专利名称：对比度提高片及具备它的背面投射型屏幕的制作方法
技术领域：
本发明涉及背面投射型显示器和液晶显示器、等离子显示器、CRT显示器等的显示器显示装置的观察侧前面配置的对比度提高片及具备它的背面投射型屏幕。另外，本说明书中「对比度提高片」是通过抑制外光和杂散光等引起的对比度的降低，提高安装有该元件的显示器显示装置中的对比度的光学元件。
背景技术：
在背面投射型显示器和液晶显示器等的显示器显示装置中，提出了提高对比度的各种手法，在使视角适当的同时，使观察者可充分地观察图像。
具体有这样的方案，作为第1光学元件，在图像光入射的背面侧(图像光源侧)设置凸透镜元件作为光扩散元件，同时在通过该凸透镜元件的图像光不通过的观察侧的非透过部设置光吸收元件，由该光吸收元件吸收从观察侧入射的外光。
另外有这样的方案，作为第2光学元件，在观察侧形成多个肋作为光扩散元件(具备使光全反射的斜面和该斜面间形成的出射面的肋)的同时，在该邻接肋间的V字状的槽填充光吸收材料，由该光吸收材料吸收观察侧入射的外光(参照实开昭50-121753号公报及特开昭60-159733号公报)。
但是，上述第1光学元件中，虽然对对比度的提高有一定效果，但是垂直入射该光学元件的平行光由光扩散元件即凸透镜元件扩散后出射，不能用作需要定向性的光学元件。另外，该光学元件中，由于背面侧的凸透镜元件和观察侧的光吸收部必须一一对应，因而，若透镜的间距小，则有制造困难的问题。
另一方面，上述的第2光学元件中，观察侧出射的光分成3个方向的光(不在肋的斜面反射，从出射面向正面方向出射的一个方向的光、和在肋对向的各斜面全反射后从出射面以二个特定的角度出射的二个方向的光)，该第2光学元件中为了获得均一图像，必须在光通过的肋内添加大量的光扩散剂，损害图像的鲜明，仍然不能用作需要定向性的光学元件。
发明的公开本发明考虑这样的问题，其目的在于提供背面投射型显示器和液晶显示器等的显示器显示装置的观察侧前面配置的对比度高且定向性佳的对比度提高片及具备它的背面投射型屏幕。
本申请的第1发明提供在背面投射型显示器和液晶显示器、等离子显示器等的显示器显示装置的观察侧前面配置的对比度提高片，它具备光学元件，使从背面侧垂直或近似垂直(下称近似垂直)入射的图像光与入射位置无关地向观察侧近似垂直出射的同时，吸收从背面侧倾斜入射的杂散光及从观察侧入射的外光。
本申请的第1发明的对比度提高片中，如
图15所示，(1)从对比度提高片11的背面侧近似垂直入射的图像光4近似垂直(相对于入射光平行)地向观察侧出射。另外，(2)从对比度提高片11的观察侧垂直或倾斜入射的外光41被吸收或透过背面侧，不返回观察侧。而且，(3)从对比度提高片11的背面侧以约30°以上的角度入射的杂散光即光42被吸收，不透过到观察侧。通过上述(1)～(3)的3个作用，不会损失从背面侧入射的图像光并以高定向性透过到观察侧的同时，可吸收杂散光和外光。因而，为了提高对比度，与以前采用的双凸透镜片等不同，几乎不扩散图像光并以高定向性透过到观察侧，因而可用于有定向性的光学元件和成像系统的光学元件等。另外，如图16所示，传统采用的双凸透镜片43中，从背面侧近似垂直入射的图像光4及从背面侧以约30°以上的角度入射的杂散光即光42扩散，向观察侧出射。
另外，本申请的第1发明的对比度提高片中，上述光学元件具备第1光学元件，具备在一个方向或平面上排列的多个肋，上述肋具备将从背面侧近似垂直入射的图像光全反射的对向的一对全反射面和使这些对向的一对全反射面在出射面侧形成相互连接的平坦面，上述各肋间形成有光吸收层；第2光学元件，在上述第1光学元件的观察侧层叠而成，其具备补正上述各肋的全反射面全反射的图像光的光路，使图像光近似垂直于观察侧出射的光路补正层。这里，上述第2光学元件的上述光路补正层最好具备互异地形成的多个斜面，用于将上述第1光学元件的上述各肋的全反射面全反射的图像光近似垂直地出射。
以上，本申请的第1发明的对比度提高片中，从背面侧近似垂直入射的图像光中，被第1光学元件的各肋的全反射面全反射而通过平坦面的图像光，被第2光学元件的光路补正层所包含的各斜面折射，从第2光学元件近似垂直地出射。另外，从背面侧近似垂直入射的图像光中，未被第1光学元件的各肋的全反射面反射而通过平坦面的图像光，被第2光学元件的光路补正层所包含的各斜面全反射后，被与之相对的斜面折射，从第2光学元件近似垂直地出射。从而，第1光学元件的光吸收层吸收杂散光及外光，而且，通过第2光学元件的光路补正层补正第1光学元件的各肋的全反射面全反射的图像光的光路，使图像光向观察侧近似垂直地出射，另外，未被第1光学元件的各肋的全反射面反射而通过平坦面的图像光也向观察侧近似垂直地出射，因而不会产生图像的不鲜明的问题等，可实现对比度的提高及高的定向性。
