JP2005004059A

JP2005004059A - 透過型スクリーン及び背面投射型表示装置

Info

Publication number: JP2005004059A
Application number: JP2003169417A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sekiguchi; 口博関
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】斜め方向から投射された光を集光させるための透過型スクリーンであって、外光の反射が少なくて画像のコンラストが良好であり、モアレの発生も少なく、かつ、拡散特性に優れた、製造が容易な透過型スクリーンを提供する。
【解決手段】フレネルレンズ部１０の基部１１の入光側の各プリズム要素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。拡散レンズ部２０において、透明部１４は、各微小粒子１３の屈折率Ｎ_１よりも小さい屈折率Ｎ_２を有し、各微小粒子１３の入光側の表面１３ａと透明部１４との界面をなす曲面により光を屈折させ、拡散レンズ部２０の出光側の表面１６に位置する各微小粒子１３の出光側の頂点付近の領域１３ｃから光を透過させるようになっている。なお、各微小粒子１３の出光側の表面１３ｂのうち当該各微小粒子１３の出光側の頂点付近の領域１３ｃを除いた領域を覆うように光吸収部１５が形成されている。
【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透過型スクリーン及びそれを備えた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を備えた透過型スクリーンにおいては、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（奥行きや高さ）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では、明るい室内等で透過型スクリーン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１０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が形成された透過型スクリーン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、上述したような透過型スクリーン３０では、図１１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１２に示すように、透過型スクリーン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、透過型スクリーン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透過型スクリーンであって、外光の反射が少なくて画像のコンラストが良好であり、モアレの発生も少なく、かつ、拡散特性に優れた、製造が容易な透過型スクリーン及びそれを備えた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、フレネルレンズ部と、前記フレネルレンズ部の観察者側に設けられ、前記フレネルレンズ部を通過した光を拡散させる拡散レンズ部とを備え、前記フレネルレンズ部は、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を有し、前記拡散レンズ部は、前記フレネルレンズ部の前記基部の出光側の表面上に層状に配列された複数の球状の微小粒子と、前記各微小粒子の入光側の表面と前記フレネルレンズ部の前記基部の出光側の表面との間の間隙に充填され、前記各微小粒子の屈折率よりも小さい屈折率を有する透明部と、前記各微小粒子の出光側の表面のうち当該各微小粒子の出光側の頂点付近の領域を除いた領域を覆うように形成された光吸収部とを有し、前記各微小粒子の入光側の表面と前記透明部との界面をなす曲面により、前記フレネルレンズ部の前記各プリズム要素で屈折及び全反射されて前記フレネルレンズ部の前記基部及び前記拡散レンズ部の前記透明部内を進行する光を屈折し、前記拡散レンズ部の出光側の表面に位置する前記各微小粒子の出光側の頂点付近の領域から光を透過させることを特徴とする透過型スクリーンを提供する。
【００１１】
なお、上述した第１の解決手段においては、前記拡散レンズ部の出光側の表面上に積層された支持体をさらに備えることが好ましい。ここで、前記支持体は光を拡散させる機能を有することが好ましい。
【００１２】
また、上述した第１の解決手段において、前記各微小粒子の屈折率Ｎ_１と前記透明部の屈折率Ｎ_２との比（Ｎ_１／Ｎ_２）が１．２〜１．６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、前記フレネルレンズ部の前記基部と前記拡散レンズ部の前記透明部とが同一の材料により形成されていることが好ましい。また、前記フレネルレンズ部の前記基部と前記拡散レンズ部の前記透明部とが一体的に形成されていてもよい。
