JP2015075635A - 透過型スクリーンおよび背面投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】曲面を有するように湾曲していても、明るい映像を提供することができる透過型スクリーンを提供する。
【解決手段】フレネル基材層の一方の面に単位フレネルレンズ２３が配列されたフレネルレンズ層２２を備えるフレネルレンズシート２０、及び、フレネルレンズシートのうちフレネルレンズ層とは反対側に配置される積層体には、光を透過する複数の光透過部３２と、隣り合う光透過部間に形成され光透過部よりも低い屈折率で、光を吸収する光吸収部３３と、を備え、光吸収部は、延びる方向に直交する断面が台形であり、フレネルレンズシートに面する側に長い下底、これとは反対側に短い上底、及び上底及び下底を結ぶ脚部を有しており、フレネルレンズ層、及び積層体は一方の面側に凸となるように湾曲した部分を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、一方の面側から投射された映像光を他方の面側に透過して映像を表示する透過型スクリーン、および該透過型スクリーンを備えた背面投射型表示装置に関する。

映像や画像を表示する表示装置の１つとして、リアプロジェクション表示装置がある。このリアプロジェクション表示装置は、背面投射型表示装置とも呼ばれ、背面側から投射された映像光を透過型スクリーンを透過させて観察者が見易い映像としてスクリーンの正面側（観察者側）に出射する。この透過型スクリーンには映像光源からの映像光を正面側に出射するに際して観察者が適切で良質な映像として観察できるように、フレネルレンズ層を始めとして各種光学的機能を有する層が備えられている。

特許文献１には、このような透過型スクリーンが３次元曲面を有するように湾曲させることにより優れた外観となる技術が開示されている。これにより例えば自動車のコンソール部位の湾曲に沿った曲面で透過型スクリーンを形成し、表示装置と自動車の内装との一体感を演出することができる。

また、特許文献１には、コントラストを向上させるため、さらに光透過部と光吸収部とが交互に配置された層が開示されている。

特開２０１２−１５９６４６号公報

しかし、特許文献１に記載のように湾曲させた透過型スクリーンを用いたとき、湾曲させたことで、フレネルレンズの傾斜角が変わり、これに伴いフレネルレンズから出射する映像光の角度も変わってしまう。そのため、フレネルレンズから出射した映像光が光吸収部に吸収されてしまい映像が暗くなる問題があった。

そこで本発明は、曲面を有するように湾曲していても、明るい映像を出射することができる透過型スクリーンを提供することを課題とする。また、該透過型スクリーンを備えた背面投射型表示装置を提供する。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、一方の面側から投射された映像光を他方の面側に透過して映像を表示する透過型スクリーン（１０）であって、透光性を有するシート状のフレネル基材層（２１）と、フレネル基材層の一方の面に単位フレネルレンズ（２３）が配列されたフレネルレンズ層（２２）と、を備えるフレネルレンズシート（２０）、及び、フレネルレンズシートのうちフレネルレンズ層とは反対側に配置される積層体（３０）を有し、積層体には、１つの方向に延びるとともに該延びる方向とは異なる方向に配列された、光を透過する複数の光透過部（３２）と、隣り合う光透過部間に形成され光透過部よりも低い屈折率を有し、光を吸収する光吸収部（３３）と、を備えた光学機能層（３１）を具備し、光学機能層の光吸収部は、延びる方向に直交する断面が台形であり、フレネルレンズシートに面する側に長い下底、これとは反対側に短い上底、及び上底及び下底を結ぶ脚部を有しており、フレネルレンズシート、及び積層体は一方の面側に凸となるように湾曲した部分を有する透過型スクリーンである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の透過型スクリーン（１０）において、光吸収部（３３）の脚部が光吸収部の台形の高さ方向に対してθ_１（°）で傾斜しており、このθ_１（°）は光透過部と光吸収部との界面における全反射臨界角をθ_ｃ（°）、光学機能層へのフレネルレンズシートからの入射角をθ_３（°）としたとき、下記式（１）を満たす。
θ_１＞θ_ｃ−９０°＋θ_３ （１）

