JPWO2005059642A1 - フレネルレンズシートおよびそれを用いた背面投写型スクリーン - Google Patents

Abstract

本発明は、光量ロスが少ないために明るく、スペックルが抑制され、モアレを発生せず、ゴーストが抑制され、かつ安価な透過型スクリーンに用いられるフレネルレンズシートを提供することを目的とし、下記の式（１）および式（２）または、式（３）、式（４）および式（５）の拡散特性を満足するフレネルレンズシートにより達成される。γ／α≦２．８（１）ζ／α≦６（２）ただしαは視野半値角、γは視野１／１０値角、ζは視野１／１００値角２．０°≦α≦５．５°（３）ただしαは視野半値角γ≦１２°（４）ただしγは視野１／１０値角ζ≦１８°（５）ただしζは視野１／１００値角

Description

本発明は、背面投写型テレビジョン等に用いられるフレネルレンズシートおよび背面投写型スクリーンに関する。

従来から、一般に、背面投写型テレビジョンに用いられている透過型スクリーンの断面の概略構成図を第１図に示す。第１図において、１はレンチキュラーレンズシートであり、２はフレネルレンズシートである。通常、フレネルレンズシート２およびレンチキュラーレンズシート１が近接されて透過型スクリーンが構成されている。一般に、フレネルレンズシート２は等間隔で同心円状の微細ピッチのレンズからなるフレネルレンズが光出射面に設けられたシートで構成されている。（特開昭５９−６９７４８号公報参照）
レンチキュラーレンズシート１は、第１図に示すように、光入射面側に等間隔になるようにかまぼこ型のレンズがそれぞれ配置されている。フレネルレンズシート２から出射された平行光または収束光は、レンチキュラーレンズシート１により水平方向に大きく拡散され、これによって水平方向の広い視野範囲で映像を観察することが可能となる。
かかるレンチキュラーレンズシート１においては、第１図に示すように、光入射面側に設けられた各々のレンズによる集光部以外の部位に、黒インクなどの光吸収材層よりなる遮光パターンを設けることで明室でのコントラスト向上が図られている。
フレネルレンズシートにおいては、水平方向のみならず垂直方向においても映像観察が可能な範囲を拡大するため、迷光を抑制するなどの目的で、内部に拡散材を混入したり、特開昭６０−２６３９３２号公報に開示される垂直レンチキュラーレンズや特開平１１−２７１８８４号公報に開示されるプリズム形状を入射面に設けることが行われていた。また、映像光のスペックル（微細な輝度ムラ、ギラツキ）を抑えるために、フレネルレンズシートのヘイズを高く（拡散性を大きく）する、といった手法が特開平８−３１３８６５号公報に開示されている。さらに、特開２０００−２７５７３８号公報には、フレネルレンズシートの拡散特性を特定の範囲とする手法が開示されている。
従来フレネルレンズシートに対する拡散性付与においては、
１）フレネルレンズシートの入射面に等ピッチの垂直拡散レンチキュラーレンズ、プリズム列を形成して拡散特性を得ることも考えられるが、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズとのモアレを生ずる問題があった。
また、一般的な拡散材を用いて拡散性を付与した場合、
２）拡散材自体がスペックルの発生原因となっている。
３）拡散特性が裾引き型（中角度領域で比較的小さく、高角度領域で比較的大きい特性）となるため、フレネルレンズシートを通過した透過光のうち、裾引き成分（高角度領域の散乱光）がレンチキュラーレンズの遮光パターン部で遮られて、光量ロスが発生する。
４）第２図に示すような光線経路によって二重像などのゴーストが生じるが、従来の拡散材による拡散ではこれらゴーストを充分に軽減できなかった。
５）拡散剤が高価なのでコスト面で不利だった。
等の問題があった。
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、光量ロスが少ないために明るく、スペックルが抑制され、モアレを発生せず、ゴーストが抑制され、かつ安価なフレネルレンズシートを提供することを目的とする。

