JP2001228547A - 背面投射型スクリーンおよび背面投射型ディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶パネルを用いた背面投射型ディスプレイ
では、投射光の指向性が鋭いためにシンチレーションが
発生し、これを十分に低減するためにフレネルレンズシ
ートに大きな拡散性を付与すると解像力劣化、効率低下
などの副作用を生じる。本発明は上記副作用が軽微でシ
ンチレーション低減効果が大きな背面投射型スクリーン
を提供することを目的とする。 【解決手段】 レンチキュラレンズシート5の内部に分
散する光拡散粒子521を回転楕円体状とする。これによ
り、指向性が高い光が入射した場合の光線の焦点付近へ
の集中を緩和してシンチレーションを低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、背面投射型スクリ
ーンおよびそれを用いた背面投射型ディスプレイに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年ＴＶ受像機を中心に大画面に対する
ニーズが高まっており、大画面表示に適した装置として
背面投射型ディスプレイが注目されている。背面投射型
ディスプレイとしては画像源としてＣＲＴを用いるのが
一般的であったが液晶パネル等による光変調を利用する
装置が開発され、更に軽量コンパクトを実現するものと
して期待されている。その基本構成を模式的に図６に示
す。

【０００３】ランプ１から照射された光を液晶パネル２
によって空間変調して形成した画像を投射レンズ３によ
って拡大投射する。なお、実際の装置においては、カラ
ー表示を実現するために３枚の液晶パネルを用いるのが
一般的であり、その場合ランプ１からの光を色分解光学
系で赤、緑、青の成分に分解して３枚の液晶パネルにそ
れぞれ透過させるなど複雑な構造となるが、ここではそ
れらを割愛している。

【０００４】また、空間変調を用いる同種の装置として
は、変調素子として反射型の液晶素子を用いるもの、更
には角度を可変できる多数の微細なミラーを構成した素
子を用いるものなどがある。

【０００５】結像面に設置されるスクリーン４には、図
のように中心部から周辺部に向かって発散的で、部分的
には極めて指向性鋭い光が入射する。その指向性の度合
いは投射指向角θによって表され、投射倍率Ｍと投射レ
ンズのＦナンバーＦを用いて

【０００６】

【数１】

【０００７】と表すことが出来る。

【０００８】ちなみに、画像源をＣＲＴとする装置の場
合は、５インチ程度のＣＲＴを用いるため、５０”クラ
スのディスプレイで投射倍率Ｍは約１０、Ｆナンバーは
蛍光体からの拡散光を取り込むために小さく設定され約
１程度なので、投射指向角θは０．０５（約３゜）程度
になる。

【０００９】一方、液晶パネルなどの画像変調素子を用
いる場合では、１インチ程度の素子を用い、また、素子
の特性から比較的指向性の高い照明光を用いる必要があ
るため投射レンズのＦナンバーは３程度と大きく、投射
指向角θは０．００３（約０．２゜）程度と小さく、ス
クリーンに入射する投射光の指向性は極めての強い。

【００１０】スクリーン４はこの様な投射光を適切に配
光して良好な画像認識を可能にする働きをする。

【００１１】スクリーン４には、単純な拡散板を用いて
も最低限の画像観察は可能である。しかしながら、投射
光は前述のように発散的に入射するので周辺部は外向き
の指向性を有することになり、スクリーン正面から観察
した場合には中心輝度に比べて周辺輝度が極端に暗くな
り、斜めから観察した場合には近い方の端部は明るく遠
い方の端部は極端に暗くなる等、画面の明るさに顕著な
不均一を生じる。

【００１２】この様な不均一性を排除するために、拡散
手段より投射側にフレネルレンズシート４１を配置する
のが一般的である。

【００１３】フレネルレンズシート４１は、投射レンズ
３からスクリーン４に発散的に入射する投射光を主指向
性がほぼスクリーン面に垂直な平行光に変換する働きを
する。

【００１４】この様に、スクリーン各部での光の主指向
方向をスクリーン面に垂直な方向に変換した後に拡散す
れば、どの様な方向から観察しても画面全体に渡ってほ
ぼ均一な明るさを実現することが出来る。

