專利名稱：菲涅耳透鏡板以及使用該菲涅耳透鏡板的背投式屏幕的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及背投式電視等中使用的菲涅耳透鏡板以及背投式屏幕。
背景技術(shù)：
在圖1中示出以往一般在背投式電視中使用的透射型屏幕的剖面的概要結(jié)構(gòu)圖。在圖1中，1是雙凸透鏡板，2是菲涅耳透鏡板。通常，菲涅耳透鏡板2以及雙凸透鏡板1接近而構(gòu)成透射型屏幕。一般地，菲涅耳透鏡板2由在光射出面設(shè)置有菲涅耳透鏡的薄板構(gòu)成，該菲涅耳透鏡由等間隔且同心圓狀的細(xì)微間距的透鏡構(gòu)成。(參照日本專利特開昭59-69748號公報)如圖1所示，雙凸透鏡板1在光入射面一側(cè)等間隔地分別配置反拱形(hog-backed)的透鏡。從菲涅耳透鏡板2射出的平行光或者會聚光利用雙凸透鏡板1而在水平方向很大程度上被擴散，由此，可在水平方向的較寬的視野范圍內(nèi)觀察到影像。
如圖1所示，在這樣的雙凸透鏡板1中，在設(shè)置于光入射面一側(cè)的各個透鏡的聚光部以外的部位設(shè)置由炭黑墨水等光吸收材料層構(gòu)成的遮光圖形，由此，可謀求提高在明亮的房間中的對比度。
為了在菲涅耳透鏡板中，不僅在水平方向，在垂直方向也擴大可觀察影像的范圍，以抑制雜光等為目的，在內(nèi)部混入擴散材料，或在入射面設(shè)置日本專利特開昭60-263932號公報中公開的垂直雙凸透鏡或日本專利特開平11-271884號公報中公開的棱鏡形狀。此外，在日本專利特開平8-313865號公報中公開了如下方法為了抑制影像光的斑點(細(xì)微的亮度不均、閃爍)，將菲涅耳透鏡板的濁度(haze)提高(使擴散性變大)。并且，在日本專利特開2000-275738號公報中公開了如下方法將菲涅耳透鏡板的擴散特性定為特定的范圍。
在針對以往的菲涅耳透鏡板的擴散性付與中，1)雖然也考慮在菲涅耳透鏡板的入射面形成等間距的垂直擴散雙凸透鏡、棱鏡列而得到擴散特性，但是，存在產(chǎn)生與菲涅耳透鏡、雙凸透鏡的波紋的問題。
此外，在使用一般的擴散材料付與擴散性的情況下，2)擴散材料自身成為斑點(speckle)的產(chǎn)生原因。
3)因為擴散特性變?yōu)橥衔?tailing)型(在中角度區(qū)域比較小、在高角度區(qū)域比較大的特性)，所以，雙凸透鏡的遮光圖形部遮住通過了菲涅耳透鏡板的透射光中的拖尾成分(高角度區(qū)域的散射光)，產(chǎn)生光量損失。
4)雖然通過如圖2所示的光線路徑而產(chǎn)生了雙圖像等的重影，但是，在現(xiàn)有的擴散材料中，不能充分減少這些重影。
5)因為擴散劑價格高，所以，在成本方面不利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決這樣的課題而進行的，其目的在于提供一種菲涅耳透鏡板，其因光量損失少而明亮，可抑制斑點，不產(chǎn)生波紋，可抑制重影并且價格低。
上述目的由如下的菲涅耳透鏡板完成，即，一種背投式屏幕中使用的菲涅耳透鏡板，其特征在于其擴散特性在下述式(1)以及式(2)的范圍內(nèi)，γ/α≤2.8 (1)ζ/α≤6 (2)其中，α為視野半值角(half value angle)(成為面對正面的亮度的1/2亮度的角度)，γ為視野1/10值角(成為面對正面的亮度的1/10亮度的角度)，ζ為視野1/100值角(成為面對正面的亮度的1/100亮度的角度)。
