JP2006039580A - 透過型スクリーン - Google Patents

Abstract

【課題】
優れた水平拡散特性が得られ、モアレの解消とともにコントラスト向上が可能であり、液晶パネル、ＤＭＤなどの多数の画素を持つ画像パネルを利用した単一レンズ系の投射装置を備えた背面投射型映像表示装置に好適に用いられる透過型スクリーンを提供すること。
【解決手段】
フレネルレンズシートと、光出射面側に凸状のブラックストライプ２が設けられたレンチキュラーレンズシート１と、片側に凹凸面５を有する拡散シート４とを備え、拡散シート４の凹凸面５とレンチキュラーレンズシート１とがブラックストライプ２の頂部で接合している。そして、レンチキュラーレンズのピッチＬｐが０．５ｍｍよりも小さく、レンチキュラーレンズシート１の厚さＬｔとレンズピッチＬｐの比であるＬｔ／Ｌｐが１．３６以上であり、拡散シート４が垂直拡散特性よりも水平拡散特性の方が高い非等方性を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、投射装置からの映像がスクリーンの背面から投射される背面投射型映像表示装置用の透過型スクリーン、特に、液晶パネル、デジタルマイクロミラ−デバイス（以下、「ＤＭＤ」と称する。）などの多数の画素を持つ画像パネルを利用した単一レンズ系の投射装置を備えた背面投射型映像表示装置に好適に用いられる透過型スクリーンに関するものである。

従来、背面投射型映像表示装置における映像投射装置としては、高い輝度を得ることができるという特徴を持つ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の三管式ＣＲＴが、一般に利用されていた。三管式ＣＲＴと組み合わせて用いられる透過型スクリーンは、レンチキュラーレンズシートとフレネルレンズシートとから構成される。このレンチキュラーレンズシート１１は図７に模式的に示すように、入射側レンズ１２側から入射する光線の集光位置とは異なる位置にブラックストライプ１３が形成されている。ここで、十分なコントラストと広い範囲の視野角とを得るとともに高い機械的強度をも得るために、レンチキュラーレンズシートのレンズピッチを０．５ｍｍ以上とし、シートの厚さを０．６ｍｍ以上とすることが通常であった。

ところで、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の三管式のＣＲＴについて、十分な輝度を確保しつつ軽量化、小形化を進めることは困難である。そこで、近年、投射装置として液晶パネル、ＤＭＤ等を用いることによって、投射装置の軽量化、小形化を実現した背面投射型映像表示装置の開発が進められている。液晶パネルあるいはＤＭＤは多数の画素を持ち、このような投射装置と従来の三管式ＣＲＴ投射装置に使用されていたスクリーンとを組み合わせて用いた場合には、液晶パネル、ＤＭＤ等の画素とレンチキュラーレンズシートのレンズとがいずれも水平方向に周期的な構造を有するため、画素とレンチキュラーレンズとによるモアレ（ｍｏｉｒｅ）が発生するという課題が発生する。

このようなモアレの発生を回避するためには、スクリーン上に投射された画素像の水平方向ピッチに対するレンチキュラーレンズのピッチの比を１／（Ｎ＋１／２）（Ｎは１以上の整数である。）とする技術が知られている（特許文献１を参照）。ここで、Ｎは通常２以上の値が用いられる。例えば、スクリーンに投射された画素像のピッチを１．０ｍｍとすると、上記の式を満足するレンチキュラーレンズのピッチは、Ｎが２であれば０．４ｍｍ、Ｎが３であれば０．２８ｍｍ、Ｎが４であれば０．２２２ｍｍという小さな値となる。近年、画面が高精細化されており、画素像のピッチが小さくなることから、本技術に従って設定されるレンチキュラーレンズのピッチは小さくなる傾向にあった。

