JP2008026579A - 透過型スクリーンおよびこれを用いた背面投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源からの光を変調して映像光を生成し、前記映像光を拡大投射するための透過型スクリーンにおいて、シンチレーションを一層低減し、解像度およびコントラストを高め、かつ、製造コストの削減が可能な透過型スクリーンおよびこれを用いた背面投射型表示装置を提供すること。
【解決手段】光源からの光を変調して映像光を生成し、前記映像光を拡大投射するための透過型スクリーン４０において、透過型スクリーン４０が、フレネルレンズ２０と光拡散シート３０との組み合せにより構成され、かつ、フレネルレンズ２０または光拡散シート３０のいずれか一方の部材にのみ、光拡散性微粒子が分散混合されてなる光拡散層が設けられていることを特徴とする透過型スクリーン。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源からの光が変調されて生成した映像光を拡大投射するための透過型スクリーンおよびこれを用いた背面投射型表示装置に関する。

近年、大型テレビの市場が大きくなっている中、背面投射型テレビも大型テレビの一つとして注目されている。

背面投射型テレビの主な光学部材は映像光投射源であるプロジェクタと透過型スクリーンであり、前記透過型スクリーンは一般的にフレネルレンズと光拡散シートとによって構成される。

フレネルレンズは映像光投射源であるプロジェクタから投射された映像光を略平行に向きを揃えて光拡散シート側へ射出し、光拡散シートはフレネルレンズから射出された映像光を特に水平方向に広げる機能をもつ。

またプロジェクタは、CRTや液晶パネル等を用いたマイクロディスプレイが一般的である。
一方で、特許文献１（特開平１１−６４７８９号公報）のように光学レンズ系の光軸を回転軸として回転する光インテグレータを具備させる手段や、特許文献２（特開２００５−１０７７２号公報）のように光源や導光部材の一部を振動させる手段や、特許文献３（特開２００３−２１８０６号公報）のように投影画像の光軸を微小角度範囲で振動させる手段によって、画面のギラツキつまりシンチレーション欠陥を低減させることが可能な新たなプロジェクタも開発されている。

特許文献１〜３に係る提案では、シンチレーションによる映像のギラツキを防止するために、プロジェクタ本体の変更や付加装置が必要となる。
他方、プロジェクタ本体に改良は加えず、スクリーンの改良により上記ギラツキの解消を図る各種提案も見られている。
透過型スクリーンでは、シンチレーションを低減させるため、フレネルレンズシートと光拡散シートの両方の部材に光拡散層が付加されているのが一般的である。
特許文献４（特許第３６０６８６２号公報）は、「非拡散部を介して互いに離間された複数の拡散部を有し、光源側に位置するレンズシートまたは光学シートの拡散部は、観察側に位置するレンズシートまたは光学シートの拡散部に比べて光の拡散の度合いが小さいことを特徴とする透過型スクリーン。」を開示している。
特許文献５（特開平８−３１３８６５号公報）は、「投写レンズの出射瞳の直径ｄと投写距離ａとの比ｄ／ａが０．０６以下であり、映像が表示されるスクリ−ンが、光源に近い側にある第１の拡散要素と観察者に近い側にある第２の拡散要素とを含み、該第２の拡散要素中に光拡散性微粒子が含まれている背面投写型映像表示装置。」を開示している。
しかし、前記特許文献１〜３に開示されたような、光源からの光を変調して映像光を生成し、シンチレーション欠陥を低減しようとするプロジェクタに、特許文献４，５を含む従来の透過型スクリーンを組み合わせて背面投射型表示装置を作製した場合、スクリーン内に拡散剤を多量に添加する場合には、シンチレーションには改善が見られるものの、解像度が低下し、また、コントラストが低下するという問題点がある。
一方で大型テレビのような背面投射型表示装置の市場が拡大している中、更なる製造コストの削減が求められている。
特開平１１−６４７８９号公報 特開２００５−１０７７２号公報 特開２００３−２１８０６号公報 特許第３６０６８６２号公報 特許第３６０６８６２号公報

