KR100779275B1 - 프레넬 렌즈시트 및 투과형 스크린 - Google Patents

프레넬 렌즈시트 및 투과형 스크린 Download PDF

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Abstract

프레넬 렌즈시트는 광입사면과 광출사면을 갖되, 광입사면에 직선상 또는 원호모양으로 길어지는 다수의 프리즘군이 형성되어 있다. 당해 프리즘군을 구성하는 각각의 프리즘에는, 입사한 광을 전반사하여 관찰자측으로 출사하기 위한 전반사면이 형성되어 있다. 상기 프레넬 렌즈시트의 광입사면의 미광이 발생하는 영역에서의 프리즘의 높이가 다른 영역에서의 프리즘의 높이보다도 높아지고 있다.

Description

프레넬 렌즈시트 및 투과형 스크린 {FRESNEL LENS SHEET AND REAR PROJECTION SCREEN}
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 프레넬 렌즈시트의 두께방향의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제2실시형태에 따른 프레넬 렌즈시트의 두께방향의 단면도,
도 3은 본 발명의 프레넬 렌즈시트에 있어서 소정의 영역의 경계에 위치하는 프리즘의 두께방향의 확대 단면도,
도 4는 본 발명의 프레넬 렌즈시트에서의 소정영역을 설명하기 위한 도면,
도 5는 프레넬 렌즈시트의 일반적인 사용 태양(態樣)을 나타낸 개략 사시도,
도 6은 본 발명의 투과형 스크린의 1형태의 단면도,
도 7은 종래의 프레넬 렌즈시트의 두께방향의 단면도,
도 8은 미광이 발생하는 원리를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 투과형 스크린의 다른 형태를 나타낸 도면이다.
본 발명은 프로젝션 텔레비전(PTV) 등에 이용되는 투과형 스크린에서의 프레넬 렌즈시트 및 이것을 이용한 투과형 스크린에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 배면측으로부터 광을 급각도(急角度)로 입사시키는 타입의 프로젝션 텔레비전에 있어서 적당히 이용할 수 있는 프레넬 렌즈시트 및 이것을 이용한 투과형 스크린에 관한 것이다.
예컨대, 일본 특개소 제60-173533호 공보나 일본 특개소 제61-208041호 공보에는 도 7에 나타낸 바와 같은 입사면(71)에 평행한 다수의 프리즘군(72)을 설치함과 더불어 당해 프리즘군(72)을 구성하는 각각의 프리즘(73)에 전반사면(74)을 설치함으로써, 입사한 광을 전반사시켜 관찰자측으로 출사(出射)하도록 구성된 프레넬 렌즈시트(70)가 개시되어 있다.
프레넬 렌즈시트를 이와 같이 구성함으로써, 당해 프레넬 렌즈시트(70)의 입사면측에 설치된 광원으로부터 광(상)을 급각도로 투영시킬 수 있고, 그 결과 프로젝션 텔레비전을 박형화(薄型化)하는 것이 가능해진다.
그렇지만, 이러한 프레넬 렌즈시트에 있어서는 도 7의 화살표 V로 나타낸 바와 같이 프리즘으로 입사한 광중에는 전반사면(74)에 도달하지 않고, 프레넬 렌즈시트의 출사면에서 전반사해 버리는 광(이후에는 이 광을「미광(迷光)」이라고 부르는 경우가 있다.)이 발생하는 경우가 있었다. 이러한「미광」이 발생하면, 상이 이중으로 보여 버리거나(이중상, 고스트), 콘트라스트가 저하한다.
즉, 도 8에 나타낸 바와 같이 이러한 프레넬 렌즈시트(70)의 입사면(71)에 광(80)이 입사한 경우, 프레넬 렌즈시트(70)의 출사면(出射面; 75)으로부터 이상적 인 광(80A)이 출사하는 한편, 프레넬 렌즈시트(70)의 출사면(75)으로부터 이중상을 생기게 하는 광(80B)도 출사해 버린다.
이「미광」에 기인하는 문제를 해결하기 위해, 예컨대 일본 특개소 제62-113131호 공보에는 프리즘의 전반사면에 도달하지 않는 광, 즉「미광」을 확산시킴으로써 모호하게 해 버리는 발명이 개시되어 있다.
그렇지만, 당해 발명에서는 미광에 의해 생기는 이중상을 보기 어렵게 하거나 약하게 하는 것은 가능하다고 해도, 미광이 확산하고는 있지만 존재하고 있는 것에는 변함없기 때문에, 콘트라스트의 저하를 방지하는 것은 불가능하다.
또, 예컨대 일본 특개소 제63-139331호 공보, 일본 특개소 제63-30835호 공보, 일본 특개소 제63-32528호 공보, 더욱이 일본 특개평 제5-72634호 공보 등에는 전반사면에서 반사한 광(상)이 투과하지 않는 부분에 광흡수층을 설치함으로써, 미광을 흡수해 버리는 발명이 개시되어 있다.
그렇지만, 당해 발명에 있어서는 각각의 프리즘과 광흡수층의 위치관계를 엄밀히 정합시켜 형성할 필요가 있다. 왜냐하면, 이들 위치가 어긋나면 관찰자가 관찰해야 하는 상(광)이 흡수되어 버리는 경우가 발생하기 때문이다. 따라서, 당해 발명에 개시되어 있는 프레넬 렌즈시트를 제조하는 것은 현실적으로는 매우 곤란하다. 또, 이 발명에 의해서도, 미광 자체는 발생하고 있기 때문에 그 만큼 유효광이 손실되게 된다.
본 발명은 이러한 상황에서 이루어진 것으로, 상술한 바와 같은 종래의 프레넬 렌즈시트와 같이 한번 발생한 미광에 대해 대응하는 것이 아니라 미광 자체를 발생시키지 않는 프레넬 렌즈시트를 제공하는 것을 주된 목적으로 함과 더불어, 이것을 이용한 투과형 스크린을 제공하는 것도 과제로 한다.
