JP2000098497A - 透過形スクリーン及びこれを用いた背面投射形表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高精細な画像を背面より投写するに好適な小球
状レンズ配列透過形スクリーンに視角特性を付与するこ
と。 【解決手段】半径Ｒの小球状レンズを隙間なく配列した
光透過基板の光出射面にピッチがＲの３の平方根倍のレ
ンチキュラーレンズを配置し、小球状レンズに入射し、
このレンズを出射して発散した光線をレンチキュラーレ
ンズに入射後出射する際、その光出射角度を入射角度よ
り小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高精細画像の投写に
好適であり、かつ水平、または垂直の画像観視角度の設
定が容易な透過形スクリーンに関する。

【０００２】

【従来の技術】光透過基板の一方の面にほぼ球径の揃っ
た小球状レンズを隙間無く配列して構成した透過形スク
リーンに関する従来技術としては、例えば、特開平２ー
７７７３６号公報に開示されている。上記公開公報に開
示された技術によれば、小球状レンズの球径を小さく設
定すれば、高精細な画像の投影が可能となり、さらに、
小球状レンズへの光入射部であるこの小球状レンズ上部
半球部分、および小球状レンズの光出射部分と光透過基
板の接触部分付近とを除いて黒色レジン、黒色塗料、黒
色インク等で光を透過させない構造とすれば、外光のあ
る環境においてもコントラストのある高画質画像を観視
することが出来る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、背面投写形液
晶表示装置等の背面投写形表示装置の透過形スクリーン
に投写された画像を観視する場合、この表示装置の配置
形態等によっても多少差を生ずるが、表示装置前方の左
右方向の広い範囲から画像を観視することが多い反面、
上下方向からの観視では広い観視角度を必要としない場
合が多い。すなわち、一般的に背面投写形表示装置の上
下方向の必要視角範囲は左右方向の必要視角範囲に比べ
狭い。しかし、特開平２ー７７７３６号公報に開示され
ている従来構成の小球状レンズ配列透過形スクリーンで
は視角が全方位にわたって広く、均一な視角特性にな
る。一方、透過形スクリーンから出射する全光量は光の
出射範囲（視角範囲）とその範囲における光強度の積に
依存する。そこで、出射範囲が全方位にわたり広いとい
うことは全体的に光強度が小さい、すなわち、全体的に
暗い画面状態となる。本発明の目的は小球状レンズを配
置した光透過基板の特徴を生かして、高精細、高コント
ラスト画像の表示が可能であり、かつ、必要視角範囲で
の画面の高輝度化を達成することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による透過形スクリーンは、光透過基板の
一方の面に小球状レンズを配列し、この光透過基板の他
方の面にレンチキュラーレンズを設けている。前記小球
状レンズは好ましくは隙間なく配置される。また、前記
レンチキュラーレンズを構成する微小シリンドリカルレ
ンズの配列は前記小球状レンズの配列と一致させる。ま
た、前記小球状レンズの半径をＲとした場合、前記レン
チキュラーレンズの微小シリンドリカルレンズのピッチ
を前記半径Ｒ×３の平方根倍とする。また、前記レンチ
キュラーレンズを構成する微小シリンドリカルレンズの
間に光吸収帯を設ける。好ましくは、前記小球状レンズ
を隙間なく配置した場合、前記微小シリンドリカルレン
ズの両側の前記吸収帯の中心間の距離を前記小球状レン
ズ半径Ｒ×３の平方根倍とする。

【０００５】前記透過形スクリーンにおいて、前記レン
チキュラーレンズと前記光透過基板を一体に形成しても
よいし、前記レンチキュラーレンズと前記光透過基板を
別個に作製し、前記レンチキュラーレンズを構成する微
小シリンドリカルレンズのレンズ側を前記光透過基板に
接触させて一体化してもよい。前記透過形スクリーンに
おいて、前記小球状レンズに対向してフレネルレンズを
設けると好適である。前記透過形スクリーンにおいて、
前記レンチキュラーレンズの焦点距離を前記スクリーン
の中央部と周辺部とで変化させる。前記レンチキュラー
レンズの焦点距離を前記スクリーンの周辺部に比べて中
央部を短くする。透過形スクリーンの要求特性によって
は、前記レンチキュラーレンズの焦点距離を前記スクリ
ーンの周辺部に比べて中央部を長くする。