【００１５】さらに、拡散手段としては単純な等方拡散
板を用いる代わりにレンチキュラレンズシート４２を用
いるのが一般的である。

【００１６】観察範囲として水平には様々な角度から良
好な画像認識が要求されるのに対し、垂直方向について
は立った状態と座った状態という限られた範囲内で良好
な画像認識が出来ればよく、異方性拡散によって光を必
要領域に有効に配分すれば全体に明るい画像を提供でき
る。レンチキュラレンズシート４２はその異方性拡散を
実現する。

【００１７】レンチキュラレンズシート４２はその入射
面に垂直方向を長手方向とするレンチキュラレンズアレ
イを有し、その内部には基材の屈折率より僅かに大きな
屈折率を有する光拡散粒子を分散する。フレネルレンズ
シート４１によってほぼ平行光に変換された投射光は、
水平方向にはレンチキュラレンズの屈折作用と光拡散粒
子の相乗作用によって相対的に広い範囲に拡散され、垂
直方向には光拡散粒子の作用のみによって相対的に狭い
範囲に拡散され、上記異方性拡散が実現される。

【００１８】レンチキュラレンズシート４２の基材とし
ては通常屈折率約１．４９のＰＭＭＡ（ポリメタクリル
酸メチル）あるいは屈折率１．５２程度のＭＳ樹脂（ス
チレン，メチルメタクリレートの共重合体）が用いら
れ、光拡散粒子としては屈折率が基材よりも０．０２〜
０．０７程度大きなＭＳ樹脂あるいはガラスよりなる真
球状のビーズが用いられる。

【００１９】更に、レンチキュラレンズシート４２の出
射面の非集光部にブラックストライプを設けることによ
り、投射光を損失することなく外光によるコントラスト
劣化を低減することができ、この点はレンチキュラレン
ズシートを用いる大きな利点となる。

【００２０】上記の様な光変調素子を用いた背面投射型
ディスプレイでは、画像源としてＣＲＴを用いた装置で
は顕在化しなかったシンチレーションという現象が問題
になっている。これは微細な明暗により画面にギラつき
を生じるものでスペックルとも呼ばれる。

【００２１】その発生メカニズムについて図面を用いて
簡単に説明する。

【００２２】上記のように基材中に基材との屈折率差が
小さな球状粒子が存在する場合、その球状粒子は収差が
極めて小さく結像性能に優れたレンズとして作用する。

【００２３】基材の屈折率をｎ１、球状粒子の屈折率を
ｎ２とすれば、その球状粒子からなるレンズの焦点距離
ｆｂは球状粒子の粒径ｄと、上記屈折率の差ｎ２−ｎ１
＝Δｎによって近似的に

【００２４】

【数２】

【００２５】となる。

【００２６】従って、その球状粒子部に平行光が入射す
ると球状粒子から上記ｆｂ隔たった焦点位置に極めて輝
度の高い点が生じる。その模様を模式的に図７に示す。
図７において４０は球状粒子を示す。

【００２７】入射光が完全平行光ではなく±θ’の指向
性を有している場合、図７に示すように、輝点はその指
向角θ’に比例した直径ｄ’の広がりを生じる。その直
径ｄ’は

【００２８】

【数３】

【００２９】として算出される。背面投射型ディスプレ
イにおいてその指向角θ’は式（１）に示した投射光の
指向角θの基材中での角度であり、

【００３０】

【数４】

【００３１】となり、式（４）を式（３）に代入して

【００３２】

【数５】

【００３３】を得る。

【００３４】画像源をＣＲＴとする装置の場合は、前述
のように投射指向角θは０．０５（約３゜）と比較的大
きく、標準的なΔｎ＝０．０５を用いてｄ’／ｄは０．
５程度と、輝点の領域は光拡散粒子径の半分程度の直径
の広がりとなる。

【００３５】これに対して、液晶パネルなどの変調素子
を用いる場合には、投射指向角θは０．００３（約０．
２°）程度と小さいため、上記Δｎにおいてｄ’／ｄは
０．０３程度と、輝点の領域は光拡散粒子径の１／３０
程度の直径の範囲に集中する。

【００３６】この輝点領域の面積は画像源をＣＲＴとす
る装置の場合に比べ1／２００以下、局部的な照度とし
ては２００倍以上の極めて明るい輝点となり、シンチレ
ーションとして画像障害になるのである。

