JP2008033245A - フレネルレンズシート、透過型スクリーン、背面投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】映像の解像度を低下させることなくシンチレーションを低減でき、耐環境性もよいフレネルレンズシート、及び、これ用いた透過型スクリーン、背面投射型表示装置を提供する。
【解決手段】光透過性を有する樹脂に拡散材を混練して形成された光拡散層１１１と、光拡散層１１１の出射側に形成された拡散材が混練されていない光透過層１１２と、光透過層の出射側に形成されたフレネルレンズ形状１１３とを設け、光拡散層１１１の入射側に、入射側に凸の単位プリズム形状１１４ａをシート面に沿って垂直方向に多数並べて形成した入射側レンズ形状１１４を設けたフレネルレンズシートとすることにより実現した。
【選択図】図３

Description

本発明は、入射する光を出射側へ偏向させて出射するフレネルレンズシート、透過型スクリーン、背面投射型表示装置に関するものである。

映像光をスクリーンの背面側から投射して映像を表示するリアプロジェクションテレビ等に用いられる透過型スクリーンとして、映像光の入射側にフレネルレンズシートを備え、出射側にレンチキュラーレンズシート等の光を拡散する作用を有する光拡散シートを備えたものが知られている。
近年、リアプロジェクションテレビ等に用いられる光源として、ＣＲＴ方式に変わり、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）方式やＤＭＤ（Digital Micromirror Device）方式等の輝度の高い単光源が主に使用されるようになった。このような単光源を用いた場合に、表示される映像がぎらついて見える現象（以下、このような現象をシンチレーションと呼ぶ）が発生しやすくなり、良好な映像が観察し難くなるという問題があった。

このようなシンチレーションを低減するために、光を拡散させる作用を有する拡散材の含有量を増加させる等して拡散特性を大きくする手法が挙げられるが、透過型スクリーンに入射する光の利用効率が低下して映像が暗くなることや、映像がぼやける等の問題があった。

特許文献１では、シンチレーションを低減するために、光拡散材以外の垂直方向拡散光学要素を有する透過型スクリーンの例が開示されている。
しかし、特許文献１に記載の透過型スクリーンでは、垂直拡散光学要素が、フレネルレンズシート、レンチキュラーレンズシートとは別体であるため、界面が増える。従って、映像光の透過率が落ち、映像のコントラストが低下するという問題があった。
また、温度や湿度等の環境の変化によって、垂直拡散光学要素が反る等して、透過型スクリーンに表示される映像が歪んで観察されるという問題や、垂直拡散光学要素の形状によっては、重ねて配置されるレンチキュラーレンズシート等の他の光学シートに傷が付く場合があるという問題があった。
特開２００２−１８９２５４号公報

本発明の課題は、映像の解像度を低下させることなくシンチレーションを低減でき、耐環境性のよいフレネルレンズシート、及び、これ用いた透過型スクリーン、背面投射型表示装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。
請求項１の発明は、出射側に形成されたフレネルレンズ形状（１１３）と、光透過性を有し、光を拡散する拡散材を含む光拡散層（１１１）と、入射側に形成された入射側レンズ形状（１１４）と、を備えたフレネルレンズシート（１１，２１，３１）である。
請求項２の発明は、請求項１に記載のフレネルレンズシートにおいて、光透過性を有し、拡散材を含まない光透過層（１１２）を備えること、を特徴とするフレネルレンズシート（１１）である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記光拡散層（１１１）より出射側に、光透過性を有し、拡散材を含む第２の光拡散層（２１５）を備えること、を特徴とするフレネルレンズシート（２１）である。
請求項４の発明は、請求項３に記載のフレネルレンズシートにおいて、第２の光拡散層（２１５）に含まれる拡散材の量は、前記光拡散層（１１１）に含まれる拡散材の量の７ｗｔ％以下であること、を特徴とするフレネルレンズシート（２１）である。
請求項５の発明は、請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記光拡散層（１１１）は、前記光透過層（１１２）より入射側に設けられていること、を特徴とするフレネルレンズシート（１１）である。
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記光拡散層（１１１）は、入射側には前記入射側レンズ形状（１１４）を有すること、を特徴とするフレネルレンズシート（１１，２１，３１）である。
請求項７の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートにおいて、シート面の法線方向から入射する光が該フレネルレンズシートに含まれる前記拡散材のみによって拡散した場合の前記光拡散層から空気中への出射角度による輝度分布曲線において、拡散された光の輝度が最大輝度の１／１０となる角度をθとし、シート面の法線方向から入射する光が前記入射側レンズ形状（１１４）のみによって拡散した場合の前記光拡散層から空気中への出射角度による輝度分布曲線において、極大値をとる出射角度をγとするとき、θ≧γを満たすこと、を特徴とするフレネルレンズシート（１１，２１，３１）である。
請求項８の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記入射側レンズ形状（１１４）は、入射側に凸の単位プリズム形状（１１４ａ）がシート面に沿って多数並べて形成されていること、を特徴とするフレネルレンズシート（１１，２１，３１）である。
請求項９の発明は、請求項８に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記単位プリズム形状（１１４ａ）は、シート面に直交する断面形状が、略三角形状であること、を特徴とするフレネルレンズシート（１１，２１，３１）である。
請求項１０の発明は、請求項８又は請求項９に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記単位プリズム形状（１１４ａ）の入射側先端部分には、入射側に凸の曲面が形成されていること、を特徴とするフレネルレンズシート（１１，２１，３１）である。
請求項１１の発明は、請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートにおいて、前記単位プリズム形状（１１４ａ）は、使用状態においてシート面に沿って垂直方向に並べられていること、を特徴とするフレネルレンズシート（１１，２１，３１）である。
請求項１２の発明は、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシート（１１，２１，３１）と、光を拡散する作用を有する拡散光学シート（１２）と、を備えた透過型スクリーン（１０）である。
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の透過型スクリーン（１０）と、映像光を投射する光源（２０）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、以下の効果を奏することができる。
（１）フレネルレンズシートは、光透過性を有し、光を拡散する拡散材を含む光拡散層と、入射側に形成された入射側レンズ形状とを有するので、映像の解像度を落とすことなく、シンチレーションの発生を効果的に抑えることができる。
また、入射側レンズ形状をフレネルレンズシートとは別体のレンズシートに形成して設けた場合には、温度や湿度等の環境の変化によって入射側レンズ形状を有するレンズシートとフレネルレンズシートとの間に浮き等が発生する場合があるが、本発明によれば、入射側レンズ形状は、フレネルレンズシートに形成されて一体となっているので、浮き等が発生することがなく、耐環境性が向上する。