請求項３に記載の発明は、映像光を出射する映像光源（３）と、映像光源からの映像光を透過して観察者側に出射する請求項１又は２に記載の透過型スクリーン（１０）と、を備えた背面投射型表示装置（１）である。

本発明によれば、曲面を有するように湾曲していても、明るい映像を提供することができる。

背面投射型表示装置１の内部構造を概念的に表した図である。 透過型スクリーン１０の斜視図である。 透過型スクリーン１０の層構成を説明する鉛直方向の断面図である。 図３のうちフレネルレンズシート２０に注目して一部を拡大した図である。 フレネルレンズシート２０を入光側から見た図である。 図３のうち光学機能層３１に注目して一部を拡大した図である。 図３の一部を拡大して光路を説明するための図である。 式（１）を説明する図である。 図９（ａ）は比較例１、図９（ｂ）は比較例２を表す図である。

本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。なお、以下に示す図面では分かりやすさのため部材の大きさや比率を変更または誇張して記載することがある。また、見やすさのため繰り返しとなる符号は省略することがある。

図１は、１つの形態である背面投射型表示装置１の構成を概念的に表した図である。図１では、背面投射型表示装置１の奥行き方向に平行な鉛直方向断面を示している。背面投射型表示装置１は、透過型スクリーン１０と、筐体２と、映像光源３と、を備えている。その他、図示は省略するが、背面投射型表示装置１には表示装置として機能するための各種構成部材が備えられている。
この背面投射型表示装置１は、映像光源３から、透過型スクリーン１０の背面側へ映像光を投射し、透過型スクリーン１０を透過した映像光を観察者側が視認する。本形態では、図１に示したように透過型スクリーン１０が観察者側（映像光の出光側）に凹となる湾曲形状を有している。すなわち、観察者側とは反対側に凸となる湾曲形状である。
このような背面投射型表示装置１は、例えば自動車のダッシュボード部に内蔵され、透過型スクリーン１０の観察者側面が車内に露出して配置され、観察者に映像を提供する。

筐体２は背面投射型表示装置１の外殻を形成し、該背面投射型表示装置１を構成する部材の大部分をその内側に収める部材である。また筐体２は透過型スクリーン１０を支持可能な開口を有しており、該開口に透過型スクリーン１０が嵌め込まれて取り付けられている。

映像光源３は、筐体２内に配置されており、図１にＩで示したように照射領域が次第に広がっていく発散光として透過型スクリーン１０の入光面のほぼ全域に映像光を照射する。ここで、透過型スクリーン１０の入光面とは、透過型スクリーン１０の面のうち、映像光源３が配置された側の面を意味する。一方、透過型スクリーン１０の出光面とは、観察者側に向けられた面を意味する。このような映像光源３としては従来から公知な光源、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やレーザを利用したピコプロジェクタ等の小型の光源、ＤＭＤを用いた単管方式の光源等を用いることができる。
本形態では映像光源３からの映像光を直接透過型スクリーン１０に投射しているが、これに限らず鏡を用いて反射させた映像光を透過型スクリーン１０に投射してもよい。

次に透過型スクリーン１０について説明する。図２には透過型スクリーン１０の斜視図を示した。図３は図２にＩＩＩ−ＩＩＩで示した線に沿った鉛直方向における透過型スクリーン１０の厚さ方向断面で、透過型スクリーン１０の層構成を模式的に表した図である。図１〜図３よりわかるように、透過型スクリーン１０は全体として板状であるが、その中央が観察者から見て窪むような凹状の曲面、すなわち背面側に凸となる曲面を有するように湾曲して形成されている。これにより外観に優れた透過型スクリーン、及び該透過型スクリーンを備えた背面投射型表示装置を提供することができる。

図１〜図３には、中央部が観察者側から見て凹（背面側から見て凸）となる曲面を有する透過型スクリーン１０を例示している。ただし、凸となる位置や数は特に限定されない。また、凸となる向きも限定されることなく観察者側に凸であってもよい。さらに、１つの透過型スクリーンで部位により凹凸の向きが変わるように構成されていてもよい。

これにより、意匠性を向上させつつも後述する光学機能層３１の形状との関係で、より効率よく映像光を観察者側に出射することができる。また、湾曲した透過型スクリーン１０を得る際に行う曲面加工の容易性や湾曲形状の安定性等の観点からも有利である。

