JP3849531B2 - プロジェクションスクリーンとそれを搭載した表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレネルレンズシートと組み合わせて、透過型(リア型)プロジェクションテレビに使用する透過型プロジェクションスクリーンの改良に関する。
本発明による透過型プロジェクションスクリーンは、特にLCD(液晶表示装置)やDMD(Digital−Micromirror−Device;テキサスインスツルメンツ社の登録商標)などのようなセル構造を有するプロジェクタからの画像を投影する方式のプロジェクションテレビ用のスクリーン(以下、プロジェクションスクリーンと称する)に好適である。
【0002】
【従来の技術】
プロジェクションスクリーン(透過型スクリーンと同義であり、以後混在して用いることもある)は、一般にフレネルレンズシートとレンチキュラーシートとの組み合わせからなり、そのレンチキュラーシートは、両面に凸シリンドリカルレンズ面が形成され、片面(映像光の出射側)の各シリンドリカルレンズの境界部には突起が形成され、突起の上部には遮光層(光吸収性を有する黒色ストライプ)が形成された構成であるのが一般的である。(図示せず)
【0003】
表裏に凸シリンドリカルレンズ面が形成されているのは、プロジェクタ(光源)が3管式(左右に3台並んでいる)のCRT方式の場合、それぞれの色(R,G,B)の投影光がレンチキュラーシートに対して異なる角度で入射するため、フルカラーの映像光として出射する際に、色毎に微妙にずれた角度で出射する現象であるカラーシフトを防ぐ目的で、表裏のレンズの相乗効果によって3色のズレを補正する必要があるためである。
【0004】
近年、液晶プロジェクションテレビが普及し、その映像を観察するためのプロジェクションスクリーンが要求されている。
液晶プロジェクションテレビでは、1台のプロジェクタ(光源)からの映像光を、ミラーを介して透過型スクリーンに投影し、観察者は、スクリーンを通して投影画像を鑑賞する。
1台のプロジェクタからフルカラーの映像光が投影されるため、前述したように、出射光の角度を色毎に補正する必要はなく、レンチキュラーシートには表裏に凸シリンドリカルレンズ面が形成される必要はなく、片面のみで良い。
【0005】
映像画質の高精細化に伴い、液晶プロジェクターの画素数も増大(従来の数十万画素から100万画素以上に)していることから、レンチキュラーシートに対してもシリンドリカルレンズのファインピッチ化が要求されている。ファインピッチ化によって、液晶プロジェクターからの投影画素の周期性(現状、1mm弱程度)とシリンドリカルレンズの周期性に起因するモアレの現象が低減される。
具体的には、現状の0.7mm前後から、0.3mm以下のファインピッチ化が要求されている。
【0006】
レンチキュラーシートは、透明な熱可塑性樹脂シートに対してプレス成型を行なったり、溶融押し出しと同時に両面成型を行なうことにより得られているのが現状であるが、熱可塑性樹脂に対する各種の成型法では、上記のファインピッチ化が非常に困難である。その理由は、熱成型後の冷却時に温度の不均一が生じ、成型物に反りが発生したり、熱収縮の不均一が発生するというプラスチック特有の熱戻り現象に起因するためである。
【0007】
ファインピッチなレンズシートを成型するのに好適な製造方法として、放射線(紫外線または電子線)硬化性樹脂を用いた各種の成型方法が公知である。
【0008】
また、種々の手法により成型されたレンチキュラーシートをスクリーンとして使用する際に、コントラストを向上させるために、レンチキュラーシートからの映像光の出射側に、入射側レンズの非集光部に相当する箇所に、ストライプ状の遮光性パターン(以下、ブラック・ストライプ=BSと称する)を形成することが行なわれている。
BSの形成方法としては、オフセット,グラビア,スクリーンなどの各種印刷法が慣用的に用いられているが、印刷法では、画線部が光吸収部となるような位置精度の高い印刷版の作製を要し、シリンドリカルレンズがファインピッチ化したり、レンチキュラーシートが大型化すると、印刷版の作製および見当合わせ(位置合わせ)が一層困難となる。
