KR20110044572A - 후면투사형 강화유리 스크린과 스크린 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 후면투사(rear)형 스크린에 관한 것이다.

전자칠판으로 사용되는 프로젝션 모니터에 있어서, 보호스크린은 일반적으로 플라스틱 소재를 사용하게 됨으로써, 온도, 습도, 기타 환경요인에 의하여 열 변형, 휨, 뒤틀림 현상 등의 변형이 발생할 수 있어, 사용자가 판서할 때와 같이 스크린을 터치(touch)하게 될 때 감지센서의 오류가 발생할 수 있으며, 강화유리를 사용하는 경우에도 대부분 필름 스크린을 접착하여 그대로 사용하기 때문에 스크린에 표출되는 영상의 밝기나 균일도(uniformity)가 스크린 중앙부는 밝고 외각(edge)은 대부분 어둡게 나타나게 되며, 시야각이 극히 제한적이다.

본 발명에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 광원으로부터의 빛을 1차적으로 먼저 산란(확산)시키고, 이후 직진 광으로 변환하고 다시 빛 에너지를 확산시켜 균일한 영상을 표현하도록 하며, 또한 강화유리를 사용하여 스크린의 외곡현상에 대응하여 난반사를 방지하고 외부 충격에 대하여 스크린을 보호함은 물론 다양한 판서 소프트웨어(터치센서)에 적용이 가능한 후면투사형 강화유리 스크린을 제공하고자 한 것이다.

강화유리, 스크린, 프로젝션, 후면투사, 전자칠판

Description

후면투사형 강화유리 스크린과 스크린 제조방법{Rear type tempered glass screen}

본 발명은 후면투사(rear)형 스크린에 관한 것으로서, 더 상세하게는 전자칠판용 스크린에 적합한 후면투사 강화유리 스크린과 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 프로젝션(projection)은 투사엔진으로 부터의 화상을 확대하여 대형 화면의 스크린에 투사하는 일종의 확대투영장치로서, 저 예산으로 보다 큰 대형화면을 얻을 수 있다는 장점으로 근래에 수요가 증가되고 있다.

프로젝션은 화상투사 방식에 따라 CRT, LCD 또는 DMD를 이용한 프로젝션이 있으며, 투사엔진을 스크린 앞에 배치한 전면투사방식과, 투사엔진을 스크린 뒤에 배치시키고 투사엔진으로부터의 화상을 거울에 반사시켜 스크린에 투영시키는 후면투사방식으로 분류될 수도 있다.

도 1은 CRT 후면투사방식 모니터를 나타낸 것이고, 도 2는 LCD 후면투사방식 모니터를 나타낸 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, CRT 후면투사방식 모니터는 투사엔진(1)을 CRT로 구성한 것이고, 투사엔진(1)으로부터 발생된 화상을 스크린(3)의 후면에 설치된 거울(2)에 반사시켜 스크린(3)에 투영시키는 구조를 갖는다.

도 2에 도시된 바와 같이, LCD 후면 투사방식 모니터는 투사엔진(1)으로부터 1차로 거울(4)를 통해 반사시키고, 프로젝션 렌즈(5)를 통해 스크린(3)의 후면에 배치된 거울(2)에 반사시켜 스크린(3)에 투영시키는 구조를 갖는다.

이때 투사엔진(1)은 LCD로 구성된다.

상기 스크린(3)은 도 3에 도시된 바와 같이, CRT로부터의 영상광 혹은 액정을 투과한 영상광을 일정한 각도 범위 이내로 되도록 모으는 프레넬 렌즈(fresnel lens)(3a)를 광원측으로 배치하고, 프레넬 렌즈(3a)를 투과한 영상광을 적당한 각도 범위로 넓히는 기능을 갖는 렌티큘러 렌즈(lenticular lens )(3b)가 배치되고, 이들을 보호스크린(3c)에 밀접시킨 구조로 이루어진다.

