CN1219074A - 背面投影型荧光屏及背面投影机 - Google Patents

Abstract

提供一种透射光损耗小、降低外界光反射的效果大的背面投影型荧光屏及背面投影机。从投射侧开始配置菲涅尔透镜片(4)、将垂直方向作为纵向的双凸透镜阵列片(5)及光发散板(7)。光发散板(7)有将水平方向作为纵向而配置的百叶窗状的光吸收壁列(8)和光发散层(9),光发散层(9)配置在光吸收壁列(8)的观察侧。其结果能较大地降低由发散反射造成的对比度下降。

Description

背面投影型荧光屏及背面投影机

本发明涉及背面投影型荧光屏及备有该屏的背面投影机。

近年来对以TV显象管为中心的大画面图象显示的需求很高，将其作成重量较轻、体积较小的背面投影机(背面投影型图象显示装置)是引人注目的。

最一般的背面投影机采用这样一种方式进行投影，即使用红、绿、蓝单色CRT作为图象源，用对应的3个投影透镜对各自的图象进行放大投影，使其在荧光屏上重合作为彩色图象进行显示。其典型的基本结构示于图8。

在图8中，1是CRT,2是投影透镜，附加的字R、G、B分别表示与红、绿、蓝单色图象相对应。由CRT1形成的3原色图象利用投影透镜2被放大投影并重合在荧光屏3上。

荧光屏3具有使投射的光适当地分布的作用，以便能从各个角度辨认图象。

通常的荧光屏3由菲涅尔透镜片4及双凸透镜阵列片5构成。菲涅尔透镜片4具有使从荧光屏的中心向周边发散地入射的投射光汇聚而大致呈平行光的作用。双凸透镜阵列片5具有使大致被变换成平行光的投射光发散而能从各个角度辨认图象的作用。

作为使投射光发散的装置不使用单纯的发散片而使用双凸透镜阵列片，能实现如下所述的有效功能。

第一功能在于实现各向异性发散。各向异性发散能有效地分配有限的光，提高有效观察区的亮度。在图象显示装置中通常要求沿水平方向能从宽的角度范围辨认亮而良好的图象。另一方面，沿垂直方向在站立的状态和坐着的状态的范围内能辨认良好的图象即可。如果相对于正面亮度来说，用亮度减半的角度(亮度半值角)表示有效观察区的话，可以说在水平方向需要达到±30°左右，在垂直方向需要达到±10°左右。各向同性发散时，使水平方向所需要的亮度半值角为30°的情况下，垂直方向的亮度半值角当然也为30°，与上述各向异性发散的情况相比，正面亮度变为1/3的亮度。

通过将发散材料掺合在双凸透镜阵列片5的内部，能在水平方向给出由双凸透镜作用和发散材料的相辅效果产生的相对宽的视场角，在双凸透镜不起作用的垂直方向给出只由发散材料的作用产生的狭窄的视场角，一般是实现上述各向异性发散。

第二功能在于使红、绿、蓝以各种不同的角度入射的光以大致相等的光度分布特性发散开。将由于红、绿、蓝各光束的入射角不同而产生的各光束各不相同的指向性(光度分布特性)的现象称为色移位，将使各光束的光度分布特性一致称为色移位修正功能。因此，在入射侧和射出侧分别设有成对的双凸透镜。用图9说明它的作用。

图9是表示为了修正色移位而设的一对双凸透镜阵列的例的剖面图，将光轴(纸面水平方向)作为x轴，将与其正交的方向(纸面上下方向)作为y轴，入射面及射出面用以下函数表示。

<入射面>

x=-(1-y²/b²)^1/2+C*y²    (｜y｜＜0.66)

  b²=0.556

  C=0.125

<射出面>

  x=0.62                (|y｜＜0.085)

  x=D+A₁*y+A₂*y²+A₃*y³+A₄*y⁴

                        (0.085＜｜y｜＜0.33)

    D=0.5872

    A₁=0.8528

    A₂=-6.575

    A₃=13.94

    A₄-14.80

光吸收层(黑带black stripe)        (0.33＜｜y｜＜0.66)

图中示出了光线高度为0及±0.53的光线，且用实线表示与光轴平行地入射的光线(绿色光线)的轨迹，用虚线表示相对于光轴呈15°入射的光线(红色光线或蓝色光线)的轨迹。

由图可知，射出侧的双凸透镜5b具有修正相对于光轴倾斜地入射的光线的作用，以使与其光线高度相等的光线能与平行于光轴入射的光线以大致相等的角度射出。这样，通过使倾斜于光轴入射的红色及蓝色平行光束的发散轮廓与平行于光轴入射的绿色光束的发散轮廓大致相等，防止由于观察角度的不同而引起的色变的发生。

第三功能是减少由于外部光线的反射引起的对比度的下降。由图9可知，利用入射侧双凸透镜5a的聚光作用来限定射出面上的光线通过区域。在其非射出区域形成黑带(光吸收层)6。作为形成黑带的方法一般是在形成射出侧双凸透镜5b时对应于非射出区域设置台阶形的凸部，利用该凹凸且用黑墨进行丝网印刷或复制等方法，一般只在凸部设黑带。黑带6吸收外界光线，从而减少对比度的下降。

图10中示出了无黑带时外界光反射的形态。如果没有黑带，光线还会从射出侧的非射出区入射。其结果如图10所示，从射出侧入射的外界光中的20～30％的光在入射侧双凸透镜5a的面上全反射，射出到观察侧。如果设置黑带，就能将这样的全反射几乎完全阻断。

这样，利用黑带能极大地降低入射侧双凸透镜面上的全反射分量，可是在射出面上有由射出侧双凸透镜及形成黑带用的凸部形成的凹凸，它成为使外界光线发散反射的重要原因，从而对比度下降。

为了降低这样的由双凸透镜阵列片射出面上的凹凸引起的发散反射，一般是在其观察侧配置含有光吸收剂的透光板、所谓的着色板。如果配置着色板，投射光单向通过(1次通过)着色板(tintpanel)，与此不同，上述外界光反射分量往复通过(2次通过)着色板，所以相对地能提高对比度。

