JPH0261945A - 高効率投写形ディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光利用効率の改善された投写形ディスプレイ
に関する。

〔従来の技術〕

第１図に投写光学系の基本構成を示す。同図で１はＣＲ
Ｔ、２はレンズ、５はスクリーンである。

レンズは通常３枚以上で構成されるが図の繁雑を避ける
都合上、１枚のみ示しである。

レンズによる光集光率には、・ＣＲＴ上の原像からレン
ズのひとみを見込む角θ。によって決ま夛、次式の関係
がある。

Ｋ牛血２θユ　　・・・・・・・・・・・・・・・■式
■は、螢光面からの光の発散の指向特性が無指向性、即
ち、Ｌａｍｂｅｒｔｉｏｎであるという実際的な仮定の
もとに成立する。レンズの収差を最小限に抑えて、７オ
ーカス性の良い画像を得るためには、θヨの値は、約２
７度以下に制約される。従って、集光率には、約２０％
以下に制約されているのが現状である。これを克服突破
する手段として、 ｕａＰ４，６８３，３９８号には、螢光面からの光発散
特性を、面の法線方向に集中する技術が記述されている
。その手段を第２図に示す。同図で１はＣＲ’ｌ’、４
はフェースプレートガラスで約１゜■厚、６は螢光体層
で約３０〜５０Ａｍ厚、７は光反射用メタルバックで約
［１２〜１１５μｍ厚、６は要部であるところの多層膜
である。該要部は、高屈折率層と低屈折率層を交互に約
２０層積層したもので、各層の光学的厚みは、約１５波
長に選定される。該多層膜の効果は、８０指向性に示さ
れる。即ち、フェースプレート内面の法線方向に出射光
を集中する作用がある。これによって、レンズ集光率を
約２倍化できる。

該技術を実際の投写光学系に適用した場合の問題点を、
第５図に示す。同図で９は、画面中央対応の元で、該技
術によって約２倍に強調、これは極めて重要な利点であ
る。しかし、一方、画面隅部に対応する元＝１０．１１
は、該指向特性によって却って減衰されてしまう、これ
が問題点であった。

既述ｕｓＰ４．６８！ｉ、５９８号には、７工−スプレ
ート内面の形状を外側から見て凹面状となし、はソレン
ズ中心を中心とする球面状に近づけることによって、こ
の問題を克服する手段も記されている。このような手段
は、第１図、第５図の画角αが約１５度以内の狭画角光
学系においては、極めて有効であるが、画角が２０度を
越える広画角光学系においては、適用困難であるという
問題があった。何故なら、ＣＲＴの電子ビームの軌道幾
何学上、フェースプレート内面の曲がシは約１５度以内
に抑えたいからである。

奥行の小さいコンパクトが外形の大画面投写形ディスプ
レイを構成するには、相対的に投写距離を小さく構成す
ることが必要で、このためには、画角αを約２５度以上
とする必要がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、画面隅に対応する周辺光量の相対劣化
の少ない、広画角にしてコンパクトな、投写形ディスプ
レイを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、ＣＲＴの７工−スプレート
内面を、フレネル面で構成する。

該フレネル面の法線方向は、投写レンズの元集光方向に
沿うように選定する。

〔作用〕

該フレネル面は、法線方向に光を集中的に出射する。該
出射方向は、投写用レンズの集光方向に沿っている。従
って、該フレネル面から、出射された大部分のエネルギ
ーがスクリーンへと伝達される。従って相対的周辺光量
劣化が最小限に抑えられる。

〔実施例〕

本発明の第１の実施例を第４図に示す、１はＣＲＩＩｌ
、２はレンズ、５はスクリーンである。ＣＲＴの７エー
スプレートからの光出射方向をレンズ２０党集光方向と
はソ合致させることが要点である。

