(57)【要約】【課題】ゴースト等の表示不良を大幅に低減することができ、良好な映像を表示可能なフレネルレンズシート、透過型スクリーン及び背面投射型表示装置を提供する。【解決手段】フレネルレンズ層２２は、レンズ面２２ｂと非レンズ面２２ｃとを有する単位レンズ２２ａがフレネル基材層２１に複数配列されており、光源部７０及びフレネルレンズ形状の光学的中心Ｆ間の距離をＷとし、光学的中心Ｆ及びフレネルレンズ層２２の映像光Ｌの入射位置間の距離をＲとし、入射位置におけるフレネル基材層２１の出光面の角度をθＳとし、空気中、フレネルレンズ層２２の光の屈折率をｎ０、ｎＩとし、レンズ面２２ｂの角度をαとし、非レンズ面２２ｃの角度をβとし、θ０＝ａｒｃｔａｎ（Ｒ／Ｗ）、θ０‘＝θ０−θＳ、θ１＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ０／ｎＩ×ｓｉｎθ０‘）、θ２＝α−θ１、θ３＝ａｒｃｓｉｎ（ｎＩ／ｎ０×ｓｉｎθ２）としたときに、β≧α−θ３を満たす。【選択図】図７
2015152892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像光の出光側に凸であってレンズ面と非レンズ面とを有する単位レンズが基材の出光側の面に複数配列されたフレネルレンズ形状を有するレンズ層を備えたフレネルレンズシートであって、
前記レンズ層は、
前記映像光の光源から前記レンズ層のフレネルレンズ形状の光学的中心までの距離をＷとし、
前記光学的中心から前記レンズ層の前記映像光の入射位置までの距離をＲとし、
前記入射位置における前記基材の出光側の面と鉛直方向とのなす角度［°］をθＳとし、
空気中の光の屈折率をｎ０とし、
前記レンズ層の光の屈折率をｎＩとし、
前記レンズ面と前記基材の出光側の面とがなす角度［°］をαとし、
前記非レンズ面と前記基材の出光側の面に垂直な面とがなす角度［°］をβとし、
θ０＝ａｒｃｔａｎ（Ｒ／Ｗ）とし、
θ０‘＝θ０−θＳとし、
θ１＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ０／ｎＩ×ｓｉｎθ０‘）とし、
θ２＝α−θ１とし、
θ３＝ａｒｃｓｉｎ（ｎＩ／ｎ０×ｓｉｎθ２）とし、
θ０、θ０‘、θ１〜θ３の単位を［°］としたときに、
β≧α−θ３を満たすこと、
を特徴とするフレネルレンズシート。
【請求項２】
請求項１に記載のフレネルレンズシートにおいて、
θＣ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ０／ｎＩ）とし、
θＣの単位を［°］としたときに、
β≧θＣ−９０＋α＋θ２を満たすこと、
を特徴とするフレネルレンズシート。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のフレネルレンズシートにおいて、
シート面が曲面をなすような湾曲形状に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。
【請求項４】
一方の面側から投射された映像光を他方の面側に透過して映像を表示する透過型スクリーンであって、
前記映像光の入光側に設けられた請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートと、
前記フレネルレンズシートの出光側に設けられ、光を拡散する作用を有する光拡散層と、
を備える透過型スクリーン。
【請求項５】
請求項４に記載の透過型スクリーンと、
映像光を投射する光源部と、
を備える背面投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレネルレンズシート、透過型スクリーン、及び、これを備える背面投射型表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、映像光をスクリーンの背面側から投射して表示する背面投射型表示装置では、投射された映像光を透過して表示するための透過型スクリーンが広く用いられている。このような透過型スクリーンは、所望する光学特性に合わせて、様々な構成を有するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、近年、透過型スクリーンを備える背面投射型表示装置に関して、その用途によっては、背面投射型表示装置の外形と透過型スクリーンの表面形状との一体感が要求される等、その意匠性が高く要求される場合がある。このような場合には、意匠面におけるシステム全体との調和も必要であり、当然ながら、表示装置としての映像の良好さも要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２８１９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような背面投射型表示装置は、レンズ面及び非レンズ面を有した単位レンズが複数配列されたフレネルレンズ形状が基材上に形成されたレンズ層を備えており、映像源から投射された映像光が、基材に入射して、レンズ面から出射する。
ここで、このレンズ面から出射する映像光の一部は、隣接する単位レンズの非レンズ面で反射したり、その非レンズ面に入射したりする場合があり、それらの場合、投射された映像光のゴースト（２重像）の原因となり、明瞭な映像表示の妨げとなる場合があった。
【０００５】
