专利名称：透过型屏幕用的扩散片及透过型屏幕的制作方法
技术领域：
本发明涉及透过型屏幕用扩散片及采用该扩散片的透过型屏幕。
背景技术：
一直以来，作为用于背面投射型电视的透过型屏幕之一，设有扩散片和菲涅尔透镜片的透过型屏幕为人们所知。图7是传统的透过型屏幕的剖面图。图7中，31为透过型屏幕，32为菲涅尔透镜片，33为扩散片。
菲涅尔透镜片32的出射面侧，设有同心圆状地形成的菲涅尔透镜。该菲涅尔透镜包含相对于入射面倾斜形成的同心圆状的多个菲涅尔透镜面，其剖面为锯齿状。
图8是扩散片33的放大剖面图。如图8所示，扩散片33的出射面侧(图8中的上侧)，设有在扩散片33的高度方向(图8中纸面的深度方向)延伸的剖面呈V字形地形成的多个V字形沟41。该V字形沟41相夹的部分，形成剖面呈梯形状的多个凸棱42。凸棱42的侧面43是V字形沟41的倾斜面。入射到该侧面43光，经该侧面43反射而改变行进方向后出射。
透过型屏幕31中，菲涅尔透镜片32朝向投影装置(未作图示)侧、扩散片33朝向观看者(未作图示)侧配置。而且，投影装置中，朝向透过型屏幕31投射图像光，观看者观看在透过型屏幕31上投影的图像。这时，由投影装置投射图像光，在菲涅尔透镜片32的菲涅尔透镜面上被折射，调整到与扩散片33成大致垂直的方向。然后，被调整到大致垂直方向的图像光，入射到扩散片33的凸棱42的侧面43与顶面44。其中，入射到凸棱42的顶面44的图像光，大体上不改变行进方向地在与透过型屏幕31大致垂直的方向出射。另一方面，入射到凸棱42的侧面43的图像光，经该侧面43反射而改变行进方向，在凸棱42的顶面44处被折射后出射。如此，从投影装置投射图像光的一部分(入射到凸棱的侧面43的图像光)，在透过型屏幕31的宽度方向扩散后出射。因此，观看者能够在该宽度方向以大视角观看图像。
从上述传统透过型屏幕出射的图像光由如下三个方向的光群构成直接入射到凸棱的顶面44后在相对于透过型屏幕31垂直的方向出射的光群；在凸棱一侧的侧面43a反射后从另一侧斜向出射的光群；以及在凸棱的另一侧的侧面43b反射后在一侧的斜方向出射的光群。因此，从透过型屏幕31出射的图像光的增益曲线成为图9所示的形状。这里的增益曲线，是测绘关于各视角的出射光对入射光量的比率后形成曲线。(所谓增益，是测定从屏幕的后方入射然后在前方射出的光的亮度的角度分布后，根据关系式增益G＝π×亮度(cd/m2)/照度(勒克司)从屏幕入射面上的照度和各点的亮度求出的值。作为照度计，例如可以采用柴田科学公司制造的「ANA-F12型」；作为亮度计，例如可以采用美能达公司制造的「LS-110」。)如图9所示，透过型屏幕31的增益曲线分别在0°(与屏幕成直角的方向)、+25°(屏幕的宽度方向右倾斜25°)、-25°(屏幕的宽度方向左倾斜25°)存在具有峰值的三个尖峰。因此，投影到透过型屏幕31的图像(光点图像)，从0°方向、+25°方向、-25°方向观看时可明亮地看到。可是，从这以外的方向观看时，图像就变得极端地暗(或者看不到图像)。就是说，如果观看者在透过型屏幕31的宽度方向一边移动一边观看图像时，观察到图像「明」、「暗」、「明」…地交替变化的状态。此时，观看者会感到不舒服。另一方面，图像有扩展时，图像的中央部分和图像的两端部之间的亮度会极端不均匀，因此会感觉不舒适。换言之，透过型屏幕的品质非常低。
发明内容
本发明旨在解决上述的问题，提供即使在一边改变视角一边观看图像的场合，观看者也不会有不舒适感的高品质的透过型屏幕用扩散片，以及采用该扩散片的透过型屏幕。
