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WO2005103769A1 - コントラスト向上シート及びそれを備えた背面投射型スクリーン - Google Patents

コントラスト向上シート及びそれを備えた背面投射型スクリーン Download PDF

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WO2005103769A1
WO2005103769A1 PCT/JP2004/005975 JP2004005975W WO2005103769A1 WO 2005103769 A1 WO2005103769 A1 WO 2005103769A1 JP 2004005975 W JP2004005975 W JP 2004005975W WO 2005103769 A1 WO2005103769 A1 WO 2005103769A1
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WO
WIPO (PCT)
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optical element
light
sheet
contrast
total reflection
Prior art date
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Application number
PCT/JP2004/005975
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hitomu Watanabe
Makoto Honda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US10/524,537 priority patent/US7253955B2/en
Priority to CNB2004800009284A priority patent/CN100565334C/zh
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    • G03G5/14769Other polycondensates comprising nitrogen atoms with or without oxygen atoms in the main chain

Definitions

  • the present invention relates to a contrast-enhancing sheet disposed on the front side on the observation side of a display device such as a rear-projection display, a liquid crystal display, a plasma display, and a CRT display, and a rear-projection screen provided with the same.
  • a display device such as a rear-projection display, a liquid crystal display, a plasma display, and a CRT display, and a rear-projection screen provided with the same.
  • the “contrast improving sheet” refers to an optical element that suppresses a decrease in contrast due to external light, stray light, or the like, and thereby improves the contrast in a display device incorporating the same. I do.
  • a convex lens element is provided as a light diffusing element on the back side (image light source side) where the image light enters, and on the observation side where the image light passing through the convex lens element does not pass. It has been proposed to provide a light-absorbing element in a non-transmissive part and absorb external light incident from the observation side by the light-absorbing element.
  • ribs having a slope for totally reflecting light and an emission surface formed between the slopes
  • a proposal has been made in which a V-shaped groove between ribs is filled with a light absorbing material and external light entering from the observation side is absorbed by the light absorbing material.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-15973 33 Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-15973 33).
  • the convex lens element which is a light diffusion element. Therefore, it could not be used for optical elements that required directivity. Also, in this optical element, the convex lens element on the back side and the light absorbing part on the observation side must correspond one to one, There is also a problem that manufacturing becomes extremely difficult when the pitch of the lens is small.
  • the present invention has been made in view of the above points, and is a contrast enhancement sheet disposed on the front side on the observation side of a display device such as a rear projection type liquid crystal display, and has a high contrast. It is another object of the present invention to provide a contrast enhancement sheet having excellent directivity and a rear projection screen provided with the same.
  • the first invention of the present application is directed to a contrast enhancement sheet disposed on the front side on the observation side of a display device such as a rear projection display, a liquid crystal display, or a plasma display. Irradiates image light incident on the observation side almost vertically regardless of the incident position, and has an optical element that absorbs stray light obliquely incident from the back side and external light incident from the observation side. To provide a contrast enhancing sheet.
  • the image light 4 that is incident almost perpendicularly from the back side of the contrast enhancement sheet 11 is substantially perpendicular (with respect to the incident light). (In parallel).
  • External light 41 that is vertically or obliquely incident from the observation side of the contrast enhancement sheet 11 is absorbed or transmitted to the back side and is not returned to the observation side.
  • the stray light 42 incident at an angle of about 30 ° or more from the back side of the contrast enhancement sheet 11 is absorbed and not transmitted to the observation side.
  • the image light is transmitted to the observation side with high directivity without being diffused, so it has directivity and optical elements of the imaging system. It can be used for elements and the like.
  • the image light 4 which is incident almost perpendicularly from the rear side and the light incident at an angle of about 30 ° or more from the rear side
  • the light 42 that becomes the stray light is diffused and emitted to the observation side.
  • the optical element is a first optical element having a plurality of ribs arranged in one direction or in a plane, wherein each of the ribs is A pair of total reflection surfaces facing each other that totally reflects image light that is substantially perpendicularly incident from the back side, and a flat surface formed so as to connect these pair of total reflection surfaces facing each other on the emission surface side
  • a second optical element having an optical path correction layer that corrects the optical path of the image light totally reflected by the total reflection surface of each rib and emits the image light substantially perpendicularly to the observation side is provided.
  • the optical path correction layers of the second optical element are formed alternately so that the image light totally reflected by the total reflection surface of each rib of the first optical element is emitted substantially vertically. It is preferable to have a plurality of slopes.
  • the contrast enhancement sheet according to the first invention of the present application of the image light that is incident almost perpendicularly from the back side, it is totally reflected by the total reflection surface of each rib of the first optical element and passes through the flat surface.
  • the image light obtained is refracted by each slope included in the optical path correction layer of the second optical element, and is emitted from the second optical element almost vertically.
  • the image light that is incident substantially perpendicularly from the back side is the optical path correction layer of the second optical element.
  • the light After being totally reflected by each slope included in the first optical element, the light is refracted by the opposite slope, and is emitted from the second optical element substantially vertically.
  • the light absorbing layer of the first optical element absorbs stray light and external light, and is further totally reflected on the total reflection surface of each rib of the first optical element by the optical path correction layer of the second optical element.
  • the optical path of the projected image light is corrected so that the image light is emitted almost perpendicularly to the observation side, and the image light passes through a flat surface without being reflected by the total reflection surface of each rib of the first optical element. Is also emitted almost perpendicularly to the viewing side, causing problems such as image blurring.
  • O Improve contrast and achieve high directivity without blurring o
  • each of the slopes included in the optical path correction layer of the second optical element is the first of the video light that is incident substantially perpendicularly from the back side.
  • the light absorption layer of the first optical element is a transparent material having a lower refractive index than a material forming the lip of the first optical element. It is preferable that the material contains light-absorbing particles. Further, it is preferable that the light absorbing layer of the first optical element is made of a colored material having a lower refractive index than a material forming the rib of the first optical element.
  • the light absorbing layer having the above-described configuration allows not only external light incident from the observation side but also stray light incident at an angle of about 30 ° or more from the rear side to the entire reflection surface of the first optical element. The light is effectively absorbed without being totally reflected by the light source, so that the contrast can be further improved.
  • the inclination angle of each of the slopes of the optical path correction layer of the second optical element (the angle with respect to a direction perpendicular to the sheet surface of the second optical element)
  • the refractive index of a material of a portion of the optical path correction layer positioned on the first optical element side with respect to each slope is defined as n 2
  • the image light that is incident almost perpendicularly from the rear side and passes through the flat surface without being reflected by the total reflection surface of each rib of the first optical element is more reliably perpendicularly projected to the observation side (ie, (Parallel to the incident light).
  • high directivity can be realized.
  • the first aspect The angle of inclination (the angle of the first optical element with respect to the direction orthogonal to the sheet surface) of the total reflection surface of each rib of the optical element is 0, and the refractive index of the material forming the rib of the first optical element is r, an inclination angle of each slope of the optical path correction layer of the second optical element (an angle with respect to a direction orthogonal to a sheet surface of the second optical element);
  • the image light that is incident substantially perpendicularly from the back side and totally reflected by the total reflection surface of each rib of the first optical element and passed through the flat surface is transmitted to each slope of the optical path correction layer of the second optical element. , And can be emitted more reliably perpendicular to the observation side (that is, parallel to the incident light). As a result, high directivity can be achieved.
  • the ribs constituting the second optical element when they are arranged in the negative direction, the ribs constituting the first optical element are different from the ribs.
  • they are arranged in one direction in parallel and arranged in a plane, it is preferable that they are arranged in a plane in parallel with them.
  • the second invention of the present application is directed to a rear projection type screen that displays an image by emitting image light projected from the back side to the observation side, wherein the image light projected from the back side is substantially vertically directed toward the observation side.
  • a rear projection screen comprising: a Fresnel lens sheet to be deflected; and a contrast enhancement sheet according to the first aspect of the present invention disposed on the observation side of the Fresnel lens sheet. .
  • the Fresnel lens sheet that deflects the image light projected from the rear side substantially vertically toward the observation side, and the above-described first invention of the present application
  • a rear projection screen having high contrast and excellent directivity can be provided.
  • the third invention of the present application is directed to a rear projection screen that displays an image by projecting image light projected from the rear side to the observation side, wherein the image light projected from the rear side is substantially vertically directed toward the observation side.
  • a rear projection type screen provided with the above-mentioned contrast improving sheet according to the first invention of the present application, which is arranged on the observation side of the lenticular lens sheet.
  • the rear projection type screen according to the third invention of the present application in the above second aspect of the present invention, since a lenticular lens sheet is further provided, it is possible to provide a rear projection type screen having a wide viewing angle. it can.
  • the lenticular lens sheet has a light absorbing layer on the observation side thereof, and the contrast enhancing sheet is at least the lenticular in the light absorbing layer. Preferably, it is adhered to the lens sheet.
  • the contrast enhancing sheet is at least the lenticular in the light absorbing layer.
  • it is adhered to the lens sheet.
  • the fourth invention of the present application is directed to a rear projection screen that displays an image by projecting image light projected from the rear side to the observation side, wherein the image light projected obliquely from the rear side is directed toward the observation side.
  • a lenticular lens sheet that is disposed on the observation side of the Fresnel lens sheet and diffuses image light.
  • a double image due to stray light or mirror reflection is obtained. Can be greatly reduced.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a contrast improvement sheet according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a ray tracing diagram for explaining an optical path of light in the contrast enhancement sheet shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of an arrangement of ribs of the first optical element in the contrast enhancement sheet according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing another example of the arrangement of the ribs of the first optical element in the contrast improvement sheet according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a stacked configuration of the first optical element and the second optical element in the contrast enhancement sheet according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing another example of a stacked configuration of the first optical element and the second optical element in the contrast improving sheet according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing still another example of a stacked configuration of the first optical element and the second optical element in the contrast enhancement sheet according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing an example of a rear projection screen provided with a contrast enhancement sheet according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view showing another example of the rear projection screen provided with the contrast enhancement sheet according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing a contrast enhancement sheet according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view showing an example of a rear projection screen provided with a contrast enhancement sheet according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view showing another example of a rear projection screen provided with a contrast enhancement sheet according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a ray trace diagram of the contrast enhancement sheet according to the first embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating light distribution characteristics of the contrast enhancement sheet according to the first embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining the optical characteristics of the contrast enhancement sheet according to the present invention. .
  • Fig. 16 is a diagram for explaining the optical characteristics of a conventional lenticular lens sheet.
  • the contrast enhancement sheet 11 is a display such as a rear projection display, a liquid crystal display, or a plasma display.