본 발명은, 광원으로부터의 광이 입사되는 광입사면과, 광원으로부터의 광이 출사되는 광출사면을 가진 프레넬 렌즈시트에 있어서, 상기 광입사면에 설치되고 입사광을 상기 광출사면을 향하여 전반사하는 전반사면을 각각 갖춘 복수의 프리즘을 각각 포함하는 복수의 프리즘군을 구비하여 구성되되, 상기 광입사면이 상기 광원 측의 미광이 발생하는 영역과 다른 영역으로 구획되고, 상기 미광이 발생하는 영역의 프리즘이 다른 영역의 프리즘보다 높은 높이를 갖도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트이다.
종래부터 문제로 되고 있는, 소위「미광」은 프리즘으로 입사한 광중 어떤 광이 전반사면에 도달하지 않음으로써 발생하는 것이고, 프리즘으로 입사하는 광의 입사각과 전반사면의 위치관계에 의해 발생하는 것이다. 따라서, 1매의 프레넬 렌즈시트의 광입사면에 형성되는 프리즘군에 있어서도 당해 프리즘군을 구성하는 각각의 프리즘 전체에 있어서 미광이 발생하고 있는 것은 아니고, 프레넬 렌즈시트와 광원의 위치관계에 따라, 즉 각각의 프리즘과 그것으로 입사하는 광의 입사각의 관계에 따라 프레넬 렌즈시트의 어느 소정의 위치에 있어서만 미광이 발생한다.
이러한 상황에 있어서, 본 발명의 프레넬 렌즈시트에 의하면, 상기 미광이 발생하는 소정의 영역에 설치된 프리즘의 높이가 다른 영역에서의 프리즘의 높이보다도 높기 때문에 미광이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 당해 소정의 영역내에 존재하는 임의의 프리즘을 생각한 경우, 이 프리즘이 종래의 프레넬 렌즈시트와 같이 다른 영역의 프리즘과 같은 높이라고 한다면 당해 프리즘에는 입사하지 않고 당해 프리즘보다도 안쪽에 존재하는 프리즘(당해 프리즘보다도 광원으로부터 먼 프리즘)으로 입사하여 미광으로 되어 버리는 광을 본 발명의 경우는 당해 프리즘의 높이가 높기 때문에, 당해 프리즘보다도 안쪽에 존재하는 프리즘이 아니라 당해 프리즘으로 입사시킬 수 있으며, 그 결과 당해 프리즘에 형성되어 있는 전반사면에 있어서 전반사시킬 수 있다.
본 발명은, 더욱이 미광이 발생하는 영역내의 프리즘은 그 폭이 다른 영역의 프리즘의 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트이다.
본 발명은, 광원으로부터의 광이 입사되는 광입사면과, 광원으로부터의 광이 출사되는 광출사면을 가진 프레넬 렌즈시트에 있어서, 상기 광입사면에 설치되고 입사광을 상기 광출사면을 향하여 전반사하는 전반사면을 각각 갖춘 복수의 프리즘을 각각 포함하는 복수의 프리즘군을 구비하여 구성되되, 상기 광입사면이 상기 광원 측의 미광이 발생하는 영역과 다른 영역으로 구획되고, 상기 미광이 발생하는 영역의 프리즘이 다른 영역의 프리즘보다 작은 폭을 갖도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트이다.
본 발명의 프레넬 렌즈시트에 의하면, 상술한 바와 같이 미광이 발생하는 소정의 영역에 설치된 프리즘의 폭이 다른 영역에서의 프리즘의 폭보다도 좁기 때문에 미광을 방지할 수 있다. 즉, 당해 소정의 영역내에 존재하는 임의의 1개의 프리즘을 생각한 경우, 당해 프리즘폭이 종래의 프레넬 렌즈시트와 같이 다른 영역의 프리즘의 폭과 같다고 한다면 당해 1개의 프리즘에는 입사하지 않고 당해 1개의 프리즘보다도 안쪽에 존재하는 프리즘(당해 1개의 프리즘보다도 광원에서 먼 프리즘)으로 입사하여 미광으로 되어 버리는 광을 본 발명의 경우는 당해 1개의 프리즘과 그 안쪽에 존재하는 프리즘의 폭이 좁기 때문에(즉, 프리즘간의 피치가 좁기 때문에), 당해 1개의 프리즘보다도 안쪽에 존재하는 프리즘이 아니라, 당해 1개의 프리즘으로 입사시킬 수 있으며, 그 결과 당해 1개의 프리즘에 형성되어 있는 전반사면에 있어서 전반사시킬 수 있다.
본 발명은, 더욱이 프레넬 렌즈시트의 광입사면의 미광이 발생하는 영역은 광원으로부터 당해 광입사면으로 입사하는 광의 각도가 35∼45°의 영역인 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트이다.
프레넬 렌즈시트의 광입사면으로 입사하는 광의 각도가 35∼45°의 영역은 특히 미광이 발생하기 쉽기 때문에, 이 영역에 형성되어 있는 프리즘을 다른 영역에 형성되어 있는 프리즘보다 높게 또는 좁게 형성함으로써 효율좋게 미광의 발생을 방지할 수 있다.
본 발명은, 더욱이 미광이 발생하는 영역에 있어서 프리즘의 높이가 광원측의 방향을 향하여 점차 높아지고 있는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트이다.
이 발명에 의하면, 보다 확실히 미광의 발생을 방지할 수 있다.
본 발명은, 더욱이 미광이 발생하는 영역에 있어서 프리즘의 폭이 광원측의 방향을 향하여 점차 좁아지고 있는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트이다.
이 발명에 의해서도 보다 확실히 미광의 발생을 방지할 수 있다.
본 발명은, 더욱이 각 프리즘이 동일한 정수리각을 갖는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트이다.