透過型スクリーン１０は、図３に示すように、その入光側（映像光源側）から順に、フレネルレンズシート２０と、積層体３０とを備えている。本形態ではフレネルレンズシート２０と積層体３０とは不図示の粘着剤により一体にされている。

フレネルレンズシート２０は、映像光源３（図１参照）が発散光束として投射した映像光の進行方向を変えさせ（偏向させ）、この透過型スクリーン１０の正面方向に光の向きを近付ける機能を有する光学シートである。
後で説明するように、フレネルレンズシート２０は湾曲させられていることにより、正面に対して必ずしも平行な光の向きを得られない部位が生じ、本発明ではこのような部位から出射された光であっても適切に観察者側に光を出射することを可能とするものである。また、このように出射した映像光が従来の構造では光吸収部に吸収されやすい形態であり、映像が暗くなって（輝度の低下を招いて）いた。
このフレネルレンズシート２０は、フレネル基材層２１と、フレネルレンズ層２２とを有している。

フレネル基材層２１は、このフレネルレンズシート２０のベース（基材）となる層である。このフレネル基材層２１は、光透過性を有するシート状の部材を用いている。
フレネル基材層２１を形成する材料としては、ポリカーネート（ＰＣ）樹脂や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂や、メタクリル酸メチル・ブタジエン・スチレン（ＭＢＳ）樹脂、メタクリル酸メチル・スチレン（ＭＳ）樹脂、アクリル・スチレン（ＡＳ）樹脂アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）等が挙げられる。
フレネル基材層２１の厚さとしては、１．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であることが好ましく、１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることがより好ましい。１．０ｍｍ未満の厚さであると、フレネルレンズシート２０としての十分な剛性が得られず、４．０ｍｍを超える厚さである場合には、迷光による二重像が顕著に生じる場合がある。

フレネルレンズ層２２は、フレネル基材層２１の入光側（積層体３０とは反対側、映像光源３側）の面に一体に形成された層である。このフレネルレンズ層２２は、単位フレネルレンズ２３が複数配列されて形成されたフレネルレンズ形状を有している。図４にフレネルレンズ層２２を説明する図を示した。図４は図３の一部を拡大した図である。図５には、フレネルレンズ層２２を映像光源３側（入光側）の正面方向から見た図を示した。なお、理解を容易にするために、図４、図５では、フレネルレンズ層２２を湾曲をさせることなく略平板状として示している。

単位フレネルレンズ２３は、映像光源３側に突出した凸状であり、その断面形状が、略三角形形状とされ、第一面２３ａと第二面２３ｂとを有している。単位フレネルレンズ２３は、その第一面２３ａでの屈折作用により光の進行方向を変える、いわゆる、屈折型のフレネルレンズ形状である。図４に示すように、単位フレネルレンズ２３において、第一面２３ａがフレネル基材層２１の入光側の面と成す角度（レンズ角）がα、単位フレネルレンズ２３の高さがｈ、配列ピッチがＰ_１である。
本形態の単位フレネルレンズ２３では、配列ピッチＰ_１が一定であり、レンズ角αが、単位フレネルレンズ２３の配列方向に沿って、中心点Ｆ（図５参照）から離れるにつれて次第に大きくなっている。しかし、これに限らず、例えば、単位フレネルレンズの高さｈが一定であって、配列ピッチＰ_１やレンズ角αが配列方向に沿って変化する形態等としてもよい。

図５からわかるように、フレネルレンズ層２２は、単位フレネルレンズ２３が上記のような断面形状を有して、その頂点が形成する稜線が円弧状に延びており、隣り合う単位フレネルレンズ２３がＦを中心として同心円状に配列されたいわゆるサーキュラーフレネルレンズである。
ただし、本発明はこれに限らず、単位フレネルレンズの稜線が一直線状に延び、当該延びる方向とは異なる方向に複数の単位フレネルレンズが配列された、いわゆる、リニアフレネルレンズ形状としてもよい。

