JP4867167B2 - 透過型スクリーンおよび背面投射型ディスプレイ装置 - Google Patents

透過型スクリーンおよび背面投射型ディスプレイ装置 Download PDF

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本発明は、透過型スクリーンおよび背面投射型ディスプレイ装置に関するものである。
透過型スクリーンを備えた背面投射型ディスプレイ装置として、リアプロジェクションテレビが知られている。リアプロジェクションテレビは、光源としてのプロジェクタから映像光を投射し、反射鏡により反射させて、略長方形平板状をなす透過型スクリーンの背面に入射させるものである。これにより、透過型スクリーンの正面に位置する観察者が、透過した映像光を観察することができるようになっている。
図4は、従来技術に係る透過型スクリーンの平面断面図である。透過型スクリーン920は、映像光を略平行光に変換するフレネルレンズアレイ30が光源側に配置され、映像光を単位レンズごとに発散させるレンチキュラーレンズアレイ(拡散レンズアレイ)40が観察者側に配置されて構成されている(例えば、特許文献1および2参照)。
フレネルレンズアレイ30は、基材32の観察者側に配置されたフレネルレンズ31と、基材32の光源側に装着された第1拡散板33とを備えている。この第1拡散板33により、フレネルレンズアレイ30の自立性(剛性)が確保されている。
一方、レンチキュラーレンズアレイ40は、光透過性材料からなる基材42と、その光源側に配置されたレンチキュラーレンズ41とを備えている。基材42の観察者側には遮光層45が形成され、その遮光層45を覆うように配設された接着剤44を介して、第2拡散板43が固着されている。
そして、フレネルレンズアレイ30およびレンチキュラーレンズアレイ40の周縁部に配置した枠体(不図示)により両者が共締めされて、透過型スクリーン920が形成されている。
このように、従来の透過型スクリーン920では、フレネルレンズアレイ30に第1拡散板33が配置され、レンチキュラーレンズアレイ40に第2拡散板43が配置されている。これにより、映像のシンチレーションが防止されている。シンチレーションとは、観察者の視点の変化に伴って映像光の輝度が変化し、画像がぎらついて見える現象である。上記のように、所定距離を置いて肉厚の第1拡散板33および第2拡散板43を配置することにより、映像光の輝度分布が平均化されて、映像のシンチレーションを防止しうるようになっている。
特開2002−236319号公報 米国特許第6307675号明細書 特許第3002477号公報 実開平1−117634号公報
上述したフレネルレンズアレイ30の第1拡散板33は、比較的厚く形成される。そのため、透過型スクリーン920が重厚になり、なおかつコストが高くなる。しかも、第1拡散板33が厚くなると、透過型スクリーン920のフォーカスが甘くなり、解像度および鮮鋭度が悪くなる。
そこで、フレネルレンズアレイ30のフィルム化が検討されている(例えば、特許文献3および4参照)。これは、基材32の光源側表面の粗面化等により第1拡散部を形成し、第1拡散板33を廃止して、フレネルレンズアレイ30を厚さ0.8mm以下に薄型化するものである。これにより、透過型スクリーン920を軽薄化し、なおかつ低コスト化することができる。しかも、透過型スクリーン920の解像度および鮮鋭度を向上させることができる。
しかしながら、第1拡散板33に代えて第1拡散部を設けることにより、第2拡散板43との距離が小さくなる。その結果、映像のシンチレーションが発生するおそれがある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、フレネルレンズアレイをフィルム化した場合でも、映像のシンチレーションを防止することが可能な、透過型スクリーンの提供を目的とする。
