(57)【要約】【課題】透過型スクリーン用の光拡散シートであって、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の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】透明基板の光出射側基板２と、光出射側基板２の一方の面に光透過部となる開口部を介在して配列される断面三角形状の遮光体３と、断面三角形状の遮光体３の傾斜面に設けられる第１の屈折率の透明樹脂層で形成される反射レンズ７と、隣接する遮光体３の開口部６に形成される当該第１の屈折率の透明樹脂層の球面屈折レンズ８と、反射レンズ７と球面屈折レンズ８を覆って第１の屈折率よりも高い第２の屈折率の透明樹脂層で形成される光入射側樹脂層５とを備える。【選択図】図１
2007272209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板の光出射側基板と、
前記光出射側基板の一方の面に光透過部となる開口部を介在して配列される断面三角形状の遮光体と、
断面三角形状の前記遮光体の傾斜面に設けられる第１の屈折率の透明樹脂層で形成される反射レンズと、
隣接する前記遮光体の開口部に形成される当該第１の屈折率の透明樹脂層の球面屈折レンズと、
前記反射レンズと前記球面屈折レンズを覆って前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率の透明樹脂層で形成される光入射側樹脂層と
を備えた透過型スクリーン用光拡散シート。
【請求項２】
前記球面屈折レンズが、隣接する断面三角形状の前記遮光体の開口部に前記第１の屈折率の透明樹脂材料を光入射側に凹面を有して形成されることを特徴とする請求項１に記載の光透過型スクリーン用光拡散シート。
【請求項３】
第２の屈折率の前記光入射樹脂層の平坦表面に垂直に入射する平行光と前記遮光体の傾斜面の法線との成す角度が、第1の屈折率のレンズ樹脂層の材料と第２の屈折率の前記光入射樹脂層との材料の屈折率で決定される全反射角度である臨界角より大きいことを特徴とする請求項２に記載の透過型スクリーン用光拡散シート。
【請求項４】
第１の屈折率の透明樹脂層で形成されるレンズ樹脂層を形成する際に、前記遮光体の表面の臨界表面張力より小さい表面張力を示す低屈折率樹脂材料液体を用いることを特徴とする請求項１に記載の透過型スクリーン用光拡散シート。
【請求項５】
第１の屈折率の透明樹脂層で形成されるレンズ樹脂層の形成の際に、前記遮光体の表面及び開口部の表面に低屈折率樹脂材料液体を塗布する前、前記遮光体の表面及び開口部の表面をオゾンアッシング処理することを特徴とする請求項１に記載の透過型スクリーン用光拡散シート。
【請求項６】
前記光出射側基板に、拡散粒子が含有して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の透過型スクリーン用光拡散シート。
【請求項７】
透明基板の光出射側基板の一方の面に光透過部となる開口部を介在して配列される断面三角形状の遮光体を形成する第１の工程と、
断面三角形状の前記遮光体の傾斜面に設けられる第１の屈折率の透明樹脂層で反射レンズを形成するとともに、隣接する前記遮光体の開口部に当該第１の屈折率の透明樹脂層の球面屈折レンズを形成する第２の工程と、
前記第２の工程後、前記反射レンズと前記球面屈折レンズを覆って前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率の透明樹脂層で光入射側樹脂層を形成する第３の工程と
を備える透過型スクリーン用光拡散シートの製造方法。
【請求項８】
前記第２の工程において、前記遮光体の表面の臨界表面張力より小さい表面張力を示す低屈折率樹脂材料液体を用いることを特徴とする請求項７に記載の透過型スクリーン用光拡散シートの製造方法。
【請求項９】
前記第２の工程において、前記遮光体の表面及び開口部の表面に低屈折率樹脂材料液体を塗布する前、前記遮光体の表面及び開口部の表面をオゾンアッシング処理することを特徴とする請求項７に記載の透過型スクリーン用光拡散シートの製造方法。
【請求項１０】
第２の屈折率の前記光入射樹脂層表面に垂直に入射する平行光と前記遮光体の傾斜面の法線との成す角度が、第1の屈折率のレンズ樹脂層の材料と第２の屈折率の前記光入射樹脂層との材料の屈折率で決定される全反射角度である臨界角より大きいことを特徴とする請求項７に記載の透過型スクリーン用光拡散シートの製造方法。
【請求項１１】
透明基板の光出射側基板と、
前記光出射側基板の一方の面に光透過部となる開口部を介在して配列される断面三角形状の遮光体と、 
隣接する前記遮光体の開口部に形成される第１の屈折率の透明樹脂層の球面屈折レンズと、
前記遮光体と前記球面屈折レンズを覆って前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率の透明樹脂層で形成される光入射側樹脂層と
を備え、
前記遮光体が前記第２の屈折率の透明樹脂層より低い第３の屈折率の樹脂材料で形成され、前記遮光体の傾斜面が反射レンズとなる、
