KR100959403B1 - 양면 렌즈 시트 및 프로젝션 스크린 - Google Patents

Abstract

복수대의 프로젝터를 광원으로서 사용하는 표시장치용 리어형 프로젝션 스크린에 사용하는 경우, 컬러 쉬프트가 감소됨과 동시에, 단위 렌즈의 배열을 파인피치화하여도 전후면의 단위 렌즈의 위치맞춤이 용이한 구성의 양면 렌즈 시트를 제공하도록, 전후면에 렌즈부를 가지는 렌즈 시트에 있어서, 전후면의 단위 렌즈가 배열되는 피치비를 1:2∼1:30의 범위로 하고, 전후면의 렌즈부가 모두 배열 방향이 동일한 반원주형상 볼록 실린드리컬 렌즈군이다.

Description

양면 렌즈 시트 및 프로젝션 스크린{Double-sided lens sheet and projection screen}

본 발명은 배면 투영형 프로젝션 TV용 영상 표시 스크린(이하, 투과형 프로젝션 스크린 혹은 리어형 프로젝션 스크린이라 함)에 사용되기에 효과적인 렌즈 시트에 관한 것이다.

일반적으로 투과형 프로젝션 스크린은, 프레넬 렌즈 시트와 렌티큘러 시트와의 조합에 의해 구성된다.

도 15는 종래의 3관식 프로젝터를 구비하는 텔레비젼의 개략도이다. 도 15에 있어서, 참조부호 51, 52, 53은 각각 R, G, B 각 색의 화상투영장치이다. 54는 미러이고, 55는 투과형 투영 스크린이다.

도 16에 있어서, 프레넬 렌즈 시트(56)는 프로젝터로부터의 투영광(소구경 렌즈로부터 발산함)을 볼록 렌즈 특성에 의해 대략 평행광으로 만들어 렌티큘러 시트(57)측으로 출사한다.

렌티큘러 시트(57)는, 프레넬 렌즈 시트(56)에서 대략 평행광으로 만들어져 입사된 투영광을 수평방향으로 병렬된 실린드리컬 렌즈군의 특성에 의해 수평방향 으로 퍼지게 하여 관찰자측에 표시광으로서 출사한다.

또한, 리어형 프로젝션 스크린에는, 표시광을 수직방향으로도 퍼지게 하고 프로젝터로부터의 투영광을 결상시키며, 프로젝터의 렌즈가 소구경인 것에 기인하는 섬광(scintillation)이라 불리우는 화상의 불필요한 깜빡거림을 감소시키는 등의 목적에서 관용적으로 광확산층이 형성되어 있다.

광확산층은 렌티큘러 시트, 프레넬 렌즈 시트, 또는 보호판으로서 기능하는 최외면의 전면판 등의 적어도 어느 하나에 형성되고, 형성에 있어서는 도포, 적층, 혼입 등 적당한 방법이 채용되고 있다.

배면 투영형 프로젝션 TV에는, 프로젝터(광원)의 방식으로부터 크게 3 관식(R, G, B)의 CRT방식, 액정방식, TI(텍사스 인스트루먼츠)사의 등록상표인 「 DMD (디지털 마이크로 미러 디바이스) 또는 DLP(디지털 라이트 프로세싱)」이라 칭해지는 반사형 라이트 밸브방식 등이 있고, 액정 방식이나 반사형 라이트 밸브방식은 프로젝터가 1대인 소위「단관식」이다.

종래, 3관식의 CRT방식에서의 배면 투영형 프로젝션 TV용 리어형 프로젝션 스크린에 사용되는 렌티큘러 시트로는, 전후면의 렌즈부가 모두 배열방향이 같은 반원주형상 볼록 실린드리컬 렌즈군으로 이루어지고, 전후면의 단위 렌즈의 배열 피치가 1:1이고, 정확하게 전후면의 단위 렌즈가 정렬된 구성이다.(미도시)

상기 구성을 채용하는 이유는, R, G, B 3대의 프로젝터의 배치에 있어서, 수평방향으로 3대를 가로로 나란히 배열하고, 각 프로젝터부터의 투영광은 서로 오프셋된 각도로 출사하는 것에 기인한다.

R, G, B의 각 프로젝터로부터의 투영광이 오프셋된 각도로 출사되면, 3원색의 영상이 위치어긋남 없이 합성되어 시각할 수 있는 관찰방향이 한정되고, 좌우로 시점(視點)을 이동하면, 영상이 빨갛게 보이거나 파랗게 보이도록 색변화를 동반하여 시각되게 된다. 이와 같은 현상은「컬러 쉬프트」라고 불리어지고 있다.

컬러 쉬프트를 해소하기 위해서는, 전후면에 반원주형상 실린드리컬 렌즈군이 형성되고, 전후면에서 서로 단위 렌즈의 배열 피치가 1:1인 관계에 있으며, 전후면에서 쌍을 이루는 단위 렌즈끼리가 올바르게 위치맞춤(정렬;얼라인먼트)된 구성의 양면 렌티큘러 시트를 채용할 필요가 있다.

또한, 전후면의 단위 렌즈 형상은 광 경로가 미묘하게 오프셋된 R, G, B의 각 원색의 영상이 균등한 광 강도로 서로 중첩하는 범위가 넓어지도록 각각의 파장에 따른 굴절율 등을 고려하여 설계된다.

고해상도의 영상화질을 제공함에 있어서, 스크린을 구성하는 렌즈 시트에 있어서도 단위 렌즈의 배열도 좁은 피치화(파인 피치화)가 요구되고 있으며, 양면 렌티큘러 시트의 제조에 있어서, 전후면의 단위 렌즈의 정렬은 더욱 어려워진다.

또한, 단위 렌즈의 병렬 피치가 고정밀화됨에 따라, 반렌즈부측에 형성할 차광 패턴(BM=블랙 매트릭스)도 투광부가 고정밀화되고, 마이크로 렌즈 어레이부에 의해 집광부에 선명하게 개구부를 형성할 정도의 정밀도가 요구되고 있다.

블랙 매트릭스는, 파인피치(고정밀)한 렌즈부를 가지는 렌즈 시트의 경우에는, 렌즈 시트의 반렌즈면에 형성한 감광성 수지층에 대한 렌즈부 자신의 집광특성을 이용하여 정확하게 개개의 렌즈부의 비집광부에 해당하는 위치를 규정하는 소위 자기정렬(셀프 얼라인먼트)방식에 의해 형성된다.

자기정렬 방식에는, 노광한 감광성 수지층에 현상처리를 한 다음 차광 패턴을 형성하는 습식 방식이나 노광한 감광성 수지층에 현상처리를 하지 않고 착색하여 차광 패턴을 형성하는 건식 방식이 있다.

건식 방식에 있어서는, 감광/비감광에 따라 점착성의 유무가 발생하는 특성을 가지는 감광성 점착제가 사용되며, 점착성의 유무에 대응하여 착색이 행해진다.

투과형 액정 프로젝션 스크린으로서 바람직한 차광율(경험적으로 60% 이상의 범위가 화상의 콘트라스트상 양호함)의 블랙 매트릭스를 형성하기 위하여, 렌즈부에 의한 집광(포커스)위치는 감광성 수지층의 출사면측이 아니라 감광성 수지층의 내부에서 형성하는 패턴의 차광율에 따라 적절히 설정된다.

렌즈 형상이 구면인 경우 수차에 의해 초점 위치가(렌즈 중심부와 단부에서) 달라지므로, 자기정렬 방식에 의해 차광 패턴을 형성할 경우 감광성 수지층이 변성되는 곳이 명확하게 결정되지 않아 개구부와 차광부의 경계가 선명해지기 어렵다.

특히, 고콘트라스트화를 도모하여 차광율을 높게 할 경우, 단위 렌즈의 병렬 피치가 고정밀하며 단위 렌즈 하나 하나가 미소할수록 미소한 개구부와 차광부의 경계가 선명한 블랙 매트릭스의 형성은 어려워지는 등의 문제가 있다.

또한, 현재 시판되고 있는 배면투사형 텔레비젼 등에서 사용되고 있는 종래형의 투과형 스크린은 대개 일면에 동심원상의 요철이 형성된 프레넬 렌즈와, 원통형 실린드리컬 렌즈를 한 방향으로 맞추어 배치하여 마련한 렌티큘러 렌즈와, 그 양쪽 모두, 또는 어느 한 쪽, 또는 별도의 기재에 확산층을 마련한 구성이 일반적 이다.

이러한 투과 스크린을 구성하는 부품은 프로젝터로부터 조사된 광선을 먼저 프레넬 렌즈에서 거의 평행광이 출사하는 광학 배치로 하고, 그 출사광을 렌티큘러 렌즈에서 화면의 수평방향으로 적정 각도로 퍼지게 함으로써 수평 시야각을, 확산제로 화면의 수직방향으로 광선을 퍼지게 함으로써 수직 시야각을 얻고 있다.

