KR100633556B1 - 프레넬 렌즈시트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 프레넬렌즈부에 있어서 「붕괴」와 「마모」및 「무아레」의 문제를 효과적으로 방지할 수 있는 프레넬 렌즈시트를 제공한다. 프레넬 렌즈시트(10)는 렌티큘러 렌즈시트와 함께 투과형 스크린을 구성하고 있고, 배면투사형 영상표시장치의 프레임에 취부된다. 프레넬 렌즈시트(10)는 기재의 한쪽의 표면측에 프레넬렌즈부(13)를 구비하고 있다. 프레넬렌즈부(13)는 동일 평면상에 형성된 동심원상의 복수의 렌즈부(11)를 갖추고 있고, 이 각 렌즈의 꼭대기부(11a)에는 평탄부(12)가 형성되어 있다. 이와 같은 평탄부(12)는 프레넬렌즈부(13)의 중심부(O)와 외주부(P) 사이의 영역에 위치하는 렌즈(11)에 형성되어 있고, 그 폭(W)이 프레넬 렌즈시트(10)의 중심부(O)측에 비해 외주부(P)측으로 넓어지게 되어 있다. 또한, 각 렌즈(11)의 평탄부(12)의 폭(W)은 0∼30㎛의 범위에 있다.

Description

프레넬 렌즈시트{FRESNEL LENS SHEET}
본 발명은, 투과형 스크린에 조립되어 이용되는 프레넬 렌즈시트에 관한 것이다.
투과형 스크린은 배면투사형 영상표시장치 등에서 이용되는 것으로, 광원측에 배치되는 프레넬 렌즈시트와, 관찰측에 배치되는 렌티큘러 렌즈시트를 구비하고 있다. 또한, 이와 같은 투과형 스크린은 프레넬 렌즈시트 및 렌티큘러 렌즈시트가 서로 접촉된 상태에서 배면투사형 영상표시장치등의 프레임에 취부(mount)된다.
도 9는 종래의 프레넬 렌즈시트를 나타낸 도면이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 프레넬 렌즈시트(10')는 동일 평면상에 형성된 복수의 렌즈(11)를 갖는 프레넬렌즈부(13)를 구비하고 있다. 여기서, 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)의 형상은 주로 렌즈각(θ) 및 비렌즈각(α)에 의해 규정되고 있고, 이 중 렌즈각(θ)은 프레넬렌즈부(13)의 요구 광학 특성에 따라 결정되고 있다. 즉, 렌즈각(θ)은 프레넬렌즈부(13)의 중심부측으로부터 외주부측으로 향함에 따라 연속적으로 커지게 되고, 이에 따라 각 렌즈(11)의 꼭대기부(11a)의 형상이 프레넬렌즈부(13)의 중심부측으로부터 외주부측으로 향함에 따라 그 각도가 보다 예리하게 된다.
이와 같은 프레넬 렌즈시트(10')는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 렌티큘러렌 즈시트(20)(및 필요에 따라 전면패널(도시되지 않았음))과 더불어 투과형 스크린(30)으로서 배면투사형 영상표시장치등의 프레임(도시되지 않았음)에 취부된다. 이 때, 렌티큘러 렌즈시트(20)에는 프레넬 렌즈시트(10')와 렌티큘러 렌즈시트(20)가 분리되는 것에 의해 일어나는 화상의 희미함(fuzzy)을 해소하기 위해, 프레넬 렌즈시트(10')에 따라 휨이 부여되어 있어, 프레넬 렌즈시트(10')와 렌티큘러 렌즈시트(20)가 서로 밀접하게 접촉된 상태로 되도록 되어 있다.
여기서, 프레넬 렌즈시트(10')에 있어서는, 상기한 바와 같이, 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)의 꼭대기부(11a)의 형상이 외주부측을 향함에 따라 보다 예리하게 되기 때문에, 도 10에 나타낸 바와 같이, 프레넬 렌즈시트(10')와 렌티큘러 렌즈시트(20)가 접촉하는 부분(B)에서는 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)의 꼭대기부(11a)가 렌티큘러 렌즈부(21)에 압착된다. 이 때문에, 각 렌즈(11)의 꼭대기부(11a)가 붕괴되어 그 형상이 변형되어, 영상광을 왜곡시키는 현상이 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 또한, 이와 같은 「붕괴(collapse)」의 문제는 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)의 꼭대기부(11a)의 형상이 보다 예리해지게 되는 영역인, 투과형 스크린(30)의 4개의 바깥 테두리로부터 200mm 이내의 범위에 있는 영역(C)(도 11의 해치부)에서 발생하는 것이 많다.
또, 프레넬 렌즈시트(10')에 있어서는, 상기한 바와 같이, 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)의 꼭대기부(11a)의 형상이 외주부 측으로 향함에 따라 보다 예리해지게 되기 때문에, 도 12에 나타낸 바와 같이, 프레넬 렌즈시트(10')와 렌티큘러 렌즈시트(20)가 접촉하는 부분(D)에서는 수송중의 진동등에 의해 프레넬렌즈부(13) 의 각 렌즈(11)의 꼭대기부(11a)와 렌티큘러 렌즈부(21)가 서로 마모되게 된다. 이 때문에, 프레넬렌즈부(13)의 꼭대기부(11a)에 의해 렌티큘러렌즈부(21)가 부분적으로 깍여져 그 형상이 파괴되어 영상광을 왜곡시키는 현상이 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있다. 또한, 이와 같은 「마모(abrasion)」의 문제는 투과형 스크린(30)의 전체면에서 발생하는 것이지만, 특히 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)의 꼭대기부(11a)의 형상이 보다 예리해지게 되는 영역인, 투과형 스크린(30)의 4개의 바깥 테두리로부터 200 mm 이내의 범위에 있는 영역(C)(도 11의 해치 부분)에서 발생하는 것이 많다.
