(57)【要約】【課題】透過型スクリーン用のマイクロレンズアレイシートであって、透過率が高く明るい映像を観察することができ、視野角を変えながら映像を観察した場合でも観察者が違和感を覚えること無い良好な拡散性能の光拡散シートを提供する。【解決手段】透明材料から成る光出射基板２と、前記光出射基板上に配置された複数の略長方形状の孔をもつ遮光層３と、前記遮光層表面に設けられた第１の屈折率を持つ樹脂層４と、前記第１の屈折を持つ樹脂層上に前記孔部を覆うように形成された第２の屈折率を持つ樹脂層５からなるマイクロレンズと、前記マイクロレンズの前記光出射基板側の曲率が前記光出射基板側の前記孔の短辺の１／２より大なることを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明材料から成る光出射基板と、
前記光出射基板上に配置された複数の略長方形状の孔をもつ遮光層と、
前記遮光層表面に設けられた第１の屈折率を持つ樹脂層と、
前記第１の屈折を持つ樹脂層よりも屈折率が高く、前記第１の屈折を持つ樹脂層上に前記孔部を覆うように形成された第２の屈折率を持つ樹脂層からなるマイクロレンズと、
前記マイクロレンズの前記光出射基板側の曲率が前記光出射基板側の前記孔の短辺の１／２より大なるマイクロレンズアレイシート。
【請求項２】
前記遮光層は、反射面となる第１の屈折率を持つ樹脂層が塗布される第１の立体遮光部と、前記第１の立体遮光部より下に前記略長方形状の孔を覆うように前記第１の屈折率を持つ樹脂層による曲率が形成され、前記第１の立体遮光部と前記光出射基板との間に第２の立体遮光部が形成されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項３】
前記マイクロレンズの形状は、球面または非球面である請求項１に記載のマイクロレンズアレイシート。
【請求項４】
前記略長方形状の孔は、前記光出射基板側の開口部が前記光出射基板側と反対側の開口部よりも小なる請求項１に記載のマイクロレンズアレイシート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球面または非球面状の複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイシートに関し、特に背面投射型のプロジェクション式テレビジョンに用いられる透過型スクリーン用マイクロレンズアレイシートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、背面投射型プロジェクション式テレビジョン用の視野角を改善するため、マイクロレンズアレイシートを用いたスクリーンが用いられている（例えば、特許文献１を参照。）。このマイクロレンズアレイシートは、図１０に示すように、遮光性基材２４に略円錐形状の孔３３を複数設け、その孔３３上にマイクロレンズ２６を配置している。この孔３３の形状は、マイクロレンズアレイ２７側の開口径が反対側の開口径よりも大きい略円錐形状をしているので、高透過率で高コントラストの映像が得られる。
【０００３】
ところが、この構成では視野角の拡大は望めないので、さらに視野角を広げるために、社交性基材に設けた略円錐形状の孔自身をマイクロレンズに使用する構成が考えられる。その構成を、図５に示す。図５（ａ）は、マイクロレンズ全体の斜視図であり、個々のマイクロレンズは千鳥状に配列されている。図５（ｂ）は、マイクロレンズ部の拡大部である。図に示すように、光出射基板２の方向に先細りの形状をした孔を開けた遮光層３を光出射基板２上に設け、その孔の表面に屈折率の低い樹脂層４をコートし、その上に樹脂層４よりも高い屈折率をもつ樹脂５で孔全体を埋め、マオクロレンズを形成している。
【０００４】
そのマイクロレンズの断面を図６に示す。遮光層３の三角形状の傾斜面には、低屈折率透明層が約１μｍの薄膜状に形成され、反射層として機能する。また、球面屈折層を形成する遮光層３の断面三角形の脚部に挟まれた開口部６には光出射方向に凸の球面レンズ状に形成されてあり、球面屈折レンズ８として機能する。
