JP2013213883A - 透過型スクリーン、背面投射型表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】透過型スクリーン10は、映像光の入光側に設けられ、映像光の進行方向を偏向するフレネルレンズ層22と、フレネルレンズ層22よりも出光側に設けられ、光を透過する光透過部322と光を吸収する光吸収部323とを備える光制御層32と、光制御層32よりも出光側に設けられ、光を拡散する作用を有する光拡散層33と、フレネルレンズ層22よりも出光側に設けられる光学形状層35とを備え、曲面をなすような湾曲形状を有するものとした。この光学形状層35は、単位光学形状353が複数配列されて形成された光学形状部352を有し、透過型スクリーン10の正面方向から見て、単位光学形状353の配列方向は、光透過部322及び光吸収部323の配列方向に直交するものとした。
【選択図】図3
Description
また、一方で、映像のコントラストや明るさの向上に加え、視野角(特に、画面左右方向における視野角)の良好さも求められている。
しかし、意匠性と、上述のような視野角特性の良好さ等とを両立する背面投射型表示装置は、未だなかった。
特許文献1,2には、スクリーン画面の中央部と周縁部での明るさの差を改善する構成や、映像のちらつき、ぎらつき、ざらつき等を低減する構成等が開示されているが、上述のような課題の解決に関しては、一切開示されていない。
請求項1の発明は、一方の面側から投射された映像光(L)を他方の面側に透過して映像を表示する透過型スクリーンであって、映像光の入光側に設けられ、映像光の進行方向を偏向するフレネルレンズ層(22)と、前記フレネルレンズ層よりも出光側に設けられ、光を透過する光透過部(322)と光を吸収する光吸収部(323)とを備える光制御層(32)と、前記光制御層よりも出光側に設けられ、光を拡散する作用を有する光拡散層と、前記フレネルレンズ層よりも出光側に設けられる光学形状層(35,55)と、を備え、該透過型スクリーンは、曲面をなすような湾曲形状を有し、前記光透過部及び前記光吸収部は、該透過型スクリーンに厚み方向に平行な断面において、前記光制御層の出光側の面に沿って交互に配置されており、前記光吸収部は、前記断面における断面形状が略楔形形状であり、前記光学形状層は、単位光学形状(353,553)が複数配列されて形成された光学形状部(352,552)を有し、該透過型スクリーンの正面方向から見て、前記単位光学形状の配列方向は、前記光透過部及び前記光吸収部の配列方向に直交すること、を特徴とする透過型スクリーン(10,40)である。
請求項2の発明は、請求項1に記載の透過型スクリーンにおいて、前記単位光学形状(353,553)は、該透過型スクリーンの使用状態における画面上下方向に延在し、画面左右方向に配列され、前記光透過部(322)及び前記光吸収部(323)は、該透過型スクリーンの使用状態における画面左右方向に延在し、画面上下方向に配列されていること、を特徴とする透過型スクリーン(10,40)である。
請求項4の発明は、請求項1又は請求項2に記載の透過型スクリーンにおいて、前記単位光学形状(353,553)は、略円柱状の一部形状、又は、略楕円柱状の一部形状であること、を特徴とする透過型スクリーン(10,40)である。
請求項5の発明は、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の透過型スクリーンにおいて、前記光学形状層(35)は、前記光制御層(32)よりも出光側に配置されていること、を特徴とする透過型スクリーン(10)である。
請求項6の発明は、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の透過型スクリーンにおいて、前記光学形状層(55)は、前記光制御層(32)よりも入光側に配置されていること、を特徴とする透過型スクリーン(40)である。
請求項7の発明は、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の透過型スクリーン(10,40)と、前記透過型スクリーンに対して、背面側から映像光(L)を投射する光源部(80)と、を備える背面投射型表示装置(1)である。
