JP2004361572A - フレネルレンズシート、透過型スクリーン及び背面投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】斜め方向から投射された光を集光させるためのフレネルレンズシートであって、外光の反射が少なくて画像のコンラストが良好であり、かつ、モアレの発生も少ない、製造が容易なフレネルレンズシートを提供する。
【解決手段】フレネルレンズシート１０は、平面状の基部１１の入光側に形成された複数のプリズム要素１２と、基部１１の出光側に形成された複数のＶ字状の溝１３と、各溝１３内に埋設された複数のくさび状の光吸収部１４とを有している。各プリズム要素１２は、屈折面１２ａ及び全反射面１２ｂを有し、斜め方向から大きな角度で入射した光Ｌ１を屈折及び全反射して基部１１に略垂直な方向に進行させるようになっている。また、各光吸収部１４は、基部１１の屈折率よりも小さい屈折率を有し、基部１１の各溝１３内に埋設された各光吸収部１４と基部１１との界面をなす斜面１５ａにより、基部１１内を進行する光Ｌ１を反射するようになっている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、背面投射型表示装置に係り、とりわけ、プロジェクターから出射された映像光を透過型スクリーンに対して斜め方向から投射する背面投射型表示装置で好適に用いられるフレネルレンズシート、それを備えた透過型スクリーン及び背面投射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクターから出射された映像光を透過型スクリーンに対して斜め方向から投射する背面投射型表示装置では、透過型スクリーンに対して斜め方向から入射した光を集光させるための光学手段として、入光側に断面が三角形状のプリズム要素群を設け、入射した光をプリズム要素の第１の面で屈折させた後に第２の面で全反射させて出光側の表面から出射させるフレネルレンズシートが提案されている（特許文献１）。このようなフレネルレンズシートにおいては、斜め方向から入射した光でも効率よく出光側の表面から出射させることができるので、それが組み込まれる背面投射型表示装置の寸法（奥行き）を小さくして装置を小型化することができるという利点がある。
【０００３】
しかしながら、上述したフレネルレンズシートでは、明るい室内等でフレネルレンズシートの出光側の表面から入射した外光の影響により画像のコントラストが低下しやすいという問題がある。これは、図９に示すように、基部３１の入光側に屈折面３２ａ及び全反射面３２ｂを有するプリズム要素群３２が形成されたフレネルレンズシート３０では、基部３１の出光側の表面３１ｂから入射する外光の一部Ｌ２が、基部３１の入光側のプリズム要素群３２の屈折面３２ａ及び全反射面３２ｂで何回か屈折された後、特定のプリズム要素３２の全反射面３２ｂで全反射されて再び基部３１の出光側の表面３１ｂから出射されてしまうという現象が起きやすいためである。
【０００４】
また、上述したようなフレネルレンズシート３０では、図１０に示すように、基部３１の入光側から入射する光の入射角が小さい場合、プリズム要素３２の全反射面３２ｂで全反射されない光Ｌ３が生じ、その光Ｌ３が基部３１の出光側の表面３１ｂで反射されて再度出光側の表面３１ｂの異なる位置から出射されることにより二重像が形成されてしまうという問題もある。
【０００５】
これらの問題を解消するための従来の方法としては、図１１に示すように、フレネルレンズシート３０の基部３１の出光側の表面３１ｂのうち、基部３１の入光側から入射する光Ｌ１が通過しない領域にＶ字状の溝３３を形成した上で、このような溝３３の斜面に沿ってＶ字状の光吸収部３４を形成する方法が提案されている（特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６１−２０８０４１号公報
【特許文献２】
特開昭６３−３０８３５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献２に記載された方法では、フレネルレンズシートの出光側の表面のうち、基部の入光側から入射する光が通過しない領域に光吸収部を形成しなければならないので、基部の入光側のプリズム要素と出光側の光吸収部との位置合わせが必要となる。ここで、入光側のプリズム要素のレンズピッチは通常０．１ｍｍ程度であるので、位置合わせの精度としては０．０１ｍｍ程度もしくはそれ以上が必要となり、製造が非常に困難である。また、プリズム要素群が直線状に延びる場合には、直線の傾きを合わせた上で直線に垂直な一方向に対して位置合わせを行えばよいが、プリズム要素群が円弧状に延びる場合には、直行する二方向に対して位置合わせを行わなければならず、位置合わせがさらに困難となる。
【０００８】
なお、基部の入光側のプリズム要素と出光側の光吸収部との位置合わせ精度が悪い場合には、プリズム要素群が直線状に延びる場合及び円弧状に延びる場合のいずれの場合でも、位置合わせの誤差によりモアレが発生してしまう。
