JP2008151815A - 透過型スクリーン及びこれを備えた背面投写型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光ファイバーを用いた透過型スクリーンから出射する投写画像の光の光拡散を多くし、広い視野角の画像を得ることができ、外光の影響を低減することができるようにしたこと。
【解決手段】 平板状に配列された複数の光ファイバー４１ｂの端面を備えた導光プレート４１を用いた透過型スクリーン４０において、導光プレート４１の光の入射側の面上に、拡散粒子４２ａを含有する拡散層４２と、偏光層４３とを配置するようにした。また、このような導光プレート４１、拡散層４２、偏光層４３の多層体からなる平板状の透過型スクリーン４０を背面投写型表示装置１０の筐体５０内に表示体として配置するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は透過型スクリーン及びこれを備えた背面投写型表示装置に係り、光ファイバーを用いた透過型スクリーンの構造に関する。

近年、背面投写型表示装置は液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等の薄型表示装置と並んで大画面テレビとして需要が高まっている。

従来の背面投写型表示装置の光学系構造は、図３（Ａ）に示すように、背面投写型表示装置１００として、画像を投写する投写光学ユニット２００と、この投写光学ユニット２００により投写された投写画像を導光する導光ミラー３００と、この導光ミラー３００により導光された投写画像が投写される透過型スクリーン４００とが筐体５００内に配置された構造となっている。

このような背面投写型表示装置１００に用いられる透過型スクリーン４００は、図３（Ｂ）に示すように、投写光学ユニット２００により投写された投写画像の光が入射する入射側から出射側に向かう順に、フレネルレンズ４１０と、拡散層４２０と、レンチキュラレンズ４３０と、ブラックストライプ４４０とを配置したものとなっている。

これらの光学系要素を配置した透過型スクリーン４００に入射される投写画像の光は、フレネルレンズ４１０で平行光線に近い光線に形成され、拡散層４２０上に投写された映像はレンチキュラレンズ４３０によりブラックストライプ４４０の間に集光され出射するようになっている。

このときの出射される投写画像の光のぎらつきを抑えるため、画像を形成する拡散層４２０を厚くしているが、この厚みにより画像にボケ感が発生し、フレネルレンズ４１０とレンチキュラレンズ４３０により一定方向の光量が増えるが、視野角が狭くなってしまっていた。

このような欠点を解決し視野角特性を向上した透過型スクリーン４００は、図３（Ｃ）に示すように、入射側に平板基材中に配列された複数の光ファイバーからなる導光プレート４５０と、この導光プレート４５０の出射面上に配置され、表面に光拡散のための凹凸形状を有する光拡散層４６０とを備えたものとなっている。このため、導光プレート４５０の光ファイバーを伝播し光拡散層４６０から出射する光の射出角度分布を画面内で均一化でき、視野角特性を向上したものとなっている（特許文献１参照。）。

しかしながら、特許文献１では、透過型スクリーン４００の光拡散層４６０が表面上に凹凸形状を有する構造となっているので、導光プレート４５０の光ファイバーを伝播してきた投写画像の光は光拡散層４６０の表面上の凹凸での拡散となるので、その光拡散が少なく指向性が強く、透過型スクリーン４００の中央部が明るく周辺部に向かって暗い状態のぎらつきの大きいものとなってしまい、視野角があまり広くならないという問題点があった。

さらに、特許文献１では、透過型スクリーン４００の光拡散層４６０を照明光等の外光が透過し導光プレート４５０の光ファイバーを伝播し、背面投写型表示装置１００の筐体５００内に入り込む余地のある構造となっているので、外光が筐体５００内で反射した後、光拡散層４６０から出射する光となってしまい、投写画像の光に混じって画像の黒色が白っぽく見えて、画像のコントラストが悪くなってしまうという問題点があった。
特開２００４−１１７５７４号公報（第９頁−第１０頁、第５図−第６図）

本発明は上記問題点に鑑み、光ファイバーを用いた透過型スクリーンから出射する投写画像の光の光拡散を多くし、広い視野角の画像を得ることができ、外光の影響を低減することができるようにした透過型スクリーン及びこれを備えた背面投写型表示装置を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、平板状に配列された複数の光ファイバーの端面を備えた導光プレートを用いた透過型スクリーンにおいて、前記導光プレートの光の入射側の面上に、拡散粒子を含有する拡散層と、偏光層とを配置してなることを特徴とする構成となっている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の透過型スクリーンを備えた背面投写型表示装置を特徴とする構成となっている。

請求項１記載の本発明によれば、前記導光プレートの光の入射側の面上に拡散粒子を含有する拡散層を配置しているため、拡散層内の拡散粒子により投写画像の光の光拡散を多くし、かつ、拡散層により光拡散した投写画像の光を隣の光ファイバーへ入射しないように導き、光ファイバーで伝播させ、光ファイバーの端面を画素のように発光させることで、ボケ感のない広い視野角の画像を得ることができる。