이러한 구조에 따라 투사엔진(1)으로부터 발생되는 화상에 대한 광선은 프레넬렌즈(3a)를 통과하면서 평행광으로 편향되며, 프레넬렌즈(3a)를 통과한 평행광은 렌티큘러렌즈(3b)를 통해 광확산(Light spread)된다.

그러나 이와 같은 스크린(3)의 구조에 따르면, 렌티큘러렌즈(10)의 스트라이프렌즈부(3b-1)가 볼록렌즈부(3b-2)보다 더 돌출되어 있으므로 광확산 각도가 제한됨으로써, 수평시야각이 제한되는 문제점이 뒤따르게 된다.

따라서 시야확보가 어려우며, 시야각 45도 이상 되면 어두워지는 현상이 발생한다.

또한 종래 스크린(3)의 보호스크린(3c)은 일반적으로 아크릴 또는 강화유리 를 사용하고 있다.

그러나, 전자칠판으로 사용되는 프로젝션 모니터에 있어서, 보호스크린(3c)은 일반적으로 플라스틱 소재를 사용하여 가공하거나, 가공된 보호스크린을 수입하여 사용하고 있는 정도여서 전자칠판 모니터에서 요구되는 사항을 만족시키기 어렵다.

즉, 온도, 습도, 기타 환경요인에 의하여 열 변형, 휨, 뒤틀림 현상 등의 아크릴 변형이 발생할 수 있어, 사용자가 판서할 때와 같이 스크린을 터치(touch)하게 될 때 감지센서의 오류가 발생할 수 있는 문제점이 있다.

또한 강화유리를 사용하는 경우에도 실제 전자칠판용 프로젝션 모니터에 있어서는 대부분 필름 스크린을 접착하여 그대로 사용하기 때문에 스크린에 표출되는 영상의 밝기나 균일도(uniformity)가 스크린 중앙부는 밝고 외각(edge)은 대부분 어둡게 나타나게 되며, 시야각이 극히 제한적이어서 180도 시야 각 확보가 어려운 실정이다.

본 발명에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 광원으로부터의 빛을 1차적으로 먼저 산란(확산)시키고, 이후 직진 광으로 변환하고 다시 빛 에너지를 확산시켜 균일한 영상을 표현하도록 한 것이다.

또한 강화유리를 사용하여 스크린의 외곡현상에 대응하여 난반사를 방지하고 외부 충격에 대하여 스크린을 보호함은 물론 다양한 판서 소프트웨어(터치센서)에 적용이 가능한 후면투사형 강화유리 스크린을 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 광원입사부 측의 플라스틱 시트 면에 형성되어, 광원 입사부로부터 출사된 빛을 산란 시켜 화면의 밝기를 균등하게 하는 확산렌즈부와,

광원입사부 방향으로 확산렌즈부를 형성하고 그 반대 면으로 프레넬 렌즈부를 형성하는 광 투과성 플라스틱 시트와,

확산렌즈부가 형성된 플라스틱 시트의 그 반대 면에 광원입사부의 역방향으로 렌즈를 형성하여 마이크로 렌즈부에서 확산 시킨 빛을 직진 광으로 변환 시켜주는 프레넬 렌즈부와,

프레넬 렌즈부를 통해 변환된 직진 광을 확산시켜 주는 확산필름과,

외부면(확산필름의 반대면)으로 확산렌즈로 이루어지는 하드코팅부를 구성하며, 확산필름이 접착된 프레넬 렌즈부의 외부에 구성되는 강화유리를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명 후면투사형 강화유리 스크린 구조에 따르면, 광원입사부로 부터의 빛을 1차적으로 확산시키도록 하여 이중상 및 난반사를 방지하고 균일한 영상을 제공하며, 넓은 시야 각을 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 강화유리를 이용하게 됨에 따라 외부 환경 요인에 의해 변형의 염려가 없으며, 충격이나 흠집에 강해 전자칠판용 프로젝션 모니터에 적합하다.

