(57)【要約】【課題】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ロレンズを用いた透過型スクリーンを容易に、大面積で提供するとともに、材料コスト、加工コストなどを安価なものとすることのできる透過型スクリーンを提供すること。【解決手段】透光性基板の少なくとも片面に配置され、複数の単位レンズ１１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透過型スクリーン１０において、前記単位レンズ１１が、略半球状に突出する断面視形状を有するとともに、隣り合う単位レンズ間でレンズの側面同士が直接接触するように配置されていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板の少なくとも片面に配置され、複数の単位レンズが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透過型スクリーンにおいて、
前記単位レンズが、略半球状に突出する断面視形状を有するとともに、隣り合う単位レンズ間でレンズの側面同士が直接接触するように配置されていることを特徴とする透過型スクリーン。
【請求項２】
２次元的に略マトリクス配列される平面内で、複数の前記単位レンズが、隣り合う単位レンズ間で一方向のみに重なり合うように配置されているとともに、
前記単位レンズが、前記重なり合う方向に長く、前記重なり合う方向と直交する方向に短い、扁平な形状を有していることを特徴とする請求項１記載の透過型スクリーン。
【請求項３】
前記単位レンズが、平面視略６角形のタイル状に形成されているとともに、前記単位レンズの頂点に対して引かれた法線に対して回転対称となる光学レンズ形状を有するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の透過型スクリーン。
【請求項４】
前記単位レンズが、平面視略６角形のタイル状に形成されているとともに、前記単位レンズの平面視形状が、左右対称でかつ上下対称でなおかつ左右方向と上下方向とでは対称性を有しない、光学レンズ形状を有するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の透過型スクリーン。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の透過型スクリーンを具備することを特徴とする背面投写型スクリーン。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一項に記載の透過型スクリーンと、片面に同心円上の輪帯構造を持つフレネルレンズと、を具備することを特徴とする背面投写型スクリーン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶プロジェクションテレビ／ディスプレイ等の背面投射型ディスプレイ（テレビ／ディスプレイ）に用いる、レンズアレイシートを用いた透過型スクリーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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一方向に揃えて配設したレンチキュラーレンズと、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（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０９−１２０１０１号公報
【０００４】
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ー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ュラー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、拡散材で画面の垂直方向へ光線を広げることで垂直視野角を得ている。
また、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アレイシートをレンチキュラーレンズと置換配置、拡散材を廃止／減量することで、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。
さらに、２層のレンチキュラー層を、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。
さらにまた、このレンチキュラー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。
さらにまた、これら透過スクリーンの用途に応じて最外面等にハードコート層や反射防止膜層（ＡＲ層）を設けることもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様な、従来のレンチキュラー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ュラー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や、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。
【０００６】
また、２層のレンチキュラー層を、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がある。
【０００７】
さらに、同一平面上に２組のレンチキュラーレンズを直交するように配設した構造のスクリーンでは、２組のレンチキュラーレンズがお互いにオーバーラップする構造となるため、一方のレンチキュラー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。
【０００８】
さらにまた、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５０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、そのレンズ形状の相対的な深さ（アスペクト比）から、画面の大きさと両立することが困難である。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。
【０００９】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、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ロレンズを用いた透過型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。
また同時に、材料コスト、加工コストなどが安価な透過型スクリーンを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、前記課題について研究開発を行った結果、下記に示す手段を用いることにより、前述の問題を解決出来ることを見いだした。
