KR20040079423A - 투과형 스크린 및 투사형 표시 장치 - Google Patents

투과형 스크린 및 투사형 표시 장치 Download PDF

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KR20040079423A KR10-2004-7011482A KR20047011482A KR20040079423A KR 20040079423 A KR20040079423 A KR 20040079423A KR 20047011482 A KR20047011482 A KR 20047011482A KR 20040079423 A KR20040079423 A KR 20040079423A
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스즈키히로시
엔도다카오
시카마신스케
와다카슈소
데라모토고헤이
고지마구니코
츠다시게카즈
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

투과형 스크린은 투사광이 입사하는 톱니 형상의 입사면과 투사광이 출사하는 출사면을 갖는 프레넬 스크린 형상의 굴절 전반사판과, 굴절 전반사판으로부터 출사한 광을 결상하여 투사 화상을 얻는 결상 표시판을 구비한다. 굴절 전반사판의 입사면에는 투사광을 굴절하여 출사면을 향해서 진행시키는 복수의 굴절 사면과, 투사광을 투과하는 복수의 투과 사면과, 투과 사면을 투과한 광을 반사하여 출사면을 향해서 진행시키는 전반사 사면이 동심원상에 형성되어 있다. 굴절 전반사판은 산란 입자가 분산되어 있지 않은 투명 재료로 형성되어 있다.

Description

투과형 스크린 및 투사형 표시 장치{TRANSPARENT SCREEN AND PROJECTION DISPLAY APPARATUS}
동심원 형상의 다수의 고리체가 형성된 프레넬 스크린(Fresnel screen)을 한 장의 볼록 렌즈로서 사용하고, 프레넬 스크린으로부터 출사한 광속을 결상 표시판(image formation/display plate)에 결상하여 화상을 얻는 투과형 스크린이 개발되고 있다.
예컨대, 국제 특허 공개 공보 제 WO 02/27399 호에는, 투사광을 굴절하는 부분과 전반사하는 부분을 갖는 굴절 전반사판(refraction/total reflection plate)(프레넬 스크린)과, 굴절 전반사판으로부터 출사한 광을 결상하여 투사 화상을 얻는 결상 표시판을 구비한 투과형 스크린이 기재되어 있다.
국제 특허 공개 공보 제 WO 02/27399 호에 개시된 굴절 전반사판중 하나는, 투사광측의 면에 다수의 사면이 형성되어 있다. 투사광을 굴절하는 부분에는 굴절 사면이 투사광을 굴절시켜서, 결상 표시판을 향해 진행시킨다. 한편, 투사광을 전반사하는 부분에는, 투사광이 투과 사면을 투과하여 일단 프레넬 스크린의 내부에 진입하고, 투과 사면의 바로 위에 인접하는 전반사 사면으로 반사하여, 결상 표시판을 향해 진행된다. 전반사 사면은 프레넬 스크린의 내부를 진행해 오는 광을 프레넬 스크린의 내부로 반사하도록 되어 있다. 프레넬 스크린 중에는 약한 산란 특성을 나타내는 산란 입자가 분산되고 있고, 이 산란 특성과 결상 표시판이 갖는 산란 특성의 조합으로 표시 화상광의 시야각(viewing angle)이 주로 결정되어 있었다.
또한, "Shikama, S. et al., Optical System of Ultra-Thin Rear Projector Equipped with Refractive-Reflective Projection Optics, SID2002 Digest,46.2, (2002)"는 이러한 종류의 투과형 스크린을 채용한 투사형 표시 장치를 개시한다. 이러한 문헌의 기재 내용은 여기서 언급함으로써 이 출원의 개시의 일부를 이룬다.
그러나, 상기 굴절 전반사판을 이용한 투과형 스크린에는, 정규의 투사 화상 표시에 기여하는 유효 광속 이외에, 방해광이 시인되는 것이 본원 발명자의 실험 및 광선 추적 시뮬레이션의 쌍방에 의해 발견되고, 고품위의 화상 표시를 실현하기 위해서 이러한 현상을 개선할 것이 요구되고 있다. 예컨대, 투사광을 전반사하는 부분에는, 투사광의 대부분이 투과 사면을 투과하여 프레넬 스크린의 내부로 진입해야하지만, 투사광의 일부가 투과 사면으로 반사하고, 이것이 예기하지 않는 경로를 통과하여 하측 방향 고스트 광(downward ghost ray of light)으로 되어 관측자에게 시인된다. 또한, 투사광을 굴절하는 부분에서는 굴절 사면이 투사광을 굴절시켜서, 결상 표시판을 향해 진행시키지만, 굴절 사면의 바로 아래에 인접하는 무효 면부(ineffective facet part)에도 광이 진입하는 경우가 있고, 이것이 예기하지 않는 경로를 통과하여 상측 방향 고스트 광 또는 2중상 광(double image light)으로 되어 관측자에게 시인된다.
발명의 요약
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 방해광을 저감하고, 고품위의 투사 화상을 제공할 수 있는 굴절 전반사판 투과형 스크린 및 이것을 채용한 투사형 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 굴절 전반사판 투과형 스크린은, 투사광이 입사하는 톱니 형상의 입사면과, 투사광이 출사하는 출사면을 갖는 프레넬 스크린 형상의 굴절 전반사판과, 상기 굴절 전반사판으로부터 출사한 광을 결상하여 투사 화상을 얻는 결상 표시판을 구비하고, 상기 굴절 전반사판의 입사면에는, 투사광을 굴절하여 상기 출사면을 향해 진행시키는 복수의 굴절 사면과, 투사광을 투과하는 복수의 투과 사면과, 상기 투과 사면을 투과한 광을 반사하여 상기 출사면을 향해 진행시키는 전반사 사면이 동심원상에 형성되어 있고, 상기 굴절 전반사판은 산란 입자가 분산되어 있지 않은 투명 재료로 형성되어 있는 것이다. 이로써, 산란 입자가 분산되지 않는 투명 재료로 굴절 전반사판이 형성되어 있기 때문에, 굴절 전반사판의 출사면으로 반사하는 광속에 대하여 확산 반사광의 발생을 방지할 수 있기 때문에 방해광의 강도를 저감할 수 있다.
본 발명에 따른 투사형 표시 장치는, 진행함에 따라 확대하는 투사 광속을 출발하는 투사 광학계와, 전술한 본 발명에 따른 투과형 스크린과, 상기 투사 광학계로부터의 투사 광속을 상기 투과형 스크린을 향하여 반사하는 평면 미러를 구비하고, 상기 투사 광학계는 상기 투과형 스크린 및 상기 평면 미러 사이에 또한 하방에 배치되어 있는 것이다. 이로써, 본 발명에 따른 투과형 스크린과의 상승 효과에서 방해광의 영향을 저감할 수 있다. 또한, 투사형 표시 장치를 박형으로 할 수 있다.
본 발명은 투과형 스크린 및 이를 채용한 투사형 표시 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 투과형 스크린을 구비한 투사형 표시 장치를 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 투과형 스크린을 이면에서 본 사시도,
도 3은 비교예의 투과형 스크린의 종단면도,
도 4는 도 3의 투과형 스크린에 있어서 하측 방향 고스트 광이 발생하는 메커니즘을 도시한 도면,
도 5는 도 3의 투과형 스크린에 있어서 상측 방향 고스트 광, 및 2중상 광이 발생하는 메커니즘을 도시한 도면,
도 6a는 본 발명의 실시예 1에 의한 투과형 스크린의 효과를 확인하기 위한 실험 결과를 도시하는 도표,
도 6b는 이 실험에 사용한 굴절 전반사판의 형성 조건을 나타내는 도표,
도 6c는 이 실험의 측정 조건을 도시하는 도표,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예 1에 의한 투과형 스크린의 효과를 실증하는 사진에 기초한 도면,
도 8a는 비교예에 의한 투과형 스크린에 표시한 화상을 촬영한 사진에 기초한 도면,
도 8b는 투과형 스크린에 표시한 개선된 화상을 촬영한 사진에 기초한 도면,
도 8c는 본 발명의 실시예 1에 의한 투과형 스크린에 표시한 화상을 촬영한 사진에 기초한 도면,
도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 투과형 스크린(100)을 도시하는 종단면도,
도 10은 실시예 2에 의한 적절한 굴절 전반사판의 설계 값을 나타내는 선도,
도 11은 본 발명의 실시예 3에 따른 투과형 스크린의 굴절 전반사판을 광의 출사면측에서 본 사시도,
도 12는 본 발명의 실시예 4에 따른 투과형 스크린을 구비한 투사형 표시 장치를 도시한 개략도,
도 13은 실시예 4에 의한 효과를 설명하기 위한 도면,
도 14는 본 발명이 응용된 다른 배치의 투사형 표시 장치를 도시한 개략도로서, 실시예 4에 의한 효과를 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위해서, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대해 첨부한 도면을 따라 설명한다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 투과형 스크린(100)을 구비한 투사형 표시 장치를 도시한 개략도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 이 투사형 표시 장치는, 투과형 스크린(100), 평면 미러(2) 및 투사 광학계(4)를 구비한다. 또한, 도 2는 투과형 스크린(100)을 이면에서 본 사시도이고, 이 도면에는 평면 미러(2) 및 투사 광학계(44)의 도시가 생략되어 있다. 도 2에 표시된 투과형 스크린(100)의 세로 방향을 통과하는 중심선 A-A를 포함하는 종단면이 도 1에 도시되어 있다.