また、板、シート等の言葉を使用しているが、これらは、一般的な使い方として、厚さの厚い順に、板、シート、フィルムの順で使用されており、本明細書中でもそれに倣って使用している。しかし、このような使い分けには、技術的な意味は無いので、これらの文言は、適宜置き換えることができるものとする。
さらに、本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。
図1は、第1実施形態の背面投射型表示装置1を説明する図である。図1では、背面投射型表示装置の奥行き方向に平行かつ鉛直方向に平行な断面を示している。
背面投射型表示装置1は、透過型スクリーン10と、光源部80と、筐体90とを備えている。この背面投射型表示装置1は、光源部80から、透過型スクリーン10の背面側へ映像光を投射して透過型スクリーン上に映像を表示する。
本実施形態の背面投射型表示装置1は、太陽光や照明光等といった外光の影響が大きい環境で使用されるものであり、例えば、自動車の内部や船舶の内部(例えば、運転席や機関室等)に配置される車載用や船舶用の背面投射型表示装置である。
光源部80は、透過型スクリーン10に対してその背面側から映像光を投射する映像光源である。本実施形態の光源部80は、図1に示すように、透過型スクリーン10の背面側下方に配置され、ミラー等を介さずに直接投射するように構成されているが、これに限らず、例えば、光源部80から投射された光をミラーで一度反射して透過型スクリーンに投射する形態としてもよい。
この光源部80は、照射領域が次第に広がっていく発散光束(拡大投影された光束)として、透過型スクリーン10の背面側の面(入光面)に映像光を投射する。このような光源部80としては、例えば、LED(Light Emitting Diode)やレーザを利用したピコプロジェクタ等の小型の光源を用いることができる。
筐体90は、透過型スクリーン10を支持し、かつ、その内部に光源部80を配置可能な部材である。
図2に示すように、透過型スクリーン10は、全体的に見た場合のスクリーン面が三次元曲面をなすような湾曲形状としてもよいし、二次元局面をなすような湾曲形状としてもよい。
ここで、本明細書において、「二次元曲面」とは、単一の軸を中心として二次元的に湾曲しているもの、或いは、互いに平行な複数の軸を中心として異なる曲率で二次元的に湾曲しているものを意味するものとする。また、「三次元曲面」とは、互いに対して角度をなす複数の軸をそれぞれ中心として、部分的に又は全体的に湾曲しているもの意味するものとする。また、スクリーン面とは、この透過型スクリーン全体として見たときにおける、透過型スクリーンの平面方向となる面を示すものである。
透過型スクリーン10は、観察者側の面(出光面)の最も観察者側に凸となっている点Cにおける法線方向Nに直交する平面(即ち、最も観察者側に凸となった点Cでの接面)が、鉛直方向に平行となっている。
透過型スクリーン10において、この湾曲形状の曲率半径は、2000mm以下であることが好ましく、250mm以上であり1500mm以下であることがより好ましい。
また、湾曲形状の軸となる第1の軸A1,第2の軸A2は、透過型スクリーン10を正面方向から見た場合の観察画面の矩形形状の対角線にそれぞれ平行である例を示したが、これに限らず、透過型スクリーン10を正面方向から見た場合に、観察画面の幾何学的中心Cを通り画面上下方向に平行な方向と、画面左右方向に平行な方向とをそれぞれ第1の軸、第2の軸としてもよい。
本実施形態の透過型スクリーン10は、図3に示すように、フレネルレンズシート20と、フレネルレンズシート20の出光側(観察者側)に配置される積層体30とを備えている。
フレネルレンズシート20は、光源部80から発散光束として投射された映像光の進行方向を偏向させ、この透過型スクリーン10の正面方向(点Cにおける接面の法線方向N)へ進む平行光束とする機能を有している。フレネルレンズシート20のこの機能により、観察者Oによって観察される映像、特に、観察者Oによって透過型スクリーン10の斜め方向から観察される場合の映像の明るさの面内ばらつきを低減することができる。