【００１４】
さらにまた、上述した第１の解決手段においては、前記透過型スクリーン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。
【００１６】
本発明の第１及び第２の解決手段によれば、フレネルレンズ部の観察者側に、複数の微小粒子、透明部及び光吸収部から構成される拡散レンズ部を設けている。すなわち、フレネルレンズ部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の表面上に複数の球状の微小粒子を層状に配列し、これらの微小粒子の入光側の表面と基部の出光側の表面との間の間隙に、各微小粒子の屈折率よりも小さい屈折率を有する透明部を充填し、また、各微小粒子の出光側の表面のうち当該各微小粒子の出光側の頂点付近の領域を除いた領域を覆うように光吸収部を形成している。このような透過型スクリーンでは、フレネルレンズ部の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フレネルレンズ部の基部及び拡散レンズ部の透明部内を進行する光は、各微小粒子の入光側の表面と透明部との界面をなす曲面により屈折され、光吸収部で吸収されたり微小粒子内で全反射して入光側に戻ったりすることなく、拡散レンズ部の出光側の表面に位置する各微小粒子の出光側の頂点付近の領域から観察者側へ出射される。また、このような透過型スクリーンでは、拡散レンズ部の出光側に形成された光吸収部により、外光が吸収される。これにより、フレネルレンズ部の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。
【００１７】
また、本発明の第１及び第２の解決手段によれば、フレネルレンズ部の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フレネルレンズ部の基部及び拡散レンズ部の透明部内を進行する光は、拡散レンズ部の各微小粒子の入光側の表面及び出光側の表面で２回屈折され、観察者側の広い範囲に亘って拡散される。このため、透過型スクリーンを観察者側から観察すると、広い範囲で画像を視認することができる。
【００１８】
さらに、本発明の第１及び第２の解決手段によれば、拡散レンズ部の出光側に形成された光吸収部により、フレネルレンズ部の基部の入光側から入射する光のうち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。
【００１９】
さらにまた、本発明の第１及び第２の解決手段によれば、フレネルレンズ部の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フレネルレンズ部の基部及び拡散レンズ部の透明部内を進行する光のうち拡散レンズ部の各微小粒子に入射する光は、拡散レンズ部の光吸収部の配置位置にかかわらず、光吸収部で吸収されずに拡散レンズ部の出光側の表面から出射されるので、フレネルレンズ部の基部の入光側のプリズム要素と拡散レンズ部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。
【００２０】
【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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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部１０と、フレネルレンズ部１０の観察者側に設けられ、フレネルレンズ部１０を通過した光を拡散させる拡散レンズ部２０とを有している。
【００２４】
なお、図２乃至図４に示す背面投射型表示装置１では、透過型スクリーン５に対して映像光が斜め方向から投射されるので、透過型スクリーン５のどの位置でもかなり大きな角度（透過型スクリーン５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透過型スクリーン５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フレネルレンズ部１０の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。
【００２５】
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で用いられる透過型スクリーン５の詳細について説明する。
【００２６】
図１に示すように、透過型スクリーン５は、フレネルレンズ部１０及び拡散レンズ部２０を有している。
【００２７】
このうち、フレネルレンズ部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とを有している。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。