그런데, 종래에 있어서는, 이와 같은 「붕괴」나 「마모」의 문제에 대한 대책으로서, 프레넬 렌즈시트(10')나 렌티큘러 렌즈시트(20)의 성형용 수지의 물성을 적절히 조정함과 더불어 설계하는 것이 시도되고 있지만, 이와 같은 대책으로는 「붕괴」나 「마모」의 문제를 완전하게 해소하는 것이 곤란하다.
한편, 도 10 내지 도 12에 나타낸 바와 같은 투과형 스크린(30)(프레넬 렌즈시트(10')와 렌티큘러 렌즈시트(20)를 구비한 투과형 스크린(30))에 있어서는, 프레넬 렌즈시트(10') 및 렌티큘러 렌즈시트(20)에서 각각 명암의 줄무늬가 생기는 것에 의해 무아레(moire)가 발생한다고 하는 문제가 있다. 또한, 이와 같은 「무아레」는 투과형 스크린(30)의 외주부에서 발생하는 것이 많다(도 11의 참조부호 M 참조 ).
즉, 렌티큘러 렌즈시트(20)에서는, 통상 블랙 스트라이프(도 la의 참조부호 22 참조)가 주기적으로 존재하고 있기 때문에, 이에 의해 렌티큘러 렌즈시트(20) 의 수평 방향에는 수직 방향으로 연장되는 주기적인 명암의 줄무늬가 발생한다. 이에 대해, 프레넬 렌즈시트(10')에서는, 도 9 에 나타낸 바와 같이, 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)에 광원광이 본래적으로 통과하지 않는 영역(A)이 존재하기 때문에, 예컨대 동심원상으로 연장되는 각 렌즈(11)에 따라 명암의 줄무늬가 발생한다. 여기서, 프레넬 렌즈시트(10')의 외주부에서는 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)의 동심원의 반경이 커지게 되기 때문에, 그와 같은 줄무늬가 거의 수직 방향으로 연장되는 줄무늬로 되어 나타난다. 그리고, 이와 같은 렌티큘러 렌즈시트(20)의 수직 방향으로 연장되는 주기적인 명암의 줄무늬와, 프레넬 렌즈시트(10')의 거의 수직 방향으로 연장되는 명암의 줄무늬에 의해, 수평 방향에 따라 주기적으로 반복되는 무아레가 발생한다.
종래에 있어서는, 이와 같은 「무아레」의 문제에 대한 대책으로서, 프레넬 렌즈시트(10')의 피치와 렌티큘러 렌즈시트(20)의 피치와의 비를, N+O.35∼0.43 또는 1/(N+O.35∼0.43)(단, N은 2∼12의 자연수임)의 범위로 하는 것에 의해, 무아레의 발생을 절감시키는 방법이 제안되어 있다(예컨대, 일본국 특개소59-95525호의 공보 참조).
또한, 프레넬 렌즈시트(10')에는 수직방향의 확산을 제어하기 위해, 그 기재(substrate)에 확산재를 첨가하거나 프레넬 렌즈시트(10')의 입광면측에 V렌치(수직방향 확산용 렌티큘러렌즈)로 불리워지는 렌즈부를 설치하는 것이 많다. 이와 같은 경우에는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 프레넬 렌즈시트(10')의 기재내에서 광원광인 입사광(F)이 확산해서 확산광(G)이 발생하고, 광원광이 본래적으로 통과하 지 않는 영역(A)에도 확산광(H)이 적중되게 되므로, 광원광이 본래적으로 통과하지 않는 영역(A)에 있어서의 암부의 발생이 억제되고, 결과적으로 무아레의 발생을 절감시킬 수 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 대책으로는 「무아레」의 문제를 완전하게 해소하는 것이 곤란하다. 특히, 프레넬 렌즈시트(10')에 확산재를 첨가하거나 V렌치를 설치하거나 하는 경우에는, 렌티큘러 렌즈시트(20)를 통과해서 최종적으로 상이 맺히는 영상광이 프레넬 렌즈시트(10')에서의 확산 때문에 희미해져 버려 영상의 희미해짐(fuzzy)이 발생한다고 하는 문제가 있다.
또한, 본 발명에 관련된 기술로서, 일본국 특개평3-249602호 공보에는, 렌즈의 꼭대기부의 형상을 곡율반경이 1∼10㎛인 원호형상, 곡율반경이 1∼10㎛인 다각형 형상, 길이가 1∼10㎛인 평면형상으로 하는 프레넬 렌즈시트가 기재되어 있다.