本形態では、フレネルセンター（光学中心）である点Ｆは、フレネルレンズシート２０の入光側の正面方向から見て、フレネルレンズシート２０の入光側の面上の中心に位置している。なお、シート面とは、そのシート全体としてみたときの面を意味するものとする。ただし、この点Ｆは、この例に限らず、フレネルレンズシート２０のシート面内のうちの他の部位や面外に位置してもよいし、所望の光学特性に合わせて適宜選択して配置させてよい。

フレネルレンズ層２２は、ウレタンアクリレートやエポキシアクリレート等の紫外線硬化型樹脂により、フレネル基材層２１の出光側の面に一体に形成されている。なお、これに限らず、電子線硬化型樹脂等の他の電離放射線硬化型樹脂により形成してもよい。

次に、図３に戻り積層体３０について説明する。積層体３０は、フレネルレンズシート２０の出光側（観察者側）に配置されている。積層体３０は、その厚さ方向において、入光側（フレネルレンズシート２０側）から順に、光学機能層３１、基材層３４、光拡散層３５、着色層３６、表面機能層３７等を有しており、これらが積層されて不図示の粘着層等により一体化されている。

基材層３４は、透過型スクリーン１０の剛性を高める機能を有する層であり、光学機能層３１の基材としても機能する。この基材層３４は、光透過性を有する板状の部材である。基材層３４を形成する材料としては、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ＰＣ樹脂、ＡＳ樹脂等が挙げられる。
また、基材層３４の厚さは、１．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とすることが、十分な剛性を有し、湾曲形状を付与する曲面加工を容易とし、かつ、湾曲形状を安定して維持する観点等から好ましい。

光学機能層３１は、基材層３４のフレネルレンズシート２０側の面に形成された層である。図６には、図３のうち光学機能層３１に注目した図を示した。なお、図６では、理解を容易にするために、光学機能層３１は、略平板状として示している。

光学機能層３１は、複数の光透過部３２及び光吸収部３３を有し、これが基材層３４の面に沿って交互に配列されている。
光透過部３２は、図６に示した台形形状の断面を有して紙面の奥／手前方向に延在し、該延在する方向とは異なる方向に所定の間隔を有して配列されている。本形態では水平方向に延び、鉛直方向に配列されている。
光透過部３２は、図６に示すように、入光側を上底とし、出光側を上底よりも寸法の大きい下底とする略台形形状である。本形態の光透過部３２の断面形状は等脚台形であり、光透過部３２の配列方向において対称な形状である。なお、本形態では、隣り合う光透過部３２同士が、下底より出光面側となる部位で連結している。

本形態の光透過部３２は、ウレタンアクリレート等の紫外線硬化型樹脂により基材層３４の入光側の面に形成されている。ただし、これに限らず、電子線硬化型樹脂等の他の電離放射線硬化型樹脂により形成してもよい。また、光透過部３２は、ＰＥＴ樹脂等の熱可塑性樹脂等を用いて熱溶融押出成形により形成されてもよい。

光吸収部３３は、図６に示すように、隣り合う光透過部３２の間の溝状の部分に形成され、光を吸収する作用を有する。この光吸収部３３は、上記した光透過部３２と平行に延び、光透過部３２間に配列されている。

また、光吸収部３３の屈折率は、光透過部３２の屈折率よりも小さい。これにより、光透過部３２と光吸収部３３との界面における屈折率差、及びここに入射する映像光の入射角との関係で条件を満たした映像光を全反射させ、出光側へ向かわせることができる。

光吸収部３３の形状は、図６に表れているように台形形状の断面を有している。より詳しくは、光吸収部３３は、図６に示すように、入光側を長さＷ_１の下底とし、出光側を下底よりも寸法の小さいＷ_２である上底とし、高さをＤとする略台形形状である。これにより、曲面を有するスクリーンにおいて、従来に比べて映像光の吸収を抑え、明るい映像を観察者に提供することができる。