【００２８】
ここで、フレネルレンズ部１０の基部１１の入光側の各プリズム要素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の形状を変化させる必要がある。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。
【００２９】
フレネルレンズ部１０の基部１１の出光側の表面１１ｂ上には複数の球状の微小粒子１３が１層分だけ配列されている。これらの微小粒子１３の入光側の表面１３ａとフレネルレンズ部１０の基部１１の出光側の表面１１ｂとの間の間隙には透明部１４が充填されており、各微小粒子１３が透明部１４によりフレネルレンズ部１０の基部１１の出光側の表面１１ｂ上に固定されている。また、各微小粒子１３の出光側の表面１３ｂのうち当該各微小粒子１３の出光側の頂点付近の領域１３ｃを除いた領域を覆うように光吸収部１５が形成されている。なお、複数の微小粒子１３、透明部１４及び光吸収部１５により拡散レンズ部２０が構成されている。
【００３０】
ここで、拡散レンズ部２０の光吸収部１５は、所定の光吸収率を有しており、拡散レンズ部２０の出光側の表面１６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。
【００３１】
また、拡散レンズ部２０の透明部１４は、各微小粒子１３の屈折率Ｎ_１よりも小さい屈折率Ｎ_２を有しており、各微小粒子１３の入光側の表面１３ａと透明部１４との界面をなす曲面により、フレネルレンズ部１０の基部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フレネルレンズ部１０の基部１１及び拡散レンズ部２０の透明部１４内を進行する光を屈折させ、拡散レンズ部２０の出光側の表面１６に位置する各微小粒子１３の出光側の頂点付近の領域１３ｃから光を透過させることができるようになっている。
【００３２】
すなわち、図１に示す透過型スクリーン５において、フレネルレンズ部１０の基部１１の入光側から所定の角度で入射した光Ｌ１は各プリズム要素１２の屈折面１２ａで屈折された後、全反射面１２ｂで全反射され、フレネルレンズ部１０の基部１１内を当該基部１１に対して略垂直な方向に進む。
【００３３】
次いで、光Ｌ１は拡散レンズ部２０の透明部１４に入射するが、フレネルレンズ部１０の基部１１と拡散レンズ部２０の透明部１４との界面は入射した光に対して垂直な平面をなしているので、光Ｌ１の進行方向は変化しない。
【００３４】
その後、拡散レンズ部２０の透明部１４を透過した光Ｌ１は各微小粒子１３に入射する。このとき、各微小粒子１３の屈折率Ｎ_１は透明部１４の屈折率Ｎ_２よりも大きいので、光Ｌ１は拡散レンズ部２０の透明部１４と各微小粒子１３の入光側の表面１３ａとの界面をなす曲面で屈折されて各微小粒子１３の中を進み、各微小粒子１３の出光側の表面１３ｂのうち光吸収部１５が形成されていない各微小粒子１３の出光側の頂点付近の領域１３ｃに集光する。
【００３５】
なお、各微小粒子１３内での光Ｌ１の光路は、拡散レンズ部２０の透明部１４と各微小粒子１３の入光側の表面１３ａとの界面での屈折のされ方によって決まり、より具体的には、（１）各微小粒子１３の形状と、（２）各微小粒子１３の屈折率Ｎ_１と透明部１４の屈折率Ｎ_２との比（Ｎ_１／Ｎ_２）とによって決まる。ここで、各微小粒子１３がほぼ完全な球体である場合を例に挙げると、屈折率比（Ｎ_１／Ｎ_２）が１．６程度であると、図１に示すように、光Ｌ１が各微小粒子１３の出光側の頂点付近の領域１３ｃに集光する。
【００３６】
最終的に、各微小粒子１３の出光側の表面１３ｂのうち各微小粒子１３の出光側の頂点付近の領域１３ｃに集光した光Ｌ１はその表面で屈折され、観察者側に出射される。
【００３７】
以上のように、フレネルレンズ部１０の基部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フレネルレンズ部１０の基部１１及び拡散レンズ部２０の透明部１４内を進行する光Ｌ１は、拡散レンズ部２０の各微小粒子１３の入光側の表面１３ａ及び出光側の表面１３ｂ（１３ｃ）で２回屈折され、観察者側の広い範囲に亘って拡散される。このため、透過型スクリーン５を観察者側から観察すると、広い範囲で画像を視認することができる。
【００３８】
ここで、各微小粒子１３の屈折率Ｎ_１と透明部１４の屈折率Ｎ_２との比（Ｎ_１／Ｎ_２）が大きくなると、各微小粒子１３の入光側の表面１３ａでの光Ｌ１の屈折の度合いが大きくなり、観察者側から出射される光Ｌ１の広がり方も大きくなる。具体的には、各微小粒子１３がほぼ完全な球体である場合を例に挙げると、屈折率比（Ｎ_１／Ｎ_２）が大きくなるにつれて、図５に示すような関係で拡散の半値角（横軸が観察角度であるゲインカーブのピークの半分の高さにおける角度幅）が大きくなる。このような関係の下で、必要な視認領域に応じて屈折率比（Ｎ_１／Ｎ_２）を適宜選択することが好ましく、通常の透過型スクリーン５を想定した場合には屈折率比（Ｎ_１／Ｎ_２）が１．２〜１．６程度であることが好ましい。
