KR100972017B1 - 마이크로렌즈 시트, 백라이트 및 표시 장치 - Google Patents

Abstract

1매의 렌즈 시트의 렌즈 기능에 의해 수평 방향뿐 아니라 출사 방향의 360°에 걸치는 광확산성을 제어 가능케 하고, 단위 렌즈 군이 고정밀 피치로 병렬된 마이크로렌즈 시트를 제공하기 위해 기판의 적어도 한 면에 단위 렌즈가 2차원적으로 매트릭스 배열이 되어서 이루어지는 마이크로렌즈 어레이부를 가지는 마이크로렌즈 시트에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이부는 기판 한 면에만 형성되어 있고, 비구면 형상의 곡면을 가진 단위 렌즈를 포함하며 단위 렌즈의 배열 피치가 200㎛ 이하이다.

Description

마이크로렌즈 시트, 백라이트 및 표시 장치{Micro-lens sheet, backlight and display}

본 발명은 마이크로렌즈 시트에 관한 것으로, 배면 투영형 프로젝션TV용의 영상 표시 스크린(투과형 프로젝션 스크린 또는 리어형 프로젝션 스크린)이나 백라이트에 사용되기에 유효한 마이크로렌즈 시트에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 백라이트에 사용하는 렌즈 어레이 시트를 사용한 표시 장치에 관한 것이다.

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

프레넬 렌즈 시트는 프로젝터로부터의 투영광(소구경 렌즈에서 발산함)을

렌즈 특성에 의해 거의 평행광으로 렌티큘러 시트 쪽으로 출사한다.

렌티큘러 시트는 프레넬 렌즈 시트에 거의 평행광으로 입사한 투영광을 수평 방향으로 병렬된 실린드리컬 렌즈군의 특성에 의해 수평 방향으로 넓혀서 관찰자 쪽에 표시광으로 출사한다.

또한, 리어형 프로젝션 스크린에는 표시광을 수직 방향으로도 넓히고 프로젝 터로부터의 투영광을 결상(結像)시키며 프로젝터의 렌즈가 소구경인 것에 기인하는 신틸레이션이라고 불리는 화상의 불필요한 플리커를 저감하는 것 등의 목적으로 관용적으로 광확산층이 형성되어 있다.

광확산층은 렌티큘러 시트, 프레넬 렌즈 시트, 또는 보호판으로 기능하는 최외면의 전면 판 등의 적어도 어느 쪽에 형성되며, 형성에 있어서는 도포, 적층, 혼입 등 적절한 수법이 채용되고 있다.

근래 3관식(R, G, B)의 CRT방식의 프로젝터 대신에 액정식 프로젝터나, TI(텍사스인스트루먼트)회사의 등록상표인 "DMD(디지털 마이크로미러 디바이스) 또는 DLP(디지털 라이트 프로세싱)"라고 하는 반사형 라이트 밸브 방식에 관련된 단관식 프로젝터를 사용한 표시 디바이스를 보급하고 있고, 이들 신규 디바이스용으로 적합한 리어형 프로젝션 스크린이 요구되고 있다.

본 출원인은 일본 특개평 제9-120101호 공보, 일본 특개평 제8-269546호 공보, 일본 특개평 제10-83029호 공보에 예시되는 렌티큘러 시트를 구비하는 리어형 프로젝션 스크린을 제안하고 있다. 이것들은 어느 것이나 수평 방향으로 병렬된 실린드리컬 렌즈 군을 가지고, 내부의 어떤 것에 충분한 광확산 특성을 가지는 광확산층을 구비하는 것을 필수로 하는 렌티큘러 시트에 관한 것이다.

상술한 바와 같이, 기존의 렌티큘러 시트에 의한 표시광의 시야각(범위)의 제어는, 렌즈 기능으로는 수평 방향만의 제어만이 가능하고, 수직 방향의 제어는 광확산층에 의존한다.

렌즈 기능에 의한 시야각 제어 효과는 높고 다이나믹하지만, 광확산층에 의 한 시야각 제어 효과는 상대적으로 낮고 완만하다.

일반적으로 광확산층은, 광확산성 미립자를 수지 중에 분산 혼합함으로써 형성된다. 광확산성 미립자와 상기 수지와의 굴절률의 차, 광확산성 미립자의 입자 지름(및 그 분포), 또는 분산 적성 등의 적합한 양자의 조합의 선정이 어려울 뿐 아니라 수직 방향만의 광확산성을 제어하는 것은 구조적으로 어려우며, 수평 방향의 광확산성에도 영향을 미치게 되는 것은 필연적이다.

또한, 광확산성을 높이는 것은 광확산성 미립자의 과잉 혼입을 필요로 하기 때문에, 투과광의 감쇠(표시 휘도의 저하)를 초래함과 동시에 비용 상승으로 이어진다.

렌즈 기능에 의해 수평/수직 쌍방의 광확산성을 도모하는 시도도 종래부터 수행되고 있지만, 수평 방향의 광확산성을 제어하기 위한 렌즈 시트에 더해서 수직 방향의 광확산성을 제어하기 위한 렌즈 시트를 추가하는 수법은, 스크린의 세트화에 있어 쌍방 렌즈의 정렬을 어렵게 하거나 부재 증가에 의한 비용 상승을 초래하게 된다.

프레넬 렌즈 시트와 렌티큘러 시트의 조합으로 이루어지는 구성의 스크린에서 렌티큘러 시트 대신에 수평 이외의 방향으로도 렌즈 기능에 의한 광확산성의 제어가 가능한 구성의 렌즈 시트를 채용하는 수법도 일본 특개 제2000-131506호 공보 등에 제안되고 있다.

상기 공보에 의한 제안은 광학적으로 凹 또는 凸의 회전 대칭인 형상을 한 마이크로렌즈를 그 형상을 마름모 형상으로 배열한 층을 형성한 마이크로렌즈 어레 이부를 구비하는 렌즈 시트이다. 이러한 제안에 있어서는 출사면 쪽에 확산 시트층을 배치하거나 상기 마이크로렌즈 어레이부 내부에 확산제가 담긴 시트층을 필요로 한다.

상기한 신규 디바이스에서는 XGA 등으로 대표되는 바와 같이 고해상도 화질을 제공하기 위해서 투영 화상을 규정하는 패널(액정이나 마이크로미러 어레이)도 화소수 증가에 따라 고정밀화되고 있고, 스크린 쪽에서도 실린드리컬 렌즈군의 병렬 피치의 고정밀화가 요망되고 있다.

또한, 단위 렌즈의 병렬 피치가 고정밀화됨에 따라 반렌즈부 쪽에 형성하는 차광 패턴(BM=블랙 매트릭스)도 투광부가 고정밀화하여 마이크로렌즈 어레이부에 의한 집광부에 선명하게 개구부를 형성하는 정밀도가 요구되고 있다.

블랙 매트릭스는 미세 피치(고정밀) 렌즈부를 가지는 렌즈 시트인 경우에는, 렌즈 시트의 반렌즈 면에 형성한 감광성 수지층에 대한 렌즈부 자체의 집광 특성을 이용하여 정확하게 개개 렌즈부의 비집광부가 되는 위치를 규정하는, 이른바 자기정렬(셀프 얼라인먼트) 방식에 의해 형성된다.

