(57)【要約】【課題】リニアフレネルレンズシートが組み込まれた透過型スクリーンの表面に発生し得る帯ムラを目立たなくする。【解決手段】リニアフレネルレンズシート３は、配列方向Ｐに沿って複数のレンズ面１４を配列したリニアフレネルレンズ面１３が形成された第１面１１と、当該第１面１１に対向する第２面１２と、を有するレンズ層１０と、レンズ層１０の第２面１２側に積層された拡散層２０と、を備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配列方向に沿って複数のレンズ面を配列したリニアフレネルレンズ面が形成された第１面と、当該第１面に対向する第２面と、を有するレンズ層と、
前記レンズ層の前記第２面側に積層された拡散層と、
を備える、リニアフレネルレンズシート。
【請求項２】
当該リニアフレネルレンズシートの内部における前記拡散層による光の拡散の程度をヘイズ値により表した値である拡散層の内部拡散度が、７０以上である、請求項１に記載のリニアフレネルレンズシート。
【請求項３】
前記レンズ層の前記リニアフレネルレンズ面と、前記拡散層の前記レンズ層とは反対側の面と、の間の最大距離は、１．０ｍｍ以下である、請求項１または２に記載のリニアフレネルレンズシート。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のリニアフレネルレンズシートと、
前記リニアフレネルレンズシートの前記拡散層に映像光を投射する投射面を有する光源と、を備える、透過型表示装置。
【請求項５】
前記光源の前記投射面から最も離間した位置にある前記レンズ面が前記レンズ層のシート面に対してなす角度をα１°とし、前記レンズ層の屈折率をｎとし、前記光源の前記投射面から最も離間した位置にある前記レンズ面の中央と前記光源の前記投射面の中央とを結ぶ仮想直線が、前記レンズ層の前記シート面の法線方向に対してなす角度をθｉ°とすると、
−α１＋ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）＋ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ×ｓｉｎθｉ）≦１０°
の関係を満たす、請求項４に記載の透過型表示装置。
【請求項６】
前記リニアフレネルレンズシートと前記光源との間の距離は、前記レンズ面の前記配列方向における前記リニアフレネルレンズ面の長さ以下である、請求項４または５に記載の透過型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から投射された映像光を出光側に出射するリニアフレネルレンズシート、並びに、このリニアフレネルレンズシートを備えた透過型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
背面投射型映像表示装置では、背面から拡大投射される映像光を表示する透過型スクリーンが使用されている。特許文献１に開示された透過型スクリーンは、光源から拡大投射される映像光を略平行光となるように偏向させるリニアフレネルレンズシートと、リニアフレネルレンズシートから出射した映像光を拡散させて視野角を拡げる拡散シートと、を含んでいる。このうち、リニアフレネルレンズシートは、配列方向に沿って複数のレンズ面を配列したリニアフレネルレンズ面を有している。典型的には、リニアフレネルレンズ面は、出光側の面に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２９２８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
昨今では、光源と透過型スクリーンとの間の距離を短くして、背面投射型映像表示装置をコンパクトに構成する試みがなされてきている。しかしながら、本件発明者らが検討を重ねたところ、光源と透過型スクリーンとの間の距離が短くなると、特定の方向から透過型スクリーンを観察した場合に、透過型スクリーンの表面に、レンズ面の配列方向に直交する方向に延びる明暗の縞からなる帯ムラが発生することが確認された。図７には、従来の透過型スクリーン５０２の出光側の面５０２ａに発生し得る帯ムラが概略的に示されている。図７に示すように、帯ムラは、出光側の面５０２ａの中央から大きく離間した領域Ｓに確認された。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、リニアフレネルレンズシートが組み込まれた透過型スクリーンの表面に発生し得る帯ムラを目立たなくすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるリニアフレネルレンズシートは、配列方向に沿って複数のレンズ面を配列したリニアフレネルレンズ面が形成された第１面と、当該第１面に対向する第２面と、を有するレンズ層と、
前記レンズ層の前記第２面側に積層された拡散層と、
を備える。
【０００７】
本発明によるリニアフレネルレンズシートにおいて、当該リニアフレネルレンズシートの内部における前記拡散層による光の拡散の程度をヘイズ値により表した値である拡散層の内部拡散度が、７０以上であってもよい。
【０００８】
本発明によるリニアフレネルレンズシートにおいて、前記レンズ層の前記リニアフレネルレンズ面と、前記拡散層の前記レンズ層とは反対側の面と、の間の最大距離は、１．０ｍｍ以下であってもよい。
【０００９】
本発明による透過型表示装置は、前記いずれかの特徴をもつリニアフレネルレンズシートと、
前記リニアフレネルレンズシートの前記拡散層に映像光を投射する投射面を有する光源と、を備える。
【００１０】
