JPH07199357A - 背面投射型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶表示パネル等に形成された画像を投影ス
クリーンの背面に投射する背面投射型表示装置に関し、
近距離から見ても輝度ムラや色ムラ、ゴースト等が発生
しにくいＯＡ機器用表示装置の提供を目的とする。 【構成】 投影スクリーン５が透明な基板61の片面に複
数の凹面62を等ピッチで形成したレンチキュラーレンズ
６と、光拡散要素を含む基板71の片面に屈折角が階段状
に変化する屈折面72を形成したフレネルレンズ７とで構
成され、レンチキュラーレンズ６上の凹面62とフレネル
レンズ７上の屈折面72を間隙を介して対向せしめ、フレ
ネルレンズ７の背面に画像を投射するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示パネル等に形成
された画像を投影スクリーンの背面に投射する背面投射
型表示装置に係り、特に比較的近い位置から見ても輝度
ムラや色ムラ、ゴースト等が生じにくい投影スクリーン
の構成に関する。

【０００２】画面が40インチ以上の大型ＴＶではＣＲＴ
に代えて背面投射型表示装置（以下表示装置と略称す
る）が利用されており、20〜30インチの比較的画面の大
きいＯＡ機器用ディスプレイ装置においても同等の表示
装置の導入が検討されている。

【０００３】しかし、ＴＶ用に開発された表示装置は４
〜５ｍ以上離れた位置から画面を見ることを前提として
構成されており、 0.5〜 0.8ｍ程度の近距離から見るＯ
Ａ機器用のディスプレイに流用すると輝度ムラや色ム
ラ、ゴースト等が発生し易い。

【０００４】そこで、近距離から見ても輝度ムラや色ム
ラ、ゴースト等が発生しにくいＯＡ機器用表示装置の開
発が要望されている。

【０００５】

【従来の技術】図５は表示装置の構成を示す側断面図、
図６は投影光学系の一例を示す平面図、図７は従来の投
影スクリーンを示す側断面図である。

【０００６】表示装置は図５に示す如く箱体３内に固定
された投影光学系１と開口部に装着された投影スクリー
ン２を具えており、投影光学系１において形成され投影
スクリーン２の裏面に投射された画像を箱体３の外側か
ら見るよう構成されている。

【０００７】かかる表示装置において投影光学系１から
投影スクリーン２までの距離は表示画面に比例し大画面
を有する装置では、投影光学系１と投影スクリーン２を
結ぶ光路に折曲ミラー４を挿入することによって装置の
コンパクト化を図っている。

【０００８】投影光学系１は図６に示す如く画像を形成
する画像形成部11と画像を投影する投影レンズ12と光源
部13とで構成され、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応した画像を投射す
るため画像形成部11と投影レンズ12はそれぞれ水平方向
に３個ずつ並べられている。

【０００９】それぞれの画像形成部11は集光レンズ14と
２枚の偏光板15、16と偏光板15、16に挟まれた液晶パネ
ル17とで構成され、偏光軸が直行するよう偏光板15、16
を配置することによって液晶パネル17をノーマリーホワ
イトモードで使用している。

【００１０】光源部13は白色光源18と特定波長光を反射
し他の光を透過するダイクロイックミラー（以下ＤＭと
略称する）19を有し、メタルハイランドランプ等の白色
光源18から出る白色光がカラー表示に適したＲ光、Ｇ
光、およびＢ光に分離される。

【００１１】即ち、光源部13において分離されたＲ光、
Ｇ光、およびＢ光をそれぞれ対応する画像形成部11に入
射させることで、画像形成部11において形成されたＲ、
Ｇ、Ｂに対応する画像が３個の投影レンズ12を通し投影
スクリーン２に投射される。

【００１２】観視者の視角は一般に垂直方向より水平方
向に広く水平方向に広い画像は一度に多くの情報を読み
取ることができる。したがって、ＴＶ等においても表示
画面を横長にして垂直方向に比べ水平方向の視角が広く
なるように構成されている。

【００１３】一方、表示画面の輝度ムラを無くすには投
影光学系１から投影スクリーン２のどの領域にも等量の
光を投射すると共に、投影スクリーン２から出射される
光は出射される領域に関係なく全て観視者の方に向かい
出射されなければならない。

【００１４】そこで従来の投影スクリーン２は図７に示
す如くフレネルレンズ21と光拡散板22とレンチキュラー
レンズ23からなり、フレネルレンズ21を介して光拡散板
22上に結像させた画像をレンチキュラーレンズ23を通し
て見るよう構成されている。