（２）光透過性を有し、拡散材を含まない光透過層を備えるので、拡散材を有する光拡散層と光透過層とを組み合わせることにより、フレネルレンズシート全体として見たときに、拡散材を局在化させることができ、解像度が低下することを防止できる。

（３）光拡散層より出射側に、光透過性を有し、拡散材を含む第２の光拡散層を備えるので、フレネルレンズシートの製造工程で、例えば、光拡散層及び第２の光拡散層や、光拡散層及び光透過層等を２層押し出し等で作製し、所定のサイズに裁断する際に生じる加工残材等を、第２の光拡散層の材料として再利用することができ、生産コストを抑えることができる。

（４）第２の光拡散層に含まれる拡散材の量は、光拡散層に含まれる拡散材の量の７ｗｔ％以下であるので、第２の光拡散層が拡散材を含有していても、解像度の低下に影響が無い。

（５）光拡散層は、光透過層より入射側に設けられているので、光を拡散する効果を高めることができる。

（６）光拡散層は、入射側には入射側レンズ形状を有するので、映像の解像度を低下させることなく、シンチレーションをより効果的に低減できる。

（７）シート面の法線方向から入射する光がフレネルレンズシートに含まれる拡散材のみによって拡散した場合の光拡散層から空気中への出射角度による輝度分布曲線において、拡散された光の輝度が最大輝度の１／１０となる角度をθとし、シート面の法線方向から入射する光が入射側レンズ形状のみによって拡散した場合の光拡散層から空気中への出射角度による輝度分布曲線において、極大値をとる出射角度をγとするとき、θ≧γを満たすので、入射側レンズ形状による光の拡散効果と、フレネルレンズシート全体に含まれる拡散材による光の拡散効果（すなわち、入射側レンズ形状等のレンズ要素を除いた拡散効果）によって、シンチレーションをより効果的に抑制することができる。

（８）入射側レンズ形状は、入射側に凸の単位プリズム形状がシート面に沿って多数並べて形成されているので、映像の解像度を低下させることなく、シンチレーションを低減できる。

（９）単位プリズム形状は、シート面に直交する断面形状が、略三角形状であるので、入射する光を所定の２方向へ拡散することができる。

（１０）単位プリズム形状の入射側先端部分には、入射側に凸の曲面が形成されているので、他の光学シートを傷つけることがない。また、押し出しによる成形が容易に行える。

（１１）単位プリズム形状は、使用状態においてシート面に沿って垂直方向に並べられているので、垂直方向への拡散作用が得られる。通常、フレネルレンズシートを透過型スクリーン等に用いる場合には、水平方向に光を拡散する拡散光学シートとを組み合わせて用いることが多い。そのため、単位プリズム形状によって、垂直方向へ光を拡散させることにより、より効果的にシンチレーションを低減できる。

（１２）透過型スクリーン及び背面投射型表示装置は、上述のフレネルレンズシートを用いているので、映像の解像度を低下させることなく、シンチレーションの少ない映像を表示できる。

本発明は、映像の解像度を低下させることなくシンチレーションを低減でき、耐環境性のよいフレネルレンズシート、及びこれを用いた透過型スクリーン、背面投射型表示装置を提供するという目的を、フレネルレンズシートの入射側に光拡散層を設け、その入射側に入射側レンズ形状を形成することにより実現した。

（第１実施形態）
図１は、本発明によるリアプロジェクションテレビの実施形態を示す図である。
図２は、本発明による透過型スクリーンの実施形態を示す斜視図である。
なお、図１を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。
また、図２を含め以下に示す各図において、矢印で示される垂直方向、水平方向とは、透過型スクリーン１０及び後述のフレネルレンズシート１１の使用状態における垂直方向、水平方向である。
さらに、本実施形態及び以下に示す各実施形態において、形状や数値等の例を挙げて説明するが、その形状や数値等に限定されるものではなく、適宜選択可能である。
リアプロジェクションテレビ１は、透過型スクリーン１０，光源部２０，ミラー部３０を備えた背面投射型表示装置である。光源部２０から投射された映像光Ｌは、ミラー部３０を介して透過型スクリーン１０へ拡大投影される。本実施形態のリアプロジェクションテレビ１では、ＤＭＤ方式の光源を光源部２０に用いている。