【０００６】前記透過形スクリーンにおいて、他のレン
チキュラーレンズを設け、前記他のレンチキュラーレン
ズを前記レンチキュラーレンズに対してほぼ９０度方向
を変えて前記レンチキュラーレンズと対向して配置す
る。また、前記レンチキュラーレンズと前記他のレンチ
キュラーレンズのレンズ面を対向させて配置する。本発
明の目的を達成するために、本発明による透過形スクリ
ーンは、透明な材質形成された光透過基板の一方の面に
球径のほぼ揃った複数の小球状レンズを隙間なく配列
し、前記光透過基板の他方の面に前記小球状レンズの半
径の３の平方根倍のピッチのレンチキュラーレンズを、
前記レンチキュラーレンズのストライプ方向が小球状レ
ンズの配列方向と一致するように配置する。また、レン
チキュラーレンズを構成しているそれぞれの微小シリン
ドリカルレンズ相互間に光吸収帯を設ける。また、複数
の前記小球状レンズの配列面に対向させてフレネルレン
ズを配置する。

【０００７】本発明の目的を達成するために、本発明に
よる背面投射形表示装置は、透明な材質形成された光透
過基板の一方の面に球径のほぼ揃った複数の小球状レン
ズを隙間なく配列し、前記光透過基板の他方の面に前記
小球状レンズの半径の３の平方根倍のピッチのレンチキ
ュラーレンズを、前記レンチキュラーレンズのストライ
プ方向が小球状レンズの配列方向と一致するように配置
した透過形スクリーンと、画像投射部とを備えている。
また、、上記目的を達成するために、本発明による透過
形スクリーンは光透過基板の小球状レンズ配列面の反対
面に小球状レンズ半径×３の平方根倍のピッチのレンチ
キュラーレンズをレンズストライプを小球状レンズ配列
方向に一致させて配置する。さらに具体的には、小球状
レンズを横方向に一直線をなすように稠密配置し、この
小球状レンズ配列面の反対面にレンチキュラーレンズを
このレンズストライプが横ストライプになる形で、か
つ、各ストライプ間隔が小球状レンズの半径×３の平方
根倍の間隔になるように設定した。また、レンチキュラ
ーレンズを構成する各シリンドリカルレンズの焦点距離
を各シリンドリカルレンズに光が入射する際の入射角度
に比べ、各シリンドリカルレンズから出射する際の出射
角度が小さくなるように設定した。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例を用い、図面を参照して説明する。図１は本発明によ
る透過形スクリーンの第１の実施例を示す正面図、図２
は図１における小球状レンズのＡ―Ａ′断面図、図３は
図１における小球状レンズのＢ―Ｂ′断面図である。こ
れら図において、１は透明プラスチック板、プラスチッ
クフィルム等からなる光透過基板３上に配列された半径
Ｒの小球状レンズ、２は同基板３の小球状レンズ１配列
面の反対面に形成されたレンチキュラーレンズである。
半径Ｒの小球状レンズ１を隙間無く、また、重なり合う
ことなく配列した場合、各小球状レンズ１はトライアン
グル配置、すなわち、相互に隣り合う３つのレンズによ
りできる３角形は正三角形、θ＝６０度となり、また、
レンズ１の配列ピッチは半径Ｒ×３の平方根倍となる。

【０００９】本発明の実施例の透過形スクリーンにおい
ては、小球状レンズ１にて一度集光し、その後発散した
光線をレンチキュラーレンズ２で再度集光するために、
レンチキュラーレンズ２のストライプ方向を小球状レン
ズ１の配列方向と合致させて配置とすると同時に、レン
ズ２の配列ピッチを小球状レンズ１の配列ピッチと同
様、ほぼ３の平方根を半径Ｒに乗算した値になるように
配置している。図２、図３において、４、４４はそれぞ
れ小球状レンズ１の断面部分であり、５は光透過基板３
にレンズ１を固着するための黒色接着材層である。この
接着材層５は光透過基板３上でレンズ１への光入射部
７、および光出射部８以外の部分を充填している。従っ
て、接着材層５で不要光が吸収されるため、本実施例の
透過形スクリーンへ投写した画像は高コントラスト画像
となる。