평판 형상의 평면 미러(2)와 거의 평판 형상의 투과형 스크린(100)은 수직으로 세워지고, 서로 평행하게 배치되어 있다. 투사 광학계(4)는 평면으로 보아 평면 미러(2)와 투과형 스크린(100) 사이의 위치에, 또한 하방에 배치되어 있다. 투사 광학계(4)는 광원을 갖는 굴절 광학계(4R)와, 굴절 광학계(4R)로부터 출사한 광속을 반사하는 볼록면 미러(4M)를 갖는다. 볼록면 미러(4M)의 표면에서 반사한 광속은, 볼록면 미러(4M)의 만곡 때문에 진행함에 따라서 확대되고, 평면 미러(2)를 향해 비스듬히 상방으로 진행된다. 평면 미러(2)의 반사면은 투과형 스크린(100)에 대면하고 있고, 투사 광학계(4)로부터 출사한 광을 투과형 스크린(100)을 향해 비스듬히 상방으로 반사한다. 투과형 스크린(100)을 향해 진행하는 투사 광속은 투과형 스크린(100)의 상부에 입사하는 투사광(5L)과, 중앙부에 입사하는 투사광(5M)과, 하부에 입사하는 투사광(5U)으로 편의적으로 분류된다. 도면에 도시하는 바와 같이, 투사 광학계(4)를 평면 미러(2)와 투과형 스크린(100) 사이 또한 하방에 배치함으로써, 투사형 표시 장치(리어 프로젝터)의 두께를 저감하는 것이 가능하다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 투과형 스크린(100)은 구형의 굴절 전반사판(1)과, 이와 거의 동일한 모양 동일한 크기의 장방형의 결상 표시판(3)을 구비한다. 굴절 전반사판(1)은 프레넬 스크린 형상이고, 평면 미러(2)로부터 진행하는 광이 입사하는 측에 동심원 형상의 다수의 고리체가 형성되고(도 1의 단면도에는 톱니 형상으로 되어 있음), 그 반대면이 평면 형상이다. 굴절 전반사판(1)에 형성된 톱니 형상의 고리체의 공통 중심축선(B)(도 1)은 굴절 전반사판(1)의 밑변 근방에 배치되어 있다.
이러한 톱니 형상의 입사면을 갖는 굴절 전반사판(1)의 전체는 유리 또는 아크릴 등의 투명 재료에 의해 형성할 수도 있다. 단, 톱니 구조의 성형의 곤란성에 비추어 보고, 평판 형상의 제 1 투명 기판(18)의 한 면에, 제 1 투명 기판(18)과는 다른 재료로 톱니 구조체(굴절 전반사 구조체)(19)를 형성하면 적절하다. 이와 같이 하면 대량 생산이 용이하다. 예컨대, 아크릴로 평판 형상의 제 1 투명 기판(18)을 형성한 경우에는, 자외선(UV) 경화 수지 또는 그 밖의 수지로 제 1 투명 기판(18)의 한면에 톱니 구조체(19)를 형성할 수 있다. 제 1 투명 기판(18)과 톱니 구조체(19)의 굴절률은 가능한 한 근사한 것이면 바람직하다. 투명 기판(18)을 아크릴로 형성하는 것이면, 투명 기판(18)의 입수 또는 제조가 용이하고 또한 저렴하고, 제 1 투명 기판(18)을 경량으로 할 수 있다. 제 1 투명 기판(18)을 유리로 형성하면, 투명 기판(18)의 입수 또는 제조가 용이하고 또한 저렴하여, 평면성이 우수한 제 1 투명 기판(18)을 형성할 수 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 굴절 전반사판(1)에 있어서, 평면 미러(2)로부터의 광이 입사하는 톱니 형상의 면은 입사하는 가시 광선의 반사율을 저감하기 위한 반사 저감 코팅층(16)으로 피복되어 있다. 반사 저감 코팅층(16)은 단독의 층으로 이루어지는 단층 코팅이어도 무방하고, 2층으로 이루어지는 2층 코팅이어도 무방하다. 단층 코팅의 경우에는, 반사 저감 코팅층(16)은 굴절 전반사판(1)의 재료의 굴절률보다 저굴절률의 재료에 의해 형성되면 바람직하다. 예컨대 유리가 굴절 전반사판(1)의 재료인 경우에는, MgF를 반사 저감 코팅층(16)의 재료로 선택할 수 있지만, 반사 저감 코팅층(16)의 재료는 이에 한정되지 않는다.
2층 코팅의 경우에는, 반사 저감 코팅층(16)은 굴절 전반사판(1)상에 피복되어 굴절 전반사판(1)의 굴절률보다 고굴절률의 재료로 형성된 제 1 층과, 제 1 층상에 피복되어 굴절 전반사판(1)의 굴절률보다 저굴절률의 재료로 형성된 제 2 층을 가지면 바람직하다. 예컨대 유리가 굴절 전반사판(1)의 재료인 경우에는, 제 1 층의 재료로서 MgF 또는 A12O3을 선택할 수 있고, 제 2 층의 재료로서 M9F2를 선택할 수 있지만, 제 1 층 및 제 2 층의 재료는 이에 한정되지 않는다.
또한, 굴절 전반사판(1)의 광이 출사하는 면에는, 복수의 원통형 렌즈의 배열로 이루어지는 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)가 배치되어 있다. 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)를 구성하는 각각의 원통형 렌즈는 원주 또는 타원 기둥을 그 축선에 평행한 평면으로 절단한 형상을 갖고 있고, 바람직하게는 서로 동일한 모양, 동일한 크기이다. 각 원통형 렌즈는 그 평면이 굴절 전반사판(1)에 접촉하여 고착된 상태에서, 수평 방향(도 1의 지면의 수직 방향)으로 연장되어 있다. 이러한 원통형 렌즈는 상하 방향을 따라서 주기적으로 배열되어 있기 때문에, 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)의 우측의 광의 출사면은 상하 방향으로 주기성을 갖고 물결 모양으로 되어 있다. 따라서, 굴절 전반사판(1)으로부터 출사한 광은 각각의 원통형 렌즈에 의해 상하 방향으로 확산된다.
제 1 렌티큘러 렌즈부(15)는 투명 재료에 의해 형성되어 있다. 성형의 곤란성을 감안하여, 바람직하게는 평판 형상의 제 1의 투명 기판(18)의 한 면에, 제 1 투명 기판(18)과는 다른 재료로 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)를 형성하면 바람직하다. 이렇게 하면 대량 생산이 용이하다. 예컨대 아크릴로 평판 형상의 제 1 투명 기판(18)을 형성한 경우에는, UV 경화 수지 또는 그 밖의 수지로 제 1 투명 기판(18)의 한 면에 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)를 형성할 수 있다. 제 1 투명 기판(18)과 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)의 굴절률은 가능한 한 근사한 것이 바람직하다.
제 1 렌티큘러 렌즈부(15)의 광이 출사하는 면은 반사 저감 코팅층(17)으로 피복되어 있다. 이 반사 저감 코팅층(17)은 도면의 우측, 즉 굴절 전반사판(1)의 외측으로부터 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)에 입사하는 가시 광선의 반사율을 저감한다. 반사 저감 코팅층(17)은 단독의 층으로 이루어지는 단층 코팅이어도 무방하고, 2층으로 이루어지는 2층 코팅이어도 무방하다. 단층 코팅의 경우에는, 반사 저감 코팅층(17)은 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)의 재료의 굴절률보다 저굴절률의 재료에 의해 형성되면 바람직하다. 단층 코팅의 경우에는, 반사 저감 코팅층(17)은 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)상에 피복되어 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)의 굴절률보다고굴절률의 재료로 형성된 제 1 층과, 제 1 층상에 피복되어 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)의 굴절률보다 저굴절률의 재료로 형성된 제 2 층을 가지면 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 실시예로서, 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)를 설치하지 않고, 굴절 전반사판(1)의 광이 출사하는 평면에 직접 반사 저감 코팅층(17)을 설치하도록 할 수도 있다. 단, 후술하는 바와 같이 2중상 광의 저감을 위해서, 이 실시예 1과 같이, 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)를 설치하는 것이 바람직하다.
결상 표시판(3)은 굴절 전반사판(1)의 출사면에 평행하게 배치된 평판 형상의 제 2 투명 기판(32)과, 제 2 렌티큘러 렌즈부(31)를 갖는다. 제 2 투명 기판(32)의 광이 입사하는 면에는, 복수의 원통형 렌즈의 배열로 이루어지는 제 2 렌티큘러 렌즈부(31)가 배치되어 있다. 제 2 렌티큘러 렌즈부(31)를 구성하는 각각의 원통형 렌즈는, 원기둥 또는 타원 기둥을 그 축선에 평행한 평면으로 절단한 형상을 갖고 있고, 바람직하게는 서로 동일한 모양, 동일한 크기이다. 각 원통형 렌즈는 그 평면이 제 2 투명 기판(32)에 접촉하여 고착한 상태에서, 상하 방향으로 연장되어 있다. 이러한 원통형 렌즈는 수평 방향을 따라 주기적으로 배열되어 있기 때문에, 제 2 렌티큘러 렌즈부(31) 우측의 광의 출사면은 수평 방향으로 주기성을 갖고 굽이치고 있다. 따라서, 제 2 렌티큘러 렌즈부(31)로부터 출사한 광은 각각의 원통형 렌즈에 의해 수평 방향으로 확산된다. 즉 제 2 렌티큘러 렌즈부(31)는 표시 화상광의 배향 특성을 제어한다.
제 2 투명 기판(32) 및 제 2 렌티큘러 렌즈부(31)는 유리 또는 아크릴 등의 투명 재료에 의해 일체로 형성할 수도 있다. 단, 톱니 구조의 성형의 곤란성을 감안하여, 평판 형상의 제 2 투명 기판(32)의 한 면에, 제 2 투명 기판(32)과는 다른 재료로 톱니 구조를 형성하면 적절하다. 이와 같이 하면 대량 생산이 용이하다. 예컨대, 아크릴로 평판 형상의 제 2 투명 기판(32)을 형성한 경우에는, UV 경화 수지 또는 그 밖의 수지로 제 2 투명 기판(32)의 한 면에 제 2 렌티큘러 렌즈부(31)를 형성할 수 있다. 제 2 투명 기판(32)과 제 2 렌티큘러 렌즈부(31)의 굴절률은 가능한 한 근사한 것이면 바람직하다.
투명 기판(32)의 내부 혹은 표면 근방에는, 공지한 재료로 이루어지는 산란 입자가 분산되어 있고, 산란 입자 때문에 제 2 투명 기판(32)은 확산판으로서 작용하여 투사 화상을 결상시킨다.
다음에 이 실시예에 있어서의 굴절 전반사판(1)의 형상을 의해 구체적으로 설명한다. 굴절 전반사판(1)의 하부[톱니상의 고리체의 공통 중심축선(B)에 가까운 내측 부분]은 굴절 영역(1L)에 구성되고, 중앙부는 굴절·전반사 영역(1M)에 구성되며, 상부[공통 중심축선(B)에서 먼 외측 부분]는 전반사 영역(1U)에 구성되어 있다. 이러한 각 영역(1L, 1M, 1U) 사이에는 연속해서 톱니 구조가 형성되어 있지만, 도 1에는 이해를 용이하게 하기 위해서, 각 영역(1L, 1M, 1U)을 부분적으로 생략하여 나타내고 있다. 투사 광학계(4)의 굴절 광학계(4R)를 출사한 투사 광속은 볼록면 미러(4M)로 반사된 후, 평면 미러(2)로 반사되어, 굴절 전반사판(1)의 하부의 굴절 영역(1L)에 입사하는 투사광(5L)과, 굴절·전반사 영역(1M)에 입사하는 투사광(5M)과, 전반사 영역(1U)에 입사하는 투사광(5U)으로서 투과형 스크린(100)에 입사한다.