【００３９】
なお、各微小粒子１３の出光側の表面１３ｂのうち出光側の頂点付近の領域１３ｃには、光Ｌ１が透過することができるよう光吸収部１５が形成されていないが、この領域は光Ｌ１が頂点付近に集光すればするほど、小さくて済む。しかしながら、各微小粒子１３がほぼ完全な球体である場合には、光Ｌ１が一点に集光することはなく、各微小粒子１３の出光側の頂点付近の領域１３ｃにはある程度の大きさが必要となる。具体的には、光Ｌ１を透過させるために必要な領域１３ｃ（開口部）の半径をＲ_２、各微小粒子１３の半径をＲ_１としたとき、それらの比である開口率（Ｒ_２／Ｒ_１）は屈折率比（Ｎ_１／Ｎ_２）が小さくなるにつれて大きくとる必要がある。例えば、開口率（Ｒ_２／Ｒ_１）は、屈折率比（Ｎ_１／Ｎ_２）が１．６のときは０．２５程度、屈折率比（Ｎ_１／Ｎ_２）が１．３のときは０．５程度が必要となる。
【００４０】
次に、このような構成からなる透過型スクリーン５の製造方法について説明する。
【００４１】
まず、プリズム要素の形状の逆形状を持つ金型を用いて、入光側にプリズム要素１２が形成された基部１１を成形し、フレネルレンズ部１０を製造する。
【００４２】
なお、フレネルレンズ部１０を製造するための第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の方法としては、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。
【００４３】
次に、このようにして製造されたフレネルレンズ部１０の基部１１の出光側の表面１１ｂ上に透明な樹脂をコーティングし、次いで、コーティングされた透明な樹脂層上に複数の球状の微小粒子１３を１層分だけ配列した後、加熱により透明な樹脂層を軟化させながら加圧することにより複数の微小粒子１３をフレネルレンズ部１０の基部１１の出光側の表面１１ｂに接するように押し込み、その状態で冷却する。これにより、微小粒子１３の入光側の表面１３ａとフレネルレンズ部１０の基部１１の出光側の表面１１ｂとの間の間隙に充填された透明な樹脂層が固化して透明部１４となり、各微小粒子１３は透明部１４を介してフレネルレンズ部１０の基部１１の出光側の表面１１ｂ上に固定される。
【００４４】
ここで、フレネルレンズ部１０の基部１１の出光側の表面１１ｂ上にコーティングされる透明な樹脂としては、フレネルレンズ部１０の基部１１や微小粒子１３の材料よりも低い軟化点を持つ、熱接着性の樹脂（オレフィン系樹脂（屈折率１．５程度）やアクリル系樹脂（屈折率１．５程度）、フッ素系樹脂（屈折率１．３〜１．５程度））を用いることが好ましい。なお、コーティングされる透明な樹脂の体積は、当該樹脂上に配列される球状の微小粒子１３の入光側の表面１３ａとフレネルレンズ部１０の基部１１の出光側の表面１１ｂとの間の間隙を十分に充填することができるだけのものとすることが好ましい。
【００４５】
また、このような透明な樹脂層上に配列される微小粒子１３としては、ガラスビーズ（屈折率２．１〜２．７程度）や樹脂（高分子）ビーズ（屈折率１．７〜２．０程度）を用いることが好ましい。なお、微小粒子１３はほぼ完全な球体であることが好ましく、その粒径は２０〜８０μｍ程度であることが好ましい。
【００４６】
その後、フレネルレンズ部１０の基部１１の出光側の表面１１ｂ上に透明部１４を介して固定された各微小粒子１３の出光側の表面１３ｂ上に黒色インキをコーティングし、光吸収部１５を形成する。
【００４７】
なお、各微小粒子１３の出光側の表面１３ｂ上に光吸収部１５を形成するための第１の方法としては、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ロールコート法やダイコート法等により各微小粒子１３の出光側の表面１３ｂ上にコーティングし、次いで、板状ブレードにより各微小粒子１３の出光側の頂点付近の領域１３ｃに存在する黒色インクを擦りとった後、黒色インクを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、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ロールコート法やダイコート法等により各微小粒子１３の出光側の表面１３ｂ上にコーティングし、次いで、板状ブレードにより各微小粒子１３の出光側の頂点付近の領域１３ｃに存在する黒色インクを擦りとった後、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。なお、これらの第１及び第２の方法では、黒色インキの粘度及び板状ブレードの硬度を変えることにより、各微小粒子１３の出光側の頂点付近の領域１３ｃから擦りとられる範囲（すなわち開口部の大きさ）を調整することができる。
【００４８】
以上により、フレネルレンズ部１０の観察者側に、複数の微小粒子１３、透明部１４及び光吸収部１５から構成される拡散レンズ部２０が製造され、最終的に、図１に示すような透過型スクリーン５が製造される。
