KR100566079B1

KR100566079B1 - 렌티큘라 시트, 이를 이용하는 투과형 스크린 및 렌티큘라 시트 제조방법

Info

Publication number: KR100566079B1
Application number: KR1020040006102A
Authority: KR
Inventors: 김종훈; 한상철; 김덕주
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2006-03-30
Also published as: KR20050078008A

Abstract

본 발명의 렌티큘라 시트는 투명한 기재의 입사측에 렌티큘라 렌즈 어레이가 형성되고, 출사부 측에 다수의 돌출부와 오목부로 이루어진 요철 형상으로 형성된 광 투과성 수지부를 형성하고, 요철 형상의 각각의 오목부에 광흡수층을 인쇄하여 형성된 것으로서, 기존의 인쇄공정을 그대로 이용하면서도 미세 피치 형상 가공에 필요한 공차를 제공하여 성형성을 개선하고, 동시에 콘트라스트 특성을 개선시킬 수 있다.

프로젝션 스크린, 렌티큘라 시트, 투과형 스크린, 마이크로 디스플레이

Description

렌티큘라 시트, 이를 이용하는 투과형 스크린 및 렌티큘라 시트 제조방법{Lenticular sheet, Transmission Type Screen using the same and manufacturing method thereof}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 렌티큘라 시트를 도시한 도면이고,

도 2는 본 발명에 따른 투과형 스크린을 도시한 도면이고,

도 3는 광축상의 공차를 계산하기 위한 상세도이고,

도 4 및 도 5는 렌티큘라 시트의 두께가 기준 두께보다 얇은 경우와 두꺼운 경우를 각각 도시한 상세도이며,

도 6은 종래의 렌티큘라 시트를 도시한 도면이다.

본 발명은 렌티큘라 시트 및 그 제조 방법과 이러한 렌티큘라 시트를 이용하는 투과형 스크린에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 기존의 인쇄공정을 사용하여 마이크로 디스플레이(micro display: MD)에 사용할 수 있는 렌티큘라 시트 및 그 제조 방법과 이러한 렌티큘라 시트를 이용하는 투과형 스크린에 관한 것이다.

프로젝션 TV 등에 사용되는 광원으로는 소형의 CRT(Cathode Ray Tube), LCD(Liquid Crystal Display), DLP(Digital Light Processing)와 같은 프로젝터(projector)들이 사용되며, 이들 중 LCD와 DPL 기술을 사용한 광원을 마이크로 디스플레이(MD)형 광원이라 한다. 또한, 이에 사용되는 투과형 스크린은 프레넬(fresnel) 시트와 렌티큘라(lenticular) 시트로 구성되어 있으며, 렌티큘라 시트는 입사면 및/또는 출사면에 렌티큘라 렌즈라고 불리는 원통형(cylindrical) 렌즈 어레이가 위치하며, 출사면에는 외부 광의 반사를 제한하기 위하여 광 흡수 층을 가지고 있다. 이러한 광 흡수층을 형성하기 위하여, CRT용 스크린의 렌티큘라 시트에서는 광흡수층을 인쇄하여 사용하였다. 그러나, MD용 스크린에서는 렌티큘라 렌즈의 폭이 수백~수십 μm 정도로 작기 때문에 정밀하게 광흡수층을 형성하여야 하고, 이런 이유로 MD용 렌티큘라 시트에서는 기존의 인쇄공정을 사용할 수 없었다. 또한, MD형의 광원을 사용하는 프로젝션 TV는 광원 자체가 갖고 있는 콘트라스트 특성이 충분하지 않기 때문에 스크린에서 충분한 정도의 콘트라스트를 제공하는 것이 중요하며, 스크린에서 충분한 콘트라스트 특성을 제공하기 위한 일차적인 수단으로서 스크린의 전 면적 대비 광 흡수 층의 면적을 충분히 확보하는 것이 중요하다.

