CN100445868C - 菲涅尔透镜片、透射型屏幕和背面投射型显示装置 - Google Patents

菲涅尔透镜片、透射型屏幕和背面投射型显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可会聚从倾斜方向投射的光线的菲涅尔透镜片，其对外界光线的反射较少、图像的对比度较好、且较少产生波纹、并易于制造。菲涅尔透镜片(10)包括在平面状的基部(11)的入光侧形成的多个棱镜元件(12)，在基部(11)的出光侧形成的多个V字形沟槽(13)，以及各沟槽(13)内埋置的多个楔形的光吸收部(14)。各棱镜元件(12)包括折射面(12a)和全反射面(12b)，从倾斜方向大角度入射的光线L1被折射及全反射后，沿基本与基部(11)垂直的方向前进。此外，各光吸收部(14)的折射率小于基部(11)的折射率，通过成为埋置于基部(11)的各沟槽(13)内的各光吸收部(14)与基部(11)的界面的斜面(15a)，反射在基部(11)内前进的光线L1。

Description

菲涅尔透镜片、透射型屏幕和背面投射型显示装置
技术领域
本发明涉及背面投射型显示装置，特别涉及适用于将从投影装置射出的影像光从倾斜方向投射于透射型屏幕上的背面投射型显示装置的菲涅尔透镜片，以及设有该菲涅尔透镜片的透射型屏幕和背面投射型显示装置。
背景技术
日本专利公报特开昭61-208041(专利文献1)提出了：在将从投影装置射出的影像光从倾斜方向投射于透射型屏幕上的背面投射型显示装置中，作为用于会聚从倾斜方向入射于透射型屏幕上的光线的光学装置，使用在入光侧的表面设有截面呈三角形的棱镜元件组、可将入射光经棱镜元件的第1面折射并被第2面全反射后从出光侧表面射出的菲涅尔透镜片。该菲涅尔透镜片的优点在于，可将从倾斜方向入射的光从出光侧表面高效率地射出，因此，将其用于背面投射型显示装置可有效地减小背面投射型显示装置的尺寸(深度)，使背面投射型显示装置小型化。
然而，上述菲涅尔透镜片在用于明亮的室内等环境时，会产生受从菲涅尔透镜片的出光侧表面入射的外部光线的影响而易造成图像对比度下降的问题。如图9所示，容易发生以下现象：在基部31的入光侧具有包括折射面32a和全反射面32b的棱镜元件组32的菲涅尔透镜片30上，从基部31的出光侧表面31b入射的外部光线中的一部分光线L2，经基部31的入光侧的棱镜元件组32的折射面32a和全反射面32b的多次折射后，被特定棱镜元件组32的全反射面32b全反射再从基部31的出光侧表面31b射出。
而且，如图10所示，在上述菲涅尔透镜片30上，当从基部31的入光侧入射的光的入射角较小时，会出现未被棱镜元件32的全反射面32b全反射的光线L3，该光线L3被基部31的出光侧表面31b所反射，再次从出光侧表面31b的不同位置射出，从而造成重影的问题。
作为解决以上问题的现有方法，如图11所示，提出有：在菲涅尔透镜片30的基部31的出光侧表面31b中的、来自基部31的入光侧的入射光L1不通过的区域上形成V字形沟槽33，在此基础上沿该沟槽33的斜面形成V字形的光吸收部34的方法(专利文献2：日本专利公报特开昭63-30835号)。
然而，在上述专利文献2所记载的方法中，必须在菲涅尔透镜片的出光侧表面中的、来自基部的入光侧的入射光不通过的区域上形成光吸收部，因此需要基部入光侧的棱镜元件和出光侧的光吸收部的对位。这里，由于入光侧的棱镜元件的透镜间距通常为0.1mm左右，对位的精度必须达到0.01mm左右或更高，这在制造上是非常困难的。另外，如果棱镜元件组呈直线状延伸，则只需在配合直线的斜率的基础上对垂直于直线的单个方向进行对位即可；但是，如果棱镜元件组呈圆弧状延伸，则必须在径直行进的两个方向上进行对位，从而使对位更加困难。
并且，如果基部入光侧的棱镜元件与出光侧的光吸收部的对位精度较差的话，无论棱镜元件组呈直线状延伸还是呈圆弧状延伸，都会因对位误差而产生波纹干扰。
发明内容
从上述问题点出发，本发明的目的在于，提供一种可会聚从倾斜方向投射的光线的菲涅尔透镜片，其对外界光线的反射较少、图像的对比度较好、且较少产生波纹、并易于制造；以及提供一种设有所述菲涅尔透镜片的透射型屏幕和背面投射型显示装置。
