WO2004029677A1 - フレネルレンズシート、これを用いた透過型スクリーン、及び背面透過型表示装置 - Google Patents

Abstract

　フレネルレンズシートは入光面１ａと出光面１ｂとを有し、屈折面３と全反射面４を有する複数のプリズム２が入光面１ａに設けられている。入光面１ａ側の斜め屈折面側にある光源Ｍから投射される光は屈折面３で屈折したのちに全反射面４で全反射してシート面１ｃに対し略垂直光に調整される。すべてのプリズム２における屈折面３と全反射面４とのなす角αは実質的に同一となっている。また光源Ｍから最も離れた位置にあるプリズムＰ２における屈折面３とシート面１ｃとのなす角δは略直角となっている。

Description

明 細 書 フレネルレンズシ一ト、 これを用いた透過型スクリーン、 及び背面透過型表示

技 術 分 野

この発明は、 プロジェクシヨンテレビ （P T V) などに用いられる透過型スク リーンにおけるフレネルレンズシート、 これを用いた透過型スクリーン、 及び背 面透過型表示装置に関するものである。 更に詳細には、 背面側から光を急角度に 入射されるタイプの透過型スクリーンにおいて好適に用いることができるフレネ ルレンズシート、 これを用いた透過型スクリーン、 及び背面透過型表示装置に関 するものである。

従来、 この種のフレネルレンズシート 7 1として、 図 1 6に示すように、 屈折 面 7 3と全反射面 7 4を有する複数のプリズム 7 2を入光面側に備えた構造のも のが知られている （例えば、 日本国特開昭 6 1— 2 0 8 0 4 1号公報 （第 2〜第 5頁、 第 8図） 。 図 1 7 A， 図 1 7 Bに、 図 1 6における A及び B部の部分拡大 図を示す。 図 1 7 A, 図 1 7 Bに示すように、 このフレネルレンズシート 7 1に おいては、 背面側に配置した投影装置 Mから急角度に入射される光 Xが、 屈折面 7 3で屈折を伴って透過した後、 全反射面 7 4で全反射してシート面に垂直な方 向に出光する。

このフレネルレンズシート 7 1においては、 上述のとおり投影装置 Mから急角 度で光 Xを入射するので、 投影装置 Mに近いプリズム P 1に入射する光 X 1の入 射角 θ Bに比べて、 投影装置 Mから遠いプリズム P 2に入射する光 X 2の入射角 θ Aは大きくなる。 したがって、 すべてのプリズム 7 2において、 入射光 Xをシ ート面に垂直な方向に反射させるためには、 全反射面 7 4とシート面とのなす角 βを投影装置 Μに近いプリズムから遠いプリズムに掛けて徐々に小さくなるよう に設定する必要がある。 一方、 屈折面 7 3とシート面とのなす角 δは、 逆に、 投 影装置 Μに近いプリズムから遠いプリズムに掛けて徐々に大きくなる。

このように形成したフレネルレンズシート 7 1を用いて透過型スクリーンを構 成し、 この透過型スクリーンを背面透過型表示装置に用いることにより、 投影装 置 Mからの光を急角度で投射することができ、 その結果、 背面透過型表示装置を 薄型化することが可能となる。 '

しかしながら、 この従来のフレネルレンズシート 7 1においては、 1 ) フレネ ルレンズシートの製造上の間題、 及び 2 ) いわゆる迷光による 2重像の問題が生 じる。

1 ) 製造上の問題

フレネルレンズシート 7 1は、 紫外線 放射線硬化型樹脂法、 又は熱プレス法 で成形されるのが一般である。 紫外線 Z放射線硬化型樹脂法は、 フレネルレンズ を形成する金型に紫外線 Z放射線硬化型樹脂を充填し、 この樹脂を紫外線 Z放射 線を照射して硬化させた後に金型から取り外してフレネルレンズシート 7 1を成 形する方法である。 また、 熱プレス法は、 フレネルレンズを形成する金型に加熱 した樹脂を充填し、 プレスした後に金型から取り外してフレネルレンズシートを 成形する方法である。

これらの成形方法に用いる金型は、 金型用材料 （例えば、 アルミニウム、 黄銅 、 銅、 鋼など） をバイ トなどで切削して製作される。 このとき、 上述したように 、 屈折面 7 3及ぴ全反射面 7 4がシート面となす角が各プリズム^で異なるため 、 金型の切削は非常に煩雑なものになる。

また、 成形後の樹脂を金型から取り外す必要があるが、 プリズム 7 2の角度に よっては金型からの取り外しが困難となることがある。 つまり、 屈折面 7 3とシ ニト面とのなす角が 9 0 ° を超えてしまう場合には、 プリズム 7 2がー種のくさ び的役割を果たして金型からの取り外しを困難にする。 そして、 樹脂を金型から 取り外せたとしても、 傷をつけてしまう恐れがある。

2 ) 迷光による 2重像の問題

また、 上述のフレネルレンズシート 7 1においては、 図 1 7 Bおよび図 1 8に 示すように、 投影装置 （図示せず） からの入射光の一部が、 屈折面 7 3で屈折さ れた後に全反射面 7 4に到達することなく出光面に到達して該出光面で反射され 、 さらに屈折面 7 3及び全反射面 7 4で屈折又は反射された後に出光面より出光 することがある。 このいわゆる迷光 Yが生じると、 この迷光 Yによる映像と正規 の映像が重なってしまう 2重像の問題が生じてしまう。 特に、 この迷光による 2 重像の問題は、 フレネルレンズシート 7 1への入射角度 Θが小さい、 投影装置に 近いプリズム 7 2において顕著となる。

発 明 の 開 示

この発明は上記事情に鑑みなされたもので、 成形性を確保しながらも、 迷光が 生じる割合が小さく透過効率の高いフレネルレンズシート、 これを用いた透過型 スクリーン、 及び背面透過型表示装置を提供することを目的とするものである。 上記目的を達成するために、 本発明は、 入光面と出光面とを有し、 光源から投 射される光を入光面から入光させ出光面から出光させる全反射型のフレネルレン ズシートにおいて、 入光面に設けられ、 屈折面と全反射面を有する複数のプリズ ムを備え、 光源からの光を屈折面で屈折したのち全反射面で全反射させ、 各プリ ズムにおける屈折面と全反射面とのなす角は略同一となっており、 光源から最も 離れた位置にあるプリズムの屈折面とシート面とのなす角は略直角となっている ことを特徴とする。

