CN1898600A - 菲涅耳透镜板以及使用该菲涅耳透镜板的背投式屏幕 - Google Patents

菲涅耳透镜板以及使用该菲涅耳透镜板的背投式屏幕 Download PDF

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Abstract

本发明目的在于提供一种用于透射型屏幕的菲涅耳透镜板，其由于光量损失少而明亮，可抑制斑点，不产生波纹，可抑制重影并且价格低，由满足下述的式(1)以及式(2)或者式(3)、式(4)以及式(5)的扩散特性的菲涅耳透镜板来实现。γ/α≤2.8(1)ζ/α≤6(2)其中，α为视野半值角，γ为视野1/10值角，ζ为视野1/100值角；2.0°≤α≤5.5°(3)其中，α为视野半值角；γ≤12°(4)其中，γ为视野1/10值角；ζ≤18°(5)其中，ζ为视野1/100值角。

Description

菲涅耳透镜板以及使用该菲涅耳透镜板的背投式屏幕
                       技术领域
本发明涉及背投式电视等中使用的菲涅耳透镜板以及背投式屏幕。
                       背景技术
在图1中示出以往一般在背投式电视中使用的透射型屏幕的剖面的概要结构图。在图1中，1是双凸透镜板，2是菲涅耳透镜板。通常，菲涅耳透镜板2以及双凸透镜板1接近而构成透射型屏幕。一般地，菲涅耳透镜板2由在光射出面设置有菲涅耳透镜的薄板构成，该菲涅耳透镜由等间隔且同心圆状的细微间距的透镜构成。(参照日本专利特开昭59-69748号公报)
如图1所示，双凸透镜板1在光入射面一侧等间隔地分别配置反拱形(hog-backed)的透镜。从菲涅耳透镜板2射出的平行光或者会聚光利用双凸透镜板1而在水平方向很大程度上被扩散，由此，可在水平方向的较宽的视野范围内观察到影像。
如图1所示，在这样的双凸透镜板1中，在设置于光入射面一侧的各个透镜的聚光部以外的部位设置由炭黑墨水等光吸收材料层构成的遮光图形，由此，可谋求提高在明亮的房间中的对比度。
为了在菲涅耳透镜板中，不仅在水平方向，在垂直方向也扩大可观察影像的范围，以抑制杂光等为目的，在内部混入扩散材料，或在入射面设置日本专利特开昭60-263932号公报中公开的垂直双凸透镜或日本专利特开平11-271884号公报中公开的棱镜形状。此外，在日本专利特开平8-313865号公报中公开了如下方法：为了抑制影像光的斑点(细微的亮度不均、闪烁)，将菲涅耳透镜板的浊度(haze)提高(使扩散性变大)。并且，在日本专利特开2000-275738号公报中公开了如下方法：将菲涅耳透镜板的扩散特性定为特定的范围。
在针对以往的菲涅耳透镜板的扩散性付与中，
1)虽然也考虑在菲涅耳透镜板的入射面形成等间距的垂直扩散双凸透镜、棱镜列而得到扩散特性，但是，存在产生与菲涅耳透镜、双凸透镜的波纹的问题。
此外，在使用一般的扩散材料付与扩散性的情况下，
2)扩散材料自身成为斑点(speckle)的产生原因。
3)因为扩散特性变为拖尾(tailing)型(在中角度区域比较小、在高角度区域比较大的特性)，所以，双凸透镜的遮光图形部遮住通过了菲涅耳透镜板的透射光中的拖尾成分(高角度区域的散射光)，产生光量损失。
4)虽然通过如图2所示的光线路径而产生了双图像等的重影，但是，在现有的扩散材料中，不能充分减少这些重影。
5)因为扩散剂价格高，所以，在成本方面不利。
                       发明内容
本发明是为解决这样的课题而进行的，其目的在于提供一种菲涅耳透镜板，其因光量损失少而明亮，可抑制斑点，不产生波纹，可抑制重影并且价格低。