为了解决上述问题，本发明人经过专心研究，获得如下发现。
1)如经调整使得从透过型屏幕出射的图像光的增益曲线不出现极小值，则即使改变视角观看时，观看者不会有不舒适感。
2)通过仅在传统的扩散片的出射面侧或在出射面侧与入射面侧附加有光扩散部分的辅助扩散层，可以获得不具有极小值的增益曲线。这里，辅助扩散层含有这样的光扩散部分，它使得光至少在跟凸棱的侧面的光的扩散方向相同的方向扩散。
由此，本发明的第一方面是这样一种透过型屏幕用的扩散片，它设有包含相互平行的入射面和出射面的主扩散层，使大致垂直地入射到所述入射面的光在某扩散方向上扩散后从所述出射面出射；在所述主扩散层的出射面上平行地设有多个截面大致为V字形的沟槽，各沟槽由在所述主扩散层的内部连接的两个平面、曲面或弯折面形成，夹在邻接的两个沟槽内的区域成为截面大致为梯形形状的凸棱，形成各沟槽的平面、曲面或弯折面构成该凸棱的侧面；大致垂直地入射到所述入射面的光，在所述凸棱的侧面被反射，从而在所述扩散方向被扩散；所述扩散片的特征在于在所述主扩散层的出射面侧或者在所述主扩散层的出射面侧和入射面侧这两侧设有辅助扩散层，该层含有至少将光在与所述扩散方向相同的方向上扩散的光扩散部分；所述辅助扩散层的所述光扩散部分经调整，使该扩散片的出射光的增益曲线不具极小值。
依据本发明，入射图像光在主扩散层以外，再由辅助扩散层加以扩散，从而出射光的增益曲线不具有极小值。因此，即使在边改变视角边观看光点图像的场合，图像也不会在「暗」状态和「明」状态之间极端地变化；并且，即使图像具有宽度，整个图像亮度均匀性良好，观看者无不舒适感。再有，所谓主扩散层上的光的扩散方向，是指在透过型屏幕的宽度方向与高度方向上形成的二维平面内的方向。
这里，增益曲线最好在对透过型屏幕成大致垂直的角度(0°)处有极大点。这时，在透过型屏幕的正面观看图像时，该图像能够具有最大的亮度。并且，增益曲线最好左右对称。
并且，所述出射光增益曲线的斜率的变化量最好调整到为0.1(cd/(m2·勒克司))/度以下。若增益曲线的斜率的变化量为0.1(cd/(m2·勒克司))/度以下，观看者是大体上不会注意到光量变化，也就是，更难以给观看者带来不舒适感。
并且，所述主扩散层的所述沟槽内，最好充填折射率比构成所述凸棱的材料低的实质上透明的树脂。另外，最好在所述树脂中分散地加入具有光吸收作用的光吸收颗粒。这时，由于从观看者侧入射到透过型屏幕的外光被光吸收颗粒，能够向观看者提供更高对比度的图像。再有，凸棱的侧面的大部分跟透明的树脂相接，该侧面中与光吸收颗粒接触的面积非常小。因此，入射到透过型屏幕的图像光在凸棱的侧面被反射时，大体上不存在被光吸收颗粒吸收的情况。也就是说，透过型屏幕能够维持高的透过率，观看者能够看到足够亮度的图像。
并且，设在所述主扩散层的出射面侧的所述辅助扩散层的光扩散部分，最好用扩散材料形成。
这时，能够通过调整扩散材料，容易地调整增益曲线。因此，容易形成所要求的使观看者不产生不舒适感的扩散片。
并且，所述辅助扩散层也设置在所述主扩散层的入射面侧，在所述主扩散层的入射面侧设置的所述辅助扩散层的光扩散部分，最好由凹凸透镜或棱柱透镜形成。
这时，能够通过调整凹凸透镜或棱柱透镜的各种参数，对增益曲线加以调整。由此，能够形成不使观看者有不舒适感的所要求的扩散片。