또한 광원입사부의 역방향으로 렌즈를 형성하여 마이크로 렌즈부에서 확산 시킨 빛을 직진 광으로 변환시키되 중앙부의 방향으로 빛을 모아 외각(edge)의 빛의 각도를 정면으로 보아주도록 하여 중앙부의 빛의 밝기를 더욱 균일하고 밝게할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명은 강화유리의 전면으로 확산렌즈 타입의 하드코팅부를 형성하여 강화유리를 사용하게 됨에 따라 발생할 수 있는 난반사를 방지하여 전체적으로 균일한 영상을 제공하고 보다 넓은 시야각을 제공할 수 있다.

본 발명 후면투사형 강화유리 스크린의 구조를 첨부된 도면 도 4 내지 도 6에 도시된 실시 예를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

마이크로미터(μm) 단위의 크기가 일정한 엠보싱형태의 미세구 형태를 가지고 광원입사부 측으로 플라스틱 시트(20)에 형성되어, 광원 입사부로부터 출사된 빛을 산란 시켜 화면의 밝기를 균등하게 하는 마이크로 렌즈부(10)와,

광원입사부 방향으로 마이크로 렌즈부(10)를 형성하고 그 반대 면으로 프레넬 렌즈부(30)를 형성하며 광 투과성 플라스틱 시트(20)와,

마이크로 렌즈부(10)가 형성된 플라스틱 시트(20)의 그 반대 면에 광원입사부의 역방향으로 렌즈를 형성하여 마이크로 렌즈부(10)에서 확산 시킨 빛을 직진 광으로 변환 시켜주는 프레넬 렌즈(fresnel lens)부(30)와,

프레넬 렌즈부(30)를 통해 변환된 직진 광을 확산시켜 주는 확산필름(40)과,

확산필름(40)이 접착된 프레넬 렌즈부(30)의 외부에 구성되며 외부면으로 하드 코팅부(51)를 갖는 강화유리(50)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 본 발명은 광원입사부로 마이크로 렌즈부를 구성하여 광원입사부로부터 출사된 빛을 먼저 확산시켜 화면의 밝기를 균일하게 하며, 또한 외부로 보호용 스크린부재로 강화유리를 구성하여 터치 모니터용 전자칠판용 스크린에 적합한 구조를 제공하고자 한 것이다.

마이크로 렌즈부(10)는 광투과성을 갖는 플라스틱 시트(20)의 표면에 형성하되 광원입사부 방향으로 구성된다.

마이크로 렌즈부(10)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 마이크로미터(μm) 단위의 일정한 곡률반경을 갖는 엠보싱형태의 다수의 마이크로 렌즈로 구성되며, 마이크로 렌즈는 표면에 볼록곡면(11) 또는 오목곡면(12)을 형성하여 거울(mirror)에 반사되어 맺히는 상을 없애고 광원입사부에서 출사된 빛을 산란 시켜 화면의 밝기를 균등하게 한다.

마이크로 렌즈부(10)는 실리콘을 함유한 고경도 아크릴 수지를 사용하여 구성할 수 있다.

마이크로 렌즈부(10)는 플라스틱 시트(20)에 접착제(primer)를 도포하고 금형을 이용하여 마이크로 렌즈부를 UV 경화시켜 구성한다.

플라스틱 시트(PC ; Poly Corbonate)(20)는 광학용 고분자를 압출하여 형성하며, 내 화학성 및 강도, 투과율이 95% 이상이고 열 변형이나 습도에 강한 특성을 갖는다.

프레넬 렌즈부(30)는 플라스틱 시트(20)에 UV 경화시켜 구성한다.

프레넬 렌즈부(30)는 마이크로 렌즈부(10)로부터 전달되는 빛을 직진광으로 변환하기 위한 수단으로, 렌즈를 역방향으로 구성하여 직진광의 광 효율을 높일 수 있다.