ことを特徴とする透過型スクリーン用光拡散シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透過型スクリーン用の光拡散シートに係り、特に背面投射型ディスプレイに好適に利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年大画面ディスプレイへの需要が高まっており、この中でも手軽に大画面表示が可能な背面投射型ディスプレイが期待されている。
【０００３】
図９は背面投射型ディスプレイ１０を模式的に示す構造図である。図９において光学エンジン１１の内部には光源となるランプ、照明光学系、色分解光学系、液晶パネル、色合成光学系などが適切に配置されている。ランプからの光は照明光学系を経て液晶パネルを照明する。照明光は液晶パネルによって空間変調され画像を形成する。その画像は投射レンズ１２によって拡大投射される。
【０００４】
ミラー１３によって折り曲げられ投射される画像光１４は透過型スクリーン１５上で結像する。画像光１４は透過型スクリーン１５を通過する際に拡散されるので、様々な角度からカラー画像を観察できる。これらの要素はキャビネット１６の内部に配置され、装置内への外光の侵入を防止している。
【０００５】
図１０は透過型スクリーン１５の基本構成を示す模式図である。透過型スクリーン１５は、フレネルレンズシート１７と、光拡散シート１により構成されている。フレネルレンズシート１７を投射側に、光拡散シート１を観察者側に向けて配置される。フレネルレンズシート１７は、画像光出射面側に同心円状に形成された断面鋸歯状のフレネルレンズを備えている。
【０００６】
光拡散シート１は、画像光入射面側から順に光拡散レンズと、光拡散レンズの集光部に光を透過する開口部を有する遮光体とで構成されている。一般に、光拡散レンズと遮光体は、透過型スクリーン１５の水平方向にストライプ状に配列されている。
【０００７】
透過型スクリーン１５に投射された画像光１４は、フレネルレンズシート１７で屈折され、光拡散シート１に対して垂直方向に投射する平行光９に調整される。
平行光９は、光拡散レンズによって集光され遮光体の開口部を通過した後に透過型スクリーン１５の左右方向に拡散されて、背面投射型ディスプレイ１０の左右方向に広い視野角で画像を観察することができる。
【０００８】
一方、光拡散シート１の画像光出射面より入射する外光は、遮光体により吸収されるため、明るい部屋においても高コントラストで画像を観察することができる。このような光拡散シート１として、高屈折率透明樹脂と遮光体との境界面の全反射を利用した光拡散シート１が提案されている。この基本構造の立体図を図１１に、断面図を図１２に示す。この光拡散シート１は、高屈折率透明樹脂層１８と、高屈折率透明樹脂層の一方の面に互いに平行に複数配置された三角形状の低屈折率材料で形成された遮光体３とを備えた構成としてある（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
この光拡散シート１は、高屈折率透明樹脂材料に入光する平行光９の一部を遮光体３の傾斜面上に露出した低屈折率材料の界面が反射レンズとなって、この反射レンズの長手方向に対して、直角となる方向へ拡散光として出光し、左右方向に広い視野角で画像を観察することができる。
【００１０】
しかしながら、この方式では、高屈折率透明樹脂の平坦面に垂直に入射する平行光９の一部が遮光体３の開口部６に入射され、拡散することなく通過する。一方、平行光９の残り部は、遮光体３の傾斜面の反射レンズ面で反射し、遮光体３の開口部６から反射レンズの傾斜角度に対応して方向を変えた平行反射光が透過し出射される。
【００１１】
このため、透過型スクリーン１５の視野角は、図１３に示すように、遮光体３の開口部６に平行光が直接入射して通過した視野角０°の出射光ｇｃと、遮光体３の傾斜面で全反射した特定視野角の出射光ｇｓ，ｇｓ‘との３つの強いピークを有する視野角特性が現れる。
【００１２】
このような視野角特性を有する透過型スクリーン１５に投影された画像をあらゆる角度から見た場合、観察角度によって明暗部分が出来てしまうという問題点があった。
【００１３】
このような、３つの輝度ピークを有する視野角特性を持つ光拡散シート１を備えた背面透過型ディスプレイ１０の観察者は、ディスプレイの映像の明暗として認識し、明るさの均一性の極端に悪い映像を観察することになる。
【００１４】
このような課題に対して、補助拡散層を付加した光拡散シート１が考案されている。図１４にその基本構造の模式図を示す。
【００１５】
高屈折率の光入射側樹脂層５と、光入射側樹脂層５の一方の面に互いに平行に複数配置された断面三角形状の低屈折率材料で形成された遮光体３と、光出射側基板２とが設けられた全反射方式の透過型スクリーンの基本構造において、複数の構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１６】