또한, 수평 시야각과 수직 시야각을 동시에 확산제를 사용하지 않고 얻는 것이 가능한 렌즈 시트인 마이크로 렌즈 어레이 시트를 렌티큘러 렌즈와 치환 배치,확산제를 폐지/감량함으로써 보다 밝고 깨끗한 화질을 얻는 투과형 스크린도 공지되어 있다.

또한, 2층의 렌티큘러층을 각각의 실린드리컬 렌즈의 길이방향이 직교하도록 적층하여 사용하거나, 하나의 기재층의 양면에 실린드리컬 렌즈를 각각 복수개 배열할 때, 각각의 실린드리컬 렌즈의 길이 방향이 직교하도록 마련하는 방법도 공지되어 있다.

또한, 이러한 렌티큘러 렌즈를 구성하는 개개의 실린드리컬 렌즈의 집광부분, 또는 마이크로 렌즈 어레이 시트를 구성하는 개개의 마이크로 렌즈의 집광부분에 개구부를 가지는 차광층을 마련하여 스크린의 S/N비를 향상시키는 구성도 공지되어 있다.

또한, 이러한 투과 스크린의 용도에 따라 최외면 등에 하드 코팅층이나 반사 방지막층(AR층)을 마련할 수도 있다.

종래의 렌티큘러 시트 또는 마이크로 렌즈 어레이 시트를 이용한 투과형 스 크린에 있어서는, 수평방향 및 수직방향의 시야각 제어를 행하기 위하여 렌티큘러층과 확산층을 조합하거나, 마이크로 렌즈 어레이에서는 필요 이상으로 넓은 시야각이 필요하기 때문에, 확산층에 의한 광의 흡수나 백색 산란에 의한 화질의 열화, 광 확산에 의한 스크린 게인의 저하 등 폐해가 생긴다.

또한, 2층의 렌티큘러층을 각각의 실린드리컬 렌즈의 길이 방향이 직교하도록 적층하여 사용하거나, 하나의 기재층의 양면에 실린드리컬 렌즈를 각각 복수개 배열할 때, 각각의 실린드리컬 렌즈의 길이 방향이 직교하도록 마련함으로써 수평방향 및 수직방향의 시야각의 제어를 행하는 방법도 생각할 수 있지만, 실린드리컬 렌즈를 구성하는 재료가 실질적으로 2배가 되고, 또한 미세한 렌즈의 가공도 2회 행할 필요가 있으므로, 재료비용, 가공비용이 비싸진다는 문제도 있다.

또한, 동일 평면상에 2쌍의 렌티큘러 렌즈를 직교하도록 배치하여 설치한 구조의 스크린에서는, 2쌍의 렌티큘러 렌즈가 서로 오버랩되는 구조가 되므로, 어느 한쪽의 렌티큘러 렌즈의 형상을 변화시키면, 그에 따라 다른 한쪽의 렌티큘러 렌즈의 광학 특성이 변화하게 되어, 완전히 독립적으로 시야각의 제어를 행할 수 없다. 따라서, 그 시야각의 제어 범위가 제한되어 실용상 바람직하지 않다.

또한, 마이크로 렌즈 어레이를 투과형 스크린으로서 사용하기 위해서는 그에 알맞은 사이즈, 예를 들어 대각으로 50인치라는 대면적에서의 제작이 필요해지는데, 그 때, 넓은 시야각을 얻기 위하여 요소 렌즈의 직경의 대략 절반정도의 렌즈새그(굴절면의 두께)가 필요해지고, 그 성형 형상의 깊이로부터 화면의 크기와 양립하기가 어렵다. 따라서, 작은 면적이라면 필요한 광학 성능이 실현가능하겠지만, 가공상의 문제 때문에 그 대면적화가 어렵다.

본 발명은, 3관식의 CRT프로젝터와 같이, 복수대의 프로젝터를 광원으로서 사용하는 표시장치용 리어형 프로젝션 스크린에 사용하는 경우, 컬러 쉬프트가 감소되고, 동시에 단위 렌즈의 배열을 파인피치화하여도 전후면의 단위 렌즈의 위치 맞춤(얼라인먼트)이 용이하며, 제조의 난이도가 향상되지 않는 구성의 양면 렌즈 시트를 제공하는 것을 주목적으로 한다.

또한 본 발명은, 특히 프레넬 렌즈 시트와의 조합에 의한 2장의 렌즈 시트로 이루어지는 투과형 프로젝션 스크린용 렌즈 시트로서 바람직한 마이크로 렌즈 시트에 있어서, 단위 렌즈군이 200μm이하의 고정밀한 피치로 나란히 마련되고, 렌즈부에 의한 표시광의 출사방향(범위)을 넓은 시야영역이 되도록 제어하는 것이 가능한 마이크로 렌즈 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 상기 마이크로 렌즈 시트의 반렌즈부측에 차광율이 높은( 75% 이상)블랙 매트릭스를 형성함에 있어서도, 개구부/차광부의 경계가 선명한 고정밀한 블랙 매트릭스의 형성이 용이한 구성의 마이크로 렌즈 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 광의 흡수가 적고, 이득의 저하가 적으며, 백색 산란을 제어하고, 스크린으로서 충분한 광학 특성의 마이크로 렌즈를 사용한 프로젝션 스크린을 용이하게 대면적으로 제공하는 것을 과제로 한다.

또한 또 하나의 과제는, 재료비용, 가공비용 등이 저렴한 마이크로 렌즈를 이용한 프로젝션 스크린을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 태양은, 전후면에 렌즈부를 구성하는 주기적인 요철이 형성되어 된 렌즈 시트에 있어서, 전후면의 단위 렌즈가 배열되는 피치비가 1:2∼1:30의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 양면 렌즈 시트이다.

상기 양면 렌즈 시트에 있어서, 전후면의 렌즈부는 주로 이하의 태양으로 사용되는 경우가 많다.

(1) 모두 배열 방향이 동일한 반원주형상 볼록 실린드리컬 렌즈군

(2) 모두 단위 렌즈가 2차원적으로 대략 매트릭스배열되어 된 마이크로 렌즈 어레이부

(3) 어느 한쪽이 반원주형상 볼록 실린드리컬 렌즈군으로 이루어지고, 다른 한쪽이 단위 렌즈가 2차원적으로 대략 매트릭스배열되어 된 마이크로 렌즈 어레이부

상기 (3)의 경우에 있어서는, 반원주형상 볼록 실린드리컬 렌즈군과 마이크로 렌즈 어레이부는 단위 렌즈가 배열되는 피치비가 2:1∼30:1의 범위인 것이 바람직하다.

상기 마이크로 렌즈 어레이부는 방사선 경화형 수지의 반응 경화물로 이루어지고, 비구면 형상의 곡면을 가지는 단위 렌즈를 포함하고 있을 수도 있고, 구면 형상의 곡면을 가지는 단위 렌즈만을 가지는 구성일 수도 있다. 단위 렌즈군을 고정밀한 피치로 병렬함에 있어서는, 상기 마이크로 렌즈 어레이부를 방사선 경화형 수지에 의해 성형하는 것이 바람직하다.

상기 마이크로 렌즈 어레이부는 구면 형상의 곡면을 가지는 단위 렌즈로만 구성될 수도 있다.

단위 렌즈의 배열은 임의의 배열일 수도 있고, 바둑판 모양으로 정연한 매트릭스배열일 수도, 단위 렌즈간의 거리를 동일하게 한 델타 배치, 또는 그 델타 배치로 단위 렌즈 영역의 형상을 육각형으로 한 벌집모양 배치일 수도 있다. 또한, 바둑판 모양 배열로 렌즈 어레이부를 구성하는 제n열과 제n+1열(n은 1이상의 정수)가 반피치 엇갈린 배치일 수도 있다. 단위 렌즈 영역의 형상은 사각형, 삼각형 등의 형상일 수 있다. 서로 이웃하는 단위 렌즈영역이 형성하는 삼각형은 정삼각형인 경우와 그렇지 않은 경우가 있으며, 이들의 차이에 의해, 수평, 수직방향으로의 광의 확산 특성을 상이하게 하는 것이 가능하다.

상기 마이크로 렌즈 어레이부는, 각 단위 렌즈의 렌즈 기능에 의한 광확산성이 수평방향과 수직방향에서 상이할 수 있다.

상기 양면 렌즈 시트의 제조에 있어서는, 일면에 렌즈부를 구성하는 주기적인 요철이 형성되고, 타면이 평탄한 렌즈 시트끼리를 서로의 평탄면을 맞추어 적층하여 된 구성인 것이 제조상 용이하다.

