WO2004109391A1

WO2004109391A1 - 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

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Publication number: WO2004109391A1
Application number: PCT/JP2004/007700
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Sekiguchi; Masahiro Goto
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2004-12-16
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Also published as: KR100753198B1; US20050200953A1; JP2004361572A; CN1701275A; US7317572B2; CN100445868C; KR20050035198A

Abstract

　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。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。

Description

明細書

一ト、透過型スクリーン及び背面投射型表示装置技術分野

[0001] 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。

^景技術

[0002] 一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 :特開昭 61-208041号公報）。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 3 lb 力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レ、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 3 lb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 :特開昭 6 3—30835号公報）。

[0006] し力、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. lm m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。

[0007] 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。

発明の開示

[0008] 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レ、、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。

[0009] 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力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。

[0010] 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、前記基部の屈折率を N、前記各光吸収部の深さ（前記基部の厚さ方向

1 2

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としたとき、 tan^_1 (2D/W )≥sin^_1 (N

1 1

/N )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

1 2

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としたとき、前記 Wと前記

1 1

Dとの比（W /D)が 0. 05-0. 5の範囲にあることが好ましい。

[0011] 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、前記基部の屈折率を N、前記各光吸収部の深さ（前記基部の厚さ方向

1 2

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、他方の斜面を前記出光側の表面に投影することで得ら

3

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としたとき、 tan—¹ (D/W )≥sin^→ (N /N )、及び tan—¹ (D/W )≥

4 3 1 2 4 sin"¹ (N /N )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

1 2

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、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としたとき、前記 Wと前記 Dとの比 (W /D)が 0. 0

4 3 3

25—0. 25の範囲にあり、前記 Wと前記 Dとの it CW /0)カ 0. 025— 0. 25の範

4 4

囲にあることが好ましい。

[0012] 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. l x m以内である近傍部位における〇D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つて略均一な光吸収率を有し、その厚さ 1 Ai mあたりの〇D値が 0. 1- 1. 2であることが好ましレ、。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 15 x mの範囲にあることが好ましい。

[0013] 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。

[0014] 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。

[0015] 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。

[0016] 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。

[0017] 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坦設し、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ぐ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。

[0018] 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。

[0019] 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ぐ製造が容易である。

[0020] 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· 1 z m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。

図面の簡単な説明

[0021] [図 1]は、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である。

[図 2]は、図 1に示すフレネルレンズシート (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である。

[図 3]は、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である。

[図 4]は、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である。

[図 5]は、図 2に示す背面投射型表示装置で用レヽられるフレネルレンズシート（透過型スクリーン）の第 1の変形例を示す図である。

[図 6]は、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の変形例を示す図である。

[図 7]は、図 2に示す背面投射型表示装置で用レヽられるフレネルレンズシート（透過型スクリーン）の第 3の変形例を示す図である。

[図 8]は、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の変形例を示す図である。

[図 9]は、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である。

[図 10]は、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である。

[図 11]は、図 9及び図 10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である。

発明を実施するための最良の形態

[0022] 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。

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。

[0023] 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ヤビネット 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、プロジエタター 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レ、。

[0024] 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、図 2に示すように、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。

[0025] 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つている。

[0026] 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。

[0027] 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

[0028] 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つている。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 lmm程度以下である必要があり、好ましくは 0. lmm程度である。

[0029] 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。

[0030] 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 l ibから入射する外光 L2を吸収することができるようになつている。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内に坦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レヽる。

[0031] 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 l ib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 L1一 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 l ibの平坦領域 15bから出射される（符号 L1一 2参照）。

[0032] 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。

[0033] 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、基部 11の屈折率を N

1 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 l ibでの延在方向に直交する方向に関しての長さ）を Wとしたとき、

Θ =tan^→ (2D/W )≥ a = sin^→ (N /N ) … （1)

1 1 2

の関係を満たすことが好ましい。

[0034] 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ぐ基部 11の出光側の表面 l ib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 )を、

1 基部 11の出光側の表面 l ibの平坦領域 15bの幅 Wに応じて適宜調整することが好

2

ましい。具体的には、各光吸収部 14の深さ D、幅 W及び基部 11の出光側の表面 11

1

bの平坦領域 15bの幅 W力

2

tan (2 X tan"¹ (W /2D) ) X D≤(W /2) +W … (2)

1 1 2

の関係を満たすことが好ましい。

[0035] さらに、各光吸収部 14の形状（深さ D及び幅 W )に関して、幅 Wに対して深さ Dが

1 1

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と基部 11の屈折率 Nとの比を大きくする必要が生じ、基部 11及び光吸収部 14

1 2

の材料の選択の幅が狭まったり、基部 11の出光側の表面 l ib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と Dとの比（W /D)は 0. 05-0. 5の範囲にあることが好ましい。

[0036] 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 L1一 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力 S、この場合でも、全ての光が全反射面で反射するのではなぐ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 l ib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。