  • the first optical element 1 includes a first optical element 1 and a second optical element 2 stacked on the observation side of the first optical element 1.
  • the first optical element 1 has a plurality of ribs 3 having a substantially trapezoidal cross section arranged in one direction or in a plane as shown in FIGS.
  • Each rib 3 is composed of a pair of opposed total reflection surfaces 5 for totally reflecting image light 4 incident substantially perpendicularly from the rear side (image light source side), and a pair of opposed total reflection surfaces 5.
  • the second optical element 3 has a flat surface 6 formed so as to be connected to each other at a surface (emission surface) on the side of the second optical element 2.
  • a V-shaped light absorbing layer 7 made of a light absorbing material is formed in a V-shaped groove between the ribs 3.
  • the total reflection surface 5 of each rib 3 corresponds to a slope forming a substantially trapezoidal cross section of each rib 3 and is located at a boundary surface between each rib 3 and the corresponding light absorbing layer 7. ing.
  • the first optical element 1 can take a form in which a large number of ribs 3 are arranged in a direction perpendicular to the ridges 12 of the ribs 3 while the ridges 12 of the ribs 3 extend in the negative direction.
  • a configuration in which a large number of ribs 3 each having a truncated quadrangular pyramid shape are arranged vertically and horizontally can be adopted.
  • the second optical element 2 is placed on the exit surface of the first optical element 1 (that is, the flat surface 6 of the rib 3 and the surface of the light absorbing layer 7 adjacent thereto). Are located.
  • the second optical element 2 corrects the optical path of the image light 4 totally reflected by the total reflection surface 5 of each rib 3 of the first optical element 1 so that the image light 4 is emitted almost perpendicularly to the observation side.
  • An optical path correction layer 9 is provided.
  • the optical path correction layer 9 is formed by ribs 15 and 16 made of two kinds of transparent materials having different refractive indexes, and the boundary surface is arranged in a triangular cross section to form the slope 8. ing.
  • the slopes 8 are formed alternately, and refract the image light 4 totally reflected by the total reflection surface 5 of each rib 3 of the first optical element 1 so as to be substantially vertical. The light is emitted.
  • each slope 8 of the optical path correction layer 9 is formed corresponding to the shape of each rib 3 of the first optical element 1.
  • the ribs 15 and 16 are also arranged in a state of extending in the horizontal direction.
  • the inclined surfaces 8 are also arranged so as to extend in the horizontal direction so as to be parallel to the ridge lines 12 of the ribs 3.
  • the ribs 15 and 16 are also arranged in a state of extending in the vertical direction as shown in FIG.
  • the slopes 8 to be formed are also arranged so as to extend in the vertical direction so as to be parallel to the ridge lines 12 of the ribs 3.
  • the ribs 15 and 16 are also formed in a truncated quadrangular pyramid shape as shown in FIG.
  • the slope 8 formed is also arranged so as to be substantially parallel to the total reflection surface 5 of the rib 3.
  • the pitch Pi of the first rib 3 of the optical element 1 the pitch P 2 of the inclined surface 8 of the second optical path complement Tadashiso 9 of the optical element 2, P 1 / / P 2 > 3. 5, more It is preferable to select the pitch ratio of Pt / P 2 > 3.5 so that Pt / P 2 > 3.5 and PtZP 2 satisfy a non-integer relationship. By adjusting the pitch of the two so as to satisfy such a relationship, moire caused by the arrangement period of the two becomes difficult to be observed.
  • light A is image light vertically incident from the back side.
  • the inclination angle of each slope 8 of the optical path correction layer 9 of the second optical element 2 (the direction orthogonal to the sheet surface of the second optical element 2) the angle) 0 2 with respect to the refractive index n 2 of the material of the first portion located in the optical science element 1 side (rib 16) as a boundary of each inclined surface 8 of the light path correction layer 9, in the light path correction layer 9
  • the refractive index of the material of the portion (rib 15) located on the opposite side of the first optical element 1 with respect to each slope 8 is n 3 , the following equation (1) is obtained.
  • ns / n 2 cos (30 2 / cos 02... (1
  • the light of the code A which is vertically incident from the rear side passes through the flat surface 6 without being reflected by the total reflection surface 5 of each rib 3 of the first optical element 1 and then passes through the second optical element 2 After being totally reflected by each slope 8 of the optical path correction layer 9, the light is refracted by the slope facing the same, and is emitted perpendicularly (that is, parallel to the incident light) from the second optical element 2.
  • the light of the code B is also video light that is vertically incident from the back side.
  • the inclination angle of the total reflection surface 5 of each rib 3 of the first optical element 1 (the direction orthogonal to the sheet surface of the first optical element 1)
  • the angle of refraction of the material forming the ribs 3 of the first optical element 1 is ⁇
  • the inclination angle of each slope 8 of the optical path correction layer 9 of the second optical element 2 (the angle of the second optical element 2).
  • the light of the symbol ⁇ ⁇ vertically incident from the back side is totally reflected by the total reflection surface 5 of each rib 3 of the first optical element 1 and passes through the flat surface 6 and then passes through each slope of the optical path correction layer 9. 8 and exits perpendicularly (ie, parallel to the incident light) from the second optical element 2.
  • the light beams denoted by ⁇ and ⁇ emitted from the second optical element 2 are parallel to each other.
  • the ratio between the refractive index ⁇ 2 and the refractive index ⁇ 3 may be selected so as to satisfy the following condition.
  • the relationship between the refractive indices ni , ri 2 , ⁇ 3 of each material and the inclination angle 6 » 2 of each slope 8 of the optical path correction layer 9 is slightly calculated from the above equations (1) and / or (2).
  • the refractive index n 4 of the material forming the light absorbing layer 7 (transparent tree oil) is lower than the refractive index n 1 of the material forming the ribs 3, and,
  • the refractive index of the material forming the rib 3 and the refractive index n 4 of the material forming the light absorbing layer 7 are given by the following formula (3):
  • the light of the reference numerals A and B perpendicularly incident from the back side is the total reflection surface 5 located at the interface between each rib 3 of the first optical element 1 and the corresponding light absorbing layer 7. Is totally reflected.
  • the light of the code C obliquely incident from the rear side at an incident angle 0 3 of about 30 ° is a boundary surface between each rib 3 of the first optical element 1 and each corresponding light absorbing layer 7.
  • the light is not totally reflected by the total reflection surface 5 located at the position, but enters the light absorption layer 7 and is absorbed.
  • the light of code C is light (stray light) having a different light emission position from the image light transmitted through the regular optical path, and mainly causes double images.
  • the material having a low refractive index (transparent resin) forming the light absorbing layer 7 may be dispersed and contain light absorbing fine particles, or may be colored by containing a dye having a light absorbing effect. Preferably, this makes it possible to improve the contrast.
  • Light D is image light that enters obliquely from the back side at an angle of incidence 6> 4 smaller than that of light C.
  • the light of the code D is totally reflected by the total reflection surface 5 of each rib 3 of the first optical element 1, passes through the flat surface 6, and then the respective slopes 8 of the optical path correction layer 9.
  • the diffused light to enter the contrast enhancement sheet 11 according to the present embodiment at an incident angle 6> 4 of about 5 ° to 10 °, the emission angle 6> 5 of the light emitted to the observation side is reduced. It can be expanded about twice, and the emission angle of directional light can be slightly expanded.
  • the light denoted by E is external light that is vertically incident from the observation side.
  • the light of symbol E is refracted at each slope 8 of the optical path correction layer 9 of the second optical element 2 and totally reflected at the interface between the second optical element 2 and the first optical element 1. Without entering, it enters each light absorption layer 7 of the first optical element 1 and is absorbed.
  • the optical path in the thickness direction of the sheet is set by each slope 8 of the optical path correction layer 9 of the second optical element 2.
  • contrast enhancement sheet 11 Since the first optical element 1 and the second optical element 2 configured to satisfy the relations of the equations (1) to (3) are stacked, the first optical element 1 and the second optical element 2 are stacked from the first optical element 1 on the rear side.
  • the light (image light) of code A and code B, which enters vertically, can be emitted almost perpendicularly to the observation side regardless of the incident position, and obliquely enters from the first optical element 1 side, which is the back side.
  • the light C (stray light) and the light E (external light) incident from the second optical element 2 on the observation side can be absorbed by each light absorbing layer 7 of the first optical element 1. .
  • the contrast can be improved, and the image light incident from the rear side can be transmitted to the observation side with high directivity without loss.
  • the first optical element 1 disposed on the back side and the second optical element 2 disposed on the observation side are separately formed, It can be manufactured by laminating both.
  • the pitch P i of the rib 3 of the first optical element 1 and the pitch P 2 of the slope 8 of the optical path correction layer 9 of the second optical element 2 are different, and
  • the pitch ratio between the two is selected so that P l P 2 > 3.5, more preferably P 1 / P 2 > 3.5, and satisfy a relationship such that P i / P s is a non-integer. Therefore, there is no need to perform alignment between the two, and the contrast enhancement sheet 11 according to the present embodiment can be easily manufactured.
  • the first optical element 1 After manufacturing the first optical element 1, after forming a plurality of lip 3 by duplicating from a mold using a known method such as a hot press method, a thermal polymerization method, a radiation curing method, etc. A V-shaped groove between the ribs 3 is filled with a light absorbing material by a method such as wiping to form a light absorbing layer 7.
  • one of the part (rib 15) located on the exit surface side and the part (rib 16) located on the entrance surface side should be After forming the rib 3 of the optical element 1 by the same method as the method of forming the rib 3, the V-shaped groove of one of the formed portions (rib 15 or rib 16) is made of a radiation curable resin or the like.
  • the other part (rib 16 or rib 15) is formed by filling and curing.
  • the part (rib 15) on the emission surface side is formed first by molding, and the V-shaped groove of the part (rib 15) on the emission surface is inserted into the part (rib 16) on the incidence surface side.
  • the second optical element 2 After filling the first optical element 1 from above, the second optical element 2 The portion (rib 16) on the incident surface side may be cured. Thereby, in the process of manufacturing the second optical element 2, the first optical element 1 and the second optical element 2 can be joined. In addition to this, after forming the rib 3 of the first optical element 1 and the optical path correction layer 9 of the second optical element 2 on a substantially transparent film or sheet, both are coated with an adhesive layer. You may make it adhere
  • the material forming the rib 3 of the first optical element 1 and the ribs 15 and 16 of the optical path correction layer 9 of the second optical element 2 are formed.
  • at least one of the two materials comprises a radiation curable resin.
  • the radiation-curable resin include those generally used in the relevant field, such as an ultraviolet-curable resin such as an acrylic, epoxy, or urethane-based resin, and an electron beam-curable resin. Is preferably used.