자기 정렬 방식에는 노광한 감광성 수지층에 현상 처리를 실시한 후 차광 패턴을 형성하는 웨트 방식이나 노광한 감광성 수지층에 현상 처리를 하지 않고 착색해 차광 패턴을 형성하는 드라이 방식이 있다.

드라이 방식에 있어서는 감광/비감광에 따라 점착성 유무가 발생하는 특성을 가진 감광성 점착제가 사용되고, 점착성 유무에 대응하여 착색이 행해진다.

투과형 액정 프로젝션 스크린으로서 적합한 차광률(경험적으로 60% 이상의 범위가 화상의 콘트라스트상 좋다고 함)의 블랙 매트릭스를 형성하기 때문에, 렌즈부에 의한 집광(포커스) 위치는 감광성 수지층의 출사면 쪽이 아니고, 감광성 수지층의 내부에서, 형성하는 패턴의 차광률에 따라 적절히 설정된다.

렌즈 형상이 구면인 경우, 수차에 의해 초점 위치가 (렌즈 중심부와 단부에서) 상이하기 때문에, 자기 정렬 방식에 의해 차광 패턴을 형성할 경우, 감광성 수지층이 변성하는 개소가 명확하게 결정되지 않아 개구부와 차광부의 경계가 선명해지기 어렵다.

특히, 고콘트라스트화를 도모하여 차광률을 높이는 경우, 단위 렌즈의 병렬 피치가 고정밀로서, 단위 렌즈 하나하나가 미소할수록 미소한 개구부와 차광부의 경계가 선명한 블랙 매트릭스의 형성은 어려워진다는 것 등의 문제가 있다.

또한, 현재 시판되고 있는 배면 투사형 텔레비전 등에 사용되고 있는 종래형 투과형 스크린은 대개 한 면에 동심원 상의 凹凸이 형성된 프레넬 렌즈와, 원통 형상의 실린드리컬 렌즈를 한 방향으로 갖추어 설치한 렌티큘러 렌즈와, 그 어느 쪽이나, 또는 한 쪽 또는 별도의 기재에 확산층을 설치한 구성이 일반적이다.

이러한 투과 스크린을 구성하는 부품은 프로젝터로부터 조사된 광선을 우선 프레넬 렌즈로 거의 평행광이 사출하는 광학 배치로 하고, 그 사출광을 렌티큘러 렌즈에서 화면의 수평 방향으로 적절히 넓힘으로써 수평 시야각을 확산제로써 화면의 수직 방향에로 광선을 넓히는 것에 의하여 수직 시야각을 얻고 있다.

또한, 수평 시야각과 수직 시야각을 동시에 확산제를 사용하지 않고 얻는 것이 가능한 렌즈 시트인 마이크로렌즈 어레이 시트를, 렌티큘러 렌즈와 치환 배치, 확산제를 폐지/감량하는 것으로써 더 밝고 선명한 화질을 얻는 투과형 스크린도 공지되어 있다.

또한, 2층 렌티큘러층을 각각 실린드리컬 렌즈의 길이 방향이 직행하도록 적층해서 사용하거나, 하나의 기재층 양면에 실린드리컬 렌즈를 각각 복수 배열할 때에, 각각 실린드리컬 렌즈의 길이 방향이 직교하도록 설치하는 방법도 공지되어 있다.

또한, 이 렌티큘러 렌즈를 구성하는 개개의 실린드리컬 렌즈의 집광부분, 또는 마이크로렌즈 어레이 시트를 구성하는 개개의 마이크로렌즈의 집광 부분에 개구부를 가지는 차광층을 마련하여 스크린의 S/N비를 향상시키는 구성도 공지되어 있다.

또한, 이들 투과 스크린의 용도에 따라 최외면 등에 하드코트층이나 반사 방지막층(AR층)을 설치할 수도 있다.

종래의 렌티큘러 시트 또는 마이크로렌즈 어레이 시트를 이용한 투과형 스크린에 있어서는, 수평 방향 및 수직 방향의 시야각 제어를 하기 위해서 렌티큘러층과 확산층을 조합하거나 마이크로렌즈 어레이에서는 필요 이상으로 넓은 시야각이 필요하므로, 확산층에 의한 광 흡수나 백색 산란에 의한 화질 열화, 광확산에 의한 스크린 게인의 저하 등 폐해가 생긴다.

또한, 2층 렌티큘러층을 각각 실린드리컬 렌즈의 길이 방향이 직행하도록 적층해서 사용하거나 하나의 기재층 양면에 실린드리컬 렌즈를 각각 복수개 배열할 때에 각각 실린드리컬 렌즈의 길이 방향이 직교하도록 설치함으로써 수평 방향 및 수직 방향의 시야각 제어를 수행하는 방법도 생각되지만, 실린드리컬 렌즈를 구성하는 재료가 실질적으로 2배가 되고, 또한 미세한 렌즈의 가공도 2회 할 필요가 있기 때문에 재료 비용, 가공 비용이 상승된다는 문제도 있다.

또한, 동일 평면 상에 2조의 렌티큘러 렌즈를 직행하도록 설치한 구조의 스크린에서는 2조의 렌티큘러 렌즈가 서로 오버랩하는 구조가 되기 때문에 한 쪽 렌티큘러 렌즈의 형상을 바꾸면, 그에 따라서 다른 쪽 렌티큘러 렌즈의 광학 특성이 변화해 버려 완전 독립으로는 시야각 제어를 수행할 수 없다. 이로 인해 그 시야각의 제어 범위가 제한되어 실용상 바람직하지 않다.

또한, 마이크로렌즈 어레이를 투과형 스크린으로 해서 사용하는 데는 그에 맞는 사이즈, 예를 들어 대각으로 50인치와 같은 대면적에서의 제작이 필요하게 되지만, 그 때에 넓은 시야각을 얻기 위해서 요소 렌즈 직경의 대체로 절반 정도의 렌즈 새그(sag)(굴절면의 두께)가 필요하게 되고, 그 성형 형상의 깊이때문에 화면의 크기와 양립하는 일이 어렵다. 이로 인해 작은 면적이라면 필요한 광학 성능의 실현이 가능하지만, 가공상의 문제로 인해 그 대면적화가 어렵다.

본 발명은 이상과 같은 배경을 감안하고, 1매의 렌즈 시트의 렌즈 기능에 의하여 수평 방향뿐 아니라 출사방향의 360°에 걸치는 광확산성을 제어 가능한 것으로 하며, 광확산제의 다량 사용을 초래하는 일 없이 프레넬 렌즈 시트와의 조합에 의한 2매의 렌즈 시트로 이루어지는 리어형 프로젝션 스크린의 제조에 적합하고, 고해상도 화질의 관찰에 적합한 단위 렌즈 군이 고정밀 피치로 병렬된 마이크로렌즈 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 특히 프레넬 렌즈 시트와의 조합에 의한 2매의 렌즈 시트로 이루어지는 투과형 프로젝션 스크린용의 렌즈 시트로서 적합한 마이크로렌즈 시트에 있어서, 단위 렌즈 군이 200㎛ 이하의 고정밀 피치로 병설되고, 렌즈부에 의한 표시광의 출사 방향(범위)을 넓은 시역이 되도록 제어할 수 있는 마이크로렌즈 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 상기 마이크로렌즈 시트의 반렌즈부 쪽에 차광률이 높은(75% 이상) 블랙 매트릭스를 형성함에 있어서도 개구부/차광부의 경계가 선명한, 고정밀 블랙 매트릭스의 형성이 용이한 구성의 마이크로렌즈 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 광 흡수가 적고 이득의 저하가 적으며 백색 산란을 제어하고 스크린으로서 충분한 광학 특성의 마이크로렌즈를 이용한 프로젝션 스크린을 용이하게 대면적으로 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 또 하나의 과제는 재료 비용, 가공 비용 등이 저렴한 마이크로렌즈를 사용한 프로젝션 스크린을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제1양태는 기판의 적어도 한 면에 단위 렌즈가 2차원적으로 거의 매트릭스 배열하여 이루어지는 마이크로렌즈 어레이부를 가지는 마이크로렌즈 시트에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이부는 기판의 한 면에만 형성되어 있고, 비구면 형상의 곡면을 가지는 단위 렌즈를 포함하며, 단위 렌즈의 배열 피치가 200㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 시트이다.