적어도 어느 한쪽의 렌즈 시트에 렌즈부와 반대측의 평탄한 표면에 각 단위 렌즈에 의한 비집광부에 해당되는 곳에 차광층을 형성하는 것이 표시 영상의 콘트라스트의 향상 측면에서 바람직하다.

또한, 상기 렌즈부는 볼록 렌즈에 의한 단위 렌즈가 배열된 구성이고, 적어 도 어느 한쪽의 렌즈부의 초점면은 양면 렌즈 시트내에 존재하고, 그 하나의 단위 렌즈에 대하여 입사하는 평행광이 다른 한쪽의 렌즈부측으로부터 출사할 때, 상기 다른 한쪽의 렌즈부측의 복수개의 단위 렌즈를 통과하는 구성으로 할 수 있다.

상기 어느 하나에 기재된 양면 렌즈 시트와 프레넬 렌즈 시트를 조합하여 된 리어형 프로젝션 스크린은, 양면 렌즈 시트의 단위 렌즈가 배치되는 피치가 큰 쪽의 렌즈부와 프레넬 렌즈 시트의 렌즈부를 대향시키고, 프레넬 렌즈 시트가 복수대의 프로젝터측(광원측)이 되도록 조합하여 된 것을 특징으로 한다.

상기 리어형 프로젝션 스크린은, 3관식의 CRT프로젝터를 광원으로 하는 표시장치에의 적용에 바람직하며, 이하에 원리를 설명하기로 한다.

일면에만 단위 렌즈(볼록 렌즈)가 배열된 렌즈부를 가지는 구성「일면 렌즈 시트」에 의한 광학 특성을 도 1a에 나타내었다.

일면 렌즈 시트에 대하여 렌즈부가 형성된 측으로부터 렌즈 시트 중심부측으로 수직으로 B(청)의 프로젝터, 렌즈 시트 중심부측으로 약간 오프셋하여 좌우로부터 G(녹), R(적)의 프로젝터를 향해 영상광을 조사하면, 타면의 평탄면으로부터 출사되는 각 색의 영상광의 휘도 분포는 도 1a의 그래프와 같이 나타난다.

상기 도면에 있어서, B의 곡선은 0°을 피크로 한 좌우 대칭인 분포인데, G, R의 곡선은 0°로부터 전후로 약간 피크를 어긋나게 한 분포로 되고 있고, 3색이 균등하게 혼색되는 부분은 0°를 중심으로 한 전후(도면에서는 좌우) 약간의 범위이며, 그 범위를 벗어나면 좌측에서는 녹색이 강한 영상이 되고, 우측에서는 빨간색이 강한 영상이 된다.

양면에 단위 렌즈(볼록 렌즈)가 배열된 렌즈부를 가지는 구성의 본 발명의 「양면 렌즈 시트」에 의한 광학 특성을 도 1b에 나타내었다.

양면 렌즈 시트에서는, 출사면이 평탄한 경우에 비하여 입사측의 한 단위 렌즈로부터 입사하는 평행광이 굴절을 받아 출사하는 범위가 넓어지게 되고, 각 색의 휘도 분포를 나타내는 곡선은 완만하게 좌우로 퍼지는 형태가 되며, 3색이 균등하게 혼색되는 범위는 0°를 중심으로 하여 도 1a보다 전후(도면에서는 좌우)로 넓은 범위가 되고, 녹색이 강한 영상·빨간색이 강한 영상은, 도 1a보다 좌우로 넓은 각도로부터 시각되게 된다.

이는 컬러 쉬프트의 감소를 의미하는데, 컬러 쉬프트를 더 감소시키기 위해서는 3색이 균등하게 혼색되는 범위를 넓히고, 녹색이 강한 영상·빨간색이 강한 영상에 해당하는 영역을 적게 하면 양호하게 된다.

단순히, 입사측의 한 단위 렌즈로부터 입사하는 평행광이 굴절을 받아 출사하는 범위를 넓히기 위하여 입사측의 단위 렌즈에 의한 배향각도를 넓힌 구성의 일면 렌즈 시트로 함으로써도 상기와 같은 작용을 이루게 되는데, 짧은 초점의 단위 렌즈를 가지는 렌즈 시트는 제조가 어렵고, 3색의 혼색비율을 제어하는 것도 어려우므로, 상기 작용을 실현함에 있어서는, 양면 렌즈 시트의 채용이 바람직하다.

본 발명의 각 태양에 있어서는, 단위 렌즈군을 고정밀한 피치로 병렬함에 있어서는, 상기 마이크로 렌즈 어레이부를 방사선 경화형 수지에 의해 성형하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 각 태양에 있어서는, 기판의 적어도 일면에 단위 렌즈가 2차 원적으로 대략 매트릭스배열되어 된 마이크로 렌즈 어레이부를 가지는 마이크로 렌즈 시트에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 어레이부는, 방사선 경화형 수지의 반응 경화물이 기판의 일면에만 중합접착되고, 비구면 형상의 곡면을 가지는 단위 렌즈를 포함하며, 단위 렌즈의 배열 피치가 1OOμm이하인 것을 특징으로 하는 마이크로 렌즈 시트일 수도 있다.

상기 마이크로 렌즈 어레이부는, 구면 형상의 곡면을 가지는 단위 렌즈만으로 구성될 수도 있다.

단위 렌즈의 배열은 임의의 배열일 수 있고, 바둑판 모양으로 정연한 매트릭스배열일 수도, 단위 렌즈간의 거리를 같게 한 델타 배치, 또는 그 델타 배치로 단위 렌즈 영역의 형상을 육각형으로 한 벌집모양 배치일 수도 있다. 또한, 바둑판 모양 배열로, 렌즈 어레이부를 구성하는 제n열과 제n+1열(n은 1이상의 정수)이 반피치 엇갈린 배치일 수도 있다. 단위 렌즈 영역의 형상은 사각형, 삼각형 등의 형상일 수 있다. 서로 이웃하는 단위 렌즈 영역이 형성하는 삼각형은 정삼각형인 경우와 그렇지 않은 경우가 있으며, 이들의 차이에 의해 수평, 수직방향으로의 광의 확산 특성을 상이하게 하는 것이 가능하다.

본 발명의 제2 태양인 마이크로 렌즈 시트는, 기판의 적어도 일면에 단위 렌즈가 2차원적으로 대략 매트릭스배열되어 된 마이크로 렌즈 어레이부를 가지고 있고, 개개의 단위 렌즈 직경 및 그 배열 피치는 200μm이하이고, 개개의 단위 렌즈에 의한 광선 사출각도의 범위가 마이크로 렌즈 시트 주평면에의 법선에 대하여 ±30°이상이며, 개개의 단위 렌즈에 의해 발생하는 횡구면수차의 범위를 렌즈 직경 에 대하여 0%<횡구면수차≤50%가 되도록 설계하여 된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3 태양은, 기판의 일면에 단위 렌즈가 2차원적으로 대략 매트릭스배열되어 된 마이크로 렌즈 어레이부를 가지는 마이크로 렌즈 시트를 이용한 프로젝션 스크린에 있어서, 단위 렌즈의 특정 방향의 단면 형상이 상기 방향과 직교하는 방향의 단면 형상에 대하여 작은 곡률로서, 그들을 연속적인 면으로서 구성한 토릭면으로 이루어지고, 투광성 시트의 일면에 상기 단위 렌즈를 2차원적으로 대략 매트릭스배열하여 된 마이크로 렌즈 어레이부를 형성하고, 마이크로 렌즈 어레이부와 반대측인 상기 시트의 표면에는 단위 렌즈군과 광축을 맞춘 개구부를 가지는 차광층을 형성한 구성인 것을 특징으로 하는 프로젝션 스크린이다.

