JP2007322734A

JP2007322734A - 光学シート

Info

Publication number: JP2007322734A
Application number: JP2006152661A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Saito; 堅斎藤
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2007-12-13

Abstract

【課題】片面にプリズム列を備え、他面が平坦な第１のレンズートと、少なくとも一方の面にレンズ列を備えた第２のレンズシートとを重ね合わせた光学シートにおいて、第１のレンズシートと第２のレンズシートとの擦れによる振動白粉の問題を解消する。
【解決手段】第１のレンズシート（全反射型フレネルレンズシート２）と第２のレンズシート（レンチキュラーレンズシート３）を、第１のレンズシートの平坦面２ａと第２の
レンズシートのレンズ列形成面（レンチキュラーレンズ面３ａ）とが対向するように重ね合わせた光学シート１Ａにおいて、対向面の少なくとも一方に、表面粗さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１２００１）０．２μｍ〜１０μｍの微細凹凸を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、背面投写型画像表示装置で使用される透過型スクリーンを初めとする、少なくとも２つのレンズシートを重ね合わせてなる光学シートに関する。

背面投写型画像表示装置には、一般に、映像光の入射側からフレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシートの順で配置される透過型スクリーンが用いられる。

フレネルレンズシートは、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シート状に形成されたものであり、映像光源からの投写光がレンチキュラーレンズシートに対し略垂直な方向に揃うように偏向する凸レンズの機能を有する。

近年、背面投写型画像表示装置では、薄型化の要請により、透過型スクリーンに対して斜めに映像光を投写するようになっており、それに適するフレネルレンズシートとして、入射側で全反射を利用したフレネルレンズ（以下、全反射型フレネルレンズという）が提案されている（特許文献１）。

一方、レンチキュラーレンズシートは、シリンドリカルレンズを縦ストライプ状に列設したレンチキュラーレンズを映像光の入射面に形成したものである。フレネルレンズシートにより略平行光となった映像光は、このレンチキュラーレンズによりレンチキュラーレンズシートの略出射面に集光され、観察者側に拡散される。また、レンチキュラーレンズシートの出射面において、映像光の集光箇所以外の部分には、外光コントラストを改善するために光吸収層パターン（所謂ブラックストライプ）が設けられる。

レンチキュラーレンズシートのピッチは、従来のブラウン管を映像源とした背面投写型画像表示装置においては、０．７〜０．５ｍｍであり、厚みは１〜０．７ｍｍ程度であったが、近年の、液晶表示装置（ＬＣＤ）、マイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等のマイクロディスプレイを映像源とした背面投写型画像表示装置においては、より高精細の映像を得られるようにするため、レンチキュラーレンズのピッチは０．３〜０．１ｍｍ程度に小さくなっており、それに伴ってレンチキュラーレンズシートの厚みも０．３〜０．１ｍｍ程度に薄くなっている。

しかしながら、レンチキュラーレンズシートは、一般に合成樹脂で構成されているため、このように薄いシートに形成すると自立できない。そのため、レンチキュラーレンズシートは、透光性で剛直なシート（例えば、厚さ２ｍｍのアクリル樹脂シート）からなる前面板に貼り合せて使用されている。

特開昭６１−２０８０４１号

ところで、透過型スクリーンをプロジェクションテレビに組み立て、トラック等によって販売店にまで長距離輸送すると、スクリーン面に影状の欠陥点が発生する場合がある。これは、プロジェクションテレビ内で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が対向し、接触したまま繰り返し振動が与えられることにより、フレネルレンズシートの刃先とレンチキュラーレンズシートのレンズ面とが擦れて粉状物が生じ、それがスクリーンに付着し、スクリーン画面上に影を生じさせるためである。このような現象を本明細書では振動白粉または白粉と呼ぶ。

この振動白粉は、向かい合うフレネルレンズシートのレンズ面とレンチキュラーレンズシートとのレンズ面の頂部同士がぶつかることにより生じるから、従来、フレネルレンズシートの平坦面をレンチキュラーレンズシートのレンズ面に対向させると、白粉の問題は生じないと考えられていた。