这时，从观看者侧入射的外光中到达凹凸透镜或棱柱透镜的外光，经该凹凸透镜或棱柱透镜反射后，能够以全反射临界角以下的角度入射到凸棱的侧面。此时，若在V字形沟内配置了光吸收颗粒，该光吸收颗粒就会吸收所述外光，因此，能够降低反射到观看者侧的外光的量，提供高对比度的图像。
并且，本发明的透过型屏幕的特征在于设有具有所述的任一种特征的扩散片和在所述扩散片的入射面侧配置的菲涅尔透镜。
依据本发明，来自投影装置的图像光，由菲涅尔透镜调整到相对于扩散片面大致垂直的方向后，经主扩散层与辅助扩散层扩散。由于使出射光的增益曲线不具有极小点，观看者改变观看角度，边移动边观看投射在透过型屏幕上的图像时，不出现从「暗」到「明」的变化，因此，观看者大体上不会产生不舒适感。
再有，菲涅尔透镜可以跟扩散片的入射面侧一体形成，也可以单独作为菲涅尔透镜片与扩散片分开形成。
图1是表示本发明一实施方式的透过型屏幕的结构的剖面图。
图2是表示本发明一实施方式的扩散片的结构的剖面图。
图3是图1所示的透过型屏幕的出射光的增益曲线。
图4是本发明的另一实施方式的扩散片的结构的剖面图。
图5是表示剖面大致为V字形沟的具体例的剖面图。
图6是表示剖面大致为V字形沟的另一具体例的剖面图。
图7是表示传统的透过型屏幕的一个结构例的剖面图。
图8是表示传统的扩散片的一个结构例的剖面图。
图9是图7所示的传统的透过型屏幕的出射光的增益曲线。
具体实施例方式
以下，参照附图就本发明的透过型屏幕的最佳实施方式进行说明。
图1是本实施方式的透过型屏幕的剖面图。如图1所示，透过型屏幕1由菲涅尔透镜片2和扩散片3相重合而形成。
菲涅尔透镜片2的出射面侧，设有同心圆状形成的菲涅尔透镜。该菲涅尔透镜上有相对入射面倾斜地形成的同心圆状的多个菲涅尔透镜面，其剖面为锯齿状。如此形成的菲涅尔透镜片2，使得从投影装置(未作图示)投射的图像光经菲涅尔透镜面折射，调整为相对扩散片2大致垂直的方向的光，然后出射。再有，可以取代这种用菲涅尔透镜面将图像光折射，从而调整为大致垂直的光的折射式的菲涅尔透镜片，而采用经反射图像光来调整为大致垂直光的反射式菲涅尔透镜片。
图2是扩散片3的剖面图。如图2所示，扩散片3由第一扩散层4、第二扩散层5、第三扩散层6以及基底材料17构成。再有，第一扩散层4构成主扩散层，第二扩散层5与第三扩散层6构成辅助扩散层。
第一扩散层4由光透过层7和光吸收层8构成。光透过层7用第一光透过性树脂形成，在其出射面侧(图2中的上侧)设有在扩散片3的高度方向(图2中纸面的深度方向)延伸的V字形剖面的多个V字形沟11。夹在该V字形沟11之间的部分，形成梯形状剖面的多个凸棱12。凸棱12包含侧面13与顶面14，侧面13是V字形沟11的倾斜面。入射到该侧面13的图像光在该侧面13被反射而改变行进方向，在扩散片3的宽度方向扩散、出射。
光吸收层8将V字形沟11填埋而形成。光吸收层8由具有比第一光透过性树脂小的折射率的第二光透过性树脂构成的基底层15和分散在基底层15中的具有光吸收作用的光吸收颗粒16形成。光吸收颗粒16将从出射面侧入射的外光吸收，具有降低反射到观看者侧的外光量的作用。再有，凸棱12的侧面13的大部分与基底层15相接，由于侧面13和光吸收颗粒16的接触面积非常小，在凸棱12的侧面13被反射时，入射到扩散片3的图像光由光吸收颗粒16吸收的情况大体上没有。
作为构成光透过层7的第一光透过性树脂，可以采用电离放射线或热能硬化的丙烯酸系树脂等。并且，构成光吸收层8的基底层15的第二光透过型树脂，可以采用跟第一光透过性树脂同种的(但非相同的)树脂，或者采用加入硅或氟的低折射率丙烯酸系树脂等。并且，光吸收颗粒16由经着色的丙烯酸系交联颗粒等形成，着色时采用碳等的颜料，或者红、蓝、黄、黑等多种染料的混合染料，或者同时使用这些颜料和/或染料。