本発明の課題は、ゴースト等の表示不良を大幅に低減することができ、良好な映像を表示可能なフレネルレンズシート、透過型スクリーン及びこれを備える背面投射型表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、映像光（Ｌ）の出光側に凸であってレンズ面（２２ｂ）と非レンズ面（２２ｃ）とを有する単位レンズ（２２ａ）が基材（２１）の出光側の面に複数配列されたフレネルレンズ形状を有するレンズ層（２２）を備えたフレネルレンズシート（２０）であって、前記レンズ層は、前記映像光の光源（７０）から前記レンズ層のフレネルレンズ形状の光学的中心（Ｆ）までの距離をＷとし、前記光学的中心から前記レンズ層の前記映像光の入射位置までの距離をＲとし、前記入射位置における前記基材の出光側の面と鉛直方向とのなす角度［°］をθＳとし、空気中の光の屈折率をｎ０とし、前記レンズ層の光の屈折率をｎＩとし、前記レンズ面と前記基材の出光側の面とがなす角度［°］をαとし、前記非レンズ面と前記基材の出光側の面に垂直な面とがなす角度［°］をβとし、θ０＝ａｒｃｔａｎ（Ｒ／Ｗ）とし、θ０‘＝θ０−θＳとし、θ１＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ０／ｎＩ×ｓｉｎθ０‘）とし、θ２＝α−θ１とし、θ３＝ａｒｃｓｉｎ（ｎＩ／ｎ０×ｓｉｎθ２）とし、θ０、θ０‘、θ１〜θ３の単位を［°］としたときに、β≧α−θ３を満たすこと、を特徴とするフレネルレンズシートである。
請求項２の発明は、請求項１に記載のフレネルレンズシート（２０）において、θＣ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ０／ｎＩ）と、θＣの単位を［°］としたときに、β≧θＣ−９０＋α＋θ２を満たすこと、を特徴とするフレネルレンズシートである。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のフレネルレンズシート（２０）において、シート面が曲面をなすような湾曲形状に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。
請求項４の発明は、一方の面側から投射された映像光（Ｌ）を他方の面側に透過して映像を表示する透過型スクリーン（１０）であって、前記映像光の入光側に設けられた請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシート（２０）と、前記フレネルレンズシートの出光側に設けられ、光を拡散する作用を有する光拡散層（３３）と、を備える透過型スクリーンである。
請求項５の発明は、請求項４に記載の透過型スクリーン（１０）と、映像光を投射する光源部（７０）と、を備える背面投射型表示装置（１）である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ゴースト等の表示不良を大幅に低減することができ、良好な映像を表示可能なフレネルレンズシート、透過型スクリーン及びこれを備える背面投射型表示装置をとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の背面投射型表示装置を説明する図である。
【図２】実施形態の透過型スクリーンの斜視図である。
【図３】実施形態の透過型スクリーンの層構成を説明する図である。
【図４】実施形態のフレネルレンズ層を説明する図である。
【図５】実施形態の光制御層を説明する図である。
【図６】フレネルレンズシートから生じる迷光を説明する図である。
【図７】実施形態のフレネルレンズシート及び光源部の配置関係や、単位レンズの形状等を説明する図である。
【図８】実施形態のフレネルレンズシートに透過する映像光の軌跡を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張している。
また、板、シート、フィルム等の言葉を使用しているが、これらは、一般的な使い方として、厚さの厚い順に、板、シート、フィルムの順で使用されており、本明細書中でもそれに倣って使用している。しかし、このような使い分けには、技術的な意味は無いので、特許請求の範囲の記載は、シートという記載で統一して使用した。従って、シート、板、フィルムの文言は、適宜置き換えることができるものとする。
さらに、本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
【００１０】
（実施形態）
図１は、本実施形態の背面投射型表示装置１を説明する図である。図１では、背面投射型表示装置１の奥行き方向に平行かつ鉛直方向に平行な断面を模式的に示している。
背面投射型表示装置１は、図１に示すように、透過型スクリーン１０と、光源部７０と、筐体８０とを備えている。この背面投射型表示装置１は、光源部７０から投射された映像光Ｌを、透過型スクリーン１０の背面側へ投射し、透過型スクリーン１０に映像を表示する。
なお、この背面投射型表示装置は、筐体内にミラーを設け、光源部７０から投射された映像光Ｌを、ミラーで反射させて透過型スクリーンの背面側へ投射するようにしてもよい。
【００１１】
本実施形態の背面投射型表示装置１は、太陽光や照明光等といった外光の影響が大きい環境で使用されるものであり、例えば、自動車の内部や船舶の内部（例えば、運転席や機関室等）に配置される車載用や船舶用の背面投射型表示装置である。本実施形態では、背面投射型表示装置１は、その表示画面の画面サイズ（透過型スクリーン１０の画面サイズ）が、対角６〜３０インチ程度の小型のものを例に挙げて説明する。
なお、これに限らず、本実施形態の背面投射型表示装置１は、室内等のように、外光の影響がそれほど大きくない環境において使用することも可能であり、画面サイズも、上記のものよりも大きなものとしてもよい。
【００１２】
透過型スクリーン１０は、図１に示すように、光源側（映像光の入光側）に凸となる湾曲形状を有している。この透過型スクリーン１０の詳細に関しては、後述する。
光源部７０は、透過型スクリーン１０に対して映像光Ｌを投射する映像源である。本実施形態では、この光源部７０は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）やレーザを利用したピコプロジェクタ等の小型の光源を用いることができる。