透過型スクリーン１０は、フレネルレンズシート１１と、レンチキュラーレンズシート１２を組み合わせて１組のスクリーンとして用いられている。
本実施形態のフレネルレンズシート１１は、映像光Ｌの入射側（光源側）に設けられ、その入射側には、入射側レンズ形状１１４が形成され、出射側（観察面側）には、フレネルレンズ形状１１３が形成されている。フレネルレンズシート１１の詳細な形状については後述する。
レンチキュラーレンズシート１２は、フレネルレンズシート１１よりも映像光Ｌの出射側（観察面側）に設けられ、光を拡散する作用を有する拡散光学シートである。
本実施形態のレンチキュラーレンズシート１２は、レンチキュラーレンズ基板１２２よりも入射側に、その断面が略楕円形状の一部である単位レンズ形状１２１が、水平方向に多数配列され、映像光Ｌの非透過部分には、光吸収層１２３が所定の間隔で形成されている。

図３は、第１実施形態のフレネルレンズシート１１の断面図である。なお、図３では、フレネルレンズシート１１の使用状態における垂直方向での断面を示している。
フレネルレンズシート１１は、映像光Ｌの入射側から順に、入射側レンズ形状１１４，光拡散層１１１，光透過層１１２，フレネルレンズ形状１１３を有している。
光拡散層１１１は、光透過性を有する樹脂に拡散材を略均一に混練して形成された層であり、その入射側には、入射側レンズ形状１１４が形成されている。

入射側レンズ形状１１４は、入射側に凸の単位プリズム形状１１４ａが、シート面に沿って、フレネルレンズシート１１の使用状態における垂直方向に多数並べて形成されている。なお、シート面とは、フレネルレンズシート全体として見たときにおけるフレネルレンズシートの平面方向となる面を示すものであり、以下の説明中、及び、特許請求の範囲においても同一の定義として用いる。
本実施形態では、フレネルレンズシート１１と組み合わせて用いるレンチキュラーレンズシート１２が、光を水平方向に拡散する特性を有しているので、水平方向におけるシンチレーションは、レンチキュラーレンズシート１２によって低減される。よって、光を垂直方向に拡散することによって、よりシンチレーションの低減を図るために、単位プリズ
ム形状１１４ａは、垂直方向に配列されている。
単位プリズム形状１１４ａは、シート面に直交する断面形状が略三角形状であり、シート面と単位プリズム形状１１４ａの斜面とは角度αをなしている。この単位プリズム形状１１４ａの入射側の先端部分には、入射側に凸の曲面が形成されている。また、単位プリズム形状１１４ａ間は、入射側に凹の曲面が形成されている（図４参照）。

光透過層１１２は、光拡散層１１１よりも出射側に、光拡散層１１１に用いた光透過性を有する樹脂と同様の樹脂を用いて形成された層であるが、拡散材が混練されていない。
本実施形態では、光透過性を有する樹脂としては、アクリル樹脂が用いられ、拡散材としては、アクリル−スチレン系の樹脂を用いて形成されたビーズが用いられている。なお、光透過性を有する樹脂としては、アクリル−スチレン系の樹脂や、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）等を用いてもよい。また、拡散材としては、ガラスビーズや、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等を用いて形成されたビーズ等を用いてもよい。
フレネルレンズ形状１１３は、光透過層１１２の出射側に光硬化型樹脂を用いて形成され、光源部２０からの映像光を略平行光として出射する働きを有している。

ここで、入射側レンズ形状１１４を形成する単位プリズム形状１１４ａの形状について、詳しく説明する。
図４は、単位プリズム形状１１４ａの断面の拡大図である。なお、図４では、単位プリズム形状１１４ａのみによる光の拡散の様子を説明するために、入射側レンズ形状１１４が形成されている光拡散層１１１に混練された拡散材は考慮しないものとする。
ここで、光拡散層１１１に含まれる拡散材の作用を考えない場合、図４に示すように、シート面の法線方向から入射した光（以下、平行入射光と呼ぶ）は、単位プリズム形状１１４ａに入射角度αで入射し、光透過性を有する樹脂の屈折率ｎに応じて屈折し（屈折角：β）、出射角度γで光拡散層１１１から空気中へ出射する。
このとき、α，β，γには、以下に示すような関係がある。
β＝ｓｉｎ^-1（（１／ｎ）×ｓｉｎα） ・・・（式１）
γ＝ｓｉｎ^-1（ｎ×ｓｉｎ（α−β）） ・・・（式２）

本実施形態の光拡散層１１１では、入射光は、単位プリズム形状１１４ａによる拡散（偏向）作用と、拡散材による拡散作用（単位プリズム形状１１４ａを除いた拡散要素、すなわち、本実施形態のフレネルレンズシート１１全体に含まれる拡散材による拡散作用）とを受けて、フレネルレンズシート１１から出射する。従って、これら２種類の作用をどのように組み合わせるかによって、光拡散層１１１によるシンチレーションを防止する効果が変化する。以下、この点について説明する。
図５は、拡散材及び入射側レンズ形状１１４による拡散の様子を示す図である。図５及び以下に示す図６，図７では、縦軸は相対輝度を示し、横軸は出射角度を示しており、横軸の正方向は、フレネルレンズシートの垂直方向上側、負の方向は、垂直方向下側を示している。なお、図５及び以下に示す図６，図７では、理解を容易にするために、拡散材のみによって拡散されて出射した光の輝度の最大値を１として示してある。
単位プリズム形状１１４ａによる拡散（偏向）作用のみでは、上述したように、（式２）から得られる出射角度γ（図５中に示したγ参照）で光が出射する。そのため、入射側レンズ形状１１４は、出射角度±γに集中して光を出射するという拡散特性を示し、出射する光の輝度分布曲線は、出射角度±γで極大値をとる。