굴절 전반사판(1)의 내측 부분의 굴절 영역(1L)은 복수의 굴절 사면(11)과, 굴절 사면(11)에 인접하는 복수의 무효 면부(12)를 갖는다. 굴절 사면(11)과 무효 면부(12)는 주기(P)를 갖고 교대로 나열되어 있다. 굴절 사면(11)과 무효 면부(12)는 굴절 전반사판(1)에 형성된 톱니 형상의 고리체를 구성한다. 고리체의 공통 중심축선(B)에 대하여, 굴절 사면(11)은 경사하고 있고 입사측에 수렴하는 원추대의 사면 형상의 윤곽을 갖지만, 무효 면부(12)는 평행하고 원주 형상의 윤곽을 갖는다. 투사 광학계(4)로부터 출사한 투사광(5L)은 굴절 사면(11)으로 굴절되고, 법선(n)[투과형 스크린(100)을 구성하는 굴절 전반사판(1), 결상 표시판(3)에 공통인 법선]의 방향을 따라서 굴절 전반사판(1)의 내부를 진행하게 된다. 따라서, 굴절 사면(11)은 외부로부터의 광을 굴절해서 굴절 전반사판(1)의 내부에 도입 가능하다.
굴절 전반사판(1)의 외측 부분의 전반사 영역(1U)은 복수의 전반사 사면(13)과, 전반사 사면(13)에 인접하는 복수의 투과 사면(14)을 갖는다. 전반사 사면(13)과 투과 사면(14)은 상기와 같은 주기(P)를 갖고 교대로 나열되어 있다. 전반사 사면(13) 및 투과 사면(14)도 굴절 전반사판(1)에 형성된 톱니 형상의 고리체를 구성한다. 고리체의 공통 중심축선(B)에 대하여, 전반사 사면(13)은 경사하고 있고 입사측에 수렴하는 원추대의 사면 형상의 윤곽을 갖지만, 투과 사면(14)은 경사하고 있으며 출사측에 수렴하는 원추대의 사면 형상의 윤곽을 갖는다. 투사 광학계(4)로부터 출사하여 투과 사면(14)에 입사하는 투사광(5U)은 투과 사면(14)으로 굴절된 후에 전반사 사면(13)으로 반사되어서, 법선(n) 방향을 따라 굴절 전반사판(1)의 내부를 진행하게 된다. 따라서, 투과 사면(14)은 외부로부터의 광을 굴절하여 굴절 전반사판(1)의 내부에 도입 가능한 것에 반해, 전반사 사면(13)은 굴절 전반사판(1)의 내부로부터의 광을 굴절 전반사판(1)의 내부를 향해 반사하는 것이 가능하다.
굴절·전반사 영역(1M)은 복수의 굴절 사면(11)과, 복수의 무효 면부(12)와, 복수의 투과 사면(14)과, 복수의 전반사 사면(13)을 갖는다. 하나의 굴절 사면(11)과 무효 면부(12)와 투과 사면(14)과 전반사 사면(13)은 1조의 복합 구조를 구성한다. 각 복합 구조에 있어서는, 전반사 사면(13)의 바로 내측에 인접하여 투과 사면(14)이 형성되고, 투과 사면(14)의 바로 내측에 인접하여 굴절 사면(11)이 형성되며, 굴절 사면(11)의 바로 내측에 인접하여 무효 면부(12)가 형성되어 있다. 무효 면부(12)의 바로 내측에는 다른 조의 복합 구조의 전반사 사면(13)이 형성되어 있다. 이와 같이 하여, 굴절·전반사 영역(1M)에는, 상기와 같은 주기(P)를 갖고 복합 구조가 연속적으로 나열되어 있다.
투사 광학계(4)로부터 출사하여 굴절·전반사 영역(1M)의 굴절 사면(11)에 입사하는 투사광(5M)은 굴절 사면(11)으로 굴절되어서, 법선(n)의 방향을 따라 굴절 전반사판(1)의 내부를 진행하게 된다. 또한, 투사 광학계(4)로부터 출사하여 투과 사면(14)으로 입사하는 투사광(5M)은 투과 사면(14)으로 굴절된 후에 전반사 사면(13)으로 반사되어, 법선(n) 방향을 따라 굴절 전반사판(1)의 내부를 진행하게 된다. 굴절·전반사 영역(1M)에 있어서의 굴절 사면(11) 및 무효 면부(12)는 굴절 영역(1L)에 있어서의 굴절 사면(11) 및 무효 면부(12)와 동일한 형상 및 기능을 갖는다. 한편, 굴절·전반사 영역(1M)에 있어서의 전반사 사면(13) 및 투과 사면(14)은 전반사 영역(1U)에 있어서의 전반사 사면(13) 및 투과 사면(14)과 동일한 형상 및 기능을 갖는다. 굴절·전반사 영역(1M)에 있어서는, 하부 또는 내측 부분에는, 굴절 사면(11) 및 무효 면부(12)의 비율이 전반사 사면(13) 및 투과 사면(14)의 비율보다도 크고, 상부 또는 외측 부분에는, 전반사 사면(13) 및 투과 사면(14)의 비율이, 굴절 사면(11) 및 무효 면부(12)의 비율보다도 크다. 즉, 굴절·전반사 영역(1M)의 하부 또는 내측 부분은 굴절 영역(1L)에 근사한 형상을 갖지만, 굴절·전반사 영역(1M)의 상부 또는 외측 부분은 전반사 영역(1U)에 근사한 형상을 갖는다.
굴절 전반사판(1)의 체적중에는, 산란을 야기하는 입자가 분산되고 있지 않거나, 가능한 한 배제되어 있다. 따라서, 굴절 전반사판(1)[제 1 투명 기판(18)을 포함함]의 내부에 도입된 투사광(5L, 5M, 5U)은 법선(n) 방향을 따라서 굴절 전반사판(1)의 내부를 진행한다.
굴절 전반사판(1)을 출사한 광은 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)가 있는 경우에는 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)로 상하 방향으로 확산된다. 또한 출사광은 제 2 렌티큘러 렌즈부(31)로 수평 방향으로 확산되고, 제 2 투명 기판(32)의 산란 입자 때문에 확산되어 표시 화상광(8)으로서 관측자(9)에게 시인된다.
다음에, 이상과 같이 하여 구성된 본 발명의 실시예 1에 따른 투과형 스크린의 효과를 설명한다.
비교예로서, 도 3 내지 도 5에 도시하는 투과형 스크린(100)을 설명한다.이러한 도면에 도시하는 바와 같이, 이 비교예의 투과형 스크린(100)에서는, 굴절 전반사판(1)에는, 도 1에 도시하는 반사 저감 코팅층(16), 제 1 렌티큘러 렌즈부(15) 및 반사 저감 코팅층(17)이 설치되어 있지 않다. 또한, 굴절 전반사판(1)의 체적중에는 약한 산란 특성을 도시하는 산란 입자가 분산되어 있고, 이 산란 특성과 투명 기판(32)의 산란 특성의 조합으로 표시 화상광(8)의 상하 방향의 시야각이 주로 결정되고 있다.
도 4를 참조하여, 비교예에 의한 하측 방향 고스트 광의 발생 메커니즘에 대해 설명한다. 투사 광학계(4)로부터 출사하여 평면 미러(2)로 반사한 광속중, 투과형 스크린(100)의 중앙의 굴절·전반사 영역(1M)에 입사하는 투사광(5M)의 대부분은 상술한 바와 같이 굴절 사면(11)으로 굴절되거나, 혹은 투과 사면(14)에 의한 굴절과 전반사 사면(13)에 의한 반사에 의해, 법선(n)에 평행한 정규의 투사광(5MP)으로서 결상 표시판(3)에 입사하고, 적절한 배광 특성을 갖는 투사 화상광(8)으로 된다. 단, 굴절 전반사판(1)의 체적중에는 산란 입자가 분산되어 있기 때문에, 굴절 전반사판(1)의 출사측 평면(1R)으로 일부의 광속이 반사된다. 이러한 반사 광속은 확산 반사광(5MD)으로서 약간 비스듬하게 상방을 향해 진행하고, 굴절 전반사판(1)의 입사측의 면을 다시 투과한 후, 평면 미러(2)로 반사되어, 굴절 전반사판(1)의 하부 또는 내측 부분의 굴절 영역(1L)에 입사하며, 굴절 사면(11)을 투과하고, 무효 면부(12)로 반사되어서, 정규의 화상광(8)보다도 하부의 위치 하측 방향 고스트 광(5MDS)으로 된다.
또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 굴절·전반사 영역(1M)에 입사한 투사광(5M)중, 투과 사면(14)으로 반사한 광선(5MR)은 굴절 전반사판(1)에 재입사하여 출사측 평면(1R)으로 반사되고, 굴절 전반사판(1)으로부터 출사하여 평면 미러(2)로 반사하며, 굴절 전반사판(1)의 하부 또는 내측 부분의 굴절 영역(1L)에 입사하여, 굴절 사면(11)을 투과하고, 무효 면부(12)로 반사되어서, 정규의 화상광(8)보다도 하부의 위치 하측 방향 고스트 광(5MRS)으로 된다.
하측 방향 고스트 광(5MDS, 5MRS)은 정규의 화상광(8)보다도 투과형 스크린(100)으로 하측 방향에 나타나고, 표시 화상을 감상할 때의 방해광으로 된다. 또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 굴절 전반사판(1)의 입사면의 톱니 구조의 공통 중심축선(B)은 굴절 전반사판(1)의 밑변 근방이기 때문에, 정규 화상광의 위치보다도 스크린의 밑변에 가까워짐에 따라서 하측 방향 고스트 광의 강도가 증가하는 경향이 있는 것이 실험에 의해 명확해졌다.
다음에, 도 5를 참조하여, 비교예에 의한 상측 방향 고스트 광의 발생 메커니즘에 대해 설명한다. 투사 광학계(4)로부터 출사하여 평면 미러(2)로 반사한 광속중, 투과형 스크린(100)의 하부 또는 내측 부분의 굴절 영역(1L)에 입사하는 투사광(5L)의 대부분은 굴절 사면(11)으로 굴절되고, 법선(n)에 평행한 정규의 투사광(5LP)으로서 결상 표시판(3)에 입사하며, 적절한 배광 특성을 갖는 투사 화상광(8)으로 된다.