本発明による透過型表示装置において、前記光源の前記投射面から最も離間した位置にある前記レンズ面が前記レンズ層のシート面に対してなす角度をα１°とし、前記レンズ層の屈折率をｎとし、前記光源の前記投射面から最も離間した位置にある前記レンズ面の中央と前記光源の前記投射面の中央とを結ぶ仮想直線が、前記レンズ層の前記シート面の法線方向に対してなす角度をθｉ°とすると、
−α１＋ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）＋ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ×ｓｉｎθｉ）≦１０°
の関係を満たしてもよい。
【００１１】
本発明による透過型表示装置において、前記リニアフレネルレンズシートと前記光源との間の距離は、前記レンズ面の前記配列方向における前記リニアフレネルレンズ面の長さ以下であってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、リニアフレネルレンズシートが組み込まれた透過型スクリーンの表面に発生し得る帯ムラを目立たなくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態による透過型表示装置を示す概略斜視図である。
【図２】図１に示す透過型表示装置の概略平面図である。
【図３】図１に示す透過型表示装置のリニアフレネルレンズシートを拡大して示す拡大図である。
【図４】図３に示すリニアフレネルレンズ面のレンズ面を拡大して示す拡大図である。
【図５】透過型スクリーンの出光側の面に帯ムラが発生するときの、光源からの映像光がレンズ面に入射する条件について説明するための図である。
【図６】図２に示す一点鎖線で囲まれた領域Ａを拡大して示す拡大図である。
【図７】透過型スクリーンの出光側の面に発生する帯ムラを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。図１乃至図６は、本発明の一実施の形態によるリニアフレネルレンズシートを説明するための図である。このうち図１及び図２は、それぞれ、本発明の一実施の形態によるリニアフレネルレンズシートを備えた透過型スクリーンを示す概略斜視図及び概略平面図である。
【００１５】
図１及び図２に示すように、透過型スクリーン２は、光源７から投射された映像光Ｌを観察側に投影して表示するためのものである。透過型スクリーン２は、図１に示すように、光源７の投射面８から投射された映像光Ｌを観察側へ略平行光となるように偏向させるリニアフレネルレンズシート３と、当該リニアフレネルレンズシート３の観察側に配置され、映像光Ｌを拡散させて広い範囲の観察者へ向けて映像光Ｌを出射させる拡散シート４と、を備えている。拡散シート４の出光側の面が、観察者へ向けて映像光Ｌを出射する透過型スクリーン２の出光側の面２ａをなしている。このような透過型スクリーン２は、透過型表示装置１に組み込んで使用することができる。
【００１６】
図１及び図２に示すように、透過型表示装置１は、透過型スクリーン２と、透過型スクリーン２のリニアフレネルレンズシート３に向けて映像光Ｌを投射する投射面８を有した光源（映像光源）７と、を備えている。このうち、光源７は、ＬＣＤやＤＬＰなどの映像源、映像源に光を照射するランプ、映像源を介して出射される映像光を拡大投射するための投射レンズなどを有している。
【００１７】
このような透過型表示装置１において、光源７の投射面８から投射された映像光Ｌは、リニアフレネルレンズシート３のレンズ層１０の法線方向ｎｄに対して所定の投射角度をなす方向からリニアフレネルレンズシート３の各位置に入射するようになっている。リニアフレネルレンズシート３に入射する光の進行方向が法線方向ｎｄに対してなす角度である投射角度は、リニアフレネルレンズシート３への入射位置に応じて変化する。そして、光源７からリニアフレネルレンズシート３の各位置に入射する光の投射角度は、光源７とリニアフレネルレンズシート３との相対位置関係、例えば、離間距離や、リニアフレネルレンズシート３に対する光源７の光軸の向き等を適切に選定することにより、調整することができる。
【００１８】
本実施の形態の透過型表示装置１では、装置全体をコンパクトに構成すべく、リニアフレネルレンズシート３と光源７との間の距離ｖを短く設定している。このため、光源７からリニアフレネルレンズシート３の各位置に入射する光の進行方向が法線方向ｎｄに対してなす投射角度の最大値は、従来よりも格段に大きい例えば４０°〜６０°程度に設定されている。一例として、リニアフレネルレンズシート３と光源７との間の距離ｖは、後述するレンズ面１４の配列方向Ｐにおけるリニアフレネルレンズ面１３の長さｕ以下に設定してもよい。好ましくは、リニアフレネルレンズシート３と光源７との間の距離ｖは、レンズ面１４の配列方向Ｐにおけるリニアフレネルレンズ面１３の長さｕの６５％以下に設定される。
【００１９】
次に、透過型スクリーン２について詳述する。上述したように、透過型スクリーン２は、リニアフレネルレンズシート３と、拡散シート４と、を備えている。まず、リニアフレネルレンズシート３について、図１乃至図６を参照して説明する。図３は、図１に示す透過型表示装置１のリニアフレネルレンズシート３を拡大して模式的に示す拡大図である。図１乃至図３に示すように、リニアフレネルレンズシート３は、拡散シート４側に配置されたレンズ層１０と、光源７側に配置された拡散層２０と、レンズ層１０と拡散層２０との間に配置された基材３０と、を備えている。
【００２０】
図３に示すように、レンズ層１０は、拡散シート４側を向く第１面１１と、当該第１面１１に対向し光源７側を向く第２面１２と、を有している。レンズ層１０の第１面１１には、いわゆるリニアフレネルレンズを構成するリニアフレネルレンズ面１３が形成されている。リニアフレネルレンズ面１３は、ストライプ状に配列された複数のレンズ面１４を有している。複数のレンズ面１４は、レンズ層１０のシート面１０ａ内を延びる配列方向Ｐに沿って配列されている。そして、各レンズ面１４は、配列方向Ｐに交差する方向、より詳細には、配列方向Ｐに直交する方向に直線状に延びている。
