KR100618601B1 - 프레넬렌즈 시트 및 이를 구비한 투과형 스크린 - Google Patents

프레넬렌즈 시트 및 이를 구비한 투과형 스크린 Download PDF

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KR100618601B1 KR1020030054961A KR20030054961A KR100618601B1 KR 100618601 B1 KR100618601 B1 KR 100618601B1 KR 1020030054961 A KR1020030054961 A KR 1020030054961A KR 20030054961 A KR20030054961 A KR 20030054961A KR 100618601 B1 KR100618601 B1 KR 100618601B1
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Abstract

미광에 기인한 이중상(고스트) 등의 장애를 효과적으로 해소하여 양호한 영상을 표시할 수 있는, 제조가 용이한 프레넬렌즈 시트를 제공한다. 프레넬렌즈 시트(1)는 시트 형상의 기부(1a)와, 기부(1a)의 가운데 영상광(10)이 투사되는 광원측의 면(4)에 형성된, 삼각형의 단면을 갖는 복수의 제1프리즘(23), 기부(1a)의 가운데 영상광이 출사되는 관찰측의 면(5)에 형성된, 삼각형의 단면을 갖는 복수의 제2프리즘(26)을 갖고 있다. 각 제2프리즘(26)은 기부(1a)의 시트면에 대해 3°내지 20°경사진 프리즘면(27)과, 기부(1a)의 시트면에 대해 수직으로 일어선 라이즈면(28)을 갖고, 각 제1프리즘(23)의 제1면(24)에 의해 입사 및 굴절된 광 중 제2면(25)에서 전반사되지 않고 관찰측의 면(5)을 향한 미광으로 되는 광(101)의 관찰측의 면에서의 반사각도를 제어함으로써, 관찰측에서의 영상의 시인범위에서 벗어난 범위에 미광으로 되는 광[101(101A,101B)]이 출사되도록 되어 있다.

Description

프레넬렌즈 시트 및 이를 구비한 투과형 스크린{FRESNEL LENS SHEET AND REAR PROJECTION SCREEN INCLUDING THE SAME}
도 1은 본 발명의 1실시형태에 따른 프레넬렌즈 시트의 요부를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 1실시형태에 따른 프레넬렌즈 시트의 작용을 설명하기 위한 광선추적도,
도 3a, 도3b 및 도 3c는 본 발명의 1실시형태에 따른 프레넬렌즈 시트의 전체구성을 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 1실시형태에 따른 프레넬렌즈 시트를 구비한 투과형 스크린의 일예를 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명의 1실시형태에 따른 프레넬렌즈 시트를 구비한 투과형 스크린이 넣어진/조합된 배면투사형 텔레비젼의 일예를 나타낸 도면,
도 6은 프레넬렌즈 시트를 설계할 때에 고려해야할 광학적인 설계조건을 설명하기 위한 도면,
도 7은 종래의 프레넬렌즈 시트를 설명하기 위한 도면,
도 8은 종래의 프레넬렌즈 시트에 있어서 이중상(고스트)이 발생하는 모습을 설명하기 위한 광선추적도,
도 9는 종래의 배면투사형 텔레비젼을 나타낸 도면이다.
본 발명은 배면투사형 텔레비젼의 표시부에 사용되는 투과형 스크린에 관한 것으로, 특히 광원(배면)측으로부터 비스듬히 투사된 영상광을 관찰측에 출사하여 표시하는 것에 적합한 프레넬렌즈 시트 및 이를 구비한 투과형 스크린에 관한 것이다.
배면투사형 텔레비젼에 있어서는, 광원으로부터 출사된 영상광을 투사(확대투영)하기 위해 그 표시부에 투과형 스크린이 배치되어 있다. 또한, 이와 같은 투과형 스크린으로서는, 일반적으로 광원으로부터 투사된 영상광을 굴절시켜 관찰측에 거의 평행광으로 하여 출사시키는 프레넬렌즈요소와, 영상광을 산란시켜 넓은 범위의 관찰자를 향해 영상광을 출사시키는 렌티큘러(lenticular)렌즈 등의 확산요소를 조합한 것이 사용되고 있다.
그런데, 이와 같은 배면투사형 텔레비젼은 3원색의 광을 각각의 CRT로부터 투사하는 CRT방식의 광원을 구비한 것 외에, LCD(liquid crystal device)나 DLP(digital light processing)를 이용한 단렌즈 방식의 광원을 구비한 것도 사용되도록 되어 가고 있다.
이 중, CRT방식의 광원을 구비한 배면투사형 텔레비젼에 있어서는, 투과형 스크린의 광원측으로부터 투과형 스크린의 중앙부에 대해 거의 수직으로 영상광을 투사하는 방식이 일반적이었다. 또한, 단렌즈 방식의 광원을 구비한 배면투사형 텔 레비젼에 있어서도, 종래 투과형 스크린의 광원측으로부터 투과형 스크린의 중앙부에 대해 거의 수직으로 영상광을 투사하는 방식이 일반적이었다. 즉, 도 9에 나타낸 바와 같이, 광원(12)으로부터 출사된 영상광(10)을 미러(13)에 의해 반사하여 투과형 스크린(3)의 중앙부에 대해 거의 수직으로 영상광(10)을 투사하도록 하고 있다.
그러나, 이와 같은 방식에서는 단렌즈 방식의 광원을 구비한 배면투사형 텔레비젼에 있어서도 종래의 CRT방식의 광원을 구비한 배면투사형 텔레비젼과 거의 동등한 길이가 필요하여, 도 9에 나타낸 바와 같이, 캐비넷(14')을 박형화(薄型化)할 수 없다는 문제가 있었다.
이와 같은 상황 하에서, 배면투사형 텔레비젼의 하나로서, 광원에서 출사된 영상광을 투과형 스크린의 광원측으로부터 비스듬히 투사함으로써, 영상의 표시품위를 손상하는 일 없이 종래의 것에 비해 대폭적인 박형화를 실현할 수 있는 배면투사형 텔레비젼이 제안되고 있다.
이와 같은 배면투사형 텔레비젼에 있어서는, 투과형 스크린에 비스듬히 투사된 영상광을 집광시키기 위한 광학수단으로서 광원측의 면에 단면이 삼각형인 프리즘군(전반사 프레넬렌즈)을 설치하여, 투사된 영상광을 각 프리즘의 제1면에서 굴절시킨 후에, 제2면에서 전반사시켜 관찰측의 면에서 출사시키도록 되어 있다.
여기서, 이와 같은 전반사 프레넬렌즈를 구비한 프레넬렌즈 시트에 있어서는, 광원으로부터 투사된 영상광이 프레넬렌즈 시트에 비스듬히 투사되므로, 프레넬렌즈 시트의 하단부에서 상단부를 향해 영상광이 다른 입사각도로 입사하게 된 다.
구체적으로는, 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이 프레넬렌즈 시트(15)에 있어서, 영상광(10)의 입사각도[θ1;프레넬렌즈 시트(15) 시트면의 법선에 대한 영상광(10)의 각도]가 커지는 광원에서 먼 측의 부분(각 프리즘이 시트면에서 벗어난 프레넬 중심을 기준으로 하여 동심원 형상으로 연장되고 있는 경우에는, 그 프레넬 중심에서 먼 측의 부분)에서는, 영상광(10)이 각 프리즘(43)의 정점(41)부근에서만 제1면(44)에 입사하는 것으로 된다. 이 때문에, 각 프리즘(43)의 제1면(44)으로부터 입사한 영상광(10)의 전체가 제2면(45)에서 전반사되는 것으로 되어, 그 전체가 유효광(10A)으로서 관찰측의 면(48)에서 출사된다.
그러나, 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이 프레넬렌즈 시트(15)에 있어서, 영상광(10)의 입사각도(θ1)가 작아지는 광원에서 가까운 측의 부분(각 프리즘이 시트면으로부터 벗어난 프레넬 중심을 기준으로 하여 동심원 형상으로 연장되고 있는 경우에는, 그 프레넬 중심에서 가까운 측의 부분)에서는 영상광(10)이 각 프리즘(43)의 정점(41)으로부터 저부(42)까지의 넓은 범위에 걸쳐 제1면(44)에 입사하게 된다. 이 때문에, 영상광(10) 중 각 프리즘(43)의 정점(41) 부근으로부터 제1면(44)에 입사한 광은 제1면(44)에서 굴절된 후에 제2면(45)에서 전반사되어 유효광(10A)으로서 관찰측의 면(48)에서 출사되는 것으로 되지만, 영상광(10) 중 각 프리즘(43)의 저부(42) 부근으로부터 제1면(44)에 입사한 광은 제1면(44)에서 굴절된 후에 제2면(45)에서 전반사되는 일 없이 빠져버려 미광(10B;迷光)으로 된다.