【００１５】フレネルレンズ21はアクリル等の透明な基
板24の片面に屈折角が階段状に変化する複数の屈折面25
が形成されており、投影レンズ12から投影スクリーン２
に投射された反射光を平行光または収束光に変換し次段
の光拡散板22に入射させる。

【００１６】光拡散板22は例えば樹脂26内に拡散材27を
分散させた材料からなりフレネルレンズ21を介して裏面
に入射された光は、拡散材27に突き当たる毎に拡散を繰
り返しながら内部を伝播し出射された拡散光によって表
面側に画像が表示される。

【００１７】しかるに、フレネルレンズ21の特性によっ
て決まる視角は一定で垂直方向の視角と水平方向の視角
がほぼ同等になり、表示画面を横長にした場合は光拡散
板22の両端部から出射した光が観視者の方に向かわず輝
度ムラが生じる場合がある。

【００１８】そこで垂直方向に長い複数の微小円柱レン
ズ29が透明な基板28の観視者側に形成されたレンチキュ
ラーレンズ23を、光拡散板22の後に配設することによっ
て光拡散板22から出射された光を集光すると共に観視者
の方に向けて出射している。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】例えば、５ｍ離れた位
置から40インチの画面を見るように設定された従来の表
示装置における視角はほぼ12度であり、前述の如く構成
された従来の投影スクリーンに画像を投射しても輝度ム
ラや色ムラ、ゴースト等が発生することはない。

【００２０】しかし、ＯＡ機器用ディスプレイにおいて
20インチの画面を 0.8ｍ離れた位置から見る場合の視角
はほぼ35度であり、前述の投影スクリーンでは画面中心
から周辺に向かって急激なゲイン低下を生じ輝度ムラと
なって画像品質が低下する。

【００２１】また、３個の投影レンズから投射された
Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する画像は視角が所定値以下のとき最
適比率で混合されるが、視角が所定値以上になると前述
の投影スクリーンでは３色間の配向特性が変化し色ムラ
が生じて画像品質が低下する。

【００２２】フレネルレンズの屈折角を増大し焦点距離
を短くすることでかかる輝度ムラや色ムラの発生を抑制
する方法もあるが、フレネルレンズの屈折角を増大させ
ると屈折面において反射される光が増大しゴーストが発
生するという問題があった。

【００２３】本発明の目的は近距離から見ても輝度ムラ
や色ムラ、ゴースト等が発生しにくいＯＡ機器用表示装
置を提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】図１は本発明になる背面
投射型表示装置を示す側断面図である。なお全図を通し
同じ対象物は同一記号で表している。

【００２５】上記課題は箱体３の内部に配設された投影
光学系１と箱体３の開口部に装着された投影スクリーン
５を有し、投影光学系１によって投影スクリーン５の裏
面に画像が投射される背面投射型表示装置であって、投
影スクリーン５が透明な基板61の片面に複数の凹面62を
等ピッチで形成したレンチキュラーレンズ６と、光拡散
要素を含む基板71の片面に屈折角が階段状に変化する屈
折面72を形成したフレネルレンズ７とで構成され、レン
チキュラーレンズ６上の凹面62とフレネルレンズ７上の
屈折面72を間隙を介して対向せしめ、フレネルレンズ７
の背面に画像を投射するよう構成された本発明の背面投
射型表示装置によって達成される。

【００２６】

【作用】図１において屈折角が階段状に変化する屈折面
が光拡散要素を含む基板の片面に形成されたフレネルレ
ンズと、透明な基板の片面に複数の凹面が等ピッチで形
成されたレンチキュラーレンズとで投影スクリーンを構
成し、フレネルレンズの屈折面とレンチキュラーレンズ
の凹面を間隙を介して対向させることによって、フレネ
ルレンズの焦点距離を短縮しても輝度ムラや色ムラの発
生を抑制することができ、しかも、フレネルレンズの屈
折角増大に伴うゴーストの発生を抑制できる投影スクリ
ーンの構成が可能になる。即ち、近距離から見ても輝度
ムラや色ムラ、ゴースト等が発生しにくいＯＡ機器用表
示装置を実現することができる。

【００２７】

【実施例】以下添付図により本発明の実施例について説
明する。なお図２は本発明の一実施例を示す側断面図、
図３は本発明におけるレンチキュラーレンズの作用説明
図、図４は本発明になる投影スクリーンの変形例を示す
側断面図である。

【００２８】本発明になる背面投射型表示装置は図１に
示す如く箱体３の開口部に装着されてなる投影スクリー
ン５を具えており、画像は箱体３内に配設された投影光
学系１によって形成され折曲ミラー４を経て投影スクリ
ーン５の裏面に投射される。