단, 투사 광속(5L)중 무효 면부(12)에 입사한 광속은 굴절 반사판(1)의 출사 평면(1R)으로 반사된 후, 다시 상방의 톱니면에 입사하고, 결상 표시판(3)을 향하는 2중상 광(5LMD)과, 후방으로 출사하여 평면 미러(2)로 반사되어 결상 표시판의더 상부로 입사하는 상측 방향 고스트 광(5LMS)으로 분리한다. 표시 화상광(8)의 상부에 나타나는 2중상 광(5LMD) 및 2중상 광보다도 더 상부에 나타나는 상측 방향 고스트 광(5LMS)은 정규의 표시 화상을 감상할 때의 방해광으로 된다.
다음에, 본 발명의 실시예 1에 따른 투과형 스크린에 의해, 고스트 광 및 2중상 광의 강도가 저감되는 메커니즘에 대해서 설명한다.
(1) 하측 방향 고스트 광의 저감 메커니즘
비교예에 있어서, 하측 방향 고스트 광은, 도 4에 도시하는 바와 같이, ① 산란 입자를 포함하는 굴절 전반사판(1)에 의한 굴절 전반사판(1)의 출사 평면(1R)으로부터의 반사광이 법선(n)보다도 약간 상측 방향으로 확산 반사된 광선(5MD), ② 투과 사면(14)으로 반사된 광선(5MR)의 쌍방이 기원(起源)으로 되어 발생한다. 이에 반해, 도 1의 실시예 1에서는, 굴절 전반사판(1)으로서 산란 입자를 포함하지 않는 소재를 사용하고 있고, 또한 굴절 전반사판(1)의 출사면에 가시광의 반사율을 저감하는 반사 저감 코팅층(17)을 설치했기 때문에, 굴절 전반사판(1)의 출사면으로부터의 반사를 저감할 수 있는 동시에, 반사광의 확산성을 억제할 수 있으므로, 상기 ①의 광선(5MD)의 강도를 현저하게 저하할 수 있다.
동시에, 굴절 전반사판(1)의 출사면측에, 상하 방향으로 정렬된 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)를 설치했기 때문에, 단순한 동심원 구조의 비교예의 굴절 전반사판(1)에 비교하여, 굴절 전반사판(1)의 광학 소자의 구조를 동심원의 공통 중심축선(B)에 관하여 비회전 대칭으로 할 수 있다. 이 결과, 굴절 전반사판(1)의 면으로 반사되는 광속중 스크린(100)의 하단 또는 내측 부분의 굴절 영역(1L)에 입사하여하측 방향 고스트 광으로 되는 광선의 밀도를 저감(즉, 광속을 확산)할 수 있으므로, 스크린 하단에 가까워질수록 하측 방향 고스트 광의 강도가 높아지는 문제도 저감할 수 있다.
또한, 실시예 1에서는, 굴절 전반사판(1)의 입사면상에 가시광의 반사율을 저감하기 위한 반사 저감 코팅층(16)을 설치했기 때문에, 상기 ②의 문제인 반사 광선(5MR)의 강도를 현저하게 저하할 수 있다. 이 결과, 도 1의 투과형 스크린의 구성에 의해 하측 방향 고스트 광[도 4의 광선(5MDS, 5MRS)]의 강도를 작게 억제할 수 있다.
(2) 상측 방향 고스트 광의 저감 메커니즘
비교예에 있어서, 상측 방향 고스트 광은, 도 5에 도시하는 바와 같이, 무효 면부(12)에 입사한 광속이 굴절 전반사판(1)의 출사 평면(1R)으로 반사된 후, 상기 입사점보다는 상방의 톱니면으로부터 후방으로 출사하여, 평면 미러(2)로 반사되고 결상 표시판(3)의 보다 상부에 입사하는 광선(5LMS)으로 됨으로써 발생한다. 이에 반하여, 도 1의 실시예 1에서는, 굴절 전반사판(1)의 출사면측에 상하 방향으로 정렬된 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)를 설치하고, 무효 면부(12)에 입사하여 굴절 전반사판(1)의 출사면측으로 반사하는 광속을 산란시키고 있다. 또한, 평면 미러(2)로 반사해서 다시 굴절 전반사판(1)을 투과하는 광속(5LMS)을 다시 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)에 의해 산란시키고 있다. 이러한 2단계의 산란 작용에 의해, 상측 방향 고스트 광의 스크린에서의 광속 밀도를 저하시켜서 두드러지지 않게 할 수 있다.
(3) 2중상 광의 저감 메커니즘
비교예에 있어서, 2중상 광은 도 5에 도시하는 바와 같이 무효 면부(12)에 입사한 광속이 굴절 반사판(1)의 출사 평면(1R)으로 반사된 후, 다시 상방의 톱니면에 입사하고, 결상 표시판(3)을 향하는 광속(5LMD)으로 됨으로써 생긴다. 이에 반하여, 도 1의 실시예 1에서는, 굴절 전반사판(1)의 출사면측에 상하 방향으로 정렬된 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)를 설치하고, 무효 면부(12)에 입사하여 굴절 전반사판의 출사면측으로 반사하는 바람직하지 않은 광속을 산란시키고 있다. 또한, 굴절 전반사판(1)의 출사면측에서 반사된 후, 다시 상방의 톱니면에 입사하여 굴절 전반사판(1)을 투과하는 바람직하지 않은 광속(5LMD)을 다시 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)에 의해 산란시키고 있다. 이러한 2단계의 산란 작용에 의해, 스크린으로의 2중상 광의 광속 밀도를 저하시켜서 두드러지지 않게 할 수 있다.
실시예 1
상기 효과를 확인하기 위해서, 본원 발명자가 실행한 실험 결과를 설명한다. 도 6a는 굴절 전반사판(1)의 각종 시료 #1 내지 #4에 대하여 측정한 실험 결과를 도시한다. 시료 #1 내지 #4에 대하여 제 1 투명 기판(18)은 아크릴로 제조했다. 시료 #1은 반사 저감 코팅층(16, 17)도 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)도 설치되지 않은 도 4의 비교예의 굴절 전반사판(1)이다. 시료 #4는 반사 저감 코팅층(16, 17) 및 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)가 설치되어 있는 도 1의 실시예 1에 따른 굴절 전반사판(1)이다. 시료 #2 및 #3에 있어서는, 반사 저감 코팅층(16, 17)의 각각은 단층으로 이루어짐에 반해, 시료 #4에 있어서는, 반사 저감 코팅층(16, 17)의 각각은 2층으로 이루어진다. 즉, 반사 저감 코팅층(16, 17)의 각각은 굴절 전반사판(1)상에피복된 제 1 층과, 제 1 층상에 피복된 제 2 층을 갖는다.
도 6b는 굴절 전반사판(1)의 각 시료의 작성 조건을 도시한다. 반사 저감 코팅층(16, 17)의 각각은, 단층의 경우에는, 제 1 투명 기판(18)(아크릴)의 굴절률 1.53보다도 낮은 굴절률(NL) 1.43을 갖는다. 2층의 경우에는, 반사 저감 코팅층(16, 17)의 각각을 구성하는 제 1 층은 제 1 투명 기판(18)의 굴절률 1.53보다도 높은 굴절률(NH) 1.67을 갖고, 제 2 층은 제 1 투명 기판(18)의 굴절률 1.53보다도 낮은 굴절률(NL) 1.43을 갖는다. 이 실험에 사용한 각 시료는 평판 형상의 아크릴제의 제 1 투명 기판(18)의 입사측의 표면상에 자외선(UV) 경화 수지로 톱니 구조체(19)[굴절 사면(11), 무효 면부(12), 전반사 사면(13) 및 투과 사면(14)을 가짐]를 형성함으로써 얻었다. 이 UV 경화 수지의 굴절률은 아크릴판의 굴절률에 가깝게 1.55이다. 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)를 구성하는 각각의 원통형 렌즈는 타원 기둥을 그 축선에 평행한 평면으로 절단한 형상을 갖는다.
이와 같이 하여 준비한 시료 #1 내지 #4에 대하여, 백색창의 휘도, 하측 방향 고스트 광의 휘도, 상측 방향 고스트 광의 휘도 및 2중상 광에 의한 방해의 정도를 측정했다. 도 6c는 구체적인 계측 조건을 도시한다. 투과형 스크린(100)은 대각선의 거리가 약 60인치(대략 1524㎜)이고 종횡비가 4:3의 장방형이었다. 즉 투과형 스크린(100)의 가로 방향의 거리가 약 914㎜, 세로 방향의 거리가 약 1219㎜이었다.
투사 광학계(4)를 제어하여, 이 투과형 스크린(100)의 중심에 정방형(한 변의 길이 24㎝)인 백색창을 표시했다. 그리고, 정규의 투사광에 의한 백색창의 휘도와, 하측 방향 고스트 광의 휘도를 계측했다. 이 계측에서는, 도 6c에 도시하는 바와 같이, 스크린의 법선 방향에 휘도계를 배치하는 측정(정면 관측)과, 스크린의 법선 방향보다 20°상방에 휘도계를 배치하는 측정(내부 관측)을 실행했다. 도 6a에는 백색창의 휘도와 하측 방향 고스트 광의 휘도의 비가 기입되어 있고, 이 비의 값이 클수록 고스트 광의 상대 휘도가 작아서 바람직한 특성인 것을 나타낸다.
상측 방향 고스트 광의 측정에서는, 투사 광학계(4)를 제어하고, 투과형 스크린(100)의 하단 중앙에 정방형(한 변의 길이 12㎝)의 백색창을 표시했다. 그리고, 도 6c에 도시하는 조건에서, 정규의 투사광에 의한 백색창의 휘도와, 상측 방향 고스트 광의 휘도를 계측했다. 도 6a에는 백색창의 휘도와 상측 방향 고스트 광의 휘도의 비가 기입되어 있고, 이 비의 값이 클수록 고스트 광의 상대 휘도가 작아 바람직한 특성인 것을 도시한다.