여기서, 이와 같이 하여 발생하는 미광(10B)은 도 8에 나타낸 바와 같이, 관찰측의 면(48)에서 전반사된 후, 광원측의 복수의 제1프리즘(43)을 광의 입사 및 출사를 반복하면서 통과하여 최종적으로 관찰측의 면(48)으로부터 출사된 것으로 된다. 여기서, 이와 같이 하여 관찰측의 면(48)으로부터 출사된 미광(10B)은, 도 8에 나타낸 대로, 관찰측의 면(48)으로부터 출사되는 유효광(10A)의 방향과 거의 동일한 방향으로 출사되어 버리기 때문에 이중상[고스트(ghost)] 등의 장애를 야기하고 있다.
이 때문에, 종래에 있어서는 이와 같은 미광에 기인한 이중상(고스트) 등의 장애를 개선하는 방법으로서 다음에 기술하는 바와 같은 각종의 방법이 제안되어 있다.
구체적으로는, 우선 프레넬렌즈의 프리즘의 골(谷)부분에 광확산층을 채워 넣는 방법이 제안되어 있다(일본국 특허공개공보 소62-113131호 참조). 그러나, 이 방법은 프레넬렌즈를 형성한 후, 공정에서 광확산층을 형성할 필요가 있으므로 제조가 번잡하게 되고, 또한 광확산량의 제어도 곤란하다고 하는 문제가 있다.
또한, 프레넬렌즈의 프리즘의 일부에 광흡수층을 형성하는 방법이 제안되어 있다(일본국 특허공개공보 소63-32528, 소63-37336 및 평5-72634호 참조). 그러나, 이 방법은 프리즘의 전체 영역이 아닌 일부의 영역에만 광흡수층을 형성하므로 광흡수층의 형성이 곤란하다고 하는 문제가 있다.
더욱이, 프레넬렌즈의 관찰측의 면 중 영상광의 비투과부분에 광흡수층을 형성하는 방법이 제안되어 있다(일본국 특허공개공보 소63-30835, 63-37337, 63- 139331 및 평5-72634호 참조). 그러나, 이 방법은 광원측에 형성된 프리즘의 위치에 맞춰 관찰측에 형성되는 광흡수층의 위치를 맞출 필요가 있으므로 광흡수층의 형성이 곤란하게 된다는 문제가 있다.
더욱이, 프레넬렌즈의 프리즘 중 영상광이 입사하는 입사면의 형상을 만곡(灣曲)시키는 방법이 제안되어 있다(일본국 특허공개공보 소61-254941호 참조). 그러나, 이 방법은 프레넬렌즈의 위치에 따라 프리즘 입사면의 만곡형상의 곡률을 변화시키는 것이 제조상 곤란하여 균일한 영상표시를 실현하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있다.
더욱이, 프레넬렌즈의 프리즘의 관찰측에 그 관찰측의 전체 영역을 덮는 광확산층을 추가적으로 형성하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법은 미광 뿐만 아니라 영상광도 확산시켜 영상을 흐리게 해버린다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 점을 고려하여 이루어진 것으로, 광원측으로부터 비스듬히 투사된 영상광을 관찰측에 출사하여 표시하는 것에 적합한 전반사 프레넬렌즈를 구비한 프레넬렌즈 시트에 있어서, 미광에 기인한 이중상(고스트) 등의 장애를 효과적으로 해소하여 양호한 영상을 표시할 수 있고, 제조가 용이한 프레넬렌즈 시트 및 그것을 구비한 투과형 스크린을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 제1해결수단으로서, 광원측으로부터 비스듬히 투사된 영상광을 관찰측에 출사하여 표시하는 투과형 스크린에 사용되는 프레넬렌즈 시트에 있어서, 시트 형상의 기부와, 상기 기부 중 영상광이 투사되는 광원측의 면에 형성된, 삼각형의 단면을 갖는 복수의 제1프리즘에 있어서, 당해 각 제1프리즘이 투사된 영상광을 입사시킴과 더불어 당해 입사된 광을 굴절시키는 제1면과, 이 제1면에 의해 입사 및 굴절된 광의 적어도 일부를 관찰측을 향해 전반사시키는 제2면을 갖는 복수의 제1프리즘, 상기 기부 중 영상광이 출사되는 관찰측의 면에 형성된, 삼각형의 단면을 갖는 복수의 제2프리즘에 있어서, 상기 각 제1프리즘의 상기 제1면에 의해 입사 및 굴절된 광 중 상기 제2면에서 전반사되지 않고 상기 관찰측의 면으로 향하는 미광으로 되는 광의 상기 관찰측의 면에서의 반사각도를 제어하여, 상기 관찰측에서의 영상의 시인범위에서 벗어난 범위에 상기 미광으로 되는 광을 출사시키는 복수의 제2프리즘을 구비한 것을 특징으로 하는 프레넬렌즈 시트를 제공한다.
또한, 상술한 제1해결수단에 있어서, 상기 각 제2프리즘은 상기 기부의 연재면에 대해 3°내지 20°경사진 프리즘면과, 상기 기부의 상기 연재면에 대해 수직으로 일어선 라이즈면을 갖고, 상기 프리즘면은 상기 미광으로 되는 광 중 당해 프리즘면에서 반사된 후에 상기 각 제1프리즘을 매개로 상기 관찰측의 면으로 다시 돌아오는 광이 상기 기부의 연재면의 법선으로부터 60°이상 벗어난 각도로 상기 관찰측의 면으로부터 출사되도록 위치지워 지고, 상기 라이즈면은 상기 미광으로 되는 광 중 당해 라이즈면에서 반사된 광이 상기 기부의 연재면의 법선으로부터 60°이상 벗어난 각도로 상기 관찰측의 면으로부터 출사되도록 위치지워지고 있는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 제1해결수단에 있어서, 상기 관찰측의 면 중 상기 각 제2프리즘의 상기 라이즈면 상에만 광흡수부 또는 광확산부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
더욱이, 상술한 제1해결수단에 있어서, 상기 미광으로 되는 광은 상기 기부의 연재면의 법선에 대해 60°이상의 각도로 상기 관찰측의 면으로부터 출사되는 것이 바람직하다.
더욱이, 상술한 제1해결수단에 있어서, 상기 복수의 제2프리즘은 상기 관찰측의 면 중 상기 미광으로 되는 광이 발생하는 영역에만 형성되어 있어도 되고, 또는 상기 관찰측의 면의 전체 영역에 걸쳐 형성되어 있어도 된다.
더욱이, 상술한 제1해결수단에 있어서, 상기 복수의 제2프리즘의 프리즘 각도는 상기 관찰측의 면에서의 위치에 관계 없이 동일해도 되고, 또는 상기 관찰측의 면에서의 위치에 따라 달라도 된다.
더욱이, 상술한 제1해결수단에 있어서, 상기 복수의 제1프리즘은 상기 기부의 연재면에서 벗어난 장소에 위치하는 중심을 기준으로 하여 상기 광원측의 면 상에 동심원 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
더욱이, 상술한 제1해결수단에 있어서, 상기 복수의 제2프리즘은 상기 복수의 제1프리즘의 상기 동심원의 중심과 동일한 높이에 위치하는 중심을 기준으로 하여 상기 관찰측의 면 상에서 동심원 형상으로 형성되어 있으면 좋다. 또한, 상기 복수의 제2프리즘은 상기 관찰측의 면 상에서 직선 형상으로 형성되어 있어도 되고 또는, 상기 기부의 연재면의 중심을 기준으로 하여 상기 관찰측의 면 상에서 동심 원 형상으로 형성되어 있어도 된다.
더욱이, 상술한 제1해결수단에 있어서, 상기 기부 중 영상광을 출사하는 광원에 가장 가까운 변의 중앙부에 입사하는 영상광의 입사각도가 30°~45°이고, 가장 먼 변의 모퉁이부에 입사하는 영상광의 입사각도가 70°~80°인 것이 바람직하다.
더욱이 또한, 상술한 제1해결수단에 있어서, 상기 복수의 제1프리즘은 상기 기부 내를 통과하는 상기 영상광이 상기 기부 연재면의 법선 방향에서 보아 상기 영상광을 출사하는 광원의 측으로 기울어질 수 있도록 구성되고, 상기 복수의 제2프리즘은 상기 기부 내를 통과하여 온 상기 영상광이 상기 기부 연재면의 법선 방향에서 보아 상기 영상광을 출사하는 광원과는 반대의 측으로 기울어 질 수 있도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명은 제2해결수단으로서, 상술한 제1해결수단에 따른 프레넬렌즈 시트와, 상기 프레넬렌즈 시트의 관찰측에 배치된 광확산 시트를 구비한 것을 특징으로 하는 투과형 스크린을 제공한다.