MD용 렌티큘라 시트를 제조하기 위하여, 미국 특허 제5870224호 또는 일본 공개특허 공보 소59-121033호에서 제안된 방법은 렌티큘라 시트의 기재의 출사측면에 점착특성을 갖는 포토레지스트를 도포한 후 평행광을 렌티큘라 시트의 입사렌즈 측으로 조사하여, 입사렌즈를 통하여 포토레지스트 면에 집광된 빛에 의하여 빛이 집광된 부분의 점착특성을 제거한 후, 토너를 도포한 후 여분의 토너를 제거하면 빛이 집광 되지 않은 부분에만 토너가 부착되어 광 흡수층이 형성되는 방법을 사용 하였다. 도 6에 이와 같은 방법으로 제조된 렌티큘라 시트(10)가 도시되어 있다. 이와 같은 방법은 렌티큘라 시트(10)의 제조과정에서 입사렌즈인 렌티큘라 렌즈(13)와 광 흡수층(18)의 얼라인이 자동적으로 이루어진다는 점에서 미세한 피치(폭)의 렌티큘라 렌즈(13)를 갖는 렌티큘라 시트(10)의 제작이 용이한 장점을 가지고 있다.

그러나, 이러한 제조 방법은 포토레지스트의 도포, 균일한 빛의 조사, 토너의 코팅과 제거 공정 등 추가의 공정이 필요하여, 기존의 렌티큘라 시트 제조 공정에 비하여 시간 및 비용을 증가시키는 단점이 있다.

더욱이, 이러한 렌티큘라 시트는 제조 공정 중에 포토레지스트층(16)으로 집광된 빛이 수차를 갖거나 또는 확산층에 의하여 확산되어 초점의 면적이 넓어지는 경우 충분한 면적의 광 흡수층을 확보하지 못하기 때문에, 도 6에 도시된 바와 같이 광 흡수층(18)의 위에(시청자 쪽 방향으로) 확산층(12)을 갖는 구조를 갖게 된다. 이러한 구조는 외부 광이 광 흡수층(18)에 의하여 흡수되기 이전에 확산층(18)에 의한 확산 반사가 이루어지므로 시청자의 눈 쪽으로 반사되는 빛의 양이 증가하여, 스크린 전체의 콘트라스트 특성을 저해하는 단점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기존의 인쇄공정을 그대로 이용하면서도 미세 피치 형상 가공에 필요한 공차를 제공하여 성형성이 개선된 렌티큘라 시트 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 콘트라스트 특성이 개선된 렌티큘라 시트 및 그 제 조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 미세 피치 형상 가공에 필요한 공차를 제공하여 성형성이 개선되고, 동시에 콘트라스트 특성이 개선된 투과형 스크린을 제공하는 것이다.

이러한 목적 및 기타 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 렌티큘라 시트는 투명한 기재의 일측면에 렌티큘라 렌즈 어레이가 형성되어 있고, 타측면에 다수의 돌출부와 오목부로 이루어진 요철 형상으로 형성된 광 투과성 수지부가 형성되어 있으며, 광 투과성 수지부의 각각의 오목부에는 광흡수층이 형성되어 있다. 이때, 광 투과성 수지부의 각각의 돌출부는 렌즈 어레이부의 각각의 렌티큘라 렌즈의 초점이 맺히는 부분에 위치한다.

본 발명의 다른 특징에 따른 투과형 스크린은 프레넬 렌즈와 위의 렌티큘라 시트로 이루어진다.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 렌티큘라 시트의 제조 방법은

투명한 기재의 일측면에 원통형 렌티큘라 렌즈들을 형성하는 단계;

투명한 기재의 타측면에 광 투과성 수지를 사용하여 다수의 돌출부와 오목부로 이루어진 요철 형상을 형성하되, 각각의 돌출부는 각각의 렌티큘라 렌즈의 초점이 맺히는 부분에 위치하도록 형성하는 단계; 및

요철 형상의 오목부에 광흡수층을 인쇄하는 단계로 이루어진다.

이하에서는 본 발명에 따른 렌티큘라 시트 및 그 제조 방법, 투과형 스크린 에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 렌티큘라 시트를 설명한다. 렌티큘라 시트(200)은 투명한 기재(270) 위에 입사면쪽으로 원통형의 렌티큘라 렌즈 어레이(230)을 구비하고 있다. 렌티큘라 렌즈 어레이(230)를 구성하는 각각의 원통형 렌티큘라 렌즈(231)는 프로젝션 TV가 표시할 수 있는 최소 화소의 크기에 해당하며, 마이크로 디스플레이용의 경우 수백~수십 ㎛의 폭(P)를 갖는다.

렌티큘라 시트(200)의 출사면쪽으로는 기재(270) 위에 다수의 오목부(212)와 돌출부(211)로 이루어진 요철 형상을 가지는 광투과성 수지부(210)가 형성되어 있으며, 광투과성 수지부(210)의 각각의 돌출부(211)는 렌즈 어레이(230)의 각각의 렌티큘라 렌즈(231)의 초점이 맺히는 부분에 위치하도록 한다.

