(57)【要約】  本発明は、フレネルレンズシート１の一方の面にフレネルレンズ形状を有し、他方の面に微細凹凸を有し、該微細凹凸は、平均粒径が２０μｍ以下である微粒子４を含むバインダ５を基材３に積層したときに得られる表面微細凹凸形状を転写することにより形成されるものであることを特徴とする透過型スクリーン用のフレネルレンズシート１及びその製造方法である。  本発明により、光量ロスが少ないために明るく、スペックルが抑制され、モアレを発生せず、ゴーストが抑制され、かつ安価な透過型スクリーン用のフレネルレンズシート１を提供することができる。【選択図】  図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
単光源式プロジェクション表示装置用スクリーンに用いられるフレネルレンズシートであって、
フレネルレンズシートの一方の面にフレネルレンズ形状を有し、他方の面に微細凹凸を有し、
該微細凹凸は、平均粒径が２０μｍ以下である微粒子を含むバインダを基材に積層したときに得られる表面微細凹凸形状を転写することにより形成されるものであることを特徴とするフレネルレンズシート。
【請求項２】
前記微粒子の平均粒径が１〜７μｍであることを特徴とする請求項１に記載のフレネルレンズシート。
【請求項３】
前記フレネルレンズシートにおいて、その拡散特性が下記の式（１）、式（２）を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のフレネルレンズシート。
α≧２．０°            （１）
ただしαは視野半値角
ζ≦１８°              （２）
ただしζは視野１／１００値角
【請求項４】
請求項１または２に記載のフレネルレンズシートを備えることを特徴とする背面投写型スクリーン。
【請求項５】
請求項３に記載のフレネルレンズシートを備え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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、背面投写型テレビジョン等に用いられるフレネルレンズシートに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、一般に、背面投写型テレビジョンに用いられている透過型スクリーンの断面の概略構成図を図２に示す。図２において、２はレンチキュラーレンズシートであり、１はフレネルレンズシートである。通常、フレネルレンズシート１およびレンチキュラーレンズシート２が密着されて透過型スクリーンが構成されている。一般に、フレネルレンズシート１は等間隔で同心円状の微細ピッチのレンズからなるフレネルレンズが光出射面に設けられたシートで構成されている。（特許文献１参照）【０００３】
レンチキュラーレンズシート２は、図２に示すように、光入射面側に等間隔になるようにかまぼこ型のレンズがそれぞれ配置されている。フレネルレンズシート１から出射された平行光または収束光は、レンチキュラーレンズシート２により水平方向に大きく拡散され、これによって水平方向の広い視野範囲で映像を観察することが可能となる。【０００４】
かかるレンチキュラーレンズシート２においては、図２に示すように、光入射面側に設けられた各々のレンズによる集光部以外の部位に、黒インクなどの光吸収材よりなる遮光層（以下、ブラックストライプあるいはＢＳ、遮光パターンと称することがある）を設けることで明室でのコントラスト向上が図られている。【０００５】
フレネルレンズシート１においては、水平方向のみならず垂直方向においても映像観察が可能な範囲を拡大するため、迷光を抑制するなどの目的で、内部に拡散材を混入したり、特許文献２に開示される垂直拡散レンチキュラーレンズ（以下、これをＶレンチと称することがある。）や特許文献３に開示されるプリズム形状を入射面に設けることが行われていた。また、映像光のスペックル（輝度ムラ、ギラツキ）を抑えるために、フレネルレンズシートのヘイズを高く（拡散性を大きく）する、といった手法が特許文献４に開示されている。さらに、特許文献５には、フレネルレンズシートの拡散特性を特定の範囲とする手法が開示されている。【０００６】