这里，本申请的第1发明的对比度提高片中，最好上述第2光学元件的上述光路补正层所包含的上述各斜面构成为，使从背面侧近似垂直入射的图像光中不被上述第1光学元件的上述各肋的全反射面反射而通过平坦面后在该各斜面全反射及同时在与之相对的斜面折射后出射的光，和被上述图像光中上述第1光学元件的上述各肋的全反射面全反射并通过平坦面后在该各斜面折射后出射的光近似平行。
另外，本申请的第1发明的对比度提高片中，最好上述第1光学元件的上述光吸收层，在与形成上述第1光学元件的上述肋的材料相比折射率低的透明材料中含有光吸收性粒子。另外，最好上述第1光学元件的上述光吸收层，是由与形成上述第1光学元件的上述肋的材料相比折射率低的着色的材料组成的。从而，上述的构成的光吸收层不仅吸收观察侧入射的外光，还有效吸收未被第1光学元件的全反射面全反射的从背面侧以约30°以上的角度入射的杂散光，因而可进一步提高对比度。
而且，根据本申请的第1发明的对比度提高片，最好令上述第2光学元件的上述光路补正层的上述各斜面的倾斜角(相对于与第2光学元件的片面正交方向的角度)为θ2，上述光路补正层中以上述各斜面为边界位于上述第1光学元件侧部分的材料的折射率为n2，上述光路补正层中以上述各斜面为边界位于上述第1光学元件的相反侧部分的材料的折射率为n3时，满足n3/n2＝cos(3θ2)/cosθ2的关系。从而，从背面侧近似垂直入射后未被第1光学元件的各肋的全反射面反射而通过平坦面的图像光可以更可靠地向观察侧垂直(即相对于入射光平行)出射。结果，可实现高定向性。
而且，根据本申请的第1发明的对比度提高片，最好令上述第1光学元件的上述各肋的全反射面的倾斜角(相对于与第1光学元件的片面正交方向的角度)为θ1，形成上述第1光学元件的上述肋的材料的折射率为n1，上述第2光学元件的上述光路补正层的上述各斜面的倾斜角(相对于与第2光学元件的片面正交方向的角度)为θ2，上述光路补正层中以上述各斜面为边界位于上述第1光学元件侧部分的材料的折射率为n2时，满足n2·sin(2θ2)＝n1·sin(2θ1)的关系。从而，从背面侧近似垂直入射后被第1光学元件的各肋的全反射面全反射而通过平坦面的图像光，被第2光学元件的光路补正层的各斜面折射，可更可靠地向观察侧垂直(即相对于入射光平行)出射。结果，可实现高定向性。
另外，本申请的第1发明的对比度提高片中，最好当构成上述第1光学元件的肋在一个方向上排列时，构成上述第2光学元件的肋在与其平行的一个方向上排列，当构成上述第1光学元件的肋在平面上排列时，构成上述第2光学元件的肋在与其平行的平面上排列。
本申请的第2发明提供将从背面侧投射的图像光向观察侧出射并显示图像的背面投射型屏幕，它具备使从背面侧投射的图像光偏向近似垂直于观察侧的菲涅耳透镜片；在上述菲涅耳透镜片的观察侧配置的上述本申请的第1发明的对比度提高片。
根据本申请的第2发明的背面投射型屏幕，通过组合使从背面侧投射的图像光偏向近似垂直于观察侧的菲涅耳透镜片和上述本申请的第1发明的对比度提高片，可提供对比度高且定向性佳的背面投射型屏幕。
本申请的第3发明提供将从背面侧投射的图像光向观察侧出射并显示图像的背面投射型屏幕，它具备使从背面侧投射的图像光偏向近似垂直于观察侧的菲涅耳透镜片；在上述菲涅耳透镜片的观察侧配置的使图像光扩散的双凸透镜片；在上述双凸透镜片的观察侧配置的上述本申请的第1发明的对比度提高片。
根据本申请的第3发明的背面投射型屏幕，在上述的本申请的第2发明中还设置双凸透镜片，因而可提供视角广的背面投射型屏幕。
另外，本申请的第3发明的背面投射型屏幕中，最好上述双凸透镜片在其观察侧具有光吸收层，上述对比度提高片至少与上述双凸透镜片的上述光吸收层粘接。从而，可提供在使双凸透镜片的双凸透镜微间距化时刚度佳的背面投射型屏幕。