請求項１に係る発明は、透光性基板の少なくとも片面に配置され、複数の単位レンズが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透過型スクリーンにおいて、前記単位レンズが、略半球状に突出する断面視形状を有するとともに、隣り合う単位レンズ間でレンズの側面同士が直接接触するように配置されていることを特徴とする。
【００１１】
このような透過型スクリーンによれば、たとえばシリンドリカルレンズのように、１方向（単位レンズの並設方向）だけに入射光を広げて出射させるものではなく、水平，垂直方向を含む全方向に光線を広げて出射させることが、光拡散層を要さずに可能となる。
特に、隣り合う単位レンズ間では非レンズ面を介することなく、隙間なく単位レンズが配置されていることにより、入射光線（映像光）をロスなく効率的に観察者に視覚させることが可能である。
【００１２】
請求項２に係る発明は、２次元的に略マトリクス配列される平面内で、複数の前記単位レンズが、隣り合う単位レンズ間で一方向のみに重なり合うように配置されているとともに、前記単位レンズが、前記重なり合う方向に長く、前記重なり合う方向と直交する方向に短い、扁平な形状を有していることを特徴とする。
【００１３】
このような透過型スクリーンによれば、平面視形状を制御することで、目的に応じた所望の配光特性とすることが可能である。
【００１４】
請求項３に係る発明は、前記単位レンズが、平面視略６角形のタイル状に形成されているとともに、前記単位レンズの頂点に対して引かれた法線に対して回転対称となる光学レンズ形状を有するように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
このような透過型スクリーンによれば、回転対称形状のうち、平面視略６角形は、単位レンズを隙間なく配置する上での加工性の点で優位性を持つ。
【００１６】
請求項４に係る発明は、前記単位レンズが、平面視略６角形のタイル状に形成されているとともに、前記単位レンズの平面視形状が、左右対称でかつ上下対称でなおかつ左右方向と上下方向とでは対称性を有しない、光学レンズ形状を有するように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
このような透過型スクリーンによれば、上下（垂直）方向の長さと、左右（水平）方向の幅を制御することで、目的に応じた所望の配光特性（視野角）の制御が可能である。
【００１８】
請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の透過型スクリーンを具備することを特徴とする。
【００１９】
このような背面投写型スクリーンによれば、単位レンズによる拡散性（視野角）の向上により、光拡散剤（微粒子）を分散してなる構成の光拡散層を簡略化（過剰に用いない）することが可能となり、光の吸収や利得の低下が少なくできる。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の透過型スクリーンと、片面に同心円上の輪帯構造を持つフレネルレンズと、を具備することを特徴とする。
【００２１】
このような背面投写型スクリーンによれば、プロジェクタからスクリーンまでの投射距離を短くできることにつながり、装置設計が簡単になり、表示装置の小型化（薄型化）も可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による透過型スクリーンの一実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明による透過型スクリーンの一実施形態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’矢視断面図である。また、図２は本発明による透過型スクリーンをトーリック面で構成した場合の単位レンズの斜視図である。なお、これら図面に示す透過型スクリーンおよび単位レンズの形状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。また、図２中の符号１，２，３，４はそれぞれ入射面、射出面、入射光、射出光を示している。
【００２３】
図１に示す透過型スクリーン１０は、そのレンズアレイ部を構成する複数の単位レンズ１１のそれぞれが、図１（ａ）に示すような平面視形状を有するとともに、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すような断面視形状を有するものである。なお、図１（ｂ）に示すレンズ面の高さＤ１と図１（ｃ）に示すレンズ面の高さＤ２とは互いに等しい関係にある。
【００２４】
この透過型スクリーン１０の主な特徴は、各単位レンズ１１の平面視形状（正面形状）が左右方向と上下方向でその長さが異なり、扁平になっていることにある。
平面視形状を扁平にすることで、断面形状が回転対称の球面形状、もしくは、非球面形状のレンズの平面視を扁平させて隙間無く敷き詰めた構成としている。この平面視形状を調整することによって目的に応じた配光特性を得ることが可能となる。
なお、レンズアレイ部を構成する単位レンズ１１の断面視形状は、上述した半球状のものに限定されるものではなく、非球面形状、あるいはレンズの軸に対して非回転対称な、３次元幾何学形状で、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させた形状とすることもできる。
【００２５】
この様に非球面形状のレンズを用いることで、光線射出時の屈折角の違いから、光軸に対して直行する平面上の直行座標軸（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力を持たせることが出来るため、正面形状の調整と同時に最適化を行うことで、目的に応じた配光特性を容易に得ることが可能となる。
【００２６】
レンズアレイ部（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。
プラスチックとしては、例えばポリメタクリル酸メチルなどのアクリル系樹脂、ポリカーボネイト、アクリル−スチレン共重合体、スチレン系樹脂、ポリ塩化ビニルなどを例示することが出来る。
また、ファ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）アクリレートおよび／またはエポキシ（メタ）ア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、ポリカプロラクトンポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートジオール、ポリテトラメチレングリコールなどのポリオール類と、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、キシレンイソシアネートなどのポリイソシアネート類とを反応させて得ることが出来る。エポキシ（メタ）ア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、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、フェノールノボラジック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型プロビレンオキサイド付加物の末端グリシジルエーテル、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。