另外，采用液晶屏作为图象源的方式时，不需要上述色移位修正功能，没有必要形成射出侧的双凸透镜，使射出面为平面，能防止由凹凸产生的发散反射。可是，采用液晶屏作为图象源时，由于另外的原因使得降低双凸透镜阵列片的反射变得重要。

如果采用液晶屏为图象源，则象素的周期结构和双凸透镜的周期结构的互相干扰产生的干涉条纹成为问题，为了避免这个问题，必须使双凸透镜间距比荧光屏上的象素间距小很多，与采用CRT作为图象源的方式相比，要求窄间距的双凸透镜阵列片。如果间距变窄，就难以在与双凸透镜对应的正确位置上形成黑带。

在没有黑带的情况下，入射到双凸透镜阵列片上的外界光的一部分会由于上述的机理而发生全反射，这将较大地损害对比度。

这样，为了降低入射侧双凸透镜面上的反射引起的对比度的下降，一般是将光吸收剂分散在双凸透镜阵列片的内部。

另外，作为降低外界光的影响的另一种方法，在特开平7-056109号公报中公开了采用使特定角度方向的光通过、而阻止该方向以外的角度的光通过的“阻止装置”的技术。因此，上述的阻止装置被配置在观察侧的双凸透镜阵列片(引用例说明书中只称作“荧光屏”)和投射侧的菲涅尔透镜片(同一引用例说明书中称作“照准装置”)之间。如果采用这样的装置，能大幅度降低入射到菲涅尔透镜片上的外界光，能防止由菲涅尔透镜片上的反射引起的对比度下降。

这样，如果配置着色板或将光吸收剂分散在双凸透镜阵列片内部，的确能提高对比度，但当然也会产生投射光的损耗，如果要使对比度获得较大的提高，存在着光的利用效率下降很多的课题。

另外，采用特开平7-056109号公报中公开的技术，对于防止外界光入射到菲涅尔透镜片、进而防止由菲涅尔透镜片及装置内部的反射引起的对比度下降是有效的，但对于在上述的双凸透镜阵列片部分发生的外界光的反射来说没有任何效果。

本发明的目的在于提供一种使光的利用效率不发生大的下降、而有效地降低双凸透镜阵列片部分上的外界光的反射，即使在亮的环境下对比度下降也很小的背面投影型荧光屏。另外，本发明的目的在于提供一种光的利用效率高、即使在亮的环境下也能进行对比度好的图象显示的背面投影机。

为了解决上述课题，本发明是这样构成的：形成光吸收壁列(遮光壁列)，使受到双凸透镜的折射作用的投射光通过，投射光通过光吸收壁列后发散。

如果采用本发明，则能将投射光的损耗抑制到最小限度，且能较大的降低外界光的反射，能提供一种对比度好的光的利用效率高的背面投影型荧光屏及背面投影机。

本发明的第一种结构的背面投影型荧光屏的特征在于：从投射侧开始备有菲涅尔透镜片、将垂直方向作为纵向的双凸透镜阵列片及光发散板，上述光发散板有将水平方向作为纵向而配置的百叶窗状的光吸收壁列和光发散层，上述光发散层配置在上述光吸收壁列的观察侧。如果采用这样的结构，则投射光沿垂直方向不受双凸透镜的作用，因此指向性很强的投射光几乎不会由于光吸收壁列的作用而损耗。另一方面，光吸收壁列有效地吸收外界光而降低其反射。其结果，能提供一种光的利用效率高、即使在亮的环境下对比度下降也很小的背面投影型荧光屏。

本发明的第二种结构的背面投影型荧光屏的特征在于：从投射侧开始备有菲涅尔透镜片和双凸透镜阵列片，该双凸透镜阵列片在成为入射侧的投射侧有将垂直方向作为纵向而配置的双凸透镜阵列，上述双凸透镜阵列片有将水平方向作为纵向排列的百叶窗状的光吸收壁列和光发散层，上述光发散层配置在上述光吸收壁列的观察侧。如果采用这样的结构，则投射光沿垂直方向不受入射侧双凸透镜的折射作用，因此指向性很强的投射光几乎不会由于光吸收壁列的作用而损耗。另一方面，光吸收壁列有效地吸收外界光而降低其反射。其结果，能提供一种光的利用效率高、即使在亮的环境下对比度下降也很小的背面投影型荧光屏。

本发明的第三种结构的背面投影型荧光屏的特征在于：从投射侧开始备有菲涅尔透镜片和双凸透镜阵列片，该双凸透镜阵列片在成为入射侧的投射侧有将垂直方向作为纵向的双凸透镜阵列，上述双凸透镜阵列片有大致平行于投射光的轨迹的将垂直方向作为纵向而配置的光吸收壁列。如果采用这样的结构，则光吸收壁列能使投射光几乎无损耗、而有效地吸收入射侧双凸透镜面上的外界光反射分量、特别是全反射光。其结果，能提供一种光的利用效率高、即使在亮的环境下对比度下降也很小的背面投影型荧光屏。

有关本发明的背面投影机的特征在于：包括上述第一至第三方面中的任一方面所述的背面投影型荧光屏。如果采用这样的结构，则光的利用效率高、即使在亮的环境下也能进行对比度好的图象显示。

图1是表示本发明的第一实施形态的背面投影型荧光屏的简略结构的典型斜视图。

图2是表示本发明的第二实施形态的背面投影型荧光屏的简略结构的典型斜视图。

图3是表示本发明的第三实施形态的背面投影型荧光屏的简略结构的典型斜视图。

图4是说明图3中的荧光屏使用的双凸透镜阵列片的功能用的局部剖面图。

图5是表示本发明的第四实施形态的背面投影机的简略结构的典型斜视图。

图6是本发明的第一实施例的黑百叶窗膜的略图。

图7是表示入射到本发明的第一实施例的黑百叶窗膜上的光的入射角和透射率的关系曲线图。

图8是表示现有的背面投影机的基本结构的略图。

图9是说明双凸透镜片的色移位修正功能用的局部剖面图。

图10是说明没有黑带时双凸透镜面上的外界光反射状态用的局部剖面图。

以下利用附图说明本发明的实施例。

(实施形态1)