第１の従来例として、図１４の基本構造に示す高屈折率透明樹脂材料の開口部６の直下の領域のみに拡散微粒子などで形成された拡散体の層を設けた構成がある。この構成は、一方の面に断面三角形の溝が平行に複数形成された高屈折率の光入射樹脂層５を形成し、その開口部６の真下のみに拡散体の層を印刷工法等で形成し、断面三角形状の溝に低屈折率材料の遮光材料を充填し、光出射側基板２を接合して製造される。この構成によれば、遮光体３の開口部６に直接入射する平行光及び遮光体３の傾斜面を反射した反射平行光が  開口部６を通過する際、開口部６の真下に配置された拡散体の層により、非平行光として出射されるようにして、視野角による明るさの均一性を向上するようにしている。
【００１７】
第２の従来例としては、図１４の基本構造に示す高屈折率透明樹脂の開口部６の真下に位置する光出射側基板２の上部に屈折構造体を埋め込むもので、屈折構造体は２つ以上の分散面に光を発散するレンズレットを設けた構成である。この構成は、一方の面に三角形の溝が平行に複数形成された高屈折率の光入射樹脂層５を形成し、三角形状の溝に低屈折率材料の遮光体材料を充填し、光出射側基板２に埋め込まれた屈折構造体を、高屈折率の光入射樹脂層５の開口部６の真下に配置し、光出射側基板２を接合して製造される。この構成によれば、遮光体３の開口部６に直接入射する平行光及び遮光体３の傾斜面を反射した反射平行光が  開口部６の出口に配置された拡散構造体により、非平行光として出射され、視野角による明るさの均一性を向上するようにしている。
【特許文献１】実開昭５０−１２１７５３号公報（図５）
【特許文献２】特表２００３−５０４６９１号公報（図２０、図２２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
第１の従来例の構成では、開口部６の真下のみに拡散層が形成されているため、遮光体３の開口部６に直接入射する平行光及び遮光体３の傾斜面を反射した反射平行光とが開口部６の出口に配置された拡散体の層により、非平行光となって出射されるため、３つのピークゲインが各々緩和される。しかしながら、開口部６の直下への拡散粒子等で形成された印刷等による拡散体層では光拡散効果が非常に低く、３つの輝度ピークを解消し、ディスプレイ画面の明暗を解消するに至らないという問題があった。
【００１９】
また、第２の従来例の構成では、開口部６の真下の光出射側基板２の位置に屈折構造体を埋め込む構成であり、具体的な拡散構造体の構造や拡散効果の説明の記載がなされていないものの、開口部６から出射する３つのピークゲインを比較的大きく緩衝できる可能性はある。しかしながら、製造工法において、光出射側基板２の屈折構造体の位置と、高屈折率の光入射樹脂層５の開口部６とを正確に位置あわせを行って両者の張り合わせを行うには、非常に難易度の高い技術が必要であり、張り合わせの位置ズレが発生しやすい。このような位置ズレが発生した場合、開口部６を通過した光が拡散構造体を透過する光と透過しない光が発生するなどして、安定した視野角特性が得られないという問題があった。
【００２０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、全反射型の光拡散シートにおいて、遮光体の開口部直上に球面屈折レンズを形成し、３つの輝度ピークの凹凸を解消し、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の無い品質の高い光拡散シート及びそれを用いた透過型スクリーンを単純な製造工程で提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の透過型スクリーン用の光拡散シートは、透明基板の光出射側基板と、前記光出射側基板の一方の面に光透過部となる開口部を介在して配列される断面三角形状の遮光体と、断面三角形状の前記遮光体の傾斜面に設けられる第１の屈折率の透明樹脂層で形成される反射レンズと、隣接する前記遮光体の開口部に形成される当該第１の屈折率の透明樹脂層の球面屈折レンズと、前記反射レンズと前記球面屈折レンズを覆って前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率の透明樹脂層で形成される光入射側樹脂層とを備えたものである。
【００２２】
また、本発明の透過型スクリーン用光拡散シートの製造方法は、透明基板の光出射側基板の一方の面に光透過部となる開口部を介在して配列される断面三角形状の遮光体を形成する第１の工程と、断面三角形状の前記遮光体の傾斜面に設けられる第１の屈折率の透明樹脂層で反射レンズを形成するとともに、隣接する前記遮光体の開口部に当該第１の屈折率の透明樹脂層の球面屈折レンズを形成する第２の工程と、前記第２の工程後、前記反射レンズと前記球面屈折レンズを覆って前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率の透明樹脂層で光入射側樹脂層を形成する第３の工程とを備えたものである。
【００２３】