上記の目的は、背面投写型スクリーンに用いられるフレネルレンズシートにおいて、その拡散特性が下記式（１）および式（２）の範囲内であることを特徴とするフレネルレンズシート
γ／α≦２．８ （１）
ζ／α≦６ （２）
ただしαは視野半値角（正面に対する輝度の１／２の輝度となる角度）、γは視野１／１０値角（正面に対する輝度の１／１０の輝度となる角度）、ζは視野１／１００値角（正面に対する輝度の１／１００の輝度となる角度）
により達成できる。
また、背面投写型スクリーンに用いられるフレネルレンズシートにおいて、その拡散特性が下記の式（３）、式（４）および式（５）の範囲であることを特徴とするフレネルレンズシート
２．０°≦α≦５．５° （３）
ただしαは視野半値角
γ≦１２° （４）
ただしγは視野１／１０値角
ζ≦１８° （５）
ただしζは視野１／１００値角
によっても達成できる。
さらに、上記のフレネルレンズシートは入射面表面に微細凹凸を有し、その凹凸が下記式（６）の範囲内であることを特徴としていてもよい。
０．５μｍ≦Ｒａ≦２．０μｍ （６）
ただし、ＲａはＪＩＳ Ｂ ０６０１で規定される中心線平均粗さ
また、上記の課題を解決する本発明は、少なくともレンチキュラーレンズシートと上記のフレネルレンズシートとからなる背面投写型スクリーンである。

第１図は、背面投写型テレビジョンに一般に用いられている透過型スクリーンの概略断面図である。第２図は、フレネルレンズシートにおけるゴースト発生光路を説明する概略断面図である。第３図は、大きい視野角領域への出射光量が大きいことを示す図である。第４図は、本発明における実施例および比較例の正面輝度で規格化された視野角輝度特性を示す図である。第５図は、本発明における実施例および比較例の全出射光量で規格化された視野角光量特性を示す図である。