본 발명의 제1 및 제2해결수단에 의하면, 광원측으로부터 비스듬히 투사된 영상광을 관찰측에 출사하여 표시하는 투과형 스크린에 사용되는 프레넬렌즈 시트에 있어서, 기부 중 영상광이 투사되는 광원측의 면에 삼각형의 단면을 갖는 복수의 제1프리즘을 형성함과 더불어, 기부 중 영상광이 출사되는 관찰측의 면에 삼각형의 단면을 갖는 복수의 제2프리즘을 형성하고, 각 제1프리즘의 제1면에 의해 입사 및 굴절된 광 중 제2면에서 전반사되지 않고 관찰측의 면을 향하는 미광으로 되는 광의 관찰측의 면에서의 반사각도를 제어하여, 관찰측에서의 영상의 시인범위로부터 벗어난 범위에 미광으로 되는 광을 출사시키도록 하고 있기 때문에, 미광에 기인한 이중상(고스트) 등의 장애를 효과적으로 해소하여 양호한 영상을 표시할 수 있다.
(실시형태)
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.
우선, 도 4에 의해 본 발명의 1실시형태에 따른 프레넬렌즈 시트를 구비한 투과형 스크린에 대해 설명한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 투과형 스크린(3)은 광원측으로부터 비스듬히 투사된 영상광(10)을 관찰측에 출사하여 표시하기 위한 것이고, 도 4에 나타낸 바와 같이, 광원(12)으로부터 투사된 영상광(10)을 굴절 및 반사시켜 관찰측에 거의 평행광으로서 출사시키는 프레넬렌즈 시트(1)와, 프레넬렌즈 시트(1)의 관찰측에 배치되어 영상광을 산란시켜 넓은 범위의 관찰자를 향해 영상광을 출사시키는 렌티큘러 렌즈시트(2;광확산 시트)를 갖고 있다.
이 중, 프레넬렌즈 시트(1)는 시트 형상의 기부(1a)를 갖고, 이 기부(1a) 중 영상광(10)이 투사되는 광원측의 면(4)에는 삼각형의 단면을 갖는 복수의 제1프리즘(23)이 형성되어 있다.
여기서, 복수의 제1프리즘(23)은 전반사 타입의 프레넬렌즈를 구성하는 것이고, 기부(1a)의 시트면(연장면)으로부터 벗어난 장소(도면 참조부호 94참조)에 위치하는 프레넬 중심(동심원의 중심)을 기초로 하여 광원측의 면(4) 상에서 동심원 형상으로 형성되어 있다.
또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 프레넬렌즈 시트(1)에 광원(12)으로부터 비스듬히 투사되는 영상광(10)은 기부(1a)의 광원측의 면(4) 상에서의 위치에 따라 다른 입사각도로 각 프리즘(23)에 입사한다. 또한, 영상광(10)의 입사각도는 기부(1a)의 중 프레넬 중심에 가장 가까운[영상광(10)을 출사하는 광원(12)에 가장 가까운] 변의 중앙부(도면 참조부호 95참조)에 입사하는 영상광(10)의 입사각도가 30°~45°이고, 가장 가까운 변의 모퉁이부(隅部)(도면 참조부호 96참조)에 입사하는 영상광(10)의 입사각도가 70°~80°인 것이 바람직하다. 또한, 프레넬 중심에 가까운 측과 먼 측 사이의 입사각도의 차가 이보다 작은 경우에는, 투과형 스크린(3)에 대해 영상광(10)을 비스듬히 투과하고 있는데도 불구하고 투과형 스크린(3)과 광원(12)의 사이의 거리가 길게 되어 투과형 스크린(3)이 넣어진 배면투사형 텔레비젼의 박형화를 실현할 수 없으므로 바람직하지 않다. 역으로, 프레넬 중심에 가까운 측과 먼 측 사이의 입사각도의 차가 이보다 큰 경우에는, 광원의 투사 렌즈나 사다리꼴 왜곡의 보정회로로서 보다 고가인 것이 필요하기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 도 4에 나타낸 프레넬렌즈 시트(1)는 도 5에 나타낸 바와 같은 배면투사형 텔레비젼(11)에 넣어 사용할 수 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 배면투사형 텔레비젼(11)은 투과형 스크린(3)과, 투과형 스크린(3)을 향해 영상광(10)을 출사하기 위한 광원(12), 광원(12)으로부터 출사된 영상광(10)을 반사하여 투과형 스크린(3)의 광원측에 투사하는 미러(13;mirror)을 갖고 있다. 또한, 광원(12)은 LCD나 DLP 등의 영상원(12c;映像源), 영상원(12c)을 조명하는 램프(12a) 및, 영상원(12c)을 매개로 출사되는 영상광(10)을 확대투사하기 위한 투사렌즈(12b,12d) 등을 갖고 있다.
여기서, 투과형 스크린(3), 광원(12) 및 미러(13)는 도 5에 나타낸 바와 같은 위치관계로 캐비넷(14;cabinet) 내에 수납되어 있다. 즉, 투과형 스크린(3)은 캐비넷(14)의 관찰측의 전면상부에 설치된 도려낸 창부에 배치되고, 광원(12)은 캐비넷(14)의 내측하부에 배치되어 있다. 또한, 미러(13)는 광원(12)으로부터 출사된 영상광(10)이 미러(13)에 의해 반사되어 투과형 스크린(3)의 광원측에 투사되도록 캐비넷(14)의 내측상부에서 투과형 스크린(3)과 거의 평행으로 배치되어 있다. 또한, 이와 같은 배면투사형 텔레비젼(11)에 있어서, 광원(12)으로부터 출사된 영상광(10)은 미러(13)에 의해 꺽여진 후에 투과형 스크린(3)에 투사되고 있으므로, 도 9에 나타낸 바와 같은 종래의 배면투사형 텔레비젼에 비해 캐비넷(14)의 대폭적인 박형화를 실현할 수 있다.
다음에, 도 1에 의해 도 4 및 도 5에 나타낸 투과형 스크린(3)에 사용되는 프레넬렌즈 시트(1)의 구성의 상세에 관해 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 프레넬렌즈 시트(1)는 시트 형상의 기부(1a)와, 기부(1a)의 가운데 영상광(10)이 투사되는 광원측의 면(4)에 형성된, 삼각형의 단면을 갖는 복수의 제1프리즘(23), 기부(1a) 중 영상광(10)이 출사되는 관찰측의 면(5)에 형성된, 삼각형의 단면을 갖는 복수의 제2프리즘(26)을 갖고 있다.
이 중, 기부(1a)의 광원측의 면(4)에 형성된 복수의 제1프리즘(23)은 상술한 바와 같이 전반사 타입의 프레넬렌즈를 구성하는 것이고, 각 제1프리즘(23)은 투사된 영상광(10)을 입사시킴과 더불어 당해 입사된 광을 굴절시키는 제1면(24)과, 이 제1면(24)에 의해 입사 및 굴절된 광의 적어도 일부를 관찰측을 향해 전반사시키는 제2면(25)을 갖고 있어, 비스듬히 투사된 영상광(10)의 적어도 일부를 굴절 및 전반사하여 유효광(10A)으로서 관찰측의 면(5)을 향해 출사할 수 있도록 되어 있다.
우선, 이와 같은 각 제1프리즘(23)의 광학적인 설계조건에 대해 도 6에 의해 설명한다. 또한 여기에서는 이해를 용이하게 하기 위해 프레넬렌즈 시트(1)의 관찰측의 면(5)이 평탄면이라고 하여 설명한다. 또한, 도 6에 있어서는, 각 제1프리즘(23) 각 부분의 기하학적인 관계를 보다 명료하게 하기 위해 각 제1프리즘(23)의 각 부분을 표시하기 위한 영자부호를 사용한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 각 제1프리즘(23)의 프리즘 각도(φ)는 영상광(10)의 입사각도를 θ1, 프레넬렌즈 시트(1) 재료의 굴절율을 n, 각 제1프리즘(23)의 제2면(AB)에서 전반사된 후의 영상광(10)과 기부(1a;基部)의 시트면의 법선이 만든 각도를 θ4, 각 제1프리즘의 선단 각도를 δ로 한 경우, 다음 수학식 1에 의해 표시된다.
Figure 112003029328102-pat00001
또한, 프레넬렌즈 시트(1) 내에서 영상광(10)이 나아가는 각도(θ4)와, 프레넬렌즈 시트(1) 관찰측의 면(5)으로부터 출사하는 영상광(10)의 출사각도(θ5)의 사이에는 다음의 수학식 2가 성립한다.
sinθ4 = sinθ5 / n
여기서, 각 제1프리즘(23)의 제1면(BC)과 기부(1a)의 시트면의 법선이 만드는 각도를 γ로 하면,
γ = φ + δ - π / 2 ≥ 0
인 것이 바람직하다.
이것은 각 제1프리즘(23)의 제1면(BC)의 각도(γ)가 부(負)인 경우에는 각 제1프리즘(23)의 제1면(BC)의 형상이 역 테이퍼(taper)형상으로 되어 각 제1프리즘(23)을 형성하기 위한 성형형(成形型)의 제작이나, 성형형에 의한 각 제1프리즘(23)의 성형이 곤란하게 되기 때문이다. 이 때문에, 설계상 γ < 0로 되는 영역에서는 각 제1프리즘(23)의 제1면(BC)을 수직으로 하여 각 제1프리즘(23)의 선단각도(δ)를 변화시킴으로써 각 제1프리즘(23)의 프리즘 각도(φ)를 결정한다. 또한, 이 경우의 프리즘 각도(φ)는 다음 수학식 4에 의해 표시된다.