단위 렌즈 군을 고정밀 피치로 병렬함에 있어서는 상기 마이크로렌즈 어레이부를 방사선 경화형 수지에 의해 성형하는 것이 적절하다.

이 발명 양태에 있어서는 기판의 적어도 한 면에 단위 렌즈가 2차원적으로 거의 매트릭스 배열하여 이루어지는 마이크로렌즈 어레이부를 가지는 마이크로렌즈 시트에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이부는 방사선 경화형 수지의 반응 경화물이 기판의 한 면에만 중합 접착되어 이루어지고, 비구면 형상의 곡면을 가지는 단위 렌즈를 포함하며, 단위 렌즈의 배열 피치가 100㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 시트이어도 된다.

상기 마이크로렌즈 어레이부는 구면 형상의 곡면을 가지는 단위 렌즈만에 의해 구성되어도 된다.

단위 렌즈의 배열은 임의의 배열이어도 되고, 눈금 형상(바둑판 모양)으로 정렬한 매트릭스 배열이거나, 단위 렌즈 간의 거리를 동일하게 한 델터 배치 또는 그 델터 배치로 단위 렌즈 영역의 형상을 육각형으로 한 벌집모양의 배치이어도 된다. 또한, 눈금 형상 배열로서 렌즈 어레이부를 구성하는 제n열과 제n+1열(n은 1 이상의 정수)이 절반 피치 어긋난 배치이어도 좋다. 단위 렌즈 영역의 형상은 직사각형, 삼각형과 같은 형상이어도 된다. 인접하는 단위 렌즈 영역이 형성하는 삼각형은 정삼각형의 경우와 그렇지 않은 경우가 있고 이러한 차이에 의해 수평, 수직 방향으로의 광확산 특성을 상이하게 할 수 있다.

리어형 프로젝션 스크린으로서 시각되는 표시 영상의 콘트라스트를 향상시키기 위해서는 마이크로렌즈 어레이부와는 반대쪽 기판 표면에 각 단위 렌즈에 의한 비집광부에 해당되는 개소에 차광층을 형성한 구성으로 하는 것이 적절하다.

본 발명의 제2양태인 마이크로렌즈 시트는 기판의 적어도 한 면에 단위 렌즈가 2차원적으로 거의 매트릭스 배열하여 이루어지는 마이크로렌즈 어레이부를 가지고 있고, 개개의 단위 렌즈 지름 및 그 배열 피치는 200㎛ 이하로서 개개의 단위 렌즈에 의한 광선 사출각도의 범위가 마이크로렌즈 시트 주 평면에의 법선에 대해서 ±30°이상이고, 또한 개개의 단위 렌즈에 의해 생기는 횡구면 수차의 범위를 렌즈 지름에 대해서 0%<횡구면 수차≤50%가 되도록 설계해서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3양태는 기판의 한 면에 단위 렌즈가 2차원적으로 거의 매트릭스 배열하여 이루어지는 마이크로렌즈 어레이부를 가지는 마이크로렌즈 시트를 이용한 프로젝션 스크린에 있어서, 단위 렌즈의 특정 방향의 단면 형상이 상기 방향과 직교하는 방향의 단면 형상에 대해 적은 곡률로서 그것들을 연속적 면으로 하여 구성한 토릭 면으로 이루어지고, 투광성 시트의 한 면에 상기 단위 렌즈를 2차원적으로 거의 매트릭스 배열하여 이루어지는 마이크로렌즈 어레이부를 형성하며, 마이크로렌즈 어레이부와 반대쪽인 상기 시트의 표면에는 단위 렌즈 군과 광축을 일치시킨 개구부를 가지는 차광층을 형성한 구성인 것을 특징으로 하는 프로젝션 스크린이다.

본 발명의 제4양태는 제1양태의 마이크로렌즈 시트를 사용한 프로젝션 스크린에 있어서, 상기 투광성 시트의 한 면에 상기 단위 렌즈를 2차원적으로 거의 매트릭스 배열하여 이루어지는 마이크로렌즈 어레이부를 형성할 때, 각 단위 렌즈는 곡률의 방향을 맞추어 배열된 구성인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제5양태는 청구항 제1항 기재의 프로젝션 스크린에 있어서, 상기 토릭면은 특정 방향의 단면의 곡률부 두께에 대한 상기 방향과 직교하는 방향의 단면의 곡률부 두께, 즉 렌즈 새그의 비가 2/3 이하로 한 구성인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제6양태는 제1양태의 마이크로렌즈 시트를 사용한 프로젝션 스크린에 있어서, 상기 토릭면은 수평 방향의 단면의 곡률부 두께에 대한 수직 방향의 단면의 곡률부 두께, 즉 렌즈 새그의 비가 2/3 이하로 한 구성인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제7양태는 제1 양태의 마이크로렌즈 시트를 사용한 프로젝션 스크린에 있어서, 상기 마이크로렌즈 어레이부는 투과형 프로젝션 스크린으로서 사용할 때, 입사 쪽(프로젝터 쪽)이 되는 투광성 시트의 한 면에 형성하여 이루어지는 것 을 특징으로 한다.

본 발명의 제8양태는 상기 양태의 어느 하나에 기재된 프로젝션 스크린에 있어서, 상기 차광층은 투광성 시트의 렌즈부 반대 쪽 표면에 설치한 감광성 수지층의 표면에서 마이크로렌즈 어레이부를 통한 노광에 의해 집광되지 않는 비감광 영역에 형성되어 있고, 상기 감광성 수지층 또는 그 표면에 형성하는 층이 투광성 시트보다 작은 굴절률을 지니는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제9양태는 제1 양태의 마이크로렌즈 시트를 사용한 프로젝션 스크린을 투과형 프로젝션 스크린으로서 사용할 때, 입사 쪽(프로젝터 쪽)에 한 면에 동심원상의 링벨트 구조를 지닌 프레넬 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

발명의 실시예에 대해서 설명하기 전에 여기에서 단위 렌즈 형상에 따른 집광 특성과 횡구면 수차에 대해서 설명한다.