このように構成することにより、 屈折面と全反射面とのなす角をすベてのプリ ズムにおけて実質的に同一としたので、 このフレネルレンズシートの成形に用い る金型を成形する際に複数のバイ トを使用して切削を行なったり、 1つのプリズ ム部を複数回のパスで切削したりする必要がなく、 効率の良い金型加工を行なう ことができる。 また、 光源から最も離れた位置にあるプリズムにおける屈折面と シート面とのなす角を略直角としたので、 金型から成形品であるフレネルレンズ シートを取り外す際に、 フレネルレンズシートが金型とかみ合って外れないとい つたことがなく、 またフレネルレンズシートに傷をつけることもない。 さらに、 以上のようにフレネルレンズシートの製造に支障をきたさない範固で、 屈折面と シート面とのなす角を最大 （9 0 ° ) としているので、 迷光が生じる割合を小さ くすることができる。

本発明は、 少なくとも光源から最も離れた位置にあるプリズムにおいて、 全反 射面で反射する光はシート面に垂直な方向より光源側に傾く方向に反射するよう に、 全反射面とシート面とのなす角が設定されることを特徴とする。

このように構成することにより、 さらに迷光が生じる割合を小さくすることが できる。

ここで、 光を全反射面で反射させる方向は、 シート面に垂直な方向より若千光 源側に傾く方向が望ましく、 具体的には、 光源から最も離れた位置にあるプリズ ムにおいて 3 ~ 1 5 ° 光源側に傾けるのが望ましく、 さらに望ましくは光源から 最も離れた位置にあるプリズムにおいて 5〜1 0 ° 光源側に傾けると良い。 この 傾け角度が大きすぎると、 該部分に反射されて観察者に届く光の量が低下して、 該部分に投射される映像が薄く見えてしまう。 また、 傾け角度が小さすぎると、 上述した反射角度を傾けることによる効果が十分に得られなくなる。

また、 少なくとも光源から最も離れた位置にあるプリズムについて反射角度を 傾けるように全反射面の角度を設定すれば良いが、 例えば、 光源から最も遠くに 位置するプリズムから 6 0 O mm前後の範囲にあるプリズムについて反射角度を 傾けるように全反射面の角度を設定することができる。 この場合、 該範囲にある プリズムについて、 傾け角度を一定にしても良いが、 望ましくは傾け角度を光源 から最も遠くに位置するプリズムにおいて最大として、 光源に近づくにつれ傾け 角度が小さくなるように設定すると良い。 このように、 傾け角度を徐々に小さく することにより、 観察者に違和感を生じさせないようにすることができる。 本発明は、 入光面の表面に低屈折率の材料からなる低屈折率層が形成されてい ることを特徴とするフレネルレンズシートである。

このように構成することにより、 投影装置から入射される映像光の反射を減少 させることができ、 コントラストの高い映像を提供することができる。

本発明は、 光を拡散する光拡散要素、 又は光を吸収する光吸収要素の内の少な くとも何れか一方を更に備えたことを特徴とするフレネルレンズシートである。 従来のフレネルレンズシートにおいては、 迷光が生じた場合に該迷光は出光面 、 屈折面及び全反射面で反射及ぴ屈折されフレネルレンズシート内 （部分的にフ レネルレンズシート外） を進行した後その一部は出光面側に出光され正規の映像 と重なって、 いわゆる 2重像の問題が生じることがある。 本発明によれば、 フレ ネルレンズシート内を迷光が進行する際に迷光を光拡散要素で拡散するか、 或い は光吸収要素で吸収するため上述の 2重像の問題を生じさせないか、 或いは低減 することができる。 本発明は、 光拡散要素は拡散半値角が 1 0 ° 以下となるように分散させた拡散 材からなることを特徴とするフレネルレンズシートである。

本発明は、 光拡散要素は拡散半値角が 1 0 ° 以下となるように出光面に形成さ れた水平レンチキュラーレンズからなることを特徴とするフレネルレンズシート である。

本発明によれば、 上述のように迷光によって生じる 2重線の問題を解決できる 。 また、 拡散半値角を 1 0 ° 以下としたので、 拡散が大きくなりすぎてフレネル レンズシートとして使用できなくなるということはない。 なお、 拡散半値角は 1 0 ° 以下であれば良いが、 好ましくは 5 ° 以下、 更に好ましくは 2 ° 程度とすれ ばよい。

本発明は、 光吸収要素は光吸収率が 5◦%以下となるように添加された着色成 分からなることを特徴とするフレネルレンズシートである。

このように構成することにより、 上述のように迷光によって生じる 2重像の問 題を解決できる。 また、 光吸収率を 5 0 %以下としたので、 正規に出光する光を 吸収し過ぎることがない。

本発明は、 光吸収要素はシート面に対して垂直に配置された光吸収層からなる ことを特徴とするフレネルレンズシートである。

このように構成することにより、 上述のように迷光によって生じる 2重像の問 題を解決できる。 また、 光吸収層を垂直に配置したので、 正規に出光する光を吸 収することはない。 ，

本発明は、 入光面と出光面とを有し、 光源から投射される光を入光面から入光 させ出光面から出光させる全反射型のフレネルレンズシートにおいて、 入光面に 設けられ、 屈折面と全反射面を有する複数のプリズムを備え、 光源からの光を屈 折面で屈折したのち全反射面で全反射させ、 各プリズムにおける屈折面と全反射 面とのなす角は略同一となっており、 光源から最も離れた位置にあるプリズムの 屈折面とシート面とのなす角は略直角となっていることを特徴とするフレネルレ ンズシ一トからなり、 このフレネルレンズシート中に光を拡散する光拡散要素を 一体に設けたことを特徴とする透過型スクリーンである。

このように構成することにより、 迷光の生じる割合が小さく透過効率の高い透 過型スクリーンを提供することができる。

なお、 光拡散要素としては、 フレネルレンズシート中に分散された拡散材、 フ レネルレンズシ一トの出光面に形成されたレンチキュラーレンズなどがあげられ る。 ここで、 透過型スクリーンとするためには、 拡散材又はレンチキュラーレン ズ等の光拡散要素を拡散半値角が 1 0 ° 以上、 好ましくは 2 0 ° 以上となるよう に形成するとよレ、。