그러나, 상기 일본국 특개평3-249602호 공보에 기재된 기술은 몰딩공정에 있어서, 이형(離形: releasing)하기 어려움의 문제나, 프리즘렌즈의 꼭대기부에 주어지는 손상의 문제를 회피하기 위한 것으로, 상기한 바와 같은 「붕괴」, 「마모」및 「무아레」의 문제를 충분히 해소할 수 없다. 특히, 상기 일본국 특개평3-249602호 공보에 기재된 기술에서는, 프리즘렌즈의 꼭대기부의 형상이 공구의 선단형상에 의해 프레넬 렌즈시트의 전체면에 걸쳐 똑같이 결정되어 버리기 때문에, 프레넬 렌즈시트에 입사한 광원광 중 프레넬렌즈부의 일부(특히 중심부)에 입사한 광원광이 미광(迷光; stray)으로 되기 쉬워 투과형 스크린에 악영향을 미치게 된다는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 상기한 프레넬렌즈부에 있어서 「붕괴」와 「마모」및 「무아레」의 문제를 효과적으로 방지할 수 있는 프레넬 렌즈시트를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 투과형 스크린에 조립되어 이용되는 프레넬 렌즈시트에 있어서, 동일 평면상에 형성된 복수의 렌즈를 갖는 프레넬렌즈부를 구비하고, 상기 프레넬렌즈부의 상기 복수의 렌즈 중 상기 프레넬렌즈부의 중심부와 외주부 사이의 적어도 일부의 영역에 위치하는 렌즈의 꼭대기부에 평탄부가 형성되며, 상기 각 렌즈의 평탄부가, 그 폭이 상기 프레넬렌즈부의 중심부측에 비해 외주부측으로 넓어지고 있는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 각 렌즈의 평탄부가, 그 폭이 상기 프레넬렌즈부의 중심부측으로부터 외주부측으로 향함에 따라 연속적으로 또는 단계적으로 넓어지고 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 각 렌즈의 평탄부가, 그 폭이 상기 프레넬렌즈부의 일부의 영역에서 일정한 것이 바람직하다. 또한, 렌즈의 평탄부의 폭이 일정한 상기 영역이 상기 프레넬렌즈부의 외주부측에 위치하고 있는 것이 바람직하다.
더욱이, 본 발명에 있어서, 상기 각 렌즈의 평탄부가, 상기 각 렌즈 중 광원광의 광로에 영향을 미치지 않는 영역에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 각 렌즈의 평탄부가, 그 폭이 0∼30㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다. 더 욱이, 상기 각 렌즈가, 동심원상으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.
더욱이, 본 발명에 있어서는, 상기 프레넬렌즈부 중 상기 프레넬렌즈부의 중심부로부터 소정 거리 만큼 떨어진 중간위치와 외주부 사이의 영역에 위치하는 렌즈의 꼭대기부에만 평탄부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 프레넬렌즈부의 중심부와 외주부 사이의 영역에 위치하는 렌즈의 꼭대기부에 평탄부를 형성함과 더불어 이 평탄부의 폭이 프레넬렌즈부의 중심부측에 비해 외주부측으로 넓어지게 되도록 하고 있기 때문에, 프레넬렌즈부의 각 렌즈의 꼭대기부의 형상이 보다 예리하게 되는 외주부측의 영역에 있어서, 프레넬 렌즈시트의 프레넬렌즈부와 렌티큘러 렌즈시트의 렌티큘러렌즈부 사이의 접촉 하중, 즉 프레넬렌즈부의 각 렌즈의 꼭대기부에 걸리는 압력을 효과적으로 절감 할 수 있어, 상기한 「붕괴」의 문제를 효과적으로 방지할 수 있다. 또, 프레넬렌즈부의 각 렌즈의 꼭대기부의 형상이 보다 예리해지게 되는 외주부측의 영역에 있어서, 꼭대기부의 예각부를 둔화시킬 수 있기 때문에, 렌티큘러 렌즈시트의 렌티큘러렌즈부를 깍아내는 「마모」의 문제도 효과적으로 방지할 수 있게 된다. 더욱이, 무아레가 발생하기 쉬운 프레넬렌즈부의 외주부측의 영역에 있어서, 프레넬 렌즈시트내에서의 확산광을 효과적으로 출사시킬 수 있어, 광원광이 본래적으로 통과하지 않는 영역에 있어서의 암부의 발생을 억제하여, 무아레의 발생을 효과적으로 절감 시킬 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「광원광이 본래적으로는 통과하지 않는 영역」이라는 것은, 프레넬 렌즈시트에 확산재나 V렌치등의 확산 요소가 함유되어 있지 않은 경우에 설계상 광이 통과하지 않는 영역을 말한다.
또한, 본 발명에 의하면, 프레넬렌즈부 중 프레넬렌즈부의 중심부로부터 소정 거리 만큼 떨어진 중간 위치와 외주부 사이의 영역에 위치하는 렌즈의 꼭대기부에만 평탄부를 형성하는 것에 의해, 광원광의 선로에 영향을 주기 쉬운 프레넬렌즈부의 중심부측의 영역에서의 광학 특성을 양호하게 유지하면서, 프레넬렌즈부의 각 렌즈의 꼭대기부의 형상이 보다 예리하게 되는 외주부측의 영역에서 발생하기 쉬운 「붕괴」와 「마모」및「무아레」의 문제를 효과적으로 방지할 수 있다.