下記の式（１）および式（２）または、式（３）、式（４）および式（５）の拡散特性を満足する本発明のフレネルレンズシートであれば、充分なヘイズを伴うため、モアレ低減効果を発揮できる。また上記拡散特性を満足することにより、充分に広い垂直視野角が達成されると同時に、フレネルレンズシートを通過した透過光のうちレンチキュラーレンズシートの遮光パターンで吸収される裾引き部分が少ないため、光量ロスが少ない、という特徴を両立することが出来る。
γ／α≦２．８ （１）
ζ／α≦６ （２）
ただしαは視野半値角、γは視野１／１０値角、ζは視野１／１００値角
２．０°≦α≦５．５° （３）
ただしαは視野半値角
γ≦１２° （４）
ただしγは視野１／１０値角
ζ≦１８° （５）
ただしζは視野１／１００値角
従来、スペックルを低減する目的でフレネルレンズシートに拡散性を付与すること、および、その際にフレネルレンズシートの拡散特性を大きくすると出射側に配置されたレンチキュラーレンズシートの遮光パターン部によって遮られる光の量が多くなるため光量ロスが発生することは前述したとおりである。本発明の発明者は、鋭意研究の結果上述の拡散特性を有するフレネルレンズシートを用いることで、スペックルの低減と光量ロスの回避とが両立されたスクリーンを得たものである。この成果は特に視野１／１００値角（ζ）に注目することにより達成されている。輝度が正面に比べ１／１００となる視野角領域においては、第３図ａに示すとおり文字通り輝度が正面の１／１００しかないものであるから、該領域の拡散特性はこれまで重要視されてこなかった。しかし、第３図ｂに示すとおりそのような角度領域においても一定の角度範囲で正面方向を軸とした周囲全体に出射する光の総量は、そのある一方向のみの光量である輝度から考えられるよりはるかに多くなっている。これは、ある角度θの方向に出射する光の総量は、角度θにおける輝度値に単位球面上の周の長さをかけたものであるためｓｉｎθの関数となっているからである。通常、拡散性を大きくすると、視野１／２値角の増加のみならず上述した視野１／１００値角の増大も伴うこととなり、そのような大きな角度においてはわずかな輝度の増加であってもそのような角度領域全体への光量増加は大きなものとなる。本発明のフレネルレンズシートにおいては、視野１／２値角に対する視野１／１０値角および視野１／１００値角の比を上記の一定値以下とすることまたは視野１／２値角を上記の一定範囲とし、視野１／１０値角および視野１／１００値角の値を上記の一定値以下とすることで、拡散性を確保しつつ周辺部の光量増加が抑制されており、その結果本発明のフレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシートが組み合わされた背面投写型スクリーンにおいては、光量ロスの抑制とスペックルの低減との両立という本発明の作用効果が奏されることとなる。
視野半値角αに対する視野１／１００値角ζの比ζ／αが６より大きいと、正面近傍への光線に対して、周辺部方向への光線の割合が大きくなり、出射光量に対する光量ロスの割合が増大する。視野半値角αに対する視野１／１０値角δの比δ／αが２．８より大きい場合も同様である。ζ／αは４以下であるのが好ましく、δ／αは２．２以下であるのが好ましい。
視野半値角αが２．０°以下であると、拡散特性が不足し、垂直視野角が狭くなるとともにモアレ、ゴースト等を充分に抑制できなくなる。５．５°以上であると視野角特性が広くなりすぎ、必要なゲインを得ることができない。視野半値角αの好ましい範囲は４°以上５°以下である。
視野１／１００値角ζが１８°以上または、視野１／１０値角γが１２°以上であると、レンチキュラーレンズシートの遮光パターン部分で吸収される光線の裾引き成分が多くなるため、必要なゲインを得ることができなくなる。視野１／１００値角ζは１２°以上であることが好ましい。１２°以下であると、ある範囲以上の垂直視野角において画面の明るさが急激に暗くなる、いわゆるホットバンド現象が問題になる場合がある。同様の理由で視野１／１０値角γは７°以上であることが好ましい。視野１／１００値角ζの好ましい範囲は１２°以上１５°以下である。
さらに主たる拡散性が、下記の条件を満足するフレネルレンズシートの入射面表面の微細凹凸によって得られるものであることにより、拡散材を用いることによるスッペクル発生を大幅に抑制できる。
０．５μｍ≦Ｒａ≦２．０μｍ （６）
ただし、ＲａはＪＩＳ Ｂ ０６０１で規定される中心線平均粗さ
微細凹凸によってさらに、図２で示されるフレネル面３で反射した迷光がフレネルレンズシートの入射面４で全反射しにくいため、二重像を顕著に抑制できる。また高価な拡散剤の使用量を大幅に削減することができるので低コストで製造できる。
主たる拡散効果を表面凹凸により付与すると上記拡散特性を満足することができる理由としては次のように推測される。
拡散剤を含む拡散シートに光線が入射すると、内部に含まれる拡散剤により光線は屈折を起こす。屈折した光線は出射面に達するまでさらに拡散剤により屈折する。この過程の中で、何度も拡散剤で拡散され、過剰な拡散を受ける光線成分が確率的にいくらか存在するため、必要以上に拡散される視野角の裾引き部分を抑制することが困難である。一方、入射面凹凸によって拡散するシートに光線が入射すると、入射面で一度屈折作用を受けるだけで拡散特性が決まるため、拡散される視野角の裾引き部分を抑制することができる。また、本発明によれば、第２図において、フレネル面３で反射したゴースト光が入射面４に達した際、表面が凹凸面であることから、臨界角より小さい入射角となる成分が生じるために、ゴースト光の一部しか出射面側へ達しない、などの理由により、ゴースト光を抑制できる。特に二重像の抑制効果が顕著である。
表面凹凸が拡散効果に寄与する割合は、ＪＩＳ−Ｋ７１０５で規定されるヘイズ測定法において、本発明の拡散特性をもつフレネルレンズシートのヘイズ測定値をＨとし、拡散剤を含まない以外は本発明と同じフレネルレンズシートのヘイズ測定値をＨ１としたとき、
Ｈ１／Ｈ＞０．５
を満たすことが望ましい。この範囲以外であると、拡散剤が拡散効果に寄与する割合が大きくなり、本発明の効果を充分に発揮できない場合がある。より好ましくはＨ１／Ｈ＞０．８、更に好ましくはＨ１／Ｈ＞０．９である。
本発明において、表面粗さＲａが０．５μｍ以下であると、充分な拡散特性を付与できない場合がある。２．０μｍ以上であると、スペックルを充分に軽減できない場合がある。好ましい範囲は０．６μｍ以上１．５μｍ以下である。
上記表面の凹凸は、ランダムであることが好ましい。表面凹凸が規則性を持つとフレネルレンズ列および／またはレンチキュラーレンズ列とモアレを生じる場合がある。
上記表面粗さを本発明のフレネルレンズシートに形成する方法としては、例えば、基材に略等屈折の光拡散剤を混入して押し出し成形し、少なくとも片面が凹凸表面を有する基板を成形後、凹凸面を入射面とし、反対の面にフレネルレンズを形成する方法、フレネルレンズシートの入射面をサンドブラストする方法、入射面表面を溶剤、アルカリ、酸などの薬品でフレネル面および／またはフレネルレンズの入射面を溶解し凹凸面を形成するいわゆるエッチング法などが挙げられる。エッチング法を用いる際は、入射面近傍に、基材とは溶解速度が異なる粒子を含有させた後、薬品で溶解処理する方法、溶解速度が異なる複数の基材で入射面を形成し、薬品で溶解処理する方法などが挙げられる。さらに、フレネル面および／またはフレネルレンズシートの入射面の成形型を上記方法などを用いて凹凸面とし、該凹凸面成形型によってフレネルレンズシートを成形する方法などを用いることができる。
上記した本発明のフレネルレンズシートをレンチキュラーレンズシートと組み合わせることで本発明の背面投写型スクリーンを得ることができる。本発明の背面投写型スクリーンにおいて用いられるレンチキュラーレンズシートとしては、従来知られている縦長シリンドリカルレンズが入射面に横方向に並列し、出射面側の投射光が通過しない部分に光吸収材層による遮光パターンが設けられたものを使用することができる。また、上記のシリンドリカルレンズに替えて微細な独立レンズが格子状に並列されたマイクロレンズアレイを用いても良い。また、横方向にシリンドリカルレンズが並列されたレンチキュラーレンズと縦方向にシリンドリカルレンズが並列されたレンチキュラーレンズとを組み合わせたものを用いることもできる。
以下に本発明の実施例を述べる。