도 1은 마이크로 렌즈 시트를 도시한 도면이고, 도 3a는 단위 렌즈가 구면 형상인 경우의 광 경로를 도시한 단면도이고, 도 3b는 횡구면 수차를 나타내는 그래프이다. 도 4a는 단위 렌즈가 본 발명에서 규정하는 바와 같은 비구면 형상인 경우의 광 경로를 도시한 것이고, 도 4b는 횡구면 수차를 나타내는 그래프이다.

도 3a에서는 동일 도면의 왼쪽으로부터 단위 렌즈(10)에 입사하는 평행 광선이 구면 형상의 단위 렌즈 표면에 입사한 후, 굴절하여 동일 도면 우측에 초점을 맺도록 집광한 후, 동일 도면에서 상하로 퍼져 출사된다.

이때, 구면 수차에 의해 단위 렌즈의 중심부에 입사한 광선의 초점이 길고( 동일 도면에서 우측에 위치함), 단위 렌즈의 단부에 입사한 광선의 초점이 짧게(동일 도면에서 좌측에 위치함) 된다. 이것을 종구면 수차라고 한다.

한편, 구면 수차에 의해 단위 렌즈의 중심부를 y=0으로 하여 횡축(PY)으로 하고, 출사 광선과 출사면이 바뀌는 위치의 광축으로부터의 거리를 Δy(y=0 일 때, Δy=O)로서 종축(EY)으로 하여 플롯하면, 횡구면 수차를 나타내는 그래프: 도 3b가 된다.

도 4a, 4b는 구면 수차가 적은 단위 렌즈 형상인 경우이다. 도 4a에 도시되는 바와 같이 단위 렌즈의 중심부로부터 단부에 이르기까지 초점 위치가 거의 일치하고 있다(종구면 수차가 적음). 그것에 대응하여 도 4b에서는 EY의 변동이 작아서 횡구면 수차가 적은 것을 나타내고 있다.

도 6은 횡구면 수차가 적은 본 발명에 의한 단위 렌즈 형상의 단면 형상의 일례를 나타내는 곡선이다.

그리고, 본 발명에 의한 마이크로렌즈 시트는 그 용도가 투과형 프로젝션 스크린에 한정되는 것이 아니고 반사형 프로젝션 스크린에 있기도 하고 또는 투과형/반사형 프로젝션 스크린과 같이 큰 사이즈(30인치 이상)에서가 아닌 백라이트 등 의 내장 광원을 구비하는 디스플레이에 있어서, 상기 광원으로부터의 조명광을 표시 화면 내에서 균일한 휘도 및/또는 균일한 출사 방향으로 제어하기 위한 도광체로서도 적용된다.

<작용>

단위 렌즈 형상에 따른 광학 특성에 의해 표시광의 출사 방향(범위)을 제어 함에 있어서, 리어형 프로젝션 스크린인 경우에는 광축(스크린 주면에 대한 법선 방향)에 대해 넓히는 것이 광확산제에 의존하지 않고 시역을 넓힐 수 있으며, 광확산제의 다량 사용을 필요로 하지 않아 스크린의 비용 상승을 초래하지 않는 점에서 적절하고 바람직하다.

본 발명에서는 개개 렌즈의 광선 사출각을 광축에 대해 ±30°이상으로 함으로써 투과형 스크린으로서 필요한 시야각 특성을 얻을 수 있고, 또한 다음의 작용 효과가 기대된다.

<BM율의 향상>

상기한 바와 같이, 자기 정렬 방식에 의해 마이크로렌즈 시트상의 미세한 렌즈에 평행 광선을 입사한 경우의 집광 패턴으로 BM을 형성할 수 있지만, 본 발명과 같은 횡구면 수차를 가지는 미세한 단위 렌즈에 의하면 그 개구부 면적을 지극히 작게 할 수 있게 된다.

도 7은 단위 렌즈가 본 발명에 규정하는 바와 같은 비구면 형상인 경우의 BM면에서의 노광 분포예를 나타내는 그래프지만, 집광부가 펄스파 형상으로 뾰족하게 된 형상인 것에 의해 집광부/비집광부의 경계가 명확하며, 자기 정렬 방식에 의한 BM 형성에 있어서는 상술한 바와 같은 감광성 점착제의 점착부/비점착부에 근거한 차광층의 형성부/비형성부를 명확하게 하기 쉽고, 선명한 차광 패턴을 형성하기 쉽다. 이에 따라 높은 차광률(75% 이상)을 갖는 BM을 얻을 수 있고, 용이하게 고콘트라스트인 화상을 표시할 수 있는 스크린을 얻을 수 있다.

BM을 형성하는 표면(자기 정렬 방식인 경우에는 감광 재료의 표면)과 렌즈 시트 기재의 경계를 "결상면"으로 정의할 때의 횡구면 수차의 변동 범위를 단위 렌즈 지름의 50% 이하로 함으로써 BM 면적률(차광률)을 75% 이상으로 형성하는 것에 있어 적절고, 또한 횡구면 수차의 변동 범위를 단위 렌즈 지름의 31% 이하로 함으로써 BM 면적률(차광률)을 90%으로 할 수 있게 되며 콘트라스트와 함께 대폭에서 S/N을 높일 수 있다.

<수율의 향상>

자기 정렬 방식에 의한 BM 형성 시에 구면 수차가 적기 때문에 초점에서의 집광이 높아지는 것으로 인해 노광부의 조도가 향상되어 외래광(단위 렌즈를 통해서 출사하는 비평행광)에 대한 S/N이 향상된다. 그 결과, 외란에 좌우되기 어려운 정확한 차광 패턴을 가지는 렌즈 시트를 얻을 수 있다.

또한, 감광 재료층으로서 렌즈 시트보다 작은 굴절률 층을 마련하고, 그 두께를 조절함으로써 BM의 정예도를 용이하게 조정하는 것이 가능하게 된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

[제1실시예]

도 12는 액정 리어형 프로젝션 텔레비전의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 참조번호 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-A 단면을 위에서 본 단면도이다. 도 13에 있어서 참조번호 38은 프레넬 렌즈, 39는 마이크로렌즈, 40은 블랙 매트릭스부, 41은 보호층, 42는 하드 코트부를 각각 나타내고 있다.

도 1a, 1b는 마이크로렌즈 시트(10)를 도시한 단면도이다.

기판(11)의 한쪽 표면에 방사선 경화형 수지가 경화되어 이루어지는 마이크로렌즈 어레이부(12)가 중합 접착되어 있으며 마이크로렌즈 어레이부(12)는 비구면 형상의 곡면을 가지는 단위 렌즈(13)가 2O0㎛ 이하(바람직하게는 100㎛ 이하)의 피치로 배열된 구성이다.

도 1a에서는 인접하는 단위 렌즈(13)끼리 접해 있는 상태지만, 도 1b에 도시되는 바와 같이 인접하는 단위 렌즈(13)끼리 떨어져도 된다.

100㎛ 이하의 피치로 단위 렌즈(13)를 배열시키기까지의 고정밀화의 요구가 없을 경우에는, 마이크로렌즈 어레이부(12)는 방사선 경화형 수지를 경화시킨 경화물에 의해 형성할 필요는 없으며, 열가소성 수지시트 표면으로의 프레스 성형 등에 의한 형성이어도 된다.

도 2a∼2d는 도 1의 마이크로렌즈 시트(10)를 도시한 평면도이다.