また、表示品質に優れた背面投射型ディスプレイ装置の提供を目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る透過型スクリーンは、映像光を略平行光に変換するフレネルレンズアレイが光源側に配置され、前記映像光を単位レンズごとに発散させる拡散レンズアレイが観察者側に配置されてなる透過型スクリーンであって、前記フレネルレンズアレイはフィルム状に形成され、前記フレネルレンズアレイの光源側には、前記映像光を拡散させる第1拡散部が基材の光源側の表面をマット処理して粗面化することで形成され、前記拡散レンズアレイの観察者側における結像位置の近傍には、前記映像光を拡散させる第2拡散部が光透過性を有する樹脂性接着剤の内部に光拡散材を分散させるか所定厚さの拡散フィルムを装着して形成され、前記第2拡散部の観察者側には、前記映像光を拡散させる第3拡散部が前記拡散レンズアレイの剛性を確保する支持基板の光源側の表面をマット処理して粗面化することで形成されていることを特徴とする。
この構成によれば、映像光の結像位置の近傍に配置された第2拡散部において映像光を拡散することにより映像光の輝度分布が発生する場合でも、その結像位置から離れて配置された第1拡散部および第3拡散部において映像光を拡散することにより、映像光の輝度分布を平均化することができる。したがって、映像のシンチレーションを防止することができる。
また、前記第2拡散部の観察者側には透明部材が固着されていることが望ましい。
この構成によれば、支持基板により拡散レンズアレイの剛性を確保しうるとともに、映像のシンチレーションを防止することができる。
また、前記第2拡散部の観察者側には所定厚さの透明部材が固着され、前記透明部材の観察者側には、前記拡散レンズアレイの剛性を確保する支持基板が配置され、前記第3拡散部は、前記支持基板の光源側の表面に形成されていることが望ましい。
この構成によれば、支持基板により拡散レンズアレイの剛性を確保しうるとともに、映像のシンチレーションを防止することができる。しかも、透明部材の厚さにより第2拡散部と第3拡散部との距離を適宜設定することができるので、映像におけるボケの発生を防止することができる。
また、前記第1拡散部と前記第3拡散部との距離は、2mm以上であることが望ましい。
この構成によれば、映像のシンチレーションを確実に防止することができる。
一方、本発明に係る背面投射型ディスプレイ装置は、上述した透過型スクリーンを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、映像のシンチレーションを防止しうる透過型スクリーンを備えているので、表示品質に優れた背面投射型ディスプレイ装置を提供することができる。
本発明の透過型スクリーンによれば、映像光の結像位置の近傍に配置された第2拡散部において映像光を拡散することにより映像光の輝度分布が発生する場合でも、その結像位置から離れて配置された第1拡散部および第3拡散部において映像光を拡散することにより、映像光の輝度分布を平均化することができる。したがって、映像のシンチレーションを防止することができる。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態につき、図面を参照しながら詳細に説明する。
(背面投射型ディスプレイ装置)
図1は、背面投射型ディスプレイ装置の一例であるリアプロジェクションテレビの側面断面図である。図1に示すリアプロジェクションテレビ10は、映像光を投射する光源としてのプロジェクタ12と、映像光を反射する反射鏡13,14と、映像光を背面から入射させ正面から出射させる透過型スクリーン20と、透過型スクリーン20の正面を外部に露出させつつ全体を覆う筐体11とを主として構成されている。
(透過型スクリーン)
図2は、第1実施形態に係る透過型スクリーンの平面断面図である。一般に、透過型スクリーン20は、映像光を略平行光に変換するフレネルレンズアレイ30が光源側に配置され、映像光を単位レンズごとに発散させるレンチキュラーレンズアレイ(拡散レンズアレイ)40が観察者側に配置されて構成されている。特に、第1実施形態に係る透過型スクリーン20では、フレネルレンズアレイ30がフィルム状に形成され、フレネルレンズアレイ30の光源側には、映像光を拡散させる第1拡散部34が形成され、またレンチキュラーレンズアレイ40の観察者側における結像位置の近傍には、映像光を拡散させる第2拡散部46が形成されている。そして、第2拡散部46の観察者側には、レンチキュラーレンズアレイ40の剛性を確保する支持基板50が固着され、支持基板50の観察者側の表面に、第3拡散部52が形成されている。
(フレネルレンズアレイ)