【０００９】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、斜め方向から投射された光を集光させるためのフレネルレンズシートであって、外光の反射が少なくて画像のコンラストが良好であり、かつ、モアレの発生も少ない、製造が容易なフレネルレンズシート、それを備えた透過型スクリーン及び背面投射型表示装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の解決手段として、平面状の基部と、前記基部の入光側に形成され、それぞれが、入射した光を屈折させる屈折面と、前記屈折面で屈折された光を全反射する全反射面とを有する複数のプリズム要素と、前記基部の出光側に形成された複数のＶ字状の溝と、前記基部の前記各溝内に埋設され、前記基部の屈折率よりも小さい屈折率を有する複数のくさび状の光吸収部とを備え、前記基部の前記各溝内に埋設された前記各光吸収部と前記基部との界面をなす斜面により、前記各プリズム要素で屈折及び全反射されて前記基部内を進行する光の少なくとも一部を反射し、前記基部の出光側の表面のうち隣接した前記各光吸収部の間に形成される領域から光を出射させることを特徴とするフレネルレンズシートを提供する。
【００１１】
なお、上述した第１の解決手段において、前記各光吸収部の２つの斜面は、前記基部に対して垂直な方向に関して対称的に配置されており、前記各光吸収部の屈折率をＮ_１、前記基部の屈折率をＮ_２、前記各光吸収部の深さ（前記基部の厚さ方向に関しての長さ）をＤ、前記各光吸収部の幅（前記基部の前記出光側の表面での延在方向に直交する方向に関しての長さ）をＷ_１としたとき、ｔａｎ^−１（２Ｄ／Ｗ_１）≧ｓｉｎ^−１（Ｎ_１／Ｎ_２）の関係を満たすことが好ましい。このとき、前記各光吸収部の深さ（前記基部の厚さ方向に関しての長さ）をＤ、前記各光吸収部の幅（前記基部の前記出光側の表面での延在方向に直交する方向に関しての長さ）をＷ_１としたとき、前記Ｗ_１と前記Ｄとの比（Ｗ_１／Ｄ）が０．０５〜０．５の範囲にあることが好ましい。
【００１２】
また、上述した第１の解決手段において、前記各光吸収部の２つの斜面は、前記基部に対して垂直な方向に関して非対称的に配置されており、前記各光吸収部の屈折率をＮ_１、前記基部の屈折率をＮ_２、前記各光吸収部の深さ（前記基部の厚さ方向に関しての長さ）をＤ、前記各光吸収部の一方の斜面を前記出光側の表面に投影することで得られる平面の幅（前記基部の前記出光側の表面での延在方向に直交する方向に関しての長さ）をＷ_３、他方の斜面を前記出光側の表面に投影することで得られる平面の幅（前記基部の前記出光側の表面での延在方向に直交する方向に関しての長さ）をＷ_４としたとき、ｔａｎ^−１（Ｄ／Ｗ_３）≧ｓｉｎ^−１（Ｎ_１／Ｎ_２）、及びｔａｎ^−１（Ｄ／Ｗ_４）≧ｓｉｎ^−１（Ｎ_１／Ｎ_２）の関係を満たすことが好ましい。このとき、前記各光吸収部の深さ（前記基部の厚さ方向に関しての長さ）をＤ、前記各光吸収部の一方の斜面を前記出光側の表面に投影することで得られる平面の幅（前記基部の前記出光側の表面での延在方向に直交する方向に関しての長さ）をＷ_３、他方の斜面を前記出光側の表面に投影することで得られる平面の幅（前記基部の前記出光側の表面での延在方向に直交する方向に関しての長さ）をＷ_４としたとき、前記Ｗ_３と前記Ｄとの比（Ｗ_３／Ｄ）が０．０２５〜０．２５の範囲にあり、前記Ｗ_４と前記Ｄとの比（Ｗ_４／Ｄ）が０．０２５〜０．２５の範囲にあることが好ましい。
【００１３】
さらに、上述した第１の解決手段において、前記各光吸収部のうち前記基部との界面をなす斜面からの距離が０．１μｍ以内である近傍部位におけるＯＤ値が０．０１〜０．１２の範囲にあることが好ましい。具体的には、前記各光吸収部は全体に亘って略均一な光吸収率を有し、その厚さ１μｍあたりのＯＤ値が０．１〜１．２であることが好ましい。また、前記各光吸収部は透明な基材中に球状の光吸収粒子を複数含有させることにより構成され、前記各光吸収粒子の平均粒径が２〜１５μｍの範囲にあることが好ましい。
【００１４】
さらにまた、上述した第１の解決手段において、前記基部の入光側及び出光側のいずれか一方の表面に積層され、光の反射率を低下させる層をさらに備えることが好ましい。
【００１５】
本発明は、第２の解決手段として、上述した第１の解決手段に係るフレネルレンズシートと、前記フレネルレンズシートの観察者側に設けられ、前記フレネルレンズシートを通過した光を拡散させるレンチキュラーレンズ要素とを備えたことを特徴とする透過型スクリーンを提供する。
【００１６】
なお、上述した第２の解決手段においては、前記フレネルレンズシートの入光側及び前記レンチキュラーレンズ要素の出光側のいずれか一方の表面に積層され、光の反射率を低下させる層をさらに備えることが好ましい。
【００１７】
本発明は、第３の解決手段として、上述した第１の解決手段に係るフレネルレンズシートを備えた透過型スクリーン又は上述した第２の解決手段に係る透過型スクリーンと、前記透過型スクリーンに対して映像光を斜め方向から投射するプロジェクターとを備えたことを特徴とする背面投射型表示装置を提供する。
【００１８】
本発明の第１乃至第３の解決手段によれば、フレネルレンズシートの平面状の基部のうちプリズム要素が形成された入光側とは反対側の出光側に複数のＶ字状の溝を形成するとともに、その各溝内にくさび状の光吸収部を埋設し、また、各光吸収部の屈折率を基部の屈折率よりも小さくしている。このようなフレネルレンズシートでは、基部の入光側の各プリズム要素で屈折及び全反射されて基部内を進行する光が、各光吸収部で吸収されることなく、その全てが基部の出光側の表面から観察者側へ出射される。また、このようなフレネルレンズシートでは、基部の出光側に形成された各光吸収部により、外光が吸収される。これにより、基部の入光側から入射する光の透過率を高めつつ、外光の反射を効果的に抑えることができ、明るい室内等での画像のコントラストを向上させることができる。