第二扩散层5由在第一扩散层4的入射面侧连续配置的、在扩散片3的高度方向(图2中纸面的深度方向)延伸的多个棱柱透镜18形成。棱柱透镜18的相对于扩散片3的宽度方向倾斜形成的棱柱面，使从入射面侧入射的图像光折射，在扩散片3的宽度方向扩散。也就是说，第二扩散层5引起的图像光的扩散方向，跟第一扩散层4引起的图像光的扩散方向(扩散片3的宽度方向)相同。
并且，棱柱透镜18将从观看者侧入射的外光中到达棱柱透镜18的外光反射。该反射光的一部分或全部是、在凸棱12的侧面13以全反射临界角以下的角度入射，其后被V字形沟11内的光吸收颗粒16吸收。由此，能够降低反射到观看者侧的外光的量，提供更高对比度的图像。
第三扩散层6设置在第一扩散层4的出射面侧。第三扩散层6由光透过性的树脂层19和扩散材料层20构成，扩散材料层20设在该树脂层19的第一扩散层4侧，它由被散布了扩散材料的该树脂层19的树脂构成。扩散材料是其折射率跟构成层19的光透过性树脂不同的树脂，例如大致球状地形成。由此，入射到扩散材料层20的图像光，由扩散材料层20折射，在扩散片3的高度方向与宽度方向扩散。也就是说，第三扩散层6中的图像光的扩散方向包含第一扩散层4中的扩散方向(扩散片3的宽度方向)。再有，扩散材料例如用MS系树脂(苯乙烯-丙烯酸系树脂)形成。再有，扩散材料可以整体地分散在第三扩散层6的厚度方向；可以配合电视的设计或造型，采用任意的形式。一般，在不愿意有外光映入的事务应用的场合，扩散材料最好整体上在第三扩散层6的厚度方向上加以分散。依据这种结构，扩散材料位于第三扩散层6的观看侧的表面，表面被粗糙化，从而降低了外光的映入。另一方面，生活用途的场合，如CRTTV(显象管电视)那样，由于人们喜欢观看者侧表面为镜面状态，最好如本实施方式那样，在第三扩散层内设置没有扩散材料散布的层(19)，使出射面侧更为透明。
本例中，适当调整第二扩散层5的光扩散部分即棱柱透镜18和第三扩散层6的光扩散部分即扩散材料层20，以使扩散片3的出射光的增益曲线没有极小值。另外，增益曲线的斜率变化量最好调整到0.1/度以下。
也就是，通过调整棱柱透镜18和扩散材料层20，形成例如能够得到图3所示的增益曲线的扩散片3。图3所示的增益曲线上，在视角为0°处有极大点，随着在+方向和-方向视角的增大，增益值逐渐减小，至少在观看角度±60°以内没有极小点。并且，增益曲线的斜率的变化量在0.1/度以下。
从投影装置投射的图像光，投影到如上形成的透过型屏幕1的入射面侧时，位于出射面侧的观看者，即使一边在透过型屏幕1的宽度方向移动一边观看图像，也不会有不舒适的感觉。
以上的实施方式中，辅助扩散层在主扩散层(上述实施方式中的第一扩散层4)的入射面侧与出射面侧形成，但并不以此为限，也可以只在出射面侧形成辅助扩散层。例如，可以形成这样的扩散片，它具有从图2所示的扩散片3去掉第2扩散层5的形式。
并且，以上的实施方式中，作为第二扩散层5的光扩散部分采用了棱柱透镜18，但是也可以采用凹凸透镜来取代棱柱透镜18。图4中示出了采用凹凸透镜的扩散片的例子。图4所示的扩散片21，是将图2所示的扩散片3的棱柱透镜18更换成凹凸透镜28后形成的。其它部分具有跟图2所示的扩散片3相同的结构与作用，因此采用与图4中相同的符号。