また、本発明の透過型スクリーン用の光拡散シートは、透明基板の光出射側基板と、前記光出射側基板の一方の面に光透過部となる開口部を介在して配列される断面三角形状の遮光体と、 隣接する前記遮光体の開口部に形成される第１の屈折率の透明樹脂層の球面屈折レンズと、前記遮光体と前記球面屈折レンズを覆って前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率の透明樹脂層で形成される光入射側樹脂層とを備え、前記遮光体が前記第２の屈折率の透明樹脂層より低い第３の屈折率の樹脂材料で形成され、前記遮光体の傾斜面が反射レンズとなるものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の光拡散シート及びそれを用いた透過型スクリーンによれば、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、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の無い画像を観察することができる。また、本発明は、左右方向に加え上下方向にも反射レンズを配置する上下視野角拡大構造においても有効に作用し、上下方向にも広い視野角が得られ、観察者が座ったり立ったりしたときの画面の明るさの変化が滑らかな画像が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、本発明の透過型スクリーンの拡散シートの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における透過型スクリーンの光拡散シート１について、断面構造図を示したものである。図１に示すように、光拡散シート１は、大きくは光出射側基板２と、遮光体３と、レンズ樹脂層４と光入射側樹脂層５とで構成される。
【００２７】
光出射側基板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。上記基板及び拡散微粒子に用いるＭＳ樹脂材料の屈折率は、屈折率約１．４９のＭＭＡ樹脂と、屈折率約１．５９のスチレン樹脂の配合比率を変えることで、１．４９から１．５９の範囲で調整可能である。
【００２８】
このような拡散微粒子は、光出射側基板２への入射光を全方位に均等に拡散し出射する作用を有し、視野角曲線の均一化及びシンチレーションの低減などの改善効果がある一方で透過率低下を導くので、最適な粒子の材料、直径、含有率が選択される。この拡散微粒子は、基板厚み方向に分布率を変えて混合したり、拡散微粒子含有率の極めて高いシートを形成し、ピュアーな透明樹脂基板と貼り付けるなど各種の構成が考えられている。
【００２９】
遮光体３は、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。遮光体２の断面形状は、光出射側基板２に密着した底部を有し光入射面側に頂角を有する二等辺三角形の形状としてある。また、遮光体３は、開口部６を間に設けて均等間隔で複数平行配列され、断面奥行き方向に連続してある。
【００３０】
光入射側樹脂層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、遮光体３の表面及び開口部６の表面に塗布してレンズ樹脂層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。ここで、レンズ樹脂層４とは、反射層を形成する遮光体３の傾斜面の表面と、球面屈折層を形成する開口部６の表面との両方に隙間なく形成されてある連続した低屈折率透明樹脂層を示している。反射層を形成する遮光体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てあり、反射レンズ７として機能する。また、球面屈折層を形成する遮光体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。
【００３１】
即ち、遮光体３の傾斜部のレンズ樹脂層４は反射レンズ７としての機能を有し、開口部６の上部のレンズ樹脂層４は球面屈折レンズ８の機能を有し、反射レンズ７と球面屈折レンズ８は、連続したレンズ樹脂層４から形成されている。
【００３２】
光入射側樹脂層５は、レンズ樹脂層４の低屈折率透明樹脂より高い屈折率を示す高屈折率透明樹脂を材料とし、例えば、紫外線硬化性アクリレート系樹脂などが用いられる。そして、レンズ樹脂層４の表面全体を覆い、光入射側が光出射側基板２の表面と平行な平坦面としてある。
【００３３】
図１において、間隔Ｐは、遮光体３の断面三角形状の頂点（頂上が平坦になっている時は、その中心点）と隣接の遮光体３の断面三角形状の頂点との間隔であり、光拡散シート１の構成上の単セルに相当する。遮光体３と隣接の遮光体３との間の中心線は、屈折レンズ８の球面の中心線と一致し、この中心線は単セル内での対称線にも相当する。この単セルにおいて、中心線から左側を領域Ｉ、右側を領域ＩＩとする。そして、領域Ｉにおける遮光体３の傾斜面に形成された低屈折率透明樹脂の薄膜領域を領域ｂｉとし、入射光を全反射する機能を有する反射レンズ７に相当する領域である。領域ＩＩにおける遮光体３の傾斜面に形成された低屈折率透明樹脂の薄膜領域を領域ｂｉｉとし同様に反射レンズ７にと同様の機能領域である。さらに、領域ａは開口部６に設けられた球面状の低屈折率透明樹脂であり入射光を屈折透過する機能を有する球面屈折レンズ８に相当する領域である。