【００２１】
なお、本明細書において、「シート面（フィルム面、板面）」とは、対象となるシート状の部材を全体的かつ大局的に見た場合において対象となるシート状部材の平面方向と一致する面のことを指す。本実施の形態では、レンズ層１０のシート面１０ａと、拡散層２０のシート面と、基材３０のシート面とは、互いに平行となっている。以下の説明では、図３に示すように、レンズ層１０の第２面１２を、レンズ層１０のシート面１０ａとして図示する。
【００２２】
また、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、「平行」や「直交」等の用語については、厳密な意味に縛られることなく、目視での判断において区別不可能な程度に同様な光学的機能を期待し得る範囲内の誤差を含めて解釈することとする。
【００２３】
リニアフレネルレンズ面１３は、複数のレンズ面１４の組み合わせにより、入射光に対して凸レンズと同様のレンズ作用を発揮することが期待されている。レンズ面１４がレンズ層１０のシート面１０ａに対してなす角度であるレンズ角αは、配列方向Ｐに沿ってしだいに変化していく。本実施の形態では、レンズ面１４の配列方向Ｐの中心側から外側にいくにしたがって、レンズ面１４のレンズ角αは、順に大きくなっていく。
【００２４】
また、隣り合う二つのレンズ面１４の間には、ライズ面１５が設けられている。このライズ面１５の長さは、隣り合うレンズ面１４のピッチＰとレンズ面１４のレンズ角αによって概ね決定される。上述したように、レンズ面１４の配列方向Ｐの中心側から外側にいくにしたがって、レンズ面１４のレンズ角αが順に大きくなっていく。従って、複数のライズ面１５のうち、より配列方向Ｐの外側に配列されたライズ面１５の方が、法線方向ｎｄに沿った長さが長くなっている。なお、このライズ面１５は、光のレンズ作用を期待されていない面である。
【００２５】
加えて、各レンズ面１４とライズ面１５との間には、法線方向ｎｄ外方に突出する頂部１６が配置される。図４に、リニアフレネルレンズ面１３の頂部１６を拡大して示す。本実施の形態では、頂部１６は、なだらかに曲率が連続的に変化していく湾曲面、あるいは、シート面１０ａに概ね平行な平坦面として形成されている。この頂部１６は、光源７からの映像光Ｌに対するレンズ作用を期待されていない領域に形成されている。具体的に述べると、図４に示すように、光源７からの各映像光Ｌは、所定の投射角度でリニアフレネルレンズシート３に入射してレンズ面１４に到達する。このうち、一の頂部１６をなすライズ面１５の、頂部１６から最も離間した端部を通る光が、当該頂部１６をなすレンズ面１４に入射する位置をＭとすると、位置Ｍとライズ面１５との間となるリニアフレネルレンズ面１３の領域には、光源７からの映像光Ｌが入射することを予定されていない。従って、この領域内に頂部１６を配置することにより、頂部１６を形成することにより表示される映像がぼやけてしまうことを効果的に抑制することができる。
【００２６】
なお、図示された例において、リニアフレネルレンズ面１３は、光源７から拡大投射される映像光Ｌの進行方向を、屈折により、レンズ層１０のシート面１０ａへの法線方向ｎｄと平行な方向に偏向することを意図されている。また、リニアフレネルレンズ面１３の中心を光軸Ａｘが横切るようになっている。このため、リニアフレネルレンズ面１３の中心となる位置にあるレンズ面１４が、レンズ角αが最も小さくなる角度をなしている。
【００２７】
上述のように、本実施の形態の透過型表示装置１では、光源７とリニアフレネルレンズシート３との間の距離を短く設定し、光源７からリニアフレネルレンズシート３の各位置に入射する光の投射角度の最大値は、従来よりも格段に大きい４０°〜６０°程度に設定されている。この場合、特定の方向からみたときに、透過型スクリーン２の出光側の面２ａに、レンズ面１４の配列方向Ｐに直交する方向に延びる明暗の縞からなる帯ムラが発生し易くなる。
【００２８】
本件発明者らが鋭意研究を重ねたところ、透過型スクリーン２の出光側の面２ａに帯ムラが発生する要因の一つとして、以下のことが挙げられることを見出した。ただし、帯ムラが発生する要因は、以下の説明に限定されるものではない。光源７から投射された映像光Ｌは、リニアフレネルレンズシート３のレンズ層１０への法線方向ｎｄに対して所定の投射角度をなす方向からリニアフレネルレンズシート３に入射し、各レンズ面１４に向かう。各レンズ面１４に入射する光の進行方向がレンズ面１４の法線方向Ｎに対してなす角度である入射角度は、入射するレンズ面１４の位置に応じて変化する。図示する例では、各レンズ面１４への入射角度は、入射するレンズ面１４が光源７の投射面８から離間するにつれて大きくなっていく。
【００２９】
レンズ面１４への入射角度が大きくなると、当該レンズ面１４における反射率も大きくなる。このため、レンズ面１４への入射角度が比較的大きい光は、当該レンズ面１４を透過する割合が低くなる。上述のように、各レンズ面１４への入射角度は、入射するレンズ面１４が光源から離間するにつれて大きくなっていくため、リニアフレネルレンズ面１３の、光源から大きく離間した領域１３ｓ（図２参照）に位置するレンズ面１４から、当該レンズ面１４に対面する拡散シート４の領域に到達する光の光量は低くなる。この結果、特定の方向から透過型スクリーン２を観察した場合に、透過型スクリーン２の出光側の面２ａに、光量差の生じ得る領域２ｓを形成していると考えられる。
【００３０】