단위 렌즈(13)가 기판(11) 표면에 200㎛ 이하의 피치로 거의 매트릭스 형상으로 배열되지만, 배열 방법에 제약은 없으며, 도 2a에 도시되는 바와 같은 정연하게 눈금 형상(바둑판 모양)의 매트릭스 배열이나 도 2b, 2c에 도시되는 바와 같은 델터 배열이나 도 2d에 도시되는 바와 같은 육각형의 단위 렌즈에 의한 벌집 형상의 배열이라도 된다.

동일 도면에 있어서 인접하는 단위 렌즈 영역이란 단위 렌즈끼리 변으로 접해 있는 경우를 가리키는 것으로 한다.

그리고, 본원 발명에서 규정하는 단위 렌즈는 도 2a는 정사각형, 도 2c에서 는 직사각형, 도 2b에서는 삼각형, 도 2d에서는 육각형이고, 도 2a에서는 단위 렌즈 내에 원형으로 나타내는 렌즈부(곡률)를 가지는 구성이지만, 직사각형, 삼각형, 육각형과 같은 형상으로 이루어지는 단위 렌즈 내 전체가 렌즈부(곡률)를 가지는 구성이어도 된다. 인접하는 단위 렌즈란, 도 2에서는 단위 렌즈가 변으로 접해 있는 경우를 지칭하는 것으로서, 단위 렌즈끼리의 배열 피치란 단위 렌즈 중심의 떨어진 거리를 의미한다.

도 2a(정방형), 도 2b(정삼각형), 도 2d(정육각형)인 경우는 인접하는 단위 렌즈끼리의 배열 피치는 같은 간격이지만, 도 2c(직사각형)인 경우에는 제n열 사이에서의 단위 렌즈의 배열 피치와 제n열과 제n+1열 사이에서의 단위 렌즈의 배열 피치는 달라지게 된다.

그리고, 도 2a에 나타내는 배열인 경우에는, 도 1에서 설명한 것과 같이 인접하는 단위 렌즈(13)끼리 접해 있는 경우나 떨어져 있는 경우가 상정된다.

도 2b, 2c, 2d에 나타내는 배열에서는 단위 렌즈(13)의 배치 피치(가령 100㎛로 함) 이상으로 정밀한 주기성(도 2c의 예에서는 주기(a)와 주기(b)의 조합에 의한 새로운 100㎛ 피치의 주기)을 생기게 하여 프로젝터로부터의 투영 화소의 피치 비율에 기인하는 모아레(moire)의 저감에 한층 공헌하게 되어 우위성을 지닌다.

이와 같은 마이크로렌즈 시트(10)의 제조에 있어서는, 성형용 스탬퍼를 제작하고서 프레스 성형이나 압출 성형 또는 2P법(Photo-Polymer법)에 의한 성형이 채용된다.

상기 스탬퍼는 마이크로렌즈 시트(10)의 역형(즉, 단위 렌즈부가 凹부가 되 는 표면 형상)이고, 금속층의 표면에 기계적으로 상기 凹부를 새기는 것(또는 화학적으로 부식함) 등의 수법 이외에 레이저 가공으로 상기 凹부를 새긴다든지 하는 수법이 이용된다.

어느 수법에 있어서도 단위 렌즈의 곡면 형상을 정확하게 가공하는 것이 필요하거니와 목적(정밀도)에 따른 수법이 선택된다.

또한, 렌즈의 정점로부터의 골 부분의 위치(기재 표면으로부터의 거리)는 단위 렌즈의 곡면 형상에 의해 결정된다. 단위 렌즈가 정방형이나 정육각형으로서 회전 대칭 형상의 렌즈인 경우에는 정점으로부터 골 부분의 길이(높이)가 단위 렌즈의 주변부에서 달라지게 된다.

단위 렌즈의 곡면 형상은 구면이어도 비구면이어도 되고, 또한 수평 방향과 수직 방향의 확산 특성을 다르게 제어할 수 있도록 하기 위해서 상기 凹부 형상을 엄밀하게 제어할 필요가 있다.

또한, 마이크로렌즈 시트(10)의 반렌즈부 쪽이 되는 기판(11)의 평탄 면에 차광층을 형성함에 있어서는, 상기 평탄면에 감광층(감광하는 것으로 점착성이 소실하는 것과 같은 공지의 재료)을 전면에 형성한 후, 마이크로렌즈 어레이 쪽으로부터 노광함으로써 집광부에 노출되는 부분의 감광층을 변성시키고 비집광부에 노출되는 부분에 잉크나 토너를 부착시키는 수법(소위, 렌즈 자체에 의한 자기 정렬로 불리는 공지의 수법)이 정확한 위치에 차광층을 형성하는 데 있어서 바람직하다(미도시).

[제2실시예]

도 5는 본 발명에 관련된 마이크로렌즈 시트(101)의 일례를 도시한 단면도이다.

투명 지지체(103)의 한 면에 방사선 경화성 수지의 경화물에 의해 렌즈부(단위 렌즈군)(102)를 형성하고, 투명 지지체(103)의 반대쪽 평탄면에 각 단위 렌즈의 비집광부에 상당하는 위치에 포지티브형 감광성 점착층(104)을 통해서 스폿 형상의 개구를 가지는 차광 패턴(BM=블랙 매트릭스)(105)을 형성한 구성이다.

투명 지지체(103)에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC) 등을 들 수 있다.

단위 렌즈 지름 및 그와 병설되는 피치는 고정밀 영상의 관찰에 적합한 스크린으로 함에 있어서 200㎛ 이하인 것이 바람직하다.

이와 같은 미세 피치화는 렌즈부를 방사선 경화성 수지의 경화물에 의해 2P법(Photo-polymer법)으로 성형하는 것을 가능하게 한다.

도 5의 예는 굴절률 1.50, 두께 75㎛의 투명 지지체(3) 한 면에 2P법에 의하여 비구면 렌즈 형상으로 단위 렌즈 지름이 80㎛인 렌즈부를 방사선 경화성 수지의 경화물에 의해 형성하고 있다.

동일 도면의 경우, 횡구면 수차의 최대폭이 6㎛(렌즈 지름에 대해 7.5%)가 되어 92.5%의 차광률로 BM을 형성할 수 있게 된다.

동일 재료·치수라도 단위 렌즈 형상이 구면인 경우에는 횡구면 수차의 최대폭이 30㎛(렌즈 지름에 대해 37.5%)이고, 형성 가능한 BM의 차광률은 최대 62.5%까지가 된다.

상기한 마이크로렌즈 시트를 1매 또는 복수매 연결하여 화면 사이즈가 30인치 이상의 리어 프로젝션식 표시장치에 적용함으로써 콘트라스트가 높고 시역이 넓은 영상을 시각할 수 있게 된다.

마이크로렌즈 시트인 경우에는 실린드리컬 렌즈 군을 가지는 렌티큘러 시트에 비해서 렌즈 시트의 연결 경계가 두드러지지 않아 대화면화에 있어서 폐해가 적다.

또한, 상기에 있어서 영상 광원인 프로젝터 쪽에 프레넬 렌즈 시트를 배치하면, 마이크로렌즈 시트에 대해서 평행광을 입사시킬 때에, 프로젝터와 스크린과의 거리를 줄일 수 있고, 표시장치의 전후면 간 거리를 콤팩트화할 수 있을 뿐 아니라 요한 범위에만 휘도가 높은 표시 영상광을 출사함에 있어서 바람직하다.