【００３４】
これら、反射レンズ７の全反射機能と球面屈折レンズ８の光屈折機能とを得るために遮光体３とレンズ樹脂層４とは各々において次の条件で形成してある。
【００３５】
低屈折率透明樹脂層と高屈折率透明樹脂層とが密着形成された基板に対し、高屈折率透明樹脂層側から、低屈折率透明樹脂表面の垂線とのなす角度（入射角）で平行光を入射すると、臨界角度以上の入射角度で平行光を入射すると全反射を起こし、臨界角度以下で平行光を入射すると屈折透過を起こす。そして、この臨界角度は、低屈折率透明樹脂層と高屈折率透明樹脂層との屈折率の比率で決定される値である。
【００３６】
したがって、反射レンズ７は、断面三角形状の遮光体３の傾斜面の法線と光入射側樹脂層５の平坦面に垂直に入射される平行光とでなす角（即ち遮光体３の傾斜面への光入射角度）が、遮光体３の傾斜面に対し臨界角度以上の角度になる条件で形成してある。例えば、低屈折率透明樹脂の屈折率１．４５、高屈折率透明樹脂１．５５の場合、臨界角度は約７０°となるため、入射角度が７０°以上になるように遮光体３の傾斜面角度が設けられる。この入射角度は、遮光体３の底辺と傾斜面のなす角度θに相当する。このような条件で構成されたレンズ樹脂層４の領域ｂｉとｂｉｉが反射レンズ７となっている。
【００３７】
一方、開口部６に相当する領域ａにある球面状のレンズ樹脂層では、光入射側基板の高屈折率透明樹脂から入射された平行光の入射角度が、全反射角度以下になるように形成してあり、球面屈折レンズ８の表面で入射光を集光する方向に屈折し、開口部６から出射され、光出射基板２内部で焦点を結んだ後、光が拡散される。
【００３８】
つぎに、光拡散シート１の製造方法を大きく３つの工程に分けて説明する。第１の工程では、光出射側基板２に遮光体３を形成する。基材より屈折率の高い透明樹脂にガラス又は樹脂の球状微粒子を混合分散して押し出し成形などで形成された厚さ１〜３ｍｍの光出射側基板２表面に、数パーセントのカーボン微粒子を含む低屈折率透明樹脂を、開口部６の間隔を置いて断面三角形状の遮光体３を複数平行配列して形成する。この遮光体３は、表面に離型処理された断面三角形の溝が設けられた金型に樹脂を充填すると同時に、過熱或いは化学反応、エレクトロンビームなどで重合硬化して成形される。
【００３９】
第２の工程では、レンズ樹脂層４を形成する。まず、開口部６と遮光体３の表面へ、低屈折率の紫外線硬化透明樹脂の液体を定量塗布する。塗布量が微量である場合、液体塗布を多くして制御性を向上したい場合は、溶剤で紫外線硬化透明樹脂を希釈して塗布した後に溶剤を除去してもよい。塗布した紫外線硬化透明液体は、遮光体３の表面に薄膜を形成すると共に、遮光体３の脚部間の開口部６には、樹脂液体の表面張力によりメニスカス球面が形成される。次に、これら液面によって形成された樹脂膜を紫外線照射により硬化し、レンズ樹脂層４を形成する。
【００４０】
第３の工程では、光入射側樹脂層５を形成する。レンズ樹脂層４の上から、高屈折率の紫外線硬化透明樹脂を塗布して、三角形状の遮光体３の凹凸を完全に埋め、平坦面を形成し、その後、紫外線を照射して固化する。
【００４１】
上記第２の工程におけるレンズ樹脂層４の形成において、低屈折率樹脂液体を塗布して、遮光体３の傾斜面への薄膜形成（反射レンズ７）と開口部６への凹型球面の形成（球面屈折レンズ８）を同時におこなうためには、遮光体３の傾斜面と開口部６の表面との両方の領域全面が、低屈折率樹脂液体によって濡れた状態になることが必要である。一般に、固体と液体の濡れの指標として、接触角の値が用いられ、大きく分けて、９０°より高いと固体表面を液体が弾き、９０°より低いと濡れると表現される。底を閉じ垂直に立てた円柱管に液体を入れたとき、管内の対向する壁面が平行であれば接触角９０°で水平液面となり、９０°より低いと管表面と液体の接点に形成される接触角に沿って凹型のメニスカス液面が形成される。同様な原理により、対向する遮光体３の傾斜面の内側の液面が水平になる条件は、遮光体３の傾斜角度と接触角とが同じ値になる場合であり、開口部６に凹面レンズを形成するためには、この傾斜角度より低い接触角であれば良い。
【００４２】
図２は、対向する遮光体３の傾斜面の間に液体を入れたときに形成されるメニスカス液面の模式図である。遮光体３の傾斜面と低屈折率樹脂液体との接点に形成される接触角ωの液面に沿って球面が形成される。
【００４３】