本実施形態の光源部７０は、図１に示すように、透過型スクリーン１０の背面側の下方に配置されている。
【００１３】
筐体８０は、透過型スクリーン１０を支持し、かつ、その内部に光源部７０を配置している。この筐体８０は、遮光性を有しており、不要な照明光や太陽光等の外光が透過型スクリーン１０の背面側から入射することを防止する。また、迷光等を吸収して低減する観点から、筐体内部は黒色等の暗色系とすることが好ましい。
【００１４】
図２は、本実施形態の透過型スクリーン１０の斜視図である。図２では、理解を容易にするために、透過型スクリーン１０のみを簡略化して示している。
図２に示すように、透過型スクリーン１０は、その全体を見た場合、スクリーン面が三次元曲面をなすような湾曲形状に形成されている。なお、透過型スクリーン１０は、スクリーン面が二次元曲面をなすような湾曲形状を有していてもよい。
【００１５】
ここで、スクリーン面とは、この透過型スクリーン１０全体として見たときにおける、透過型スクリーン１０の画面（表示面）となる面方向である。また、「二次元曲面」とは、単一の軸を中心として二次元的に湾曲しているもの、或いは、互いに平行な複数の軸を中心として異なる曲率で二次元的に湾曲しているものを意味するものとし、「三次元曲面」とは、互いに対して角度をなす複数の軸をそれぞれ中心として、部分的に又は全体的に湾曲しているものを意味するものとする。
【００１６】
本実施形態の透過型スクリーン１０は、図２に示すように、正面方向から見た場合の対角線の一方と平行で透過型スクリーン１０の観察者側（出光側）に位置する第１の軸Ａ１を中心とした方向Ｂ１に光源側（入光側）に凸となるように湾曲し、かつ、他方の対角線と平行で透過型スクリーン１０の観察者側に位置する第２の軸Ａ２を中心とした方向Ｂ２に光源側に凸となるように湾曲している。
そして、透過型スクリーン１０の表示面（出光面）において、その表示領域の幾何学的中心となる点Ｃ（透過型スクリーン１０の平面形状をなす矩形状の一対の対角線が交わる点）が観察者側から見て最も凹んだ形態となっている。なお、透過型スクリーン１０は、観察者側から見て最も凹んだ点が、点Ｃとは異なる点となる形態としてもよい。
【００１７】
また、透過型スクリーン１０は、観察者側の面（出光面）の観察者側から見て最も凹んだ形態となる点Ｃにおける法線方向Ｎに直交する平面（即ち、観察者側から見て最も凹んだ点Ｃでの接面）が、鉛直方向（画面上下方向）に平行となる。
このような透過型スクリーン１０において、湾曲形状の曲率半径は、その画面サイズにも依るが、２０００ｍｍ以下であることが好ましく、２５０ｍｍ以上であり１５００ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００１８】
なお、本実施形態では、透過型スクリーン１０は、スクリーン面（表示面）が光源側（入光側）に凸（即ち、観察者側へ凹）となる湾曲形状を有する例を示したが、これに限らず、例えば、観察者側（出光側）に凸となるような湾曲形状を有していてもよい。また、観察者側に凸となる部分と光源側に凸となる部分とを組み合わせた形状としてもよい。
また、湾曲形状の軸となる第１の軸Ａ１、第２の軸Ａ２は、透過型スクリーン１０を正面方向から見た場合の画面（表示面）の矩形形状の対角線にそれぞれ平行である例を示したが、これに限られるものでない。例えば、第１の軸Ａ１、第２の軸Ａ２は、透過型スクリーン１０を正面方向から見た場合に、観察画面の幾何学的中心となる点Ｃを通り画面上下方向に平行な方向と、画面左右方向に平行な方向とをそれぞれ第１の軸、第２の軸としてもよい。
【００１９】
図３は、本実施形態の透過型スクリーン１０の層構成を説明する図である。
図３では、透過型スクリーン１０の点Ｃを通り画面上下方向及び厚み方向に平行な断面の一部を拡大して示している。
本実施形態の透過型スクリーン１０は、図３に示すように、その厚み方向において、光源側（入光側、背面側）に位置するフレネルレンズシート２０と、観察者側（出光側）に位置する積層体３０とを備えている。
【００２０】
フレネルレンズシート２０は、光源部７０から投射され、フレネルレンズシート２０へ入光側（背面側）から入射した光を、観察者側へ偏向させ、略正面方向Ｎへ進む光束とする機能を有する。
このフレネルレンズシート２０は、その入光側（背面側）から順に、フレネル基材層２１（基材）と、フレネルレンズ層２２（レンズ層）とを備え、これらが一体に積層されている。
本実施形態では、フレネルレンズシート２０の入光面が、透過型スクリーン１０の入光面１０ａとなる。
【００２１】
フレネル基材層２１は、最も入光側に設けられた層であり、フレネルレンズシート２０の基材となる層である。フレネル基材層２１は、光透過性を有する樹脂製のシート状の部材を用いることができる。なお、フレネル基材層２１は、厚みが均一であり、入光側の面と、出光側の面とが平行に形成されている。
フレネル基材層２１は、例えば、ポリカーネート（ＰＣ）樹脂や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂や、メタクリル酸メチル・ブタジエン・スチレン（ＭＢＳ）樹脂、メタクリル酸メチル・スチレン（ＭＳ）樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂等により形成されたシート状の部材を用いることができる。
【００２２】
またフレネル基材層２１の厚みは、透過型スクリーン１０の画面サイズにもよるが、１．０〜４．０ｍｍとすることが好ましい。フレネル基材層２１の厚みが、１．０ｍｍ未満の場合には、剛性が不十分であり、４．０ｍｍを超える場合には、フレネルレンズシート２０から出射する映像光とフレネルレンズシート２０内で発生する迷光とのずれが大きくなり、２重像が生じやすくなる。従って、上記範囲とすることが好ましい。