上述目的由如下的菲涅耳透镜板完成，即，一种背投式屏幕中使用的菲涅耳透镜板，其特征在于：其扩散特性在下述式(1)以及式(2)的范围内，
                 γ/α≤2.8         (1)
                 ζ/α≤6           (2)
其中，α为视野半值角(half value angle)(成为面对正面的亮度的1/2亮度的角度)，γ为视野1/10值角(成为面对正面的亮度的1/10亮度的角度)，ζ为视野1/100值角(成为面对正面的亮度的1/100亮度的角度)。
此外，也可由如下的菲涅耳透镜板完成，即，一种背投式屏幕中使用的菲涅耳透镜板，其特征在于：其扩散特性在下述式(3)、式(4)以及式(5)的范围内，
            2.0°≤α≤5.5°       (3)
其中，α为视野半值角
              γ≤12°                  (4)
其中，γ为视野1/10值角
              ζ≤18°                  (5)
其中，ζ为视野1/100值角。
并且，可以是上述的菲涅耳透镜板的特征在于：在入射面表面具有细微凹凸，该凹凸在下述式(6)的范围内，
       0.5μm≤Ra≤2.0μm               (6)
其中，Ra是由JIS B 0601规定的中心线平均粗糙度。
此外，解决上述课题的本发明是至少由双凸透镜和上述的菲涅耳透镜板构成的背投式屏幕。
                      附图说明
图1是背投式电视机中一般使用的透射型屏幕的概要剖面图。
图2是说明菲涅耳透镜板中的重影产生光路的概要剖面图。
图3是表示至大视角区域的射出光量较大的图。
图4是表示以本发明的实施例以及比较例的正面亮度标准化后的视角亮度特性的图。
图5是表示以本发明的实施例以及比较例的全射出光量标准化后的视角光量特性的图。
                   具体实施方式
如果是满足下述的式(1)以及式(2)或者式(3)、式(4)以及式(5)的扩散特性的本发明的菲涅耳透镜板，则因为伴随着充分的浊度，所以可发挥降低波纹的效果。此外，可并存如下特征：通过满足所述扩散特性，从而达到足够宽的垂直视角，同时因为通过了菲涅耳透镜板的透射光中的由双凸透镜的遮光图形吸收的拖尾部分减少，所以，光量损失少。
                 γ/α≤2.8          (1)
                 ζ/α≤6            (2)
其中，α为视野半值角，γ为视野1/10值角，ζ为视野1/100值角
                 2.0°≤α≤5.5°    (3)
其中，α为视野半值角
                 γ≤12°            (4)
其中，γ为视野1/10值角
                 ζ≤18°            (5)
其中，ζ为视野1/100值角。
以往，如前所述，以减少斑点为目的对菲涅耳透镜板付与扩散性，而且此时当使菲涅耳透镜板的扩散特性增大时，由配置在射出一侧的双凸透镜板的遮光图形部所遮挡的光的量变多，故产生光量损失。本发明的发明人潜心研究的结果是：通过使用具有上述扩散特性的菲涅耳透镜板，从而会得到减少斑点、避免光量损失兼备的屏幕。通过特别关注视野1/100值角(ζ)，由此，可达到该成果。在与正面相比亮度为1/100的视角区域，按照图3a所示，正如字面那样，亮度只是正面的1/100，所以该区域的扩散特性以前未被重视起来。