KR100704081B1 - 투과형 스크린용 스크린 부재의 제조 방법, 투과형스크린용 스크린 부재, 투과형 스크린 및 리어 프로젝터 - Google Patents

투과형 스크린용 스크린 부재의 제조 방법, 투과형스크린용 스크린 부재, 투과형 스크린 및 리어 프로젝터 Download PDF

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노부오 시미즈
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

광입사면이 복수의 마이크로렌즈(32)로 이루어진 마이크로렌즈 기판(3)을 마련하는 단계, 마이크로렌즈 기판(3)의 광입사면 위에 양의 광폴리머를 포함한 물질을 부여하여 만들어진 제 1 층으로부터 블랙 매트릭스(4)를 마이크로렌즈 기판(3)의 광출사면 위에 형성하여 블랙 매트릭스(4)가 마이크로렌즈 기판(3)의 마이크로렌즈(32)에 의해 투과된 빛의 광로 상에 복수의 개구를 포함하도록 하는 단계, 블랙 매트릭스(4) 위에 음의 광폴리머를 포함하는 물질을 부여하여 만들어진 제 2 층으로부터 마이크로렌즈 기판(3)의 각 마이크로렌즈(3)에 의해 투과된 빛을 분산시키는 복수의 광확산부(5)를 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의해 투과형 스크린용 스크린 부재(1)를 제조한다.

Description

투과형 스크린용 스크린 부재의 제조 방법, 투과형 스크린용 스크린 부재, 투과형 스크린 및 리어 프로젝터{A METHOD OF MANUFACTURING A SCREEN MEMBER FOR A TRANSMISSION SCREEN, A SCREEN MEMBER FOR A TRANSMISSION SCREEN, A TRANSMISSION SCREEN AND A REAR PROJECTOR}
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서 투과형 스크린용 스크린 부재의 개략적인 수직 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 투과형 스크린에 제공된 마이크로렌즈 기판을 도시한 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서 도 1에 도시한 투과형 스크린용 스크린 부재를 구비한 투과형 스크린의 개략적인 수직 단면도,
도 4는 마이크로렌즈 기판을 제조하는데 사용되는 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판의 개략적인 수직 단면도,
도 5는 도 4에 도시된 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판의 제조 방법을 도시한 개략적인 수직 단면도,
도 6은 도 1에 도시된 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법의 하나의 예를 도시한 개략적인 수직 단면도,
도 7은 본 발명의 투과형 스크린이 적용된 리어 프로젝터를 개략적으로 도시 한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 다른 실시예에서 본 발명의 투과형 스크린용 스크린 부재와 투과형 스크린을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 스크린 부재 3 : 마이크로 렌즈 기판
4 : 차광층 5 : 광 확산부
31 : 수지층 32 : 렌즈부
41 : 개구부 51 : 확산제
52 : 광폴리머 La : 평행광
h : 광 확산부의 높이
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 전체로서 참조에 의해 명시적으로 관련되며 2003년 9월 8일에 출원된 일본 특허 출원 번호 제2003-316016호의 우선권을 주장한다.
본 발명은 투과형 스크린용 스크린 부재의 제조 방법, 투과형 스크린용 스크 린 부재, 투과형 스크린 그리고 리어 프로젝터에 관한 것이다.
최근, 홈 씨어터(home theater), 대형 스크린 텔레비젼 등에 사용되는 모니터에 적합한 디스플레이로서 리어 프로젝터가 강하게 부각되고 있다.
리어 프로젝터에 사용되는 투과형 스크린에는 렌티큘러(lenticular) 렌즈 기판이 일반적으로 사용된다. 그러나, 이런 종류의 스크린은 시야의 수평각이 큼에도 불구하고 시야의 수직각이 작다는 문제가 있다(즉, 시야각에 차이가 있다).
이러한 문제의 해결책으로 렌티큘러 렌즈 기판 대신 마이크로렌즈 어레이 판(마이크로렌즈 기판)을 사용하고 마이크로렌즈 어레이 판의 측면의 출사면에 제공된 블랙 매트릭스와 출사면 쪽에서 마이크로 어레이 판의 전체 면 위에 제공된 산란광 층을 포함하는 투과형 스크린이 제안되었다(예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2003-177476호 참조). 이러한 투과형 스크린에서 시야의 수평각과 시야의 수직각은 매트릭스 내에 배열된 마이크로렌즈에 의해 제어되며 입사각은 산란광 층에 의해 확산된다. 이에 의해, 투과형 스크린의 시야각을 증가시킬 수 있다.
그러나, 이러한 투과형 스크린에서는 산란광 층으로 입사하는 빛(광자)이 빈번하게 확산제와 충돌하므로 산란광 층으로 입사하는 빛(광자)은 산란광 층에 반사되어 쉽게 반대면 쪽(즉, 입사면 쪽)으로 돌아온다. 또한, 이에 의해, 확산제 등과의 충돌로 인한 소광의 정도가 증가한다. 따라서, 투과형 스크린의 광 이용 효율이 저하되는 문제가 있다. 또한, 이러한 투과형 스크린에서 빛의 확산이 산란광 층이 블랙 매트릭스(블랙 매트릭스의 광 출사면) 상에 제공된 부분에서도 높은 주파수로 발생한다. 그러므로, 블랙 매트릭스가 있음에도 불구하고 디스플레이된 이 미지에 선명한 콘트라스트(contrast)를 얻을 수 없는 경우가 발생한다.
본 발명의 목적은 좋은 시야각 특성과 광 이용 효율을 갖는 투과형 스크린을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 언급한 투과형 스크린을 구성하는 투과형 스크린용 스크린 부재를 쉽고 확실하게 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 언급한 투과형 스크린으로 리어 프로젝터를 제공하는 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 이루기 위하여, 본 발명의 일 측면에서 본 발명은 투과형 스크린용 스크린 부재의 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법은 광입사면과 상기 광입사면에 반대인 광출사면을 포함하는 렌즈 기판을 마련하는 단계 - 렌즈 기판의 광입사면은 입사광을 집광하는 복수의 렌즈부로 형성됨 -, 렌즈 기판의 광출사면 위의 제 1 층으로부터 차광층을 형성하는 단계 - 차광층이 렌즈 기판의 렌즈부에 의해 투과되는 빛의 광로 상에 복수의 개구를 포함함 -, 렌즈 기판의 각 렌즈부에 의해 투과된 빛을 확산하는 복수의 광확산부를 형성하는 단계를 포함하되, 광확산부를 형성하는 단계는 차광층 위에 음의 광폴리머를 포함하는 물질을 부여하여 차광층 위에 제 2 층을 형성하는 단계와, 광입사면으로부터 렌즈 기판에 빛이 진입하도록 하여 각 렌즈부로 빛을 집광하고 집광한 빛을 제 2 층에 조사함으로써 제 2 층을 노광하는 단계와, 집광한 빛에 노광된 제 2 층의 부분이 잔존하도록 제 2 층을 현 상하는 단계를 포함한다.
이에 의해, 양호한 시야각 특성과 광 이용 효율을 가지며 본 발명의 방법에 의해 제조된 투과형 스크린용 스크린 부재를 쉽고 확실하게 이용하는 투과형 스크린을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법에 있어서, 차광층을 형성하는 단계는 렌즈 기판의 광출사면 위에 양의 광폴리머를 포함하는 물질을 부여하여 렌즈 기판의 광출사면 상에 제 1 층을 형성하는 단계와, 광입사면으로부터 빛을 렌즈 기판에 진입하도록 하여 제 1 층을 노광시켜 각 렌즈부로 빛을 집광하고 집광한 빛으로 제 1 층을 조사하는 단계와, 제 1 층의 집광한 빛에 노광된 부분을 제거하여 복수의 개구가 형성되도록 제 1 층을 현상하는 단계를 포함한다.
이에 의해, 양호한 시야각 특성과 광 이용 효율을 가지며 본 발명의 방법에 의해 제조된 투과형 스크린용 스크린 부재를 쉽고 확실하게 이용하는 투과형 스크린을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법에 있어서, 렌즈 기판의 각 렌즈부는 각 렌즈부에 진입하는 빛이 차광층을 지나 렌즈 기판의 광출사면 위에 초점이 생기도록 설계하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 본 발명의 방법에 의해 제조된 투과형 스크린용 스크린 부재를 구비한 투과형 스크린의 광 이용 효율을 더욱 개선시킬 수 있다.
본 발명에 따른 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법에 있어서, 각 광확산부를 해당하는 차광층의 개구가 위치하는 부분에 차광층의 표면으로부터 돌출된 돌출부로 형성하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 본 발명의 방법에 의해 제조된 투과형 스크린용 스크린 부재를 구비한 투과형 스크린의 광 이용 효율을 더욱 개선시킬 수 있다. 또한, 특히 투과형 스크린에 의해 투영된 이미지의 콘트라스트를 개선시킬 수 있다.
본 발명에 따른 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법에 있어서, 렌즈 기판의 광입사면의 위에서 보았을 때 렌즈부가 차지하는 전체 면적에 대해 돌출부가 차지하는 전체 면적의 비율이 5 내지 99 % 의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 본 발명의 방법에 의해 제조된 투과형 스크린용 스크린 부재를 구비한 투과형 스크린의 광 이용 효율을 더 개선시킬 수 있다. 또한, 특히 투과형 스크린에 의해 투영된 이미지의 콘트라스트를 개선시킬 수 있다.
본 발명에 따른 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법에 있어서, 돌출부의 형태인 복수의 광확산부는 서로 독립적으로 형성되는 것이 바람직하다.
이에 의해, 본 발명의 방법에 의해 제조된 투과형 스크린용 스크린 부재를 구비한 투과형 스크린의 광 이용 효율을 더 개선시킬 수 있다. 또한, 특히 투과형 스크린에 의해 투영된 이미지의 콘트라스트를 개선시킬 수 있다.
본 발명에 따른 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법에 있어서, 렌즈 기판의 광입사면의 위에서 보았을 때 렌즈부가 차지하는 전체 면적에 대해 광확산부가 차지하는 전체 면적의 비율이 5 내지 99 % 의 범위 내에 있는 것이 바람직 하다.
이에 의해, 본 발명의 방법에 의해 제조된 투과형 스크린용 스크린 부재를 구비한 투과형 스크린의 시야각 특성과 광 이용 효율을 더 개선시킬 수 있다. 또한, 특히 투과형 스크린에 의해 투영된 이미지의 콘트라스트를 개선시킬 수 있다.
본 발명에 따른 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법에 있어서, 투과형 스크린용 스크린 부재는 주표면을 포함하고 각 광확산부의 길이가 투과형 기판을 위한 스크린 부재의 주표면과 수직인 방향으로 2 내지 450㎛의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 본 발명의 방법에 의해 제조된 투과형 스크린용 스크린 부재를 구비한 투과형 스크린의 광 이용 효율을 더 개선시킬 수 있다.
본 발명에 따른 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법에 있어서, 투과형 스크린용 스크린 부재는 주표면을 포함하고, 각 렌즈부의 초점은 투과형 스크린용 스크린 부재의 주표면에 수직인 방향으로 대응하는 광확산부의 실질적인 중심부에 위치하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 본 발명의 방법에 의해 제조된 투과형 스크린용 스크린 부재를 구비한 투과형 스크린의 광 이용 효율을 더 개선시킬 수 있다.
본 발명에 따른 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법에 있어서, 렌즈 기판은 렌즈 기판의 복수의 렌즈부에 대응하는 오목부를 구비한 기판을 이용하여 제조하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 각각 원하는 크기와 모양을 갖는 복수의 렌즈부가 배열된 렌즈 기판을 쉽고 확실하게 얻는 것이 가능하다. 그 결과 본 발명의 방법에 따라 제조된 투과형 스크린용 스크린 부재를 구비한 투과형 스크린의 생산성을 향상시킬 수 있으며 얻어진 투과형 스크린은 안정한 특성과 높은 신뢰성을 갖는다.
본 발명에 따른 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법에 있어서, 렌즈 기판의 광입사면은 복수의 렌즈부가 형성된 사용 가능 영역을 포함하고 렌즈 기판의 광입사면의 위에서 보았을 때 렌즈 기판의 사용 가능 영역에 대해 렌즈부가 차지하는 전체 영역의 비율은 90% 이상인 것이 바람직하다.
이에 의해, 본 발명의 방법에 따라 제조된 투과형 스크린용 스크린 부재를 구비한 투과형 스크린의 광 이용 효율을 더욱 개선시킬 수 있다.
본 발명에 따른 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법에 있어서, 각 렌즈부는 마이크로렌즈로 형성하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 투과형 스크린용 스크린 부재를 구비한 투과형 스크린의 시야각 특성을 더 개선시킬 수 있다. 즉, 투과형 스크린의 수평 시야각뿐만 아니라 수직 시야각도 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법에 있어서, 복수의 마이크로 렌즈는 렌즈 기판의 광입사면의 위에서 보았을 때 임의의 방식으로 배열되도록 형성하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 투영 데이터에서 빗살 무늬가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법에 있어서, 복수의 마이크로렌즈의 곡률 반경은 실질적으로 서로 동일한 것이 바람직하다.
이에 의해, 복수의 개구를 구비한 광확산부와 차광층을 형성할 수 있다. 그 결과, 특히 투과형 스크린용 스크린 부재의 생산성을 개선시킬 수 있다.
본 발명에 따른 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법에 있어서, 각 마이크로렌즈의 지름은 10 내지 500㎛의 범위 내인 것이 바람직하다.