图1是表示第一结构的背面投影型荧光屏的实施形态的典型斜视图。

从投射侧向观察侧(射出侧)依次配置着菲涅尔透镜片4、双凸透镜阵列片5、发散板7。在双凸透镜阵列片5的投射侧表面及射出表面上形成将垂直方向作为纵向的双凸透镜阵列。图中典型地示出了容易看到的各要素，但实际的菲涅尔透镜片及双凸透镜阵列片的排列间距分别约为0.1mm及0.7mm，极其精细，在40英寸大小的荧光屏上排列着1000条以上的双凸透镜。在双凸透镜阵列片5的射出侧的双凸透镜非形成区形成黑带6。

投射光通过菲涅尔透镜4的作用而大致呈平行光，入射到双凸透镜阵列片5上。双凸透镜阵列片5的内部不含有发散材料是透明的，进行水平方向的发散和上述的色移位修正，在垂直方向不具有任何折射、发散作用。

沿水平方向发散的投射光入射到发散板7上。在发散板7的入射侧以规定间隔设有将水平方向作为纵向的百叶窗状的光吸收壁列8。由于投射光在该阶段沿垂直方向没有受到发散作用，所以几乎不被光吸收壁列8吸收而透过，能传播到设在射出侧的光发散层9上。光发散层9具有使投射光各向同性发散的作用。因此，光发散层9使投射光沿垂直方向发散，能确保观看区，同时在水平方向使由于双凸透镜的作用而造成的尖锐的光度分布变得平滑，故也使光发散到双凸透镜的作用达不到的区域。

以顶部照明为主体的外界光入射到光发散层9上后，它几乎全被光吸收壁列8吸收，所以几乎不产生在发散板7的背面反射后返回观察侧的分量。另外，虽然外界光分量也有少量到达双凸透镜阵列片5上，但它们为了射出到观察侧，还要由双凸透镜阵列片5反射(百分之几)后再次通过光吸收壁列8，所以在观察侧射出的上述外界光分量已降低到可以忽略的程度。

另一方面，光吸收壁列8虽然对外界光中在发散板7的表面上反射的分量(在丙烯酰基板上约反射4％)不具有任何衰减作用，但由于是正反射，因此以顶部照明为主体的外界光反射到下方，而达不到视野范围内。另外，对于表面的正反射，利用通常的防止反射处理方法，能使反射率降低到1％以下。

这里应注意两点。第一点是由于外界光的作用，全体画面发白，显示黑电平上升，有损于明暗的判断，造成对比度恶化的主要原因在于外界反射光中的该发散反射分量(这里，意味着从荧光屏的观察侧表面入射到内部，在内部发散后从观察侧表面射出的光线)。由镜面正反射产生所谓的“映入”，虽然成为损害图象的重要原因，但利用已经确立的防止反射技术，能较容易地地排除。

如上所述，对投射光为主要的透射发散要素即双凸透镜阵列片如上所述对外界光则是主要的发散反射要素。在将“阻止装置”设置在该主要的发散反射要素即双凸透镜阵列片的投射侧的现有的结构(特开平7-56109号公报)中，在降低发散反射分量方面没有大的效果。在光吸收壁的直接作用使沿光吸收壁传播的光透过、而将与其构成较大角度的光遮住这一点上，本发明的光吸收壁列与现有例的“阻止装置”是相同的。可是，在现有的结构中由于将阻止装置设在投射光不受到任何发散作用的部分，所以阻止装置对外界光的发散作用部分(双凸透镜阵列片)所产生的发散反射不起作用。与此不同，本发明由于将光吸收壁列设置在双凸透镜阵列片的主要的发散装置的观察侧，所以能较大地降低由双凸透镜阵列片产生的发散反射分量。而且，其配置上的特征在于着眼于双凸透镜阵列片的发散作用在垂直方向上不起作用，以便不使投射光受损失。

在本发明中将光发散层9这样的发散要素设在双凸透镜的观察侧这一点也许会被认为与上述的阐述相矛盾，但光发散层9不进行发散反射。这里有应注意的第二点。

第二点是，其中分散了其折射率与母体材料不同的透明空心颗粒的光发散层的内部几乎不产生发散反射。在一些现有的文献中对这一点往往有误解的记述。发散板之所以看起来发白是由于外界光被光发散层(透射)发散后，在背面反射再次透过光发散层返回观察侧所致，不到达背面以内而在光发散层内部反射后返回入射侧的分量可以忽略。之所以在背面反射，是因为背面成为基板材料与空气的折射率有很大差异的材料的界面。这一点可由下述情况确认，即在两面呈镜面状态的内部分散了折射率稍微不同的透明空心颗粒的发散板的一面上，用与基板材料的折射率相同的黑墨全面地进行印刷，从另一面观察时看起来基本上与在透明板上印刷了黑色同样地黑。

在本发明的结构中，光发散层9和光吸收壁列8不经过反射界面而进行光学耦合，所以外界光发散反射后为了返回观察侧，在上述例中必须按照与在背面一侧印刷了黑色的情况相同的机理，外界光分量到达发散板7的背面并反射后再返回。可是，在本发明的结构中，由于在光发散层9和发散层7的背面之间形成了光吸收壁列8，所以具有与将光吸收阵列设在光发散层的观察侧的情况相同的降低发散反射的效果。而且，由于光发散层存在于光吸收壁列之后，所以不会成为使投射光损耗增大的主要原因。

如果采用上述结构，则能以最低限度的光损耗大幅度地降低成为对比度下降的重要原因的发散反射分量，其效率远比将着色板配置在包含发散材料的双凸透镜阵列片之前的现有方式要好得多。