此外，也可由如下的菲涅耳透鏡板完成，即，一種背投式屏幕中使用的菲涅耳透鏡板，其特征在于其擴散特性在下述式(3)、式(4)以及式(5)的范圍內(nèi)，2.0°≤α≤5.5° (3)其中，α為視野半值角
γ≤12° (4)其中，γ為視野1/10值角ζ≤18° (5)其中，ζ為視野1/100值角。
并且，可以是上述的菲涅耳透鏡板的特征在于在入射面表面具有細(xì)微凹凸，該凹凸在下述式(6)的范圍內(nèi)，0.5μm≤Ra≤2.0μm (6)其中，Ra是由JIS B 0601規(guī)定的中心線平均粗糙度。
此外，解決上述課題的本發(fā)明是至少由雙凸透鏡和上述的菲涅耳透鏡板構(gòu)成的背投式屏幕。


圖1是背投式電視機中一般使用的透射型屏幕的概要剖面圖。
圖2是說明菲涅耳透鏡板中的重影產(chǎn)生光路的概要剖面圖。
圖3是表示至大視角區(qū)域的射出光量較大的圖。
圖4是表示以本發(fā)明的實施例以及比較例的正面亮度標(biāo)準(zhǔn)化后的視角亮度特性的圖。
圖5是表示以本發(fā)明的實施例以及比較例的全射出光量標(biāo)準(zhǔn)化后的視角光量特性的圖。
具體實施例方式
如果是滿足下述的式(1)以及式(2)或者式(3)、式(4)以及式(5)的擴散特性的本發(fā)明的菲涅耳透鏡板，則因為伴隨著充分的濁度，所以可發(fā)揮降低波紋的效果。此外，可并存如下特征通過滿足所述擴散特性，從而達到足夠?qū)挼拇怪币暯?，同時因為通過了菲涅耳透鏡板的透射光中的由雙凸透鏡的遮光圖形吸收的拖尾部分減少，所以，光量損失少。
γ/α≤2.8 (1)ζ/α≤6(2)其中，α為視野半值角，γ為視野1/10值角，ζ為視野1/100值角2.0°≤α≤5.5°(3)其中，α為視野半值角γ≤12°(4)其中，γ為視野1/10值角ζ≤18°(5)其中，ζ為視野1/100值角。
以往，如前所述，以減少斑點為目的對菲涅耳透鏡板付與擴散性，而且此時當(dāng)使菲涅耳透鏡板的擴散特性增大時，由配置在射出一側(cè)的雙凸透鏡板的遮光圖形部所遮擋的光的量變多，故產(chǎn)生光量損失。本發(fā)明的發(fā)明人潛心研究的結(jié)果是通過使用具有上述擴散特性的菲涅耳透鏡板，從而會得到減少斑點、避免光量損失兼?zhèn)涞钠聊?。通過特別關(guān)注視野1/100值角(ζ)，由此，可達到該成果。在與正面相比亮度為1/100的視角區(qū)域，按照圖3a所示，正如字面那樣，亮度只是正面的1/100，所以該區(qū)域的擴散特性以前未被重視起來。但是，按照圖3b所示，在那樣的角度區(qū)域中，在一定的角度范圍射出到以正面方向為軸的周圍整體上的光的總量，遠(yuǎn)比從作為只某一方向的光量的亮度來考慮的多。這是因為，由于在某角度θ的方向射出的光的總量是將單位球面上的周長乘以角度值θ的亮度值，所以成為sinθ的函數(shù)。通常，當(dāng)增大擴散性時，不只伴隨視野1/2值角的增加，還伴隨如上所述的視野1/100值角的增大，在這樣的大角度中，即使只稍微增加亮度，對那樣的角度區(qū)域整體的光量增加也會變大。在本發(fā)明的菲涅耳透鏡板中，視野1/10值角以及視野1/100值角對視野1/2值角之比為上述的一定值以下、或者使視野1/2值角為上述的一定范圍，使視野1/10值角以及視野1/100值角的值為上述的一定值以下，由此，可確保擴散性并且可抑制周邊部的光量增加，其結(jié)果是，在組合了本發(fā)明的菲涅耳透鏡板和雙凸透鏡板的背投式屏幕中，可起到抑制光量損失和減少斑點兼?zhèn)涞谋景l(fā)明的作用效果。