또한, 상기에 있어서 광확산제를 분산시켜 이루어지는 구성 광확산층을 프레넬 렌즈 시트 쪽 및/또는 마이크로렌즈 시트 쪽 중 어느 위치에 배치해도 된다.

여기에서 사용되는 확산제로서는 무기경 재료로서는 규소, 알루미늄, 칼슘 또는 이러한 물질의 산화물을 포함하는 무기질 분말이나 유리 비즈 또는 유기계 재료로서는 아크릴계 수지, 스티렌계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 아크릴계/스티렌계 공중합 수지 등으로 이루어지는 미립자가 사용되어도 된다.

광확산제의 선택에 있어서 바인더 수지와의 굴절률차 등 광학적 성질이나 표면의 광택, 광확산 기재나 광확산 잉크로서 성형할 때의 분산성이나 성형 때의 취약성 등을 고려할 필요가 있다. 평균 입자의 지름은 5㎛ 이상, 바람직하게는 5∼20㎛, 보다 바람직하게는 5∼10㎛ 정도 것이 적절하다.

광확산층의 병용에 의한 시역 제어에 있어서 정면으로부터 떨어진 관찰 방향에서도 휘도가 완만하게 저하되도록 할 수 있음과 동시에 미소한 렌즈 어레이의 凹凸(매트 면)에 의한 결상에 더해서 영상광을 결상시키는 작용이 향상된다.

단위 렌즈가 미세할수록 마이크로렌즈 시트의 렌즈부 표면은 매트 면과 같이 기능하기 때문에 광확산제를 이용한 광확산층에 대한 의존도는 낮아지지만, 상기 렌즈부 표면만에 의한 결상 및 광확산성으로는 불충분한 경우에 상기 광확산층이 병용된다.

또한, 영사 스크린으로서는 배면 투영형뿐만 아니라, 상기 마이크로렌즈 시트를 1매 또는 복수매의 연결에 의해 화면 사이즈가 30인치 이상의 프론트 프로젝션식 표시장치에 적용하는 것도 가능하다.

반사형 스크린으로서 사용할 경우에는, 마이크로렌즈 시트의 반렌즈부 쪽 전면에 광반사층이 형성된다.

또한, 상기 마이크로렌즈 시트는 광원으로부터의 조명광을 표시 화면 내에서 균일한 휘도 및/또는 균일한 출사 방향으로 제어하기 위한 도광체로서 적용하는 것도 가능하다.

이와 같은 디스플레이로서는 백라이트를 구비하는 액정 표시장치(모니터나 휴대 단말 등)가 대표적이다.

[제3실시예]

이하, 본 발명의 실시예로서의 프로젝션 스크린의 실시예에 대해서 도면에 근거하여 상세히 설명한다.

도 8a, 8b는 본 발명의 프로젝션 스크린에 사용되는 마이크로렌즈 시트 요소 렌즈의 개략도이다. 도 9는 본 발명의 프로젝션 스크린에 사용되는 마이크로렌즈 어레이 시트를 구성하는 요소 렌즈의 사시도이다. 도 10은 본 발명의 프로젝션 스크린에 사용되는 마이크로렌즈 어레이 시트를 구성하는 요소 렌즈의 수직 방향 단면도이다. 도 11은 본 발명의 프로젝션 스크린에 사용되는 마이크로렌즈 어레이 시트를 구성하는 요소 렌즈의 수평 방향 단면도이다. 또한, 이 도면들에 도시되는 렌즈 어레이 시트는 실제로 렌즈 형상의 설계를 해서 이에 근거해서 작성한 형상도이다.

도 8b에서 렌즈 시트 전체의 두께(반렌즈 면의 평탄면으로부터 렌즈의 정점까지의 거리)는 동일지만, 회전 대칭 형상의 토릭 형상의 단위 렌즈인 경우에는 렌즈의 정점으로부터 골 부분까지의 거리는 동일 단위 렌즈 내에서도 A-A' 단면에서의 D1과 B-B' 단면에서의 D2에서는 상이하다.

이 렌즈 어레이 시트의 주요 특징은 렌즈 어레이층을 구성하는 요소 렌즈의 형상이다. 이 렌즈 어레이층은 판 형상의 기재층과 그 방면에 마련된 렌즈층으로 구성되어 있다.

이러한 렌즈 어레이를 구성하는 요소 렌즈는 비구면 형상이고, 또한 렌즈 축에 대해서 비회전 대칭인 3차원 기하학 형상을 가지고 있다. 그 단면 형상에 그 단면을 선택하는 방법에 따라 구면뿐 아니라 타원면, 방물면이나 고차항을 포함하는 소위 비구면 형상을 포함한다.

이와 같은 비구면·비회전 대칭 형상의 렌즈를 사용하면, 광선 사출 시의 굴 절각의 차이를 이용함으로써, 요소 렌즈에 대해서 거의 평행으로 입사하는 입사광(3)이 입사면(1)에서 그 입사 위치에 따라 굴절하고 그 결과 광축에 대해 직교하는 평면 상의 직교 좌표축(수직으로 배치된 스크린에 대해서는 수직 방향과 수평 방향에 상당함)에 대하여 각각 상이한 광선의 굴절률을 가지게 할 수 있기 때문에, 목적에 따른 배광 특성을 얻을 수 있게 된다(도 10, 11 참조).

구체적으로는, 도 10, 11에 도시되는 바와 같이 사출광(4)의 집광 위치가 두께 방향으로 상이한 현상으로서 나타나고 그때의 광선 사출 각도가, 즉 배광 각도 특성에 상당하다.

렌즈 어레이층의 재료로서는 유리, 플라스틱 등의 투명한 재료로서 광학용 부재에 사용하는 물건을, 특히 제한 없이 사용할 수 있으며 생산 효율 등을 고려하면 플라스틱을 사용하는 것이 바람직하다.

플라스틱 소재로서는, 예컨대 폴리메타크릴산 메틸 등 아크릴계 수지, 폴리카보네이트 수지, 아크릴-스티렌 공중합체 수지, 스티렌계 수지, 폴리염화비닐 수지 등을 예시할 수 있다.

또한, 미세 피치의 미세한 가공을 할 수 있기 때문에, 렌즈층의 재료로서는 자외선 경화형 수지나 전자선 경화형 수지와 같은 방사선 경화형 수지를 사용하면 바람직하다. 방사선 경화형 수지로서는, 예컨대 우레탄(메타)아크릴레이트 및/또는 에폭시(메타)아크릴레이트올리고머에 반응 희석제, 광중합개시제, 광증감제 등이 첨가된 조성물 등을 사용할 수 있다. 우레탄(메타)올리고머로서는, 특히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 에틸렌글리콜, 1,4부탄디올, 네오펜틸글리콜, 폴리카프로락 톤폴리올, 폴리에스터폴리올, 폴리카보네이트디올, 폴리테트라메틸렌글리콜과 같은 폴리올류와 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소홀론디이소시아네이트, 트릴렌디이소시아네이트, 키실렌이소시아네이트와 같은 폴리이소시아네이트류를 반응시켜서 얻을 수 있다. 에폭시(메타)아크릴레이트올리고머로서는, 특히 한정하는 것은 아니지만, 예컨대 비스페놀A형 에폭시 수지, 비스페놀F형 에폭시 수지, 페놀노볼라딕형 에폭시 수지, 비스페놀A형 프로빌렌옥시드 부가물의 말단 그리시딜에테르, 프로오렌에폭시 수지 등 에폭시 수지류와 (메타)아크릴산을 반응시켜서 얻을 수 있다.