フレネル基材層21は、このフレネルレンズシート20の基材となる層である。フレネル基材層21には、光透過性の高いシート状の部材を用いることができる。
フレネル基材層21の材料は、例えば、ポリカーネート(PC)樹脂や、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂や、メタクリル酸メチル・ブタジエン・スチレン(MBS)樹脂、メタクリル酸メチル・スチレン(MS)樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂(ABS)等を用いることが好ましい。
またフレネル基材層21の厚みは、1.0〜4.0mmとすることが好ましく、1.5〜2.0mmとすることがより好ましい。1.0mm未満の場合には、十分な剛性を有しておらず好ましくない。また、4.0mmを超える場合には、フレネルレンズシート20から出射する映像光と迷光とのずれが大きくなり、二重像が生じやすくなり、好ましくない。
このフレネル基材層21は、光を拡散する拡散材を含有していてもよいし、拡散材を含有しない層と拡散材を含有する層を共押し出し成形した形態としてもよい。
図4は、第1実施形態のフレネルレンズ層22を説明する図である。図4では、フレネルレンズ層22を出光側正面方向から見た様子を示している。なお、理解を容易にするために、図4では、フレネルレンズ層22を略平面状として示しているが、透過型スクリーンの使用状態としては、上述のような湾曲形状を有しているものとする。
本実施形態のフレネルレンズ層22は、所謂、屈折型のフレネルレンズ形状を有している。本実施形態では、図4に示すように、単位レンズ221が同心円状に配列されたサーキュラーフレネルレンズ形状である例を示したが、これに限らず、例えば、リニアフレネルレンズ形状としてもよい。
なお、これにかぎらず、点Fは、点C2を通り画面上下方向に平行な直線上であってフレネルレンズシート20上に位置していてもよいし、適宜設定してよい。
このフレネルレンズシート20は、フレネル基材層21とフレネルレンズ形状を賦形する成形型との間に、紫外線硬化型樹脂等の電離放射線硬化型樹脂を充填した状態で、電離放射線を照射してこの電離放射線硬化型樹脂を硬化させ、成形型を離型する等により形成される。
積層体30は、映像光の入光側から順に、基板層31、光制御層32、光拡散層33、着色層34、光学形状層35を備えており、これらが接合層36により一体に積層された形状となっている。
以下、積層体30の各層について説明する。
本実施形態の基板層31は、積層体30の厚み方向において入光側に配置される。
この基板層31は、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂、PC樹脂、アクロニトリル・スチレン(AS)樹脂等を押し出し成形する等により形成された板状の部材を用いることができる。また、この基板層31の厚さは、約1.5〜5.0mmの範囲内で選択することが好ましい。
光制御層32は、基材部321と、光透過部322と、光吸収部323とを備えている。この光制御層32は、図3に示すように、接合層36を介して基板層31の観察者側(出光側)に一体に積層されている。
基材部321は、PC樹脂や、PET樹脂、TAC樹脂、ABS樹脂、MBS樹脂、MS樹脂等により形成されたシート状の部材を用いることができる。
また、基材部321の厚みは、75〜200μmの範囲内で選択することができる。
光透過部322は、図5(b)に示すように、画面左右方向に延在し、基材部321の出光側の面に沿って画面上下方向に複数配列されている。光透過部322は、その配列方向に平行であって透過型スクリーン10の厚み方向に平行な断面形状が、図5(a)に示すように、出光側を上底とし、入光側を下底とする略台形形状である。
本実施形態の光透過部322の断面形状は、等脚台形であり、図5(a)に示すように、画面上下方向(配列方向)において対称な形状である。
また、光透過部322は、上述のような紫外線硬化形樹脂に限らず、PET樹脂等の熱可塑性樹脂等を用いて熱溶融押出成形により形成されてもよく、光透過部322が十分な厚みや剛性等を有するならば、前述の基材部321を設けない形態としてもよい。
なお、この光透過部322を電離放射線硬化型樹脂により形成する場合、その延伸率が30%以上であることが好ましい。
