KR100606216B1 - 광분산 필름 및 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 비드 광분산 필름은 기판층과, 이 기판층의 일측에 걸쳐 배치되며 예정된 두께를 갖는 광투명층을 가진다. 광투과성 비드(156, 158, 160)가 광투명층(153) 속으로 부분적으로 침투하도록 배열되어, 비드와 투명층 사이 계면에 투명한 구멍을 형성한다. 비드(156) 반경은 광투명층의 두께보다 크다. 비드들(156, 158, 160) 사이의 틈새 속에는 투명층 상에 흡수층(154)이 배치된다. 본 발명에 따른 필름 제조 방법은 투명 기판층에 걸쳐 배치된 광투명층 내에 부분적으로 광투명 비드를 배치하는 단계를 포함한다. 광투명층은 투명 비드의 직경의 절반 미만의 두께를 가진다. 광투명층 위에는 흡수층이 놓인다.

Description

광분산 필름 및 제조 방법{LIGHT DISPERSING FILM AND METHOD OF MANUFACTURE}

본 발명은 일반적으로 광분산 필름 및 제조 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 비드 광분산 필름에 관한 것이다.

비드 광분산 필름은 스크린의 일측으로부터 타측 상의 관찰자에게 영상을 투과하기 위한 리어 프로젝션 스크린 및 모니터에 사용된다. 이러한 필름은 전형적으로 기판 필름에 부착된 다수의 작은 비드를 포함하며, 비드를 통해 투과되지 않는 모든 빛이 불투명층에 의해 흡수되도록 이들 비드 사이에 배치된 불투명층을 포함한다. 불투명층은 관찰자측으로부터 필름 상에 입사되는 주변 잡광도 흡수하며, 따라서 관찰자에 의해 감지되는 배경광을 감소시킨다.

분산 필름은 이득, 해상도, 투과성, 주변 잡광 제거 및 계조(階調)에 의해 특징을 이루며, 이들 성질은 그 구성에 사용되는 구조 및 재료에 의해 결정된다. 이득은 수직 입사로부터 측정되는 각의 함수로서 필름에 의해 투과되는 빛의 세기를 측정한 것이며, 적어도 부분적으로 비드 및 주위 재료의 굴절률에 의해 결정된다. 특정 필름의 가시각은 빛의 세기가 정축으로 투과된 빛의 세기의 절반이 되는 가시각으로서 정의된다. 필름의 해상도는 적어도 부분적으로 비드의 크기에 의해 결정된다. 주변 잡광 제거 및 계조(階調)는 불투명층의 흡수에 의해 영향을 받는다.

필름의 다양한 부분의 광학적 성질의 상호 의존성은 필름 특성의 최적화를 한정한다. 따라서, 이득, 해상도, 효율, 주변 잡광 제거 및 계조에 있어서 월등한 특성을 가지는 새로운 필름을 제조할 수 있기 위해서 이 상호 의존성을 극복할 필요가 있다.

일반적으로, 본 발명은 광분산 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 일 실시예에서, 필름은 광투명층을 가지며, 이 광투명층의 제1 표면 속으로 적어도 부분적으로 침투하도록 배열되어 투명층과의 사이 계면에서 투명한 구멍을 형성하는 광투과성 비드를 가진다. 비드 사이 틈새 내에, 투명층 상에 흡수층이 배치된다. 비드는 광투과성 비드를 퉁한 빛의 최대 투과를 실질적으로 얻으면서 동시에 최대 광투과를 위해 필수적인 최적의 계조를 유지하도록 선택된 깊이로 투명층 속으로 침투한다.