또한, 각각의 돌출부(211)의 단면 형상은 렌티큘라 시트면의 법선과 단면 경사각 θ를 이루며 좁아지도록 형성하는 것이 각각의 렌티큘라 렌즈(231)에 의하여 집광되는 빛의 산란을 방지하는데 효과적이다.

돌출부(211)의 단면 경사각 θ는 각각의 렌티큘라 렌즈(231)의 양 끝점을 연결하는 직선과 렌티큘라 렌즈의 초점사이의 거리가 F이고, 렌티큘라 렌즈의 폭이 P일 때, 다음의 수학식 1을 만족하는 것이 바람직하다.

광투과성 수지부(210)의 오목부(212) 위로는 전통적인 인쇄방법에 의하여 형성된 광 흡수층(250)이 형성되어 있고, 광 흡수층(250)은 돌출부(211)의 높이 정도로 형성되는 것이 바람직하며, 돌출부(211)의 최종면이 최종출사면(260)으로 된다.

또한, 광 투과성 수지부(210)는 광 확산 특성을 갖는 수지로 선택하는 경우, 별도의 광 확산층을 형성할 필요가 없다.

한편, 각각의 렌티큘라 렌즈(231)의 폭 P에 대한 광 흡수층(250)의 폭 d의 값은

d/P ≥ 0.6

인 것이 바람직하며,

d/P ≥ 0.8

인 것이 더욱 바람직하다. 즉, 광흡수층(250)은 렌티큘라 시트(200)의 전체 면적의 적어도 60% 이상, 더욱 바람직하기로는 80% 이상을 차지하여야 콘트라스트가 좋아질 수 있다.

이러한 렌티큘라 시트(200)을 제조하는 방법은 투명한 기재(270)의 일측면에 원통형 렌티큘라 렌즈 어레이(230)를 형성하고, 투명한 기재(270)의 타측면에 광 투과성 수지를 사용하여 다수의 돌출부(211)와 오목부(212)로 이루어진 요철 형상을 형성하되, 각각의 돌출부(211)는 각각의 렌티큘라 렌즈의 초점이 맺히는 부분에 위치하도록 형성한 후, 요철 형상의 오목부(212)에 기존의 인쇄 방법으로 광흡수층을 인쇄하여 이루어진다.

도 2를 참조하여 도 1의 렌티큘라 시트(200)를 사용하는 투과형 스크린(500)을 설명하면, 스크린(500)은 프레넬 렌즈(300)과 렌티큘라 시트(200)으로 이루어진다.

프레넬 렌즈(300)는 두꺼운 형태의 렌즈를 동심원 모양의 띠 형상으로 나누어 구현함으로써, 원래의 렌즈가 갖는 광학적 특성을 모두 가지면서도 얇은 시트형태의 모양을 갖는 렌즈로서, 광원(400)으로부터의 발산빔이 프레넬 렌즈(300)를 통과하면서 실질적으로 평행한 빔으로 되도록 하는 기능을 한다.

즉, 광원(400)으로부터 투사된 이미지는 프레넬 렌즈(300)와 렌티큘라 시트(200)의 렌티큘라 렌즈 어레이(230)에 의해 광투과성 수지부(210)의 돌출부(211)에서 결상된다.

도 3는 광축 상의 얼라인의 공차를 계산하기 위한 상세도이다. 렌티큘라 시트의 출사부에 위치한 돌출부(211)의 최종면의 폭은 각각의 렌티큘라 렌즈(231)의 폭 P와 광 흡수층(250)의 폭 d의 차 P-d이다. 하나의 렌티큘라 렌즈(231)에서 집속되는 최대 광속의 집중각을 s, 렌티큘라 렌즈(231)의 양 끝점을 연결하는 직선으로부터 초점까지의 거리를 F, 렌티큘라 렌즈의 폭을 P, 광 흡수층(250)의 두께를 h, 렌티큘라 렌즈(231)의 양 끝점을 연결하는 직선으로부터 광 흡수층(250)의 끝까지의 거리를 L이라 할 때, F > L인 경우 광 흡수층(250)의 최종면에서의 광속의 반폭 a는,

이고, 이때 tan(s/2) = P/2F 이므로

이다. 따라서, 광축상의 얼라인 공차(tolerance) T_op는 다음의 수학식 2의 값을 갖는다.