본 발명은, 광원으로부터의 광이 입사되는 광입사면과, 광원으로부터의 광이 출사되는 광출사면을 가진 프레넬 렌즈시트를 갖춘 투과형 스크린에 있어서, 상기 광입사면에 설치되고 입사광을 이 광입사면에 형성되어 있는 상기 광출사면을 향하여 전반사하는 전반사면을 각각 갖춘 복수의 프리즘을 각각 포함하는 복수의 프리즘군을 구비하여 구성되되, 상기 광입사면이 상기 광원 측의 미광이 발생하는 영역과 다른 영역으로 구획되고, 상기 미광이 발생하는 영역의 프리즘이 다른 영역의 프리즘보다 높은 높이를 갖도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 투과형 스크린이다.
본 발명은, 광원과, 이 광원으로부터의 광이 입사되는 광입사면과 이 광원으로부터의 광이 출사되는 광출사면을 가진 프레넬 렌즈시트를 갖춘 투과형 스크린에 있어서, 상기 광입사면에 설치되고 입사광을 이 광입사면에 형성되어 있는 상기 광출사면을 향하여 전반사하는 전반사면을 각각 갖춘 복수의 프리즘을 각각 포함하는 복수의 프리즘군을 구비하여 구성되되, 상기 광입사면이 상기 광원 측의 미광이 발생하는 영역과 다른 영역으로 구획되고, 상기 미광이 발생하는 영역의 프리즘이 다른 영역의 프리즘보다 작은 폭을 갖도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 투과형 스크린이다.
본 발명에 의하면, 스크린을 구성하는 프레넬 렌즈시트에 있어서 미광이 발생하는 일이 없기 때문에, 이중상(고스트)이 발생하는 일이 없어 콘트라스트가 양호한 스크린을 제공할 수 있다.
(발명의 실시형태)
이하에 본 발명의 프레넬 렌즈시트 및 이를 이용한 투과형 스크린에 대해 도 면을 적절히 이용하면서 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 프레넬 렌즈시트의 두께방향의 단면도이다.
도 1에 나타낸 본 발명의 프레넬 렌즈시트(10)는 광입사면(11)과 광출사면 (15)을 갖되, 광원(51)으로부터의 광이 광입사면(11)으로 입사하여 광출사면(15)으로부터 출사하도록 되어 있다. 이 프레넬 렌즈시트(10)는 광입사면(11)측에 설치된 복수의 프리즘군(12)을 구비하고 있다. 각각의 프리즘(13a∼13f)에는 입사한 광을 전반사하여 관찰자측으로 출사하기 위한 전반사면(14a∼14f)이 형성되고, 또 프리즘(13a∼13f)은 거의 동일한 정수리각(16)을 갖고 있다. 그리고, 본 발명의 프레넬 렌즈시트(10)는 광입사면(11)의 광원(51)측의 소정영역(도 1내의 부호 a로 나타낸 부분)에서의 프리즘(도 1에 있어서는 13f)의 높이가 다른 영역(a')에서의 프리즘(도 1에 있어서는 13a∼13e)의 높이보다도 높은 것을 특징으로 한다.
여기에서 프리즘(13a∼13f)의 높이는, 각각의 프리즘(13a∼13f)을 프레넬 렌즈시트(10)의 두께방향에서 보았을 때의 프리즘(13a∼13f)의 정점(17)으로부터 프레넬 렌즈시트의 광출사면(15)까지의 거리를 말한다(도 1 참조).
또, 소정의 영역(a)에 점선으로 기재한 프리즘(부호 13f')은 소정의 영역(a) 이외의 영역(a')에서의 프리즘(도 1에 있어서는 13a∼13f)과 같은 높이의 프리즘이다. 이것은 본 발명의 특징을 알기 쉽게 하기 위해 보조적으로 기재한 것이고, 본 발명의 실제의 프레넬 렌즈시트(10)에는 이러한 프리즘은 존재하지 않는다.
먼저, 본 발명의 프레넬 렌즈시트(10)에 의하면 미광의 발생을 방지할 수 있 는 이유에 대해 설명한다.
도 1의 아래쪽에 광원(51)이 있는 경우를 생각한다.
이 경우에 있어서, 광원(51)에서 먼 위치에 존재하는 프리즘(예컨대, 프리즘(13b))에 있어서는, 광(화살표 W, X)이 급각도로 프레넬 렌즈시트(10)로 입사하기 때문에, 프리즘(13b)으로 입사한 광(화살표 W, X) 모두가 전반사면(14b)에 도달하여 관찰자측으로 출사하기 때문에 미광이 발생하는 일은 없다.
다음으로, 광원(51)에서 가까운 위치에 존재하는 프리즘을 생각한다. 종래의 프레넬 렌즈시트, 즉 프리즘군(12)을 구성하는 각각의 프리즘(13a∼13f)의 높이가 모두 같은 경우에 있어서는, 예컨대 광원(51)에 가까운 위치에 존재하는 프리즘으로서, 도 1에 파선으로 나타낸 13f'를 생각한 경우, 광(화살표 Y, Z)이 비교적 완만한 각도로 프리즘(13e)으로 입사하게 된다. 이 때문에, 지금 주목하고 있는 프리즘(13e)에 광원(51)에 가까운 측에서 인접하는 프리즘(도 1에 있어서는 13f')의 정점(17)에서 먼 곳을 통과하는 광(화살표 Y)은 프리즘(13e)으로 입사하면 당해 프리즘(13e)에 형성된 전반사면(14e)에 도달하여 관찰자측으로 출사한다. 한편, 광원(51)에 가까운 측에서 인접하는 프리즘(13f)의 정점(17) 근방을 통과하는 광(화살표 Z)은 프리즘(13e)으로 입사해도 전반사면(14e)에 도달할 수 없어 그대로 미광으로 되어 버린다(화살표 Z').
이러한 경우에 있어서, 본 발명의 프레넬 렌즈시트(10)에 의하면, 상술한 바와 같이 미광이 발생하는 부분, 즉 도 1에 나타낸 소정영역(a)에 존재하는 프리즘 (13f)의 높이가 그 이외의 영역의 프리즘(13a∼13f)보다도 높게 되어 있기 때문에, 종래라면 미광으로 될 광(화살표 Z')은 프리즘(13e)이 아니라, 이것보다도 광원측에 존재하는 프리즘(13f)으로 입사하는 것으로 된다. 이 경우, Z로 나타낸 바와 같이 프리즘(13f)에 형성된 전반사면(14f)에 도달하여 관찰자측으로 출사하게 된다. 따라서, 본 발명의 프레넬 렌즈시트(10)에 있어서는 미광이 발생하는 일이 없다.