本申请的第4发明提供将从背面侧投射的图像光向观察侧出射并显示图像的背面投射型屏幕，其特征在于具备使从背面侧倾斜投射的图像光偏向近似垂直于观察侧的菲涅耳透镜片，其背面侧形成全反射菲涅耳透镜的同时，其观察侧形成上述本申请的第1发明的对比度提高片；在上述菲涅耳透镜片的观察侧配置的使图像光扩散的双凸透镜片。
根据本申请的第4发明的背面投射型屏幕，具有在背面侧形成全反射菲涅耳透镜的菲涅耳透镜片的背面投射型屏幕中，可显著降低杂散光和镜面反射产生的重影等。
图面的简单说明图1是本发明的一实施形态的对比度提高片的部分截面图。
图2是说明图1所示对比度提高片中光的光路的光线追踪图。
图3是表示本发明的一实施形态的对比度提高片中的第1光学元件的肋的配置形态的一例。
图4是表示本发明的一实施形态的对比度提高片中的第1光学元件的肋的配置形态的其他例的图。
图5是表示本发明的一实施形态的对比度提高片中的第1光学元件和第2光学元件的层叠形态的一例的图。
图6是表示本发明的一实施形态的对比度提高片中的第1光学元件和第2光学元件的层叠形态的其他例的图。
图7是表示本发明的一实施形态的对比度提高片中的第1光学元件和第2光学元件的层叠形态的又一其他例的图。
图8是具备本发明的一实施形态的对比度提高片的背面投射型屏幕的一例的透视图。
图9是具备本发明的一实施形态的对比度提高片的背面投射型屏幕的其他例的透视图。
图10是本发明的其他实施形态的对比度提高片的部分截面图。
图11是具备本发明的其他实施形态的对比度提高片的背面投射型屏幕的一例的透视图。
图12是具备本发明的其他实施形态的对比度提高片的背面投射型屏幕的其他例的透视图。
图13是实施例1的对比度提高片的光线追踪图。
图14是表示实施例1的对比度提高片的配光特性的图。
图15是本发明的对比度提高片的光学特性的说明图。
图16是传统的双凸透镜片的光学特性的说明图。
发明的实施形态以下，参照图面说明本发明的实施形态。
(对比度提高片)如图1所示，本实施形态的对比度提高片11用于安装到背面投射型显示器和液晶显示器，等离子显示器等的显示器显示装置，具备第1光学元件1和在第1光学元件1的观察侧层叠的第2光学元件2。
其中，第1光学元件1如图1及图2所示，具有在一个方向或平面地排列的多个近似梯形截面的肋3。各肋3具备使从背面侧(图像光源侧)近似垂直入射的图像光4全反射的相互对向的一对全反射面5；使这些对向的一对全反射面5在各肋3的第2光学元件2侧的表面(出射面)相互连接而形成的平坦面6。另外，在各肋3间的V字状的槽中形成光吸收材料组成的V字状的光吸收层7。另外，各肋3的全反射面5相当于构成各肋3的近似梯形截面的斜面，位于各肋3和与其对应的光吸收层7之间的边界面。
这里，第1光学元件1，如图3所示，可采用在肋3的棱线12沿一个方向延伸的状态下沿与其垂直的方向排列多个肋3的形态，另外如图4所示，也可采用纵横排列多个形成四角锥台状的肋3的形态。
另一方面，第2光学元件2，如图1及图2所示，配置在第1光学元件1的出射面(即肋3的平坦面6及邻接的光吸收层7的表面)。第2光学元件2具有光路补正层9，补正第1光学元件1的各肋3的全反射面5全反射的图像光4的光路，使图像光4近似垂直观察侧出射。这里，光路补正层9由相互折射率不同的2种透明材料组成的肋15、16形成，其边界面形成以截面三角形状排列的斜面8。各斜面8互异地形成，如图1所示，将第1光学元件1的各肋3的全反射面5全反射的图像光4折射并近似垂直地出射。
这里，第2光学元件2中，光路补正层9的各斜面8与第1光学元件1的各肋3的形状对应形成。具体地，例如，肋3的棱线12在沿水平方向延伸的状态下排列时，如图5所示，肋15、16也在沿水平方向延伸的状态下排列，肋15、16形成的斜面8也在沿水平方向延伸的状态下排列成与肋3的棱线12平行。另外，肋3的棱线12在沿垂直方向延伸的状态下排列时，如图6所示，肋15、16也在沿垂直方向延伸的状态下排列，肋15、16形成的斜面8也在沿垂直方向延伸的状态下排列成与肋3的棱线12平行。而且，形成四角锥台状的肋3在纵横排列的状态下排列时，如图7所示，肋15、16也形成四角锥台状，肋15、16形成的斜面8也排列成与肋3的全反射面5近似平行。
另外，第1光学元件1的肋3的间距P1和第2光学元件2的光路补正层9的斜面8的间距P2，最好选择两者的间距比使得满足P1/P2＞3.5，且更好为P1/P2＞3.5且P1/P2是非整数的关系。通过调节两者的间距以满足这样的关系，难以观察到因两者的排列周期产生的莫尔条纹。