이에 의해, 투과형 스크린용 스크린 부재의 높은 생산성을 유지하면서 투영 이미지에 충분한 해상도를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법에 있어서, 각 개구의 지름은 9 내지 500㎛의 범위 내인 것이 바람직하다.
이에 의해, 투영된 이미지의 콘트라스트를 더 향상시키면서 충분한 광투과성(광 이용 효율)을 얻을 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 본 발명은 투과형 스크린용 스크린 부재에 관한 것이다. 본 발명의 투과형 스크린용 스크린 부재는 전술한 본 발명의 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법을 사용하여 제조한다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 본 발명은 투과형 스크린에 관한 것이다. 투과형 스크린은 전술한 본 발명의 투과형 스크린용 스크린 부재를 포함한다.
이에 의해, 양호한 시야각 특성과 광 이용 효율을 갖는 투과형 스크린을 제공할 수 있다.
본 발명의 투과형 스크린은 프레넬 렌즈(Fresnel lens)를 구비한 프레넬 렌즈부를 포함하며, 프레넬 렌즈부는 출사면을 포함하고 프레넬 렌즈는 프레넬 렌즈부의 출사면에 형성되며 투과형 스크린용 스크린 부재는 프레넬 렌즈부의 출사면 쪽에 배열되는 것이 바람직하다.
이에 의해, 높은 시야각 특성과 광 이용 효율을 갖는 투과형 스크린을 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 본 발명은 리어 프로젝터에 관한 것이다. 일 실시예에 있어서, 본 발명의 리어 프로젝터는 전술한 본 발명의 투과형 스크린용 스크린 부재를 포함한다.
이에 의해, 양호한 시야각 특성과 광 이용 효율을 갖는 투과형 스크린용 스크린 부재를 구비한 리어 프로젝터를 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명의 리어 프로젝터는 전술한 본 발명의 투과형 스크린을 포함한다.
이에 의해, 양호한 시야각 특성과 광 이용 효율을 갖는 투과형 스크린을 구비한 리어 프로젝터를 제공할 수 있다.
본 발명의 리어 프로젝터는 투영 광학 유닛과 도광 미러를 포함한다.
이에 의해, 양호한 시야각 특성과 광 이용 효율을 갖는 리어 프로젝터를 제공할 수 있다.
본 발명의 전술한 목적 및 다른 목적, 특성, 그리고 이점은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 후술하는 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예의 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법, 투과형 스크린용 스크린 부재, 투과형 스크린, 그리고 리어 프로젝터에 대해 자세히 설명할 것이다.
먼저, 본 발명의 투과형 스크린용 스크린 부재와 투과형 스크린을 기술할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서 투과형 스크린용 스크린 부재를 도시한 개략적인 수직 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 투과형 스크린에 제공된 마이크로렌즈 기판을 도시한 평면도이다. 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에서 도 1에 도시된 투과형 스크린용 스크린 부재를 구비한 투과형 스크린을 도시한 개략적인 수직 단면도이다. 이에 대하여 이후 설명에서 도 1과 도 3의 좌측과 우측은 각각 "광입사측(또는 광입사면)"과 "광출사측(또는 광출사면)"으로 언급된다.
투과형 스크린용 스크린 부재(1)는 이후 기술될 투과형 스크린(10)을 구성하는 요소이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 투과형 스크린용 스크린 부재(1)는 입사광을 집광하는 기능을 하는 마이크로렌즈 기판(렌즈 기판, 3), 차광(방지) 효과를 갖는 물질로 만들어진 블랙 매트릭스(차광층, 4), 그리고 난반사로 각각 입사광을 확산시키는 기능을 하는 광확산부(5)를 포함한다.
마이크로렌즈 기판(3)은 광입사면과 광입사면에 반대되는 광출사면을 포함한다. 또한, 마이크로렌즈 기판(3)은 수지층(31)과 마이크로렌즈 기판(3)의 광입사면(즉, 수지층(31)의 입사측의 표면) 상에 형성된 다수의 마이크로렌즈(렌즈부, 32)를 포함한다.
수지층(31)은 주로 소정의 굴절률을 갖는 투명한 수지 물질로 구성된다.
각각의 마이크로렌즈(32)는 볼록한 부분이 마이크로렌즈 기판(3)의 광입사면으로 돌출한 볼록 렌즈로 형성된다. 또한, 각각의 마이크로렌즈(32)는 마이크로렌즈(32)를 통과한 빛이 블랙 매트릭스(차광층, 4)를 지나 마이크로렌즈 기판(3)의 광출사면 쪽에 초점이 맞도록 설계된다(즉, 마이크로렌즈 기판(3)은 각 마이크로렌즈(32)의 초점(f)이 블랙 매트릭스(차광층, 4)를 지나 마이크로렌즈 기판(3)의 광출사면 쪽에 위치하도록 설계된다). 다시 말해, 마이크로렌즈 기판(3)의 주표면에 수직인 방향으로 마이크로렌즈 기판(3)에 진입하는 평행광(La)(후술하는 프레넬 렌즈부(2)로부터 입사하는 평행광)은 마이크로렌즈 기판(3)의 각 마이크로렌즈(32)에 의해 집광되고 블랙 매트릭스(차광층, 4)를 지나 마이크로렌즈 기판(3)의 광출사면 쪽에 초점을 형성한다(즉, 도 1의 초점(f)). 각 마이크로렌즈(32)가 이러한 방식으로 블랙 매트릭스(차광층, 4)를 지나 마이크로렌즈 기판(3)의 광출사면 쪽에 빛을 집광시키므로 특히 우수한 광 이용 효율을 얻을 수 있다. 이를 보다 자세히 설명하면, 후술하는 광확산부(5)에 마이크로렌즈(32)로부터 출사된 빛을 집광시킴으로써 투과형 스크린용 스크린 부재(1)는 광원이 블랙 매트릭스(4)를 지나 마이크로렌즈 기판(3)의 광출사면 상의 광확산부(5)에 위치하는 것처럼 동작한다. 이에 의해, 마이크로렌즈(32)에 의해 집광된 빛(광자)이 마이크로렌즈 기판(3)의 광입사면 쪽으로 되돌아오는 것을 효과적으로 방지하면서 광확산부(5)로 진입한 빛을 마이크로렌즈 기판(3)의 광출사면 쪽으로 효과적으로 확산시킬 수 있다. 그 결과, 특히 투과형 스크린용 스크린 부재(1)의 광 이용 효율을 월등하게 할 수 있으므로 탁월한 투과형 스크린용 스크린 부재(1)를 구비한 투과형 스크린(10)을 제조할 수 있다.
각 마이크로렌즈(32)의 초점(f)은 블랙 매트릭스(4, 즉, 블랙 매트릭스(4)의 광출사측 표면)로부터 1 내지 250㎛의 범위만큼 떨어지는 것이 바람직하며, 2 내지 50㎛의 범위만큼 떨어지는 것이 더욱 바람직하다. 각 마이크로렌즈(32)의 초점(f)이 상기 범위만큼 마이크로렌즈 기판(3)의 광입사면 쪽 위에 위치하는 경우에는 광확산부(5)에 포함된 확산제(51)의 유형에 따라 광확산부(5)로부터 되돌아오는 빛의 양이 커져 충분한 광 이용 효율을 얻지 못할 수 있다. 한편, 각 마이크로렌즈(32)의 초점(f)이 상기 범위만큼 마이크로렌즈 기판(3)의 광출사면 쪽 위에 위치하는 경우에는 후술하는 광확산부(5)의 높이에 따라 광확산부(5)에 의한 광 확산이 불충분하게 되어 시야각 특성을 개선하는 효과를 충분히 얻지 못할 가능성이 있다.
각 마이크로렌즈(32)의 지름은 10 내지 500㎛의 범위 내인 것이 바람직하며, 30 내지 300㎛의 범위 내인 것이 더욱 바람직하며, 또한 50 내지 100㎛의 범위 내인 것이 더욱 바람직하다. 각 마이크로렌즈(32)의 지름을 상기 범위 내로 제한함으로써 스크린에 투영되는 이미지에 충분한 해상도를 유지하면서 투과형 스크린(투과형 스크린(10))을 위한 스크린 부재(1)의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다. 이에 대하여, 마이크로렌즈 기판(3)에서 인접한 마이크로렌즈 사이의 피치(pitch)는 10 내지 500㎛의 범위 내인 것이 바람직하며, 30 내지 300㎛의 범위 내인 것이 더욱 바람직하며, 또한 50 내지 100㎛인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 투과형 스크린용 스크린 부재(1)를 구성하는 복수의 마이크로렌즈(32)의 곡률 반경은 실질적으로 서로 동일한 것이 바람직하며, 투과형 스크린용 스크린 부재(1)를 구성하는 거의 모든 마이크로렌즈(32)의 곡률 반경이 실질적으로 동일한 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 후술하는 방법(즉, 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법)을 이용하여 블랙 매트릭스(4)와 광확산부(5)를 쉽고 확실하게 형성하는 것이 가능하다.
게다가, 마이크로렌즈(32)의 배열 패턴은 특별히 제한되지 않는다. 배열 패턴은 규칙적인 방식으로 배열된 마이크로렌즈(32)의 배열 패턴이거나 마이크로렌즈(32)가 광학적으로 불규칙적인 방식으로 배열된 배열 패턴 중 하나일 수 있다(마이크로렌즈(32)를 마이크로렌즈 기판(3)의 광입사면의 위에서 보았을 때(투과형 스크린용 스크린 부재(1)의 주표면으로부터 보았을 때) 불규칙적으로 배열되어 있다). 그러나, 마이크로렌즈(32)는 도 2에 도시된 바와 같이 불규칙적으로 배열되는 것이 바람직하다. 마이크로렌즈(32)를 불규칙적으로 배열함으로써 액정 등과 프레넬 렌즈의 광 밸브의 방해를 효과적으로 방지할 수 있으며, 따라서 빗살 무늬가 생기는 것을 거의 완벽하게 막을 수 있다. 이에 의해, 높은 디스플레이 품질을 갖는 훌륭한 투과형 스크린(10)을 얻을 수 있다.
또한, 마이크로렌즈 기판(3)의 광입사면의 위에서 보았을 때(즉, 도 2에 도시된 방향), 전체 사용 가능 영역에 대해 마이크로렌즈(32)가 형성된 사용 가능 영역에서 모든 마이크로렌즈(32)가 차지하는 영역(투영 영역)의 비율은 90% 이상인 것이 바람직하다. 비율이 96% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 전체 사용 가능 영 역에 대해 사용 가능 영역에서 모든 마이크로렌즈(32)가 차지하는 영역의 비율이 90% 이상인 경우 마이크로렌즈(32)가 없는 영역을 통과하는 직사광을 줄일 수 있으므로 스크린 부재(1)의 광 이용 효율을 더 높일 수 있다.
전술한 바와 같이, 블랙 매트릭스(4)와 광확산부(5)는 마이크로렌즈 기판(3)의 광출사면 위에 형성된다.
블랙 매트릭스(4)는 차광(방지) 효과를 갖는 물질로 이루어지며 층 형태로 형성된다. 마이크로렌즈 기판(3)에 이와 같은 블랙 매트릭스(4)를 부여함으로써 외부 광(투영 이미지를 형성하는데 있어 불필요한 외부 광)을 흡수할 수 있으며, 이에 의해, 스크린에 투영된 이미지가 훌륭한 콘트라스트를 갖도록 할 수 있다.
블랙 매트릭스(4)는 마이크로렌즈 기판(3)의 마이크로렌즈(32)에 의해 투과된 빛의 광로 상에 복수의 개구(41)를 포함한다. 이에 의해, 마이크로렌즈(32)에 의해 집광된 빛이 블랙 매트릭스(4)의 개구(41)를 통과하여 광확산부(5)에 진입하는 것을 가능하게 한다.
각 개구(41)의 크기는 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 개구(41)의 지름은 9 내지 500㎛의 범위 내인 것이 바람직하며, 9 내지 450㎛의 범위 내인 것이 더욱 바람직하며, 20 내지 90㎛의 범위 내인 것이 더욱 바람직하다. 상기 범위 내로 각 개구(41)의 지름을 제한함으로써 마이크로렌즈(32)에 의해 투과된 빛이 후술하는 광확산부(5)에 효과적으로 진입하게 하여 스크린에 투영된 이미지가 좋은 콘트라스트를 갖게 할 수 있다.
광확산부(5)는 난반사에 의해 입사하는 빛을 확산시키는 기능을 한다. 이러 한 광확산부(5)를 구비함으로써 시야각 특성을 개선시킬 수 있다. 또한, 각 광확산부(5)는 블랙 매트릭스(4)를 지나 마이크로렌즈 기판(3)의 광출사면 상에 형성된 영역을 포함한다. 광확산부(5)가 이러한 구조를 가지므로 광확산부(5)로 입사하는 빛을 마이크로렌즈 기판(3)의 광출사면쪽(즉, 광입사면 쪽의 반대 방향)으로 효과적으로 유도할 수 있다. 이에 의해, 특히 투과형 스크린용 스크린 부재(1)를 구비한 투과형 스크린(10)의 시야각 특성을 개선할 수 있다(즉, 스크린에 투영되는 이미지를 적절하게 보여줄 수 있는 시야각을 확대할 수 있다). 이 실시예에서, 광확산부(5)는 확산제(51)가 뛰어난 광투과성을 갖는 투명한 물질(예를 들어, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지 등)에 실질적으로 확산되도록 구성된다. 미립자(비즈(beads))의 형태인 실리카(silica), 유리, 수지 등은 예를 들어 확산제(51)로 사용될 수 있다. 확산제(51) 입자의 평균 지름은 특별히 제한되지는 않지만, 확산제(51) 입자의 지름은 1.0 내지 50㎛의 범위 내인 것이 바람직하며, 2.0 내지 10㎛의 범위 내인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 필요한 경우 광폴리머가 부여된 후에 예를 들어 사전 가열 처리와 같은 열처리가 수행될 수 있다.