【００１０】次に、図２を用いて、本実施例による透過
形スクリーンの入出射光の状況について説明する。小球
状レンズ１への入射光９は光入射面７で屈折し、レンズ
１と光透過基板３との接触部である小球状レンズ光出射
部８に向かって集光する。この光出射部８からの出射光
１０は発散しながら光透過基板３、レンチキュラーレン
ズ２を形成している微小シリンドリカルレンズ２２に入
射し、レンズ２２の表面から光を出射する。このとき、
レンズ２２から出射する光線１２はレンズ２２の集光作
用により、レンズ２２に入射した光線１０より平行光に
近い光線となって出射する。すなわち、微小シリンドリ
カルレンズ２２が形成されていない場合、光透過基板３
からは基板３の法線に対してβなる角度で光線１２が出
射するが、シリンドリカルレンズ２２を形成、配置した
ことにより、出射光線１１は基板３の法線１６に対して
角度βより小さいαなる角度でレンズ２２より出射す
る。このように、光透過基板３の一方の面に小球状レン
ズ１を形成し、小球状レンズ１が配置された面と反対側
の面に上記構成のレンチキュラーレンズ２を配置したこ
とにより出射光線の広がり角度をβからβより小さいα
に狭めることが出来、その分、出射光線密度を高めるこ
とが出来る。

【００１１】以上のことより、上記実施例の透過形スク
リーンにおいては、レンチキュラーレンズストライプを
横方向ストライプとすれば、垂直方向視角を抑え、その
分、その視角範囲での画面照度を高めることが出来る。
視角範囲を定める光出射角αをどのような値にするかは
透過形スクリーンを適用する投写形表示装置の用途によ
っても差異があるが、一般的には垂直視角は水平視角の
約１／３程度であり、そのときαをおよそβ／３に設定
すればよい。垂直視角を約１／３としたことにより、視
角範囲における画面明るさを視角を狭めないときの明る
さに比べ、３倍近くにすることが出来る。αを小さくす
るには、レンチキュラーレンズ２２の半径Ｒを小さくす
るか、このレンチキュラーレンズ２２の材質として屈折
率の大きい物質を用いるとよい。

【００１２】図４は本発明による透過形スクリーンの第
２の実施例を示す一部断面側面図である。第２実施例と
図１〜図３に示した第１の実施例とを比較すると、第１
の実施例では小球状レンズ配列用の光透過基板３に直接
レンチキュラーレンズ２２を形成しているのに対して、
第２の実施例では小球状レンズ配列用の光透過基板３と
レンチキュラーレンズ２０を個別に作製した後、両者を
密着、または接着させて構成した点、及び、第２の実施
例においてはレンチキュラーレンズ２０のレンズ部が光
透過基板３に接触している点が主に相違する。

【００１３】第２の実施例において、レンチキュラーレ
ンズ２２の平面部分を光透過基板３に接着すると、レン
ズ面が光透過基板３から離れるために、このレンズ２２
がうまく作用しない場合があるが、図４に示すようにレ
ンチキュラーレンズ２０のレンズ面を光透過基板３に接
触させると十分にレンチキュラーレンズ２０としての役
目を果たすことができる。第２の実施例においては、小
球状レンズ配列用光透過基板３、レンチキュラーレンズ
２０を個別に作製することは比較的容易であるから、第
２の実施例おいては、基板３の小球状レンズ１の配列方
向、レンチキュラーレンズ２０のストライプ方向を精度
よく合わせることによって、高性能の透過形スクリーン
を得ることができる。

【００１４】図５は本発明による透過形スクリーンの第
３の実施例を示す一部断面側面図である。第３の実施例
は図１〜図３に示した第１の実施例と比較して、小球状
レンズ１の光入射面７側にフレネルレンズ３０を配置し
た点が相違する。フレネルレンズ３０を配置すると小球
状レンズ配列用光透過基板３に対して比較的垂直に近
く、かつ、基板３の周辺部、中心部等で入射角度の違い
が少ない光線を入射させることが可能となる。その結
果、透過率がよく、比較的均一な輝度の透過形スクリー
ンを得ることが出来る。