另外，在上述的实施形态中，虽然在双凸透镜阵列片5的射出侧形成了黑带6，但也可以采用不设黑带的结构。可是，如果形成黑带，由于能降低双凸透镜阵列片5的投射侧双凸透镜上的外界光反射分量(参照图10)，所以能进一步降低发散反射分量。

(实施形态2)

本实施形态的背面投影型荧光屏在使用液晶屏作为图象源的情况下能通过与实施形态1不同的结构来获得较大的效果。

图2是表示第二结构的背面投影型荧光屏的实施形态的典型斜视图。

将菲涅尔透镜片4配置在投射侧，将双凸透镜阵列片10配置在观察侧。双凸透镜阵列片10从投射方向开始依次包含将垂直方向作为纵向的双凸透镜阵列13、将水平方向作为纵向的百叶窗状的光吸收壁列8及光发散层9。

投射光利用菲涅尔透镜4的作用而大致呈平行光，入射到双凸透镜阵列片10上。设在成为投射侧的入射面上的双凸透镜阵列13将被大致变换成平行光的投射光向水平方向发散，而沿垂直方向不具有任何折射、发散作用。

向水平方向发散的投射光入射到将水平方向作为纵向的光吸收壁列8上。因为投射光在该阶段沿垂直方向没有受发散作用，所以几乎不被光吸收壁列8吸收而透过，传播到设在射出侧的光发散层9上。光发散层9具有将投射光各向同性发散的作用。因此，光发散层9将投射光沿垂直方向发散，确保观看区，同时在水平方向使由于双凸透镜的作用而造成的尖锐的光度分布变得平滑，也使光发散到双凸透镜的作用达不到的区域。

以顶部照明为主体的外界光入射到双凸透镜阵列片10上后，它几乎全被光吸收壁列8吸收，所以到达入射侧双凸透镜面上的分量非常少。到达双凸透镜面上的外界光分量以包含全反射的较大的比例在观察侧反射，但由于本来到达的分量就很少，再次通过光吸收壁列8时受到很大的吸收作用，所以从双凸透镜阵列片10的射出面射出到观察侧的外界光反射分量极其微小。

如果采用上述结构，即使没有黑带也能实现充分地降低外界光的反射，不需要使形成黑带时所必要的入射侧双凸透镜阵列和射出侧黑带列的位置一致。因此，能容易地实现精细的间距。其结果，很适合于将容易产生干涉条纹障碍的液晶屏作为图象源的投影装置。当然，如果有可能形成黑带，则通过与其并用，能预期更大的降低反射的效果。

(实施形态3)

图3是表示第三结构的背面投影型荧光屏的实施形态的典型斜视图。

将菲涅尔透镜片4配置在投射侧，将双凸透镜阵列片11配置在观察侧。双凸透镜阵列片11在成为投影侧的入射面上有将垂直方向作为纵向的双凸透镜阵列13，在其入射面附近将垂直方向作为纵向、大致沿投射光的轨迹设置光吸收壁列12，将光发散层9配置在其观察侧。

将双凸透镜阵列片11的局面剖面图与投射光的轨迹一起示于图4中。

利用菲涅尔透镜4的作用被变换成平行光束的投射光利用双凸透镜的作用沿着图中虚线所示的轨迹在双凸透镜阵列片11的内部行进。光吸收壁列12沿着该光线轨迹设置，所以投射光几乎不被光吸收壁列12吸收而到达光发散层9。

光发散层9具有将投射光各向同性发散的作用。因此，光发散层9将投射光沿垂直方向发散，确保观看区，同时在水平方向使由于双凸透镜的作用而造成的尖锐的光度分布变得平滑，也使光发散到双凸透镜的作用达不到的区域。

入射到双凸透镜阵列片11的外界光内的作为反射的主要分量使对比度恶化的全反射光，如图10所示，几乎是通过双凸透镜面附近传播，所以如图4所示，由于在双凸透镜面附近形成光吸收壁列12，所以上述全反射光全部被光吸收壁列12吸收，不会作为反射光回到观察侧。

在图3、图4中将光发散层9设在双凸透镜13的焦点附近，但只要是配置在光吸收壁列12的观察侧，则配置在哪个部分对投射光利用效率及降低反射效果都没有影响。但是，如果在离焦点隔开极端大的位置上形成光发散层9，则会产生分辨率的恶化。最好将光发散层9设置在光吸收壁列12的观察侧、离开双凸透镜面的距离为双凸透镜13的焦距的2倍以内的位置。

另外，通过将只使光沿垂直方向发散的要素设在双凸透镜阵列片11的投射侧，还能不用光发散层9而确保垂直方向的视野。

例如通常可以考虑将把水平方向作为纵向的较浅的双凸透镜阵列设在呈平面的菲涅尔透镜片的投射侧的面上。只沿垂直方向的发散不会增加设在双凸透镜阵列片11上的光吸收壁列12产生的吸收损耗。

但在这种情况下，由于在垂直方向、水平方向都只发生由双凸透镜的折射作用引起的发散，所以在由双凸透镜的形状决定的特定的角度以上的区域呈几乎没有射出光的尖锐的光分布特性。

由光发散层9引起的各向同性发散能使这样的尖锐的特性变得平滑，同时减少干涉条纹障碍，能预期降低晃眼感的效果，所以最好利用光发散层进行最低限度的各向同性发散。在欲获得特别大的垂直视野角的情况下，同时使用将水平方向作为纵向的双凸透镜阵列和发散层是有效的。

另外，在图4中虽然将4个光吸收壁列12设在1个双凸透镜面上，但本发明不限于此。由图10可知，为了吸收全反射，在双凸透镜的顶点附近有一个光吸收壁列就足够了，另外，如果在边缘附近，则在两端部分各设1个共计2个就足够了。另外，光吸收壁列相对于各个双凸透镜的配置在双凸透镜阵列内的全部双凸透镜中不必相同。因此，光吸收壁列的排列间距为双凸透镜的排列间距的1/1.5以下即可。