しかしながら、実際には、フレネルレンズシートの平坦面をレンチキュラーレンズシートのレンズ面に対向させても、白粉の問題は解消しなかった。

これに対し、本発明は、全反射型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を重ね合わせた透過型スクリーンのように、片面にプリズム列を備え、他面が平坦な第１のレンズートと、少なくとも一方の面にレンズ列を備えた第２のレンズシートとを、第１のレンズシートの平坦面と第２のレンズシートのレンズ列形成面面とが対向するように重ね合わせた光学シートにおいて、対向面同士の擦れによる振動白粉の問題を解消することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、片面にプリズム列を備え、他面が平坦な第１のレンズートと、少なくとも一方の面にレンズ列を備えた第２のレンズシートとを、第１のレンズシートの平坦面と第２のレンズシートのレンズ列形成面面とが対向するように重ね合わせた光学シートにおいて、対向する前記平坦面とレンズ列形成面の少なくとも一方に、表面粗さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１２００１）０．２μｍ〜１０μｍの微細凹凸が形成されている光学シートを提供する。

本発明の光学シートによれば、第１のレンズシートの平坦面と第２のレンズシートのレンズ列形成面とが対向し、対向面の少なくとも一方の表面に、特定の表面粗さＲａの微細凹凸が形成されているので、対向面同士の摩擦を低減させることができる。したがって、光学シートの静置状態で第１のレンズシートと第２のレンズシートとが接しているか、又は搬送時の振動により接する程度に近接して設けられている場合であっても、振動白粉が生じることを防止できる。

以下、図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等の構成要素を表している。

図１は、本発明の光学シートの一実施例の概略斜視図である。この光学シートは、全反射型フレネルレンズシート（第１のレンズシート）２とレンチキュラーレンズシート（第２のレンズシート）３とを、全反射型フレネルレンズシート２の平坦面２ａとレンチキュラーレンズシート３のレンチキュラーレンズ面３ａとが対向するように重ね合わせ、枠体（図示せず）に取り付けた透過型スクリーン１Ａであり、背面投写型画像表示装置で映像光の投写に使用される。

ここで、全反射型フレネルレンズシート２とレンチキュラーレンズシート３とが重ね合わさるとは、透過型スクリーン１Ａの静置状態において、全反射型フレネルレンズシート２とレンチキュラーレンズシート３の対向面が接しているか、透過型スクリーン１Ａの搬送時の振動により、対向面が容易に接する程度に近接している状態、例えば、対向面間の距離が５ｍｍ以下の状態にあることをいう。

全反射型フレネルレンズシート２自体としては、公知のものを使用することができ、その構成樹脂素材としては、例えば、（メタ）アクリル樹脂、スチレン樹脂、（メタ）アクリル・スチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂等の光透過性樹脂をあげることができる。

全反射型フレネルレンズシート２において、フレネルレンズのピッチは０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍが好ましく、シート厚は１ｍｍ〜５ｍｍ、特にシートに剛直性を持たせて反りを少なくすることにより振動白粉を低減するため１．６ｍｍ以上とすることが好ましい。なお、全反射型フレネルシートでは反りによる集光特性の悪化が通常のフレネルレンズシートよりも敏感なため、光学特性上も反りを低減するためにシート厚を厚くすることが好ましいが、従来は、シート厚を厚くすると、白粉が悪化するという問題があった。これに対し、本発明によれば、このような問題を解消することができる。

一方、レンチキュラーレンズシート３では、レンチキュラーレンズ３ａのピッチは０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍが好ましく、シート厚は１ｍｍ〜５ｍｍ、特に振動白粉防止のため１．６ｍｍ以上とすることが好ましい。レンチキュラーレンズシートについても、従来はシートが厚いほど白粉が悪化するという問題があり、一方、レンチキュラーレンズシートは一般に拡散板を貼り合せた形態であるため、おのずと厚みが大きくなり、白粉の問題が悪化していた。これに対し、本発明によれば、このような問題も解消することができる。したがって、レンチキュラーレンズシート３は、自立性を持たせるなどの点から、図２に示す透過型スクリーン１Ｂのように、前面板５に貼り合せて用いることが好ましい。