본 발명의 제4 태양은, 제1 태양의 마이크로 렌즈 시트를 이용한 프로젝션 스크린에 있어서, 상기 투광성 시트의 일면에 상기 단위 렌즈를 2차원적으로 대략 매트릭스배열하여 된 마이크로 렌즈 어레이부를 형성할 때, 각 단위 렌즈가 곡률의 방향을 맞추어 배열된 구성인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제5 태양은, 제3 태양의 프로젝션 스크린에 있어서, 상기 토릭면이 특정 방향의 단면의 곡률부 두께에 대한 상기 방향과 직교하는 방향의 단면의 곡률부 두께, 즉 렌즈새그의 비를 2/3이하로 한 구성인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제6 태양은, 제1 태양의 마이크로 렌즈 시트를 이용한 프로젝션 스크린에 있어서, 상기 토릭면이 수평방향의 단면의 곡률부 두께에 대한 수직방향의 단면의 곡률부 두께, 즉 렌즈 새그의 비가 2/ 3이하로 된 구성인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제7 태양은, 제1 태양의 마이크로 렌즈 시트를 이용한 프로젝션 스크린에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 어레이부가 투과형 프로젝션 스크린으로서 사용할 때, 입사측(프로젝터측)이 되는 투광성 시트의 일면에 형성하여 된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제8 태양은, 상기 태양 중 어느 하나에 기재된 프로젝션 스크린에 있어서, 상기 차광층은 투광성 시트의 반렌즈부측 표면에 마련한 감광성 수지층의 표면에서 마이크로 렌즈 어레이부를 통한 노광에 의해 집광하지 않는 비감광영역에 형성되어 있고, 상기 감광성 수지층 또는 그 표면에 형성하는 층이 투광성 시트보다 저굴절율인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제9 태양은, 제1 태양의 마이크로 렌즈 시트를 이용한 프로젝션 스크린을 투과형 프로젝션 스크린으로서 사용할 때, 입사측(프로젝터측)에 일면에 동심원상의 띠구조를 가지는 프레넬 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 관찰자측(상기 도면 우측)의 렌즈부(32)의 단위 렌즈가 배열되는 피치가 프로젝터 및 프레넬 렌즈측(상기 도면 좌측)의 렌즈부(31)의 단위 렌즈가 배열되는 피치의 1/ 2이하일 필요가 있다.

상기 조건을 만족하면, 관찰자측의 단위 렌즈가 프로젝터(14) 및 프레넬 렌즈측의 한 단위 렌즈에 대하여 반드시 적어도 하나는 대응하게 되어, 엄밀한 정렬을 실시하지 않아도 렌즈부(31) 측의 한 단위 렌즈에 수직으로 입사하는 광은 렌즈부(32)의 단위 렌즈를 통과하여 출사되게 된다(도 5a 및 도 5b).

도 5a에서는, 렌즈부(31)측의 한 단위 렌즈에 수직으로 입사하는 평행광의 초점 위치는 렌즈부(32)의 한 단위 렌즈의 꼭대기부 근방으로서, 양면 렌즈 시트의 대략 출사면이다.

상기 도면의 경우, 입사측과 출사측의 단위 렌즈는 1:1의 관계에 있고, 렌즈부(31)측의 한 단위 렌즈에 수직으로부터 오프셋되어 입사하는 평행광은 렌즈부(32)의 서로 이웃하는 다른 단위 렌즈를 통과하여 출사되게 되며, 마찬가지로 1:1의 관계가 된다.

오프셋되어 입사하는 광은 입사각도가 상이한 프로젝터로부터의 영상광에 해당한다.

도 5b에서는, 렌즈부(31) 측의 한 단위 렌즈에 수직으로 입사하는 평행광의 초점 위치는 양면 렌즈 시트내에 존재하고, 그 하나의 단위 렌즈에 대하여 입사하는 평행광이 출사할 때, 렌즈부(32) 측의 복수개의 단위 렌즈를 통과한다.

상기 도면은, 일면에 렌즈부(31)가 형성되고 타면이 평탄한 렌즈 시트와 일면에 렌즈부(32)가 형성되고 타면이 평탄한 렌즈 시트를 서로의 평탄면을 맞추어 적층하여 된 구성의 양면 렌즈 시트이고, 상기 초점 위치는 렌즈부(31)가 형성된 렌즈 시트의 대략 평탄면에 해당한다.

상기 도면의 경우, 입사측과 출사측의 단위 렌즈는 1:n(복수)의 관계에 있다.

발명의 실시예에 대하여 설명하기에 앞서, 여기서 단위 렌즈 형상에 따른 집광특성과 횡구면수차에 대하여 설명하기로 한다.

도 3a는, 단위 렌즈가 구면 형상인 경우의 광경로를 나타낸 단면도이고, 도 3b는 횡구면수차를 나타낸 그래프이다.

도 4a는, 단위 렌즈가 본발명에서 규정하는 바와 같이 비구면 형상인 경우의 광 경로를 나타낸 단면도이고, 도 4b는 횡구면수차를 나타낸 그래프이다.

도 3a에서는, 상기 도면의 좌측으로부터 단위 렌즈(10)로 입사하는 평행광선이 구면 형상의 단위 렌즈 표면으로 입사한 후, 굴절되어 상기 도면의 우측에 초점을 맺도록 집광된 후, 상기 도면에서 상하로 퍼져 출사한다.

이 때, 구면수차에 의해 단위 렌즈의 중심부에 입사한 광선의 초점이 길고(상기 도면에서 우측에 위치함), 단위 렌즈의 단부에 입사한 광선의 초점이 짧게(상기 도면에서 좌측에 위치함) 된다. 이를 종구면수차라 한다.

한편, 구면수차에 의해, 단위 렌즈의 중심부를 y=0으로서 횡축(PY)으로 하고, 출사광선과 출사면이 교차하는 위치의 광축으로부터의 거리를 Δy(y= O일 때 Δy= O)로서 종축(EY)으로 하여 구성하면, 횡구면수차를 나타낸 그래프 즉 도 3a가 된다.

도 4a 및 도 4b는, 구면수차가 적은 단위 렌즈 형상의 경우이다. 도 4a에 나타낸 바와 같이, 단위 렌즈의 중심부로부터 단부에 이르기까지 초점 위치가 대략 일치한다(종구면수차가 적다). 그에 따라, 도 4b에서는, EY의 변동이 작고 횡구면수차가 적은 것을 나타내고 있다.

도 6은, 횡구면수차가 적은 본 발명에 따른 단위 렌즈 형상의 단면 형상의 일예를 나타낸 곡선이다.

또한, 본 발명에 따른 마이크로 렌즈 시트는, 그 용도가 투과형 프로젝션 스크린에 한정되지 않으며, 반사형 프로젝션 스크린일 수도, 또는 투과형/반사형 프로젝션 스크린과 같이 큰 사이즈(30인치 이상)가 아니라, 백 라이트 등의 내장 광원을 구비하는 디스플레이에 있어서, 상기 광원으로부터의 조명광을 표시 화면내에서 균일한 휘도 및/또는 균일한 출사방향으로 제어하기 위한 도광체로서도 적용된다.

<작용>

단위 렌즈 형상에 따른 광학 특성에 의해 표시광의 출사방향(범위)을 제어함에 있어서, 리어형 프로젝션 스크린인 경우에는 광축(스크린 주면에 대한 법선방향)에 대하여 넓게 하는 것이, 광확산제에 의존하지 않고 시야영역을 넓힐 수 있으며 광확산제의 다량 사용을 필요로 하지 않아 스크린의 비용상승을 초래하지 않는다는 점에서 바람직하여 요구되고 있다.

본 발명에서는, 개개의 렌즈의 광선 사출각도를 광축에 대하여 ±30°이상으로 함으로써 투과형 스크린으로서 필요한 시야각 특성을 얻을 수 있으며, 또한 이하의 작용 효과가 기대된다.

<BM율의 향상>

후술하는 자기정렬 방식에 의해 마이크로 렌즈 시트상의 미세한 렌즈로 평행 광선을 입사한 경우의 집광패턴으로 BM을 형성할 수 있는데, 본 발명과 같은 횡구면수차를 가지는 미세한 단위 렌즈에 의하면, 그 개구부 면적을 매우 작게 하는 것이 가능해진다.

도 7은, 단위 렌즈가 본 발명에서 규정하는 바와 같이 비구면 형상인 경우의 BM면에서의 노광분포예를 나타낸 그래프인데, 집광부가 펄스파형상으로 우뚝 솟은 형상이므로 집광부/비집광부의 경계가 명확하고, 자기정렬 방식에 의한 BM형성시에는, 상술한 바와 같은 감광성 점착제의 점착부/비점착부에 따른 차광층의 형성부/비형성부가 명확해지기 쉬우며, 선명한 차광 패턴을 형성하기 쉽다. 이에 따라, 높은 차광율(75% 이상)을 가지는 BM을 얻을 수 있고, 용이하게 고콘트라스트의 화상을 표시할 수 있는 스크린을 얻을 수 있다.

BM을 형성하는 표면(자기정렬 방식의 경우에는, 감광재료의 표면)과 렌즈 시트 기재와의 경계를 「결상면」이라 정의하였을 때의 횡구면수차의 변동 범위를 단위 렌즈 직경의 50%이하로 함으로써 BM면적율(차광율)을 75% 이상으로 형성함에 있어 바람직하나, 또한 횡구면수차의 변동 범위를 단위 렌즈 직경의 31% 이하로 함으로써 BM면적율(차광율)을 90% 이상으로 하는 것도 가능해지고, 콘트라스트와 함께 대폭적으로 S/N을 높일 수 있다.