[0037] ここで、光が全反射面を越えて進む長さは 0. 1 μ m程度であるので、各光吸収部 1 4のうち基部 11との界面をなす斜面 15aからの距離が 0. 1 z m以内である近傍部位における〇D値（optical density)が 0. 01—0. 12の範囲にあることが好ましレ、。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力 S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 1 μ mの層）を配置したときの透過率を Iとすると、 OD値は、一log (I /1)として求めること力 Sできる。

0 10 0

[0038] 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が数 μ

1 mから数十/ i m、深さ Dが数十から 200 μ m程度であるので、厚さ 1 μ m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 l ib 力入射する外光 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力 Sできる。

[0039] 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 15 x m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. 1 z m以内である近傍部位に黒色粒子が存在する割合を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 l ib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] 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。

[0041] 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。

[0042] 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、アクリル一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。

[0043] 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内に黒色インキを坦め込み、複数のくさび状の光吸収部 14を形成する。

[0044] 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ビング法等により基部 11の出光側の各溝 13内に坦め込んだ後、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、上記第 1又は第 2の方法により V字状の溝 13内に光吸収部 14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。

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。

[0045] 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を坦設し、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に入射しなレ、光を、出光側の表面 1 lb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 L1一 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 1 lb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ぐその全てが基部 11の出光側の表面 l ibか

IJ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。

[0046] 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力 Sできる。

[0047] 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 11 b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ぐ製造が容易である。

[0048] 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. 1 z m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 1 4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 l ib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。

[0049] 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 1 3)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、基部 11の屈折率を N、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 1 lb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 l ibでの延在方向に直交する方向に関しての長さ）を W、他方の斜面を出光側の

3

表面 1 lb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 1 lbでの延在方向に直交する方向に関しての長さ）を wとしたとき、

4

tan"¹ (D/W )≥sin^_1 (N /N ) … (3)

3 1 2

tan"¹ (D/W )≥ sin"¹ (N /N ) ·■ · (4)

4 1 2

の関係を満たすことが好ましい。

[0050] 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ぐ基部 11の出光側の表面 1 lbから出射されるよう、各光吸収部 14の深さ D、幅 W， W及び基部 11の出光側の

3 4

表面 l ibの平坦領域 15bの幅 Wは、

2

tan (2 X tan"¹ (W /D) ) X D≤W +W … （5)

3 3 2

tan (2 X tan"¹ (W /D) ) X D≤W +W … (6)

4 4 2

の関係、を満たすことが好ましレ、。

[0051] 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 l ib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]:匕（W /D)は 0. 025— 0. 25の範囲にあり、 Wと Dとの匕 CW /D)は 0. 0

3 4 4

25-0. 25の範囲にあることが好ましい。

[0052] 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 l ibにて水平方向に延びるように形成されている力これに限らず、光を水平方向に拡散させるよう基部 11の出光側の表面 l ib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レ、てもよレ、。

[0053] 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。

[0054] 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（図

1の符号 20参照）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力 Sできる。

[0055] 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。

[0056] 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レ、

[0057] 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。

[0058] 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 1 4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。

[0059] 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で光が吸収されなレ、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レ、。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 及び垂直レンチキユラレンズ要素 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、垂直レンチキユラレンズ要素 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。 [0060] 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 1 6, 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。

[0061] 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（図 5の符号 21参照）を積層するようにしてもよレ、。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。

実施例

[0062] 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。

[0063] (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。

[0064] 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 4m m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、この溝内に坦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 50 x m、幅 (W )が 14 z mの V字状とした。

[0065] 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坦め込み、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 6 μ m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ビング法により各溝内に坦め込んだ後、乾燥及び硬化させた。

[0066] ここで、このようにして形成される光吸収部は、深さ（D)が 50 /i m、幅 (W )が 14 μ mのくさび状とした。また、光吸収部のピッチ（W +W /2)は 0. 08mmとした。

2 1

[0067] 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 762m mでアスペクト比が 4： 3)の透過型スクリーンを製造した。

[0068] (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。

[0069] (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力、ら垂直方向に 280mm下がり且つその位置から手前側に 400m m離れた位置に配置されたプロジェクタ一により、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力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、二重像の発生もなぐ良好な画像が得られた。

[0070] 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。

Claims

請求の範囲

[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坦設され、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坦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、前記基部の屈折率を N、前記各

1 2 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^ (2D/W )≥sin^ (N /N )

1 1 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としたとき、前記 Wと前記 Dとの比（W ZD)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、前記基部の屈折率を N、前

1 2 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、他方の斜

3

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としたとき、

4

tan"¹ (D/W )≥sin^_1 (N /N )

3 1 2

tan"¹ (D/W )≥sin^_1 (N /N )

4 1 2

[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、他方の

3 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としたとき、前記 Wと

4 3 前記 Dとの比（W /D)が 0. 025— 0. 25の範囲にあり、前記 Wと前記 Dとの比（W

3 4 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. Ι μ ΐη以内である近傍部位における〇D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つて略均一な光吸収率を有し、その厚さ 1 μ mあたりの〇D値が 0· 1 - 1. 2であることを特徴とする、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— 15 / m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、