또한, 광확산부(5)가 적어도 블랙 매트릭스(4)의 개구(41)에 대응하는 부분 위에 제공되며, 각 광확산부(5)는 블랙 매트릭스(4)의 표면으로부터 돌출된 돌출부로 형성된다. 이런 식으로 광확산부(5)가 돌출부를 포함하면 투과형 스크린용 스크린 부재(1)를 구비한 투과형 스크린(10)의 광 이용 효율이 개선될 수 있다. 이를 보다 자세히 설명하면, 광확산부(광확산층)가 일정한 두께를 갖는 층의 형태로 블랙 매트릭스 위의 마이크로렌즈의 광출사면 쪽에 형성되면, 빛(광자)이 확산제와 충돌할 가능성(빈도)이 증가하고 광확산부의 안으로 진입하는 빛(광자)이 마이크로렌즈 기판의 광입사면 쪽으로 되돌아갈 가능성도 증가한다. 이에 의해, 소광이 발생하기 쉽고 광 이용 효율이 저하된다. 한편, 광확산부(5)가 개구(41)에 대응하는 부분에 돌출부를 포함하는 경우에는 광확산층에 진입하는 빛을 마이크로렌즈 기판(3)의 광출사면 쪽으로 확산시켜 광확산부(5)와 확산제(51)의 내부로 진입하는 빛(광자)의 과도한 충돌로 인해 소광이 표시되는 것을 효과적으로 방지하며, 마이크로렌즈(32)에 의해 집광된 빛(광자)이 마이크로렌즈 기판(3)의 광입사면 쪽으로 되돌아가는 것을 방지한다. 그 결과, 투과형 스크린(10, 즉, 투과형 스크린용 스크린 부재(1))의 시야각 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 광확산부(5)가 이러한 돌출부를 포함하는 경우, 투과형 스크린용 스크린 부재(1)는 광확산부(5)의 높이가 비교적 낮은 영역 또는 광확산부(5)가 인접한 돌출부 사이에 형성되지 않은 영역을 포함하도록 구성할 수 있다(도 1에 도시된 구조에서 투과형 스크린용 스크린 부재(1)는 인접한 돌출부 사이에 형성되지 않는다). 이에 의해, 블랙 매트릭스(차광층)의 기능을 보다 효과적으로 수행할 수 있고, 따라서, 특히 스크린에 투영된 이미지의 콘트라스트를 개선할 수 있다. 여기에서 투과형 스크린용 스크린 부재(1)가 마이크로렌즈 기판(3)의 광출사면에서 블랙 매트릭스(4) 위에 각각 일정한 두께를 갖는 광확산부를 포함하는 경우에도 광확산부의 높이를 줄임(예를 들어 1㎛ 이하로)으로써 전술한 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있을 것이다. 그러나, 이 경우, 광확산부의 내부로 진입하는 빛을 충분히 확산시키는 것은 어렵다.
마이크로렌즈 기판(3)의 광입사면의 위(즉, 투과형 스크린용 스크린 부재(1) 의 위)에서 보았을 때 마이크로렌즈(32)가 차지하는 전체 영역에 대해 돌출부가 차지하는 전체 영역(투영 영역)의 비율은 5 내지 99%의 범위 내인 것이 바람직하다. 비율은 5 내지 95%의 범위 내인 것이 더욱 바람직하다. 또한 30 내지 70%의 범위 내인 것이 더욱 바람직하다. 돌출부가 차지하는 전체 영역의 비율을 위의 범위로 제한함으로써 투과형 스크린용 스크린 부재(1)를 구비한 투과형 스크린(10)의 광 이용 효율을 더욱 개선할 수 있다. 또한, 투영된 이미지의 콘트라스트를 더욱 개선할 수 있다. 돌출부가 차지하는 영역의 비율이 위 범위의 하한 보다 낮으면 광확산부(5)에 진입하는 빛을 효과적으로 확산시키기 어렵게 되어 투과형 스크린용 스크린 부재(1)를 구비한 투과형 스크린(10)이 충분한 시야각 특성을 얻기 어려울 가능성이 있다. 한편, 돌출부가 차지하는 영역의 비율이 위 범위의 상한 보다 높으면 광확산부(5, 돌출부)의 내부에서 소광이 발생하기 쉽게 되어 광 이용 효율이 떨어진다(감소한다). 또한, 이 경우, 투과형 스크린용 스크린 부재(1)의 광출사면의 위에서 보았을 때 블랙 매트릭스(4)의 표면(개구(41)를 제외한 블랙 매트릭스 영역)에 대해 광확산부(5)로 덮인 영역의 비율이 커지기 때문에 스크린에 투영된 이미지의 콘트라스트가 저하되는 경향이 있다. 그러므로, 개구(41)의 영역은 실질적으로 형성된 돌출부의 투영된 영역과 동일하여 돌출부가 각각 개구(41)에 대응하도록 하는 것이 바람직하다(즉, 블랙 매트릭스(4)를 덮는 부분의 영역이 작다). 보다 상세하게는, 투과형 스크린용 스크린 부재(1)의 광입사면의 위에서 보았을 때(즉, 도 2에 도시된 방향에서 보았을 때), 마이크로렌즈(32)가 차지하는 전체 영역에 대해 개구(41)와 돌출부가 차지하는 전체 영역의 비율이 각각 A%와 B%라면, 0.2 ≤A/B ≤1.55의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 또한 0.5 ≤A/B ≤1.2의 관계를 만족시키는 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 전술한 효과가 더욱 분명해진다. 또한, 후술하는 방법(본 발명의 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법)에 따르면, 비교적 쉽게 상기 조건을 만족하는 투과형 스크린용 스크린 부재(1)를 얻을 수 있다.
도 1에 도시된 구조에서, 투과형 스크린용 스크린 부재(1)에 복수의 광확산부(5)가 제공된다. 즉, 돌출부 형태의 복수의 광확산부(5)는 독립적이며, 각각의 광확산부(5)는 블랙 매트릭스(4)의 각 개구(41)에 대응하도록 서로 선택적으로 형성된다. 이런 식으로 복수의 광확산부(5)가 서로 독립적으로 제공되는 경우 투과형 스크린용 스크린 부재(1)의 광 이용 효율을 향상시킬 수 있고 스크린에 투영되는 이미지의 콘트라스트를 개선시킬 수 있다. 보다 상세하게는, 복수의 광확산부(5)가 서로 독립적으로 제공되는 경우 광확산부(5)와 확산제(51)의 내부로 진입하는 빛(광자)의 과도한 충돌로 인해 소광이 표시되는 것과 마이크로렌즈(32)에 의해 집광된 빛(광자)이 마이크로렌즈 기판의 광입사면 쪽으로 되돌아가는 것을 방지함과 동시에 광확산부(5)에 진입하는 광을 투과형 스크린용 스크린 부재(1)의 광출사면 쪽으로 확산시키는 것이 가능하다. 그 결과 특히 투과형 스크린(10)의 광 이용 효율을 개선시키고 투과형 스크린(10, 즉, 투과형 스크린용 스크린 부재(1))의 시야각 특성을 개선시키는 것이 가능하다. 또한, 복수의 광확산부(5)가 서로 독립적으로 제공되는 경우, 투과형 스크린용 스크린 부재(1)에는 인접한 광확산부(5) 사이에 광확산부(5)로 덮이지 않는 블랙 매트릭스(4)가 존재하지 않는다. 이에 의 해, 블랙 매트릭스(차광층, 4)의 기능을 보다 효과적으로 수행할 수 있고, 따라서 특히 스크린에 투영된 이미지의 콘트라스트를 개선시킬 수 있다.
마이크로렌즈 기판(3)의 광입사면의 위(즉, 투과형 스크린용 스크린 부재(1)의 위)에서 보았을 때 마이크로렌즈가 차지하는 전체 면적에 대한 광확산부(5)가 차지하는 전체 면적(투사 영역)의 비율은 5 내지 99%의 범위 내인 것이 바람직하다. 이 비율은 5 내지 95%의 범위 내인 것이 더 바람직하다. 또한 이 비율은 30 내지 70%의 범위 내인 것이 더 바람직하다. 광확산부(5)가 차지하는 전체 면적(투영 영역)의 비율을 위의 범위로 제한함으로써 투과형 스크린용 스크린 부재(1)를 구비한 투과형 스크린(10)의 시야각 특성과 광 이용 효율을 개선시킬 수 있으며 특히 스크린에 투영되는 이미지의 콘트라스트를 개선시킬 수 있다. 또한, 투영된 이미지의 콘트라스트를 더욱 개선시킬 수 있다. 광확산부(5)가 차지하는 전체 영역의 비율이 상기 범위의 하한보다 낮으면 광확산부(5)에 진입하는 빛을 효과적으로 확산시키기 어려워 투과형 스크린용 스크린 부재(1)를 구비한 투과형 스크린(10)의 시야각 특성을 충분히 얻기 어려울 가능성이 있다. 한편, 광확산부(5)가 차지하는 영역이 상기 범위의 상한보다 크면 광확산부(5)의 내부에 소광이 생기기 쉬워 광 이용 효율이 떨어진다(낮아진다). 또한, 이 경우 투과형 스크린용 스크린 부재(1)의 광출사면의 위에서 보았을 때 블랙 매트릭스(4)의 표면에 대해 광확산부(5)로 덮인 영역의 비율이 커지기 때문에 스크린에 투영된 이미지의 콘트라스트가 낮아진다. 그러므로, 개구(41)의 영역이 실질적으로 형성된 광확산부(5)의 투영된 영역과 동일하게 하여 돌출부가 각각 개구(41)와 대응하도록 하는 것(즉, 블랙 매트릭 스(41)를 덮는 부분의 영역이 작다)이 바람직하다. 보다 상세하게는 투과형 스크린용 스크린 부재(1)의 광입사면의 위에서 보았을 때(즉, 도 2에 도시된 방향에서 보았을 때), 마이크로렌즈(32)가 차지하는 전체 영역에 대해 개구(41)와 광확산부(5)가 차지하는 전체 영역의 비율은 각각 A%, C%라 할 경우, 0.2 ≤A/C ≤1.5의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 또한, 0.5 ≤A/B ≤1.2의 관계를 만족시키는 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 전술한 효과가 뚜렷해진다. 또한, 후술하는 방법(본 발명의 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법)에 따르면 상기 조건을 만족시키는 투과형 스크린용 스크린 부재(1)를 비교적 쉽게 얻을 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에서 투과형 스크린용 스크린 부재(1)는 각 마이크로렌즈(32)의 초점(f)이 블랙 매트릭스(4) 위쪽의 투과형 스크린용 스크린 부재(1)의 광출사면 쪽에 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 각 마이크로렌즈(32)의 초점(f)은 실질적으로 투과형 스크린용 스크린 부재(1)의 주표면에 수직인 방향으로 대응하는 광확산부(5)의 실질적인 중심부에 위치하는 것이 바람직하다. 따라서, 광확산부(5)의 내부로 진입하는 빛이 적절한 주파수로 확산제(51)와 충돌하는 것이 가능하다. 따라서, 광의 소광을 효과적으로 방지하면서 동시에 광확산부(5)의 내부로 진입하는 빛(광자)을 효율적으로 확산시킬 수 있다. 그러므로, 투과형 스크린용 스크린 부재(즉, 투과형 스크린(10))의 광 이용 효율을 더욱 개선시킬 수 있다. 또한, 광확산부(5)에 의해 반사된 광이 광확산부(5)의 주변으로 확산되기 때문에 더 넓은 투과형 스크린(투과형 스크린용 스크린 부재)의 시야각을 얻을 수 있다.
각각의 광확산부(5, 돌출부)의 꼭대기(꼭지점)가 각 마이크로렌즈(32)의 광축(L)에 대응하는 것(다시 말해, 각 돌출부의 꼭지점이 대응하는 마이크로렌즈(32)의 광축(L) 상에 위치한다)이 바람직하다. 따라서, 마이크로렌즈(32)에 의해 집광된 빛이 대응하는 광확산부(5)에서 실질적으로 등방적으로 확산되기 때문에 투과형 스크린용 스크린 부재(1)를 구비한 투과형 스크린(10)의 우수한 시야각을 얻을 수 있다.
또한, 광확산부(5)의 높이(h)(즉, 투과형 스크린용 스크린 부재의 주표면에 수직인 방향으로 광확산부(5)의 길이)는 2 내지 450㎛의 범위 내인 것이 바람직하며, 2 내지 250㎛의 범위 내인 것이 더욱 바람직하다. 또한 5 내지 50㎛의 범위 내인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 광확산부(5)에 반사된 빛이 마이크로렌즈 기판(3)의 광입사면으로 되돌아감으로써 생기는 소광을 확실하게 방지할 수 있으며, 따라서, 투과형 스크린(10)(투과형 스크린용 스크린 부재(1))의 높은 광 이용 효율을 얻을 수 있다.
다음으로, 전술한 투과형 스크린용 스크린 부재(1)를 구비한 투과형 스크린(10)을 설명할 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이 투과형 스크린(10)은 프레넬 렌즈부(2)와 전술한 투과형 스크린용 스크린 부재(1)를 구비한다. 프레넬 렌즈부(2)는 투과형 스크린용 스크린 부재(1)의 광입사면 쪽(즉, 이미지를 위한 빛의 입사면 위)에 배열되며 프레넬 렌즈부(2)에 의해 투과된 빛은 투과형 스크린용 스크린 부재(1)에 진입한다.