一方、入射側レンズ形状１１４が形成されておらず、拡散材のみによって平行入射光が拡散されて光拡散層１１１から空気中へ出射した場合、垂直方向における角度による輝度分布は、図５中に、一点鎖線で示されるような曲線となる。図５及び以下に示す図６，図７に示す角度±θは、拡散材のみによって拡散されて出射した光の輝度が、最大値の１／１０となる角度（１／１０角）である。
このような拡散特性を有する入射側レンズ形状１１４（単位プリズム形状１１４ａ）と拡散材とを組み合わせた場合の光の拡散特性は、図５中に実線で示されるような曲線となる。
図６は、γ＝θであるときの拡散材及び入射側レンズ形状１１４による拡散の様子を示す図である。図６中の一点鎖線で示される曲線は、拡散材のみによる拡散特性を示し、実線で示される曲線は、出射角度γ＝θのときの入射レンズ形状と拡散材とによる拡散特性を示している。なお、前述の図５に示した出射角度γは、γ＝３θ／４であり、γ＜θである。

図５、図６に示すように、γが大きくなると、入射側レンズ形状によって拡散された光の輝度の極大値となる出射角度は、シート面の法線方向から離れる傾向にある。
そのため、γが大きくなると、フレネルレンズシートの正面（シート面に対して法線方向）での輝度が極端に低下して映像が暗くなり、透過型スクリーンの正面での明るさの不均一性が強調されてしまう。従って、本発明のフレネルレンズシート１１では、γ≦θを満たす入射側レンズ形状とすることにより、拡散材による光の拡散効果によって正面での輝度の低下を補っている。
一方、γ＞θであるフレネルレンズシートでは、入射側レンズ形状による光の拡散効果によって生じる正面での輝度の低下を、拡散材による光の拡散効果によって補うことができず、正面での輝度の低下が大きく、明るさの不均一性が問題となる。また、シンチレーション低減効果が弱くなる。
これらの理由から、γ≦θであることが好ましいといえる。

なお、このγ及びθに関しては、次のような方法で求めることができる。
まず、γに関しては、γを求めたい試料（入射側レンズ形状が形成されたフレネルレンズシート）の垂直方向での拡散特性を測定する。試料の拡散特性の曲線が、０°以外に極大値をとる場合は、その角度を入射側レンズ形状（単位プリズム形状）の拡散（偏向）作用による出射角度γとすることができる。
また、測定した試料の拡散特性の曲線が、明確な極大値を取らない場合等では、試料の単位プリズム形状の型取りや断面を測定する等して、実際に単位プリズム形状を測定し、屈折率が略等しい材料で同様の入射側レンズ形状を作製して、拡散特性を測定するか、測定した単位プリズム形状から計算によってγを求めることができる。

一方、θに関しては、θを求めたい試料の入射側レンズ形状（単位プリズム形状）を、試料の屈折率と略等しい樹脂等で埋めて平面を形成し、その拡散特性を測定する。単位プリズム形状への入射角度αは、実質的には２０°以下になると予測されるので、試料と、入射側レンズ形状（単位プリズム形状）を埋めた材料との間に屈折率があった場合にも、屈折率差による影響は小さく、拡散材のみによる拡散特性に略等しいものが得られる。このようにして得られた拡散特性の曲線から、輝度が最大値の１／１０となる角度を求めればよい。

本実施形態では、入射側レンズ形状１１４は、単位プリズム形状１１４ａが垂直方向に多数並べて配置されている。この単位プリズム形状１１４ａは、断面形状が略三角形状であり、曲面部分を除いて出射角度γは一定であるので、入射側レンズ形状１１４の輝度分布曲線は、出射角度γで極大値をとる。また、本実施形態の入射側レンズ形状１１４では、出射角度γは、１／１０角θよりも小さい。従って、入射側レンズ形状１１４は、シンチレーション低減に好ましい条件を満たしている。

また、単位プリズム形状１１４ａが並べられるピッチｐは、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。
これは、光源部２０から投射された映像光がフレネルレンズシート１１に入射する時点での画素の大きさと単位プリズム形状１１４ａのピッチｐとの大きさが近いとモアレが発
生するためであり、一般的には、単位プリズム形状１１４ａのピッチｐが画素ピッチの１／５以下であればモアレは発生しないからである。
本実施形態では、画素ピッチが約０．６ｍｍであるので、単位プリズム形状１１４ａのピッチは、０．１ｍｍ以下であることが、モアレ防止の観点から好ましい。

本実施形態のフレネルレンズシート１１の製造方法について説明する。
フレネルレンズシート１１は、まず、拡散材が混練された光透過性を有する樹脂と拡散材が混練されていない光透過性を有する樹脂とを用意し、これらを用いた２層押し出し成形によって、入射側レンズ形状１１４を有する光拡散層１１１と光透過層１１２との２層を一体として形成し、作製したいフレネルレンズシートの大きさに合わせて所定の大きさに裁断する。その後に、紫外線硬化型樹脂や電離放射線硬化型樹脂等の光硬化型樹脂を用いて、光透過層１１２の出射側（入射側レンズ形状１１４が形成された面とは反対側）の面にフレネルレンズ形状１１３を形成し、フレネルレンズシート１１として作製される。

