JP2003295324A - プロジェクションスクリーン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、光の吸収が少なく、利得の低下が少
なく、白色散乱を制御したマイクロレンズシートを用い
た、大面積で、安価なプロジェクションスクリーンを提
供する。 【解決手段】基板の片面に、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シートを用いた
プロジェクションスクリーンにおいて、単位レンズの特
定方向の断面形状が、前記方向と直交する方向の断面形
状に対して小さい曲率として、それらを連続的面として
構成したトーリック面からなり、透光性シートの片面
に、上記単位レンズを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形成し、マイクロレンズ
アレイ部と反対側である前記シートの表面には、単位レ
ンズ群と光軸を合わせた開口部を有する遮光層を形成し
た構成であることを特徴とするプロジェクションスクリ
ーンである。

Description

【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
トを用いたプロジェクション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を一方向に揃えて配
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。

【０００３】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、拡散剤で画面の垂直方向へ光線を
広げる事で垂直視野角を得ている。

【０００４】さらに、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、拡散剤を廃止／減量する事で、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。

【０００５】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。

【０００６】さらに、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。

【０００７】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）
を設ける事もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】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。

【０００９】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。

【００１０】また、同一平面上に２組のレンチキュラー
レンズを直行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。

【００１１】さらに、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、その成形形状の深さから、画面の大
きさと両立する事が困難である。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。

【００１２】本発明は、上記問題点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
ロレンズを用いたプロジェクションスクリーンを容易
に、大面積で提供することを課題とする。また、もう一
つの課題は、材料コスト、加工コストなどが安価なマイ
クロレンズを用いたプロジェクションスクリーンを提供
することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、基板の片面に、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
アレイ部を有するマイクロレンズシートを用いたプロジ
ェクションスクリーンにおいて、単位レンズの特定方向
の断面形状が、前記方向と直交する方向の断面形状に対
して小さい曲率として、それらを連続的面として構成し
たトーリック面からなり、透光性シートの片面に、上記
単位レンズを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形成し、マイクロレンズアレイ部
と反対側である前記シートの表面には、単位レンズ群と
光軸を合わせた開口部を有する遮光層を形成した構成で
あることを特徴とするプロジェクションスクリーンであ
る。

【００１４】請求項２に係る発明は、請求項１記載のプ
ロジェクションスクリーンにおいて、前記透光性シート
の片面に、上記単位レンズを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形成する際、各単
位レンズは、曲率の方向を揃えて配列された構成である
ことを特徴とする。

【００１５】請求項３に係る発明は、請求項１記載のプ
ロジェクションスクリーンにおいて、前記トーリック面
は、特定方向の断面の曲率部厚さに対する、前記方向と
直交する方向の断面の曲率部厚さ、即ちレンズサグの比
が２／３以下とした構成であることを特徴とする。

【００１６】請求項４に係る発明は、請求項１記載のプ
ロジェクションスクリーンにおいて、前記トーリック面
は、水平方向の断面の曲率部厚さに対する、垂直方向の
断面の曲率部厚さ、即ちレンズサグの比が２／３以下と
した構成であることを特徴とする。

【００１７】請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何
れかに記載のプロジェクションスクリーンにおいて、前
記マイクロレンズアレイ部は、透過型プロジェクション
スクリーンとして用いる際、入射側（プロジェクタ側）
となる透光性シートの片面に形成してなることを特徴と
する。

【００１８】請求項６に係る発明は、請求項１〜５の何
れかに記載のプロジェクションスクリーンにおいて、前
記遮光層は、透光性シートの反レンズ部側表面に設けた
感光性樹脂層の表面で、マイクロレンズアレイ部を通し
ての露光により集光しない非感光領域に形成されてお
り、前記感光性樹脂層またはその表面に形成する層が、
透光性シートよりも低屈折率であることを特徴とする。

【００１９】請求項７に係る発明は、請求項１〜６の何
れかに記載のプロジェクションスクリーンを透過型プロ
ジェクションスクリーンとして用いる際、入射側（プロ
ジェクタ側）に、片面に同心円上の輪帯構造を持つフレ
ネルレンズをさらに備えることを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例としての
プロジェクションスクリーンの実施形態について図面に
基づいて詳細に説明する。図１は、本発明のプロジェク
ションスクリーンに用いられるマイクロレンズシート要
素レンズの概略図である。図２は、本発明のプロジェク
ションスクリーンに用いられるマイクロレンズアレイシ
ートを構成する要素レンズの斜視図である。図３は、本
発明のプロジェクションスクリーンに用いられるマイク
ロレンズアレイシートを構成する要素レンズの垂直方向
断面図である。図４は、本発明のプロジェクションスク
リーンに用いられるマイクロレンズアレイシートを構成
する要素レンズの水平方向断面図である。なお、これら
に示すレンズアレイシート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。

【００２１】このレンズアレイシートの主な特徴はレン
ズアレイ層を構成する要素レンズの形状である。このレ
ンズアレイ層は、板状の基材層と、その方面に設けられ
たレンズ層とから構成されている。

【００２２】これらのレンズアレイを構成する要素レン
ズは非球面形状であり、なおかつ、レンズの軸に対して
非回転対称な、３次元幾何学形状を有している。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
を包含する。この様な非球面・非回転対称形状のレンズ
を用いると、光線射出時の屈折角の違いを利用して、要
素レンズに対してほぼ平行に入射する入射光（３）が、
入射面（１）でその入射位置に応じて屈折し、その結
果、光軸に対して直交する平面上の直交座標軸（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率を持たせる
ことが出来るため、目的に応じた配光特性を得ることが
可能となる。（図３，４参照） 具体的には、図３，４に示すように、射出光（４）の集
光位置が厚さ方向で異なる現象として現れ、その時の光
線の射出角度が、すなわち配光角度特性に相当する。

