CN1573527A

CN1573527A - 透过型屏幕和使用该屏幕的背投型映像显示装置

Info

Publication number: CN1573527A
Application number: CNA2004100042689A
Authority: CN
Inventors: 平田浩二; 前田明范; 益冈信夫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2005-02-02
Also published as: JP2005010545A; US20040257651A1; US7212339B2; US20060087733A1; GB2403026A; GB2403026B; GB0403043D0; US7009766B2

Abstract

本发明涉及透过型屏幕和使用该屏幕的背投型映像显示装置，通过将透镜组与前面板一体化，进而简化有结合光扩散层的情况下的结构，并实现低成本。为此，本发明在双凸透镜片(20)与前面板(30)的入射侧面之间，设置通过使光扩散材料分散来具有光扩散功能的第一粘接层(35)，由此将双凸透镜片(20)与前面板(30)结合。另外，在该前面板(30)的射出侧面与AR膜(40)之间配置通过使光扩散材料分散来具有光扩散功能的第二粘接层(36)。由此结合并一体化前面板(30)与AR膜(40)。

Description

透过型屏幕和使用该屏幕的背投型映像显示装置

技术领域

本发明涉及一种放大投射映像显示元件的显示映像的透过型屏幕及使用该屏幕的背投型映像显示装置(下面称为PTV)。

背景技术

就PTV用的透过型屏幕而言，已知为了沿水平及垂直方向扩大视角，设置分散有粒子状光扩散材料的光扩散层。在将液晶面板或微型镜面面板等固定像素部件用作映像显示元件的PTV中，因为使用投射孔径小的投射透镜，所以会产生作为因上述光扩散层内的扩散材料与光的干扰而产生的“若隐若现”的闪烁故障(也称为斑点)、或热条(hotbar)(沿双凸透镜(lenticular lens)的排列方向条纹状清楚看见的现象)。这种现象的产生及降低该现象的结构例如记载在特开2002-236319号公报(下面称为文献1)或特开平10-301208号公报(下面称为文献2)等中。

文献1的图1公开了为了降低上述闪烁故障或热条，在光射出面中形成有菲涅尔透镜的菲涅尔双凸透镜片中设置光扩散层，且在光入射侧形成有双凸透镜的双凸透镜片的光射出侧配置透明树脂基板作为前面板，在该透明树脂基板的光射出侧层叠光扩散材料的分散浓度不同的两层以上的光扩散层。另外，专利文献2的图1公开了在作为配置在双凸透镜片(lenticular lens sheet)的光射出侧的前面板的树脂层的光入射侧与光射出侧分别层叠光扩散层。

为了高精细化显示于透过型屏幕上的映像，必需减小双凸透镜的透镜间距。当减小透镜间距时，因为必需使双凸透镜片的厚度变薄，所以其机械强度下降。为了防止这种情况发生，通过将双凸透镜片与前面板结合而一体化，来提高机械强度。在专利文献1及2中，通过将双凸透镜片与前面板结合而一体化，进而将两个光扩散层结合在该一体化片上，从而在提高机械强度的同时，拓宽视角，降低闪烁故障或热条等。但是，文献1及2中，用粘接剂等将双凸透镜片、前面板及两个光扩散层等至少4个片彼此结合而一体化，所以结构变复杂，难以低成本化。

另外，因为分别由粘接剂等来结合上述4个片，所以在这4个片彼此间(交界)上新形成粘接层。因此，在例如专利文献2中，存在双凸透镜片与粘接层、粘接层与第一光扩散层、第一光扩散层与粘接层、粘接层与前面板(树脂层)、前面板与粘接层、粘接层与第二光扩散层等6个界面。若界面数量如此变多时，因为该界面中的光反射总地变大，所以反射损耗变大，进而导致对比度降低。粘接层(粘接剂)的折射率与双凸透镜片、前面板或光扩散层的原料的折射率相差大的情况下，上述问题变显著。

因此，为了提高视角、同时降低闪烁故障等，在将两个以上的光扩散层与前面板以及双凸透镜片一体化的情况下，期望简化结构且防止反射损耗增加或对比度降低。

另外，在文献1中，在菲涅尔双凸透镜片与双凸透镜片中分别设置光扩散层，将该双凸透镜片与菲涅尔双凸透镜片保持固定在屏幕框体上。此时，由于各构成部件相对周围温度、湿度变化的伸缩大小不同等，在各片之间产生间隙。当产生该间隙时，菲涅尔双凸透镜片或双凸透镜片的面的各位置上的光扩散材料的距离变化，担心在屏幕画面内产生清晰度降低(模糊)。