【００１５】図６は本発明による透過形スクリーンを適
用した背面投写形液晶表示装置の一実施例を示す模式図
である。図において、４０は液晶表示画像の投写部であ
る。投射部４０はランプ４３、リフレクタ（反射板）４
５、紫外線及び赤外線カットフィルタ４６、コンデンサ
レンズ４７、液晶パネル４８、投射レンズ４９から構成
されている。最近、投写形液晶表示装置は高輝度化とと
もに高精細化も進んでおり、フロント型スクリーンに１
画素の対角サイズが１mm以下の画像の投写も行われてい
る。しかし、そのように高精細な画像を従来のブラック
ストライプタイプのリア型スクリーンに投写した場合、
通常、スクリーンのピッチが０．５mm程度と粗いため、
投写画像画素とこのスクリーンとでモワレ等の干渉を生
じ、良好な画面を得ることができない。なお、ブラック
ストライプタイプスクリーンはブラックストライプ形成
部、レンズ形状の光出射部からなる複雑構造のため、フ
ァインピッチ化が困難とされている。しかし、本発明に
よる透過形スクリーンは小球状レンズ１の直径もレンチ
キュラーレンズ２のピッチも０．０５mm程度の大きさと
することは可能であるため、背面投写形液晶表示装置に
本発明透過形スクリーンを適用することにより高画質の
投写画像を得ることが出来る。

【００１６】図７は本発明による透過形スクリーンの第
４の実施例の一部断面側面図である。第４の実施例は図
５に示した第３の実施例と比較して、レンチキュラーレ
ンズ１３の焦点距離を全面同一でなく、画面中央部１４
を短かく、画面周辺部１５を長く設定した点が相違す
る。このようにレンチキュラーレンズ１３の焦点距離を
中央部１４と周辺部１５とで異なるように設定すること
により、画面中央部１４からの出射光は狭い角度範囲に
出射し、画面周辺部１５からは比較的広い角度範囲に光
出射するようになる。その結果、画面中央部１４に比べ
画面周辺部１５の明るさは低下するが、画面周辺部１５
は比較的大きな角度から観視できるという特徴を得るこ
とができる。なお、レンチキュラーレンズ１３の焦点距
離関係を第４実施例における関係と反対の関係、すなわ
ち、画面中央部１４を長く、画面周辺部１５を短く設定
することも出来る。この場合は画面中央部１４からの出
射光は広い角度範囲に出射し、画面周辺部１５からは比
較的狭い角度範囲に光出射する。その結果、画面周辺部
１５の画像を広い範囲から見ることはできないが、特定
の場所からは明るい画像の観視が可能となる。

【００１７】図８（ａ）は本発明による透過形スクリー
ンの第５の実施例を示す正面図、図８（ｂ）は図８
（ａ）に示す透過形スクリーンの一部断面側面図であ
る。第５の実施例は図１〜図３に示した第１の実施例と
比較して、レンチキュラーレンズ３２を構成している各
微小シリンドリカルレンズ４２相互間に光吸収帯５０を
配置した点が相違する。第１の実施例では微小シリンド
リカルレンズ２２の幅を３の平方根×小球状レンズ半径
Ｒとしたが、第５の実施例では３の平方根×Ｒの値以下
に設定する必要がある。しかしながら、微小シリンドリ
カルレンズ４２の幅と光吸収帯５０を合わせた部分を基
本単位とした場合、すなわち、レンズ４２を挟んだ両隣
りの光吸収帯５０の中心間の距離を基本幅単位とした場
合、この基本幅単位のピッチはＲ×３の平方根（Ｒの３
の平方根倍）に設定すればよい。このような構造におい
ては投写形表示装置の周辺に外光があっても、その外光
は光吸収帯５０で吸収されるため、コントラストの高い
投写画像を得ることが出来る。ただし、このような構成
をとるためには微小シリンドリカルレンズ４２の幅を第
１の実施例の場合に比べ狭くする関係上、第１実施例の
場合に比べ、光透過基板１８の厚みを薄くする必要があ
る。