當(dāng)視野1/100值角ζ對視野半值角α之比ζ/α大于6時，相對于向正面附近的光線來說，向周邊部方向的光線的比例變大，光量損失對射出光量的比例增大。在視野1/10值角δ對視野半值角α之比δ/α大于2.8的情況下也相同。優(yōu)選ζ/α為4以下，優(yōu)選δ/α為2.2以下。
當(dāng)視野半值角α為2.0°以下時，則擴散特性不足，垂直視角變窄，并且不能充分抑制波紋、重影等。當(dāng)為5.5°以上時，則視角特性變得過寬，不能得到需要的增益。視野半值角α的優(yōu)選范圍為4°以上、5°以下。
當(dāng)視野1/100值角ζ為18°以上、或者視野1/10值角γ為12°以上時，因為由雙凸透鏡板的遮光圖形部分吸收的光線的拖尾成分變多，所以，不能得到需要的增益。視野1/100值角ζ優(yōu)選為12°以上。當(dāng)為12°以下時，則在某范圍以上的垂直視角中畫面的亮度急劇變暗，存在所謂的熱帶(hotband)現(xiàn)象成為問題的情況。以同樣的理由，優(yōu)選視野1/10值角γ為7°以上。視野1/100值角ζ的優(yōu)選范圍為12°以上、15°以下。
并且，主要的擴散性是通過滿足下述條件的菲涅耳透鏡板的入射面表面的細(xì)微凹凸得到的，由此，可大幅抑制使用擴散材料引起的斑點的產(chǎn)生。
0.5μm≤Ra≤2.0μm(6)其中，Ra是由JIS B 0601規(guī)定的中心線平均粗糙度。
根據(jù)細(xì)微凹凸，進而，因為在圖2所示的菲涅耳面3反射后的雜光難以在菲涅耳透鏡板的入射面4發(fā)生全反射，所以，可顯著抑制雙圖像。此外，因為可大幅降低高價的擴散劑的使用量，所以，能夠以低成本進行制造。
當(dāng)利用表面凹凸付與主要的擴散效果時，作為可滿足上述擴散特性的理由，進行如下估測。
當(dāng)光線入射到含有擴散劑的擴散板時，由于包含在內(nèi)部的擴散劑，光線發(fā)生折射。折射后的光線到達射出面之前，進一步由擴散劑進行折射。在該過程中，由擴散劑多次擴散，因為從概率上講多少會存在一些受到過度擴散的光線成分，所以，抑制擴散為需要以上的視角的拖尾部分是較難的。另一方面，當(dāng)光線入射到由入射面凹凸進行擴散的板上時，只通過在入射面受到一次折射作用就決定了擴散特性，所以，可抑制被擴散的視角的拖尾部分。此外，按照本發(fā)明，在圖2中，在菲涅耳面3反射后的重影光到達入射面4時，因為表面為凹凸面，所以產(chǎn)生成為比臨界角小的入射角的成分，因此只有一部分重影光到達射出面一側(cè)，根據(jù)上述等理由，可抑制重影光。特別是雙圖像的抑制效果顯著。
表面凹凸對擴散效果貢獻的比例在由JIS-K7105規(guī)定的濁度測定法中，將具有本發(fā)明的擴散特性的菲涅耳透鏡板的濁度測定值設(shè)為H、將除不包含擴散劑以外均與本發(fā)明相同的菲涅耳透鏡板的濁度測定值設(shè)為H1時，優(yōu)選滿足H1/H＞0.5。當(dāng)為該范圍以外時，則擴散劑對擴散效果貢獻的比例變大，存在不能充分發(fā)揮本發(fā)明的效果的情況。更優(yōu)選H1/H＞0.8，進一步優(yōu)選H1/H＞0.9。
在本發(fā)明中，當(dāng)表面粗糙度Ra為0.5μm以下時，存在不能付與充分的擴散特性的情況。當(dāng)為2.0μm以上時，存在不能充分減輕斑點的情況。優(yōu)選的范圍為0.6μm以上、1.5μm以下。