【特許文献１】特開２００６−２０９０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、図７の点線に示すように、マイクロレンズアレイシート１に垂直入射された平行光が、樹脂層４に交差する箇所で全反射を起こし、その全反射された光が開口部６上に形成されている第１の屈折率を持つ樹脂層４に全反射を繰り返すことにより戻り光となってマイクロレンズアレイシート１の入射側に向うため、透過率を低下させるという課題を有していた。
【０００６】
この戻り光が発生する位置は、特定の位置である。図８（ｂ）に計測方法を示す。これは、光源１１から発する平行光９がマイクロレンズを透過し、光出射基板２に出射された光をディテクタ１２で受光して出射光量の測定を行った。この例では、マイクロレンズ短辺の大きさを６０μｍとし、平行光を発する光源１１の幅Ｓｗを２μｍとしたときの、前記平行光を発する光源の位置を横軸とし、マイクロレンズの中心の位置を０とし、遮光層３の頂部の位置を３０とする。縦軸を透過率（入射光量に対する出射光量の比）とすると、図９に示すように、横軸の値が７．５から１２．５までの範囲で透過率が低下している。すなわち、この部分で光透過率が低下している。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、光透過率を向上させた遮光層組み込み型マイクロレンズアレイシートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
透明材料から成る光出射基板と、前記光出射基板上に配置された複数の略長方形状の孔をもつ遮光層と、前記遮光層表面に設けられた第１の屈折率を持つ樹脂層と、前記第１の屈折を持つ樹脂層上に前記孔部を覆うように形成された第２の屈折率を持つ樹脂層からなるマイクロレンズと、前記マイクロレンズの前記光出射基板側の曲率が前記光出射基板側の前記孔の短辺の１／２より大きいことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のマイクロレンズアレイシートによれば、シートの開口部に形成した低屈折率樹脂レンズに直接入射する光成分について、その低屈折率樹脂の曲率の大きさを制御することで、全反射による戻り光を抑制することが可能であり、また遮光層の斜面に対し開口部まで厚みを一定にして反射面となる低屈折率樹脂を塗布することが可能であることから、遮光層の斜面に塗布された低屈折率樹脂により反射された光について全反射による戻り光の割合を低減することができ、スクリーン全体として明るい画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（実施の形態）
以下に、本発明のマイクロレンズアレイシートの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明のマイクロレンズアレイシートの垂直方向による断面構造図を示す。図１（ａ）において、マイクロレンズアレイシート１は、大きくは光出射基板２と、遮光層３と、第１の屈折率を持つ樹脂層４と第２の屈折率を持つ樹脂層５とで構成される。
【００１２】
光出射基板２は、基材として通常、屈折率１．４９のＰＭＭＡあるいは屈折率１．５２程度のＭＳ樹脂（スチレンとＭＭＡとの重合体）が用いられ、基材中には直径約１０μｍ以下の拡散微粒子が１０％前後の体積率で分散されている。この拡散微粒子としては、一般的に、屈折率が基材より高いＭＳ樹脂からなるビーズが用いられる。
【００１３】
遮光層３は、断面四角形状である第１の立体遮光部３０１と断面三角形状である第２の立体遮光部３０２を合わせたものであり、共に基材として熱硬化性又は２液硬化性、ＥＢ硬化性のポリウレタン系樹脂などが用いられ、基材中には光吸収性のある黒色の顔料微粒子が分散されている。
【００１４】
