WO2002099530A1 - Micro-lens sheet and projection screen - Google Patents

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WO2002099530A1
WO2002099530A1 PCT/JP2002/005434 JP0205434W WO02099530A1 WO 2002099530 A1 WO2002099530 A1 WO 2002099530A1 JP 0205434 W JP0205434 W JP 0205434W WO 02099530 A1 WO02099530 A1 WO 02099530A1
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WO
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lens
light
sheet
microlens
projection screen
Prior art date
Application number
PCT/JP2002/005434
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kazuyoshi Ebina
Takashi Abe
Masaru Miyashita
Susumu Takahashi
Original Assignee
Toppan Printing Co., Ltd.
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Priority claimed from JP2002102169A external-priority patent/JP2003294913A/ja
Application filed by Toppan Printing Co., Ltd. filed Critical Toppan Printing Co., Ltd.
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Priority to KR10-2003-7001008A priority patent/KR20030020400A/ko
Priority to EP02730878A priority patent/EP1394603A1/en
Priority to US10/343,450 priority patent/US6970288B2/en
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Priority to US11/213,978 priority patent/US20060001965A1/en

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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/72Modifying the appearance of television pictures by optical filters or diffusing screens
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/54Accessories
    • G03B21/56Projection screens
    • G03B21/60Projection screens characterised by the nature of the surface
    • G03B21/62Translucent screens
    • G03B21/625Lenticular translucent screens

Definitions

  • the present invention relates to a microlens sheet, and more particularly to a microphone lens sheet effective for use in an image display screen (transmission projection screen or rear projection screen) for a rear projection type projection TV.
  • the present invention also relates to a projection screen using a lens array for use in a rear projection display (television z display) such as a liquid crystal projection television Z display.
  • a rear projection display such as a liquid crystal projection television Z display.
  • a transmission type projection screen is composed of a combination of a Fresnel lens sheet and a lenticular sheet.
  • the Fresnel lens sheet emits the projection light (divergent from the small-diameter lens) from the projector to the lenticular sheet side as substantially parallel light due to the convex lens characteristics.
  • the lenticular sheet spreads the projected light, which is converted into substantially parallel light by the Fresnel lens sheet, in the horizontal direction according to the characteristics of the cylindrical lenses arranged in the horizontal direction, and displays the display light to the observer. And emitted.
  • the rear projection screen spreads the display light in the vertical direction, forms the projected light from the projector, and unnecessary flickering of the image called scintillation caused by the small diameter of the projector lens.
  • a light diffusion layer is conventionally formed for the purpose of, for example, reducing the light emission.
  • the light diffusion layer is formed on at least one of a lenticular sheet, a Fresnel lens sheet, and an outermost front plate that functions as a protective plate, and the formation is performed by an appropriate method such as coating, laminating, or mixing. You.
  • the present applicant has proposed a rear projection screen provided with a lenticular sheet as exemplified in JP-A-9-1120101, JP-A-8-269546, and JP-A-10-83029. All of them relate to a lenticular sheet which has a cylindrical lens group arranged in a horizontal direction and which is required to have a light diffusion layer having a sufficient light diffusion property in any of the inside thereof.
  • the control of the viewing angle (range) of the display light by the existing lenticular sheet can be controlled only in the horizontal direction by the lens function, and the control in the vertical direction depends on the light diffusion layer. .
  • the effect of the viewing angle control by the lens function is high and dynamic, but the effect of the viewing angle control by the light diffusion layer is relatively low and gentle.
  • the light diffusion layer is formed by dispersing and mixing light diffusing fine particles in a resin. Not only is it difficult to select a suitable combination of both, such as the difference in refractive index between the light diffusing fine particles and the resin, the particle size (and distribution) of the light diffusing fine particles, or the suitability for dispersion. It is structurally difficult to control the light diffusion only in the vertical direction, and it is inevitable that it affects the light diffusion in the horizontal direction.
  • the proposal disclosed in the above publication is a lens sheet provided with a microlens array portion in which a layer is formed by arranging optically concave or convex microlenses having rotationally symmetric shapes in a rhombic shape.
  • the panels liquid crystal or micromirror--array
  • the parallel pitch of the cylindrical lens group on the screen side is required.
  • the black matrix uses the light-collecting characteristics of the lens portion itself on the photosensitive resin layer formed on the opposite side of the lens sheet. Thus, it is formed by a so-called self-alignment method that accurately defines the position corresponding to the non-light-collecting portion of each lens portion.
  • a light-shielding pattern is formed after the exposed photosensitive resin layer is developed, or a light-shielding pattern is formed by coloring the exposed photosensitive resin layer without performing the developing processing.
  • a photosensitive adhesive which has the property of generating the presence or absence of tackiness in response to non-photosensitivity, and coloring is performed according to the presence or absence of tackiness.
  • the focusing position by the lens unit should be set at the exit side of the photosensitive resin layer. Instead, it is appropriately set in the photosensitive resin layer according to the light blocking ratio of the pattern to be formed.
  • the focal position differs between the center and the end of the lens due to aberration. Therefore, when the light-shielding pattern is formed by the self-alignment method, the location where the photosensitive resin layer is denatured is not clearly determined. The boundary between the opening and the light-shielding portion is hard to be clear.
  • the conventional transmissive screen used in rear-projection televisions and the like currently on the market is generally composed of a Fresnel lens with concentric concaves and convexes formed on one side and a cylindrical cylindrical lens in one direction.
  • a lenticular lens arranged in a line and a diffusion layer provided on one or one or another of the substrates are provided.
  • the components that make up these transmissive screens are optically arranged so that the light emitted from the projector is emitted by the Fresnel lens first, and the emitted light is spread horizontally in the horizontal direction of the screen by a lenticular lens.
  • the vertical viewing angle is obtained by spreading the light beam in the vertical direction of the screen with a diffusing agent.
  • two layers of lenticular layers are laminated and used so that the length direction of each cylindrical lens is perpendicular, or used on both sides of one base material layer.
  • a method is also known in which the length directions of the cylindrical lenses are orthogonal to each other.
  • a light-shielding layer having an opening is provided on the condensing portion of each cylindrical lens constituting the lenticular lens or the condensing portion of each microlens constituting the microlens array sheet, and the S of the screen is formed.
  • a configuration for improving the / N ratio is also known.
  • a hard coat layer or an antireflection film layer may be provided on the outermost surface or the like depending on the use of the transmission screen.
  • Conventional transmission screens using a lenticular sheet or a microlens array sheet combine a lenticular layer with a diffusion layer to control the viewing angle in the horizontal and vertical directions, or are unnecessarily wide in a microlens array.
  • the necessity of a viewing angle causes problems such as light absorption by the diffusion layer, deterioration of image quality due to white scattering, and reduction in screen gain due to wide diffusion.
  • a screen with two lenticular lenses arranged on the same plane so as to be perpendicular to each other has a structure in which two lenticular lenses overlap each other. If the shape of the lens changes, the optical characteristics of the other lenticular lens change accordingly, and the viewing angle cannot be controlled completely independently. For this reason, the control range of the viewing angle is limited, which is not preferable in practical use.
  • a microlens array As a transmissive screen, it must be manufactured in a size appropriate for it, for example, a large area such as 50 inches diagonally. In order to obtain a wide viewing angle, a lens sag (thickness of the refracting surface) that is approximately half the diameter of the element lens is required. It is difficult to be compatible with the size of. For this reason, even if the required optical performance can be achieved with a small area, it is difficult to increase the area due to processing problems. Disclosure of the invention
  • the present invention makes it possible to control not only the horizontal direction but also the light diffusion not only in the horizontal direction but also in the emission direction at 360 ° by using the lens function of one lens sheet, It is suitable for manufacturing a rear projection screen consisting of two lens sheets in combination with a Fresnel lens sheet without inviting the use of a Fresnel lens sheet.
  • the purpose is to provide microlens sheets arranged in parallel at a fine pitch.
  • the present invention provides a microlens sheet which is particularly suitable as a lens sheet for a transmission type projection screen including two lens sheets in combination with a Fresnel lens sheet. It is an object of the present invention to provide a microlens sheet which is juxtaposed at the following high-definition pitch and can control a display light emitting direction (range) by a lens unit so as to be J2: ⁇ viewing area. . ,
  • the present invention further provides a black matrix having a high light-shielding ratio (75% or more) on the side opposite to the lens portion of the microlens sheet. It is intended to provide a microlens sheet having a configuration in which a matrix can be easily formed.
  • the present invention is to provide a projection screen using a microphone aperture lens having a sufficient optical characteristic as a screen, which has a small absorption of light, a small decrease in gain, controls white scattering, and has a large area.
  • Another object is to provide a projection screen using a microphone aperture lens which is inexpensive in material costs and processing costs.
  • a microlens sheet having a microlens array section in which unit lenses are two-dimensionally arranged substantially in a matrix on at least one surface of the substrate, wherein the microlens array section comprises:
  • the microlens sheet includes a unit lens having an aspherical curved surface, and has a unit lens arrangement pitch of 200 m or less.
  • the microlens array section is formed of a radiation curable resin.
  • the microlens array section is a radiation hardening type.
  • the microphone aperture lens array section may be composed of only a unit lens having a spherical curved surface.
  • the arrangement of the unit lenses may be any arrangement. Even if the arrangement is a matrix arrangement in a grid pattern, the units are arranged in a delta arrangement or a delta arrangement in which the distance between the unit lenses is equal. A honeycomb arrangement in which the shape of the lens region is a hexagon may be used. Also, the n-th row and the n + 1-th row (n is an integer of 1 or more) constituting the lens array section in a grid-like arrangement may be shifted by a half pitch.
  • the shape of the unit lens region may be a rectangle, a triangle, or the like. The triangle formed by the adjacent unit lens area may or may not be an equilateral triangle. These differences can make the light diffusion characteristics in the horizontal and vertical directions different.
  • a light-shielding layer is provided on the surface of the substrate opposite to the microlens array unit, at the position corresponding to the non-light-collecting part of each unit lens. It is preferable to adopt a configuration in which is formed.
  • the microlens sheet according to the second aspect of the present invention includes at least a substrate. On one side, there is a micro-lens array section in which unit lenses are arranged in a two-dimensional matrix in a matrix.
  • the diameter of each unit lens and its array pitch are 200 xm or less.