従来フレネルレンズシートでの拡散性付与においては、
１）フレネルレンズシートの入射面に等ピッチのＶレンチ、プリズム列を形成して拡散特性を得ることも考えられるが、フレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシートとの間でモアレを生ずる問題があった。また、一般的な拡散材を用いて拡散性を付与した場合、
２）拡散材自体がスペックルの発生原因となっている。
３）拡散特性が裾引き型（中角度領域で比較的小さく、高角度領域で比較的大きい特性）となるため、フレネルレンズシートを通過した透過光のうち、裾引き成分（高角度領域の散乱光）がレンチキュラーレンズシートの光吸収層で遮られて、光量ロスが発生する。
４）図３に示すような光線経路によって二重像などのゴーストが生じるが、従来の拡散材による拡散ではこれらゴーストを充分に軽減できなかった。
５）拡散剤が高価なのでコスト面で不利だった。
等の問題があった。【０００７】
【特許文献１】特開昭５９−６９７４８号公報
【特許文献２】特開昭６０−２６３９３２号公報
【特許文献３】特開平１１−２７１８８４号公報
【特許文献４】特開平８−３１３８６５号公報
【特許文献５】特開２０００-２７５７３８号公報
【特許文献６】特開平１０−８０３８９８号号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、光量ロスが少ないために明るく、スペックルが抑制され、モアレを発生せず、ゴーストが抑制され、かつ安価なフレネルレンズ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】
【０００９】
上記の目的は、
単光源式プロジェクション表示装置用スクリーンに用いられるフレネルレンズシートであって、フレネルレンズシートの一方の面にフレネルレンズ形状を有し、他方の面に微細凹凸を有し、該微細凹凸は、平均粒径が２０μｍ以下である微粒子を含むバインダを基材に積層したときに得られる表面微細凹凸形状を転写することにより形成されるものであることを特徴とするフレネルレンズシートを提供することにより達せられる。【００１０】
また前記微粒子の粒径が１〜７μｍであると本発明の効果が顕著である。
また前記フレネルレンズシートにおいて、その拡散特性が下記の式（１）、式（２）を満たす場合、本発明の効果が特に顕著である。
α≧２．０°            （１）
ただしαは視野半値角
ζ≦１８°              （２）
ただしζは視野１／１００値角【００１１】
また、本発明は上記のフレネルレンズシートを備えた背面投写型スクリーンである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のフレネルレンズシートにより、光量ロスが少ないために明るく、スペックルが抑制され、モアレを発生せず、ゴーストが抑制された透過型スクリーンを安価に得ることがでる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明における凹凸形状の形成方法を示す図である。
【図２】背面投写形テレビジョンに一般に用いられている透過型スクリーンの概略断面図である。
【図３】フレネルレンズシートにおけるゴースト発生光路を説明する概略断面図である。
【図４】大きい視野角領域への出射光量が大きいことを示す概念図である。
【図５】本発明において凹凸形状が異なる母型シートの構成を説明する概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
主たる拡散効果を表面凹凸により付与すると、特許文献６などに示される通り、入射面側の拡散要素をより入射面側に局在化できるのでスペックルを効果的に軽減することができる。