フレネルレンズアレイ30は、基材32の光源側に、複数のフレネルレンズ31を配置して構成されている。基材32は、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の光透過性を有する材料により、横長の略長方形状に形成されている。フレネルレンズ31は、アクリル等の光硬化性および光透過性を有する樹脂材料等からなる突条を、同心円状に配置して構成されている。このフレネルレンズ31は、当該部分に入射した映像光を屈折させ、略平行光に変換して出射させるものである。そのため、各フレネルレンズ31は、映像光の入射角度に応じた傾斜面を備えている。
一方、基材32の光源側には、第1拡散部34が形成されている。第1拡散部34は、基材32の光源側の表面にマット処理を施して、その表面を粗面化することにより形成されている。なお、基材32の光源側に拡散フィルムを装着して、第1拡散部34を形成してもよい。このようなフレネルレンズアレイ30は、厚さ0.2〜0.8mm程度のフィルム状に形成されている。
このフレネルレンズアレイ30を製造するには、まず基材32となるPETフィルムの片面を粗面化する。なお、予め片面が粗面化されたPETフィルムを使用してもよい。次に、フレネルレンズ31の逆形状が形成された金型内に、基材32を配置するとともに、光硬化性樹脂を充填する。そして、基材32の背面から光を照射し、光硬化性樹脂を硬化させて、フレネルレンズアレイ30を形成する。なお、フレネルレンズ31の逆形状が形成されたロールを用いて、フレネルレンズアレイ30を連続形成することも可能である。
(レンチキュラーレンズアレイ)
一方、レンチキュラーレンズアレイ40は、基材42の光源側に、複数のレンチキュラーレンズ41を配置して構成されている。基材42は、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の光透過性を有する材料により、横長の略長方形状に形成されている。レンチキュラーレンズ41は、アクリル等の光硬化性および光透過性を有する樹脂材料等からなる、略半円柱状のシリンドリカルレンズである。そして、レンチキュラーレンズ41の長手方向をスクリーンの上下方向に一致させて、複数のレンチキュラーレンズ41がスクリーンの左右方向に並列配置されている。なお、各レンチキュラーレンズ41の配列ピッチは1.0mm以下(好ましくは0.2mm以下)に設定され、ファインピッチのレンチキュラーレンズアレイ40が構成されている。
また、基材42の観察者側には、光吸収性材料からなる遮光層45が設けられている。この遮光層45は、基材42の観察者側の表面であって、レンチキュラーレンズ41による映像光の非集光部に、ストライプ状に形成されている。その遮光層45を覆うように、第2拡散部46が形成されている。第2拡散部46は、光透過性を有する樹脂製接着剤の内部にシリカ等の光拡散材を分散させて構成され、レンチキュラーレンズ41による映像光の結像位置の近傍に形成されている。なお、基材42の観察者側に所定厚さの拡散フィルムを装着して、第2拡散部46を形成してもよい。
さらに、第2拡散部46を構成する接着剤を挟んで、基材42の観察者側に、支持基板50が装着されている。この支持基板50は、メタクリル酸メチル(MMA)とスチレンとの共重合体(MS)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、またはガラス等の光透過性を有する材料により、厚さ1〜2mm程度に形成されている。支持基板50の観察者側には、第3拡散部52が形成されている。第3拡散部52は、支持基板50の観察者側の表面にマット処理を施して、その表面を粗面化することにより形成されている。なお、支持基板50の観察者側に拡散フィルムを装着して、第3拡散部52を形成してもよい。
(固着構造)
そして、フレネルレンズアレイ30の周縁部にシール剤(不図示)が配設されて、フレネルレンズアレイ30とレンチキュラーレンズアレイ40とが固着されている。また、シール剤によって両者間の周縁部が密閉封止され、両者間の中央部にはシール剤によって囲まれた空間が形成されている。この空間の内部圧力は、外部圧力より低く設定されている。これにより、フィルム状に形成されたフレネルレンズアレイ30の中央部が、レンチキュラーレンズアレイから浮上るのを防止している。その結果、映像光の光路の乱れが防止され、映像光を所定位置で結像させることが可能になり、映像におけるボケの発生を防止することができるようになっている。