一方、遮光体３の傾斜面に低屈折率樹脂液体の薄膜を形成するためには、傾斜面上でこの液体が弾かずに液体の層が安定して形成されることが必要である。一般に、固体（特に有機化合物）の臨界表面張力より表面張力の小さい液体は、すべてこの固体表面の上をひろがることが知られている。例えば、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）の表面を液体で濡らせたいときは、ＰＭＭＡの臨界表面張力３９ｄｙｎ／ｃｍより低い液体を調整して用いれば良い。紫外線硬化性樹脂の液体は、アクリル系及びエポキシ系など各種製品から適した材料を選択するか、調整して得られる。また、フッ素系樹脂など、臨界表面張力の非常に低い材料の場合は、固体表面へオゾンアッシング処理を行うことで表面が活性化して液体の濡れやすくすることも可能である。これは、大気圧上でオゾンへ紫外線を照射するなどして、酸素ラジカルを生成して固体表面をアッシングする処理をいい、有機材料の有機結合が切断され酸素を含んだ官能基が形成され極めて活性に富んだ表面状態が得られる。
【００４４】
このようにして固体表面の臨界表面張力を上げれば、ほとんどの液体を固体表面で濡れ広がせることができ、液体の表面層を形成することができる。このように臨界表面張力を基準に遮光体３の傾斜面と低屈折率材料液体を選定及び調整した。本実施の形態では、現実的な方法として、臨界表面張力以下の液体の定義を、遮光体３の材料表面で濡れ状態が保持されることで判断した。一方、遮光体３の傾斜面及び開口部６が低屈折率樹脂材料液体で濡れ状態にあるとき、遮光体３の傾斜面は低屈折率樹脂材料液体との接触角が０に等しくなり、開口部６に形成されるメニスカス液面形状は、曲率半径の最も小さな凹型の球面となる。このように、遮光体３の傾斜面の臨界表面張力より小さい低屈折率樹脂材料液体を用いることで、図１に示すような遮光体３の傾斜面の薄膜と、開口部６の球面屈折レンズ８を形成した。本実施の形態では、また、遮光体３の傾斜面の低屈折率材料の膜厚は、樹脂液体の粘度に相関があり、樹脂液体の粘度を選択調整して所望の膜厚を得ることが可能である。
【００４５】
以上のようなレンズ形成の工法を用いることで、高価で成形困難な金型成形を用いることなく、遮光体３の表面の反射レンズ７と開口部６の超微細な球面屈折レンズ８とを同時に形成し、特別な位置調整機構を用いることなく遮光体３と球面屈折レンズ８の確実な位置合わせがセルフアライメントで達成できるため、高精度で安価な製造工法を提供するものである。
【００４６】
また、上記のようなオゾンアッシング処理をレンズ樹脂層４の表面層に施せば、レンズ樹脂層４と光入射側樹脂層５の接着力の強化、及びレンズ樹脂層４の凹凸面への高屈折率樹脂材料液体の充填性向上に非常に有効である。
【００４７】
次に、本発明の第１の実施例における透過型スクリーン用拡散シート１の動作について、図３を用いて説明する。図３は、光入射側樹脂層５の平坦面に垂直に入射する平行光９が、遮光体３の開口部６の上にある球面屈折レンズ８に直接入射する時の動作を示している。光入射樹脂基板５の高屈折率樹脂へ入射した平行光９は、そのまま直進し、低屈折率樹脂で形成された球面屈折レンズ８の表面に達すると光が集光方向に屈折し、開口部６を通過して、光出射側基板２内で集光拡散し非平行光となって光出射側基板２の表面から出射される。このときの拡散角度は、高屈折率樹脂と低屈折率樹脂の屈折率差及び球面屈折レンズ８の曲率半径に依存し、屈折率差が高く、曲率半径が大きいほど出斜光の拡散効果が大きくなる。
【００４８】
従来、開口部６へ直接入射した光は、拡散することなく通過するか、光出射側基板２の内部の拡散剤により僅かに拡散するのみであったが、開口部６に球面屈折レンズ８を配置した本発明によれば、開口部６に直接入射される平行光を高効率で拡散することができる。
【００４９】
次に、図４は、光入射側樹脂層５の平坦面に垂直に入射する平行光９が、遮光体３の傾斜部上に設けられた反射レンズ７に照射された場合の動作を説明する。反射レンズ７は、遮光体３の開口部６の中心軸に対称且つ対向して設けられているので、ここでは片側の領域ＩＩに相当する反射レンズ７の動作のみ説明する。図４に示すように、領域ＩＩの反射レンズ７の領域ｂｉｉに入射平行光９が照射された時に、光出射側基板２の内部に出射されるまでの光線の軌跡を光線ｈ、光線ｆに示す。
【００５０】
遮光体３の三角形頂点近傍の反射レンズ７に高屈折率透明樹脂材料から入射した光線ｆは、反射レンズ７の面で反射した後、領域Ｉ側の球面屈折レンズ８の表面に入射し、中心軸側に集光方向に屈折し、開口部６を透過して光出射側基板２へ出射する。一方、遮光体３の脚部近傍の反射レンズ７に照射された光線ｈは、反射レンズ７の表面で反射し、領域ＩＩの球面屈折レンズ８で大きく中心軸から遠ざかる方向へ大きく屈折し、開口部６を透過して光出射側基板２へ出射する。
【００５１】
このように反射レンズ７に入射平行光が照射される場合においても、球面レンズ８が設けてあることで、遮光体３の三角形頂点近傍に照射された光（光線ｆ）は、より低視野角側へ移動し、遮光体３の三角形脚部近傍に照射された光（光線ｈ）は、より高視野角側へ移動するため、反射レンズ７の反射光が低視野角側と高視野角側の両方により大きな広がりを持って出射側基板２へ出射される。また、遮光体３の三角形状の傾斜面を曲面とし非平行光を作成した場合においても、このような球面屈折レンズ８があることで、拡散効果が高まり、視野角曲線のピークの緩和効果が高まると共に、高視野角側の裾野をより広げる効果がある。