즉, 본 발명의 프레넬 렌즈시트(10)는 프리즘의 높이를 높게 함으로써, 종래의 프레넬 렌즈시트라면 미광으로 되어 버리는 광(Z')을 본래 입사하는 프리즘보다 바로 앞의 프리즘(즉, 보다 광원에 가까운 측의 프리즘)으로 입사시켜 미광의 발생을 방지하고 있는 것이다.
본 발명의 제1실시형태에 따른 프레넬 렌즈시트에서의 소정의 영역(a)은 어떤 영역인지, 또 당해 소정의 영역(a)에서의 프리즘의 높이는 어느 정도인지 등의 상세에 대해서는 후술한다.
도 2는 본 발명의 제2실시형태에 따른 프레넬 렌즈시트의 두께방향의 단면도이다.
도 2에 나타낸 본 발명의 프레넬 렌즈시트(20)는 상술한 도 1에 나타낸 프레넬 렌즈시트(10)와 마찬가지로 광입사면(21)과 광출사면(25)을 갖되, 광입사면 (21)에 프리즘군(22)이 형성되어 있다.
당해 프리즘군(22)을 구성하는 각각의 프리즘(23a∼23f)에는 입사한 광을 전반사하여 관찰자측으로 출사하기 위한 전반사면(24a∼24f)이 형성되어 있다. 그리고, 본 발명의 프레넬 렌즈시트(20)는 광입사면(21)의 소정의 영역(도 2내의 부호 b로 나타낸 부분)에서의 프리즘(도 2에 있어서는 23f)의 폭이, 다른 영역(b')에서의 프리즘(도 2에 있어서는 23a∼23e)의 폭보다도 좁은 것을 특징으로 한다. 또, 도 2에 있어서 프레넬 렌즈시트(20)의 프리즘(23a∼23f)은 정점(27)과 정수리각 (26)을 갖되, 각 프리즘(23a∼23f)의 정수리각(26)이 거의 동일하게 되어 있다.
여기에서, 프리즘의 폭은 각각의 프리즘(23a∼23f) 사이에 존재하는 골짜기부(프리즘의 경계; 28)로부터 프리즘(23a∼23f)을 사이에 두고 인접한 골짜기부(28)까지의 거리를 말한다(도 2 참조). 이 프리즘의 폭은 기본적으로 프리즘(23a∼ 23f)의 정점(27)간의 거리(피치)에 대응하고 있다.
또, 소정의 영역(b)에 점선으로 기재한 프리즘(부호 23f')은 소정의 영역(B) 이외의 영역(b')에서의 프리즘(도 2에 있어서는 23a∼23e)과 같은 폭의 프리즘이다. 이것은 본 발명의 특징을 알기 쉽게 하기 위해 보조적으로 기재한 것으로, 본 발명의 실제의 프레넬 렌즈시트(20)에는 이러한 프리즘은 존재하지 않는다.
먼저, 본 발명의 프레넬 렌즈시트(20)에 의하면 미광의 발생을 방지할 수 있는 이유에 대해 설명한다.
상술한 도 1과 마찬가지로 도 2의 아래쪽에 광원(51)이 있는 경우를 생각한다.
이 경우에 있어서, 광원(51)에서 먼 위치에 존재하는 프리즘(예컨대, 프리즘(23b))에 있어서는, 상기 도 1에 있어서 설명한 것과 마찬가지로 광(화살표 W, X)이 급각도로 입사하기 때문에, 프리즘(23b)으로 입사한 광(화살표 W, X) 모두가 전반사면(24b)에 도달하여 관찰자측으로 출사하기 때문에 미광이 발생하는 일은 없다.
다음으로, 광원(51)에서 먼 위치에 존재하는 프리즘을 생각하면, 종래부터의 프레넬 렌즈시트에 있어서는, 상기 도 1에서 설명한 바와 같이 프리즘(23e)에 있어서 미광(화살표 Z')이 발생한다.
이러한 경우에 있어서, 본 발명의 프레넬 렌즈시트(20)에 의하면, 상술한 바와 같이 미광이 발생하는 부분, 즉 도 2에 나타낸 소정영역(b)에 존재하는 프리즘 (23f)의 폭이 그 이외의 영역(b')의 프리즘(23a∼23e)의 폭보다도 좁게 되어 있기 때문에, 종래라면 미광으로 될 광(화살표 Z')이 23f로 입사하는 것으로 되어, 화살표 Z로 나타낸 바와 같이 프리즘(23f)에 형성된 전반사면(24f)에 도달하여 관찰자측으로 출사하게 된다. 따라서, 본 발명의 프레넬 렌즈시트(20)에 있어서는 미광이 발생하는 일이 없다.
즉, 본 발명의 프레넬 렌즈시트(20)는 소정영역(b)의 프리즘(23f)의 폭을 좁게 함, 즉 각각의 프리즘간의 피치를 좁게 함으로써, 종래의 프레넬 렌즈시트라면 미광으로 되어 버리는 광(z')을 본래 입사하는 프리즘보다 바로 앞의 프리즘(즉, 보다 광원(51)에 가까운 측의 프리즘(23f))으로 입사시켜 미광의 발생을 방지하고 있는 것이다.
즉, 본 발명의 프레넬 렌즈시트(10, 20)는 상기 제1실시형태, 제2실시형태에 의해 명확해진 바와 같이, 어느 임의의 프리즘(13e)에 있어서 당해 프리즘으로 입사한 광(Y, Z)중 전반사면에 도달하지 않는 광이 있는 경우에는, 당해 프리즘(13e)보다도 광원(51)에 가까운 측에서 인접하는 다른 프리즘(13f)의 높이를 당해 프리즘(13e)보다도 높게 한다. 또는, 당해 프리즘(23e)보다도 광원(51)에 가까운 측에서 인접하는 다른 프리즘(23f)과의 피치를 통상의 부분의 프리즘의 피치보다도 좁게 함으로써, 당해 프리즘(23e) 자체의 폭을 좁게 한다. 이에 따라, 상기 전반사면에 도달하지 않는 광(Z')을 상기 다른 프리즘(13f, 23f)으로 입사시키고, 전반사면(14f, 24f)에 도달시켜 미광의 발생을 해소할 수 있다.