<제품수율의 향상>

자기정렬 방식에 의한 BM형성시, 구면수차가 적기 때문에 초점에서의 집광이 높아지므로 노광부의 조도가 향상되고, 외래광(단위 렌즈를 통과하여 출사하는 비평행광)에 대한 S/N이 향상된다. 그 결과, 외란에 쉽게 좌우되지 않는 정확한 차광 패턴을 가지는 렌즈 시트를 얻을 수 있다.

또한, 감광 재료층으로서 렌즈 시트보다 저굴절율인 층을 마련하고, 그 두께을 조절함으로써 BM의 정예도를 용이하게 조정하는 것이 가능해진다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.

[제1 실시예]

도 12는, 액정 리어형 프로젝션 텔레비젼의 개략 구성을 나타낸 단면도이다. 참조부호 31은 광원 램프이고, 32는 광학 기구부, 33은 액정 패널, 34는 제1 미러, 35는 투사 렌즈, 36은 제2 미러, 37은 스크린을 각각 나타내고 있다. 도 13은 스크린(37)에 있어서 A- A단면을 상방으로부터 본 단면도이다.

도 13의 참조 번호 38은 프레넬 렌즈, 39는 마이크로 렌즈, 40은 블랙 매트릭스부, 43, 44, 45는 각각 R,G,B 각 색의 화상 투영장치로부터 투영된 광선을 나타내고 있다.

이하, 본발명의 실시예를 설명하기로 한다.

도 14a 내지 도 14c는, 본 발명의 일실시예에 따른 양면 렌즈 시트(30a, 30b, 30c)를 나타낸 도면이다.

전후면의 렌즈부(31, 32)는, 전면측(프로젝터 및 프레넬 렌즈측)을 31, 후면측(관찰자측)을 32라 하였을 때, 하기 (1)∼(3)의 어느 한 형태일 수 있다.

(1) 31, 32 모두 길이방향이 동일한 반원주형상 볼록 실린드리컬 렌즈군(도 14a)

(2) 31, 32 모두 단위 렌즈가 2차원적으로 대략 매트릭스배열되어 된 마이크로 렌즈 어레이부(도 14b)

(3) 31이 반원주형상 볼록 실린드리컬 렌즈군, 32가 단위 렌즈가 2차원적으로 대략 매트릭스배열되어 된 마이크로 렌즈 어레이부(도 14c)

또한, 도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같이, 적어도 어느 한쪽의 렌즈 시트(상기 도면에서는, 입사측의 렌즈 시트만)에 렌즈부와 반대측의 평탄한 표면에 각 단위 렌즈에 의한 비집광부에 해당하는 곳에 차광층(33)을 형성하는 것이, 양면 렌즈 시트를 이용하여 리어형 프로젝션 스크린 및 3관식의 CRT 프로젝터를 광원으로 하는 표시장치에 적용할 경우, 표시 영상의 콘트라스트를 향상시킴에 있어서 바람직하다.

전후면 어느 하나의 단위 렌즈로서, 반원주형상의 볼록 실린드리컬 렌즈가 아니라, 단위 렌즈가 2차원적으로 대략 매트릭스배열되어 된 마이크로 렌즈 어레이부를 채용함으로써 기존의 렌티큘러 시트를 구비하는 리어형 프로젝션 스크린과 같이, 어느 하나의 위치에 충분한 광확산 특성을 가지는 광확산층을 구비하는 것이 필수적이지는 않다.

그 이유는, 기존의 렌티큘러 시트에 의한 표시광의 시야각(범위)의 제어는,렌즈 기능으로는 수평방향만의 제어만이 가능하고, 수직방향의 제어는 광확산층에 의존하게 되기 때문인데, 상기 마이크로 렌즈 어레이부는, 수평방향뿐만 아니라 수직방향도 포함하는 모든 방향의 시야각(범위)의 제어가 가능하기 때문이다.

렌즈부(31) 측의 단위 렌즈의 배열 피치는 0.3mm이하이고, 렌즈부(32)측의 단위 렌즈의 배열 피치는 0.15mm이하인 것이 바람직한데, 파인피치한 렌즈부를 형성함에 있어서는, 기판의 표면에 방사선 경화형 수지의 반응 경화물로 이루어지는 렌즈부를 중합접착시키는 방법(소위 2P법= Photo- Polymer법)의 채용이 바람직하다.

마이크로 렌즈 어레이부는, 단위 렌즈가 기판의 표면에 대략 매트릭스형상으로 배열되어 형성되는데, 배열방법에 제약은 없으며, 정연한 바둑판 모양의 매트릭스배열일 수도, 델타 배열일 수도, 벌집형상의 배열일 수도 있다(도 2a 내지 도 2d).

또한, 단위 렌즈의 형상은, 평면도에서 본 경우, 회전 대칭인 진원형상일 필요는 없으며, 회전비대칭인 형상일 수 있다. 또한, 타원형상과 같은 경우, 모든 영역에서 장축·단축을 맞추어 배치할 필요도 없다.

또한, 서로 이웃하는 단위 렌즈끼리가 접해 있는 경우나, 서로 이격되어 있는 경우 중 어느 하나일 수도 있다.

또한, 렌즈 시트의 반렌즈부측이 되는 기판의 평탄면에 차광층을 형성함에 있어서는, 상기 평탄면에 감광층(감광함으로써 점착성이 소실되는 기지의 재료)을 전면에 형성한 다음, 렌즈부측부터 노광함으로써 집광부에 해당하는 부분의 감광층을 변성시키고, 비집광부에 해당하는 부분에 잉크나 토너를 부착시키는 방법(소위, 렌즈 자신에 의한 자기정렬이라 불리우는 공지의 방법)이 정확한 위치에 차광층을 형성함에 있어서 바람직하다.

본 실시예에 있어서, 서로 이웃하는 단위 렌즈 영역이란, 단위 렌즈끼리가 근처에서 접해 있는 경우를 가리키는 것으로 한다.

또한, 본원 발명에서 규정하는 단위 렌즈는, 도 2a 내지 도 2c에서는 사각형,도 2b에서는 삼각형, 도 2d에서는 육각형이고, 도 2a에서는 단위 렌즈내에 원형으로 나타낸 렌즈부(곡률)를 가지는 구성인데, 사각형, 삼각형, 육각형 등의 형상 으로 이루어지는 단위 렌즈내 전체가 렌즈부(곡률)를 가지는 구성일 수 있다. 서로 이웃하는 단위 렌즈란, 도 2에서는 단위 렌즈가 근처에서 접해 있는 경우를 가리키는 것이며, 단위 렌즈끼리의 배열 피치란 단위 렌즈의 중심의 이격거리를 의미한다.

도 2a(정방형), 도 2b(정삼각형), 도 2d(정육각형)의 경우에는, 서로 이웃하는 단위 렌즈끼리의 배열 피치는 등간격인데, 도 2c(직사각형)의 경우에는, 제n열사이에서의 단위 렌즈의 배열 피치와 제n열과 제n+1열 사이에서의 단위 렌즈의 배열 피치는 달라진다.

또한, 도 2a에 나타낸 배열의 경우에는, 도 1에서 설명한 바와 같이, 서로 이웃하는 단위 렌즈(13)끼리가 접해 있는 경우나 서로 이격되어 있는 경우가 상정된다.

도 2b, 도 2c, 도 2d에 나타낸 배열에서는, 단위 렌즈(13)의 배치 피치(가령 100μm라 함)이상으로 정밀한 주기성(도 2c의 예에서는, 주기 a와 주기 b의 조합에 의한 새로운 1OOμm피치의 주기)을 발생시키게 되고, 프로젝터로부터의 투영 화소와의 피치비에 기인하는 모아레의 감소에 더욱 더 공헌하게 되어 우위성을 가진다.

또한, 렌즈의 꼭대기부로부터의 골 부분의 위치(기재 표면으로부터의 거리)는, 단위 렌즈의 곡면형상에 의해 결정된다. 단위 렌즈가 정사각형이나 정육각형이고, 회전 대칭형상의 렌즈인 경우에는, 꼭대기부로부터 골 부분의 길이(높이)가 단위 렌즈의 주변부에서 상이하게 된다.

단위 렌즈의 곡면의 형상은 구면일 수도 비구면일 수도 있고, 또한 수평방향 과 수직방향의 확산 특성을 상이하게 제어할 수 있도록 하기 위하여, 상기 오목부의 형상을 엄밀하게 제어할 필요가 있다.