本実施例では、光出射基板２の厚みは１ｍｍ、遮光層３の水平と垂直のピッチは各々６０μｍ、８５μｍとする。図１（ａ）の遮光層３の断面について、断面四角形状である第１の立体遮光部３０１の断面形状を長方形とし、第１の立体遮光部３０１のスクリーン面に対し垂直方向の長さａを１０μｍ、水平方向の長さ２ｂを４０μｍとし、この１／２の値がｂ（＝２０μｍ）となる。また、第２の立体遮光部３０２の断面形状を略三角形状とし、第１の立体遮光部３０１及び第２の立体遮光部３０２を合わせた高さｈ０を１５６μｍとする。また、第２の立体遮光部３０２の断面三角形状底部における傾斜面と水平面からなる角度θ１を８０ｄｅｇ、第２の立体遮光部３０２の断面三角形状頂部付近の傾斜面と水平面からなる角度θ２を８５ｄｅｇとし、第２の立体遮光部３０２の断面三角形状底部と頂部との間の斜面は円弧状とする。また開口部６の幅Ｂを２０μｍとする。
【００１５】
次に、第２の屈折率を持つ樹脂層５で使用される樹脂の屈折率より低い低屈折率透明樹脂を材料とし、遮光層３の表面及び開口部６の表面に塗布して第１の屈折率を持つ樹脂層４を形成する。例えば、シリコンやフッ素系が導入された低屈折率のアクリレート系樹脂などが用いられる。今回は、低屈折率の透明紫外線硬化樹脂、屈折率１．４６の材料を用いた。
【００１６】
この低屈折率の透明紫外線硬化樹脂を遮光層３の凹凸面に、スプレー法にて定量塗布を行った後、紫外線硬化を行った。スプレー塗布前に、塗布液体との濡れ性を上げるために遮光層３の表面をオゾン処理した。スプレー塗布した直後に、遮光層３の傾斜面へ塗布液体の薄膜が形成されると共に、開口部６には凹状のメニスカスにより球面屈折レンズ８が形成される。
【００１７】
球面屈折レンズ８は、第１の立体遮光部と第２の立体遮光部との境界間に形成される。球面屈折レンズ８の高さの位置及び曲率の大きさは、図１（ｂ）において第１の立体遮光部３０１と第２の立体遮光部３０２との境界を変極点Ｐ、Ｐ’とし、Ｐ−Ｐ’間に形成されたレンズの曲率の大きさを塗布する液量で調整する。即ち、液量を多く塗布するように調整することで、第１の立体遮光部３０１と第２の立体遮光部３０２との境界の位置Ｐ−Ｐ’で形成される凹状の球面屈折レンズ８の曲率は大きくなる。
【００１８】
次に、第２の屈折率を持つ樹脂層５となる高屈折率の透明紫外線硬化性樹脂を、遮光層３の頂点からの膜厚が１００μｍとなるように、スプレー法にて塗布した。高屈折率の透明紫外線硬化樹脂は屈折率１．５７の材料を用いた。塗布の後、紫外線硬化を行い、光拡散スクリーン１を完成した。
【００１９】
なお、光拡散スクリーン１の光出射基板側とは反対側の開口部の形状は図５に示すように、無数に略長方形を千鳥状に配列されているが、他に略三角形や略四角形等の形状を有するものを密に配列した形でもよい。
【００２０】
次に、作製した光拡散スクリーン１について、光学シミュレーションによる性能評価を行った結果について説明する。
【００２１】
図３に、本発明の実施の形態１におけるマイクロレンズアレイシートの光源の位置による透過率の変化を表すグラフ図を示す。また、図８にマイクロレンズアレイシートの光源の位置による測定を模式的に示す図を示す。図３について、横軸を光源の位置を表す。図８の球面屈折レンズ８の中心（（ｉ）の破線上）に光源を置いた位置を０μｍとし、遮光層３の頂部（（ｉｉ）の破線上）に光源を置いた位置を３０μｍとする。また、光源の幅Ｓｗを２μｍとする。また、縦軸をスクリーンの透過率を表す。スクリーンの出射側にディテクタ１２を置き、光源から発生した光量をディテクタ１２で受光した光量で割った値を透過率としている。図３の特性について、実線を本発明の形状による透過率分布、破線を従来の形状による透過率分布を示す。
【００２２】