도 la는 본 발명의 1실시형태에 따른 프레넬 렌즈시트를 구비한 투과형 스크린을 나타낸 도면,
도 lb는 도 la에 나타낸 투과형 스크린을 구비한 배면투사형 영상표시장치를 나타낸 도면,
도 2a는 본 발명의 1실시형태에 따른 프레넬 렌즈시트의 개략 구성을 나타낸 도면,
도 2b는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 프레넬 렌즈시트의 개략 구성을 나타낸 도면,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 1실시형태 및 다른 실시형태에 따른 프레넬렌즈시트의 상세 구성을 설명하기 위한 도면,
도 4는 도 3a에 도시된 프레넬 렌즈시트에 있어서의 (90°-α)와 (90°-θ2 )와의 관계를 나타낸 도면,
도 5a는 프레넬 렌즈시트를 성형하기 위한 금형 제작방법의 제1예를 설명하 기 위한 도면,
도 5b는 프레넬 렌즈시트를 성형하기 위한 금형의 종래의 제작방법을 설명하기 위한 도면,
도 6은 프레넬 렌즈시트를 성형하기 위한 금형의 제작방법의 제2예를 설명하기 위한 도면,
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 1실시형태에 따른 프레넬 렌즈시트에 있어서 각 렌즈의 평탄부의 예를 나타낸 도면,
도 8a 내지 도 8h는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 프레넬 렌즈시트에 있어서 각 렌즈의 평탄부의 예를 나타낸 도면,
도 9 내지 도 12는 종래의 프레넬 렌즈시트를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 예시도면을 참조해서 본 발명의 실시형태에 대해 상세히 설명한다.
도 la에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 1실시형태에 따른 프레넬 렌즈시트(10)는 렌티큘러 렌즈시트(20)와 함께 투과형 스크린(30)을 구성하고 있고, 도 lb에 나타낸 바와 같은 상태에서 배면투사형 영상표시장치(40)의 프레임(41)에 취부된다. 이 때, 렌티큘러 렌즈시트(20)에는 프레넬 렌즈시트(10)와 렌티큘러 렌즈시트(20)가 분리되는 것에 의해 야기되는 화상의 희미해짐((fuzzy)을 해소하기 위해, 프레넬 렌즈시트(20)에 따르도록 휨이 부여되어 있고, 이에 의해 프레넬 렌즈시트(10)와 렌티큘러 렌즈시트(20)가 서로 조밀하게 접촉된 상태로 되도록 되어 있다. 또한, 렌티큘러 렌즈시트(20)는 도 la에 나타낸 바와 같이, 기재의 한쪽의 표면에 렌티큘러렌즈부(21)가 형성되고, 다른쪽의 표면에 블랙스트라이프(22) 및 출광렌즈부(23)가 형성되어 있다.
여기서, 프레넬 렌즈시트(10)는 기재의 한쪽의 표면측에 프레넬렌즈부(13) 를 구비하고 있다. 프레넬렌즈부(13)는 도 2a에 나타낸 바와 같이, 동일 평면상에 형성된 동심원상의 복수의 렌즈(11)를 갖추고 있고, 이 각 렌즈(11)의 꼭대기부(11a)에는 평탄부(12)가 형성되고 있다. 또한, 프레넬 렌즈시트(1O)가 렌티큘러 렌즈시트(20)와 함께 배면투사형 영상표시장치(40)의 프레임(41)에 장착되는 경우에는, 도 la에 나타낸 바와 같이, 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)의 꼭대기부(11a)(평탄부(12))가 렌티큘러 렌즈시트(20)의 렌티큘러 렌즈부(21)와 접촉하는 것과 같은 위치 관계로 배치된다.
또한, 이와 같은 평탄부(12)는 도 2a에 나타낸 바와 같이, 프레넬렌즈부(13)의 중심부(O)와 외주부(P) 사이의 영역에 위치하는 렌즈(11)에 형성되어 있고, 그 폭(W)이 프레넬 렌즈시트(10)의 중심부(O)측에 비해 외주부(P)측에서 넓어지게 되어 있다. 구체적으로는, 예컨대 각 렌즈(11)의 평탄부(12)의 폭(W)은 프레넬렌즈부(13)의 중심부(0)측으로부터 외주부(P)측으로 향함에 따라 직선적(연속적)으로 넓어지게 되어 있는 것이 바람직하다(도 7a 참조). 또한, 각 렌즈(11)의 평탄부(12)의 폭(W)은 0∼30㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다.
여기서, 도 3a 및 도 3b에 의해, 프레넬 렌즈시트(10)의 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)에 형성된 평탄부(12)의 작용에 대해 설명한다.
도 3b에 나타낸 바와 같이, 프레넬 렌즈시트(10)(최대 반경 = 600mm)의 소정 의 반경위치(r)에 있어서, 입광측으로부터 입사각(φ1)으로 광이 입사하고, 출광측으로부터 출사각(φ2)으로 광이 출사하는 경우를 고려한다. 이 경우에는, 프레넬 렌즈시트(10)로의 입사각(φ1)은 중심부(O)로부터의 거리(반경)를 r, 광학 설계에 의해 결정되는 입사광측의 촛점거리를 f1으로 하면, tan-1(r/f1)에 의해 요구된다.
여기서, 프레넬 렌즈시트(10)에 입사각(φ1)으로 입사한 광은 도 3a에 나타낸 것과 같은 광로를 취하고, 굴절률 n(=1.55)의 성형용 수지에 의해 굽혀져 광원굴절각(φ2)으로 입사한 후, 렌즈각(θ)의 렌즈(11)에 입사한다. 그리고, 이와 같이 해서 렌즈(11)에 입사한 광은 렌즈(11)의 렌즈면에서 굽혀지게 되고, 최종적으로 출사각(φ2)으로 프레넬 렌즈시트(10)로부터 출사한다. 또한, 이 때 출사각(φ2)은 광학 설계에 의해 결정되는 출사측의 촛점거리를 f2로 하면, tan-1(r/f2)에 의해 구해지고, 이에 따라 렌즈(11)의 렌즈각(θ)은 출광측의 촛점거리(f2)로부터 구해지는 출사각(φ2)에 따라 결정된다.
여기서, 이와 같은 프레넬 렌즈시트(10)의 기재내를 진행하는 광의 광굴절각(θ2)은,
θ2 = 90°- sin-1(sinφ1/n)
에 의해 구해진다.