【００５２】
図５に拡散粒子を含有する光出射側基板２を通過する前の視野角曲線Ｃｂと通過した後の視野角曲線Ｃｆを示す。光出射側基板２を通過する前の曲線Ｃｂにおいて、ピークｇｃは遮光体開口部６の領域ａに直接入射した光のゲインであり、ピークｇｓ及びピークｇｓ’は反射レンズ７の領域ｂｉ、ｂｉｉで反射された光のゲイン特性を示す。従来の球面屈折レンズ８の無いゲイン特性に比べ、３つのゲインピークが大きく拡散することで、曲線Ｃｆに示すように、一般的な拡散粒子を含有した光出射側基板２を透過させると、３つのピークが解消される。このように、本発明を適用した場合、視野角曲線の凹凸が無く、広い視野角性能を有する特性を得ることができる。
【００５３】
以上のように、開口部６に球面屈折レンズ８を配置することで、開口部６及び遮光体３の領域に入射した平行光９は、両方の領域から発生する輝度ピークを緩和し、ゲインの裾野を広げられるため、一般的な拡散機能つきの光出射側基板２を通過した後は、３つの輝度ピークの分離が解消され、高視野角側に裾野の広い特性が得られ、高品質な光透過型スクリーンの光拡散シート１を提供できるものである。
【００５４】
上記の第１の実施例では、反射レンズ７の形成に、遮光体３の上面に塗布した第１の屈折率の透明樹脂層と第２の屈折率の透明樹脂層の全反射境界を用いたが、遮光体３を前記第２の屈折率の透明樹脂層より低い第３の屈折率の樹脂材料で形成し、遮光体３及び開口部の球面屈折レンズの上部に第２の屈折率の透明樹脂層を形成し、遮光体３の傾斜面と第２の屈折率の透明樹脂層との境界で反射レンズを形成することもできる。ここで、開口部に形成する球面屈折レンズは、１００ｃｐｓ前後の比較的粘度の低い第１の屈折率の透明樹脂材料液体を遮光層及び開口部上に適量塗布して形成する。粘度の低い透明樹脂液体は、遮光層３の傾斜面をすべり落ちて開口部に溜り凹型液面（凹型メニスカス）を形成する。また、第１の屈折率の透明樹脂材料液体の塗布には、インクジェットによって開口部に適量塗布することもできる。さらに、第１と第３の屈折率の透明樹脂は、同じ屈折率となる材料であっても良い。
【００５５】
（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態における透過型スクリーンの光拡散シート１について説明する。この第２の実施例は、左右と上下の両方の方向に視野角の拡大を行うものである。図６は、本発明の第２の実施例における透過型スクリーンの光拡散シート１の上面図を示したものである。図７は、図６のＡ−Ａ’切断面の構造図である。図８は、図６のＢ−Ｂ’切断面の構造図である。
【００５６】
本発明の第１の実施の形態では、断面三角形状の遮光体３が、奥行き方向に連続しストライプ状に形成されていたのに対し、第２の実施の形態では、図６の光拡散シート１の上面図に示すように、遮光体３が従来の左右方向への配列に加えて、上下方向にも奥行き方向に連続形成されており、左右と上下に配列された遮光体３の交点部で接続された構成になっている。従って、開口部６は上面からみると島状に個々に分離されており、遮光体３の傾斜面が島状の開口部６を四方で囲むような擂り鉢状の構成である。この１つの擂り鉢状が単セルとなる。
【００５７】
ここで、Ａ−Ａ’断面の構成は左右方向視野角に、Ｂ−Ｂ’断面の構成は上下方向視野角に関連する。上下方向視野角より左右方向視野角を重視する場合は、上下方向断面の遮光体３のピッチを大きくとり反射レンズ７への入射光照射面積比率を低くすることで調整できる。図８の遮光体３のピッチＰｖを図７のピッチＰｈより大きくしているのは、左右方向視野角を重視した例に相当する。
【００５８】
球面屈折レンズ８においても、第１の実施例と同様な液面によるレンズ形成プロセスを用いることで、図７の水平方向と図８の垂直方向との両方に同時に遮光体３との高い位置精度を維持して簡単に形成することができる。
【００５９】
さらに、上下視野角拡大における遮光体３の構成は、一松模様などでもよく格子型に制限されるものではない。
【００６０】
以上のような球面屈折レンズ８の構造及びその製造プロセスにより、左右方向と上下方向との両方に遮光体３を配列した上下視野角拡大構成においても、左右方向と上下方向の両方に球面屈折レンズ８を高精度で容易に形成することができ、水平方向と上下方向の両方で３つの輝度ピークの解消と視野角の裾野の広い連続的で滑らかな輝度特性が得られる。
【００６１】
また、本発明による光拡散シート１は、光入射側基板の表面が平坦となっているため、光拡散シート１の面が平坦な反射型フレネルレンズシートに、粘着剤などで密着して張り合わせることが可能である。このような構成にすることで、フレネルレンズシートと光拡散シート１との隙間の発生がなく、安定した品質の映像を提供することができることから、本発明は、反射型フレネルレンズシートとの組み合わせに極めて有効に作用する。従来、光入射側の表面に屈折レンズの凹凸が形成された光拡散レンズでは、フレネルレンズシートの間に空気層が必要なため接合できず、温度変化による互いの反り量の違いから隙間が発生するなどの問題を有していた。