2중상 광의 측정에서는, 투사 광학계(4)를 제어하여, 도 6c에 도시하는 바와 같이, 투과형 스크린(100)에 크로스 해치상(도 8a 등에 도시하는 바와 같은 교차된 복수 선의 상)을 표시하여, 관측자의 시각에 의해 2중상 광을 평가했다. 도 6a에 있어서, 기호(X)는 허용할 수 없을 정도 정규의 상이 2중상 광으로 방해받고, 표시상이 열악한 것을 나타내며, 기호(Ｏ)는 허용할 수 있는 것, 즉 표시상이 양호한 것을 나타내고 있다.
도 6a로부터 이하의 것을 알 수 있다.
① 시료 #1과 시료 #2의 비교로부터 굴절 전반사판(1)의 입사면 및 출사면의 양면에 단층의 반사 저감 코팅층(16, 17)을 실시함으로써, 하측 방향 고스트 광의휘도가 대폭(1/3 정도) 저하한다. 이것은 굴절 전반사판(1)의 입사측의 톱니면에서의 반사광 강도의 저하, 출사면에서의 반사광 강도 저하에 의해 전술한 하측 방향 고스트 광의 원인이 되는 반사광의 강도가 저하함에 의한 것이다.
② 시료 #2와 시료 #3의 비교로부터 굴절 전반사판(1)의 양면의 반사 저감 코팅층(16, 17)의 각각을 단층 내지 2층으로 함으로써, 하측 방향 고스트 광의 휘도가 대폭(1/2 정도) 저하한다는 것을 알 수 있다. 이것은 2층 코팅쪽이 단층 코팅에 비해 반사율 저감 효과가 높고, 입사측의 톱니면 및 출사면에서의 반사광의 강도가 한층 저하한 것에 의한 것이다.
③ 시료 #3과 시료 #4의 비교로부터 굴절 전반사판(1)의 출사측 평면을 렌티큘러 렌즈 구조로 함으로써, 상측 방향 고스트 광 휘도를 상대적으로 25% 정도 저하할 수 있고, 또한 2중상 광에 의한 방해를 시감상 문제없는 레벨까지 개선할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 6a에 표시된 결과와는 별도로 육안 관측에 의해, 특히 스크린 하단 부근 하측 방향 고스트 광의 강도 집중의 문제를 개선할 수 있다는 것도 확인했다.
도 7a 및 도 7b는 상기 시료 #1 및 #3에 대한 하측 방향 고스트 광의 비교 사진에 기초한 도면이다. 도 7a는 투과형 스크린(100)의 중앙에 표시한 정방형(한 변의 길이 24㎝)의 백색창을 법선 방향으로부터 촬영한 사진에 기초한 도면이고, 도 7b는 비스듬하게 상측 방향으로부터 촬영한 사진에 기초한 도면이다. 도 7a 및 도 7b와 함께, 좌측 절반이 코팅 없는 경우(#1)를 나타내고, 우측 절반이 2층의 양면 반사 저감 코팅층(16, 17)을 설치한 경우(#3)를 나타낸다. 코팅을 실시함으로써, 하측 방향 고스트 광의 휘도가 현저하게 저하한다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 8a, 도 8b 및 도 8c는 상기 시료 #1, #3 및 #4의 스크린 하단 근방에서의 2중상 광의 비교 사진에 기초한 도면을 나타낸다. 도 8a, 도 8b 및 도 8c로부터, 코팅 없는 경우(시료 #1), 및 2층의 양면 반사 저감 코팅층(16, 17)을 설치한 경우(시료 #3)에 보이던 2중상 광이 굴절 전반사판(1)의 출사면에 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)를 설치함으로써, 시인하기 어려운 레벨까지 저감하여, 화질이 개선되고 있다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 6a에는, 굴절 전반사판(1)의 양면에 단층 또는 2층의 반사 저감 코팅층(16, 17)을 실시한 경우만에 대한 실험 데이터를 게재했지만, 광의 입사면측만 또는 출사면측에만 반사 저감 코팅을 실시한 경우에도, 양면 코팅보다는 효과는 떨어지지만, 하측 방향 고스트 광의 저감에 효과가 있다는 것이 확인되었다. 따라서, 하측 방향 고스트 광의 저감 목표 또는 제약이 심하지 않은 경우에는, 굴절 전반사판(1)의 입사면 또는 출사면에만 코팅층(단층 또는 2층)을 형성할 수도 있다.
또한, 이 실시예의 투사 광학계(4)에서는, 그 광학계의 최종단에 볼록면 미러(4M)가 배치되어 있지만, 반드시 이 정도가 아니고, 투사 광속[참조부호(5L, 5M, 5U)로 나타냄]을 비스듬히 상방 또는 비스듬히 하방으로 출사하는 다른 적절한 광학계도, 이 실시형태에 따른 투과형 스크린(100)과 조합하여 사용 가능하다. 따라서, 굴절 렌즈만을 구비한 투사 광학계, 요철의 반사 미러를 조합한 투사 광학계 혹은 굴절 렌즈 및 반사 미러를 조합한 복합 투사 광학계라도 본 발명의 범위내에 있다.
이상과 같이, 이 실시예 1에 따르면, 산란 입자가 분산되지 않은 투명 재료로 굴절 전반사판(1)이 형성되어 있기 때문에, 굴절 전반사판(1)의 출사면으로 반사하는 광속에 대하여 확산 반사광의 발생을 방지할 수 있기 때문에 하측 방향 고스트 광의 강도를 저감할 수 있다.
굴절 전반사판(1)이 거의 평판 형상의 제 1 투명 기판(18)과, 제 1 투명 기판(18)상에 설치된 톱니 구조체(굴절 전반사 구조체)(19)를 구비하고, 톱니 구조체(19)에 굴절 사면(11)과 투과 사면(14)과 전반사 사면(13)이 형성되어 있도록 하면, 제 1 투명 기판(18) 및 톱니 구조체(19)의 각각을 적절한 재료로 형성할 수 있다. 이것을 이용하면, 굴절 전반사판(1)의 생산성을 향상시키거나, 투명 기판(18) 단체보다 외부로부터의 충격에 대한 강도를 높이거나 하는 것도 가능하게 된다.
또한, 굴절 전반사판(1)의 굴절 사면(11)은 투사광을 투과형 스크린(100)의 거의 법선 방향으로 굴절하고, 전반사 사면(13)은 투과 사면(14)을 투과하는 투사광을 투과형 스크린(100)의 거의 법선 방향으로 반사한다. 따라서, 스크린(100)의 법선 방향을 중심으로 하는 시야각 특성을 갖는 투과형 스크린을 실현할 수 있다.
또한, 굴절 전반사판(1)의 출사면상에 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)가 설치되고, 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)에서는, 수평 방향으로 연장되는 복수의 원통형 렌즈가 상하 방향을 따라서 나열되어 있다. 따라서, 굴절 전반사판(1)의 면으로 반사하는 광속에 대하여 회전 대칭성을 무너뜨리고, 하측 방향 고스트 광이 투과형 스크린(100)의 하단 또는 내측 부분의 근방에 집중하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)에 의해 굴절 전반사판(1)의 출사면에서의 바람직하지 않은 고속을 확산시킴으로써, 2중상 광 및 상측 방향 고스트 광을 두드러지지 않게 할 수 있다.
또한, 결상 표시판(3)은 굴절 전반사판(1)으로부터 출사한 광을 수평 방향으로 확산하는 제 2 렌티큘러 렌즈부(31)와, 제 2 렌티큘러 렌즈부(31)로부터 출사한 광을 받는 제 2 투명 기판(32)을 구비하고 있으며, 제 2 렌티큘러 렌즈부(31)에서는, 상하 방향으로 연장되는 복수의 원통형 렌즈가 수평 방향을 따라서 나열되어 있고, 제 2 투명 기판(32)에는 투사광을 결상시키는 산란 입자가 분산되어 있다. 따라서, 투사 화상의 결상 기능과 적절한 수평 방향 시야각 특성을 구비한 투과형 스크린(100)을 실현할 수 있다.
굴절 전반사판(1)의 입사면, 가시광의 반사를 저감하는 반사 저감 코팅층(16)을 형성하면, 굴절 전반사판(1)의 입사면측에 설치한 굴절 전반사 구조, 특히 투과 사면(14)에서의 반사가 작아지고, 하측 방향 고스트 광의 강도를 저감할 수 있다. 그밖에, 굴절 전반사판(1)의 출사면에 가시광의 반사를 저감하는 반사 저감 코팅층(17)을 형성하면, 굴절 전반사판(1)의 출사면에서의 반사가 작아지고, 하측 방향 고스트 광의 강도를 저감할 수 있다. 굴절 전반사판(1)의 입사면 및 출사면에 반사 저감 코팅층(16, 17)의 쌍방을 설치하면, 쌍방의 효과에 의해 하측 방향 고스트 광의 강도를 더욱 저감할 수 있다.
반사 저감 코팅층(16 또는 17)이 굴절 전반사판(1)의 재료의 굴절률보다 저굴절률의 재료에 의해 형성된 단층 코팅이면, 하측 방향 고스트 광의 강도를 저하시킬 수 있는 투과형 스크린을 염가로 제조할 수 있다. 그밖에, 반사 저감 코팅층(16) 또는 (17)이, 굴절 전반사판(1)상에 피복되어 굴절 전반사판(1)의 굴절률보다 고굴절률의 재료로 형성된 제 1 층과, 제 1 층상에 피복되어 굴절 전반사판(1)의 굴절률보다 저굴절률의 재료로 형성된 제 2 층을 갖는 2층 코팅이면, 하측 방향 고스트 광의 강도를 더욱 저하시킬 수 있다.
또한, 이 실시예에 따른 투사형 표시 장치에 따르면, 투사 광학계(4)는 투과형 스크린(100) 및 평면 미러(2) 사이에 또한 하방에 배치되어 있기 때문에, 하측 방향 고스트 광, 상측 방향 고스트 광 및 2중상 광의 영향을 투과형 스크린(100)과의 상승 효과로 저감할 수 있다. 또한, 투사 광학계(4)는 투과형 스크린(100) 및 평면 미러(2) 사이에 또는 하방에 배치되기 때문에, 박형의 리어 투사형 표시 장치를 구성할 수 있다.
실시예 2
도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 투과형 스크린(100)을 도시하는 단면도이고, 구체적으로는 도 1과 같이 도 2에 표시된 투과형 스크린(100)의 세로 방향을 통과하는 중심선 A-A를 포함하는 종단면을 나타낸다. 도 9 중, 도 1과 공통되는 구성 요소를 도시하기 위해서는 동일 부호를 이용하여 그 상세한 설명을 생략한다.