・試験種類:引っ張り
・試験レンジ力:50N
・変位:(10mm/min)
・温度:100℃
・評価する樹脂サンプルの寸法:長さ100mm、幅10mm、
厚さ0.188±0.02mm
また、延伸率δ[%]は、以下の式を用いて算出した。
δ=(L−L0)/L0×100
ただし、δを延伸率[%]、Lを破断後の標点距離、L0を原標点距離とする。
この延伸率の好ましい範囲を満たすことにより、後述の曲面成形時に、単位光学形状に欠けやヒビ等が生じることを防止できる。
本実施形態の光吸収部323は、図5(a),(b)に示すように、画面左右方向に延在氏、光制御層32の出光側の面に沿って光透過部322と画面上下方向に交互に配置されている。
光吸収部323は、その配列方向に平行であって透過型スクリーンの厚み方向に平行な断面における断面形状が楔形形状である。ここでいう楔形形状とは、一方の端部の幅が広く、他方に向けて次第に幅が狭くなる形状をいい、三角形形状や台形形状等を含む。光吸収部323は、図5(a)に示すように、その断面形状が、出光側(観察者側)を下底、入光側(光源側)を上底とする略台形形状としてもよいし、入光側を頂点とする略三角形形状としてもよい。
本実施形態では、光吸収部323の屈折率は、光透過部322の屈折率よりも小さい形態となっている。
また光吸収部323に用いられる光吸収材は、可視光領域の光を吸収する機能を有する粒子状等の部材であり、例えば、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄等の金属塩、顔料や染料、顔料や染料で着色された樹脂粒子等である。顔料や染料で着色された樹脂粒子を用いる場合には、その樹脂粒子は、アクリル系樹脂製や、PC樹脂製、PE樹脂製、PS樹脂製、MBS樹脂、MS樹脂等により形成されたものを用いることができる。
この光拡散層33は、粒子状等の光拡散材を含有する光透過性を有する樹脂により形成されている。
光拡散層33の母材となる光透過性を有する樹脂は、例えば、MBS樹脂、アクリル樹脂、PC樹脂、PET樹脂等を用いることができる。
光拡散層33に含有される光拡散材としては、プラスチックビーズ等の有機フィラーであり、特に、透明度の高いものが好ましい。プラスチックビーズとしては、メラミン樹脂製、アクリル樹脂製、AS樹脂製、PC樹脂製等のものを使用可能である。また、シリコン系ビーズも光拡散材として使用可能である。さらに、所望する拡散性能等に合わせて、これらの光拡散材を適宜選択し、所定の割合で組み合わせる等してよい。
着色層34は、光吸収材や着色剤を含有した透明樹脂により形成されている。この着色層34の母材となる透明樹脂は、MBS樹脂や、アクリル樹脂、PC樹脂、PET樹脂等を用いることができる。また、着色層34に含有される光吸収材は、カーボンブラック、グラファイト、黒色酸化鉄等の金属塩等が用いられ、着色剤としては、グレー系や黒色系等の暗色系の染料や顔料等を用いることができる。
光学形状基材部351は、光透過性を有し、光学形状層35のベースとなる層である。この光学形状基材部351は、PC樹脂や、PET樹脂、TAC樹脂、ABS樹脂、MBS樹脂、MS樹脂等により形成されたシート状の部材を用いることができる。
この光学形状基材部351の厚みは、75〜200μmの範囲内で選択することがこのましい。
図6(a)は、光学形状部352を観察者側正面方向から見た図であり、図6(b),(c)は、単位光学形状353配列方向及び厚み方向に平行な断面の一部を拡大して示した図である。
光学形状部352は、光学形状基材部351の出光側の面に、単位光学形状353が複数配列されて形成されている。
図6(a)に示すように、単位光学形状353は、出光側に凸となる柱状であり、画面上下方向に延在し、画面左右方向に配列されている。即ち、透過型スクリーン10の正面方向から見て、単位光学形状353の配列方向は、光透過部322及び光吸収部323の配列方向に直交する方向である。
単位光学形状353は、図6(b)に示すように、その配列方向に平行であって厚み方向に平行な断面形状が略三角形状である略三角柱状(353a)としてもよい。また、単位光学形状353は、略円柱状の一部形状や、図6(c)に示すような略楕円柱状の一部形状(353b)や、複数の曲面や平面によって形成される形状としてもよい。