但是，按照图3b所示，在那样的角度区域中，在一定的角度范围射出到以正面方向为轴的周围整体上的光的总量，远比从作为只某一方向的光量的亮度来考虑的多。这是因为，由于在某角度θ的方向射出的光的总量是将单位球面上的周长乘以角度值θ的亮度值，所以成为sinθ的函数。通常，当增大扩散性时，不只伴随视野1/2值角的增加，还伴随如上所述的视野1/100值角的增大，在这样的大角度中，即使只稍微增加亮度，对那样的角度区域整体的光量增加也会变大。在本发明的菲涅耳透镜板中，视野1/10值角以及视野1/100值角对视野1/2值角之比为上述的一定值以下、或者使视野1/2值角为上述的一定范围，使视野1/10值角以及视野1/100值角的值为上述的一定值以下，由此，可确保扩散性并且可抑制周边部的光量增加，其结果是，在组合了本发明的菲涅耳透镜板和双凸透镜板的背投式屏幕中，可起到抑制光量损失和减少斑点兼备的本发明的作用效果。
当视野1/100值角ζ对视野半值角α之比ζ/α大于6时，相对于向正面附近的光线来说，向周边部方向的光线的比例变大，光量损失对射出光量的比例增大。在视野1/10值角δ对视野半值角α之比δ/α大于2.8的情况下也相同。优选ζ/α为4以下，优选δ/α为2.2以下。
当视野半值角α为2.0°以下时，则扩散特性不足，垂直视角变窄，并且不能充分抑制波纹、重影等。当为5.5°以上时，则视角特性变得过宽，不能得到需要的增益。视野半值角α的优选范围为4°以上、5°以下。
当视野1/100值角ζ为18°以上、或者视野1/10值角γ为12°以上时，因为由双凸透镜板的遮光图形部分吸收的光线的拖尾成分变多，所以，不能得到需要的增益。视野1/100值角ζ优选为12°以上。当为12°以下时，则在某范围以上的垂直视角中画面的亮度急剧变暗，存在所谓的热带(hotband)现象成为问题的情况。以同样的理由，优选视野1/10值角γ为7°以上。视野1/100值角ζ的优选范围为12°以上、15°以下。
并且，主要的扩散性是通过满足下述条件的菲涅耳透镜板的入射面表面的细微凹凸得到的，由此，可大幅抑制使用扩散材料引起的斑点的产生。
           0.5μm≤Ra≤2.0μm    (6)
其中，Ra是由JIS B 0601规定的中心线平均粗糙度。
根据细微凹凸，进而，因为在图2所示的菲涅耳面3反射后的杂光难以在菲涅耳透镜板的入射面4发生全反射，所以，可显著抑制双图像。此外，因为可大幅降低高价的扩散剂的使用量，所以，能够以低成本进行制造。
当利用表面凹凸付与主要的扩散效果时，作为可满足上述扩散特性的理由，进行如下估测。
当光线入射到含有扩散剂的扩散板时，由于包含在内部的扩散剂，光线发生折射。折射后的光线到达射出面之前，进一步由扩散剂进行折射。在该过程中，由扩散剂多次扩散，因为从概率上讲多少会存在一些受到过度扩散的光线成分，所以，抑制扩散为需要以上的视角的拖尾部分是较难的。另一方面，当光线入射到由入射面凹凸进行扩散的板上时，只通过在入射面受到一次折射作用就决定了扩散特性，所以，可抑制被扩散的视角的拖尾部分。此外，按照本发明，在图2中，在菲涅耳面3反射后的重影光到达入射面4时，因为表面为凹凸面，所以产生成为比临界角小的入射角的成分，因此只有一部分重影光到达射出面一侧，根据上述等理由，可抑制重影光。特别是双图像的抑制效果显著。
表面凹凸对扩散效果贡献的比例在由JIS-K7105规定的浊度测定法中，将具有本发明的扩散特性的菲涅耳透镜板的浊度测定值设为H、将除不包含扩散剂以外均与本发明相同的菲涅耳透镜板的浊度测定值设为H1时，优选满足H1/H＞0.5。当为该范围以外时，则扩散剂对扩散效果贡献的比例变大，存在不能充分发挥本发明的效果的情况。更优选H1/H＞0.8，进一步优选H1/H＞0.9。