本発明は、上記のような従来の課題を解決し、光源からの光を変調して映像光を生成し、前記映像光を拡大投射するための透過型スクリーンにおいて、シンチレーションを一層低減し、解像度およびコントラストを高め、かつ、製造コストの削減が可能な透過型スクリーンおよびこれを用いた背面投射型表示装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、光源からの光を変調して映像光を生成し、前記映像光を拡大投射するための透過型スクリーンにおいて、
前記透過型スクリーンが、フレネルレンズと光拡散シートとの組み合せにより構成され、かつ、前記フレネルレンズまたは光拡散シートのいずれか一方の部材にのみ、光拡散性微粒子が分散混合されてなる光拡散層が設けられていることを特徴とする透過型スクリーンである。
請求項２に記載の発明は、前記光源からの光の位相を変動した映像光が投射されることを特徴とする請求項１に記載の透過型スクリーンである。
請求項３に記載の発明は、前記光拡散シートが、複数の単位レンズによって形成された単位レンズ群を有し、屈折、若しくは全反射の少なくともどちらか一方の特性を利用し、光を拡散することを特徴とする請求項１または２に記載の光拡散シートである。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の透過型スクリーンを用いたことを特徴とする背面投射型表示装置である。

本発明によれば、光源からの光を変調して映像光を生成し、前記映像光を拡大投射するための透過型スクリーンにおいて、フレネルレンズまたは光拡散シートのいずれか一方の部材にのみ、光拡散性微粒子が分散混合されてなる光拡散層が設けられているので、理由は定かではないが、シンチレーションをより低減でき、透過型スクリーンのコントラストを向上することが可能となった。また、フレネルレンズまたは光拡散シートのいずれか一方の部材を透明樹脂板とするため、フレネルレンズと光拡散シートの浮き（両者が離れること）による解像度低下を抑えることが可能となった。さらに、前記いずれか一方の部材から光拡散層を省略することができるので、透過型スクリーンの製造コストを抑えることが可能となった。

特にフレネルレンズにのみ光拡散層を付与した場合、コントラストの性能向上に効果があった。また光拡散シートにのみ拡散層を付与した場合、特に解像度の性能向上に効果があった。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明における透過型スクリーンの構成の一例を示した模式断面図である。
この透過型スクリーン４０は、フレネルレンズ２０と光拡散シート３０との組み合せにより主に構成されている。プロジェクタ１０は、光源からの光の位相を変動するなどして、光源からの光を変調した映像光を生成する。当該プロジェクタ１０は、光源からの光を変調した映像光を生成するものであればとくに制限されず、公知のものから適宜選択することができ、例えば前述の特許文献１〜３に記載されている。プロジェクタ１０からの映像光は、フレネルレンズ２０により、略平行光として射出される。フレネルレンズ２０は、公知のように、活性エネルギー線硬化型樹脂と、これを賦形する金型を用いてフレネルレンズを作製し、これとフレネルレンズ基材とを積層することにより得られる。また、光拡散シート３０は、フレネルレンズ２０からの平行光を受け、これを観察者側に水平方向に拡大投射する。光拡散シート３０は、例えば光拡散シート用基材上に、垂直方向に並列した複数の単位レンズによって形成された単位レンズ群を配置し、屈折、若しくは全反射の少なくともどちらか一方の特性を利用し、光を拡散する機能を有する、レンチキュラーシートであることができる。
なお、本発明の透過型スクリーンにおいて、上記に示した構成に限定されるものではない。

フレネルレンズ２０または光拡散シート３０のいずれか一方に設けられる光拡散層は、光拡散性微粒子が分散混合されてなり、バインダーとして、活性エネルギー線（例えば紫外線）が照射されたときに硬化する活性エネルギー線硬化型樹脂を一般的に有する。光拡散層の厚みは、小さすぎると光拡散層の接着性が低下し、大きすぎると溶剤の塗布が困難になることから、５〜１００μｍに設定されるのがよい。また、光拡散層に熱硬化性樹脂を使用する場合には、加熱により硬化し、接着をさせる。フレネルレンズ２０の場合、フレネルレンズ用基材に光拡散性微粒子を練りこみ、光拡散層としてもよい。同様に、光拡散シート３０がレンチキュラーシートである場合は、光拡散シート用基材に光拡散性微粒子を練りこみ、光拡散層としてもよい。