ここで、本実施形態のフレネルレンズシートとして、具体例１から具体例３までのフレネルレンズシートと、比較例１から比較例４までのフレネルレンズシートとを用意し、実際に透過型スクリーンとしてリアプロジェクションテレビに用いて、表示される映像を観察して比較した。
まず、具体例１から具体例３までのフレネルレンズシートについて説明する。
具体例１から具体例３までのフレネルレンズシートは、略同様の形態であるが、単位プリズム形状１１４ａの斜面がシート面となす角度αのみが異なる。
具体例１から具体例３までのフレネルレンズシートの光拡散層１１１及び光透過層１１２に用いられた光透過性を有する樹脂（アクリル樹脂）の屈折率ｎ＝１．４９、拡散材による光の拡散の１／１０角θ＝８．３°である。

具体例１のフレネルレンズシートは、α＝７．５°、具体例２のフレネルレンズシートは、α＝１０°、具体例３のフレネルレンズシートは、α＝１４°であり、それぞれ（式１）及び（式２）に代入すると、
（具体例１）
屈折角β＝ｓｉｎ^-1（（１／１．４９）×ｓｉｎ７．５）≒５．０２５６°
出射角度γ＝ｓｉｎ^-1（１．４９×ｓｉｎ（７．５−５．０２５６））≒３．６８８３≒３．７°
（具体例２）
屈折角β＝ｓｉｎ^-1（（１／１．４９）×ｓｉｎ１０）≒６．６９２６°
出射角度γ＝ｓｉｎ^-1（１．４９×ｓｉｎ（１０−６．６９２６））≒４．９３１４≒４．９°
（具体例３）
屈折角β＝ｓｉｎ^-1（（１／１．４９）×ｓｉｎ１４）≒９．３４４１°
出射角度γ＝ｓｉｎ^-1（１．４９×ｓｉｎ（１４−９．３４４１））≒６．９４６７≒６．９°
となり、具体例１から具体例３までのフレネルレンズシートは、θ≧γを満たす。
図７は、具体例１のフレネルレンズシートでの光の拡散の様子を示す図である。図７中に一点鎖線で示される曲線は、拡散材のみによる拡散特性を示し、実線で示される曲線は、具体例１における単位プリズム形状１１４ａが形成された光拡散層１１１の拡散特性を示している。また、図７中に示すγは、具体例１の出射角度γであり、γ＝３．７°であり、θは、１／１０角であり、θ＝８．３°である。
図７に示すように、具体例１では、正面（シート面の法線方向）での輝度を保ちつつ、光を拡散させている。

次に比較例１から比較例４までのフレネルレンズシートについて説明する。
比較例１から比較例４までのフレネルレンズシートは、具体例１から具体例３までのフレネルレンズシートと略同様の形態であるが、光拡散層に混練された拡散材の量、入射側レンズ形状の有無、１／１０角θと出射角度γとの関係等の点で異なる。
比較例１のフレネルレンズシートは、入射側レンズ形状１１４を有しておらず、具体例１及び具体例２のフレネルレンズシートに比べて光拡散層に混練された拡散材の量が多い（具体例１から具体例３までのフレネルレンズシートの１．２５倍）。
比較例２のフレネルレンズシートは、入射側レンズ形状１１４を有しておらず、拡散材の量が具体例１から具体例３までのフレネルレンズシートの２．５倍（比較例１のフレネルレンズシートの２倍）である。
比較例３のフレネルレンズシートは、具体例１の単位プリズム形状と同様の単位プリズム形状１１４ａによって形成された入射側レンズ形状１１４を有しているが、光拡散層に相当する層には、拡散材が混練されていない。
比較例４のフレネルレンズシートは、具体例１から具体例３までのフレネルレンズシートと同等量の拡散材を含有し、入射側レンズ形状１１４を有している。しかし、入射側レンズ形状１１４を形成する単位プリズム形状１１４ａでは、単位プリズム形状１１４ａの斜面がシート面となす角度α＝１８°、屈折角β≒１２°、出射角度γ≒９．０であり、１／１０角θ＝８．３°であるので、θ＜γとなり、θ≧γを満たしていない。
なお、各具体例及び各比較例のフレネルレンズシートにおいて、フレネルレンズ形状１１３のピッチは、０．１１２ｍｍであり、単位プリズム形状１１４ａのピッチｐは、０．０５ｍｍである。

上述した各具体例及び各比較例のフレネルレンズシートを、レンチキュラーレンズシート１２と組み合わせ、１枚の透過型スクリーンとしてリアプロジェクションテレビに用いて実際に映像光を投射し、透過型スクリーンに表示される映像のシンチレーションの発生、ゲイン、透過率等を調べた。
使用したレンチキュラーレンズシート１２の単位レンズ形状１２１のピッチは、０．１４４ｍｍであり、また、透過型スクリーンの画面サイズは５０インチ、映像光の投射距離は約８００ｍｍである。
ここで、ゲインとは、透過型スクリーンの背面側から光を入射させたとき、透過型スクリーンに光が入射する入射面（透過型スクリーンの背面）での照度と、透過型スクリーンから出射する光の輝度を、シート面の法線方向となす角度ごとに測定し、以下に示す（式３）より求めた値である。
Ｇ=π×Ａ／Ｉ ・・・（式３）
なお、（式３）において、ゲインをＧ、円周率をπ、輝度をＡ（ｃｄ／ｍ²）、照度を
Ｉ（ｌｘ）で示している。測定したゲインは、透過型スクリーンの中心におけるシート面の法線方向から観察した場合のゲインである。
また、測定した透過率は、フレネルレンズ形状の中心における光の透過率である。