根据图10，光吸收壁的高度为双凸透镜的排列间距的1/10～1/5就足够了。如果太高，则由于各种误差的原因，容易发生投射光的吸收损耗，这是不理想的。

另外，最好与投射光的轨迹平行地形成光吸收壁列，但即使不平行于光线轨迹而大致沿着光线轨迹形成也可以。例如即使是在双凸透镜面的法线方向上，也能发挥足够的降低反射的效果。这时，虽然稍微增大了投射光的损耗，但远比将光吸收剂分散在全体中有效，能降低外界光的反射。

另外，如果设置图2所示的将水平方向作为纵向的光吸收壁列8，则能更大地发挥降低外界光反射的效果。

如果采用上述结构，即使没有黑带也能实现充分地降低外界光的反射，不需要使形成黑带时所必要的入射侧双凸透镜阵列和射出侧黑带列的位置一致。因此，能容易地实现精细的间距。其结果，很适合于将容易产生干涉条纹障碍的液晶屏作为图象源的投影装置。

(实施形态4)

图5是表示本发明的背面投影机的实施形态的斜视图，且呈透视图，以便弄清主要要素的配置情况。

图5中，1表示CRT,2表示投影透镜，用标记的字R、G、B分别表示与红、绿、蓝单色图象的对应。由CRT形成的单色图象通过投影透镜2放大投影，被反射镜14返回后，在图象的成象位置设置的荧光屏3上相重合。荧光屏3采用实施形态1中所述的荧光屏。

以下，首先对背面投影机的整体说明一般的内容，然后给出本发明本身的内容。

如上所述，荧光屏3具有将从背面入射的投射光适当地发散的特性，并将其传播到观察侧。其结果，位于荧光屏前方的观察者能观看在荧光屏上形成的彩色图象。

这些结构要素设置在机壳15的内部。机壳15由不透光的材料构成，能防止外界光从荧光屏以外的部分进入装置内部。因此除了投射光以外的光不会从荧光屏的背面直接射入而透过观察侧。

这样将构成要素设置在机壳15的内部，作为透过光进行图象显示、不易受外界光的影响的结构是背面投影机的一大特征。在将图象作为反射光进行显示的背面投影机的情况下，图象显示部分即荧光屏反射入射的光这一点是基本功能，即使在其指向性上有改善的余地，但在原理上易受外界光的影响。就是说，与正面投影机相比，即使在明亮的环境下也能显示清晰的图象，这是背面投影机的一大特征，可以说有存在意义。

从荧光屏到达观察者眼睛的光最好只是被投射的图象光。如果除此以外的光重叠在图象光上，那么本来观察时应是暗的部分看起来却是亮的。通过算出输入白信号时的亮度比输入黑信号时的亮度大多少倍的比率来评价将亮的部分显示得亮、将暗的部分显示得暗的能力，将这种能力称为对比度。该对比度不限于背面投影机，而且对于全部图象显示装置来说，都是表示其能力的重要因素。图象光以外的光使该对比度下降。

在如上构成的背面投影机中，图象光以外的光能被观察者观察到的主要原因中可以认为有几种。

第一种主要原因是由荧光屏直接反射外界光。即使在反射光中被观察区反射该方向的分量是重要的，朝向脚下及天花板方向的分量也不是使对比度下降的重要原因。在设置在室内的一般的背面投影机中，外界光的主体可以认为是天花板上的照明。因此正反射分量不影响朝向脚下的图象观察，因此，成问题的是由于发散反射而射向观察区的分量。

第二种主要原因是外界光透过荧光屏进入装置内部，在装置内反射后再次透过荧光屏而射出到观察侧的情况。

第三种主要原因是投射光在投影透镜的内部反射后入射到与本来应成象的位置不同的位置，或者投射光被荧光屏面反射后返回装置内部，再次在装置内表面上反射后透过荧光屏而射出到观察侧等，形成原因都是应形成图象的投射光，由于构成要素内部的多种不需要的反射、不规则的折射等的作用而产生闪烁光，这是从荧光屏射出到应成象的点以外的情况。

为了防止由这些主要原因造成的对比度下降，对荧光屏要求的条件：第一是外界光的发散反射小；第二是能较多地吸收外界光，使进入装置内部的光少；第三是遮住从投射侧入射的光中图象光以外的光、即从正规方向以外入射的光，使其不透过观察侧。

如果采用使用了实施形态1中记载的荧光屏的本发明的背面投影机，则利用将水平方向作为纵向的光吸收壁列的作用，入射到荧光屏上的外界光几乎全被吸收，较大地降低了荧光屏本身的发散反射，同时防止了外界光进入装置内部，进一步遮住从投射侧入射的正规方向以外的光，防止重影等的发生，能实现清晰的图象。

以上说明了利用3个投影透镜投射3原色的CRT的图象类型的投射装置和使用实施形态1中的荧光屏的背面投影机，但即使利用液晶屏对灯光进行空间调制，由一个投影透镜进行投射的类型的投影装置和利用实施形态1的荧光屏构成背面投影机，同样能实现透射效率高、对比度好的特性。

另外，在上述的背面投影机中，也能使用实施形态2或3中的荧光屏，以代替实施形态1中的荧光屏。特别是在使用上述由一个投影透镜进行投射的类型的投影装置的情况下，不需要修正由荧光屏造成的色移位，也就不需要射出侧双凸透镜了，所以即使用实施形态2或3中的荧光屏构成，也能实现光的利用效率高、对比度好的背面投影机。

(实施例1)

以下给出实施形态1中说明的图1中的荧光屏的制造例。

将透明层和黑色层交替地层叠后进行固化，利用从侧面部分进行切片的众所周知的技术，如图6所示，形成了由宽p=90微米、折射率n=1.5的透明部分102和宽d=10微米的光吸收部分(光吸收壁)101交替形成的厚度t=320微米的膜(黑百叶窗膜)100。

在上述黑百叶窗膜中，图6所示的透射光的极限角θmax为24°，光的入射角和透射率的关系如图7所示。与光吸收壁平行的0°方向的透射率为83％，它是这样算出的，即两面的反射损耗约8％，与光吸收部分的宽度和透明部分的宽度的比率对应的吸收损耗为10％，由0.92×0.9求得。