本発明.は、 入光面と出光面とを有し、 光源から投射される光を入光面から入光 させ出光面から出光させる全反射型のフレネルレンズシートにおいて、 入光面に 設けられ、 屈折面と全反射面を有する複数のプリズムを備え、 光源からの光を屈 折面で屈折したのち全反射面で全反射させ、 各プリズムにおける屈折面と全反射 面とのなす角は略同一となっており、 光源から最も離れた位置にあるプリズムの 屈折面とシート面とのなす角は略直角となっていることを特徴とするフレネルレ ンズシ一トと、 フレネルレンズシートの出光面側に設置され、 光を拡散する光拡 散要素と、 を備えたことを特徴とする透過型スクリーンである。

このように構成することにより、 迷光の生じる割合が小さく透過効率の高い透 過型スクリーンを提供することができる。

本発明は、 外装を形成する箱体と、 箱体の前面に設けられた窓部に装着され、 入光面と出光面とを有し、 光源から投射される光を入光面から入光させ出光面か ら出光させる全反射型のフレネルレンズシートにおいて、 入光面に設けられ、 屈 折面と全反射面を有する複数のプリズムを備え、 光源からの光を屈折面で屈折し たのち全反射面で全反射させ、 各プリズムにおける屈折面と全反射面とのなす角 は略同一となっており、 光源から最も離れた位置にあるプリズムの屈折面とシー ト面とのなす角は略直角となっていることを特徴とするフレネルレンズシートか らなり、 このフレネルレンズシート中に光を拡散する光拡散要素を一体に設けた ことを特徴とする透過型スクリーンと、 箱体の内部に配置され、 透過型スクリー ンの背面から急角度で映像光を投射する投影装置と、 を備えたことを特徴とする 背面透過型表示装置である。

本発明は、 外装を形成する箱体と、 箱体の前面に設けられた窓部に装着され、 入光面と出光面とを有し、 光源から投射される光を入光面から入光させ出光面か ら出光させる全反射型のフレネルレンズシートにおいて、 入光面に設けられ、 屈 折面と全反射面を有する複数のプリズムを備え、 光源からの光を屈折面で屈折し たのち全反射面で全反射させ、 各プリズムにおける屈折面と全反射面とのなす角 は略同一となっており、 光源から最も離れた位置にあるプリズムの屈折面とシ一 ト面とのなす角は略直角となっていることを特徴とするフレネルレンズシートと 、 フレネルレンズシートの出光面側に設置され、 光を拡散する光拡散要素と、 を 備えたことを特徴とする透過型スクリーンと、 箱体の内部に配置され、 透過型ス クリーンの背面から急角度で映像光を投射する投影装置と、 を備えたことを特徴 とする背面透過型表示装置である。

このように構成することにより、 迷光の生じる割合が小さく透過効率の高い背 面透過型表示装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の第 1実施形態にかかるフレネルレンズシートの一例を示す断 面図である。

図 2 Aは、 図 1のフレネルレンズシートの部分拡大図である。

図 2 Bは、 図 1のフレネルレンズシートの部分拡大図である。

図 3は、 本発明のフレネルレンズシートの製造方法の一例を説明する製造工程 図である。

図 4 Aは、 本発明のフレネルレンズシートの成形金型の切削方法を説明する図 である。

図 4 Bは、 本発明のフレネルレンズシートの成形金型の切削方法を説明する図 である。

図 5は、 本発明の第 1実施形態にかかる透過型スクリーンの一例を示す斜視図 である。

図 6は、 本発明の第 1実施形態にかかる透過型スクリーンの他の一例を示す斜 視図である。

図 7は、 本発明の第 1実施形態にかかる透過型スクリーンの他の一例を示ナ斜 視図である。

図 8は、 本発明の第 1実施形態にかかる透過型スクリーンの他の一例を示す斜 視図である。

図 9は、 本発明の第 1実施形態にかかる透過型スクリーンの他の一例を示す斜 視図である。

図 1 0は、 本発明の第 1実施形態にかかる背面透過型表示装置の一例を示す断 面図である。

図 1 1 Aは 本発明のフレネルレンズシートの透過効率を説明する図である。 図 1 1 Bは、 本発明のフレネルレンズシートの透過効率を説明する図である。 図 1 2 Aは、 本発明の第 2実施形態にかかるフレネルレンズシートの一例を示 す部分拡大図である。

図 1 2 Bは、 本発明の第 2実施形態にかかるフレネルレンズシートの一例を示 す部分拡大図である。

図 1 3は、 本発明の第 3実施形態にかかるフレネルレンズシートの一例を示す 断面図である。

図 1 4は、 本発明の第 3実施形態にかかるフレネルレンズシートの他の一例を 示す断面図である。

図 1 5は、 本発明の第 3実施形態にかかるフレネルレンズシートの他の一例を 示す断面図である。

図 1 6は、 従来のフレネルレンズシートを示す断面図である。

図 1 7 Aは、 図 1. 6のフレネルレンズシートの部分拡大図である。

図 1 7 Bは、 図 1 6のフレネルレンズシートの部分拡大図である。

図 1 8は、 フレネルレンズシートにおける迷光を示す図である。 発明を実施するための最良の形態

以下に、 本発明に係るフレネルレンズシート、 これを用いた透過型スクリーン 、 及び背面透過型表示装置の実施の形態について、 適宜添付図面を参照して説明 する。

[第 1実施形態]

(フレネノレレンズシート）

初めに、 本発明の第 1実施形態に係るフレネルレンズシートの構成について説 明する。 図 1は、 第 1実施形態に係るフレネルレンズシートの厚さ方向の断面図 、 図 2 A， 図 2 Bは、 図 1における A及び B部の部分拡大図である。

図 1及ぴ図 2 A , 図 2 Bに示すフレネルレンズシート 1は、 入光面 l aと出光 面 l bとを有し、 光源 Mから投射される光を入光面 1 aから入光させ、 出光面 1 bから出光させる全反射型のものである。 フレネルレンズシート 1の入光面 1 a 側に複数のプリズム 2が形成されており、 このプリズム 2はフレネルレンズシー ト 1に入射した光 Xを屈折を伴って透過させる屈折面 3と、 屈折面 3で屈折した 光を観察者側に全反射する全反射面 4とを備えている。