このフレネル基材層２１は、光を拡散する拡散材を含有していてもよいし、拡散材を含有しない層と拡散材を含有する層を共押し出し成形した形態としてもよい。
【００２３】
フレネルレンズ層２２は、フレネル基材層２１の出光側（観察者側）に形成され、その出光側の面に単位レンズ２２ａが複数配列されて形成されたフレネルレンズ形状が形成されている。フレネルレンズ層２２は、フレネルレンズシート２０に入射した映像光を、略正面方向（点Ｃにおける接面の法線方向Ｎ）へ偏向して出光側へ向かわせる機能を有している。
図４は、本実施形態のフレネルレンズ層２２を説明する図である。図４（ａ）は、図３に示すフレネルレンズシートの断面をさらに拡大して示している。図４（ｂ）は、フレネルレンズ層２２を観察者側の正面方向（法線方向Ｎ）から見た図である。
なお、理解を容易にするために、図４では、フレネルレンズ層２２を略平板状として示している。また、図４（ａ）では、各単位レンズ２２ａが、入光側の面において、隣接する単位レンズ２２ａとつながっているが、以降に示す図６〜８においては、この各単位レンズ間のつながりは省略している。
【００２４】
単位レンズ２２ａは、図４（ａ）に示すように、出光側に凸であり、その断面形状が、略三角形形状であり、レンズ面２２ｂと非レンズ面２２ｃとを有している。
本実施形態のフレネルレンズ層２２は、その出光側の面に屈折型のフレネルレンズ形状を有している。図４（ｂ）に示すように、ここでは、フレネルレンズ層２２は、単位レンズ２２ａが点Ｆを中心として同心円状に配列されたサーキュラーフレネルレンズ形状を有する例を挙げて説明するが、これに限らず、リニアフレネルレンズ形状を有していてもよい。
【００２５】
本実施形態の単位レンズ２２ａが配列される同心円の中心（即ち、サーキュラーフレネルレンズ形状の光学的な中心、以下、光学的中心という）となる点Ｆは、図４（ｂ）に示すように、フレネルレンズシート２０の正面方向（透過型スクリーン１０の点Ｃにおける接面の法線方向Ｎ）から見た場合に、正面方向から見て点Ｃに対応する出光面側の点Ｃ２（フレネルレンズシート２０の幾何学的中心）を通る画面上下方向に平行な直線上であって、フレネルレンズシート２０の下方に位置している。
なお、これに限らず、点Ｆは、点Ｃ２を通る画面上下方向に平行な直線上であってフレネルレンズシート２０上に位置していてもよいし、また、フレネルレンズシート２０の幾何学的な中心Ｃ２上に位置していてもよく、要求される性能に応じて適宜設定することができる。
【００２６】
フレネルレンズ層２２は、ウレタンアクリレートやエポキシアクリレート等の紫外線硬化型樹脂を用いてフレネル基材層２１に一体に形成されている。なお、これに限らず、フレネルレンズ層２２は、電子線硬化型樹脂等の他の電離放射線硬化型樹脂を用いて形成してもよい。また、リニアフレネルレンズ形状を有する場合には、フレネルレンズ層２２及びフレネル基材層２１を一体として、熱可塑性樹脂を押し出し成形する等して作製してもよい。
【００２７】
図３に戻って、積層体３０の層構成について説明する。
積層体３０は、映像光の入光側から順に、光制御層３２、接合層３６、光拡散層３３、着色層３４、接合層３６、基板層３１、出光側機能層３５を備えている。
以下、積層体３０の各層について説明する。
基板層３１は、透過型スクリーン１０の剛性を高める機能を有する層である。この基板層としては、光透過性を有する樹脂製等の板状の部材を用いることができる。
本実施形態の基板層３１は、出光側機能層３５及び着色層３４の間に配置される。
この基板層３１は、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ＰＣ樹脂、アクロニトリル・スチレン（ＡＳ）樹脂等を押し出し成形する等により形成された板状の部材を用いることができる。また、この基板層３１の厚さは、約１．５〜５．０ｍｍとすることが、スクリーンとしての十分な剛性の確保や、曲面加工の容易性等の観点から好ましい。
【００２８】
図５は、本実施形態の光制御層３２を説明する図である。図５（ａ）は、光制御層３２の断面の一部（透過型スクリーン１０の画面上下方向に平行であって厚み方向に平行な断面の一部）を拡大して示している。図５（ｂ）は、光制御層３２を観察者側（出光側）の正面方向から見た一部を拡大して示している。なお、図５では、理解を容易にするために、光制御層３２は、平板状として示している。
光制御層３２は、基材部３２１と、光透過部３２２と、光吸収部３２３とを備えている。この光制御層３２は、図３に示すように、接合層３６を介して光拡散層３３の光源側（入光側）に接合されている。
【００２９】
基材部３２１は、光制御層３２のベース（基材）となる層である。
基材部３２１は、例えば、ＰＣ樹脂や、ＰＥＴ樹脂、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＭＢＳ樹脂、ＭＳ樹脂等により形成された、厚さが７５〜２００μｍのシート状の部材を用いることができる。
【００３０】
光透過部３２２は、基材部３２１の出光側（観察者側）の面に形成されている。
光透過部３２２は、図５に示すように、出光側に凸となる柱状であり、その柱部が画面左右方向に延在し、基材部３２１の出光側の面に沿って画面上下方向に複数配列されている。光透過部３２２は、その配列方向に平行であって透過型スクリーン１０の厚み方向に平行な断面における柱部の形状が、図５（ａ）に示すように、出光側を上底とし、入光側を下底とする略台形形状である。
本実施形態の光透過部３２２は、その柱部の断面形状が等脚台形であり、図５（ａ）に示すように、画面上下方向（配列方向）において対称な形状である。
【００３１】
この光透過部３２２は、光透過性を有する樹脂で形成されている。本実施形態の光透過部３２２は、ウレタンアクリレート等の紫外線硬化型樹脂を用いて紫外線成形法により形成されているが、これに限らず、電子線硬化型樹脂等の他の電離放射線硬化型樹脂により形成してもよい。