この単位光学形状353の配列ピッチはP2であり、レンズ高さはH2である。
また、光学形状部352は、上述のような紫外線硬化形樹脂に限らず、PET樹脂等の熱可塑性樹脂等を用いて熱溶融押出成形により形成されてもよく、光学形状部352が十分な厚みや剛性等を有するならば、前述の光学形状基材部351を設けない形態としてもよい。
なお、光学形状部352を形成する樹脂は、前述の光透過部322を形成する樹脂と同様に、その延伸率が30%以上であることが好ましい。このような延伸率を満たすことにより、後述の曲面成形時に、単位光学形状に欠けやヒビ等が生じることを防止できる。
この接合層36は、紫外線硬化型のアクリル系樹脂や、圧力により粘着性が顕在化する感圧粘着型のアクリル系樹脂等を用いることができる。
接合層36の厚さは、透過型スクリーン10の大きさや使用環境、接合する各層の樹脂の特性、接合層として使用する樹脂の特性等に合わせて、10〜100μmの範囲内で適宜選択できる。
まず、略平板状のフレネル基材層21の片面に紫外線成形法等により、フレネルレンズ層22が形成され、略平板状のフレネルレンズシート20が作製される。
この略平板状のフレネルレンズシート20を加熱して軟化させ、フレネルレンズ層22側が凸となるように、所定の曲面形状を有した不図示の型面に押圧する等して曲面成形する。
一方、積層体30は、まず、基板層31、光制御層32、光拡散層33及び着色層34、光学形状層35をそれぞれ形成する。そして、それぞれ別体として略平板状に形成された基板層31、光制御層32、光拡散層33及び着色層34、光学形状層35を、接合層36により一体に積層した後に、加熱して軟化させ、光学形状層35側が凸となるように、上述のような所定の曲面形状を有した不図示の型面に押圧する等して曲面成形し、積層体30が形成される。なお、この曲面成形は、真空成形法を用いることが好ましい。
そして、この曲面成形された積層体30を、曲面成形されたフレネルレンズシート20の観察者側に配置することにより、透過型スクリーン10が完成する。
本実施形態の透過型スクリーン10において、図3,図5,図6等に示すように、光源部80から投射され透過型スクリーン10に入射した発散光束である映像光Lは、フレネルレンズシート20のフレネルレンズ層22によって正面方向(前述の点Cにおける接面の法線方向N)への平行光束となる。そして、積層体30へ入射する。
積層体30に入射した映像光Lは、基板層31を透過して光制御層32に入射し、一部はそのまま正面方向へ出射し、一部は光透過部322と光吸収部323との界面で全反射する等して画面上下方向へ拡散される(図5(a)参照)。このとき、角度θは所定の値となっており、画面上下方向への拡散の度合いは小さいので、正面輝度の低下や画面上下方向への必要以上の拡散を招くことはない。そして、映像光Lは、さらに光拡散層33で等方的に拡散されて着色層34を透過して光学形状層35へ入射する。光学形状層35へ入射した映像光Lは、単位光学形状353と空気との界面での屈折により、その進行方向が主として画面左右方向へ広げられて出射する(図6(b),(c)参照)。従って、映像光Lを効率よく観察者側へ出射して明るい映像を表示でき、また、光学形状層35によって画面左右方向の視野角も広げることができる。
また、本実施形態では、フレネルレンズシート20によって正面方向に偏向された光を積層体30の光制御層32及び光学形状層35によって画面上下方向及び画面左右方向における視野角を制御している。従って、例えば、フレネルレンズシート20に光学形状層を形成した場合等に比べて、効率よく視野角を広げることができる。
また、本実施形態では、基板層31を備えており剛性が高く、かつ、他方の面が平面状である積層体30側に光学形状層35を形成したので、曲面形成が容易である。
図7は、第2実施形態の透過型スクリーン40の層構成を説明する図である。図7では、第2実施形態の透過型スクリーン40において、前述の図3に示す第1実施形態の透過型スクリーン10の断面と同様の断面を示している。