프레넬 렌즈부(2)는 복수의 프리즘이 프레넬 렌즈부(2)의 광출사면 상에 실질적으로 동심원적으로 형성된 프레넬 렌즈(21)를 구비한다. 프레넬 렌즈부(2)는 투영 렌즈(도시 안됨)로부터 투영된 이미지를 위해 빛을 굴절시키고 투과형 스크린용 스크린 부재(1)의 주표면에 수직인 방향과 평행한 평행광(La)을 투과형 스크린용 스크린 부재(1)의 광입사면 쪽으로 출력한다.
전술한 바와 같이 구성된 투과형 스크린(10)에서 투영 렌즈로부터의 빛은 프레넬 렌즈부(2)에 의해 굴절되어 평행광(La)이 된다. 그러면, 평행광(La)은 마이크로렌즈 기판(3)의 각 마이크로렌즈(32)에 의해 집광되고 집광된 빛은 블랙 매트릭스(41)의 각 개구(41)를 통과하여 광확산부(5)에 진입한다. 각각 광확산부(5)에 진입한 빛은 대응하는 광확산부(5)의 실질적인 중심 부분에서 초점(f)을 이루고 확산되어 투과형 스크린(10)의 관찰자(보는 사람)가 평평한 이미지로 빛을 관찰한다(본다).
다음으로, 전술한 투과형 스크린용 스크린 부재(1)를 제조하는 방법의 하나의 예를 설명할 것이다.
도 4는 마이크로렌즈 기판의 제조에 이용하는 마이크로렌즈의 볼록부를 구비한 기판의 개략적인 수직 단면도이다. 도 5는 도 4에 도시된 마이크로렌즈를 위한 볼록부를 구비한 기판을 제조하는 방법을 도시한 개략적인 수직 단면도이다. 도 6은 도 1에 도시된 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법의 일 예를 도시한 개략적인 수직 단면도이다. 이에 대하여, 후술하는 설명에서는 도 6의 아래쪽과 위쪽은 각각 "광입사 쪽(또는 광입사면)", "광출사 쪽(또는 광출사면)"이라고 칭한 다.
마이크로렌즈 기판을 제조하는데 이용될 수 있는 마이크로렌즈를 위한 볼록부를 구비한 기판의 구조와 이를 제조하는 방법은 본 발명의 투과형 스크린용 스크린 부재의 제조 방법을 설명하기 전에 먼저 설명할 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)은 기판(5) 상에 임의로 배열된 복수의 오목부(마이크로렌즈를 위한, 61)를 포함한다.
이와 같은 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)을 사용하여 전술한 바와 같이 그 위에 복수의 마이크로렌즈(32)가 광학적으로 불규칙적으로 배열된 마이크로렌즈 기판(3)을 얻을 수 있다.
설명에서 "광학적으로 불규칙"이라는 말은 복수의 마이크로렌즈(32)가 불규칙적으로 배열되거나 무작위적으로 배열되어 빗살 무늬와 같은 광학적 간섭의 발생을 충분히 방지하고 억제할 수 있음을 의미한다.
다음으로, 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판을 제조하는 방법을 도 5를 참조하여 설명할 것이다. 이에 대하여, 마이크로렌즈를 위한 복수의 오목부가 실제로 기판 상에 형성되지만 그 중 일부는 설명을 간단하게 하기 위하여 과장되게 도시되어 있다.
먼저, 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)을 제조하는데 있어서 기판(7)을 마련한다.
기판(7)에는 굴곡이나 흠이 없이 일정한 두께를 갖는 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 기판(7)에는 세정 등에 의해 표면이 깨끗한 기판을 사용하는 것이 바람직하다.
소다 석회(soda-lime) 유리, 결정(crystalline) 유리, 석영(quartz) 유리, 납 유리, 칼슘 유리, 보로실리케이트(borosilicate) 유리, 무알칼리(alkali-free) 유리 등이 기판(7)을 위한 물질로 거론할 수 있지만, 이 중 소다 석회 유리와 결정 유리(예를 들어, 네오세람(neoceram) 등)가 바람직하다. 소다 석회 유리, 결정 유리 또는 무알칼리 유리를 사용하면 기판(5)을 위한 물질 처리가 간편하고 소다 유리 또는 결정 유리가 비교적 저렴하기 때문에 제조 가격 측면에서 유리하다.
<A1>
도 5a에 도시된 바와 같이, 마스크(8)를 준비된 기판(7)의 표면 위에 형성한다(마스크 형성 처리). 그 후, 기판(7)의 반대 면(즉, 마스크(8)가 형성된 면의 반대쪽 면) 위에 후면 보호막(89)을 형성한다. 당연히 마스크(8)와 후면 보호막(89)을 동시에 형성할 수 있다.
마스크(8)는 레이저 빔 등을 조사하여 그곳에 후술할 초기 구멍(81)을 마련하며, 에칭 처리에 대해 저항성(후술할 것임)을 갖게 하는 것이 바람직하다. 다시 말해, 마스크는 기판(7)의 에칭 비율과 거의 동일하거나 작은 에칭 비율을 갖도록 구성하는 것이 바람직하다.
이러한 관점에서, 예를 들어, 크롬, 금, 니켈, 티타늄, 백금 등과 같은 금속, 이 금속에서 2 이상의 종류를 포함하는 합금, 이 금속의 산화물(금속 산화물), 실리콘, 수지 등이 마스크(8)를 위한 물질이라고 말할 수 있다. 이와는 달리, 마 스크(8)는 크롬/금 또는 크롬 산화물/크롬 적층물과 같은 다른 물질로 형성된 복수의 층으로 된 적층 구조일 수 있다.
마스크(8)를 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 마스크(8)를 크롬, 금, 또는 크롬 산화물과 같은 금속 산화물과 같은 물질(합금을 포함)로 구성하는 경우 마스크(8)는 예를 들어 증발(evaporation) 방법, 스퍼터링(sputtering) 방법 등으로 적절하게 형성할 수 있다. 한편, 마스크(8)를 실리콘으로 형성하는 경우, 마스크(8)는 예를 들어 스퍼터링 방법이나 CVD 방법 등으로 적절하게 형성할 수 있다.
주요 구성 물질로 크롬 산화물이나 크롬을 사용하여 마스크(8)를 형성하는 경우에는 초기 구멍(81)을 초기 구멍 형성 처리(후술함)에 의해 쉽게 형성할 수 있으며, 에칭 처리에서 기판(7)을 보다 확실하게 보호할 수 있다. 또한, 주요 구성물질로 크롬 산화물이나 크롬을 사용하여 마스크(8)를 형성하는 경우에는 초기 구멍 형성 처리(후술함)에서 예를 들어 이불화 수소 암모늄(ammonium hydrogen difluoride, NH4HF2) 용액을 부식액(etchant)으로 사용할 수 있다. 이불화 수소 암모늄은 독성을 띄지 않기 때문에 작업 도중 사람의 몸이나 작업 환경에 미치는 영향을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
마스크(8)의 두께는 마스크(8)를 구성하는 물질에 따라 다르지만 0.01 내지 2.0㎛의 범위 내인 것이 바람직하며, 0.03 내지 0.2㎛의 범위 내인 것이 더욱 바람직하다. 두께가 상기 범위의 하한보다 낮으면 후술하는 초기 구멍 형성 처리로 형 성된 초기 구멍(81)의 모양이 변형될 가능성이 있다. 또한, 에칭 단계(후술함)에서 습식 에칭 처리 도중 기판(7)의 마스킹 된 부분을 충분히 보호하지 못할 가능성이 있다. 한편, 두께가 상기 범위의 상한 보다 크면, 초기 구멍 형성 처리(후술함)에서 관통하는 초기 구멍(81)의 형성이 어려울 뿐 아니라 마스크(8)의 구성 물질 등에 따라 마스크(8)의 내부 압력으로 인해 마스크(8)가 쉽게 떨어지는 경우가 있을 수 있다.
후면 보호막(89)을 후속 처리에서 기판(7)의 후면을 보호하기 위해 제공한다. 후면 보호막(89)에 의해 기판(7)의 후면의 침식, 열화 등이 적절하게 방지된다. 후면 보호막(89)을 마스크(8)와 동일한 물질을 이용하여 형성하므로 마스크(8)를 형성함과 동시에 마스크(8)를 형성하는 것과 유사한 방법을 이용하여 제공할 수 있다.
<A2>
다음으로, 도 5b에 도시된 바와 같이 에칭(후술함)에서 마스크 개구로 사용될 복수의 초기 구멍(81)을 물리적 방법 또는 레이저빔의 조사하여 불규칙적으로 마스크(8)에 형성한다(초기 구멍 형성 처리).
초기 구멍(81)은 임의의 방법으로 형성될 수 있으나 물리적 방법이나 레이저빔을 조사하여 형성하는 것이 바람직하다. 이로서 높은 생산성으로 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판을 제조할 수 있다. 특히, 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 비교적 큰 크기의 기판에 오목부를 쉽게 형성할 수 있다.
초기 구멍(81)을 형성하는 물리적 방법은 예를 들어, 샷 블래스트(shot blast), 모래 블래스트(sand blast)와 같은 블래스트(blast) 처리, 에칭, 프레싱(pressing), 점 인쇄(dot printing), 태핑(tapping), 러빙(rubbing) 등과 같은 방법을 포함한다. 초기 구멍(81)을 블래스트 처리로 형성하는 경우에는 비교적 큰 영역(마이크로렌즈를 형성하기 위한 부분의 영역)을 갖는 기판의 경우에도 짧은 시간에 높은 효율로 초기 구멍(81)을 형성할 수 있다.
또한, 초기 구멍(81)을 레이저빔을 조사하여 형성하는 경우에는 사용되는 레이저빔의 종류가 특별히 제한되지는 않지만 루비(ruby) 레이저, 반도체 레이저, YAG 레이저, 펨토초(femtosecond) 레이저, 유리 레이저, YVO4 레이저, 네온-헬륨 레이저, 아르곤 레이저, 이산화탄소 레이저, 엑시머(excimer) 레이저 등을 언급할 수 있다. 또한, SHG(second-harmonic generation), THG(third-harmonic generation), FHG(fourth-harmonic generation) 등을 이용할 수도 있다. 레이저빔을 조사하여 초기 구멍(81)을 형성하는 경우 초기 구멍(81)의 크기, 인접한 초기 구멍과의 거리등을 쉽고 세밀하게 제어할 수 있다. 또한, 초기 구멍(81)을 레이저빔을 조사하여 형성하는 경우 조사 조건을 제어하여 후술하는 초기 오목부(71)를 형성하지 않고 초기 구멍(81)을 형성할 뿐만 아니라 또한 초기 구멍(81)과 같이 모양, 크기 또는 깊이에서 변화가 작은 초기 오목부(71)를 쉽고 확실하게 형성할 수 있다.
초기 구멍(81)을 마스크(8)의 전체 표면상에 골고루 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 기판(7)의 표면에 평평한 부분이 없도록 소정의 간격으로 작은 구멍을 배열하는 방식으로 초기 구멍(81)을 형성하고, 단계(A3, 후술함)에서 습식 에칭 처리를 수행할 때 표면이 오목부(61)에 의해 거의 빈틈없이 덮이도록 하는 것이 바람직하다.
보다 상세하게는, 예를 들어, 기판(7)의 위쪽에서 보았을 때 형성된 초기 구멍(81)의 모양이 거의 원형이고 각각의 초기 구멍(81)의 평균 지름은 2 내지 10㎛의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 마스크(8) 상에 초기 구멍(81)을 일 제곱센티미터(㎤) 당 천 내지 100만 개의 비율로 형성하는 것이 바람직하며, 일 제곱센티미터(㎤) 당 1만 내지 50만개의 비율로 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 초기 구멍(81)의 모양은 원형으로 제한되지 않음은 당연하다.
도 5b에 도시된 바와 같이 마스크(8)에 초기 구멍(81)을 형성할 때, 초기 구멍(81) 뿐 아니라 기판(7)의 표면의 일부를 제거하여 초기 오목부(71)도 형성할 수 있다. 이에 의해, 에칭 처리(후술함)를 수행할 때 부식제가 접촉하는 면적을 증가시킬 수 있으므로 부식이 적절하게 시작될 수 있다. 또한, 초기 오목부(71)의 깊이를 제어함으로써 오목부(61)의 깊이(즉, 렌즈의 최대 깊이)를 조절할 수 있다. 초기 오목부(71)의 깊이가 특별히 제한되지는 않지만 5.0㎛ 이하인 것이 바람직하며, 0.1 내지 0.5㎛의 범위 내인 것이 더욱 바람직하다. 레이저빔을 조사하여 초기 구멍(81)을 형성하는 경우에는 초기 구멍(81)과 함께 형성한 복수의 초기 오목부(71)의 깊이에 있어서의 변화를 확실하게 줄일 수 있다. 이에 의해, 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)을 구성하는 오목부(61)의 깊이에 있어서의 변화를 줄일 수 있으므로 최종적으로 얻어진 마이크로렌즈 기판(3)에서 마이크로렌 즈(32)의 크기와 모양에 있어서의 변화를 줄일 수 있다. 그 결과, 특히 각 마이크로렌즈(32)의 렌즈의 지름, 초점 거리, 두께에 있어서의 변화를 줄일 수 있다. 또한 이후 단계에서 블랙 매트릭스(4)와 광확산부(5)의 개구(41)를 적절하게 형성할 수 있다.