  • the range of the exit angle is ⁇ 30 ° or more with respect to the normal to the main plane of the micro lens sheet, and the range of the lateral spherical aberration caused by each unit lens is 0% with respect to the lens diameter.
  • ⁇ It is characterized in that it is designed so that lateral spherical aberration ⁇ 50%.
  • the cross-sectional shape in a specific direction is a toric surface having a smaller curvature with respect to the cross-sectional shape in a direction orthogonal to the above-mentioned direction, and is configured as a continuous surface.
  • a microlens array portion in which unit lenses are two-dimensionally arranged substantially in a matrix is formed, and a unit lens group and an optical axis are aligned with the surface of the sheet opposite to the microlens array portion.
  • the unit lenses are two-dimensionally arranged substantially in a matrix on one surface of the translucent sheet.
  • the unit lenses are characterized in that they are arranged so that the directions of curvature are aligned.
  • a fifth aspect of the present invention is the projection screen according to claim 1, wherein the toric surface has a curvature portion thickness in a cross section in a direction orthogonal to the direction, with respect to a curvature portion thickness in a cross section in a specific direction. That is, the configuration is such that the ratio of the lens sag is 2 Z 3 or less.
  • the toric surface has a curvature of a vertical section with respect to a thickness of a curvature section of a horizontal section. It is characterized in that the thickness of the part, that is, the ratio of lens sag is 2 Z 3 or less.
  • a seventh aspect of the present invention uses the microlens sheet of the first aspect.
  • the microlens array section is formed on one side of a light-transmitting sheet on the incident side (projection side) when used as a transmission-type projection screen.
  • the light-shielding layer is a surface of a photosensitive resin layer provided on a surface of the light-transmitting sheet opposite to the lens portion;
  • the photosensitive resin layer or a layer formed on the surface thereof is formed in a non-photosensitive area where light is not condensed by exposure through a microlens array portion, and has a lower refractive index than a translucent sheet. It shall be.
  • FIG. 2 is a plan view showing the microlens sheet of FIG.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view showing an optical path when the unit lens has a spherical shape (prior art), and FIG. 3B is a graph showing lateral spherical aberration.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view showing an optical path when the unit lens has an aspherical shape as defined in the present invention
  • FIG. 4B is a graph showing lateral spherical aberration.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the microphone aperture lens sheet according to the present invention.
  • FIG. 6 is a curve showing an example of a cross-sectional shape of a unit lens according to the present invention having a small lateral spherical aberration.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of the exposure distribution on the BM plane when the unit lens has an aspherical shape as defined in the present invention.
  • FIGS. 8A and 8B are schematic diagrams of a microlens sheet element lens used for the projection screen of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view of an element lens constituting a microlens array sheet used in the projection screen of the present invention.
  • FIG. 10 is a vertical sectional view of an element lens constituting a microlens array sheet used in the projection screen of the present invention.
  • FIG. 11 is a horizontal sectional view of an element lens constituting a micro lens array sheet used in the projection screen of the present invention.
  • FIG. 12 is an example of a rear projection display device using the microphone aperture lens sheet of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing a screen structure of a projection display device using the microlens sheet of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view (FIG. 3A) showing an optical path when the unit lens has a spherical shape, and a graph showing lateral spherical aberration (FIG. 3B).
  • FIG. 4A is a cross-sectional view (4A) showing an optical path when the unit lens has an aspherical shape as defined in the present invention, and a graph showing transverse spherical aberration (FIG. 4B).
  • FIG. 3A after a parallel light beam incident on the unit lens 10 from the left side of the figure is incident on the surface of the spherical unit lens, it is refracted and focused so as to focus on the right side of the figure.
  • the focal point of the light beam incident on the center of the unit lens is long (located on the right side in the figure), and the focal point of the light ray incident on the end of the unit lens is short (located on the left side in the figure) To do). This is called longitudinal spherical aberration.
  • FIGS. 4A and 4B show the case of a unit lens shape with small spherical aberration.
  • the focal positions are almost the same from the center to the end of the unit lens (the longitudinal spherical aberration is small).
  • FIG. 4B shows that the fluctuation of EY is small and the lateral spherical aberration is small.
  • FIG. 6 is a curve showing an example of a cross-sectional shape of a unit lens shape according to the present invention having little lateral spherical aberration.
  • microlens sheet according to the present invention is not limited to a transmission type projection screen, but may be a reflection type projection screen or a transmission type / reflection type projection screen.
  • the illumination light from the light source can be output at a uniform brightness and Z or uniform within the display screen. It is also applied as a light guide for controlling the direction.
  • the viewing angle characteristics required for a transmission screen can be obtained by setting the light exit angle of each lens to ⁇ 30 ° or more with respect to the optical axis, and the following effects are expected. Is done.
  • the BM can be formed by a condensing pattern when a parallel light beam is incident on a fine lens on a microlens sheet by the self-alignment method, but a fine unit lens having a lateral spherical aberration as in the present invention According to this, the area of the opening can be extremely reduced.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of the exposure distribution on the BM surface when the unit lens has an aspherical shape as defined in the present invention.
  • the boundary between the light-collecting part and the non-light-collecting part is clear.
  • the light-sensitive layer forming part based on the adhesive part Z of the photosensitive adhesive as described above The part is clearly clear and a clear light-shielding pattern is easy to form.
  • a high shading rate (75% or less) It is possible to obtain a BM with the above, and to obtain a screen that can easily display high-contrast images.
  • the fluctuation range of the lateral spherical aberration is the unit lens diameter.
  • the BM area ratio (light blocking ratio) is 75% or more, it is preferable to set the BM area ratio (light blocking ratio) to 50% or less, and the variation range of the lateral spherical aberration is set to 31% or less of the unit lens diameter. By doing so, the BM area ratio (light blocking ratio) can be increased to 90% or more, and the S / N can be greatly increased along with the contrast.
  • FIG. 12 is a sectional view showing a schematic configuration of a liquid crystal rear projection television.
  • Reference numeral 31 denotes a light source lamp
  • 32 denotes an optical mechanism
  • 33 denotes a liquid crystal panel
  • 34 denotes a first mirror
  • 35 denotes a projection lens
  • 36 denotes a second mirror
  • 37 denotes a second mirror.
  • Each represents a screen.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of the A-A cross section of the screen 37 as viewed from above.
  • reference numeral 38 denotes a Fresnel lens
  • 39 denotes a micro lens
  • 40 denotes a black matrix part
  • 41 denotes a protective layer
  • 42 denotes a hard coat part.
  • FIGS 1A and 1B are cross-sectional views showing the microlens sheet 10.
  • the adjacent unit lenses 13 are in contact with each other, but as shown in FIG. 1B, the adjacent unit lenses 13 may be separated from each other.
  • the microlens array section 12 does not need to be formed of a reaction-cured resin of radiation-curable resin, and is not heat-sensitive. It may be formed by press molding on the surface of a plastic resin sheet.
  • FIGS. 2B and 2C are plan views showing the microlens sheet 10 of FIG.
  • the unit lenses 13 are arranged on the surface of the substrate 11 in a substantially matrix shape at a pitch of 200 zm or less, but there is no restriction on the arrangement method, and the meshes are arranged in an orderly manner as shown in FIG. ), A delta arrangement as shown in FIGS. 2B and 2C, or a honeycomb arrangement of hexagonal unit lenses as shown in FIG. 2D.
  • adjacent unit lens regions indicate a case where the unit lenses are in contact with each other at the sides.
  • the unit lens specified in the present invention is rectangular in FIGS. 2A and 2C, triangular in FIG. 2B, and hexagonal in FIG. 2D.
  • FIG. 2A a lens portion represented by a circle in the unit lens ( However, the entire unit lens having a rectangular, triangular, hexagonal or other shape may have a lens portion (curvature).
  • the adjacent unit lenses in FIG. 2 indicate the case where the unit lenses are in contact at the sides, and the arrangement pitch between the unit lenses means the separation distance between the centers of the unit lenses.
  • the arrangement pitch of the unit lenses 13 (assuming 100 m) is finer than the arrangement pitch (in the example of FIG. 2C, the period a and the period (a new 100 m pitch cycle due to the combination of b), which further contributes to the reduction of moire caused by the pitch ratio with the pixel projected from the projector, and has an advantage.
  • the stamper is an inverse type of the microlens sheet 10 (ie, a surface shape in which a unit lens portion is a concave portion), and the concave portion is mechanically carved (or chemically corroded) on the surface of the metal layer.
  • a method such as engraving the concave portion by laser processing is used.
  • the position of the valley from the top of the lens is determined by the curved shape of the unit lens. If the unit lens is a square or regular hexagon and the lens is rotationally symmetric, the length (height) from the top to the valley differs at the periphery of the unit lens.
  • the shape of the curved surface of the unit lens may be a spherical surface or an aspherical surface, and the shape of the concave portion must be strictly controlled so that the diffusion characteristics in the horizontal direction and the vertical direction can be controlled to be different.
  • a photosensitive layer (a known material that loses adhesiveness by being exposed to light) is formed on the flat surface. ) Is formed on the entire surface, and then exposed from the micro lens array side to modify the photosensitive layer at the light-collecting part, and attach ink or toner to the non-light-collecting part (the so-called lens itself).
  • a known method called self-alignment is preferable for forming a light shielding layer at an accurate position.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of the microlens sheet 101 according to the present invention.
  • a lens unit (unit lens group) 102 is formed on one surface of the transparent support 103 with a cured product of a radiation-curable resin, and the flat surface on the opposite side of the transparent support 103 is provided with each unit lens.
  • a light-shielding pattern (BM black 'Matrix) 105 having a spot-shaped opening is formed at a position corresponding to the non-light-collecting portion via a positive photosensitive adhesive layer 104.
  • the unit lens diameter and the pitch at which the unit lenses are juxtaposed are preferably 200 wm or less in order to provide a screen suitable for observation of high-definition video.
  • Such fine pitching can be achieved by molding the lens portion with a cured product of a radiation-curable resin by a 2P method (Photo-polymer method).
  • the one-sided surface of a transparent support 3 with a refractive index of 1.50 and a thickness of 75 m is coated with an aspheric lens with a unit lens diameter of 80 tm by the 2P method. It is formed of a cured resin.
  • the maximum width of the lateral spherical aberration is 6 zm (7.5% with respect to the lens diameter), and it is possible to form BM with a light blocking ratio of 92.5%.
  • the maximum width of lateral spherical aberration is 30 m (37.5% of the lens diameter), and the BM that can be formed is shaded
  • the rate is up to 62.5%.