【００３７】この様なシンチレーションを低減する方法
として、特開平８−３１３８６５号公報では、拡散要素
を一定の距離を隔てて２層設けることを提案している。
この場合、その内部に拡散粒子を分散するのが一般的な
レンチキュラレンズシートを拡散要素とすることに加え
て、レンチキュラレンズシートとともにスクリーンの基
本要素であるフレネルレンズシートに拡散要素を設ける
のが一般的である。

【００３８】特開平１０−２９３３６１号公報および特
開平１０−２９３３６２号公報には、フレネルレンズシ
ートに付与する適切な拡散特性をヘイズ値で規定してい
る。

【００３９】この様に、レンチキュラレンズシートに加
えて、フレネルレンズシートにも光拡散粒子を分散する
と、レンチキュラレンズシートに分散した光拡散粒子に
様々な角度から光が入射し、前記入射指向角θ’が大き
くなることによりシンチレーションを低減することが可
能になる。

【００４０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの様
に、フレネルレンズシートにも拡散粒子を分散すると、
解像力の劣化、効率の低下などの副作用を生じる。

【００４１】解像力の劣化は、フレネルレンズシートの
１点で拡散された光がレンチキュラレンズシートに到達
するまでに広がりを生じ、レンチキュラレンズレンズシ
ートで再度拡散されることにより発生し、フレネルレン
ズシートに付与される拡散特性および２つの拡散要素の
間隔に比例して増大する。

【００４２】また、効率の低下はレンチキュラレンズシ
ートの出射面に設けられたブラックストライプによって
吸収され損失する成分がフレネルレンズシートでの拡散
によって増加する為に発生し、フレネルレンズシートで
の拡散が大きいほど顕著になる。

【００４３】更に、別の問題としてシンチレーション低
減に必要な拡散特性および拡散要素間隔を得るために、
フレネルレンズシートに一定以上の厚みを必要とし、フ
レネルレンズシート内部での多重反射によって発生する
ゴースト像の緩和に効果的な薄型化が困難になるという
問題がある。

【００４４】本発明は、上記の問題を解決し、シンチレ
ーションを低減しながらフレネルレンズシートでの拡散
による副作用を低減した背面投射型スクリーンを提供す
ることを目的とする。また、その様な背面投射型スクリ
ーンを用いることにより、シンチレーションが軽微で、
かつ、解像力、透過効率に優れ、ゴースト像の顕著化を
生じることの無い背面投射型ディスプレイを提供するこ
とを目的とする。

【００４５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は以下の構成とする。

【００４６】本発明の第１の構成にかかる背面投射型ス
クリーンは、少なくともレンチキュラレンズシートおよ
びフレネルレンズシートを有し、前記レンチキュラレン
ズシートおよびフレネルレンズシートにはそれぞれ基材
の屈折率とは異なる屈折率の光拡散粒子が分散されてお
り、前記レンチキュラレンズシートに分散された光拡散
粒子が回転楕円体状であることを特徴とする。かかる構
成によれば、レンチキュラレンズシートに分散された光
拡散粒子を透過する光が局部に集中することが緩和され
るので、フレネルレンズシートでの拡散を小さく抑えな
がらシンチレーションを軽減した背面投射型スクリーン
を実現できる。

【００４７】また、本発明の第２の構成にかかる背面投
射型スクリーンは、少なくともレンチキュラレンズシー
トおよびフレネルレンズシートを有し、前記レンチキュ
ラレンズシートおよびフレネルレンズシートにはそれぞ
れ基材の屈折率とは異なる屈折率の光拡散粒子が分散さ
れており、前記レンチキュラレンズシートに分散された
光拡散粒子はその基材よりも高い屈折率を有し、前記フ
レネルレンズシートに分散された光拡散粒子はその基材
よりも低い屈折率を有することを特徴とする。かかる構
成によれば、それぞれの内部に分散した光拡散粒子の焦
点を他方の拡散要素から遠ざけることにより、薄型のフ
レネルレンズシートを用いて、実質的な拡散要素間隔を
大きくすることが可能になり、シンチレーションを軽減
しながらゴースト像の軽微な背面投射型スクリーンを実
現できる。

【００４８】更に、本発明の背面投射型ディスプレイは
上記背面投射型スクリーンを有することを特徴とする。
かかる構成によれば、シンチレーション、ゴースト像の
発生などの画像障害が軽微で解像力に優れ、効率の高い
背面投射型ディスプレイを実現できる。