한편, 렌티큘라 렌즈(231)의 광축이 돌출부(211)의 중앙에 정확히 얼라인되었을 경우에, 렌티큘라 시트(200)의 두께에 대한 공차 T_t는 다음의 수학식 3와 같다.

따라서, 상기의 수학식으로부터 렌즈의 두께에 따른 거리 F(각각의 렌티큘라 렌즈(231)의 양 끝점을 연결하는 직선으로부터 초점까지의 거리)의 범위를 알 수 있다. 즉, 렌티큘라 시트(200)의 두께가 기준 두께보다 얇은 경우, 예를 들어 도 4와 같이 렌티큘라 렌즈(231)에 의한 초점은 최종 출사면(260)을 지나서 맺히게 된다. 즉, 렌티큘라 렌즈(231)의 양 끝점에서 광투과성 수지부(210)과 광 흡수층 (250)사이의 경계면까지의 거리를 L이라 하고, 광투과성 수지부(210)과 광 흡수층(250)사이의 경계면에서 초점까지의 거리를 l이라 할 때,

가 되고, F≤L+l이므로 F는 다음의 수학식 4을 만족하게 된다.

또한, 렌티큘라 시트(200)의 두께가 기준 두께보다 두꺼운 경우를 살펴보면, 예를 들어 도 5와 같이 렌티큘라 렌즈(231)에 의한 초점은 돌출부(211) 이전에서 맺히게 된다. 이때, F ≥ L+h-l 이므로 다음의 수학식 4가 된다.

따라서, F는 수학식 4와 5로부터 다음의 수학식 6를 만족하여야 한다.

따라서, 각각의 렌티큘라 렌즈(231)의 양 끝점을 연결하는 직선으로부터 초점까지의 거리 F의 범위가 상기 수학식 6과 같이 일정 범위 내에만 있으면 렌티큘라 시트의 성능에 영향을 미치지 않으므로 본 발명의 렌티큘라 시트는 충분한 공차를 가지고 제작할 수 있다.

또한, 각각의 렌티큘라 렌즈의 양 끝점을 연결하는 직선과 렌티큘라 렌즈의 초점사이의 거리 F는 수학식 6의 범위 중에서도

L - h/2 ≤ F ≤ L + h/2

를 만족하는 경우가 바람직하다.

이러한 렌티큘라 시트의 예시는 다음과 같다. 각각의 렌티큘라 렌즈의 폭 P가 255㎛이고, 렌티큘라 렌즈의 양 끝점을 연결하는 직선으로부터 초점까지의 거리 F의 값 269.4㎛, 광 흡수층의 두께 h가 20㎛, 광 흡수층의 폭 d이 216.8㎛, 렌티큘라 렌즈 및 광투과성 수지부의 수지의 굴절률이 1.53, 투명한 기재(270)의 굴절률이 1.67인 렌티큘라 시트를 구성하였다. 이때 렌티큘라 시트의 전체 두께에 따른 광축 상의 허용공차는 다음의 표 1과 같다.

두께(mm)	L(mm)	광축허용공차(±)(mm)
0.320	0.229	0.000
0.325	0.234	0.003
0.330	0.239	0.005
0.335	0.244	0.007
0.340	0.249	0.010
0.345	0.254	0.012
0.350	0.259	0.014
0.355	0.264	0.017
0.360	0.269	0.019
0.365	0.274	0.017
0.370	0.279	0.014
0.375	0.284	0.012
0.380	0.289	0.010
0.385	0.294	0.007
0.390	0.299	0.005
0.395	0.304	0.003
0.400	0.309	0.000

본 예시에서는 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 렌티큘라 시트 두께를 0.360mm로 하여 렌티큘라 시트를 성형하는 경우, 광축 상의 허용 공차가 가장 크므로 이러한 두께로 하는 경우 성형성을 크게 개선할 수 있다.

본 발명의 렌티큘라 시트 및 이를 이용한 투과형 스크린은 마이크로 디스플레이용 프로젝션 TV 등에 사용될 수 있는 정도의 미세 피치 형상 가공에 필요한 공차를 제공하여 성형성이 개선된 효과가 있는 동시에 콘트라스트 특성 또한 개선되었다.

