DK174583B1 - Projektionsskærm med god opløsningsevne og god mekanisk stabilitet. - Google Patents

Description

i DK 174583 B1

Opfindelsen angår en projektionsskærm til visning af et billede i et auditorium omfattende de følgende elementer: en frontplade med en frontside, som vender mod auditoriet, og en modstående bagside, hvor 5 frontsiden er forsynet med en mangfoldighed af lenti-kulære lysdiffusionsmidler inde i skærmen, og en mekanisk stabil substratplade, som har en bagside og en mod bagsiden af frontpladen vendende frontside.

En projektionsfjernsynsskærm med rimelig god 10 opløsningsevne og god mekanisk stabilitet er beskrevet i artiklen "Ultra-wide Viewing Angle Rear Progec-tion TV Screen" af R. Bradley, J. Goldenberg og T. S. McKechnie i Proceedings IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol. 31, side 185-193, august 1985. Fig.

15 1 er gengivet fra denne artikel. Det bemærkes, at frontelementet er ganske tykt, og tykkelsen er udtrykkeligt valgt for at modstå kastninger på grund af temperatur- og/eller fugtighedsvariationer. Der er indarbejdet kugler over hele frontelementet for at 20 gøre lyset diffust. En relativ tynd Fresnel-linse har en aktiv flade, der er vendt mod det betragtende publikum. Den lentikulære frontdel af skærmen er lamineret til volumen diffusionsdelen for at skabe optisk kontakt mellem de to og således minimere reflektioner 25 fra skillefladen.

I artiklen "Diffraction Analysis of Bulk Diffusers for Projection Screen Applications" i Journal of the Optical Society of America Volume 2, nr. 12, september 1985 analyserer opfinderne af den foreliggende 30 opfindelse volumen diffusere ved deres skalare diffraktion. Den foreliggende beskrivelse refererer hermed til denne artikel.

DK 174583 B1 2

Den foreliggende opfindelse tilsigter at forbedre de kendte udformninger af projektionsskærme for at forøge skærmenes opløsningsevne under opretholdelse af deres mekaniske stabilitet.

5 Opfindelsen tilsigter videre at opnå det oven nævnte mål under i visse tilfælde reduktion af fremstillingsomkostningerne for skærmene.

Dette formål opfyldes af en projektionsskærm ifølge opfindelsen, hvilken er kendetegnet ved, at 10 diffusionsmidlerne er koncentreret i den halvdel af skærmen, som vender mod auditoriet. Diffusionsmidlerne kan være en volumendiffusionszone eller en fladediffusionszone. I en særlig foretrukket udførelsesform er diffusionspartiklerne rent faktisk fordelt i 15 linseelementerne.

Det bemærkes, at sammendraget af den japanske patentansøgning nr. JP-A-55-12980 omtaler en enkeltelement projektionsskærm, hvori diffusionen af lys opnås ved hjælp af små diffusionspartikler disperge-2 0 ret i skærmmaterialet og fordelt over hele tykkelsen af skærmen. Tætheden af partiklerne aftager eksponentielt fra den ene side af skærmen til den anden side. Sammendraget omtaler imidlertid ikke at koncentrere diffusionspartiklerne i en diskret del ved 25 frontsiden af skærmen.

Hvis skærmen har to elementer, kan det mekanisk stabile substrat være en del af enten front- eller bagelementet. Når det mekanisk stabile substrat er i bagelementet, kan tæt nærhed af linseelementet på 30 substratet opretholdes ved at give linseelementet en indadgående krumning. Krumningen må være tilstrækkelig til at modvirke udadgående krumning af linseelementet ved de mest ekstreme temperatur-/fugtigheds- 3 DK 174583 B1 betingelser. Alternativt kan linseelementet limes fast til substratet i et begrænset antal punkter.

I det følgende vil opfindelsen blive nærmere beskrevet med henvisning til den skematiske tegning, 5 på hvilken fig. 1 viser et vandret snit gennem en kendt skærm, fig. 2 et diagram af en skærm med et tredelt frontelement med diffusor tæt ved den lentikulære 10 flade, fig. 3 et diagram af en skærm med et todelt frontelement med diffusionselementer tæt ved den len-j tikulære flade, ! fig. 4 et diagram af en skærm med et todelt 15 frontelement med diffusor inde i linseelementerne, fig. 5 et diagram af en skærm med et todelt frontelement med en overfladediffusor, fig. 6 et diagram af en skærm med et enhedsfrontelement med diffusor inde i den lentikulære fla-20 de og et tykt bagelement, fig. 7 et diagram af en skærm med et enhedsfrontelement med en overf ladedif fusor og et tykt bag element med Fresnel-linse, fig. 8 et diagram af en skærm med et tykt bage-25 lement med Fresnel-linse og et todelt frontelement med en bagflade, der berører Fresnel-fladen og fig. 9 et diagram af en skærm med et lentiku-lært frontelement, der berører et Fresnel-linsebag-element, hvor Fresnel-linsebagelementet har diffusi-30 onsoverflade.