また、本発明によれば、図３において、フレネル面で反射したゴースト光が入射面に達した際、表面が凹凸面であるため、臨界角より小さい入射角となる成分が生じるために、ゴースト光の一部しか出射面側へ達しない、などの理由により、ゴースト光を抑制できる。特に二重像の抑制効果が顕著である。【００１５】
表面凹凸が拡散効果に寄与する割合は、ＪＩＳ−Ｋ７１０５で規定されるヘイズ測定法において、本発明の拡散特性をもつフレネルシートのヘイズ測定値をＨとし、拡散剤を含まない以外は本発明と同じフレネルシートのヘイズ測定値をＨ１としたとき、
Ｈ１／Ｈ＞０．５
を満たすことが望ましい。この範囲以外であると、拡散剤が拡散効果に寄与する割合が大きくなり、本発明の効果を充分に発揮できない場合がある。より好ましくはＨ１／Ｈ＞０．８、更に好ましくはＨ１／Ｈ＞０．９である。
上記表面の凹凸は、ランダムであることが好ましい。表面凹凸が規則性を持つとフレネル同心円、レンチキュラーレンズ列などとモアレを生じる場合がある。【００１６】
フレネルレンズシートの入射側表面に凹凸を形成する方法としては例えばフレネルレンズシート基材中に拡散剤を混入する方法がある。しかしこの方法は上述のように拡散材が高価であるといった問題がある。また成形型の表面にサンドブラストによって凹凸を形成し、この形状を転写する方法がある。しかし前記方法では、大面積への加工、凹凸形状の均一性、高さの調整が難しいという問題があると同時に、凹凸形状の大きさを小さくすることが困難となる。凹凸形状の大きさが大きい場合には後述するようにスペックルを充分に軽減できない場合がある。【００１７】
一方本発明は図１に示すように、微粒子４を含むバインダ５を基材３に積層し、その表面凹凸形状を転写することにより凹凸形状を形成する方法より得られる表面凹凸を有するフレネルレンズシート１であり、この方法であれば、大面積への加工、得られる凹凸形状の均一性および高さの調整が容易であり、転写した透明シート（基材３）のヘイズおよび透過率の調整が容易である、という点が優れる。
より具体的な形成法としては、例えばＰＥＴフィルム、アクリル樹脂シートなどの基材３に、無機微粒子または樹脂微粒子である微粒子４を含む紫外線硬化性樹脂などのバインダ５を積層し、バインダ５表面に生じる微粒子４に由来する凹凸形状を転写する方法がある。
上記基材３の材質、厚さは公知のものから適便選択すればよく、上記例に限らない。
上記微粒子４の材質はガラス、金属、アクリル樹脂、スチレン樹脂など公知のものから適便選択すればよい。本発明では特に上記微粒子４は形状を転写するためのものであるため、透明である必要がない。したがってフレネルレンズ基材３中に拡散剤を混入する従来の方法に比べ、微粒子４を用いる本発明は粒径分布、価格などの点で選択の範囲が広い。
また本発明で用いられる上記微粒子４の形状は球状に限らず、扁平状、楕円球状、多角形、不定形など任意のものから適便選択すればよい。なお本発明においては平均粒径とは上記微粒子４の体積を、同体積の球に換算した時の直径を示す。【００１８】
さらに本発明によると、図５（ａ）〜（ｃ）に示す通り、バインダ５の量、微粒子４の量、微粒子４の粒径を増減することで容易に凹凸形状の高さ、密度、大きさを調節できる。
さらに拡散剤を含む従来の拡散シートに光線が入射すると、内部に含まれる拡散剤で屈折されず出射する光線（以下リークスルー）によるスペックルが目立ってしまう。一方、本発明では、微粒子４相互の間に存在するバインダ５の表面がなだらかな曲面であるため、このようなリークスルーが生じにくく、スペックルが目立ちにくい利点がある。【００１９】
本発明において、微粒子４の平均粒径は２０μｍ以下である必要がある。平均粒径が２０μｍより大きいとリークスルー光が生じるため充分な拡散性能が期待できない。微粒子４の平均粒径の好ましい範囲は１〜７μｍである。このような粒径であると、特にスペックルが目立たない。上記粒径である場合にスペックルの輝点の粒が小さくなり、目立ちにくくなるためである。
上記粒径が１μｍより小さいと、充分な拡散特性を付与できない場合がある。７μｍより大きいと、スペックルの輝点の粒も大きくなりスペックルを充分に軽減できない場合がある。同時に粒子間の距離が大きくなって、いわゆるリークスルー光が発生しやすくなる場合もある。特に好ましい範囲は２μｍ以上６μｍ以下である。本発明では２種類以上の微粒子４を使用してもよい。