  • the boundary of joining the lens sheets is less noticeable than a lenticular sheet having a cylindrical lens group. There are few adverse effects on large screens.
  • the Fresnel lens sheet is arranged on the projector side, which is the image light, the distance between the projector and the screen can be shortened when parallel light is incident on the microlens sheet, and the display This is preferable because not only can the depth of the device be made compact, but also high-luminance display image light can be emitted only in the necessary range.
  • a light diffusion layer having a structure in which a light diffusing agent is dispersed may be disposed at any position on the Fresnel lens sheet side and the Z or micro lens sheet side.
  • the diffusing agent used here may be silicon, aluminum, calcium for inorganic diameter materials, inorganic powder or glass beads containing these oxides, or acrylic resin, styrene resin, or polyolefin for organic materials. Fine particles made of a polycarbonate resin, an acryl-based styrene-based copolymer resin, or the like may be used.
  • the optical properties such as the difference in the refractive index from the binder resin, the gloss of the surface, the dispersibility of the light diffusing base material / light diffusing ink when molding, the brittleness during molding, etc. Need to be taken into account.
  • the average particle size is 5 m or more, preferably 5 to 20 m, more preferably 5 to about L 0 ⁇ m.
  • the brightness can be reduced smoothly even in an observation direction away from the front, while controlling the viewing zone.
  • the function of forming image light is improved.
  • the surface of the lens portion of the microlens sheet functions in the same manner as the matte surface, so that the dependence on the light diffusion layer using a light diffusing agent is reduced, but the image is formed only by the lens surface.
  • the light diffusing layer is used in combination.
  • the above-mentioned micro lens sheet is applied to a front projection display device with a screen size of 30 inches or more by joining one or more micro lens sheets. Is also possible.
  • a light reflection layer is formed on the entire surface of the microlens sheet opposite to the lens.
  • microlens sheet can be applied as a light guide for controlling illumination light from a light source to have uniform brightness and Z or uniform emission direction within a display screen.
  • a liquid crystal display device (such as a monitor or a portable terminal) having a backlight is typical.
  • FIGS. 8A and 8B are schematic diagrams of a lens element lens element for a micro aperture lens used in the projection screen of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view of an element lens constituting a micro lens array sheet used in the projection screen of the present invention.
  • FIG. 10 is a vertical sectional view of an element lens constituting a microlens array sheet used in the projection screen of the present invention.
  • FIG. 11 is a horizontal cross-sectional view of an element lens constituting a microlens array sheet used in the projection screen of the present invention. Note that the lens array sheets shown in these figures are shape diagrams created based on actual design of lens shapes.
  • the thickness of the entire lens sheet (the distance from the flat surface of the anti-lens surface to the top of the lens) is uniform, but in the case of a rotationally symmetric toric unit lens, the lens The distance from the top to the valley will be different for D 1 in A-A 'section and D 2 in B-B and section, even within the same unit lens.
  • This lens array sheet is the shape of the element lenses that constitute the lens array layer.
  • This lens array layer is composed of a plate-shaped base material layer and a lens layer provided on its surface.
  • the element lenses that make up these lens arrays are aspherical. In addition, it has a non-rotationally symmetric, three-dimensional geometric shape with respect to the axis of the lens.
  • the cross-sectional shape includes not only a spherical surface but also a so-called aspherical shape including an elliptical surface, a paraboloid, and a higher-order term, depending on how the cross section is taken.
  • the incident light (3) incident almost parallel to the element lens can be converted to the incident surface (1 ), The light is refracted in accordance with the incident position, and as a result, each of the light is refracted with respect to the orthogonal coordinate axes on a plane orthogonal to the optical axis (vertical. Since different refractive indices can be provided for light beams, it is possible to obtain light distribution characteristics according to the purpose. (See Figures 10 and 11)
  • the focus position of the emitted light (4) appears as a phenomenon that differs in the thickness direction, and the light emission angle at that time corresponds to the light distribution angle characteristic. I do.
  • a transparent material such as glass or plastic can be used without particular limitation, and it is preferable to use plastic in consideration of production efficiency and the like.
  • plastic material examples include acrylic resins such as polymethyl methacrylate, polycarbonate resins, acryl-styrene copolymer resins, styrene resins, and polyvinyl chloride resins.
  • a radiation curable resin such as an ultraviolet curable resin or an electron beam curable resin
  • radiation-curable resins include urethane
  • a composition in which a reaction diluent, a photopolymerization initiator, a photosensitizer and the like are added to (meth) acrylate and ⁇ or epoxy (meth) acrylate oligomer can be used.
  • the urethane (meth) oligomer include, but are not limited to, ethylene glycol, 1,4-butanediol, neopentyl glycol, polycaprolactonepolyol, polyester polyol, polycaponatediol, poly Polyols such as tetramethylene glycol and hexamethylene diisocyanate, isophorone di isocyanate, tolylene diisocyanate, xylene isocyanate It can be obtained by reacting with any polyisocyanate.
  • Examples of the epoxy (meth) acrylate oligomer include, but are not limited to, bisphenol A-type epoxy resin, bisphenol F-type epoxy resin, phenol nopolaric epoxy resin, and bisphenol A-type propylene. It can be obtained by reacting (meth) acrylic acid with an epoxy resin such as a terminal dalicidyl ether of an oxide adduct or a fluorene epoxy resin.
  • the lens array layer can be manufactured, for example, as follows. A radiation-curable resin is applied in an uncured state on a plastic base material layer, and a molding stamper is pressed against the surface of the resin, followed by embossing, and curing by irradiating a prescribed radiation. A lens layer is formed.
  • the stamper for molding can form a lens layer as follows, for example.
  • a plurality of masks are prepared by patterning the tomographic shape of the element lens, and the silicon wafer is sequentially exposed and anisotropically etched by RIE using the masks. By repeating patterning sequentially in the depth direction, a molding stamper having a predetermined design shape can be obtained.
  • the lens array sheet layer can be manufactured by a method similar to a method conventionally used for manufacturing a lenticular or the like.
  • the photosensitive resin layer and the light shielding layer can be manufactured as described below.
  • a Fresnel lens is arranged in parallel in the same manner as when actually used as a projection screen, and when light is irradiated from the lens layer side of the lens array through this Fresnel lens, the light passes through the lens array layer and is exposed. The photosensitive resin layer in the exposed portion is denatured, and the adhesiveness is lost. Then, when a transfer film having a black transfer layer containing black rubber is pressed against the light-sensitive resin layer, the transfer layer is selectively transferred to an unexposed portion having adhesiveness, and the light is shielded. A layer is formed.
  • the light-shielding layer When forming the light-shielding layer, it corresponds to a linear image pattern formed by converging light rays by the toric microlens, but since this image position reflects the astigmatism of the toric microlens, Optical axis direction (thickness direction) Occurs in up to two places. Of these two focal points (called the sagittal focal point and the meridional focal point in geometrical optics), the optimal position for forming the lens sheet is adjusted by sandwiching the low refractive index layer (or designing the lens as such). However, by providing a black light-shielding layer at this position, a higher ratio BM pattern can be obtained.
  • the reason why the low refractive index layer is used is that the refractive power is weak, so that the tolerance for the thickness can be made large and the workability thereof can be improved.
  • a lens array By providing an adhesive layer, a diffusion layer, a hard coat layer, and the like as necessary on the light-shielding layer, a lens array can be obtained.
  • the light distribution characteristics (both in the vertical direction and the horizontal direction) of the light passing through this lens array layer are obtained. (Viewing angle) can be controlled.
  • the ratio to 2 Z 3 or less, it is possible to distribute vertical and horizontal light distribution characteristics suitable for a projection screen, and obtain favorable characteristics as a screen. Can be.
  • material costs and processing costs can be reduced as compared with the case where two lens array layers are used or lens layers are formed on both surfaces of the base material layer.
  • the diffusion layer can be simplified, and the absorption of light and the decrease in gain in the diffusion layer can be reduced. As a result, it is possible to control the white scattering phenomenon caused by the diffusion layer and realize a high SZN ratio.
  • the projection distance from the projector can be shortened, and by combining these functions, an excellent screen can be obtained.
  • each layer of the lens array sheet of the present invention is not particularly limited, and can be appropriately changed depending on the application and the like.
  • the material was polyethylene teflate and the thickness was 0.075 mm.
  • the material is UV photosensitive resin
  • the pitch between the lenses is 0.080 mm
  • the large cross section of the lens sag (the height of the lens peak) (corresponding to the horizontal direction of the screen) is elliptical.
  • the small cross section of the lens sag was a spherical surface, and the ratio of the sag amount was 2: 1.
  • As the photosensitive resin layer a 20-micron thick chromin film (trade name: manufactured by DuPont) was used.
  • the lens forming surface of the lens array sheet is irradiated with collimated light collimated at about 1 to 5 ° to pattern the photosensitive layer, and a 2-micron thick black foil (Rikichi Pump Rack) is formed.
  • the transfer foil was transferred to a light-shielding layer, and a light-shielding layer having openings corresponding to the microphone aperture lenses constituting the lens array was obtained.
  • the lens array sheet obtained in this manner was used for light diffusion in the horizontal and vertical directions with the lens array surface facing the light source side, and that a viewing angle corresponding to the shape of the lens array was individually obtained.
  • the microlens sheet of the present invention is suitable for manufacturing a rear-type projection screen having a simple structure composed of two lens sheets in combination with a Fresnel lens sheet, and provides high-resolution image quality. Is suitable for visualizing the image without recognizing moire.
  • the unit lens groups are juxtaposed at a high definition pitch of 200 m or less, and the emission direction (range) of the display light by the lens unit is controlled to have a wide viewing range. It is possible to
  • the light distribution characteristics (viewing angle) in both the vertical direction and the horizontal direction of the light beam transmitted through the lens array layer are determined by the following factors. It can be controlled by appropriately changing the toric surface shape of the lens. This indicates that the optical characteristics of the screen can be actively controlled, which has a significant effect on shortening the development period and reducing costs.
  • a single microphone aperture lens sheet can freely set the viewing angle independently in the vertical and horizontal directions, thereby significantly reducing the processing cost and 2) the amount of diffusing agent (effect). ) Can be set according to the existing materials on hand, so there is no need to formulate materials. 3) Since light absorption (light volume) can be minimized, the use of microlens sheets makes it easy to use. The effect is that a bright projection screen can be obtained.
