JP3682180B2

JP3682180B2 - 投射型スクリーン

Info

Publication number: JP3682180B2
Application number: JP11101299A
Authority: JP
Inventors: 尚浩橋本; 久幸三原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2005-08-10
Anticipated expiration: 2019-04-19
Also published as: JP2000305179A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、背面投射型プロジェクションテレビに用いられる投射型スクリーンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶リア型プロジェクションテレビで一般的に使われているスクリーンはＴｉｎｔ（ティント）付片面レンチキュラースクリーンタイプとブラックストライプ付両面レンチキュラースクリーンタイプの２種類があり、以下それぞれを説明する。
【０００３】
Ｔｉｎｔ付片面レンチキュラースクリーンタイプの一例を説明する。
【０００４】
図９（ａ）は背面投射型表示装置の上面図であり、投射レンズ１０１からある角度をもった光が出射され、この光はフレーネルシート１０２によって平行光に変えられ、片面レンチキュラー１０３に入射し、拡散して出射する。次にこの光はＴｉｎｔ（ティント）層１０６を通り、ある一定の視野角を持った光１０４となって出射する。この光がユーザーの目に映像となって映し出される。図９（ｂ）は片面レンチキュラーシート１０３の斜視図、図９（ｃ）は片面レンチキュラーシート１０３の断面図である。
【０００５】
従来の片面レンチキュラーシートの形状は、斜視図の様に、光入射面側に凸（又はかまぼこ）形状のレンズがユーザーの目に対して縦方向（ストライプ形状）に形成された形である。また、片面レンチキュラーシートは、その内部に拡散剤が混入された樹脂層である。平行光の入射光が凸レンズ部に入射すると、この光は拡散剤で拡散され、ある視野角特性を持った光として出射される。
【０００６】
ここで、凸レンズは水平方向の視野角特性を制御するものであり、垂直の視野角は拡散剤による拡散制御に依存している。
【０００７】
図１０（ａ）は、ブラックストライプ付両面レンチキュラースクリーンタイプの上面図である。
【０００８】
投射レンズ１０１からある角度をもった光が出射され、この光はフレーネルシート１０２によって平行光に変えられ両面レンチキュラーシート１２０に入射する。このシート１２０では光が拡散され、ある一定の視野角を持った光１０４の映像となってユーザーの目に映し出される。図１０（ｂ）は両面レンチキュラーシート１２０の斜視図、図１０（ｃ）は断面図である。ブラックストライプ部（遮光層）１３０は外光の反射を抑圧することによって映像におけるコントラストを高めている。
【０００９】
上記両面レンチキュラーシート１２０は斜視図の様に両面に凸状のレンズを有し、このレンズ部はユーザーの目に対して縦方向（ストライプ形状）になっている。光出射面のレンズの間にはブラックストライプ部（遮光層）が形成されている。断面構造は、図１０（ｃ）に示すように、透明油脂層１１７と、拡散剤入りの樹脂層１１８と、ブラックストライプ部（遮光層）１３０からなる。平行な光１１６が入射光として凸レンズ部に入射し、レンチキュラーシート１２０内で焦点を結び、出射側の凸レンズの拡散剤入り樹脂層１１８で拡散される。
【００１０】
ここで入射側の凸レンズは出射側の凸レンズに比べて大きい形状になっているが、これは出射側に外光反射を抑圧させるためのブラックストライプ（遮光層）１３０を設けるとともに、同時に光効率を劣化させない機能を得るためである。また、両面の凸レンズは水平方向の視野角特性を制御するものであり、垂直方向の視野角特性は拡散剤入り樹脂層１１８に依存している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した様に、従来の片面レンチキュラースクリーンとブラックストライプ付レンチキュラースクリーンとは、共にユーザー側から見て縦方向（ストライプ形状）にレンズが形成されているが、このレンズ効果は水平視野角特性だけを制御するものであり、垂直方向の視野角を制御するものでない。よって垂直方向の視野角は、拡散剤だけで制御することになり、その視野角が非常に狭い。
【００１２】
その他、片面レンチキュラースクリーンだけの特有の問題点としては、外光の反射を抑圧させるためにＴｉｎｔ（ティント）層が形成されており、入射光に対して出射光の光透過効率を悪化させる。