发明内容

本发明鉴于上述问题做出。本发明的第一目的在于在拓宽视角的同时，通过简单的结构可提高双凸透镜片的强度。另外，本发明的第二目的在于防止反射损耗增加或对比度降低的同时，通过简单的结构可提高透镜组的强度，并且可降低闪烁故障。另外，本发明的第三目的在于可降低各构成部件相对周围温度、湿度变化的伸缩导致的清晰度降低。

为了实现上述第一目的，本发明的透过型屏幕的特征在于，设置将双凸透镜片与该前面板相互结合的结合层(粘接层)，将用于扩散光的光扩散材料分散在该粘接层的内部，由此将该粘接层构成为光扩散层。

根据这种结构，可将粘接层用作具有光扩散作用的光扩散层(即本发明中，兼用用于一体化透镜组与前面板的粘接层、和扩散光的光扩散层)。因此，除光扩散层外，不必使用粘接剂等结合部件，不必结合双凸透镜片、整个面板及光扩散层，所以可在拓宽视角的同时，简单地作成一体化的结构，实现低成本。另外，因为在一体化时不使用光扩散层以外的粘接剂等，所以不会在双凸透镜片、前面板及光扩散层之间形成粘接层。因此，可防止由于形成新粘接层而产生的界面反射增大。

另外，为了实现上述第二目的，本发明的透过型屏幕的特征在于，在双凸透镜片与前面板之间配置具有光扩散功能的第一粘接层，在前面板的光射出侧配置具有光扩散功能的第二粘接层，至少用第一粘接层来将双凸透镜片与前面板相互结合。

根据这种结构，具有扩散功能的第一及第二粘接层经前面板间隔配置，所以扩散范围拓宽，扩散效果变大，可降低所述闪烁故障。另外，在本发明中，因为将上述第一及第二粘接层分别用作第一及第二扩散层，所以不必在将双凸透镜片与前面板、进而反射防止膜结合并一体化时，使用新粘接剂等。从而，一体化的结构变简单，可实现低成本。另外，如上所述，因为在片一体化时不必使用新粘接剂等，所以在双凸透镜片、前面板、第一及第二光扩散层的相互之间不会形成粘接层。因此，因为可降低一体化的片中的界面数量(相对于专利文献1中界面为6处，在本发明中界面为3处)，可降低界面反射并防止反射损耗增加或对比度降低。

另外，在本发明中，经前面板并在其两面配置两个光扩散层。因此，即使由于各片伴随周围温度、湿度变化的伸缩，在各构成部件间产生间隙，第一光扩散导层与该第二光扩散层与前面板一样变形。从而，即使在产生上述片的收缩的情况下，第一光扩散层与第二光扩散层之间的距离在屏幕面的各点大致相同，所以可减少清晰度降低。因此，根据该结构，也可实现上述第三目的。

附图说明

图1是表示本发明的透过型屏幕的位置实施方式的模式图。

图2是图1的分解立体图。

图3是第二粘接层的发散效果的说明图。

图4是表示使用本发明的透过型屏幕的背投型映像显示装置的图。

具体实施方式

下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式。另外，在所有图中，向具有相同功能的部分附加相同符号，对曾经说明的部分中，为了避免烦杂，省略重复说明。

图1是表示本发明的透过型屏幕的一实施方式的模式图，是从垂直方向看水平方向截面的图，图2是其分解立体图。图1、图2中，本发明的透过型屏幕沿投射光侧、即光学像的前进方向顺序配置菲涅尔双凸透镜片10、双凸透镜片20、第一粘接层(第一光扩散层)35、前面板30、第二粘接层(第二光扩散层)36、以及AR膜40。

菲涅尔双凸透镜片10在其光射出侧形成有同心圆形的菲涅尔透镜11。双凸透镜片20是在其投射光(光入射)侧，沿画面水平方向连续排列多个用于在水平方向上拓宽视角的、在画面垂直方向上延伸的作为纵长双凸透镜的双凸透镜21。另一方面，在双凸透镜片20的光射出侧，在多个双凸透镜21的各焦点位置(聚光部)上形成平面状的光透过部。另外，在对应于多个双凸透镜21彼此的交界部的位置(非聚光部)上，形成用于吸收外光并提高对比度的黑色遮光层(黑条纹)22。上述光透过部与遮光层在双凸透镜20的光射出面中沿画面水平方向交互排列。前面板30是保护双凸透镜片20的由厚度为2～3mm的透光性树脂构成的保护板。AR膜40是施加了防止外光从观察者侧映入的防止反射膜的膜。第一粘接层(有时也称为第一扩散层)35用于粘接固定双凸透镜片20与前面板30并将两者结合，由具有粘接性的材质构成。另一方面，第二粘接层(有时也称为第二扩散层)36用于粘接固定前面板30与AR膜40并将两者结合，同样也由具有粘接性的材质构成。双凸透镜片20与前面板30、及前面板30与AR膜40分别由第一粘接层35及第二粘接层36在该交界面排除空气地结合。另外，第一及第二粘接层各自的层厚在本实施方式中为100微米以下。