  • the diffusing agent can be reduced compared to conventional screens, the reflection and scattering of external light is suppressed, and the transparency is increased, so that the light absorption effect of the light-shielding layer is increased.
  • a projection screen using the microlens sheet thus obtained can be obtained.

Description

明 細 書 マイクロレンズシ一トおよびプロジェクションスクリーン 技術分野
本発明は、 マイクロレンズシートに関し、 特に背面投影型プロジェクシ ョン T V向けの映像表示スクリーン(透過型プロジェクションスクリーン あるいはリア型プロジェクシヨンスクリーン) に用いられて有効なマイク 口レンズシートに関する。
また、 本発明は、 液晶プロジェクシヨンテレビ Zディスプレイ等の背面 投射型ディスプレイ (テレビ zディスプレイ) に用いる、 レンズァレイシ 一トを用いたプロジェクションスクリ一ンに関する。 背景技術
透過型プロジェクシヨンスクリーンは、 一般に、 フレネルレンズシート とレンチキユラーシートとの組み合わせにより構成される。
フレネルレンズシートは、 プロジェクタからの投影光 (小口径レンズか ら発散する) を、 凸レンズ特性により略並行光として、 レンチキユラーシ 一ト側に出射する。
レンチキユラーシートは、 フレネルレンズシ一卜で略並行光とされて入 射した投影光を、 水平方向に並列されたシリンドリカル · レンズ群の特性 により水平方向に広げて、 観察者側に表示光として出射する。 , また、 リア型プロジェクシヨンスクリーンには、 表示光を垂直方向にも 広げる、 プロジェクタからの投影光を結像させる、 プロジェクタのレンズ が小口径であることに起因するシンチレーションと呼ばれる画像の不要 なちらつきを低減する、 などの目的で、 慣用的に光拡散層が形成されてい る。
光拡散層は、 レンチキュラーシート, フレネルレンズシート, あるいは 保護板として機能する最外面の前面板などの少なくとも何れかに形成さ れ、 形成にあたっては、 塗布, 積層, 混入など適宜の手法が採用されてい る。
近年、 3管式 (R , G , B ) の C R T方式のプロジェクタに代えて、 液 晶式プロジェクタや、 T I (テキサス ·インスツルメンッ) 社の登録商標 である 「D M D (デジタル 'マイクロミラ一 'デバイス) あるいは D L P (デジタル · ライ ト · プロセッシング)」 と称される反射型ライ トバルブ 方式に係る単管式のプロジェクタを用いた表示デバイスが普及しており、 これら新規デバイス向けに好適なリァ型プロジェクションスクリーンが 要求されている。
本出願人は、 特開平 9 一 120101 号公報, 特開平 8— 269546 号公報, 特 開平 10— 83029号公報に例示されるレンチキユラ一シートを備えるリァ型 プロジェクシヨンスクリーンを提案している。 これらは何れも水平方向に 並列されたシリンドリカル · レンズ群を有し、 内部の何れかに十分な光拡 散特性を持つ光拡散層を備えることを必須とするレンチキユラーシート に関する。
上述のように、 既存のレンチキユラ一シートによる表示光の視野角 (範 囲) の制御は、 レンズ機能では水平方向のみの制御だけが可能であり、 垂 直方向の制御は光拡散層に依存する。
レンズ機能による視野角制御の効果は、 高くダイナミックであるが、 光 拡散層による視野角制御の効果は、 相対的に低くなだらかである。
一般に光拡散層は、 光拡散性微粒子を樹脂中に分散混合することによつ て形成される。 光拡散性微粒子と前記樹脂との屈折率差、 光拡散性微粒子 の粒径 (および、 その分布)、 あるいは分散適性、 などの好適な両者の組 み合わせの選定が困難であるだけでなく、 垂直方向のみの光拡散性を制御 することは構造的に困難であり、 水平方向の光拡散性にも影響を及ぼすこ とは必然的である。
また、 光拡散性を高くすることは、 光拡散性微粒子の過剰な混入を要す' るため、 透過光の減衰 (表示輝度の低下) を招くと共に、 コストアップに つながる。
レンズ機能により、 水平 Z垂直双方の光拡散性を図る試みも従来から行 なわれているが、 水平方向の光拡散性を制御するためのレンズシ一トに加 え、 垂直方向の光拡散性を制御するためのレンズシートを追加する手法は, スクリーンのセッ ト化の上で双方のレンズのァライメントが困難となつ たり、 部材の増加によるコストアップを招くことになる。
フレネルレンズシートとレンチキユラーシ一卜の組み合わせからなる 構成のスクリーンで、 レンチキュラーシードに代えて、 水平以外の方向に もレンズ機能による光拡散性の制御が可能な構成のレンズシートを採用 する手法も、 特開 2000— 1 31 506号公報などで提案されている。
上記公報による提案は、 光学的に凹又は凸の回転対称な形状をしたマイ クロレンズを、 その形状をひし形にして配列した層を形成したマイクロレ ンズアレイ部を備えるレンズシートである。 これらの提案においては、 出 射面側に拡散シート層を配置するか前記マイクロレンズァレイ部内部に 拡散剤が入ったシ一ト層を要する。
上記の新規デバイスでは、 X G Aなどに代表されるように、 高解像度な' 画質を提供するため、 投影画像を規定するパネル (液晶やマイクロミラ — - アレイ) も、 画素数の増加に応じて高精細化しており、 スクリーン側 でもシリンドリカル · レンズ群の並列ピッチの高精細化が望まれている。 また、 単位レンズの並列ピッチが高精細化するに伴い、 反レンズ部側に 形成する遮光パターン (B M =ブラック ·マトリクス) も透光部が高精細 化し、 マイクロレンズアレイ部による集光部に鮮明に開口部を形成する精 度が要求されている。
ブラック ·マトリクスは、 ファインピッチ (高精細) なレンズ部を有す るレンズシ一卜の場合には、 レンズシートの反レンズ面に形成した感光性 樹脂層に対するレンズ部自身の集光特性を利用して、 正確に個々のレンズ 部の非集光部にあたる位置を規定する、 所謂セルファライメント方式によ り形成される。
セルファライメント方式には、 露光した感光性樹脂層に現像処理を施し た上で遮光パターンを形成するゥエツト方式や、 露光した感光性樹脂層に 現像処理を施さずに着色して遮光パターンを形成するドライ方式がある。
ドライ方式においては、 感光ノ非感光に応じて粘着性の有無が発生する 特性を持つ感光性粘着剤が用いられ、 粘着性の有無に対応して着色が行な われる。
透過型液晶プロジェクシヨンスクリーンとして好適な遮光率 (経験的に
6 0 %以上の範囲が、 画像のコントラストの上で良いとされている) のブ ラック ·マトリクスを形成するため、 レンズ部による集光 (フォーカス) 位置は、 感光性樹脂層の出射面側でなく、 感光性樹脂層の内部で、 形成す るパターンの遮光率に応じて適宜に設定される。
レンズ形状が球面の場合、 収差によって焦点位置が (レンズ中心部と端 部で) 異なるため、 セルファライメント方式により遮光パターンを形成す る場合、 感光性樹脂層が変性する箇所が明確に決定されず、 開口部と遮光 部の境界が鮮明になりづらい。
特に、 高コントラスト化を図って遮光率を高くする場合、 単位レンズの 並列ピッチが高精細であり、 単位レンズ 1つ 1つが微小である程、 微小な 開口部と遮光部の境界が鮮明なブラック ·マトリクスの形成は困難になる などの問題がある。
また、 現在市販されている背面投写型テレビなどで用いられている、 従 来型の透過型スクリーンは概ね片面に同心円上の凸凹が形成されたフレネ ルレンズと、 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 ンチキユラ一レンズと、 そのどちらか、 あるいは片方、 もしくは別体の基 材に拡散層とを設けた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一から照射され た光線をまずフレネルレンズでほぼ並行光が射出する光学配置とし、 その 射出光をレンチキユラ一レンズで画面の水平方向に適度に広げることで水 平視野角を、 拡散剤で画面の垂直方向へ光線を広げる事で垂直視野角を得 ている。
さらに、 水平視野角と垂直視野角を同時に、 拡散剤を使わずに得ること が可能なレンズシートであるマイクロレンズァレイシートをレンチキユラ —レンズと置換配置、 拡散剤を廃止/減量する事で、 より明るく、 クリア な画質を得る透過型スクリーンも公知である。
また、 2層のレンチキユラ一層を、 それぞれのシリンドリカルレンズの 長さ方向が直行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方法も公知である。
さらに、 このレンチキユラ一レンズを構成する個々のシリンドリカルレ ンズの集光部分、 あるいは、 マイクロレンズアレイシートを構成する個々 のマイクロレンズの集光部分に、 開口部を持つ遮光層を設け、 スクリーン の S / N比を向上させる構成も公知である。
また、 これら透過スクリーンの用途に応じて最外面等にハ一ドコート層 や反射防止膜層 (A R層) を設ける事もある。
従来のレンチキユラ一シートあるいはマイクロレンズアレイシートを用 いた透過型スクリーンにおいては、 水平方向および垂直方向の視野角制御 を行うためにレンチキユラ一層と拡散層とを組み合わせたり、 マイクロレ ンズアレイでは必要以上に広い視野角が必要なため、 拡散層による光の吸 収ゃ、 白色散乱による、 画質の劣化、 広拡散によるスクリーンゲインの低 下など、 弊害が生じる。
また、 2層のレンチキユラ一層を、 それぞれのシリンドリカルレンズの 長さ方向が直行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、 加工コストが高くなるという問題 もある。
また、 同一平面上に 2組のレンチキユラ一レンズを直行するように配設 した構造のスクリーンでは、 2組のレンチキユラ一レンズがお互いにォ一 バ一ラップする構造となるため、 一方のレンチキユラ一レンズの形状を変 えると、 それにつれて他方のレンチキュラーレンズの光学特性が変化して しまい、 完全独立では視野角の制御を行うことが出来ない。 このため、 そ の視野角の制御範囲が制限され、 実用上好ましくない。
さらに、 マイクロレンズアレイを透過型スクリーンとして使用するには それに見合ったサイズ、 たとえば対角で 5 0インチと言った大面積での製 作が必要となるが、 その際に、 広視野角を得るために、 要素レンズの直径 のおおよそ半分程度のレンズサグ (屈折面の厚さ) が必要となり、 その成 形形状の深さから、 画面の大きさと両立する事が困難である。 このため、 小面積であれば必要な光学性能が実現可能でも、 加工上の問題から、 その 大面積化が困難である。 発明の開示