한편, 렌즈(11)의 비렌즈각(α)은 프레넬 렌즈시트(10)의 각 렌즈(11)에 광원굴절각(θ2)으로 입사하는 광의 진행을 저해하지 않도록 하면서 프레넬 렌즈시트(10)의 기재내에서 광원광인 입사광(F)이 확산해서 발생한 확산광(G)을 이용하기 위해, θ2 보다 큰 각도로 되도록 설정되어 있다. 즉, 프레넬 렌즈시트(10)의 법선 방향을 기준으로 해서 비교하는 경우이면, (90°- α)가 (90°- θ2) 보다도 작아지게 되도록 설정하고 있다.
구체적으로는, 프레넬렌즈부(13)를 성형하기 위한 금형을 가공하는 공구의 선단각도(ω)가 45°인 것과 같은 통상의 경우를 예로 들면, (90°- α) 및 (90°- θ2)는, 예컨대 도 4에 나타낸 것과 같은 관계로 설정되어 있다.
도 4에 나타낸 경우에는 광원굴절각(θ2)에 관련하는 각도 (90°- θ2)와 비렌즈각(α)에 관련하는 각도 (90°- α) 사이에 차이가 발생하기 때문에, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 각 렌즈(11)에는 광원광의 광로에 영향을 주지 않는 영역(E)이 존재하는 것으로 되고, 이 영역(E)의 범위에서 평탄부(12)를 형성하는 것이 가능하게 된다.
여기서, 입사각(φ1)은 프레넬렌즈부(13)의 중심부(O)측으로부터 외주부(P)측으로 향함에 따라 연속적으로 커지게 된다. 또, 상기 식에 따라 φ1 = sin-1{n×sin(90°- θ2)}로 나타내어 지는 것으로부터 명확한 바와 같이, 입사각(φ1)이 증가함에 따라 굴절각(90°- θ2)도 증가한다. 이 때문에, 입사각(φ1)과 마찬가지로, 굴절각(90°- θ2)도 프레넬렌즈부(13)의 중심부(O)측으로부터 외주부(P)측을 향함에 따라 연속적으로 커지게 된다. 그리고, 이에 따라 도 4에 나타낸 바와 같이 (90°- θ2)와 (90°- α) 사이의 차이도 연속적으로 커지게 되기 때문에, 상기한 영역(E)도 프레넬렌즈부(13)의 중심부(O)측으로부터 외주부(P)측으로 향함에 따라 커지게 된다. 이 때문에, 이와 같은 영역(E)을 이용해서 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)의 꼭대기부(11a)에 평탄부(12)를 형성하면, 광원광의 광로에 영향을 주는 것은 없고, 그 평탄부(12)의 폭(W)을 프레넬렌즈부(13)의 중심부(O)측에 비해 외주부(P)측으로 넓게 할 수 있게 된다.
여기서, 프레넬 렌즈시트(10)는 통상 전리방사선 경화수지나 열가소성 경화 수지등의 성형용 수지를 금형을 이용해서 성형(금형형상을 복제)하는 방법에 의해 제조되고 있다. 또한, 금형을 제작하는 방법으로서는, 예컨대 다음과 같은 2종류의 제법이 고려된다.
(제법 1)
제1제법은 프레넬 렌즈시트(10)을 성형하기 위한 금형을 선반기(lathe)에 의해 직접 제작하는 방법이다. 구체적으로는, 예컨대 도 5a에 나타낸 바와 같이, 금형재료(51)에 대해 프레넬 렌즈시트(10)의 각 렌즈의 렌즈면에 상당하는 형상을 바이트 등의 공구(52)에 의해 절삭한 후(참조부호 53a 참조), 해당 공구를 반경 방향(도면의 좌우 방향)으로 이동시켜 각 렌즈의 평탄부에 상당하는 형상을 절삭하는 것에 의해(참조부호 53b 참조), 목적의 형상을 형성한다. 또한, 비교를 위해 도 5b에, 도 9에 나타낸 것과 같은 종래의 프레넬 렌즈시트(10')를 성형하기 위한 금형을 제작하는 방법을 나타낸다.
(제법 2)
제2제법은 선반기에 의해 프레넬 렌즈시트(10)를 성형하기 위한 절삭형(마스터형(master mold))을 제작한 후, 전기주조법(electroforming)에 의해 마스터형의 역凹凸형상형(마더형(mother mold))을 제작하고, 더욱이 전기주조법 또는 진공주조(vaccum casting) 등의 방법에 의해 마더형의 역凹凸형상형(스탬퍼형(stamping die))을 금형으로서 제작하는 것이다(일본국 특허공개 2002-166425호 공보 참조). 여기서, 절삭형(마스터형)의 역凹凸형상형인 마더형은 프레넬 렌즈시트와 동일한 형상을 갖기 때문에, 마스터형으로부터 마더형(61)을 제작한 시점에서, 마더형(61) 중 프레넬렌즈부의 꼭대기부에 상당하는 부분을 숫돌로 연마하거나 엔드 밀(end moll) 등으로 절삭하거나 하는 것에 의해(도 6의 (a) 참조), 마더형(61)에 목적의 형상을 형성하는 것이 가능하고(도 6의 (b) 참조), 이에 의해 최종적인 금형인 스탬퍼형(62)에도 목적의 형상을 형성하는 것이 가능하다(도 6의 (c) 참조).