【００４９】
このように本実施の形態によれば、フレネルレンズ部１０の観察者側に、複数の微小粒子１３、透明部１４及び光吸収部１５から構成される拡散レンズ部２０を設けている。すなわち、フレネルレンズ部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の表面１１ｂ上に複数の球状の微小粒子１３を１層分だけ配列し、これらの微小粒子１３の入光側の表面１３ａと基部１１の出光側の表面１１ｂとの間の間隙に、各微小粒子１３の屈折率よりも小さい屈折率を有する透明部１４を充填し、また、各微小粒子１３の出光側の表面１３ｂのうち当該各微小粒子１３の出光側の頂点付近の領域１３ｃを除いた領域を覆うように光吸収部１５を形成している。このような透過型スクリーン５では、フレネルレンズ部１０の基部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フレネルレンズ部１０の基部１１及び拡散レンズ部２０の透明部１４内を進行する光Ｌ１は、各微小粒子１３の入光側の表面１３ａと透明部１４との界面をなす曲面により屈折され、光吸収部１５で吸収されたり微小粒子１３内で全反射して入光側に戻ったりすることなく、拡散レンズ部２０の出光側の表面１６に位置する各微小粒子１３の出光側の頂点付近の領域１３ｃから観察者側へ出射される。また、このような透過型スクリーン５では、拡散レンズ部２０の出光側に形成された光吸収部１５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、フレネルレンズ部１０の基部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。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、フレネルレンズ部１０の基部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フレネルレンズ部１０の基部１１及び拡散レンズ部２０の透明部１４内を進行する光Ｌ１は、拡散レンズ部２０の各微小粒子１３の入光側の表面１３ａ及び出光側の表面１３ｂ（１３ｃ）で２回屈折され、観察者側の広い範囲に亘って拡散される。このため、透過型スクリーン５を観察者側から観察すると、広い範囲で画像を視認することができる。
【００５１】
さらに、本実施の形態によれば、フレネルレンズ部１０の基部１１の入光側から入射する光に含まれることがある、プリズム要素１２の全反射面１２ｂで全反射されない光Ｌ３（便宜上図１中に光Ｌ１とともに示す）が、拡散レンズ部２０の出光側に形成された光吸収部１５により吸収されるので、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。
【００５２】
さらにまた、本実施の形態によれば、フレネルレンズ部１０の基部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フレネルレンズ部１０の基部１１及び拡散レンズ部２０の透明部１４内を進行する光Ｌ１のうち拡散レンズ部２０の各微小粒子１３に入射する光は、拡散レンズ部２０の光吸収部１５の配置位置にかかわらず、光吸収部１５で吸収されずに拡散レンズ部２０の出光側の表面１６から出射されるので、フレネルレンズ部１０の基部１１の入光側のプリズム要素１２と拡散レンズ部２０の光吸収部１５との位置合わせを行う必要がなく、製造が容易である。
【００５３】
なお、上述した実施の形態においては、透過型スクリーン５がフレネルレンズ部１０及び拡散レンズ部２０により構成されているが、これに限らず、図６に示すように、透過型スクリーン５の拡散レンズ部２０の出光側の表面１６上に支持板１７を積層するようにしてもよい。これにより、拡散レンズ部２０の各微小粒子１３が外部と直接接触することがなくなり、外部からの力によって各微小粒子１３が脱落することがないので、好ましい。なお、図６に示す透過型スクリーン５は、支持板１７上に各微小粒子１３を光吸収部１５を介して固定した後、このような微小粒子１３付きの支持板１７と、あらかじめ準備されたフレネルレンズ部１０とを透明な樹脂（透明部１４）を介して貼り合わせることにより製造することができる。このようにして各微小粒子１３を支持板１７側に固定するようにすれば、透明部１４を構成する透明な樹脂は微小粒子１３付きの支持板１７とフレネルレンズ部１０とを貼り合わせるだけの機能を有していればよいので、その材料の選択の幅を広げることができる。
【００５４】
また、上述した実施の形態においては、フレネルレンズ部１０の基部１１の入光側の各プリズム要素１２を支持体としての基部１１とともに一体的に形成しているが、これに限らず、図７に示すように、支持体としての透明なレンズ支持基板１８と各プリズム要素１２（及び基部１１）とを別体で形成するようにしてもよい。
【００５５】