이 실시예에서는, 굴절 전반사판(1)의 고리체의 공통 중심축선(B)의 근방의 굴절 영역(1L) 및 굴절·전반사 영역(1M)에는, 투사광을 투과형 스크린(100)의 법선(n)의 방향보다도 외측을 향해 진행시키도록 굴절 사면(11), 전반사 사면(13) 및 투과 사면(14)이 형성되어 있다. 따라서, 투과형 스크린(100)의 하변 근방에는, 투사광이 법선(n)보다도 어느 정도 상향으로 진행하고, 굴절 전반사판(1) 및 결상표시판(3)을 통과한다. 공통 중심축선(B)에서 먼 전반사 영역(1U)에는, 투사광을 투과형 스크린(100)의 거의 법선(n) 방향을 향해 진행시키도록 전반사 사면(13) 및 투과 사면(14)이 형성되어 있다.
굴절 영역(1L) 및 굴절·전반사 영역(1M)에는, 공통 중심축선(B)에서 먼(밑변에서 먼) 정도, 투과형 스크린(100)의 법선 방향에 대한 투사광의 진행 방향이 이루는 각도, 「상측 방향 출사각」이 작아지도록, 굴절 사면(11), 전반사 사면(13) 및 투과 사면(14)이 형성되어 있다. 예컨대, 도 9에 도시하는 바와 같이, 공통 중심축선(B)에 가까운 굴절 영역(1L)에 입사하는 투사광(5L)은 굴절 사면(11)으로 굴절되어서 스크린(100)의 법선(n)에 대하여 상측 방향 출사각(θ1)으로 진행한다(광선 5LU). 공통 중심축선(B)에서 먼 굴절·전반사 영역(1M)에 입사하는 투사광(5M)은 굴절 사면(11) 또는 전반사 사면(13)에 의해 스크린(100)의 법선(n)에 대하여 상측 방향 출사각(θ2)으로 진행한다[광선(5MU)]. 출사각(θ2)은 출사각(θ1)보다도 작다. 다른 구조는 실시예 1과 동일하다.
도 10은 실시예 2에 의한 적절한 굴절 전반사판(1)에 있어서의 고리체의 공통 중심축선(B)으로부터의 거리와 상측 방향 출사각(θ)의 관계를 도시한다. 이 굴절 전반사판(1)은 대각선의 거리가 약 60인치(약 1524㎜)이고 종횡비가 4:3인 장방형이다. 즉, 굴절 전반사판(1)의 가로 방향의 거리가 약 914㎜, 세로 방향의 거리가 약 1219㎜이다. 도 10에 도시하는 바와 같이, 적절한 굴절 전반사판(1)에서는, 화면 하단(본 예에서는 반경 거리 150㎜에 상당함)에 가까울수록 상측 방향 출사각(θ)을 크게 하고, 굴절·전반사 영역(1M)의 1지점(본 예에서는 반경 거리 450㎜ 근방)에서 상측 방향 출사각(θ)이 0°로 되도록 상측 방향 출사각을 완만히 선 형상으로 변화시킨다.
이 실시예에 따르면, 굴절 전반사판(1)의 하부로부터 출발하는 광이 큰 상측 방향 출사각(θ)을 갖기 때문에, 관측자(9)가 느끼는 투과형 스크린(100)의 하부로부터의 화상광 강도를 증가시킬 수 있고, 결과적으로 2중상 광의 강도가 상대적으로 약하게 느껴지게 된다. 게다가, 도 10을 참조하여 설명한 적절한 굴절 전반사판(1)과 같이, 완만하게 상측 방향 출사각(θ)을 변화시킴으로써, 화면상에서의 급격한 휘도의 변화를 피할 수 있다. 급격하게 상측 방향 출사각을 변화시키면, 급격한 휘도의 변화에 의해 화면 하부에 반달 형상의 섬(island) 영역이 나타나는 경우가 있지만, 이러한 문제는 상측 방향 출사각의 변화의 정도를 적합하게 함으로써 방지할 수 있다.
이상과 같이, 이 실시예 2에 따르면, 굴절 전반사판(1)의 공통 중심축선(B)의 근방 영역에는, 투사광을 투과형 스크린(100)의 법선 방향보다도 외측을 향해 진행시키도록 사면이 형성되어 있고, 공통 중심축선(B)에서 먼 영역에는, 투사광을 투과형 스크린(100)의 거의 법선 방향을 향해 진행시키도록 사면이 형성되어 있기 때문에, 화면 하단 근방에 발생하는 2중상 광의 강도를 정규의 화상광의 강도에 대하여 상대적으로 저하시킬 수 있다.
또한, 공통 중심축선(B)의 근방 영역에서는, 공통 중심축선(B)에서 멀수록, 투과형 스크린(100)의 법선 방향에 대한 투사광의 진행 방향이 이루는 각도가 작아지도록, 상측 방향 출사각(θ)을 변화시켰기 때문에, 표시 화상의 휘도 변화가 두드러지지 않고, 양호한 휘도 균일성을 갖는 표시가 가능한 투과형 스크린을 실현할 수 있다.
실시예 3
도 11은 본 발명의 실시예 3에 따른 투과형 스크린의 굴절 전반사판(1)을 출사면측에서 본 사시도이다. 결상 표시판(3)의 도시는 생략한다. 도 11 중, 도 1과 공통되는 구성 요소를 도시하기 위해서는 동일한 부호을 이용하여 그 상세한 설명을 생략한다. 이 실시예 3에서는, 실시예 1의 제 1 렌티큘러 렌즈부(15) 대신에, 다수의 마이크로 렌즈(150)의 배열이 굴절 전반사판(1)의 출사면에 설치되어 있다.
각각의 마이크로 렌즈(150)는 굴절 전반사판(1)으로부터의 출사광을 적어도 상하 방향 및 좌우 방향으로 확산하는 기능을 갖는 미소한 볼록 렌즈이다. 마이크로 렌즈(150)의 형상으로는, 구면의 일부, 타원면의 일부, 쌍곡면의 일부, 직방체 등이 사료된다. 이러한 마이크로 렌즈(150)는 바람직하게는 서로 동일한 모양, 동일한 크기이다. 이웃하는 마이크로 렌즈(150)는 도 11에 도시하는 바와 같이 명확하게 분리하고 있을 수도 있고, 경계가 연결된 연속 구조로 되어 있을 수도 있다.
이러한 마이크로 렌즈(150)는 상하 방향 및 수평 방향을 따라 주기적으로 나열되어 있다. 마이크로 렌즈(150)의 배열의 상하 방향의 주기를 Py, 수평 방향의 주기를 Px로 한다. 굴절 전반사판(1)으로부터 출사한 광은 각각의 마이크로 렌즈(150)에 의해 상하 방향 및 수평 방향으로 확산된다.
상술한 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)와 같이, 마이크로 렌즈(150)도 투명 재료에 의해 형성되어 있다. 성형의 곤란성을 감안하여, 바람직하게는 평판 형상의 제 1 투명 기판(18)의 한 면에, 제 1 투명 기판(18)과는 다른 재료로 마이크로 렌즈(150)를 형성하면 적절하다. 이와 같이 하면 대량 생산이 용이하다. 예컨대, 아크릴로 평판 형상의 제 1 투명 기판(18)을 형성한 경우에는 UV 경화 수지 또는 그 밖의 수지로 제 1 투명 기판(18)의 한 면에 마이크로 렌즈(150)를 형성할 수 있다. 제 1 투명 기판(18)과 마이크로 렌즈(150)의 굴절률은 가능한 한 근사한 것이면 바람직하다.
또한 도시하지 않지만, 마이크로 렌즈(150)의 배열을 포함하는 굴절 전반사판(1)의 출사면은 외측으로부터의 가시 광선의 반사율을 저감하는 반사 저감 코팅층[전술한 도 1의 반사 저감 코팅층(17)에 해당함]으로 피복되어 있다. 반사 저감 코팅층도 단독의 층으로 이루어지는 단층 코팅일 수도 있고, 2층으로 이루어지는 2층 코팅일 수도 있다. 단층 코팅의 경우에는, 반사 저감 코팅층은 마이크로 렌즈(150) 및 굴절 전반사판(1)의 재료의 굴절률보다 저굴절률의 재료에 의해 형성되면 바람직하다. 이층 코팅의 경우에는, 반사 저감 코팅층은 마이크로 렌즈(150) 및 굴절 전반사판(1)상에 피복되어 마이크로 렌즈(150) 및 굴절 전반사판(1)의 굴절률보다 고굴절률의 재료로 형성된 제 1 층과, 제 1 층상에 피복되어 마이크로 렌즈(150) 및 굴절 전반사판(1)의 굴절률보다 저굴절률의 재료로 형성된 제 2 층을 갖으면 바람직하다.
굴절 전반사판(1)의 출사면에 마이크로 렌즈(150)의 배열이 설치됨으로써, 이 실시예의 투과형 스크린은 하측 방향 고스트, 상측 방향 고스트 광의 저감 및 2중상 광의 저감이 가능해진다. 다음에, 본 발명의 실시예 3에 따른 투과형 스크린에 의해, 고스트 광 및 2중상 광의 강도가 저감되는 메커니즘에 대하여, 비교예를 나타내는 도 4 및 도 5를 참조하면서 설명한다.
① 하측 방향 고스트 광의 저감 메커니즘
이 실시예에서는, 굴절 전반사판(1)의 출사면측에 마이크로 렌즈(150)의 배열을 설치했기 때문에, 단순한 동심원 구조의 비교예의 굴절 전반사판(1)에 비교하여, 굴절 전반사판(1)의 광학 소자의 구조를 동심원의 공통 중심축선(B)에 관하여 비회전 대칭으로 할 수 있다. 그 결과, 굴절 전반사판(1)의 면으로 반사되는 광속 중 스크린(100)의 하단 또는 내측 부분의 굴절 영역(1L)에 입사하여 하측 방향 고스트 광으로 되는 광선의 밀도를 저감(즉, 광속을 확산)할 수 있으므로, 스크린 하단에 가까울수록 하측 방향 고스트 광의 강도가 높아진다는 비교예의 문제를 저감할 수 있다.