本発明は、 以上のような背景に鑑み、 1枚のレンズシートのレンズ機能 により、 水平方向だけでなく出射方向の 3 6 0 ° に渡る光拡散性を制御可 能とし、 光拡散剤の多量の使用を招くことなく、 フレネルレンズシー卜と の組み合わせによる 2枚のレンズシートからなるリァ型プロジェクショ ンスクリーンの製造に適しており、 高解像度な画質の観察に好適な、 単位 レンズ群が高精細なピッチで並列されたマイクロレンズシートを提供す ることを目的とする。
さらに本発明は、 特にフレネルレンズシ一トとの組み合わせによる 2枚 のレンズシー卜からなる透過型プロジェクションスクリーン向けのレンズ シ一トとして好適なマイクロレンズシートにおいて、 単位レンズ群が 2 0 0 / m以下の高精細なピッチで並設され、 レンズ部による表示光の出射方 向 (範囲) を J2:ぃ視域となるように制御することの可能なマイクロレンズ シートを提供することを目的とする。 ,
本発明はさらに、 上記マイクロレンズシートの反レンズ部側に、 遮光率 の高い (7 5 %以上) ブラック ·マトリクスを形成する上でも、 開口部 Z 遮光部の境界が鮮明な高精細なブラック ·マトリクスの形成が容易な構成 のマイクロレンズシ一トを提供することを目的とする
さらに本発明は、 光の吸収が少なく、 利得の低下が少なく、 白色散乱を 制御し、 スクリーンとして充分な光学特性のマイク口レンズを用いたプロ ジェクションスクリーンを容易に、 大面積で提供することを課題とする。 また、 もう一つの課題は、 材料コスト、 加工コストなどが安価なマイク 口レンズを用いたプロジェクシヨンスクリーンを提供することにある。 本発明の第 1の態様は、 基板の少なくとも片面に、 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ァレイ部を有するマイ クロレンズシートにおいて、 前記マイクロレンズアレイ部は、 基板の片 面のみに形成されており、 非球面形状の曲面を持つ単位レンズを含み、 単 位レンズの配列ピッチが 2 0 0 m以下であることを特徴とするマイク ロレンズシ一トである。
単位レンズ群を高精細なピッチで並列する上では、 前記マイクロレンズ アレイ部を、 放射線硬化型樹脂による成形が好適である。
この発明の態様においては、 基板の少なくとも片面に、 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 イク口レンズシートにおいて、 前記マイクロレンズアレイ部は、 放射線硬 化型樹脂の反応硬化物が基板の片面のみに重合接着してなり、 非球面形状 の曲面を持つ単位レンズを含み、 単位レンズの配列ピッチが 1 0 0 以 下であることを特徴とするマイクロレンズシートであってもよい。
前記マイク口レンズアレイ部は、 球面形状の曲面を持つ単位レンズのみ により構成されても良い。
単位レンズの配列は任意の配列であってよく、 桝目状 (碁盤目状) に整 然としたマトリクス配列であっても、 単位レンズ間の距離を等しくしたデ ルタ配置、 あるいはそのデルタ配置で単位レンズ領域の形状を 6角形とし たハニカム配置であってもよい。また升目状配列で、 レンズアレイ部を構 成する第 n列と第 n + 1列 (nは 1以上の整数) とが、 半ピッチずれた配 置でもよい。単位レンズ領域の形状は、 矩形、 三角形などの形状であって よい。となり合う単位レンズ領域が形成する三角形は、 正三角形の場合と、 そうでない場合とがあり、 これらの違いにより、 水平、 垂直方向への光の 拡散特性を異ならせることが可能である。
リァ型プロジェクションスクリ一ンとして、 視覚される表示映像のコン トラストを向上するためには、 マイクロレンズアレイ部とは反対側の基板 の表面に、 各単位レンズによる非集光部にあたる箇所に遮光層を形成した 構成とすることが好適である。
本発明の第 2の態様であるマイクロレンズシートは、 基板の少なくとも 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 ズアレイ部を有しており、 個々の単位レンズ径およびその配列ピッチは 2 0 0 x m以下であり、 個々の単位レンズによる光線射出角度の範囲が、 マ ィクロレンズシ一ト主平面への法線に対して ± 3 0 ° 以上であり、 かつ、 個々の単位レンズにより生じる横球面収差の範囲を、 レンズ径に対して、 0 % <横球面収差≤ 5 0 %となるように設計してなることを特徴とする。 本発明の第 3の態様は、 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口レンズアレイ部を有するマイクロレンズシ一 トを用いたプロジェクシヨンスクリーンにおいて、 単位レンズの特定方向 の断面形状が、 前記方向と直交する方向の断面形状に対して小さい曲率と して、 それらを連続的面として構成したトーリック面からなり、 透光性シ 一卜の片面に、 上記単位レンズを 2次元的に略マトリクス配列してなるマ ィクロレンズァレイ部を形成し、 マイクロレンズァレイ部と反対側である 前記シートの表面には、 単位レンズ群と光軸を合わせた開口部を有する遮 光層を形成した構成であることを特徴とするプロジェクションスクリーン である。
本発明の第 4の態様は、 第 1の態様のマイクロレンズシー卜を用いたプ ロジェクシヨンスクリーンにおいて、 前記透光性シートの片面に、 上記単 位レンズを 2次元的に略マトリクス配列してなるマイクロレンズァレイ部 を形成する際、 各単位レンズは、 曲率の方向を揃えて配列された構成であ ることを特徴とする。
本発明の第 5の態様は、 請求項 1記載のプロジェクションスクリーンに おいて、 前記トーリック面は、 特定方向の断面の曲率部厚さに対する、 前 記方向と直交する方向の断面の曲率部厚さ、 即ちレンズサグの比が 2 Z 3 以下とした構成であることを特徴とする。
本発明の第 6の態様は、 、 第 1の態様のマイクロレンズシートを用いた プロジェクシヨンスクリーンにおいて、 前記ト一リック面は、 水平方向の 断面の曲率部厚さに対する、 垂直方向の断面の曲率部厚さ、 即ちレンズサ グ (l ens s ag) の比が 2 Z 3以下とした構成であることを特徴とする。 本発明の第 7の態様は、 、 第 1の態様のマイクロレンズシートを用いた プロジェクシヨンスクリーンにおいて、 前記マイクロレンズァレイ部は、 透過型プロジェクシヨンスクリーンとして用いる際、 入射側 (プロジェク 夕側) となる透光性シートの片面に形成してなることを特徵とする。
本発明の第 8の態様は、 前記態様の何れかに記載のプロジヱクションス クリーンにおいて、 前記遮光層は、 透光性シートの反レンズ部側表面に設 けた感光性樹脂層の表面で、 マイクロレンズアレイ部を通しての露光によ り集光しない非感光領域に形成されており、 前記感光性樹脂層またはその 表面に形成する層が、 透光性シートよりも低屈折率であることを特徴とす る。
本発明の第 9の態様は、 第 1の態様のマイク口レンズシートを用いたプ ロジェクシヨンスクリーンを透過型プロジェクションスクリーンとして用 いる際、 入射側 (プロジェクタ側) に、 片面に同心円上の輪帯構造を持つ フレネルレンズをさらに備えることを特徴とする。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明のマイクロレンズシー卜の一例を示す断面図。
図 2は、 図 1のマイクロレンズシートを示す平面図。
図 3 Aは、 単位レンズが球面形状の場合 (従来技術) の光路を示す断面 図であり、 図 3 Bは横球面収差を表すグラフである。
図 4 Aは単位レンズが本発明で規定するような非球面形状の場合の光路 を示す断面図であり、 図 4 Bは横球面収差を表すグラフである。
図 5は、本発明に係るマイク口レンズシートの一例を示す断面図である。 図 6は、 本発明に係る、 横球面収差が少ない単位レンズの断面形状の一 例を示す曲線である。
図 7は、 単位レンズが本発明で規定するような非球面形状の場合の、 B M面での露光分布例を示すグラフである。
図 8 A , 8 Bは、 本発明のプロジェクシヨンスクリーンに用いられるマ イクロレンズシート要素レンズの概略図である。
図 9は、 本発明のプロジェクシヨンスクリーンに用いられるマイクロレ ンズアレイシ一トを構成する要素レンズの斜視図である。 図 1 0は、 本発明のプロジェクションスクリーンに用いられるマイクロ レンズァレイシートを構成する要素レンズの垂直方向断面図である。
図 1 1は、 本発明のプロジェクシヨンスクリーンに用いられるマイクロ レンズァレイシー卜を構成する要素レンズの水平方向断面図である。
図 1 2は、 本発明のマイク口レンズシートを用いたリァ型プロジェクシ ョン表示装置の例である。
図 1 3は、 本発明のマイクロレンズシートを用いたプロジェクション表 示装置のスクリーン構造を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
発明の実施例について説明する前に、 ここで単位レンズ形状に応じた集 光特性と横球面収差について説明する。
図 1は、 単位レンズが球面形状の場合の光路を示す断面図 (図 3 A) と 横球面収差を表すグラフ (図 3 B) である。 図 4 Aは、 単位レンズが本発 明で規定するような非球面形状の場合の光路を示す断面図 (4A) と横球 面収差を表すグラフ (図 4 B) である。
図 3 Aでは、 同図の左側から単位レンズ 10に入射する平行光線が、 球面 形状の単位レンズ表面に入射した後、 屈折を受け、 同図の右側に焦点を結 ぶように集光した後、 同図で上下に広がって出射する。
この際、 球面収差により、 単位レンズの中心部に入射した光線の焦点が 長く (同図で右側に位置する) 、 単位レンズの端部に入射した光線の焦点 が短い (同図で左側に位置する) ことになる。 これを縦球面収差という。 一方、 球面収差により、 単位レンズの中心部を y= 0として横軸 (PY) にし、 出射光線と、 出射面が交わる位置の光軸からの距離を Δγ (y = 0 の時、 Δ γ= 0) として縦軸 (ΕΥ) にしてプロットすると、 横球面収差 を表すグラフ : 図 3 Αとなる。
図 4A, 4 Bは、 球面収差の少ない単位レンズ形状の場合である。 図 4 Aに示すように、 単位レンズの中心部から端部に至るまで焦点位置が略一 致している (縦球面収差が少ない) 。 それに応じて、 図 4 Bでは、 EYの 変動が小さく横球面収差が少ないことを表している。 図 6は、 横球面収差が少ない本発明による単位レンズ形状の断面形状の 一例を示す曲線である。
尚、 本発明によるマイクロレンズシートは、 その用途が透過型プロジェ クシヨンスクリーンに限定されるものではなく、 反射型プロジェクション スクリーンであっても、 あるいは透過型/反射型プロジェクションスクリ
—ンのように大サイズ (3 0インチ以上) でなく、 バックライトなどの内 蔵光源を備えるディスプレイにおいて、 前記光源からの照明光を、 表示画 面内で均一な輝度および Zまたは均一な出射方向に制御するための導光体 としても適用される。
<作用 >
単位レンズ形状に応じた光学特性により、 表示光の出射方向 (範囲) を 制御するにあたって、 リア型プロジェクシヨンスクリーンの場合には、 光 軸 (スクリーン主面に対する法線方向) に対して広くすることが、 光拡散 剤に依存せずに視域を広げられ、 光拡散剤の多量の使用を必要とせずスク リーンのコストアップを招かない点で好適であり、 望まれている。 .