【0009】
印刷法以外の遮光パターンの形成方法として、BSの形成される突起のないレンズシートであっても、印刷版を要することなく、レンズシートの背面に確実な位置精度でBSを形成する方法として、感光性樹脂を利用してレンズ自体の集光特性に応じた非集光位置にBSを形成するという所謂「セルフアライメント法」が公知である。
【0010】
映像のコントラストは、画面上の「明輝度/暗輝度」で表される。
すなわち、プロジェクターからの投影光の輝度を上げる(分子を大きくする)には光源の限界があり、画面上の暗い箇所の輝度を下げる(分母を小さくする)ことが、コントラストを高く(良好に)する効果的な手法である。
【0011】
既存の透過型スクリーン用のレンチキュラーシートでは、BSの占める面積として、およそ「60%〜70%」の範囲の値が採用されている。
言うまでもなく、BSが60%〜70%であると、レンチキュラーシートが光を透過する開口部の面積は、40%〜30%の開口率となる。
【0012】
一方、液晶プロジェクションテレビでは、レンズシートだけでなく光拡散層に対する要求も、CRT方式に比較して特異性を持つことが知られている。
【0013】
液晶透過型プロジェクションテレビは、投影レンズの投射瞳の径が小さいため、CRT透過型プロジェクションテレビに比較して、プロジェクターからの入射光の輝度が局所的に高くなる現象(ホットスポット)、シリンドリカルレンズの並設方向に縞状に明るく見える現象(ホットバー)、投影画像内に視覚される不要なちらつきの現象(シンチレーション)が発生しやすい。
【0014】
前記のホットバーを解消するためには、光拡散性を高くする必要があり、1つの方法として、光拡散層の厚みを厚くすることにより解決することができる。
【0015】
一方、高精細化の映像画質を得るためには、投射映像光をスクリーン上で結像する際、解像度の低下を招かない程度に、光拡散層の厚みをできるだけ薄くすることが求められ、前述のホットバーの解決と相反する解決を求められている。
【0016】
そのため従来は、フレネルレンズ側とレンチキュラーシート側の双方に光拡散性微粒子を分散してなる光拡散層を具備させ、双方の光拡散性を制御して、ホットバー,シンチレーション,解像度および表示輝度を考慮して、総合的な映像のバランスをとっている。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
表示映像光を、水平および垂直方向に渡って好適な範囲に広げるには、一般的には、水平方向にはレンチキュラーシートのレンズ機能を用い、垂直方向には光拡散剤を含む光拡散層の機能を用いているが、光拡散剤の過剰な混入は、光拡散層のコストアップだけでなく、表示映像光の透過率を落とし、輝度低下を招くことになる。
垂直方向にも、レンチキュラーシートのレンズ機能を用いて表示映像光を広げる際には、一般的に光拡散剤を含む光拡散層の機能よりもダイナミックであるため、垂直方向の視点移動に対しては、徐々にではなく急激な輝度変化を伴ってしまい、スクリーンとしての視覚上好ましくない。
【0018】
本発明は、水平および垂直方向に渡って表示映像光を好適な範囲に広げる上で、光拡散剤を過剰に用いることなく、レンチキュラーシートのレンズ機能を用いて光拡散層に近い光学特性で表示映像光の出射範囲を制御できるような透過型スクリーン(および、それを用いたディスプレイ)を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項1の発明は、
表示光の投射側から、フレネルレンズシート,凸シリンドリカルレンズが第1の方向に並設されてなる第1レンチキュラーシート,凸シリンドリカルレンズが前記第1の方向と直交する第2の方向に並設されてなる第2レンチキュラーシートが、この順に配置された構成のプロジェクションスクリーンにおいて、
前記第1および第2レンチキュラーシートは、表示光の投射側にあたる片面のみに凸シリンドリカルレンズ群が形成され、他面はレンズ部が形成されていない平坦面であり、