【００１９】
また、本発明の第１乃至第３の解決手段によれば、基部の出光側に形成された各光吸収部により、基部の入光側から入射する光であってプリズム要素の全反射面で全反射されない光が吸収されるので、基部の入光側から入射する光の入射角が４５度から３５度程度と小さい場合でも、二重像の発生を効果的に抑制することができる。
【００２０】
さらに、本発明の第１乃至第３の解決手段によれば、基部の入光側の各プリズム要素で屈折及び全反射されて基部内を進行する光は、基部の出光側での各光吸収部の配置位置にかかわらず、各光吸収部で吸収されずに基部の出光側の表面から出射されるので、基部の入光側のプリズム要素と出光側の光吸収部との位置合わせを行う必要がなく、製造が容易である。
【００２１】
さらにまた、本発明の第１乃至第３の解決手段によれば、各光吸収部のうち基部との界面をなす斜面からの距離が０．１μｍ以内である近傍部位における光吸収率が所定の範囲となるよう各光吸収部の光吸収率を調整することにより、各光吸収部と基部との界面をなす斜面（全反射面）で全反射される光のうち全反射面の反対側にもぐり込んで各光吸収部で吸収されてしまう光を最小限に抑えることができる。このため、基部の出光側の表面から入射する外光の吸収性能を確保しつつ、各光吸収部と基部との界面をなす斜面で全反射される光が各光吸収部でほとんど吸収されないようにすることができ、透過率を向上させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２３】
まず、図２、図３及び図４により、本発明の一実施の形態に係るフレネルレンズシートが用いられる透過型スクリーンを備えた背面投射型表示装置の全体構成について説明する。
【００２４】
図２に示すように、背面投射型表示装置１は、透過型スクリーン５と、透過型スクリーン５に対して映像光を斜め方向から投射するプロジェクター６とを備えている。ここで、透過型スクリーン５及びプロジェクター６は例えば、図３に示すような位置関係でキャビネット２内に収納されている。なお、図３に示す背面投射型表示装置１では、プロジェクター６から出射された映像光が透過型スクリーン５に直接投射されているが、これに限らず、図４に示す背面投射型表示装置１′のように、プロジェクター６から出射された映像光が折り返しミラー４を介して透過型スクリーン５に投射されるようにしてもよい。
【００２５】
ここで、透過型スクリーン５は、プロジェクター６から投射された映像光を観察者側へ出射するためのものであり、プロジェクター６から投射された映像光を屈折及び集光させるフレネルレンズシート１０を有している。
【００２６】
なお、図２乃至図４に示す背面投射型表示装置１では、フレネルレンズシート１０に対して映像光が斜め方向から投射されるので、フレネルレンズシート１０のどの位置でもかなり大きな角度（フレネルレンズシート１０の上端部では７０度程度以上の角度）で光が入射することとなる。本実施の形態に係るフレネルレンズシート１０では、屈折面及び全反射面を有する、断面が三角形状のプリズム要素１２がフレネルレンズとして入光側に複数形成されることにより、上述したような大きな角度で入射する光に対応することができるようになっている。
【００２７】
以下、図１により、図２乃至図４に示す背面投射型表示装置１で用いられるフレネルレンズシート１０（透過型スクリーン５）の詳細について説明する。
【００２８】
図１に示すように、フレネルレンズシート１０は、平面状の基部１１と、基部１１の入光側に形成された複数のプリズム要素１２と、基部１１の出光側に形成された複数のＶ字状の溝１３と、各溝１３内に埋設された複数のくさび状の光吸収部１４とを有している。
【００２９】
各プリズム要素１２は、入射した光を屈折させる屈折面１２ａと、屈折面１２ａで屈折された光を全反射する全反射面１２ｂとを有しており、斜め方向から大きな角度で入射した光Ｌ１を屈折及び全反射して基部１１に略垂直な方向に進行させることができるようになっている。なお、各プリズム要素１２の幅（レンズピッチｐ）は画面上でプリズム要素が多数連なっていることが視認されないように１ｍｍ程度以下である必要があり、好ましくは０．１ｍｍ程度である。
【００３０】
ここで、各プリズム要素１２に入射する光Ｌ１の角度（入射角）は基部１１の平面上における当該各プリズム要素１２の位置に応じて異なっており、そのような入射角の変化に応じて当該各プリズム要素１２の形状を変化させている。ここで、各プリズム要素１２の形状を変化させる方法としては、各プリズム要素１２のレンズ頂角ｃを一定にして屈折面１２ａの角度ａ及び全反射面１２ｂの角度ｂを変化させる方法の他、各プリズム要素１２に関する全ての角度ａ，ｂ，ｃを変化させる方法を用いることができる。
【００３１】
各光吸収部１４は、所定の光吸収率を有しており、基部１１の出光側の表面１１ｂから入射する外光Ｌ２を吸収することができるようになっている。また、各光吸収部１４は、基部１１の屈折率よりも小さい屈折率を有しており、基部１１の各溝１３内に埋設された各光吸収部１４と基部１１との界面をなす斜面１５ａにより、各プリズム要素１２で屈折及び全反射されて基部１１内を進行する光Ｌ１を反射することができるようになっている。
【００３２】