また、光透過部３２２は、ＰＥＴ樹脂等の熱可塑性樹脂等を用いて熱溶融押出成形法により形成されてもよく、光透過部３２２が十分な厚みや剛性等を有するならば、前述の基材部３２１を設けない形態としてもよい。
【００３２】
光吸収部３２３は、図５（ａ）に示すように、隣り合う光透過部３２２の柱部間の谷部に形成され、光を吸収する作用を有する部分である。
この光吸収部３２３は、図５（ｂ）に示すように、画面左右方向に延在し、光制御層３２の出光側の面に沿って光透過部３２２の柱部と画面上下方向に交互に配置される形態となっている。また、光透過部３２２の出光側の面と光吸収部３２３の出光側の面とで光制御層３２の出光側の面が形成されている。
【００３３】
光吸収部３２３は、その配列方向に平行であって透過型スクリーン１０の厚み方向に平行な断面における断面形状が楔形形状である。
ここで、楔形形状とは、一方の端部の幅が広く、他方に向けて次第に幅が狭くなる形状をいい、三角形形状や台形形状等を含む。従って、光吸収部３２３は、図５（ａ）に示すように、その断面形状が、観察者側（出光側）を下底、光源側（入光側）を上底とする略台形形状としてもよいし、光源側を頂点とする略三角形形状としてもよい。
【００３４】
本実施形態の光吸収部３２３は、黒色ビーズ等の光吸収材を含有した光透過性を有する樹脂を、光透過部３２２の柱部間の谷部にワイピング（スキージング）して充填し、硬化させる等して形成されている。
光吸収部３２３に用いられる光透過性を有する樹脂としては、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等の紫外線硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂等の電離放射線硬化型樹脂が挙げられる。
光吸収部３２３に用いられる光吸収材は、可視光領域の光を吸収する機能を有する粒子状等の部材であり、例えば、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄等の金属塩、顔料や染料、顔料や染料で着色された樹脂粒子等である。顔料や染料で着色された樹脂粒子を用いる場合には、その樹脂粒子は、アクリル系樹脂や、ＰＣ樹脂、ＰＥ（ポリエチレン）樹脂、ＰＳ（ポリスチレン）樹脂、ＭＢＳ樹脂、ＭＳ樹脂等により形成されたものを用いることができる。
【００３５】
この光吸収部３２３の屈折率は、光透過部３２２の屈折率よりも小さいことが、映像光の光線制御の観点から好ましい。従って、光吸収部３２３に用いられる光透過性を有する樹脂は、光透過部３２２を形成する樹脂よりも屈折率が小さいものが好ましい。
なお、光吸収部３２３の屈折率は、求める光学性能等に応じて、光透過部３２２の屈折率と同じものとしてもよいし、光透過部３２２の屈折率よりも大きくしてもよく、適宜設定してよい。
【００３６】
図５（ａ）に示すように、この光透過部３２２（光吸収部３２３）の配列ピッチはＰ１であり、光透過部３２２の厚みはＤ１であり、配列方向における光透過部３２２の柱部の上底の寸法はＷ１である。また、配列方向における光吸収部３２３の下底の寸法はＷ２であり、上底の寸法はＷ３であり、厚み方向における光吸収部３２３の寸法はＨ１である。さらに、光透過部３２２と光吸収部３２３との界面が透過型スクリーン１０の厚み方向となす角度はθである。
【００３７】
この光制御層３２は、光吸収部３２３により、観察者側から入射した外光Ｇを吸収することができ、映像のコントラストを向上させることができる。また、光吸収部３２３は、スクリーン内で発生した迷光等も吸収することができる。
さらに、光透過部３２２の屈折率が光吸収部３２３の屈折率よりも大きい場合には、光透過部３２２と光吸収部３２３との界面に臨界角以上の角度で入射する映像光Ｌは、その界面で全反射して出光側へ向かうので、光制御層３２は、映像光を効率よくその出光側の視野角範囲内へ向けることができ、輝度の高い明るい映像を表示できる。
【００３８】
図３に戻り、光拡散層３３は、光を拡散する作用を有する層である。光拡散層３３は、光制御層３２の観察者側（出光側）に接合層３６を介して接合されている。本実施形態の光拡散層３３は、光を等方的に拡散する作用を有している。
この光拡散層３３は、光透過性を有する樹脂に、光を拡散する拡散材を含有させたシート状の部材を用いることができる。
光拡散層３３の母材となる光透過性を有する樹脂としては、例えば、ＭＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ＰＣ樹脂、ＰＥＴ樹脂等が挙げられる。
【００３９】
また、拡散材としては、プラスチックビーズ等の有機フィラーであり、特に、透明度の高いものが好ましい。このようなプラスチックビーズとしては、メラミン樹脂製、アクリル樹脂製、ＡＳ樹脂製、ＰＣ樹脂製等の粒子状等のものを適用可能である。また、シリコン系ビーズも拡散材として使用可能である。さらに、所望する拡散性能等に合わせて、これらの光拡散材を適宜選択し、所定の割合で組み合わせる等して使用可能である。このような拡散材は、例えば、その平均粒径が約１〜３０μｍのものを使用することが好ましい。
【００４０】
光拡散層３３の厚さは、０．０５〜２．０ｍｍとすることが好ましい。光拡散層３３の厚みが、０．０５ｍｍ未満となると、光拡散効果が不十分となる可能性があり、また、２．０ｍｍを超えると、透過型スクリーン１０に表示される映像がぼやけ、解像度が低下する可能性がある。従って、光拡散層３３の厚さは、上記の範囲内が好ましい。
【００４１】
着色層３４は、光拡散層３３よりも出光側（観察者側）に設けられ、所定の色及び濃度で着色されたシート状の部材である。着色層３４は、出光側の面が、接合層３６を介して基板層３１に接合されている。着色層３４は、観察者側から透過型スクリーン１０に入射する外光を吸収する機能や、透過型スクリーン１０内で発生した迷光等を吸収する機能等を有する。