ここで、 屈折面 3と全反射面 4とはなす角 αで交わっており、 このなす角ひは すべてのプリズム 2において同一角度に設定されている。 また、 屈折面 3及び全 反射面 4は、 シート面 （フレネルレンズシート 1の基準面） 1 cとそれぞれなす 角 δ、 なす角 ]3をなすように形成されている。 そして、 このなす角 は、 屈折面 3を介して全反射面 4に入射される光を、 シート面 1 cに垂直な方向に反射 （全 反射） する角度に設定される。 ここで、 光源としての投影装置 Μから投射される 光がフレネルレンズシート 1に入射する入射角 0 (フレネノレレンズシート面の法 線 1 dと入射光とのなす角） は、 投影装置 .Mに最も近いプリズム P 1で最小とな り、 投影装置 Mから遠ざかるにしたがって大きくなるため、 なす角 ;3は投影装置 Mに最も近いプリズム P 1で最大となり、 投影装置 Mから遠ざかるにしたがって 小さくなるように設定される。 また、 前述のようになす角 αは一定なので、 角 δ は投影装置 Μに最も近いプリズム Ρ 1で最小となり、 投影装置 Μから遠ざかるに したがつて徐々に大きくなる。 そして、 本発明のフレネルレンズシートでは、 投 影装置 Μから最も遠いプリズム Ρ 2におけるなす角 δを略直角 （9 0 ° ) に設定 する。

(フレネルレンズシートの製造方法)

次に、 このフレネルレンズシート 1の製造方法について説明する。 フレネルレ ンズシート 1は、 例えば、 紫外線/放射線硬化型樹脂法で成形される。 以下、 紫 外線/放射線硬化型樹脂法によるフレネルレンズシートの製造方法について説明 する。 図 3に、 フレネルレンズシートの製造工程図を示す。

先ず、 フレネルレンズシート 1の製造のための準備工程である、 金型製造工程 を行なう。 図 4に示すように、 金型製造工程では、 アルミニウム、 黄銅、 銅、 鋼 などの金型用材料 1 1をフレネルレンズシート 1に対応する形状に彫り込んでフ レネルレンズシート成形用の金型を製造する。 この金型用材料 1 1の彫り込みは 、 バイト 1 2を用いて行なわれる。 このバイ ト 1 2は、 その刃先角度が、 上述の フレネルレンズシート 1のプリズム 2における屈折面 3と全反射面 4との交差な す角 _αと実質的に同一であるものを用いる。 そして、 このバイ ト 1 2を用いて、 投影装置 Μから最も遠いプリズム部を切削する際には、 バイト 1 2を金型用材料 1 1の面に対して垂直に立て、 バイト 1 2の傾斜面 1 2 aで全反射面部を、 また バイト 1 2の直立面 1 2 bで屈折面部を切削する （図 4 A参照） 。 続いて、 この プリズム部の投影装置側隣に位置するプリズム部を加工する際には、 9 0 ° から 該プリズム, 2における屈折面 3のなす角 δを引いた角度だけバイト 1 2をその背 面の方向 （図 4 Βに示す矢印の方向） に傾けて切削する （図 4 Β参照） 。 このよ うに、 投影装置 Μ側に近づくプリズム部を切削するにつれ、 徐々にバイト 1 2を その背面の方向に傾けて切削を行なっていけばよい。 したがって、 本発明に係る フレネルレンズ 1成形用の金型を切削する場合に、 複数のバイ ト 1 2を使用して 切削を行なったり、 1つのプリズム部を複数回のパスで切削したりする必要がな く、 効率の良い金型加工を行なうことができる。 なお、 高精度な仕上げ面を確保 するために複数回のパスで切削する場合もあるが、 この場合であっても従来にお いての同等の仕上げ面精度を得るためのパス回数より少ないパス回数で、 高精度 な仕上げ面とすることができる。

次に、 樹脂塗布工程を行なう。 樹脂塗布工程では、 上記の成形用金型に紫外線 /放射線硬化型樹脂を塗布するが、 これは、 ロールコート法、 グラビア法、 ディ スペンサ一法、 カーテンコート法、 ダイコート法などにより行なうことができる 次に、 基板積層工程を行なう。 基板積層工程では、 樹脂塗布工程で塗布した紫 外線/放射線硬化樹脂の上に、 紫外線/放射線を透過させる実質的に透明な基板 を積層し、 更に加圧ローラで加圧して紫外線 放射線硬化型樹脂と基板とを密着 させる。

次に、 樹脂硬化工程を行なう。 樹脂硬化工程では、 積層した基板の上から紫外 線 Z放射線を紫外線 Z放射線硬化型樹脂に向かって照射し、 この紫外線 Z放射線' 硬化型樹脂を硬化させる。

最後に、 離型工程を行なう。 離型工程では、 硬化した紫外線 Z放射線硬化樹脂 を金型から離型するが、 このとき上述のとおり、 フレネルレンズシート 1のプリ ズム 2の屈折面 3とシート面 1 cとのなす角 δを 9 0 ° を超えない角度に設定し ているので、 樹脂と金型がかみ合って外れないといったことがなく、 また、 樹脂

(フレネルレンズシート 1 ) に傷をつけることもない。

なお、 以上では、 フレネルレンズシート 1を紫外線 Ζ放射線硬化型樹脂法で製 造する場合について説明したが、 製造方法はこれに限られず、 例えば、 熱プレス 法で製造しても良い。 熱プレス法で製造した場合であっても、 金型製造工程では 効率の良い金型加工をおこなうことができ、 また、 離型工程では容易且つ安全に 離型することができることは、 上述の紫外線/放射線硬化型樹脂法の場合と同様 である。

(透過型スクリーン）

次に、 フレネルレンズシート 1を用いた透過型スクリーンについて説明する。 図 5は第 1実施形態に係る透過型スクリーンの厚さ方向の斜視図である。

図 5に示す透過型スクリーン 2 1は、 上記フレネルレンズシート 1の出光面 1 b側に光拡散要素としてのレンチキュラーレンズシ一ト 2 2を配置して形成され る。