또한, 제법 1로 제작한 금형에 대해서도, 그를 마스터형으로 보고, 상기한 방법과 같은 방법에 의해 스탬퍼형을 제작하는 것이 가능하다.
이와 같이 본 실시형태에 의하면, 프레넬렌즈부(13)의 중심부(O)와 외주부(P) 사이의 영역에 위치하는 렌즈(11)의 꼭대기부(11a)에 평탄부(12)를 형성함과 더불어 이 평탄부(12)의 폭(W)이 프레넬렌즈부(13)의 중심부(O)측에 비해 외주부(P)측으로 넓어지게 되도록 하고 있기 때문에, 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)의 꼭대기부(11a)의 형상이 보다 예리하게 되는 외주부(P)측의 영역에 있어서, 프레넬 렌즈시트(10)의 프레넬렌즈부(13)와 렌티큘러 렌즈시트(20)의 렌티큘러렌즈부(21) 사이의 접촉 하중, 즉 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)의 꼭대기부(11a)에 걸리는 압력을 효과적으로 절감할 수 있어, 상기한 「붕괴」의 문제를 효과적으로 방지할 수 있다. 특히, 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)의 피치가 미세하게 되는 경우에 는 프레넬렌즈부(13)와 렌티큘러 렌즈부(21)의 접촉 면적이 증가하기 때문에, 「붕괴」의 문제를 보다 효과적으로 방지할 수가 있다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 프레넬렌즈부(13)의 중심부(O)와 외주부(P) 사이의 영역에 위치하는 렌즈(11)의 꼭대기부(11a)에 평탄부(12)를 형성함과 더불어 이 평탄부(12)의 폭(W)이 프레넬렌즈부(13)의 중심부(O)측에 비해 외주부(P)측에서 넓어지게 되도록 하고 있기 때문에, 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)의 꼭대기부(11a)의 형상이 보다 예리하게 되는 외주부(P)측의 영역에 있어서, 꼭대기부(11a)의 예각부를 둔하시키는 것이 가능하다. 이 때문에, 렌티큘러 렌즈시트(20)의 렌티큘러 렌즈부(21)를 깍아내는 「마모」의 문제도 효과적으로 방지하는 것이 가능하게 된다.
더욱이, 본 실시형태에 의하면, 프레넬렌즈부(13)의 중심부(O)와 외주부(P) 사이의 영역에 위치하는 렌즈(11)의 꼭대기부(11a)에 평탄부(12)를 형성함과 더불어 이 평탄부(12)의 폭(W)이 프레넬렌즈부(13)의 중심부(O)측에 비해 외주부(P)측으로 넓어지게 되도록 하고 있기 때문에, 무아레가 발생하기 쉬운 외주부(P)측의 영역에 있어서, 프레넬 렌즈시트(10')에 확산재를 첨가하거나 V렌치를 설치한 경우에 발생하는 확산광(H)을, 광원광이 본래적으로 통과하지 않는 영역(E)으로부터 효과적으로 출사시킬 수 있게 된다. 이 때문에, 광원광이 본래적으로 통과하지 않는 영역(E)에 있어서 암부의 발생을 억제해서 무아레의 발생을 효과적으로 절감시킬 수 있게 된다.
즉, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 프레넬 렌즈시트(10)의 기재내에서 광원광인 입사광(F)이 확산해서 확산광(G)이 발생한 경우에는, 광원광이 본래적으로 통과하지 않는 영역(E)에도 확산광(H)이 적중되고, 최종적으로 암부로부터도 광이 출사하는 것으로 되어, 무아레를 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 종래와 마찬가지의 공구를 이용해서 프레넬렌즈부(13)를 성형하기 위한 금형을 가공하는 것에 의해, 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)에 평탄부(12)를 형성할 수 있기 때문에, 프레넬 렌즈시트(10)의 제조를 간단하고 용이하게 수행할 수 있게 된다.
(변형예)
또한, 상기한 실시형태는 어디까지나 일례로서, 이에 한정되는 것은 아니고, 아래와 같은 여러 가지의 변형이나 변경이 가능하다.
(1) 상기한 실시형태에 있어서는, 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)의 평탄부(12)의 폭(W)을, 프레넬렌즈부(13)의 중심부(O)측으로부터 외주부(P)측으로 향함에 따라 직선적(연속적)으로 넓게 하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 각 렌즈(11)의 평탄부(12)의 폭(W)을, 프레넬렌즈부(13)의 중심부(O)측으로부터 외주부(P)측을 향함에 따라 단계적(계단적)으로 넓게 하도록 해도 된다. 또한, 도 7c에 나타낸 바와 같이, 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)의 평탄부(12)의 폭(W)을, 프레넬렌즈부(13)의 중심부(O)측으로부터 외주부(P)측을 향함에 따라 2차 곡선적(연속적)으로 넓게 하도록 하여도 된다. 더욱이, 도 7d에 나타낸 바와 같이, 프레넬렌즈부(13)의 중심부(O)와 외주부(P) 사이의 일부 영역에서 각 렌즈(11)의 평탄부(12)의 폭(W)을 일정하게 하여도 된다. 또한, 이 때 렌즈(11)의 평탄 부(12)의 폭(W)을 일정하게 하는 영역은 프레넬렌즈부(13)의 외주부(P)측에 위치하는 것이 바람직하다.