【００２７】
レンズアレイ部は、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ことが出来る。フォトリソグラフィーの技術を用いる手法では、要素レンズの断層形状をパターンニングした、複数のマスクを用意し、そのマスクを用いて、順次シリコンウエハーを露光、ＲＩＥ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。
【００２８】
感光性樹脂層と、遮光層は、以下のようにして製造することができる。実際に透過型スクリー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アレイシート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、この感光性樹脂層にブラックカー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、マイクロレンズによって光線が集光する結像パターンに対応するが、この結像位置はトーリックマイクロレンズの場合は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。その場合、この２箇所の焦点（幾何光学上ではサジタル焦点と、メリディオナル焦点と称する）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ＢＭ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、およびハードコート層などを設けることにより、レンズアレイシートとすることが出来る。
【００２９】
このように、このレンズアレイシートにおいては、一つの要素レンズの正面形状を適宜設計により決定することに依って、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る。この場合、縦方向の長さと横方向の幅を調整すれば良い。レンズ面形状にトーリック面形状を用いる場合には、特にその比率を２／３以下とすることで、透過スクリーンとして適した、垂直／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。
加えて、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きる。
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ことが出来る。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／Ｎ比を実現することができる。
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ことにより、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。
【００３０】
〔実施例〕
以下、実例により本発明の効果を述べる。
本実施例において、設計パラメータは以下のように決定し、その効果の検証実験を行った。
［設計パラメータ］
レンズアレイ層の基材層において、その材料はポリエチレンテレフタレート、厚さは０．０７５ｍｍとした。
レンズアレイ層のレンズ層において、その材料はＵＶ感光性樹脂、レンズ間ピッチは０．０８０ｍｍで、レンズサグ（レンズの山の高さ）４０ミクロンの楕円面を持つ非球面レンズとし、縦横の比を略２：１のハニカム形状とした。
感光性樹脂層には、厚さ２０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。
【００３１】
このレンズアレイシートのレンズ形成面に対して、１°〜５°程度にコリメー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（カーボンブラックの転写箔）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ロレンズの集光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ートを、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、レンズア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。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明においては、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、要素レンズの正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。
また、トーリック面形状とすることにより、その自由度が増すことは言うまでもない。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、なおかつその選択の幅を広げることとなり、開発期間の短縮、費用削減に大きな効果を有する。
さらに、一枚の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）拡散材の量
（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／調合が不要であり、３）光線の吸収（光量ロス）を最低限度に抑えるため、容易に明るいスクリーンを得ることが出来る、などの効果がある。
さらにまた、拡散材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／Ｎの向上を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による透過型スクリーンの一実施形態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’矢視断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’矢視断面図である。
【図２】本発明による透過型スクリーンをトーリック面で構成した場合の単位レンズの斜視図である。
【符号の説明】
１  入射面
２  射出面
３  入射光
４  射出光
１０  透過型スクリーン
１１  単位レンズ
【図１】
2005017919.tif 000003
【図２】
2005017919.tif 000004