また、本形態の光吸収部３３の断面形状は等脚台形であり、光透過部３２の配列方向において対称な形状である。脚部について、該脚部が光吸収部３３の高さ方向に対してθ_１の傾斜角を有して構成されている。そしてこのθ_１（°）は、次式（１）を満たすことが好ましい。
θ_１＞θ_ｃ−９０°＋θ_３ （１）
ここで、θ_ｃ（°）は光吸収部（屈折率ｎ_ｂ）と光透過部（屈折率ｎ_ｐ）との界面における全反射臨界角、θ_３（°）は映像光の光透過部（光学機能層）への入射角である。
これにより、後で説明するように、フレネルレンズ形状、曲面スクリーンとしての湾曲の程度、及び映像光源との距離等が考慮され、より効率よく映像光を観察者側に提供することができる。

この光吸収部３３は、例えば、光吸収材等を含有した光透過性を有する樹脂を、光透過部３２間の溝部にワイピング（スキージング）して充填し、硬化させる等により形成される。光吸収部３３に用いられる光透過性を有する樹脂は、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等の紫外線硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂等の電離放射線硬化型樹脂が好適に使用される。
このように光吸収部に光を吸収させることにより外光を吸収することができ、コントラストの向上が図られる。

光吸収部３３に用いられる光吸収材は、可視光領域の光を吸収する機能を有する粒子状等の部材であり、例えば、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄等の金属塩、顔料や染料、顔料や染料で着色された樹脂粒子等である。顔料や染料で着色された樹脂粒子を用いる場合には、その樹脂粒子は、アクリル系樹脂製や、ＰＣ樹脂製、ＰＥ樹脂製、ＰＳ樹脂製、ＭＢＳ樹脂、ＭＳ樹脂等により形成されたものを用いることができる。

図３に戻って、光拡散層３５について説明する。光拡散層３５は、基材層３４よりも出光側に設けられ、光を拡散する作用を有する層である。光拡散層３５は、不図示の接合層を介して、基材層３４の出光側に積層されている。この光拡散層３５は、粒子状等の光拡散材を含有する光透過性を有する樹脂製のシート状の部材を用いている。本形態の光拡散層３５は等方的に光を拡散する層である。

光拡散層３５の母材となる光透過性を有する樹脂としては、例えば、ＭＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ＰＣ樹脂、ＰＥＴ樹脂等が挙げられる。
また、光拡散剤としては、プラスチックビーズ等の有機フィラーであり、特に、透明度の高いものが好ましい。プラスチックビーズとしては、メラミン樹脂製、アクリル樹脂製、ＡＳ樹脂製、ＰＣ樹脂製等のものを適用可能である。また、シリコン系ビーズも光拡散材として使用可能である。さらに、所望する拡散性能等に合わせて、これらの光拡散材を適宜選択し、所定の割合で組み合わせる等して使用可能である。
光拡散層３５の厚さは、０．０５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることが好ましく、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とすることがより好ましい。光拡散層３５の厚さが、０．０５ｍｍ未満となると、光拡散効果が不十分となる可能性があり、また、１．５ｍｍを超えると、透過型スクリーン１０に表示される映像がぼやけ、解像度が低下する可能性がある。

着色層３６は、光拡散層３５よりも出光側に設けられ、所定の色及び濃度で着色され、所定の光透過率（光吸収率）を有する層である。着色層３６は、観察者側（出光側）から透過型スクリーン１０に入射する外光を吸収する機能や、透過型スクリーン１０内で発生した迷光等を吸収する機能を有する。
着色層３６は、光吸収材や着色剤を含有した透明樹脂により形成されたシート状の部材である。着色層３６の母材となる透明樹脂としては、ＭＢＳ樹脂や、アクリル樹脂、ＰＣ樹脂、ＰＥＴ樹脂等が挙げられる。また、光吸収材は、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄等の金属塩等が用いられ、着色剤としては、グレー系や黒色系等の暗色系の染料や顔料等を用いることができる。
着色層３６は、その厚さが、１０μｍ以上２００μｍ以下とすることが好ましく、３０μｍ以上１５０μｍ以下とすることがより好ましい。着色層３６の厚さが１０μｍ未満であると、外光等を吸収する作用が不十分となる可能性があり、２００μｍを超えると、映像光の透過率が低下する。