Udførelsesformerne for den foreliggende opfindelse vil blive diskuteret ud fra en bagprojektions-skærm med den især i US-patentskrift nr. 4 573 764 DK 174583 B1 4 viste konstruktion. Opfindelsen er imidlertid ikke begrænset til den særlige konstruktion af linseelementerne ifølge dette patent eller til en skærm med en lentikulær flade og en Fresnel-linseflade. Diffu-5 sion vil forøge den lodrette lysfordeling i enhver skærm. I den særlige skærm, som omhandles af US-patent nr. 4 573 764 er diffusion nødvendig for at opnå minimum farveskift.

Som det nu er vist i artiklen "Diffraction Ana-10 lysis of Bulk Diffusers for Projection Screen Applications" Journal of Optical Society of America, J. Goldenberg og T. S. McKechnie, december 1985 kan den samme diffusionsvinkel opnås i enhver skærm med en tynd som med en tyk volumendiffusor, hvor volumendif-15 fusor er defineret som et værtsmedium med ganske små kolloidale partikler fordelt deri.

Idet der nu henvises til fig. 1, den kendte skærm, er skærmens frontelement angivet ved reference nr. 10. Det bemærkes, at elementet er ganske tykt og 20 har diffusionspartikler spredt over hele bredden. En lentikulær overflade omfattende flere langstrakte parallelle linseelementer 12, der strækker sig i retningen vinkelret på papirets plan, vender mod det publikum, der betragter fremvisningsskærmen. Rummene 25 eller rillerne mellem nabolinseelementer er delvist fyldt med et sortnende materiale 14. Strukturen og sammensætningen af linseelementerne og det sortfarvende materiale er eksempelvis beskrevet i US patent-skrift nr. 4 573 764 og vil ikke blive nærmere be-30 skrevet her. Hvad der skal bemærkes er, at tykkelsen af frontelementet bevirker, at det modstår kastninger på grund af temperatur- og fugtighedsvariationer. Endvidere forøger volumendiffusoren skærmens opløs- 5 DK 174583 B1 ningsevne i en vis udstrækning i forhold til fladediffusere på bagfladen af frontelementet.

Den kendte projektionsskærm omfatter også et tyndt bagelement 16, hvis flade, der vender mod 5 frontelementet 10, udgøres af en Fresnel-linsestruktur. Ifølge US-patentskrift nr. 4 573 764 bliver de røde, blå og grønne lysstråler ved indførelse af diffusion mellem den lyskollimerende Fresnel-linse og de lysspredende lentikulære linseelementer tilstrække-10 ligt diffuse således, at der opnås en hovedsagelig jævn horisontal spredning af de respektive lysstråler, hvorved farveforskydningsfænomener reduceres væsentligt .

Medens muligheden for at profilere en anden 15 overflade end den forreste lentikulære flade for at skabe overfladediffusion diskuteres, er der intet i US-patentskrift nr. 4 573 764, der peger i retning af at flytte diffusionspartiklerne så tæt som muligt til fronten af skærmen fortrinsvis til en placering in-20 denfor linseelementerne.

Med henvisning til fig. 2 er anbringelse af diffusionspartiklerne tættere ved fronten under opretholdelse af den mekaniske stabilitet af projektionsskærmen opnået ved et frontelement med et klart 25 substrat 20 til at sikre mekanisk stabilitet. I den i fig. 2 viste udførelsesform er dette substrat 2 mm tykt. Et volumendiffusionselement 24 med en tykkelse på kun 1 mm har en bagflade 22 mekanisk fastgjort til frontfladen af substratet 20. Specielt kan de to fla-30 der være limet sammen eller lamineret. På lignende måde er frontflade 26 af volumendiffusionsdelen 24 lamineret til den lentikulære del 28 af frontelementet. Sortfarvning af skærmen er udeladt i fig. 2, DK 174583 B1 6 idet det er uden betydning for forståelse af den foreliggende opfindelse. Tykkelsen af den lentikulære del er også 1 mm. Dimensionerne i fig. 2 er kun illustrative og skal ikke betragtes som en begrænsning.