렌즈 어레이층은, 예를 들어 이하와 같이 제조할 수 있다. 플라스틱으로 이루어지는 기재층 위에 방사선 경화형 수지를 미경화 상태로 도포하고, 그 표면에 성형용 스탬퍼를 눌러서 형틀 압축함과 동시에 소정의 방사선을 조사하여 경화시킴으로써 렌즈층을 형성한다.

상기 성형용 스탬퍼는, 예를 들어 이하와 같이 렌즈층을 형성할 수 있다. 포토리소그래피 기술을 사용하는 수법에서는, 요소 렌즈의 단층 형상을 패터닝한, 복수의 마스크를 준비하고 그 마스크를 사용하여 순차적으로 실리콘 웨이퍼를 노광, RIE 등 이방성 에칭을 수행하며 그 깊이 방향에 순차적으로 패터닝을 반복하여 소정의 설계 형상을 가지는 성형용 스탬퍼를 얻을 수 있다.

이와 같이 렌즈 어레이 시트층은 종래 렌티큘러의 제조 등에 사용되고 있는 방법과 같은 방법에 의해 제조할 수 있다.

감광성 수지층과 차광층은 이하와 같이 행하여 제조할 수 있다. 실제로 프로젝션 스크린으로서 사용하는 상태와 같이 프레넬 렌즈를 나란하게 배치하고, 이 프 레넬 렌즈를 통해서 렌즈 어레이 시트의 렌즈층 쪽으로부터 광선을 조사하면, 렌즈 어레이층을 투과하여 노광된 부분의 감광성 수지층이 변성하며 점착성이 소실한다. 그리고, 이 감광성 수지층에 블랙 카본 등을 포함하는 흑색 전사층을 구비한 전사 필름을 누르면, 점착성이 있는 미노광 부분에 선택적으로 전사층이 전이되어 차광층이 형성된다.

차광층을 형성할 때에, 토릭 마이크로렌즈에 의해 광선이 집광되는 일에 의한 선분 형상의 결상 패턴에 대응하지만, 이 결상 위치는 거의 토릭 마이크로렌즈의 비점수차를 반영하므로 광축 방향(두께 방향)에 최대 2군데 발생한다. 이 2군데의 초점(기하광학상에서는 세지털(sagittal) 초점과 메리디오널(meriodinal) 초점을 지칭함) 중, 렌즈 시트를 형성함에 있어서 최적 위치를 저굴절률층을 사이에 넣는 조정(또는 그와 같이 렌즈를 설계)을 하고, 이 위치에 흑색 차광층을 마련함으로써 한층 고비율 BM 패턴을 얻을 수 있다.

여기서, 저굴절률층을 사용하는 것은 그 굴절력이 약하기 때문에 두께에 대한 공차를 크게 잡을 수 있으며 그 가공성을 향상시킬 수 있기 때문이다.

그리고, 이 차광층 위에 필요에 따라 점착제층, 확산층 및 하드 코트층 등을 마련함으로써 렌즈 어레이 시트로 삼을 수 있다.

이와 같이 이 렌즈 어레이 시트에 있어서는 하나의 토릭 렌즈 어레이의 형상을 적절히 설계함으로써 이 렌즈 어레이층을 투과하는 광선에 대해서 수직 방향과 수평 방향의 쌍방의 배광 특성(시야각)을 제어할 수 있으며, 특히 그 비율을 2/3 이하로 함으로써 프로젝션 스크린으로서 적합한 수직/수평 배광 특성의 배분이 가 능하게 되어 스크린으로서 바람직한 특성을 얻을 수 있다.

또한, 2층의 렌즈 어레이층을 이용하거나 기재층의 양면에 렌즈층을 형성할 경우에 비교해서 재료 비용과 가공 비용을 낮게 억제할 수 있다.

또한, 확산층을 간략화하고, 확산층에서의 광 흡수나 이득의 저하를 적게 할 수 있다. 그 결과, 확산층에 의해 야기되는 백색 산란 현상을 제어하여 높은 S/N비를 실현할 수 있다.

또한, 프레넬 렌즈를 더함으로써, 프로젝터로부터의 투사 거리를 짧게 할 수 있고, 이러한 기능과 양립시킴으로써 우수한 스크린을 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명의 렌즈 어레이 시트 각 층의 두께, 렌즈층의 피치 등은 특별히 한정하지 않고 용도 등에 따라 적절히 변경 가능하다.

[실험예]

이하, 실험예에 의해 본 발명을 더 구체적으로 설명한다.

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

<설계 파라미터>

렌즈 어레이층의 기재층에 있어서 그 재료는 폴리에틸렌디프타레이트, 두께는 0.075mm로 했다. 렌즈 어레이층의 렌즈층에 있어서 그 재료는 UV 감광성 수지, 렌즈간 피치는 0.080mm로서 렌즈 새그(렌즈 산의 높이)가 큰 단면(스크린 좌우 방향에 대응)을 타원으로 하며 렌즈 새그의 작은 단면은 구면으로 하고, 그 새그 양의 비율을 2:1로 한 토릭 면 형상으로 했다. 감광성 수지층으로는 두께 20미크론의 크로말린 필름(상품명: 듀퐁사제)을 사용했다.

이 렌즈 어레이 시트의 렌즈 형성면에 대해서 1에서 5°정도로 콜리메이트된 평행광을 조사하여 감광층의 패턴닝을 수행하고, 두께 2미크론의 먹 박막(카본 블랙의 전사 박막)을 전사하여 차광층으로 한 결과, 렌즈 어레이를 구성하는 마이크로렌즈에 대응한 개구를 지니는 차광층을 얻을 수 있었다.

이와 같이 얻은 렌즈 어레이 시트를 렌즈 어레이 면을 광원 쪽으로 하여 수평 수직 방향의 광확산에 사용하여 렌즈 어레이의 형상에 맞는 시야각을 개별적으로 얻는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명의 마이크로렌즈 시트는 프레넬 렌즈 시트의 조합에 의한 2매의 렌즈 시트로 이루어지는 단순한 구성의 리어형 프로젝션 스크린의 제조에 적합하고 고해상도 화질의 영상을 모아레를 인식하는 일 없이 시각함에 있어서 적절하다.

본 발명의 마이크로렌즈 시트에 의하면, 단위 렌즈군이 200㎛ 이하의 고정밀 피치로 병설되고, 렌즈부에 의한 표시광의 출사 방향(범위)을 넓은 시역이 되게끔 제어하는 것이 가능하다.

특히, 본 발명에 의하면 상기 마이크로렌즈 시트의 반렌즈부 쪽에 차광률이 높은(75% 이상) 블랙 매트릭스를 형성함에 있어서도 개구부/차광부의 경계가 선명한 고정밀 블랙 매트릭스의 형성이 용이해진다.