一方、レンズ面１４に入射する光のうち、当該レンズ面１４を透過することができなかった光は、当該レンズ面１４にて反射してリニアフレネルレンズシート３の内部を進行する。そして、このリニアフレネルレンズシート３の内部を進行する光の一部は、リニアフレネルレンズシート３の光源側の表面にて再び反射して、リニアフレネルレンズ面１３側に向かっていく。本件発明者らが調査したところ、リニアフレネルレンズ面１３側に向かう光は、光源から大きく離間した領域１３ｓ内の特定の領域に集中的に到達することがわかった。そして、この特定の領域に位置するレンズ面１４またはライズ面１５を透過した光は、拡散シート４において拡散されて、特定の方向から透過型スクリーン２を観察した場合に、透過型スクリーン２の出光側の面２ａの光量差の生じ得る領域２ｓ内に、明るく視認され得る部分を形成している、と考えられる。このようにして、透過型スクリーン２の出光側の面２ａに、レンズ面１４の配列方向Ｐに直交する方向に延びる明暗の縞からなる帯ムラを形成している、と考えられる。
【００３１】
さらに、本件発明者らは、透過型スクリーン２の出光側の面に帯ムラが発生するときの、レンズ面１４に入射する光の入射角度について調査した。レンズ面１４に入射する光の入射角度は、投射面８から最も離間した位置にあるレンズ面１４で最も大きくなる。このため、投射面８から最も離間した位置にあるレンズ面１４に入射する光の入射角度に着目して調査を行った。なお、ここで着目する光は、レンズ面１４への法線方向に対して、配列方向Ｐ外方側からレンズ面１４に入射し配列方向Ｐ内方側に向かって出射する光である。図５に、投射面８から最も離間した位置にあるレンズ面１４に入射する映像光Ｌを拡大して示す。
【００３２】
図５に示すように、投射面８から最も離間した位置にあるレンズ面１４における全反射臨界角度をθＬとし、このレンズ面１４に入射する光の進行方向がレンズ面１４の法線方向Ｎに対してなす角度をθ１とする。このとき、以下の関係式（１）を満たす場合に、透過型スクリーン２の出光側の面に帯ムラが発生し得ることを見出した。
θＬ°−θ１°≦１０°  …  （１）
【００３３】
上述のように、レンズ面１４への入射角度が大きくなると、当該レンズ面１４において反射する光の割合も大きくなる。レンズ面１４への入射角度が全反射臨界角度θＬに到達すると、当該レンズ面１４において光が全反射する。つまり、レンズ面１４への入射角度が全反射臨界角度θＬに近づくにつれて、当該レンズ面１４において反射する光の割合も大きくなっていく。式（１）の関係を満たす場合、投射面８から最も離間した位置にあるレンズ面１４への入射角度θ１が全反射臨界角度θＬに近くなるため、当該レンズ面１４で反射する光の割合が高くなると共に、当該レンズ面１４を透過する光の割合が低くなる。上記の通り、レンズ面１４を透過する光の割合が低くなると、当該レンズ面１４に対面する拡散シート４に到達する光の光量が低下する。この結果、特定の方向から透過型スクリーン２を観察した場合に、透過型スクリーン２の出光側の面２ａに、光量差の生じ得る領域２ｓを形成すると考えられる。他方で、レンズ面１４で反射する光の割合が高くなると、レンズ面１４で反射した光の一部が、リニアフレネルレンズシート３の光源側の表面３ａにて再び反射して、リニアフレネルレンズ面１３の一部の領域に集中的に到達する。そして、この一部の領域に位置するレンズ面１４またはライズ面１５を透過した光が拡散シート４において拡散されて、特定の方向から透過型スクリーン２を観察した場合に、透過型スクリーン２の出光側の面２ａの光量差の生じ得る領域２ｓ内に、明るく視認され得る部分を形成する、と考えられる。このようにして、式（１）の関係を満たす場合、透過型スクリーン２の出光側の面２ａに、帯ムラが発生するものと考えられる。
【００３４】
ここで、全反射臨界角度θＬは、レンズ層１０の屈折率ｎを用いて、以下の式（２）で表すことができる。
θＬ＝ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）  …  （２）
【００３５】
また、投射面８から最も離間した位置にあるレンズ面１４の法線方向Ｎは、当該レンズ面１４のレンズ角α１だけレンズ層１０のシート面１０ａへの法線方向ｎｄに対して傾斜しており、当該レンズ面１４に入射する光Ｌ１は、レンズ面１４への法線方向Ｎに対してθ１°だけ傾斜している。したがって、光Ｌ１は、レンズ層１０のシート面１０ａへの法線方向ｎｄに対して、（α１−θ１）°傾斜している。この光Ｌ１が、リニアフレネルレンズシート３の光源７側を向く表面３ａに入射したときの、レンズ層１０への法線方向ｎｄに対してなす角度である投射角度をθ２°とすると、スネルの法則を利用して、以下の関係式（３）が成立する。
ｓｉｎθ２＝ｎ×ｓｉｎ（α１−θ１）  …  （３）
式（３）をθ１について解くと、
θ１＝α１−ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ×ｓｉｎθ２）  …  （４）
【００３６】
また、前記光Ｌ１は、投射面８の中央から、当該投射面８から最も離間した位置にあるレンズ面１４の中央に入射したものとみなすことができる。この光Ｌ１がリニアフレネルレンズシート３内を進んだ距離は、当該光Ｌ１が光源７からリニアフレネルレンズシート３の表面３ａに到達するまでに進んだ距離に比べて十分に短く無視することができる。この場合、光源７の投射面８から最も離間した位置にあるレンズ面１４の中央と光源７の投射面８の中央とを結ぶ仮想直線Ｌ０が、レンズ層１０のシート面１０ａの法線方向ｎｄに対してなす角度をθｉ°とすると、
θ２＝θｉ  …  （５）
が成立する。
【００３７】
式（１）に、式（２）、式（４）及び式（５）を代入すると、以下の式（６）が得られる。
−α１＋ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）＋ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ×ｓｉｎθｉ）≦１０°  …  （６）