それぞれのレンチキュラーシートには、凸シリンドリカルレンズの非集光部に相当する位置にストライプ状の遮光パターンが形成されており、それぞれが遮光パターンの形成された側を観察者側として配置され、前記遮光パターン上に光拡散性微粒子を分散してなる光拡散層を積層した構成であり、
第1レンチキュラーシート側の光拡散層は、拡散透過率(ヘイズ値)が0〜30%であり、
第2レンチキュラーシート側の光拡散層は、拡散透過率(ヘイズ値)が70〜95%であり、
前記スクリーンを通過した光線を、第1レンチキュラーシートの凸シリンドリカルレンズ群の並設方向について測定した場合、その輝度が低下する半値角度が10°を超える値であることを特徴とするプロジェクションスクリーンである。
【0020】
透過型スクリーンでレンチキュラーシートの果たす役割は、投影される映像光が明るく視覚される方向や範囲(以後、視域と称する)を制御することにある。
凸シリンドリカルレンズが左右(水平)に並設される場合は、スクリーン前面の観察者にとって、左右(水平)に視域を拡げることになるが、上下(垂直)にも視域を拡げる場合には、凸シリンドリカルレンズが上下(垂直)に並設されたレンチキュラーシートを併用することが好ましい。
本発明の構成により、左右(水平)・上下(垂直)の2方向に視域を拡げると共に、表示映像光の出射範囲やコントラストを厳密に制御することが容易となる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明による透過型スクリーンを示す説明図であり、投射側(プロジェクタ側)から、基板91の片面にレンズ部95を形成してなるフレネルレンズシート90,基板81の片面(フレネルレンズシート90側)に凸シリンドリカルレンズ部85が第1の方向に並設されてなる第1レンチキュラーシート80,基板71の片面(第1レンチキュラーシート80側)に凸シリンドリカルレンズ部75が第1の方向に並設されてなる第2レンチキュラーシート70,が配置された構成であり、
前記第1,第2のレンチキュラーシートには、凸シリンドリカルレンズの非集光部に相当する位置にストライプ状の遮光パターンが形成されており、それぞれが遮光性パターンの形成された側を観察者側として配置されている。
【0022】
紫外線(電子線)硬化性樹脂からなるファインピッチなレンズ部(凸シリンドリカルレンズ群あるいは、フレネルレンズ)を並設したレンズシートを得る場合、基材となるシート(フィルム)の片面に、2P法(Photo-polymer法)と呼ばれる既知の手法により、レンズ部を形成する。
【0023】
ここで、基材となるシート(フィルム)としては、アクリル樹脂,ポリカーボネート樹脂,ポリエステル樹脂,ポリスチレン樹脂,ポリオレフィン樹脂,塩化ビニル樹脂,ポリイミド樹脂,などから選択される少なくとも1種類以上の樹脂(または、共重合体)からなるシート(フィルム)が好適であるが、生産性やコストの点から、0.05〜0.5mm厚のポリエステル樹脂やポリカーボネート樹脂が好ましい。
【0024】
前記第1,第2のレンチキュラーシートでは、非レンズ部側の平坦面には、凸シリンドリカルレンズ群の非集光部に相当する位置にBSが形成される。
ファインピッチな凸シリンドリカルレンズ群であろうと、特開昭59−121033号公報に例示されるような上述のセルフアライメント法によって、凸シリンドリカルレンズ群の非集光部に相当する位置に、正確にBSを形成することが可能である。
【0025】
レンチキュラーシートの開口率を左右する「BSの線幅」については、BSの形成箇所/非形成箇所を規定することになるポジ型感光性粘着剤の露光方法(露光時間や、光線の照射角度などにより)の調節により、制御が可能である。
【0026】
用いられるポジ型感光性粘着剤(感光することで粘着性が消失し、非露光部が粘着性である特性)のうち、紫外線フォトポリマーであるクロマリンフィルム(商品名;デュポン製)が上記特性を顕著に示すため、BSの形成の上で好適である。