另一方面，利用众所周知的两层挤压成形法，在由折射率为1.5的丙烯酰构成的基体材料上作成了发散板(两层发散板)，该发散板由作为光发散材料分散了折射率为1.53、粒径为6微米的MS空心颗粒的厚度为100微米的光发散层和由折射率为1.5的丙烯酰构成的厚度为2毫米的透明层的两层结构构成。光发散层中掺合的MS空心颗粒的量调整成使发散半值角为10°。另外，两层发散板的内部未掺合光吸收剂，透射损耗只是反射损耗的8％，两层发散板的透射率约92％。

将上述两层发散板的光发散层一侧作为贴合面，利用透明粘接材料将上述黑百叶窗膜和上述两层发散板层叠起来，作成了具有光吸收壁列的发散板(黑百叶窗发散板)。

光线从黑百叶窗膜一侧入射到如上构成的黑百叶窗发散板上时的透射率特性与图7所示的相同。另外，黑百叶窗发散板的透射率之所以不是黑百叶窗膜的透射率和两层发散板的透射率的积，是因为利用透明粘接材料进行两者的光学耦合，故与通过空气层排列时相比，减少了与空气的反射界面的两面部分的反射损耗8％。

使用这样的黑百叶窗发散板构成了图1所示的荧光屏。

投射光由菲涅尔透镜片4进行平行化后，由双凸透镜阵列片5沿水平方向发散，但在垂直方向保持了极其尖锐的指向性的状态下，入射到黑百叶窗发散板(图1中的发散板7)上。其指向性由投影放大率、投影透镜的F数决定，但在CRT投影机的情况下为±3°的范围，在液晶投影机的情况下为±5°的范围。

由图7中的特性可知，根据上述的指向性，在光吸收壁101的侧面被吸收的分量极少。此外，投射光的透射损耗是与光吸收壁101和透明部分102的宽度的比率对应的10％的吸收损耗和与空气的界面上的约4％的反射损耗，投射光的约86％透过黑百叶窗部分。

黑百叶窗膜和两层发散板利用透明粘接材料进行光学耦合，由于它们之间没有反射界面，所以透过黑百叶窗膜的投射光100％地入射到两层发散板的光发散层上。

入射到光发散层上的光被光发散层各向同性地发散。发散后的光透过透明层后从观察侧的面射出。其结果，也使光发散到不受双凸透镜的作用的垂直方向，能实现半值角为10°的视野角。同时，在水平方向上还使光发散到不受双凸透镜的折射作用的范围内，能实现平滑的视野角特性。射出时的反射损耗为4％，包括上述的损耗部分，入射到黑百叶窗发散板上的投射光的80％以上能传播到观察侧。

以上说明了黑百叶窗发散板对投射光的作用。其次考虑天花板照明等的外界光照亮黑百叶窗发散板的情况。

以天花板照明为主体的外界光在黑百叶窗发散板的观察侧的面上产生4％左右的反射，但这是镜面反射，大部分射向观察者的视野以外。入射到两层发散板上后剩余的96％的外界光受到光发散层的发散作用后到达黑百叶窗膜上，但相对于光吸收壁呈很大的角度，大部分是入射分量，所以在到达黑百叶窗发散板的背面之前，大部分已被吸收。另外在背面上微小的反射分量也在射出到观察侧之前受到光吸收壁的吸收，所以几乎不产生发散反射。

对上述结构的特性和采用在其内部掺合了光吸收剂的着色发散板以代替黑百叶窗发散板的结构的特性进行了比较。

着色发散板具有与黑百叶窗发散板的中使用两层发散板同样的两层层叠结构，光发散层与黑百叶窗发散板使用的两层发散板的光发散层的材料、构成比和厚度相同。但是，使用将透明丙烯酰作为基体材料且在内部分散了光吸收剂的着色层代替只由透明丙烯酰构成的透明层。

由于使光发散层为同一规格，所以所获得的着色发散板的发散特性与上述黑百叶窗发散板中使用的两层发散板相同，其半值角也是10°。另外，将颜料(光吸收剂)掺合成使得光吸收率约为30％。其结果是透射率为64％。

使用同样的透射装置、机壳、菲涅尔透镜片、双凸透镜阵列片，只代替发散板7的部分，将对特性进行评价的结果示于表1。

                    表1

        黑百叶窗发散板    着色发散板

增益         3.9              3.1

水平视野角     37°     37°

垂直视野角     10°     10°

外界光反射    1.8nit    4.2nit

外界光对比度    131      69

这里，增益是用“{射出亮度[nit]/入射照度[lx]}×π”定义的特性值。水平、垂直视野角表示亮度相对于表示最高亮度的正面方向为1/2的角度。外界光反射是在实验室中进行照明的状态下，且在投影机的电源断开的状态下，测定的从荧光屏的中心反射到正面方向的光的亮度，照亮荧光屏的照度约为500勒克斯。另外，外界光对比度是在上述环境中进行全白显示及全黑显示时的亮度比。

由上所述，在使用了黑百叶窗发散板的本发明的实施例中，与使用了着色发散板的现有结构相比，能实现透射效率高出约达25％的更明亮的图象，同时使外界光产生的射向观察方向的反射光为1/2以下，在外界光环境下能实现高达约90％的对比度。

另外，在使用了着色发散板的现有结构中，如果从近距离观察画面下端部分，则能明显地看到由菲涅尔透镜片的内部反射引起的双影，但在使用了黑百叶窗发散板的本发明的结构中完全看不到。这是由于造成双影的分量在垂直方向以较大的角度入射到黑百叶窗发散板上，所以该分量被光吸收壁列吸收所致。