【実施例１】
【００６２】
本実施例では、格子状に遮光体３が配列された上下視野角タイプの透過型スクリーンの光拡散シートを示す。遮光体３の断面が、略三角形状をしており、遮光体３のピッチが９０μｍ、底部幅６０μｍ、高さが９０μｍ、遮光体３の開口部６の幅が３０μｍとなる形状を遮光体３の設計値とし、実施を行った。
【００６３】
まず、粒子径１０μｍ以下で体積比率約５％の樹脂ビーズを混合させたアクリル系樹脂を基材とする光出射側基板２に、体積比率９％のカーボン微粒子を含有した２液混合ウレタン系樹脂を基材とする黒色液状樹脂を塗布する。
【００６４】
次に、遮光体３の断面三角形状溝が水平方向と垂直方向とに加工された遮光体３の転写金型を用いて、硬化前の黒色液状樹脂上に押し当て、上部より加圧した状態で黒色液状樹脂を光射出側基板２の上で硬化させて、格子状の遮光体３を形成した。
【００６５】
ここで、光出射側基板２の厚みは２ｍｍ、遮光体３の水平と垂直のピッチは各５５μｍと８０μｍとし、遮光体３の断面三角形状の傾斜面θの平均角度は８０°（ここで、反射レンズ７の反射光が全て開口部６を通過するよう遮光体３の斜面は、曲面形状とした）とした。
【００６６】
次に、作製された遮光体３の上面から、レンズ樹脂層４となる低屈折率透明硬化性樹脂を塗布する。今回は、低屈折率の透明紫外線硬化樹脂にエポテック社のＯＧ１３４を用いた。
【００６７】
この低屈折率の透明紫外線硬化樹脂を遮光体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。
【００６８】
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体３の表面をオゾン処理した。スプレー塗布した直後に、遮光体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。
【００６９】
次に、光入射側樹脂層５となる高屈折率の透明紫外線硬化性樹脂を、遮光体３の頂点からの膜厚が１００μｍになるように、スプレー法にて塗布した。
【００７０】
高屈折率の透明紫外線硬化樹脂にはノーランド社のＮＯＡ―６０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。
【００７１】
両スクリーンを、濁度計（日本電色工業社製  ＮＤＨ２０００）を用いて全光線透過率の測定を行い評価した。
【００７２】
その結果、視野角０°をピークとする滑らかな視野角特性が得られた。また、水平方向のβ角（１／３ピーク輝度の視野角）が３７°、垂直方向のβ角が１８°と水平及び上下とも広い視野角が得られた。
【００７３】
以上により作製された光拡散スクリーンを取り付けた透過型スクリーンを作製し、背面投射型ディスプレイを作製したところ、輝度ムラの無い高視野角で良好な背面投射型ディスプレイが得られた。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明にかかる透過型スクリーン用の拡散シートは、簡単の製造工程で反射レンズと球面屈折レンズを高いアライメント精度で形成することで、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】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施例における光拡散シートの断面を模式的に示す図
【図２】本発明の第１の実施例における光拡散シートの球面屈折レンズを説明するための図
【図３】本発明の第１の実施例における光拡散シートの動作説明図
【図４】本発明の第１の実施例における光拡散シートの反射レンズの動作説明図
【図５】本発明の第１の実施例における光拡散シートの視野角特性を示す図
【図６】本発明の第２の実施例における光拡散シートの上面図
【図７】図６に示す本発明の光拡散シートのＡ−Ａ’断面図
【図８】図６に示す本は光拡散シートのＢ−Ｂ’断面図
【図９】背面投射型ディスプレイの構造を模式的に示す図
【図１０】透過型スクリーンの構造を模式的に示す図
【図１１】従来の反射型光拡散シートの立体構造を概略的に示す図
【図１２】従来の反射型光拡散シートの動作説明図
【図１３】従来の反射型光拡散シートの視野角特性を示す図
【図１４】第１の従来例の光拡散シートの断面を模式的に示す図
【符号の説明】
【００７６】
１  光拡散シート
２  光出射側基板
３  遮光体
４  レンズ樹脂層
５  光入射側樹脂層
６  開口部
７  反射レンズ
８  球面屈折レンズ
９  平行光
１０  背面投射型ディスプレイ
１１  光学エンジン
１２  投射レンズ
１３  ミラー
１４  画像光
１５  透過型スクリーン
１６  キャビネット
１７  フレネルレンズシート
１８  高屈折率透明樹脂層
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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