JP5194331B2

JP5194331B2 - 光拡散性シートおよびレンズシート、並びに画像表示装置

Info

Publication number: JP5194331B2
Application number: JP2004297291A
Authority: JP
Inventors: 彰人籠谷; 朋芳貝塚
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2004-10-12
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2024-10-12
Also published as: JP2006113098A

Description

本発明は、透過／非透過、もしくは、透過／光分散、あるいは選択的な反射により表示画素が規定される画像表示素子に対して、照明光を照射して生成される表示画像光を投影する表示装置の表示画面に使用される光拡散性シートに関する。上記の画像表示素子としては、ＬＣＤ（液晶表示素子）やＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ：テキサス・インスツルメンツ社の商標）、ＬＣＯＳ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｏｎＳｉｌｉｃｏｎ）などが挙げられる。

投射（プロジェクション）方式のテレビジョン装置には、反射型（フロントタイプ）、透過型（リアタイプ）の２つの型があり、それぞれの映像の視覚に用いられるスクリーンとしては、反射型スクリーン、透過型スクリーンの２種類がある。
とくにリアプロジェクションテレビは、通常、光源と、映像表示体と、投影レンズを有するプロジェクタから投影される映像光が、フレネルレンズ部を有するフレネルレンズシート、レンチキュラーレンズ部を有するレンチキュラーシートからなるスクリーンを透過し、映像光が観察者に達するように構成されている。

前記リアプロジェクションテレビに用いられる前記スクリーン（透過型＝リアプロジェクションスクリーン）では、水平方向に広く、垂直方向には水平方向よりやや狭く拡散するような指向性が求められているため、水平方向の拡散要素としてはレンチキュラーレンズを、垂直方向の拡散要素としては光拡散剤が分散された光拡散基板（光拡散性シート又は光拡散層）が用いられていることが一般的である。

近年のリアプロジェクションテレビとして、広範囲で同色度の明るい画像が観察可能な透過型投影スクリーンの提供が求められている。前述の広範囲で同色度の明るい画像が観察可能な透過型投影スクリーンに関しては、とくに光源である輝度の高い白色ランプが開発されたこともあって、高輝度で明るい画像が観察可能になってきた。
また、一方では、スクリーンの軽量化の要求があり、それに伴い光拡散基板を薄型化する傾向が見られる。
特開平１０−２４６９１６号公報特開平１１−３８５１２号公報

しかし、高輝度な光源を用いたプロジェクタを用いた場合、高輝度光が投影されるため、従来のスクリーンを用いると、スクリーン中央部に強い光が集中してしまう傾向がある。このスクリーン中央部に集中した強い光は、ホットバーまたはホットバンド（以下、ホットバーと称する）と呼ばれる明るい横縞模様として見えるような好ましくない現象が発生する傾向にある。

一般的に、スクリーンでの表示映像の明るさは、スクリーンに対して法線方向で最も大きく、スクリーンに対する観察角度が大きくなる（垂直方向から外れる）ほど減少する。観察角度の変化によるスクリーンの明るさ変化が著しく大きくなると、ホットバーが生じる。このホットバーはレンチキュラーレンズを透過すると、明るさのムラが水平方向に拡げられるため、スクリーン上で明るい横縞模様として観察される。

また、上記のように高輝度光源（50ルーメン以上）を用いたプロジェクタを用いた場合、高輝度光が投影されるため、垂直方向の拡散要素として用いられる光拡散剤により、スクリーンにギラギラする微小な輝度ムラが生じるという問題が発生する。このギラギラする微小な輝度ムラは、一般的にシンチレーションと呼ばれている。

また、スクリーンを薄型化すると、拡散性を維持するため、従来のスクリーンより光拡散剤の添加量を増やす必要があり、微小なギラつきであるシンチレーションがより顕著になるいう問題がある。
このように薄型化したスクリーンでは、従来の厚さのスクリーンと比較して、光拡散基板（光拡散性シート又は光拡散層）の薄型化と、良好な拡散機能が得られにくいという問題もある。