  • a general film such as a polyester film or a polycarbonate film is preferable. Used for
  • the light-absorbing layer 7 of the first optical element 1 is colored by dispersing light-absorbing fine particles in a transparent resin having a low refractive index or by containing a dye having a light-absorbing effect. It is formed by doing.
  • the color of the light absorbing layer 7 is preferably an achromatic color such as black or gray, but is not limited to this.
  • a material that selectively absorbs a specific wavelength according to the characteristics of image light is preferred. Can be used.
  • the light-absorbing fine particles carbon black, graphite, metal salts such as black iron oxide, colored organic fine particles, colored glass beads, and the like can be used.
  • a coloring dye a xanthene-based organic dye such as acid red, or an organic acid neodymium such as neodymium carboxylate can be used.
  • the material forming the rib 3 of the first optical element 1, the two kinds of material forming the ribs 15 and 16 of the optical path correction layer 9 of the second optical element 2, and the first optical element At least one of the transparent film or sheet supporting the rib 3 of 1 and the optical path correction layer 9 of the second optical element 2 may be mixed with a coloring material, whereby the contrast Further improvement can be achieved.
  • the second light Further, on the observation side of the element 2, an ultraviolet absorbing layer having an ultraviolet absorbing action (including a film or a sheet) may be laminated.
  • an ultraviolet absorbing layer having an ultraviolet absorbing action (including a film or a sheet) may be laminated.
  • at least one of a hard coat layer, an antireflection layer, an antiglare treatment layer, an antistatic layer, and the like is laminated on the most observing side of the contrast enhancement sheet 11 according to the present embodiment. It may be.
  • the contrast improving sheet 11 according to the present embodiment is used for a display device such as a rear-projection display or a direct-view flat display (a liquid crystal display, a plasma display, an EL display, etc.). It can be used by arranging it on the front.
  • the contrast-enhancing sheet 11 when used for a rear-projection display, it is possible to improve the contrast with respect to external light.
  • the Fresnel lens incorporated in the rear-projection display has a mirror based on the rear mirror. Since image obstruction light such as a single rainbow is also effectively absorbed, a suitable image can be obtained.
  • the rear projection screen is suitably used in a rear projection display or the like.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a rear projection screen provided with the contrast enhancement sheet 11 according to the present embodiment.
  • the rear projection screen 21A is for displaying an image by projecting the image light projected from the rear side to the observation side and displaying the image light projected from the rear side to the observation side.
  • a Fresnel lens sheet 22 that deflects the light approximately vertically toward the camera, and a contrast enhancement sheet 11 that is arranged on the observation side of the Fresnel lens sheet 22 are provided.
  • the contrast improving sheet 11 has a layer 19 such as an ultraviolet absorbing layer on the observation side in addition to the first optical element 1 and the second optical element 2 described above.
  • the rear projection screen 21A shown in FIG. 8 a lenticular lens sheet or the like, which is an optical element for diffusing image light, is not used.
  • the contrast enhancement sheet 11 if the image light entering from the rear side is diffused light, the diffusion angle (see reference numeral 4 in FIG. 2) is doubled. can do.
  • the rear projection screen 21 For example, if the light emitted from the Fresnel lens sheet 22 is mixed with a light diffusing agent capable of obtaining a diffusion angle of about 10 °, the rear projection screen 21A as a whole is vertically oriented. About 10 °, and about 20 ° in the horizontal direction.
  • FIG. 9 is a diagram showing another example of the rear projection screen provided with the contrast enhancement sheet 11 according to the present embodiment.
  • the rear projection screen 21B is composed of a Fresnel lens sheet 22 and a Fresnel lens sheet 22 that deflect image light projected from the back side substantially vertically toward the observation side. It is a three-screen composed of a lenticular lens sheet 23 arranged on the observation side and diffusing the image light, and a contrast enhancement sheet 11 arranged on the observation side of the lenticular lens sheet 23. is there.
  • the contrast improving sheet 11 has a layer 19 such as an ultraviolet absorbing layer on the observation side in addition to the first optical element 1 and the second optical element 2 described above.
  • the image light incident from the rear side can be spread to about twice the diffusion angle, so that the lenticular lens sheet 23 is mixed.
  • the amount of light diffusing agent to be performed can be reduced, and a clearer image can be obtained as compared with a conventional rear projection screen.
  • the contrast improving sheet 11 and the lenticular lens sheet 23 may be bonded via an adhesive layer.
  • the contrast improving sheet 11 and the lenticular lens sheet 23 are formed on the observation side of the lenticular lens sheet 23. It is preferable that the light absorbing layer (black stripe) 23b is adhered.
  • the rigidity of the seat can be improved.
  • the image source of the rear projection display is a single tube light source such as LCD or DLP, and the lenticular lens incorporated in the rear projection screen 21B has a flat exit surface, the lenticular lens The entire surface of the lens sheet on the observation side may be adhered to the contrast improving sheet 11.
  • the lenticular lens lens 23 has a plurality of lenticular lenses 23a extending vertically on the rear side thereof, and is provided with a rear projection.
  • the ridge line of the lenticular lens 23 a of the lenticular lens lens sheet 23 and the rib 3 of the contrast improving sheet 11 are arranged to be orthogonal to each other.
  • the contrast enhancement sheet 11 according to the present embodiment is different from the Fresnel lens sheet 22.
  • the function of the contrast improving sheet according to the present embodiment may be part of the Fresnel lens sheet as in a total reflection Fresnel lens sheet 31 shown in FIG. It may be incorporated as As shown in FIG. 10, the total reflection Fresnel lens sheet 31 deflects the image light projected obliquely from the rear side almost vertically toward the observation side, and has a total reflection Fresnel lens on the rear side.
  • the first optical element 1 and the second optical element 2 which constitute the contrast enhancement sheet are formed on the observation side in this case.
  • the light of sign G which enters from the entrance surface 33 of the total reflection Fresnel lens 32 formed on the rear side and becomes stray light without being totally reflected by the total reflection surface 3 4 is formed on the observation side. Since the light enters the first optical element 1 obliquely, it is not absorbed by the light absorbing layer 7 and emitted to the observation side.
  • Such a total reflection Fresnel lens sheet 31 is used in a rear projection screen 21C as shown in FIG.
  • the rear projection screen 21C includes a total reflection Fresnel lens sheet 31 and a lenticular lens sheet 24 arranged on the observation side of the total reflection Fresnel lens sheet 31. I have it.
  • the total reflection Fresnel lens sheet 31 is also used in a rear projection screen 21D as shown in FIG.
  • the rear projection screen 21D includes a total reflection Fresnel lens sheet 31 and a total reflection lenticular lens sheet 25 arranged on the observation side of the total reflection Fresnel lens sheet 31. Have.
  • a rib having a trapezoidal cross section was formed of an ultraviolet-curing resin having a cured refractive index n1 of 1.55.
  • the rib pitch Pi was 0.3 mm
  • the rib height was 0.6 mm
  • the width of the flat surface at the tip was 0.169 mm
  • the inclination angle S of the slope, the total reflection surface was 8 °.
  • the V-shaped groove between the trapezoidal rib, the light-absorbing material are dispersed black beads having an average particle diameter of 6 m to Akuri Le based paint is a refractive index n 4 is 1.49
  • the first optical element was manufactured by filling to form a light absorbing layer.
  • the cross section of a resin was 1.48 refractive index n 3 by reforming acrylic triangle A rib with a shape was created.
  • the angle of inclination ⁇ 2 was 8 ° as in the case of the rib 3 of the first optical element.
  • a V-shaped groove between the ribs was filled with a styrene-based EB curing resin having a cured refractive index n 2 of 1.6, and cured, thereby producing a second optical element.
  • the first optical element and the second optical element manufactured as described above are laminated and bonded in a state where the respective ribs face each other.
  • a contrast enhancing sheet was obtained.
  • the contrast improving sheet according to Example 1 was evaluated as follows.
  • a commercially available rear-projection television (manufactured by Hitachi, Ltd.) equipped with a conventional rear-projection screen consisting of three components: a Fresnel lens sheet, a lenticular lens sheet, and a thinly colored transparent resin sheet (colored sheet).
  • the contrast improvement sheet according to the first embodiment was arranged to configure a rear projection screen.
  • both rear projection type screens Television images using Lean were compared and observed. Note that, in this case, the laminated form of the first optical element and the second optical element in the contrast enhancement sheet, and the arrangement form when the contrast enhancement sheet is incorporated in the rear projection screen are shown in FIG. It became something like this.
  • the rear-projection screen equipped with the contrast-enhancing sheet according to Example 1 has improved image contrast compared to a conventional rear-projection screen equipped with a coloring sheet, and can be used in a bright room environment. , And displayed clearer images.
  • Rainbow caused by the Fresnel lens was observed thinly on the conventional rear projection screen equipped with the coloring sheet, but was not observed at all on the rear projection screen equipped with the contrast enhancement sheet according to Example 1. .
  • FIG. 13 is a ray tracing diagram of the contrast enhancement sheet according to Example 1
  • FIG. 14 is a light distribution characteristic of the contrast enhancement sheet according to Example 1.
  • the resin of the portion of the second optical element located on the back side is the same resin (refractive index 1.55) as the rib of the first optical element, and the observation side (the first A contrast-enhancing sheet according to Example 2 was produced by using the same material and method as in Example 1 except that the resin (the side opposite to the optical element) was a silicone resin having a refractive index of 1.43.
  • the contrast improving sheet according to Example 2 was evaluated as follows.
  • a rear-projection television evaluation television set
  • a conventional rear projection type screen including a total reflection Fresnel lens sheet and a lenticular lens sheet has been used for this rear projection type television.
  • This conventional rear projection Instead of the total reflection Fresnel lens sheet of the type screen, a total reflection Fresnel lens sheet having the contrast enhancement sheet according to Example 2 adhered to the observation side surface of the total reflection Fresnel lens sheet having the same optical characteristics is arranged.
  • a rear projection screen was constructed. Then, we compared and observed TV images when both rear projection screens were used. In this case, the laminated form of the first optical element and the second optical element in the contrast improving sheet and the arrangement form when the contrast improving sheet is incorporated in the rear projection screen are shown in FIG. It became something.
  • the rear projection type screen including the total reflection Fresnel lens sheet to which the contrast enhancement sheet according to the second embodiment is adhered has improved image contrast as compared with the conventional rear projection type screen, and has a bright room environment. Even below, a clearer image was displayed.
  • the conventional rear projection screen a double image caused by the total reflection Fresnel lens and a double image due to mirror reflection were observed, but the total reflection Fresnel lens sheet to which the contrast enhancement sheet according to Example 2 was adhered was used. On the rear-projection screen equipped with, they were not confirmed at all.