所述表面凹凸優(yōu)選是隨機的。當(dāng)表面凹凸具有規(guī)則性時，存在與菲涅耳透鏡列和/或雙凸透鏡列產(chǎn)生波紋的情況。
作為在本發(fā)明的菲涅耳透鏡板上形成所述表面粗糙度的方法，例如，有如下方法在基體材料中混入折射大致相等的光擴散劑，推壓成形，形成至少單面具有凹凸表面的襯底后，將凹凸面作為入射面，在相反面形成菲涅耳透鏡；對菲涅耳透鏡板的入射面進行噴砂；對入射面表面以溶劑、堿、酸等的藥品溶解菲涅耳面和/或菲涅耳透鏡的入射面、形成凹凸面的所謂的刻蝕法等。在使用刻蝕法時，例如有如下方法使在入射面附近含有與基體材料溶解速度不同的粒子之后，以藥品進行溶解處理；以溶解速度不同的多個基體材料形成入射面，以藥品進行溶解處理等等。并且，可使用利用上述等方法將菲涅耳面和/或菲涅耳透鏡板的入射面的成形模作成凹凸面并通過該凹凸面成形模形成菲涅耳透鏡板的方法等。
將如上所述的本發(fā)明的菲涅耳透鏡板與雙凸透鏡板進行組合，由此，可得到本發(fā)明的背投式屏幕。作為在本發(fā)明的背投式屏幕中使用的雙凸透鏡板，使用如下的雙凸透鏡板在入射面上橫向并排設(shè)置以往公知的縱長柱面透鏡，在射出面一側(cè)的投射光不通過的部分設(shè)置光吸收材料層構(gòu)成的遮光圖形。此外，可以使用以格子狀并排設(shè)置有細(xì)微的獨立透鏡的微透鏡陣列來代替如上所述的柱面透鏡。此外，可以使用如下的雙凸透鏡板該雙凸透鏡板組合了橫向并排設(shè)置有柱面透鏡的雙凸透鏡和縱向并排設(shè)置有柱面透鏡的雙凸透鏡。
下面，對本發(fā)明的實施例進行說明。
<實施例1>
使用由噴砂處理使無斑表面成為無光面的成形模和鏡面的成形模，制造單面是無光澤的、相反面是鏡面的聚甲基丙烯酸苯乙烯共聚(MS)樹脂制板，在該鏡面一側(cè)由紫外線固化樹脂形成菲涅耳透鏡，制作菲涅耳透鏡板。MS樹脂制板的折射率是1.54，內(nèi)部不包含擴散劑。厚度為2mm，無光面的表面粗糙度Ra＝0.9μm，濁度值為70％。該堿性樹脂制板的視角特性在表1中示出。在投影機一側(cè)配置該菲涅耳透鏡板，在觀看者一側(cè)配置0.1mm間距、遮光圖形比率65％的雙凸透鏡板，構(gòu)成透射型屏幕，安裝在LCD投影電視機上，目視評價正面的增益測定以及斑點。組合其結(jié)果，在表1中示出。使用了本發(fā)明的菲涅耳透鏡板的透射型屏幕增益高，并且斑點小。
<實施例2>
除了樹脂制板中包含0.2％的MS制擴散劑(平均粒徑為8μm，折射率為1.54)、將無光面的表面粗糙度設(shè)為Ra＝0.7μm以外均與實施例1相同，制作成菲涅耳透鏡板。該板的濁度值為65％。該丙烯酸樹脂制板的視角特性在表1中示出。使該菲涅耳透鏡板與實施例1相同，安裝在LCD投影電視機上，目視評價正面的增益測定以及斑點。組合其結(jié)果，在表1中示出。使用了本發(fā)明的菲涅耳透鏡板的透射型屏幕增益高，并且斑點小。
<實施例3>
除了樹脂制板中包含0.7％的MS制擴散劑(平均粒徑為10μm，折射率為1.56)以及使用兩面為鏡面的成形模以外均與實施例1相同，制作成菲涅耳透鏡板。該板的濁度值為60％。該丙烯酸樹脂制板的視角特性在表1中示出。使該菲涅耳透鏡板與實施例1相同，安裝在LCD投影電視機上，目視評價正面的增益測定以及斑點。組合其結(jié)果，在表1中示出。使用了本發(fā)明的菲涅耳透鏡板的透射型屏幕增益高，并且斑點小。
<比較例1>