光拡散性微粒子としては、例えば樹脂ビーズやガラスビーズ等が用いられる。ここで、光拡散性微粒子の平均粒径は、シンチレーションおよびコントラストの良化を考慮すると、５〜２０μｍの範囲が好ましい。また、光拡散性微粒子の添加量は、少なすぎると拡散特性が小さくなり、多すぎると光拡散層が硬化したときの接着性が低下してしまうことから、活性エネルギー線硬化型樹脂に対して１〜３０重量％が好ましい。
具体的にはスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、尿素樹脂、ホルムアルデヒド縮合物などからなる有機系粒子や、ガラスビーズ、シリカ、炭酸カルシウム等からなる無機系微粒子が挙げられる。また、これら拡散剤の形状は球状のものでも不定形状のものでもよく、あるいは球状と不安定形状を併用してもよい。

また、前記光拡散層に帯電防止機能を付与させるために四級アンモニウム塩等の界面活性剤を含有する有機材料やＡｕ、Ａｌ、Ｓｂ等の無機粉体を含む無機材料等を添加することもできる。帯電防止剤は活性エネルギー硬化型樹脂１００重量部に対して１〜２０重量部添加、好ましくは５〜１５重量部添加程度である。添加量が１重量部未満の場合、帯電防止性能が発現しない。反対に添加量が２０重量部を超える場合、光拡散層が硬化したときの密着性、及び耐性が損なわれる。

活性エネルギー線硬化型樹脂としては、例えば紫外線硬化型フォトポリマーが用いられ、具体的には、アクリル系ポリマー、アクリル系モノマー及び光開始剤等を含んだ公知の粘接着剤が用いられる。

以下、実施例および比較例により本発明をさらに説明するが、本発明は、下記例に限定されるものではない。

（各種透過型スクリーンの作製）
厚さ２ｍｍ、縦５６０ｍｍ×横９７０ｍｍのアクリル製の樹脂板をフレネルレンズ用基材とした。
フレネルレンズは、金型に紫外線硬化型樹脂を塗布し、その樹脂上に上記基材を積載し、露光後、離型しフレネルレンズを得た。
ここで、フレネルレンズ用基材内部に光拡散性微粒子（平均粒径のポリメチルメタクリレートＰＭＭＡ、平均粒径１２μｍ）を練り込み、光拡散機能を付与したフレネルレンズ２１と光拡散性微粒子を練り込んでいないフレネルレンズ２２の２種類を作製した。

また、厚さ１．５ｍｍ、縦５６０ｍｍ×横９７０ｍｍのアクリル製の樹脂板を光拡散シート用基材とした。
ポリエチレンテレフタレート（PET）フィルム上に、予め紫外線硬化型樹脂で水平方向に並列したシリンドリカルレンズ群を形成し、レンズ部とした。さらに、レンズ部の逆面には、前記レンズ群の非集光部に黒色の遮光層を形成した。
上記光拡散シート用基材とレンズ部を貼り合わせることで、レンチキュラーシートとした。
ここで、上記光拡散シート用基材内部に光拡散性微粒子（平均粒径のポリメチルメタクリレートＰＭＭＡ、平均粒径１２μｍ）を練り込み、光拡散機能を付与した光拡散シート３１と光拡散性微粒子を練り込んでいない光拡散シート３２の２種類を作製した。

図２は、本例で作製したフレネルレンズおよび光拡散シートを説明するための断面図である。図２において、点状に示してあるのは光拡散性微粒子である。図２において、フレネルレンズ２１は、フレネルレンズ用基材内部に光拡散性微粒子が練り込まれ、光拡散機能を有する。フレネルレンズ２２は、光拡散性微粒子が練り込まれていないので、光拡散性機能は有しない。一方、光拡散シート３１は、光拡散シート用基材内部に光拡散性微粒子が練り込まれ、光拡散機能を有する。光拡散シート３２は、光拡散性微粒子が練り込まれていないので、光拡散性機能は有しない。