着色層３４は、光吸収材や着色剤を含有した透明樹脂により形成されている。この着色層３４の母材となる透明樹脂は、ＭＢＳ樹脂や、アクリル樹脂、ＰＣ樹脂、ＰＥＴ樹脂等を用いることができる。また、着色層３４に含有される光吸収材は、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄等の金属塩等が用いられ、着色剤としては、グレー系や黒色系等の暗色系の染料や顔料等を用いることができる。
【００４２】
着色層３４は、その厚さが、１０〜２００μｍとすることが好ましい。着色層３４の厚みが１０μｍ未満であると、外光等を吸収する作用が不十分となる可能性がある。また、着色層３４の厚みが２００μｍを超えると、映像光の透過率が低下することに加え、光源部７０の出力を高める必要が生じて消費電力が増大する可能性がある。従って、着色層３４の厚さは、上記範囲内とすることが好ましい。
【００４３】
本実施形態の着色層３４及び光拡散層３３は、共押し出し成形することにより一体に形成されており、着色層３４と光拡散層３３との間には、接合層等を有していない。しかし、これに限らず、着色層３４及び光拡散層３３を別々に成形し、不図示の接合層等を介して、この積層体３０内に積層される形態等としてもよいし、その積層体３０内での位置も適宜変更してよい。
【００４４】
出光側機能層３５は、透過型スクリーン１０の最も出光側（観察者側）に配置される層であり、本実施形態では、基板層３１の出光側に配置される。この出光側機能層３５は、ハードコート機能や、反射防止機能、帯電防止機能、紫外線吸収機能、防汚機能等の少なくとも１つの機能を有する層である。
本実施形態の出光側機能層３５は、ハードコート機能を有しており、ＪＩＳ  Ｋ５６００−５−４（１９９４）で規定される鉛筆硬度試験で「２Ｈ」以上の硬度を有している。この出光側機能層３５は、例えば、ハードコート機能を有するアクリル系の紫外線硬化型樹脂、又は、アクリル系の熱硬化型樹脂を、基板層３１の出光側の面に塗布して、硬化させることにより形成される。
【００４５】
接合層３６は、透過型スクリーン１０を構成する各層を一体に接合する層である。本実施形態の接合層３６は、光制御層３２と光拡散層３３との間、着色層３４と基板層３１との間に設けられ、これらの層を一体に接合している。
この接合層３６は、例えば、紫外線硬化型のアクリル系樹脂や、圧力により粘着性が顕在化する感圧粘着型のアクリル系樹脂等を用いることができる。
また、接合層３６の厚さは、透過型スクリーン１０の大きさや使用環境、接合する各層の樹脂の特性、接合層として使用する樹脂の特性等に合わせて、１０〜１００μｍの範囲内で適宜選択できる。
【００４６】
この透過型スクリーン１０は、例えば、以下のように形成される。
まず、熱可塑性樹脂を押し出し成形する等により、シート状のフレネル基材層２１を作製し、所定の大きさに裁断する。そして、その枚葉状のフレネル基材層２１とフレネルレンズ形状を賦形する成形型との間に、紫外線硬化型樹脂を充填した状態で、紫外線を照射してこの紫外線硬化型樹脂を硬化させ、成形型から離型する紫外線成形法等により、フレネル基材層２１の片面にフレネルレンズ層２２が形成された略平板状のフレネルレンズシートが作製される。
次に、この略平板状のフレネルレンズシートを加熱して軟化させ、フレネル基材層２１側が凸となるように、所定の曲面形状を有した不図示の型面に押圧する等して曲面成形する。これにより、曲面形状を有するフレネルレンズシート２０が完成する。
【００４７】
一方、積層体３０は、まず、基板層３１、光制御層３２、光拡散層３３及び着色層３４をそれぞれ個別に形成し、そのそれぞれを、接合層３６により接合することによって一体に形成される。
そして、この一体に接合された積層体を、加熱して軟化させ、光制御層３２側が凸となるように、上述のような所定の曲面形状を有した不図示の型面に押圧する等して曲面成形し、積層体３０が形成される（図３参照）。なお、この曲面成形は、真空成形法を用いることが好ましい。
そして、この曲面成形された積層体３０を、曲面成形されたフレネルレンズシート２０の観察者側に配置することにより、透過型スクリーン１０が完成する。
【００４８】
この透過型スクリーン１０における映像光Ｌ及び外光Ｇの様子を説明する。
本実施形態の透過型スクリーン１０において、光源部７０から投射された映像光Ｌは、図３に示すように、透過型スクリーン１０に入射する。
映像光Ｌは、まず、フレネルレンズシート２０内を透過し、フレネルレンズ層２２によって正面方向（前述の点Ｃにおける接面の法線方向Ｎ）へ偏向されて出射され、積層体３０へ入射する。
【００４９】
積層体３０に入射した映像光Ｌは、光制御層３２に入射し、一部はそのまま正面方向へ出射し、他の一部は光透過部３２２と光吸収部３２３との界面で全反射する等して画面上下方向へ拡散される（図５（ａ）参照）。このとき、角度θは所定の値となっており、画面上下方向への拡散の度合いは小さいので、正面輝度の低下や画面上下方向への必要以上の拡散を招くことはない。
そして、映像光Ｌは、さらに光拡散層３３で等方的に拡散され、着色層３４及び出光側機能層３５を透過して観察者側へ出射する。
【００５０】
一方、観察者側から透過型スクリーン１０へ入射する太陽光や照明光等の外光Ｇ（図３，図５参照）は、一部が着色層３４で吸収され、一部が光吸収部３２３で吸収される。従って、照明光等の外光によるコントラストの低下を大幅に改善することができる。
【００５１】
次に、フレネルレンズシートから生じる迷光について説明する。
図６は、フレネルレンズシートから生じる迷光を説明する図である。図６（ａ）は、フレネルレンズシートに入射した映像光の軌跡を示す図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のｂ部詳細を示す図である。