  • the contrast improving sheet according to Example 3 was evaluated as follows.

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Abstract

背面投射型ディスプレイや液晶ディスプレイ等のディスプレイ表示装置の観察側前面に配置される、コントラストが高く、且つ、指向性にも優れたコントラスト向上シート及びそれを備えた背面投射型スクリーンを提供する。コントラスト向上シート11は、第1の光学要素1と、第1の光学要素1の観察側に配置された第2の光学要素2とを備えている。第1の光学要素1は、一方向に又は平面的に配列された複数のリブ3を有する。各リブ3は、背面側から略垂直に入射する映像光4を全反射させる互いに対向する一対の全反射面5と、これらの対向する全反射面5を出射面側にて互いにつなぐように形成された平坦面6とを有する。また、各リブ3の間のV字状の溝には光吸収層7が形成されている。第2の光学要素2は、第1の光学要素1の各リブの全反射面により全反射された映像光の光路を補正して映像光を観察側に略垂直に出射させる光路補正層9を有する。光路補正層9は、第1の光学要素1の各リブ3の全反射面5により全反射された映像光4を略垂直に出射させるための互い違いに形成された複数の斜面8を有する。

Description

コントラスト向上シート及びそれを備えた背面投射型スクリーン 技 術 分 野
本発明は、 背面投射型ディスプレイや液晶ディスプレイ、 プラズマディスプレ ィ、 C R Tディスプレイ等のディスプレイ表示装置の観察側前面に配置されるコ ントラスト向上シート及びそれを備えた背面投射型スクリーンに関するものであ る。 なお、 本明細書において 「コントラスト向上シート」 とは、 外光や迷光等に 起因したコントラストの低減を抑制することによって、 それが組み込まれるディ スプレイ表示装置におけるコントラストを向上させる光学要素をいうものとする。
背 景 技 術
背面投射型ディスプレイや液晶ディスプレイ等のディスプレイ表示装置におい ては、 視野角を適性化するとともに、 観察者が映像を十分に認識することができ るように、 コントラストを向上させるための各種の手法が提案されている。
具体的には、 第 1の光学要素として、 映像光が入射する背面側 (映像光源側) に光拡散要素として凸レンズ要素を設けるとともに、 この凸レンズ要素を通過し た映像光が通過しない観察側の非透過部に光吸収要素を設け、 観察側から入射す る外光を当該光吸収要素により吸収するものが提案されている。
また、 第 2の光学要素として、 観察側に光拡散要素として多数のリブ (光を全 反射させる斜面とその斜面の間に形成された出射面とを有するリブ) を形成する とともに、 その隣接したリブ間の V字状の溝に光吸収材料を充填し、 観察側から 入射する外光を当該光吸収材料により吸収するものが提案されている (実閧昭 5 0 - 1 2 1 7 5 3号公報及び特開昭 6 0— 1 5 9 7 3 3号公報参照)。
しかしながら、 上述した第 1の光学要素では、 コントラストの向上に関しては 一定の効果が得られるものの、 当該光学要素に垂直に入射した平行光が光拡散要 素である凸レンズ要素で ¾散されて出射されることとなるので、 指向性が必要と される光学要素には用いることができなかった。 また、 この光学要素では、 背面 側の凸レンズ要素と観察側の光吸収部とが 1対 1で対応しなければならないので、 レンズのピツチが小さくなると製造が著しく困難になるという問題もあつた。 一方、 上述した第 2の光学要素でも、 観察側から出射される光が、 3方向の光 (リブの斜面で反射されずに出射面から正面方向に出射される一方向の光と、 リ ブの対向する各斜面で全反射された後に出射面から二つの特定の角度で出射され る二方向の光) に分かれることとなるので、 この第 2の光学要素において均一な 映像を得るためには、 光が通過するリブ内に大量の光拡散剤が添加されなければ ならず、 映像の鮮明さが損なわれ、 やはり、 指向性が必要とされる光学要素には 用いることができなかった。 、
発 明 の 開 示
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、 背面投射型ディスプレ ィゃ液晶ディスプレイ等のディスプレイ表示装置の観察側前面に配置されるコン トラスト向上シートであって、 コントラストが高く、 且つ、 指向性にも優れたコ ントラスト向上シート及びそれを備えた背面投射型スクリーンを提供することを 目的とする。
本願の第 1の発明は、 背面投射型ディスプレイや液晶ディスプレイ、 プラズマ ディスプレイ等のディスプレイ表示装置の観察側前面に配置されるコントラスト 向上シートにおいて、 背面側から垂直又は略垂直 (以下単に 「略垂直」 という) に入射する映像光を入射位置にかかわらず観察側に略垂直に出射させるとともに、 背面側から斜めに入射する迷光及び観察側から入射する外光を吸収する光学要素 を備えたことを特徴とするコントラスト向上シートを提供する。
本願の第 1の発明に係るコントラスト向上シートにおいては、 図 1 5に示すよ うに、 (1 )コントラスト向上シート 1 1の背面側から略垂直に入射する映像光 4 が略垂直 (入射光に対して平行) に観察側に出射される。 また、 (2)コントラス ト向上シート 1 1の観察側から垂直又は斜めに入射した外光 4 1が吸収され、 又 は、 背面側に透過されて観察側に戻されない。 さらに、 (3)コントラスト向上シ —ト 1 1の背面側から約 3 0 ° 以上の角度で入射した迷光となる光 4 2が吸収さ れて観察側に透過されない。 上記(1 )〜(3)の 3つの作用により、 背面側から入射 した映像光を損失することなく高い指向性で観察側に透過させるとともに、 迷光 や外光を吸収することができる。 このため、 コントラストを向上させるために従 来から採用されているレンチキユラ一レンズシ一ト等と異なり、 映像光をほとん ど拡散させることがなく高い指向性を持って観察側へ透過させるので、 指向性を 有する光学要素や結像系の光学要素等に用いることが可能となる。 なお、 図 1 6 に示すように、 従来から採用されているレンチキユラ一レンズシート 4 3におい ては、 背面側から略垂直に入射する映像光 4及び背面側から約 3 0 ° 以上の角度 で入射した迷光となる光 4 2が拡散されて観察側に出射される。
なお、 本願の第 1の発明に係るコントラスト向上シートにおいて、 前記光学要 素は、 一方向に又は平面的に配列された複数のリブを有する第 1の光学要素であ つて、 前記各リブが、 背面側から略垂直に入射する映像光を全反射させる互いに 対向する一対の全反射面と、 これらの対向する一対の全反射面を出射面側にて互 いにつなぐように形成された平坦面とを有し、 前記各リブの間には光吸収層が形 成された第 1の光学要素と、 前記第 1の光学要素の観察側に積層された第 2の光 学要素であって、 前記各リブの全反射面により全反射された映像光の光路を補正 して映像光を観察側に略垂直に出射させる光路補正層を有する第 2の光学要素と を備えていることが好ましい。 ここで、 前記第 2の光学要素の前記光路補正層は、 前記第 1の光学要素の前記各リブの全反射面により全反射された映像光を略垂直 に出射させるための互い違いに形成された複数の斜面を有することが好ましい。 以上により、 本願の第 1の発明に係るコントラスト向上シートにおいて、 背面 側から略垂直に入射する映像光のうち第 1の光学要素の各リブの全反射面で全反 射されて平坦面を通過した映像光は、 第 2の光学要素の光路補正層に含まれる各 斜面で屈折されて、 第 2の光学要素から略垂直に出射される。 また、 背面側から 略垂直に入射する映像光のうち第 1の光学要素の各リブの全反射面で反射される ことなく平坦面を通過した映像光は、 第 2の光学要素の光路補正層に含まれる各 斜面で全反射された後、 それに対向する斜面で屈折され、 第 2の光学要素から略 垂直に出射される。 これにより、 第 1の光学要素の光吸収層が迷光及び外光を吸 収し、 さらに、 第 2の光学要素の光路補正層により第 1の光学要素の各リブの全 反射面で全反射された映像光の光路を補正して映像光を観察側に略垂直に出射さ せ、 まだ、 第 1の光学要素の各リブの全反射面で反射されることなく平坦面を通 過した映像光も観察側に略垂直に出射させるので、 映像の不鮮明さの問題等を生 じさせることなく、 コントラストの向上及び高い指向性の実現を図ることができ る o
ここで、 本願の第 1の発明に係るコントラスト向上シートにおいて、 前記第 2 の光学要素の前記光路補正層に含まれる前記各斜面は、 背面側から略垂直に入射 する映像光のうち前記第 1の光学要素の前記各リブの全反射面で反射されること なく平坦面を通過した後に当該各斜面で全反射されるとともにそれに対向する斜 面で屈折されて出射される光と、 前記映像光のうち前記第 1の光学要素の前記各 リブの全反射面で全反射されて平坦面を通過した後に当該各斜面で屈折されて出 射される光とが略平行になるように構成されていることが好ましい。
また、 本願の第' 1の発明に係るコントラスト向上シートにおいて、 前記第 1の 光学要素の前記光吸収層は、 前記第 1の光学要素の前記リプを形成する材料より も屈折率の低い透明な材料中に光吸収性粒子を含有したものであることが好まし い。 また、 前記第 1の光学要素の前記光吸収層は、 前記第 1の光学要素の前記リ ブを形成する材料よりも屈折率の低い着色された材料からなることが好ましい。 これにより、 上記の構成からなる光吸収層が、 観察側から入射する外光ばかりで なく、 背面側から約 3 0 ° 以上の角度で入射する迷光を、 第 1の光学要素の全反 射面で全反射することなく効果的に吸収するので、 コントラストをより向上させ ることができる。
さらに、 本願の第 1の発明に係るコントラスト向上シートによれば、 前記第 2 の光学要素の前記光路補正層の前記各斜面の傾斜角 (第 2の光学要素のシート面 に直交する方向に対する角度) を Θ 前記光路補正層のうち前記各斜面を境と して前記第 1の光学要素側に位置する部分の材料の屈折率を n 2、 前記光路補正 層のうち前記各斜面を境として前記第 1の光学要素の反対側に位置する部分の材 料の屈折率を r としたとき、 n 3 n 2 = c o s ( 3 Θ 2 ) Z c o s 0 2の関係を 満たすことが好ましい。 これにより、 背面側から略垂直に入射して第 1の光学要 素の各リブの全反射面で反射されることなく平坦面を通過した映像光を、 より確 実に観察側に垂直に (すなわち入射光に対して平行に) 出射させることができる。 その結果、 高い指向性を実現することができる。