ステンレス表面をサンドブラスト処理によりマット面とした成形型と、鏡面の成形型とを用い、片面がマットであり、反対面が鏡面であるポリメタクリル・スチレン共重合（ＭＳ）樹脂製シートを作製し、その鏡面側に紫外線硬化樹脂によってフレネルレンズを形成し、フレネルレンズシートを作製した。ＭＳ樹脂製シートの屈折率は１．５４であり、内部に拡散剤は含んでいない。厚さは２ｍｍ、マット面の表面粗さＲａ＝０．９μｍであり、ヘイズ値は７０％であった。該アクリル樹脂製シートの視野角特性を表１に示す。該フレネルレンズシートを投影機側に配置し、０．１ｍｍピッチ、遮光パターン比率６５％のレンチキュラーレンズシートを観視者側に配置して透過型スクリーンを構成し、ＬＣＤプロジェクションテレビ装置に装着し、正面のゲイン測定及びスペックルを目視評価した。その結果を合わせて表１に示す。本発明のフレネルレンズシートを用いた透過型スクリーンはゲインが高く、またスペックルの小さいものであった。

樹脂製シート中にＭＳ製拡散剤（平均粒径８μｍ、屈折率１．５４）を０．２％含み、マット面の表面粗さをＲａ＝０．７μｍとした以外は実施例１と同様にして、フレネルレンズシートを作製した。該シートのヘイズ値は６５％であった。該アクリル樹脂製シートの視野角特性を表１に示す。該フレネルレンズシートを実施例１と同様にしてＬＣＤプロジェクションテレビ装置に装着し、正面のゲイン測定及びスペックルを目視評価した。その結果を合わせて表１に示す。本発明のフレネルレンズシートを用いた透過型スクリーンはゲインが高く、またスペックルの小さいものであった。