上記の通り、式（６）は、透過型スクリーン２の出光側の面２ａに、帯ムラが発生し得る条件を示している。式（６）の関係を満たす場合、光源７とリニアフレネルレンズシート３との間の距離ｖが短くなるため、透過型表示装置１をコンパクトに構成することができる。加えて、式（６）の関係を満たす場合、光源７の投射面８からの光を直接的にリニアフレネルレンズシート３に入射することを想定しており、ミラー等の偏向手段を用いることを想定しない。このため、透過型表示装置１を簡易な機構にて安価に実現することができる。
【００３８】
そこで、本実施の形態では、透過型スクリーン２の出光側の面２ａに発生し得る帯ムラを目立たなくするために、レンズ層１０の第２面１２側に、拡散層２０が積層されている。図６に、光源７からの映像光Ｌが拡散層２０で拡散されるようすを示す。図６に示すように、光源７からリニアフレネルレンズシート３に入射した各映像光Ｌは、拡散層２０で拡散させられる。拡散層２０で拡散された映像光Ｌは、レンズ層１０への法線方向ｎｄに対してなす角度が小さくなるようにレンズ面１４で偏向され、拡散シート４において種々の方向に向かうように拡散される。
【００３９】
ここで、リニアフレネルレンズシート３に入射する各映像光Ｌが、拡散層２０で拡散されてリニアフレネルレンズ面１３の広い範囲に入射してしまうと、各映像光Ｌにより形成される画素の輪郭がぼやけてしまい、画質が低下するおそれがある。そこで、本実施の形態では、レンズ層１０のリニアフレネルレンズ面１３と、拡散層２０のレンズ層１０とは反対側の面２０ａと、の間の最大距離を、１．０ｍｍ以下に設定している。このような形態によれば、リニアフレネルレンズシート３に入射する各映像光Ｌが、拡散層２０で拡散されてもリニアフレネルレンズ面１３の限られた範囲に主として入射することができる。すなわち、リニアフレネルレンズシート３へ入射した光が、拡散層２０で拡散されても、リニアフレネルレンズシート３への入射位置から、レンズ層１０のシート面１０ａに沿って大きくずれた位置に配置されたレンズ面１４へ入射することを防止することができる。これにより、各映像光Ｌにより形成される画素の輪郭がぼやけてしまうことを効果的に抑制することができる。この結果、映像光Ｌにより表示される映像の画質の低下を効果的に抑制することができる。
【００４０】
なお、このレンズ層１０のリニアフレネルレンズ面１３と、拡散層２０のレンズ層１０とは反対側の面２０ａと、の間の距離は、基材３０の厚みや拡散層２０の主部２１の厚み等を適宜設定することにより、調節可能である。
【００４１】
本実施の形態において、拡散層２０のレンズ層１０とは反対側の面２０ａ、つまり拡散層２０の光源７側を向く面２０ａは、リニアフレネルレンズシート３の光源７側の表面３ａを画成している。このため、拡散層２０の光源７側を向く面２０ａは、周囲の空気と屈折率差を有する界面を形成する。この界面によって、リニアフレネルレンズシート３のリニアフレネルレンズ面１３で反射されて拡散層２０側に戻された光を、リニアフレネルレンズ面１３側に向けて再び高い反射率で反射させることができる。このリニアフレネルレンズ面１３側に向けて再び戻される光は、拡散層２０側に向かうときと、リニアフレネルレンズ面１３側に向かうときと、の両方において、拡散層２０内で拡散される。すなわち、リニアフレネルレンズ面１３のレンズ面１４で反射して当該リニアフレネルレンズ面１３側に向けて再び戻された光は、レンズ面１４で反射されずに当該レンズ面１４を透過した光に比べて、強く拡散される。そして、拡散層２０内で強く拡散された光は、リニアフレネルレンズ面１３の広い範囲に到達し、特定のレンズ面１４に集中的に到達することを防止される。この結果、特定の方向から透過型スクリーン２を観察した場合であっても、透過型スクリーン２の出光側の面に発生し得る明暗の縞からなる帯ムラを目立たなくさせることができる。すなわち、リニアフレネルレンズシート３内で内部反射する光を、拡散させながらリニアフレネルレンズ面１３に到達させることにより、帯ムラを目立たなくさせることができる。
【００４２】
具体的には、本実施の形態の拡散層２０は、主部２１と、主部２１に分散された光を拡散させる拡散成分２２と、を含んでいる。ここでいう拡散成分２２とは、光拡散層２０内を進む光に対し、反射や屈折等によって、当該光の進路方向を変化させる作用を及ぼし得る成分のことである。このような拡散成分２２の光拡散機能（光散乱機能）は、例えば、光拡散層２０の主部２１をなす材料とは異なる屈折率を有した材料から拡散成分２２を構成することにより、あるいは、光に対して反射作用を及ぼし得る材料から拡散成分２２を構成することにより、付与され得る。主部２１をなす材料とは異なる屈折率を有する拡散成分２２として、樹脂ビーズ、ガラスビーズ、金属化合物、気体を含有した多孔質物質、さらには、単なる気泡が例示される。
【００４３】
このように主部２１中に分散された拡散成分２２に起因して、拡散層２０は、光を拡散させる拡散機能を発現することができる。拡散成分２２に起因した拡散層２０の拡散機能の程度は、主部２１をなす樹脂材料、主部２１の厚み、拡散成分２２の構成、拡散成分２２の濃度等を適宜設定することにより、極めて広い範囲内で調節可能である。ここで、本件発明者は、拡散層２０の拡散機能の程度を種々の程度に調整し、リニアフレネルレンズシート３の内部における拡散層２０の内部拡散度として表した。ここでいう、「リニアフレネルレンズシート３の内部における拡散層２０の内部拡散度」とは、リニアフレネルレンズシート３の内部に組み込まれた状態における拡散層２０による光の拡散の程度を表したものである。より具体的には、拡散層２０の内部における光の拡散と、拡散層２０と拡散層２０の入光側に隣接する層との界面における光の拡散と、拡散層２０と拡散層２０の出光側に隣接する層との界面における光の拡散と、を考慮した、拡散層２０による光の拡散の程度を表している。拡散の程度を表す指標としては、ＪＩＳ−Ｋ７３６１−１に準拠して測定されるヘイズ値を用いている。つまり、拡散層２０の内部における光の拡散と、拡散層２０と拡散層２０の入光側に隣接する層との界面における光の拡散と、拡散層２０と拡散層２０の出光側に隣接する層との界面における光の拡散と、の総和の程度を、ＪＩＳ−Ｋ７３６１−１に準拠して測定されるヘイズ値を用いて表したものである。