接着，参照图2说明本实施形态的对比度提高片11中光的光路。
图2中，符号A的光是背面侧垂直入射的图像光。这里，本实施形态的对比度提高片11中，令第2光学元件的光路补正层9的各斜面8的倾斜角(相对于与第2光学元件的片面正交方向的角度)为θ2，光路补正层9中以各斜面8为边界位于第1光学元件1侧的部分(肋16)材料的折射率为n2，光路补正层9中以各斜面8为边界位于第1光学元件1的相反侧的部分(肋15)材料的折射率为n3时，满足下式(1)，即n3/n2＝cos(3θ2)/cosθ2...(1)的关系。另外，从该关系式可明白，第2光学元件2的光路补正层9中，θ2＜30°且n3＜n2。
从而，背面侧垂直入射的符号A的光不在第1光学元件1的各肋3的全反射面5反射，通过平坦面6后在第2光学元件2的光路补正层9的各斜面8全反射，然后，在与其对向的斜面折射，从第2光学元件2垂直(即与入射光平行)出射。
符号B的光也与符号A的光同样，是从背面侧垂直入射的图像光。这里，本实施形态的对比度提高片11构成为，当令第1光学元件1的各肋3的全反射面5的倾斜角(相对于第1光学元件1的片面正交方向的角度)为θ1，形成第1光学元件1的肋3的材料的折射率为n1，第2光学元件2的光路补正层9的各斜面8的倾斜角(相对于第2光学元件2的片面正交方向的角度)为θ2，以光路补正层9中各斜面8为边界位于第1光学元件1侧的部分(肋16)的材料的折射率为n2时，满足下式(2)即n2·sin(2θ2)＝n1·sin(2θ1)...(2)的关系。
从而，背面侧垂直入射的符号B的光，在第1光学元件1的各肋3的全反射面5全反射，通过平坦面6后被光路补正层9的各斜面8折射，从第2光学元件2垂直(即与入射光平行)出射。另外此时，从第2光学元件2出射的符号A及符号B的光相互平行。
另外，作为上式(1)及上式(2)都满足的一个解，当θ1＝θ2及n1＝n2时上式(2)无意义，也可选择折射率n2和折射率n3的比，使之仅满足上式(1)的条件。另外，也可以通过使各材料的折射率n1、n2、n3和光路补正层9的各斜面8的倾斜角θ2的关系稍微偏离上式(1)及/或上式(2)，从第2光学元件2出射的符号A的光和符号B的光成为不平行，使本实施形态的对比度提高片11具有弱扩散效果。
这里，第1光学元件1也可构成为，使形成光吸收层7的材料(透明树脂)的折射率n4比形成肋3的材料的折射率n1低，且各肋3的全反射面5的倾斜角θ1、形成肋3的材料的折射率n1及形成光吸收层7的材料的折射率n4满足下式(3)，即θ1＝cos-1(n4/n1)-sin-1(1/2·n1)...(3)的关系。
从而，背面侧垂直入射的符号A及符号B的光，在位于第1光学元件1的各肋3和与其对应的各光吸收层7之间的边界面的全反射面5被全反射。
另一方面，从背面侧以约30°的入射角度θ3倾斜入射的符号C的光，不在位于第1的光学元件1的各肋3和与其对应的各光吸收层7之间的边界面的全反射面5被全反射，而是进入光吸收层7被吸收。另外，符号C的光是出光位置与从正规的光路透过的图像光不同的光(杂散光)，成为重影的主要原因。
另外，形成光吸收层7的折射率低的材料(透明树脂)中，最好分散含有光吸收性的微粒子，或含有具有光吸收效果的染料并着色，以提高对比度。
符号D的光是从背面侧以比符号C的光小的入射角度θ4倾斜入射的图像光。符号D的光与符号B的光同样，在第1光学元件1的各肋3的全反射面5被全反射，通过平坦面6后在光路补正层9的各斜面8折射，以入射角度θ4的2倍的角度(出射角度)θ5从第2光学元件2出射。从而，以5°～10°左右的入射角度θ4使扩散光入射本实施形态的对比度提高片11，可以将向观察侧出射的光的出射角度θ5扩大到约2倍，可稍微扩大具有定向性的光的出射角度。
符号E的光是从观察侧垂直入射的外光。符号E的光在第2光学元件2的光路补正层9的各斜面8折射，不在第2光学元件2和第1光学元件1之间的边界面全反射，而是进入第1光学元件1的各光吸收层7被吸收。另外，虽然未图示，对于从观察侧以例如50°以上的角度入射的外光，由于第2光学元件2的光路补正层9的各斜面8导致光路向片的厚度方向弯曲，因而，从第2光学元件2的光路补正层9向第1光学元件1的各光吸收层7入射时，与上述场合同样，不被全反射而进入各光吸收层7被吸收。
