１０の平坦部１２４と対向する範囲にマット層２７が設けられているため、経時や熱の影響により、フレネルレンズ層１２の平坦部１２４への光拡散シート２０の貼り付きを抑制できる。そして、フレネルレンズ層１２の平坦部１２４への光拡散シート２０の貼り付きが抑制されることにより、フレネルレンズシート１０の画面左右方向（Ｘ方向）の端部側のプリズム１２１にも潰れが生じにくくなる。したがって、第２実施形態の透過型スクリーン２Ａにおいては、フレネルレンズ層１２の平坦部１２４への光拡散シート２０の貼り付きによる表示品質の低下を抑制できる。また、第２実施形態の透過型スクリーン２Ａにおいては、画面左右方向の端部側において、フレネルレンズ層１２のプリズム１２１で屈折する光に歪が生じにくくなるため、表示品質の低下を抑制できる。

（第３実施形態）
第３実施形態の透過型スクリーン２Ｂは、フレネルレンズシート１０に部分的にマット層１４が設けられている点が第１実施形態と相違する。第３実施形態の投射型表示装置１において、その他の構成は、第１実施形態と同じである（図１参照）。そのため、透過型スクリーン２Ｂの構成のみを図示し、投射型表示装置１の全体の図示を省略する。また、第２実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図５は、第３実施形態における透過型スクリーン２Ｂの層構成を示す平面図である。図５は、透過型スクリーン２ＢをＺ１側から見たときの平面図である。
第３実施形態の透過型スクリーン２Ｂは、フレネルレンズシート１０の画面左右方向（Ｘ方向）の中央に、平坦部１２４を覆うようにマット層１４が設けられている。マット層１４の物性等は、第１実施形態のマット層２６と同じである。また、第３実施形態のフレネルレンズシート１０において、その他の構成は、第１実施形態と同じである。

一方、第３実施形態の透過型スクリーン２Ａにおいて、光拡散シート２０の構成は、マット層２６がないことを除いて第１実施形態と同じである。
なお、図５では、フレネルレンズシート１０の構成を分かり易くするため、フレネルレンズシート１０と光拡散シート２０とが密着していない状態を示しているが、透過型スクリーン２Ｂとして積層された状態において、両者は隙間なく密着している。

上述した第３実施形態の透過型スクリーン２Ｂにおいては、フレネルレンズシート１０の平坦部１２４にマット層１４が設けられているため、経時や熱の影響により、フレネルレンズ層１２の平坦部１２４への光拡散シート２０の貼り付きを抑制できる。そして、フレネルレンズ層１２の平坦部１２４への光拡散シート２０の貼り付きが抑制されることにより、フレネルレンズシート１０の画面左右方向（Ｘ方向）の端部側のプリズム１２１にも潰れが生じにくくなる。したがって、第３実施形態の透過型スクリーン２Ｂにおいては、フレネルレンズ層１２の平坦部１２４への光拡散シート２０の貼り付きによる表示品質の低下を抑制できる。また、第３実施形態の透過型スクリーン２Ｂにおいては、画面左右方向の端部側において、フレネルレンズ層１２のプリズム１２１で屈折する光に歪が生じにくくなるため、表示品質の低下を抑制できる。

以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本開示の技術的範囲内に含まれる。また、実施形態に記載した効果は、本開示から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、実施形態に記載したものに限定されない。なお、上述の実施形態及び後述する変形形態は、適宜に組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。

（変形形態）
第１実施形態では、フレネルレンズシート１０と光拡散シート２０との間の緩衝層として、光制御層２１の映像光の入光側（Ｚ１側）にマット層２６を設ける例について説明したが、これに限定されない。光制御層２１の映像光の入光側に、マット層２６と同程度の弾性率を有する光透過性の膜を緩衝層として設けてもよい。

第２及び第３実施形態においては、フレネルレンズシート１０又は光拡散シート２０の画面左右方向（Ｘ方向）の中央にマット層を設ける例について説明したが、これに限定されない。フレネルレンズシート１０及び光拡散シート２０の、それぞれの画面左右方向の中央にマット層を設ける構成としてもよい。本例によれば、フレネルレンズシート１０と光拡散シート２０とを密着させることにより、１つのマット層が形成される。本例において、各シートに設けるマット層の厚みは同じでもよいし、異なっていてもよい。

１ 投射型表示装置
２，２Ａ，２Ｂ 透過型スクリーン
３ プロジェクタ
１０ フレネルレンズシート
１４，２６，２７ マット層
２０ 光拡散シート
２１ 光制御層

Claims (5)

1. 映像光の入光側に配置され、映像光の出光側の面に光屈折層が形成されたフレネルレンズシートと、
   映像光の出光側に配置され、前記フレネルレンズシートからの映像光の入光側に光制御層が形成された光拡散シートと、
   前記フレネルレンズシートと前記光拡散シートとの間に設けられた緩衝層と、
   を備え、
   前記緩衝層は、前記フレネルレンズシートの前記光屈折層よりも弾性率が低く、
   前記緩衝層の弾性率は、５０～８００ＭＰａである、
   透過型スクリーン。
2. 請求項１に記載の透過型スクリーンであって、
   前記緩衝層は、前記光拡散シートにおいて映像光の入光側に設けられる、
   透過型スクリーン。
3. 請求項１又は２に記載の透過型スクリーンであって、
   前記フレネルレンズシートの前記光屈折層には、画面左右方向の中央に平坦部が設けられ、
   前記緩衝層は、少なくとも前記平坦部と対向する位置に設けられる、
   透過型スクリーン。
4. 請求項１に記載の透過型スクリーンであって、
   前記緩衝層は、前記光拡散シートにおいて映像光の入光側の全面に設けられ、
   前記光拡散シートと前記フレネルレンズシートとは、隙間なく密着している、
   透過型スクリーン。
5. 請求項１から４までのいずれかに記載の透過型スクリーンと、
   前記透過型スクリーンに映像光を投射するプロジェクタと、
   を備える表示装置。
   

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