また、請求項１記載の本発明によれば、前記導光プレートの光の入射側の面上に偏光層を配置しているため、導光プレートの光の出射面側から光ファイバー内を伝播して偏光層に入射する外光は、一方の偏波成分を吸収し、他方の偏波成分を透過し、背面投射型表示装置の筐体内の反射で一部の偏波成分が変化した外光を、再び、偏光層により一部の変化した偏波成分を吸収し、変化しなかった偏波成分を透過するようになって、投写画像の光に混じる外光を半分以下に低減できるので、画像の黒色が白っぽく見えず、引き締まった画像の黒色を表現でき、画像のコントラストを向上することができる。

さらに、請求項２記載の本発明によれば、請求項１記載の透過型スクリーンを備えた背面投写型表示装置であるため、請求項１記載の本発明と同様な効果を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明による透過型スクリーン及びこれを備えた背面投写型表示装置の構成を示す図で（Ａ）は背面投写型表示装置の光学系を示す側面図、（Ｂ）は透過型スクリーンの光学系を示す斜視図、図２は本発明による透過型スクリーンの光学系を示す図で（Ａ）は部分拡大断面図、（Ｂ）は斜視図である。

本発明による透過型スクリーンは、図１（Ｂ）及び図２（Ａ）に示すように、平板状に配列された複数の光ファイバー４１ｂの端面を備えた導光プレート４１を用いた透過型スクリーン４０において、導光プレート４１の光の入射側の面上に、拡散粒子４２ａを含有する拡散層４２と、偏光層４３とを配置してなるところを特徴としている。

また、本発明による背面投写型表示装置は、図１（Ａ）に示すように、図１（Ｂ）及び図２（Ａ）に示す透過型スクリーン４０を備えた背面投写型表示装置１０を特徴としている。

以下、本発明の透過型スクリーン及びこれを用いた背面投写型表示装置の構成を図１及び図２を用いて具体的に説明する。背面投写型表示装置１０の光学系構造は、図１（Ａ）に示すように、画像を投写する投写光学ユニット２０と、この投写光学ユニット２０により投写された投写画像の光を全反射して導光する導光ミラー３０と、この導光ミラー３０により導光された投写画像の光が投写される透過型スクリーン４０とを筐体５０内に配置したものとなっている。

これにより、投写光学ユニット２０の投写画像の光は導光ミラー３０で全反射し、透過型スクリーン４０を透過することにより、背面投写型表示装置１０の表示面、即ち、透過型スクリーン４０の前面側で投写画像を視認できるようになっている。

この背面投写型表示装置１０の筐体５０内に配置した透過型スクリーン４０の光学系構造は、図１（Ｂ）及び図２（Ａ）に示すように、平板状に配列された複数の光ファイバー４１ｂの端面を備えた導光プレート４１と、この導光プレート４１の投写画像の光の入射側の面上に配置された拡散粒子４２ａを含有する拡散層４２と、この拡散層４２の投写画像の光の入射側の面上に配置された偏光層４３とからなっている。

導光プレート４１は、ガラスやプラスチック製の光ファイバー４１ｂの屈折率と同等の屈折率を有する接着剤を使用し、ある数量の光ファイバー４１ｂをまとめて固着することで光ファイバー束４１ａにした後、複数個の光ファイバー束４１ａを同様な接着剤でまとめて固着することで平板状に形成したものである。これによって光ファイバー４１ｂを用いた導光プレート４１として容易に平板状に形成できるようになっている。また、光ファイバー４１ｂの屈折率と同等の屈折率を有する接着剤を使用しているため、複数の光ファイバー４１ｂの境界を目立たなくすることができる。なお、例えば、屈折率１．４６の石英ガラスの光ファイバー４１ｂを、同等の屈折率１．４８前後の紫外線硬化型フッ素系接着剤を使用し、導光プレート４１として平板状に形成できるが、これに限らず、光ファイバー４１ｂの材料に応じて接着剤の材料が選択されるものである。

このように、平板状に形成した導光プレート４１はその両端面を研磨し、投写画像の光の入射側の面上にフィルム状の拡散粒子４２ａを含有する拡散層４２を貼り合せている。この拡散層４２は薄く形成されており、拡散層４２内での投写画像の光の光拡散点が前後に広がらないようにし、光拡散された投写画像の光を近隣の光ファイバーへ入射しないように導き、画像のボケ感を無くすようにしている。

更に、フィルム状の拡散層４２の投写画像の光の入射側の面上にフィルム状の偏光層４３を貼り合せている。この偏光層４３は投写光学ユニット２０によりＳ波またはＰ波に偏光された投写画像の光のみを透過し、拡散層４２に入射させる機能と、導光プレート４１の拡散層４２が貼り合わされていない反対側の端面から光ファイバー４ｂ内を伝播し、拡散層４２を介して入射する照明光等の外光を吸収させる機能と、筐体５０内の投写光学ユニット２０よりの使用しない漏れ光等の迷光を、導光プレート４１の投写画像の光の入射側に向けて出力させない機能とを有している。