凹凸透镜28由在第一扩散层4的入射面侧连续地配置的、在扩散片3的高度方向(图4中纸面的深度方向)延伸的多个圆柱状的透镜构成。如此形成的凹凸透镜28，通过球面的透镜面使从入射面侧入射的图像光折射，在扩散片3的宽度方向扩散。这时，通过调整凹凸透镜28的各种参数，可以调整增益曲线。
再有，以上的各实施方式中，第一扩散层4的V字形沟11在扩散片3(21)的高度方向延伸而形成，但并不以此为限。例如，V字形沟11也可以在扩散片3(21)的宽度方向延伸而形成。另外，也可以由在扩散片3(21)的高度方向延伸的V字形沟和在宽度方向延伸的V字形沟组合成格子状来形成或配置。这时，第二扩散层5的棱柱透镜18或凹凸透镜28，也可以对应于V字形沟11的方向在扩散片3(21)的宽度方向延伸而形成或配置，或者可以在高度方向与宽度方向格子状地形成或配置。
再有，V字形沟11不限定为由两个平面规定的严格意义上的V字形沟，也可以是由曲率半径比较大的两个曲面规定的结构。图5示出了这样的例子。图5(a)是在出射面侧由两个凸的曲面形成的大致的V字形沟11’的剖面图，图5(b)是在出射面侧由两个凹的曲面形成的大致的V字形沟11″的剖面图。前述的V字形沟11可以更换为这种大致的V字形沟11’、11″。
另外，V字形沟11也可以由弯折角度比较小的两个弯折面来规定。这样的例子如图6所示。图6(a)是表示在出射面侧由外凸地弯折的两个弯折面形成的大致的V字形沟111’的剖面图，图6(b)是表示在出射面侧由内凹地弯折的两个弯折面形成的大致的V字形沟111″的剖面图。所述V字形沟11可以更换为这种大致的V字形沟111’、111″。再有，各弯折面的弯折数(弯折线数)可以为2以上。理论上讲，各弯折面的弯折数成为无限大时，弯折面就跟图5所示的曲面相当。
(实施例1)为了得到图3所示的增益曲线，按如下的方式形成了透过型屏幕。如图2所示，透过型屏幕由扩散片和菲涅尔透镜片形成。
菲涅尔透镜片通过以节距0.1mm同心圆状地配置多个菲涅尔透镜而形成。
扩散片由第一扩散层、第二扩散层、第三扩散层与基底材料形成。第一扩散层的光透过层由电离放射线硬化型丙烯酸系树脂形成，在其出射面侧，形成宽150μm、深250μm的V字形沟和顶面宽度75μm、侧面倾斜角度8°的凸棱。在V字形沟的电离放射线硬化型硅丙烯酸系树脂的基底层中，填埋了分散地加入了直径10μm的碳黑色的黑色球状的光吸收颗粒的光吸收层。第一扩散层的总厚度为300μm。
第二扩散层由剖面为顶角150°、高3μm的等腰三角形的棱柱透镜配置而形成。
第三扩散层由厚度2mm的丙烯酸树脂片构成，在第一扩散层侧的0.8mm的部分形成MS系扩散材料被分散添加的扩散材料层。再有，第三扩散层以霾系数值为80％来形成。
如此形成的透过型屏幕，其出射光的增益曲线上没有极小点，且增益曲线的斜率的变化量为0.1/度以下。由此，当观看者改变着视角观看时，不会出现复杂的增益变化，观看者不会有不舒适感。
并且，由于从观看者侧入射的外光由光吸收层的光吸收颗粒吸收，给观看者提供了高对比度的图像。并且，未被光吸收颗粒吸收的外光，虽然经棱柱透镜反射后入射到凸棱的侧面，但是因此时在全反射临界角以下，入射到凸棱的侧面的外光进入光吸收层，由光吸收颗粒吸收，因此进一步提供了高对比度的图像。
另外，由于通过使光吸收颗粒分散在基底层来形成光吸收层，图像光在凸棱的侧面被反射时基本上没有被光吸收颗粒吸收，因此能够将图像光的损失减小到最小限度。
权利要求