作为第一装置，本发明提供了一种菲涅尔透镜片，其特征在于：包括平面状的基部；在所述基部的入光侧形成的多个棱镜元件，所述棱镜元件包括使入射光发生折射的折射面、以及将被所述折射面所折射的光线全反射的全反射面；在所述基部的出光侧形成的多个V字形的沟槽；以及埋置于所述基部的所述各沟槽内的、折射率小于所述基部的折射率的多个楔形的光吸收部，通过成为埋置于所述基部的所述各沟槽内的所述各光吸收部与所述基部的界面的斜面，使被所述各棱镜元件折射及全反射、并在所述基部内前进的光线的至少一部分反射，并使光从所述基部的出光侧的表面内的、形成在邻接的所述各光吸收部之间的区域射出。
另外，在上述第一装置中，当所述各光吸收部的两个斜面关于所述基部的垂直方向对称配置时，最好满足tan-1(2D/W1)≥sin-1(N1/N2)的关系，其中N1为所述各光吸收部的折射率，N2为所述基部的折射率，D为所述各光吸收部的深度(沿所述基部的厚度方向上的长度)，W1为所述各光吸收部的宽度(在所述基部的所述出光侧表面上的、沿正交于所述光吸收部的延伸方向的方向上的长度)。此时，当D为所述各光吸收部的深度(沿所述基部的厚度方向上的长度)，W1为所述各光吸收部的宽度(在所述基部的所述出光侧表面上的、沿正交于所述光吸收部的延伸方向的方向上的长度)，所述W1与所述D之比(W1/D)的范围最好为0.05～0.5。
此外，在上述第一装置中，当所述各光吸收部的两个斜面关于所述基部的垂直方向非对称配置时，最好满足tan-1(D/W3)≥sin-1(N1/N2)且tan-1(D/W4)≥sin-1(N1/N2)的关系，其中N1为所述各光吸收部的折射率，N2为所述基部的折射率，D为所述各光吸收部的深度(沿所述基部的厚度方向上的长度)，W3为所述各光吸收部的一个斜面投影到所述出光侧表面上得到的平面的宽度(在所述基部的所述出光侧表面上的、沿正交于所述光吸收部的延伸方向的方向上的长度)，W4为另一个斜面投影到所述出光侧表面上得到的平面的宽度(在所述基部的所述出光侧表面上的、沿正交于所述光吸收部的延伸方向的方向上的长度)。这时，所述各光吸收部的深度(沿所述基部的厚度方向上的长度)为D，所述各光吸收部的一个斜面投影到所述出光侧表面上得到的平面的宽度(在所述基部的所述出光侧表面上的、沿正交于所述光吸收部的延伸方向的方向上的长度)为W3，另一个斜面投影到所述出光侧表面上得到的平面的宽度(在所述基部的所述出光侧表面上的、沿正交于所述光吸收部的延伸方向的方向上的长度)为W4时，所述W3与所述D之比(W3/D)的范围最好为0.025～0.25，所述W4与所述D之比(W4/D)的范围最好为0.025～0.25。
进而，在上述第一装置中，所述各光吸收部内、距成为与所述基部的界面的斜面的距离为0.1μm以内的临近部位的OD值的范围最好为0.01～0.12。具体地，所述各光吸收部具有整体上大致一律相同的光吸收率，且每1μm厚度的0D值的范围最好为0.1～1.2。此外，所述各光吸收部最好由在透明的基材中掺入多个球状的光吸收颗粒构成，且所述各光吸收颗粒的平均粒径的范围为2～15μm。
而且，在上述第一装置中，最好还具有层叠在所述基部的入光侧和出光侧的任意一侧的表面上、使光的反射率降低的层。
作为第二装置，本发明提供了一种透射型屏幕，其特征在于：包括：上述第一装置所述的菲涅尔透镜片；以及设置在所述菲涅尔透镜片的观看者侧、使通过所述菲涅尔透镜片的光线漫射的双凸透镜元件。
另外，在上述第二装置中，最好还具有层叠在所述菲涅尔透镜片的入光侧和所述双凸透镜元件的出光侧的任意一侧的表面上、使光的反射率降低的层。
作为第三装置，本发明提供了一种背面投射型显示装置，其特征在于：包括：含有上述第一种装置所述的菲涅尔透镜片的透射型屏幕或上述第二种装置所述的透射型屏幕；以及将影像光从倾斜方向投射于所述透射型屏幕上的投影装置。
根据本发明的第一至第三装置，在与在菲涅尔透镜片的平面状基部上形成了棱镜元件的入光侧相对的出光侧上，形成多个V字形的沟槽，同时，在该各沟槽内埋置楔形的光吸收部，并且各光吸收部折射率小于基部的折射率。在这样的菲涅尔透镜片上，被基部入光侧的各棱镜元件所折射及全反射、并在基部内前进的光线不会被各光吸收部所吸收，而全部从基部的出光侧表面、向观看者一侧的方向出射。此外，在这样的菲涅尔透镜片上，外部光线被在基部的出光侧所形成的各光吸收部吸收。这样，既提高了从基部入光侧入射的光线的透射率，又有效地抑制了外界光线的反射，从而改善了处于明亮的室内等环境中的图像的对比度。