第2実施形態の透過型スクリーン40は、積層体50の光学形状層55の位置が、基板層31の入光側であり、着色層34の出光側には表面機能層57が形成されている点が異なる以外は、前述の第1実施形態の透過型スクリーン10と同様の形態であり、筐体90及び光源部80を備える背面投射型表示装置1に用いられる。従って、前述の第1実施形態の透過型スクリーン10と同様の機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
図7に示すように、第2実施形態の透過型スクリーン40は、フレネルレンズシート20と、その出光側に配置される積層体50とを有している。
光学形状層55は、光学形状基材部551と、光学形状部552とを有している。
光学形状基材部551は、光学形状層55の基材となる層であり、前述の第1実施形態の光学形状基材部351と同様のシート状の部材を用いている。
また、光学形状部552は、光学形状基材部551の入光側の面に、単位光学形状553が複数配列されて形成された層である。
単位光学形状553は、入光側に凸となる柱状であり、その長手方向を画面上下方向とし、画面左右方向に配列されている。即ち、光透過部322及び光吸収部323の配列方向と、単位光学形状553の配列方向とは直交する。
この単位光学形状553は、前述の第1実施形態の単位光学形状353と同様に電離放射線硬化型樹脂により形成される。なお、これに限らず、光学形状層55は、熱可塑性樹脂を押し出し成形する等により形成してもよい。
本実施形態の表面機能層57は、着色層34の観察者側の面に、ハードコート機能を有する塗料をスプレー塗装して形成されている。
この表面機能層57は、ハードコート機能を有しており、光透過性を有し、JIS K 600−5−4(1994)で規定される鉛筆硬度試験で「HB」以上の硬度を有している。
このような表面機能層57を備えることにより、透過型スクリーン40の表面に傷が付くことを防止できる。
そして、この積層体50を曲面成形したフレネルレンズシート20の出光面側に配置することにより、本実施形態の透過型スクリーン40が完成する。
このような形態とした場合にも、前述の第1実施形態と同様に、コントラストが高く、明るく良好な映像を表示でき、かつ、画面左右方向の視野角を向上させることができる。
上述のような第1実施形態及び第2実施形態の透過型スクリーン10,40に用いられる積層体30,50の実施例に相当する積層体と、比較例となる積層体とを作製し、その画面上下方向及び画面左右方向の視野角特性を評価した。
実施例1の積層体は、第1実施形態の積層体30の実施例に相当する。この実施例1の光学形状層35の単位光学形状353は、略楕円柱状であり、配列ピッチP2=40μm、レンズ高さH2=50μmである。また、光学形状基材部351は、厚さ100μmのPET樹脂製の層である。
実施例2の積層体は、第1実施形態の積層体30の実施例に相当する。この実施例2の光学形状層35の単位光学形状353は、略三角柱状(頂角150°の二等辺三角柱状)であり、配列ピッチP2=10μm、レンズ高さH2=1μmである。また、光学形状基材部351は、厚さ100μmのPET樹脂製の層である。
比較例の積層体は、基板層31、光制御層32、光拡散層33、着色層34で構成され、光学形状層35、55に相当する層や、表面機能層57を備えていない。
基板層31:厚さ2mmの透明なPC樹脂製のシート状の部材。
光制御層32の基材部321:厚さ150μmの透明なPC樹脂製のシート状の部材。
光透過部322:ウレタンアクリレート系の紫外線硬化型樹脂:屈折率1.55)製。配列ピッチP1=60μm、厚みD=168μm。
光吸収部323:光吸収材(カーボンブラックを練りこんだアクリルビーズ:平均粒径約4μm)を含有するウレタンアクリレート系の紫外線硬化型樹脂:屈折率1.49)製。下底の幅W2=30μm、上底の幅W3=6μm、高さH1=150μm。
光透過部322と光吸収部323との界面の角度:θ=4.5°
光拡散層33:拡散材としてシリコン系ビーズ(平均粒径約2μm、屈折率1.42)及びアクリル系ビーズ(平均粒径約10μm、屈折率1.50)を所定量含有するMBS樹脂(屈折率1.55)製の厚さ140μmのシート状の部材。各成分の割合が、MBS樹脂50重量%、アクリル系ビーズ40重量%、シリコン系ビーズ10重量%。
