JP2006011176A - Screen for rear projection display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リアプロジェクションディスプレイ用スクリーンに関し、特に、製作が簡便にでき、製作コストが低く、しかも高品位な画像表示特性を有し、さらに飛躍的な薄型化を実現しうるリアプロジェクションディスプレイ用スクリーンに関する。
BACKGROUND OF THE
本明細書において、角度の符号は、図7に示すように、直交座標縦軸(スクリーン面に相当)の原点より下方を基準線(0°)とし、入射側では基準線に対し時計回りの角度を正、出射側では基準線に対し反時計回りの角度を正と定義する。 In the present specification, as shown in FIG. 7, the reference sign of the angle is a reference line (0 °) below the origin of the orthogonal coordinate vertical axis (corresponding to the screen surface), and is clockwise with respect to the reference line on the incident side. The angle is defined as positive, and the counterclockwise angle with respect to the reference line is defined as positive on the output side.
リアプロジェクションディスプレイ用スクリーンに関する従来技術には、次のタイプI〜タイプIIIがある。 The prior art relating to the screen for rear projection display includes the following types I to III.
(タイプI) 急な角度から入射したプロジェクタ光を観察者の方向に拡散させることが可能なリアプロジェクションディスプレイ用スクリーンとして、図5に示すように、光出射方向制御素子である全反射と屈折を用いてフレネルレンズと同等の効果を発現するプリズムアレイ10、水平方向拡散媒体であるレンティキュラレンズ11、および垂直方向拡散媒体である微粒子または粗面拡散媒体12を用いたスクリーン(例えば非特許文献1参照)が広く用いられている。プロジェクタ光(プロジェクタ20からの投射光)は光出射方向制御素子10側からスクリーンに入射される。
(Type I) As a rear projection display screen capable of diffusing projector light incident from a steep angle in the direction of the observer, as shown in FIG. A screen using a
しかし、このスクリーンでは、レンティキュラレンズ11へのプロジェクタ光入射角度は垂直でなければならず、光出射方向制御素子10からの光の出射角度θpが満たさなければならない条件式は、
θp=90°
となり、光出射方向制御素子10において厳密な光出射方向制御が要求されるという問題を有する。
However, in this screen, the projector light incident angle on the
θp = 90 °
Therefore, there is a problem that the light emission
また、光出射方向制御素子10が曲げることができる光の角度に限界が存在し、光出射方向制御素子10へのプロジェクタ光入射角度が制限されることが、光学系の薄型化に対して大きな問題となっている。
In addition, there is a limit to the angle of light that can be bent by the light emission
さらに、レンティキュラレンズ11の表面形状により光出射方向制御素子10との間に空気層が存在するため、該空気層界面における複雑な多重反射により画像のゴーストが生じる、プロジェクタ光の利用効率が低下する、外光の後方散乱が生じコントラスト比が低下する等の問題を有する。なお、一般にレンティキュラレンズ11と光出射方向制御素子10との間は空気層であるが、この空気層を屈折率nの透明媒体により充填しても、界面が存在し複雑な多重反射が生じることに変わりはない。
Further, since an air layer exists between the
(タイプII) 光出射方向制御素子としてフレネルレンズ、拡散媒体として微粒子または粗面拡散媒体13を用いたリアプロジェクションディスプレイが提案されている(例えば非特許文献2参照)。
(Type II) A rear projection display using a Fresnel lens as a light emission direction control element and a fine particle or rough
この方式の場合は、入射する光の許容角度領域を広く設計することができる。すなわち、入射光の許容角度領域をθf-min〜θf-maxとすると、図6に示すようにフレネルレンズ9からのプロジェクタ光の出射角度θpが満たさなければならない条件式は、
(180°−θf-max)≦θp≦(180°−θf-min)
と記述される。したがって、フレネルレンズ9に要求される光出射方向の角度幅は、上記レンティキュラレンズ11を用いたスクリーンに比べて非常に広くなり、フレネルレンズの設計条件や精度が大幅に緩和される。
In the case of this method, the allowable angle region of incident light can be designed widely. That is, if the allowable angle region of incident light is θf-min to θf-max, the conditional expression that the projector light emission angle θp from the Fresnel
(180 ° −θf-max) ≦ θp ≦ (180 ° −θf-min)
Is described. Therefore, the angular width in the light emission direction required for the Fresnel
また、θpが満たさなければならない条件が緩いため、フレネルレンズ9へのプロジェクタ光入射角度の制限が、レンティキュラレンズ11を用いたスクリーンに比べ緩和され、光学系を薄型化することが可能であると考えられる。