本形態の着色層３６と光拡散層３５とは、共押し出し成形することにより一体に形成されている。しかし、これに限らず、例えば、着色層３６と光拡散層３５をそれぞれ別体として成形し、着色層３６と光拡散層３５とを接合層を介して一体に積層してもよい。

表面機能層３７は、着色層３６よりも出光側に配置され、ハードコート機能や、防眩機能、反射防止機能、帯電防止機能、紫外線吸収機能、防汚機能等の少なくとも１つの機能を有する層である。
本形態の表面機能層３７は、ハードコート機能、光透過性、及びＪＩＳ Ｋ ６００−５−４（１９９４）で規定される鉛筆硬度試験で「ＨＢ」以上の硬度を有している。この表面機能層３７は、着色層３６の出光側の面に、ハードコート機能を有する塗料をスプレー塗布して形成されている。

この透過型スクリーン１０は、例えば、以下のような製造工程を経て、湾曲形状が付与される。
フレネルレンズシート２０は、フレネル基材層２１の片面（入光側の面）に、紫外線成形法等により、フレネルレンズ層２２を形成して作製される。
また、積層体３０は、基材層３４、光学機能層３１、光拡散層３５、及び着色層３６を一体に成形する。
フレネルレンズシート２０及び積層体３０をそれぞれ成形した後、両者を粘着剤により貼り合わせて一体化する。その後、これを加熱して軟化させ、着色層３６側が凹となるように、所定の曲面形状を有した型に押圧する等して、曲面成形される。このとき、真空成形法を用いることが好ましい。その後、着色層３６上に表面機能層３７を形成する。
これにより、曲面成形され、所定の湾曲形状を有する透過型スクリーン１０が作製される。
なお、表面機能層３７は、曲面形状の形成前に、着色層３６上に形成してもよい。

次に上記透過型スクリーン１０における作用やさらなる特徴について光路例を示しつつ説明する。なお、図に示す光路例は概念的なものであり、屈折や反射の程度を厳密に表すものではない。

図１に示したように、映像光源３から出射した映像光Ｌ_１は、透過型スクリーン１０の入光面側に達する。
このようにして透過型スクリーン１０の入光面側に達した映像光は、図３に映像光Ｌ_３１、Ｌ_３２で示したように、フレネルレンズ層２２の単位フレネルレンズ２３の作用により観察者側（正面方向）に平行に近付けられる。図７には図３の一部を拡大して示した。図７にθ_３で示した光学機能層３１への入射角は、本来観察者側に平行であることが好ましいが、この透過型スクリーン１０では正面方向に平行に近付くものの、若干正面方向に対して傾きを有している。これは次のような理由による。
単位フレネルレンズ２３のうち第二面２３ｂはその性質上ここに映像光が入射しても適切な方向に映像光を屈折させることができず、映像光の損失となる。ここで、本発明では透過型スクリーン１０が湾曲されているので、単位フレネルレンズ２３も変形し、湾曲させていないスクリーンに比べて第二面２３ｂに映像光が入射し易くなる。これを回避するため、単位フレネルレンズ２３の第二面２３ｂの面積を小さくすることが有効である。しかしこれは、第一面２３ａの傾斜角（図４のα）が小さくなることを意味する。このαは映像光の屈折の程度に影響を与え、αが小さくなると屈折し難くなりこれにより正面方向に平行な映像光を得にくくなる。

このような光学機能層３１への入射角は図７に示したようにθ_３（°）で表される。ここでθ_３（°）は、当該部分における透過型スクリーン１０の厚さ方向に対する角度である。このθ_３（°）の大きさは、映像光源３の焦点距離（投射距離）、フレネルレンズシート２０の湾曲の程度、及び単位フレネルレンズ２３の形状等によって決まるが、上記の点を鑑みると、映像光源３及びフレネルレンズシート２０側のそれぞれについては次の範囲であることが好ましい。
・映像光源３の焦点距離：１２５ｍｍ以上
・湾曲の程度：曲率半径で透過型スクリーン１０のサイズ（曲率を形成する周方向のサイズ）の１．５倍以上
・単位フレネル形状：焦点距離４５０ｍｍ以上
これにより、フレネルレンズシート２０からの出射光は正面方向に平行とはならないものの、効率よく映像光を正面方向に出光することができる。