또한, 마이크로 렌즈 시트(10)의 반렌즈부측이 되는 기판(11)의 평탄면에 차광층을 형성함에 있어서는, 상기 평탄면에 감광층(감광함으로써 점착성이 소실되는 기지의 재료)를 전면에 형성한 후, 마이크로 렌즈 어레이측부터 노광함으로써 집광부에 해당하는 부분의 감광층을 변성시키고, 비집광부에 해당하는 부분에 잉크나 토너를 부착시키는 방법(소위, 렌즈 자신에 의한 자기정렬이라 불리우는 공지의 방법)이 정확한 위치에 차광층을 형성함에 있어서 바람직하다(미도시).

[제2 실시예]

본 발명의 제2 실시예로서, 도 5의 단위 렌즈 직경 및 그와 나란히 병렬되는 피치는, 고정밀 영상의 관찰에 적합한 스크린으로 함에 있어서, 200μm이하인 것이바람직하다.

이와 같은 파인 피치화는, 렌즈부를 방사선 경화성 수지의 경화물에 의해 2P법(Photo- polymer법)으로 성형함으로써 가능해진다.

도 5의 예는, 굴절율 1.50, 두께 75μm의 투명 지지체(3)의 일면에 2P법에 의해 비구면 렌즈 형상으로 단위 렌즈 직경이 80μm인 렌즈부를 방사선 경화성 수지의 경화물에 의해 형성하고 있다.

상기 도면의 경우, 횡구면수차의 최대폭이 6μm(렌즈 직경에 대하여 7.5%)가 되고, 92.5%의 차광율로 BM을 형성하는 것이 가능하다.

동일 재료·치수라도, 단위 렌즈 형상이 구면인 경우에는 횡구면수차의 최대 폭이 30μm(렌즈 직경에 대하여 37.5%)이고, 형성가능한 BM의 차광율은 최대 62.5%까지가 된다.

상기 마이크로 렌즈 시트를 1장 혹은 복수장의 서로 연결함으로써 화면 사이즈가 30인치 이상인 리어 프로젝션식 표시장치에 적용함으로써 콘트라스트가 높고, 시야영역이 넓은 영상을 시각하는 것이 가능해진다.

마이크로 렌즈 시트의 경우에는, 실린드리컬 렌즈군을 가지는 렌티큘러 시트에 비하여, 렌즈 시트의 연결의 경계가 눈에 띄지 않아 대화면화에 있어서 폐해가 적다.

또한, 상기에 있어서, 영상 광원인 프로젝터측에 프레넬 렌즈 시트를 배치하면, 마이크로 렌즈 시트에 대하여 평행광을 입사시킬 때, 프로젝터와 스크린과의 거리를 짧게 할 수 있고, 표시장치의 안길이를 컴팩트화할 수 있을 뿐만 아니라, 필요한 범위에만 휘도가 높은 표시 영상광을 출사시킴에 있어서 바람직하다.

또한, 상기에 있어서, 광확산제를 분산하여 된 구성의 광확산층을 프레넬 렌즈 시트측 및/또는 마이크로 렌즈 시트측 중 어느 하나의 위치에 배치할 수도 있다.

여기서 사용되는 확산제로는, 무기 직경 재료로는 규소, 알루미늄, 칼슘, 또는 이들 산화물을 포함하는 무기질 분말이나 글래스 비즈 또는, 유기계 재료로는 아크릴계 수지, 스틸렌계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 아크릴계/스틸렌계 공중합 수지 등으로 이루어지는 미립자가 사용될 수 있다.

광확산제의 선택에 있어서는, 바인더 수지와의 굴절율 차 등의 광학적 성질 이나, 표면의 광택, 광확산 기재나 광확산 잉크로서 성형할 때의 분산성이나, 성형 시의 취약성 등을 고려할 필요가 있다. 평균 입자직경은 5μm이상, 바람직하기로는 5∼20μm, 보다 바람직하기로는 5∼10μm정도인 것이 바람직하다.

광확산층의 병용에 의해, 시야영역의 제어에 있어서, 정면으로부터 이격된 관찰방향에서도 휘도가 완만하게 저하하도록 할 수 있고, 미소한 렌즈 어레이의 요철(매트면)에 의한 결상에 더하여, 영상광을 결상시키는 작용이 향상된다.

단위 렌즈가 미세할수록 마이크로 렌즈 시트의 렌즈부 표면은 매트면과 동일하게 기능하기 때문에, 광확산제를 이용한 광확산층에 대한 의존도는 낮아지는데, 상기 렌즈부 표면만에 의한 결상 및 광확산성으로는 불충분한 경우, 상기 광확산층이 병용된다.

또한, 영사 스크린으로는, 배면 투영형뿐만 아니라, 상기 마이크로 렌즈 시트를 1장 혹은 복수장을 서로 연결함으로써 화면 사이즈가 30인치 이상인 프론트 프로젝션식 표시장치에 적용하는 것도 가능하다.

반사형 스크린으로서 사용할 경우에는, 마이크로 렌즈 시트의 반렌즈부측 전면에 광반사층이 형성된다.

또한, 상기 마이크로 렌즈 시트는 광원으로부터의 조명광을 표시 화면내에서 균일한 휘도 및/또는 균일한 출사방향으로 제어하기 위한 도광체로서 적용하는 것도 가능하다.

이러한 디스플레이로는 백라이트를 구비하는 액정 표시장치(모니터나 휴대 단말기 등)가 대표적이다.

[제3 실시예]

이하, 본 발명의 일실시예로서의 프로젝션 스크린의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 8a 및 도 8b는, 본 발명의 프로젝션 스크린에 사용되는 마이크로 렌즈 시트 요소 렌즈의 개략도이다. 도 9는, 본 발명의 프로젝션 스크린에 사용되는 마이크로 렌즈 어레이 시트를 구성하는 요소 렌즈의 사시도이다. 도 10은, 본 발명의 프로젝션 스크린에 사용되는 마이크로 렌즈 어레이 시트를 구성하는 요소 렌즈의 수직방향 단면도이다. 도 11은, 본 발명의 프로젝션 스크린에 사용되는 마이크로 렌즈 어레이 시트를 구성하는 요소 렌즈의 수평방향 단면도이다. 또한, 이들에 나타낸 렌즈 어레이 시트는 실제로 렌즈 형상의 설계를 행하고, 이에 따라 작성한 형상도이다.

도 8b에서, 렌즈 시트 전체의 두께(반렌즈면의 평탄면으로부터 렌즈의 꼭대기부까지의 거리)는 균일하지만, 회전 대칭 형상의 토릭 형상의 단위 렌즈의 경우에는, 렌즈의 꼭대기부로부터 골 부분까지의 거리는 동일 단위 렌즈내에서도 A- A'단면에서의 D1과 B- B'단면에서의 D2에서 달라지게 된다.

이러한 렌즈 어레이 시트의 주요한 특징은 렌즈 어레이층을 구성하는 요소 렌즈의 형상이다. 이러한 렌즈 어레이층은, 판형상의 기재층과 그 방면에 마련된 렌즈층으로 구성되어 있다.

이들 렌즈 어레이를 구성하는 요소 렌즈는 비구면 형상이고, 또한 렌즈의 축에 대하여 비회전 대칭인 3차원 기하학 형상을 가지고 있다. 그 단면 형상에는 그 단면을 취하는 방법에 따라 구면뿐만 아니라, 타원면, 포물면이나 고차(高次)항을 포함하는 소위 비구면 형상을 포함한다.

이와 같은 비구면· 비회전 대칭 형상의 렌즈를 사용하면, 광선 사출시의 굴절각의 차이를 이용하여 요소 렌즈에 대하여 거의 평행하게 입사하는 입사광(3)이입사면(1)에서 그 입사 위치에 따라 굴절하고, 그 결과, 광축에 대하여 직교하는 평면상의 직교 좌표축(수직으로 배치한 스크린에 대해서는 수직방향과 수평방향에 해당)에 대하여 각각 다른 광선의 굴절률을 가지게 할 수 있으므로, 목적에 따른 배광특성을 얻는 것이 가능해진다(도 10 및 도 11 참조).

구체적으로는, 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 사출광(4)의 집광위치가 두께 방향에서 상이한 현상으로서 나타나고, 그 때의 광선의 사출각도가 즉 배광각도 특성에 해당한다.

렌즈 어레이층의 재료로는 글래스, 플라스틱 등의 투명한 재료로서, 광학용 부재에 사용하는 것을 특별한 제한 없이 사용할 수 있고, 생산 효율 등을 고려하면 플라스틱을 사용하는 것이 바람직하다.

플라스틱 소재로는, 예컨대 폴리메타크릴산 메틸 등의 아크릴계 수지, 폴리카보네이트 수지, 아크릴―스틸렌 공중합체 수지, 스틸렌계 수지, 폴리염화 비닐수지 등을 예시할 수 있다.