In addition, since the conditions that θp must satisfy are loose, the limitation on the projector light incident angle on the Fresnel
さらに、フレネルレンズ9の代わりに光出射方向制御素子10を用いることで、拡散媒体13との間に空気界面を有さないスクリーンを構成することが可能であり、タイプIにおいて生じるプロジェクタ光および外光の多重反射による問題を回避することが可能である。
Further, by using the light emission
しかし、このスクリーンでは、拡散角度領域を広くするために、微粒子拡散媒体中の微粒子密度を増やす、微粒子径を大きくする、または粗面拡散媒体の表面粗さを粗くする必要があり、このため画像がボケる、プロジェクタ光利用効率が低下する、外光の後方散乱の増加によりコントラスト比が低下するといった問題を有し、高品位リアプロジェクションディスプレイを実現することは原理的に非常に困難になる。
(タイプIII) 特定の角度領域(以後、入射許容角度領域と称する)から入射した光を拡散角度領域に均一に拡散させる拡散フィルムを用いたリアプロジェクションディスプレイ用スクリーン(例えば特許文献1参照)が提案されており、その表示画像の品位の高さ、拡散光強度分布特性の均一性から期待を集めている。
However, in this screen, in order to widen the diffusion angle region, it is necessary to increase the fine particle density in the fine particle diffusion medium, to increase the fine particle diameter, or to roughen the surface roughness of the rough surface diffusion medium. In principle, it is very difficult to realize a high-quality rear projection display due to problems such as blurring, a decrease in projector light utilization efficiency, and a decrease in contrast ratio due to an increase in external light backscattering.
(Type III) A screen for a rear projection display using a diffusion film that uniformly diffuses light incident from a specific angle region (hereinafter referred to as an allowable incidence angle region) into the diffusion angle region is proposed (for example, see Patent Document 1). In view of the high quality of the displayed image and the uniformity of the diffused light intensity distribution characteristics, expectations are high.
しかし、現在のところ、スクリーンに対してプロジェクタ光の入射が許容される角度領域は、65°〜115°程度であり、スクリーンに対するプロジェクタ光入射角度が非常に急である将来の超薄型リアプロジェクションディスプレイを構成するスクリーンとしては十分なものではない。
上述のように、従来のタイプIの光出射方向制御素子を用いた高品位リアプロジェクションディスプレイ用スクリーンでは、該光出射方向制御素子において厳密な光出射方向制御が必要であるため、形状が複雑となり、製造が困難である、製造コストが嵩むという問題や、光出射方向制御素子が曲げることができる角度の限界に依存して光学系の薄型化に限界が生じるという問題、さらには光出射方向制御素子とレンティキュラレンズの間の空気層界面による、プロジェクタ光および外光の複雑な多重反射のために表示画像品位が低下するという問題を有していた。 As described above, a conventional high-definition rear projection display screen using a type I light emission direction control element requires strict light emission direction control in the light emission direction control element, and thus the shape becomes complicated. Difficult to manufacture, increase manufacturing cost, limit light output direction control element can be bent, limit optical system thinning, and control light output direction There has been a problem that display image quality is deteriorated due to complicated multiple reflection of projector light and external light due to an air layer interface between the element and the lenticular lens.
また、タイプIIの従来技術では、プロジェクタ光出射角度が満たさなければならない条件を緩和するにあたり高品位なリアプロジェクションディスプレイを実現することは原理的に困難であるという問題があり、また、タイプIIIの従来技術では、十分な薄型化の達成が困難であるという問題があった。 In addition, Type II conventional technology has a problem that it is difficult in principle to realize a high-quality rear projection display in order to relax the conditions that the projector light emission angle must satisfy. The prior art has a problem that it is difficult to achieve a sufficient thickness reduction.