ここで、図１に示すように、各プリズム要素１２で屈折及び全反射されて基部１１内を進行する光Ｌ１の一部は出光側の表面１１ｂのうち各光吸収部１４の間に形成される平坦領域１５ｂからそのまま出射し（符号Ｌ１−１参照）、残りは各光吸収部１４に入射する。このとき、各光吸収部１４に入射した光は、各光吸収部１４と基部１１との界面をなす斜面１５ａで反射された後、基部１１の出光側の表面１１ｂの平坦領域１５ｂから出射される（符号Ｌ１−２参照）。
【００３３】
なお、各光吸収部１４に入射した光は、各光吸収部１４と基部１１との界面をなす斜面１５ａで全反射されることが好ましい。すなわち、各光吸収部１４と基部１１との界面をなす斜面１５ａにおける臨界角αは、この斜面１５ａに入射する光の入射角θ（斜面が平坦面である場合には斜面の傾きθと同じ）よりも小さくすることが好ましい。
【００３４】
ここで、くさび状の光吸収部１４（及びＶ字状の溝１３）はその断面形状が左右対称の２等辺三角形であり、２つの斜面が、基部１１に対して垂直な方向に関して対称的に配置されている。この場合、各光吸収部１４の屈折率をＮ_１、基部１１の屈折率をＮ_２、各光吸収部１４の深さ（基部の厚さ方向に関しての長さ）をＤ、各光吸収部１４の幅（基部１１の出光側の表面１１ｂでの延在方向に直交する方向に関しての長さ）をＷ_１としたとき、
θ＝ｔａｎ^−１（２Ｄ／Ｗ_１）≧α＝ｓｉｎ^−１（Ｎ_１／Ｎ_２） … （１）
の関係を満たすことが好ましい。
【００３５】
また、各光吸収部１４と基部１１との界面をなす斜面１５ａで反射された光は、隣接した光吸収部１４の斜面１５ａで再度反射されることなく、基部１１の出光側の表面１１ｂから出射されることが好ましい。すなわち、各光吸収部１４の形状（深さＤ及び幅Ｗ_１）を、基部１１の出光側の表面１１ｂの平坦領域１５ｂの幅Ｗ_２に応じて適宜調整することが好ましい。具体的には、各光吸収部１４の深さＤ、幅Ｗ_１及び基部１１の出光側の表面１１ｂの平坦領域１５ｂの幅Ｗ_２が、
ｔａｎ（２×ｔａｎ^−１（Ｗ_１／２Ｄ））×Ｄ≦（Ｗ_１／２）＋Ｗ_２ … （２）
の関係を満たすことが好ましい。
【００３６】
さらに、各光吸収部１４の形状（深さＤ及び幅Ｗ_１）に関して、幅Ｗ_１に対して深さＤが小さすぎると（すなわち、斜面１５ａの傾きθが小さすぎると）、各光吸収部１４の屈折率Ｎ_１と基部１１の屈折率Ｎ_２との比を大きくする必要が生じ、基部１１及び光吸収部１４の材料の選択の幅が狭まったり、基部１１の出光側の表面１１ｂから入射する外光Ｌ２の吸収性能が低下してしまう。このため、Ｗ_１とＤとの比（Ｗ_１／Ｄ）は０．０５〜０．５の範囲にあることが好ましい。
【００３７】
ところで、上式（１）の関係を満たす場合、各光吸収部１４に入射した光（符号Ｌ１−２参照）が、各光吸収部１４と基部１１との界面をなす斜面（全反射面）１５ａで全反射することとなるが、この場合でも、全ての光が全反射面で反射するのではなく、一部の光は全反射面を越えて進み、全反射面の反対側にもぐり込む。このため、全反射面の反対側に位置する各光吸収部１４の光吸収率が高すぎると、全反射される光の一部が各光吸収部１４で吸収されてしまうので、好ましくない。一方、各光吸収部１４の光吸収率が低すぎると、基部１１の出光側の表面１１ｂから入射する外光Ｌ２の吸収性能が低下してしまうので、好ましくない。
【００３８】
ここで、光が全反射面を越えて進む長さは０．１μｍ程度であるので、各光吸収部１４のうち基部１１との界面をなす斜面１５ａからの距離が０．１μｍ以内である近傍部位におけるＯＤ値（ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｎｓｉｔｙ）が０．０１〜０．１２の範囲にあることが好ましい。このような条件を満足させるための方法としては、（１）各光吸収部１４の全体の光吸収率を調整する方法の他、（２）各光吸収部１４の光吸収率を局所的に調整する方法を用いることができる。なお、ＯＤ値は、透明なフィルム上に光吸収層を配置したときの透過率を測定することにより求めることができる。すなわち、透明なフィルムの透過率をＩ、透明なフィルム上に光吸収層（例えば光吸収部１４と同じ材質の厚さ１μｍの層）を配置したときの透過率をＩ_０とすると、ＯＤ値は、−ｌｏｇ_１０（Ｉ_０／Ｉ）として求めることができる。
【００３９】
具体的には例えば、上記（１）の方法をとる場合には、各光吸収部１４の幅Ｗ_１が数μｍから数十μｍ、深さＤが数十から２００μｍ程度であるので、厚さ１μｍあたりのＯＤ値を０．１〜１．２程度にすることが好ましい。これにより、基部１１の出光側の表面１１ｂから入射する外光Ｌ２の吸収性能を確保しつつ、各光吸収部１４と基部１１との界面をなす斜面１５ａで全反射される光が各光吸収部１４でほとんど吸収されないようにすることができる。
【００４０】
また、上記（２）の方法をとる場合には、各光吸収部１４のうち基部１１との界面をなす斜面１５ａに近い部位とそうでない部位との間で光吸収率を異ならせる方法の他、透明な樹脂バインダー（基材）中に、平均粒径が２〜１５μｍの範囲にある球状の黒色粒子（光吸収粒子）を複数含有させる方法をとることができる。ここで、後者の場合には、樹脂バインダー中に含有されている粒子が球状であることから、各光吸収部１４のうち基部１１との界面をなす斜面１５ａからの距離が０．１μｍ以内である近傍部位に黒色粒子が存在する割合が小さくすることができる。これにより、上記（１）の方法の場合と同様に、基部１１の出光側の表面１１ｂから入射する外光Ｌ２の吸収性能を確保しつつ、各光吸収部１４と基部１１との界面をなす斜面１５ａで全反射される光が各光吸収部１４でほとんど吸収されないようにすることができる。