このようにしてフレネルレンズシート２０から出射した映像光は、図３の映像光Ｌ_３１、映像光Ｌ_３２、図７の映像光Ｌ_７１に表れているように光学機能層３１の光透過部３２に入射角θ_３（°）で入射し、光透過部３２と光吸収部３３との界面に達する。ここで、上記のように当該映像光は正面方向に対して平行でないので、所定の角度を有して当該界面に達する。これに対して本発明では、光吸収部の形状が上記のように観察者側に短い上底、フレネルレンズシート２０側に長い下底の形態を有していることから、映像光が全反射し易い角度の脚部を具備している。従って、映像光Ｌ_３１、Ｌ_３２、Ｌ_７１はここで光吸収部で吸収されることなく全反射して観察者に提供される。従って効率よく明るい映像光を観察者に提供することができる。

さらには、光吸収部３３の傾斜角θ_１（°）が式（１）を満たすことにより、さらに確実に映像光を全反射させることができ、効率をさらに高めることが可能となる。
θ_１＞θ_ｃ−９０°＋θ_３ （１）
ここで、θ_ｃ（°）は光吸収部（屈折率ｎ_ｂ）と光透過部（屈折率ｎ_ｐ）との界面における全反射臨界角、θ_３（°）は映像光の光透過部（光学機能層）への入射角である。式（１）のθ_ｃ（°）及びθ_３（°）は次のように求めることができる。図８に図３を拡大した図を示し、角度を表した。図８に示した関係に基づき、次のように考えることができる。

θ_ｃ（°）は式（２）により求めることができる。
θ_ｃ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ_ｂ／ｎ_ｐ） （２）

またθ_３（°）は、単位フレネルレンズ２３の屈折率をｎ_ｆとしたとき式（３）より求めることができる。
θ_３＝ａｒｃｓｉｎ（（ｎ_ｆ／ｎ_ｐ）・ｓｉｎθ_２） （３）
ここでθ_２（°）はフレネルレンズシート内の光の進行角度であり、次式（４）で求められる。
θ_２＝ａｒｃｓｉｎ（（ｎ_０／ｎ_ｆ）・ｓｉｎ（θ_０＋α＋θ_ｓ））−α （４）
式（４）でｎ_０は空気の屈折率（＝１）、θ_０（°）は映像光源３から光の拡散角（図１参照）、α（°）はレンズ角、θ_ｓ（°）はスクリーンの傾きである。そして、θ_０は映像光源３の焦点距離、θ_ｓは透過型スクリーンの湾曲の程度、及びαは単位フレネルの形状にそれぞれ関係する。

以上の式（１）〜式（４）により、θ_１を、屈折率や各種の角度、焦点距離から求めることができる。これにより、さらに効率よく映像光を観察者側に出射することができる。そして、全反射して明るい映像を提供できるための光吸収部の角度θ_１を予め得ておくことが可能である。

一方、特許文献１に記載のような光吸収部を用いると、その傾斜部の性質上、全反射できるための入射角（θ_３）の範囲が狭くなり、光が吸収されてしまう可能性が高くなってしまう。

また、図３に外光Ｌ_３３で示した外光は、通常透過型スクリーン１０の斜め上方から入射するところ、このような光は光吸収部３３で吸収されるので、コントラストを向上させることが可能となる。

ここでは、３種類の透過型スクリーンを準備した。図９に説明のための図を表した。実施例１は図３に示した層構成の透過型スクリーンを用いた。比較例１は図９（ａ）に示した透過型スクリーンを用いた。この比較例１の透過型スクリーンは光吸収部の長い下底が観察者側に向けられ、短い上底がフレネルレンズシート側に向けられている。比較例２は図９（ｂ）に示した透過型スクリーンを用いた。これは比較例１の透過型スクリーンと同じ構成で、湾曲させることなく平坦な透過型スクリーンである。
表１に条件を示した。