【００１８】図９は本発明による透過形スクリーンの第
６の実施例を示す一部断面側面図である。第６の実施例
は図５に示した第３の実施例に比べて、レンチキュラー
レンズ２の光出射面にストライプ方向を前記レンチキュ
ラーレンズ２に対して９０度違えた他のレンチキュラー
レンズ６０を密着、または接着配置した点が相違する。
このような構成とすることにより、垂直方向のみなら
ず、水平方向の光出射角度をも狭めることが出来、観視
輝度をより一層高めることが出来る。

【００１９】以上、図１から図９を用いて本発明による
透過形スクリーンの第１の実施例から第６の実施例につ
いて説明したが、本発明の透過形スクリーンにおいて
は、レンチキュラーレンズを構成する微小シリンドリカ
ルレンズの表面形状を円形状、非円形状のいずを採用し
てもよい。非円形状とした場合には、この微小シリンド
リカルレンズの形状を変えることによって、スクリーン
視角特性をより効果的に制御出来る。また、本発明の意
図する構成は前記実施例にとどまらず、これら実施例か
ら派生した構成、例えば、レンチキュラーレンズに拡散
材を含有させ視角をさらに制御する構成、またはレンチ
キュラーレンズ表面の反射を防止するためにこのレンズ
の表面に反射防止処理をした構成等も本発明による透過
形スクリーンの範疇である。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、高精細な
画像を背面より投写するのに好適な小球状レンズを配列
した透過形スクリーンの視角特性を制御することが可能
となる。その結果、観視角度外のスクリーン出射光を観
視角度内に集めることが出来、観視角度内における画像
の明るさを向上させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による透過形スクリーンの第１の実施例
を示す正面図である。

【図２】図１における小球状レンズのＡ―Ａ′断面図で
ある。

【図３】図１における小球状レンズのＢ―Ｂ′断面図で
ある。

【図４】本発明による透過形スクリーンの第２の実施例
を示す一部断面側面図である。

【図５】本発明による透過形スクリーンの第３の実施例
を示す一部断面側面図である。

【図６】本発明による透過形スクリーンを適用した背面
投写形液晶表示装置の一実施例を示す模式図である。

【図７】本発明による透過形スクリーンの第４の実施例
の一部断面側面図である。

【図８】本発明による透過形スクリーンの第５の実施例
を示す正面図、一部断面側面図である。

【図９】本発明による透過形スクリーンの第６の実施例
を示す一部断面側面図である。

【符号の説明】 １…小球状レンズ、２、２０、１３、３２、６０…レン
チキュラーレンズ、３、１８…光透過基板、４、４４…
小球状レンズ断面、５…黒色接着材層、７…小球状レン
ズの光入射部、８…小球状レンズの光出射部 ９、１
０、１１、１２：光線、１４…画面中央部、１５…画面
周辺部、２２、４２…微小シリンドリカルレンズ、３０
…フレネルレンズ、４０…液晶表示画像投写部、５０…
光吸収帯、Ｒ…小球状レンズの半径、θ…小球状レンズ
配列角、α、β：光線出射角。