表１は、各具体例及び各比較例のフレネルレンズシートを用いた場合のシンチレーションの発生の有無等を示した結果である。
具体例１から具体例３までと比較例１とを比較して、入射側レンズ形状１１４が形成されていない比較例１ではシンチレーションが発生したが、入射側レンズ形状１１４が形成されている具体例１から具体例３まででは、シンチレーションの発生が抑えられている。よって、入射側レンズ形状１１４は、シンチレーションの低減に効果的であった。
また、具体例１から具体例３までと比較例２とを比較して、比較例２のように入射側レンズ形状１１４を形成せずに拡散材だけをさらに増量した場合、シンチレーションの低減に多少の改善は見られるものの、透過率が悪く、映像の明るさが損なわれた。また、比較例２では、拡散材によって解像度が落ち、映像がぼやけて観察された。

さらに、同様の入射側レンズ形状が形成されている具体例１と比較例３とを比較して、拡散材が混練されていない比較例３では、シンチレーションが発生したが、拡散材が混練された具体例１では、シンチレーションの発生が抑えられていた。よって、入射側レンズ形状１１４が形成されている場合にも、拡散材を用いることがシンチレーションの低減に効果的であることがわかった。
さらにまた、具体例１から具体例３までと比較例４とを比較して、θ＜γである比較例４では、シンチレーションの改善は見られるものの、スクリーンの正面方向でのゲイン（輝度）が低下し、スクリーンの正面方向に対して所定の角度を有した方向でゲイン（輝度）が最大となっており、画面全体の明るさの均一性が損なわれていた。しかし、θ≧γを満たす具体例１から具体例３では、スクリーンの正面方向でのゲイン（輝度）も高く、画面の明るさは均一であった。

表１によれば、具体例１から具体例３までのフレネルレンズシートは、入射側レンズ形状１１４が形成されていることにより、比較例１及び比較例２よりも少ない量の拡散材で、比較例１及び比較例２よりもシンチレーションを効果的に低減できた。また、拡散材の量を減らすことにより、映像の解像度が低下による映像のぼけ等を防ぐことができた。
次に、具体例１，具体例２，具体例３を比較した場合、具体例１から具体例３までいずれもシンチレーションの発生が抑えられたが、単位プリズム形状１１４ａがシート面とな
す角度αが具体例１よりも大きい具体例２及び具体例３の方がより効果的であった。しかし、シート面の正面方向でのゲイン（輝度）に関しては、具体例１の方が高かった。
よって、リアプロジェクションテレビや透過型スクリーンを用いる環境に合わせて、具体例１，具体例２，具体例３のフレネルレンズシートを適宜選択して用いればよい。

本実施形態によれば、拡散材を有する光拡散層１１１と入射側レンズ形状１１４とを組み合わせることにより、モアレや解像度の劣化等を生じることなく、シンチレーションを低減できる。
また、本実施形態のフレネルレンズシート１１を用いることにより、シンチレーションの発生を抑えた良好な映像を表示できる透過型スクリーン１０、リアプロジェクションテレビ１とすることができる。

さらに、本実施形態のフレネルレンズシート１１の入射側レンズ形状１１４（単位プリズム形状１１４ａ）は、押し出し成形が可能であり、容易に製造でき、生産コストを抑えることができる。
さらにまた、本実施形態のフレネルレンズシート１１は、入射側に入射側レンズ形状１１４が一体となって形成されているので、透過型スクリーンを組み立てる作業等が行いやすく、かつ、温度や湿度の変化に対する耐環境性にも優れている。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態のフレネルレンズシート２１の断面図である。
第２実施形態のフレネルレンズシート２１は、光透過層１１２の代わりに光透過性を有し、拡散材を含んだ第２の光拡散層２１５を有する点が、第１実施形態のフレネルレンズシート１１とは異なる以外は、第１実施形態のフレネルレンズシート１１と略同様の形態である。よって、前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
なお、図８では、図３と同様に、フレネルレンズシート２１の使用状態における垂直方向での断面を示している。

第２実施形態のフレネルレンズシート２１は、映像光Ｌの入射側（光源側）から順に、入射側レンズ形状１１４，光拡散層１１１，第２の光拡散層２１５，フレネルレンズ形状１１３を有している。この第２実施形態のフレネルレンズシートは、第１実施形態に示したレンチキュラーレンズシート１２と組み合わせて、リアプロジェクションテレビ１に備えられる透過型スクリーン１０に用いられる。
第２の光拡散層２１５は、光拡散層１１１よりも出射側（観察面側）に、光拡散層１１１に用いた光透過性を有する樹脂と同様の樹脂を用いて形成された光透過性を有する層であり、光拡散層１１１に用いた拡散材と同様の拡散材を含有している。この第２の光拡散層２１５に含まれる拡散材の量は、光拡散層１１１の拡散材の量の７ｗｔ％であり、光拡散層１１１に比べて少ない。
本実施形態では、第２の光拡散層２１５に用いられる光透過性を有する樹脂として、第１実施形態と同様に、アクリル樹脂が用いられ、拡散材としては、アクリル−スチレン系の樹脂を用いて形成されたビーズが用いられている。