这样，本实施形态的对比度提高片11中，由于层叠了为满足上式(1)～(3)的关系而构成的第1光学元件1和第2光学元件2，因而从背面侧即第1光学元件1侧近似垂直入射的符号A及符号B的光(图像光)可与入射位置无关地向观察侧近似垂直地出射，另外，从背面侧即第1光学元件1侧倾斜入射的符号C的光(杂散光)及从观察侧即第2光学元件2侧入射的符号E的光(外光)可被第1光学元件上的各光吸收层7吸收。因而，在提高对比度的同时，不会损失从背面侧入射的图像光，可以高定向性透过到观察侧。
另外，本实施形态的对比度提高片11，可通过分别形成背面侧配置的第1光学元件1和在观察侧配置的第2光学元件2并粘接两者来制造。此时，本实施形态中，第1光学元件1的肋3的间距P1和第2光学元件2的光路补正层9的斜面8的间距P2不同，由于选择两者的间距比使得两者间满足P1/P2＞3.5、最好满足P1/P2＞3.5且P1/P2是非整数的关系，从而，不必进行两者的位置匹配，可容易地制造本实施形态的对比度提高片11。
另外，制作第1光学元件1时，通过采用热压法和热聚合法、放射线硬化法等的周知的方法的成形模的复制来形成多个肋3后，在各肋3之间的V字状的槽中通过擦拭等的方法填充光吸收材料，形成光吸收层7。
同样，制作第2光学元件2时，采用与上述第1光学元件1的肋3的形成方法相同的方法形成位于出射面侧的部分(肋15)或位于入射面侧的部分(肋16)中任一个后，在该形成的一个部分(肋15或肋16)的V字状的槽填充放射线硬化型树脂等并使之硬化，来形成另一部分(肋16或肋15)。此时，也可以通过成形模先形成出射面侧的部分(肋15)，在出射面侧的部分(肋15)的V字状的槽填充入射面侧的部分(肋16)用的树脂，其上再层叠第1光学元件1后，使第2光学元件2的入射面侧的部分(肋16)硬化。从而，制作第2光学元件2的过程中，可连接第1光学元件1和第2光学元件2。另外，也可以将第1光学元件1的肋3和第2光学元件2的光路补正层9在实质透明的薄膜或片上形成后，经由粘接剂层粘接两者。
另外，本实施形态中，从制造上的观点看，形成第1光学元件1的肋3的材料及形成第2光学元件2的光路补正层9的肋15、16的2种材料中的至少一种最好由放射线硬化型树脂组成。这里作为放射线硬化型树脂，最好采用在该领域可举出通常采用的树脂，例如，丙烯酸系和环氧树脂系、尿烷系等的紫外线硬化型树脂和电子线硬化型树脂等。另外，对于支持第1光学元件1的肋3和第2光学元件2的光路补正层9的透明薄膜或片，也最好采用聚脂薄膜和聚碳酸脂薄膜等的一般的薄膜。
另外，第1光学元件1的光吸收层7，可通过在折射率低的透明树脂中分散含有光吸收性的微粒子，或含有具备光吸收效果的染料并着色而形成。这里，光吸收层7的颜色虽然最好为黑色和灰色等的非彩色，但是没有特别限定，可配合图像光的特性，采用选择地吸收特定的波长的材料。另外，光吸收性的微粒子可采用碳黑和石墨、黑色氧化铁等的金属盐以及着色的有机微粒子、着色的玻璃等。另外，作为着色用的染料，可采用酸性红等的咕吨系有机染料，碳酸钕等的有机酸钕等。
这里，形成第1光学元件1的肋3的材料、形成第2光学元件2的光路补正层9的肋15、16的2种材料及支持第1光学元件1的肋3和第2光学元件2的光路补正层9的透明薄膜或片中的至少一个可混入着色材料，从而，可进一步提高对比度。
另外，本实施形态的对比度提高片11中，在第2光学元件2的观察侧还可层叠具有紫外线吸收作用的紫外线吸收层(包含薄膜和片等)。另外，在本实施形态的对比度提高片11的观察侧的面上还可层叠硬涂层和反射防止层、防眩处理层、带电防止层等中的至少一个。
本实施形态的对比度提高片11，可在背面投射型显示器、直视型平面显示器(液晶显示器、等离子显示器、EL显示器等)等的显示器显示装置中的图象形成面即观察侧前面配置。特别地，将对比度提高片11用于背面投射型显示器时，可提高对外光的对比度，另外，基于安装到背面投射型显示器中的菲涅耳透镜和背面的镜片的鬼影和彩虹等的图象妨碍光也可有效吸收，可获得适当的图象。
(背面投射型屏幕)接着，说明具备上述本实施形态的对比度提高片11的背面投射型屏幕。另外，背面投射型屏幕适用于背面投射型显示器等。