5 Det bemærkes, at Fresnel-linseelementet, nemlig bagelement 29, er relativt tyndt og derfor ikke mekanisk stabilt. Idet stabiliteten af dette element ikke er kritisk for skærmens ydelse, er der ikke behov for at fastspænde dette element eller fastgøre det til det 10 stabile frontelement udover at fastgøre det til det andet element langs dets kant, som det er sædvane ved skærmfremstilling. Eventuelt kan Fresnel-linsen fast-klæbes til det stabile frontelement ved hjælp af en lille mængde klæbestof ved Fresnel-linsens optiske 15 centrum. En absorberende skive 27 kan da bruges til at udjævne klarheden i det optiske centrum i forhold til klarheden i resten af skillefladen. Sidstnævnte er sænket ca. 8% på grund af reflektion.

Den samlede tykkelse af frontelementet og nær-20 heden af diffusionsregionen i forhold til den lentikulære frontflade giver anledning til en skærm, der har en høj opløsningsevne og god mekanisk stabilitet.

I fig. 3 befinder volumendiffusionskuglerne sig i den forreste del af det klare substrat, der som i 25 fig. 2 eksempelvis er et tykt ark af klar akryl. Dette ark kan eksempelvis fremstilles ved presning på sådan måde, at diffusionskuglerne, der er blevet introduceret som angivet eksempelvis i "Ultra-Wide Viewing Angle Rear Projection Screen" af Ralph Brad-30 ley og opfinderne, IEEE Transactions on Consumer Electronics, V. 31 (3) , august 1985, tillades at sætte sig mod den ene overflade af arket under tyngdekraftens indvirkning. Sætningen finder sted i løbet 7 DK 174583 B1 af den tid, det tager for arket at køle ned. Den lentikulære del lamineres derefter til den side af volumendiffusionsarket, der indeholder diffusionskuglerne. I det i fig. 3 viste eksempel har det diffusions-5 givende substrat 30 en tykkelse på 3 mm. Derpå er lamineret det lentikulære element, der i fig. 3 har en tykkelse på 1 mm. Også her kan frontfladen 31 af elementet 30 være limet til bagfladen af det lentikulære element 32. Tykkelsen af Fresnel-linsen 34, der kan 10 være identisk med Fresnel-linsen 29 i fig. 2, er 1 mm. Igen giver den samlede tykkelse af frontelementet sammen med placeringen af diffusionsområdet i nærheden af den lentikulære frontflade en skærm med stor opløsningsevne og god mekanisk stabilitet.

15 I fig. 4 er diffuseren indarbejdet i den forre ste lentikulære del 40. Den forreste lentikulære del er da lamineret til et tykt ark af akryl eller andet passende materiale. Atter er tykkelsen af det lentikulære element 1 mm, medens det klare substrat 42 er 20 3 mm. En Fresnel-linse 44 identisk med den tidligere illustrerede Fresnel-linse fuldender bagprojektions-skærmen.

I fig. 5 er en lentikulær frontdel 50 limet til et tykt transparent substrat 52. Overfladeruhed på 25 den ene eller begge kontaktfladerne mellem det klare substrat 52 og det lentikulære element 50 er brugt til at give lysdiffusion. Overfladeruheden og brydningsindeks for materialerne er valgt for at give den ønskede diffusionsvinkel. Brydningsindeks for sub-30 stratet er typisk 1,5, medens det for den lentikulære del er 1,6. Substratet er fortrinsvis en polymer så som polymethylmetakrylat, eller det kan være glas.

Ruhed kan frembringes ved slibning af overfladen med DK 174583 B1 8 et groft (eksempelvis nr. 100) karborundumpulver. Den lentikulære del er fortrinsvis fremstillet af en ul-traviolethærdet polymer. Jo større forskel mellem brydningsindeks for de to dele, jo mindre ruhed kræ-5 ves.

Fælles for alle de ovennævnte eksempler er, at diffusionselementerne er så tæt som muligt på fronten af skærmen, og at frontelementet er tilstrækkeligt tykt til at sikre mekanisk stabilitet.

10 Udførelsesformer, der anvender en anden måde at frembringe en mekanisk stabil skærm, beskrives nedenfor og illustreres i fig. 6-8, hvor et tyndt front-element indeholder diffuseren, medens mekanisk stabilitet frembringes af et tykt Fresnel-1insebagelement.