【００４１】
次に、このような構成からなるフレネルレンズシート１０の製造方法について説明する。
【００４２】
まず、プリズム要素の形状及び溝の形状の逆形状を持つ金型を用いて、入光側及び出光側にそれぞれプリズム要素１２及びＶ字状の溝１３が形成された基部１１を成形する。
【００４３】
なお、プリズム要素１２及び溝１３が形成された基部１１を成形するための第１の方法としては、上述したような金型を用いて、アクリル樹脂やスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル−スチレン共重合樹脂等からなる透明な樹脂を、プレス成形や射出成形、キャスティング成形等の手法により成形する方法を用いることができる。また、第２の方法として、上述したような透明な樹脂からなるシート上に紫外線硬化樹脂等の電離放射線硬化樹脂を塗布し、上述したような金型を用いて紫外線等を照射しながら成形する方法を用いることができる。
【００４４】
次に、このようにして成形された基部１１の出光側の各溝１３内に黒色インキを埋め込み、複数のくさび状の光吸収部１４を形成する。
【００４５】
なお、このようにして基部１１の出光側の各溝１３内に光吸収部１４を形成するための第１の方法としては、透明な樹脂バインダー中にカーボンブラック等の黒色顔料や黒色樹脂ビーズ等を含有させて黒色インキを作製し、このようにして作製された黒色インキをワイピング法等により基部１１の出光側の各溝１３内に埋め込んだ後、乾燥及び硬化させる方法を用いることができる。また、第２の方法として、上述した第１の方法において、透明な樹脂バインダーの代わりに紫外線硬化樹脂を用いて黒色インキを作製し、このようにして作製された黒色インキをワイピング法等により基部１１の出光側の各溝１３内に埋め込んだ後、紫外線の照射により硬化させる方法を用いることができる。さらに、第３の方法として、プリズム要素１２が形成されたシートとＶ字状の溝１３が形成されたシートとを別々に形成して、接着剤や粘着剤等により貼り合わせるようにしてもよい。
【００４６】
以上により、図１に示すようなフレネルレンズシート１０が製造される。
【００４７】
このように本実施の形態によれば、フレネルレンズシート１０の平面状の基部１１のうちプリズム要素１２が形成された入光側とは反対側の出光側に複数のＶ字状の溝１３を形成するとともに、その各溝１３内にくさび状の光吸収部１４を埋設し、また、各光吸収部１４の屈折率を基部１１の屈折率よりも小さくしている。このようなフレネルレンズシート１０では、基部１１の入光側の各プリズム要素１２で屈折及び全反射されて基部１１内を進行する光Ｌ１のうち各光吸収部１４に入射しない光を、出光側の表面１１ｂのうち各光吸収部１４の間に形成される平坦領域１５ｂからそのまま出射する一方で（符号Ｌ１−１参照）、各光吸収部１４に入射した光についても、各光吸収部１４と基部１１との界面をなす斜面１５ａで反射（好ましくは全反射）させて、基部１１の出光側の表面１１ｂの平坦領域１５ｂから出射させることができる（符号Ｌ１−２参照）。このため、基部１１の入光側の各プリズム要素１２で屈折及び全反射されて基部１１内を進行する光Ｌ１は、各光吸収部１４で吸収されることなく、その全てが基部１１の出光側の表面１１ｂから観察者側へ出射される。また、このようなフレネルレンズシート１０では、基部１１の出光側に形成された各光吸収部１４により、図１に示すように、外光Ｌ２が吸収される。これにより、基部１１の入光側から入射する光Ｌ１の透過率を高めつつ、外光Ｌ２の反射を効果的に抑えることができ、明るい室内等での画像のコントラストを向上させることができる。
【００４８】
また、本実施の形態によれば、基部１１の出光側に形成された各光吸収部１４により、図１に示すように、基部１１の入光側から入射する光であってプリズム要素１２の全反射面１２ｂで全反射されない光Ｌ３が吸収されるので、基部１１の入光側から入射する光の入射角が４５度から３５度程度と小さい場合でも、二重像の発生を効果的に抑制することができる。
【００４９】
さらに、本実施の形態によれば、基部１１の入光側の各プリズム要素１２で屈折及び全反射されて基部１１内を進行する光Ｌ１は、基部１１の出光側での各光吸収部１４の配置位置にかかわらず、各光吸収部１４で吸収されずに基部１１の出光側の表面１１ｂから出射されるので、基部１１の入光側のプリズム要素１２と出光側の光吸収部１４との位置合わせを行う必要がなく、製造が容易である。
【００５０】
さらにまた、本実施の形態によれば、各光吸収部１４のうち基部１１との界面をなす斜面１５ａからの距離が０．１μｍ以内である近傍部位における光吸収率が所定の範囲となるよう各光吸収部１４の光吸収率を調整するようにしているので、各光吸収部１４と基部１１との界面をなす斜面（全反射面）１５ａで全反射される光のうち全反射面の反対側にもぐり込んで各光吸収部１４で吸収されてしまう光を最小限に抑えることができる。このため、基部１１の出光側の表面１１ｂから入射する外光Ｌ２の吸収性能を確保しつつ、各光吸収部１４と基部１１との界面をなす斜面１５ａで全反射される光が各光吸収部１４でほとんど吸収されないようにすることができ、透過率を向上させることができる。
【００５１】