根据本发明的第一至第三装置，从基部的入光侧入射、且没有被棱镜元件的全反射面所全反射的光线被在基部出光侧形成的各光吸收部所吸收，因此，即使在从基部入光侧入射的光线的入射角是45度至35度左右这样的小角度的情况下，也能有效地抑制重影的发生。
进而，根据本发明的第一至第三装置，无论基部出光侧的各光吸收部的配置位置如何，被基部入光侧的各棱镜元件所折射及全反射、并在基部内前进的光线可不被各光吸收部所吸收地从基部出光侧表面出射，因此，基部入光侧的棱镜元件和出光侧的光吸收部无需进行位置对准，从而更易于制造。
进而，根据本发明的第一至第三装置，通过调整各光吸收部的光吸收率，使各光吸收部内、距成为与基部的界面的斜面的距离为0.1μm以内的临近部位的光吸收率达到规定的范围，从而，能够将被成为各光吸收部与所述基部的界面的斜面(全反射面)所金反射的光线中、钻入全反射面的相反侧而被各光吸收部吸收的光线抑制在最小限度内。这样，既保证了对从基部出光侧表面入射的外部光线的吸收性能，又可使被成为各光吸收部与基部的界面的斜面所全反射的光线基本不被各光吸收部所吸收，从而提高了透射率。
附图说明
图1是本发明的实施方式1涉及的菲涅尔透镜片的主要部位的局剖图；
图2是说明配置有图1所示的菲涅尔透镜片(透射型屏幕)的背面投射型显示装置的概要图。
图3是图2所示的背面投射型显示装置的第1设置形式的示意图。
图4是图2所示的背面投射型显示装置的第2设置形式的示意图。
图5是用于图2所示的背面投射型显示装置使用的菲涅尔透镜片(透射型屏幕)的第一变形例的示意图。
图6是用于图2所示的背面投射型显示装置使用的菲涅尔透镜片(透射型屏幕)的第二变形例的示意图。
图7是用于图2所示的背面投射型显示装置使用的菲涅尔透镜片(透射型屏幕)的第三变形例的示意图。
图8是用于图2所示的背面投射型显示装置使用的菲涅尔透镜片(透射型屏幕)的第四变形例的示意图。
图9是说明现有的菲涅尔透镜片所产生的第一问题(外部光线的反射问题)的示意图。
图10是说明现有的菲涅尔透镜片所产生的第二问题(重影问题)的示意图。
图11是用来说明解决图9和图10所示问题的现有方法的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的实施方式。
首先，根据图2、图3和图4，就本发明的实施方式1涉及的包括应用了菲涅尔透镜片的透射型屏幕的背面投射型显示装置的整体结构进行说明。
如图2所示，背面投射型显示装置1包括透射型屏幕5，以及从倾斜方向将影像光投射于透射型屏幕5的投影装置6。这里，透射型屏幕5和投影装置6以例如图3所示的位置关系安装于机壳2内。另外，在如图3所示的背面投射型显示装置1中，从投影装置6射出的影像光是直接投射在透射型屏幕5上，但不限于此，也可以如图4所示的背面投射型显示装置1’那样，从投影装置6射出的影像光被反射镜4所反射后投射在透射型屏幕5上。
这里，透射型屏幕5用来将从投影装置6所投射的影像光向观看者侧射出，并且如图2所示，还包括将从投影装置6所投射的影像光折射及会聚的菲涅尔透镜片10。
而且，在如图2～4所示的背面投射型显示装置1中，影像光从倾斜方向投射到菲涅尔透镜片10上，因此，无论菲涅尔透镜片10的位置如何，光线都是以较大的角度(在菲涅尔透镜片10的上端部成70度以上的角度)入射的。本实施方式涉及的菲涅尔透镜片10中，在入光侧形成多个具有折射面和全反射面的、截面呈三角形的棱镜元件12来作为菲涅尔透镜，从而可以处理以上述大角度入射的光线。
以下，就图1所示的、用于如图2～4所示的背面投射型显示装置1的菲涅尔透镜片10(透射型屏幕5)作详细的说明。
如图1所示，菲涅尔透镜片10包括平面状的基部11、在基部11的入光侧形成的多个棱镜元件12、在基部11的出光侧形成的多个V字形沟槽13、以及各沟槽13内埋置的多个楔形的光吸收部14。
各棱镜元件12包括使入射光发生折射的折射面12a、以及将被折射面12a所折射的光线全反射的全反射面12b，从倾斜方向大角度入射的光线L1能够被折射及全反射后，沿基本与基部11垂直的方向前进。另外，各棱镜元件12的宽度(透镜间距p)应小于等于1mm，最好为0.1mm左右，以便使肉眼不会认为画面上有许多棱镜元件相连。