图8是具备本实施形态的对比度提高片11的背面投射型屏幕的一例的图。如图8所示，背面投射型屏幕21A将从背面侧投射的图像光向观察侧出射并显示图像，它具备将从背面侧投射的图像光偏向近似垂直观察侧的菲涅耳透镜片22；在菲涅耳透镜片22的观察侧配置的对比度提高片11。另外，对比度提高片11除了上述第1光学元件1及第2光学元件2，在其观察侧还具备紫外线吸收层等的层19。
图8所示背面投射型屏幕21A中，未采用使图像光扩散的光学元件即双凸透镜片等。但是，本实施形态的对比度提高片11中，若背面侧入射的图像光是扩散光，则可将其扩散角(参照图2的符号θ4)扩大到约2倍。因而，图8所示背面投射型屏幕21A中，若混入可获得约10°的扩散角左右的光扩散剂，则作为背面投射型屏幕2.1A全体，可使例如来自菲涅耳透镜片22的出射光获得垂直方向约10°，水平方向约20°左右的扩散效果。
图9是具备本实施形态的对比度提高片11的背面投射型屏幕的其他例示图。如图9所示，背面投射型屏幕21B，是由将背面侧投射的图像光近似垂直地偏向观察侧的菲涅耳透镜片22、在菲涅耳透镜片22的观察侧配置的使图像光扩散的双凸透镜片23、在双凸透镜片23的观察侧配置的对比度提高片11而构成的屏幕。另外，对比度提高片11除了上述第1光学元件1及第2光学元件2，在其观察侧还具有紫外线吸收层等的层19。
该场合，本实施形态的对比度提高片11中，由于可以将背面侧入射的图像光扩大到约2倍的扩散角，因而可以减少混入双凸透镜片23的光扩散剂的量，与传统的背面投射型屏幕相比可获得更鲜明的图像。
这里，对比度提高片11和双凸透镜片23也可经由粘接剂层粘接。特别地，双凸透镜片23为高精细薄板时，最好在双凸透镜片23的观察侧形成的光吸收层(黑色条纹)23b的部分中粘接对比度提高片11和双凸透镜片23。从而，可提高作为片的刚度。另外，背面投射型显示器的图像源是LCD和DLP等的单管型光源，安装到背面投射型屏幕21B的双凸透镜片的出射面为平坦时，也可在双凸透镜片的观察侧的整个面粘接对比度提高片11。
另外，如图9所示，双凸透镜片23在其背面侧形成沿垂直方向延长的多个双凸透镜23a，背面投射型屏幕21B中，双凸透镜片23的双凸透镜23a的棱线和对比度提高片11的肋3配置成相互正交。
另外，图8所示背面投射型屏幕21A及图9所示背面投射型屏幕21B中，本实施形态的对比度提高片11和菲涅耳透镜片22分别设置，但是不限于此，如图10所示的全反射菲涅耳透镜片31，也可以将本实施形态的对比度提高片的功能作为菲涅耳透镜片的一部分。
如图10所示，全反射菲涅耳透镜片31将从背面侧倾斜投射的图像光偏向于近似垂直观察侧，在其背面侧形成全反射菲涅耳透镜32，在其观察侧，一体地形成构成对比度提高片的第1光学元件1及第2光学元件2。
该场合，全反射菲涅耳透镜片31中，从背面侧形成的全反射菲涅耳透镜32的入射面33入射后被全反射面34全反射的符号F的光(图像光)，由于近似垂直地入射在观察侧形成的第1光学元件1，因而，通过第1光学元件1及第2光学元件2从全反射菲涅耳透镜片31出射时也是近似垂直地出射。相对地，从背面侧形成的全反射菲涅耳透镜32的入射面33入射后未被全反射面34全反射的成为杂散光的符号G的光，由于倾斜入射在观察侧形成的第1光学元件1，因而被光吸收层7吸收而不向观察侧出射。
另外，这样的全反射菲涅耳透镜片31用于图11所示的背面投射型屏幕21C。如图11所示，背面投射型屏幕21C具备全反射菲涅耳透镜片31和在全反射菲涅耳透镜片31的观察侧配置的双凸透镜片24。另外，全反射菲涅耳透镜片31也用于图12所示的背面投射型屏幕21D中。如图12所示，背面投射型屏幕21D具备全反射菲涅耳透镜片31和在全反射菲涅耳透镜片31观察侧配置的全反射双凸透镜片25。
接着，说明上述实施形态的具体的实施例。
(实施例1)在厚50μm的PET薄膜(折射率1.6)的一个面上，由硬化后的折射率n1为1.55的紫外线硬化型树脂形成截面为梯形的肋。令肋的间距P1为0.3mm，肋高为0.6mm，尖端部的平坦面的宽度为0.169mm，斜面即全反射面的倾斜角θ1为8°。然后，在梯形形状的肋间的V字状的槽中填充在折射率n4为1.49的丙烯酸系涂料中分散有平均粒子径6μm的黑色珠状的光吸收材料，形成光吸收层，从而制作成第1光学元件。