在本发明中，当表面粗糙度Ra为0.5μm以下时，存在不能付与充分的扩散特性的情况。当为2.0μm以上时，存在不能充分减轻斑点的情况。优选的范围为0.6μm以上、1.5μm以下。
所述表面凹凸优选是随机的。当表面凹凸具有规则性时，存在与菲涅耳透镜列和/或双凸透镜列产生波纹的情况。
作为在本发明的菲涅耳透镜板上形成所述表面粗糙度的方法，例如，有如下方法：在基体材料中混入折射大致相等的光扩散剂，推压成形，形成至少单面具有凹凸表面的衬底后，将凹凸面作为入射面，在相反面形成菲涅耳透镜；对菲涅耳透镜板的入射面进行喷砂；对入射面表面以溶剂、碱、酸等的药品溶解菲涅耳面和/或菲涅耳透镜的入射面、形成凹凸面的所谓的刻蚀法等。在使用刻蚀法时，例如有如下方法：使在入射面附近含有与基体材料溶解速度不同的粒子之后，以药品进行溶解处理；以溶解速度不同的多个基体材料形成入射面，以药品进行溶解处理等等。并且，可使用利用上述等方法将菲涅耳面和/或菲涅耳透镜板的入射面的成形模作成凹凸面并通过该凹凸面成形模形成菲涅耳透镜板的方法等。
将如上所述的本发明的菲涅耳透镜板与双凸透镜板进行组合，由此，可得到本发明的背投式屏幕。作为在本发明的背投式屏幕中使用的双凸透镜板，使用如下的双凸透镜板：在入射面上横向并排设置以往公知的纵长柱面透镜，在射出面一侧的投射光不通过的部分设置光吸收材料层构成的遮光图形。此外，可以使用以格子状并排设置有细微的独立透镜的微透镜阵列来代替如上所述的柱面透镜。此外，可以使用如下的双凸透镜板：该双凸透镜板组合了横向并排设置有柱面透镜的双凸透镜和纵向并排设置有柱面透镜的双凸透镜。
下面，对本发明的实施例进行说明。
<实施例1>
使用由喷砂处理使无斑表面成为无光面的成形模和镜面的成形模，制造单面是无光泽的、相反面是镜面的聚甲基丙烯酸苯乙烯共聚(MS)树脂制板，在该镜面一侧由紫外线固化树脂形成菲涅耳透镜，制作菲涅耳透镜板。MS树脂制板的折射率是1.54，内部不包含扩散剂。厚度为2mm，无光面的表面粗糙度Ra＝0.9μm，浊度值为70％。该碱性树脂制板的视角特性在表1中示出。在投影机一侧配置该菲涅耳透镜板，在观看者一侧配置0.1mm间距、遮光图形比率65％的双凸透镜板，构成透射型屏幕，安装在LCD投影电视机上，目视评价正面的增益测定以及斑点。组合其结果，在表1中示出。使用了本发明的菲涅耳透镜板的透射型屏幕增益高，并且斑点小。
<实施例2>
除了树脂制板中包含0.2％的MS制扩散剂(平均粒径为8μm，折射率为1.54)、将无光面的表面粗糙度设为Ra＝0.7μm以外均与实施例1相同，制作成菲涅耳透镜板。该板的浊度值为65％。该丙烯酸树脂制板的视角特性在表1中示出。使该菲涅耳透镜板与实施例1相同，安装在LCD投影电视机上，目视评价正面的增益测定以及斑点。组合其结果，在表1中示出。使用了本发明的菲涅耳透镜板的透射型屏幕增益高，并且斑点小。
<实施例3>
除了树脂制板中包含0.7％的MS制扩散剂(平均粒径为10μm，折射率为1.56)以及使用两面为镜面的成形模以外均与实施例1相同，制作成菲涅耳透镜板。该板的浊度值为60％。该丙烯酸树脂制板的视角特性在表1中示出。使该菲涅耳透镜板与实施例1相同，安装在LCD投影电视机上，目视评价正面的增益测定以及斑点。组合其结果，在表1中示出。使用了本发明的菲涅耳透镜板的透射型屏幕增益高，并且斑点小。
<比较例1>