さらに、 本願の第 1の発明に係るコントラスト向上シートによれば、 前記第 1 の光学要素の前記各リブの全反射面の傾斜角 (第 1の光学要素のシート面に直交 する方向に対する角度) を 0 、 前記第 1の光学要素の前記リブを形成する材料 の屈折率を r 、 前記第 2の光学要素の前記光路補正層の前記各斜面の傾斜角 (第 2の光学要素のシート面に直交する方向に対する角度) を Θ 前記光路補 正層のうち前記各斜面を境として前記第 1の光学要素側に位置する部分の材料の 屈折率を n 2としたとき、 η 2 · s i n ( 2 6> 2 ) = m - s i n ( 2 6Ί ) の関係 を満たすことが好ましい。 これにより、 背面側から略垂直に入射して第 1の光学 要素の各リブの全反射面で全反射されて平坦面を通過した映像光を、 第 2の光学 要素の光路補正層の各斜面で屈折させ、 より確実に観察側に垂直に (すなわち入 射光に対して平行に) 出射させることができる。 その結果、 高い指向性を実現す ることができる。
なお、 本願の第 1の発明に係るコントラスト向上シートにおいて、 前記第 2の 光学要素を構成するリブは、 前記第 1の光学要素を構成するリブがー方向に配列 されている場合には、 それと平行に一方向に配列され、 平面的に配列されている 場合には、 それと平行に平面的に配列されることが好ましい。
本願の第 2の発明は、 背面側から投射された映像光を観察側に出射させて映像 を表示する背面投射型スクリーンにおいて、 背面側から投射された映像光を観察 側に向けて略垂直に偏向させるフレネルレンズシートと、 前記フレネルレンズシ ―トの観察側に配置された、 上述した本願の第 1の発明に係るコントラスト向上 シートとを備えたことを特徴とする背面投射型スクリーンを提供する。
本願の第 2の発明に係る背面投射型スクリーンによれば、 背面側から投射され た映像光を観察側に向けて略垂直に偏向させるフレネルレンズシートと、 上述し た本願の第 1の発明に係るコントラスト向上シートとを組み合わせることにより、 コントラストが高く、 且つ、 指向性にも優れた背面投射型スクリーンを提供する ことができる。
本願の第 3の発明は、 背面側から投射された映像光を観察側に出射させて映像 を表示する背面投射型スクリーンにおいて、 背面側から投射された映像光を観察 側に向けて略垂直に偏向させるフレネルレンズシートと、 前記フレネルレンズシ —トの観察側に配置され、 映像光を拡散させるレンチキュラーレンズシートと、 前記レンチキユラ一レンズシートの観察側に配置された、 上述した本願の第 1の 発明に係るコントラスト向上シートとを備えたことを特徴とする背面投射型スク リーンを提供する。
本願の第 3の発明に係る背面投射型スクリーンによれば、 上述した本願の第 2 の発明において、 レンチキユラ一レンズシートをさらに設けているので、 視野角 の広い背面投射型スクリーンを提供することができる。
なお、 本願の第 3の発明に係る背面投射型スクリーンにおいて、 前記レンチキ ユラ一レンズシートはその観察側に光吸収層を有しており、 前記コントラスト向 上シートが少なくとも前記光吸収層において前記レンチキュラーレンズシートに 接着されていることが好ましい。 これにより、 レンチキユラ一レンズシートのレ ンチキユラ一レンズをファインピヅチ化した揚合においても剛性に優れた背面投 射型スクリーンを提供することができる。
本願の第 4の発明は、 背面側から投射された映像光を観察側に出射させて映像 を表示する背面投射型スクリーンにおいて、 背面側から斜めに投射された映像光 を観察側に向けて略垂直に偏向させるフレネルレンズシートであって、 その背面 側に全反射フレネルレンズが形成されるとともに、 その観察側に上述した本願の 第 1の発明に係るコントラスト向上シートが形成されたフレネルレンズシ一トと、 前記フレネルレンズシートの観察側に配置され、 映像光を拡散させるレンチキュ ラーレンズシートとを備えたことを特徴とする背面投射型スクリーンを提供する。 本願の第 4の発明に係る背面投射型スクリーンによれば、 背面側に全反射フレ ネルレンズが形成されたフレネルレンズシートを備えた背面投射型スクリーンに おいて、 迷光やミラー反射による二重像等を大幅に低減することができる。
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の一実施の形態に係るコントラスト向上シ一トを示す部分断面 図である。
図 2は、 図 1に示すコントラスト向上シ一トにおける光の光路を説明するため の光線追跡図である。
図 3は、 本発明の一実施の形態に係るコントラスト向上シートにおける第 1の 光学要素のリブの配置形態の一例を示す図である。 図 4は、 本発明の一実施の形態に係るコントラスト向上シ一トにおける第 1の 光学要素のリブの配置形態の他の例を示す図である。
図 5は、 本発明の一実施の形態に係るコントラスト向上シートにおける第 1の 光学要素と第 2の光学要素との積層形態の一例を示す図である。
図 6は、 本発明の一実施の形態に係るコントラスト向上シ一トにおける第 1の 光学要素と第 2の光学要素との積層形態の他の例を示す図である。
図 7は、 本発明の一実施の形態に係るコントラスト向上シートにおける第 1の 光学要素と第 2の光学要素との積層形態のさらに他の例を示す図である。
図 8は、 本発明の一実施の形態に係るコントラスト向上シートを備えた背面投 射型スクリーンの一例を示す斜視図である。
図 9は、 本発明の一実施の形態に係るコントラスト向上シートを備えた背面投. 射型スクリーンの他の例を示す斜視図である。
図 1 0は、 本発明の他の実施の形態に係るコントラスト向上シートを示す部分 断面図である。
図 1 1は、 本発明の他の実施の形態に係るコントラスト向上シートを備えた背 面投写型スクリーンの一例を示す斜視図である。
図 1 2は、 本発明の他の実施の形態に係るコントラスト向上シートを備えた背 面投写型スクリーンの他の例を示す斜視図である。
図 1 3は、 実施例 1に係るコントラスト向上シートの光線追跡図である。
図 1 4は、 実施例 1に係るコントラスト向上シートの配光特性を示す図である。 図 1 5は、 本発明に係るコントラスト向上シートの光学特性を説明するための 図である。.
図 1 6は、 従来のレンチキユラ一レンズシートの光学特性を説明するための図
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発明を実施するための形態
以下、 図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
(コントラスト向上シート)
図 1に示すように、 本実施の形態に係るコントラスト向上シート 1 1は、 背面 投射型デイスプレイや液晶デイスプレイ、 プラズマディスプレイ等のディスプレ ィ表示装置に組み込まれて用いられるものであり、 第 1の光学要素 1と、 第 1の 光学要素 1の観察側に積層された第 2の光学要素 2とを備えている。
このうち、 第 1の光学要素 1は、 図 1及び図 2に示すように、 一方向に又は平 面的に配列された複数の略台形断面のリブ 3を有している。 各リブ 3は、 背面側 (映像光源側) から略垂直に入射する映像光 4を全反射させる互いに対向する一 対の全反射面 5と、 これらの対向する一対の全反射面 5を各リブ 3の第 2の光学 要素 2側の表面 (出射面) にて互いにつなく、ように形成された平坦面 6とを有し ている。 また、 各リブ 3の間の V字状の溝には、 光吸収材料からなる V字状の光 吸収層 7が形成されている。 なお、 各リブ 3の全反射面 5は、 各リブ 3の略台形 断面を構成する斜面に相当するものであり、 各リブ 3とそれに対応する光吸収層 7との間の境界面に位置している。
ここで、 第 1の光学要素 1は、 図 3に示すように、 リブ 3の稜線 1 2がー方向 に延びた状態でリブ 3がそれに垂直な方向に多数配列される態様をとることがで きる他、 図 4に示すように、 四角錐台状をなすリブ 3が縦横に多数整列される態 様をとることもできる。
一方、 第 2の光学要素 2は、 図 1及び図 2に示すように、 第 1の光学要素 1の 出射面 (すなわちリブ 3の平坦面 6及びそれに隣接する光吸収層 7の表面) 上に 配置されている。 第 2の光学要素 2は、 第 1の光学要素 1の各リブ 3の全反射面 5により全反射された映像光 4の光路を補正して映像光 4を観察側に略垂直に出 射させる光路補正層 9を有している。 ここで、 光路補正層 9は、 互いに屈折率の 異なる 2種類の透明な材料からなるリブ 1 5、 1 6で形成されており、 その境界 面が断面三角形状に配列されて斜面 8が形成されている。 各斜面 8は、 図 1に示 すように、 互い違いに形成されており、 第 1の光学要素 1の各リブ 3の全反射面 5により全反射された映像光 4を屈折させて略垂直に出射させるようになつてい る。
ここで、 第 2の光学要素 2において、 光路補正層 9の各斜面 8は、 第 1の光学 要素 1の各リブ 3の形状に対応して形成される。 具体的には例えば、 リブ 3の稜 線 1 2が水平方向に延びた状態で配列される場合には、 図 5に示すように、 リブ 1 5、 1 6も水平方向に延びた状態で配列され、 リブ 1 5、 1 6により形成され る斜面 8も、 リブ 3の稜線 12と平行になるように水平方向に延びた状態で配列 される。 また、 リブ 3の稜線 12が垂直方向に延びた状態で配列される場合には、 図 6に示すように、 リブ 15、 16も垂直方向に延びた状態で配列され、 リブ 1 5、 16により形成される斜面 8も、 リブ 3の稜線 12と平行となるように垂直 方向に延びた状態で配列される。 さらに、 四角錐台状をなすリブ 3が縦横に整列 された状態で配列される場合には、 図 7に示すように、 リブ 15、 16も四角錐 台状に形成され、 リブ 15、 16により形成される斜面 8も、 リブ 3の全反射面 5と略平行になるように配列される。
なお、 第 1の光学要素 1のリブ 3のピッチ Piと、 第 2の光学要素 2の光路補 正層 9の斜面 8のピッチ P 2とは、 P1//P2>3. 5、 より好ましくは、 Pt/P 2>3. 5で且つ PtZP 2が非整数となるような関係を満たすように、 両者のピ ッチ比を選択することが好ましい。 このような関係を満たすように両者のピッチ を調整することにより、 両者の配列周期によって生じるモアレが観察されにくく なる。