双方のシートとも、振動白粉防止のため、シート厚を１．６ｍｍ以上とすることが好ましい理由は次の通りである。即ち、振動白粉は、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振動による擦れの他に、スクリーンの変形の擦れによっても生じる。例えば、反り形状を円の一部と考えれば、板厚ｔ＝２ｍｍで円周差は全周で１２．６ｍｍ（＝２πｔ：円の径に無関係）となる。ここで、図３に示すように、フレネルレンズシート２とレンチキュラーレンズシート３が１枚のスクリーン１の表裏の面であるとし、スクリーン１の縦寸法Ｌ1 が７００ｍｍ、スクリーン１の中央部が振動で奥行き方向（Ｌ2 方向）に±１０ｍｍ動くとすれば、スクリーンの反りはＲ＝６０００ｍｍ程度（＝円周３８０００ｍｍ）となる。したがって、このときのスクリーン面の円周差は±７００／３８０００×１２．６＝±０．２３ｍｍとなり、この値が振動による円周差の最大量となる。このように、厚みｔが大きいほど振動による円周差が大きくなり、擦れる長さが大きくなるので、白粉は発生しやすくなる。白粉の発生のしやすさは、厚みｔの他に、擦れ合うシート材料の粘弾性、剛性等によっても異なるが、従来は、フレネルレンズシート２とレンチキュラーレンズシート３の厚みを１．６ｍｍ以上とすることにより、白粉の発生が顕著に増加していた。これに対し、本発明によれば、これらのシートの厚みを１．６ｍｍ以上としても白粉の問題が生せず、従来技術に対して顕著な効果を得ることができる。

図１の透過型スクリーン１Ａにおいて、レンチキュラーレンズシート３の出射面には、レンチキュラーレンズ３ａの非集光部分に光吸収層パターン４が形成されており、これにより外光反射を防止している。

この透過型スクリーン１Ａでは、フレネルレンズシート２の平坦面２ａに、表面粗さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１２００１）０．２μｍ〜１０μｍの微細凹凸が形成されていることを特徴としており、これにより振動白粉の発生を防止する。表面粗さＲａが０．２μｍより小さいと振動白粉の発生を防止できないことがあり、反対に１０μｍより大きいと、画面にギラツキが目立ったり、映像がボケたりする場合があるので好ましくない。より確実に振動白粉の発生を防止する点から、フレネルレンズシート２の平坦面２ａの表面粗さＲａは１μｍ〜１０μｍとすることが好ましい。

なお、フレネルレンズシート２の平坦面２ａに、このような微細凹凸を設けることにより、映像のギラツキを低減させることも可能となる。

フレネルレンズシート２の平坦面２ａに、上述の微細凹凸を形成する方法としては、フレネルレンズシート２の構成基材に微粒子を分散させてフレネルレンズシートを成型するか、あるいはフレネルレンズシート２の平坦面２ａに微粒子を混入したバインダを塗布してもよい。微粒子は特に樹脂製光拡散剤が好ましい。ガラスなどの無機光拡散剤だと硬いために白粉が発生しやすくなる場合がある。バインダとしては、ウレタンアクリレート系光硬化性樹脂などを用いる事ができる。この微粒子を混入したバインダを塗布する方法によれば、微粒子の粒径、微粒子とバインダの混入量等を調整することで、容易に凹凸形状を調整することができるので好ましい。

また、フレネルレンズシート２の平坦面２ａに微細凹凸を形成する別の方法としては、シート基材の成形型をサンドブラストなどで粗面にし、この表面凹凸をフレネルレンズシート２の平坦面２ａに転写してもよい。この場合は高価な拡散剤を使用せず、あるいは使用量を減らして微細凹凸を形成することができる。