1.一种扩散片，它是，设有相互平行的入射面与出射面、将与所述入射面大致垂直地入射的光在某个扩散方向扩散并使之从所述出射面出射的主扩散层的，在所述主扩散层的出射面平行地设置多个剖面大致为V字状的沟槽的，各沟槽由在所述主扩散层的内部连接的两个平面、曲面或弯折面形成的，邻接的两个沟槽相夹的区域构成剖面大致呈梯形状的凸棱，形成各沟槽的平面、曲面或弯折面成为该凸棱的侧面的，使与所述入射面大致垂直地入射的光，经所述凸棱的侧面反射后在所述扩散方向扩散的，透过型屏幕用的扩散片；其特征在于，在所述主扩散层的出射面侧，或在所述主扩散层的出射面侧和入射面侧两方，设置含有至少在与所述扩散方向相同的方向上使光扩散的光扩散部分的辅助扩散层；所述辅助扩散层的所述光扩散部分被加以调整，使该扩散片的出射光的增益曲线没有极小点。
2.如权利要求1所述的扩散片，其特征在于，所述出射光的增益曲线的斜率的变化量被调整到0.1(cd/(m2·勒克司))/度以下。
3.如权利要求1所述的扩散片，其特征在于，所述主扩散层的所述沟槽内，被填充折射率比构成所述凸棱的材料低的实质上透明的树脂。
4.如权利要求3所述的扩散片，其特征在于，具有光吸收作用的光吸收颗粒被分散在所述树脂中。
5.如权利要求1所述的扩散片，其特征在于，设于所述主扩散层的出射面侧的所述辅助扩散层的光扩散部分，由扩散材料形成。
6.如权利要求1所述的扩散片，其特征在于，所述辅助扩散层也设于所述主扩散层的入射面侧；设于所述主扩散层的入射面侧的所述辅助扩散层的光扩散部分由凹凸透镜形成。
7.如权利要求1所述的扩散片，其特征在于，所述辅助扩散层也设于所述主扩散层的入射面侧；设于所述主扩散层的入射面侧的所述辅助扩散层的光扩散部分由棱柱透镜形成。
8.一种透过型屏幕，其特征在于设有如下的扩散片和在该扩散片的入射面侧配置的菲涅尔透镜一种扩散片，它是，设有相互平行的入射面与出射面、将与所述入射面大致垂直地入射的光在某个扩散方向扩散并使之从所述出射面出射的主扩散层的，在所述主扩散层的出射面平行地设置多个剖面大致为V字状的沟槽的，各沟槽由在所述主扩散层的内部连接的两个平面、曲面或弯折面形成的，邻接的两个沟槽相夹的区域构成剖面大致呈梯形状的凸棱，形成各沟槽的平面、曲面或弯折面成为该凸棱的侧面的，使与所述入射面大致垂直地入射的光，经所述凸棱的侧面反射后在所述扩散方向扩散的，透过型屏幕用的扩散片；其特征在于，在所述主扩散层的出射面侧，或在所述主扩散层的出射面侧和入射面侧两方，设置含有至少在与所述扩散方向相同的方向上使光扩散的光扩散部分的辅助扩散层；所述辅助扩散层的所述光扩散部分被加以调整，使该扩散片的出射光的增益曲线没有极小点。
全文摘要
设有包含相互平行的入射面与出射面的主扩散层的扩散片，它使大致垂直入射面入射的光在某扩散方向扩散并使之从出射面出射。所述主扩散层的出射面平行地设有多个剖面大致V字状的沟槽，各沟槽由在主扩散层内相接的两个平面、曲面或弯折面形成，两个邻接沟槽所夹区域成为剖面大致梯形的凸棱，形成各沟槽的平面、曲面或弯折面成为该凸棱的侧面。与入射面大致垂直地入射的光经所述凸棱的侧面反射后，在扩散方向扩散。在主扩散层的出射面侧或其出射面侧和入射面侧两方，设置含有至少在跟扩散方向相同方向使光扩散的光扩散部分的辅助扩散层。所述辅助扩散层的光扩散部分被加以调整，使该扩散片的出射光的增益曲线无极小点。
文档编号G03B21/62GK1493891SQ0315793
公开日2004年5月5日 申请日期2003年8月29日 优先权日2002年8月29日
发明者大泽太, 本田诚 申请人:大日本印刷株式会社