次に、 図 2により、 本実施の形態に係るコントラスト向上シート 11における 光の光路について説明する。
図 2において、 符号 Aの光は、 背面側から垂直に入射する映像光である。 ここ で、 本実施の形態に係るコントラスト向上シート 11においては、 第 2の光学要 素 2の光路補正層 9の各斜面 8の傾斜角 (第 2の光学要素 2のシート面に直交す る方向に対する角度) を 02、 光路補正層 9のうち各斜面 8を境として第 1の光 学要素 1側に位置する部分 (リブ 16) の材料の屈折率を n2、 光路補正層 9の うち各斜面 8を境として第 1の光学要素 1の反対側に位置する部分 (リブ 15 ) の材料の屈折率を n3としたとき、 次式 (1) 、 すなわち
ns/ n 2 = c o s (302 / c o s 02 … ( 1
の関係を満たすように構成されている。 なお、 この関係式から明らかなように、 第 2の光学要素 2の光路補正層 9においては、 6>2<30° で且つ n3<n2であ る。
従って、 背面側から垂直に入射する符号 Aの光は、 第 1の光学要素 1の各リブ 3の全反射面 5で反射されることなく平坦面 6を通過した後に第 2の光学要素 2 の光路補正層 9の各斜面 8で全反射された後、 それに対向する斜面で屈折され、 第 2の光学要素 2から垂直に (すなわち入射光と平行に) 出射される。
符号 Bの光も、 符号 Aの光と同様に、 背面側から垂直に入射する映像光である。 ここで、 本実施の形態に係るコントラスト向上シート 1 1においては、 第 1の光 学要素 1の各リブ 3の全反射面 5の傾斜角 (第 1の光学要素 1のシート面に直交 する方向に対する角度) を 第 1の光学要素 1のリブ 3を形成する材料の屈 折率を ηι、 第 2の光学要素 2の光路補正層 9の各斜面 8の傾斜角 (第 2の光学 要素 2のシート面に直交する方向に対する角度) を 02、 光路補正層 9のうち各 斜面 8を境として第 1の光学要素 1側に位置する部分 (リブ 1 6) の材料の屈折 率を n2としたとき、 次式 (2) 、 すなわち
η2 · s i n (2 Θ2) =ηι · s i n ( 2 θι) … (2)
の関係を満たすように構成されている。
従って、 背面側から垂直に入射する符号 Βの光は、 第 1の光学要素 1の各リブ 3.の全反射面 5で全反射されて平坦面 6を通過した後に光路補正層 9の各斜面 8 で屈折され、 第 2の光学要素 2から垂直に (すなわち入射光と平行に) 出射され る。 なおこのとき、 第 2の光学要素 2から出射される符号 Α及び符号 Βの光は互 いに平行になる。
なお、 上式 ( 1) 及び上式 (2) をともに満たすための 1つの解として、 =02及び 1^ = 112として上式 (2) を無意味化し、 上式 ( 1 ) の条件のみを満 たすように屈折率 η2と屈折率 η3との比を選択してもよい。 また、 各材料の屈折 率 ni、 ri2、 η 3と光路補正層 9の各斜面 8の傾斜角 6» 2との関係を、 上式 ( 1) 及び/又は上式 (2) から僅かにずらすことにより、 第 2の光学要素 2から出射 する符号 Αの光と符号 Βの光とを非平行とし、 本実施の形態に係るコントラスト 向上シート 1 1に弱い拡散効果を持たせるようにしてもよい。
ここで、 第 1の光学要素 1においては、 光吸収層 7を形成する材料 (透明な樹 脂) の屈折率 n4がリブ 3を形成する材料の屈折率 n 1に比べて低く、 且つ、 各 リブ 3の全反射面 5の傾斜角 6> ^ リブ 3を形成する材料の屈折率 及び光吸収 層 7を形成する材料の屈折率 n4が、 次式 (3) 、 すなわち
o s"1 (n4/ni) - s i n-1 ( 1 /2 · η … (3) の関係を満たすように構成されている。
従って、 背面側から垂直に入射する符号 A及び符号 Bの光は、 第 1の光学要素 1の各リブ 3とそれに対応する各光吸収層 7との間の境界面に位置する全反射面 5で全反射される。
一方、 背面側から約 3 0 ° の入射角度 0 3で斜めに入射する符号 Cの光は、 第 1の光学要素 1の各リブ 3とそれに対応する各光吸収層 7との間の境界面に位置 する全反射面 5では全反射されず、 光吸収層 7に進入して吸収される。 なお、 符 号 Cの光は、 正規の光路で透過する映像光と出光位置が異なる光 (迷光) であり、 主に二重像の原因となる。
なお、 光吸収層 7を形成する屈折率の低い材料 (透明な樹脂) 中には、 光吸収 性の微粒子を分散含有させたり、 光吸収効果を有する染料を含有させて着色した りすることが好ましく、 これにより、 コントラストを向上させることができる。 符号 Dの光は、 背面側から符号 Cの光よりも小さい入射角度 6> 4で斜めに入射 する映像光である。 符号 Dの光は、 符号 Bの光と同様に、 第 1の光学要素 1の各 リブ 3の全反射面 5で全反射されて平坦面 6を通過した後に光路補正層 9の各斜 面 8で屈折され、 入射角度 04の 2倍の角度 (出射角度) 0 5で第 2の光学要素 2 から出射される。 従って、 本実施の形態に係るコントラスト向上シート 1 1に 5 ° 〜 1 0 ° 程度の入射角度 6> 4で拡散光を入射させることにより、 観察側に出射 される光の出射角度 6> 5を約 2倍に拡げることができ、 指向性を持つ光の出射角 度をやや拡大することが可能となる。
符号 Eの光は、 観察側から垂直に入射する外光である。 符号 Eの光は、 第 2の 光学要素 2の光路補正層 9の各斜面 8で屈折され、 第 2の光学要素 2と第 1の光 学要素 1との間の境界面で全反射されることなく第 1の光学要素 1の各光吸収層 7に進入して吸収される。 また、 図示はされていないが、 観察側から例えば 5 0 ° 以上の角度で入射する外光については、 第 2の光学要素 2の光路補正層 9の各 斜面 8によって光路がシートの厚さ方向に曲げられるので、 第 2の光学要素 2の 光路補正層 9から第 1の光学要素 1の各光吸収層 7に入射するときに、 上述した 場合と同様に、 全反射されることなく進入し、 各光吸収層 7で吸収される。
このように、 本実施の形態に係るコントラスト向上シート 1 1においては、 上 式 ( 1 ) 〜 (3 ) の関係を満たすように構成された第 1の光学要素 1と第 2の光 学要素 2とを積層したので、 背面側である第 1の光学要素 1側から略垂直に入射 する符号 A及び符号 Bの光 (映像光) を入射位置にかかわらず観察側に略垂直に 出射させることができ、 また、 背面側である第 1の光学要素 1側から斜めに入射 する符号 Cの光 (迷光) 及び観察側である第 2の光学要素 2側から入射する符号 Eの光 (外光) を第 1の光学要素 1の各光吸収層 7で吸収することができる。 こ のため、 コントラストを向上させるとともに、 背面側から入射した映像光を損失 することなく高い指向性で観察側に透過させることができる。
なお、 本実施の形態に係るコントラスト向上シート 1 1は、 背面側に配置され る第 1の光学要素 1と観察側に配置される第 2の光学要素 2とをそれぞれ別々に 形成しておき、 両者を貼り合わせることにより製造することができる。 その際、 本実施の形態においては、 第 1の光学要素 1のリブ 3のピッチ P iと第 2の光学 要素 2の光路補正層 9の斜面 8のピッチ P 2とが異なり、 両者の間に P l P 2 > 3 . 5、 より好ましくは、 P 1/P 2 > 3 . 5で且つ P i/P sが非整数となるよう な関係を満たすように、 両者のピッチ比が選択されるので、 両者の位置合わせを 行う必要がなく、 本実施の形態に係るコントラスト向上シート 1 1を容易に製造 することができる。
なお、 第 1の光学要素 1を作製する際には、 加熱プレス法や熱重合法、 放射線 硬化法等の周知の方法を用いた成形型からの複製により複数のリプ 3を形成した 後、 各リブ 3の間の V字状の溝に光吸収材料をワイピング等の方法により充填し て光吸収層 7を形成する。
同様に、 第 2の光学要素 2を作製する際には、 出射面側に位置する部分 (リブ 1 5 ) 又は入射面側に位置する部分 (リブ 1 6 ) のいずれか一方を、 上述した第 1の光学要素 1のリブ 3を形成する方法と同様の方法により形成した後、 この形 成された一方の部分 (リブ 1 5又はリブ 1 6 ) の V字状の溝に放射線硬化型樹脂 等を充填して硬化させることにより、 他方の部分 (リブ 1 6又はリブ 1 5 ) を形 成する。 その際、 出射面側の部分 (リブ 1 5 ) を型成形により先に形成しておき、 出射面側の部分 (リブ 1 5 ) の V字状の溝に入射面側の部分 (リブ 1 6 ) 用の樹 脂を充填して、 その上から第 1の光学要素 1を積層した後、 第 2の光学要素 2の 入射面側の部分 (リブ 1 6 ) を硬化させるようにしてもよい。 これにより、 第 2 の光学要素 2を作製する過程で、 第 1の光学要素 1と第 2の光学要素 2とを接合 することができる。 なお、 これ以外にも、 第 1の光学要素 1のリブ 3や第 2の光 学要素 2の光路補正層 9を実質的に透明なフィルム又はシート上に形成した後、 両者を接着剤層を介して接着するようにしてもよい。
なお、 本実施の形態においては、 製造上の観点から、 第 1の光学要素 1のリブ 3を形成する材料及び第 2の光学要素 2の光路補正層 9のリブ 1 5、 1 6を形成 する 2種類の材料のうちの少なくとも一つは放射線硬化型樹脂からなることが好 ましい。 ここで、 放射線硬化型樹脂としては、 当該分野で一般的に用いられてい るものを挙げることができ、 例えば、 アクリル系やエポキシ系、 ウレタン系等の 紫外線硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂等が好適に用いられる。 また、 第 1の光学 要素 1のリブ 3や第 2の光学要素 2の光路補正層 9を支持する透明なフィルム又 はシー卜についても、 ポリエステルフィルムやポリカーボネートフィルム等の一 般的なものが好適に用いられる。