또한, 굴절 전반사판(1)으로서 산란 입자를 포함하지 않는 소재를 사용하고 있고, 굴절 전반사판(1)의 출사면에 가시광의 반사율을 저감하는 반사 저감 코팅층을 설치했기 때문에, 굴절 전반사판(1)의 출사면으로부터의 반사를 저감할 수 있는 동시에, 반사광의 확산성을 억제할 수 있기 때문에, 하측 방향 고스트 광의 원인으로 되는 확산성의 반사광(도 4의 5MD)의 강도가 저감된다. 또한, 굴절 전반사판(1)의 입사면상에 가시광의 반사율을 저감하기 위한 반사 저감 코팅층(16)을 설치했기 때문에, 입사면에서의 반사 광선(5MR)의 강도를 현저히 저하할 수 있다. 이 결과, 하측 방향 고스트 광[도 4의 광선(5MDS, 5MRS)]의 강도를 작게 억제할 수 있다.
② 상측 방향 고스트 광의 저감 메커니즘
또한, 이 실시예에서는, 굴절 전반사판(1)의 출사면측에 마이크로 렌즈(150)의 배열을 설치하고, 무효 면부(12)에 입사하여 굴절 전반사판(1)의 출사면측에서 반사하는 광속을 산란시키고 있다. 또한, 평면 미러(2)로 반사하여 다시 굴절 전반사판(1)을 투과하는 광속(5LMS)(도 5 참조)을 다시 마이크로 렌즈(150)의 배열에 의해 산란시키고 있다. 이러한 2단계의 산란 작용에 의해, 상측 방향 고스트 광의 스크린에서의 광속 밀도를 저하시켜서 두드러지지 않도록 할 수 있다.
③ 2중상 광의 저감 메커니즘
또한, 이 실시예에서는, 굴절 전반사판(1)의 출사면측에 마이크로 렌즈(150)의 배열을 설치하고, 무효 면부(12)에 입사하여 굴절 전반사판의 출사면측에서 반사하는 바람직하지 않은 광속을 산란시키고 있다. 또한, 굴절 전반사판(1)의 출사면측에서 반사된 후, 다시 상방의 톱니면에 입사하여 굴절 전반사판(1)을 투과하는 바람직하지 않은 광속(5LMD)(도 5 참조)을 다시 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)에 의해 산란시키고 있다. 이러한 2단계의 산란 작용에 의해, 스크린에서의 2중상 광의 광속 밀도를 저하시켜서 두드러지지 않게 할 수 있다.
이상과 같이, 이 실시예 3에 따르면, 실시예 1과 동일 및 유사한 효과를 이룰 수 있다. 이 실시예에서는, 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)를 대신하여 설치된 마이크로 렌즈(150)의 배열이 굴절 전반사판(1)의 면으로 반사하는 광속에 대하여 회전 대칭성을 무너뜨리고, 하측 방향 고스트 광이 투과형 스크린(100)의 하단 또는 내측 부분의 근방에 집중하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 마이크로 렌즈(150)에 의해 굴절 전반사판(1)의 출사면에서의 바람직하지 않은 고속을 확산시킴으로써, 2중상 광 및 상측 방향 고스트 광을 두드러지지 않게 할 수 있다.
또한, 이 실시예 3에 있어서, 실시예 2와 같이 광속의 진행 방향을 상이하게 함도록 굴절 전반사판(1)의 사면을 형성할 수도 있다.
실시예 4
도 12는 본 발명의 실시예 4에 따른 투과형 스크린(100)을 구비한 투사형 표시 장치를 도시한 개략도이다. 도 12에는, 도 2에 표시된 투과형 스크린(100)의 세로 방향을 통과하는 중심선 A-A를 포함하는 종단면이 도시되어 있다. 도 12 중, 도 1과 공통되는 구성 요소를 도시하기 위해서는 동일한 부호를 이용하여 그 상세한 설명을 생략한다.
실시예 4에서는, 굴절 전반사판(1)의 휨에 의한 화상의 변위를 저감하기 위해서, 유리제의 평판 형상의 제 1 투명 기판(18)을 굴절 전반사판(1)의 중핵 부재로서 사용한다. 그리고, 유리제의 제 1 투명 기판(18)의 양면에 별도의 소재로 제조된 부품을 접착제로 첨부함으로써, 기술한 것 이외의 실시예와 동일한 형상의 굴절 전반사판(1)을 제조한다.
도 12 중의 확대도에 의해 명확한 바와 같이, 이 실시예 4의 굴절 전반사판(1)은 제 1 투명 기판(18)과, 굴절 전반사 시트(투명 전반사 구조체)(1FLS)와, 렌티큘러 렌즈 시트(1LCS)를 갖는다. 굴절 전반사 시트(1FLS)는 페트재 시트(1PET1)와, 페트재 시트(1PET1)의 한 면에 형성된 굴절 전반사막(1FL)과, 굴절 전반사막(1FL)의 표면에 설치된 반사를 저감하는 반사 저감 코팅층(16)을 갖는다.
페트재 시트(1PET1)는 폴리에틸렌·텔레프탈레이트에 의해 제조된 평판 형상의 투명 박막이고, 굴절 전반사막(1FL)을 형성하기 위한 베이스(지지층)로서 사용된다. 굴절 전반사막(1FL)은 투명한 UV 경화 수지로 형성되고, 여기에는 전술한 다른 실시예와 동일한 톱니 형상의 고리체, 즉 굴절 사면(11), 무효 면부(12), 전반사 사면(13) 및 투과 사면(14)이 형성되어 있다. 페트재 시트(1PET1)상에 UV 경화 수지를 탑재하여 성형하고, 자외선을 조사하여 수지를 경화시킴으로써, 굴절 전반사막(1FL)은 형성된다.
제 1 투명 기판(18)과 페트재 시트(1PET1) 및 굴절 전반사 막(1FL)의 굴절률은 가능한 한 근사하면 바람직하다. 또한, 반사 저감 코팅층(16)은 단독의 층으로 이루어지는 단층 코팅이어도 무방하고, 이층으로 이루어지는 2층 코팅이어도 무방하다. 단층 코팅의 경우에는, 반사 저감 코팅층(16)은 굴절 전반사막(1FL)의 재료의 굴절률보다 저굴절률의 재료에 의해 형성되면 바람직하다. 2층 코팅의 경우에는, 반사 저감 코팅층(16)은 굴절 전반사막(1FL)상에 피복되어 굴절 전반사막(1FL)의 굴절률보다 고굴절률의 재료로 형성된 제 1 층과, 제 1 층상에 피복되어 굴절 전반사막(1FL)의 굴절률보다 저굴절률의 재료로 형성된 제 2 층을 가지면 바람직하다.
마찬가지로, 렌티큘러 렌즈 시트(1LCS)는 페트재 시트(1PET2)와, 페트재 시트(1PET2)의 한 면에 형성된 렌티큘러 렌즈막(1LC)과, 렌티큘러 렌즈막(1LC)의 표면에 설치된 반사를 저감하는 반사 저감 코팅층(17)을 갖는다.
페트재 시트(1PET2)는 폴리에틸렌·텔레프탈레이트에 의해 제조된 평판 형상의 투명 박막이고, 렌티큘러 렌즈막(1LC)을 형성하기 위한 베이스(지지층)로서 사용된다. 렌티큘러 렌즈막(1LC)은 투명한 UV 경화 수지로 형성되고, 여기에는 전술한 다른 실시예의 제 1 렌티큘러 렌즈부(15)(도 1 및 도 9) 또는 마이크로 렌즈(150)의 배열(도 11)과 동일한 윤곽이 형성되어 있다. 페트재 시트(1PET2)상에 UV 경화 수지를 탑재하여 성형하고, 자외선을 조사하여 수지를 경화시킴으로써, 렌티큘러 렌즈막(1LC)은 형성된다.
제 1 투명 기판(18)과 페트재 시트(1PET2) 및 렌티큘러 렌즈막(1LC)의 굴절률은 가능한 한 근사하면 바람직하다. 또한, 반사 저감 코팅층(17)은 단독의 층으로 이루어지는 단층 코팅이어도 무방하고, 2층으로 이루어지는 2층 코팅이어도 무방하다.
굴절 전반사 시트(1FLS)는 투명 접착제로 이루어지는 점착층(1GLU1)에 의해 제 1 투명 기판(18)의 일면에 고착되고, 렌티큘러 렌즈 시트(1LCS)는 투명 접착제로 이루어지는 점착층(1GLU2)에 의해 제 1 투명 기판(18)의 일면에 고착되어 있다.
다음에, 도 13을 참조하면서 실시예 4에 의한 하나의 효과를 설명한다. 이러한 종류의 투과형 스크린에 있어서는, 굴절 전반사판(1)의 근소한 휨에 의해서도 투과형 스크린(100)에 표시되는 화상이 크게 어긋날 우려가 있다. 예컨대, 투과형 스크린(100)은 그 주변 부분이 도시하지 않는 장치 하우징에 의해 포위된 상태로 유지되어 있기 때문에, 온도 변화 등의 이유에 의해 굴절 전반사판(1)에 신장이 생긴 경우에는, 도 13의 가상선으로 나타내는 바와 같이 위치(1d)까지 휜 상태로 된다. 특히, 구속되지 않은 중심부의 변위가 크다. 이러한 휨이 생긴 경우에는, 예컨대 도 13에 도시하는 표시 화상광(8)이 위치(8d)까지 어긋나도록 투과형 스크린(100)상의 표시 위치가 어긋나게 된다. 투과형 스크린(100)상의 표시 위치 어긋남은 휨의 크기에 의존하기 때문에, 휨이 큰 부분에는 표시 위치 어긋남이 크고, 휨이 작은 부분에는 표시 위치 어긋남이 작다.
이 실시예 4에서는, 성형하는 것이 비교적 어려운 굴절 전반사 시트(1FLS)나 렌티큘러 렌즈 시트(1LCS)에 적절한 재료와는 독립적으로, 성형이 용이한 평판 형상의 제 1 투명 기판(18)의 재료를 선택하는 것이 가능하다. 그리고, 온도에 의한 신축이 적은 재료인 유리로 제조된 제 1 투명 기판(18)을 굴절 전반사판(1)의 중핵 부재로서 사용함으로써, 굴절 전반사판(1)의 휨, 나아가서는 화상의 표시 위치 어긋남을 저감할 수 있다. 예컨대, 아크릴의 선팽창률은 약 100(1/K : K는 절대 온도임)임에 반해, 유리의 선팽창률은 약 9(1/K)이며 아크릴에 비해 선팽창률이 약 1/10이다. 또한, 유리는 외부로부터의 압력에 대해서도 아크릴에 비해 각별히 강하고 또한 용이하게 높은 평면도의 판재를 제조할 수 있기 때문에, 휨에 기인하는 화상의 위치 어긋남을 억제하기에 적절한 재료라고 할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예 1 내지 4는 도 14에 도시하는 바와 같은 배치의 투사형 표시 장치에도 응용할 수 있다. 도 14에 도시하는 투사형 표시 장치에서는, 평면 미러(2)가 투과형 스크린(100)에 대면하고 있지만, 상방을 향하는 정도로 투과형 스크린(100)에 접근하는 형식으로 경사하고 있다. 투사 광학계(4)는 평면에서 보아 평면 미러(2)와 투과형 스크린(100) 사이의 위치에 또한 하방에 배치되어 있지만, 거의 바로 위를 향해서 투사 광속을 발생하도록 되어 있다.