レンチキュラーレンズシート 2 2は、 その入光面 2 2 a側及び出光面 2 2 b側 に、 それぞれ垂直方向に延びるかまぼこ型のレンズ 2 3 a、 2 3 bを配置して形 成される。 また、 出光面 2 2 b側に形成したレンズ 2 3 b間に、 黒に着色された 光吸収層 2 4を備えている。 このように形成されたレンチキュラーレンズシート 2 2は、 投影装置から入射されフレネルレンズシート 1でシート面に対して略垂 直に調整された光をレンズ 2 3 a、 2 3 bで水平方向に拡散して、 水平方向に広 い視野角を有する映像を提供し、 また、 出光面側から入射される外光を光吸収層 2 4で吸収して高コントラストな映像を提供する働きを有する。 なお、 レンチキ ユラ一レンズシート 2 2は、 水平方向拡散半値角が 1 0 ° 以上、 好ましくは 2 0 。 以上となるように形成される。 ここで水平方向拡散半値角とは、 透過型スクリ ーンの水平方向の明るさ （輝度） 分布を測定したときに、 一番明るいところ （通 常、 レンチキュラーレンズシートの垂直方向 （正面） ） で測定した輝度に対し、 明るさ （輝度） が半分になる水平方向の角度をいう。

なお、 上述のレンチキュラーレンズシート 2 2に代えて、 図 6に示すようなレ ンチキユラ一.レンズシート 2 6を用いて透過型スクリーン 2 5を形成しても良い 。 図 6に示すように、 レンチキュラーレンズシート 2 6は、 その入光面 2 6 a側 のみに、 垂直方向に延びるかまぼこ型のレンズ 2 7を配置して形成される。 さら にこのレンズ 2 7の表面には光吸収層 2 8が形成される。 このように形成された レンチキュラーレンズシート 2 6は、 投影装置 Mから入射されフレネルレンズシ ート 1でシート面 1 cに対して略垂直に調整された光をレンズ 2 7で水平方向に 拡散して、 水平方向に広い視野角を有する映像を提供し、 また、 出光面 2 6 b側 から入射される外光を光吸収層 2 8で吸収して高コントラストな映像を提供する 働きを有する。 つまり、 出光面 2 6 b側から入光される外光は、 光吸収層 2 8に 入光した後にその内表面で反射されて光吸収層 2 8に沿ってその内部を進行する ため、 その大部分が光吸収層 2 8に吸収されるが、 入光面 2 6 a側から入光する 光は、 光吸収層 2 8をその厚み方向に通過するため光吸収層 2 8にはほとんど吸 収されず、 したがって高コントラストな映像を提供することができる _¾

更に、 フレネルレンズシート 1め内部に光拡散要素を備えて透過型スクリーン を形成することもできる。 この場合、 光拡散要素としては、 図 7に示すようなフ レネルレンズシート 1内に分散させた拡散材 2 9、 図 8に示すようなフレネルレ ンズシ一ト 1の出光面 1 b側に垂直方向に延びるかまぼこ型のレンチキユラーレ ンズ 3 0、 図 9に示すようフレネルレンズシート 1の出光面 1 b側に垂摩方向に 延びる断面台形形状のレンチキュラーレンズ 3 1などが考えられる。 この場合、 図 8又は図 9に示すように拡散材 2 9と、 かまぼこ型のレンチキュラーレンズ 3 0又は断面台形形状のレンチキュラーレンズ 3 1を併用しても良い'し、 それぞれ 単独で用いても良い。 .

(背面透過型表示装置）

図 1 0は第 1実施形態に係る背面透過型表示装置の側面断面図である。 図 1 0 に示す背面透過型表示装置 4 1は、 外装を構成する箱体 4 2と、 箱体 4 '2の前面 上方配置される透過型スクリーン 2 1と、.箱体 4 2内に設置され透過型スクリー ン 2 1の後方の斜め下方から映像を投影する投影装置 4 3とで主に構成される。 箱体 4 2は、 例えば、 樹脂、 金属などで形成され、 前面上方に透過型スクリー ン 2 1を設置するための窓部 4 2 aを備えて形成される。 また、 意匠性を高める ため、 必要応じて、 外面には着色などの装飾処理が施される。

透過型スクリーン 2 1は、 上述のように形成され、 通常アスペク ト比が 3 ： 4 (標準タイプ） や 9 ： 1 6 (ワイドタイプ） 等の横長の長方形に形成される。 そ して、 透過型スク リーン 2 1は、 その表面側 （出光面側） が箱体 4 2の外側にく るように箱体 4 2の窓部 4 2 aに取り付けられる。

投影装置 4 3は、 C R Tや L C Dなどの光学装置と、 これにより形成される光 学像を拡大する投影レンズとからなり、 透過型スクリーン 2 1に後方より映像を 拡大投影するための装置である。 投影装置 4 3は、 これにより投射される映像光 が透過型スクリーン 2 1のフレネノレレンズシート 1の全反射面 4でシート面に垂 直な方向に反射させる角度で投射するように設置される。 逆に言えば、 投影装置 3 3の設置位置から投射される映像光を、 フレネルレンズシート 1のシート面に 垂直な方向に反射するように、 上記フレネルレンズシート 1の全反射面 4のなす 角 が設定される。

このように構成された背面透過型表示装置 4 1は、 投影装置 4 3から投射され る映像光を急角度で透過型スクリーン 2 1に入射させ、 先ずフレネルレンズシー ト 1の屈折面 3で屈折を伴って透過させ、 続いて全反射面 4で全反射してシート 面に垂直な光に調整し、 さらにレンチキュラーレンズシート 2 2で水平方向に拡 散して映像光を観察者側に出光する。

このとき、 投影装置 4 3から投射される映像光の一部は、 フレネルレンズシー ト 1の特に投影装置 4 3に近いプリズム 2において全反射面 4に到達せずに迷光 となる力 本発明のフレネルレンズシート 1は上述のように、 投影装置 4 3から 最も遠'いプリズム Ρ 2における屈折面 3とシート面 1 cとのなす角 δを略直角 （ 9 0 ° ) として、 フレネルレンズシート 1の製造に支障をきたさない範囲で最大 としているので、 投影装置 4 3に近いプリズム 2においてもなす角 Sが大きくな り、 迷光が生じる割合を少なく している。 すなわち、 図 1 1 A、 図 1 1 B に示すように、 屈折面 3とシート,面 1 cとの なす角 δの最大が 9 0 ° となる本発明のフレネルレンズシート 1のプリズム 2に おいて、 迷光となる割合 （図 1 1 A) は、 屈折面 3とシート面 1 cとのなす角 δ の最大が 9 0 ° とならない従来のフレネルレンズシート 1のプリズム 2における 迷光となる割合 （図 1 1 B ) より少なくなる。 これは本発明の場合、 投影装置 Μ から最も遠いプリズム Ρ 2における角 δが 9 0 ° となり、 投影装置 Μに近いプリ ズム Ρ 1でも角 δは比較的大きくなるためである。 このため透過効率の高いフレ ネルレンズシート 1が得られ、 ひいては高コントラストな画像を提供できる背面 透過型投影装置 4 1となる。