本発明は、上記従来技術の問題を解決し、製造の簡便性、製造コストの低廉性、高品位な画像表示特性を兼ね備え、飛躍的な薄型化を実現しうるリアプロジェクションディスプレイ用スクリーンを提供することを目的とする。 The present invention provides a rear projection display screen that solves the above-described problems of the prior art, has both ease of manufacturing, low manufacturing cost, and high-quality image display characteristics, and can achieve a dramatic reduction in thickness. For the purpose.
上記課題を解決するために、本発明では、高品位な画像表示特性を保ちつつ、従来厳密な制御が要求されていたスクリーンに対する入射許容角度領域に適度な幅をもたせ、これによって光出射方向制御素子からのプロジェクタ光出射角度θpが満たさなければならない条件に幅を有するリアプロジェクションディスプレイシステムを考案した。 In order to solve the above problems, in the present invention, while maintaining high-quality image display characteristics, a moderate width is provided in the allowable angle of incidence area for the screen, which has conventionally been required to be strictly controlled, thereby controlling the light emission direction. A rear projection display system has been devised that has a width that satisfies the condition that the projector light emission angle θp from the element must be satisfied.
さらに、画像表示特性の更なる高品位化のために、スクリーン内部の界面におけるプロジェクタ光、および外光の多重反射をなくすべく、光出射方向制御素子と拡散媒体の間に空気層を有さないリアプロジェクションディスプレイシステムを考案した。 Furthermore, in order to further improve the image display characteristics, there is no air layer between the light output direction control element and the diffusion medium in order to eliminate multiple reflection of projector light and external light at the interface inside the screen. A rear projection display system was devised.
このような条件を満たすために、本発明では、図1に示すように、入射許容角度領域内の任意の入射角度で入射した光の60%以上を拡散角度領域に拡散透過させる拡散フィルム2、および該拡散フィルム2の入射許容角度領域に入射するようにプロジェクタ光の大部分を角度変換して出射させるように設計された光出射方向制御素子(例えばプリズムアレイ、フレネルレンズ、ホログラム、ミラーアレイ等)1を用いてスクリーンを構成すること、さらには、光出射方向制御素子1と拡散フィルム2との間に空気層を有さないことにより、スクリーン内部に空気界面をもたないスクリーンを構成することに想到した。
In order to satisfy such a condition, in the present invention, as shown in FIG. 1, a
すなわち、本発明は次のとおりである。
(発明項1) 入射許容角度領域(α〜β)内の任意の角度で入射した光の60%以上を拡散角度領域に拡散させる拡散フィルムおよび光出射方向制御素子からなり、該光出射方向制御素子により出射方向を制御されたプロジェクタ光の70%以上が該光出射方向制御素子からの出射角度θpの条件
(180°−β)≦θp≦(180°−α)
を満たすことを特徴とするリアプロジェクションディスプレイ用スクリーン。
(発明項2) 前記光出射方向制御素子と前記拡散フィルムの間に空気界面を有さないことを特徴とする発明項1に記載のリアプロジェクションディスプレイ用スクリーン。
(発明項3) 発明項1または2に記載のスクリーンを用いたことを特徴とするリアプロジェクションディスプレイ。
That is, the present invention is as follows.
(Invention Item 1) A light emitting direction control comprising a diffusion film and a light emitting direction control element for diffusing 60% or more of light incident at an arbitrary angle within an incident allowable angle region (α to β) into a diffusion angle region. 70% or more of the projector light whose emission direction is controlled by the element is a condition of the emission angle θp from the light emission direction control element (180 ° −β) ≦ θp ≦ (180 ° −α)
A rear projection display screen characterized by satisfying the above requirements.