【００４４】
続いて、図示されたリニアフレネルレンズシート３の拡散層２０の内部拡散度を測定する方法について説明する。本実施の形態におけるリニアフレネルレンズシート３においては、レンズ層１０のレンズ面１４も、光の進行方向を変化させる機能を有している。また、拡散層２０は、リニアフレネルレンズシート３の入光側（光源７側）の表面をなしており、空気との間で界面を形成している。この場合、レンズ層１０のレンズ面１４による光の拡散を無視し得るようなヘイズ値測定用のサンプルを作製し、このサンプルのヘイズ値をＪＩＳ−Ｋ７３６１−１に準拠して測定することにより、拡散層２０の内部拡散度を特定することができる。具体的には、レンズ角αが小さいレンズ面１４ほど、レンズ層１０のシート面１０ａへの法線方向ｎｄに沿って進行する光の進行方向を変化させる機能をもたない。したがって、一例として、リニアフレネルレンズシート３から、レンズ角αが最も小さいレンズ面１４を含む領域を採取して、ヘイズ値測定用のサンプルとして用いることができる。
【００４５】
あるいは、ヘイズ値測定用のサンプルとして、レンズ層１０の各レンズ面１４によって形成されたリニアフレネルレンズシート３の出光側の表面の凹凸を、レンズ層１０をなす材料と同一の屈折率を有する材料によって平坦化する（埋める）ことによって作製されたサンプルを、用いてもよい。
【００４６】
本件発明者らが鋭意研究を重ねた結果、リニアフレネルレンズシート３の内部における拡散層２０の内部拡散度は、７０以上であることが好ましいことが知見された。この場合、透過型スクリーン２の出光側の面２ａをいずれの方向から観察しても、当該出光側の面２ａに発生し得る明暗の縞からなる帯ムラを目視にて確認することができないレベルまで目立たなくさせることができる。
【００４７】
なお、光拡散層２０の他の形態として、フレネルレンズシート３の光源７側の表面３ａに、エンボス加工等によって形成された微細な凹凸であってもよい。あるいは、さらに他の形態として、光拡散層２０は、フレネルレンズシート３の光源７側の表面３ａに、賦型された微細なレンズ形状であってもよい。
【００４８】
このようなリニアフレネルレンズシート３をなすレンズ層１０を構成する樹脂材料として、例えば、ウレタンアクリレート系、エポキシアクリレート系等のアクリレート系樹脂が好ましく用いられる。一例として、レンズ層１０を構成する樹脂材料の屈折率は、１．５５〜１．６５程度に調整される。一方、基材３０を構成する材料として、例えば、ＰＥＴフィルム、アクリル樹脂フィルム、ポリカーボネートフィルムを用いることができる。なお、基材３０は、リニアフレネルレンズ面１３の賦型方法に応じて選択されるものであり、必ずしも設けられていなくてもよい。
【００４９】
次に、リニアフレネルレンズシート３と共に透過型スクリーン２を構成する拡散シート４について、図１及び図２を参照して説明する。図１及び図２に示すように、拡散シート４は、光制御層４１、接着層４４、出光側拡散層４５、基材４６及びハードコート層４７を、入光側から出光側に向かってこの順で含んでいる。
【００５０】
このうち、最もリニアフレネルレンズシート３に近接して配置された光制御層４１は、リニアフレネルレンズシート３からの映像光を散乱させて上下方向の広い範囲へ向けて映像光を出射させるようになっている。また、光制御層４１は、拡散シート４に入射する外光を吸収して画面のコントラストを高める機能も有している。具体的な構成として、光制御層４１は、水平方向に延びる複数の溝４２ａが形成された主部４２を有している。主部４２に形成された複数の溝４２ａは、上下方向に並べて配列されている。各溝４２ａは、光制御層４１の厚み方向に沿って基材４６から離間するにつれて先細になっていく。主部４２の各溝４２ａには、樹脂材からなる単位光学要素４３が充填されている。単位光学要素４３は、主部４２との間で屈折率差を有する界面を形成する。当該界面によって、リニアフレネルレンズシート３から拡散シート４の光制御層４１に入射した映像光Ｌの少なくとも一部が反射されることによって、ハードコート層４７からなる出光面から映像光Ｌを拡散して出射させるようになっている。
【００５１】
また、主部４２に形成された隣り合う溝４２ａの間には、光透過領域４２ｂが区画される。すなわち、主部４２では、溝４２ａと光透過領域４２ｂとが上下方向に沿って交互に並設される。光透過領域４２ｂを通過する光は、溝４２ａに入射することなく、そのまま接着層４４に進入していく光と、溝４２ａに入射し単位光学要素４３と主部４２との界面で反射した後に、接着層４４に進入していく光と、を含んでいる。本実施の形態による光制御層４１は、入射した映像光Ｌを単位光学要素４３と主部４２との界面で反射させて拡散させることができるので、上下方向の広い範囲に映像光Ｌを出射させることができる。
【００５２】
また、本実施の形態の単位光学要素４３は、光吸収性粒子を含んでいる。これにより、透過型スクリーン２に入射する外光を効果的に吸収することができる。このため、透過型スクリーン２に表示される映像のコントラストを向上させることができる。
【００５３】
一方、拡散シート４を構成する光制御層４１以外の構成要素についていえば、接着層４４は、光制御層４１と出光側拡散層４５とに隣接して配置され、光制御層４１と出光側拡散層４５とを接合している。出光側拡散層４５は、リニアフレネルレンズシート３からの映像光Ｌを拡散させて広い範囲の観察者へ向けて映像光を出射させるために設けられている。また、ハードコート層４７は、映像光Ｌによる映像が表示される拡散シート４の表示面を保護するために設けられている。これら拡散シート４をなす各構成要素は、透過型スクリーン２においてそれ自体既知のものを利用することができるため、ここではこれ以上詳細な説明を省略する。