这里，基部11的平面上的各棱镜元件12的位置不同，入射于该各棱镜元件12的光线L1的角度(入射角)也相应地不同，根据这样的入射角的变化该各棱镜元件12的形状也发生变化。这里，作为各棱镜元件12的形状的变化方法，既可以是在各棱镜元件12的透镜顶角c一定的条件下改变折射面12a的角度b以及全反射面12b的角度c的方式，也可以是改变各棱镜元件12相关的所有角度a、b和c的方式。
各光吸收部14具有规定的光吸收率，可以吸收从基部11的出光侧表面11b入射的外部光线L2。此外，各光吸收部14的折射率小于基部11的折射率，被各棱镜元件12所折射及全反射、并在基部11内前进的光线L1可被成为埋置于基部11的各沟槽13内的各光吸收部14与基部11的界面的斜面15a所反射。
这里，如图1所示，被各棱镜元件12所折射及全反射、并在基部11内前进的光线L1的一部分直接从出光侧表面11b中形成在各光吸收部14之间的平坦区域15b射出(参见符号L1-1)，其余的部分则入射于各光吸收部14。这时，入射到各光吸收部14的光线则被成为各光吸收部14与基部11间的界面的斜面15a反射，而后从基部11的出光侧表面11b的平坦区域15b射出(参见符号L1-2)。
并且，入射到各光吸收部14的光线最好被成为各光吸收部14与基部11间的界面的斜面15a所全反射。即，成为各光吸收部14与基部11间的界面的斜面15a的临界角α最好小于入射到该斜面15a的光线的入射角θ(当斜面为一平坦面时等于斜面的倾角θ)。
这里，楔形的光吸收部14(以及V字形的沟槽13)是截面呈左右对称的等腰三角形，其两个斜面关于垂直于基部11的方向对称。在此，最好满足以下关系，
θ＝tan-1(2D/W1)≥α＝sin-1(N1/N2)...(1)
其中N1为各光吸收部14的折射率，N2为基部11的折射率，D为各光吸收部14的深度(沿基部的厚度方向上的长度)，W1为各光吸收部14的宽度(在基部11的出光侧表面11b上的、沿垂直于光吸收部14的延伸方向的方向上的长度)。
而且，被成为各光吸收部14与基部11的界面的斜面15a所反射的光线最好从基部11的出光侧表面11b射出，而不被相邻的光吸收部14的斜面15a再次反射。即，最好根据基部11的出光侧表面11b的平坦区域15b的宽度W2，适当调整各光吸收部14的形状(深度D和宽度W1)。具体地，最好满足以下关系，
tan(2×tan-1(W1/2D))×D≤(W1/2)+W2...(2)
其中D为各光吸收部14的深度，W1为各光吸收部14的宽度，W2为基部11的出光侧表面11b的平坦区域15b的宽度。
进而，关于各光吸收部14的形状(深度D和宽度W1)，如果深度D相对于宽度W1过小(即斜面15a的倾角θ过小)的话，就必须提高各光吸收部14的折射率N1与基部11的折射率N2之比，这样就会造成基部11和光吸收部14的材料的选择范围过窄，并造成对从基部11的出光侧表面11b入射的外部光线L2的吸收性能下降。因此，W1与D之比(W1/D)的范围最好为0.05～0.5。
另外，在满足上式(1)的情况下，虽然入射到各光吸收部14的光线(参见符号L1-2)被成为各光吸收部14与基部11的界面的斜面(全反射面)15a所全反射，但是，即使是这种情况下，并不是所有光线都被全反射面所反射，一部分光线会穿过全反射面而前进并进入全反射面的相反侧。因此，如果位于全反射面相反侧的光吸收部14的光吸收率过高的话，被全反射的光线中的一部分就会被各光吸收部14所吸收，这是不理想的。另一方面，如果各光吸收部14的光吸收率过低的话，会降低对从基部11的出光侧表面11b入射的外部光线L2的吸收性能，这也是不理想的。
这里，由于光线穿过全反射面而前进的长度为0.1μm左右，因此各光吸收部14内、距成为与基部11的界面的斜面的距离为0.1μm以内的临近部位的OD值(optical density，光密度)的范围最好为0.01～0.12。为了满足这一条件，可以通过(1)调整各光吸收部14的整体的光吸收率的方法，或(2)局部调整各光吸收部14的光吸收率的方法。而且，OD值可通过在透明薄膜上设置光吸收层并测量此时的透射率的方法得出。即OD值等于-log10(I0/I)，其中I为透明薄膜的透射率，I0为当在透明薄膜上设置光吸收层(例如与光吸收部14同材质的厚度为1μm的层)时的透射率。