クロマリンフィルムを用いた上記の工程では、露光量(露光強度×露光時間)の増大に従い、感光部分(硬化部分)が集光部分の中心から拡がるため、露光量に応じて粘着部(BSの線幅)を調整することも可能である。
【0027】
左右/上下の両方向に並設するストライプ(最終的には、格子状)を形成する場合、少なくとも何れか一方向の線幅(あるいは、ピッチ)を調整して、最終的なレンチキュラーシートの開口率が、適宜に制御される。
開口率は、慣用的な30%程度が好ましい。
【0028】
上記の第1,第2の方向は、左右(水平),上下(垂直)の組み合わせであれば、順序に制約を受けるものではない。
本実施形態の場合は、第1,第2のレンチキュラーシートそれぞれのBSは、凸シリンドリカルレンズの非集光部に相当する位置に形成される必要がある。
【0029】
本発明の場合は、第1のレンチキュラーシートに形成されるBSは、第2のレンチキュラーシートを通して観察者に視覚されるため、第2のレンチキュラーシートのシリンドリカルレンズによる屈折の影響を多少受ける。
単純に、第1・第2のレンチキュラーシートのBS率が共に50%であると、最終的な開口率は25%となり、BS率は75%となる。
第1・第2のレンチキュラーシートのBS率を制御することで、最終的なBS率を70%以上とすることが好ましい。
【0030】
レンズ部をファインピッチにすると、焦点距離が短くなり、レンズシート全体としては薄くなるため、レンズシートの剛性は不十分になる。
スクリーンとして表示装置に装着する上では、剛性の欠如は好ましくないため、平坦面(非レンズ部側)にBSを形成した後、レンズシート(レンチキュラーシート)に別部材を積層して剛性を付与しても良い。
この場合、剛性を付与するための層として、光拡散剤を分散してなる光拡散シートを、粘着剤を介するなどして積層すると、表示映像光の視域拡大や投射映像光をスクリーン上で結像させる機能をも併せ持たせることができる。(同図では、別部材の積層については、図示していない)
【0031】
第1,第2レンチキュラーシートの双方に、上記光拡散シートを積層する場合、それぞれの光拡散度(JIS規格で「ヘイズ=拡散透過率」と定められている)は、以下の関係であることが好ましい。
【0032】
第1レンチキュラーシート側の光拡散層のヘイズ値を高くすると、第2レンチキュラーシートに入射する映像光に拡散成分が多くなり、第2レンチキュラーシートを通過する際、第2レンチキュラーシート側のBSで遮られてしまう(出射せず、損失となる)ため、表示映像光の損失を少なくする上では、光拡散層のヘイズ値は、第2レンチキュラーシート側が高いことが好ましい。
【0033】
スクリーン全体としては、ヘイズ値は80%以上必要であり、第2レンチキュラーシート側のヘイズが70%の時には、第1レンチキュラーシート側のヘイズは、30%は必要になる。
実験による結果、第1レンチキュラーシート側の光拡散層は、ヘイズが0〜30%であり、第2レンチキュラーシート側の光拡散層は、ヘイズが70〜95%であり、前記の範囲内で組み合わせることが好ましいことが確認された。
【0034】
【実施例】
以下、本発明による透過型スクリーンの実施例・比較例について説明する。
実施例1,2は、投射側(プロジェクタ側)から、フレネルレンズシート,第1レンチキュラーシート,第2レンチキュラーシートの順に配置された、図1に示した構成のスクリーンである。
比較例は、実施例1,2から第1レンチキュラーシートを省略した構成のスクリーンである。
【0035】
実施例1,2において、第1レンチキュラーシートは、垂直方向に光を拡散する構成(すなわち、シリンドリカルレンズが垂直方向に並設された構成)であり、V(=Vertical)レンチと称することとする。
対称的に、水平方向に光を拡散するレンズ部を備えるレンチキュラーシートをH(=Horizontal)レンチと称することとする。
【0036】
実施例1,2においては、フレネルレンズ単体によるヘイズは0%(すなわち、レンズシートを構成する基板は透明であり、拡散剤の混入はない)であり、第2レンチキュラーシート(=Hレンチ)単体によるヘイズは85%である。