φ = { sin-1 (cosθ1 /n) + θ4 + π / 2} / 2
이와 같은 프레넬렌즈 시트(1)에 있어서, 영상광(10)의 입사각도(θ1 )가 작게 되는 광원(12)에 가까운 측의 부분(프레넬 중심에 가까운 측의 부분)에서는 각 제1프리즘(23)의 제1면(BC)에 입사한 영상광(10)의 일부가 제2면(AB)에서 전반사되지 않고 빠져서 미광으로 된다.
여기서, 각 제1프리즘(23)에서의 미광의 발생태양을 설명하기 위해, 제1프리즘(23)의 제1면(BC)으로부터 입사하여 제1프리즘(23)의 골부(A)로 굴절되는 영상광(10)[즉, 1개의 제1프리즘(23) 내에서 영상광(10)이 미광으로 되는 부분과 유효광으로 되는 부분의 경계의 위치를 통과하는 영상광]에 대해 고찰한다. 또한, 여기서는, 인접한 제1프리즘(23)의 프리즘 각도(φ)는 거의 같은 것으로 한다.
각 제1프리즘(23)의 제1면(BC)에 대한 영상광(10)의 입사각도를 θ2, 각 제1프리즘(23)의 제1면(BC)에서의 굴절각도를 θ3, 제1프리즘(23)의 프리즘 피치[렌즈피치(lens pitch)]를 p, 각 제1프리즘(23)의 제2면(AB)에서 전반사되어 유효광으로서 적합하게 이용되는 부분(BK)의 폭을 e1, 각 제1프리즘(23)의 제2면(AB)에서 전반사되지 않고 빠져서 미광으로 되는 부분(KD)의 폭을 e2, 각 제1프리즘(23)의 높이(BH)를 h, 각 제1프리즘(23)의 제1면(BC) 중 영상광(10)이 미광으로 되는 부분과 유효광으로 되는 부분의 경계의 높이(FG)를 s로 하면, 영상광(10)이 유효광으로 되는 부분의 폭(e1)은 이하의 수학식 5에 의해 표시된다.
e1 = (h-s)×(tanγ + tanθ1)
= (h-s)×(tan(φ+δ-π/2)+tanθ1)
여기서, 상기 수학식 5에 있어서, h 및 s는 각각 이하의 수학식 6 및 7에 의해 표시할 수 있다.
h = p×tan(φ+δ)×tanφ/(tan(φ+δ)-tanφ)
s = -p×tan(φ+δ)/(1+tan(φ+δ)×tan(φ+δ+θ3))
또한,
θ3 = sin-1{sin(θ1+φ+δ)/n}
이다.
도 6에서 명백한 바와 같이, 프리즘 피치(p)와 영상광(10)이 유효광으로 되는 부분의 폭(e1)의 사이에는 p = e1 + e2 의 관계가 있어 명확히 e1 ≤ p 이다. 또한, 영상광(10)이 유효광으로 되는 부분의 폭(e1)과 프리즘 피치(p)의 비(e1/p)는 영상광(10)의 입사각도(θ1)가 커질수록 커지게 되어 어떤 장소에서 e1 = p 로 된다. 이 경우, e1 = p 로 되는 장소에 비해 영상광(10)의 입사각도(θ1)가 커지는 영역에서는, 각 제1프리즘(23)의 제1면(BC)에 입사한 영상광(10)은 제2면(AB)에서 전부 전반사되어 미광이 존재하지 않는다.
여기서, 상술한 바와 같은 계산식에 기초하여, 프레넬렌즈 시트(1)의 기부(1a)의 관찰측의 면(5)으로부터 영상광(10)이 수직으로 출사되는(출사각도 θ5 = 0) 때의, 영상광(10)이 미광으로 되는 부분과 유효광으로 되는 부분의 경계의 위치(e1 = p)에 대한 δ, θ1 및, φ의 관계를 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1에는 프레넬렌즈 시트(1)의 재료의 굴절율(n)이 1.49, 1.55 및 1.59인 경우의 3종류의 계산결과가 나타내어져 있다.
Figure 112003029328102-pat00002
마찬가지로, 상술한 계산식에 기초하여, 영상광(10)의 입사각도(θ1)를 고정하여 프레넬렌즈 시트(1) 내에서 영상광(10)이 나아가는 각도(θ4)를 변화시킨 때의 φ 및 e2 / p [영상광(10)이 미광으로 되는 부분의 비]의 관계를 표 2에 나타낸다. 또한, 표 2에서는 후술하는 실시예 1~3과 동일한 조건[굴절율이 n = 1.55, 각 제1프리즘(23)의 선단각도가 δ = 40°]에서 계산했다. 표 2에서 명백한 바와 같이, 각 제1프리즘(23)의 제1면(BC)으로부터 입사한 영상광(10)이 제2면(AB)에서 전반사한 후에 프레넬 중심측으로 나아가도록 함으로써 영상광(10)이 미광으로 되는 부분의 범위를 작게 할 수 있다.
Figure 112003029328102-pat00003
도 1로 되돌아가서 설명을 계속하면, 프레넬렌즈 시트(1)의 기부(1a)의 관찰측의 면(5)에는 복수의 제2프리즘(26)이 형성되어 있다. 각 제2프리즘(26)은 기부(1a)의 시트면(연재면)에 대해 비교적 작은 각도로(예를 들어, 3° 내지 20°) 기울어진 프리즘면(27)과, 기부(1a)의 시트면에 대해 수직으로 일어선 라이즈(rise)면(28)을 갖고, 각 제1프리즘(23)의 제1면(24)에 의해 입사 및 굴절된 광 중 제2면(25)에서 전반사되지 않고 관찰측의 면(5)을 향한 미광으로 되는 광(101)의 관찰측의 면에서의 반사각도를 제어하여, 관찰측에서의 영상의 시인(視認)범위로부터 벗어난 범위에 미광으로 되는 광[101(101A,101B)]을 출사하도록 되어 있다.
또한, 프레넬렌즈 시트(1)의 기부(1a)의 관찰측의 면(5)에 형성된 복수의 제2프리즘(26)은, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 광원측의 면(4)에 형성된 복수의 제1프리즘(23)의 프레넬 중심과 동일한 높이에 위치하는 중심을 기준으로 하여 관찰측의 면(5) 상에서 동심원 형상으로 형성된 것이다.
여기서, 도 1에 나타낸 바와 같은 프레넬렌즈 시트(1)를 구비한 투과형 스크 린(3)이 넣어진 배면투사형 텔레비젼에 있어서는, 광원(12)으로부터 출사된 영상광(10)이 유효하게 관찰측에 출사되도록 하기 위해, 투과형 스크린(3)의 관찰측으로부터 영상을 호적하게 관찰할 수 있는 시야범위를 제한하고 있다. 기본적으로는, 수평방향에 대해서는 ±40~60°정도, 수직방향에 대해서는 ±5~20°정도로 제한하고 있다. 이 때문에, 미광으로 되는 광(101)이 기부(1a)의 시트면의 법선에 대해 60°이상, 보다 바람직하게는 70°이상의 각도로 출사되도록 하면, 복수의 제2프리즘(26)이 도 3a에 나타낸 바와 같은 동심원상의 형상을 갖는 경우에도, 영상의 시인범위에서 미광으로 되는 광(101)이 수평방향 및 수직방향에 대해서도 완전히 벗어난 것으로 되어, 미광(101)에 의해 발생하는 이중상(고스트)이 관찰자에 의해 관찰되어 버리는 것을 효과적으로 방지할 수 있고, 배면투사형 텔레비젼에서 영상의 표시품위를 대폭적으로 개선할 수 있다.
다음에, 도 1 및 도 2에 의해, 프레넬렌즈 시트(1)의 작용에 대해 설명한다. 또한, 도 2는 도 1에 나타낸 프레넬렌즈 시트(1)에서의 미광(101)의 광로를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 2에 있어서는, 관찰측의 면(5)에 제2프리즘(26)이 형성되어 있는 경우에서의 미광(101)의 광로(도 2의 실선참조)와, 관찰측의 면(5)에 제2프리즘(26)이 형성되어 있지 않는 경우[관찰측의 면(5)이 평탄면(48)인 경우]에서의 미광(101;도면중에서는 참조부호 102로 하여 표기)의 광로(도 2의 점선참조)가 나타내어져 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 프레넬렌즈 시트(1)에 있어서, 각 제1프리즘(23)의 제1면(24)으로 입사한 영상광(10)은 제1면(24)에서 굴절되고, 그 일부는 제2면(25)에서 전반사된 후, 관찰측을 향해 프레넬렌즈 시트(1)에 거의 수직한 방향으로 진행하여 각 제2프리즘(26)의 프리즘면(27)을 매개로 유효광(10A)으로서 관찰측으로 출사된다. 한편, 각 제1프리즘(23)의 제1면(24)에서 굴절된 영상광(10)의 나머지는 제2면(25)에서 전반사되지 않고 빠져서 미광(101)으로 된다.