【００１３】
そこでこの発明は、広視野角、視野角制御、高光透過効率、高輝度、高コントラスト（低外光反射率）な投射型スクリーンを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明では、光が投写される投写型スクリーンを備える投写型ディスプレイ装置において、光源から出力された光を受光し、前記投写型スクリーンに向けて投写光を投写する投写レンズと、前記投写レンズから投写された光が入射される入射面と、前記入射面に入射された光を受けて反射する反射鏡と、前記反射鏡で反射された光を出射する出射面とを備える投写型スクリーンを備え、前記投写型スクリーンは前記入射面に入射される光の面積が、前記出射面の面積よりも大きく、前記入射面の外周と前記出射面の外周との間の空間を囲む内面が前記反射鏡で形成されたカライドスコープを有し、このカライドスコープは大きさの異なる複数のものが平面上に並べられ、分布していることを特徴とする。
【００１５】
上記カライドスクリーンを設けることにより、広視野角特性、視野角制御、高輝度を実現することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、この発明の第１の実施の形態に係る投射型スクリーン１の概略構成を示す図である。
【００１８】
すなわち、この投射型スクリーン１は、投射レンズ２から出射された光を光軸に対して平行に近い光に変えるフレーネルスクリーン３と、このフレーネルスクリーン４を通過した光をその最大入射角度以上の発散角をもった光として出射させるカライドスクリーン４と、このカライドスクリーン４から出射した光を映像表示させるための拡散剤（拡散部材）５と、低外光反射（高コントラスト）特性を得るための遮光層６から構成されている。
【００１９】
なお、この明細書では、後述するカライドスコープを配列して構成されたスクリーンを、カライドスクリーンと称している。このカライドスクリーン４の材質として、例えば、透明な合成樹脂が用いられる。
【００２０】
図２は、上記カライドスクリーン４の斜視図であり、図３は、このカライドスクリーン４に含まれるカライドスコープ７の１つを取り出して概略的に示す図である。
【００２１】
すなわち、カライドスクリーン４には、カライドスコープ（万華鏡）７が平面状に複数個埋設されている。そして、このカライドスコープ７は、任意のアスペクト比を有する四角形を入射面８とし、この入射面８より小さな面積で且つ等しいアスペクト比を有する四角形を出射面９とし、入射面８の周囲と出射面９の周囲の空間が、例えばミラー（ガイドスコープ）１０で囲まれた構成となっている。
【００２２】
上記のように、この構成の基本は、入射面８は、出射面９の方向の何れの断面方向についても大きな形状であり、且つこの入射面８の外周付近と出射面９の外周付近より形成される任意空間を反射鏡で囲むミラー１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、つまりカライドスコープ７構造となっている。つまり、上下、左右のミラー１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄによりカライドスコープ７が構成されている。
【００２３】
よって、カライドスクリーン４に埋設された上記複数のカライドスコープ７の入射面８及び出射面９は、それぞれ開口している。
【００２４】
図４（Ａ）は、遮光層６が形成されたカライドスクリーン４の斜視図を示す図であり一部分を取り出して示している。図４（Ｂ）は、このカライドスクリーン４の入射面側から見た正面図であり、図４（Ｃ）は、このカライドスクリーン４の出射面側から見た正面図である。
【００２５】
すなわち、カライドスコープ７が複数個埋設されたカライドスクリーン４の出射面９側には、遮光層６が形成されている。この遮光層６は、図で示したように複数のカライドスコープ７の出射面９（開口部）を除く部分に形成される。この遮光層６が形成されないカライドスコープ７の出射面９に対応する部分には、図１に示すように、出射面９から出射した光を拡散させ、映像を表示させるための拡散剤５が形成される。
【００２６】
上記したように、カライドスコープ７が複数個２次元配列されているカライドスクリーン４の出射面以外の部分に遮光層６を形成することにより、低外光反射（高コントラスト）特性を得ることができ、環境光が気にならないスクリーンを提供できる。
【００２７】
また、上記したように、カライドスコープ７が複数個埋設されているカライドスクリーン４の出射面の部分だけに拡散剤５を形成することにより、高光透過効率、低外光反射（高コントラスト）特性を得ることができる。