(2) 또한, 상기한 실시형태에 있어서는, 프레넬렌즈부(13)의 중심부(O)와 외주부(P) 사이의 영역에 위치하는 렌즈(11)에 평탄부(12)를 형성하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 프레넬렌즈부(13)의 중심부(O)로부터 소정 거리 만큼 떨어진 중간위치(Q)와 외주부(P) 사이의 영역에 위치하는 렌즈(11)의 꼭대기부(11a)에만 평탄부(12)를 형성해도 된다. 또한, 이 때 평탄부(12)가 형성되는 영역 P-Q는, 프레넬 렌즈시트(10)(투과형 스크린(30))의 4개의 바깥 테두리로부터 200mm 이내의 범위에 있는 영역인 것이 바람직하다.
구체적으로는, 도 8a에 나타낸 바와 같이, 각 렌즈(11)의 평탄부(12)의 폭(W)이 프레넬렌즈부(13)의 반경(r)(중심부(P)로부터의 거리)의 도중의 중간위치(r1)로부터 시작하고, 이 중간위치(r1)로부터 외주부(P)까지 직선적으로 넓어지게 되도록 하면 된다. 또한, 중간위치(r1)로부터 외주부(P)까지의 폭(W)의 변화는 직선적인 변화에 한정되지 않고, 2차 곡선적(연속적)인 변화(도 8b 참조)나, 단계적(계단적)인 변화이어도 된다(도 8c 참조). 더욱이, 도 8e∼도 8g에 나타낸 바와 같이, 프레넬렌즈부(13)의 중간위치(Q)와 외주부(P) 사이의 일부의 영역에서 각 렌즈(11)의 평탄부(12)의 폭(W)을 일정하게 하여도 된다. 또한, 이 때 렌즈(11)의 평탄부(12)의 폭(W)을 일정하게 하는 영역은 프레넬렌즈부(13)의 외주부(P)측에 위치하는 것이 바람직하다. 즉, 도 8e에 나타낸 바와 같이, 각 렌즈(11)의 평탄부(12)의 폭(W)이 프레넬렌즈부(13)의 반경(r)(중심부(P)로부터의 거리)의 도중의 중간위치(r2)로부터 시작되고, 이 중간위치(r2)로부터 다른 중간위치(r3)까지 폭(W)이 직선적으로 넓어지고, 그 후 해당 중간위치(r3)로부터 외주부(P)까지 폭(W)이 일정하도록 하여도 된다. 또한, 중간위치(r2)로부터 다른 중간위치(r3)까지의 폭(W)의 변화는 직선적인 변화에 한정되지 않고, 2차 곡선적(연속적)인 변화나 (도 8f 참조), 단계적(계단적)인 변화이어도 된다(도 8g 참조).
또한, 도 8d에 나타낸 바와 같이, 각 렌즈(11)의 평탄부(12)의 폭(W)이, 프레넬렌즈부(13)의 중간위치(r1)와 외주부(P) 사이의 영역에서 일정하도록 하여도 된다. 또한, 이 경우에는 각 렌즈(11)의 평탄부(12)의 폭(W)이 프레넬렌즈부(13)의 중간위치(r1)에서 불연속적으로 변화하는 것으로 되기 때문에, 이를 방지하기 위해, 도 8h에 나타낸 바와 같이, 반경(r1)의 근방의 영역 R-S에서 미끄러지듯이 변화하도록 하여도 된다.
또한, 도 7a∼도 7c 및 도 8a∼도 8e의 예에 한정되하지 않고, 폭(W)의 허용범위(광원광의 광로에 영향을 주지 않는 영역(E))내이면, 「붕괴」와 「마모」및 「무아레」의 문제가 발생하고 있는 영역 등을 감안해서 임의의 모양으로 평탄부(12)의 폭을 변화시킬 수 있다.
(3) 더욱이, 상기한 실시형태에 있어서, 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)의 비렌즈면은, 금형으로부터의 이형성(離型性; releasable)을 높이기 위해, 또는 불필요한 광을 확산시키기 위해, 폭(W)의 허용 범위(광원광의 광로에 영향을 주지 않는 영역(E)) 내에서, 계단상의 凹凸면과 같은 각종의 확산면을 형성해도 된다.
(4) 더욱이, 또한 상기한 실시형태에 있어서는, 프레넬 렌즈시트(10)로서 프레넬렌즈부(13)의 각 렌즈(11)를 동심원상으로 배치한 것(서큘러 프레넬 렌즈시트)을 예로 들어 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 프레넬렌즈부의 각 렌즈를 직선상으로 배치한 리니어 프레넬 렌즈시트에 대해서도 마찬가지로 하여 적용할 수 있다.
실시예
다음에, 상기한 실시형태의 구체적 실시예에 대해 설명한다.
(실시예 1)
실시예 1에서는, 프레넬렌즈부의 각 렌즈의 꼭대기부에 형성된 평탄부가 광원광의 광로에 영향을 주지 않는 영역내에 위치하도록, 이하의 설계 조건으로 제작하였다.
즉, 실시예 1에서는 프레넬렌즈부의 중심부로부터 외주부까지의 영역, 즉 반경(r)이 0∼600mm인 영역에서 각 렌즈의 평탄부의 폭(W)이 0∼29㎛의 범위에서 직선적(연속적)으로 넓어지도록(도 7a 참조), 하기의 설계 조건으로 프레넬 렌즈시트를 제작하였다. 또한, 이 때 반경(r), 렌즈각(θ), 굴절각(90°- θ2), 평탄부의 폭(W)은, 하기 표 1에 나타낸 바와 같았다.
반경 r (mm) 0mm 100mm 200mm 300mm 400mm 500mm 600mm
θ° 0 10.42 20.24 29.04 36.64 43.06 48.41
90-θ2 (°) 0 3.68 7.27 10.68 13.86 16.77 19.39
W(㎛) 0 1.3 4.7 10.0 15.5 22.5 29.0

또, 그 외의 기본적인 설계 조건은 하기와 같았다.