具体地，在上述方法(1)的情况下，由于各光吸收部14的宽度W1为数μm至数十μm，深度D为数十μm至约200μm左右，因此每1μm厚度的OD值的范围最好为0.1～1.2。这样，既保证了对从基部11的出光侧表面11b入射的外部光线L2的吸收性能，又可使被成为各光吸收部14与基部11的界面的斜面15a所全反射的光线基本不被各光吸收部14所吸收。
在上述方法(2)的情况下，既可以用使各光吸收部14内、成为与基部11的界面的斜面15a的附近部位与其它部位之间具有不同的光吸收率的方法，也可以用在透明的树脂粘结剂(基材)内掺入多个平均直径在2～15μm的黑色球状颗粒(光吸收颗粒)的方法。这里，在后者的情况下，由于掺入树脂粘结剂中的颗粒是球状的，可以使各光吸收部14内、距成为与基部11之间的界面的斜面15a起0.1μm距离内的临近部位所含的黑色颗粒的比例较低。这样，与上述方法(1)同样地，既保证了对从基部11的出光侧表面11b入射的外部光线L2的吸收性能，又可使被成为各光吸收部14与基部11间的界面的斜面15a所全反射的光线基本不被各光吸收部14所吸收。
以下说明上述结构的菲涅尔透镜片10的制造方法。
首先，使用具有对应于棱镜元件的形状以及沟槽的形状的互补形状的金属模具，成型具有分别在入光侧和出光侧形成的棱镜元件12和V字形沟槽13的基部11。
作为成型具有棱镜元件12以及沟槽13的基部11的第一方法，可以是使用上述金属模具，将由丙烯酸树脂、聚苯乙烯树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯树脂、丙烯酸-苯乙烯共聚树脂等构成的透明树脂，通过冲压成型、注模成型、或铸造成型等技术进行成型的方法。此外，作为第二方法，可以是在上述透明树脂构成的片基上涂敷如紫外线固化树脂等电离射线固化树脂，使用上述金属模具在紫外线的照射下成型的方法。
其次，在如上述成型的基部11的出光侧的各沟槽13内埋置黑色墨水，形成多个楔形的光吸收部14。
作为在上述基部11的出光侧各沟槽13内形成光吸收部14的第一方法，可以是将碳黑等黑色颜料或黑色树脂小球等掺入透明的树脂粘结剂中制成黑色墨水，将上述黑色墨水用涂抹(wiping)等工艺埋置于基部11的出光侧的各沟槽13内，再使其干燥和固化的方法。此外，作为第二方法，可以是用紫外线固化树脂代替上述第一种方法所述的透明的树脂粘合剂制备黑色墨水，将上述黑色墨水用涂抹等工艺埋置于基部11的出光侧的各沟槽13内，再经紫外线照射固化的方法。作为第三方法，也可以先分别形成具有棱镜元件12的片基和利用上述第一或第二方法制成的、在V字形沟槽13内具有光吸收部14的片基，再利用接合剂或粘接剂等将上述两种片基粘合。
通过以上方法，即可制造如图1所示的菲涅尔透镜片10。
根据本发明的上述实施方式，在菲涅尔透镜片10的平面状基部11上，在与具有棱镜元件12的入光侧相对的出光侧形成多个V字形的沟槽13，并在各沟槽13内埋置楔形的光吸收部14，且各光吸收部14的折射率小于基部11的折射率。在上述菲涅尔透镜片10上，一方面被基部11的入光侧的各棱镜元件12所折射及全反射、并在基部11内前进的光线L1中没有入射于各光吸收部14的光线直接从出光侧表面11b上各光吸收部14之间形成的平坦区域15b射出(参见符号L1-1)，另一方面，即使入射于各光吸收部14上的光线也会被成为各光吸收部14与基部11的界面的斜面15a所反射(最好是全反射)，并从基部11的出光侧表面11b的平坦区域15b射出(参见符号L1-2)。因此，被基部11的入光侧的各棱镜元件12所折射及金反射、并在基部11内前进的光线L1不会被各光吸收部14所吸收，而是全部从基部11的出光侧表面11b向观看者的方向射出。而且，在上述菲涅尔透镜片10上，如图1所示，在基部11的出光侧形成的各光吸收部14可以吸收外部光线L2。这样，既提高了从基部11的入光侧入射的光线L1的透射率，又有效地抑制了外部光线L2的反射，从而使处于明亮的室内等环境中的图像的对比度得到改善。