另外，在使用了着色发散板的现有结构中，由于天花板照明和荧光屏的位置关系，在荧光屏的上端部分产生能观察到发白部分的现象，但在使用了黑百叶窗发散板的本发明的结构中完全看不到。该现象可以认为是由于在外界光线和菲涅尔透镜面的法线构成的角度与水平面和菲涅尔透镜面的法线构成的角度相等的部分处菲涅尔透镜面上的正反射分量朝向视野方向而产生的现象。在使用了黑百叶窗发散板的本发明的结构中，由于相对于光吸收壁有较大角度的这样的光线在到达菲涅尔透镜片之前完全被吸收，所以不产生上述现象。

另外，根据将光阻止装置配置在双凸透镜阵列片和菲涅尔透镜片之间的现有的技术(参照特开平7-56109号公报)，将没有光吸收壁列的发散板配置在双凸透镜阵列片的观察侧，将黑百叶窗膜插入双凸透镜阵列片和菲涅尔透镜片之间，评价的情况表明上述双影及由菲涅尔透镜面的反射引起的局部反射现象被消除。可是从荧光屏中央反射到正面方向的光的亮度不会由于有无黑百叶窗膜的插入而产生有意识的差。即，在将光阻止装置配置在双凸透镜阵列片和菲涅尔透镜片之间的现有的技术中，在一般的外界光的环境下，观察不到降低朝向视野方向的外界光反射从而提高对比度的效果。这是因为除了照明光在菲涅尔透镜面上正反射后射向视野方向的上述特殊位置关系存在的情况外，入射到荧光屏上的外界光由于反射而射向视野方向的分量的支配原因是在发散板及双凸透镜阵列片上的发散反射造成的。

另外，在本实施例中，使用由厚度大的基体材料部分(透明层)和较薄的光发散层构成的两层发散板，将光发散层一侧与黑百叶窗膜粘接起来，这是为了设置时保持必要的机械强度，同时利用光发散层使由双凸透镜沿水平方向发散的光进一步发散，从而使所产生的分辨率的恶化极小化，但本发明不限定使用这样的两层发散板。

在使用例如将光发散材料分散在全体中的厚度为2毫米的一层结构的发散板、同样与黑百叶窗膜粘接起来的情况下，同样能获得本发明主要着眼的减少造成分辨率恶化的外界光反射的效果。

另外，之所以使黑百叶窗膜的透明部分102的宽度为90微米、光吸收部101的宽度为10微米、厚度t为320微米(参照图6)，是考虑到在用现有的制造方法能实现的精度范围内，发挥使投射光的损耗较小、对外界光有较大的吸收的效果，尽量减少与菲涅尔透镜片的干涉条纹的障碍、以及分辨率恶化等的弊病的结果，但到底只不过是一例，当然还可考虑无数种设计。

例如，即使以相似方式放大或缩小上述例，图7所示的特性也不变化。这时如果缩小，有利于分辨率、干涉条纹的方面，但制造的困难程度增大。反之如果放大，则要注意分辨率恶化、发生干涉条纹等障碍。

如果一边维持透明部分及光吸收部分的宽度(p、d)，一边减小黑百叶窗膜的厚度t，则代之以θmax变大及降低外界光的能力下降，双凸透镜和光发散层的距离变小、有利于分辨率。如果厚度t变厚，则θmax变小，外界光吸收能力提高，但不利于分辨率，如果将θmax设定得极端地小，则投射光和百叶窗部分的微小的轴偏移会产生投射光的损耗。

如果光吸收部分的宽度d相对地窄，则越窄投射光的损耗就越小，这正是所希望的。最好在维持充分的光吸收能力的范围内减薄到可制造的限度。

另外，在本实施例中，将透明层和吸收层层叠并进行固化后，通过切片获得了黑百叶窗膜，但也可以如特开平6-82607所述，使透明膜产生裂纹，并使着色剂浸透到裂纹部分而形成黑百叶窗膜等另外的方法形成。另外，黑百叶窗膜和发散板粘接时除了用透明粘接材料进行层叠以外，还可以采用涂敷透明粘接剂交替粘接的方法。

另外，作为黑百叶窗发散板的制作方法也可以不用对黑百叶窗膜和发散板进行粘贴的上述实施例的方法，而是采用在有光发散层的发散板上形成规定的槽，将黑色材料填充到该槽中形成光吸收壁列等其它的方法。

本发明的要点在于以下(1)～(4)所述的结构及功能，只要能实现这样的结构和功能，采用什么样的方法都可以。

(1)将光发散层配置在光吸收壁列的观察侧。因此投射光利用光发散层的发散，不产生光损耗。

(2)使光发散层和光吸收壁列不通过空气层而呈光学耦合状态。因此被发散的外界光的大部分在到达反射界面之前已被吸收。

(3)双凸透镜阵列片配置在光吸收壁列的投射侧。因此较大地降低了入射到双凸透镜阵列片上的外界光，能防止由反射造成的对比度下降。

(4)双凸透镜是透明(即，不含有光发散材料及光吸收剂)的，将垂直方向作为纵向，光吸收壁列将水平方向作为纵向。双凸透镜只沿水平方向发散光，维持垂直方向的指向性，所以投射光不会被光吸收壁列的侧面部分吸收，能有效地透过光吸收壁列。

另外，对黑百叶窗发散板的观察侧表面进行众所周知的防反射处理防止了光吸收壁列的吸收作用达不到的表面上的反射，消除了映入，可知能更有效地提高图象显示的品位。由于光吸收壁列的吸收作用，其它界面上的外界光的反射可以忽略，但通过对该部分进行防反射处理，能预期提高投射光的透射效率的效果。

(实施例2)

以下给出在实施形态3中说明过的图3所示的荧光屏的制造例。

与实施例1相同，将透明层和黑色层交替地层叠后进行固化，利用从侧面部分进行切片的众所周知的技术，如图6所示，形成了由宽p=90微米、折射率n=1.5的透明部分102和宽d=10微米的光吸收部分(光吸收壁)101交替地形成的厚度t=25微米的膜(黑百叶窗膜)。