本発明では、 個々のレンズの光線射出角度を光軸に対して ± 3 0 ° 以上 とすることで、 透過型スクリーンとして必要な視野角特性を得ることが出 来、 更に以下の作用効果が期待される。
く B M率の向上〉
上記のように、 セルファラインメント方式によってマイクロレンズシート 上の微細なレンズに平行光線を入射した場合の集光パターンで B Mを形成 出来るが、 本発明のような横球面収差を持つ微細な単位レンズによれば、 その開口部面積を極めて小さくすることが可能となる。
図 7は、 単位レンズが本発明で規定するような非球面形状の場合の、 B M面での露光分布例を示すグラフであるが、 集光部がパルス波状に切り立 つた形状であることから、 集光部ノ非集光部の境界が明確であり、 セルフ ァライメント方式による B M形成に際しては、 上述のような感光性粘着剤 の粘着部 Z非粘着部に基づく遮光層の形成部 Z非形成部が明確にしゃすく、 鮮明な遮光パターンが形成しやすい。 これにより、 高い遮光率 (7 5 %以 上) を持つ B Mを得ることが出来、 容易に高コントラストな画像を表示で きるスクリーンを得ることが出来る。
B Mを形成する表面 (セルファライメント方式の場合には、 感光材料の 表面) とレンズシ一ト基材との境界を 「結像面」 と定義した時の、 横球面 収差の変動範囲を単位レンズ径の 5 0 %以下とすることにより、 B M面積 率 (遮光率) を 7 5 %以上で形成する上で好適であるが、 さらに、 横球面 収差の変動範囲を単位レンズ径の 3 1 %以下とすることで、 B M面積率(遮 光率) を 9 0 %以上とすることも可能となり、 コントラストと共に大幅に S / Nを高めることが出来る。
く歩留まりの向上〉
セルファライメント方式による B M形成時に、 球面収差が少ないため、 焦点における集光が高まることから、 露光部の照度が向上し、 外来光 (単 位レンズを通って出射する非平行光) に対する S Z Nが向上する。 その結 果、 外乱に左右されにくい正確な遮光パターンを有するレンズシートを得 ることが出来る。
また、 感光材料層として、 レンズシートよりも低屈折率の層を設け、 そ の厚さを調節することで、 B Mの精鋭度を容易に調整することが可能とな る。 以下、 図面を参照して本発明の実施例を説明する。
[第 1実施例]
図 1 2は、 液晶リァ型プロジェクションテレビの概略構成を示す断面図 である。 参照番号 3 1は光源ランプであり、 3 2は光学機構部、 3 3は液 晶パネル、 3 4は第 1のミラー、 3 5は投射レンズ、 3 6は第 2のミラ一、 3 7はスクリーンをそれぞれ表わしている。 図 1 3はスクリーン 3 7にお いて A— A断面を上方から見た断面図である。 図 1 3において、 参照番号 3 8はフレネルレンズ、 3 9はマイクロレンズ、 4 0はブラックマトリク ス部、 4 1は保護層、 4 2はハードコート部をそれぞれ示している。
図 1 A , 1 Bは、 マイクロレンズシート 1 0を示す断面図である。
基板 1 1 の一方の表面に、 放射線硬化型樹脂の反応硬化物からなるマイ クロレンズアレイ部 12が重合接着しており、 マイクロレンズアレイ部 12 は、 非球面形状の曲面を持つ単位レンズ 13 が、 2 0 0 ^ m以下 (好まし くは、 1 0 0 111以下) のピッチで配列された構成である。
図 1 Aでは、 隣り合う単位レンズ 13 同士が接している状態であるが、 図 1 Bに示すように、 隣り合う単位レンズ 13同士が離間しても良い。
1 0 0 z m以下のピッチで単位レンズ 13 を配列させるまでの高精細化 の要求がない場合には、 マイクロレンズァレイ部 12 は放射線硬化型樹脂 の反応硬化物により形成する必要はなく、 熱可塑性樹脂シ一ト表面へのプ レス成形などによる形成でも良い。
図 2 A〜 2 Dは、図 1のマイクロレンズシート 10を示す平面図である。 単位レンズ 13が、 基板 11の表面に 2 0 0 z m以下のピッチで略マトリ クス状に配列されるが、 配列方法に制約はなく、 図 2 Aに示すような整然 と桝目状 (碁盤目状) のマトリクス配列であっても、 図 2 B , 2 Cに示す ようなデルタ配列であっても、 図 2 Dに示すような六角形の単位レンズに よるハニカム状の配列であっても良い。
同図においてとなり合う単位レンズ領域とは、 単位レンズ同士が辺で接 している場合を示すものとする。
尚、 本願発明で規定する単位レンズは、 図 2 A, 2 Cでは矩形、 図 2 B では三角形, 図 2 Dでは六角形であり、 図 2 Aでは、 単位レンズ内に円形 で表わすレンズ部 (曲率) を有する構成であるが、 矩形, 三角形, 六角形 などの形状からなる単位レンズ内全体がレンズ部 (曲率) を有する構成で あっても良い。 となり合う単位レンズとは、 図 2では、 単位レンズが辺で 接している場合を指すものであり、 単位レンズどうしの配列ピッチとは、 単位レンズの中心の離間距離を意味する。
図 2 A (正方形), 図 2 B (正三角形), 図 2 D (正六角形) の場合は、 となり合う単位レンズどうしの配列ピッチは等間隔であるが、
図 2 C (長方形) の場合には、 第 n列間での単位レンズの配列ピッチと、 第 n列と第 n + 1列の間での単位レンズの配列ピッチとは異なることに なる。
尚、 図 2 Aに示す配列の場合には、 図 1で述べたように、 となり合う単 位レンズ 1 3同士が接している場合や離間している場合が想定される。 図 2 B , . 2 C , 2 Dに示す配列では、 単位レンズ 13 の配置ピッチ (仮 に 1 0 0 mとする) 以上に精細な周期性 (図 2 Cの例では、 周期 aと周 期 bの組み合わせによる新たな 1 0 0 mピッチの周期) を生じることに なり、 プロジェクタからの投影画素とのピッチ比に起因するモアレの低減 に一層貢献することになり優位性を持つ。
このようなマイクロレンズシート 10 の製造にあたっては、 成型用ス夕 ンパを作製した上で、 プレス成形や押し出し成形, あるいは 2 P法 (Pho t o-Po l ymer法) による成形が採用される。
上記スタンパは、 マイクロレンズシート 10 の逆型 (すなわち、 単位レ ンズ部が凹部となる表面形状) であり、 金属層の表面に機械的に前記凹部 を彫る (あるいは、 化学的に腐食する) などの手法の他、 レーザー加工で 前記凹部を彫るなどの手法が用いられる。
何れの手法においても、 単位レンズの曲面の形状を正確に加工すること が必要であることは言うまでもなく、 目的 (精細度) に応じた手法が選択 される。
また、 レンズの頂部からの谷の部分の位置 (基材表面からの距離) は、 単位レンズの曲面形状によって決定される。単位レンズが正方形や正六角 形であり、回転対称形状のレンズの場合には、頂部から谷の部分の長さ(高 さ)が単位レンズの周辺部で異なることになる。
単位レンズの曲面の形状は、 球面でも非球面でも良く、 また、 水平方向 と垂直方向との拡散特性を異なるように制御できるようにするため、 前記 凹部の形状を厳密に制御する必要がある。
また、 マイク口レンズシート 10の反レンズ部側となる基板 1 1の平坦面 に遮光層を形成するにあたっては、 前記平坦面に感光層 (感光することで 粘着性が消失するような既知の材料) を全面に形成した後、 マイクロレン ズアレイ側より露光することで、 集光部にあたる部分の感光層を変性させ、 非集光部にあたる部分にインキやトナーを付着させる手法 (所謂、 レンズ 自身によるセルファライメントと呼ばれる公知の手法) が、 正確な位置に 遮光層を形成する上で好ましい。 (図示せず) [第 2実施例]
図 5は、 本発明に係るマイクロレンズシ一ト 1 0 1の一例を示す断面図 である。
透明支持体 1 0 3の片面に、 放射線硬化性樹脂の硬化物によりレンズ部 (単位レンズ群) 1 0 2を形成し、透明支持体 1 0 3の反対側の平坦面に、 各単位レンズの非集光部に相当する位置に、 ポジ型感光性粘着層 1 04を 介して、 スポッ ト状の開口を有する遮光パターン (BM ブラック 'マト リクス) 1 0 5を形成した構成である。
透明支持体 1 0 3には、 ポリエチレンテレフタレート (P ET) , ポリ 力—ポネイト (P C) などが挙げられる。
単位レンズ径およびそのの並設されるピッチは、 高精細映像の観察に適 したスクリ一ンとする上で、 2 0 0 wm以下であることが好ましい。
このようなファインピッチ化は、 レンズ部を放射線硬化性樹脂の硬化物 により 2 P法 (Photo- polymer法) で成型することで可能となる。
図 5の例は、 屈折率 1. 5 0, 厚さ 7 5 mの透明支持体 3の片面に、 2 P法により、非球面レンズ形状で単位レンズ径が 80 t mのレンズ部を、 放射線硬化性樹脂の硬化物により形成している。
同図の場合、横球面収差の最大幅が 6 zm (レンズ径に対して、 7. 5 %) となり、 92. 5 %の遮光率で BMを形成することが可能である。
同一材料 ·寸法であっても、 単位レンズ形状が球面の場合には、 横球面 収差の最大幅が 30 m (レンズ径に対して、 3 7. 5 %) であり、 形成 可能な BMの遮光率は、 最大で 6 2. 5 %までとなる。
上記のマイク口レンズシートを、 1枚あるいは複数枚の繋ぎ合わせによ つて、
画面サイズが 3 0インチ以上のリアプロジェクション式表示装置に適用す ることで、 コントラストが高く、 視域の広い映像を視覚することが可能と なる。
マイクロレンズシー卜の場合には、 シリンドリカルレンズ群を有するレ ンチキユラ一シートに比べ、レンズシートの繋ぎ合わせの境界が目立たず、 大画面化の上で弊害が少ない。
また、 上記において、 映像光 であるプロジェクタ側に、 フレネルレン ズシ一トを配置すると、 マイクロレンズシートに対して平行光を入射させ る際に、 プロジェクタとスクリーンとの距離を短くすることが出来、 表示 装置の奥行きをコンパクト化出来るだけでなく、 必要な範囲のみに輝度の 高い表示映像光を出射させる上で好ましい。
また、 上記において、 光拡散剤を分散してなる構成の光拡散層を、 フレ ネルレンズシ一ト側および Zまたはマイクロレンズシ一ト側の何れかの位 置に配置しても良い。