도 9a, 도 9b에 그 비교를 나타낸다. 종래의 프레넬 렌즈의 방식 도 9a에서는 빛입사에 대하여 직진성을 갖는 것에 비해, 도 9b에서와 같이 빛 입사부의 역방향으로 구성하고, 빛을 중앙으로 모을 수 있도록 렌즈 배열을 갖도록 함으로써, 빛의 각도 및 방향을 원하는 방향으로 보내고 외각(edge)의 빛의 각도를 정면으로 모을 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명 프레넬 렌즈부(30)는 플라스틱 시트(20)의 그 반대 면에 광원입사부의 역방향으로 렌즈를 형성하되 상하부로 서로 중앙부로 굴절부가 형성되도록 렌즈를 배열하여 중앙부로 빛을 모아줄 수 있도록 한 것이다.

확산필름(40)은 도 6에 도시된 바와 같이, 필름 형 광학시트로 내 측면의 투명접착제층(41)과 플라스틱 소재의 필름 외 측면의 일정 비율의 플라스틱 비드(확산제)로 구성되는 확산제층(42)를 포함하고 명암 비를 조절하는 안료를 포함한다.

확산필름(40)은 명암 비(contrast)를 조절하는 안료의 양을 결정하여 미리 콘트라스트를 조절하여 제작된다.

강화유리(50)는 온도, 습도, 주위환경 등에 대응하고 외부 충격에 스크린을 보호하기 위한 외부 보호용 스크린으로, 다양한 판서 소프트웨어(터치센서)에 적용이 가능하다.

강화유리(50)의 외 표면으로는 난반사를 방지하기 위하여 하드코딩부(51)를 형성한다.

하드코팅부(51)는 확산렌즈형으로 구성되며, 상기의 마이크로 렌즈부(10)와 같이, 일정한 엠보싱형태의 반구 형태로 구성할 수 있다.

이와 같은 후면투사형 강화유리 스크린의 제조방법은 다음과 같다.

플라스틱 시트(20)에 프라이머를 도포하고 일정한 시간(15분)을 건조시킨 후, 도포된 프라이머의 그 상부로 마이크로 렌즈부(10)의 금형을 이용하여 UV 경화시켜 마이크로 렌즈부(10)를 형성시키는 마이크로 렌즈부 형성과정과,

플라스틱 시트(20)의 마이크로 렌즈부(10)가 형성된 그 반대 면에 프라이머를 도포하고 일정한 시간(15분)을 건조시킨 후 도포된 프라이머의 그 상부로 프레넬 렌즈부(30)의 금형을 이용하여 UV경화시켜 프레넬 렌즈부(30)를 형성시키는 프레넬 렌즈부 형성과정과,

플라스틱 시트(20)에 형성된 프레넬 렌즈부(30)의 상면으로 압력 롤러를 이용하여 접착식 코팅을 수행하고 강화유리(50)를 부착하는 강화유리 구성과정과,

강화유리(50)의 상면으로 확산렌즈 형태의 금형을 이용하여 하드코팅부(51)를 형성하는 강화유리 하드코팅과정으로 이루어진다.

이러한 제조방법을 실시 예에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

플라스틱 시트(20)의 마이크로 렌즈의 성형면에 플라스틱 접착용 프라이머를 마이크로미터(20μm) 정도의 두께로 도포한다.

이와 같이 도포된 프라이머를 15분정도 상온 건조시킨다.

도포된 프라이머 위로 플라스틱 UV 도료를 투입시킨 후, 마이크로 렌즈부를 형성하기 위한 주형용 실리콘 금형을 안착시킨다.

주형용 실리콘 금형을 플라스틱 시트(20)위에 안착시킨다.

일정한 무게를 가진 롤러로 압력을 가하면서 투입된 UV 도료를 평탄하게 도포하고 렌즈의 두께를 일정하게 유지(150~200μm 정도)시킨다.

UV 조사 장치를 이용하여 자외선 열 경화를 시킨다.

UV 경화가 완료되면 상기 금형(주형용 실리콘 금형)을 탈형(박리)시키고 UV 조사 장치를 이용하여 완전 경화를 시킨다.