입광측의 촛점거리 fl=1000mm
출광측의 촛점거리 f2=98000mm
피치 = O. 1mm
공구의 선단각도 = 45°
(실시예 2)
실시예 2에서는 프레넬렌즈부의 중심부로부터 외주부까지의 영역, 즉 반경(r)이 0∼600mm의 영역에서, 각 렌즈의 평탄부의 폭(W)이 상기 표 1의 값을 넘지 않도록 하면서 0∼20㎛의 범위에서 2㎛로 잘게 조각내는 것(반경(r) 방향은 5Omm로 잘게 조각냄)으로 단계적(계단적)으로 넓어지도록(도 7b 참조), 상기와 마찬가지 설계조건으로 프레넬 렌즈시트를 제작하였다.
(실시예 3)
실시예 3에서는, 프레넬렌즈부의 반경(r)이 0∼200mm의 영역에서 평탄부의 폭(W)이 0㎛, 반경(r)이 200∼250mm인 영역에서 평탄부의 폭(W)이 0∼3㎛의 범위에서 미끄러지게 변화하고, 반경(r)이 250∼600mm인 영역에서 평탄부의 폭(W)이 3㎛로 일정하게 되도록(도 8h 참조), 상기와 마찬가지인 설계 조건으로 프레넬 렌즈시트를 제작하였다.
(비교예)
비교예로서 각 렌즈에 평탄부가 형성되어 있지 않은 프레넬렌즈부를 구비한 프레넬 렌즈시트를 제작하였다.
(평가 결과)
상기 실시예 1∼3 및 비교예에 의해 제작한 프레넬 렌즈시트를 동일 크기로 제작한 렌티큘러 렌즈시트에 조합시키고, 배면투사형 영상표시장치의 프레임에 취부하며, 붕괴시험 및 진동시험을 수행하여, 「붕괴」와 「마모」및 「무아레」의 문제를 확인한 바, 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 결과가 얻어졌다. 그 결과, 실시예 1∼3의 것에서는, 「붕괴」와 「마모」및 「무아레」의 문제의 발생이 유효하게 방지되고 있었다.
또한, 여기서 말하는 「붕괴시험」이라는 것은, 프레넬 렌즈시트와 렌티큘러렌즈시트의 4변을 테이프로 고정하고, 배면투사형 영상표시장치의 프레임에 취부한 상태에서 전백화면(全白畵面; white solid image)을 투영시켜, 「붕괴」의 확인을 수행한 것이다. 또한, 이 경우 「붕괴」가 발생한 장소는 명암의 모양으로서 표시된다.
또한, 「진동시험」이라는 것은 프레넬 렌즈시트와 렌티큘러 렌즈시트의 4변을 테이프로 고정한 것을 배면투사형 영상표시장치의 프레임에 취부하고, 저온 환경(-20℃)하에서 1시간, 진동시험기에 의해 프레임 마다 진동시킨 후, 전백화면을 투영시켜 「마모」의 확인을 수행하는 것이다. 이 경우, 「마모」가 발생한 장소(렌티큘러렌즈가 문질러지고 있는 부분)는 명암의 모양으로서 표시되어 거무스름해진 것과 같이 보인다.
붕괴 마모 무아레
실시예 1 ○ ○ ○
실시예 2 ○ ○ ○
실시예 3 ○ ○ ○
비교예 × × ×

Claims (9)

  1. 투과형 스크린에 조립되어 이용되는 프레넬 렌즈시트에 있어서,
    동일 평면상에 형성된 복수의 렌즈를 갖는 프레넬렌즈부를 구비하고,
    상기 프레넬렌즈부의 상기 복수의 렌즈 중 상기 프레넬렌즈부의 중심부와 외주부 사이의 적어도 일부의 영역에 위치하는 렌즈의 꼭대기부에 평탄부가 형성되며,
    상기 각 렌즈의 평탄부가, 그 폭이 상기 프레넬렌즈부의 중심부측에 비해 외주부측으로 넓어지고 있는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각 렌즈의 평탄부가, 그 폭이 상기 프레넬렌즈부의 중심부측으로부터 외주부측으로 향함에 따라 연속적으로 넓어지고 있는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 각 렌즈의 평탄부가, 그 폭이 상기 프레넬렌즈부의 중심부측으로부터 외주부측으로 향함에 따라 단계적으로 넓어지고 있는 것을 특징으로 하는프레넬 렌즈시트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 각 렌즈의 평탄부가, 그 폭이 상기 프레넬렌즈부의 일부의 영역에서 일정한 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트.
  5. 제4항에 있어서, 렌즈의 평탄부의 폭이 일정한 상기 영역이 상기 프레넬렌즈부의 외주부측에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트.
  6. 제1항에 있어서, 상기 각 렌즈의 평탄부가, 상기 각 렌즈 중 광원광의 광로에 영향을 미치지 않는 영역에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트.
  7. 제1항에 있어서, 상기 각 렌즈의 평탄부가, 그 폭이 0∼30㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 프레넬렌즈부 중 상기 프레넬렌즈부의 중심부로부터 소정 거리 만큼 떨어진 중간위치와 외주부 사이의 영역에 위치하는 렌즈의 꼭대기부에만 평탄부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 프레넬렌즈시트.
  9. 제1항에 있어서, 상기 각 렌즈가, 동심원상으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트.
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