ここで用いられる拡散剤としては、無機径材料では珪素, アルミニウム, カルシウム、 あるいはこれらの酸化物を含む無機質粉末やガラスビーズあ るいは、 有機系材料ではアクリル系樹脂, スチレン系樹脂, ポリ力一ポネ —ト系樹脂、 ァクリル系ノスチレン系共重合樹脂等からなる微粒子が用い られてよい。
光拡散剤の選択にあたっては、 バインダ一樹脂との屈折率差等の光学的 性質や、 表面の光沢, 光拡散基材ゃ光拡散インキとして成形する際の分散 性や、 成形の際の脆性等を考慮に入れることが必要である。平均粒径は 5 m以上、 好ましくは 5〜 2 0 m、 より好ましくは 5〜: L 0 ^ m 程度のものが好適である。
光拡散層の併用により、 視域の制御の上で、 正面から離れた観察方向で も輝度がなだらかに低下するように出来ると共に、 微小なレンズアレイの 凹凸 (マット面) による結像に加えて、 映像光を結像させる作用が向上す る。
単位レンズが微細であるほど、 マイクロレンズシートのレンズ部表面は マツト面と同様に機能するため、 光拡散剤を用いた光拡散層に対する依存 度は低くなるが、 前記レンズ部表面のみによる結像および光拡散性では不 十分な場合に、 前記光拡散層が併用される。
また、 映写スクリーンとしては、 背面投影型だけでなく、 上記マイクロ レンズシ一卜を、 1枚あるいは複数枚の繋ぎ合わせによって、 画面サイズ が 3 0インチ以上のフロントプロジェクション式表示装置に適用すること も可能である。
反射型スクリーンとして用いる場合には、 マイクロレンズシートの反レ ンズ部側全面に光反射層が形成される。
さらに、 上記マイクロレンズシートは、 光源からの照明光を、 表示画面 内で均一な輝度および Zまたは均一な出射方向に制御するための導光体と して適用することも可能である。
このようなディスプレイとしては、 バックライトを備える液晶表示装置 (モニタ一や携帯端末など) が代表的である。
[第 3実施例]
以下、 本発明の一実施例としてのプロジェクションスクリーンの実施例 について図面に基づいて詳細に説明する。
図 8 A , 8 Bは、 本発明のプロジェクシヨンスクリーンに用いられるマ イク口レンズシート要素レンズの概略図である。 図 9は、 本発明のプロジ ェクシヨンスクリーンに用いられるマイクロレンズァレイシー卜を構成す る要素レンズの斜視図である。 図 1 0は、 本発明のプロジェクシヨンスク リーンに用いられるマイクロレンズアレイシートを構成する要素レンズの 垂直方向断面図である。 図 1 1は、 本発明のプロジェクシヨンスクリーン に用いられるマイクロレンズァレイシートを構成する要素レンズの水平方 向断面図である。 なお、 これらに示すレンズアレイシ一トは実際にレンズ 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。
図 8 Bで、 レンズシ一ト全体の厚さ (反レンズ面の平坦面からレンズの 頂部までの距離) は一様であるが、 回転対称形状のトーリック形状の単位 レンズの場合には、 レンズの頂部からの谷の部分までの距離は、 同一単位 レンズ内でも、 A— A'断面における D 1と、 B— B,断面における D 2とで は異なることになる。
このレンズアレイシー卜の主な特徴はレンズアレイ層を構成する要素レ ンズの形状である。 このレンズアレイ層は、 板状の基材層と、 その方面に 設けられたレンズ層とから構成されている。
これらのレンズァレイを構成する要素レンズは非球面形状であり、 なお かつ、レンズの軸に対して非回転対称な、 3次元幾何学形状を有している。 その断面形状には、その断面の取り方により、球面だけではなく、楕円面, 放物面や高次項を含むいわゆる非球面形状を包含する。
この様な非球面 ·非回転対称形状のレンズを用いると、 光線射出時の屈 折角の違いを利用して、 要素レンズに対してほぼ平行に入射する入射光 ( 3 ) が、 入射面 ( 1 ) でその入射位置に応じて屈折し、 その結果、 光軸 に対して直交する平面上の直交座標軸 (垂直に.配置したスクリーンに対し ては、 垂直方向と水平方向に相当) に対し、 それぞれ異なる光線の屈折率 を持たせることが出来るため、 目的に応じた配光特性を得ることが可能と なる。 (図 1 0 , 1 1参照)
具体的には、 図 1 0, 1 1に示すように、 射出光 (4 ) の集光位置が厚 さ方向で異なる現象として現れ、 その時の光線の射出角度が、 すなわち配 光角度特性に相当する。
レンズアレイ層の材料としては、 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物を特に制限無く用いることが出来、 生産効率などを考慮するとプラスチック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ァク リル系樹脂、 ポリカーボネ一ト樹脂、 アクリル一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。
また、 フア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) ァクリレートおよび κまたはエポキシ (メタ) ァクリレートオリ 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、 ポリ力プロラクトンポリオ一ル、 ポリエステル ポリオール、 ポリ力一ポネートジオール、 ポリテトラメチレングリコール などのポリオール類と、 へキサメチレンジィソシァネート、 イソホロンジ イソシァネート、 トリレンジイソシァネート、 キシレンイソシァネートな どのポリイソシァネート類とを反応させて得る事が出来る。 エポキシ (メ タ) ァ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 ばビスフエノ一ル A型エポキシ樹脂、 ビスフエノール F型エポキシ樹脂、 フエノールノポラジック型エポキシ樹脂、 ビスフエノール A型プロピレン ォキサイド付加物の末端ダリシジルエーテル、 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。
レンズアレイ層は、 例えば以下のようにして製造することができる。 プ ラスチックからなる基材層の上に、 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、 レンズ層を形成する。
前記成型用のスタンパは、 例えば以下のようにしてレンズ層を形成する 事が出来る。 フォトリソグラフィ一の技術を用いる手法では、 要素レンズ の断層形状をパタ一ンエングした、 複数のマスクを用意し、 そのマスクを 用いて、 順次シリコンウェハ一を露光、 R I Eなどの異方性エッチングを 行い、 その深さ方向に順次パターンニングを繰り返し、 所定の設計形状を 持った成型用スタンパーを得ることができる。
このように、 レンズアレイシート層は、 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出来る。
感光性樹脂層と、 遮光層は、 以下めようにして製造することができる。 実際にプロジェクシヨンスクリ一ンとして使用する状態と同様にしてフレ ネルレンズを平行に配置し、 このフレネルレンズを介してレンズァレイシ —卜のレンズ層側から光線を照射すると、 レンズアレイ層を透過して露光 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 光性榭脂層にブラック力一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。
遮光層を形成する際に、 トーリックマイクロレンズによって光線が集光 する事による線分状の結像パターンに対応するが、 この結像位置は概トー リックマイクロレンズの非点収差を反映するので、 光軸方向 (厚さ方向) に最大 2箇所発生する。 この 2箇所の焦点 (幾何光学上ではサジタル焦点 と、 メリディォナル焦点と称する) のうち、 レンズシートを形成するのに 最適な位置を低屈折率層を挟み込み調整 (あるいはそのようにレンズを設 計) し、 この位置に黒色の遮光層を設けることにより、 より高比率な B M パターンを得ることが出来る。
ここで、 低屈折率層を用いるのは、 その屈折力が弱いので、 厚さに対す る公差を大きくとれ、 その加工性を向上できるためである。
そして、 この遮光層の上に、 必要に応じて粘着剤層、 拡散層、 およびハ 一ドコート層などを設ける事により、 レンズァレイシ一トとすることが出 来る。
このように、 このレンズアレイシートにおいては、 一つのト一リックレ ンズアレイの形状を適宜設計する事に依って、 この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、 特にその比率を 2 Z 3以下とすることで、 プロジェク ションスクリーンとして適した、垂直 Z水平配光特性の配分が可能となり、 スクリーンとして好ましい特性を得ることができる。
さらに、 二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 さる。
また、 拡散層を簡略化して、 拡散層における光の吸収や利得の低下を少 なくする事が出来る。 その結果、 拡散層によって引き起こされる白色散乱 現象を制御し、 高い S Z N比を実現する事ができる。
さらに、 フレネルレンズを加えることで、 プロジェクターからの投射距 離を短く出来、 これらの機能と両立させる事により、 優れたスクリーンを 得ることが出来る。
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。
[実験例]
以下、 実験例により本発明をさらに具体的に説明する。 本実験例において、 設計パラメ一夕は以下のように決定し、 その効果の 検証実験を行った。
く設計パラメ一夕〉
レンズァレイ層の基材層において、 その材料はポリエチレンテフ夕レー ト、 厚さは 0 . 0 7 5 mmとした。 レンズアレイ層のレンズ層において、 その材料は U V感光性樹脂、 レンズ間ピッチは 0 . 0 8 0 mmで、 レンズ サグ (レンズの山の高さ) の大きい断面 (スクリーン左右方向に対応) を 楕円とし、 レンズサグの小さい断面は球面とし、 そのサグ量の比を 2 : 1 としたト一リック面形状とした。 感光性樹脂層には、 厚さ 2 0ミクロンの クロマリンフィルム (商品名 : デュポン社製) を用いた。