また、本発明では使用される微粒子４の平均粒径のばらつきは小さいものが好ましい。特に大きな粒径のものがあると外観上むらになりやすい場合がある。また特に小さな粒径のものがあると充分な拡散特性を付与できない場合がある。
本発明において、転写された表面の凹凸の表面粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１  ２００１）の好ましい範囲は０．１〜２μｍである。特に好ましい範囲は０．２〜０．６μｍである。表面粗さが小さすぎると充分な拡散特性を付与できない場合がある。表面粗さが大きすぎるとスペックルの輝点の粒も大きくなりスペックルを充分に軽減できない場合がある。【００２０】
下記の式（１）かつ式（２）の拡散特性を満足する本発明のフレネルレンズシート１であれば、充分に広い垂直視野角が達成されると同時に、フレネルレンズシート１を通過した透過光のうちレンチキュラーレンズ２の光吸収層で吸収される拡散光の裾引き部分が少ないため、光量ロスが少ない、という特徴を両立することができる。
α≧２．０°        （１）
ただしαは視野半値角
ζ≦１８°              （２）
ただしζは視野１／１００値角
拡散剤を含む従来の拡散シートに光線が入射すると、内部に含まれる拡散剤により光線は屈折を起こす。屈折した光線は出射面に達するまでさらに拡散剤により屈折する。この過程の中で、何度も拡散剤で拡散され、過剰な拡散を受ける光線成分が確率的にいくらか存在するため、必要以上に拡散される拡散光の裾引き部分を抑制することが困難である。【００２１】
一方、本発明の入射面凹凸によって拡散するシートに光線が入射すると、入射面で一度屈折作用を受けるだけで拡散特性が決まるため、拡散される拡散光の裾引き部分を抑制することができる。
従来、スペックルを軽減する目的でフレネルレンズシート１に拡散性を付与すること、および、その際にフレネルレンズシート１の拡散特性を大きくすると出射側に配置されたレンチキュラーレンズシート２の遮光部によって遮られる光の量が多くなるため光量ロスが発生することは前述したとおりである。本発明の発明者は鋭意研究の結果、上述の拡散特性を有するフレネルレンズシート１を用いることで、スペックルの軽減と光量ロスの回避とが両立されたスクリーンを得たものである。この成果は特に視野１／１００値角（ζ）に注目することにより達成されている。輝度が正面に比べ１／１００となる視野角領域においては、図４ａ、図４ｂに示すとおり文字通り輝度が正面の１／１００しかないものであるからこれまで重要視されてこなかった。しかし、図４ｃに示すとおりそのような角度領域においても一定の角度範囲で正面方向を軸とした周囲全体に出射する光の総量は、そのある一方向のみの光量である輝度から考えられるよりはるかに多くなっている。これは、ある角度θの方向に出射する光の総量は、角度θにおける輝度値に単位球面上の周の長さをかけたものであるからｓｉｎθの関数となっているからである。通常拡散性を大きくすると、視野１／２値角の増加のみならず上述した視野１／１００値角の増大も伴っており、そのような大きな角度においてはわずかな輝度の増加であってもそのような角度領域全体への光量増加は大きなものとなる。本発明のフレネルレンズシート１においては、視野１／２値角を上記の一定値以上とし、視野１／１００値角の値を上記の一定値以下とすることで、拡散性を確保しつつ周辺部の光量増加が抑制されており、その結果本発明のフレネルレンズシート１とレンチキュラーレンズシート２が組み合わされた背面投写型スクリーンにおいては、光量ロスの抑制とスペックルの軽減との両立という本発明の作用効果が奏されることとなる。【００２２】
視野半値角αが２．０°より小さいと、拡散特性が不足し、垂直視野角が狭くなるとともにモアレ、ゴースト等を充分に抑制できなくなる場合がある。視野半値角αの好ましい範囲は２．５°以上である。