従来のレンチキュラーレンズシートは、図８に示すように入射側レンズに入射した光線が出射側レンズの外側に焦点を結ぶように光学設計されている（特許文献２を参照）。このように設計されたレンチキュラーレンズシートでは、水平方向におけるスクリーンの特性を確保するために、レンチキュラーレンズのピッチ（ＬＰ１）とレンチキュラーレンズシートの入射側レンズ面から出射面までの最大距離（Ｌｔ；以下、「レンチキュラーレンズシートの厚さ」と称する。）との比Ｌｔ／ＬＰ１を１．１〜１．２５の範囲にすることが一般的である。例えば、レンチキュラーレンズのピッチを０．７２ｍｍとした場合、レンチキュラーレンズシートの厚さは０．８７ｍｍとなる。レンチキュラーレンズシートの厚さがこの程度あれば、機械強度は十分であり、しかも製造が容易である。一方、特許文献１に記載の発明に従ってモアレを解消するために、例えば、レンチキュラーレンズのピッチを０．２２ｍｍとしたならば、レンチキュラーレンズシートの厚さは０．２４２〜０．２７５ｍｍという小さな値となる。レンチキュラーレンズシートは光学的に透明な熱可塑性樹脂を用いて作製されるのが一般的であるが、レンチキュラーレンズシートの厚さが０．２４２〜０．２７５ｍｍという小さな値になると、製造が困難であり、また機械的な強度も弱いものとなる。

そこで、製造を容易にし、また十分な機械強度を得るため、レンチキュラーレンズシートの厚さ（Ｌｔ）を０．３ｍｍ以上とし、しかもレンチキュラーレンズのピッチ（ＬＰ１）を０．２２ｍｍにすると、両者の比Ｌｔ／ＬＰ１は１．３６以上になる。例えば、レンチキュラーレンズのピッチを０．２２ｍｍとし、しかもレンチキュラーレンズシートの厚さを０．８７ｍｍとした場合、十分な水平拡散特性が得られるように入射側レンズ３の形状を決めると、図９に示すようにブラックストライプ２面で光線が遮断されて光量の損失が過大になってしまうことがある。

一方、ブラックストライプ２面で光線が遮断されないように入射側レンズ３の形状を設計すると、図１０に示すように入射側レンズ３の焦点距離をシートの厚さにほぼ合わせる必要が生じ、十分な水平拡散特性を得ることができない。

以上のように従来は、製造が容易で機械的強度の強いことと、高い拡散性能のいずれをも満足する、ピッチの小さいレンチキュラーレンズシートを得ることが困難であるという課題が存在していた。
特開平２−９７９９１号公報 特開昭５８−２２１８３３号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、液晶パネル、ＤＭＤなどの多数の画素を持つ画像パネルを利用した単一レンズ系の投射装置を備えた背面投射型映像表示装置に好適に用いられる透過型スクリーンであって、優れた水平拡散特性が得られ、モアレの解消とともにコントラスト向上が可能な透過型スクリーンを提供することを目的とする。

かかる課題を解決する本発明の透過型スクリーンの概略構成図を図１に示す。本発明の透過型スクリーンは、フレネルレンズシート（図示しない）と、光出射面側に凸状のブラックストライプ２が設けられたレンチキュラーレンズシート１と、片側に凹凸面５を有する拡散シート４とを備えており、拡散シート４の凹凸面５とレンチキュラーレンズシートとがブラックストライプ２の頂部で接合されている。

片面に凹凸面を有する拡散シート４に対して凹凸面５の側から光線を入射した場合、出射面が平坦であるために図２で示すように凹凸面５による光の透過が阻害されることがなく、十分な全光線透過率を得ることができる。一方、凹凸面５とは反対側の面から光線を入射した場合、出射面が凹凸形状であるために図３で示すように回帰反射が発生し、光の透過が阻害されて全光線透過率が大きく低下する。ここで、拡散シートの凹凸面側から光線を入射したときの水平拡散特性の一例を図４に示し、凹凸面でない側から光線を入射したときの水平拡散特性の一例を図５に示す。これらのグラフから凹凸面側から光線を入射する方が、水平拡散性能の点でより有利であることがわかる（図４および図５において横軸は水平角度（ｄｅｇ）を表し、縦軸はスクリーンゲインを表す。）。