実施例1と2では、第1レンチキュラーシート(=Vレンチ)のレンズ形状などの設計変更による光学特性を変えている。
比較例では、フレネルレンズ単体によるヘイズは70%であり、Hレンチ単体によるヘイズは85%である。
【0037】
【表1】
【0038】
上記表1によれば、スクリーンを構成するレンズシートが1枚多い実施例1,2では、投射映像光の減衰などの影響により、中心部での明るさは、比較例に比べて落ちるが、表示映像光の視野角特性を表すα,β,γ,δの角度(それぞれ、正面での輝度が、1/2,1/3,1/10,1/20に低下する場合の、正面方向からずれた角度。垂直方向,水平方向については、それぞれ添字でV,Hを付す)を比較すると、水平方向については、実施例・比較例共にHレンチを備えているため、差は少ないが、垂直方向については、特に、正面での輝度が半減するαVが、比較例は10°と小さく、肉眼での観察では、上下方向での僅かな視点移動についても、急激な輝度低下として感じられることになる。
観察者が視点移動に伴って最も輝度の変化を実感するのは、α角度に依存する場合が多く、α角度としては、10°を超えることが要求されている。
【0039】
【表2】
【0040】
また、上記表2によれば、明室(200Lux),暗室(0Lux)におけるコントラストおよび外光反射においては、実施例1,2の方が、コントラストが高く外光反射が少ない測定結果となっている。
【0041】
【発明の効果】
本発明により、水平および垂直方向に渡って表示映像光を好適な範囲に広げる上で、光拡散剤を過剰に用いることなく、レンチキュラーシートのレンズ機能を用いて光拡散層に近い光学特性(すなわち、視点移動に伴い、なだらかに輝度が低下する)で表示映像光の出射範囲を制御できるような透過型スクリーン(および、それを用いたディスプレイ)が提供される。
また、それぞれにBSを有するHレンチとVレンチを備える構成であるので、透過型スクリーン用レンチキュラーシートのシリンドリカルレンズが、如何にファインピッチ化されようと、レンチキュラーシートの開口率(言い換えれば、BSによる遮光率)の厳密な制御が容易であり、視覚される映像のコントラストの厳密な制御でさえ容易となる。
【0042】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるプロジェクションスクリーンの構成の一例を示す説明図。
【符号の説明】
70…第2レンチキュラーシート
80…第1レンチキュラーシート
90…フレネルレンズシート
71,81,91…基板
75,85,95…レンズ部
Claims (1)
- 表示光の投射側から、フレネルレンズシート,凸シリンドリカルレンズが第1の方向に並設されてなる第1レンチキュラーシート,凸シリンドリカルレンズが前記第1の方向と直交する第2の方向に並設されてなる第2レンチキュラーシートが、この順に配置された構成のプロジェクションスクリーンにおいて、
前記第1および第2レンチキュラーシートは、表示光の投射側にあたる片面のみに凸シリンドリカルレンズ群が形成され、他面はレンズ部が形成されていない平坦面であり、
それぞれのレンチキュラーシートには、凸シリンドリカルレンズの非集光部に相当する位置にストライプ状の遮光パターンが形成されており、それぞれが遮光パターンの形成された側を観察者側として配置され、前記遮光パターン上に光拡散性微粒子を分散してなる光拡散層を積層した構成であり、
第1レンチキュラーシート側の光拡散層は、拡散透過率(ヘイズ値)が0〜30%であり、
第2レンチキュラーシート側の光拡散層は、拡散透過率(ヘイズ値)が70〜95%であり、
前記スクリーンを通過した光線を、第1レンチキュラーシートの凸シリンドリカルレンズ群の並設方向について測定した場合、その輝度が低下する半値角度が10°を超える値であることを特徴とするプロジェクションスクリーン。
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