このように、透過型スクリーン４０の光学系構造は、投写画像の光の入射面側から出射面側に向かって、偏光層４３、拡散層４２、導光プレート４１の順に平板状の多層体構造となり、図２（Ａ）に示すように、透過型スクリーン４０の入射面側から入射された投写光学ユニット２０の投写画像の光は偏光層４３を透過し、拡散層４２上に投写画像を結像し、拡散層４２内の拡散粒子４２ａにより投写画像の光が光拡散される。この光拡散された投写画像の光は所定入射角度で導光プレート４１の光ファイバー４１ｂへ導かれ、光ファイバー４１ｂ内を反射を繰返しながら伝播し、導光プレート４１の拡散層４２が貼り合わされていない出射面側の端面から出射される。

これにより、この光ファイバー４１ｂの端面で画素のように発光し、出射される投写画像の光は広角に広がる光となって、広い視野角の画像を得ることができる。

一方、透過型スクリーン４０の出射面側から入射された外光は導光プレート４１の光ファイバー４１ｂ内を反射を繰返しながら伝播し、拡散層４２に入射して光拡散される。この光拡散された外光は偏光層４３に導かれ、Ｓ波またはＰ波の一方の偏波成分の外光を吸収し、Ｓ波またはＰ波の他方の偏波成分の外光を透過する。この透過した他方の偏波成分の外光は、背面投射型表示装置１０の筐体５０内で乱反射することにより、一部の偏波成分が一方の偏波成分の外光に変化し、乱反射により戻ってきた外光が再び、偏光層４３に導かれる。偏光層４３では一部の変化した一方の偏波成分の外光を吸収し、変化しなかった他方の偏波成分の外光を透過し、拡散層４２を介して再び、導光プレート４１の光ファイバー４１ｂ内を伝播し、出射面側の端面から出射される。

これにより、投写画像の光に混じる外光の一方の偏波成分を吸収するため、外光の影響を半分以下に低減できるので、画像の黒色が白っぽく見えず、引き締まった画像の黒色を表現でき、画像のコントラストを向上することができる。

また、背面投写型表示装置１０に用いられる透過型スクリーン４０は実用化のため、図２（Ｂ）に示すように、その出射面側と入射面側にそれぞれ透過型スクリーン４０自体の強度アップのための強度アップ用ガラス４４を貼り合せたものがよい。但し、強度アップ用ガラス４４を出射面側か入射面側の片面に貼り合せたものでもよい。更に、透過型スクリーン４０の厚さは例えば、導光プレート４１の厚さ１〜５ｍｍ、拡散層４２の厚さ０．３〜０．５ｍｍ、偏光層４３の厚さ０．２５ｍｍとすると、強度アップ用ガラス４４を含めて３〜７ｍｍ程度のものとなり、光ファイバーの直径は例えば、０．０１〜０．２５ｍｍのものを使用している。

以上説明してきた透過型スクリーン４０の光学系構造は、投写画像の光の入射面側から出射面側に向かって、偏光層４３、拡散層４２、導光プレート４１の順に平板状の多層体構造としているが、本発明はこれに限らず、投写画像の光の入射面側から出射面側に向かって、拡散層４２、偏光層４３、導光プレート４１の順に平板状の多層体構造としてもよく、同等な効果を得ることができる。

本発明による透過型スクリーン及びこれを備えた背面投写型表示装置の構成を示す図で（Ａ）は背面投写型表示装置の光学系を示す側面図、（Ｂ）は透過型スクリーンの光学系を示す斜視図である。 本発明による透過型スクリーンの光学系を示す図で（Ａ）は部分拡大断面図、（Ｂ）は斜視図である。 従来の透過型スクリーン及びこれを備えた背面投写型表示装置の構成を示す図で（Ａ）は背面投写型表示装置の光学系を示す側面図、（Ｂ）は透過型スクリーンの第一の光学系を示す断面図、（Ｃ）は透過型スクリーンの第二の光学系を示す部分拡大断面図である。

符号の説明

１０ 背面投写型表示装置
２０ 投写光学ユニット
３０ 導光ミラー
４０ 透過型スクリーン
４１ 導光プレート
４１ａ 光ファイバー束
４１ｂ 光ファイバー
４２ 拡散層
４２ａ 拡散粒子
４３ 偏光層
４４ 強度アップ用ガラス
５０ 筐体

Claims (2)

1. 平板状に配列された複数の光ファイバーの端面を備えた導光プレートを用いた透過型スクリーンにおいて、前記導光プレートの光の入射側の面上に、拡散粒子を含有する拡散層と、偏光層とを配置してなることを特徴とする透過型スクリーン。
2. 請求項１記載の透過型スクリーンを備えた背面投写型表示装置。

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