另一方面，在厚1.5mm的丙烯酸苯乙烯共聚合树脂薄膜(折射率1.53)的一个面上，通过使丙烯酸改性后的折射率n3为1.48的树脂作成截面为三角形的肋。为了使第1光学元件的肋之间产生的莫尔条纹不醒目，令该肋的间距P2为40μm(间距的比P1/P2＝7.5)，肋高为135μm，倾斜角θ2与第1光学元件的肋3同样为8°。然后，肋间的V字状的槽中填充硬化后的折射率n2为1.6的苯乙烯系的EB硬化树脂并使之硬化，制作成第2光学元件。
接着，将如上制作的第1光学元件和第2光学元件的各肋以相向的状态层叠粘接，从而获得实施例1的对比度提高片。
(评价结果)实施例1的对比度提高片评价如下。
首先，准备具有由菲涅耳透镜片、双凸透镜片、浅着色的透明树脂片(着色片)构成的传统的背面投射型屏幕的市售的背面投射型电视(日立社制)。取代该传统的背面投射型屏幕的着色片而配置实施例1的对比度提高片，构成背面投射型屏幕。然后，对比观察采用两者的背面投射型屏幕时的电视图像。另外，该场合，对比度提高片中的第1光学元件和第2光学元件的层叠形态及将对比度提高片安装到背面投射型屏幕时的配置形态，成为如图9所示。
结果，安装有实施例1的对比度提高片的背面投射型屏幕与安装着色片的传统的背面投射型屏幕相比，图像的对比度提高，在明室的环境下也显示更鲜明的图像。另外，安装着色片的传统的背面投射型屏幕中可隐约观察到菲涅耳透镜引起的彩虹，而在安装实施例1的对比度提高片的背面投射型屏幕中则完全观察不到。
另外，图13是实施例1的对比度提高片的光线追踪图，图14是实施例1的对比度提高片的配光特性。从图13及图14所示结果可明白，实施例1的对比度提高片具有定向性佳的特点。另外，图14所示增益是，测定从背面投射型屏幕的后方入射平行光线时从前方出射的光的辉度的角度分布，从背面投射型屏幕中的照度和各个辉度通过「增益G＝辉度/照度的关系式」求出的值。
(实施例2)除了令位于第2光学元件中背面侧(第1光学元件侧)的部分的树脂为与第1光学元件的肋相同的树脂(折射率1.55)，观察侧(第1光学元件的相反侧)的树脂为折射率1.43的硅树脂以外，采用与实施例1同样的材料及手法，制作成实施例2的对比度提高片。
(评价结果)实施例2的对比度提高片评价如下。
首先，准备投射距离为300mm、投射角为65°、画面尺寸为60英寸的背面投射型电视(评价用电视)。该背面投射型电视采用由全反射菲涅耳透镜片和双凸透镜片组成的传统的背面投射型屏幕。取代该传统的背面投射型屏幕的全反射菲涅耳透镜片，在具有相同光学特性的全反射菲涅耳透镜片的观察侧的面上配置粘接了实施例2的对比度提高片的全反射菲涅耳透镜片，构成背面投射型屏幕。然后，对比观察采用两者的背面投射型屏幕时的电视图像。另外，该场合，对比度提高片中的第1光学元件和第2光学元件的层叠形态及将对比度提高片安装到背面投射型屏幕时的配置形态，成为如图11所示。
结果，具有粘接了实施例2的对比度提高片的全反射菲涅耳透镜片的背面投射型屏幕与传统的背面投射型屏幕相比，图像的对比度提高，在明室的环境下也可显示更鲜明的图像。另外，传统的背面投射型屏幕可观察到全反射菲涅耳透镜引起的重影及镜面反射引起的重影，而具备粘接了实施例2的对比度提高片的全反射菲涅耳透镜片的背面投射型屏幕则完全不会观察到这些情况。
(实施例3)除了令第1光学元件的肋的间距P1为0.063mm，高度为0.126mm，第2光学元件的间距P2为18μm(间距的比P1/P2＝3.5)，高度为60m以外，其他与实施例2同样，获得实施例3的对比度提高片。
(评价结果)实施例3的对比度提高片评价如下。
首先，准备15英寸型的个人电脑(PC)用液晶显示器。在该液晶显示器安装实施例3的对比度提高片，观察液晶显示器的画面。另外，该场合，对比度提高片中的第1光学元件和第2光学元件的层叠形态，及将对比度提高片安装到液晶显示器时的配置形态，成为如图6所示。
结果，在明室的环境下也不会反射，从画面的正面可清晰观察到对比度，而从水平方向25°以上的斜度则完全不能观察到图像，可获得作为偷窥防止片的功能。
权利要求
1.一种对比度提高片，用于安装到显示器显示装置，它具备光学元件，使从背面侧近似垂直入射的图像光与入射位置无关地向观察侧近似垂直出射的同时，吸收从背面侧倾斜入射的杂散光及从观察侧入射的外光。
2.权利要求1所述的对比度提高片，其特征在于，上述光学元件具备第1光学元件，具备在一个方向或平面上排列的多个肋，上述肋具备将从背面侧近似垂直入射的图像光全反射的对向的一对全反射面和使这些对向的一对全反射面在出射面侧形成相互连接的平坦面，上述各肋间形成有光吸收层，第2光学元件，在上述第1光学元件的观察侧层叠而成，其具备补正上述各肋的全反射面全反射的图像光的光路，使图像光近似垂直于观察侧出射的光路补正层。