上記のように、ＬＣＤやＤＭＤを映像表示体として用いる透過型スクリーンにおいて、高輝度で明るい画像を得る、スクリーンを軽量化するなどの要求に対して、高輝度光源を用いることで高輝度な画像が観察可能になってきたことや、軽量化のためスクリーンを薄型化することが試みられているが、スクリーンに対する観察角度変化に伴う明るさ変化が大きいホットバーが生じたり、微小なギラつきであるシンチレーションがより顕著に目立ち、観察しにくいという問題が生じていた。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、高輝度光源を用いたプロジェクタを使用したスクリーンにおいて、ホットバーが減少し、シンチレーションが緩和できる光拡散性シートおよびレンチキュラーシート、並びに画像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に係る発明としては、光透過性基板上に光拡散性微粒子を分散させた透明樹脂からなる光拡散層を設けてなる光拡散シートにおいて、前記光拡散性微粒子が球形状の有機フィラーと、不定形状の無機フィラーの混合物であり、前記有機フィラーが真球形状でかつ平均粒径が１０〜１５μｍのアクリル・スチレン共重合樹脂であり、前記無機フィラーが無定形状でありかつ平均粒子径が１５〜３０μｍの珪酸マグネシウムであることを特徴とする光拡散性シートとした。
また、請求項２に係る発明としては、請求項１に記載の光拡散性シートをレンズシートのレンズ部が形成されていない面側、または当該面側と前記レンズ部との間に配置してなることを特徴とするレンズシートとした。
また、請求項３に係る発明としては、前記レンズシートがレンチキュラーレンズシートまたはフレネルレンズシートの何れかであることを特徴とする請求項２に記載のレンズシーとした。
また、請求項４に係る発明としては、透過／非透過、もしくは透過／光分散、あるいは選択的な反射により表示画素が規定される画像表示素子に対して照明光を照射して表示画像を形成し、表示画面に表示画像を投影する画像表示装置であって、前記表示画面に請求項１乃至３の何れかに記載の光拡散性シートを単独もしくは他のレンズシートと組み合わせて配置してなることを特徴とする画像表示装置とした。

また、本発明の光拡散性シートは、有機フィラーがアクリル−スチレン共重合樹脂であり、無機フィラーが含水珪酸マグネシウム［Ｍｇ_３Ｓｉ_４Ｏ_１０（ＯＨ）_２］であることを特徴とすることもできる。

また、本発明の光拡散性シートは、有機フィラーの屈折率が、１．４９〜１．５９の範囲であり、無機フィラーの屈折率が、１．４〜１．７の範囲であることを特徴とすることもできる。

また、本発明の光拡散性シートは、透明樹脂と光拡散性微粒子との屈折率差が、０〜０．１の範囲であることを特徴とすることもできる。

また、本発明の光拡散性シートは、光拡散層の厚さが、１〜５００μｍの範囲であることを特徴とすることもできる。

また、本発明の光拡散性シートは、光拡散性微粒子の添加量が、光拡散層１００重量％において、１〜６５重量％の範囲であることを特徴とすることもできる。

本発明による光拡散性シートは、光拡散層を構成する光拡散性微粒子をある程度の範囲で制御可能な球形状の有機フィラーと、不定形状の無機フィラーとのを混合物とすることにより、高輝度光源を用いたプロジェクタを使用したスクリーンにおいて、ホットバーが減少し、シンチレーションが緩和する光拡散性スクリーンが実現できる。

図１の断面図に示すように本発明による光拡散性シート１は、光拡散性微粒子２を分散させた透明樹脂５からなる光拡散層７と、透光性基材６からなり、とくに光拡散性微粒子を球形状の有機フィラー３と、不定形状の無機フィラー４の混合としたものである。

本発明の光拡散性シート１に用いられる光拡散性微粒子２の有機フィラー３、無機フィラー４の屈折率、光拡散性微粒子２と透明樹脂５との屈折率差が下記条件を満たし、透明樹脂５への分散性に優れていることが好ましい。
具体的には、有機フィラー３の形状は球状、特に真球状であることが更に好ましく、平均粒子径は１〜３０μｍの範囲、より好ましくは１０〜１５μｍの範囲が良く、屈折率が、１．４９〜１．５９の範囲である、このような微粒子としては、具体的には、アクリル・スチレン共重合樹脂、ポリカーカーボネート、メラミン樹脂などからなる有機高分子化合物の微粒子が挙げられる。有機フィラー３による制御としては、例えば前述のメチルメタクリレートとスチレンの重合比を変化させることによる有機フィラーの屈折率のコントロールがある。
また、無機フィラー４は、不定形状であるが、レーザー回折散乱法による平均粒子径が０．１〜６０μｍ以下、より好ましくは１５〜３０μｍ程度が良く、屈折率が、１．４〜１．７の範囲である、タルク、シリカ、アルミナ、炭酸カルシウム、ガラス、ベントナイト、ゼオライト等の無機化合物の微粒子が挙げられる。
なお、不定形微粒子の生成の際、細かいメッシュで濾過させることによって、そのメッシュのサイズから、ある程度粒径の制御は可能である。さらにレーザ回折散乱法によって、平均粒子形を測定することができる。