なお、フレネルレンズアレイ30とレンチキュラーレンズアレイ40との固着構造は上記に限られず、例えばフレネルレンズアレイ30を構成する複数のフレネルレンズ31の頂部に接着剤を配設し、その接着剤によってフレネルレンズアレイ30とレンチキュラーレンズアレイ40とを固着してもよい。また、フレネルレンズアレイ30の表面に接着剤のラインを格子状に配設し、その接着剤によってフレネルレンズアレイ30とレンチキュラーレンズアレイ40とを固着してもよい。
以上のように、本実施形態に係る透過型スクリーン20が構成されている。このスクリーン20は、レンチキュラーレンズアレイ40の観察者側に配置した支持基板50により自立性が確保されるようになっている。
そして、本実施形態に係る透過型スクリーン20では、フレネルレンズアレイ30の第1拡散部34、並びにレンチキュラーレンズアレイ40の第2拡散部46および第3拡散部52の、3個の拡散部が形成されている。そのうち、第2拡散部46が主たる拡散部として機能し、第1拡散部34および第3拡散部52が従たる拡散部として機能するようになっている。また、第1拡散部34から第2拡散部46までの距離は1mm程度に設定され、第1拡散部34から第3拡散部52までの距離は2mm以上(好ましくは3mm以上)に設定されている。
(映像表示方法)
次に、本実施形態に係る透過型スクリーンを備えた背面投射型ディスプレイ装置において、映像表示を行う方法につき、図1および図2を用いて説明する。
まず、図1に示すプロジェクタ12から映像光を投射する。この映像光は、反射板13および反射板14により反射されて、透過型スクリーン20の背面に入射する。
次に、図2に示す透過型スクリーン20において、フレネルレンズアレイ30に入射した映像光は、まず第1拡散部34により弱く拡散され、基材32を透過して、各フレネルレンズ31に入射する。プロジェクタから放射状に投射された映像光は、各フレネルレンズ31の傾斜面で屈折されて、略平行光に変換される。その後、フレネルレンズアレイ30から出射された映像光は、フレネルレンズアレイ30に密接配置されているレンチキュラーレンズアレイ40に入射する。
レンチキュラーレンズアレイ40に入射した映像光は、単位凸レンズであるレンチキュラーレンズ41ごとに集光され、基材42の観察者側の表面付近で結像する。なお、遮光層45はレンチキュラーレンズ41による映像光の非集光部に形成されているので、映像光はストライプ状の遮光層45の隙間を透過する。そして、結像後の映像光は、レンチキュラーレンズ41ごとに放射状に発散される。しかも、第2拡散部46を透過する過程で映像光が強く拡散される。これにより、背面投射型ディスプレイ装置は広視野角を確保しうるようになっている。その後、映像光は支持基板50を透過し、第3拡散部52で弱く拡散されて、レンチキュラーレンズアレイ40から出射される。
以上により、背面投射型ディスプレイ装置の透過型スクリーンから映像光が出射され、観察者に到達することによって映像表示が行われる。
上記のように、本実施形態の透過型スクリーン20では、映像光が第2拡散部46において強く拡散される。ここで、第2拡散部46はレンチキュラーレンズアレイ40による映像光の結像位置の近傍に形成されているので、映像光の輝度分布が発生しやすくなっている。しかしながら、本実施形態の透過型スクリーン20では、レンチキュラーレンズアレイ40による映像光の結像位置から離れて、第1拡散部34および第3拡散部52が配設されている。これらの拡散部において映像光を拡散することにより、映像光の輝度分布を平均化することができる。しかも、第1拡散部34から第3拡散部52までの距離が2mm以上(好ましくは3mm以上)に設定されているので、映像光の輝度分布を確実に平均化することができる。
なお、図2において、第2拡散部46は遮光層45に接して記載されているが、必ずしもその限りではなく、光学的に映像光の結像位置近傍に配置されていれば良い。より望ましくは、レンチキュラーレンズアレイ40の集光位置の近傍であればよい。
以上に詳述したように、第1実施形態に係る透過型スクリーン20は、フレネルレンズアレイ30がフィルム状に形成され、フレネルレンズアレイ30の光源側には映像光を拡散させる第1拡散部34が形成され、レンチキュラーレンズアレイ40の観察者側における結像位置の近傍には映像光を拡散させる第2拡散部46が形成され、第2拡散部46の観察者側にはレンチキュラーレンズアレイ40の剛性を確保する支持基板50が固着され、第2拡散部46の観察者側であって支持基板50の観察者側の表面には映像光を拡散させる第3拡散部52が形成されている構成とした。