本実施形態のフレネルレンズシート２１は、第１実施形態のフレネルレンズシート１１と略同様の製造方法で作製される。まず、光拡散層１１１と第２の光拡散層２１５とを２層押し出し成形によって一体に形成し、押し出し成形時に光拡散層１１１側に入射側レンズ形状１１４を形成した後に、所定の大きさとなるように裁断する。次に、入射側レンズ形状１１４が形成された側と反対側の面である第２の光拡散層２１５上に、紫外線硬化型樹脂等の光硬化型樹脂によって、フレネルレンズ形状１１３を形成する。
なお、本実施形態では、単位プリズム形状１１４ａによる拡散（偏向）作用によって得
られる出射角度γは、フレネルレンズシート２１全体に含まれる拡散材（すなわち、光拡散層１１１及び第２の光拡散層２１５に含まれる拡散材）によって拡散されて出射した光の輝度が最大値の１／１０となる角度（１／１０角）θに対して、γ≦θを満たしている。

本実施形態によれば、フレネルレンズシート１１の作製工程時に、本実施形態のように光拡散層１１１と第２の光拡散層２１５とを２層押し出し成形によって形成したり、第１実施形態に示したように、光拡散層１１１と光透過層１１２とを２層押し出し成形によって形成したりした後に、所定の大きさに裁断する際等に生じる不要な加工残材等を、溶解して、第２の光拡散層２１５の材料として再利用することができ、生産コストの低減と資源の有効利用を図ることができる。
また、本実施形態のフレネルレンズシート２１は、第２の光拡散層２１５が拡散材を含有しているが、その量は光拡散層１１１の拡散材量の７ｗｔ％と小さく、かつ、γ≦θを満たしている。このフレネルレンズシート２１を、第１実施形態に示した測定方法と同様の方法で、シンチレーション発生の有無やゲイン等を調べたところ、シンチレーションは減少しており、ゲインは３．５、透過率は６７％であった。これは、上述の具体例１のフレネルレンズシートと略同様の評価であった。従って、第２の光拡散層２１５が含有する拡散材の拡散効果が映像の解像度に与える影響は、非常に小さく、本実施形態によれば、シンチレーションの低減等、フレネルレンズシートとして十分な光学性能を保ちながら、資源の有効利用等を図ることができる。

（第３実施形態）
図９は、第３実施形態のフレネルレンズシート３１の断面図である。
第３実施形態のフレネルレンズシート３１は、光透過層１１２を備えていない点が、第１実施形態に示したフレネルレンズシート１１とは異なる以外は、第１実施形態のフレネルレンズシート１１と略同様の形態である。よって、第１実施形態のフレネルレンズシート１１と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
第３実施形態のフレネルレンズシート３１は、映像光Ｌの入射側（光源側）から順に、入射側レンズ形状１１４，光拡散層１１１，フレネルレンズ形状１１３を有している。
第３実施形態のフレネルレンズシート３１は、アクリル樹脂に拡散材を混練し、押し出し成形によって、光拡散層１１１及び入射側レンズ形状１１４が形成される。その後、所定の大きさに裁断し、光拡散層１１１の入射側レンズ形状１１４が形成されている側とは反対側の面に、光硬化型樹脂を用いてフレネルレンズ形状１１３が形成される。
この第３実施形態のフレネルレンズシート３１は、第１実施形態に示したフレネルレンズシート１１と同様に、第１実施形態に示したレンチキュラーレンズシート１２を出射側（観察面側）に配置して、透過型スクリーン１０としてリアプロジェクションテレビ１に用いられる。

本実施形態によれば、シンチレーションを低減できるフレネルレンズシートを、容易に製造できる。
また、光拡散層１１１を所定の大きさに裁断した際に生じる加工残材等を、溶解して光拡散層１１１の材料として再利用することができ、生産コストの低減や資源の有効利用等を図ることができる。

（変形形態）
以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
（１）各実施形態では、入射側レンズ形状１１４は、シート面に直交する断面形状が略三角形状の単位プリズム形状１１４ａが垂直方向に多数並べて形成される例を示したが、こ
れに限らず、例えば、断面形状が楕円形状である単位レンズ形状等を用いてもよい。

（２）各実施形態では、単位プリズム形状１１４ａは、入射側の先端部分に入射側に凸の曲面が形成されている例を示したが、曲面が形成されていなくてもよい。

（３）各実施形態では、レンチキュラーレンズシート１２を用いる例を示したが、これに限らず、レンズアレイシート等の光を拡散する作用を有する他の拡散光学シートを用いてもよい。

（４）各実施形態では、光源部２０にＤＭＤ方式の光源を用いる例を示したが、これに限らず、ＬＣＤ方式の光源を用いてもよい。

（５）各実施形態では、単位プリズム形状１１４ａは、フレネルレンズシート１１の使用状態での垂直方向にシート面に沿って並べられる例を示したが、これに限らず、例えば、レンチキュラーレンズシート１２等の拡散光学シートが垂直方向に光を拡散する場合には、単位プリズム形状１１４ａは、水平方向に並べられてもよい。

（６）第１実施形態及び第２実施形態では、入射側レンズ形状１１４は、２層押し出し成形時に光拡散層１１１に形成される例を示したが、これに限らず、２層押し出し成形後に入射側レンズ形状１１４を形成してもよく、例えば、２層押し出しによって、光拡散層と光透過層とを形成した後、又は、光拡散層と第２の光拡散層とを形成した後に、紫外線硬化型樹脂等の光硬化型樹脂を用いて、入射側レンズ形状を形成してもよい。
また、第３実施形態では、入射側レンズ形状１１４は、押し出し形成時に光拡散層１１１に形成される例を示したが、前述のように、光拡散層形成後に、光硬化型樹脂を用いて形成してもよい。