또한, 형성된 마스크(8)에 물리적 방법 또는 레이저빔을 조사하여 초기 구멍(81)을 형성할 뿐 아니라, 예를 들어, 기판(7) 위에 마스크(8)를 형성할 때 소정의 패턴을 가진 외부 물체를 기판(7) 상에 미리 배열하고 설계에 의해 마스크(8) 내에 결손(defect)을 형성하여 결손이 초기 구멍(81)으로 이용될 수 있도록 외부 물체를 이용하여 기판(5) 상에 마스크(8)를 형성함으로써 초기 구멍(81)을 형성할 수 있다.
본 발명에서는 물리적 방법이나 레이저빔을 조사함으로써 마스크(8)에 초기 구멍(81)을 형성함으로써 통상적인 포토리쏘그래피 방법을 이용하여 마스크(8)에 개구를 형성하는 것에 비해 쉽고 경제적으로 마스크(8)에 개구(초기 구멍(81))를 불규칙적으로 형성할 수 있다. 또한, 물리적 방법 또는 레이저빔의 조사로 큰 기판을 용이하게 다룰 수 있다.
<A3>
다음으로 도 5c에 도시된 바와 같이, 초기 구멍(81)이 형성된 마스크(8)를 이용하여 기판(7)에 에칭 처리를 행함으로써 기판(7) 상에 복수의 오목부(61)를 불규칙적으로 형성한다(에칭 처리).
에칭 방법은 특별히 제한되지는 않지만 예를 들어 습식 에칭, 건식 에칭 등을 들 수 있다. 다음의 설명에서는 그 예로써 습식 에칭 처리를 이용한 경우를 설명할 것이다.
초기 구멍(81)이 형성되어 있는 마스크(8)로 덮여 있는 기판(7)에 에칭 처리를 수행함으로써 도 5c에 도시된 바와 같이 기판(7)이 마스크(8)가 없는 부분부터 부식되어 다수의 오목부(61)가 기판(7) 상에 형성된다. 전술한 바와 같이 마스크(8)에 형성된 초기 구멍(81)이 불규칙적으로 제공되어 있기 때문에 형성된 오목부(61)도 기판(7)의 표면에 불규칙적으로 배열된다.
또한, 본 실시예에서는 단계(A2)에서 마스크(8)에 초기 구멍(81)을 형성할 때 기판(7)의 표면 위에 초기 오목부(71)를 형성한다. 이에 의해, 기판에 대한 에칭 처리 중 부식제와 접촉하는 영역이 증가하여 부식이 적절하게 시작될 수 있다.
또한, 습식 에칭 처리를 수행하여 적절하게 오목부(61)를 형성할 수 있다. 예를 들어 불화 수소산(불화 수소)를 함유하는 부식제(불화 수소산을 기본으로 하는 부식제)를 부식제로 이용할 경우, 기판(7)을 보다 선택적으로 부식시킬 수 있으므로 오목부(61)를 적절하게 형성할 수 있다.
마스크(8)를 주로 크롬으로 구성한 경우(즉, 마스크(8)를 크롬을 주요 성분으로 하여 형성한 경우), 특히 이불화 수소 암모늄 용액이 불화 수소산을 기본으로 하는 부식제로서 적당하다. 이불화 수소 암모늄을 포함한 용액(4wt% 이하의 수용액)이 독성이 없으므로 작업 도중 사람의 몸이나 환경에 끼치는 영향을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 여기에서, 이불화 수소 암모늄의 용액을 부식제로 사용하는 경우에는 예를 들어, 과산화 수소(hydrogen peroxide)가 부식제에 포함될 수 있다. 이에 의해, 에칭의 속도를 가속시킬 수 있다.
또한, 습식 에칭 처리는 건식 에칭 처리 보다 간단한 장비를 필요로 하며 한번에 더 많은 수의 기판을 처리할 수 있다. 이에 의해, 기판의 생산성을 향상시키고 낮은 가격에 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)을 제공할 수 있다.
<A4>
다음으로, 도 5d에 도시된 바와 같이 마스크(8)를 제거한다(마스크 제거 처리). 이때 마스크(8)를 제거하면서 후면 보호막(89)도 제거한다.
마스크(8)가 주로 크롬으로 구성된 경우 마스크(8)의 제거는 예를 들어 세릭 질산 암모늄(ceric ammonium nitrate) 과염소산(perchoric)의 혼합물을 이용하는 에칭 처리에 의해 이루어진다.
상기 처리의 결과, 도 5d와 도 4에 도시된 바와 같이 기판(7)에 복수의 오목부(61)가 불규칙적으로 형성된 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)을 얻는다.
기판(5) 상에 오목부(61)를 상대적으로 조밀하게 형성하는 것이 바람직하다. 보다 상세하게는, 기판(7)의 위에서 보았을 때 전체 사용할 수 있는 부분에 대해 사용할 수 있는 영역에서 모든 오목부(61)가 차지하는 영역의 비율은 90% 이상인 것이 바람직하다. 즉, 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)은 모든 오목부(61)가 형성된 통상의 영역을 갖는다. 이에 의해, 전술한 마이크로렌즈 기판(3) 을 적절하게 얻을 수 있다.
기판(7) 상에 불규칙적으로 오목부(61)를 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 전술한 방법, 즉 물리적 방법 또는 레이저 빔을 조사하여 마스크(8)에 초기 구멍(81)을 형성하고 마스크(8)를 이용하여 에칭을 수행함으로써 기판(7) 상에 오목부(61)를 형성하는 방법으로 오목부(61)를 형성하는 경우 다음의 효과를 얻을 수 있다.
즉, 물리적 방법 또는 레이저 빔을 조사하여 마스크(8)에 초기 구멍(81)을 형성함으로써 통상적인 포토리쏘그래피 방법에 의해 마스크(8)에 개구를 형성하는 경우에 비해 쉽고 저렴하게 마스크(8)에 소정의 패턴으로 개구(초기 구멍(81))를 형성할 수 있다. 이에 의해, 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)의 생산성을 향상시킬 수 있으므로 저렴한 가격에 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)을 제공할 수 있다.
또한, 상기 방법에 따르면 큰 크기의 기판을 쉽게 처리할 수 있다. 또한, 상기 방법에 따르면 큰 크기의 기판을 제조하는 경우 종래의 방법과 같이 복수의 기판을 붙일 필요가 없으므로 접합 부위의 이음매(seam)가 나타나지 않게 할 수 있다. 이에 의해, 낮은 가격에 간단한 방법으로 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 좋은 품질의 큰 기판(즉, 마이크로렌즈 기판)을 제조할 수 있다.
또한, 단계(A4)에서 마스크(8)를 제거한 후, 기판(7) 위에 새로운 마스크를 형성하고 마스크 형성 처리, 초기 구멍 형성 처리, 습식 에칭 처리, 마스크 제거 처리를 포함하는 일련의 처리를 반복한다. 이후, 특정 예를 설명할 것이다.
다음으로, 전술한 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)을 이용하여 투과형 스크린용 스크린 부재(1)를 제조하는 방법을 본 발명의 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법의 한 예로 설명할 것이다.
<B1>
먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 중합되지 않은(non-polymerized, 경화되지 않은) 수지(33)를 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)의 오목부(61)가 형성된 면에 부여한다. 본 실시예의 이 단계에서 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)의 오목부(66)가 형성되지 않은 부분에 스페이서(9)를 제공하고, 수지(33)를 평판(11)으로 누른다(압력을 가한다). 따라서, 형성된 마이크로렌즈 기판(3)의 두께를 보다 확실하게 제어할 수 있으므로 최종적으로 얻어진 투과형 스크린용 스크린 부재(1)에서 각각의 마이크로렌즈(32)의 초점 거리(f)를 보다 확실하게 제어할 수 있다.
스페이서(9)를 본 실시예와 같이 사용하는 경우에 스페이서(9)의 모양은 특별히 제한되지는 않지만, 실질적으로 원형 또는 실질적으로 원통형인 것이 바람직하다. 또한, 스페이서(9)가 이러한 모양을 갖는 경우 스페이서(9)의 지름은 10 내지 300㎛의 범위 내인 것이 바람직하며, 30 내지 200㎛의 범위 내인 것이 더욱 바람직하다. 또한 30 내지 170㎛의 범위 내인 것이 더욱 바람직하다.
여기서, 수지(33)를 도포하고 평판(11)으로 누르기 전에 오목부(61)가 형성된 마이크로렌즈를 위한 오목부(61)를 구비한 기판(6)의 면이나 수지(33)를 누를 때 수지(33)와 접촉하는 평판(11)의 면에 몰드 분리제(mold release) 등을 부여할 수 있다. 이에 의해, 다음 단계에서 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)과 평판(11)으로부터 마이크로렌즈 기판(3)을 쉽고 확실하게 분리할 수 있다.
<B2>
다음으로, 수지(33)를 경화시키고(중합시키고), 평판(11)을 제거한다(도 6b 참조). 이런 식으로 각각 볼록 렌즈로 기능하는 복수의 오목부(61)에 채워진 수지로 이루어진 복수의 마이크로렌즈(32)와 수지 층(31)을 구비한 마이크로렌즈 기판(3)을 얻는다.
수지(33)를 처리하는 방법은 특별히 제한되지 않으며 수지의 종류에 따라 적절하게 선택한다. 예를 들어, 자외선과 같은 빛의 조사, 가열, 전자 빔 조사 등을 들 수 있다.
<B3>
다음으로, 전술한 바와 같이 제조된 마이크로렌즈 기판(3)의 광출사면 위에 블랙 매트릭스(4)를 형성한다.
먼저, 도 6c에 도시된 바와 같이 차광(방지) 효과를 갖는 양의 광폴리머(positive photopolymer)를 마이크로렌즈 기판(3)의 광출사면에 부여하여 제 1 층(42)을 형성한다. 마이크로렌즈 기판(3)의 표면에 제 1 물질을 부여하는 방법으로는, 예를 들어, 딥 코팅 방법(dip coat method), 닥터 블래이드 방법(doctor blade method), 스핀 코팅 방법, 블러시 코팅 방법(blush coat method), 그리고 스프레이 코팅, 전기영동 코팅, 전기증착 코팅, 롤 코팅 등과 같은 여러 종류의 코팅 방법이 사용될 수 있다. 제 1 물질은 차광(방지) 효과를 갖는 수지(광폴리머)로 구성될 수 있으며, 또는 낮은 차광(방지) 효과를 갖는 수지 물질에 차광(방지) 효과를 갖는 물질이 분산되거나 녹아 있는 것일 수도 있다. 예를 들어 사전 열처리와 같은 열처리가 필요하다면 제 1 물질을 부여한 후(즉, 제 1 층(42)을 형성한 후)에 수행할 수 있다.
<B4>
다음으로, 도 6d에 도시된 바와 같이, 노광을 위한 빛(Lb)은 마이크로렌즈 기판(3)의 광입사면에 수직인 방향으로 마이크로렌즈 기판(3)에 조사된다. 노광을 위해 조사된 빛(Lb)은 각 마이크로렌즈(32)를 통과함으로써 집광된다. 각 마이크로렌즈(32)의 초점(f) 부근의 제 1 층(42)은 노광되고, 초점(f) 근처에 있지 않은 부분에 해당하는 제 1 층(42)은 노광되지 않거나 조금 노광된다(즉, 노광의 정도가 작다). 이런 방법으로 각각의 초점(f) 근처의 제 1 층(42, 양의 광폴리머)만이 노광된다.
이후 현상이 수행된다. 이 경우, 제 1 층(42)이 양의 광폴리머를 포함하므로 각 초점(f) 근처의 노광된 제 1 층(42)이 현상에 의해 녹아서 제거된다. 그 결과 도 6e에 도시된 바와 같이 개구(41)가 마이크로렌즈(32)의 광축(L)에 대응하는 부분 위에 형성된 블랙 매트릭스(4)를 형성한다. 현상 방법은 제 1 물질의 구성 (제 1 층의 성분 물질) 등에 따라 임의적으로 선택할 수 있다. 예를 들어, 이 실시예에서 양의 광폴리머(42)의 현상은 수산화 칼슘 용액 등과 같은 알칼리 수용액을 이용하여 수행할 수 있다.
또한, 필요하다면 사전 굽기 처리와 같은 열처리를 양의 광폴리머(42)를 노광시킨 후에 수행할 수 있다.
<B5>
다음으로, 이런 식으로 형성한 블랙 매트릭스(4)의 개구(41)에 대응하는 부분 위에 광확산부(5)를 형성한다.
먼저, 도 6f에 도시된 바와 같이, 제 2 층(53)을 형성하기 위해 마이크로렌즈 기판(3)의 광출사면 위(블랙 매트릭스(4)가 형성된 면 위)에 제 2 물질을 부여한다. 제 2 물질은 적어도 음의 광폴리머(negative photopolymer)를 포함하고, 이 실시예에서 제 2 물질은 음의 광폴리머(52)에 확산제(51)가 분산된 것이다. 제 2 물질을 부여하는 방법으로는, 예를 들어 딥 코팅 방법, 닥터 블래이드 방법, 스핀 코팅 방법, 블러시 코팅 방법과 스프레이 코팅, 전기영동 코팅, 전기증착 코팅, 롤 코팅 등과 같은 여러 종류의 코팅 방법을 사용할 수 있다.
예를 들어, CSP-SO25(후지필름 제작) 등은 음의 광폴리머(52)로 사용할 수 있다.