位于双凸透镜片20与前面板30之间的第一粘接层35、及位于前面板30与AR膜40之间的第二粘接层36分别具有在其整体中分散有作为光扩散材料的微粒子，向水平、垂直方向扩散入射的投射光的光扩散功能。这样，在本实施方式中，通过具有光扩散功能的第一粘接层35和第二粘接层，粘接固定双凸透镜片20、前面板30及AR膜40并一体化(下面将这样一体化的片称为一体化片)。第一粘接层35与第二粘接层36之间的距离等于前面板30的厚度(约2～3mm)。

在高精细化透过型屏幕上的显示映像的情况下，在双凸透镜的透镜间距变小的同时，双凸透镜片的厚度也变薄，其机械强度下降。为了提高薄型双凸透镜片的机械强度，用粘接剂等将透镜组与前面板结合并一体化。在本实施方式中，使用具有光扩散功能的第一粘接层35和第二粘接层，构成一体化片，由此使双凸透镜片20的机械强度提高。即，在本实施方式中，具有将构成一体化片的粘接层与扩散光的光扩散层兼用的结构。因此，在构成一体化片时，不必象以前那样使用粘接剂等，不必层叠光扩散层等，所以一体化的结构变简单，实现低成本。另外，在本实施方式中，除具有光扩散功能的第一及第二粘接层35及36外，不必重新使用粘接剂等，所以不在双凸透镜片20、前面板30、第一及第二粘接层35及36彼此间形成粘接层。从而，可降低一体化片中的界面数量，降低界面反射，并防止反射损耗增加或对比度降低。

作为上述各粘接层中分散的光扩散材料的微粒子，例如氧化硅、氧化铝、玻璃粉、碳酸钙、云母、方解石等无机类材料、或丙烯基树脂、聚碳酸酯树脂、氟类树脂等有机类材料。对应于期望的扩散特性，可组合使用这些微粒子中的一个或两个以上。另外，作为前面板的透光性树脂，可使用丙烯基树脂(PMMA)、丙烯基聚苯乙烯共聚树脂(MS树脂)、聚碳酸酯树脂等的具有刚性、光线透过率好的树脂板。

本发明的透过型屏幕如上所述构成，入射到菲涅尔双凸透镜片10的投射光由菲涅尔透镜11变为大致平行光，由双凸透镜21聚光到双凸透镜片20的射出侧的大致平坦部附近，并沿水平方向扩散。该扩散光通过前面板30及AR膜40射向观察者侧，但此时，由分散有接近双凸透镜21的聚光部的光扩散材料的第一粘接层在水平方向以及垂直方向上光扩散。并且，由设置在仅离开前面板30的厚度的位置上、分散有光扩散材料的第二粘接层同样进行光扩散，拓宽水平方向以及垂直方向的视角。

即，与所述文献1的公知例不同，因为间隔配置分散有光扩散材料的第一粘接层35与第二粘接层36，所以扩散范围拓宽，扩散效果变大，可防止所述闪烁故障(细节如后所述)。另外，在本发明中，因为不在菲涅尔双凸透镜片10中设置光扩散层，所以还具有可消除遮光层22中的光的遮光损耗的效果。

并且，在该实施方式中，将光扩散材料分到位于前面板30的两面上的粘接层35、36。因此，即使在保持固定在屏幕框体上的菲涅尔双凸透镜片10与一体化片伴随周围温度、湿度变化伸缩的情况下，也可防止清晰度降低(模糊)。即，即使由于上述周围环境造成的伸缩量在菲涅尔双凸透镜片10与一体化片中不同而在各片之间产生间隙，第一粘接层35与第二粘接层36也与前面板30一样变形。即，即使产生上述伸缩，也可维持屏幕面的各点的第一粘接层35与第二粘接层36之间的距离。因此，分别最佳分散到第一粘接层35与第二粘接层36中的光扩散材料的距离即使产生上述伸缩也基本上不变化，所以可降低屏幕画面内产生清晰度降低的可能性。另外，因为本实施方式的一体化片不象以前那样在不包含光扩散材料的透光性树脂基板上层叠包含光扩散材料的树脂层，所以可将透光性树脂基板原样用作前面板，可实现低成本。