이 가운데, 각 제1프리즘(23)의 제1면(24)으로부터 입사한 영상광(10)에서 발생하는 미광(101)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 프레넬렌즈 시트(1)의 기부(1a)의 관찰측의 면(5)에 형성된 제2프리즘(26)의 프리즘면(27)에 의해 전반사되어 광원측의 면(4)에 형성된 제1프리즘(23)의 방향으로 나아간다. 이와 같은 미광(101)의 진행방향은 제2프리즘(26)이 형성되어 있지 않은 경우의 미광(102)의 진행방향에 비해 프리즘면(27)의 프리즘 각도(ω)의 2배의 각도 만큼 기부(1a)의 시트면의 법선에 대해 크게 기울어, 기부(1a)의 시트면에 대해 평행에 가까운 각도에서 광원측의 면(4)으로 나아가는 것으로 된다.
여기서, 프레넬렌즈 시트(1)의 기부(1a)의 관찰측이 면(5)에 제2프리즘(26)이 형성되어 있지 않은 경우에는, 각 제1프리즘(23)의 제1면(24)에서 입사한 영상광(10)으로부터 발생하는 미광(101)은 관찰측의 면(5)으로서의 평탄면(48)에서 미광(102)으로서 전반사된 후, 그 광로상에 위치하는 제1프리즘(23)의 제2면(25)으로부터 프레넬렌즈 시트(1)의 외부로 출사된 후, 그 인접하는 제1프리즘(23)의 제1면(24)으로 입사한다. 이 때, 미광(102)은 제1프리즘(23)의 제2면(25)의 법선(111)에서 보아 관찰측으로부터 당해 제2면(25)으로 입사하므로, 제2면(25)으로부터 출사한 광은 인접한 제1프리즘(23)의 선단측에서 구부러진 것으로 되어 인접한 제1프리즘(23)의 제1면(24)의 중복부(中腹部)로부터 재입사하는 것으로 된다.
또한, 제1프리즘(23)은 단면이 삼각형을 하고 있으므로, 인접한 제1프리즘(23)의 제1면(24)부터 재입사한 미광(102)은 반드시 관찰측에 구부러진 것으로 되고, 복수의 제1프리즘(23)을 여러번 통과한 후에 다시 관찰측의 면(5)으로 되돌아 온다. 이 때, 미광(102)은 도 2에 나타낸 바와 같이, 최초의 제1프리즘(23)의 저부(底部)에서 출사한 후에, 인접한 제1프리즘(23)의 중복부, 다음 제1프리즘(23)의 선단부(先端部), 다음 제1프리즘(23)의 중복부 및, 다음 제1프리즘(23)의 저부라고 하는 것과 같은 경로를 순차적으로 가는 것으로 된다. 즉, 관찰측의 면(5)으로서의 평탄면(48)에서 전반사된 미광(102)의 광로를 원으로 근사한 때의 곡률반경은 비교적 작고, 이 때문에, 이와 같은 미광(102)이 최후의 제1프리즘(23)의 저부부근에 온 때에는, 제1프리즘(23)의 제2면(25)에 대해 임계각(약 42°) 이상의 각도에서 입사하는 것으로 되어 그 제2면(25)에서 전반사된다. 이와 같이 하여 최후의 제1프리즘(23)의 제2면(25)에서 전반사된 미광(102)은 관찰측의 면(5)으로서의 평탄면(48)으로부터 유효광(10A)(도 1참조)에 가까운 각도에서 관찰측으로 출사된다.
이것에 대해, 프레넬렌즈 시트(1)의 기부(1a)의 관찰측의 면(5)에 제2프리즘(26)이 형성되어 있는 경우에는, 각 제1프리즘(23)의 제1면(24)에서 입사한 영상광(10)으로부터 발생하는 미광(101)은 미광(102)에 비해 기부(1a)의 시트면에 대해 평행하게 가까운 각도에서 광원측의 면(4)으로 나아가므로, 제1프리즘(23)의 제2면(25)의 법선(111)에 가까운 각도에서[또는 법선(111)에서 보아 광원측으 로부터) 당해 제2면(25)에 입사한다. 이 때문에, 제2면(25)으로부터 출사한 광은 인접한 제1프리즘(23)의 저부부근에서 재입사하는 것으로 된다.
또한, 제1프리즘(23)은 단면이 삼각형을 하고 있으므로, 인접한 제1프리즘(23)의 제1면(24)부터 재입사한 미광(101)은 반드시 관찰측에 구부러진 것으로 되어, 복수의 제1프리즘(23)을 여러번 통과한 후에 다시 관찰측의 면(5)으로 되돌아 온다. 이 때, 미광(101)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 최초의 제1프리즘(23)의 저부로부터 출사한 후에, 인접한 제1프리즘(23)의 저부를 통과하고, 그 중복부나 선단부를 통과하는 것은 아니다. 즉, 관찰측의 면(5)에 형성된 제2프리즘(26)의 프리즘면(27)에서 전반사된 미광(101)의 광로를 원으로 근사한 때의 곡률반경은 비교적 크고, 이 때문에 이와 같은 미광(101)이 최후의 제1프리즘(23)의 저부부근으로 온 때에, 제1프리즘(23)의 제2면(25)에서 전반사되는 일 없이, 관찰측의 면(5)에 형성된 제2프리즘(26)의 프리즘면(27)에서 전반사되어 기부(1a)의 시트면에 대해 평행하게 가까운 각도의 미광(101C)으로 되거나, 또는 제2프리즘(26)의 라이즈면(28)에서 관찰측으로 출사하는 미광(101A)으로 된다. 또한, 이와 같이 하여 제2프리즘(26)의 라이즈면(28)에서 관찰측으로 출사된 미광(101A)은 기부(1a)의 시트면에 대해 평행하게로 가까운 각도에서 나아가고 있던 미광(101)이 기부(1a)의 시트면에 대해 수직으로 일어선 라이즈면(28)에서 출사된 것이므로, 기부(1a)의 시트면의 법선에 대해 60°이상의 큰 각도에서의 출사로 되어 영상의 시인범위에서는 완전하게 벗어난다.
또한, 이상에 있어서는, 각 제1프리즘(23)의 제1면(24)으로부터 입사한 영상 광(10)으로부터 발생하는 미광(101)이 프레넬렌즈 시트(1)의 기부(1a)의 관찰측의 면(5)에 형성된 제2프리즘(26)의 프리즘면(27)에 의해 전반사되는 경우를 예로 모두 설명했지만, 미광(101)이 제2프리즘(26)의 프리즘면(27)이 아닌 라이즈면(28)으로 직접 입사하는 것도 있을 수 있다.
이 경우에는, 미광(101)은 제2프리즘(26)의 라이즈면(28)에 의해 전반사된 후, 프리즘면(27)으로부터 미광(101B)으로서 출사된다. 또한, 이와 같이 하여 제2프리즘(26)의 라이즈면(28)에서 전반사되고 나서 관찰측에 출사된 미광(101B)은, 미광(101)이 원래 관찰자측의 면(5)이 평탄면(48)이었던 경우에 전반사하는 것과 같은 각도에서 나아가고 있으므로, 라이즈면(28)에서 전반사된 후에도 기부(1a)의 시트면에 대해 임계각(약 42°) 이상의 각도로 되고, 프리즘면(27)에서 굴절되는 것에 의해 기부(1a)의 시트면의 법선에 대해 더욱이 큰 각도(60°이상의 고각도)에서 출사되는 것으로 되어, 영상의 시인범위에서는 완전하게 벗어난다.
여기서, 프레넬렌즈 시트(1)의 기부(1a)의 관찰측의 면(5)의 가운데 각 제2프리즘(26)의 라이즈면(28) 상에는 광흡수부 또는 광확산부를 형성하도록 하면 좋다. 이것은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 미광(101A,101B)이 관찰측의 면(5)으로부터 최종적으로 출사되는 것은 제2프리즘(26)의 라이즈면(28)을 투과한 후, 또는 라이즈면(28)에서 전반사된 후이기 때문에, 라이즈면(28) 상에 광흡수층을 적층하여 광흡수부를 형성하거나, 라이즈면(28) 상에 광확산층을 적층하거나, 매트(mat)처리를 행하거나 하여 광확산부를 형성함으로써 미광에 기인한 이중상을 보다 효과적으로 저감할 수 있기 때문이다.