【００５４】
次に、以上のような構成からなる本実施の形態の作用について、図を参照しながら説明する。
【００５５】
図２に示すように、光源７から出射された映像光Ｌは、リニアフレネルレンズシート３の拡散層２０に入射する。拡散層２０に入射した映像光Ｌは、拡散層２０内で拡散されてリニアフレネルレンズ面１３に向かっていく。リニアフレネルレンズ面１３に到達した映像光Ｌは、各レンズ面１４において、レンズ層１０のシート面１０ａへの法線方向ｎｄと略平行となるように偏向させられる。本実施の形態では、リニアフレネルレンズシート３と光源７との間の距離を短く設定しているため、レンズ面１４の配列方向Ｐに沿って光源７から大きく離間した位置にあるレンズ面１４に入射する光の入射角度は、大きくなる。このため、光源７から大きく離間した位置にあるレンズ面１４における反射率も大きく、当該レンズ面１４にてある程度の光が反射する。
【００５６】
レンズ面１４にて反射して当該レンズ面１４を透過することができなかった光は、リニアフレネルレンズシート３の内部を進行する。そして、このリニアフレネルレンズシート３の内部を進行する光の一部は、リニアフレネルレンズシート３の光源側の面３ａにて再び反射して、リニアフレネルレンズ面１３側に戻される。このリニアフレネルレンズ面１３側に向けて再び戻される光は、拡散層２０側に向かうときと、リニアフレネルレンズ面１３側に向かうときと、の両方において、拡散層２０内で拡散される。このため、リニアフレネルレンズ面１３側に向けて再び戻される光は、拡散層２０内で強く拡散されて、リニアフレネルレンズ面１３の、光源７から大きく離間した領域１３ｓ内の広い範囲を透過していく。これにより、リニアフレネルレンズ面１３の、光源７から大きく離間した領域１３ｓから、当該領域１３ｓに対面する拡散シート４に向けて、有効に光を出射させることができる。
【００５７】
レンズ面１４を透過した映像光Ｌは、拡散シート４に入射する。拡散シート４に入射した映像光Ｌは、当該拡散シート４において拡散されて出射していく。とりわけ、レンズ層１０への法線方向ｎｄと略平行となるように偏向された映像光Ｌは、拡散シート４において種々の方向に向かうように有効に拡散される。これにより、広い範囲の観察者へ向けて映像光Ｌを出射させることができる。
【００５８】
以上のように、本実施の形態によれば、リニアフレネルレンズ面１３が形成された第１面１１と、当該第１面１１に対向する第２面１２と、を有するレンズ層１０と、レンズ層１０の第２面１２側に積層された拡散層２０と、を備えている。このような形態によれば、光源７からリニアフレネルレンズシート３に入射した各映像光Ｌは、拡散層２０内で拡散されてリニアフレネルレンズ面１３に到達する。リニアフレネルレンズ面１３に到達した映像光Ｌのうち、レンズ面１４にて反射して当該レンズ面１４を透過することができなかった光の一部は、リニアフレネルレンズシート３の光源側の面３ａにて再び反射して、リニアフレネルレンズ面１３側に戻ってくる。このリニアフレネルレンズ面１３側に向けて再び戻される光は、拡散層２０側に向かうときと、リニアフレネルレンズ面１３側に向かうときと、の両方において、拡散層２０内で拡散される。このため、リニアフレネルレンズ面１３側に向けて再び戻される光は、拡散層２０内で強く拡散されて、リニアフレネルレンズ面１３の広い範囲に到達し、特定のレンズ面１４に集中的に到達することを防止される。この結果、特定の方向から透過型スクリーン２を観察した場合であっても、透過型スクリーン２の出光側の面に発生し得る明暗の縞からなる帯ムラを目立たなくさせることができる。
【００５９】
ところで、透過型スクリーン２の輸送中に生じる振動により、リニアフレネルレンズシート３のリニアフレネルレンズ面１３の頂部１６が、拡散シート４に接触するおそれがある。リニアフレネルレンズシート３の頂部１６が拡散シート４に接触すると、リニアフレネルレンズシート３の頂部１６が拡散シート４に圧迫されてつぶれたり、リニアフレネルレンズシート３の頂部１６が拡散シート４の表面にキズを付けるおそれがある。本実施の形態によれば、頂部１６は、なだらかに曲率が連続的に変化していく湾曲面、あるいは、シート面１０ａに概ね平行な平坦面として形成されている。このため、フレネルスクリーン３の頂部１６が拡散シート４に圧迫されてもつぶれ難くさせることができ、また、リニアフレネルレンズシート３の頂部１６が拡散シート４の表面にキズを付けるおそれも低減することができる。加えて、リニアフレネルレンズ面１３の頂部１６を、平坦面あるいは湾曲面として形成しても、透過型スクリーン２の輸送時の特別な梱包や組付け作業時の特別な取扱いを必要とせず、輸送費用や組付け費用が多くかかることもない。
【実施例】
【００６０】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。以下に説明するようにして、実施例１〜３及び比較例１に係るリニアフレネルレンズシートを作製し、リニアフレネルレンズシートが組み込まれた透過型スクリーンに、帯ムラが発生するかについて評価した。
【００６１】
〔実施例１〕
実施例１、実施例２及び実施例３は、図３に示すリニアフレネルレンズシートに対応している。
【００６２】
基材フィルムと、リニアフレネルレンズ面を賦型するためのロール状の型と、の間に、紫外線硬化性樹脂を供給した後、当該紫外線硬化性樹脂を硬化させることにより、基材フィルムとレンズ層とからなる中間積層体を作成した。この基材フィルムとして、厚みが０．１８８ｍｍからなるＰＥＴ樹脂を用いた。また、レンズ層をなす紫外線硬化性樹脂として、屈折率が１．５５のものを用いた。