상기와 같은 과정을 통해 플라스틱 시트(20)에 마이크로 렌즈부(10)를 형성한 후, 마이크로 렌즈부(10)의 형성면의 그 반대 면으로 상기에서와 동일한 과정을 통해 프레넬 렌즈부(30)를 형성한다.

이와 같이 양면으로 마이크로 렌즈부(10)와 프레넬 렌즈부(30)를 각각 형성한 후에, 프레넬 렌즈부(30)의 상면에 투명접착제를 도포하고 압력 롤러를 이용하여 확산필름(40)을 접착하고, 강화유리(50)를 부착한다.

이후, 강화유리(50)의 상면에 하드코팅부(51)를 형성한다.

강화유리(50)의 표면을 닦아낸 후, 자외선 열 경화형 프라이머를 일정한 두께(200~250μm)로 일정하게 도포한 후, UV 조사 장치를 이용하여 자외선 열 경화를 시킨다.

플라스틱 UV도료를 강화유리(50)의 확산렌즈 성형면(하드코팅부)에 면에 투입하고, 확산렌즈 성형을 위한 금형(주형용 실리콘 금형)을 강화유리(50)위에 안착시킨다.

롤러로 압력을 가하여 강화유리(50)에 도포된 UV 도료를 평탄하게 하여 두 께(150~200μm 정도)를 갖는 렌즈로 성형한다.

UV 조사 장치를 이용하여 자외선 열 경화를 시키고, UV 경화가 완료되면 금형을 탈형(박리)시키고 다시 한번 UV 조사장치를 이용하여 완전경화를 수행한다.

상기 본 실시 예에서는 하드코팅부(51)의 확산렌즈를 상기 마이크로 렌즈부(10)와 같이, 크기가 일정한 엠보싱 형태의 반구 형태로 구성한다.

이와 같은 제조방법에 의해 제작되는 후면투사 강화유리 스크린의 작용을 설명 하면 다음과 같다.

광원으로부터 투사된 빛은 거울 통해 반사되고 그 반사된 빛은 마이크로 렌즈부에 투영된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈부는 광원입사부로 부터의 빛을 산란시켜 화면밝기를 균일하게 분산시키고, 이와 같이 분산된 빛은 플라스틱 시트를 거쳐 프레넬 렌즈부로 전달된다.

프레넬 렌즈부에서는 상기에서와 같이 분사된 빛을 모아 직진 광으로 변환하여 화면 전체의 밝기를 높여 준다.

이와 같이 빛을 먼저 마이크로 렌즈부를 통해 산란시키고 이후 프레넬 렌즈부를 통해 직진 광으로 변환시키게 됨에 따라서 이중상을 방지하게 되고, 화면 전체를 균일하게 하여 난반사(scattered reflection)를 방지하며 시야 각을 확보하게 된다.

상기에서와 같이 프레넬 렌즈부를 통과해 직진 광으로 변환된 빛은 확산필름을 거치면서 빛이 확산되어 강화유리에 전달된다.

확산필름은 미리 명암 비(contrast)가 설정된 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 확산필름에 설정된 명암 비에 따라서 빛의 확산(산란)을 일으켜 정면에서의 영상밝기와 좌, 우 측면(edge gain)의 밝기를 균등하여 분할하여 시야 각을 확보할 수 있게 한다.

이후 강화유리를 통해 외부로 투영되며, 이때 강화유리의 전면에 형성된 하드코팅부의 형상(마이크로 렌즈)에 의해 빛이 균일하게 확산되어 나타나게 된다.

도 1은 CRT 후면투사방식 프로젝션 모니터를 나타낸 도면.

도 2는 LCD 후면투사방식 프로젝션 모니터를 나타낸 도면

도 3은 종래 후면투사방식 스크린의 구조를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명 후면투사형 강화유리 스크린의 구조를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 있어서, 마이크로 렌즈부와 프레넬 렌즈부의 작용과정을 나타낸 도면.

도 6은 본 발명에 있어서, 확산필름의 구조를 나타낸 도면.