3.权利要求2所述的对比度提高片，其特征在于，上述第2光学元件的上述光路补正层具备互异地形成的多个斜面，用于将上述第1光学元件的上述各肋的全反射面全反射的图像光近似垂直地出射。
4.权利要求3所述的对比度提高片，其特征在于，上述第2光学元件的上述光路补正层所包含的上述各斜面构成为，使从背面侧近似垂直入射的图像光中不被上述第1光学元件的上述各肋的全反射面反射而通过平坦面后在该各斜面全反射及折射后出射的光，和被上述图像光中上述第1光学元件的上述各肋的全反射面全反射并通过平坦面后在该各斜面折射后出射的光近似平行。
5.权利要求2至4的任一项所述的对比度提高片，其特征在于，上述第1光学元件的上述光吸收层，在与形成上述第1光学元件的上述肋的材料相比折射率低的透明材料中含有光吸收性粒子。
6.权利要求2至4的任一项所述的对比度提高片，其特征在于，上述第1光学元件的上述光吸收层，是由与形成上述第1光学元件的上述肋的材料相比折射率低的着色的材料组成的。
7.权利要求2至6的任一项所述的对比度提高片，其特征在于，令上述第2光学元件的上述光路补正层的上述各斜面的倾斜角(相对于与第2光学元件的片面正交方向的角度)为θ2，上述光路补正层中以上述各斜面为边界位于上述第1光学元件侧部分的材料的折射率为n2，上述光路补正层中以上述各斜面为边界位于上述第1光学元件的相反侧部分的材料的折射率为n3时，满足n3/n2＝cos(3θ2)/cosθ2的关系。
8.权利要求2至7的任一项所述的对比度提高片，其特征在于，令上述第1光学元件的上述各肋的全反射面的倾斜角(相对于与第1光学元件的片面正交方向的角度)为θ1，形成上述第1光学元件的上述肋的材料的折射率为n1，上述第2光学元件的上述光路补正层的上述各斜面的倾斜角(相对于与第2光学元件的片面正交方向的角度)为θ2，上述光路补正层中以上述各斜面为边界位于上述第1光学元件侧部分的材料的折射率为n2时，满足n2·sin(2θ2)＝n1·sin(2θ1)的关系。
9.一种背面投射型屏幕，将从背面侧投射的图像光向观察侧出射并显示图像，其特征在于具备使从背面侧投射的图像光偏向近似垂直于观察侧的菲涅耳透镜片；在上述菲涅耳透镜片的观察侧配置的权利要求1至8的任一项所述的对比度提高片。
10.一种背面投射型屏幕，将从背面侧投射的图像光向观察侧出射并显示图像，其特征在于具备使从背面侧投射的图像光偏向近似垂直于观察侧的菲涅耳透镜片；在上述菲涅耳透镜片的观察侧配置的使图像光扩散的双凸透镜片；在上述双凸透镜片的观察侧配置的权利要求1至8的任一项所述的对比度提高片。
11.权利要求10所述的背面投射型屏幕，其特征在于，上述双凸透镜片在其观察侧具有光吸收层，上述对比度提高片至少与上述双凸透镜片的上述光吸收层粘接。
12.一种背面投射型屏幕，将从背面侧投射的图像光向观察侧出射并显示图像，其特征在于具备使从背面侧倾斜投射的图像光偏向近似垂直于观察侧的菲涅耳透镜片，其背面侧形成全反射菲涅耳透镜的同时，其观察侧形成权利要求1至8的任一项所述的对比度提高片；在上述菲涅耳透镜片的观察侧配置的使图像光扩散的双凸透镜片。
全文摘要
提供在背面投射型显示器、液晶显示器等的显示器显示装置的观察侧前面配置的对比度高且定向性佳的对比度提高片及具备它的背面投射型屏幕。对比度提高片11具备第1光学元件1和在第1光学元件1的观察侧配置的第2光学元件2。第1光学元件1具有一个方向或平面地排列的多个肋3。各肋3具备使背面侧近似垂直入射的图像光4全反射的相互对向的一对全反射面5；使这些对向的全反射面5在出射面侧相互连接而形成的平坦面6。另外，在各肋3间的V字状的槽形成光吸收层7。第2光学元件2具有，补正由第1光学元件1的各肋的全反射面全反射的图像光的光路使图像光近似垂直于观察侧出射的光路补正层9。光路补正层9具有互异地形成的多个斜面8，使被第1光学元件1的各肋3的全反射面5全反射的图像光4近似垂直地出射。
文档编号G03G5/043GK1701277SQ200480000928
公开日2005年11月23日 申请日期2004年4月26日 优先权日2004年4月26日
发明者渡边一十六, 本田诚 申请人:大日本印刷株式会社