光拡散性微粒子２の添加量は、光拡散層１００重量部に対し、１〜６５重量部の範囲、より好ましくは１０〜３０重量部の範囲が良い。
なお、無機フィラー４は、添加量を多くすることで、シンチレーションの低減は図れるが、多量の混入は、表示画面の輝度の低下や色ずれが多くなるため、添加量には注意を要する。

さらに、透明樹脂５と光拡散性微粒子２との屈折率差を０〜１の範囲、より好ましくは０〜０．１の範囲、更に好ましくは０〜０.０２の範囲で制御すると良い。

本発明による光拡散性シート１に用いられる光拡散性微粒子２を分散させる透明樹脂５は、光拡散性微粒子２との屈折率差が上記条件を満たし、透明で、光拡散微粒子２の分散性に優れ、かつ透光性基材６との密着性に優れていることが好ましい。
また、折り曲げたときに光拡散層７にクラックが発生しにくく、柔軟性が優れているとさらに好ましい。
この透明樹脂６の材質としては、上記条件を満たすものであれば特に制限はないが、例えば可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、または紫外線や電子線等のエネルギー線硬化型樹脂が挙げられる。
また、透明樹脂の厚さ、即ち光拡散層７の厚さは、コントラスト低下を防ぐため、１〜５００μｍの範囲、より好ましくは１５０〜２００μｍの範囲が良い。

本発明による光拡散性シート１の透光性基材７の材料は、透明な基材が好ましく、例えばプラスチック基材等が挙げられるが、とくに制限されるものではなく、プラスチックとしては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線や電子線等のエネルギー線硬化型樹脂が使用できる。
具体的には、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリオレフィン樹脂、トリアセチルセルロース，ブチルセルロース等のセルロース樹脂、ポリスチレン、ポリウレタン、塩化ビニル、アクリル樹脂、ポリカボネート樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。
透光性基材７の厚みは特に制限はないが、光拡散性シート１の軽量化、コストダウンの点から、好ましくは１０〜５０００μｍの範囲、より好ましくは１０００〜２５００μｍの範囲が良い。

また、光拡散層７との密着性を高めるため、透光性基材６の表面に様々な処理を施すことも可能である。処理の方法としては例えば、コロナ処理、アンカー処理、鹸化処理、シランカップリング剤による処理等が挙げられる。

次に本発明の光拡散性シート１の製造方法は、とくに限定されるものではなく、例えば、拡散剤のペレットと、透明樹脂のペレットをそれぞれ押し出し成型機により熱溶融させながら２層で押し出す方法、射出成型方法、粘着性を有する樹脂中に拡散剤を添加し基材に転写する方法などがある。

本発明の光拡散性シート１は、透明性基板６に光拡散層７を形成しているが、図３に示すように（ａ）レンチキュラーレンズ部８を有するレンチキュラーシート９、（ｂ）フレネルレンズ部１０を有するフレネルシート１１、または図示しないが全反射方式で遮光機能を有するプリズムが形成されたプリズムシートなどのレンズシート１２に直接、上記光拡散層７を形成するようにしてもよい。

以下、本発明による光拡散性シート１をレンズシート１２に組み合わせてなる透過型スクリーン１３に用いた実施例に基づき説明する。
まず、図２の画像表示装置１５に示すように映像表示体１４は液晶プロジェクタを使用し、投射された映像光を反射鏡１６、１７で反射させ、透過型スクリーン１３に入射させる構造となっている。
図４に示す透過型プロジェクションスクリーン１３は、光源側からフレネルレンズシート１１、本発明による光拡散性シート１を観察側に形成したレンチキュラーシート９からなる構成とした。