なお、図６では、理解を容易にするために、フレネルレンズシートは、平板状として示している。また、以下の図６のフレネルレンズシート１２０の説明において、本実施形態のフレネルレンズシート２０と同様の機能を果たす部分には、末尾（下二桁）に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
【００５２】
図６（ａ）に示すように、フレネルレンズシート１２０に入射した映像光Ｌは、その大部分がフレネル基材層１２１及びフレネルレンズ層１２２を透過してレンズ面１２２ｂから出射する。
このとき、レンズ面１２２ｂを出射した映像光Ｌの一部が、迷光Ｐとなる。具体的には、図６（ｂ）に示すように、レンズ面１２２ｂを出射した映像光Ｌの一部であって、隣接する単位レンズ１２２ａの非レンズ面１２２ｃとの境界に近い位置から出射する映像光Ｌ１が、隣接する単位レンズ１２２ａの非レンズ面１２２ｃに全反射して迷光ｐ１になったり、隣接する単位レンズ１２２ａの非レンズ面１２２ｃに入射して、その単位レンズのレンズ面１２２ｂから観察者側に出射して迷光ｐ２になったりする。
【００５３】
また、フレネルレンズシート１２０に入射した映像光Ｌの一部が、図６（ａ）に示すように、単位レンズ１２２ａのレンズ面１２２ｂの界面で反射する。この反射光の一部（Ｌ２）は、非レンズ面１２２ｃから出射して隣接する単位レンズ１２２ａのレンズ面１２２ｂに入射し、フレネル基材層１２１の入光面の界面で反射して、他の単位レンズ１２２ａの非レンズ面１２２ｃから迷光Ｑとなって観察者側に出射する。
このような迷光Ｐ（ｐ１、ｐ２）や、迷光Ｑは、投射された映像光が２重像になってしまう、いわゆるゴーストの発生要因や、像がぼけて解像度の低下要因になってしまい、投射型スクリーンの明瞭な映像表示の妨げとなっていた。
【００５４】
そこで、本実施形態の透過型スクリーン１０は、単位レンズ２２ａの形状を以下の方法で特定することにより、上述の迷光Ｐ、Ｑの発生を抑制する。
図７は、本実施形態のフレネルレンズシート及び光源部の配置関係や、単位レンズの形状等を説明する図である。図７（ａ）は、フレネルレンズシートと光源部との配置関係を示す図であり、図７（ｂ）は、単位レンズの形状と、それに入射する映像光Ｌとの関係を示す図である。
図８は、本実施形態のフレネルレンズシートに透過する映像光の軌跡を示す図である。なお、図７及び図８では、理解を容易にするために、フレネルレンズシートは、平板状として示している。
【００５５】
（迷光Ｐの抑制）
フレネルレンズシート２０は、図７（ｂ）に示すように、単位レンズ２２ａのレンズ面２２ｂとフレネル基材層２１の出光面とがなす角度［°］をαとし、非レンズ面２２ｃとフレネル基材層２１の出光面に垂直な面とがなす角度［°］をβとしたときに、βが以下の式（１）を満たすようにして単位レンズ２２ａが形成される。
【００５６】
式（１）  β≧α−θ３
【００５７】
ここで、Ｗは、図７（ａ）に示すように、映像光Ｌの光源部７０からフレネルレンズ層２２のフレネルレンズ形状の光学的中心Ｆまでの距離を示し、Ｒは、光学的中心Ｆからフレネルレンズ層２２の映像光Ｌの入射位置までの距離を示すものとする。
また、θＳは、図７（ｂ）に示すように、上記入射位置におけるフレネル基材層２１の出光面と鉛直方向（画面上下方向）とのなす角度［°］を示しており、湾曲したフレネルレンズシート２０の単位レンズ２２ａの傾きを示す。
更に、ｎ０は、空気中の光の屈折率を示し、ｎＩは、フレネルレンズ層２２の光の屈折率を示す。
また、θ０＝ａｒｃｔａｎ（Ｒ／Ｗ）であり、
θ０‘＝θ０−θＳであり、
θ１＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ０／ｎＩ×ｓｉｎθ０‘）であり、
θ２＝α−θ１であり、
θ３＝ａｒｃｓｉｎ（ｎＩ／ｎ０×ｓｉｎθ２）である。
さらに、θ０、θ０‘、θ１〜θ３の単位は［°］である。
【００５８】
上述の式（１）を満たすようにして単位レンズ２２ａを形成することにより、透過型スクリーン１は、図８に示すように、映像光Ｌ１が、非レンズ面２２ｃに反射又は入射してしまうのを抑制することができ、上述の迷光Ｐ（図６参照）が発生してしまうのを大幅に抑制することができる。これにより、透過型スクリーン１は、迷光Ｐが起因となるゴーストの発生を抑制することができ、良好な映像を表示することができる。
【００５９】
（迷光Ｑの抑制）
フレネルレンズシート２０は、βが下記式（２）を満たすようにして単位レンズ２２ａが形成される。
【００６０】
式（２）  β≧θＣ−９０＋α＋θ２
【００６１】
ここで、θＣ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ０／ｎＩ）であり、その単位は、［°］である。
なお、上記式（２）は、図７（ｂ）に示すθ４が、θ４≧θＣを満たす必要があることから導かれる。ここで、θ４［°］は、図７（ｂ）に示すように、θ４＝９０−α＋β−θ２と導かれる。
【００６２】
上述の式（２）を満たすようにして単位レンズ２２ａを形成することにより、透過型スクリーン１は、図８に示すように、レンズ面２２ｂの界面で反射した映像光Ｌ２を、非レンズ面２２ｃで全反射させ、その反射した光をフレネル基材層２１の入光面から光源側へ出射させることができるので、上述の迷光Ｑ（図６参照）が発生してしまうのを大幅に抑制することができる。ここで、フレネル基材層２１の光源側に配置される筐体内部が暗色系に着色されているので、このフレネル基材層２１の入光面から出射した光は、その筐体内部で吸収されることとなる。これにより、透過型スクリーン１は、迷光Ｑが起因となるゴーストの発生を抑制することができ、良好な映像を表示することができる。
【００６３】
なお、上述の式（１）に加え、式（２）も満たすようにβを設定することにより、透過型スクリーン１は、迷光Ｐだけでなく、迷光Ｑの発生も同時に抑制することができ、迷光Ｐ及び迷光Ｑが起因となるゴーストの発生を抑制することができ、更に良好な映像を表示することができる。