또한, 프레넬렌즈 시트(1)의 기부(1a)의 관찰측의 면(5)에 형성되는 복수의 제2프리즘(26)은 관찰측의 면(5) 중 미광으로 되는 광(101)이 발생하는 영역에만 형성되어 있어도 되고, 또는 관찰측의 면(5)의 전영역에 걸쳐 형성되어 있어도 된다. 전자의 태양에서도, 미광에 기인한 이중상(고스트) 등의 장애를 방지할 수 있다. 그러나, 관찰측의 면(5)의 일부에만 제2프리즘(26)을 형성하면 그의 타부분(평탄면)과의 경계가 관찰되기 쉽게 된다. 후자의 태양에서는 그와 같은 불연속적인 경계가 발생하지 않으므로, 그 만큼 영상의 표시품위를 향상시킬 수 있다.
더욱이, 프레넬렌즈 시트(1)의 기부(1a)의 관찰측의 면(5)에 형성되는 복수의 제2프리즘(26)의 프리즘 각도(ω)는 관찰측의 면(5)에서의 위치에 관계없이 동일하여도 되고, 또는 관찰측의 면(5)에서의 위치에 따라 다르게 있어도 된다.
또한, 후자의 태양에서는, 예컨대, 전반사 프레넬렌즈로서의 제1프리즘(23)과 동일하게 1 피치마다 연속적으로 프리즘 각도(ω)가 변화하도록 해도 된다.
여기서, 복수의 제2프리즘(26)의 프리즘 각도(ω)는 미광으로 되는 광(101)이 발생하는 입사각도(θ1)가 30°~45°인 영역에 있어서 3°~20°인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5°~15°이다. 여기서, 제2프리즘(26)의 프리즘 각도(ω)가 상술한 범위보다도 작을 때에는, 관찰측의 면(5)이 평탄면인 경우와의 차이가 없어 져 제2프리즘(26)을 형성한 것에 의한 효과가 얻어지지 않는다. 역으로, 제2프리즘(26)의 프리즘 각도(ω)가 상술한 범위 보다도 클 때에는, 제1프리즘(23)의 제1면(24)으로부터 입사한 미광(101)의 광로가 예측할 수 없는 것으로 되어 바 람직하지 않다. 기본적으로는, 도 2에 있어서, 관찰측의 제2프리즘(26)의 프리즘면(27)에서 반사된 미광(101)이 라이즈면(28)으로부터 직접 출사하여, 관찰측의 면(5)이 평탄면(48)인 경우의 미광(102)에 가까운 각도로 인접한 제2프리즘(26)의 프리즘면(27)으로부터 재입사하거나, 관찰측의 제2프리즘(26)의 라이즈면(28)에서 전반사되어 그 프리즘면(27)으로부터 출사된 미광(101B)이 인접한 제2프리즘(26)의 라이즈면(28)으로부터 재입사하여 그 프리즘면(27)에서 전반사되거나 한다고 했던 상태가 발생할 수 있다.
더욱이 또한, 복수의 제1프리즘(23)은 프레넬렌즈 시트(1)의 기부(1a) 내를 통과하는 영상광(10A)이 기부(1a)의 시트면의 법선에서 보아 영상광(10A)을 출사하는 광원(12)의 측으로 기울여 지도록 구성되고, 복수의 제2프리즘(26)은 기부(1a) 내를 통과하여 온 영상광(10A)이 기부(1a)의 시트면의 법선의 방향에서 보아 영상광(10A)을 출사하는 광원(12)과는 반대의 측으로 기울여 지도록 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이것은, 상술한 바와 같이, 기부(1a) 내를 통과하는 영상광(10A)이 기부(1a)의 시트면의 법선의 방향에서 보아 영상광(10A)을 출사하는 광원(12)의 측으로 기울여져 기부(1a) 내에서의 영상광(10)의 광로의 각도(θ4)가 커지면, 미광의 발생을 줄일 수 있기 때문이다. 또한, 이와 같이 해도, 관찰측의 면(5)에 형성된 제2프리즘(26)에 의해 기부(1a) 내를 통과하여 온 영상광(10A)이 기부(1a)의 시트면의 법선의 방향에서 보아 영상광(10A)을 출사하는 광원(12)과는 반대의 측으로 기울여 지므로, 관찰측의 면(5)에서 최종적으로 출사되는 영상광(10A)은 거의 평행광으로 하는 것이 가능하다.
이와 같이 본 실시형태에 의하면, 광원(12)측으로부터 비스듬히 투사된 영상광(10)을 관찰측에 출사하여 표시하는 투과형 스크린(3)에 사용되는 프레넬렌즈 시트(1)에 있어서, 기부(1a) 중 영상광이 투사되는 광원측의 면(4)에 삼각형의 단면을 갖는 복수의 제1프리즘(23)을 형성함과 더불어, 기부(1a) 중 영상광(10)이 출사되는 관찰측의 면(5)에 삼각형의 단면을 갖는 복수의 제2프리즘(26)을 형성하여, 각 제1프리즘(23)의 제1면(24)에 의해 입사 및 굴절된 광 중 제2면(25)에서 전반사되지 않고 관찰측의 면(5)으로 향하는 미광으로 되는 광(101)의 관찰측의 면(5)에서의 반사각도를 제어하고, 관찰측에서의 영상의 시인범위에서 벗어난 범위[예컨대, 기부(1a)의 시트면의 법선에 대해 60°이상)에서 미광으로 되는 광(101;101A,101B)을 출사시키도록 하고 있으므로, 미광에 기인한 이중상(고스트) 등의 장애를 효과적으로 해소하여 양호한 영상을 표시할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 프레넬렌즈 시트(1)의 기부(1a)의 광원측의 면(4)에 형성되는 제1프리즘(23)을 기부(1a)의 시트면에서 벗어난 장소에 위치하는 프레넬 중심(94)을 기준으로 하여 광원측의 면(4) 상에 동심원 형상으로 형성했기 때문에, 배면투사형 텔레비젼의 박형화를 목적으로 하여 도 4에 나타낸 바와 같은 태양으로 투과형 스크린(3)의 아래쪽으로 광원(12)이 배치되는 경우에도, 전반사 타입의 프레넬렌즈인 제1프리즘(23)의 프레넬 중심을 통과하는 광축(도 4의 일점쇄선 참조) 상에 광원(12)을 배치하는 것이 가능하게 되어, 그 결과 화면의 휘도를 균일하게 할 수 있다.
더욱이, 본 실시형태에 의하면, 프레넬렌즈 시트(1)의 기부(1a)의 관찰측의 면(5)에 형성되는 제2프리즘(26)을 복수의 제1프리즘(23)의 프레넬 중심과 동일한 높이에 위치하는 중심을 기준으로 하여 관찰측의 면(5) 상에 동심원 형상으로 형성했기 때문에, 영상광 및 미광의 광로가 모두 프레넬 중심을 기준으로 한 회전대칭으로 되기 때문에, 미광의 해석이 용이하게 되어 프레넬렌즈 시트(1)의 렌즈설계를 용이하게 행할 수 있다.
더욱이 또한, 본 실시형태에 의하면, 기부(1a) 중 프레넬 중심에 가장 가까운 변의 중앙부(도면 참조부호 95 참조)에 입사하는 영상광(10)의 입사각도가 30°~45°이고, 가장 가까운 변의 모퉁이부(도면 참조부호 96 참조)에 입사하는 영상광의 입사각도가 70°~80°이도록 했기 때문에, 종래의 CRT방식의 배면투사형 텔레비젼에 비해 길이 방향을 얇게 한 박형의 배면투사형 텔레비젼을 실현할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서는, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 복수의 제2프리즘(26)을 복수의 제1프리즘(23)의 프레넬 중심과 동일한 높이에 위치하는 중심을 기준으로 하여 관찰측의 면(5) 상에 동심원 형상으로 형성하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 도 3b에 나타낸 프레넬렌즈 시트(1')와 같이, 복수의 제2프리즘(26')을 관찰측의 면(5) 상에 직선 형상(능선이 수평방향으로 연장된 상태)으로 형성해도 되고, 도 3c에 나타낸 프레넬렌즈 시트(1")와 같이, 복수의 제2프리즘(26")을 기부(1a)의 시트면의 중심(중심위치 등의 기하학적인 중심)을 기준으로 하여 관찰측의 면(5)상에 동심원 형상으로 형성해도 된다.