根据本发明的上述实施方式，如图1所示，从基部11的入光侧入射但未被棱镜元件12的全反射面12b所全反射的光线L3会被在基部11的出光侧形成的各光吸收部14所吸收，因此，即使在从基部11的入光侧入射的光线的入射角为45度至35度左右的小角度的情况下，也可以有效地抑制重影现象的产生。
根据本发明的上述实施方式，被基部11的入光侧的各棱镜元件12所折射及全反射、并在基部11内前进的光线L1与基部11的出光侧的各光吸收部14的配置位置无关地，从基部11的出光侧表面11b射出而不会被各光吸收部14所吸收，因此，不必进行基部11的入光侧的棱镜元件12和出光侧的光吸收部14的对位，从而易于制造。
根据本发明的上述实施方式，通过调整各光吸收部14的光吸收率，使各光吸收部14内、距成为与基部11间的界面的斜面15a起0.1μm距离内的临近部位的光吸收率达到规定的范围，从而将被成为各光吸收部14与基部11间的界面的斜面(全反射面)15a所全反射的光线中进入全反射面的相反侧并被各光吸收部14吸收的光线抑制在最小限度内。这样，既保证了对从基部11的出光侧表面11b入射的外部光线L2的吸收性能，又可使被成为各光吸收部14与基部11间的界面的斜面15a所全反射的光线基本不被各光吸收部14所吸收，从而改善了透射率。
在上述的实施方式中，楔形的光吸收部14(以及V字形的沟槽13)的截面呈左右对称的等腰三角形，但并不限于此，楔形的光吸收部14(以及V字形的沟槽13)的截面也可以是左右不对称的三角形，其两个斜面关于垂直于基部11的方向是不对称的。这时，最好满足以下关系，
tan-1(D/W3)≥sin-1(N1/N2)    ...(3)
tan-1(D/W4)≥sin-1(N1/N2)    ...(4)
其中，N1为各光吸收部14的折射率，N2为基部11的折射率，D为各光吸收部14的深度(沿基部11的厚度方向上的长度)，W3为各光吸收部14的一个斜面投影到出光侧表面11b上所得的平面宽度(在基部11的出光侧表面11b上的、沿垂直于光吸收部14的延伸方向的方向上的长度)，W4为各光吸收部14的另一个斜面投影到出光侧表面11b上所得的平面宽度(在基部11的出光侧表面11b上的、沿垂直于光吸收部14的延伸方向的方向上的长度)。
这时，各光吸收部14的深度D、宽度W3、W4和基部11的出光侧的表面11b的平坦区域15b的宽度W2最好满足以下关系，
tan(2×tan-1(W3/D))×D≤W3+W2    ...(5)
tan(2×tan-1(W4/D))×D≤W4+W2    ...(6)
使被成为各光吸收部14与基部11间的界面的斜面15a所反射的光线从基部11的出光侧表面11b射出，而不被相邻的光吸收部14的斜面15a再次反射。
另外，为防止基部11和光吸收部14的材料的选择范围过窄以及对从基部11的出光侧表面11b入射的外部光线L2的吸收性能下降，W3与深度D之比(W3/D)最好在0.025～0.25的范围内，W4与深度D之比(W4/D)最好在0.025～0.25的范围内。
在上述实施方式中，为使光线沿垂直方向漫射，各光吸收部14在基部11的出光侧表面11b沿水平方向延伸，但并不限于此，各光吸收部14还可以在基部11的出光侧表面11b沿垂直方向延伸，以使光线沿水平方向漫射。
在上述实施方式中，成为各光吸收部14与基部11的界面的斜面15a是截面呈直线状的平坦面。但是在满足上式(1)的前提下，也可以是截面呈圆形的一部分或其它高次曲线的一部分的曲面。
在上述实施方式中，还具有层叠在菲涅尔透镜片10的基部11的入光侧和出光侧的任意一侧的表面上、使光的反射率降低的涂层(如图1所示符号20)。这样，可以减少被菲涅尔透镜片10的表面所反射的光线，从而改善了图像的对比度。
在上述实施方式中，既可单独使用菲涅尔透镜片10作为透射型屏幕5，也可以如图5～8所示，在菲涅尔透镜片10的观看者侧设置使通过菲涅尔透镜片10的光线漫射的双凸透镜元件。
具体地，例如可以在菲涅尔透镜片10的观看者侧设置如图5所示的使光线沿水平方向漫射的垂直双凸透镜元件16。
也可以如图6所示，在菲涅尔透镜片10的观看者侧设置可将一部分光线全反射并沿水平方向漫射的、梯形的垂直双凸透镜元件17。
还可以如图7所示，在如图6所示的菲涅尔透镜片10上，在梯形的垂直双凸透镜元件17之间设置与上述实施方式中光吸收部14具有相同功能和构成的光吸收部18。从而进一步改善图像的对比度。