ここで、図７に示すフレネルレンズ部１０は、透明なレンズ支持基板１８上に紫外線硬化樹脂等の電離放射線硬化樹脂を塗布し、金型を用いて紫外線を照射しながら各プリズム要素１２及び基部１１を成形することにより製造することができる。これにより、フレネルレンズ部１０を量産することが容易になる。
【００５６】
さらに、上述した実施の形態において、フレネルレンズ部１０の基部１１と拡散レンズ部２０の透明部１４とが同一の材料により形成されていることが好ましくい。これにより、フレネルレンズ部１０の基部１１と拡散レンズ部２０の透明部１４との界面で望ましくない反射が生じるのを効果的に抑えることができる。また、同様の観点から、図８に示すように、フレネルレンズ部１０の基部１１と拡散レンズ部２０の透明部１４とを一体的に形成してもよい。
【００５７】
ここで、図８に示す透過型スクリーン５は、支持板１７上に各微小粒子１３を光吸収部１５を介して固定した後、このような微小粒子１３付きの支持板１７のうち微小粒子１３が形成されている側の表面上に透明な樹脂を直接塗布して各プリズム要素１２及び基部１１を有するフレネルレンズ部１０を成形することにより製造することができる。これにより、透過型スクリーン５の製造に必要とされる樹脂の量を減らし、また、必要とされる製造工程を減らすことができる。
【００５８】
なお、各微小粒子１３を支持板１７側に固定する方法としては、図８に示すように、各微小粒子１３を支持体１７上に配列する方法の他、図９に示すように、各微小粒子１３をフィルム１９上に配列した後、このフィルム１９と支持板１７とを貼り合わせる方法を用いることができる。
【００５９】
ここで、図６乃至図９に示す透過型スクリーン５のように、支持板１７又はフィルム１９上に微小粒子１３を配列する場合には、透明な樹脂からなる支持板１７又はフィルム１９上に黒色インキをコーティングした後、コーティングされた黒色インキ層上に複数の球状の微小粒子１３を１層分だけ配列し、加熱により黒色インキ層を軟化させながら加圧することにより複数の微小粒子１３を支持板１７又はフィルム１９の表面に接するように押し込み、その状態で冷却する。これにより、微小粒子１３の出光側の表面１３ｂと支持板１７又はフィルム１９の表面との間の間隙に充填された黒色インキ層が固化して光吸収部１５となり、各微小粒子１３は光吸収部１５を介して支持板１７又はフィルム１９の表面上に固定される。
【００６０】
このとき、支持板１７又はフィルム１９の（加熱時の）硬度と加圧力とを調節して各微小粒子１３が支持板１７又はフィルム１９に押し込まれる量を制御することにより、各微小粒子１３の出光側の頂点付近の領域１３ｃの大きさ（開口部の大きさ）を調整することができる。
【００６１】
なお、図６乃至図９に示す透過型スクリーン５において、支持板１７又はフレネルレンズ部１０のレンズ支持基板１８の内部に拡散剤を含有させたり、それらの観察者側の表面をマット面にすることにより、光を拡散させるようにしてもよい。これにより、微小粒子１３の箇所以外に光を拡散させる箇所が設けられるので、シンチレーションを低下させることができる。また、微小粒子１３による拡散があまり大きくない場合（例えば屈折率比（Ｎ_１／Ｎ_２）が１．３程度で拡散の半値角が２５度程度（実効的な視野角が３５度程度）である場合）であっても実効的な視野角を大幅に広げることができる。具体的に例えば、拡散剤により半値角５度程度の拡散性能を加えるだけでも、実効的な視野角を５０度程度と大きく広げることができる。
【００６２】
さらに、上述した実施の形態において、透過型スクリーン５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、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。
【００６３】
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の出光側の表面に、表面の硬度を高めるようなコーティング層を積層するようにしてもよい。
【００６４】
なお、上述した実施の形態において、フレネルレンズ部１０の基部１１の出光側の表面１１ｂ上に配列される複数の微小粒子１３は層状に配列されていればよく、各微小粒子１３の配列状態としては、図１、図６乃至図９に示すような状態（各微小粒子１３が互いに隣接した状態）の他、各微小粒子１３が互いに離間した状態をとることもできる。
【００６５】
【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。
【００６６】
（実施例１）
まず、透明なポリカーボネート基板（横１０１６ｍｍ、縦７６２ｍｍ及び厚さ３ｍｍ、屈折率１．５５）の一方の表面上に紫外線硬化樹脂（屈折率１．５５）を塗布し、プリズム要素の形状の逆形状を持つ金型を用いて紫外線を照射しながら成形し、入光側にプリズム要素が形成されたフレネルレンズ部を製造した。
【００６７】
ここで、このようにして製造されたフレネルレンズ部のプリズム要素は、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）を変化させた。また、プリズム要素のレンズピッチ（ｐ）は０．１１ｍｍとした。
【００６８】