도 7은 본 발명에 있어서, 마이크로 렌즈부의 구조를 나타낸 도면.

도 8은 본 발명에 있어서, 마이크로 렌즈부의 빛 신호 투사구조를 나타낸 도면.

도 9a,도 9b 는 프레넬 렌즈부의 작용을 나타낸 것으로, 도 9a는 기존 프레넬 렌즈를 나타낸 것이고, 도 9b는 본 발명에서의 프레넬 렌즈부(30)를 나타낸 도면.

Claims (8)

1. 광원입사부 측의 플라스틱 시트 면에 형성되어, 광원 입사부로부터 출사된 빛을 산란 시켜 화면의 밝기를 균등하게 하는 확산렌즈부와,

   광원입사부 방향으로 확산렌즈부를 형성하고 그 반대 면으로 프레넬 렌즈부를 형성하는 광 투과성 플라스틱 시트와,

   확산렌즈부가 형성된 플라스틱 시트의 그 반대 면에 광원입사부의 역방향으로 렌즈를 형성하여 마이크로 렌즈부에서 확산 시킨 빛을 직진 광으로 변환 시켜주는 프레넬 렌즈부와,

   프레넬 렌즈부를 통해 변환된 직진 광을 확산시켜 주는 확산필름과,

   확산필름이 접착된 프레넬 렌즈부의 외부에 구성되는 강화유리를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 후면투사형 강화유리 스크린.
2. 제 1항에 있어서, 상기 확산렌즈부는 크기가 일정한 볼록 곡면과 오목곡면을 갖는 미세구형의 마이크로 렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 후면투사형 강화유리 스크린.
3. 제 1항에 있어서, 상기 프레넬 렌즈부는 플라스틱 시트의 그 반대 면에 광원입사부의 역방향으로 렌즈를 형성하되 상하부로 서로 중앙부로 굴절부가 형성되도록 렌즈를 배열하여 중앙부로 빛을 모아줄 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 후면 투사형 강화유리 스크린.
4. 제 1항에 있어서, 상기 확산필름은 프레넬 렌즈방향으로 투명접착제층과 그 반대 면에 확산제로 구성되는 확산제층을 포함하고 명암 비를 조절하는 안료를 포함하는 필름 형 광학시트로 구성된 것을 특징으로 하는 후면투사형 강화유리 스크린.
5. 제 1항에 있어서, 상기 강화유리의 외부면(확산필름의 반대면)으로 확산렌즈로 이루어지는 하드코팅부를 구성한 것을 특징으로 하는 후면투사형 강화유리 스크린.
6. 제 5항에 있어서, 확산렌즈는 크기가 일정한 볼록 곡면과 오목곡면을 갖는 미세구형의 마이크로 렌즈로 구성되는 것을 특징으로 하는 후면투사형 강화유리 스크린.
7. 플라스틱 시트에 프라이머를 도포하고 건조시킨 후, 도포된 프라이머의 그 상부로 마이크로 렌즈부의 금형을 이용하여 UV 경화시켜 마이크로 렌즈부를 형성시키는 마이크로 렌즈부 형성과정과,

   플라스틱 시트의 마이크로 렌즈부가 형성된 그 반대 면에 프라이머를 도포하고 건조시킨 후 도포된 프라이머의 그 상부로 프레넬 렌즈부의 금형을 이용하여 UV 경화시켜 프레넬 렌즈부를 형성시키는 프레넬 렌즈부 형성과정과,

   플라스틱 시트에 형성된 프레넬 렌즈부의 상면으로 압력 롤러를 이용하여 접착식 코팅을 수행하고 강화유리를 부착하는 강화유리 구성과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 후면투사형 강화유리 스크린 제조방법
8. 제 7항에 있어서, 강화유리의 상면으로 확산렌즈 형태의 금형을 이용하여 하드코팅부를 형성하는 강화유리 하드코팅과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 후면투사형 강화유리 스크린 제조방법.

Images