또한, 파인피치한 미세한 가공을 행할 수 있으므로, 렌즈층의 재료로는 자외선 경화형 수지나 전자선 경화형 수지 등의 방사선 경화형 수지를 사용하면 바람직하다. 방사선 경화형 수지로는, 예컨대 우레탄(메타)아크릴레이트 및/또는 에폭시 (메타)아크릴레이트 올리고머에 반응희석제, 광중합개시제, 광증감제 등이 첨가된 조성물 등을 사용할 수 있다. 우레탄(메타)올리고머로는 특별히 한정되지는 않으나, 예컨대 에틸렌 글리콜, l,4부탄디올, 네오펜틸글리콜, 폴리카프로락톤폴리올, 폴리에스테르폴리올, 폴리카보네이트디올, 폴리테트라메틸렌글리콜 등의 폴리올류와 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소폴론디이소시아네이트, 트릴렌디이소시아네이트, 크실렌이소시아네이트 등의 폴리이소시아네이트류를 반응시켜 얻을 수 있다. 에폭시(메타)아크릴레이트 올리고머로는 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 비스페놀 A형 프로필렌옥사이드 부가물의 말단 글리시딜 에테르, 풀루오렌 에폭시수지 등의 에폭시 수지류와 (메타)아크릴산을 반응시켜 얻을 수 있다.

렌즈 어레이층은, 예컨대 이하와 같이 제조할 수 있다. 플라스틱으로 이루어지는 기재층상에 방사선 경화형 수지를 미경화 상태에서 도포하고, 그 표면에 성형용 스탬퍼를 압축시켜 성형함과 동시에, 소정의 방사선을 조사하여 경화시킴으로써 렌즈층을 형성한다.

상기 성형용 스탬퍼는, 예컨대 이하와 같이 렌즈층을 형성할 수 있다. 포토리소그래피 기술을 이용하는 방법에서는 요소 렌즈의 단층 형상을 패터닝한 복수개의 마스크를 준비하고, 그 마스크를 사용하여 순차적으로 실리콘 웨이퍼를 노광, RIE 등의 이방성 에칭을 행하고, 그 깊이 방향으로 순차적으로 패터닝을 반복하여 소정의 설계 형상을 가진 성형용 스탬퍼를 얻을 수 있다.

이와 같이 렌즈 어레이 시트층은, 종래 렌티큘러의 제조 등에 이용되고 있는 방법과 동일한 방법에 의해 제조할 수 있다.

감광성 수지층과 차광층은 이하와 같이 제조할 수 있다. 실제로 프로젝션 스크린으로서 사용하는 상태와 동일하게 하여 프레넬 렌즈를 평행하게 배치하고, 상기 프레넬 렌즈를 개재시켜 렌즈 어레이 시트의 렌즈층 측으로부터 광선을 조사하면, 렌즈 어레이층을 투과하여 노광된 부분의 감광성 수지층이 변성되고, 점착성이 소실된다. 그리고, 이러한 감광성 수지층에 블랙 카본 등을 포함하는 흑색의 전사층을 구비한 전사 필름을 압축하면, 점착성이 있는 말단 노광 부분에 선택적으로 전사층이 전이되어 차광층이 형성된다.

차광층을 형성할 때, 토릭 마이크로 렌즈에 의해 광선이 집광함에 따른 선분형상의 결상패턴에 대응하는데, 이러한 결상위치는 대개 토릭 마이크로 렌즈의 비점수차를 반영하므로, 광축 방향(두께 방향)으로 최대 두군데 발생한다. 이러한 두군데의 초점(기하광학상으로는 적도면(sagittal) 초점과 자오면(meridional) 초점이라 칭함) 중 렌즈 시트를 형성기에 가장 적합한 위치에 저굴절율층을 끼워넣어 조정(혹은 그와 같이 렌즈를 설계)하고, 이 위치에 흑색의 차광층을 마련함으로써 보다 고비율의 BM패턴을 얻을 수 있다.

여기서, 저굴절율층을 사용하는 것은, 그 굴절력이 약하므로 두께에 대한 공차를 크게 취할 수 있고, 그 가공성을 향상시킬 수 있기 때문이다.

그리고, 이러한 차광층상에 필요에 따라 점착제층, 확산층 및 하드 코팅층 등을 마련함으로써 렌즈 어레이 시트로 할 수 있다.

이와 같은 렌즈 어레이 시트에 있어서는, 하나의 토릭 렌즈 어레이의 형상을 적당히 설계함으로써 이러한 렌즈 어레이층을 투과하는 광선에 대하여 수직방향과 수평방향 양방의 배광특성(시야각)을 제어할 수 있고, 특히 그 비율을 2/3이하로 함으로써 프로젝션 스크린으로서 적합한 수직/수평 배광특성의 배분이 가능해지며, 스크린으로서 바람직한 특성을 얻을 수 있다.

또한, 2층의 렌즈 어레이층을 사용하거나, 기재층의 양면에 렌즈층을 형성하는 경우와 비교하여, 재료비용, 가공비용을 저렴하게 억제할 수 있다.

또한, 확산층을 간략화하여 확산층에서의 광의 흡수나 이득의 저하를 적게 할 수 있다. 그 결과, 확산층에 의해 발생되는 백색 산란 현상을 제어하고, 높은 S/N비를 실현할 수 있다.

또한, 프레넬 렌즈를 부가함으로써 프로젝터로부터의 투사거리를 짧게 할 수 있고, 이들 기능과 양립시킴으로써 뛰어난 스크린을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 렌즈 어레이 시트의 각층의 두께, 렌즈층의 피치 등은 특별히 한정되지 않으며, 용도 등에 따라 적당히 변경가능하다.

[실험예]

이하, 실험예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.

본 실험예에 있어서, 설계 파라미터는 이하와 같이 결정하고, 그 효과의 검증 실험을 행하였다.

<설계 파라미터>

렌즈 어레이층의 기재층에 있어서, 그 재료는 폴리에틸렌텔레프탈레이트, 두께는 0.075mm로 하였다. 렌즈 어레이층의 렌즈층에 있어서, 그 재료는 UV감광성 수 지, 렌즈간 피치는 O.080mm이고, 렌즈새그(렌즈산의 높이)가 큰 단면(스크린 좌우 방향에 대응)을 타원으로 하고, 렌즈새그가 작은 단면은 구면으로 하며, 그 새그양의 비를 2:1로 한 토릭면 형상으로 하였다. 감광성 수지층에는, 두께 20미크론의 클로마린 필름(상품명:듀퐁사 제품)를 사용하였다.

이러한 렌즈 어레이 시트의 렌즈 형성면에 대하여 1 내지 5°정도로 콜리메이팅된 평행광을 조사하여 감광층의 패터닝을 행하고, 두께 2미크론의 먹박막(카본 블랙의 전사 박막)을 전사하여 차광층으로 하였더니, 렌즈 어레이를 구성하는 마이크로 렌즈에 대응한 개구를 가지는 차광층을 얻을 수 있었다.

이와 같이 하여 얻은 렌즈 어레이 시트를 렌즈 어레이면을 광원측으로 향하게 하여 수평 수직방향의 광확산에 사용하여 렌즈 어레이의 형상에 따른 시야각을 개별적으로 얻는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명의 양면 렌즈 시트에 의해, 3관식의 CRT프로젝터와 같이 복수대의 프로젝터를 광원으로서 사용하는 표시장치용 리어형 프로젝션 스크린에 사용한 경우, 컬러 쉬프트가 감소되어 바람직하고, 단위 렌즈의 배열을 파인피치화하여도 전후면의 단위 렌즈의 얼라인먼트의 문제가 없으며, 더욱이 제조가 용이해진다는 효과가 얻어진다.

본 발명의 마이크로 렌즈 시트에 의하면, 단위 렌즈군이 200μm이하인 고정밀한 피치로 나란히 마련되고, 렌즈부에 의한 표시광의 출사방향(범위)을 넓은 시야영역이 되도록 제어하는 것이 가능하다.

특히, 본 발명에 따르면, 상기 마이크로 렌즈 시트의 반렌즈부측에 차광율이 높은(75% 이상) 블랙 매트릭스를 형성함에 있어서도 개구부/차광부의 경계가 선명한 고정밀한 블랙 매트릭스의 형성이 용이해진다.

또한, 본 발명의 프로젝션 스크린에 사용되는 마이크로 렌즈 어레이부를 가지는 마이크로 렌즈 시트에 따르면, 렌즈 어레이층을 투과하는 광선에 대하여 수직방향과 수평방향 양방의 배광특성(시야각)을 요소 렌즈의 토릭면 형상을 적당히 변화시킴으로써 컨트롤할 수 있다. 이는, 스크린의 광학특성을 능동적으로 제어가능하다는 것을 나타내며, 개발 기간의 단축, 비용 삭감에 큰 효과를 가지는다.