.なお、 以上では図 5に示す透過型スクリーン 2 1を用いた場合について説明し たが、 これに限定されることなく、 例えば図 6〜 9に示す何れか 1 0の透過型ス クリーンを用いても良い。

[第 2実施形態]

第 2実施形態は、 投影装置から遠い位置にあるプリズムにおける出光方向を、 シート面に垂直な方向より投影装置側に若干傾けた方向となるように形成したフ レネルレンズシートを用いる実施形態である。

この出光方向を投影装置側に若干傾けた方向となるように形成した点を除いて は、 第 1実施形態に係るフレネルレンズシートと同様の構成及び作用効果を有し 、 また、 該フレネルレンズシートの製造方法、 該フレネルレンズシートを用いて 透過型スクリーン及び背面透過型投影装置を形成することも第 1実施形態と同様 である。 したがって、 第 2実施形態にかかるフレネルレンズシートの構成につい てのみ以下説明する。

(フレネノレレンズシート）

図 1 2 A, B 1 2 Bは、 第 2実施形態に係るフレネルレンズシートの厚さ方向 の断面図である。 なお、 図 1 2 Α、 図 1 2 Βにおいて第 1実施形態にかかる図 1 記載のフレネルレンズシート 1と同一の構成を有する部分については同一符号を 用い、 該部分に関する説明は省略する。

図 1 2 Α、 図 1 2 Bに示すように、 フレネルレンズシート 5 1は、 入光面 5 1 aと出光面 5 1 bとを有し、 少なくとも投影装置 Mから最も遠いプリズム P 2に おける全反射面 4とシート面 5 1 cとのなす角 βを、 全反射面 4で反射して出光 する光の出光方向がシート面 5 1 cに垂直な方向より若干 （角度₇ ) 投影装置 Μ 側に傾けた方向となるように設定される。 このように、 反射方向を投影装置側に 傾け方向とすると、 反射方向が垂直な方向である場合に比べてなす角 βが大きく なり、 従って屈折面 3と全反射面 4とのなす角ひを小さくすることができる。 こ のなす角 αを小さくすることができれば、 迷光の生じる割合を減少させることが できる。 なお、 プリズム Ρ 2における屈折面 3とシート面 5 1 cとのなす角 δは 9 0 ° となっている。

なお、 投影装置 Μから最も遠いプリズム Ρ 2においてのみ、 反射方向を投影装 置側に傾けても良いが、 望ましくは投影装置から最も遠い位置から一定距離、 例 えば 6 0 O mm程度の範囲にあるプリズム 2について反射方向を投影装置側に傾 けるようになす角; 8を設定することが良い。 このように設定すれば、 この領域の プリズム 2のなす角 δを 9 0 ° 以下にすることが容易となる。 プリズム P 1にお いて、 光の出光方向は、 シート面 5 1 cに垂直な方向を向いている。

[第 3実施形態] ·

第 3実施形態は、 第 1実施形態に係るフレネルレンズシートの表面にコーティ ング層を形成し、 さらにフレネルレンズシート内に拡散材を分散させて形成した フレネルレンズシートを用いる実施形態である。

コーティング層を形成したこと、 拡散材を分敵させたことを除いては第 1実施 形態に係るフレネルレンズシートと同様の構成及び作用効果を有し、 また、 該フ レネルレンズシートの製造方法、 該フレネルレンズシートを用 、て透過型スクリ ーン及び背面透過型投影装置を形成することも第 1実施形態と同様である。 した がって、 第 3実施形態にかかるフレネルレンズシートの構成についてのみ以下説 明する。

(フレネノレレンズシート）

図 1 3は、 第 3実施形態に係るフレネルレンズシートの厚さ方向の断面図であ る。 なお、 図 1 3において、 第 1実施形態にかかる図 1記載のフレネルレンズシ ート 1と同一の構成を有する部分については、 同一符号を用い、 該部分に関する 説明は省略する。 図 1 3に示すように、 フレネルレン^ Γシート 6 1は、 入光面 6 1 aと出光面 6 1 bとを有し、 その入光面 6 1 a側の表面にコーティング層 6 2が形成される。 このコーティング層 6 2は、 プリズム 2を形成する材料より屈折率の小さい実質 的に透明な材料により形成される。 このように形成されたコーティング層 6 2は 、 投影装置 Mから入射される映像光の反射を減少させる。 コーティング層 6 2を 形成する樹脂として、 例えばフッ素系樹脂、 シリコーン系樹脂などが用いられる さらに、 フレネルレンズシート 6 1は、 光拡散要素としての拡散材 6 3を分散 した拡散層 6 4を備えている。 この拡散層 6 4は、 屈折面 3で屈折した後に全反 射面 4に到達しなかった光 （迷光） Yによって生じる 2重像を防止する。 すなわ ち、 従来では、 例えば、 迷光 Yは屈折面 3で屈折した後に出光面 6 l bで反射さ れ再び屈折面 3及び全反射面 4に達し、 その後、 屈折面 3及び全反射面 4で屈折 又は反射されて出光面 6 1 bから出光して 2重像の問題を生じさせる。 本発明に よれば上述のように拡散材 6 3を分散させた拡散層 6 4を備えることにより、 迷 光 Yは屈折面 3及び全反射面 4と出光面との間を行き来する間に拡散層 6 4中の 拡散材 6 3で拡散され、 最終的に出光面から出光される迷光 Yの強度を弱くする ことができるので上述の 2重像の間題を軽減できる。 この拡散材 6 3は、 例えば アクリル、 スチレン、 メラミンなどの有機系材料、 または、 ガラス系、 酸化チタ ン、 被覆雲母、 Z nなどの無機系材料で形成される。 また、 拡散半値角が 1 0 ° 以下、 好ましくは 5 ° 以下、 更に好ましくは 2 ° 程度となるように拡散材 6 3の 分散量を調整する。