また、 第 1の光学要素 1の光吸収層 7は、 屈折率の低い透明な樹脂中に、 光吸 収性の微粒子を分散含有させたり、 光吸収効果を有する染料を含有させて着色し たりすることにより形成される。 ここで、 光吸収層 7の色としては、 黒色や灰色 等の無彩色が好ましいが、 これに限定されるものではなく、 映像光の特性に合わ せて特定の波長を選択的に吸収する材料を用いることができる。 なお、 光吸収性 の微粒子としては、 カーボンブラックやグラフアイ ト、 黒色酸化鉄等の金属塩の 他、 着色した有機微粒子、 着色したガラスビーズ等を用いることができる。 また、 着色用の染料としては、 ァシドレッド等のキサンテン系有機染料や、 カルボン酸 ネオジム等の有機酸ネオジム等を用いることができる。
ここで、 第 1の光学要素 1のリブ 3を形成する材料、 第 2の光学要素 2の光路 補正層 9のリブ 1 5、 1 6を形成する 2種類の材料、 及び、 第 1の光学要素 1の リブ 3や第 2の光学要素 2の光路補正層 9を支持する透明なフィルム又はシ一ト のうちの少なくとも一つには、 着色材料を混入させてもよく、 これにより、 コン トラストのさらなる向上を図ることができる。
なお、 本実施の形態に係るコントラスト向上シート 1 1においては、 第 2の光 学要素 2のさらに観察側に、 紫外線吸収作用を有する紫外線吸収層 (フィルムや シート等を含む) を積層するようにしてもよい。 また、 本実施の形態に係るコン トラスト向上シート 1 1の最も観察側の面には、 ハードコート層や反射防止層、 防眩処理層、 帯電防止層等のうちの少なくとも一つを積層するようにしてもよい。 本実施の形態に係るコントラスト向上シート 1 1は、 背面投射型ディスプレイ や、 直視型平面ディスプレイ (液晶ディスプレイや、 プラズマディスプレイ、 E Lディスプレイ等) 等のディスプレイ表示装置において、 その画像形成面である 観察側前面に配置して用いることができる。 特に、 コントラスト向上シート 1 1 を背面投射型ディスプレイに用いる場合には、 外光に対するコントラストの向上 を図ることができ、 また、 背面投射型ディスプレイ中に組み込まれたフレネルレ ンズゃ背面の鏡に基づくゴ一ストゃレインボウ等の画像障害光も有効に吸収する ので、 好適な画像を得ることができる。
(背面投射型スクリーン)
次に、 上述した本実施の形態に係るコントラスト向上シート 1 1を備えた背面 投射型スクリーンについて説明する。 なお、 背面投射型スクリーンは、 背面投射 型ディスプレイ等において好適に用いられる。
図 8は、 本実施の形態に係るコントラスト向上シート 1 1を備えた背面投射型 スクリーンの一例を示す図である。 図 8に示すように、 背面投射型スクリーン 2 1 Aは、 背面側から投射された映像光を観察側に出射させて映像を表示するもの であり、 背面側から投射された映像光を観察側に向けて略垂直に偏向させるフレ ネルレンズシ一ト 2 2と、 フレネルレンズシート 2 2の観察側に配置されたコン トラスト向上シ一ト 1 1とを備えている。 なお、 コントラスト向上シ一ト 1 1は、 上述した第 1の光学要素 1及び第 2の光学要素 2に加えて、 その観察側に紫外線 吸収層等の層 1 9を有している。
図 8に示す背面投射型スクリーン 2 1 Aにおいては、 映像光を拡散させるため の光学要素であるレンチキユラ一レンズシート等は用いられていない。 しかしな がら、 本実施の形態に係るコントラスト向上シート 1 1においては、 背面側から 入射する映像光が拡散光であれば、 その拡散角 (図 2の符号 Θ 4参照) を約 2倍 に拡大することができる。 このため、 図 8に示す背面投射型スクリーン 2 1 Αに おいて、 例えばフレネルレンズシート 2 2からの出射光に約 1 0 ° の拡散角が得 られる程度の光拡散剤を混入するようにすれば、 背面投射型スクリーン 2 1 A全 体として、 垂直方向に約 1 0 ° 、 水平方向に約 2 0 ° 程度の拡散効果を与えるこ とができる。
図 9は、 本実施の形態に係るコントラスト向上シート 1 1を備えた背面投射型 スクリーンの他の例を示す図である。 図 9に示すように、 背面投射型スクリーン 2 1 Bは、 背面側から投射された映像光を観察側に向けて略垂直に偏向させるフ レネルレンズシート 2 2と、 フレネルレンズシート 2 2の観察側に配置され、 映 像光を拡散させるレンチキュラーレンズシート 2 3と、 レンチキユラ一レンズシ —ト 2 3の観察側に配置されたコントラスト向上シ一ト 1 1とを備えた 3枚構成 のスクリーンである。 なお、 コントラスト向上シート 1 1は、 上述した第 1の光 学要素 1及び第 2の光学要素 2に加えて、 その観察側に紫外線吸収層等の層 1 9 を有している。
この場合にも、 本実施の形態に係るコントラスト向上シート 1 1においては、 背面側から入射する映像光を約 2倍の拡散角に拡げることができるので、 レンチ キユラ一レンズシ一ト 2 3に混入されるべき光拡散剤の量を減らすことができ、 従来の背面投射型スクリーンに比べてより鮮明な映像を得ることができる。 ここで、 コントラスト向上シ一ト 1 1とレンチキユラ一レンズシ一卜 2 3とは 接着剤層を介して接着するとよい。 特に、 レンチキユラ一レンズシート 2 3が高 精細で薄板のものである場合には、 コントラスト向上シート 1 1とレンチキユラ —レンズシ一ト 2 3とを、 レンチキユラ一レンズシ一ト 2 3の観察側に形成され た光吸収層 (ブラヅクストライプ) 2 3 bの部分において接着することが好まし い。 これにより、 シートとしての剛性を向上させることができる。 なお、 背面投 射型ディスプレイの映像源が L C Dや D L P等の単管型光源であり、 背面投射型 スクリーン 2 1 Bに組み込まれるレンチキユラ一レンズシートの出射面が平坦で ある場合には、 レンチキユラ一レンズシートの観察側の全面でコントラスト向上 シート 1 1に接着するようにしてもよい。
また、 図 9に示すように、 レンチキユラ一レンズシート 2 3は、 その背面側に 垂直方向に延びる複数のレンチキユラ一レンズ 2 3 aが形成されており、 背面投 射型スクリーン 2 1 Bにおいて、 レンチキユラ一レンズシート 2 3のレンチキュ ラ一レンズ 2 3 aの稜線とコントラスト向上シ一ト 1 1のリブ 3とが互いに直交 するように配置されている。
なお、 図 8に示す背面投射型スクリーン 2 1 A及び図 9に示す背面投射型スク リーン 2 1 Bにおいては、 本実施の形態に係るコントラスト向上シート 1 1をフ レネルレンズシート 2 2とは別に設けているが、 'これに限らず、 図 1 0に示す全 反射フレネルレンズシート 3 1のように、 本実施の形態に係るコントラスト向上 シ一トの機能をフレネルレンズシ一トの一部として組み込むようにしてもよい。 図 1 0に示すように、 全反射フレネルレンズシート 3 1は、 背面側から斜めに 投射された映像光を観察側に向けて略垂直に偏向させるものであり、 その背面側 に全反射フレネルレンズ 3 2が形成され、 その観察側に、 コントラスト向上シ一 トを構成する第 1の光学要素 1及び第 2の光学要素 2がー体的に形成されている この場合、 全反射フレネルレンズシート 3 1において、 背面側に形成された全 反射フレネルレンズ 3 2の入射面 3 3から入射して全反射面 3 4で全反射される 符号 Fの光 (映像光) は、 観察側に形成された第 1の光学要素 1に略垂直に入射 するので、 第 1の光学要素 1及び第 2の光学要素 2を通過して全反射フレネルレ ンズシート 3 1から出射するときにも略垂直に出射される。 これに対し、 背面側 に形成された全反射フレネルレンズ 3 2の入射面 3 3から入射して全反射面 3 4 で全反射されないで迷光になる符号 Gの光は、 観察側に形成された第 1の光学要 素 1に斜めに入射するので、 光吸収層 7で吸収されて観察側へ出射されることは ない。
なお、 このような全反射フレネルレンズシート 3 1は、 図 1 1に示すような背 面投射型スクリーン 2 1 Cにおいて用いられる。 図 1 1に示すように、 背面投射 型スクリーン 2 1 Cは、 全反射フレネルレンズシート 3 1と、 全反射フレネルレ ンズシ一ト 3 1の観察側に配置されたレンチキユラ一レンズシ一ト 2 4とを備え ている。 また、 全反射フレネルレンズシート 3 1は、 図 1 2に示すような背面投 射型スクリーン 2 1 Dにおいても用いられる。 図 1 2に示すように、 背面投射型 スクリーン 2 1 Dは、 全反射フレネルレンズシート 3 1と、 全反射フレネルレン ズシート 3 1の観察側に配置された全反射レンチキュラーレンズシート 2 5とを 備えている。
実 施 例
次に、 上述した実施の形態の具体的実施例について述べる。
(実施例 1)
厚さ 50 zmの PETフィルム (屈折率 1. 6) の一方の面に、 硬化後の屈折 率 n 1が 1. 55である紫外線硬化型樹脂により断面が台形形状のリブを形成し た。 リブのピッチ Piは 0. 3mm、 リブの高さは 0. 6 mm、 先端部である平 坦面の幅は 0. 169mm、 斜面である全反射面の傾斜角 S は 8 ° とした。 そ の後、 台形形状のリブの間の V字状の溝に、 屈折率 n4が 1. 49であるァクリ ル系塗料中に平均粒子径 6 mの黒色ビーズを分散させた光吸収材料を充填して 光吸収層を形成することにより、 第 1の光学要素を作製した。
一方、 厚さ 1. 5 mmのアクリルスチレン共重合樹脂フィルム (屈折率 1. 5 3) の一方の面に、 アクリルを改質して屈折率 n3を 1. 48とした樹脂により 断面が三角形状のリブを作成した。 このリブのピッチ P 2は、 第 1の光学要素の リブとの間に生じるモアレが目立たないように、 40 111 (ピッチの比: Ply/ P2=7. 5) とし、 リブの高さは 135〃m、 傾斜角 Θ2は第 1の光学要素のリ ブ 3と同様に 8° とした。 その後、 リブの間の V字状の溝に、 硬化後の屈折率 n 2が 1. 6であるスチレン系の EB硬化樹脂を充填して硬化させることにより、 第 2の光学要素を作製した。
次に、 以上のようにして作製された第 1の光学要素と第 2の光学要素とを、 そ れそれのリブが向き合うような状態で積層して接着し、 これにより、 実施例 1に 係るコントラスト向上シートを得た。
(評価結果)
実施例 1に係るコントラスト向上シートを次のように評価した。