또한, 하나의 마이크로 렌즈 시트로 수직방향과 수평방향으로 독립된 시야각을 자유롭게 설정할 수 있으므로, 1) 가공에 따른 비용을 현저하게 감소시키면서, 2)확산제의 양(효과)을 기존의 현재 가지고 있는 재료에 합하여 설정할 수 있기 위한 재료의 개발/조합이 불필요하고, 3) 광선의 흡수(광량 손실)를 최저한도로 억제할 수 있으므로, 마이크로 렌즈 시트를 사용하여 용이하게 밝은 프로젝션 스크린을 얻을 수 있는 등의 효과가 있다.

또한, 확산제를 종래의 스크린에 비하여 감소시키는 것이 가능하므로 외광의 반사산란을 억제하고, 투명도를 상승시키기 위한 차광층의 광흡수 작용을 증가시키게 되며, 종래에 없는 S/N이 향상된 마이크로 렌즈 시트를 사용한 프로젝션 스크린을 얻을 수 있다.

도 1a는 일면에만 단위 렌즈(볼록 렌즈)가 배열된 렌즈부를 가지는 구성의 「일면 렌즈 시트」에 의한 광학 특성을 나타낸 그래프이고, 도 1b는 양면에 단위 렌즈(볼록 렌즈)가 배열된 렌즈부를 가지는 구성의 본 발명의 「양면 렌즈 시트」에 의한 광학 특성을 나타낸 그래프이며,

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 양면 렌즈 시트의 단위 렌즈 영역의 형상의 예를 나타낸 도면이고,

도 3a는 단위 렌즈가 구면 형상인 경우(종래 기술)의 광경로를 나타낸 단면도이고, 도 3b는 횡구면수차를 나타낸 그래프이며,

도 4a는 단위 렌즈가 본 발명에서 규정하는 바와 같이 비구면 형상인 경우의 광 경로를 나타낸 단면도이고, 도 4b는 횡구면수차를 나타낸 그래프이며,

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 양면 렌즈 시트의 일예를 나타낸 단면도이고,

도 6은 본 발명에 따른 횡구면수차가 적은 단위 렌즈의 단면 형상의 일예를 나타낸 곡선이고,

도 7은 단위 렌즈가 본 발명에서 규정하는 바와 같이 비구면 형상인 경우의 BM면에서의 노광분포예를 나타낸 그래프이고,

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 프로젝션 스크린에 사용되는 마이크로 렌즈 시트 요소 렌즈의 개략도이고,

도 9는 본 발명의 프로젝션 스크린에 사용되는 마이크로 렌즈 어레이 시트를 구성하는 요소 렌즈의 사시도이고,

도 10은 본 발명의 프로젝션 스크린에 사용되는 마이크로 렌즈 어레이 시트를 구성하는 요소 렌즈의 수직방향 단면도이고,

도 11은 본 발명의 프로젝션 스크린에 사용되는 마이크로 렌즈 어레이 시트를 구성하는 요소 렌즈의 수평방향 단면도이고,

도 12는 본 발명의 양면 렌즈 시트를 이용한 리어형 프로젝션 표시장치의 예이고,

도 13은 본 발명의 양면 렌즈 시트를 이용한 프로젝션 표시장치의 스크린 구조를 나타낸 도면이고,

도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 양면 렌즈 시트의 각 실시예를 나타낸 개관도이고,

도 15는 종래의 3관식 프로젝터를 구비하는 텔레비젼의 개략도이고,

도 16은 도 15의 스크린 구조를 나타낸 도면이다.

Claims (17)

1. 전후면에 렌즈부를 구성하는 주기적인 요철이 형성되어 된 렌즈 시트에 있어서,

   전후면의 단위 렌즈가 배열되는 피치비가 1:2∼1:30의 범위에 있고,

   각각의 단위 렌즈에 의해 발생하는 횡구면 수차의 범위가 렌즈 직경에 대하여 0%<횡구면 수차<50% 가 되도록 설계하여 이루어진 것을 특징으로 하는 양면 렌즈 시트.
2. 제 1항에 있어서, 전후면의 렌즈부는 모두 배열방향이 같은 반원주형상의 볼록 실린드리컬 렌즈군으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 양면 렌즈 시트.
3. 제 1항에 있어서, 전후면의 렌즈부는 모두 단위 렌즈가 2차원적으로 매트릭스배열되어 된 마이크로 렌즈 어레이부인 것을 특징으로 하는 양면 렌즈 시트.
4. 제 1항에 있어서, 전후면의 렌즈부는 어느 한쪽이 반원주형상 볼록 실린드리컬 렌즈군으로 이루어지고, 다른 한쪽이 단위 렌즈가 2차원적으로 매트릭스배열되어 된 마이크로 렌즈 어레이부이고, 반원주형상 볼록 실린드리컬 렌즈군의 단위 렌즈가 배열되는 피치가 0보다 크고 0.3mm이하이고, 마이크로 렌즈 어레이부의 단위 렌즈가 배열되는 피치가 0보다 크고 0.15mm이하인 것을 특징으로 하는 양면 렌즈 시트.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 어레이부는 방사선 경화형 수지의 반응 경화물로 이루어지고, 비구면 형상의 곡면을 가지는 단위 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 양면 렌즈 시트.
6. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 어레이부는 구면 형상의 곡면을 가지는 단위 렌즈만을 가지는 것을 특징으로 하는 양면 렌즈 시트.
7. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈 어레이부는 각 단위 렌즈의 렌즈 기능에 따른 광확산성이 수평방향과 수직방향에서 상이한 것을 특징으로 하는 양면 렌즈 시트.
8. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 일면에 렌즈부를 구성하는 주기적인 요철이 형성되고, 타면이 평탄한 렌즈 시트끼리를 서로의 평탄면을 맞추어 적층하여 된 구성인 것을 특징으로 하는 양면 렌즈 시트.
9. 제 8항에 있어서, 적어도 어느 한쪽의 렌즈 시트에 렌즈부와 반대측의 평탄한 표면에 각 단위 렌즈에 의한 비집광부에 해당하는 곳에 차광층을 형성한 구성인 것을 특징으로 하는 양면 렌즈 시트.
10. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈부는 볼록 렌즈에 의 한 단위 렌즈가 배열된 구성이고, 적어도 어느 한쪽의 렌즈부의 초점면은 양면 렌즈 시트내에 존재하고, 그 하나의 단위 렌즈에 대하여 입사하는 평행광이 다른 한쪽의 렌즈부측으로부터 출사할 때, 상기 다른 한쪽의 렌즈부측의 복수개의 단위 렌즈를 통과하는 구성인 것을 특징으로 하는 양면 렌즈 시트.
11. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 양면 렌즈 시트와 프레넬 렌즈 시트를 조합하여 된 리어형 프로젝션 스크린에 있어서,

    양면 렌즈 시트의 단위 렌즈가 배치되는 피치가 큰 쪽의 렌즈부와 프레넬 렌즈 시트의 렌즈부를 대향시키고, 프레넬 렌즈 시트가 복수대의 프로젝터측(광원측)이 되도록 조합하여 된 것을 특징으로 하는 리어형 프로젝션 스크린.
12. 3관식의 CRT프로젝터를 광원으로 하고, 제 11항에 기재된 리어형 프로젝션 스크린을 구비하는 구성인 것을 특징으로 하는 프로젝션 표시장치.
13. 제 8항에 기재된 양면 렌즈 시트를 사용한 리어 프로젝션식 영사 스크린.
14. 제 13항에 있어서, 영상 광원인 프로젝터측에 프레넬 렌즈 시트을 배치하여 된 구성인 리어 프로젝션식 영사 스크린.
15. 제 13항에 있어서, 광확산제를 분산하여 된 구성의 광확산층을 프레넬 렌즈 시트측 및 마이크로 렌즈 시트측 중 어느 하나의 위치에 배치하여 된 구성인 리어 프로젝션식 영사 스크린.
16. 전후면에 렌즈부를 구성하는 주기적인 요철이 형성되어 된 렌즈 시트에 있어서,

    전후면의 단위 렌즈가 배열되는 피치비가 1:2∼1:30의 범위에 있고,

    광원으로부터의 빛이 입사하는 입사면상에 형성된 단위 렌즈 하나에 대하여, 그 빛을 관찰자에게 출사하는 출사면상에 형성된 복수의 단위렌즈가 대응하고, 상기 입사면의 단위렌즈와 상기 출사면의 단위렌즈의 사이에 차광층이 배열 형성된 것을 특징으로 하는 양면 렌즈 시트.
17. 삭제

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