또한, 예를 들어, 확산제(51)로 미립자(구슬(beads)) 형태의 실리카, 유리, 수지 등을 사용할 수 있다. 확산제(51)의 알갱이의 평균 지름이 특별히 제한되지 는 않지만, 확산제(51)의 알갱이의 평균 지름은 1.0 내지 50㎛의 범위 내인 것이 바람직하며, 2.0 내지 10㎛의 범위 내인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 예를 들어 사전 굽기 처리와 같은 열처리가 필요하다면 제 2 물질을 부여한 후(즉, 제 2 층(53)을 형성한 후)에 수행할 수 있다.
<B6>
다음으로, 도 6c에 도시된 바와 같이, 노광을 위한 빛(Lc)을 마이크로렌즈 기판(3)의 광입사면에 수직인 방향으로 마이크로렌즈의 기판(3)에 조사한다. 노광을 위한 조사된 빛(Lc)은 각 마이크로렌즈(32)를 통과하면 집광되어 각 마이크로렌즈(32)의 광축(L)에 대응하는 점(즉, 초점(f))에 초점을 맞춘다. 각 마이크로렌즈(32)의 초점(f) 근처의 제 2 층은 노광되고, 초점(f) 근처가 아닌 영역에 해당하는 제 2 층(53)은 노광되지 않거나 조금 노광된다(즉, 노광 정도가 작다). 이런 방법으로 각 초점 근처의 제 2 층(53, 음의 광폴리머(52)) 만이 노광된다.
이후 현상을 수행한다. 이 경우 광폴리머(52)는 음의 광폴리머이므로 각 초점(f) 근처가 아닌 영역에 해당하는 노광된 광폴리머(52)가 현상에 의해 녹아서 제거된다. 그 결과 도 6h에 도시된 바와 같이 마이크로렌즈(32)의 광축(L)에 해당하는 부분, 즉 블랙 매트릭스(4)의 개구(41)에 해당하는 부분 위에 광확산부(5)가 형성된다.
본 발명에서는 이러한 방법으로 렌즈부(마이크로렌즈)에 의해 집광된 빛을 음의 광폴리머를 포함하는 제 2 물질로 이루어진 제 2 층에 조사하고, 집광된 빛에 의해 노광된 제 2 층의 부분을 그대로 남겨두도록 현상하여 광확산부를 형성한다. 이에 의해, 우수한 시야각 특성과 광 이용 효율을 갖는 투과형 스크린(투과형 스크린용 스크린 부재)를 쉽고 확실하게 얻을 수 있다. 이를 보다 자세히 설명하면, 렌즈부에 의해 집광된 빛을 이용하여 노광을 수행함으로써 차광층(블랙 매트릭스)의 개구에 대응하는 부분 위에 광확산층(광확산부)을 선택적으로 형성할 수 있다. 그 결과, 얻어진 투과형 스크린(투과형 스크린용 스크린 부재)에서는 렌즈부에 의해 집광된 빛(광자)을 렌즈 기판의 광출사면으로 효율적으로 확산시키는 한편 본 발명의 방법에 의해 제조된 투과형 스크린용 스크린 부재를 구비한 투과형 스크린의 시야각 특성과 광 이용 효율을 개선시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 도면에 도시된 구성에서와 같이 개구(41)에 대응하는 부분이 블랙 매트릭스(4)의 표면으로부터 돌출하는 돌출부가 되도록 광확산부(5)를 쉽고 확실하게 형성할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 도면에 도시된 구성에서와 같이 광확산부가 서로 독립적으로 형성되도록 개구(41)에 대응하는 부분 위에 복수의 광확산부(5)를 쉽고 확실하게 형성할 수 있다.
여기서, 필요하다면 사전 굽기 처리와 같은 열처리를 양의 광폴리머(42)를 노광시킨 후에 수행할 수 있다.
또한, 예를 들어 노광을 위한 빛을 마이크로렌즈 기판(3)에 조사할 때, 노광의 광원과 마이크로렌즈 기판(3) 사이의 위치 관계는 시간에 따라 변할 수 있다. 즉, 광원과 마이크로렌즈 기판(3)은 마이크로렌즈 기판(3)에 빛을 조사함에 따라 상대적으로 이동할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 형성될 광확산부(5)가 상대적으 로 큰 경우에도 광확산부(5)를 효과적으로 형성할 수 있다.
<B7>
이후, 투과형 스크린용 스크린 부재(1)로부터 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)을 제거함으로써 투과형 스크린용 스크린 부재(1)를 얻는다(도 6i 참조). 이런 식으로 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)을 제거함으로써 투과형 스크린용 스크린 부재(1)를 제조하는데 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)을 반복적으로 사용할 수 있으므로 이 방법은 투과형 스크린용 스크린 부재(2)의 제조 비용의 측면과 투과형 스크린을 위한 제조된 스크린 부재(1)의 품질의 안정성 측면에서 바람직하다.
여기서, 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)을 투과형 스크린용 스크린 부재로부터 반드시 제거할 필요는 없다. 다시 말해, 투과형 스크린(10)은 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제조 방법에서 블랙 매트릭스(4)와 광확산부(5)가 광폴리머에 마이크로렌즈(32)에 의해 집광된 노광을 조사함으로써 형성되므로 광확산부(5)와 개구(41)를 포함한 블랙 매트릭스(4)를 형성할 수 있고 개구(41)와 광확산부(5)를 정확한 위치에 형성할 수 있다. 그러므로, 얻어진 투과형 스크린용 스크린 부재(1, 투과형 스크린(10))는 우수한 시야각 특성과 광 이용 효율을 갖는다. 또한, 본 발명에 따르면, 투과형 스크린용 스크린 부재(1)는 광확산부(5)의 높이가 비교적 낮은 영역과 인접한 돌출부 사이에 광확산부가 형성되지 않 는 영역을 구비하도록 구성할 수 있다. 이에 의해, 블랙 매트릭스(4, 차광층)의 기능을 보다 효과적으로 수행할 수 있으므로 특히 스크린에 투영된 이미지의 콘트라스트를 개선시킬 수 있다.
게다가, 마이크로렌즈 기판(3)에서 복수의 마이크로렌즈(32)가 서로 실질적으로 동일한 곡률 반경을 갖는 경우에 각 마이크로렌즈(32)에 의해 집광된 빛은 실질적으로 동일한 평면에 초점을 맞춘다. 그러므로, 마이크로렌즈 기판(3)의 광입사면에 노광을 고르게 조사함으로써 서로 실질적으로 동일한 크기를 갖는 블랙 매트릭스(4, 차광층)의 개구(41)와 광확산부(5)를 형성하는 것이 가능하다.
이후, 전술한 투과형 스크린을 이용한 리어 프로젝터에 대해 설명할 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 리어 프로젝터의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 리어 프로젝터(300)는 케이스(340) 내에 투영 광학 유닛(310), 도광 미러(light guiding mirror, 320) 그리고 투과형 스크린(10)이 배열된 구조를 갖는다.
리어 프로젝터(300)는 투과형 스크린(10)으로서 전술한 바와 같이 우수한 시야각 특성과 광 이용 효율을 갖는 투과형 스크린(10)을 사용하므로 높은 품질의 디스플레이를 갖는 우수한 리어 프로젝터를 형성한다.
또한, 마이크로렌즈(32)는 특히 전술한 투과형 스크린용 스크린 부재(1)에서 불규칙적으로(광학적으로 불규칙한 방식으로) 배열하므로 리어 프로젝터(300)는 빗살 무늬와 같은 문제를 일으키지 않는다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법, 투과형 스크린용 스크린 부재, 투과형 스크린 그리고 리어 프로젝터는 첨부된 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만 본 발명은 이들 실시예에 제한되지 않는다.
예를 들어, 각 투과형 스크린용 스크린 부재를 구성하는 요소(구성요소), 투과형 스크린, 리어 프로젝터는 동일하거나 유사한 기능을 수행할 수 있는 다른 것으로 대체될 수 있다.
또한, 전술한 실시예에서, 각 마이크로렌즈(32, 렌즈부)는 블랙 매트릭스(4)를 지나 마이크로렌즈 기판(3)의 광출사면 쪽에 초점을 갖는 것으로 기재되어 있지만, 렌즈부의 초점은 블랙 매트릭스(4)에 못미처 마이크로렌즈 기판(3)에 위치할 수도 있다(도 8 참조).
또한, 전술한 실시예에서, 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)을 이용하여 제조된 기판이 마이크로렌즈 기판(렌즈 기판)으로 사용되는 것으로 기재되어 있으나 임의의 렌즈 기판(임의의 방법으로 제조된 렌즈 기판)이 마이크로렌즈 기판(3)으로 사용될 수 있다.
또한, 전술한 실시예에서, 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판을 제조하는 방법의 초기 구멍 형성 처리에서 초기 구멍(81)에 더불어 기판(7) 상에 초기 오목부(71)가 형성되는 것으로 기재되어 있으나 이러한 초기 오목부(71)는 형성될 필요가 없다. 초기 구멍(81)의 형성 조건(예를 들어, 레이저의 에너지 강도, 빔의 지름, 조사 시간 등)에 따라 선택적으로 초기 구멍(81)과 더불어 원하는 모양 을 갖는 초기 오목부(71)를 형성하거나 초기 오목부(71)를 형성하지 않고 초기 구멍(81)만을 형성할 수 있다.
또한, 전술한 실시예에서 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)이 마이크로렌즈 기판(3)에 붙어(가깝게) 있는 동안 블랙 매트릭스(4, 차광층)와 광확산부(5)를 형성하는 것으로 설명하였지만, 예를 들어 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)이 마이크로렌즈 기판(3)으로부터 분리되어 있는 동안 블랙 매트릭스(4, 차광층)와 광확산부(5)를 형성할 수도 있다.
또한, 마이크로렌즈 기판(3)의 위에서 볼 때 각각 실질적으로 원형의 형태를 갖는 마이크로렌즈(32)가 불규칙적으로 배열되어 있는 것으로 기재되어 있으나, 마이크로렌즈(32)의 크기와 배열은 여기에 제한되지 않는다. 예를 들어, 마이크로렌즈(32)를 격자 모양의 패턴으로 배열할 수도 있고, 또는 벌집 모양의 패턴으로 형성할 수도 있다.
또한, 상기 실시예에서는 투과형 스크린(10)이 투과형 스크린용 스크린 부재(1)와 프레넬 렌즈(21)를 포함하는 것으로 기재되어 있지만, 본 발명의 투과형 스크린(10)이 반드시 프레넬 렌즈를 포함할 필요는 없다. 예를 들어, 실질적으로 본 발명의 투과형 스크린에 있어서 스크린 부재(1)로만 구성될 수도 있다.
또한, 상기 실시예에서 마이크로렌즈 기판(3, 렌즈 기판)은 렌즈부로서 마이크로렌즈(32)를 포함하고 있는 구조인 것으로 기재되어 있지만, 렌즈부가 마이크로렌즈(32)로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 렌즈부는 렌티큘러 렌즈일 수도 있다. 렌티큘러 렌즈를 사용함으로써 렌즈부를 위한 제조 단계가 간단해 질 수 있으 므로 투과형 스크린(10)의 생산성을 향상시킬 수 있다. 렌즈부로 렌티큘러 렌즈를 사용하는 경우 블랙 매트릭스(4) 대신 렌즈 기판의 광출사면 위에 줄무늬 모양의 차광층(검정 줄무늬)을 형성한다. 이 경우, 적어도 검정 줄무늬를 이루는 인접한 줄무늬 사이의 공간에 해당하는 부분에 광확산부(5)를 제공한다. 이러한 구조에서도 상기 실시예와 유사한 기능과 효과를 얻을 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 입사광을 충분히 확산시키면서 동시에 광확산부(5)로 진입하는 광(입사광)을 렌즈 기판의 광출사면에 효율적으로 확산시킬 수 있다. 따라서, 렌즈 기판에 렌즈부로서 렌티큘러 렌즈가 제공된 경우에도 뛰어난 시야각 특성을 얻을 수 있다(즉, 투과형 스크린의 수평 시야각뿐만 아니라 수직 시야각도 증가시킬 수 있다).
또한, 상기 실시예에서 모든 광확산부(5)가 돌출부로 형성되어 있는 것, 즉 각 광확산부(5)가 실질적으로 오직 돌출부로부터 구성되는 것으로 기재되어 있지만 광확산부는 돌출부가 아닌 영역을 포함할 수 있다(도 8 참조).
또한, 상기 실시예에서 광확산부(5)를 형성한 후에 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)을 마이크로렌즈 기판(3)으로부터 제거하는 것으로 기재되어 있으나 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판(6)은 블랙 매트릭스(4)나 광확산부(5)를 형성하기 이전에 제거할 수도 있으며, 또는 마이크로렌즈 기판(3)으로부터 제거되지 않고 투과형 스크린(10)에 수납(결합)될 수도 있다.
실시예
(실시예 1)
마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판을 제조한 후, 다음의 방식으로 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판을 이용하여 마이크로렌즈 기판을 제조하였다.
먼저, 1.2m × 0.7m의 사각형 모양과 4.8㎜의 두께를 갖는 소다 석회 유리를 마련하였다.
소다 석회 유리 기판을 4wt%의 이불화 수소 암모늄과 8wt%의 과산화수소가 함유된 세정액에 담가 6㎛의 에칭 처리를 수행하여 표면을 깨끗이 하였다.
이후, 깨끗한 물로 씻은 후 (깨끗한 물을 제거하기 위해) 질소 가스로 건조시켰다.
다음으로, 각각 0.03㎛의 두께를 갖는 크롬막(마스크와 후면 보호막)을 스퍼터링 방법으로 소다 석회 유리 기판 상에 형성하였다. 즉, 소다 석회 유리 기판의 양 표면에 크롬막으로 이루어진 마스크와 후면 보호막을 형성하였다.