【００２９】投影スクリーン５は透明な基板61の片面に
等ピッチで形成された複数の凹面62を有するレンチキュ
ラーレンズ６と、屈折角が階段状に変化する屈折面72が
光拡散要素を含む基板71の片面に形成されたフレネルレ
ンズ７とで構成されている。

【００３０】レンチキュラーレンズ６が有する凹面62と
フレネルレンズ７が有する屈折面72は間に設けた所定の
隙間を介して対向し、投影光学系１によって形成された
画像はフレネルレンズ７の屈折面72が形成されてなる面
の反対側の面に投射される。

【００３１】図２により投影スクリーンの一実施例につ
いて更に詳細に説明するとレンチキュラーレンズ６は透
明な基板61の片面に、垂直方向に平行な複数の凹面62と
凹面62間に位置し外に凸なる曲面からなる二斜面63を有
する山形部64を具えている。

【００３２】山形部64を構成する外に凸なる曲面からな
る二つの斜面63は山形部64の頂上で頂部曲面65によって
滑らかに接続され、二つの山形部64によって挟まれた凹
面62と斜面63は山形部64の裾において接続曲面66によっ
て滑らかに接続されている。

【００３３】一方、フレネルレンズ７は焦点距離が中心
近傍の 500mm程度から漸増し 400mm離れた位置では 650
mm程度になるよう、アクリル樹脂73に光拡散材として光
拡散ビーズ74を分散させた基板71の片側にプレスにより
屈折面72が形成されている。

【００３４】このように焦点距離の短いフレネルレンズ
は周辺部における屈折角が大きくなり多くの光が屈折面
72で反射される。しかし、屈折面72に入射する光は光拡
散材によって拡散された散乱光で反射されても明確なゴ
ーストを生じることはない。

【００３５】ここで本発明において投影スクリーンを構
成するレンチキュラーレンズの作用について図３により
詳細に説明する。フレネルレンズから出る光は散乱光で
ありレンチキュラーレンズに入射する光はそれぞれ異な
る方向の光軸を具えている。

【００３６】図３(a) においてレンチキュラーレンズ６
と直交する方向を０度、平行な方向を90度とし出射光の
方向を大別すると、０度を中心に広がる低角度領域67と
低角度領域の外側に広がる中角度領域68と更に外側に広
がる高角度領域69とになる。

【００３７】レンチキュラーレンズ６に入射した光が出
射される方向を想定すると入射する光の光軸方向によっ
て多少変動するが、山形部64の間に位置する凹面62に入
射した光はレンチキュラーレンズ６を透過して図示の如
く低角度領域67に出射する。

【００３８】また、図３(b) に示す如く山形部64に入射
し斜面63において反射され凹面62から入った光は高角度
領域69に出射し、図３(c) に示す如く山形部64に入射し
斜面63から入った光はレンチキュラーレンズ６を透過し
て高角度領域69に出射する。

【００３９】なお、図３(d) に示す如く山形部64に入射
し頂部曲面65や接続曲面66から入った光の大半は中角度
領域68に出射するが、レンチキュラーレンズ６に対して
ほぼ垂直に入射した光は図示省略されているが低角度領
域67に出射する場合がある。

【００４０】即ち、光の出射角度をＸ軸、光量をＹ軸に
とりレンチキュラーレンズから出る光の分布を示すと図
３(e) に示す如く、凹面62を照射する光は直接凹面62か
ら入って曲線で示す如く０度を中心とする角度の小さ
い低角度領域67に出射する。

【００４１】また、山形部64を照射する光の一部は直接
斜面63から入って曲線のように最も角度の大きい高角
度領域69に出射し、一部は斜面63において一旦反射され
るが凹面62から入って曲線に示す如く最も角度の大き
い高角度領域69に出射する。

【００４２】なお、山形部64を照射する光の一部は頂部
曲面65または接続曲面66から入って曲線に示す如く中
角度領域68に出射し、頂部曲面65と接続曲面66から入っ
た光の一部は低角度領域67に出射して曲線の低角度領
域67をレベルアップさせる。

【００４３】投影スクリーンの輝度ムラや色ムラを無く
すには曲線、曲線、および曲線を合成してなる曲
線がほぼ平坦で、しかも、曲線によって示される光
量の合成値が投影スクリーン上のどの位置においてもほ
ぼ等しいことが要求される。

【００４４】更に中心部から水平方向に離れるに伴って
単位視野角内に入る投影スクリーンの面積が広がって光
量が増大するため、曲線、曲線、および曲線から
なる曲線で示される光量は０度近傍に比べ周辺が減衰
していることが要求される。