フレネルレンズシート２の平坦面２ａの微細凹凸は、それによる水平方向拡散性が垂直方向の拡散性に比して小さくなるように形成することが好ましい。フレネルレンズシート２の平坦面２ａで拡散された映像光は、レンチキュラーレンズシート３を通過して観察者側に出光するが、レンチキュラーレンズシート３の出射面には光吸収層パターン４が設けられているため、フレネルレンズシート２の平坦面２ａで水平方向の拡散性が大きいと、その分、光が光吸収層パターン４で遮られ、透過型スクリーン１Ａの光透過率が低下する。これに対し、フレネルレンズシート２の平坦面２ａで、レンチキュラーレンズを構成するシリンドリカルレンズの長手方向（垂直方向）の拡散視野角は比較的大きく、これと垂直な方向（水平方向）の拡散視野角は比較的小さくすると、レンチキュラーレンズシート３ａへ入射した光が光吸収層パターン４で遮られにくくなり、かつ、フレネルレンズシート２に拡散性をもたせることができるので、光透過率を低下させることなく、ギラツキを低減させることが可能となる。

このようなフレネルレンズシート２の平坦面２ａの拡散性は、より具体的には、図４（ａ）に示す垂直方向の拡散視野角範囲が、αv＝４．８〜１１．５°，βv＝５．３〜１２．６°，γv＝６．４〜１５．４°であり、水平方向の拡散視野角範囲がαh＝０〜２．５°，βh＝０〜２．７°，γh＝０〜３．５°である。ここで、αは、図４（ｂ）に示すように、輝度が１／２になる視野半値角、βは、輝度が１／３になる視野１／３値角、γは輝度が１／１０になる視野１／１０値角をいう。

このようにフレネルレンズシート２の平坦面２ａにおいて、垂直方向と水平方向で拡散性が異なるように微細凹凸を形成する手法としては、成形型を斜めからサンドブラストする方法、あるいは成形型表面をラグビーボール状にレーザ彫刻する方法などが好ましい。

本発明において、表面粗さＲａ０．２μｍ〜１０μｍの微細凹凸は、上述のようにフレネルレンズシート２の平坦面２ａに形成する他、レンチキュラーレンズシート３のレンチキュラーレンズ面３ａに形成してもよい。この場合、その表面粗さＲａは、レンチキュラーレンズの頂部をレンチキュラーレンズの長手方向に計測した値をいう。

また、本発明において表面粗さＲａ０．２μｍ〜１０μｍの微細凹凸は、フレネルレンズシート２の平坦面２ａとレンチキュラーレンズシート３のレンチキュラーレンズ面３ａの双方に形成してもよい。

レンチキュラーレンズ面３に微細凹凸を形成する場合、より確実に振動白粉の発生を防止する点からは、表面粗さＲａを１μｍ〜１０μｍとすることが好ましい。

レンチキュラーレンズ面３に微細凹凸を形成する方法としては、シート基材に樹脂製光拡散剤を混入する方法などが好ましい。

本発明の透過型スクリーンでは、振動白粉の発生を防止するため、必要に応じて、全反射型フレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシートの対向する面の少なくとも一方に摩擦低減剤を塗布してもよい。摩擦低減剤としては、シリコーンオイル、フッ素系オイルが好ましい。また、摩擦低減剤は、過度に多く塗布すると、レンズの谷部に溜まり、迷光の原因となるので、０．３〜１０ｎｍ程度の塗布厚とすることが好ましい。

以上、本発明の光学シートが、全反射型フレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシートを重ね合わせた透過型スクリーンである場合について詳細に説明したが、本発明は、種々の光学シートに適用することができる。

例えば、第１のレンズシートが屈接型フレネルレンズシートであり、第２のレンズシートが垂直拡散用レンチキュラーレンズシートもしくは水平拡散用レンチキュラーレンズシートであり、フレネルネルレンズシートのフレネルレンズ面と反対側の平坦面と、垂直拡散用もしくは水平拡散用レンチキュラーレンズシートのレンチキュラーレンズ面とを対向させて重ね合わせ、さらに必要により保護シート等を重ね合わせた透過型スクリーンであってもよい。また、レンチキュラーレンズシートと、レンチキュラーレンズに対向した面が平坦なプリズムシートと、レンチキュラーレンズシート側にバックライトを配置したレンズ式バックライト拡散板（例えば、特開２００６−０３０５３７号など）において、そのプリズムシートの平坦面とそれに対向するレンチキュラーレンズ面の一方、又は双方に、表面粗さＲａが０．２μｍ〜１０μｍの微細凹凸を形成したものも本発明の光学シートとすることができる。