この構成によれば、映像光の結像位置の近傍に配置された第2拡散部46において映像光を拡散することにより映像光の輝度分布が発生する場合でも、その結像位置から離れて配置された第1拡散部34および第3拡散部52において映像光を拡散することにより、映像光の輝度分布を平均化することができる。したがって、映像のシンチレーションを防止することができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る透過型スクリーンにつき、図3を用いて説明する。
図3は、第2実施形態に係る透過型スクリーンの平面断面図である。第2実施形態に係る透過型スクリーン220は、第2拡散部46の観察者側に透明部材48が固着され、透明部材の観察者側に、レンチキュラーレンズアレイ40の剛性を確保する支持基板50が配置され、支持基板50の観察者側の表面に、第3拡散部52が形成されているものである。なお、第1実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。
なお、図3においても、第2拡散部46は遮光層45に接して記載されているが、必ずしもその限りではなく、光学的に映像光の結像位置近傍に配置されていれば良い。より望ましくは、レンチキュラーレンズアレイ40の集光位置の近傍であればよい。
第2実施形態に係る透過型スクリーン220では、第2拡散部46の観察者側に、透明部材48が固着されている。この透明部材48は、PET等の光透過性を有する材料によって構成されている。なお、レンチキュラーレンズアレイ40の自立性(剛性)は支持基板50によって確保されるので、透明部材48を肉厚に形成する必要はない。これにより、第2実施形態のレンチキュラーレンズアレイ40は、厚さ0.3〜1.0mm程度のフィルム状に形成されている。
また、透明部材48の構成材料は、基材42の構成材料(例えば、PET)に一致させることが望ましい。この点、従来の透過型スクリーンでは、熱や吸湿等による膨張率などの環境特性が異なる材料によりレンチキュラーレンズアレイ40が構成されていても、レンチキュラーレンズアレイ40における反りの発生を、フレネルレンズアレイ30の剛性によって押さえ付けることができた。しかしながら、フレネルレンズアレイ30のフィルム化により、レンチキュラーレンズアレイ40の反りを防止することが困難になる。そこで、レンチキュラーレンズアレイ40の基材42と透明部材48とを同じ材料で構成するか、または環境特性が類似する材料で構成することにより、レンチキュラーレンズアレイ40の反りを防止することができる。
一方、透明部材48の観察者側には、支持基板50が配置されている。この支持基板50は、第1実施形態の支持基板と同様に、MSやPMMA、ガラス等の材料により、厚さ1〜2mm程度に形成されている。支持基板50は、透明部材48に固着されることなく、単に隣接配置されている。これにより、透明部材48と支持基板50との環境特性の違いに起因して、レンチキュラーレンズアレイ40に反りが発生するのを防止しうるようになっている。
そして、支持基板50の観察者側には、第3拡散部52が形成されている。第3拡散部52は、支持基板50の観察者側の表面にマット処理を施して、その表面を粗面化することにより形成されている。なお、支持基板50の観察者側に拡散フィルムを装着して、第3拡散部52を形成してもよい。
第2実施形態に係る透過型スクリーン220でも、第1実施形態と同様に、フレネルレンズアレイ30の第1拡散部34、並びにレンチキュラーレンズアレイ40の第2拡散部46および第3拡散部52の、3個の拡散部が形成されている。そのうち、第2拡散部46が主たる拡散部として機能し、第1拡散部34および第3拡散部52が従たる拡散部として機能するようになっている。また、第1拡散部34から第2拡散部46までの距離は1mm程度に設定され、第1拡散部34から第3拡散部52までの距離は2mm以上(好ましくは3mm以上)に設定されている。
この構成によれば、映像光の結像位置の近傍に配置された第2拡散部46において映像光を拡散することにより映像光の輝度分布が発生する場合でも、その結像位置から離れて配置された第1拡散部34および第3拡散部52において映像光を拡散することにより、映像光の輝度分布を平均化することができる。したがって、映像のシンチレーションを防止することができる。