視野１／１００値角ζが１８°より大きいと、レンチキュラーレンズシート２の遮光パターン部分で吸収される光線の裾引き成分が多くなるため、必要なゲインを得ることができなくなる場合がある。視野１／１００値角ζの特に好ましい範囲は１６°以下である。同様の理由で視野１／１０値角γは１２°以下であることが好ましい。
視野１／１００値角ζは１２°以上であることが好ましい。１２°より小さいと、ある範囲以上の垂直視野角において画面の明るさが急激に暗くなる、いわゆるホットバンド現象が問題になる場合がある。同様の理由で視野１／１０値角γは７°以上であることが好ましい。
視野半値角αに対する視野１／１００値角ζの比ζ／αは７より小さいことが好ましい。正面近傍への光線に対して、周辺部方向への光線の割合が小さくなり、出射光量に対する光量ロスの割合が減少するためである。【００２３】
本発明で凹凸形状をフレネルレンズシート２の表面に転写する方法としては、例えば次の方法がある。まず微粒子４を含むバインダ５を基材３に積層し、凹凸母型シートを作製し、その凹凸表面に金属蒸着、メッキなどによって所定の厚さの金属膜を形成する。その後必要に応じて該凹凸母型シートの金属膜面を金属製などの剛直なシートに積層し、該凹凸母型シートを除去することによって凹凸形状を転写した金属型を製造する事ができる。
また、上記凹凸母型シートを作製した後、例えば紫外線硬化性樹脂を使用して転写シートを作製し、その転写シート表面に金属膜を形成し、金属型を製造してもよい。【００２４】
本発明では上記金属型を成形型としてもよいし、上記金属型の転写型を作製してこれを成形型としてもよい。転写の回数によってはフレネルシート製品の表面凹凸形状が凹凸母型シートと同形状の場合もあるし、凹凸形状が逆転した場合もある。本発明ではいずれの場合でもよく、光透過率、スペックル、ゴーストなどの評価によって適便設定すればよい。【００２５】
本発明では上記成形型を用い、例えばプレス成形法、押出し成形法、紫外線硬化樹脂成形法、射出成形方法などで成形品を製造できる。中でも射出成形法、紫外線硬化樹脂成形法が好適である。本発明の凹凸はそのピッチ、高さが小さいことが特徴のひとつだが、射出成形法、紫外線硬化樹脂成形法はこのような形状の転写性が良好であるためである。紫外線硬化樹脂成形は樹脂材料が高価であることを考慮すると、射出成形法が特に好適である。【００２６】
本発明の透過型スクリーンは上記のフレネルレンズシート１を備えることを特徴とし、通常、レンチキュラーレンズシート２を備えていることが多い。ここで、水平拡散性能を有するレンチキュラーレンズシート２に加えて垂直拡散性能を有するレンチキュラーレンズシートを備えて板もよく、レンチキュラーレンズシート２に替えてマイクロレンズアレイシート（フライアイレンズシートとも称されることがある）を備えていてもよい。また、拡散剤等により拡散性能が付与された保護シートを備えていてもよい。
【実施例】
【００２７】
以下に本発明の実施例を述べる。
＜実施例１＞
基材シート：ＰＥＴ１００μｍシート
バインダ：紫外線硬化樹脂及び有機溶剤
微粒子：平均粒径３μｍのビーズ（素材：メタアクリル架橋樹脂）
バインダと微粒子の重量混合比率：紫外線硬化樹脂２４部、有機溶剤６５部、微粒子１１部
基材シート片面に上記バインダと微粒子の混合物を９ｇ／ｍ２塗布する。（これをシート１と呼ぶ）
ついで金属蒸着及びメッキを施し、０．３ｍｍの金属膜を凹凸面に積層した後、ポリイミドシートおよび粘着シートを介して２ｍｍ厚みのステンレスシートに上記金属膜を貼り合せた。
その後シート１を除去し、シート１の凹凸形状を転写した金属型を作製した。【００２８】
引き続き上記金属型と別途用意した鏡面の金属成形型とを射出成形装置に取り付け、ポリメタクリル・スチレン共重合体樹脂製のシートを作製した。その鏡面側に紫外線硬化樹脂によってフレネルレンズを形成し、フレネルレンズシート１を作製した。ＭＳ樹脂製シートの屈折率は１．５４であり、内部に拡散剤は含んでいない。フレネルレンズシート１の厚さは２ｍｍ、マット面の表面粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１  ２００１）は０．３μｍであり、ヘイズ値は６０％であった。該アクリル樹脂製シートの視野角特性を表１に示す。該フレネルレンズシート１を投影機側に配置し、０．１ｍｍピッチのレンチキュラーレンズシートを観視者側に配置して透過型スクリーンを構成し、ＬＣＤプロジェクションテレビ装置に装着し、正面のスクリーン明るさ及びスペックルを目視評価した。その結果を合わせて表１に示す。本発明のフレネルレンズシート１を用いた透過型スクリーンは明るく、またスペックルが充分に軽減されていた。【００２９】