なお、 拡散層 6 4に替えて、 図 1 4に示すように、 出光面 6 l bに光拡散要素 としての水平レンチキュラーレンズ 6 5を配置しても良い。 この場合、 迷光 Yが 出光面 6 1 bで反射または屈折する際に水平レンチキュラーレンズ 6 5で拡散さ れるため、 最終的に出光面から出光される迷光 Yの強度を弱くすることができ、 2重像の問題を軽減できる。

また、 拡散層 6 4に替えて、 図 1 5に示すように、 光吸収要素としての光吸収 板 （光吸収層） 6 6を出光面 6 1 bに対して垂直となるように配置しても良い。 この場合、 正規光 （迷光以外の入射光） Xは出光面と垂直方向に進行するので光 吸収板 6 6に入射することないが、 迷光 Yは出光面 6 1 bに対して斜め方向に進 行するので光吸収板 6 6に入射して吸収されるため、 出光面 6 1 bから出光され る迷光 Yの量を減少させることができ、 2重像の問題を解決できる。 この光吸収 板 6 6は、 カーボンブラックなどの光吸収性の材料のみで形成しても良く、 また 、 表面にカーボンブラックなどの光吸収性の材料を塗布した板材で形成しても良 い。

更に、 拡散層 6 4に替えて、 フレネルレンズシート 6 1を構成する材料に光吸 収要素としての着色成分を添加してもよい。 この場合、 上述のように迷光 Yは正 規光 Xに比べてフレネルレンズシート内の進行距離が長いため、 上記着色成分に より吸収される割合が大きく、 2重像の発生を低減することができる。 着色成分 としては、 黒色顔料等が考えられる。 なお、 着色成分は正規光も吸収してしまう ため、 その吸収率が 5 0 %以下となるように若色成分を調整することが望ましい 実施例

以下、 本発明の実施例と比較例とを比.較することにより、 本発明について説明 する。

以下の実施例 1、 2及び比較例 1、 2に示すフレネルレンズシートを成形して 、 その成形性を評価した。 また、 これらフレネルレンズシートを直立配置して、 その下端から 2 0 O mm下がった高さで、 且つ、 その裏面から 2 8 5 mm離れた 位置に配置した投影装置から光を投射し、 投影装置に最も近い位置にあるプリズ ム （以下本実施例において最内プリズムという） における透過効率 （入射光量に 対する全反射面で反射して該シートから透過される光量の割合） を評価した。 具体的には透過効率を以下のようにして求めた。 .

① フレネルレンズシートに対してレーザー光を所定の角度で入射させる。

② レーザー光の入射光量 （パワー） Aを光量計で測定する。

③ 所定の角度で出光するレーザー光の光量 （パワー） Bを光量計で測定する

④ B /Aにより透過効率を求める。

(実施例 1 ) フレネノレレンズシ一トの大きさは縦 762 mm、 横 10 16 mm ( 50ィンチ 、 アスペク ト比 3 ： 4) とし、 それを形成する樹脂の屈折率は 1. 55とした。 全反射面での反射方向がシート面に対して垂直な方向となるように全反射面とシ ート面とのなす角 を設定した。 プリズムのピッチは （隣り合うプリズムの山間 の距離） 0. 1 1mmとし、 投影装置から最も遠いプリズム (以下本実施例にお いて最外プリズムとい'う） における屈折面とシート面とのなす角 δを 90° に設 定した。 ·

(実施例 2)

フレネルレンズシートの大きさは縦 762 mm、 横 10 16 mmとし、 それを 形成する樹脂の屈折率は 1. 5 5とした。 最外プリズムにおける全反射面での反 射方向がシート面に対して垂直より 5° 下向き方向となるように、 それから投影 装置に近づくプリズムほど反射方向の下向き角度が徐々に小さくなるようにし、 最外プリズムから 588 mm投影装置に近づいた位置にあるプリズムで反射方向 の下向き角度を 0° とした。 それ以降 （投影装置に近い方） のプリズムについて はすべて反射方向の下向き角度が 0° となるように、 全反射面とシート面とのな す角 ]3を設定した。 プリズムのピッチは （隣り合うプリズムの山間の距離） 0. 1 1 mmとし、 最外プリズムにおける屈折面とシート面とのなす角 δを 90° に 設定した。

(比較例 1 )

フレネルレンズシートの大きさは縦 762mm、 横 10 1 6 mm (50インチ 、 アスペク ト比 3 ： 4) とし、 それを形成する樹脂の屈折率は 1. 55とした。 .全反射面での反射方向がシート面に対して垂直な方向となるように全反射面とシ ート面とのなす角 を設定した。 プリズムのピッチは （隣り合うプリズムの山間 'の距離） 0. 1 lmmとし、 最外プリズムにおける屈折面とシート面とのなす角 δを 61. 6° に設定した。

(比較例 2)

フレネノレレンズシートの大きさは縦 762 mm、 横 10 16 mm (50インチ 、 アスペク ト比 3 : 4) とし、 それを形成する樹脂の屈折率は 1. 55とした。 全反射面での反射方向がシート面に対して垂直な方向となるように全反射面とシ ート面とのなす角 ]3を設定した。 プリズムのピッチは （隣り合うプリズムの山間 の距離） 0 . 0 8 6 mmとし、 最内プリズムにおける屈折面とシート面とのなす 角 δを 1 0 0 . 3 ° に設定した。

(評価結果）

実施例 1では、 すべてのプリズムにおいて屈折面のなす角 δ、 全反射面のなす 角 とも 9 0 ° 以下となったので、 成形時にフレネルレンズシートを金型から取 り外す際に容易に取り外すことができ、 成形性は良好であった。 また、 最内プリ ズムにおいての透過効率は 6 4 . 8 %となり、 従来の成形性を重視したフレネル レンズシート （例えば、 比較例 1 ) における透過効率に比べてかなり良好であつ た。

実施例 2では、 すべてのプリズムにおいて屈折面のなす角 δ、 全反射面のなす 角 ]3とも 9 0 ° 以下となったので、 成形時にフレネルレンズシートを金型から取 り外す際に容易に取り外すことができ、 成形性は良好であった。 また、 最内プリ ズムにおいての透過効率は 6 3 . 2 %となり、 実施例 1よりも約 4 %向上し、 さ らに良好な値となった。