【００４５】投影スクリーンにおけるかかる特性はフレ
ネルレンズにおける屈折角とレンチキュラーレンズの断
面形状に左右され、凹面62と山形部64の面積比や山形部
64の形状を適宜選択することにより前記条件に合致した
投影スクリーンが得られる。

【００４６】このように屈折角が階段状に変化する屈折
面が光拡散要素を含む基板の片面に形成されたフレネル
レンズと、透明な基板の片面に複数の凹面が等ピッチで
形成されたレンチキュラーレンズとで投影スクリーンを
構成し、フレネルレンズの屈折面とレンチキュラーレン
ズの凹面を間隙を介して対向させることによって、フレ
ネルレンズの焦点距離を短縮しても輝度ムラや色ムラの
発生を抑制することができ、しかも、フレネルレンズの
屈折角増大に伴うゴーストの発生を抑制できる投影スク
リーンの構成が可能になる。即ち、近距離から見ても輝
度ムラや色ムラ、ゴースト等が発生しにくいＯＡ機器用
表示装置を実現することができる。

【００４７】前記の実施例はアクリルに光拡散材を分散
せしめフレネルレンズを構成しているが本発明の変形例
は図４に示す如く、基板71が透明なアクリル板75の片面
に光拡散材76が塗布され、光拡散材76が塗布された面に
屈折面72が形成されている。

【００４８】アクリルに光拡散材を分散させる代わりに
透明なアクリル板の屈折面が形成される側に光拡散材を
塗布することにより、アクリルに光拡散材を分散させて
なるフレネルレンズを用いた前記の実施例とほぼ同等の
特性を得ることができる。

【００４９】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば近距離から見
ても輝度ムラや色ムラ、ゴースト等が発生しにくいＯＡ
機器用表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明になる背面投射型表示装置を示す側断
面図である。

【図２】 本発明の一実施例を示す側断面図である。

【図３】 本発明におけるレンチキュラーレンズの作用
説明図である。

【図４】 本発明になる投影スクリーンの変形例を示す
側断面図である。

【図５】 表示装置の構成を示す側断面図である。

【図６】 投影光学系の一例を示す平面図である。

【図７】 従来の投影スクリーンを示す側断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 投影光学系 ３ 箱体 ４ 折曲ミラー ５ 投影スクリーン ６ レンチキュラーレンズ ７ フレネルレンズ 61 基板 62 凹面 63 斜面 64 山形部 65 頂部曲面 66 接続曲面 67 低角度領域 68 中角度領域 69 高角度領域 71 基板 72 屈折面 73 アクリル樹脂 74 光拡散ビーズ 75 アクリル板 76 光拡散材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 箱体(3) の内部に配設された投影光学系
   (1) と該箱体(3) の開口部に装着された投影スクリーン
   (5) を有し、該投影光学系(1) によって該投影スクリー
   ン(5) の裏面に画像が投射される背面投射型表示装置で
   あって、 該投影スクリーン(5) が透明な基板(61)の片面に複数の
   凹面(62)を等ピッチで形成したレンチキュラーレンズ
   (6) と、光拡散要素を含む基板(71)の片面に屈折角が階
   段状に変化する屈折面(72)を形成したフレネルレンズ
   (7) とで構成され、 該レンチキュラーレンズ(6) 上の該凹面(62)と該フレネ
   ルレンズ(7) 上の該屈折面(72)を間隙を介して対向せし
   め、且つ、該フレネルレンズ(7) の背面に該画像を投射
   するよう構成されてなることを特徴とする背面投射型表
   示装置。
2. 【請求項２】 レンチキュラーレンズ(6) がそれぞれの
   凹面(62)間に二つの斜面(63)を具えた山形部(64)を有
   し、外に凸なる曲面からなる該斜面(63)を該山形部(64)
   の頂上において頂部曲面(65)を介して接続し、且つ、該
   斜面(63)と凹面(62)を接続曲面(66)を介して接続してな
   る請求項１記載の背面投射型表示装置。
3. 【請求項３】 樹脂(73)の中に光拡散材(74)を分散させ
   てなる材料によって形成された基板(71)の片面に、屈折
   面(72)が形成されてなるフレネルレンズ(7)を有する請
   求項１記載の背面投射型表示装置。
4. 【請求項４】 フレネルレンズ(7) の基板(71)が樹脂板
   (75)、および該樹脂板(75)に塗布された光拡散材(76)か
   らなり、該光拡散材(76)が塗布された面に屈折面(72)が
   形成されてなる請求項１記載の背面投射型表示装置。