このレンズアレイシートのレンズ形成面に対して、 1から 5 ° 程度にコ リメ一トされた平行光を照射して感光層のパターンニングを行い、 厚さ 2 ミクロンの墨箔 (力一ポンプラックの転写箔) を転写して遮光層としたと ころ、 レンズアレイを構成するマイク口レンズに対応した開口を持つ遮光 層を得ることが出来た。
このようにして得たレンズアレイシ一トを、 レンズアレイ面を光源側へ 向けて水平垂直方向の光拡散に用いて、 レンズァレイの形状に応じた視野 角を個別に得ることが確認できた。 産業上の利用の可能性
本発明のマイクロレンズシ一トは、 フレネルレンズシ一トとの組み合わ せによる 2枚のレンズシートからなるシンプルな構成のリァ型プロジェ クシヨンスクリーンの製造に適しており、 高解像度な画質の映像を、 モア レを認識することなく視覚する上で好適である。
本発明のマイクロレンズシートによれば、 単位レンズ群が 2 0 0 m以 下の高精細なピッチで並設され、 レンズ部による表示光の出射方向(範囲) を広い視域となるように制御することが可能である。
特に、 本発明によると、 上記マイクロレンズシートの反レンズ部側に、 遮光率の高い (7 5 %以上) ブラック · マトリクスを形成する上でも、 開 口部 Z遮光部の境界が鮮明な高精細なブラック ·マトリクスの形成が容易 となる。
さらに、 本発明のプロジェクションスクリーンに用いられるマイクロレ ンズァレイ部を有するマイクロレンズシートによれば、 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、 要素レンズのト一リック面形状を適宜変えることによりコントロール することができる。 このことは、 スクリーンの光学特性を能動的に制御可 能であることを示しており、 開発期間の短縮、 費用削減に大きな効果を有 する。
また、 一枚のマイク口レンズシートで垂直方向と水平方向に独立した視 野角を自在に設定することが出来るため、 1 ) 加工に係るコストを著しく 低減させつつ、 2 ) 拡散剤の量 (効果) を、 既存の手持ちの材料に合わせ て設定できる為材料の開発ノ調合が不要であり、 3 ) 光線の吸収 (光量口 ス) を最低限度に抑えられるため、 マイクロレンズシートを用いた容易に 明るいプロジェクションスクリーンを得ることが出来る、 などの効果があ る。
また、 拡散剤を従来のスクリーンと比べて減ずることが可能なため、 外 光の反射散乱を抑え、 透明度が上がるため遮光層の光吸収作用を増加させ ることとなり、 従来にない S ZNの向上したマイクロレンズシートを用い たプロジェクシヨンスクリーンを得ることが出来る。

Claims

請求の範囲
1 . 基板の少なくとも片面に、 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におい て、
前記マイクロレンズアレイ部は、 基板の片面のみに形成されており、 非 球面形状の曲面を持つ単位レンズを含み、 となり合う単位レンズどうしの 配列ピツチが 2 0 0 m以下であることを特徴とするマイクロレンズシ 一卜。
2 . 基板の少なくとも片面に、 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におい て、
前記マイクロレンズァレイ部は、 放射線硬化型樹脂の反応硬化物が基板 の片面のみに重合接着してなり、 非球面形状の曲面を持つ単位レンズを含 み、 単位レンズの配列ピッチが 1 0 0 以下であることを特徴とするマ イク口レンズシ一卜。
3 . 前記マイクロレンズアレイ部は、 非球面形状の曲面を持つ単位レンズ のみを有することを特徴とする請求項 1記載のマイクロレンズシ一卜。
4 . 前記マイクロレンズアレイ部は、 各単位レンズのレンズ機能による光 拡散性が水平方向と垂直方向とで異なることを特徴とする請求項 1に記 載のマイクロレンズシ一ト。
5 . 前記単位レンズが、 矩形格子状に配列されている、 請求項 1に記載の マイクロレンズシー卜。
6 . 単位レンズの配列が、 デルタ配列あるいはハニカム状の配列であるこ とを特徴とする請求項 1に記載のマイクロレンズシート。
7 . マイクロレンズアレイ部とは反対側の基板の表面に、 各単位レンズに よる非集光部にあたる箇所に遮光層を形成した構成であることを特徴と する請求項 1に記載のマイクロレンズシート。
8 . 請求項 1に記載のマイク口レンズシ一トとフレネルレンズシートとを 互いのレンズアレイ部を対向させ、 フレネルレンズシートがプロジェクタ 側 (光源側) となるように組み合わせてなることを特徴とするリア型プロ ジェクションスクリーン。
9 . 液晶式プロジェクタまたはデジタル 'マイクロミラ一 ·デバイスを光 源とし、 請求項 8記載のリア型プロジェクションスクリーンを具備する構 成であることを特徴とする表示装置。
1 0 . 基板の少なくとも片面に、 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ァレイ部を有するマイクロレンズシートにおい て、 個々の単位レンズ径およびその配列ピッチは 2 0 0 以下であり、 個々の単位レンズによる光線射出角度の範囲が、 マイクロレンズシー卜主 平面への法線に対して ± 3 0 ° 以上であり、 かつ、 個々の単位レンズによ り生じる横球面収差の範囲を、 レンズ径に対して、 0 %ぐ横球面収差 5 0 %となるように設計してなることを特徴とするマイクロレンズシ一ト。
1 1 . 反マイクロレンズアレイ部側となる基板の他面には、 個々の単位レ ンズによる集光部にあたる箇所が開口部となる遮光層が形成された構成で あることを特徴とする、 請求項 1 0に記載のマイクロレンズシート。
1 2 . 前記遮光層が、 マイクロレンズアレイ部の全面積に対して 7 5 %以 上の面積で形成されてなることを特徵とする請求項 1 1に記載のマイクロ レンズシー卜。
1 3 . 前記遮光層は、 マイクロレンズアレイ部自身の集光特性に応じて、 集光部 Z非集光部が規定される感光性樹脂層の前記非集光部表面に形成さ れてなることを特徴とする請求項 1 1に記載のマイク口レンズシート。
1 4 .前記感光性樹脂層は、基板よりも低屈折率な透光性樹脂層を介して、 反マイクロレンズァレイ部側となる基板の表面に形成されているか、 ある いは、 前記感光性樹脂層が基板よりも低屈折率であり、 反マイクロレンズ アレイ部側となる基板の表面に直接形成されている構成であることを特徴 とする請求項 1 3に記載のマイクロレンズシート。
1 5 . 請求項 9に記載のマイクロレンズシート使用した、 画面サイズが 3 0ィンチ以上のリアプロジェクション式映写スクリーン。
1 6 . 映像光源であるプロジェクタ側に、 フレネルレンズシートを配置し てなる構成の請求項 1 5に記載の映写スクリーン。
1 7 . 光拡散剤を分散してなる構成の光拡散層を、 フレネルレンズシート 側および Zまたはマイク口レンズシート側の何れかの位置に配置してなる 構成の請求項 1 5に記載の映写スクリーン。
1 8 . 請求項 1 0に記載のマイクロレンズシートと'、 基板をはさんでレン ズと反対側に設けられた光反射層とを有する、 画面サイズが 3 0ィンチ以 上のフロントプロジェクション式映写スクリーン。
1 9 .請求項 1 0に記載のマイクロレンズシートを、光源からの照明光を、 表示画面内で均一な輝度およぴンまたは均一な出射方向に制御するための 導光体として適用してなるバックライ トを有する表示装置。
2 0 . 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 マイクロレンズァレイ部を有するマイクロレンズシートを用いたプロジェ クシヨンスクリーンにおいて、 単位レンズの特定方向の断面形状が、 前記 方向と直交する方向の断面形状に対して小さい曲率として、 それらを連続 的面として構成したトーリック面からなり、 透光性シートの片面に、 上記 単位レンズを 2次元的に略マトリクス配列してなるマイク口レンズァレイ 部を形成し、 マイクロレンズアレイ部と反対側の前記シートの表面に、 単 位レンズ群と光軸を合わせた開口部を有する遮光層を形成した構成である ことを特徴とするプロジェクションスクリーン。
2 1 . 前記透光性シートの片面に、 上記単位レンズを 2次元的に略マトリ クス配列してなるマイク口レンズアレイ部を形成する際、各単位レンズは、 曲率の方向を揃えて配列された構成であることを特徴とする請求項 2 0記 載のプロジェクションスクリ一ン。
2 2 . 前記トーリック面は、 特定方向の断面の曲率部厚さに対する、 前記 方向と直交する方向の断面の曲率部厚さ、 即ちレンズサグの比が 2 / 3以 下とした構成であることを特徴とする請求項 2 0記載のプロジェクション スクリーン。
2 3 . 前記ト一リック面は、 水平方向の断面の曲率部厚さに対する、 垂直 方向の断面の曲率部厚さ、 即ちレンズサグの比が 2 / 3以下とした構成で あることを特徴とする請求項 2 0記載のプロジェクションスクリーン。
2 4 . 前記マイクロレンズアレイ部は、 透過型プロジェクシヨンスクリー ンとして用いる際、 入射側 (プロジェクタ側) となる透光性シートの片面 に形成してなることを特徴とする請求項 2 0〜 2 3の何れかに記載のプロ ジェクシヨンスクリーン。
2 5 . 前記遮光層は、 前記基板の反レンズ部側表面にマイクロレンズァレ ィ部を通しての露光により集光しない非集光領域に形成されており、 前記 感光性樹脂層またはその表面に形成する層が、 透光性シートの屈折率より も低屈折率であるレンズ基板であることを特徴とする請求項 2 0〜 2 4の 何れかに記載のプロジェクションスクリーン。
2 6 . 請求項 2 0に記載のプロジェクションスクリーンを透過型プロジェ クシヨンスクリーンとして用いる際、 入射側 (プロジェクタ側) に、 片面 に同心円上の輪帯構造を持つフレネルレンズをさらに備えることを特徴と するプロジェクションスクリーン。
2 7 . 単位レンズ領域の形状が三角形状、 六角形状、 または矩形状である ことを特徴とする、 請求項 2 6に記載のプロジェクションスクリーン。
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