次に、このようにして製造されたフレネルレンズ部に含まれるポリカーボネート基板のうちプリズム要素が形成されていない側の他方の表面上に透明なポリエチレン樹脂（屈折率１．５）をコーティングした後、コーティングされた透明なポリエチレン樹脂層上に、粒径が５０μｍの複数のガラスビーズ（屈折率２．４）を１層分だけ配列した。
【００６９】
そして、加熱により透明なポリエチレン樹脂層を軟化させながら加圧することにより複数のガラスビーズをポリカーボネート基板の他方の表面に接するように押し込み、その状態で冷却した。これにより、各ガラスビーズをポリエチレン樹脂層（透明部）を介してポリカーボネート基板の他方の表面上に固定した。
【００７０】
その後、このようにしてポリカーボネート基板の他方の表面上にポリエチレン樹脂層を介して固定された各ガラスビーズの表面上に黒色インキをコーティングし、光吸収部を形成した。すなわち、透明な紫外線硬化樹脂バインダー（屈折率１．５１）中にカーボンブラックを分散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ダイコート法により各ガラスビーズの表面上にコーティングし、次いで、板状ブレードにより各ガラスビーズの出光側の頂点付近の領域に存在する黒色インクを擦りとった後、紫外線の照射により硬化させた。なお、各ガラスビーズの出光側の頂点付近の領域（開口部）の大きさは半径比でとった開口率（Ｒ_２／Ｒ_１）が０．２５程度となるようにした。
【００７１】
これにより、フレネルレンズ部に含まれるポリカーボネート基板のうちプリズム要素が形成されていない側の他方の表面上に、ガラスビーズ（微小粒子）、ポリエチレン樹脂層（透明部）及び黒色インキ層（光吸収部）から構成される拡散レンズ部が製造され、最終的に、画面サイズが５０インチ（横１０１６ｍｍ、縦７６２ｍｍでアスペクト比は４：３）の透過型スクリーンが製造された。
【００７２】
（実施例２）
まず、透明なポリカーボネート基板（横１０１６ｍｍ、縦７６２ｍｍ及び厚さ２ｍｍ、屈折率１．５５）の一方の表面上に紫外線硬化樹脂（屈折率１．５５）を塗布し、プリズム要素の形状の逆形状を持つ金型を用いて紫外線を照射しながら成形し、入光側にプリズム要素が形成されたフレネルレンズ部を製造した。
【００７３】
ここで、このようにして製造されたフレネルレンズ部のプリズム要素は、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）を変化させた。また、プリズム要素のレンズピッチ（ｐ）は０．１１ｍｍとした。
【００７４】
一方、透明なＰＥＴフィルム（横１０１６ｍｍ、縦７６２ｍｍ及び厚さ５０μｍ、屈折率１．６）の一方の表面上に黒色インキをダイコート法によりコーティングした後、コーティングされた黒色インキ層上に、粒径が５０μｍの複数の樹脂ビーズ（屈折率１．８）を１層分だけ配列した。
【００７５】
そして、加熱により黒色インキ層を軟化させながら加圧することにより複数の樹脂ビーズをＰＥＴフィルムの表面に接するように押し込み、その状態で冷却した。これにより、各樹脂ビーズを黒色インキ層（光吸収部）を介してＰＥＴフィルムの一方の表面上に固定した。なお、黒色インキとしては、ポリアクリル酸エステル樹脂（屈折率１．５）中にカーボンブラックを分散させたものを用いた。また、樹脂ビーズの出光側の頂点付近の領域（開口部）の大きさは半径比でとった開口率（Ｒ_２／Ｒ_１）が０．５程度となるようにした。
【００７６】
その後、このような樹脂ビーズ付きのＰＥＴフィルムのうち樹脂ビーズが配列されていない側の他の表面とポリカーボネート樹脂板（厚さ２ｍｍ）の一方の表面とをアクリル系粘着材で貼り合わせた。なお、ポリカーボネート樹脂板はＰＥＴフィルムに貼り合わされる側の表面の１００μｍ厚の部分に平均粒径が１２μｍの拡散剤が含有されており、それにより半値角５度程度の拡散性能が加えられている。
【００７７】
最後に、このようにして貼り合わせられた樹脂ビーズ付きのＰＥＴフィルム及びポリカーボネート樹脂板のうち樹脂ビーズが配列されている側の表面に透明なフッ素含有メチルメタクリレート樹脂（屈折率１．４）をコーティングした後、コーティングされたフッ素含有メチルメタクリレート樹脂を介して、樹脂ビーズ付きのＰＥＴフィルム及びポリカーボネート樹脂板と、あらかじめ製造されたフレネルレンズ部の出光面側の表面とを貼り合わせた。
【００７８】
これにより、フレネルレンズ部に含まれるポリカーボネート基板のうちプリズム要素が形成されていない側の他方の表面上に、樹脂ビーズ（微小粒子）、フッ素含有メチルメタクリレート樹脂（透明部）及び黒色インキ層（光吸収部）から構成される拡散レンズ部が製造され、最終的に、画面サイズが５０インチ（横１０１６ｍｍ、縦７６２ｍｍでアスペクト比は４：３）の透過型スクリーンが製造された。
【００７９】
（評価結果）
実施例１及び実施例２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。）