또한, 본 발명의 프로젝션 스크린에 사용되는 마이크로렌즈 어레이부를 가지는 마이크로렌즈 시트에 의하면, 렌즈 어레이층을 투과하는 광선에 대해서 수직 방향과 수평 방향 쌍방의 배광 특성(시야각)을 요소 렌즈의 토릭 면 형상을 적절히 바꿈으로써 제어할 수 있다. 이는 스크린의 광학 특성을 능동적으로 제어 가능함을 제시하고 있으며 개발 기간의 단축, 비용 삭감으로 큰 효과를 가진다.

또한, 1매의 마이크로렌즈 시트로 수직 방향과 수평 방향에 독립된 시야각을 자유자재로 설정할 수 있기 때문에, 1) 가공에 관련된 비용을 현저하게 저감시키면서, 2) 확산제의 양(효과)을 이미 가진 재료에 맞추어서 설정할 수 있도록 재료의 개발/조합이 필요하지 않으며, 3) 광선의 흡수(광양 손실)를 최저 한도로 억제할 수 있으므로 마이크로렌즈 시트를 사용한 용이하게 밝은 프로젝션 스크린을 얻을 수 있게 된다.

또한, 확산제를 종래의 스크린과 비교하여 감소시킬 수 있으므로, 외광의 반사 산란을 억제하고 투명도가 향상되기 때문에 차광층의 광흡수 작용을 증가시키게 되어 종래에 없던 S/N이 향상된 마이크로렌즈 시트를 이용한 프로젝션 스크린을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 마이크로렌즈 시트의 일례를 도시하는 단면도이다.

도 2는 도 1의 마이크로렌즈 시트를 도시한 평면도이다.

도 3a는 단위 렌즈가 구면 형상인 경우(종래 기술)의 광 경로를 도시하는 단면도이고, 도 3b는 횡구면 수차를 나타내는 그래프이다.

도 4a는 단위 렌즈가 본 발명에 규정하는 바와 같은 비구면 형상인 경우의 광 경로를 도시한 단면도이고, 도 4b는 횡구면 수차를 표현하는 그래프이다.

도 5는 본 발명에 관계된 마이크로렌즈 시트의 일례를 도시하는 단면도이다.

도 6은 본 발명에 관계된 횡구면 수차가 적은 단위 렌즈의 단면 형상의 일례를 도시하는 곡선이다.

도 7은 단위 렌즈가 본 발명에 규정하는 바와 같은 비구면 형상인 경우의 BM 면에서의 노광 분포 예시를 도시하는 그래프이다.

도 8a, 8b는 본 발명 프로젝션 스크린에 사용되는 마이크로렌즈 시트 요소 렌즈의 개략도이다.

도 9는 본 발명의 프로젝션 스크린에 사용되는 마이크로렌즈 어레이 시트를 구성하는 요소 렌즈의 사시도이다.

도 10은 본 발명의 프로젝션 스크린에 사용되는 마이크로렌즈 어레이 시트를 구성하는 요소 렌즈의 수직 방향 단면도이다.

도 11은 본 발명의 프로젝션 스크린에 사용되는 마이크로렌즈 어레이 시트를 구성하는 요소 렌즈의 수평 방향 단면도이다.

도 12는 본 발명의 마이크로렌즈 시트를 사용한 리어형 프로젝션 표시장치의 예이다.

도 13은 본 발명의 마이크로렌즈 시트를 사용한 프로젝션 표시장치의 스크린 구조를 도시하는 도면이다.

Claims (14)

1. 기판의 적어도 한 면에 단위 렌즈가 2차원적으로 매트릭스 배열하여 이루어지는 마이크로렌즈 어레이부를 가지는 마이크로렌즈 시트로서, 개개의 단위 렌즈 지름 및 그 배열 피치는 0보다 크고 200㎛ 이하이며, 개개의 단위 렌즈에 의한 광선 사출 각도의 범위가 마이크로렌즈 시트 주 평면에의 법선에 대해 ±30°이상이고, 또한 개개의 단위 렌즈에 의해 생기는 횡구면 수차의 범위를 렌즈 지름에 대해서 0%<횡구면 수차≤50%가 되도록 설계하여 이루어지고,

   상기 단위 렌즈의 특정 방향의 단면 형상이 상기 특정 방향과 직교하는 방향의 단면 형상에 대해 토릭 면으로 이루어지고, 상기 토릭 면은 상기 특정 방향의 단면의 곡률부 두께에 대한 상기 특정 방향과 직교하는 방향의 단면의 곡률부 두께의 비가 2/3 이하로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 시트.
2. 제1항에 있어서,

   상기 마이크로렌즈 어레이부와는 반대쪽 기판의 표면에는 개개의 단위 렌즈에 의한 집광부에 해당되는 개소가 개구부가 되는 차광층이 형성된 구성인 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 시트.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 차광층이 마이크로렌즈 어레이부의 전면적에 대해서 75% 이상의 면적으로 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 시트.
4. 제1항 또는 제2항에 기재된 마이크로렌즈 시트의 제조 방법으로서, 투명지지체 상에 렌즈부를 방사선 경화형 수지의 경화물에 의해 성형함으로써 작성하는 것을 특징으로 하는 마이크로렌즈 시트의 제조 방법.
5. 광원;

   기판의 적어도 한 면에 단위 렌즈가 매트릭스 형태로 배열된 마이크로렌즈 어레이부를 가지는 마이크로렌즈 시트;를 포함하고,

   상기 단위 렌즈의 지름 및 그 배열 피치는 0보다 크고 200㎛ 이하이며, 개개의 단위 렌즈에 의해 생기는 횡구면 수차의 범위를 상기 단위 렌즈 지름에 대해서 0%<횡구면 수차≤50%가 되도록 설계하여 이루어지고,

   상기 단위 렌즈의 특정 방향의 단면 형상이 상기 특정 방향과 직교하는 방향의 단면 형상에 대해 토릭 면으로 이루어지고, 상기 토릭 면은 상기 특정 방향의 단면의 곡률부 두께에 대한 상기 특정 방향과 직교하는 방향의 단면의 곡률부 두께의 비가 2/3 이하로 이루어진 것을 특징으로 하는 백라이트.
6. 제5항에 있어서,

   상기 마이크로렌즈 시트가 상기 광원으로부터 조명된 광을 균일한 휘도 또는 균일한 출사 방향으로 제어하기 위한 도광체로서 적용되는 것을 특징으로 하는 백라이트.
7. 제5항에 있어서,

   상기 마이크로렌즈 어레이부는 방사선 경화 수지가 경화되어 상기 기판의 한 면에만 중합 접착하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 백라이트.
8. 제5항에 있어서,

   상기 마이크로렌즈 어레이부는 비구면 형상의 곡면을 가지는 단위 렌즈만을 가지는 것을 특징으로 하는 백라이트.
9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 단위 렌즈가 직사각형 격자 형상, 델터 형상 또는 벌집 형상으로 배열된 것을 특징으로 하는 백라이트.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 단위 렌즈 영역의 형상이 삼각 형상 또는 육각 형상인 것을 특징으로 하는 백라이트.
13. 제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 백라이트는 액정 표시 장치에 사용되는 것을 특징으로 하는 백라이트.
14. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 백라이트를 포함하고,

    상기 광원으로부터의 조명광이 마이크로렌즈 시트를 통하여 균일한 휘도 및 균일한 출사 방향 중 어느 하나로 제어되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.

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