【００４９】

【発明の実施の形態】本発明の背面投射型スクリーンの
実施の形態について、図面を用いて説明する。

【００５０】（実施の形態１）図１は本発明の背面投射
型スクリーンの実施の形態の一例を示す水平断面図であ
る。

【００５１】図の背面投射型スクリーンは、図６に示し
た一般的な背面投射型スクリーンと同様に、フレネルレ
ンズシート４１とレンチキュラレンズシートによって構
成されているが、レンチキュラレンズシートには変調素
子を用いた背面投射型ディスプレイにより適した構造と
するために積層レンチキュラレンズシート５（特願平９
−９１８８９号参照）を用いている。

【００５２】フレネルレンズシート４１は投射側が平面
で観察側に同心円状のフレネルレンズを形成し、全体で
１つの凸レンズと同様な作用をするものであり、ＰＭＭ
Ａ、ＰＣ（ポリカーボネート），ＭＳなどを基材材料と
して熱プレス法、２Ｐ（フォトポリマー）法などの公知
の技術によって作成され、その内部に基材とは屈折率の
異なる架橋ポリマービーズあるいはガラスビーズが球状
光拡散粒子４１１として分散されている。

【００５３】積層レンチキュラレンズシート５は拡散シ
ート５２の投射側の面にレンチキュラレンズフィルム５
１を透明粘着層５３によって接着した積層構造を有す
る。

【００５４】レンチキュラレンズフィルム５１はＰＥＴ
（ポリエチレンテレフタレート）などの透明フィルムの
一方の面に紫外線硬化樹脂によりレンチキュラレンズ５
１１が形成され、他方の面の光不透過領域には光吸収材
料からなるブラックストライプ５１２が形成されてい
る。

【００５５】拡散シート５２はアクリル、ポリカーボネ
ートなどの光透過性材料からなり、前記光透過性材料の
みと、光透過性材料に光拡散粒子５２１を配合した材料
との２層押出成形によって得られる。透明粘着層５３と
の接合面近傍に回転楕円体状の光拡散粒子５２１が分散
される。前記光拡散粒子５２１の屈折率は、前記光透過
性材料の屈折率より僅かに大きく設定する。

【００５６】上記構成で、回転楕円体状光拡散粒子５２
１に平行光が入射した場合の光線軌跡を模式的に図２に
示す。図２（Ａ）は入射光の光軸に対して光拡散粒子５
２１の長軸が直交する場合、図２（Ｂ）は入射光の光軸
と光拡散粒子５２１の長軸が平行な場合を示している。

【００５７】図に示すように、いずれの場合も回転楕円
体状光拡散粒子５２１に入射した光は、球状光拡散粒子
を用いた場合のように１点に集中することがないので、
球状光拡散粒子を用いた場合に比べ、局部的に光線が集
中することによって生じるシンチレーションが緩和され
る。

【００５８】この様に、平行光入射状態でのシンチレー
ションが緩和されるので、拡散の小さなフレネルレンズ
シート４１を用いてシンチレーションを低減することが
可能になり、フレネル部の拡散による副作用である解像
力劣化、効率低下を低減することが出来る。

【００５９】（実施の形態２）図３は本発明の背面投射
型スクリーンの実施の形態の他の例を示す水平断面図で
ある。

【００６０】図３の構成は図１の構成と類似で、フレネ
ルレンズシート４１および積層レンチキュラレンズシー
ト５の機能は同様であるが、フレネルレンズシート４１
の内部に分散する球状光拡散粒子４１２の屈折率が基材
よりも低い点が異なる。また、図３において拡散シート
５２に分散含有される光拡散粒子５２２は図１と異なり
球状高屈折率光拡散粒子である。

【００６１】基材の屈折率よりも低い屈折率の光拡散粒
子４１２に平行光が入射した場合の光線軌跡を模式的に
図４に示す。

【００６２】上記設定で、光は発散的に拡散されその焦
点は光拡散粒子４１２より入射側になり、その光線軌跡
は同様の拡散機能を有する通常の光拡散粒子を焦点距離
の２倍だけ入射側に配置した場合と同等になる。

【００６３】上記は実質的にフレネルレンズシートおよ
びレンチキュラレンズシートそれぞれに配置する拡散要
素間の距離の拡大と等価になり、基材よりも高い屈折率
を有する通常の光拡散粒子を用いた場合に比べ大きなシ
ンチレーション低減効果を実現でき、また、より薄いフ
レネルレンズシートを用いて同等のシンチレーション低
減効果を実現できる。