上記の通り、片面に凹凸面を持つ拡散シートには、凹凸面側から光線を入射させることが水平拡散性能あるいは全光線透過率の点で好ましいが、当該拡散シートに外光が入射する場合（すなわち、図３で示す光線が外光である場合）、外光が回帰反射を起こして、コントラスト性能を大きく損ねてしまう。これに対し、図６に示すように凹凸面が拡散シートと略等しい屈折率を持つ部材６で覆われている場合には、外光の回帰反射は発生せず、コントラスト性能は向上する。

本発明の透過型スクリーンでは、拡散シート４の凹凸面５とレンチキュラーレンズシート１とがブラックストライプ２の頂部で接合されており、拡散シート４の凹凸面５とブラックストライプ２の頂部との間に空気の層が存在しないから、外光の回帰反射によるコントラスト低下の問題は生じない。ここで、拡散シート４の凹凸面５とブラックストライプ２の頂部とは、回帰反射が起こらないように拡散シートの材質に合わせて選択された拡散シートと略等しい屈折率を持つ部材６を介して接合されてもよい。上記において、拡散シートと略等しい屈折率を持つ部材６として接着剤を用いて接着することにより接合することができる。また、拡散シート４の凹凸面５がブラックストライプ２の頂部との接合部において平坦になるように、例えば溶融圧着により接合されていてもよい。

本発明によれば、優れた水平拡散特性が得られ、モアレの解消とともにコントラスト向上が可能な透過型スクリーンが提供される。

上記本発明の透過型スクリーンにおいて、拡散シートに対して凹凸面から光線を入射した時の全光線透過率をＴｔ１（％）で、該凹凸面に対向する面から光線を入射した時の全光線透過率をＴｔ２（％）でそれぞれ表したとき、Ｔｔ１およびＴｔ２が、０．６<Ｔｔ２／Ｔｔ１<０．９８なる関係を満足する拡散シートは十分な拡散特性を有し、より高いコントラストが得られる。さらに詳細には、０．６５<Ｔｔ２／Ｔｔ１<０．８５なる関係を満足する拡散シートが好ましい。より好ましい範囲は、０．７<Ｔｔ２／Ｔｔ１<０．８である。上記レンチキュラーレンズシートに等間隔で水平方向に配列された入射側レンチキュラーレンズのピッチが０．５ｍｍよりも小さい場合、液晶パネル、ＤＭＤ等の画素とレンチキュラーレンズとの間でのモアレの発生を効果的に回避することが可能となる。上記レンチキュラーレンズシートの厚さが０．３ｍｍよりも大きい場合、より高い機械的強度が得られる。

また、レンチキュラーレンズシートの厚さをＬｔ（ｍｍ）で、レンチキュラーレンズシートの入射側レンズの焦点距離をＬｆ（ｍｍ）でそれぞれ表したとき、ＬｔおよびＬｆが、０．８<Ｌｆ／Ｌｔ<１．２なる関係を満足する場合、レンチキュラーレンズシートの光出射側で映像光線がブラックストライプで遮断される現象が起こり難く、十分な光量が得られて好ましい。