実施例および比較例
上記の通り作製したフレネルレンズ２１，２２の２種と、光拡散シート３１，３２の２種類とを組み合わせ、合計４種類の透過型スクリーン４１，４２，４３，４４を作製した。図３に示すように、透過型スクリーン４１は、フレネルレンズ２１および光拡散シート３１の両方に光拡散層が設けられている。透過型スクリーン４２は、フレネルレンズ２１にのみ光拡散層が設けられている。透過型スクリーン４３は、光拡散シート３１にのみ光拡散層が設けられている。透過型スクリーン４４は、フレネルレンズ２１および光拡散シート３１のいずれにも光拡散層が設けられていない。

背面投射型テレビで一般的な構成である、光源からの光の位相を変動させる手段の無いプロジェクタと透過型スクリーン４１，４２，４３，４４によって構成される背面投射型テレビをリファレンスとし、光源からの光の位相を変動させる手段を備えたプロジェクタと透過型スクリーン４１，４２，４３，４４によって構成される背面投射型テレビにおけるシンチレーション、解像度、コントラストの測定を行い比較評価を行った。結果を下記表に示す。

表１において、○は実用上問題無し、×は改善が必要を表す。

光源からの光の位相を変動させる手段の無いプロジェクタを備えた背面投射型表示装置において、スクリーンが４１、４２、４３、４４の全ての組み合わせの構成のテレビにおいてもシンチレーションが発生した。コントラストに関しては、プロジェクタとスクリーン４１の組み合わせと比較して、スクリーン４２、４３、４４との組み合わせの全てにおいて、良化した。

光源からの光を変調して映像光を投射する際、複数の光学要素を経由して投射される映像光の位相を変動させる手段を備えているプロジェクタを備えた背面投射型表示装置において、スクリーンが４２の場合、スクリーンが４１の場合と比較して、解像度、コントラストともに良化した。またスクリーン４１、４２の場合ともシンチレーションは発生しなかった。

光源からの光を変調して映像光を投射する際、複数の光学要素を経由して投射される映像光の位相を変動させる手段を備えているプロジェクタを備えた背面投射型表示装置において、スクリーンが４３の場合、スクリーンが４１の場合と比較して、解像度、コントラストともに良化した。またスクリーン４３の場合シンチレーションは発生しなかった。

光源からの光を変調して映像光を投射する際、複数の光学要素を経由して投射される映像光の位相を変動させる手段を備えているプロジェクタを備えた背面投射型表示装置において、スクリーンが４４の場合、スクリーンが４１の場合と比較して、解像度、コントラストともに良化した。しかし、スクリーンに垂直方向に映像光を広げる手段がないため、観察者目線より上下の画像が観察出来なく、このためスクリーンとして使用するのは困難である。またスクリーン４４の場合シンチレーションは発生しなかった。

本発明によれば、光源からの光を変調して映像光を生成し、前記映像光を拡大投射するための透過型スクリーンにおいて、シンチレーションを一層低減し、解像度およびコントラストを高め、かつ、製造コストの削減が可能な透過型スクリーンおよびこれを用いた背面投射型表示装置を提供することができ、大型テレビへの応用が期待される。

本発明における透過型スクリーンの構成の一例を示した模式断面図である。 実施例で作製したフレネルレンズおよび光拡散シートを説明するための断面図である。 実施例で作製した透過型スクリーンを説明するための断面図である。

符号の説明

１０……プロジェクタ、２０……フレネルレンズ、３０……光拡散シート、４０……透過型スクリーン。

Claims (4)

1. 光源からの光を変調して映像光を生成し、前記映像光を拡大投射するための透過型スクリーンにおいて、
   前記透過型スクリーンが、フレネルレンズと光拡散シートとの組み合せにより構成され、かつ、前記フレネルレンズまたは光拡散シートのいずれか一方の部材にのみ、光拡散性微粒子が分散混合されてなる光拡散層が設けられていることを特徴とする透過型スクリーン。
2. 前記光源からの光の位相を変動した映像光が投射されることを特徴とする請求項１に記載の透過型スクリーン。
3. 前記光拡散シートが、複数の単位レンズによって形成された単位レンズ群を有し、屈折、若しくは全反射の少なくともどちらか一方の特性を利用し、光を拡散することを特徴とする請求項１または２に記載の光拡散シート。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の透過型スクリーンを用いたことを特徴とする背面投射型表示装置。
   
   
   

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