(Invention 2) The screen for a rear projection display according to
(Invention 3) A rear projection display using the screen according to
本発明によれば、製造の簡便性、製造コストの低廉性、高品位な画像表示特性を兼ね備え、飛躍的な薄型化を実現しうるリアプロジェクションディスプレイ用スクリーンが得られる。該スクリーンを用いることにより、格段に薄型化したリアプロジェクションディスプレイが得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain a screen for a rear projection display that has both ease of manufacturing, low manufacturing cost, and high-quality image display characteristics, and can realize a dramatic reduction in thickness. By using the screen, a rear projection display with a significantly reduced thickness can be obtained.
図2は、本発明のスクリーンの一例を示す垂直方向断面図である。この構成では、光出射方向制御素子1としてプリズムアレイ、拡散媒体として入射許容角度領域θf=α〜β内の任意の角度で入射した光の60%以上を拡散角度領域に拡散透過させる拡散フィルム2を用いてスクリーンを構成している。
FIG. 2 is a vertical sectional view showing an example of the screen of the present invention. In this configuration, the light emission
このときプリズムアレイからのプロジェクタ光出射角度θpの条件式は
(180°−β)≦θp≦(180°−α)と記述される。
At this time, the conditional expression of the projector light emission angle θp from the prism array is described as (180 ° −β) ≦ θp ≦ (180 ° −α).
ここで条件式を満たさない角度から入射したプロジェクタ光は観察者の方向に拡散反射されないため、プロジェクタ光の利用効率を高めるために、光出射方向制御素子1に入射するプロジェクタ光の70%以上は条件式を満たす必要がある。
Here, since the projector light incident from an angle not satisfying the conditional expression is not diffusely reflected in the direction of the observer, 70% or more of the projector light incident on the light emission
また、入射許容角度領域内の任意の角度で入射した光が拡散角度領域に拡散透過する割合が60%に満たない場合、本発明の効果が顕著に現れないため、この割合は60%以上に限定した。 In addition, when the ratio of light that is incident at an arbitrary angle within the allowable incident angle region is diffused and transmitted to the diffusion angle region is less than 60%, the effect of the present invention does not appear remarkably. Limited.
このように、本発明スクリーンの光制御方式(本発明方式)では、光出射方向制御素子に要求される光出射方向制御が、従来方式のように厳密なものではなく、その結果、簡便に製造でき、製造コストが低く、かつ高品位な画像表示特性を備えた、高品位リアプロジェクションディスプレイ用スクリーンとすることができる。 Thus, in the light control method of the screen of the present invention (the method of the present invention), the light emission direction control required for the light emission direction control element is not as strict as the conventional method. Therefore, it is possible to obtain a high-definition rear projection display screen that is low in manufacturing cost and has high-quality image display characteristics.
また、θpの条件が幅を有しているため、プロジェクタ光の光出射方向制御素子に対する、図2に示す入射角度θpsの変化がスクリーン全面において小さい場合、従来方式の制御では実現不可能であったスクリーン全面において光出射方向制御特性が同じである光出射方向制御素子を用いた高品位リアプロジェクションディスプレイ用スクリーンを実現することが可能である。この場合、場所ごとに特性を変えなければならない光出射方向制御素子を用いた場合に比べて、製造の簡便性、製造コストの低廉性は飛躍的に向上する。 In addition, since the condition of θp has a width, when the change in the incident angle θps shown in FIG. 2 with respect to the light output direction control element of the projector light is small on the entire screen, it cannot be realized by the conventional control. In addition, it is possible to realize a high-quality rear projection display screen using a light emission direction control element having the same light emission direction control characteristics over the entire screen. In this case, as compared with the case where the light emission direction control element whose characteristics have to be changed for each place is used, the ease of manufacturing and the low manufacturing cost are dramatically improved.