なお、上述した実施の形態においては、くさび状の光吸収部１４（及びＶ字状の溝１３）の断面形状が左右対称の２等辺三角形である場合を例に挙げたが、これに限らず、くさび状の光吸収部１４（及びＶ字状の溝１３）の断面形状が左右非対称の三角形であり、２つの斜面が、基部１１に対して垂直な方向に関して非対称的に配置されていてもよい。この場合、各光吸収部１４の屈折率をＮ_１、基部１１の屈折率をＮ_２、各光吸収部１４の深さ（基部１１の厚さ方向に関しての長さ）をＤ、各光吸収部１４の一方の斜面を出光側の表面１１ｂに投影することで得られる平面の幅（基部１１の出光側の表面１１ｂでの延在方向に直交する方向に関しての長さ）をＷ_３、他方の斜面を出光側の表面１１ｂに投影することで得られる平面の幅（基部１１の出光側の表面１１ｂでの延在方向に直交する方向に関しての長さ）をＷ_４としたとき、
ｔａｎ^−１（Ｄ／Ｗ_３）≧ｓｉｎ^−１（Ｎ_１／Ｎ_２） … （３）
ｔａｎ^−１（Ｄ／Ｗ_４）≧ｓｉｎ^−１（Ｎ_１／Ｎ_２） … （４）
の関係を満たすことが好ましい。
【００５２】
このとき、各光吸収部１４と基部１１との界面をなす斜面１５ａで反射された光が、隣接した光吸収部１４の斜面１５ａで再度反射されることなく、基部１１の出光側の表面１１ｂから出射されるよう、各光吸収部１４の深さＤ、幅Ｗ_３，Ｗ_４及び基部１１の出光側の表面１１ｂの平坦領域１５ｂの幅Ｗ_２は、
ｔａｎ（２×ｔａｎ^−１（Ｗ_３／Ｄ））×Ｄ≦Ｗ_３＋Ｗ_２ … （５）
ｔａｎ（２×ｔａｎ^−１（Ｗ_４／Ｄ））×Ｄ≦Ｗ_４＋Ｗ_２ … （６）
の関係を満たすことが好ましい。
【００５３】
また、基部１１及び光吸収部１４の材料の選択の幅が狭まったり、基部１１の出光側の表面１１ｂから入射する外光Ｌ２の吸収性能が低下してしまうことを防止するよう、Ｗ_３とＤとの比（Ｗ_３／Ｄ）は０．０２５〜０．２５の範囲にあり、Ｗ_４とＤとの比（Ｗ_４／Ｄ）は０．０２５〜０．２５の範囲にあることが好ましい。
【００５４】
また、上述した実施の形態においては、光を垂直方向に拡散させるよう各光吸収部１４が基部１１の出光側の表面１１ｂにて水平方向に延びるように形成されているが、これに限らず、光を水平方向に拡散させるよう基部１１の出光側の表面１１ｂにて各光吸収部１４が垂直方向に延びるように形成されていてもよい。
【００５５】
さらに、上述した実施の形態においては、各光吸収部１４と基部１１との界面をなす斜面１５ａを、断面が直線状である平坦面としているが、上式（１）の関係を満たすようなものであれば、断面が円の一部又はその他の高次曲線の一部をなすような曲面としてもよい。
【００５６】
さらに、上述した実施の形態において、フレネルレンズシート１０の基部１１の入光側及び出光側のいずれか一方の表面に、光の反射率を低下させるコーティング層を積層するようにしてもよい。これにより、フレネルレンズシート１０の表面での反射光を減少させることができるので、画像のコントラストをさらに向上させることができる。
【００５７】
さらにまた、上述した実施の形態において、透過型スクリーン５として、フレネルレンズシート１０を単独で用いる他、図５乃至図８に示すように、フレネルレンズシート１０の観察者側に、フレネルレンズシート１０を通過した光を拡散させるレンチキュラーレンズ要素を設けるようにしてもよい。
【００５８】
具体的には例えば、図５に示すように、フレネルレンズシート１０の観察者側に、光を水平方向に拡散させる垂直レンチキュラーレンズ要素１６を設けるようにするとよい。
【００５９】
また、図６に示すように、フレネルレンズシート１０の観察者側に、光の一部を全反射させて水平方向に拡散させる台形状の垂直レンチキュラーレンズ要素１７を設けるようにしてもよい。
【００６０】
さらに、図７に示すように、図６に示すフレネルレンズシート１０において、台形状の垂直レンチキュラーレンズ要素１７の間に、上述した実施の形態における光吸収部１４と同様の機能及び構成を有する光吸収部１８を設けるようにしてもよい。これにより、画像のコントラストをさらに向上させることができる。
【００６１】
ここで、図７に示すフレネルレンズシート１０においては、光吸収部１８で光が吸収されないよう、台形状の垂直レンチキュラーレンズ要素１７及び光吸収部１８の手前で光を拡散させないようにすることが好ましい。このため、光を水平方向だけでなく垂直方向にも拡散させる必要がある場合には、図８に示すように、台形状の垂直レンチキュラーレンズ要素１７及び光吸収部１８の観察者側に光拡散層１９を設けることが好ましい。これに対し、図５及び図６に示すフレネルレンズシート１０において、光を水平方向だけでなく垂直方向にも拡散させる必要がある場合には、フレネルレンズシート１０及び垂直レンチキュラレンズ要素１６，１７の内部に拡散剤を含有させるようにする他、図８に示すフレネルレンズシート１０と同様に、垂直レンチキュラレンズ要素１６，１７の観察者側に光拡散層を設けるようにすることができる。
【００６２】
なお、図５乃至図８に示す透過型スクリーン５において、レンチキュラーレンズ要素１６，１７は、フレネルレンズシート１０に対して一体に形成する他、フレネルレンズシート１０とは別体のレンチキュラーレンズシートとして準備し、透明な粘着剤や接着剤、紫外線硬化樹脂等を介してフレネルレンズシート１０に対して貼り合わせるようにしてもよい。
【００６３】