＜実施例２＞
微粒子：平均粒径５μｍのビーズ（素材：メタアクリル架橋樹脂）
バインダと微粒子の重量混合比率：紫外線硬化樹脂２４部、有機溶剤６５部、微粒子１１部
基材シート片面に上記バインダと微粒子の混合物を１２ｇ／ｍ２塗布する。（これをシート２と呼ぶ）
とした以外は実施例１と同様にしてフレネルレンズシート２を作製した。
フレネルレンズシート２の厚さは２ｍｍ、マット面の表面粗さはＲａ＝０．５５μｍであり、ヘイズ値は５８％であった。フレネルレンズシート２の視野角特性を表１に示す。
このフレネルレンズシート２を用いた他は実施例１と同様に構成した透過型スクリーンも、ＬＣＤプロジェクションテレビ装置に装着して実施例１と同様にして観察したところ、やはり明るく、またスペックルが充分に軽減されていた。【００３０】
＜実施例３＞
微粒子：平均粒径２０μｍのビーズ（素材：メタアクリル架橋樹脂）
バインダと微粒子の重量混合比率：紫外線硬化樹脂２４部、有機溶剤６５部、微粒子１１部
基材シート片面に上記バインダと微粒子の混合物を１２ｇ／ｍ２塗布する。（これをシート３と呼ぶ）
とした以外は実施例１と同様にしてフレネルレンズシート３を作製した。
フレネルレンズシート２の厚さは２ｍｍ、マット面の表面粗さはＲａ＝０．６μｍであり、ヘイズ値は５７％であった。フレネルレンズシート２の視野角特性を表１に示す。【００３１】
＜実施例４＞
微粒子を１４部、塗布量を１２ｇ／ｍ２とした以外は実施例１と同様にしてフレネルレンズシート３を形成し、同様に評価した。その結果を表１に示す。【００３２】
＜実施例５＞
微粒子を１７部、塗布量を１４ｇ／ｍ２とした以外は実施例１と同様にしてフレネルレンズシートを形成し、同様に評価した。その結果を表１に示す。【００３３】
＜比較例１＞
鏡面の成形型２枚を用い、ガラス製粒子からなる拡散剤（平均粒径３μｍ、屈折率１．５６）を混入し、ヘイズ値が６０％となるよう濃度を調整して樹脂製シート製造した以外は実施例１と同様にして、厚さ２ｍｍの両面が鏡面のＭＳ樹脂製シートを作製した。
比較例１の該樹脂製シートを用いた以外は実施例１と同様にしてフレネルレンズシート３を作製、透過型スクリーンを構成し、ＬＣＤプロジェクションテレビ装置に装着して実施例１と同様にして正面の明るさおよびスペックルを目視評価した。その結果を合わせて表１に示す。比較例１のフレネルレンズシートを用いた透過型スクリーンは実施例１同様にゲインが高かったが、スペックルの軽減が充分でなく、映像の品位を損ねるものであった。【００３４】
＜比較例２＞
拡散剤の粒径を５μｍとし、濃度を調整してヘイズ値を７０％とした以外は比較例１と同様にして透過型スクリーンを作製、ＬＣＤプロジェクションテレビ装置に装着し、正面の明るさ及びスペックルを目視評価した。その結果を合わせて表１に示す。比較例２のフレネルレンズシート４を用いた透過型スクリーンのスペックルは比較的小さなものであったが、暗い映像となった。【００３５】
上記各実施例、および比較例の結果を表１にまとめて示す。
【表１】
2006135046.tif 000002
【図１】
2006135046.tif 000003
【図２】
2006135046.tif 000004
【図３】
2006135046.tif 000005
【図４】
2006135046.tif 000006
【図５】
2006135046.tif 000007
【国際調査報告】
2006135046.tif 000008
2006135046.tif 000009
2006135046.tif 000010
2006135046.tif 000011