【００２８】
次に、本発明の投射スクリーンにおけるカライドスクリーン４の構造の必要性と構成原理を図５に示すカライドスコープ７の垂直方向の断面図を用いて説明する。
【００２９】
すなわち、入射面８のサイズを「ａ」、出射面９のサイズを「ｂ」、入射面８から出射面９の距離を「ｄ」とし、入射面８端から出射面９端をミラー１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄにて隙間無く囲むものとする。また、ミラー１０ａ、１０ｂの延長線上の交点を「Ｏ」、入射面８から交点「Ｏ」までの距離を「Ｌ」、ミラー１０ａ、１０ｂの対光軸角を「φ」、投射レンズから入射する光の光軸に対する入射角を「θｔ」、この光がミラー１０ａ、１０ｂに反射する回数を「ｎ」、出射面９から出射する光の光軸に対する出射角を「θｏ」とすると、以下の式が成立する。
【００３０】
θｏ＝θｔ＋２ｎφ（ただし、θ o＜９０度）…（１）
φ＝ｔａｎ^−１｛（ｂ−ａ）／２ｄ｝ …（２）
Ｌ＝ｄ×ｂ／（ｂ−ａ） …（３）
例えば、投射レンズからあるＦ値をもつ光が光軸に対してθｔの角度で入射したとき、図で示すようにミラー１０ｂに一回反射して出射面９からθｏの角度で出射する。
【００３１】
この時、上記（１）式より、常にθｔ＜θｏが成り立つ。よって、上記した構成を有するカライドスコープ７の入射面８に入射する入射光の光軸に対する入射角は、出射面９から出射する出射光の光軸に対する出射角より小さくなる、すなわち、出射角が入射角より大きくなるので、垂直方向の視野角を広げることができる。
【００３２】
なお、上記した説明は、垂直方向の断面図を示す図５をもとにしたものであるが、水平方向の断面図も図５と同様であるので、水平方向の視野角も広げることができる。
【００３３】
また、ａ、ｂ、ｄ、φ、を適切に設定することで、水平方向及び垂直方向の視野角の制御を行うことができる。
【００３４】
すなわち、上記したカライドスクリーン４により、水平方向及び垂直方向に対する広視野角特性を得ることができる。また、カライドスクリーン４に含まれるカライドスコープ７の形状を変えることにより、水平方向及び垂直方向の視野角の制御を行うことができる。
【００３５】
また、入射面８のサイズ「ａ」と出射面９のサイズ「ｂ」との関係は、ａ＞ｂであるので、入射面８及び出射面９の開口率を下げることなく出射面９から出射させることができ、低外光反射（高コントラスト）効果を出すための遮光層を形成することができる。
【００３６】
次に、図６に示すカライドスコープ７の断面図を用いて説明する。
【００３７】
例えば、図６で示すように、投射レンズからあるＦ値をもつ光がＭ点、Ｒ点に光軸に対してそれぞれθｔ、θ’ｔ（θｔ＝θ’ｔ）の入射角で入射する場合を考える。
【００３８】
Ｍ点へ入射した入射光は、ミラー反射を１回して光軸に対してθｏの出射角で出射する。一方、Ｒ点へ入射した入射光は、ミラー反射を２回して光軸に対してθ’ｔの出射角で出射する。この際、θｏとθ’ｏの関係は、θｏ＜θ’ｏとなる。
【００３９】
よって、入射面に投射レンズから均等なＦ値で入射した光はミラー端に入る光（Ｒ点への入射光）が、出射面最大角度になる。この最大角度は、入射角θｔおよびａ、ｂ、ｄ、φで最大出射角度θｏが決まる。
【００４０】
なお、上記カライドスコープ７は、θ’ｏ＜９０度となるようにａ、ｂ、ｄ、φを設定するものとする。
【００４１】
上記カライドスコープ７の入射面８のサイズ「ａ」と出射面９のサイズ「ｂ」との関係は、ａ＞ｂであるので、上記カライドスクリーン４を用いることにより、高輝度を得ることができる。
【００４２】
本実施の形態においては、カライドスコープ７の入射面８及び出射面９は等しいアスペクト比を有する四角形としているが、例えば、入射面と出射面とを正方形（よって、入射面と出射面は相似形）とし、且つ、入射角度が入射面内全てにおいて同一である条件下では、水平及び垂直の最大視野角は同一となる。
【００４３】
ここで、上記同様、入射角度が入射面内全てにおいて同一である条件の下で、ｄを同一とし、ａ、ｂ、φを変え、さらに入射面と出射面を相似形でない構成（非相似形）とした場合、出射角度は水平及び垂直方向の角度が異なったものとなる。
【００４４】
よって、入射面と出射面を相似形としなかったり、ａ、ｂ、ｄ、φを適切に設定したりすることで、水平視野角差と垂直視野角差を制御することができる。
【００４５】
また、大きさ、形状の異なるカライドスコープ７をカライドスクリーン４内に適切に分布させることで、水平視野角差と垂直視野角差をより細かく制御することができ、また、光量の均一性を制御できる。