【００６４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載したものに限定されない。なお、前述した実施形態及び後述する変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。
【００６５】
（変形形態）
（１）本実施形態では、透過型スクリーン１０は、光源側（入光側）に凸となる湾曲形状に形成される例を示したが、これに限定されるものでない。透過型スクリーンは、例えば、平板状に形成されるようにしてもよく、また、観察者側（出光側）に凸となる湾曲形状に形成されるようにしてもよい。さらに、フレネルレンズシートが平板状であって、積層体が若干湾曲し、透過型スクリーン全体としては湾曲形状に形成されるようにしてもよい。
（２）本実施形態において、積層体３０は、光源側（入光側）から順に、光制御層３２、接合層３６、光拡散層３３、着色層３４、接合層３６、基板層３１、出光側機能層３５を備える例を示したが、これに限らず、その層構成等は、所望する光学性能に応じて適宜変更してよい。
【００６６】
（３）本実施形態において、積層体３０は、光制御層３２を備える例を示したが、これに限らず、例えば、光制御層３２を備えていない形態としてもよい。例えば、積層体３０は、基板層３１と、光拡散層３３と、着色層３４と、出光側機能層３５とを一体に積層した形態としてもよいし、レンチキュラーレンズ層等の光学形状を有する層を有する形態としてもよい。また、積層体３０に替えて、入光側に単位レンズが水平方向に配列され、その単位レンズの表面に、単位レンズの形状に沿って着色層が形成されたレンチキュラーレンズシート等を有する形態としてもよい。
【００６７】
（４）フレネル基材層２１の入光側の面又は出光側の面に、反射防止機能や、帯電防止機能、防汚機能等の機能を適宜備えた機能層を設けるようにしてもよい。
【００６８】
（５）本実施形態において、光源部７０は、背面投射型表示装置１の使用状態において、透過型スクリーン１０に対して、図１に示すように、鉛直方向下側から映像光を投射する例を挙げて説明したが、これに限らず、例えば、透過型スクリーン１０に対して鉛直方向上側から映像光を投射する形態としてもよい。この場合、フレネルレンズ形状の光学的中心Ｆは、フレネルレンズシートの幾何学的中心Ｃ２に対して上側に配置される必要がある。
（６）本実施形態において、出光側機能層３５を設ける例を示したが、これに限らず、基板層３１が十分な耐擦傷性等を有するのであれば、出光側機能層３５を設けない形態としてもよい。このような形態とすることにより、生産工程の短縮化、生産コストの低減等の効果を奏することができる。
【００６９】
（７）本実施形態において、着色層３４は、光拡散層３３と共に共押し出し成形され、光拡散層３３の観察者側に配置される例を示したが、これに限らず、例えば、着色層３４は、単層で押し出し成形され、光制御層３２と基板層３１との間や、光拡散層３３と光制御層３２との間等に設けてもよい。
本実施形態において、光拡散層３３と着色層３４とを備える例を示したが、これに限らず、光拡散層３３に光吸収材や着色剤を含有させた形態とし、着色層３４を設けない形態としてもよい。
また、所望する光学特性等によっては、光拡散層３３に加えて、着色層３４が光拡散材を含有する形態としてもよい。
【００７０】
（８）本実施形態において、光透過部３２２及び光吸収部３２３の断面形状は、略等脚台形状である例を示したが、これに限らず、例えば、１つの光透過部３２２の画面上下方向において、光吸収部３２３との界面がシートの厚み方向となす角度θにおいて、上側の角度θと下側の角度θとが異なる大きさのもの、即ち、光透過部及び光吸収部が、画面上下方向において非対称な形状のものとしてもよい。
また、角度θは、光透過部３２２及び光吸収部３２３の配列方向（画面上下方向）において、変化する形態としてもよい。
さらに、光吸収部３２３の断面形状は、出光側の幅が入光側の幅よりも小さい楔形形状としてもよい。この場合、光吸収部３２３及び光透過部３２２の出光側に基材部３２１が位置する形態としてもよい。このような形態とした場合には、よりコントラストを向上させることができる。また、光吸収部３２３の断面形状は、矩形状としてもよい。
さらにまた、光制御層３２は、光透過部３２２及び光吸収部３２３が画面上下方向に延在し、画面左右方向に交互に配置されるようにしてもよい。
【００７１】
（９）本実施形態において、光制御層３２は、１層である例を示したが、これに限らず、例えば、光透過部３２２及び光吸収部３２３が画面上下方向に延在し、画面左右方向に配列された第２の光制御層をさらに備える形態としてもよい。
（１０）本実施形態において、接合層３６は、着色剤や拡散材を含有していない例を挙げて説明したが、これに限らず、所望する光学性能に合わせて、拡散材や着色剤、紫外線吸収剤等を添加してもよい。
【００７２】
なお、本実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。
【符号の説明】
【００７３】
１    背面投射型表示装置
１０    透過型スクリーン
２０    フレネルレンズシート
２１    フレネル基材層
２２    フレネルレンズ層
２２ａ    単位レンズ
２２ｂ    レンズ面
２２ｃ    非レンズ面
３０    積層体
３１    基板層
３２    光制御層
３３    光拡散層
３４    着色層
３５    出光側機能層
７０    光源部
【図１】
2015152892.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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