表１に示した条件で各透過型スクリーンに映像光源から白色光を出射し、観察者側から透過率測定を行った。透過率の測定は観察者側表面の中央及び４つの隅部でおこなった。このとき透過率の測定は、ヘイズメーター（ＨＲ−１００ 村上色彩研究所製）を用いて、観察者表面の中央及び４つの隅部を、表１の条件になるように設置し、ＪＩＳ Ｋ７３６１−１に従い、全光線透過率τｔを測定した。
表２に結果を示した。

結果からかわるように、比較例２の形態において平坦な透過型スクリーンのときには画面の全体に亘って高い透過率を得ることができる。しかしながら、比較例１のようにこの透過型スクリーンに湾曲部を具備させなくてはならないとき、隅部においては透過率が０となり、スクリーンとして適切に機能しなくなる。これに対して、実施例１のように構成することにより湾曲部を具備させても隅部からも光が出射され、透過型スクリーンとして適切に機能する。

（参考例）
参考例では、実施例１に示した透過型スクリーンにおいて、映像光源の投射距離（焦点距離）、及び透過型スクリーンの曲率を変更して観察者側から画面の隅部における透過率を測定した。投射距離は１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍの５条件とした。一方透過型スクリーンの曲率は、水平方向／垂直方向の組み合わせで、３００ｍｍ／１５０ｍｍ、４５０ｍｍ／２２５ｍｍ、９００ｍｍ／４５０ｍｍ、１５００ｍｍ／７５０ｍｍ、１８００ｍｍ／９００ｍｍの条件とした。

各組み合わせについて、実施例１と同様に映像光源から白色光を出射し、観察者側から透過率測定を行った。透過率の測定は観察者側表面の１つの隅部でおこなった。表３に結果を示した。結果は測定した隅部における透過率が７０％以上であるか、７０％未満であるかを評価した。７０％未満であっても透過型スクリーンとして十分であるが、７０％以上の透過率を得ることができればさらに効率のよい透過型スクリーンとすることができる。

表３からわかるように、投射距離は１２５ｍｍ以上、曲率半径は４５０ｍｍ／２２５ｍｍ以上がより好ましく、これは透過型スクリーンのサイズの１．５倍以上であることが好ましいことを意味する。

１ 背面投射型表示装置
１０ 透過型スクリーン
２０ フレネルレンズシート
２１ フレネル基材層
２２ フレネルレンズ層
２３ 単位フレネルレンズ
３０ 積層体
３１ 光学機能層
３２ 光透過部
３３ 光吸収部
３４ 基材層
３５ 光拡散層
３６ 着色層
３７ 表面機能層

Claims (3)

1. 一方の面側から投射された映像光を他方の面側に透過して映像を表示する透過型スクリーンであって、
   透光性を有するシート状のフレネル基材層と、前記フレネル基材層の一方の面に単位フレネルレンズが配列されたフレネルレンズ層と、を備えるフレネルレンズシート、及び、前記フレネルレンズシートのうち前記フレネルレンズ層とは反対側に配置される積層体を有し、
   前記積層体には、１つの方向に延びるとともに該延びる方向とは異なる方向に配列された、光を透過する複数の光透過部と、隣り合う前記光透過部間に形成され前記光透過部よりも低い屈折率を有し、光を吸収する光吸収部と、を備えた光学機能層を具備し、
   前記光学機能層の前記光吸収部は、延びる方向に直交する断面が台形であり、前記フレネルレンズシートに面する側に長い下底、これとは反対側に短い上底、及び前記上底及び前記下底を結ぶ脚部を有しており、
   前記フレネルレンズシート、及び前記積層体は一方の面側に凸となるように湾曲した部分を有する透過型スクリーン。
2. 前記光吸収部の前記脚部が前記光吸収部の前記台形の高さ方向に対してθ_１（°）で傾斜しており、このθ_１（°）は、前記光透過部と前記光吸収部との界面における全反射臨界角をθ_ｃ（°）、前記光学機能層への前記フレネルレンズシートからの入射角をθ_３（°）としたとき、下記式（１）を満たす、請求項１に記載の透過型スクリーン。
   θ_１＞θ_ｃ−９０°＋θ_３ （１）
3. 映像光を出射する映像光源と、
   前記映像光源からの前記映像光を透過して観察者側に出射する請求項１又は２に記載の透過型スクリーンと、を備えた背面投射型表示装置。

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