利用冲模将熔融的树脂压成板状后，利用形成了双凸透镜形状的滚筒状的模子进行成形的众所周知的滚筒成形法，形成了在一侧面上有双凸透镜、而另一侧面呈平面的双凸透镜阵列片。这时分别挤出不含光发散材料的透明树脂、以及将光发散材料分散在透明树脂中的树脂，利用在冲模的内部层叠成层状的两层挤压法，在呈平面一侧的表层部分上形成光发散层，双凸透镜部分作成透明层。作为透明树脂使用折射率为1.5的丙烯酰，作为光发散材料使用折射率为1.53、粒径为6微米的MS空心颗粒。

另外，将上述黑百叶窗膜插入滚筒状的模和熔融树脂之间，以便使该光吸收壁列的纵向和双凸透镜的纵向一致，在对双凸透镜形状成形的同时，与黑百叶窗膜呈一体化。

双凸透镜的排列间距为250微米。

作为结果，获得了具有图4所示的剖面图的双凸透镜阵列片。但是，光吸收壁列不与投射光的轨迹完全平行，而是与双凸透镜面的法线方向大致平行地形成。另外，每个双凸透镜有2～3个所形成的光吸收壁。

将菲涅尔透镜片配置在形成了上述光吸收壁列的双凸透镜阵列片(以下称黑百叶窗双凸透镜片)的投射侧，构成了图3所示的荧光屏。

在由双凸透镜的折射作用形成的极限射出角被设定为50°左右的一般的形状中，在不设黑带和光吸收壁列、也不添加光吸收剂的状态下，光线从平面一侧入射时，利用图10所示的机理产生全反射，其反射率也达30％以上。

在设置了光吸收壁列的本实施例的情况下，能预期在没有光吸收壁列的状态下的支配反射光的因素即全反射分量被光吸收壁列完全吸收，其结果，双凸透镜面上的反射率约2％左右，能降低到1/15。

另一方面，被菲涅尔透镜片平行化了的投射光在双凸透镜面上折分不发生吸收损耗，按照透明部分和光吸收部分的比例，只发生10％的吸收损耗。

在本实施例中，光吸收壁列是沿双凸透镜面的法线方向形成的，所以除了顶点部分外不与投射光平行。例如在射出角约40°的倾斜角为60°的部分，投射光相对于光轴具有约25°的角度，而光吸收壁的角度为60°，两者相交的角度为35°。

光吸收壁的高度(图6中的t)为25微米，朝向沿被光吸收壁吸收的光束的区域的双凸透镜面投影的宽度约18微米，将它投影到与光轴垂直的面上的宽度为9微米，通过该宽度9微米的光线在光吸收壁的侧面部分被吸收而成为损耗。

在该侧面部分的吸收损耗和上述10％的吸收损耗的结果，平均产生约16％的吸收损耗。

总而言之，能获得吸收损耗为16％、反射下降到1/15的效果。在将光吸收剂分散到双凸透镜阵列片的内部全体的一般的方法中，基于与上述同等的吸收损耗，所能预期的降低反射的效果约为3/10(约30％)。就是说，如果采用本发明的结构，与分散了光吸收剂的一般的结构相比，在同等的透射效率的情况下，前者能使外界光的反射为后者的1/4.5。

另外，在将黑百叶窗膜作为阻止装置插入双凸透镜阵列片和菲涅尔透镜片之间的现有的另一技术中，可知阻止装置对于降低上述双凸透镜部分上的反射来说没有任何效果。

另外，在本实施例中，利用滚筒挤压成形形成双凸透镜阵列片，与此同时与黑百叶窗膜构成一体，但也可以采用众所周知的热压技术将分别制作的双凸透镜阵列片和黑百叶窗膜结合成一体。

另外，在本实施例中，黑百叶窗膜的光吸收壁列的排列间距为100微米，双凸透镜的排列间距为250微米，但当然也可以这两个间距变更成另外的大小。可是，最好将两间距之比“光吸收壁列的排列间距/双凸透镜的排列间距”设定为“1/半整数”(即1/1.5、1/2.5、1/3.5、……)，这样能使由双凸透镜和光吸收壁列产生的干涉条纹的间距最小，不易产生干涉条纹。

另外，在本实施例中，由于采用了上述方法，所以光吸收壁列成为双凸透镜面的法线方向，不完全与投射光的轨迹平行，由此虽产生了光吸收损耗，但双凸透镜阵列片形成后通过机械加工形成与光线轨迹平行的槽，将光吸收材料填充在该槽中，通过采用这样的方法等能制造具有平行于投射光的轨迹的光吸收壁列的黑百叶窗双凸透镜片。

如上所述，如果采用本发明，形成遮光壁列，以便使受到双凸透镜的折射作用的光线通过，投射光通过遮光壁列后而发散，能获得将投射光的损耗抑制到最小限度且使外界光的反射降低很多的背面投影荧光屏，能实现光的利用率高、对比度好的背面投影型荧光屏及背面投影机。

Claims (4)

1．一种背面投影型荧光屏，其特征在于：从投射侧开始备有菲涅尔透镜片、将垂直方向作为纵向的双凸透镜阵列片及光发散板，上述光发散板有将水平方向作为纵向而配置的百叶窗状的光吸收壁列和光发散层，上述光发散层配置在上述光吸收壁列的观察侧。

2．一种背面投影型荧光屏，其特征在于：从投射侧开始备有菲涅尔透镜片和双凸透镜阵列片，该双凸透镜阵列片在成为入射侧的投射侧有将垂直方向作为纵向而配置的双凸透镜阵列，上述双凸透镜阵列片有将水平方向作为纵向排列的百叶窗状的光吸收壁列和光发散层，上述光发散层配置在上述光吸收壁列的观察侧。

3．一种背面投影型荧光屏，其特征在于：从投射侧开始备有菲涅尔透镜片和双凸透镜阵列片，该双凸透镜阵列片在成为入射侧的投射侧有将垂直方向作为纵向的双凸透镜阵列，上述双凸透镜阵列片有大致平行于投射光的轨迹的将垂直方向作为纵向而配置的光吸收壁列。

4．一种背面投影机，其特征在于：包括权利要求1～3的任意一项所述的背面投影型荧光屏。

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