15 Idet der først refereres til fig. 6, indeholder frontelementet 60 linseelementer, i hvilke diffusionspartiklerne er fordelt. Dette element er 1 mm tykt i eksemplet vist i figuren. Tykkelser fra % mm til 1¾ mm kan imidlertid let tilpasses. Bagelementet 62 er 2 0 på den anden side et tykt mekanisk stabilt element.

Den illustrerede tykkelse er 3 mm, men typisk kan et område fra 2-5 mm bruges. Maksimumtykkelsen er udelukkende begrænset af materialeomkostningerne.

Det skal bemærkes, at ved denne udførelsesform 25 er frontelementet fremstillet således, at det har en indadgående krumning. Dette kan opnås ved at varmforme front element et over en form, der har den ønskede krumning. Hvis de sortfarvende elementer (ikke vist) i rillerne mellem nabolinseelementerne er sorte trå-30 de, kan den rette trådspænding alternativt inducere spændinger, der bevirker den korrekte krumning. En skærm med sorte tråde til sortfarvning er omtalt i US-patentansøgning nr. 729 317 indleveret 1, maj, 9 DK 174583 B1 1985 og overdraget til North American Philips Consumer Electronics Corp. Der henvises hermed til denne ansøgning.

For en skærm med en diagonal på 1 meter (40 5 tommer) bør frontelementet have en iboende buedybde på mellem 5 og 25 mm. Dette kræver en krumningsradius på mellem 5 og 20 m. For større eller mindre skærmstørrelser må buens dybde justeres tilsvarende. Generelt afhænger det af de forventede temperatur- og 10 fugtighedsbetingelser i de omgivelser, skærmen skal arbejde. Temperatureffekten er mindre betydningsfuld end fugtighedseffekten, idet temperaturligevægt mellem skærmens indre og ydre overflader indstilles hurtigere end ligevægt i fugtighed. Ved stigende tempe-15 ratur og stigende fugtighed udvider det ydre lag sig, hvilket resulterer i, at skærmen tenderer mod at bøje udad. Den buedybde, der er frembragt ved fremstillingen ved en af de ovennævnte fremgangsmåder, må derfor kompensere for den maksimale bøjning, der kan forven-20 tes under de specielle temperatur- og/eller fugtighedsbetingelser, som skærmen vil blive udsat for. En samlet tendens til at bue indad bør sikres ved den maksimale bøjning, der forventes. Denne lette krumning vil bevirke, at skærmen til stadighed presser 25 mod det tykke og derfor stabile Fresnel-element.

Ovennævnte fremgangsmåde kan kombineres med brug af en lille mængde transparent klæbestof mellem Fresnel-linsen og det lentikulære element. Denne lille mængde transparent klæbestof bør påføres ved det 30 optiske center, hvor Fresnel-linsen ikke har nogen optisk styrke, og hvor fladen med facetter er hovedsagelig plan. Mængden af klæbestof og dets fordeling vælges således, at skærmens optiske eller kosmetiske 10 DK 174583 B1 egenskaber ikke forringes. Yderligere kan en absorberende skive, såsom den i fig. 1 viste, bruges til at nedsætte klarheden ved linsens optiske center.

Selv om overfladediffusion ikke altid hænger 5 sammen med stor opløsningsevne, vil opløsningsevnen under påvirkning af skærmen i fig. 7 være fuldt ud passende for de fleste formål. I fig. 7 har frontelementet 70 overfladediffusion på sin bagflade. Bagfladen støtter ved den færdige samlede skærm mod en 10 Fresnel-linseflade på bagelement 72. Bagelementet 72 er som i fig. 6 et tykt mekanisk stabilt element.

Fig. 8 og 9 viser andre variationer af udførelsesformen med et tykt bagelement. I fig. 8 har det viste bagelement, ligesom i fig. 6, en tykkelse på 15 ca. 3 mm. I den færdige skærm støtter dens Fresnel-flade mod et volumendiffusionslag 82, der er en del af frontelement 84. Volumendiffusionslaget er 1 mm tykt, medens bagelementet er 3 mm tykt. Atter kan sidstnævnte typisk ligge i området mellem 2 og 5 mm, 20 idet mekanisk stabilitet først og fremmest tilgodeses, idet lystabet er minimalt. Tæt kontakt opretholdes mellem front- og bagelementerne ved indførelse af spænding i frontelementet og/eller ved klæbning.