다음으로, 마스크에 레이저 작업을 수행하여 마스크의 중심 부분에 113㎝ ×65㎝의 영역에 복수의 초기 구멍을 형성하였다.
여기서, 레이저 작업은 에너지 강도가 1mW, 빔 지름이 3㎛, 조사 시간이 60×10-9초인 조건에서 YAG 레이저를 이용하여 수행하였다.
이러한 방법으로, 앞서 언급한 마스크의 전체 영역에 불규칙적으로 초기 구멍이 형성되었다. 초기 구멍의 평균 지름은 5㎛, 초기 구멍의 형성 밀도는 40,000 구멍/㎤이었다.
또한, 이때 소다 석회 유기 기판의 표면 위에 각각 약 0.1㎛의 깊이를 갖는 오목부와 상처난 층(영향을 받은 층)이 형성되었다.
다음으로, 소다 석회 유리 기판을 습식 에칭 처리하여 소다 석회 유리 기판 위에 복수의 오목부를 형성하였다. 복수의 형성된 오목부는 실질적으로 서로 동일한 곡률(35㎛)을 갖는다.
여기서, 4wt%의 이불화 수소 암모늄과 8wt%의 과산화 수소를 함유한 수용액이 습식 에칭의 부식제로 사용되었고, 기판을 담그는 시간은 5시간이었다.
다음으로, 크롬 산화물 막(마스크와 후면 보호막)을 세릭 질화 암모늄과 과염화산의 혼합액을 이용한 에칭처리를 수행하여 제거하였다.
그 후, 깨끗한 물로 씻고 (깨끗한 물을 제거하기 위해) 질소 가스로 건조시켰다.
그 결과, 소다 석회 유리 기판 위에 마이크로렌즈를 위한 다수의 오목부가 불규칙적으로 형성된 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 웨이퍼 모양의 기판을 얻었다. 오목부를 구비한 얻어진 기판의 위에서 보았을 때 모든 사용 가능 영역에 대해 오목부가 형성된 사용 가능 영역에서의 모든 오목부가 차지하는 비율은 97%이었다. 임의로 인접한 두개의 지점 사이의 다수의 거리(즉, 오목부와 인접한 오목부 사이)가 얻어졌고, 이 거리의 표준편차가 계산되었다. 이러한 계산에 의해 얻어진 표준편차는 다수의 거리의 평균값의 35%이었다.
다음으로, 전술한 바와 같이 얻어진 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판의 오목부가 형성된 쪽 면에 몰드 분리제(GF-6110)를 부여하였고, 비중합(비경 화) 자외선 경화성 수지(UV-cure resin)(V-2403 (일본 제철 화학 주식회사 제조))를 같은 면에 부여하였다. 이때, 실질적으로 구형 스페이서(각각 150㎛의 지름을 갖는다)를 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판의 오목부가 형성되지 있지 않은 상기 면 위의 영역(즉, 사용할 수 없는 렌즈 영역)에 배열하였다.
다음으로, 무알칼리 유리로 이루어진 평판으로 자외선 경화성 수지를 눌렀다. 이때, 평판과 자외선 경화성 수지 사이에 공기가 침투하지 못하도록 수행하였다. 이 경우, 자외선 경화성 수지를 누를 때 자외선 경화성 수지와 접촉하게 되는 평판의 면에는 미리 몰드 분리제(GF-6110)를 부여하였다.
다음으로, 평판을 통하여 10,000mJ/㎤의 자외선을 조사하여 마이크로렌즈 기판을 얻기 위해 자외선 경화성 수지를 경화시켰다. 얻어진 마이크로렌즈 기판의 굴절률은 1.5이었다. 또한, 얻어진 마이크로렌즈 기판에서 수지 층의 두께는 40㎛이었고, 복수의 마이크로렌즈 각각의 곡률 반경과 지름은 각각 35㎛와 70㎛이었다. 또한, 마이크로렌즈 기판의 광입사면의 위에서 보았을 때 마이크로렌즈 기판의 사용 가능 영역에 대해 마이크로렌즈가 차지한 모든 영역(투영 영역)의 비율은 97%이었다.
다음으로, 평판을 제거하였다.
다음으로, 양의 광폴리머(PC405G(JSR 코포레이션 제조)와 차광 물질(흑연)을 포함한 제 1 물질을 마이크로렌즈 기판의 광출사면(즉, 마이크로렌즈가 형성된 면의 반대면)에 롤 코우터(roll coater)로 부여하여 제 1 층을 형성하였다. 제 1 물질에서 차광 물질의 양은 20wt%이었다.
다음으로, 마이크로렌즈 기판에 대해 30분 동안 90℃로 사전 굽기 처리를 수행하였다.
다음으로, 오목부가 형성된 면과 반대면으로부터 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판에 80mJ/㎤의 자외선을 평행광으로 조사하였다. 이 경우, 조사된 자외선은 각각의 마이크로렌즈에 의해 집광되고, 마이크로렌즈의 초점(f)에 가까운 곳에 있는 제 1 층(광폴리머)이 선택적으로 노광되었다.
이어서, 현상액으로 0.5wt%의 수산화칼슘 수용액을 이용하여 40초 동안 투과형 스크린용 스크린 부재에 현상 처리를 수행하였다.
이어서, 깨끗한 물로 씻고, (깨끗한 물을 제거하기 위해) 질소 가스로 건조시켰다. 또한, 30분 동안 200℃로 사후 굽기 처리를 수행하였다. 이 방법으로, 각각의 마이크로렌즈에 대응하는 복수의 개구를 포함하는 블랙 매트릭스를 형성하였다. 블랙 매트릭스의 두께는 2㎛, 개구의 지름은 45㎛이었다.
이어서, 음의 광폴리머(CSP-SO25(후지 필림 제조))와 광 확산제(각각 5㎛의 지름을 갖는 실리카 알갱이)를 포함하는 제 2 물질을 블랙 매트릭스가 형성된 면(마이크로렌즈 기판의 광출사면)에 롤 코우터를 이용하여 부여하여 제 2 층을 형성하였다. 부여된 제 2 층의 두께는 10㎛이었다. 또한, 제 2 물질에서 광 확산제의 양은 25wt%이었다.
다음으로, 오목부가 형성된 면과 반대면으로부터 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판에 100mJ/㎤의 자외선을 평행광으로 조사하였다. 이 경우, 조사된 자외선은 각각의 마이크로렌즈에 의해 집광되어 마이크로렌즈의 초점(f)에 가까 운 곳에 있는 제 2 물질(광폴리머)이 선택적으로 노광되었다.
이어서, 현상액으로 CD-2000(후지필름 제조)을 이용하여 40초 동안 투과형 스크린용 스크린 부재에 현상 처리를 수행하였다.
어이서, 깨끗한 물로 씻고 (깨끗한 물을 제거하기 위해) 질소 가스로 건조시켰다. 또한, 30분 동안 200℃로 사후 굽기 처리를 수행하였다. 이러한 방식으로 복수의 개구에 대응하는 돌출형의 광확산부(돌출부)를 형성하였다. 형성된 광확산부의 높이는 5㎛이었다. 여기서, 형성된 광확산부는 돌출부로 형성되었고 각 돌출부의 꼭대기의 높이 보다 낮은 부분에는 평평한 부분(마이크로렌즈 기판의 광출사면과 평행한 표면)이 형성되지 않는다.
이어서, 스크린 부재로부터 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판을 제거함으로써 투과형 스크린용 스크린 부재를 얻었다.
이러한 방법으로 얻은 투과형 스크린용 스크린 부재에서 마이크로렌즈가 형성된 면으로부터 투과형 스크린용 스크린 부재로 평행광이 진입할 때 각 마이크로렌즈의 초점(f)은 광출사 방향으로 블랙 매트릭스의 광출사면으로부터 3㎛ 떨어져 위치한다. 또한, 투과형 스크린용 스크린 부재의 위에서 보았을 때 마이크로렌즈가 차지하는 전체 영역에 대해 돌출부로서 광확산부가 차지하는 전체 영역(투영 영역)의 비율은 70% 이었다. 또한, 투과형 스크린용 스크린 부재의 위에서 보았을 때 마이크로렌즈가 차지하는 전체 영역에 대해 개구가 차지하는 전체 영역(투영 영역)의 비율은 50% 이었다.
위와 같이 제조한 투과형 스크린용 스크린 부재와 돌출 몰딩으로 제조한 프 레넬 렌즈부를 조립하여 도 3에 도시된 투과형 스크린을 얻었다.
(실시예 2)
각 마스크와 후면 보호막을 크롬 산화물 막으로 형성한 점을 제외하고 실시예 1과 유사한 방식으로 투과형 스크린을 제조하였다. 이 경우, 마스크와 후면 보호막은 스퍼터링 방법을 이용하여 형성하였다. 크롬 산화물 막의 두께는 0.03㎛ 이었다.
(실시예 3)
각 마스크와 후면 보호막을 크롬/크롬 산화물 막의 적층 요소(즉, 크롬의 바깥쪽 표면에 크롬 산화물을 적층한 적층 요소)로 형성한 점을 제외하고 실시예 1과 유사한 방식으로 투과형 스크린을 제조하였다. 이 경우, 마스크와 후면 보호막은 스퍼터링 방법을 이용하여 형성하였다. 크롬 막의 두께는 0.02㎛, 크롬 산화물 막의 두께는 0.02㎛ 이었다.
(실시예 4)
각 마스크와 후면 보호막을 크롬 산화물/크롬 막의 적층 요소(즉, 크롬 산화물의 바깥쪽 표면에 크롬을 적층한 적층 요소)로 형성하는 점을 제외하고는 실시예 1과 유사한 방식으로 투과형 스크린을 제조하였다. 이 경우, 마스크와 화면 보호막은 스퍼터링 방법을 이용하여 형성하였다. 크롬 산화물 막의 두께는 0.02㎛, 크 롬 막의 두께는 0.02㎛ 이었다.
(비교예 1)
전술한 예 1에서 제조된 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판을 이용하여 위에서 설명한 방법과 유사한 방법을 이용하여 마이크로렌즈 기판을 제조하였다.
다음으로, 자외선 경화성 수지를 누르기 위해 사용된 평판을 제거하고, 차광 물질로서 흑연이 PC-403(JSR 코포레이션 제조)에 분산된 성분을 롤 코우터를 이용하여 마이크로렌즈 기판의 광출사면(즉, 노광된 마이크로렌즈 기판의 표면)에 부여하였다. 이후, 마이크로렌즈 기판에 30분간 90℃로 열 처리를 수행하여, 성분을 경화시키고 차광 코팅을 형성하였다.
이어서, 포토리쏘그래피 방법으로 마스크를 형성(즉, 차광 코팅이 형성된 마이크로렌즈 기판의 표면에 소정의 패턴을 가진 빛을 조사)하고 마이크로렌즈 기판을 에칭 처리하였다. 이후, 성분을 경화시키기 위해 마이크로렌즈 기판을 60분간 200℃로 열처리를 하여 각 마이크로렌즈에 대응하는 부분에 개구를 갖는 블랙 매트릭스를 차광 코팅 위에 형성하였다. 형성된 블랙 매트릭스의 두께는 2㎛, 개구의 지름은 45㎛ 이었다.
다음으로, 광 확산제(5㎛의 지름을 갖는 실리카 알갱이)가 음의 광폴리머(CSP-SO25 (후지필름 제조)에 분산된 성분을 롤 코우터를 이용하여 형성된 블랙 매트릭스의 전체 표면(마이크로렌즈 기판의 광출사면)에 부여한다. 그 다음으로, 마이크로렌즈 기판을 60분 동안 200℃로 열처리하여 성분을 경화시키고 층형의 광확산부를 형성하였다. 형성된 광확산부(광확산층)의 두께는 6㎛ 이었다.
이어서, 스크린 부재로부터 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판을 제거함으로써 투과형 스크린용 스크린 부재를 얻었다.
전술한 바와 같이 제조된 투과형 스크린용 스크린 부재와 돌출 몰딩에 의해 제조된 프레넬 렌즈를 조립하여 투과형 스크린을 얻었다.
(비교예 2)
먼저, 1.2m × 0.7m의 사각형 모양과 4.8㎜의 두께를 갖는 소다 석회 유리를 마련하였다.
소다 석회 유리 기판을 4wt%의 이불화 수소 암모늄과 8wt%의 과산화수소가 함유된 세정액에 담가 6㎛의 에칭 처리를 수행하여 표면을 깨끗이 하였다.
이후, 깨끗한 물로 씻은 후 (깨끗한 물을 제거하기 위해) 질소 가스로 건조시켰다.
다음으로, 각각 0.03㎛의 두께를 갖는 크롬막(마스크와 후면 보호막)을 스퍼터링 방법으로 소다 석회 유리 기판 상에 형성하였다. 즉, 소다 석회 유리 기판의 표면에 크롬막으로 이루어진 마스크와 후면 보호막을 형성하였다.
다음으로, 마스크에 레이저 작업을 수행하여 마스크의 중심 부분에 113㎝ ×65㎝의 영역에 서로 평행한 선형 그루부(groove, 구멍)를 형성하였다. 인접한 선형 그루부 사이의 피치는 70㎛ 이었다.
여기서, 레이저 작업은 에너지 강도가 1mW, 빔 지름이 3㎛, 조사 시간이 60×10-9초인 조건에서 YAG 레이저를 이용하여 수행하였다.
다음으로, 소다 석회 유리 기판을 습식 에칭 처리하여 소다 석회 유리 기판 위에 그루부 형태의 오목부를 형성하였다. 복수의 형성된 오목부는 실질적으로 서로 동일한 곡률(35㎛)을 갖는다.