다음으로, 이러한 본 발명의 프레넬 렌즈시트에 있어서, 소정의 영역(a, b)에 존재하는 프리즘의 높이 및 프리즘의 폭, 즉 프리즘의 피치에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 프레넬 렌즈시트에 있어서 소정의 영역(a)의 경계에 위치하는 프리즘의 두께방향의 확대 단면도이다.
도 3에 나타낸 프리즘 ①은 소정영역 밖에 존재하는 프리즘이고, 프리즘 ②는 소정영역 내에 존재하는 프리즘이다. 이 경우에 있어서, 프리즘 ①에 있어서 미광이 발생하는 경우에, 프리즘 ②의 높이를 어느 정도 높게 할지, 또 프리즘 ②의 폭을 어느 정도 좁게 할지에 대해 설명한다.
광원으로부터 프리즘 ①로 입사하는 각도를 θ1으로 한다. 그렇게 하면, 도시하는 입사광(α)이 프리즘 ①에서의 전반사면에서 반사할 수 있는 한계의 광이고, 이 입사광(α)보다도 프리즘 ②측을 통과하는 광, 즉 도면내의 선분 HD와 선분 KD를 통과하는 입사광은 프리즘 ①의 전반사면에는 도달할 수가 없어 미광으로 된다.
따라서, 본 발명의 프레넬 렌즈시트에 있어서는, 선분 HD와 선분 KD를 통과 하는 입사광을 프리즘 ②로 입사시키면 좋고, 따라서 (1) 프리즘 ①보다 광원측에 존재하는 프리즘 ②의 높이를 선분 HD 길이만큼 높게 하든지, (2) 프리즘 ①의 폭을 선분 KD 길이만큼 좁게 하면(즉, 프리즘 ②의 정점의 위치를 점 K로 시프트시키면) 좋다. 이 때, 프리즘 ①의 정점과 프리즘 ②의 정점간의 피치는 선분 KD 길이만큼 좁아진다.
또, 본 발명의 프레넬 렌즈시트에 있어서는, 상기 (1), (2)를 각각 단독으로 행하는 것이 아니라, (3) 프리즘 ②의 높이를 높게 하면서, 그 폭을 좁게 하는 것도 가능하다. 이 경우, 프리즘 ②의 정점이 선분 HK상에 위치하도록 하면 좋다.
각각의 선분 길이는 이하의 수학식에 의해 산출할 수 있다.
선분 HD는 선분 HI에서 h를 빼면 구할 수 있다. h는 하기의 (수학식 1)로 산출할 수 있다.
Figure 112003032217877-pat00001
다음으로, 선분 HI는 선분 HG와 선분 GI의 합이기 때문에, 선분 GI를 구하기 위해 ΔAFC에 대해 생각하면, ∠FAC=
Figure 112005074636847-pat00002
+θ3이기 때문에, s는 하기의 (수학식 2)로 산출할 수 있다.
Figure 112003032217877-pat00003
다음으로, ΔHGF를 생각하면, 하기의 (수학식 3)을 유도할 수 있다.
Figure 112003032217877-pat00004
여기에서, 선분 JC와 선분 CI는 각각 하기의 (수학식 4) 및 (수학식 5)에 의해 구할 수 있다.
Figure 112003032217877-pat00005
Figure 112003032217877-pat00006
여기에서,
Figure 112003032217877-pat00007
=θ1 - ø- π/2, θ2 = π- θ1 - ø- δ, θ3 = arcsin(sinθ 2, /n)이다.
따라서, 상기 (수학식 4) 및 (수학식 5)를 (수학식 3)에 대입함으로써 선분 HG를 산출할 수 있다. 또, 상기 (수학식 2)와 (수학식 3)의 합에서 (수학식 1)의 h를 뺌으로써 선분 HD를 구할 수 있다.
HD = HG + GI - h
다음으로, 선분 KD는 ΔHGF와 ΔHDK가 유사한 것을 이용하면, 하기의 (수학식 7)에 의해 산출할 수 있다.
KD = HD FG/HG
그런데, 도 3 및 상기 수학식을 이용하여 설명한 본 발명의 특징(프리즘 ②의 높이 및 폭)은 소정의 영역(a)의 경계에 존재하는 프리즘 ①을 기준으로 산출한 것이다. 따라서, 예컨대 도 3에 나타낸 프리즘 ②에 인접하고, 더욱이 광원에 가까운 측에 존재하는 프리즘(여기에서는 프리즘 ③으로 한다)의 크기 및 폭은 프리즘 ②를 기준으로 산출할 수 있다. 즉, 도 3을 이용하여 설명하면, 프리즘 ①의 높이와 폭을 기준으로 하여 프리즘 ②의 높이와 폭을 산출하고, 더욱이 산출된 프리즘 ②의 높이를 기준으로 하여 프리즘 ③의 높이와 폭을 산출해도 좋다. 이렇게 하여, 순차 소정영역(a)내에 존재하는 프리즘의 높이와 폭을 산출하여 프레넬 렌즈시트를 형성한 경우, 결과적으로는 소정영역(a)내에 존재하는 프리즘은 점차 높아지거나, 또는 점차 폭이 좁아져 가게 되지만, 이러한 프레넬 렌즈시트도 본 발명의 프레넬 렌즈시트의 1태양이다.