さらに、光出射方向制御素子により曲げることが可能な光の進行角度には限界が存在するが、従来方式ではθp=90°にプロジェクタ光を曲げなければならないのに対し、本発明方式ではスクリーンに対する入射許容角度領域が幅をもつためθp≦(180°−α)に曲げれば条件式が満たされ、入射許容角度領域上限α<90°の場合には、90°−αだけプロジェクタ光の光出射方向制御素子に対する入射角度θpsを急角度に設計することが可能であり、光学系が大幅に薄型化される。 Furthermore, although there is a limit to the light traveling angle that can be bent by the light emitting direction control element, in the conventional method, the projector light must be bent at θp = 90 °, whereas in the method of the present invention, Since the allowable incident angle region has a width, the conditional expression is satisfied if it is bent to θp ≦ (180 ° −α). When the allowable incident angle region upper limit α <90 °, the light of the projector light is 90 ° −α. It is possible to design the incident angle θps with respect to the emission direction control element to be steep, and the optical system can be significantly thinned.
なお、図2の例では、垂直方向断面に本発明を適用した場合について示したが、水平方向断面あるいはこれら以外の任意方向の断面に本発明を適用した場合においても同様の効果が得られる。 In the example of FIG. 2, the case where the present invention is applied to a vertical cross section is shown, but the same effect can be obtained when the present invention is applied to a horizontal cross section or a cross section in any other direction.
また、図2の例では、光出射方向制御素子1と拡散フィルム2との間に空気層が存在する場合を示したが、これに代えて、光出射方向制御素子1と拡散フィルム2との相互対向面を密着させて両者間の空気層をなくす構成にすると、スクリーン内部の空気界面におけるプロジェクタ光、および外光の多重反射がなく、更なる画像表示特性の高品位化が達成されるので好ましい。
In the example of FIG. 2, an air layer is present between the light emission
本発明の実施例1として、スクリーン全面において光出射方向制御特性が同じである光出射方向制御素子を用いた高品位リアプロジェクションディスプレイ用スクリーンについて説明する。 As a first embodiment of the present invention, a screen for a high-quality rear projection display using a light emission direction control element having the same light emission direction control characteristics over the entire screen will be described.
図3に示すように、リアプロジェクションディスプレイの垂直方向に対して、光出射方向制御素子として面の傾きθp1およびθp2を有するプリズムアレイ3、拡散媒体として入射許容角度領域(θfの角度領域=θf-min〜θf-max)65°〜115°内の任意の角度で入射した光の90%以上を拡散角度領域に拡散透過させる拡散フィルム2を用い、プリズムアレイ3に対してプロジェクタ光がθps=30°〜65°の範囲で入射することを考える。
As shown in FIG. 3, a
このような急な角度から入射したプロジェクタ光をスクリーン正面方向に角度θcだけ曲げるためには、全反射プリズムアレイを用いる必要がある。 In order to bend the projector light incident from such a steep angle by an angle θc in the front direction of the screen, it is necessary to use a total reflection prism array.
θp1=105°およびθp2=65°のプリズムアレイを用いることでスクリーン全面においてプロジェクタ光を前記拡散フィルム2の入射許容角度領域に90%以上入射させることが可能である。このとき、スクリーンの場所によってプリズムアレイの角度を変える必要がないため、製造の簡便性、製造コストの廉価性は飛躍的に向上する。
By using a prism array with θp1 = 105 ° and θp2 = 65 °, it is possible to cause the projector light to enter the incident allowable angle region of the diffusing
なお、図3では、プリズムアレイ3と拡散フィルム2との間に隙間があるかのように描いたが、実際には、プリズムアレイ3のフラット面に拡散フィルム2の対向面を隙間なく密着させてスクリーンを構成した。
In FIG. 3, it is depicted as if there is a gap between the
本発明の実施例2として、スクリーンに対してプロジェクタ光の入射許容角度領域が幅をもつことを利用した超薄型高品位リアプロジェクションディスプレイについて説明する。
As an
ここでは、θc=55°だけ入射光の進行方向を曲げることができる光出射方向制御素子を考える。 Here, a light emission direction control element capable of bending the traveling direction of incident light by θc = 55 ° is considered.