光源の位置が０の場合、本発明の形状、従来の形状共に透過率が９０％程度であるが、光源の位置をずらし、その値が大きくなるにつれて透過率が減少し、光源の位置１０において本発明の形状、従来の形状共に極小値となる。そのときの透過率は、従来の形状では５０％、本発明の形状では７０％となる。光源の位置が１０を超えると透過率が向上し、光源の位置が３０になると再び透過率が９０％となる。図３の透過率分布より、光源の位置が７．５から１２．５までの範囲において、従来の形状と本発明の形状を比較した時透過率の差が生じている。これは、図８（ａ）の球面屈折レンズ８が第１の立体遮光部３０１の底面より下部に形成されていることによって、第１の立体遮光部３０１の表面に塗布されている第１の屈折率を持つ樹脂層４に反射された光について開口部６及び光出射基板２を透過する割合が従来の形状よりも増加したことと、球面屈折レンズ８の曲率を調節することで、スクリーンに垂直入射した光において、第１の屈折率を持つ樹脂層４に反射されずに直接球面屈折レンズ８に入射した光が、全反射を起こすことなく開口部６及び光出射基板２を透過するためである。
【００２３】
図４に、本発明の球面屈折レンズ８の寸法比に対するスクリーン透過率の特性図を示す。図１（ｂ）における凹状の球面屈折レンズ８について、形成されたレンズの幅（Ｐ−Ｐ’間の幅）をＬｗ、第１の立体遮光部３０１と第２の立体遮光部３０２との境界の位置Ｐ−Ｐ’から底面までの高さをＬｈとしたとき、光源から発する平行光が凹状の球面屈折レンズ８に直接入射した場合における、Ｌｈ／Ｌｗの比に対する透過率の大きさの特性図を図４に示す。Ｌｈ／Ｌｗの比が大きくなるほど、凹状の球面屈折レンズ８の曲率は小さくなり、Ｌｈ／Ｌｗが０．５のとき、凹状の球面屈折レンズ８の断面は半円を描くようになる。
【００２４】
また光源の設定をＬｗの長さと同様、２０μｍとしている。図４では、第１の屈折率を持つ樹脂層の屈折率が１．４６、第２の屈折率を持つ樹脂層の屈折率が１．５７である場合の特性を示している。Ｌｈ／Ｌｗの値が０から０．３までの範囲では、透過率は約９３％を示しているが、Ｌｈ／Ｌｗの値が０．３を超えると透過率は線形的に低下する。即ち、透過率が低下しない範囲でＬｈ／Ｌｗを設定し、且つ、レンズによる拡散効果を最大限に持たせるために、図４の第１の屈折率を持つ樹脂層の屈折率が１．４６、第２の屈折率を持つ樹脂層の屈折率が１．５７である場合においては、Ｌｈ／Ｌｗを０．３前後に設定することが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明にかかる透過型スクリーン用の拡散シートは、全反射型光拡散シートに強く現れる３つの輝度ピークによる凹凸を解消して、広い視野角且つ高い透過率を有し、背面投射型ディスプレイ等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるマイクロレンズアレイシートの断面を模式的に示す図
【図２】本発明の実施の形態１におけるマイクロレンズアレイシートの発明の効果の説明図
【図３】本発明の実施の形態１におけるマイクロレンズアレイシートの光源の位置による透過率の変化を示すグラフ
【図４】本発明の実施の形態１におけるマイクロレンズアレイシートのスクリーン底部曲率と透過率との特性図
【図５】本発明の実施の形態１におけるマイクロレンズアレイシート全体の斜視図
【図６】従来のマイクロレンズアレイシートの断面を模式的に示す図
【図７】従来のマイクロレンズアレイシートの動作説明図
【図８】マイクロレンズアレイシートの光源の位置による測定を模式的に示す図
【図９】従来のマイクロレンズアレイシートの光源の位置による透過率の変化を示す特性図
【図１０】従来のマイクロレンズアレイシートを模式的に示す図
【符号の説明】
【００２７】
１  光拡散シート
２  光出射基板
３  遮光層
４  第１の屈折率を持つ樹脂層
５  第２の屈折率を持つ樹脂層
６  開口部
７  反射レンズ
８  球面屈折レンズ
９  平行光
１０  反射光
１１  光源
１２  ディテクタ
２４  遮光性基材
２５  透明層
２６  マイクロレンズ
２７  マイクロレンズアレイ
３２  レーザ光
３３  セルフアライメント孔
３４  光出射面
３５  マイクロレンズアレイシート
３０１  第１の立体遮光部
３０２  第２の立体遮光部
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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