在如图7所示的菲涅尔透镜片10上，光线最好在到达梯形的垂直双凸透镜元件17和光吸收部18之前不会被漫射，从而使光线不会被光吸收部18所吸收。因此，当需要使光线不仅沿水平方向漫射，而且也沿垂直方向漫射时，最好如图8所示，在梯形的垂直双凸透镜元件17和光吸收部18的观看者侧设置光漫射层19。与此相对应，在如图5、6所示的菲涅尔透镜片10上，当需要使光线不仅沿水平方向漫射，而且也沿垂直方向漫射时，既可在菲涅尔透镜片10和垂直双凸透镜元件16、17的内部掺入漫射剂，也可以像如图8所示的菲涅尔透镜片10一样，在垂直双凸透镜元件16、17的观看者侧设置光漫射层。
在如图5～8所示的透射型屏幕5上，双凸透镜元件16、17可以是与菲涅尔透镜片10整体地形成，也可以另外形成双凸透镜元件16、17，准备作为与菲涅尔透镜片10分开的双凸透镜元件，将其用透明粘接剂或接合剂，或紫外线固化树脂等与菲涅尔透镜片10粘合在一起。
在如图5～8所示的透射型屏幕5上，还具有层叠在菲涅尔透镜片10的入光侧和垂直双凸透镜元件16、17的出光侧的任意一侧的表面上、使光的反射率降低的涂层(如图5所示符号21)。这样就减少了被透射型屏幕5的表面所反射的光线，从而进一步改善了图像的对比度。
实施例
以下就上述实施方式的具体实施例进行说明。
(实施例)
首先，使用具有对应于棱镜元件的形状以及沟槽的形状的互补形状的模具，将透明的聚碳酸酯树脂(折射率为1.59)冲压成型，形成分别在入光侧和出光侧具有棱镜元件以及V字形沟槽的基部。
在此成型的基部是平面状的，其宽度为1016mm，纵向长度为762mm，厚度为4mm。此外，基部入光侧的棱镜元件的棱镜顶角(c)固定为38度，而各棱镜元件的折射面的角度(a)和全反射面的角度(b)根据光线的入射角(35～71度)而变化。并且，棱镜元件的透镜间距(p)为0.11mm。基部出光侧的沟槽与在其中埋置的楔形的光吸收部的形状相对应，呈深度(D)为50μm，宽度(W1)为14μm的V字形。
其次，在上述成型的基部的出光侧的各沟槽内，埋置黑色墨水，形成多个楔形的光吸收部。即向透明的树脂粘结剂(折射率为1.51)中掺入平均粒径为6μm的黑色树脂小球，制成黑色墨水，将上述制成的黑色墨水用涂抹工艺埋置入各沟槽内，然后使其干燥和固化。
在此形成的光吸收部呈深度(D)为50μm，宽度(W1)为14μm的楔形，且光吸收部的间距(W2+W1/2)为0.08mm。
最后，在上述制成的菲涅尔透镜片的出光侧，粘合可将一部分光线全反射并沿水平方向漫射的、梯形的垂直双凸透镜元件(折射率为1.55)以及光漫射板，制成画面尺寸为50英寸(宽度为1016mm，纵向长度为762mm，外观比例为4∶3)的透射型屏幕。
(比较例)
作为比较例，制成除在菲涅尔透镜片的出光侧没有沟槽以及光吸收部外其余结构与上述实施例相同的透射型屏幕。
(评价结果)
上述实施例和比较例中的透射型屏幕成直立设置，在从自该透射型屏幕下端中央沿垂直方向向下280mm、从透过型屏幕的下端中间向后水平距离400mm的位置上设置的投影装置投射影像光。(此时，从透射型屏幕的下端到上端，光线的入射角在35度到71度的范围内变化。)
在影像光如此投射的状态下，观察在实施例和比较例的透射型屏幕上显示的图像画面时可以发现，即使在明亮的室内，实施例的透射型屏幕的图像的对比度也不会下降，并且没有重影，可以获得良好的画质。
而作为对比的比较例的透射型屏幕，在明亮的室内时，图像的对比度较低，图像呈白褐色，而且在透射型屏幕的下方区域有较强的重影，无法获得良好的画质。

Claims (12)

1.一种菲涅尔透镜片，其特征在于，
包括：
平面状的基部；
在所述基部的入光侧形成的多个棱镜元件，所述棱镜元件包括使入射光发生折射的折射面、以及将被所述折射面所折射的光线全反射的全反射面；
在所述基部的出光侧形成的多个V字形的沟槽；以及
埋置于所述基部的所述各沟槽内、折射率小于所述基部的折射率的多个楔形的光吸收部，
由成为埋置于所述基部的所述各沟槽内的所述各光吸收部与所述基部的界面的斜面，使被所述各棱镜元件折射及全反射、并在所述基部内前进的光线的至少一部分反射，并使光从所述基部的出光侧的表面内的、形成在邻接的所述各光吸收部之间的区域射出，