第５図に、第１図のＣＲＴのフェースプレートの詳細構
造を示す、同図で４はフェースプレートガラスで、その
内面にはフレネル面１２が形成される。５は、既述多重
膜の層で、該フレネル面１２に沿って形成される。６は
螢光体層で約５０μｍ〜５０μｍ厚である。７はメタル
バック層で、元を効率良く反射するアルミニラＡ−！！
たけ銀で構成され、その厚みは約ｆ１２〜［１にμｍ′
ｔｌある。

該フレネル面１２の微細構造は、同志円状または、スパ
イラル状として形成し、そのピッチは、ディスプレイの
再生すべき最小画素サイズ程度ま九はこれより小さ目に
選定する０例えば、有効螢光面の外形がよこ１００■、
たて７５−の通常の投写用ＯＲ’！’であって、よこ１
０００ドツト、たて７５０ドツトのものにあっては、フ
レネルピッチを、約０．１　ｍｓ以下に選定する。

フレネル面の詳細を拡大して第６図に示す。同図テ、４
はフェースプレートガラス、５は多重膜層である。フレ
ネル面１２の傾斜角βは、フェースプレート面中央部で
は０度に選定され、周辺部では、第４図のレンズの画角
αに応じて正の角度に選定される。フェースプレートガ
ラス内では、該フレネル面１２からの法線方向に、出射
光の主エネルギーは集中される。これを光線１５に示す
。

フェースプレートガラスを経て空気層へ出る時、この光
は、光線１４に示すように屈折される。

フレネルの法則に基き、次式が成立する。

ｎ血β＝　血β　　　・・・・・・・・・・・・■、゛
、βキβ’／ｎ ここにｎはフェースプレートガラスの屈折率で約１．５
〜１．６の値である。

この光線１４が、レンズ２によって、効率良く伝送され
るように、フレネル面１２の傾斜角βは選定される。通
常、βの値は周辺部において、　約２０度以下の値であ
る。

一方、フレネル面１２の不連続部の角度ｒは、約９デよ
υ小さくαより大きな角度に選定される。

フレネル面１２への多層膜５の付加は、周知の真空蒸着
技術によって遂行される。真空蒸着の際の粒子の飛来方
向は、第５因において左方から右方に向うはソ水平方向
である。従って、フレネル面部の多層膜の厚みｔ、に比
べて、フレネル面不連続部の多層膜の厚みｔ２を薄く形
成することができる。既述υ、ＳＰ４，６８１．９８号
に記されているように、多層膜５には、スペクトラム選
択特性が存在し、その性質は、各層の膜厚で決まるカッ
トオフ波長よりも短波長側を通過し、長波長側を選択的
に阻止する性質である。従って、フレネル面の不連続部
の多層膜の厚み　ｔ２をｔ、に比べて小となるように形
成できることから、この不連続面からの光の無駄な放出
を防ぐことができる。

尚、第５図の５．６　＋　７　＋　１２の部分は、フェ
ースプレートとは別の透明基体上に形成し、然る後、該
基体をフェースプレート内面側に接して配置しても良い
。

以上で、本発明の第１の実施例についての説明を終ジ、
次に本発明の変形例について記す。

第２の実施例を第７図に示す、第５図の第１の実施例と
の相違点は、７レネシート１５が新たに追加され、その
出射面にフレネルレンズ面１６が設けられている点であ
る。

第３の実施例を第８図に示す、第５図の第１の実施例と
の相違点は、ガラスシート１７が新たに追加すれ、フレ
ネルレンズ面が、フェースプレートガラス４の内面に存
在することである。第５因のフレネル面１２０機能は、
光屈折機能ではなく、光を主として法線方向に出射する
機能であったのに対し、第７図、第８図のフレネルレン
ズ面の機能は、光を屈折する機能である０周知の通り、
フレネルレンズのプリズム角をβとすると、屈折角〆と
の間には次式の関係がある。

β’＝（ｎ−１）β　・・・・・・・・・・・・■これ
を式■に比べると、□　中５倍 のプリズム角が必要とされることが判る。

即ち、第２．第３の実施例においては、ｊｇｌの実施例
に比べて、約３倍のプリズム角が必要とされる。即ち、
第１の実施例のフレネル面の方が第２゜第３の実施例の
フレネルレンズ面に比べて効率良く、小なさプリズム角
βによって、所望の効果を得ることができる。