【００６３】
次に、この中間積層体に拡散層を接合させた。この拡散層として、光源側を向く面に、エンボス加工によって形成された微細な凹凸を含むものを利用した。この拡散層の厚みは、０．０１０-０．０２０ｍｍとした。
【００６４】
〔実施例２、実施例３〕
実施例２及び実施例３に係るリニアフレネルレンズシートは、実施例１に係るリニアフレネルレンズシートと、拡散層の拡散機能の程度が異なり、その他の点では実施例１に係るリニアフレネルレンズシートと同一とした。
【００６５】
具体的には、実施例２及び実施例３に係るリニアフレネルレンズシートにおいて、拡散層の拡散機能の程度は、主として、エンボス加工によって形成された微細な凹凸の大きさや密度を調整することにより、実施例１に係るリニアフレネルレンズシートの拡散層よりも高くなるように調整された。
【００６６】
また、実施例２、３に係るリニアフレネルレンズシートで用いたレンズ層及び基材は、実施例１に係るリニアフレネルレンズシートで用いたレンズ層及び基材と同様にした。すなわち、実施例１〜３の間で、レンズ層１０及び基材３０からなる中間積層体を互いに同一のものを用いた。
【００６７】
〔比較例１〕
比較例１に係るリニアフレネルレンズシートは、実施例１に係るリニアフレネルレンズシートに対して、拡散層を設けなかった形態に対応している。すなわち、比較例１に係るリニアフレネルレンズシートは、基材に紫外線硬化性樹脂からなるレンズ層を賦型したものである。比較例１に係るリニアフレネルレンズシートで用いたレンズ層及び基材は、実施例１に係るリニアフレネルレンズシートのレンズ層及び基材と同様にした。すなわち、比較例１に係るリニアフレネルレンズシートは、実施例１〜３で用いた中間積層体とした。
【００６８】
（拡散層の内部拡散度の測定）
以上の実施例１〜３及び比較例１について、リニアフレネルレンズシートの内部における拡散層の内部拡散度を測定した。具体的には、各リニアフレネルレンズシートから、レンズ角が最も小さいレンズ面、具体的にはレンズ角がほぼ０°とみなせるレンズ面を含む領域を採取して、ヘイズ値測定用のサンプルとして用いた。そして、このヘイズ値測定用のサンプルをＪＩＳ−Ｋ７３６１−１に準拠して計測した。これらの測定結果を後に示す表１の内部拡散度の欄に示してある。
【００６９】
〔帯ムラの発生についての評価方法及び評価結果〕
図１に示す透過型スクリーンと光源とを含む透過型表示装置を作製した。透過型スクリーンのリニアフレネルレンズシートとして、実施例１〜３及び比較例１をそれぞれ使用した。透過型表示装置を構成するリニアフレネルレンズシート以外の構成要素は、市販されている透過型表示装置に組み込まれていた構成要素（装備）を使用した。
【００７０】
透過型スクリーンに対して、光源から種々の投射角度で映像光を投射し、透過型スクリーンの出光側の面に帯ムラが視認されるか否かを確認した。具体的には、光源の投射面とリニアフレネルレンズシートとの相対位置を、４通りに変化させ、各々の配置において図５に示す角度θｉを測定した。実施例１〜３及び比較例１を用いたときの帯ムラの確認結果を表１に示す。併せて、式（６）の左辺の値を算出した結果を、表１の「式（６）」の欄に示す。なお、式（６）において、光が入射したレンズ面のうち、投射面から最も離間した位置にあるレンズ面のレンズ角をα１とした。また、表１において、各投射角度で映像光を投射した際に、いずれかの方向から目視で透過型スクリーンの出光側の面を観察したときに、帯ムラが目立ったリニアフレネルレンズシートについて×を表示し、帯ムラが視認されなかったサンプルについて◎を表示した。また、各投射角度で映像光を投射した際に、いずれかの方向から目視で透過型スクリーンの出光側の面を注意深く観察したときに、帯ムラを発見することができたが、当該帯ムラが表示装置の通常の使用において問題となる程度ではなかったサンプルについて○を表示した。
【００７１】
【表１】
2015064497.tif 000003
【００７２】
表１の比較例１の結果からわかるように、映像光の投射角度が大きくなるにつれて、特定の方向からみたときに、透過型スクリーンの出光側の面に、明暗の縞からなる帯ムラが発生し易くなった。表１に示す例では、式（６）の左辺の値が１９．６°以上のときに帯ムラは発生せず、式（６）の左辺の値が８．７°以下のときに帯ムラが発生した。
【００７３】
実施例１〜３に係るリニアフレネルレンズシートは、いずれの方向から目視で透過型スクリーンの出光側の面を観察しても、帯ムラが目立たなかった。とりわけ、実施例２及び３に係るリニアフレネルレンズシートでは、いずれの方向から目視で透過型スクリーンの出光側の面を観察しても、帯ムラを発見することができなかった。すなわち、リニアフレネルレンズシートの内部における拡散層の内部拡散度を７０以上に調整した場合、透過型スクリーンの出光側の面に帯ムラが目視にて観察されることを防止することができた。
【符号の説明】
【００７４】
１  透過型表示装置
２  透過型スクリーン
２ａ  出光側の面
３、５０３  リニアフレネルレンズシート
４  拡散シート
７  光源
８  投射面
１０  レンズ層
１０ａ  シート面
１１  第１面
１２  第２面
１３、５１３  リニアフレネルレンズ面
１４、５１４  レンズ面
１５  ライズ面
１６  頂部
２０  拡散層
２１  主部
２２  拡散成分
３０  基材
α  レンズ角
Ｌ０  仮想直線
Ｐ  配列方向
Ｌ  映像光
【図１】
2015064497.tif 000004
【図２】
2015064497.tif 000005
【図３】
2015064497.tif 000006
【図４】
2015064497.tif 000007
【図５】
2015064497.tif 000008
【図６】
2015064497.tif 000009
【図７】
2015064497.tif 000010