여기서, 4wt%의 이불화 수소 암모늄과 8wt%의 과산화 수소를 포함한 수용액을 습식 에칭의 부식제로 사용하였고, 기판을 담그는 시간은 5시간이었다.
다음으로, 크롬 산화물 막(마스크와 후면 보호막)을 세릭 질화 암모늄과 과염화산의 혼합액을 이용한 에칭 처리를 수행하여 제거하였다.
그 후, 깨끗한 물로 씻고 (깨끗한 물을 제거하기 위해) 질소 가스로 건조시켰다.
그 결과, 소다 석회 유리 기판 위에 렌티큘러 렌즈를 위한 다수의 오목부(그루부)가 형성된 렌티큘러 렌즈를 위한 오목부를 구비한 웨이퍼 모양의 기판을 얻었다.
다음으로, 전술한 바와 같이 얻어진 렌티큘러 렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판의 오목부가 형성된 쪽 면에 몰드 분리제(GF-6110)를 부여하였고, 비중합(비경화) 자외선 경화성 수지(UV-cure resin)(V-2403 (일본 제철 화학 주식회사 제조))를 같은 면에 부여하였다. 이때, 실질적으로 구형 스페이서(각각 30㎛의 지름을 갖는다)를 렌티큘러 렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판의 오목부가 형성되지 있지 않은 상기 면 위의 영역에 배열하였다.
다음으로, 무알칼리 유리로 이루어진 평판으로 자외선 경화성 수지를 눌렀다. 이때, 평판과 자외선 경화성 수지 사이에 공기가 침투하지 못하도록 수행하였다. 이 경우, 자외선 경화성 수지를 누를 때 자외선 경화성 수지와 접촉하게 되는 평판의 면에는 미리 몰드 분리제(GF-6110)를 부여하였다.
다음으로, 평판을 통하여 10,000mJ/㎤의 자외선을 조사하여 렌티큘러 렌즈 기판을 얻기 위해 자외선 경화성 수지를 경화시켰다. 얻어진 렌티큘러 렌즈 기판의 굴절률은 1.5이었다. 또한, 얻어진 렌티큘러 렌즈 기판에서 수지 층의 두께는 150㎛였고, 복수의 각 렌티큘러 렌즈의 곡률 반경은 35㎛이었다.
다음으로, 자외선 경화성 수지를 누르기 위해 사용된 평판을 제거하고, 차광 물질로서 흑연이 PC-403(JSR 코포레이션 제조)에 분산된 성분을 롤 코우터를 이용하여 렌티큘러 렌즈 기판의 광입사면(노광된 렌티큘러 렌즈 기판의 표면, 즉 렌티큘러 렌즈가 형성된 면)에 부여하였다. 이후, 렌티큘러 렌즈 기판에 60분간 200℃로 열 처리를 수행하여, 성분을 경화시키고 차광 코팅을 형성하였다.
이어서, 포토리쏘그래피 방법으로 마스크를 형성(즉, 차광 코팅이 형성된 렌티큘러 렌즈 기판의 표면에 소정의 패턴을 가진 빛을 조사)하고 마이크로렌즈 기판을 에칭 처리하여 각 렌티큘러 렌즈에 대응하는 부분에 개구를 갖는 검정 줄무늬(차광층)를 차광 코팅 위에 형성하였다. 형성된 검정 줄무늬의 두께는 2㎛, 폭은 35㎛이었다.
다음으로, 광 확산제(5㎛의 지름을 갖는 실리카 알갱이)가 음의 광폴리 머(CSP-SO25 (후지필름 제조)에 분산된 성분을 롤 코우터를 이용하여 형성된 검정 줄무늬의 전체 표면(렌티큘러 렌즈 기판의 광출사면)에 부여한다. 그 다음으로, 마이크로렌즈 기판을 60분 동안 200℃로 열처리하여 성분을 경화시키고 층형의 광확산부를 형성하였다. 형성된 광확산부(광확산층)의 두께는 40㎛이었다.
이어서, 스크린 부재로부터 마이크로렌즈를 위한 오목부를 구비한 기판을 제거함으로써 투과형 스크린용 스크린 부재를 얻었다.
전술한 바와 같이 제조된 투과형 스크린용 스크린 부재와 돌출 몰딩에 의해 제조된 프레넬 렌즈를 조립하여 투과형 스크린을 얻었다.
(투과형 스크린의 평가)
각 실시예 1 내지 4와 비교예 1과 2에서 제조된 투과형 스크린의 광 이용 효율이 측정되었다. 광 이용 효율에 대한 측정은 투과형 스크린이 없을 때 빛의 양에 대한 각 실시예의 투과형 스크린에 전달되는 빛의 양의 비율을 집광구를 구비한 분광 광도계를 이용하여 측정하는 조건하에서 수행하였다.
그 결과 실시예 1 내지 4에서 각각 제조된 투과형 스크린은 70%의 우수한 광 이용 효율을 얻을 수 있다. 한편, 비교예 1 및 2에서 제조된 투과형 스크린은 각각 55% 및 52%의 광 이용 효율을 얻을 수 있었다.
(리어 프로젝터의 제조와 그 평가)
각 실시예 1 내지 4와 비교예 1 및 2에서 제조된 투과형 스크린을 이용하여 도 7에 도시된 리어 프로젝터를 제조하였다.
얻어진 각 리어 프로젝터에서의 투과형 스크린에 샘플 이미지를 디스플레이 시키는 동안 수평 및 수직 방향으로 시야각을 측정하였다.
시야각의 측정은 측정이 구석의 노광계로 5개의 간격으로 수행되는 조건으로 수행하였다.
그 결과, 실시예 1에서 얻어진 투과형 스크린을 구비한 리어 프로젝터는 수평 방향의 시야각에서 22°이었고, 수직 방향의 시야각이 22°인 우수한 시야각 특성을 가졌다. 또한, 리어 프로젝터에서 밝게 디스클레이되는 이미지와 빗살 무늬는 나타나지 않았다. 또한, 각 실시예 2 내지 4에서 얻어진 투과형 스크린을 구비한 리어 프로젝터에서 유사한 효과가 얻어졌다.
한편, 비교예 1 및 2에서 얻어진 각 투과형 스크린을 구비한 리어 프로젝터에서는 충분한 특성을 얻을 수 없었다.
즉, 비교예 1에서 얻어진 투과형 스크린을 구비한 리어 프로젝터에서는 수직 방향과 수평 방향의 시야각은 각각 18°와 18°이었다. 또한, 비교예 2에서 얻어진 투과형 스크린을 구비한 리어 프로젝터에서는 수직 방향과 수평 방향의 시야각은 각각 8°와 23°이었다. 비교예 1 및 2에서 얻어진 투과형 스크린을 구비한 리어 프로젝터는 각각 열등한 시야각 특성을 가졌다. 또한, 비교예 1 및 2의 각 리어 프로젝터에서 투과형 스크린에 투영된 이미지는 본 발명의 각 리어 프로젝터(예 1 내지 4의 리어 프로젝터)에 비해 어두웠다.
본 발명으로 시야각 특성과 광 이용 효율이 우수한 투과형 스크린용 스크린 부재를 얻을 수 있다. 또한, 이 투과형 스크린을 구성하는 투과형 스크린용 스크린 부재를 용이하고 확실하게 제공하는 것이 가능한 제조방법을 제공할 수 있으며, 이 투과형 스크린을 구비한 리어 프로젝터를 제공할 수 있다.

Claims (22)

  1. 투과형 스크린용 스크린 부재를 제조하는 방법에 있어서,
    입사광을 집광하는 복수의 렌즈부로 이루어지는 광입사면과 상기 광입사면에 대향하는 광출사면을 포함하는 렌즈 기판을 마련하는 단계와,
    상기 렌즈 기판의 상기 광출사면상에, 상기 렌즈 기판의 상기 렌즈부에 의해 투과되는 광의 광로 상에 복수의 개구를 갖는 차광층을 제 1 층으로부터 형성하는 단계와,
    상기 렌즈 기판의 상기 각 렌즈부에 의해 투과된 광을 확산시키는 복수의 광확산부를 형성하는 단계
    를 포함하되,
    상기 광확산부 형성 단계는
    상기 차광층 상으로 음의 광폴리머 및 확산제를 포함하는 재료를 부여하여, 상기 차광층 상에 제 2 층을 형성하는 단계와,
    광이 상기 광입사면으로부터 상기 렌즈 기판으로 진입하도록 하여 상기 각 렌즈부로 상기 광을 집광하고 상기 집광된 광으로 상기 제 2 층을 조사함으로써 상기 제 2 층을 노광하는 단계와,
    상기 집광된 광에 의해 노광된 상기 제 2 층의 부분이 상기 복수의 광확산부로서 잔존하도록 상기 제 2 층을 현상하는 단계를 구비하는
    투과형 스크린용 스크린 부재 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광층 생성 단계는
    상기 렌즈의 상기 광출사면 위에 포지티브 광폴리머를 포함하는 재료를 부여하여 상기 렌즈 기판의 상기 광출사면 상에 상기 제 1 층을 형성하는 단계와,
    광이 상기 광입사면으로부터 상기 렌즈 기판으로 진입하도록 하여 상기 광을 상기 각 렌즈부로 집광하고 상기 집광된 광에 의해 상기 제 1 층을 조사함으로써 상기 제 1 층을 노광하는 단계와,
    상기 집광된 광에 의해 노광된 상기 제 1 층의 부분이 제거되도록 상기 제 1 층을 현상하여, 상기 복수의 개구를 형성하는 단계를 포함하는
    투과형 스크린용 스크린 부재 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈 기판의 상기 각 렌즈부는 상기 각 렌즈부에 진입하는 상기 광이 상기 차광층을 지나 상기 렌즈 기판의 상기 광출사면 쪽에 포커싱되도록 설계되는 투과형 스크린용 스크린 부재 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 광확산부는 상기 차광층의 해당 개구가 위치하는 지점에 상기 차광층의 표면으로부터 돌출하는 돌출부로 이루어지는 투과형 스크린용 스크린 부재 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 렌즈 기판의 상기 광입사면의 위에서 보았을 때 상기 렌즈부가 차지하는 전체 면적에 대한 상기 돌출부가 차지하는 전체 면적의 비율이 5 내지 99%의 범위 내인 투과형 스크린용 스크린 부재 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 돌출부의 형태인 상기 복수의 광확산부는 서로 독립적으로 형성되는 투과형 스크린용 스크린 부재 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈 기판의 상기 광입사면의 위에서 보았을 때 상기 렌즈부가 차지하는 전체 면적에 대한 상기 광확산부가 차지하는 전체 면적의 비율은 5 내지 99%의 범위 내인 투과형 스크린용 스크린 부재 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 투과형 스크린용 스크린 부재는 주표면을 갖고, 상기 광확산부의 각 길이는 상기 투과형 스크린용 스크린 부재의 상기 주표면에 수직인 방향으로 2 내지 450㎛의 범위 내인 투과형 스크린용 스크린 부재 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 투과형 스크린용 스크린 부재는 주표면을 갖고, 상기 각 렌즈부의 초점은 상기 투과형 스크린용 스크린 부재의 상기 주표면에 수직인 방향으로 대응하는 상기 광확산부의 실질적인 중심부에 위치하는 투과형 스크린용 스크린 부재 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈 기판은 상기 렌즈 기판의 상기 복수의 렌즈부에 대응하는 오목부를 구비한 기판을 이용하여 제조되는 투과형 스크린용 스크린 부재 제조 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈 기판의 상기 광입사면은 상기 복수의 렌즈부가 형성된 가용 영역을 포함하며, 상기 렌즈 기판의 상기 광입사면의 위에서 보았을 때 상기 렌즈 기판의 상기 가용 영역에 대한 상기 렌즈부가 차지하는 전체 면적의 비율은 90% 이상인 투과형 스크린용 스크린 부재 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 렌즈부가 마이크로렌즈로 형성되어 있는 투과형 스크린용 스크린 부재 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로렌즈의 곡률 반경은 실질적으로 서로 동일한 투과형 스크린용 스크린 부재 제조 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 각 마이크로렌즈의 직경은 10 내지 500㎛의 범위 내인 투과형 스크린용 스크린 부재 제조 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 개구의 직경은 9 내지 500㎛의 범위 내인 투과형 스크린용 스크린 부재 제조 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈 기판은 확산제를 갖지 않는 재료로 이루어지는 투과형 스크린용 스크린 부재 제조 방법.
  17. 청구항 1에 기재된 스크린 부재 제조 방법을 이용하여 제조된 투과형 스크린용 스크린 부재.
  18. 청구항 17에 기재된 스크린 부재를 포함하는 투과형 스크린.
  19. 제 18 항에 있어서,
    복수의 프레넬 렌즈를 구비한 프레넬 렌즈부를 더 포함하며,
    상기 프레넬 렌즈부는 출사면을 갖고, 상기 복수의 프레넬 렌즈는 상기 출사면내에 형성되며,
    상기 투과형 스크린은 상기 프레넬 렌즈부의 상기 출사면측에 배치되는
    투과형 스크린.
  20. 청구항 17에 기재된 투과형 스크린용 스크린 부재를 포함하는 리어 프로젝터.
  21. 청구항 18에 기재된 스크린 부재를 포함하는 투과형 스크린을 구비한 리어 프로젝터.
  22. 제 20 항에 있어서,
    투영 광학 유닛과 도광 미러(light guiding mirror)를 더 포함하는 리어 프로젝터.
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