上述した第2実施形態では、第2拡散部46の観察者側に透明部材48を固着し、透明部材48の観察者側に支持基板50を配置して、支持基板50の観察者側の表面に第3拡散部52を形成した。この場合、第2拡散部46から第3拡散部52までの距離が長くなるので、映像にボケが生じるおそれがある。
そこで、支持基板50の光源側の表面に第3拡散部52を設けてもよい。この場合には、透明部材48を所定厚さに形成することによって、第2拡散部と第3拡散部との距離を適宜設定することが可能になり、映像におけるボケの発生を防止することができる。
なお、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上述した各実施形態では、拡散レンズアレイとしてレンチキュラーレンズアレイを採用したが、複数の単位レンズがマトリクス状に配列されてなるマイクロレンズアレイを採用することも可能である。また、拡散レンズアレイとして、第1のシリンドリカルレンズアレイおよび第2のシリンドリカルレンズアレイが交差するように配置されてなるクロスレンチレンズアレイを採用してもよい。さらに、拡散レンズアレイとして、映像光を反射して拡散させる複数の単位レンズが配列されてなるプリズムレンズアレイを採用してもよい。
また、上述した各実施形態では、レンチキュラーレンズアレイにおけるレンチキュラーレンズおよび基材を個別に形成したが、同一材料により一体的に形成することも可能である。同様に、フレネルレンズアレイにおけるフレネルレンズおよび基材を同一材料により一体的に形成することも可能である。
また、上述した各実施形態では、支持基板の観察者側の表面または光源側の表面に第3拡散部を設ける構成とした。この場合には、第3拡散部を容易に形成することが可能であり、コストを低減することができる。しかしながら、第3拡散部は、支持基板の厚さ方向の中間部に形成してもよい。この場合には、支持基板によりレンチキュラーレンズアレイの剛性を確保しつつ、第2拡散部と第3拡散部との距離を適宜設定することが可能になり、映像におけるボケの発生を防止することができる。
リアプロジェクションテレビの側面断面図である。 第1実施形態に係る透過型スクリーンの平面断面図である。 第2実施形態に係る透過型スクリーンの平面断面図である。 従来技術に係る透過型スクリーンの平面断面図である。
符号の説明
20‥透過型スクリーン 30‥フレネルレンズアレイ 34‥第1拡散部 40‥レンチキュラーレンズアレイ 46‥第2拡散部 50‥支持基板 52‥第3拡散部

Claims (4)

  1. 映像光を略平行光に変換するフレネルレンズアレイが光源側に配置され、前記映像光を単位レンズごとに発散させる拡散レンズアレイが観察者側に配置されてなる透過型スクリーンであって、
    前記フレネルレンズアレイはフィルム状に形成され、
    前記フレネルレンズアレイの光源側には、前記映像光を拡散させる第1拡散部が基材の光源側の表面をマット処理して粗面化することで形成され、
    前記拡散レンズアレイの観察者側における結像位置の近傍には、前記映像光を拡散させる第2拡散部が光透過性を有する樹脂性接着剤の内部に光拡散材を分散させるか所定厚さの拡散フィルムを装着して形成され、
    前記第2拡散部の観察者側には、前記映像光を拡散させる第3拡散部が前記拡散レンズアレイの剛性を確保する支持基板の光源側の表面をマット処理して粗面化することで形成されていることを特徴とする透過型スクリーン。
  2. 前記第2拡散部の観察者側には、透明部材が固着されてい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. 前記第1拡散部と前記第3拡散部との距離は、2mm以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の透過型スクリーン。
  4. 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の透過型スクリーンを備えたことを特徴とする背面投射型ディスプレイ装置。
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