また、図５乃至８に示す透過型スクリーン５においても、フレネルレンズシート１０の入光側及び垂直レンチキュラーレンズ要素１６，１７の出光側のいずれか一方の表面に、光の反射率を低下させるコーティング層を積層するようにしてもよい。これにより、透過型スクリーン５の表面での反射光を減少させることができるので、画像のコントラストをさらに向上させることができる。
【００６４】
【実施例】
次に、上述した実施の形態の具体的実施例について述べる。
【００６５】
（実施例）
まず、プリズム要素の形状及び溝の形状の逆形状を持つ金型を用いて、透明なポリカーボネート樹脂（屈折率：１．５９）をプレス成形し、入光側及び出光側にそれぞれプリズム要素及びＶ字状の溝が形成された基部を成形した。
【００６６】
ここで、このようにして成形される基部は、横が１０１６ｍｍ、縦が７６２ｍｍ、厚さが４ｍｍの平面状とした。また、基部の入光側のプリズム要素は、そのレンズ頂角（ｃ）を３８度に固定し、光の入射角（３５度から７１度）に応じて各プリズム要素の屈折面の角度（ａ）及び全反射面の角度（ｂ）を変化させている。また、プリズム要素のレンズピッチ（ｐ）は０．１１ｍｍとした。さらに、基部の出光側の溝は、この溝内に埋設されるくさび状の光吸収部の形状に合わせて、深さ（Ｄ）が５０μｍ、幅（Ｗ_１）が１４μｍのＶ字状とした。
【００６７】
次に、このようにして成形された基部の出光側の各溝内に黒色インキを埋め込み、複数のくさび状の光吸収部を形成した。すなわち、透明な樹脂バインダー（屈折率：１．５１）中に平均粒径が６μｍの黒色樹脂ビーズを含有させて黒色インキを作製し、このようにして作製された黒色インキをワイピング法により各溝内に埋め込んだ後、乾燥及び硬化させた。
【００６８】
ここで、このようにして形成される光吸収部は、深さ（Ｄ）が５０μｍ、幅（Ｗ_１）が１４μｍのくさび状とした。また、光吸収部のピッチ（Ｗ_２＋Ｗ_１／２）は０．０８ｍｍとした。
【００６９】
最後に、このようにして製造されたフレネルレンズシートの出光側に、光の一部を全反射させて水平方向に拡散させる台形状の垂直レンチキュラーレンズ要素（屈折率：１．５５）及び光拡散板を貼り合わせ、画面サイズが５０インチ（横１０１６ｍｍ、縦７６２ｍｍでアスペクト比が４：３）の透過型スクリーンを製造した。
【００７０】
（比較例）
比較例として、フレネルレンズシートの出光側に溝及び光吸収部を形成しない点を除いて、上述した実施例と同様の構成からなる透過型スクリーンを準備した。
【００７１】
（評価結果）
実施例及び比較例に係る透過型スクリーンを垂直方向に立設し、この透過型スクリーンの下端の中央から垂直方向に２８０ｍｍ下がり且つその位置から手前側に４００ｍｍ離れた位置に配置されたプロジェクターにより、映像光を投射した。（なおこのとき、透過型スクリーンの下端から上端へ向かうにつれて光の入射角が３５度から７１度までの範囲で変化した。）
【００７２】
このようにして映像光が投射されている状態で、実施例及び比較例に係る透過型スクリーン上に表示される画像を観察したところ、実施例に係る透過型スクリーンでは、明るい室内でも画像のコントラストが低下せず、また、二重像の発生もなく、良好な画像が得られた。
【００７３】
これに対し、比較例に係る透過型スクリーンでは、明るい室内では画像のコントラストが低して白茶けた画像となり、また、透過型スクリーンの下方領域に強い二重像が発生し、良好な画像が得られなかった。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、斜め方向から投射された光を集光させるためのフレネルレンズシートであって、外光の反射が少なくて画像のコンラストが良好であり、かつ、モアレの発生も少ない、製造が容易なフレネルレンズシート、それを備えた透過型スクリーン及び背面投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るフレネルレンズシートの要部を示す部分断面図。
【図２】図１に示すフレネルレンズシートが用いられる透過型スクリーンを備えた背面投射型表示装置の概要を説明するための図。
【図３】図２に示す背面投射型表示装置の第１の設置態様を示す図。
【図４】図２に示す背面投射型表示装置の第２の設置態様を示す図。
【図５】図２に示す背面投射型表示装置で用いられるフレネルレンズシート（透過型スクリーン）の第１の変形例を示す図。
【図６】図２に示す背面投射型表示装置で用いられるフレネルレンズシート（透過型スクリーン）の第２の変形例を示す図。
【図７】図２に示す背面投射型表示装置で用いられるフレネルレンズシート（透過型スクリーン）の第３の変形例を示す図。
【図８】図２に示す背面投射型表示装置で用いられるフレネルレンズシート（透過型スクリーン）の第４の変形例を示す図。
【図９】従来のフレネルレンズシートで生じる第１の問題（外光の反射の問題）を説明するための図。
【図１０】従来のフレネルレンズシートで生じる第２の問題（二重像の問題）を説明するための図。
【図１１】図９及び図１０に示す問ｈ題を解決するための従来の方法を説明するための図。
【符号の説明】
１，１′ 背面投射型表示装置
５ 透過型スクリーン
６ プロジェクター
１０ フレネルレンズシート
１１ 基部
１１ｂ （基部の）出光側の表面
１２ プリズム要素
１２ａ 屈折面
１２ｂ 全反射面
１３ 溝
１４ 光吸収部
１５ａ 斜面
１５ｂ 平坦領域
１６，１７ レンチキュラーレンズ要素
１８ 光吸収部
１９ 光拡散層
２０ レンチキュラーレンズシート

Claims (13)

1. 平面状の基部と、