さらに、拡散シートに着色処理を施し、これによって光を吸収することによってより優れたコントラストが得られる。ここで着色とは、透過距離に応じて光線透過量が減衰する機能をいう。着色処理は凹凸面側にのみに施すことがより好ましい。着色処理を凹凸面側にのみ施すことにより、拡散シート全体を着色したときと比べて、着色部での透過距離に占める回帰反射による透過距離の増加分の割合が大きくなり、回帰反射によって観察者側に戻る光線を減衰させることが出来るため、より効率的にコントラストを向上させることが可能となる。
さらにまた、拡散シートが非等方性を有する場合には、外光反射率を低下させることができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。実施例において、外光反射輝度を測定することによりコントラストの評価を行った。外光反射輝度は、プロジェクションテレビのスクリーン面の照度が３６０Ｌｘとなるようにスクリーンに対して上方から約４５°の角度でハロゲンランプを調光して照らした状態で、黒色部分の輝度を測定することにより行った。この測定方法によれば、輝度が低いほどコントラスト性能が高いことを示す。輝度の測定にはミノルタ（株）製色彩色差計ＣＳ−１００を用いた。

モアレの観察は以下のようにして行った。観察に用いた投射装置は、液晶プロジェクターを備え、５５インチサイズのスクリーンを備えたものである。観察は、スクリーンから約１．５ｍ離れた所でスクリーンに対して上方０°〜４５°、水平−４５°〜４５°の範囲で行った。

（実施例１）
実施例１では、シートの厚さが０．８７ｍｍであり、レンチキュラーレンズのレンズピッチが０．２２ｍｍであるレンチキュラーレンズシートを用いた。レンチキュラーレンズに対して水平方向に等間隔で配置されるブラックストライプの幅の比率（以下、これを「ＢＳ比率」と称する。）は７０％である。このレンチキュラーレンズシートと図１に示すようにブラックストライプの頂部で接合される拡散シートは、凹凸面から入射した光線の全光線透過率が９２％であり、平坦な面から入射した光線の全光線透過率が６８％である（Ｔｔ２／Ｔｔ１＝０．７４）。上記のレンチキュラーレンズシートおよび拡散シートと、フレネルレンズシートとを組み合わせて構成された透過型スクリーンにおける水平拡散特性、外光反射輝度およびモアレの有無の測定結果を表１に示す。表１には後述する比較例１〜３についての各測定結果もあわせて示す。なお、表１において、水平拡散特性のαはゲインが１／２となる角度、βはゲインが１／３となる角度、γはゲインが１／１０となる角度をそれぞれ意味する。また、○はモアレが観察されないこと、×はモアレが観察されることを意味する。表１に示す通り、実施例１の透過型スクリーンは、モアレが発生せず、また水平拡散特性およびコントラストの面でも十分な性能を有していた。

（比較例１）
比較例１は、凹凸面形状の拡散シートとレンチキュラーレンズシートが重ね合わされただけで、ブラックストライプの頂部で接合されていない他は実施例１と同様のものとした。この場合は、モアレが発生せず、水平拡散特性も十分であるが、表1に示すように外光反射輝度が高くコントラストの面で不十分であった。

（比較例２）
比較例２では、実施例１で用いたレンチキュラーレンズシートとフレネルレンズシートとを組み合わせて透過型スクリーンを構成した（拡散シートは用いない）。拡散シートを用いない比較例２の透過型スクリーンでは、表１に示すように、水平拡散特性が不十分であった。

（比較例３）
比較例３は、従来の３管式ＣＲＴに組み合わされていた構成であり、レンチキュラーレンズシートの厚さが０．８７ｍｍ、レンチキュラーレンズのレンズピッチが０．７２ｍｍ、ＢＳ比率が４５％であるレンチキュラーレンズシートとフレネルレンズシートとを組み合わせて透過型スクリーンを構成したものである。この透過型スクリーンではレンズピッチが０．７２ｍｍと大きいため、モアレが観察された。

（参考例１）
参考例１では、拡散シートのＴｔ２／Ｔｔ１、ゲイン、水平拡散特性、垂直拡散特性、外光反射輝度を測定した。測定した拡散シートは、Physical Optics社製の製品を用いた。測定結果を表２に示す。