Den i fig. 9 viste udførelsesform svarer til 25 den i fig. 7 bortset fra, at overfladediffusionen er indført på overfladen af Fresnel-linsen 92 i stedet for på bagfladen af frontelementet 90.

Claims (17)

1. Projektionsskærm til visning af et billede i et auditorium omfattende de følgende elementer: en frontplade {28, 32, 50, 60, 70, 84, 90) med 5 en frontside, som vender mod auditoriet, og en modstående bagside, hvor frontsiden er forsynet med en mangfoldighed af lentikulaere, lysdiffusionsmidler inde i skærmen, og en mekanisk stabil substratplade (20, 30, 10 42, 52, 62, 72, 80, 92), som har en bagside og en mod bagsiden af frontpladen vendende frontside, kendetegnet ved, at diffusionsmidlerne er koncentreret i den halvdel af skærmen, som vender mod auditoriet.

2. Projektionsskærm ifølge krav 1, k ende- tegnet ved, at diffusionsmidlerne er indeholdt i frontpladen.

3. Projektionsskærm ifølge krav 2, kendetegnet ved, at diffusionsmidlerne udgøres af en 20 mangfoldighed af diffusionspartikler dispergeret i en separat volumendiffusionssektion (24) grænsende op til nævnte lentikulære midler, og ved at tykkelsen af sektionen er mindre end afstanden mellem sektionen og frontsiden af frontpladen (28).

4. Projektionsskærm ifølge krav 2, kende tegnet ved, at diffusionsmidlerne udgøres af en mangfoldighed af diffusionspartikler dispergeret i de lentikulære midler (40).

5. Projektionsskærm ifølge krav 2, kende-30 tegnet ved, at diffusionsmidlerne udgøres af en ru overflade på bagsiden af frontpladen (50). 12 DK 174583 B1

6. Projektionsskærm ifølge krav 1, kende -tegnet ved, at diffusionsmidlerne er indeholdt i substratpladen.

7. Projektionsskærm ifølge krav 6, kende-5 t e g n e t ved, at diffusionsmidlerne udgøres af en mangfoldighed af diffusionspartikler dispergeret i en afgrænset volumendiffusionssektion (24) sat på frontsiden af substratpladen (20).

8. Projekt i ons skærm ifølge krav 6, kende- 10. e g n e t ved, at diffusionsmidleme udgøres af en mangfoldighed af diffusionspartikler dispergeret i substratpladens volumen (30) tæt på dens frontside.

9. Projekt ions skærm ifølge krav 6, kende -tegnet ved, at diffusionsmidlerne udgøres af en 15 ru overflade ved frontsiden af substratpladen (52).

10. Projektionsskærm ifølge krav 3, 4, 7 eller 8, kendetegnet ved, at nævnte diffusionspartikler er kolloidale partikler.

11. Projektionsskærm ifølge krav 1, kende- 20. e g n e t ved, at frontpladen (40) og substratpladen (42) er mekanisk og optisk forbundet til hinanden.

11 DK 174583 B1

12. Projektionsskærm ifølge krav 11, kendetegnet ved en ekstra plade (29, 34, 44, 25 54) , hvorpå der er en linsestruktur, som vender mod bagsiden af substratpladen.

13. Projektionsskærm ifølge krav 1, kendetegnet ved, at én side af substratpladen (62, 72, 80, 92) har en linsestruktur.

14. Projektionsskærm ifølge krav 12 eller 13, kendetegnet ved, at pladerne, som udgør bestanddelene, er i mekanisk kontakt med hinanden. 13 DK 174583 B1

15. Projektionsskærm ifølge krav 1, kende -tegnet ved, at frontpladen (60, 70, 84, 90) har en krumning således, at frontpladen presses mod substratpladen (62, 72, 80, 92) og derved tilvejebringer 5 mekanisk stabilitet for frontpladen.

16. Projektionsskærm ifølge krav 12 eller 13, kendetegnet ved, at nævnte linsestruktur er en Fresnel-linse.

17. Projektionsskærm ifølge krav 13, hvori 10 nævnte Fresnel-linse er tilvejebragt på frontsiden af nævnte substrat (62, 72, 80, 92), kendetegnet ved, at nævnte substratplade og frontpladen (60, 70, 84, 90) er klæbet til hinanden ved linsens optiske center, hvorved bevægelse imellem de to pla-15 der forhindres.