下面描述闪烁故障。本申请人于在先提出的特开平11-24169号公报的图12中，描述当将从屏幕(扩散面)看投射透镜的孔的角度设为θ、将产生闪烁故障的干扰范围设为D、将光的波长设为λ、将M设为投射透镜的倍率、将F值设为F时，下式成立。

θ＝1/(FM) (式1)

DλFM (式2)

另外，该公报中公开了通过附加光扩散元件来扩大闪烁故障的干扰范围D，平均化闪烁故障(空间滤波作用)，可降低闪烁故障。

本技术可同样适用于本发明。图3是第二粘接层的发散效果的说明图。图3中，θ₂是分散到第二粘接层中的光扩散材料形成的发散半值角，t_D是前面板30的厚度，T_D是第二粘接层的光扩散半值宽度。从图3可知，半扩散半值宽度T_D如下式所示。

T_D＝2t_D·Tan(θ₂/2)t_Dθ₂ (式3)

若该光扩散半值宽度T_D比公式2所示干扰范围D大，即满足下述式4，则可降低闪烁故障。

T_D＝t_Dθ₂＞D＝λFM (式4)

在本发明中，为了满足公式4，调整或设定第二粘接层36的光扩散材料的分散量、即发散半值角θ₂，并且调整或设定前面板30的厚度t_D，降低闪烁故障。

图4是表示使用本发明的透过型屏幕的背投型映像显示装置的图。图4中，背投型映像显示装置具备包含映像显示元件(未图示)的投射装置200，进行将从光源(未图示)照射的光与映像信号对应地在每个像素改变光的浓淡的光强度调制，形成光学图像。作为映像显示元件，使用例如透过型、反射型的液晶面板或微型镜面面板等固定像素显示部件。投射装置200的映像显示元件的光学图像由投射透镜201扩大投射，由背面反射镜300返回到透过型屏幕100的方向上。由该背面反射镜300返回的光学图像投射到透过型屏幕100的背面，在透过型屏幕100的观察侧显示负映像。壳体400容纳投射装置200、投射透镜201及背面反射镜300，在其前面嵌入透过型屏幕100。

入射到透过型屏幕100的投射映像光如图1所示，由菲涅尔双凸透镜片100变为大致平行光，为了拓宽水平视角，由双凸透镜片20向水平方向发散。并且，由分别配置在前面板30的两面的第一粘接层35与第二粘接层36内中分散的光扩散材料(微粒子)向随机方向扩散，拓宽水平方向以及垂直方向的视角，向观察者侧射出。

因为用于拓宽透过型屏幕100的视角的扩散材料分散到进行透过型屏幕保护的前面板30的两侧的粘接层35、36中，所以与以前那样在前面板上层叠扩散层的结构相比，可实现低成本，结果，可有助于背投型映像显示装置的低成本。

如上所述，根据本发明，因为使构成一体化片的粘接层具有光扩散功能，所以在将光扩散层与双凸透镜片及前面板一体化时，不必使用此外的粘接剂等。因此，构成具备光扩散层的一体化片变简单，实现低成本。另外，可不使粘接剂等的界面增加地构成上述一体化片。因此，防止界面反射增大，防止对比度降低或反射损耗增加，实现高画质。这种效果在为了降低闪烁故障而使用两个以上光扩散层的情况下尤其显著。另外，根据本发明，因为防止周围温度、湿度变化产生的清晰度降低，所以即使周围环境变化也可维持高画质。另外，根据本发明，可提高一种可低成本化的屏幕。

Claims

1、一种用于背投型映像显示装置的透过型屏幕，包括：

双凸透镜片，在光入射面中，将多个沿画面垂直方向延伸的双凸透镜排列在画面水平方向上；

配置在该双凸透镜的光射出侧的前面板；和

结合层，位于所述双凸透镜片与所述前面板之间，将该双凸透镜片与该前面板相互结合，

其中，所述结合层包含用于将光扩散到其内部的光扩散材料。

2、根据权利要求1所述的透过型屏幕，其中，

所述双凸透镜片的光射出面是在画面水平方向上交互排列有配置在所述多个双凸透镜各自的焦点位置上的光透过部、和配置在与所述多个双凸透镜彼此的交界部对应的位置上的用于吸收光的遮光层。