図4(b)に示すように、従来方式のレンティキュラレンズ11を用いたスクリーンでは、θp=90°でなければならないため、プロジェクタ光の光出射方向制御素子10に対する最小入射角度θps-minは35°と導かれる。
As shown in FIG. 4B, the screen using the conventional
簡単のため反射板を用いない、スクリーン高さ100cmでありプロジェクタ光が光出射方向制御素子に対して35°〜90°で入射するリアプロジェクションディスプレイの垂直方向について考えると、その光学系に必要な厚みは100×tan35°より70cmである。 Considering the vertical direction of the rear projection display in which the reflector is not used for simplicity, the screen height is 100 cm, and the projector light is incident on the light emission direction control element at 35 ° to 90 °, it is necessary for the optical system. The thickness is 70 cm from 100 × tan 35 °.
これに対して、図4(a)に示すように、入射許容角度領域(θfの角度領域=θf-min〜θf-max)65°〜115°内の任意の角度で入射した光の90%を拡散角度領域に拡散透過させる拡散フィルム2を用いた本発明方式のスクリーンでは、65°≦θp≦115°であればよいため、プロジェクタ光の光出射方向制御素子1に対する最小入射角度θps-minは10°と導かれる。
On the other hand, as shown in FIG. 4 (a), 90% of light incident at an arbitrary angle within an allowable angle range of incidence (angle region of θf = θf-min to θf-max) 65 ° to 115 °. In the screen of the present invention using the
先程と同様の条件でリアプロジェクションディスプレイの垂直方向について考えると、その光学系に必要な厚みは100×tan10°より17.6cmである。 Considering the vertical direction of the rear projection display under the same conditions as before, the required thickness of the optical system is 17.6 cm from 100 × tan 10 °.
従来方式、本発明方式どちらの場合であっても実際には反射板を用いて光学系厚みを減らす設計がなされ、プロジェクタの厚みが追加されるが、増減の割合はほぼ同程度と考えられ、したがって本発明方式を用いることにより、光学系の大幅な薄型化が達成されることがわかる。 In either case of the conventional method or the present invention method, the thickness of the optical system is actually reduced by using a reflector, and the thickness of the projector is added. Therefore, it can be seen that the optical system can be significantly reduced in thickness by using the system of the present invention.
なお、図4では、光出射方向制御素子1と拡散フィルム2との間に隙間があるかのように描いたが、実際には、両者の相互対向面を隙間なく密着させてスクリーンを構成した。
In FIG. 4, the screen is configured as if there is a gap between the light emission
本発明は、超薄型リアプロジェクションディスプレイの設計・製造に利用することができる。 The present invention can be used for designing and manufacturing an ultra-thin rear projection display.
1 光出射方向制御素子
2 入射許容角度領域内の任意の角度で入射した光の60%以上を拡散角度領域に拡散透過させる拡散フィルム
3 プリズムアレイ(光出射方向制御素子)
9 フレネルレンズ(光出射方向制御素子)
10 全反射と屈折を用いてフレネルレンズと同等の効果を発現するプリズムアレイ(光出射方向制御素子)
11 レンティキュラレンズ(水平方向拡散媒体)
12 微粒子または粗面拡散媒体(垂直方向拡散媒体)
13 広い角度領域に入射光を拡散させる微粒子または粗面拡散媒体
20 プロジェクタ
DESCRIPTION OF
9 Fresnel lens (light emission direction control element)
10 Prism array (light emission direction control element) that produces the same effect as a Fresnel lens using total reflection and refraction
11 Lenticular lens (horizontal diffusion medium)
12 Fine particle or rough surface diffusion medium (vertical diffusion medium)
13 Fine particle or rough
Claims (3)
(180°−β)≦θp≦(180°−α)
を満たすことを特徴とするリアプロジェクションディスプレイ用スクリーン。 It consists of a diffusion film that diffuses 60% or more of light incident at an arbitrary angle within the allowable incidence angle region (α to β) into the diffusion angle region and a light emission direction control element, and the light emission direction control element changes the emission direction. 70% or more of the controlled projector light is a condition (180 ° −β) ≦ θp ≦ (180 ° −α) of the emission angle θp from the light emission direction control element.
A rear projection display screen characterized by satisfying the above requirements.
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