（１）レンチキュラーレンズシートの作製
メチルメタクリレート・スチレン樹脂（スチレン樹脂含量５５重量％）から成型した、ピッチ１５０μｍ、厚さ０．２ｍｍのレンチキュラーレンズシートであって、アクリルビーズからなる拡散材（粒径８μｍ）の含有量と、レンチキュラーレンズ頂部の表面粗さＲａが表１のように異なる２種（レンチ１，レンチ２）を作製した。

この２種のレンチキュラーレンズシートは、それぞれ厚さ１．８５ｍｍのメチルメタクリレート・スチレン樹脂（スチレン樹脂含量５５重量％）製の前面板と貼り合わせた。

前面板と貼り合わせた後のシートの合計厚みは、２種とも２．１ｍｍで、短辺反りは２０ｍｍ（反りの方向は映像光源側に凸）であった。

（２）フレネルレンズシートの作製
メチルメタクリレート・スチレン樹脂（スチレン樹脂含量５５重量％）を主成分とする基材シートの片面にウレタンアクリレート系紫外線硬化樹脂からなる、フレネルピッチ０．０６ｍｍ、最大レンズ高さ約０．０６ｍｍ、全体厚み２ｍｍ、短辺反り０ｍｍの全反射型フレネルレンズを形成し、フレネルレンズシート「フレネル１」および「フレネル２」を作製した。ここで、フレネル２の基材シートには架橋メチルメタクリレート・スチレン共重合体樹脂製拡散材（粒径８μｍ）を含有させたが、フレネル１の基材シートには拡散材を含有させなかった。その結果、フレネルレンズの平坦面の表面粗さＲａが表２のように異なった。

（３）透過型スクリーンの作製と振動試験
（１）の２種のレンチキュラーレンズシート（前面板付き）と、（２）の２種の全反射型フレネルレンズシートとを、表３のように組合せ、全反射型フレネルレンズシートの平坦面とレンチキュラーレンズシートのレンチキュラーレンズ面とが対向するように重ね合わせ、枠体に固定して透過型スクリーンを作製した。

得られた透過型スクリーンに対して、振動試験（Ｇｒｍｓ＝０．５１００、ＡＳＴＭ：Ｄ４７２８ｔｒａｃｋ）を、温度−１０℃で６時間行い、プロジェクションテレビ（三星電子株式会社製ＳＶＰ−５０Ｌ２ＨＸ）に取り付け、全白画面表示状態で、スクリーンから１．５ｍ離れた正面から目視で輝度ムラを観察した。その結果を表３に示す。

表３から、レンチキュラーレンズシートとフレネルレンズシートの対向面の少なくとも一方の面の表面粗さが２μｍの透過型スクリーンでは、振動白粉の問題が生じないことわかる。

本発明の透過型スクリーンは、プロジェクションテレビ等の背面投写型画像表示装置で有用となる。

実施例の透過型スクリーンの概略斜視図である。実施例の透過型スクリーンの概略斜視図である。振動によるスクリーンの変形量の説明図である。垂直方向及び水平方向の拡散視野角の説明図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ透過型スクリーン
２全反射型フレネルレンズシート
２ａ平坦面
３レンチキュラーレンズシート
４光吸収層パターン
５前面板

Claims

片面にプリズム列を備え、他面が平坦な第１のレンズートと、少なくとも一方の面にレンズ列を備えた第２のレンズシートとを、第１のレンズシートの平坦面と第２のレンズシートのレンズ列形成面とが対向するように重ね合わせた光学シートにおいて、対向する前記平坦面とレンズ列形成面の少なくとも一方に、表面粗さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１２００１）０．２μｍ〜１０μｍの微細凹凸が形成されている光学シート。
第１のレンズシートの平坦面の表面粗さＲａが１μｍ〜１０μｍである請求項１記載の光学シート。
第２のレンズシートのレンズ列形成面の表面粗さＲａが１μｍ〜１０μｍである請求項１記載の光学シート。
第１のレンズシートが、全反射型フレネルレンズシートであり、第２のレンズシートがレンチキュラーレンズシートである請求項１〜３のいずれかに記載の光学シート。