使用2块镜面的成形模，混入由玻璃制粒子构成的扩散剂(平均粒径为8μm，折射率为1.56)，调整浓度以使浊度值为50％，进行树脂制板的制造，除此以外，与实施例1相同，制作成厚度2mm的两面为镜面的MS树脂制板。除了使用比较例1的该树脂制板以外均与实施例相同，制作透射型屏幕，安装在电视机上，目视评价正面的增益测定以及斑点。组合其结果，在表1中示出。使用了比较例1的菲涅耳透镜板的透射型屏幕与实施例1相同，增益高，但是，斑点显著，损害影像的质量。
<比较例2>
除了调整扩散剂浓度使浊度值为70％以外均与比较例1相同，制作透射型屏幕，安装在电视机上，目视评价正面的增益测定以及斑点。组合其结果，在表1中示出。使用了比较例2的菲涅耳透镜板的透射型屏幕的斑点比较小，但是，增益低，影像较暗。
上述各实施例以及比较例的结果在表1中示出，此外，在图4a中示出各例的视角特性图。图4b是对图4a的θ较大区域进行放大后的图。并且，图5a是关于各例对角度θ示出以全射出光量对以某特定角度θ射出的光的总量进行标准化后的结果的图。图5b是对图5a的θ较大的区域进行放大后的图。可知在较大的视角区域(θ较大)比较例的菲涅耳透镜板比实施例的菲涅耳透镜板射出的光量大。
表1
本发明的实施例以及比较例的结果一览
  衬底的浊度(％)   表面粗糙度Ra(μm)   增益   斑点(注)      视角特性               视角特性(deg)
  γ/α   ζ/α   半值角α   1/10值角γ   1/100值角ζ
  实施例1   70   0.9   4.2   ◎   2.0   3.1   4.85   9.8   14.8
  实施例2   65   0.7   4.4   ◎   2.1   3.5   4.1   8.7   14.2
  实施例3   60   4.3   ◎   2.7   5.7   2.2   5.9   12.6
  比较例1   50   4.2   ×   2.9   7.6   1.65   4.85   12.5
  比较例2   70   3.5   ○   3.0   6.9   2.86   8.6   19.8
(注)斑点(闪烁)评价基准
◎：几乎没有发现闪烁。
○：存在闪烁，但没问题。
×：闪烁强，不适于收看。
按照本发明的菲涅耳透镜板，可提供明亮、抑制了斑点的透射型屏幕。

Claims (4)

1.一种背投式屏幕中使用的菲涅耳透镜板，其特征在于：
其扩散特性在下述式(1)以及式(2)的范围内，
                γ/α≤2.8      (1)
                ζ/α≤6        (2)
其中，α为视野半值角，γ为视野1/10值角，ζ为视野1/100值角。
2.一种背投式屏幕中使用的菲涅耳透镜板，其特征在于：
其扩散特性在下述式(3)、式(4)以及式(5)的范围内，
                2.0°≤α≤5.5°(3)
其中，α为视野半值角
                    γ≤12°    (4)
其中，γ为视野1/10值角
                    ζ≤18°    (5)
其中，ζ为视野1/100值角。
3.如权利要求1或2记载的菲涅耳透镜板，其特征在于：
在菲涅耳透镜板的入射面表面具有细微凹凸，该凹凸在下述式(6)的范围内，
            0.5μm≤Ra≤2.0μm            (6)
其中，Ra是由JIS B 0601规定的中心线平均粗糙度。
4.一种至少具有菲涅耳透镜板和双凸透镜板的背投式屏幕，其特征在于：
该菲涅耳透镜板是权利要求1～3任意1项中记载的菲涅耳透镜板。
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