このようにして映像光が投射されている状態で、実施例１及び実施例２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１に係る透過型スクリーンでは、二重像もなく、鮮明でコントラストの高い画像が得られた。また上下左右ほぼ全方位で画像を視認することができた。
【００８０】
また、実施例２に係る透過型スクリーンでも、二重像はなく、鮮明でコントラストの高い画像が得られた。特に、正面からが明るく、また上下左右６０度程度まで画像を視認することができた。
【００８１】
【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透過型スクリーンであって、外光の反射が少なくて画像のコンラストが良好であり、モアレの発生も少なく、かつ、拡散特性に優れた、製造が容易な透過型スクリーン及びそれを備えた背面投射型表示装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る透過型スクリーンの要部を示す部分断面図。
【図２】図１に示す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】微小粒子と透明部との屈折率比（Ｎ_１／Ｎ_２）と、拡散の半値角との関係を示すグラフ。
【図６】図２に示す背面投射型表示装置で用いられる透過型スクリーンの第１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透過型スクリーンの第２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透過型スクリーンの第３の変形例を示す図。
【図９】図２に示す背面投射型表示装置で用いられる透過型スクリーンの第４の変形例を示す図。
【図１０】従来のフレネルレンズで生じる第１の問題（外光の反射の問題）を説明するための図。
【図１１】従来のフレネルレンズで生じる第２の問題（二重像の問題）を説明するための図。
【図１２】図１０及び図１１に示す問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フレネルレンズ部
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微小粒子
１３ａ（微小粒子の）入光側の表面
１３ｂ（微小粒子の）出光側の表面
１３ｃ（微小粒子の）出光側の頂点付近の領域
１４透明部
１５光吸収部
１６（拡散レンズ部の）出光側の表面
１７支持板
１８レンズ支持基板
１９フィルム
２０拡散レンズ部

Claims

フレネルレンズ部と、
前記フレネルレンズ部の観察者側に設けられ、前記フレネルレンズ部を通過した光を拡散させる拡散レンズ部とを備え、
前記フレネルレンズ部は、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を有し、
前記拡散レンズ部は、前記フレネルレンズ部の前記基部の出光側の表面上に層状に配列された複数の球状の微小粒子と、前記各微小粒子の入光側の表面と前記フレネルレンズ部の前記基部の出光側の表面との間の間隙に充填され、前記各微小粒子の屈折率よりも小さい屈折率を有する透明部と、前記各微小粒子の出光側の表面のうち当該各微小粒子の出光側の頂点付近の領域を除いた領域を覆うように形成された光吸収部とを有し、
前記各微小粒子の入光側の表面と前記透明部との界面をなす曲面により、前記フレネルレンズ部の前記各プリズム要素で屈折及び全反射されて前記フレネルレンズ部の前記基部及び前記拡散レンズ部の前記透明部内を進行する光を屈折し、前記拡散レンズ部の出光側の表面に位置する前記各微小粒子の出光側の頂点付近の領域から光を透過させることを特徴とする透過型スクリーン。
前記拡散レンズ部の出光側の表面上に積層された支持体をさらに備えたことを特徴とする、請求項１に記載の透過型スクリーン。
前記支持体は光を拡散させる機能を有することを特徴とする、請求項２に記載の透過型スクリーン。
前記各微小粒子の屈折率Ｎ_１と前記透明部の屈折率Ｎ_２との比（Ｎ_１／Ｎ_２）が１．２〜１．６の範囲にあることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の透過型スクリーン。
前記フレネルレンズ部の前記基部と前記拡散レンズ部の前記透明部とが同一の材料により形成されていることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の透過型スクリーン。
前記フレネルレンズ部の前記基部と前記拡散レンズ部の前記透明部とが一体的に形成されてい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透過型スクリーン。
前記透過型スクリーン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６までのいずれか一項に記載の透過型スクリーン。
請求項１から請求項７までのいずれか一項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。