【００２３】レンズアレイ層の材料としては、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。プラスチック素材としては、例えばポリメタクリル
酸メチルなどのアクリル系樹脂、ポリカーボネート樹
脂、アクリル−スチレン共重合体樹脂、スチレン系樹
脂、ポリ塩化ビニル樹脂などを例示することが出来る。

【００２４】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事が出来る。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。

【００２５】レンズアレイ層は、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。

【００２６】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事が出来る。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。

【００２７】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。実際にプロジェクションス
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。

【００２９】遮光層を形成する際に、トーリックマイク
ロレンズによって光線が集光する事による線分状の結像
パターンに対応するが、この結像位置は概トーリックマ
イクロレンズの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。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。

【００３０】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。

【００３１】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
事により、レンズアレイシートとすることが出来る。

【００３２】このように、このレンズアレイシートにお
いては、一つのトーリックレンズアレイの形状を適宜設
計する事に依って、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、特にその比率を２／３以下
とすることで、プロジェクション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。

【００３３】さらに、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。

【００３４】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事が出来る。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比を実現する事ができる。

【００３５】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
能と両立させる事により、優れたスクリーンを得ること
が出来る。

【００３６】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。

【００３７】

【実施例】以下、実例により本発明の一実施例について
具体的に説明する。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フタレート、厚さは０．０７５
ｍｍ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０．０８０ｍ
ｍで、レンズサグ（レンズの山の高さ）の大きい断面
（スクリーン左右方向に対応）を楕円とし、レンズサグ
の小さい断面は球面とし、そのサグ量の比を２：１とし
たトーリック面形状とした。感光性樹脂層には、厚さ２
０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。

【００３８】このレンズアレイシートのレンズ形成面に
対して、１から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
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。

【００３９】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明のプロジェク
ションスクリーンに用いられるマイクロレンズアレイ部
を有するマイクロレンズシートにおいて、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、要素レンズのトーリック面形
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。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、開発期間の短縮、費用削
減に大きな効果を有する。

【００４０】また、一枚のマイクロ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）拡散剤の量（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）を最低限度に抑えられ
るため、マイクロレンズシートを用いた容易に明るいプ
ロジェクションスクリーンを得ることが出来る、などの
効果がある。

【００４１】また、拡散剤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の向上したマイクロレンズシー
トを用いたプロジェクションスクリーンを得ることが出
来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプロジェクションスクリーンに用いら
れるマイクロレンズシート要素レンズの概略図である。

【図２】本発明のプロジェクションスクリーンに用いら
れるマイクロレンズアレイシートを構成する要素レンズ
の斜視図である。

【図３】本発明のプロジェクションスクリーンに用いら
れるマイクロレンズアレイシートを構成する要素レンズ
の垂直方向断面図である。

【図４】本発明のプロジェクションスクリーンに用いら
れるマイクロレンズアレイシートを構成する要素レンズ
の水平方向断面図である。

【符号の説明】

（１）入射面 （２）射出面 （３）入射光 （４）射出光

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板の片面に、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
   るマイクロレンズシートを用いたプロジェクションスク
   リーンにおいて、 単位レンズの特定方向の断面形状が、前記方向と直交す
   る方向の断面形状に対して小さい曲率として、それらを
   連続的面として構成したトーリック面からなり、 透光性シートの片面に、上記単位レンズを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形成
   し、 マイクロレンズアレイ部と反対側の前記シートの表面
   に、単位レンズ群と光軸を合わせた開口部を有する遮光
   層を形成した構成であることを特徴とするプロジェクシ
   ョンスクリーン。
2. 【請求項２】前記透光性シートの片面に、上記単位レン
   ズを２次元的に略マトリクス配列してなるマイクロレン
   ズアレイ部を形成する際、 各単位レンズは、曲率の方向を揃えて配列された構成で
   あることを特徴とする請求項１記載のプロジェクション
   スクリーン。
3. 【請求項３】前記トーリック面は、特定方向の断面の曲
   率部厚さに対する、前記方向と直交する方向の断面の曲
   率部厚さ、即ちレンズサグの比が２／３以下とした構成
   であることを特徴とする請求項１記載のプロジェクショ
   ンスクリーン。
4. 【請求項４】前記トーリック面は、水平方向の断面の曲
   率部厚さに対する、垂直方向の断面の曲率部厚さ、即ち
   レンズサグの比が２／３以下とした構成であることを特
   徴とする請求項１記載のプロジェクションスクリーン。
5. 【請求項５】前記マイクロレンズアレイ部は、透過型プ
   ロジェクションスクリーンとして用いる際、入射側（プ
   ロジェクタ側）となる透光性シートの片面に形成してな
   ることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のプロ
   ジェクションスクリーン。
6. 【請求項６】前記遮光層は、透光性シートの反レンズ部
   側表面に設けた感光性樹脂層の表面で、マイクロレンズ
   アレイ部を通しての露光により集光しない非感光領域に
   形成されており、 前記感光性樹脂層またはその表面に形成する層が、透光
   性シートよりも低屈折率であることを特徴とする請求項
   １〜５の何れかに記載のプロジェクションスクリーン。
7. 【請求項７】請求項１〜６の何れかに記載のプロジェク
   ションスクリーンを透過型プロジェクションスクリーン
   として用いる際、入射側（プロジェクタ側）に、片面に
   同心円上の輪帯構造を持つフレネルレンズをさらに備え
   ることを特徴とするプロジェクションスクリーン。