도 14에 도시하는 배치의 투사형 표시 장치에서도, 굴절 전반사판(1)에 신장이 생긴 경우에는, 도 14의 가상선으로 도시하는 바와 같이 위치(1d)까지 휜 상태로 되고, 예컨대 도 14에 도시하는 표시 화상광(8)이 위치(8d)까지 어긋나는 바와 같이 투과형 스크린(100)상의 표시 위치가 어긋나게 된다. 도 14의 배치에서는, 도 13의 배치에 비해, 동일한 휨에 대한 표시 위치의 어긋남은 적지만, 휨의 양 여하에서는 표시 위치의 어긋남이 눈에 띄는 경우도 있다. 이에 반하여, 이 실시예 4와 같이 굴절 전반사판(1)을 형성하면, 상술한 바와 동일한 이유에 의해, 온도에 의한 신축이 적은 재료인 유리로 제조된 제 1 투명 기판(18)을 중핵 부재로서 이용함으로써, 제 1 투명 기판(18)의 휨, 나아가서는 화상의 표시 위치 어긋남을 저감할 수 있다.
이상과 같이, 이 실시예 4에 따르면, 전술한 다른 실시예에 의한 효과에 부가하여, 성형하는 것이 비교적 어려운 굴절 전반사 시트(1FLS)나 렌티큘러 렌즈 시트(1LCS)에 적절한 재료와는 독립적으로, 성형이 용이한 평판 형상의 제 1 투명 기판(18)의 재료를 선택하는 것이 가능하다. 그리고, 온도에 의한 신축이 적은 재료인 유리로 제조된 제 1 투명 기판(18)을 굴절 전반사판(1)의 중핵 부재로서 사용하는 것이면, 굴절 전반사판(1)의 휨, 나아가서는 화상의 표시 위치 어긋남을 저감할 수 있다.
또한 제 1 투명 기판(18)을 유리로 형성함으로써, 투명 기판(18)의 입수 또는 제조가 용이하고 또한 저렴하며, 평면성이 우수한 제 1 투명 기판(18)을 형성할 수 있다.
또한, 유리의 제 1 투명 기판(18)은 단체로는 깨지기 쉬운 성질이지만, 제 1 투명 기판(18)의 표면과 이면을 굴절 전반사 시트(1FLS) 및 렌티큘러 렌즈 시트(1LCS)로 삽입하는 구성으로 함으로써, 외부로부터의 충격에 대하여 깨지기 어려워진다. 따라서, 제조시 및 조립시에 있어서의 수율을 대폭 개선할 수 있다.
단, 이 실시예 4에 있어서도, 제 1 투명 기판(18)을 유리 이외의 재료로 제조하는 것이 가능하다. 예컨대, 온도 변화가 적은 조건에서 투사형 표시 장치를 사용할 때에는, 선팽창률이 유리보다도 큰 아크릴 등의 합성 수지로 제 1 투명 기판(18)을 형성하는 것이 가능하다. 투명 기판(18)을 아크릴로 형성하는 것이면, 투명 기판(18)의 입수 또는 제조가 용이하고 또한 저렴하여, 제 1 투명 기판(18)을 경량으로 할 수 있다.
이상의 실시예 1 내지 4에 있어서는, 굴절 전반사판(1)은 굴절 영역(1L), 굴절·전반사 영역(1M) 및 전반사 영역(1U)을 갖지만, 본 발명에 따른 굴절 전반사판은 굴절·전반사 영역(1M)과 전반사 영역(1U)만을 갖고 있을 수도 있고, 굴절 영역(1L)과 굴절·전반사 영역(1M)만을 갖고 있을 수도 있다. 구체적인 굴절 전반사판의 구성은 투사 광학계(4)로부터의 투사 광속의 각도, 굴절 전반사판으로부터의 소망하는 출사 각도, 소망하는 효율 등의 각종 파라미터에 기초하여, 예컨대 계산기 시뮬레이션에 의해 결정된다.
이상, 본 발명을 그 적절한 실시예를 참조하면서 상세하게 도시하여 설명했지만, 청구의 범위에 기재된 본 발명의 취지 및 구역내에서, 형식 및 세부에 관한 각종 변경이 가능한 것은 당업자이면 이해할 수 있는 것일 것이다. 이러한 변경, 대체 및 수정도 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 방해광을 저감하고, 고품위의 투사 화상을 제공할 수 있다.

Claims (15)

  1. 투과형 스크린에 있어서,
    투사광이 입사하는 톱니 형상의 입사면과, 투사광이 출사하는 출사면을 갖는 프레넬 스크린 형상의 굴절 전반사판과,
    상기 굴절 전반사판으로부터 출사한 광을 결상하여 투사 화상을 얻는 결상 표시판을 포함하며,
    상기 굴절 전반사판의 입사면에는, 투사광을 굴절하여 상기 출사면을 향해 진행시키는 복수의 굴절 사면과, 투사광을 투과하는 복수의 투과 사면과, 상기 투과 사면을 투과한 광을 반사하여 상기 출사면을 향해서 진행시키는 전반사 사면이 동심원상에 형성되어 있으며,
    상기 굴절 전반사판은 산란 입자가 분산되어 있지 않은 투명 재료로 형성되어 있는
    투과형 스크린.
  2. 제 1 항에 있어서,
    굴절 전반사판은 거의 평판 형상의 제 1 투명 기판과, 상기 제 1 투명 기판상에 설치된 굴절 전반사 구조체를 구비하고, 상기 굴절 전반사 구조체에 굴절 사면과 투과 사면과 전반사 사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    투과형 스크린.
  3. 제 1 항에 있어서,
    굴절 사면은 투사광을 투과형 스크린의 거의 법선 방향으로 굴절하고, 전반사 사면은 투과 사면을 투과하는 투사광을 투과형 스크린의 거의 법선 방향으로 반사하는 것을 특징으로 하는
    투과형 스크린.
  4. 제 1 항에 있어서,
    굴절 전반사판의 출사면상에 제 1 렌티큘러 렌즈부가 설치되고, 제 1 렌티큘러 렌즈부에서는, 수평 방향으로 연장되는 복수의 원통형 렌즈가 상하 방향을 따라서 나열되어 있는 것을 특징으로 하는
    투과형 스크린.
  5. 제 4 항에 있어서,
    제 1 렌티큘러 렌즈부는 굴절 전반사판과는 별개인 재료로 형성되고, 굴절 전반사판의 평탄한 출사면상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는
    투과형 스크린.
  6. 제 1 항에 있어서,
    굴절 전반사판의 출사면에 다수 방향으로 광을 확산하는 마이크로 렌즈의 배열이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는
    투과형 스크린.
  7. 제 1 항에 있어서,
    결상 표시판은 굴절 전반사판으로 출사한 광을 수평 방향으로 확산하는 제 2 렌티큘러 렌즈부와, 제 2 렌티큘러 렌즈부로부터 출사한 광을 받는 제 2 투명 기판을 구비하고 있고, 제 2 렌티큘러 렌즈부에서는, 상하 방향으로 연장되는 복수의 원통형 렌즈가 수평 방향을 따라서 나열되어 있고, 제 2 투명 기판에는 투사광을 결상시키는 산란 입자가 분산되어 있는 것을 특징으로 하는
    투과형 스크린.
  8. 제 1 항에 있어서,
    굴절 전반사판의 입사면에 가시광의 반사를 저감하는 반사 저감 코팅층을 형성한 것을 특징으로 하는
    투과형 스크린.
  9. 제 1 항에 있어서,
    굴절 전반사판의 출사면에 가시광의 반사를 저감하는 반사 저감 코팅층을 형성한 것을 특징으로 하는
    투과형 스크린.
  10. 제 1 항에 있어서,
    굴절 전반사판의 입사면 및 출사면의 쌍방에 가시광의 반사를 저감하는 반사 저감 코팅층을 형성한 것을 특징으로 하는
    투과형 스크린.
  11. 제 8 항에 있어서,
    반사 저감 코팅층은 굴절 전반사판의 재료의 굴절률보다 저굴절률의 재료로 형성된 단층 코팅인 것을 특징으로 하는
    투과형 스크린.
  12. 제 8 항에 있어서,
    반사 저감 코팅층은 굴절 전반사판상에 피복되어 상기 굴절 전반사판의 굴절률보다 고굴절률의 재료로 형성된 제 1 층과, 상기 제 1 층상에 피복되어 상기 굴절 전반사판의 굴절률보다 저굴절률의 재료로 형성된 제 2 층을 갖는 2층 코팅인 것을 특징으로 하는
    투과형 스크린.
  13. 제 1 항에 있어서,
    굴절 전반사판의 굴절 사면과 투과 사면과 전반사 사면의 공통 중심축선의근방의 제 1 영역에서는, 투사광을 투과형 스크린의 법선 방향보다도 외측을 향해서 진행시키도록 사면이 형성되어 있고, 상기 제 1 영역보다도 상기 공통 중심축선에서 먼 제 2 영역에서는, 투사광을 투과형 스크린의 거의 법선 방향을 향해서 진행시키도록 사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    투과형 스크린.
  14. 제 13 항에 있어서,
    제 1 영역에서는 공통 중심축선에서 멀수록 투과형 스크린의 법선 방향에 대한 투사광의 진행 방향이 이루는 각도가 작아지도록, 상기 각도를 변화시킨 것을 특징으로 하는
    투과형 스크린.
  15. 투사형 표시 장치에 있어서,
    진행함에 따라서 확대하는 투사 광속을 발하는 투사 광학계와,
    제 1 항에 기재된 투과형 스크린과,
    상기 투사 광학계로부터의 투사 광속을 상기 투과형 스크린을 향해서 반사하는 평면 미러를 구비하며,
    상기 투사 광학계는 상기 투과형 스크린 및 상기 평면 미러 사이에 또한 하방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는
    투사형 표시 장치.
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