表２では、測定結果に基づく拡散性及び反射輝度の評価も示している。尚、表２において、○は評価が良好であることを意味し、△は評価が良好ではないが許容範囲にあることを意味する。また、サンプルＮｏ．１とサンプルＮｏ．２の間の行の値は、サンプルＮｏ．１とサンプルＮｏ．２の測定結果の内挿値を算出したものである。
表２に示す通り、Ｔｔ２／Ｔｔ１が６５％〜８５％の範囲内の拡散シートが拡散性及び反射輝度の観点から好ましいことがわかった。Ｔｔ２／Ｔｔ１が７０〜８０％の範囲内がより好ましいといえる。また、表２に示す通り、Ｔｔ２／Ｔｔ１が大きいと拡散角が十分でなく、小さいと外光反射率が増加しコントラストが低下した。
サンプルＮｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．４は、非等方性の拡散シートである。サンプルＮｏ．３及びサンプルＮｏ．４のデータを参照すると良く判るように、水平拡散特性を十分に確保したときに、垂直拡散特性を必要最小限とすることで、Ｔｔ２／Ｔｔ１を小さく、外光反射率を低下させることができた。このことから等方性の拡散シートよりも非等方性の拡散シートの方が本発明に適用する上では好ましい。

本発明の透過型スクリーンの構成を示す図である。 片面に凹凸面を有する拡散シートの凹凸面側から光線が入射したときの光路を示す図である。 片面に凹凸面を有する拡散シートの凹凸面とは反対の側から光線が入射したときの光路を示す図である。 片面に凹凸面を有する拡散シートの凹凸面側から光線が入射したときの水平拡散特性を表すグラフである。 片面に凹凸面を有する拡散シートの凹凸面とは反対の側から光線が入射したときの水平拡散特性を表すグラフである。 凹凸面を有する拡散シートの凹凸面を平坦化したときに光線の回帰反射が起きないことを示す図である。 従来のレンチキュラーレンズシートの一例の構成を示す斜視図である。 従来のレンチキュラーレンズシートの一例の構成を示す断面図である。 レンチキュラーレンズシートにおいて光線がブラックストライプによって遮断される様子を示す図である。 十分な水平拡散特性が得られないレンチキュラーレンズシートを示す図である。

符号の説明

１・・・レンチキュラーレンズシート
２・・・ブラックストライプ
３・・・入射側レンズ
４・・・拡散シート
５・・・凹凸面
６・・・拡散シートと略等しい屈折率を持つ部材

Claims (5)

1. フレネルレンズシートと、光出射面側に凸状のブラックストライプが設けられたレンチキュラーレンズシートと、片側に凹凸面を有する拡散シートとを備え、該拡散シートの凹凸面とレンチキュラーレンズシートとがブラックストライプの頂部で接合した透過型スクリーンであって、
   前記レンチキュラーレンズシートに等間隔で水平方向に配列された入射側レンチキュラーレンズのピッチＬｐが０．５ｍｍよりも小さく、
   前記レンチキュラーレンズシートの厚さＬｔとレンズピッチＬｐの比であるＬｔ／Ｌｐが１．３６以上であり、かつ
   前記拡散シートが垂直拡散特性よりも水平拡散特性の方が高い非等方性を有することを特徴とする透過型スクリーン。
2. レンチキュラーレンズシートの入射側レンズ面から出射面までの最大距離が０．３ｍｍよりも大きい請求項１記載の透過型スクリーン。
3. レンチキュラーレンズシートの入射側レンズ面から出射面までの最大距離をＬｔ（ｍｍ）で、レンチキュラーレンズシートの入射側レンズの焦点距離をＬｆ（ｍｍ）でそれぞれ表したとき、ＬｔおよびＬｆが下記の式（２）、
   式（２）：０．８<Ｌｆ／Ｌｔ<１．２
   を満足する請求項１又は２記載の透過型スクリーン。
4. 拡散シートに着色処理が施されており、これによって光が吸収される請求項１ないし３のいずれか一項に記載の透過型スクリーン。
5. 着色処理が凹凸面側にのみ施されている請求項４記載の透過型スクリーン。

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