所述各光吸收部的两个斜面关于垂直于所述基部的方向对称设置，且满足
tan-1(2D/W1)≥sin-1(N1/N2)，其中
N1为所述各光吸收部的折射率，
N2为所述基部的折射率，
D为所述各光吸收部的深度，即沿所述基部的厚度方向上的长度，
W1为所述各光吸收部的宽度，即在所述基部的所述出光侧表面上的、沿正交于所述光吸收部的延伸方向的方向上的长度。
2.如权利要求1所述的菲涅尔透镜片，其特征在于，
所述各光吸收部的深度，即沿所述基部的厚度方向上的长度为D，所述各光吸收部的宽度，即在所述基部的所述出光侧表面上的、沿正交于所述光吸收部的延伸方向的方向上的长度为W1时，所述W1与所述D之比W1/D的范围为0.05～0.5。
3.一种菲涅尔透镜片，其特征在于，
包括：
平面状的基部；
在所述基部的入光侧形成的多个棱镜元件，所述棱镜元件包括使入射光发生折射的折射面、以及将被所述折射面所折射的光线全反射的全反射面；
在所述基部的出光侧形成的多个V字形的沟槽；以及
埋置于所述基部的所述各沟槽内、折射率小于所述基部的拆射率的多个楔形的光吸收部，
由成为埋置于所述基部的所述各沟槽内的所述各光吸收部与所述基部的界面的斜面，使被所述各棱镜元件折射及全反射、并在所述基部内前进的光线的至少一部分反射，并使光从所述基部的出光侧的表面内的、形成在邻接的所述各光吸收部之间的区城射出，
所述各光吸收部的两个斜面关于垂直于所述基部的方向非对称设置，且满足
tan-1(D/W3)≥sin-1(N1/N2)
tan-1(D/W4)≥sin-1(N1/N2)
其中
N1为所述各光吸收部的折射率，
N2为所述基部的折射率，
D为所述各光吸收部的深度，即沿所述基部的厚度方向上的长度，
W3为所述各光吸收部的一个斜面投影到所述出光侧表面上得到的平面的宽度，即在所述基部的所述出光侧表面上的、沿正交于所述光吸收部的延伸方向的方向上的长度，
W4为另一个斜面投影到所述出光侧表面上得到的平面的宽度，即沿在所述基部的所述出光侧表面上的、沿正交于所述光吸收部的延伸方向的方向上的长度。
4.如权利要求3所述的菲涅尔透镜片，其特征在于，
所述各光吸收部的深度，即沿所述基部的厚度方向上的长度为D，所述各光吸收部的一个斜面投影到所述出光侧表面上得到的平面的宽度，即在所述基部的所述出光侧表面上的、沿正交于所述光吸收部的延伸方向的方向上的长度为W3，另一个斜面投影到所述出光侧表面上得到的平面的宽度为W4时，所述W3与所述D之比W3/D的范围为0.025～0.25，所述W4与所述D之比W4/D的范围为0.025～0.25。
5.如权利要求1～3任意一项所述的菲涅尔透镜片，其特征在于，
所述各光吸收部内、距成为与所述基部的界面的斜面的距离为0.1μm以内的临近部位的0D值的范围为0.01～0.12。
6.如权利要求1～3任意一项所述的菲涅尔透镜片，其特征在于，
所述各光吸收部具有整体上大致一律相同的光吸收率，且每1μm厚度的0D值的范围为0.1～1.2。
7.如权利要求5所述的菲涅尔透镜片，其特征在于，
所述各光吸收部由在透明的基材中掺入多个球状的光吸收颗粒构成，所述各光吸收颗粒的平均粒径，即平均直径的范围为2～15μm。
8.如权利要求1～3任意一项所述的菲涅尔透镜片，其特征在于，
还具有层叠在所述基部的入光侧和出光侧的任意一侧的表面上，使光的反射率降低的层。
9.一种透射型屏幕，其特征在于，
包括：
权利要求1～8任意一项所述的菲涅尔透镜片；以及
设置在所述菲涅尔透镜片的观看者侧、使通过所述菲涅尔透镜片的光线漫射的双凸透镜元件。
10.如权利要求9所述的透射型屏幕，其特征在于，
还具有层叠在所述菲涅尔透镜片的入光侧和所述双凸透镜元件的出光侧的任意一侧的表面上、使光的反射率降低的层。
11.一种背面投射型显示装置，其特征在于，包括：
含有权利要求1～8任意一项所述的菲涅尔透镜片的透射型屏幕；以及
将影像光从倾斜方向投射于所述透射型屏幕上的投影装置。
12.一种背面投射型显示装置，其特征在于，包括：
权利要求9或10所述的透射型屏幕；以及
将影像光从倾斜方向投射于所述透射型屏幕上的投影装置。
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