   前記基部の入光側に形成され、それぞれが、入射した光を屈折させる屈折面と、前記屈折面で屈折された光を全反射する全反射面とを有する複数のプリズム要素と、
   前記基部の出光側に形成された複数のＶ字状の溝と、
   前記基部の前記各溝内に埋設され、前記基部の屈折率よりも小さい屈折率を有する複数のくさび状の光吸収部とを備え、
   前記基部の前記各溝内に埋設された前記各光吸収部と前記基部との界面をなす斜面により、前記各プリズム要素で屈折及び全反射されて前記基部内を進行する光の少なくとも一部を反射し、前記基部の出光側の表面のうち隣接した前記各光吸収部の間に形成される領域から光を出射させることを特徴とするフレネルレンズシート。
2. 前記各光吸収部の２つの斜面は、前記基部に対して垂直な方向に関して対称的に配置されており、前記各光吸収部の屈折率をＮ_１、前記基部の屈折率をＮ_２、前記各光吸収部の深さ（前記基部の厚さ方向に関しての長さ）をＤ、前記各光吸収部の幅（前記基部の前記出光側の表面での延在方向に直交する方向に関しての長さ）をＷ_１としたとき、
   ｔａｎ^−１（２Ｄ／Ｗ_１）≧ｓｉｎ^−１（Ｎ_１／Ｎ_２）
   の関係を満たすことを特徴とする、請求項１に記載のフレネルレンズシート。
3. 前記各光吸収部の深さ（前記基部の厚さ方向に関しての長さ）をＤ、前記各光吸収部の幅（前記基部の前記出光側の表面での延在方向に直交する方向に関しての長さ）をＷ_１としたとき、前記Ｗ_１と前記Ｄとの比（Ｗ_１／Ｄ）が０．０５〜０．５の範囲にあることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のフレネルレンズシート。
4. 前記各光吸収部の２つの斜面は、前記基部に対して垂直な方向に関して非対称的に配置されており、前記各光吸収部の屈折率をＮ_１、前記基部の屈折率をＮ_２、前記各光吸収部の深さ（前記基部の厚さ方向に関しての長さ）をＤ、前記各光吸収部の一方の斜面を前記出光側の表面に投影することで得られる平面の幅（前記基部の前記出光側の表面での延在方向に直交する方向に関しての長さ）をＷ_３、他方の斜面を前記出光側の表面に投影することで得られる平面の幅（前記基部の前記出光側の表面での延在方向に直交する方向に関しての長さ）をＷ_４としたとき、
   ｔａｎ^−１（Ｄ／Ｗ_３）≧ｓｉｎ^−１（Ｎ_１／Ｎ_２）
   ｔａｎ^−１（Ｄ／Ｗ_４）≧ｓｉｎ^−１（Ｎ_１／Ｎ_２）
   の関係を満たすことを特徴とする、請求項１に記載のフレネルレンズシート。
5. 前記各光吸収部の深さ（前記基部の厚さ方向に関しての長さ）をＤ、前記各光吸収部の一方の斜面を前記出光側の表面に投影することで得られる平面の幅（前記基部の前記出光側の表面での延在方向に直交する方向に関しての長さ）をＷ_３、他方の斜面を前記出光側の表面に投影することで得られる平面の幅（前記基部の前記出光側の表面での延在方向に直交する方向に関しての長さ）をＷ_４としたとき、前記Ｗ_３と前記Ｄとの比（Ｗ_３／Ｄ）が０．０２５〜０．２５の範囲にあり、前記Ｗ_４と前記Ｄとの比（Ｗ_４／Ｄ）が０．０２５〜０．２５の範囲にあることを特徴とする、請求項１又は請求項４に記載のフレネルレンズシート。
6. 前記各光吸収部のうち前記基部との界面をなす斜面からの距離が０．１μｍ以内である近傍部位におけるＯＤ値が０．０１〜０．１２の範囲にあることを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のフレネルレンズシート。
7. 前記各光吸収部は全体に亘って略均一な光吸収率を有し、その厚さ１μｍあたりのＯＤ値が０．１〜１．２であることを特徴とする、請求項６に記載のフレネルレンズシート。
8. 前記各光吸収部は透明な基材中に球状の光吸収粒子を複数含有させることにより構成され、前記各光吸収粒子の平均粒径が２〜１５μｍの範囲にあることを特徴とする、請求項６に記載のフレネルレンズシート。
9. 前記基部の入光側及び出光側のいずれか一方の表面に積層され、光の反射率を低下させる層をさらに備えたことを特徴とする、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載のフレネルレンズシート。
10. 請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載のフレネルレンズシートと、前記フレネルレンズシートの観察者側に設けられ、前記フレネルレンズシートを通過した光を拡散させるレンチキュラーレンズ要素とを備えたことを特徴とする透過型スクリーン。
11. 前記フレネルレンズシートの入光側及び前記レンチキュラーレンズ要素の出光側のいずれか一方の表面に積層され、光の反射率を低下させる層をさらに備えたことを特徴とする、請求項１０に記載の透過型スクリーン。
12. 請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載のフレネルレンズシートを備えた透過型スクリーンと、
    前記透過型スクリーンに対して映像光を斜め方向から投射するプロジェクターとを備えたことを特徴とする背面投射型表示装置。
13. 請求項１０又は請求項１１に記載の透過型スクリーンと、
    前記透過型スクリーンに対して映像光を斜め方向から投射するプロジェクターとを備えたことを特徴とする背面投射型表示装置。

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