比較例 1では、 すべてのプリズムにおいて屈折面のなす角 δ、 全反射面のなす 角 ]3とも 9 0 ° 以下となったので、 成形時にフレネルレンズシートを金型から取 り外す際に容易に取り外すことができ、 成形性は良好であった。 しかし、 最内プ リズムにおいての透過効率は 4 4 . 9 %となり、 透過効率は 5 0 %を大きく下ま わり、 不良であった。

比較例 2では、 最外プリズムにおいて屈折面のなす角 δが 1 0 0 . 3 ° となり 、 成形時にフレネルレンズシートを金型から取り外すことがかなり困難となり、 取り外した後のフレネルレンズシートのプリズムには欠陥が生じていた。 なお、 最内プリズムにおいての透過効率は 7 1 . 3 %となり、 良好であった。

以上のように、 実施例 1及び実施例 2のフレネルレンズシ一トは、 成形性と透 過効率を共に良好なレベルにすることができた。

以上説明したように、 本発明のフレネルレンズシートは上記のように構成され ているので、 その成形性を確保しながらも、 迷光が生じる割合が小さく透過効率 を高く維持できるという効果が得られる。 また、 このフレネルレンズシートを用 いて透過型スクリーンを形成し、 さらに背面透過型表示装置を形成したので、 こ れらの製造を容易としながらも透過効率の高い透過型スクリーン、 又は薄型で高 コントラス ト映像を提供できる背面透過型表示装置とすることができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 入光面と出光面とを有し、 光源から投射される光を入光面から入光させ 出光面から出光させる全反射型のフレネルレンズシートにおいて、

入光面に設けられ、 屈折面と全反射面を有する複数のプリズムを備え、 光源か らの光を屈折面で屈折したのち全反射面で全反射させ、

各プリズムにおける屈折面と全反射面とのなす角は略同一となっており、 光源から最も離れた位置にあるプリズムの屈折面とシート面とのなす角は略直 角となっていることを特徴とするフレネルレンズシート。

2 . 少なくとも光源から最も離れた位置にあるプリズムにおいて、 全反射面 で反射する光はシート面に垂直な方向より光源側に傾く方向に反射するように、 全反射面とシート面とのなす角が設定されることを特徴とする請求項 1に記載の フレネノレレンズシ—ト。

3 . 入光面の表面に低屈折率の材料からなる低屈折率層が形成されているこ とを特徴とする請求項 1記載のフレネルレンズシート。

4 . 光を拡散する光拡散要素、 又は光を吸収する光吸収要素の内の少なくと も何れか一方を更に備えたことを特徴とする請求項 1記載のフレネルレンズシー 卜。

5 . 光拡散要素は拡散半値角が 1 0 ° 以下となるように分散させた拡散材か らなることを特徴とする請求項 4に記載のフレネルレンズシ一ト。

6 . 光拡散要素は拡散半値角が 1 0 ° 以下となるように出光面に形成された 水平レンチキユラーレンズからなることを特徴とする請求項 4に記載のフレネル レンズシート。

7 . 光吸収要素は光吸収率が 5 0 %以下となるように添加された着色成分か らなることを特徴とする請求項 4に記載のフレネルレンズシート。

8 . 光吸収要素はシート面に対して垂直に配置された光吸収層からなること を特徴とする請求項 4に記載のフレネルレンズシート。

9 . 入光面と出光面とを有し、 光源から投射される光を入光面から入光させ 出光面から出光させる全反射型のフレネルレンズシートにおいて、 入光面に設け られ、 屈折面と全反射面を有する複数のプリズムを備え、 光源からの光を屈折面 で屈折したのち全反射面で全反射させ、 各プリズムにおける屈折面と全反射面と のなす角は略同一となっており、 光源から最も離れた位置にあるプリズムの屈折 面とシート面とのなす角は略直角となっていることを特徴とするフレネルレンズ シートからなり、

このフレネルレンズシート中に光を拡散する光拡散要素を一体に設けたことを 特徴とする透過型スクリーン。

1 0 . 入光面と出光面とを有し、 光源かち投射される光を入光面から入光さ せ出光面から出光させる全反射型のフレネルレンズシートにおいて、 入光面に設 けられ、 屈折面と全反射面を有する複数のプリズムを備え、 光源からの光を屈折 面で屈折したのち全反射面で全反射させ、 各プリズムにおける屈折面と全反射面 とのなす角は略同一となっており、 光源から最も離れた位置にあるプリズムの屈 折面とシート面とのなす角は略直角となっていることを特徴とするフレネルレン ズシートと、

フレネルレンズシートの出光面側に設置され、 光を拡散する光拡散要素と、 を備えたことを特徴とする透過型スクリーン。

1 1 . 外装を形成する箱体と、

箨体の前面に設けられた窓部に装着され、 入光面と出光面とを有し、 光源から 投射される光を入光面から入光させ出光面から出光させる全反射型のフレネルレ ンズシートにおいて、 入光面に設けられ、 屈折面と全反射面を有する複数のプリ ズムを備え、 光源からの光を屈折面で屈折したのち全反射面で全反射させ、 各プ リズムにおける屈折面と全反射面とのなす角は略同一となっており、 光源から最 も離れた位置にあるプリズムの屈折面とシート面とのなす角は略直角となってい ることを特徴とするフレネルレンズシートからなり、 このフレネルレンズシート 宁に光を拡散する光拡散要素を一体に設けたことを特徴とする透過型スクリーン と、

箱体の内部に配置され、 透過型スクリーンの背面から急角度で映像光を投射す る投影装置と、

を'備えたことを特徴とする背面透過型表示装置。

1 2 . 外装を形成する箱体と、

箱体の前面に設けられた窓部に装着され、 入光面と出光面とを有し、 光源から 投射される光を入光面から入光させ出光面から出光させる全反射型のフレネルレ ンズシートにおいて、 入光面に設けられ、 屈折面と全反射面を有する複数のプリ ズムを備え、 光源からの光を屈折面で屈折したのち全反射面で全反射させ、 各プ リズムにおける屈折面と全反射面とのなす角は略同一となっており、 光源から最 も離れた位置にあるプリズムの屈折面とシート面とのなす角は略直角となってい ることを特徴とするフレネルレンズシートと、 フレネルレンズシートの出光面側 に設置され、 光を拡散する光拡散要素と、 を備えたことを特徴とする透過型スク リーンと、

箱体の内部に配置され、 透過型スクリーンの背面から急角度で映像光を投射す る投影装置と、

を備えたことを特徴とする背面透過型表示装置。