【００４６】
なお、上記第１の実施の形態では、拡散剤５は、カライドスコープ７の出射面９のみに形成するものとしているが、図７に示すように遮光層６全面に拡散剤５を拡散シート５ａとして形成するようにしても同様に実施できる。
【００４７】
また、上記第１の実施の形態では、カライドスコープ７の入射面８及び出射面９の形状は、四角形としているが、最も有効な視野角配光特性を得るために、図８に示すように六角形、菱形の配列、または、何れの組み合わせ配列にても同様に実施できる。この実施の形態によると、視野角特性をより細かくコントロールすることができる。
【００４８】
図８（Ａ）は、六角形の入射面と出射面を有するカライドスコープ７Ａを２次元配列した例、図８（Ｂ）は、菱形の入射面と出射面を有するカライドスコープ７Ｂを２次元配列した例、図８（Ｃ）は、六角形のカライドスコープ７Ａと菱形のカライドスコープ７Ｂとを２次元配列した例である。
【００４９】
また、大きさ、形状の異なるカライドスコープ７をカライドスクリーン４内に適切に分布させたり、大きさ、形状の異なるカライドスコープ７の配列を適切に組み合わせることで、視野角特性をより細かくコントロールすることができ、また、光量の均一性を制御できる。
【００５０】
なお、上記実施の形態では、遮光層５を形成するものとしているが、カライドスクリーン４の材質を黒または非透光性の材質とすると遮光層を形成する必要はない。
【００５１】
次に、カライドスクリーンの製造方法の一例を述べる。合成樹脂のシートに、例えば、プレスあるいはエッチング加工を施し、上記したカライドスコープ７の形状の穴を複数個形成する。そして、そのそれぞれの内面にアルミなどを蒸着させることで、ミラーを形成するものとする。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、広視野角特性、視野角制御、高輝度、高光透過効率、高コントラスト（低外光反射率）を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態における投射型スクリーンの概略図。
【図２】投射型スクリーンを構成するカライドスクリーンの斜視図。
【図３】カライドスコープの概略図。
【図４】遮光層が形成されたカライドスクリーンの斜視図と、遮光層が形成されたカライドスクリーンの入射面側及び出射面側を示す図。
【図５】カライドスコープの断面図。
【図６】同じくカライドスコープの断面図。
【図７】本発明の他の実施の形態における投射型スクリーンの概略図。
【図８】本発明の投射型スクリーンに係るカライドスクリーンの他の実施の形態を示す図。
【図９】従来の投射型スクリーンの概略図。
【図１０】同じく従来の投射型スクリーンの概略図。
【符号の説明】
３…フレーネルスクリーン、４…カライドスクリーン、５…遮光層、６…拡散剤、７…カライドスコープ、８…入射面、９…出射面、１０…ミラー。

Claims

光が投写される投写型スクリーンを備える投写型ディスプレイ装置において、
光源から出力された光を受光し、前記投写型スクリーンに向けて投写光を投写する投写レンズと、
前記投写レンズから投写された光が入射される入射面と、
前記入射面に入射された光を受けて反射する反射鏡と、
前記反射鏡で反射された光を出射する出射面とを備える投写型スクリーンを備え、
前記投写型スクリーンは前記入射面に入射される光の面積が、前記出射面の面積よりも大きく、前記入射面の外周と前記出射面の外周との間の空間を囲む内面が前記反射鏡で形成されたカライドスコープを有し、このカライドスコープは大きさの異なる複数のものが平面上に並べられ、分布していることを特徴とする投写型ディスプレイ装置。
上記カライドスコープの入射面と出射面とが略相似形であることを特徴とする請求項１記載の投写型ディスプレイ装置。
上記カライドスコープの入射面と出射面とが非相似形であることを特徴とする請求項１記載の投写型ディスプレイ装置。
上記カライドスコープの出射面である開口周囲のスクリーン領域は、遮光層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の投写型ディスプレイ装置。
前記カライドスコープの出射面の開口部のみ又は前記出射面側の前記スクリーンの全体に、光の拡散部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の投写型ディスプレイ装置。
前記スクリーンに大きさの異なる前記カライドスコープが分布し、スクリーンの視野角特性が調整されていることを特徴とする請求項１記載の投写型ディスプレイ装置。