着色層34:光吸収材として、カーボンブラックで着色されたアクリル系ビーズ(平均粒径約8μm、屈折率1.55)を所定量含有する厚さ70μmのMBS樹脂(屈折率1.55)製のシート状の部材。黒色透明。各成分の割合が、MBS樹脂75重量%、光吸収材25重量%。
接合層36:紫外線硬化型接着材製。(厚さ約50μm)。
G=π×K/I ・・・(式1)
なお、(式1)において、ゲインをG、円周率をπ、輝度をK(cd/m2)、照度をI(lx)で示している。
そして、ピークゲインとは、上記式で得られるゲインのうち最もピーク(最大値)となるものである。
図8及び表1に示すように、実施例1〜3の積層体は、いずれも比較例の積層体よりピークゲインはやや低下しているがスクリーンとして使用可能な範囲内であり、かつ、画面左右方向及び画面上下方向における1/2角や1/3角、1/10角の値が大きく、視野角がいずれも広くなっており、視野角特性が向上している。
画面左右方向における視野角の向上作用は、主に、光学形状層35,55の作用によるものである。
従って、実施例1〜3の積層体を用いる透過型スクリーンとすることにより、視野角を向上でき、明るい映像を表示できる。
また、実施例1〜3の積層体においては、単位光学形状が楕円柱状である実施例1のほうが略三角柱状である実施例2,3よりも、画面左右方向における視野角特性が向上していた。一方で、ピークゲインに関しては、実施例2,3の方が、実施例1よりも高かった。従って、所望する光学性能に応じて、積層体の形状を適宜選択することができる。
以上説明した各実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(1)第1実施形態では、透過型スクリーン10は、積層体30とフレネルレンズシート20とを備える例を示したが、これに限らず、例えば、基板層31の入光面側に、フレネルレンズ層71を備え、フレネルレンズシート20を備えない1枚ものの透過型スクリーンの形態としてもよい。
図9は、変形形態の透過型スクリーン70の層構成を説明する図である。図9では、変形形態の透過型スクリーン70において、前述の図3に示す第1実施形態の透過型スクリーン10の断面と同様の断面を示している。
この変形形態の透過型スクリーン70は、フレネルレンズシート20を備えておらず、基板層31の入光側に、フレネルレンズ層71を備えている点が異なる以外は、前述の第1実施形態の透過型スクリーン10と同様の形態であり、筐体90及び光源部80を備える背面投射型表示装置1に用いられる。従って、前述の第1実施形態の透過型スクリーン10と同様の機能を果たす部分には、同一の符号又は末尾に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
図9に示すように、透過型スクリーン70は、その厚み方向において、入光面側から順に、フレネルレンズ層71、基板層31、光制御層32、光拡散層33、着色層34、光学形状層35を備え、これらが接合層36により一体に積層された1枚ものの透過型スクリーンである。
フレネルレンズ基材部711は、光透過性を有するシート状の部材を用いることができる。フレネルレンズ基材部711は、第1実施形態のフレネルレンズシート20のフレネル基材層21と同様の材料によって形成されたシート状の部材を用いることができる。また、このフレネルレンズ基材部711の厚さは、100〜150μmとすることが好適である。
フレネルレンズ部712は、フレネルレンズ基材部711の入光面側に一体に形成され、その入光面側に単位レンズ713が複数配列されて形成されるフレネルレンズ形状を有している。
単位レンズ713は、その配列方向に平行であって、透過型スクリーン70の厚み方向に平行な断面形状が、図10に示すように、光源側(入光側)に凸となる略三角形形状である。この単位レンズ713は、光Lが入射する入射面713aと、入射面713aからの光Lの少なくとも一部が全反射する全反射面713bとを有している。
この単位レンズ713は、前述の第1実施形態のフレネルレンズシート20の単位レンズ221と同様に、同心円状に配列されて(サーキュラーフレネルレンズ形状)もよいし、画面上下方向に沿って配列されて(リニアフレネルレンズ形状)もよい。