다음으로, 본 발명의 프레넬 렌즈시트에서의 소정영역에 대해 설명한다. 본 발명의 프레넬 렌즈시트에서의 소정영역(a, b)은 상기 도 1이나 도 2에 있어서 설명한 미광이 발생할 수 있는 영역을 말한다. 미광이 발생할 수 있는 영역은 광원과 프레넬 렌즈시트의 위치관계, 더욱이 프레넬 렌즈시트의 광입사면에 형성되어 있는 프리즘의 형상 등에 의해 결정되는 영역이지만, 광원으로부터의 광이 프레넬 렌즈시트의 광입사면으로 입사하는 각도가 비교적 완만한 영역이라고 말할 수 있다.
당해 소정영역(a, b)은 프리즘의 선단 각도와 프리즘의 굴절률에 의존하고, 따라서 광학설계가 가능해진다. 이에 대해 도 4를 이용하여 이하에 설명한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 사용하는 전반사 타입의 프레넬 렌즈의 렌즈각도(ø)는 입사각도를 θ1, 프레넬 렌즈의 재료의 굴절률을 n, 프리즘의 제2면에서 반사후의 프레넬 렌즈시트의 법선에 대한 영상광이 나아가는 각도를 θ4, 프리즘의 선단 각도를 δ로 하면, 다음 (수학식 8)로 나타내어진다.
Figure 112003032217877-pat00008
또, 관찰측의 광출사면(46)을 평탄면으로 하면, 프레넬 렌즈시트로부터 출사하는 광선의 출사각(θ5)과 시트내에서의 영상광의 나아가는 각도(θ4) 사이에는 하기의 (수학식 9)가 성립한다.
Figure 112003032217877-pat00009
단,
Figure 112003032217877-pat00010
= ø+ δ- π/2 ≥0이다.
Figure 112003032217877-pat00011
가 부(負)일 때는, 프리즘의 제1면(44)의 형상이 역테이퍼로 되어 프레넬 렌즈 및 프레넬 렌즈 성형틀을 사실상 제조할 수 없게 되기 때문이다. 그 때문에, 설계상
Figure 112003032217877-pat00012
< 0으로 되는 부분에서는 프리즘의 제1면(44)을 수직으로 하고, 프리즘 선단각(δ)을 변화시켜 프레넬 렌즈각도(ø)를 결정한다. 이 때의 프레넬 렌즈각도(ø)는 다음 (수학식 10)에 의해 계산할 수 있 다.
Figure 112003032217877-pat00013
다음으로, 입사광선이 미광으로 되는 부분이 존재하는 영역과 미광이 존재하지 않는 영역의 경계의 위치에 대해 제1면(44)으로부터 입사하여 정확히 프리즘의 골짜기부(A)로 굴절하는 영상광(100)에 대해 고찰한다. 프리즘의 제1면(44)으로의 입사각도를 θ2, 프리즘의 제1면의 굴절각도를 θ3, 프레넬 렌즈의 렌즈피치(프리즘의 피치)를 p, 프리즘의 제2면(45)에서 전반사하여 적당히 이용할 수 있는 부분(B-K)을 e1, 프리즘의 제2면(45)에서 전반사할 수 없어 미광으로 되는 부분(K-D)을 e2, 프리즘의 높이를 h, 프리즘의 제1면의 미광으로 되는 부분과 유효한 부분의 경계의 높이를 s로 하면, 유효한 부분(e1)은 이하의 식 (수학식 11)로 나타내어진다.
Figure 112003032217877-pat00014
여기에서, 프리즘의 높이(h)와, 프리즘의 제1면의 미광으로 되는 부분과 유효한 부분의 경계의 높이(s)는 각각 (수학식 12), (수학식 13)과 같다.
Figure 112003032217877-pat00015
Figure 112003032217877-pat00016
또,
Figure 112003032217877-pat00017
이다.
도 4에 있어서, P = e1 + e2에서 명확히 e1 ≤P이다. 유효부의 비 e1/P은 입사각도(θ1)가 클수록 커지고, 어느 곳에서 e1 = P로 된다. 이 e1 = P로 되는 입사각도(θ1)보다 입사각도가 큰 곳에서는 프리즘의 제1면(44)으로부터 입사하고, 제2면(45)에서 전반사하지 않고서 관찰측의 면을 향하는 미광으로 되는 광이 존재하지 않는 영역으로 된다.
다음으로, 입사광선이 미광으로 되는 부분이 존재하는 영역에서의 1개의 프리즘내에서의 입사광선이 미광으로 되는 부분과 유효한 광으로 되는 부분의 영역의 경계의 위치에 대해 도 4에 기초하여 설명한다. 영상광(100)은 이미 설명한 바와 같이 제1면(44)으로부터 입사하여 정확히 프리즘의 골짜기부(A)로 굴절하는 광이다. 영상광(100C)은 영상광(100)과 평행광선으로 프리즘의 정점(D) 근처를 통과하여 제1면(44)으로부터 입사하여 제2면(45)에서 전반사할 수 없어 미광(101)으로 되는 광이다. 따라서, 제1면(B-C)내에서 F-T부분이 미광으로 되는 부분이다. 제1면 (B-C)내에서 B-F는 유효한 광으로 되는 부분이고, F-T는 미광으로 되는 부분이며, T-C는 영상광이 입사하지 않는 부분이다.
도 5는 프레넬 렌즈시트의 일반적인 사용 태양(態樣)을 나타낸 개략 사시도이다. 광원(51; 예컨대, 프로젝터)과 프레넬 렌즈시트(50)를 도 5에 나타낸 바와 같은 위치관계로 한 경우에는, 광원(51)에 가장 가까운 부분(도면내의 부호 50A 참조)에 있어서, 프레넬 렌즈시트(50)의 광입사면으로 입사하는 각도가 비교적 완만하게 되기 때문에 당해 부분이 본 발명의 소정영역으로 된다. 통상의 경우, 프레넬 렌즈시트의 광입사면으로 입사하는 광의 각도(도 3의 부호 θ1 참조)가 35∼45°의 영역에 있어서 미광이 발생하기 쉽고, 따라서 당해 영역을 본 발명의 소정의 영역으로 해도 좋다.