여기서, 도 3b에 나타낸 프레넬렌즈 시트(1')에 있어서는, 복수의 제2프리즘(26')이 관찰측의 면(5)상에 직선형상으로 형성되어 있으므로, 프레넬렌즈 시트의 형성시에서 안과 밖 2매의 성형용형의 위치결정의 때에, 프레넬 중심 끼리를 맞추는 정도의 위치정밀도가 요구되지 않아 제조가 용이하게 된다. 또한, 광원측의 면(4) 및 관찰측의 면(5)에 형성되는 것이 동심원 형상의 프리즘과 직선 형상의 프리즘이고, 그들의 조합에 의해 발생하는 모아레(moire) 패턴의 태양은 종래의 투과형 스크린에 있어서 십분 연구되고 있으므로, 모아레의 발생을 용이하게 회피하는 것이 가능하다. 이것에 대해, 도 3c에 나타낸 프레넬렌즈 시트(1")에 있어서는, 복수의 제2프리즘(26")이 기부(1a)의 시트면의 중심(기하학적인 중심)을 기준으로 하여 관찰측의 면(5)상에 동심원 형상으로 형성되어 있으므로, 광원측의 제1프리즘(23)에 의해 거의 평행광 또는 발산광[프레넬 중심측에서 약(弱)집광으로 하고, 프레넬 중심으로부터 먼 측에서 약발산으로 한 것]을 동심원 형상인 프레넬렌즈로서의 관찰측의 제2프리즘(26")에 의해 집광시킬 수 있어 화면밝기의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 각각 별체로서 형성된 프레넬렌즈 시트(1) 및 렌티큘러 렌즈시트(2)를 조합시키는 것에 의해 투과형 스크린(3)을 구성하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 1개 시트의 광원측의 면에 전반사 타입의 프레넬렌즈로서의 프리즘군을 형성하고, 관찰측의 면에 렌티큘러 렌즈 등의 확산요소를 형성하는 것에 의해, 1개의 시트로 일체화된 형태로 투과형 스크린을 구성하도록 해도 된다.
더욱이, 상술한 실시형태에 있어서는, 프레넬렌즈 시트(1)의 관찰측에 렌티큘러 렌즈시트(2)를 배치하고 있지만, 렌티큘러 렌즈시트(2)의 대신에, 확산제 등에 의해 광을 확산시키는 다른 임의의 광확산 시트를 이용하는 것도 가능하다.
더욱이, 상술한 실시형태에 있어서는, 프레넬렌즈 시트(1)의 기부(1a)의 광원측의 면(4)에 형성된 복수의 제1프리즘(23)이 원형(circular) 프레넬 타입의 프레넬렌즈인 경우를 예로 모두 설명했지만, 복수의 제1프리즘(23)이 선형(linear) 프레넬 타입의 프레넬렌즈인 경우에도 동일하게 하여 적용하는 것이 가능하다.
더욱이, 상술한 실시형태에 있어서는, 프레넬렌즈 시트(1)를 구비한 투과형 스크린(3)이 넣어진 배면투사형 텔레비젼으로서, 영상광(10)이 아래 방향에서 비스듬히 투사되는 것을 예로 모두 설명했지만, 영상광(10)이 위 방향에서 비스듬히 투사되는 것에도 동일하게 하여 적용하는 것이 가능하다.
이하, 상술한 실시형태의 구체적 실시예에 대해 기술한다.
실시예
실시예 1
실시예 1에 따른 프레넬렌즈 시트로서, 55인치의 배면투사형 텔레비젼의 투과형 스크린에 사용되는 프레넬렌즈 시트를 제조했다. 또한, 실시예 1에 따른 프레넬렌즈 시트는, 도 3a에 나타낸 프레넬렌즈 시트(1)에 대응하는 것이다.
우선, 프레넬렌즈 시트의 광원측의 면을 구성하는 전반사 타입의 프레넬렌즈(제1프리즘)용의 금형을 40°의 선단각을 갖는 절삭 바이트(bite)에 의해 절삭가공하여 제작했다. 또한, 이 때, 금형으로서는 프리즘 피치가 0.1mm로, 프 레넬렌즈의 프레넬 중심이 금형면의 외부에 존재하는 것을 이용했다. 또한, 금형의 최소절삭반경이 200mm로, 그 때의 프리즘 각도(φ)가 70.4°, 최대절삭반경이 1100mm(유효부 1074mm)로, 그 때의 프리즘 각도(φ)가 50.6°로 되도록 했다. 또한, 이와 같은 프리즘 각도(φ)는 굴절율이 1.55인 재료로 프레넬렌즈를 형성하고, 후술하는 것과 같은 배면투사형 텔레비젼에 넣어 사용한 경우에 최소절삭반경 부근에 대응하는 프레넬렌즈의 부분에서 영상광이 시트면의 법선으로부터 약 10°만큼 하향으로 출사하고, 최대절삭반경 부근에 대응하는 프레넬렌즈의 부분에서 영상광이 거의 수직으로 출사하는 조건에 상응하고 있다.
다음으로, 프레넬렌즈 시트의 관찰측의 면을 구성하는 미광방지용의 제2프리즘용의 금형으로서, 프리즘 피치가 0.0714mm인 원형 타입의 오목 프레넬렌즈의 금형을 준비했다. 또한, 금형의 반경 200mm에서의 프리즘 각도(ω)를 10°로 하고, 반경 360mm에서의 프리즘 각도 0.3°으로 되기 까지 외주부를 향해 프리즘 각도(ω)는 서서히 작게 했다. 또한, 반경 360mm를 넘은 외주부에서의 프리즘 각도(ω)는 0.3°로 일정하게 했다.
그 후, 상술한 바와 같이 하여 제작된 전반사 타입의 프레넬렌즈(제1프리즘)용의 금형과, 상술한 바와 같이 하여 제작된 제2프리즘용의 오목 프레넬렌즈의 금형을 서로 대향한 상태에서 중첩시켜 양자의 프레넬 중심이 일치하도록 하여 셀(cell)을 제작했다. 그리고, 이와 같이 하여 제작한 셀 내에 경화 후의 굴절율이 1.55인 아크릴(acryl)·스틸렌(styrene) 공중합체계의 프리폴리머(prepolymer)를 주입하여 경화시킴으로써, 실시예 1에 따른 프레넬렌즈 시트를 제조했다.
실시예 2
실시예 2에 따른 프레넬렌즈 시트로서, 55인치의 배면투사형 텔레비젼의 투과형 스크린에 사용되는 프레넬렌즈 시트를 제조했다. 또한, 실시예 2에 따른 프레넬렌즈 시트는 도 3b에 나타낸 프레넬렌즈 시트(1')에 대응하는 것이다.
우선, 프레넬렌즈 시트의 광원측의 면을 구성하는 전반사 타입의 프레넬렌즈(제1프리즘)용의 금형을 40°의 선단각을 갖는 절삭바이트에 의해 실시예 1과 거의 동일한 조건에서 절삭가공하여 제작했다. 실시예 1과의 다른점은 굴절율이 1.55인 재료로 프레넬렌즈 시트를 제작하여, 후술하는 바와 같은 배면투사형 텔레비젼에 넣어 사용한 경우에, 프레넬렌즈의 전체 영역에 있어서 영상광이 시트면에 대해 거의 수직으로 출사하도록 한 점이다. 이 때문에, 프리즘 각도(φ)는 최소절삭반경의 부근에서 66.3°로 되도록 했다.
다음으로, 프레넬렌즈 시트의 관찰측의 면을 구성하는 미광방지용의 제2프리즘을 제작하기 위해, 일방의 면에 피치 0.14mm인 능선이 수평방향으로 연장된 선형 프레넬렌즈(제2프리즘)가 형성된 아크릴·스틸렌 공중합체계의 투명수지기판을 준비했다. 또한, 이와 같은 투명수지기판의 기재(基材)는 굴절율이 1.53인 재료에 의해 형성하고, 선형 프레넬렌즈는 경화 후의 굴절율이 1.55인 자외선 경화수지에 의해 형성했다. 또한, 선형 프레넬렌즈의 프리즘 각도(ω)는 프레넬렌즈 시트로서 구성된 때의 하단부측의 프리즘 각도(ω)가 12°에서 상단부측을 향해 순차 작아져 상단부에서는 0°로 되도록 했다.
그 후, 상술한 바와 같이 하여 제작한 전반사 타입의 프레넬렌즈(제1프리즘) 용의 금형에 경화 후의 굴절율이 1.55인 자외선 경화수지를 도공(塗工)하고, 상술한 투명수지기판의 프리즘군(群)이 형성되어 있지 않는 측의 면을 자외선 경화수지를 도공한 금형의 상으로부터 덮고, 계속하여 자외선을 조사하는 것에 의해, 실시예 2에 따른 프레넬렌즈 시트를 제조했다. 또한, 이 때, 투명수지기판 중 프리즘 각도(ω)가 큰 프리즘이 형성된 측의 단부가 금형의 하단부측으로 오도록 했다. 또한, 이와 같이 하여 제조된 프레넬렌즈 시트는 후술하는 바와 같은 배면투사형 텔레비젼에 넣어 사용한 경우에, 하단부 부근에서는 영상광이 18.5°만큼 상향으로 출사하고, 상단부 부근에서는 거의 수직으로 출사했다.
실시예 3
실시예 3에 따른 프레넬렌즈 시트로서, 55인치의 배면투사형 텔레비젼의 투과형 스크린으로서 이용되는 프레넬렌즈 시트를 제조했다. 또한, 실시예 3에 따른 프레넬렌즈 시트는 도 3c에 나타낸 프레넬렌즈 시트(1")에 대응하는 것이다.