3、一种扩大投射映像显示元件的映像的透过型屏幕，包括：

配置在该双凸透镜的光射出侧的前面板；

第一粘接层，位于所述双凸透镜片与所述前面板之间，将该双凸透镜片与该前面板相互结合；和

第二粘接层，位于所述前面板的光射出侧，与该前面板结合，

其中，通过使用于扩散光的光扩散材料分散到所述各第一及第二粘接层，使它们具有光扩散作用。

4、根据权利要求3所述的透过型屏幕，其中，

在所述第二粘接层的光射出侧还配置防止反射膜，所述第二粘接层将所述前面板与所述防止反射膜相互结合。

5、根据权利要求3所述的透过型屏幕，其中，

所述映像显示元件进行将来自光源的光与映像信号对应地在每个像素改变光的浓淡的光强度调制，形成光学图像，

所述双凸透镜片的光射出面是在画面水平方向上交互排列有配置在所述多个双凸透镜各自的焦点位置上的平面状光透过部、和配置在与所述多个双凸透镜彼此的交界部对应的位置上的用于吸收光的遮光层。

6、一种透过型屏幕，用于背投型映像显示装置，从背面投射由投射透镜放大的光学图像，该背投型映像显示装置包含：光源；进行将来自该光源的光与映像信号对应地在每个像素改变光的浓淡的光强度调制从而形成光学图像的映像显示元件；和放大由该映像显示元件形成的该光学图像的投射透镜，其中，包含沿所述光学图像前进方向顺序排列的如下部件：

(a)在光射出面形成有同心圆形的菲涅尔透镜的菲涅尔片；

(b)双凸透镜片，在光入射面中，沿画面水平方向排列多个沿画面垂直方向延伸的双凸透镜，在光射出面中，沿画面水平方向交互排列有配置在所述多个双凸透镜各自的焦点位置上的平面状光透过部、和配置在对应于所述多个双凸透镜彼此交界部的位置上的遮光层；

(c)将用于扩散光的光扩散材料分散到内部的第一粘接层；

(d)前面板；和

(e)将用于扩散光的光扩散材料分散到内部的第二粘接层。

7、根据权利要求6所述的透过型屏幕，其中，

在所述第二光扩散层的光射出侧还配置用于降低外光反射的防止反射膜，所述第一粘接层将所述双凸透镜片与所述前面板相互结合，第二粘接层将所述前面板与所述防止反射膜相互结合，从而将所述双凸透镜片、前面板及所述防止反射膜一体化。

8、根据权利要求7所述的透过型屏幕，其中，

在所述第一粘接层与所述双凸透镜片的光射出面、所述第一粘接层与所述前面板、所述第二粘接层与所述前面板、和所述第二粘接层与所述防止反射膜的各结合面中，排除空气。

9、根据权利要求7所述的透过型屏幕，其中，

当将由所述第二粘接层的光发散半值角θ₂与所述前面板的厚度t_D之积：t_D·θ₂所提供的光扩散宽度设为T_D、将由所述投射透镜的F值与倍率M和光的波长λ之积：λ·F·M所提供的干扰范围设为D时，满足下式

T_D＝t_Dθ₂＞D＝λFM

10、一种背投型映像显示装置，其中，使用权利要求1所述的透过型屏幕。

11、一种背投型映像显示装置，包含：

光源；

进行将来自该光源的光与映像信号对应地在每个像素改变光的浓淡的光强度调制从而形成光学图像的映像显示元件；

放大投射由该映像显示元件形成的该光学图像的投射透镜；

折返回来自该投射透镜的光学图像的反射镜；和

从其背面投射由该反射镜折返回的光学图像的透过型屏幕，

所述透过型屏幕包含沿所述光学图像前进方向顺序配置的如下部件：

(a)在光射出面形成有同心圆形的菲涅尔透镜的菲涅尔片；

(b)双凸透镜片，在光入射面，沿画面水平方向排列多个沿画面垂直方向延伸的双凸透镜，在光射出面，沿画面水平方向交互排列有配置在所述多个双凸透镜各自的焦点位置上的平面状光透过部、和配置在对应于所述多个双凸透镜彼此交界部的位置上的遮光层；

(c)将用于扩散光的光扩散材料分散到内部的第一光扩散层；

(d)前面板；

(e)将用于扩散光的光扩散材料分散到内部的第二光扩散层；和

(f)用于降低外光反射的防止反射膜，

其中，结构为将所述双凸透镜片、所述第一扩散层、所述前面板、所述第二扩散层及所述防止反射膜相互结合而一体地构成。

12、根据权利要求7所述的背投型映像显示装置，其中，

所述第一及第二光扩散层由作为原料具有粘接作用的材质构成，所述第一光扩散层构成为用于将所述双凸透镜片与所述前面板相互结合的第一粘接层，并且，所述第二光扩散层构成为用于将所述前面板与所述防止反射膜相互结合的第二粘接层。