도 5로부터도 명확해진 바와 같이, 통상의 경우 프레넬 렌즈시트(50)에 있어서 미광이 발생할 수 있는 부분은 매우 좁은 영역이고, 따라서 상술한 바와 같이 당해 영역내의 프리즘을 점차 높게 했다고 해도 프레넬 렌즈시트 전체 두께에 큰 영향을 주는 일은 없다.
본 발명의 프레넬 렌즈시트의 재질이나 제조방법 등에 대해서는, 특별히 한정되는 일은 없고 종래 공지된 재질이나 제조방법에 의해 제조할 수 있다.
예컨대, 프레넬 렌즈시트의 재질로서는 아크릴수지, 스티렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에스테르 수지, 우레탄수지나 이들의 공중합수지 등의 투명플라스틱을 들 수 있고, 제조방법으로서는 UV성형, 프레스성형, 열중합성형, 사출성형 등의 방법을 들 수 있다.
도 6은 상술해 온 본 발명의 프레넬 렌즈시트를 이용한 본 발명의 투과형 스크린의 1형태의 단면도이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 투과형 스크린(60)은 본 발명의 프레넬 렌즈시트(61)를 이용함과 더불어, 확산층(62)과 광흡수층(63)을 갖춘 렌티큘러 렌즈시트(64), 더욱이 프론트 패널(65) 등을 적당히 이용하여 형성할 수 있다.
또, 도 9에 나타낸 바와 같이 투과형 스크린(60)으로서, 본 발명의 프레넬 렌즈시트(61)와, 이 프레넬 렌즈시트(61)와 별체로 설치된 렌티큘러 렌즈시트(64)를 갖춘 것을 이용해도 좋다. 이러한 투과형 스크린(60)에 있어서, 광원(51)으로부터의 광이 프레넬 렌즈시트(61)로 입사한다.
도 9에 있어서, 프레넬 렌즈시트(61)의 출사면은 평면일 필요는 없고, V렌치나 프리즘 등이 형성되어 있어도 좋다.
이하에, 본 발명의 프레넬 렌즈시트에 대해 실시예를 들어 설명한다.
[실시예 1]
화면사이즈 55"(16:9), 투사거리 340㎜, 스크린면에 대해 광원의 위치가 화면하단으로부터 280㎜ 아래쪽에 존재하고 있는 배면투사형 텔레비전용의 스크린을 하기와 같이 하여 제작했다. 이 텔레비전 세트의 하단 중앙부로의 입사광의 각도는 40°, 상단구석으로의 입사광의 각도는 73.4°이다.
전반사 타입의 프레넬 렌즈용의 금형을 38°의 선단각을 갖는 바이트에 의해 절삭가공하여 작성했다. 프레넬 피치는 0.1㎜이다. 최소 절삭반경이 280㎜, 그 때의 렌즈각도가 63.1°, 최대 절삭반경이 1150㎜(유효부 1141㎜), 그 때의 렌즈각도가 49.8°이다. 화면 하단 부근에서의 미광을 방지하기 위해, 미광이 발생하는 반경 280㎜에서 348㎜ 사이, 순차 프리즘을 프레넬 렌즈시트의 중심에 가까운 프리즘일수록 깊게 절삭했다. 그 결과, 반경 280㎜로 되는 하단 중심부에서는 반경 348㎜ 이상의 부위에 비해 7.55㎜ 절삭되었다.
한쪽 면에 상기 전반사 프레넬 렌즈 형(몰드)을, 다른쪽 면에 V홈과 凸곡면모양 출사부로 구성되는 렌티큘러 렌즈 형을 이용한 중합셀을 형성하고, 셀내에 광확산성 미립자를 분산시킨 아크릴ㆍ스티렌 공중합체계의 프리폴리머(경화후의 굴절률 1.57)를 주입하고, 열중합 캐스트법으로 배면투사형 스크린을 형성했다. 형성한 배면투사형 스크린의 렌티큘러 렌즈측의 V홈에 흡광성 미립자를 분산시킨 저굴절률 수지를 충전하여 배면투사형 스크린으로 했다.
[비교예 1]
전반사 프레넬의 반경 280㎜에서 348㎜ 사이도 동일한 렌즈높이로 한 것 외에는 실시예 1과 동일한 배면투사형 스크린을 작성했다.
(실시예 1과 비교예 1의 비교)
실시예 1과 비교예 1의 배면투사형 스크린을 TV 세트에 실장하여 비교평가했다. 비교예 1의 배면투사형 스크린에서는 화면 하부에 고스트가 관찰되었지만, 실시예 1의 배면투사형 스크린에서는 그것이 관찰되지 않았다.
[실시예 2]
면사이즈 60"(4:3), 투사거리 420㎜, 스크린면에 대해 광원이 화면 하단으로부터 420㎜ 아래쪽에 존재하는 배면투사형 텔레비전용의 스크린을 하기와 같이 하여 제작했다. 이 텔레비전 세트의 하단 중앙부로의 입사광의 각도는 45°, 상단구석으로의 입사광의 각도는 74°이다.
전반사 타입의 프레넬 렌즈용의 금형을 38°의 선단각을 갖는 바이트에 의해 절삭가공하여 작성했다. 프레넬 피치는 0.1㎜이다. 화면 하단 부근에서의 미광을 방지하기 위해, 미광이 발생하는 반경 420㎜에서 432㎜ 사이, 그 프리즘으로의 입사광에 수직인 방향으로 순차 프리즘을 깊으면서 피치가 작아지는 방향으로 절삭했다. 그 결과, 반경 420㎜로 되는 하단 중심부에서는 피치가 0.045㎜로 되어, 432㎜ 이상의 부위에 비해 0.055㎜ 깊게 형성되었다.
상기 전반사 프레넬 렌즈 형에, 경화후의 굴절률이 1.55인 UV 경화형 수지를 주입하여 두께 1㎜의 아크릴 기재(基材)를 덮고, UV를 조사하여 경화시켜 전반사 프레넬 렌즈시트를 형성했다.