尚、フレネルレンズ面１６を、第９図に示すようにフェ
ースプレートガラス４の出射面側に配置することは、フ
レネルレンズ面における寄生的光散乱作用によって、ス
クリーン上の再生画像の解像度及びコントラスト比を劣
化させるので好ましくない、この光散乱作用の影響は、
フレネルレンズ面が螢光面に近い程軽度であって、第１
の実施例が最も優れている。

次に第４の実施例を第１０図に示す、同図と第５図との
相違点は、第５因においては、フェースプレート内面は
、マクロに平面状、ミクロにフレネル状であるのに対し
て、第１０図では、マクロに凹面状、ミクロにフレネル
状であることである。

このマクロ凹面形状の度合は、同図１８に示す通り、対
角隅部の角ψを約１０度以内とする。こうすることによ
りて、既述ＣＲＴ電子電子ビーム軌道幾何学制約条件を
満たすことができる。凹面の形状はレンズの像面収差改
善の目的で１８′に示すように非球面状であって良い。

以上、いくつかの実施例を間隙した。第４図において、
レンズ２は表現の簡潔性の目的で、１個の要素で代表し
九が、実際には、少く共１個のレンズ要素の組み合わせ
によって構成される。その場合、ＣＲＴのフェースプレ
ート４と、これに最も近接したレンズ要素とは、冷媒用
液体によって直接結合することが、一般に行れている。

このような用途へ、本実を適用できることが明白である
。

奥行の小さいコンパクトな、投写形ディスプレイを構成
するに適した本発明の諸元の一例を次に記す。

スクリーンサイズ二　対角５０インチ 螢光面サイズ　　　二　対角　５インチレンズの画角　
　　：　α　＝５５＠ レンズの焦点距離　：　　ＢＯｍ ７工−スプレート内面のプリズム角β 二　対角隅にて、β中２２゜ 〔発明の効果〕 本発明によれば、マクロな螢光面形状をはソ平面に近い
状態に保って、かつ、ミクロにフェースプレートからの
光放出特性に指向性を付与できる。

従って、画面の隅々に至るまで明るい効率の良い投写形
ディスプレイを具現化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、投写形ディスプレイの基本構成を示す図、第
２図は、従来のＣＲＴの断面図、第Ｓ図は、従来の問題
点を示す図、第４図は、本発明の投写形ディスプレイの
構成を示す図、第５図は、本発明の第１の実施例のＣＲ
Ｔ断面図、第６図は、本発明の第１の実施例の要部拡大
図、第７図は、本発明の第２の実施例のＣＲ’ｌ’断面
図、第８図は、本発明の第５の実施例のＣＲＴ断面図、
第９図は、非すいしよう例を示す断面図、第１０図は、
本発明の第４の実施例のＣＲＴ断面図である。 １・・・・・・ＣＲ’Ｉ’、　　　　２・・・・・・Ｉ
、ＥＮＳ。 ５・・・・・・５ＣＲＥＥＮ。 ４・・・・・・７エースプレートカラス、５・・・・・
・多層膜、　　　６・・・・・・螢光体層、７・・・・
・・メタルバック、　　８・・・・・・指向性、９．１
０．１１・・・・・・光線方向、１２・・・・・・フレ
ネル面、 １６…・・・フレネルレンズ面。 Ｔ　：　ＣＲＴ 第］Ｏ口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少く共ＣＲＴ、レンズ、スクリーンを構成要素とし
   てなる投写形ディスプレイにおいて、該ＣＲＴフェース
   プレートガラスの内側に、フレネル面を形成し、該フレ
   ネル面より内側に高屈折率膜と低屈折率膜の交互のくり
   返しからなる多重膜層を形成し、更にその内側に螢光体
   層を形成し、更にその内側にメタルバック膜が形成され
   、 該フレネル面のプリズム角は、該レンズ画角の増大に応
   じて大となるように形成してなる投写形ディスプレイ。