まず、 フレネルレンズシート、 レンチキユラ一レンズシート、 薄く着色した透 明樹脂シート (着色シート) の 3枚構成からなる従来の背面投射型スクリーンを 備えた市販の背面投射型テレビジョン (日立社製) を用意した。 この従来の背面 投射型スクリーンの着色シートに代えて、 実施例 1に係るコントラスト向上シ一 トを配置し、 背面投射型スクリーンを構成した。 そして、 両者の背面投射型スク リーンを用いた場合のテレビ映像を対比観察した。 なお、 この場合、 コントラス ト向上シートにおける第 1の光学要素と第 2の光学要素との積層形態、 及びコン トラ ト向上シートを背面投射型スクリーンに組み込んだ場合の配置形態は、 図 9に示すようなものとなった。
その結果、 実施例 1に係るコントラスト向上シートを装着した背面投射型スク リーンでは、 着色シートを装着した従来の背面投射型スクリーンに比べて、 映像 のコントラストが向上し、 明室の環境下においても、 より鮮明な映像を表示して いた。 また、 着色シートを装着した従来の背面投射型スクリーンでは、 フレネル レンズに起因したレインボウが薄く観察されたが、 実施例 1に係るコントラスト 向上シートを装着した背面投射型スクリーンでは、 全く観察されなかった。
なお、 図 1 3は、 実施例 1に係るコントラスト向上シートの光線追跡図であり、 図 1 4は、 実施例 1に係るコントラスト向上シートの配光特性である。 図 1 3及 び図 1 4に示す結果から明らかなように、 実施例 1に係るコントラスト向上シ一 トは優れた指向性を持っていることが分かった。 なお、 図 1 4に示すゲインは、 背面投射型スクリーンの後方から平行光線を入射した場合に前方に出てくる光の 輝度の角度分布を測定し、 背面投射型スクリーンにおける照度と各々の輝度とか ら 「ゲイン G =輝度/照度の関係式」 により求めた値である。
(実施例 2 )
第 2の光学要素のうち背面側 (第 1の光学要素側) に位置する部分の樹脂を第 1の光学要素のリブと同一の樹脂 (屈折率 1 . 5 5 ) とし、 観察側 (第 1の光学 要素の反対側) の樹脂を屈折率 1 . 4 3のシリコーン樹脂とした以外は、 実施例 1と同様の材料及び手法により、 実施例 2に係るコントラスト向上シートを作製 した。
(評価結果)
実施例 2に係るコントラスト向上シートを次のように評価した。
まず、 投射距離が 3 0 0 mm、 打ち上げ角が 6 5 ° 、 画面サイズが 6 0インチ の背面投射型テレビジョン (評価用テレビセット) を用意した。 この背面投射型 テレビジョンには、 全反射フレネルレンズシートとレンチキュラーレンズシート とからなる従来の背面投射型スクリーンが用いられていた。 この従来の背面投射 型スクリーンの全反射フレネルレンズシートの代わりに、 同一の光学特性を持つ 全反射フレネルレンズシートの観察側の面に実施例 2に係るコントラスト向上シ ートを接着した全反射フレネルレンズシートを配置し、 背面投射型スクリーンを 構成した。 そして、 両者の背面投射型スクリーンを用いた場合のテレビ映像を対 比観察した。 なお、 この場合、 コントラスト向上シートにおける第 1の光学要素 と第 2の光学要素との積層形態、 及びコントラスト向上シートを背面投射型スク リーンに組み込んだ場合の配置形態は、 図 1 1に示すようなものとなった。
その結果、 実施例 2に係るコントラスト向上シートを接着した全反射フレネル レンズシ一トを備えた背面投射型スクリーンでは、 従来の背面投射型スクリーン に比べて、 映像のコントラストが向上し、 明室の環境下においても、 より鮮明な 映像を表示していた。 また、 従来の背面投射型スクリーンでは、 全反射フレネル レンズに起因した二重像及びミラ一反射による二重像が観察されたが、 実施例 2 に係るコントラスト向上シートを接着した全反射フレネルレンズシートを備えた 背面投射型スクリーンでは、 それらが全く確認されなかった。
(実施例 3 )
第 1の光学要素のリブのピッチ を 0 . 0 6 3 mm、 その高さを 0 . 1 2 6 mmとし、 第 2の光学要素のピヅチ P 2を 1 8〃m (ピッチの比: P 1/ P 2 = 3 . 5 ) 、 その高さを 6 0 z mとした以外は、 実施例 2と同様にして、 実施例 3に係 るコントラスト向上シートを得た。
(評価結果)
実施例 3に係るコントラスト向上シートを次のように評価した。
まず、 1 5インチ型のパーソナルコンピュータ (P C ) 用液晶モニターを用意 した。 この液晶モニタ一に、 実施例 3に係るコントラスト向上シートを装着し、 液晶モニタ一の画面を観察した。 なお、 この場合、 コントラスト向上シートにお ける第 1の光学要素と第 2の光学要素との積層形態、 及びコントラスト向上シー トを液晶モニタ一に組み込んだ場合の配置形態は、 図 6に示すようなものとなつ た。
その結果、 明室の環境下においても映り込みがなく、 画面の正面からはコント ラストが高く明瞭に観察されたが、 水平方向 2 5 ° 以上の斜めからでほ、 全く画 像が観察されず、 靦き込み防止シートとして十分な機能を有することが確認され た。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . ディスプレイ表示装置に組み込まれて用いられるコントラスト向上シ一 トにおいて、
背面側から略垂直に入射する映像光を入射位置にかかわらず観察側に略垂直に 出射させるとともに、 背面側から斜めに入射する迷光及び観察側から入射する外 光を吸収する光学要素を備えたことを特徴とするコントラスト向上シート。
2 . 前記光学要素は、 一方向に又は平面的に配列された複数のリブを有する 第 1の光学要素であって、 前記各リブが、 背面側から略垂直に入射する映像光を 全反射させる互いに対向する一対の全反射面と、 これらの対向する一対の全反射 面を出射面側にて互いにつなぐように形成された平坦面とを有し、 前記各リブの 間には光吸収層が形成された第 1の光学要素と、
前記第 1の光学要素の観察側に積層された第 2の光学要素であって、 前記各リ ブの全反射面により全反射された映像光の光路を補正して映像光を観察側に略垂 直に出射させる光路補正層を有する第 2の光学要素とを備えたことを特徴とする、 請求項 1に記載のコントラスト向上シート。
3 . 前記第 2の光学要素の前記光路補正層は、 前記第 1の光学要素の前記各 リブの全反射面により全反射された映像光を略垂直に出射させるための互い違い に形成された複数の斜面を有することを特徴とする、 請求項 2に記載のコントラ スト向上シート。
4 . 前記第 2の光学要素の前記光路補正層に含まれる前記各斜面は、 背面側 から略垂直に入射する映像光のうち前記第 1の光学要素の前記各リブの全反射面 で反射されることなく平坦面を通過した後に当該各斜面で全反射及び屈折されて 出射される光と、 前記映像光のうち前記第 1の光学要素の前記各リブの全反射面 で全反射されて平坦面を通過した後に当該各斜面で屈折されて出射される光とが 略平行になるように構成されていることを特徴とする、 請求項 3に記載のコント ラスト向上シート。
5. 前記第 1の光学要素の前記光吸収層は、 前記第 1の光学要素の前記リブ を形成する材料よりも屈折率の低い透明な材料中に光吸収性粒子を含有したもの であることを特徴とする、 請求項 2乃至 4のいずれか一項に記載のコントラスト 向上シート。
6. 前記第 1の光学要素の前記光吸収層は、 前記第 1の光学要素の前記リブ を形成する材料よりも屈折率の低い着色された材料からなることを特徴とする請 求項 2乃至 4のいずれか一項に記載のコントラスト向上シート。
7. 前記第 2の光学要素の前記光路補正層の前記各斜面の傾斜角 (第 2の光 学要素のシート面に直交する方向に対する角度) を θ2、 前記光路補正層のうち 前記各斜面を境として前記第 1の光学要素側に位置する部分の材料の屈折率を η 2、 前記光路補正層のうち前記各斜面を境として前記第 1の光学要素の反対側に 位置する部分の材料の屈折率を η3としたとき、 n3/n2=c o s (36>2) /c o s 6>2の関係を満たすことを特徴とする、 請求項 2乃至 6のいずれか一項に記 載のコントラスト向上シート。
8. 前記第 1の光学要素の前記各リブの全反射面の傾斜角 (第 1の光学要素 のシート面に直交する方向に対する角度) を Θ 前記第 1の光学要素の前記リ ブを形成する材料の屈折率を 1^、 前記第 2の光学要素の前記光路補正層の前記 各斜面の傾斜角 (第 2の光学要素のシート面に直交する方向に対する角度) を Θ 2、 前記光路補正層のうち前記各斜面を境として前記第 1の光学要素側に位置す る部分の材料の屈折率を n2としたとき、 η2 · s i n ( 2 Θ 2) =m - s i n (2 θι) の関係を満たすことを特徴とする、 請求項 2乃至 7のいずれか一項に 記載のコントラスト向上シート。
9 . 背面側から投射された映像光を観察側に出射させて映像を表示する背面 投射型スクリーンにおいて、
背面側から投射された映像光を観察側に向けて略垂直に偏向させるフレネルレ ンズシ一トと、
前記フレネルレンズシートの観察側に配置された、 請求項 1乃至 8のいずれか 一項に記載のコントラスト向上シートとを備えたことを特徴とする背面投射型ス クリーン。
1 0 . 背面側から投射された映像光を観察側に出射させて映像を表示する背 面投射型スクリ一ンにおいて、
背面側から投射された映像光を観察側に向けて略垂直に偏向させるフレネルレ ンズシ一トと、
前記フレネルレンズシートの観察側に配置され、 映像光を拡散させるレンチキ ユラ一レンズシートと、 ,
前記レンチキユラ一レンズシートの観察側に配置された、 請求項 1乃至 8のい ずれか一項に記載のコントラスト向上シートとを備えたことを特徴とする背面投 射型スクリーン。
1 1 . 前記レンチキユラ一レンズシートはその観察側に光吸収層を有してお り、 前記コントラスト向上シートが少なくとも前記光吸収層において前記レンチ キユラ一レンズシートに接着されていることを特徴とする、 請求項 1 0に記載の 背面投射型スクリーン。
1 2 . 背面側から投射された映像光を観察側に出射させて映像を表示する背 面投射型スクリーンにおいて、
背面側から斜めに投射された映像光を観察側に向けて略垂直に偏向させるフレ ネルレンズシ一トであって、 その背面側に全反射フレネルレンズが形成されると ともに、 その観察側に請求項 1乃至 8のいずれか一項に記載のコントラスト向上 シートが形成されたフレネルレンズシートと、 前記フレネルレンズシートの観察側に配置され、 映像光を拡散させるレンチキ ユラ一レンズシートとを備えたことを特徴とする背面投射型スクリーン。
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