【００６４】この様に、本発明によれば、従来では困難
であった薄型フレネルレンズシートでのシンチレーショ
ン低減が可能になり、ゴースト像の低減に効果的な背面
投射型スクリーンを実現できる。

【００６５】（実施の形態３）図５は本発明の背面投射
型ディスプレイの実施の形態を模式的に示す斜視図であ
り、主要要素の配置が分かるように透視図としている。

【００６６】図５で６は光学エンジンであり、その内部
には光源となるランプ、照明光学系、色分解光学系、液
晶パネル、色合成光学系などが適切に配置され、照射光
を液晶パネルによって空間変調して画像を形成する。そ
の画像を投射レンズ３によって拡大投射する。

【００６７】ミラー７によって折り曲げられた投射光は
スクリーン４上で結像し、スクリーン４の作用によって
拡散され様々な角度から画像として観察可能になる。こ
れらの要素はキャビネット８の内部に配置され、装置内
への外光の侵入を防止している。

【００６８】スクリーン４には図１に示した実施の形態
１に記載のレンチキュラレンズシートおよび図３に示し
た実施の形態２に記載のフレネルレンズシートが用いら
れており、従来のスクリーンと同等のシンチレーション
低減機能を有し、かつフレネルレンズシートの厚みが薄
く、その拡散作用が小さい。

【００６９】かかる本発明の構成によれば、フレネルレ
ンズシートでの拡散を最小限に抑え、解像力劣化、効率
低下が小さくでき、また、フレネルレンズシートの厚み
に比例して顕著になるゴースト像を低減し、シンチレー
ション、ゴースト像等の画像障害が軽微で解像力に優れ
た背面投射型ディスプレイを実現できる。

【００７０】

【発明の効果】以上詳細に説明して明らかなように、本
発明の背面投射型スクリーンおよび背面投射型ディスプ
レイによれば、シンチレーション、ゴースト像等の画像
障害が軽微で解像力に優れた画像表示を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の背面投射型スクリーンの第１の実施の
形態を示す一部拡大水平断面図。

【図２】回転楕円体状光拡散粒子に平行光が入射した状
態の光線軌跡の模式図。

【図３】本発明の背面投射型スクリーンの第２の実施の
形態を示す一部拡大水平断面図。

【図４】基材よりも屈折率の低い光拡散粒子に平行光が
入射した状態の光線軌跡の模式図。

【図５】本発明の背面投射型ディスプレイの実施の形態
を示す水平断面図。

【図６】一般的な背面投射型ディスプレイの基本構成を
模式的に示した水平断面図。

【図７】光拡散粒子に投射光が入射した場合の輝点の発
生を示す模式図。

【符号の説明】

１ ランプ ２ 液晶パネル ３ 投射レンズ ４ スクリーン ４１ フレネルレンズシート ４１１ 球状光拡散粒子 ４１２ 低屈折率光拡散粒子 ４２ レンチキュラレンズシート ５ 積層レンチキュラレンズシート ５１ レンチキュラレンズフィルム ５１１ レンチキュラレンズ ５１２ ブラックストライプ ５２ 拡散シート ５２１ 回転楕円体状光拡散粒子 ５２２ 高屈折率光拡散粒子 ５３ 透明粘着層 ６ 光学エンジン ７ ミラー ８ キャビネット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくともレンチキュラレンズシートお
   よびフレネルレンズシートを有し、前記レンチキュラレ
   ンズシートおよびフレネルレンズシートにはそれぞれ基
   材の屈折率とは異なる屈折率の光拡散粒子が分散されて
   おり、前記レンチキュラレンズシートに分散された光拡
   散粒子が回転楕円体状であることを特徴とする背面投射
   型スクリーン。
2. 【請求項２】 少なくともレンチキュラレンズシートお
   よびフレネルレンズシートを有し、前記レンチキュラレ
   ンズシートおよびフレネルレンズシートにはそれぞれ基
   材の屈折率とは異なる屈折率の光拡散粒子が分散されて
   おり、前記レンチキュラレンズシートに分散された光拡
   散粒子はその基材よりも高い屈折率を有し、前記フレネ
   ルレンズシートに分散された光拡散粒子はその基材より
   も低い屈折率を有することを特徴とする背面投射型スク
   リーン。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の背面投射型スク
   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。