樹脂製シート中にＭＳ製拡散剤（平均粒径１０μｍ、屈折率１．５６）を０．７％含むことおよび両面が鏡面の成形形を用いること以外は実施例１と同様にして、フレネルレンズシートを作製した。該シートのヘイズ値は６０％であった。該アクリル樹脂製シートの視野角特性を表１に示す。該フレネルレンズシートを実施例１と同様にしてＬＣＤプロジェクションテレビ装置に装着し、正面のゲイン測定及びスペックルを目視評価した。その結果を合わせて表１に示す。本発明のフレネルレンズシートを用いた透過型スクリーンはゲインが高く、またスペックルの小さいものであった。
＜比較例１＞
鏡面の成形型２枚を用い、ガラス製粒子からなる拡散剤（平均粒径８μｍ、屈折率１．５６）を混入し、ヘイズ値が５０％となるよう濃度を調整して樹脂製シート製造した以外は実施例１と同様にして、厚さ２ｍｍの両面が鏡面のＭＳ樹脂製シートを作製した。比較例１の該樹脂製シートを用いた以外は実施例１と同様にして透過型スクリーンを作製してテレビ装置に装着し、正面のゲイン測定及びスペックルを目視評価した。その結果を合わせて表１に示す。比較例１のフレネルレンズシートを用いた透過型スクリーンは実施例１同様にゲインが高かったが、スペックルが目立ち、映像の品位を損ねるものであった。
＜比較例２＞
拡散剤濃度を調整してヘイズ値を７０％とした以外は比較例１と同様にして透過型スクリーンを作製、テレビ装置に装着し、正面のゲイン測定及びスペックルを目視評価した。その結果を合わせて表１に示す。比較例２のフレネルレンズシートを用いた透過型スクリーンのスペックルは比較的小さなものであったが、ゲインが低く、暗い映像となった。
上記各実施例、および比較例の結果を表１に、また、第４図ａに各例の視野角特性図を示す。第４図ｂは第４図ａのθが大きい領域について拡大した図である。さらに第５図ａは、ある特定角度θで出射する光の総量を全出射光量で規格化した結果を各例について角度θに対して示した図である。第５図ｂは第５図ａのθが大きい領域について拡大した図である。比較例のフレネルレンズシートは大きい視野角領域（θが大きい）において実施例のフレネルレンズシートに比べて出射される光量が大きいことがわかる。

本発明のフレネルレンズシートによれば、明るく、スペックルが抑制された透過型スクリーンを提供できる。

Claims (4)

1. 背面投写型スクリーンに用いられるフレネルレンズシートにおいて、その拡散特性が下記式（１）および式（２）の範囲内であることを特徴とするフレネルレンズシート。
   γ／α≦２．８ （１）
   ζ／α≦６ （２）
   ただしαは視野半値角、γは視野１／１０値角、ζは視野１／１００値角
2. 背面投写型スクリーンに用いられるフレネルレンズシートにおいて、その拡散特性が下記の式（３）、式（４）および式（５）の範囲であることを特徴とするフレネルレンズシート。
   ２．０°≦α≦５．５° （３）
   ただしαは視野半値角
   γ≦１２° （４）
   ただしγは視野１／１０値角
   ζ≦１８° （５）
   ただしζは視野１／１００値角
3. フレネルレンズシートの入射面表面に微細凹凸を有し、その凹凸が下記式（６）の範囲内であることを特徴とする請求項１または２に記載のフレネルレンズシート。
   ０．５μｍ≦Ｒａ≦２．０μｍ （６）
   ただし、ＲａはＪＩＳ Ｂ ０６０１で規定される中心線平均粗さ
4. 少なくとも、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を備えた背面投写型スクリーンであって、該フレネルレンズシートが請求項１〜３のいずれか１項に記載のフレネルレンズシートである背面投写型スクリーン。

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