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光透過基板の一方の面に小球状レンズを配
   列し、この光透過基板の他方の面にレンチキュラーレン
   ズを設けたことを特徴とする透過形スクリーン。
2. 【請求項２】請求項１記載の透過形スクリーンにおい
   て、前記小球状レンズを隙間なく配置することを特徴と
   する透過形スクリーン。
3. 【請求項３】請求項１記載の透過形スクリーンにおい
   て、前記レンチキュラーレンズを構成する微小シリンド
   リカルレンズの配列を前記小球状レンズの配列と一致さ
   せることを特徴とする透過形スクリーン。
4. 【請求項４】請求項２記載の透過形スクリーンにおい
   て、前記小球状レンズの半径をＲとした場合、前記レン
   チキュラーレンズの微小シリンドリカルレンズのピッチ
   をほぼ前記半径Ｒ×３の平方根倍とすることを特徴とす
   る透過形スクリーン。
5. 【請求項５】請求項１記載の透過形スクリーンにおい
   て、前記レンチキュラーレンズを構成する微小シリンド
   リカルレンズの間に光吸収帯を設けることを特徴とする
   透過形スクリーン。
6. 【請求項６】請求項５記載の透過形スクリーンにおい
   て、前記小球状レンズを隙間なく配置した場合、前記微
   小シリンドリカルレンズの両側の前記吸収帯の中心間の
   距離をほぼ前記小球状レンズ半径Ｒ×３の平方根倍とす
   ることを特徴とする透過形スクリーン。
7. 【請求項７】請求項１記載の透過形スクリーンにおい
   て、前記レンチキュラーレンズと前記光透過基板を一体
   に形成することを特徴とする透過形スクリーン。
8. 【請求項８】請求項１記載の透過形スクリーンにおい
   て、前記レンチキュラーレンズと前記光透過基板を別個
   に作製し、前記レンチキュラーレンズを構成する微小シ
   リンドリカルレンズのレンズ側を前記光透過基板に接触
   させて一体化することを特徴とする透過形スクリーン。
9. 【請求項９】請求項１記載の透過形スクリーンにおい
   て、前記小球状レンズに対向してフレネルレンズを設け
   たことを特徴とする透過形スクリーン。
10. 【請求項１０】請求項１記載の透過形スクリーンにおい
    て、前記レンチキュラーレンズの焦点距離を前記スクリ
    ーンの中央部と周辺部とで変化させることを特徴とする
    透過形スクリーン。
11. 【請求項１１】請求項１０記載の透過形スクリーンにお
    いて、前記レンチキュラーレンズの焦点距離を前記スク
    リーンの周辺部に比べて中央部を短くすることを特徴と
    する透過形スクリーン。
12. 【請求項１２】請求項１０記載の透過形スクリーンにお
    いて、前記レンチキュラーレンズの焦点距離を前記スク
    リーンの周辺部に比べて中央部を長くすることを特徴と
    する透過形スクリーン。
13. 【請求項１３】請求項１記載の透過形スクリーンにおい
    て、他のレンチキュラーレンズを設け、前記他のレンチ
    キュラーレンズを前記レンチキュラーレンズに対してほ
    ぼ９０度方向を変えて前記レンチキュラーレンズと対向
    して配置することを特徴とする透過形スクリーン。
14. 【請求項１４】請求項１３記載の透過形スクリーンにお
    いて、前記レンチキュラーレンズと前記他のレンチキュ
    ラーレンズのレンズ面を対向させて配置することを特徴
    とする透過形スクリーン。
15. 【請求項１５】透明な材質形成された光透過基板の一方
    の面に球径のほぼ揃った複数の小球状レンズを隙間なく
    配列し、前記光透過基板の他方の面に略前記小球状レン
    ズの半径に３の平方根を乗算した値のピッチのレンチキ
    ュラーレンズを、前記レンチキュラーレンズのストライ
    プ方向が小球状レンズの配列方向と一致するように配置
    したことを特徴とする透過形スクリーン。
16. 【請求項１６】請求項１５記載の透過形スクリーンにお
    いて、レンチキュラーレンズを構成しているそれぞれの
    微小シリンドリカルレンズ相互間に光吸収帯を設けたこ
    とを特徴とする透過形スクリーン。
17. 【請求項１７】請求項１または２記載の透過形スクリー
    ンにおいて、複数の前記小球状レンズの配列面に対向さ
    せてフレネルレンズを配置したことを特徴とする透過形
    スクリーン。
18. 【請求項１８】透明な材質形成された光透過基板の一方
    の面に球径のほぼ揃った複数の小球状レンズを隙間なく
    配列し、前記光透過基板の他方の面に前記小球状レンズ
    の半径の３の平方根倍のピッチのレンチキュラーレンズ
    を、前記レンチキュラーレンズのストライプ方向が小球
    状レンズの配列方向と一致するように配置した透過形ス
    クリーンと、画像投射部とを備えることを特徴とする背
    面投射形表示装置。