（実施例１）
光拡散層の透明樹脂は、その屈折率を光拡散性微粒子の屈折率と異なる設定しており、透明樹脂の屈折率は１．５３、材質はアクリル、スチレン共重合体であり、光拡散性微粒子は、屈折率が１．４９、平均粒子径が２０μｍのアクリル−スチレン共重合樹脂からなる有機高分子化合物である球形状の有機フィラーと、屈折率が１．５６、平均粒子径が３０μｍのケイ酸マグネシウムを主成分とするタルクからなる無機化合物である不定形状の無機フィラーとからなり、これらを下記の表１に示す添加量に基づき、それぞれ混合し、厚さ1000μｍのメチルメタクリレートとスチレンの共重合からなる光透過性基板に押し出し成型法により厚さ１５００μｍの光拡散層を形成し、光拡散性シートを得た。
これらの光拡散性シートを透過型プロジェクションスクリーンの観察側レンチキュラーシート前面に組み合わせた。
これをリアプロジェクションテレビに組み込み、映像を投影し、シンチレーションが度の程度変化するかを目視により評価した。なお、評価においては、スクリーン面のヘイズ値を一定にし、スクリーンの正面輝度を等しくした。
評価結果を表１に示す。
なお、表中◎、○、△、×はシンチレーションの発生の程度を順に示したものであり、×はシンチレーションの発生が見られたことを示している。

（実施例２）
無機フィラーを屈折率１．５６、平均粒子経、約φ２０μmの不定形状のアルミナとした以外以外は、実施例１と同様に光拡散性シートを作成し評価した。
評価結果を表２に示す。

（比較例）
比較例として、透明樹脂にアクリル−スチレン共重合体（屈折率１．４９〜１．５９）を、拡散粒子に実施例と同等の有機フィラー（屈折率１．４９〜１．５９、粒径１〜３０μｍ、１０％程度））のみを用い、実施例１と同様に光拡散性シートを作成し評価した。

表１、２の結果から、本発明による光拡散性シートは、比較例のシートと比べて、シンチレーションが緩和され、これによれば有機フィラーと無機フィラーの添加量の比率によってシンチレーションの出現率が変化することが確認された。

本発明による光拡散性シートは、透光性基材上に、球形状の有機フィラーと不定形状の向きフィラーとの混合物からなる光拡散性微粒子を分散させた透明樹脂からなる光拡散層とすることにより、スクリーン全体で広範囲の明るさが維持することができ、シンチレーションの発生を抑えることができた。

本発明の光拡散性シートの一例を示す断面図である。本発明の光拡散性シートを有する画像表示装置の概略断面説明図である。本発明の光拡散性シートを有するレンズシートの概略断面図である。本発明の光拡散性シートを有する透過型プロジェクションスクリーンの概略断面説明図である。

符号の説明

１ … 光拡散性シート
２ … 光拡散性微粒子
３ … 有機フィラー
４ … 無機フィラー
５ … 透明樹脂
６ … 透光性基材
７ … 光拡散層
８ … レンチキュラーレンズ部
９ … レンチキュラーシート
１０… フレネルレンズ部
１１… フレネルレンズシート
１２… レンズシート
１３… 透過型プロジェクションスクリーン
１４… 映像表示体
１５… 画像表示装置
１６… 反射鏡
１７… 反射鏡

Claims

光透過性基板上に光拡散性微粒子を分散させた透明樹脂からなる光拡散層を設けてなる光拡散シートにおいて、前記光拡散性微粒子が球形状の有機フィラーと、不定形状の無機フィラーの混合物であり、
前記有機フィラーが真球形状でかつ平均粒径が１０〜１５μｍのアクリル・スチレン共重合樹脂であり、前記無機フィラーが無定形状でありかつ平均粒子径が１５〜３０μｍの珪酸マグネシウムであることを特徴とする光拡散性シート。
請求項１に記載の光拡散性シートをレンズシートのレンズ部が形成されていない面側、または当該面側と前記レンズ部との間に配置してなることを特徴とするレンズシート。
前記レンズシートがレンチキュラーレンズシートまたはフレネルレンズシートの何れかであることを特徴とする請求項２に記載のレンズシート。
透過／非透過、もしくは透過／光分散、あるいは選択的な反射により表示画素が規定される画像表示素子に対して照明光を照射して表示画像を形成し、表示画面に表示画像を投影する画像表示装置であって、前記表示画面に請求項１乃至３の何れかに記載の光拡散性シートを単独もしくは他のレンズシートと組み合わせて配置してなることを特徴とする画像表示装置。