単位レンズ713を同心円状に配列する場合は、その同心円の中心となる光学中心(フレネルセンター)は、透過型スクリーン10のスクリーン面の幾何学的中心点Cに対して偏心した形態となる。
また、透過型スクリーン70がこのような全反射型の単位レンズ713によるフレネルレンズ形状を備えることにより、通常の屈折型のフレネルレンズシート20を備える場合よりも、映像光のスクリーンへの入射角度を大きくすることができ、背面投射型表示装置1の奥行き方向における透過型スクリーン10と光源部80との距離短くすることができ、背面投射型表示装置1の薄型化を図ることができる。
また、光拡散層33が、光吸収材等を含有し、着色層34を兼ねる形態としてもよい。
また、角度θは、光透過部及び光吸収部の配列方向(画面上下方向)において、変化する形態としてもよい。
さらに、光吸収部323は、厚み方向において、その上底を光源側、下底を観察者側とする例を記載したが、これに限らず、例えば、上底を観察者側、下底を光源側とする形態としてもよい。
加えて、積層体30,50が光制御層32を1層のみ備える例を示したが、これに限らず、2層備える形態とし、正面方向から見て、一方の光透過部322及び光吸収部323の配列方向と他方の光透過部322及び光吸収部323の配列方向とが直交又は略直交するように配置してもよい。
10,40 透過型スクリーン
20 フレネルレンズシート
30,50 積層体
31 基板層
32 光制御層
33 光拡散層
34 着色層
35,55 光学形状層
80 光源部
90 筐体
Claims (7)
- 一方の面側から投射された映像光を他方の面側に透過して映像を表示する透過型スクリーンであって、
映像光の入光側に設けられ、映像光の進行方向を偏向するフレネルレンズ層と、
前記フレネルレンズ層よりも出光側に設けられ、光を透過する光透過部と光を吸収する光吸収部とを備える光制御層と、
前記光制御層よりも出光側に設けられ、光を拡散する作用を有する光拡散層と、
前記フレネルレンズ層よりも出光側に設けられる光学形状層と、
を備え、
この透過型スクリーンは、曲面をなすような湾曲形状を有し、
前記光透過部及び前記光吸収部は、この透過型スクリーンに厚み方向に平行な断面において、前記光制御層の出光側の面に沿って交互に配置されており、
前記光吸収部は、前記断面における断面形状が略楔形形状であり、
前記光学形状層は、単位光学形状が複数配列されて形成された光学形状部を有し、
該透過型スクリーンの正面方向から見て、前記単位光学形状の配列方向は、前記光透過部及び前記光吸収部の配列方向に直交すること、
を特徴とする透過型スクリーン。 - 請求項1に記載の透過型スクリーンにおいて、
前記単位光学形状は、該透過型スクリーンの使用状態における画面上下方向に延在し、画面左右方向に配列され、
前記光透過部及び前記光吸収部は、該透過型スクリーンの使用状態における画面左右方向に延在し、画面上下方向に配列されていること、
を特徴とする透過型スクリーン。 - 請求項1又は請求項2に記載の透過型スクリーンにおいて、
前記単位光学形状は、略三角柱状であること、
を特徴とする透過型スクリーン。 - 請求項1又は請求項2に記載の透過型スクリーンにおいて、
前記単位光学形状は、略円柱状の一部形状、又は、略楕円柱状の一部形状であること、
を特徴とする透過型スクリーン。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の透過型スクリーンにおいて、
前記光学形状層は、前記光制御層よりも出光側に配置されていること、
を特徴とする透過型スクリーン。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の透過型スクリーンにおいて、
前記光学形状層は、前記光制御層よりも入光側に配置されていること、
を特徴とする透過型スクリーン。 - 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の透過型スクリーンと、
前記透過型スクリーンに対して、背面側から映像光を投射する光源部と、
を備える背面投射型表示装置。
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