프레넬렌즈 시트의 관찰측의 면을 구성하는 미광방지용의 제2프리즘용의 금형으로서, 프리즘 피치가 0.0714mm로, 프레넬 중심이 프레넬렌즈 시트의 시트면의 중심(4 모퉁이를 이은 2개의 대각선의 교점)에 위치하여 외주부로 갈수록 프리즘 각도가 커지고 있는 원형 타입의 볼록 프레넬렌즈(굴절율이 1.55인 재료로 형성한 때에 초점거리가 2600mm로 되는 볼록 프레넬렌즈)의 금형을 준비했다. 또한, 금형 중 프레넬렌즈 시트의 상단 및 하단의 중앙부에 대응하는 반경 342mm인 곳의 프리즘 각도가 13.5°, 최외주부(4 모퉁이)에 대응하는 반경 700mm인 곳의 프리즘 각도가 26.2°로 되도록 했다.
그 후, 실시예 1에서 제작된 전반사 타입의 프레넬렌즈(제1프리즘)용의 금형과, 상술한 바와 같이 하여 제작된 제2프리즘용의 볼록 프레넬렌즈의 금형을 서로 대향한 상태에서 배치하고, 그 사이에 굴절율이 1.55인 투명 플라스틱 시트를 끼워 넣어 가열압축성형(프레스성형)을 행함으로써 실시예 3에 따른 프레넬렌즈 시트를 제조했다.
비교예 1
실시예 2에서 제작된 전반사 타입의 프레넬렌즈(제1프리즘)용의 금형에 경화 후의 굴절율이 1.55인 자외선 경화수지를 도공한 후, 양면이 평탄면인 투명수지기판(굴절율이 1.53)을 상술한 자외선 경화수지를 도공한 금형의 상으로부터 덮고, 계속하여 자외선을 조사함으로써 비교예 1에 따른 프레넬렌즈 시트를 제조했다. 또한, 이와 같이 하여 제조된 프레넬렌즈 시트는 후술하는 바와 같은 배면투사형 텔레비젼에 넣어 사용한 경우에 프레넬렌즈의 전체 영역에 있어서 영상광이 거의 수직으로 출사했다.
평가결과
실시예 1, 실시예 2, 실시예 3 및 비교예 1에 따른 프레넬렌즈 시트를 렌티큘러 렌즈시트와 조합시켜 투과형 스크린을 구성하고, 화면 사이즈가 55인치[영상비(aspect ratio)는 16:9], 투사거리가 340mm, 광원의 위치가 투과형 스크린에 대해 화면의 하단부터 200mm 하방으로 존재하고 있는 배면투사형 텔레비젼 세트에 실장하여 비교평가했다. 또한, 이와 같은 배면투사형 텔레비젼 세트의 하단중앙부(도 4의 참조부호 95참조)에의 영상광의 입사각도(θ1)는 30°, 상단 모퉁이부(도 4의 참조부호 96참조)에의 영상광의 입사각도(θ1)는 72.4°로 했다.
이 결과, 실시예 1~3에 따른 투과형 스크린에서는 이중상(고스트)이 관찰되지 않았다. 이것에 대해, 비교예 1의 투과형 스크린에서는 화면하단에 이중상(고스트)이 관찰되었다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 광원측으로부터 비스듬히 투사된 영상광을 관찰측에 출사하여 표시하는 것에 적합한 전반사 프레넬렌즈를 구비한 프레넬렌즈 시트에 있어서, 미광에 기인한 이중상(고스트) 등의 장애를 효과적으로 해소하여 양호한 영상을 표시할 수 있고, 제조가 용이한 프레넬렌즈 시트 및 그것을 구비한 투과형 스크린을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 광원측으로부터 비스듬히 투사된 영상광을 관찰측에 출사하여 표시하는 투과형 스크린에 사용되는 프레넬렌즈 시트에 있어서,
    시트 형상의 기부와;
    이 기부 중 영상광이 투사되는 광원측의 면에 형성된, 삼각형의 단면을 갖는 복수의 제1프리즘에 있어서, 당해 각 제1프리즘이 투사된 영상광을 입사시킴과 더불어 당해 입사된 광을 굴절시키는 제1면과, 이 제1면에 의해 입사 및 굴절된 광의 적어도 일부를 관찰측을 향해 전반사시키는 제2면을 갖는 복수의 제1프리즘 및;
    상기 기부 중 영상광이 출사되는 관찰측의 면에 형성된, 삼각형의 단면을 갖는 복수의 제2프리즘에 있어서, 상기 각 제1프리즘의 상기 제1면에 의해 입사 및 굴절된 광 중 상기 제2면에서 전반사되지 않고 상기 관찰측의 면으로 향하는 미광으로 되는 광의 상기 관찰측의 면에서의 반사각도를 제어하여, 상기 관찰측에서의 영상의 시인범위에서 벗어난 범위에 상기 미광으로 되는 광을 출사시키는 복수의 제2프리즘을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 프레넬렌즈 시트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각 제2프리즘은 상기 기부의 연재면에 대해 3° 내지 20° 경사진 프리즘면과, 상기 기부의 상기 연재면에 대해 수직으로 일어선 라이즈면을 갖고, 상기 프리즘면은 상기 미광으로 되는 광 중 당해 프리즘면에서 반사된 후에 상기 각 제1프리즘을 매개로 상기 관찰측의 면으로 다시 돌아오는 광이 상기 기부의 연재면의 법선으로부터 60°이상 벗어난 각도로 상기 관찰측의 면으로부터 출사되도록 위치지워지고, 상기 라이즈면은 상기 미광으로 되는 광 중 당해 라이즈면에서 반사된 광이 상기 기부의 연재면의 법선으로부터 60°이상 벗어난 각도로 상기 관찰측의 면으로부터 출사되도록 위치지워지고 있는 것을 특징으로 하는 프레넬렌즈 시트.
  3. 제2항에 있어서, 상기 관찰측의 면 중 상기 각 제2프리즘의 상기 라이즈면 상에만 광흡수부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프레넬렌즈 시트.
  4. 제2항에 있어서, 상기 관찰측의 면 중 상기 각 제2프리즘의 상기 라이즈면 상에만 광확산부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프레넬렌즈 시트.
  5. 제1항에 있어서, 상기 미광으로 되는 광은 상기 기부의 연재면의 법선에 대해 60°이상의 각도로 상기 관찰측의 면으로부터 출사되는 것을 특징으로 하는 프레넬렌즈 시트.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 제2프리즘은 상기 관찰측의 면 중 상기 미광으로 되는 광이 발생하는 영역에만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프레넬렌즈 시트.
  7. 제1항에 있어서, 상기 복수의 제2프리즘은 상기 관찰측의 면의 전체 영역에 걸쳐 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프레넬렌즈 시트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 복수의 제2프리즘의 프리즘 각도는 상기 관찰측의 면에서의 위치에 관계 없이 동일한 것을 특징으로 하는 프레넬렌즈 시트.
  9. 제1항에 있어서, 상기 복수의 제2프리즘의 프리즘 각도는 상기 관찰측의 면에서의 위치에 따라 다른 것을 특징으로 하는 프레넬렌즈 시트.
  10. 제1항에 있어서, 상기 복수의 제1프리즘은 상기 기부의 연재면에서 벗어난 장소에 위치하는 중심을 기준으로 하여 상기 광원측의 면 상에 동심원 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프레넬렌즈 시트.
  11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 제2프리즘은 상기 복수의 제1프리즘의 상기 동심원의 중심과 동일한 높이에 위치하는 중심을 기준으로 하여 상기 관찰측의 면 상에서 동심원 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프레넬렌즈 시트.
  12. 제10항에 있어서, 상기 복수의 제2프리즘은 상기 관찰측의 면 상에서 직선 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프레넬렌즈 시트.
  13. 제10항에 있어서, 상기 복수의 제2프리즘은 상기 기부의 연재면의 중심을 기준으로 하여 상기 관찰측의 면 상에서 동심원 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프레넬렌즈 시트.
  14. 제1항에 있어서, 상기 복수의 제1프리즘은 상기 기부 내를 통과하는 상기 영상광이 상기 기부 연재면의 법선 방향에서 보아 상기 영상광을 출사하는 광원의 측으로 기울어질 수 있도록 구성되고, 상기 복수의 제2프리즘은 상기 기부 내를 통과하여 온 상기 영상광이 상기 기부 연재면의 법선 방향에서 보아 상기 영상광을 출사하는 광원과는 반대의 측으로 기울어 질 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 프레넬렌즈 시트.
  15. 제1항에 있어서, 상기 기부 중 영상광을 출사하는 광원에 가장 가까운 변의 중앙부에 입사하는 영상광의 입사각도가 30°~45°이고, 가장 먼 변의 모퉁이부에입사하는 영상광의 입사각도가 70°~80°인 것을 특징으로 하는 프레넬렌즈 시트.
  16. 청구항 제1항에 기재된 프레넬렌즈 시트와;
    상기 프레넬렌즈 시트의 관찰측에 배치된 광확산 시트를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 투과형 스크린.
KR1020030054961A 2002-08-09 2003-08-08 프레넬렌즈 시트 및 이를 구비한 투과형 스크린 KR100618601B1 (ko)

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