（７）各実施形態では、入射側レンズ形状１１４は、光拡散層１１１の入射側に一体に形成される例を示したが、これに限らず、入射側レンズ形状１１４は、光拡散層１１１とは別層に形成してもよい。
図１０は、第１実施形態及び第３実施形態の変形形態の一例を示す図である。図１０では、第１実施形態及び第３実施形態において、光拡散層１１１とは別層の入射側レンズ層１１６，３１６に、入射側レンズ形状１１４を形成した変形形態を示しており、図１０（ａ）は、第１実施形態の変形形態のフレネルレンズシート１１−２の断面、図１０（ｂ）は、第３実施形態の変形形態のフレネルレンズシート３１−２の断面を示している。
この入射側レンズ層１１６，３１６は、光拡散層１１１より入射側に形成され、入射側（光源側）の面に単位プリズム形状１１４ａが複数配列された入射側レンズ形状１１４を有している。入射側レンズ層１１６，３１６は、光拡散層１１１に用いられる樹脂と略同様の屈折率を有する樹脂を用いて形成され、拡散材は含有していない。
なお、図示はしないが、第２実施形態においても、同様の変形形態が可能である。
このような変形形態とすることにより、入射側レンズ層１１６，３１６を紫外線硬化型樹脂等を用いて形成することも可能となる。従って、より精度の高い単位プリズム形状１１４ａを賦形することが可能となり、シンチレーション低減効果を高めることができる。

（８）各実施形態では、光透過性を有する樹脂を用いて、光拡散層１１１及び光透過層１１２を形成する例を示したが、これに限らず、光透過性を有するならば、ガラス等他の材料を用いてもよい。

本発明によるリアプロジェクションテレビの実施形態を示す図である。 本発明による透過型スクリーンの実施形態を示す斜視図である。 第１実施形態のフレネルレンズシート１１の断面図である。 単位プリズム形状１１４ａの断面の拡大図である。 拡散材及び入射側レンズ形状１１４による拡散の様子を示す図である。 γ＝θであるときの拡散材及び入射側レンズ形状１１４による拡散の様子を示す図である。 具体例１のフレネルレンズシートでの光の拡散の様子を示す図である。 第２実施形態のフレネルレンズシート２１の断面図である。 第３実施形態のフレネルレンズシート３１の断面図である。 第１実施形態及び第３実施形態の変形形態の一例を示す図である。

符号の説明

１ リアプロジェクションテレビ
１０ 透過型スクリーン
１１，２１，３１ フレネルレンズシート
１２ レンチキュラーレンズシート
２０ 光源部
３０ ミラー部
１１１ 光拡散層
１１２ 光透過層
１１３ フレネルレンズ形状
１１４ 入射側レンズ形状
１１４ａ 単位プリズム形状
２１５ 第２の光拡散層
Ｌ 映像光

Claims (13)

1. 出射側に形成されたフレネルレンズ形状と、
   光透過性を有し、光を拡散する拡散材を含む光拡散層と、
   入射側に形成された入射側レンズ形状と、
   を備えたフレネルレンズシート。
2. 請求項１に記載のフレネルレンズシートにおいて、
   光透過性を有し、拡散材を含まない光透過層を備えること、
   を特徴とするフレネルレンズシート。
3. 請求項１又は請求項２に記載のフレネルレンズシートにおいて、
   前記光拡散層より出射側に、光透過性を有し、拡散材を含む第２の光拡散層を備えること、
   を特徴とするフレネルレンズシート。
4. 請求項３に記載のフレネルレンズシートにおいて、
   第２の光拡散層に含まれる拡散材の量は、前記光拡散層に含まれる拡散材の量の７ｗｔ％以下であること、
   を特徴とするフレネルレンズシート。
5. 請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートにおいて、
   前記光拡散層は、前記光透過層より入射側に設けられていること、
   を特徴とするフレネルレンズシート。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートにおいて、
   前記光拡散層は、入射側には前記入射側レンズ形状を有すること、
   を特徴とするフレネルレンズシート。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートにおいて、
   シート面の法線方向から入射する光が該フレネルレンズシートに含まれる前記拡散材のみによって拡散した場合の前記光拡散層から空気中への出射角度による輝度分布曲線において、拡散された光の輝度が最大輝度の１／１０となる角度をθとし、
   シート面の法線方向から入射する光が前記入射側レンズ形状のみによって拡散した場合の前記光拡散層から空気中への出射角度による輝度分布曲線において、極大値をとる出射角度をγとするとき、
   θ≧γ
   を満たすこと、
   を特徴とするフレネルレンズシート。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートにおいて、
   前記入射側レンズ形状は、入射側に凸の単位プリズム形状がシート面に沿って多数並べて形成されていること、
   を特徴とするフレネルレンズシート。
9. 請求項８に記載のフレネルレンズシートにおいて、
   前記単位プリズム形状は、シート面に直交する断面形状が、略三角形状であること、
   を特徴とするフレネルレンズシート。
10. 請求項８又は請求項９に記載のフレネルレンズシートにおいて、
    前記単位プリズム形状の入射側先端部分には、入射側に凸の曲面が形成されていること、
    を特徴とするフレネルレンズシート。
11. 請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートにおいて、
    前記単位プリズム形状は、使用状態においてシート面に沿って垂直方向に並べられていること、
    を特徴とするフレネルレンズシート。
12. 請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載のフレネルレンズシートと、
    光を拡散する作用を有する拡散光学シートと、
    を備えた透過型スクリーン。
13. 請求項１２に記載の透過型スクリーンと、
    映像光を投射する光源と、
    を備えた背面投射型表示装置。

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