使用2塊鏡面的成形模，混入由玻璃制粒子構(gòu)成的擴散劑(平均粒徑為8μm，折射率為1.56)，調(diào)整濃度以使?jié)岫戎禐?0％，進行樹脂制板的制造，除此以外，與實施例1相同，制作成厚度2mm的兩面為鏡面的MS樹脂制板。除了使用比較例1的該樹脂制板以外均與實施例相同，制作透射型屏幕，安裝在電視機上，目視評價正面的增益測定以及斑點。組合其結(jié)果，在表1中示出。使用了比較例1的菲涅耳透鏡板的透射型屏幕與實施例1相同，增益高，但是，斑點顯著，損害影像的質(zhì)量。
<比較例2>
除了調(diào)整擴散劑濃度使?jié)岫戎禐?0％以外均與比較例1相同，制作透射型屏幕，安裝在電視機上，目視評價正面的增益測定以及斑點。組合其結(jié)果，在表1中示出。使用了比較例2的菲涅耳透鏡板的透射型屏幕的斑點比較小，但是，增益低，影像較暗。
上述各實施例以及比較例的結(jié)果在表1中示出，此外，在圖4a中示出各例的視角特性圖。圖4b是對圖4a的θ較大區(qū)域進行放大后的圖。并且，圖5a是關(guān)于各例對角度θ示出以全射出光量對以某特定角度θ射出的光的總量進行標(biāo)準(zhǔn)化后的結(jié)果的圖。圖5b是對圖5a的θ較大的區(qū)域進行放大后的圖。可知在較大的視角區(qū)域(θ較大)比較例的菲涅耳透鏡板比實施例的菲涅耳透鏡板射出的光量大。
表1本發(fā)明的實施例以及比較例的結(jié)果一覽

(注)斑點(閃爍)評價基準(zhǔn)◎幾乎沒有發(fā)現(xiàn)閃爍。
○存在閃爍，但沒問題。
×閃爍強，不適于收看。
按照本發(fā)明的菲涅耳透鏡板，可提供明亮、抑制了斑點的透射型屏幕。
權(quán)利要求
1.一種背投式屏幕中使用的菲涅耳透鏡板，其特征在于其擴散特性在下述式(1)以及式(2)的范圍內(nèi)，γ/α≤2.8 (1)ζ/α≤6(2)其中，α為視野半值角，γ為視野1/10值角，ζ為視野1/100值角。
2.一種背投式屏幕中使用的菲涅耳透鏡板，其特征在于其擴散特性在下述式(3)、式(4)以及式(5)的范圍內(nèi)，2.0°≤α≤5.5°(3)其中，α為視野半值角γ≤12°(4)其中，γ為視野1/10值角ζ≤18°(5)其中，ζ為視野1/100值角。
3.如權(quán)利要求1或2記載的菲涅耳透鏡板，其特征在于在菲涅耳透鏡板的入射面表面具有細(xì)微凹凸，該凹凸在下述式(6)的范圍內(nèi)，0.5μm≤Ra≤2.0μm(6)其中，Ra是由JIS B 0601規(guī)定的中心線平均粗糙度。
4.一種至少具有菲涅耳透鏡板和雙凸透鏡板的背投式屏幕，其特征在于該菲涅耳透鏡板是權(quán)利要求1～3任意1項中記載的菲涅耳透鏡板。
全文摘要
本發(fā)明目的在于提供一種用于透射型屏幕的菲涅耳透鏡板，其由于光量損失少而明亮，可抑制斑點，不產(chǎn)生波紋，可抑制重影并且價格低，由滿足下述的式(1)以及式(2)或者式(3)、式(4)以及式(5)的擴散特性的菲涅耳透鏡板來實現(xiàn)。γ/α≤2.8(1)ζ/α≤6(2)其中，α為視野半值角，γ為視野1/10值角，ζ為視野1/100值角；2.0°≤α≤5.5°(3)其中，α為視野半值角；γ≤12°(4)其中，γ為視野1/10值角；ζ≤18°(5)其中，ζ為視野1/100值角。
文檔編號G02B3/08GK1898600SQ20048003800
公開日2007年1月17日 申請日期2004年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月17日
發(fā)明者廣瀨和典, 豐原誠 申請人:可樂麗股份有限公司