한편, 0.2㎜의 PET 필름의 편면에 단면 대(臺)형상의 렌티큘러 렌즈가 형성되고, 대형상의 형상간의 V홈에 흡광성 미립자를 분산시킨 저굴절률 수지를 충전한 렌티큘러 렌즈필름과, 판두께 1.5㎜의 아크릴 기재내에 광확산성 미립자를 혼입한 지지판을 준비하고, 상기 전반사 프레넬 렌즈시트, 렌티큘러 렌즈필름, 지지판을 차례로 적층하여 배면투사형 스크린을 형성했다.
[비교예 2]
전반사 프레넬의 반경 420㎜에서 432㎜ 사이도 동일한 렌즈 높이 및 동일한 렌즈 피치로 한 것 외에는 실시예 2와 동일한 배면투사형 스크린을 작성했다.
(실시예 2와 비교예 2의 비교)
실시예 2와 비교예 2의 배면투사형 스크린을 TV 세트에 실장하여 비교평가했다. 비교예 2의 배면투사형 스크린에서는 화면 하부에 고스트가 관찰되었지만, 실시예 2의 배면투사형 스크린에서는 그것이 관찰되지 않았다.
본 발명에 의하면, 프레넬 렌즈시트에 있어서, 미광이 발생하는 소정의 영역에 설치된 프리즘의 높이가 다른 영역에서의 프리즘의 높이보다도 높거나, 당해 프리즘의 폭이 좁게 형성되어 있기 때문에, 본래 미광으로 되어 버리는 입사광을 전반사면에 도달시킬 수 있고, 그 결과 미광이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Claims (13)

  1. 광원으로부터의 광이 입사되는 광입사면과, 광원으로부터의 광이 출사되는 광출사면을 가진 프레넬 렌즈시트에 있어서,
    상기 광입사면에 설치되고, 입사광을 상기 광출사면을 향하여 전반사하는 전반사면을 각각 갖춘 복수의 프리즘을 각각 포함하는 복수의 프리즘군을 구비하여 구성되되,
    상기 광입사면이 상기 광원 측의 미광이 발생하는 영역과 다른 영역으로 구획되고,
    상기 미광이 발생하는 영역의 프리즘이 다른 영역의 프리즘보다 높은 높이를 갖도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미광이 발생하는 영역의 프리즘이 다른 영역의 프리즘보다 작은 폭을 갖도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트.
  3. 광원으로부터의 광이 입사되는 광입사면과, 광원으로부터의 광이 출사되는 광출사면을 가진 프레넬 렌즈시트에 있어서,
    상기 광입사면에 설치되고, 입사광을 상기 광출사면을 향하여 전반사하는 전반사면을 각각 갖춘 복수의 프리즘을 각각 포함하는 복수의 프리즘군을 구비하여 구성되되,
    상기 광입사면이 상기 광원 측의 미광이 발생하는 영역과 다른 영역으로 구획되고,
    상기 미광이 발생하는 영역의 프리즘이 다른 영역의 프리즘보다 작은 폭을 갖도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트.
  4. 제1항에 있어서, 광원으로부터의 광선이 35°∼45°범위의 입사각으로 광입사면의 미광이 발생하는 영역으로 입사되는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트.
  5. 제1항에 있어서, 미광이 발생하는 영역에 형성된 프리즘 중에서 광원에 더 가까운 프리즘의 높이가 미광이 발생하는 영역에 형성된 프리즘 중에서 광원으로부터 더 먼 프리즘의 높이보다 높은 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트.
  6. 제2항에 있어서, 미광이 발생하는 영역에 형성된 프리즘 중에서 광원에 더 가까운 프리즘의 폭이 미광이 발생하는 영역에 형성된 프리즘 중에서 광원으로부터 더 먼 프리즘의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트.
  7. 제1항에 있어서, 각 프리즘이 동일한 정수리각을 갖는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트.
  8. 제1항에 있어서, 각 프리즘이 동일한 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트.
  9. 제3항에 있어서, 각 프리즘이 동일한 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트.
  10. 제2항에 있어서, 미광이 발생하는 영역에 형성된 프리즘 중에서 광원에 더 가까운 프리즘의 높이가 미광이 발생하는 영역에 형성된 프리즘 중에서 광원으로부터 더 먼 프리즘의 높이보다 높고, 또 미광이 발생하는 영역에 형성된 프리즘 중에서 광원에 더 가까운 프리즘의 폭이 미광이 발생하는 영역에 형성된 프리즘 중에서 광원으로부터 더 먼 프리즘의 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 프레넬 렌즈시트.
  11. 광원으로부터의 광이 입사되는 광입사면과, 광원으로부터의 광이 출사되는 광출사면을 가진 프레넬 렌즈시트를 갖춘 투과형 스크린에 있어서,
    상기 광입사면에 설치되고, 입사광을 이 광입사면에 형성되어 있는 상기 광출사면을 향하여 전반사하는 전반사면을 각각 갖춘 복수의 프리즘을 각각 포함하는 복수의 프리즘군을 구비하여 구성되되,
    상기 광입사면이 상기 광원 측의 미광이 발생하는 영역과 다른 영역으로 구획되고,
    상기 미광이 발생하는 영역의 프리즘이 다른 영역의 프리즘보다 높은 높이를 갖도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 투과형 스크린.
  12. 광원과, 이 광원으로부터의 광이 입사되는 광입사면과 이 광원으로부터의 광이 출사되는 광출사면을 가진 프레넬 렌즈시트를 갖춘 투과형 스크린에 있어서,
    상기 광입사면에 설치되고, 입사광을 이 광입사면에 형성되어 있는 상기 광출사면을 향하여 전반사하는 전반사면을 각각 갖춘 복수의 프리즘을 각각 포함하는 복수의 프리즘군을 구비하여 구성되되,
    상기 광입사면이 상기 광원 측의 미광이 발생하는 영역과 다른 영역으로 구획되고,
    상기 미광이 발생하는 영역의 프리즘이 다른 영역의 프리즘보다 작은 폭을 갖도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 투과형 스크린.
  13. 제11항에 있어서, 미광이 발생하는 영역에 형성된 프리즘이 다른 영역에 형성된 프리즘보다 작은 폭을 갖도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 투과형 스크린.
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