또한, 본 발명의 렌티큘라 시트 제조 방법은 기존의 인쇄 공정을 그대로 이용하여 제조할 수 있으므로, 기존의 마이크로 디스플레이용 렌티큘라 시트의 제조 방법에 비하여 공정이 간단하고 시간 및 비용이 절약되는 효과가 있다.

Claims

투명한 기재;

원통형 렌티큘라 렌즈들로 구성되고, 상기 기재의 일측면에 형성된 렌즈 어레이부;

상기 기재의 타측면에 다수의 돌출부와 오목부로 이루어진 요철 형상으로 형성된 광 투과성 수지부; 및

상기 광 투과성 수지부의 오목부에 인쇄된 광흡수층

를 포함하며,

상기 광 투과성 수지부의 각각의 돌출부는 렌즈 어레이부의 각각의 렌티큘라 렌즈의 초점이 맺히는 부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 렌티큘라 시트.
제1항에 있어서,

상기 광 투과성 수지부가 광 확산 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 렌티큘라 시트.
제1항에 있어서,

각각의 돌출부는 렌티큘라 시트의 법선과 소정의 단면 경사각을 이루며 좁아지는 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 렌티큘라 시트.
제3항에 있어서,

상기 돌출부의 단면 경사각 θ는 각각의 렌티큘라 렌즈의 양 끝점을 연결하는 직선과 렌티큘라 렌즈의 초점사이의 거리가 F이고, 렌티큘라 렌즈의 폭이 P일 때,

인 것을 특징으로 하는 렌티큘라 시트.
제1항에 있어서,

상기 렌즈 어레이부의 렌티큘라 렌즈의 폭이 P이고, 렌티큘라 렌즈의 양 끝점을 연결하는 직선으로부터 상기 광 투과성 수지부의 돌출부까지의 거리가 L이고, 상기 광 흡수 층의 두께가 h 이며, 상기 광 투과성 수지부의 돌출부의 폭이 d일 때, 각각의 렌티큘라 렌즈의 양 끝점을 연결하는 직선과 렌티큘라 렌즈의 초점사이의 거리 F가

를 만족하는 것을 특징으로 하는 렌티큘라 시트.
제5항에 있어서,

각각의 렌티큘라 렌즈의 양 끝점을 연결하는 직선과 렌티큘라 렌즈의 초점사이의 거리 F가

L - h/2 ≤ F ≤ L + h/2

를 만족하는 것을 특징으로 하는 렌티큘라 시트.
제1항에 있어서,

상기 렌즈 어레이부의 각각의 렌티큘라 렌즈의 폭 P와 상기 광 흡수 층의 폭 d가

d/P ≥ 0.6

인 것을 특징으로 하는 렌티큘라 시트.
제7항에 있어서,

상기 렌즈 어레이부의 각각의 렌티큘라 렌즈의 폭 P와 상기 광 흡수 층의 폭 d가

d/P ≥ 0.8

인 것을 특징으로 하는 렌티큘라 시트.
투명한 기재의 일측면에 원통형 렌티큘라 렌즈들을 형성하는 단계;

상기 기재의 타측면에 광 투과성 수지를 사용하여 다수의 돌출부와 오목부로 이루어진 요철 형상을 형성하되, 상기 각각의 돌출부는 렌즈 어레이부의 각각의 렌티큘라 렌즈의 초점이 맺히는 부분에 위치하도록 형성하는 단계; 및

상기 요철 형상의 오목부에 광흡수층을 인쇄하는 단계

를 포함하는 렌티큘라 시트의 제조 방법.
제9항에 있어서,

상기 광 투과성 수지가 광 확산 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 렌티큘라 시트의 제조 방법.
프레넬 렌즈와 렌티큘라 시트를 구비하는 투과형 스크린에 있어서,

상기 렌티큘라 시트가

투명한 기재;

원통형 렌티큘라 렌즈들로 구성되고, 상기 기재의 일측면에 형성된 렌즈 어레이부;

상기 기재의 타측면에 다수의 돌출부와 오목부로 이루어진 요철 형상으로 형성된 광 투과성 수지부; 및

상기 광 투과성 수지부의 오목부에 인쇄된 광흡수층

를 포함하며,

상기 광 투과성 수지부의 각각의 돌출부는 렌즈 어레이부의 각각의 렌티큘라 렌즈의 초점이 맺히는 부분에 위치하는 것을 특징으로 하는 투과형 스크린.
제11항에 있어서,

상기 광 투과성 수지부가 광 확산 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 투과형 스크린.