다른 실시예에서, 필름은 지탱 표면을 갖는 광추명 재료층과, 선택된 형상과 굴절률을 가지면서 상기 지탱 표면 상에 단일층 배열로 배열되어 있는 복수의 광투과성 재료의 비드를 포함하며,각각의 비드는 적어도 부분적으로 광투과성 재료층 내에 배치되어 계면을 형성하고, 계면은 투명한 출구 구멍을 이룬다. 광필터의 주변 잡광 거부를 제어하기 위해서 그리고 복수의 비드에 의해 형성되는 틈새를 통한 광투과를 감소시키기 위해서, 선택된 두께를 가지는 광흡수 재료층이 광투명 재료 층에 고정된다. 비드는 복수의 비드를 통한 광투과를 실질적으로 최대화하도록 선택된 깊이로 광투명 재료층 속으로 침투한다.

다른 실시예에서, 필름은 투명층의 제1 표면 속으로 적어도 부분적으로 침투하도록 배열된 광투과 비드를 포함한다. 비드는 비드와 투명층 사이 계면에서 투명한 구멍을 형성한다. 비드 사이 틈새 속에 투명층 상에는 흡수층이 배치되며, 흡수층과 광투과성 비드에 걸쳐서 투명 덮개층이 배치된다.

필름 제조 방법은 광투명층 속으로 부분적으로 광투명 비드를 배치하는 단계와 광투명층 위에 흡수층을 배치하는 단계를 포함하며, 광투명층 속으로 비드가 침투하는 깊이는 광투명 비드를 통한 광투과를 실질적으로 최대화하도록 선택된다.

이상의 본 발명의 요약은 본 발명의 모든 실시예와 방법 수행을 설명하고자 하는 것은 아니다. 도면과 이하 상세한 설명이 이들 실시예를 더욱 구체적으로 예시한다.

도 1a 및 도 1b는 흡수층 내에 배치된 출구 구멍을 구비한 굴절 비드를 갖는 분산 필름을 도시하는 도면.

도 1c 내지 도 1e는 본 발명에 따른 필름의 실시예들을 도시하는 도면.

도 2a 및 도 2b는 각각 도 1a 및 도 1b의 필름에 대한 비드 굴절률에 대한 광투과 선도를 나타낸 도면.

도 3은 다양한 값의 덮개층 굴절률에 대한 도 1b의 필름에 대한 비드 굴절률에 대한 광투과 선도를 나타낸 도면.

도 4는 다양한 값의 덮개층 굴절률에 대한 도 1c의 필름에 대한 비드 굴절률에 대한 광투과 선도를 나타낸 도면.

도 5는 필름의 가시측 상에 편광층을 가지는 본 발명에 따른 필름의 제2 실시예를 도시한 도면.

도 6은 편광층 및 1/4 파장 지연층을 가지는 본 발명에 따른 필름의 제3 실시예를 도시한 도면.

도 7은 필름의 입력측 상에 프레넬 렌즈를 가지는 본 발명에 따른 필름의 제4 실시예를 도시한 도면.

도 8은 흡수층에 걸쳐 산란층을 가지는 본 발명에 따른 필름의 제5 실시예를 도시한 도면.

도 9는 흡수층 내에 분산된 산란 입자를 가지는 본 발명에 따른 필름의 제6 실시예를 도시한 도면.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 필름 상의 비드의 육방형 패킹 배열을 도시하는 도면.

도 11은 분산 필름의 제1의 제조 방법을 나타내는 도면.

도 12은 분산 필름의 제2의 제조 방법을 나타내는 도면.

도 13a 및 도 13b는 분산 필름의 제3의 제조 방법을 나타내는 도면.

도 14a 내지 도 14c는 분산 필름의 제4의 제조 방법을 나타내는 도면.

도 15는 투명한 상측 코팅을 구비하는 2층 필름 내 비드를 통과하는 빛의 굴절을 도시하는 도면.

도 16은 열가소성 투명층에 대한 비드 침투 깊이 및 가열 시간 사이의 관계를 나타내는 도면.

도 17a 내지 도 17d는 분산 필름의 다른 제조 방법에서 제조 단계를 각각 나타내는 도면.

도 18a 내지 도 18d는 분산 필름의 다른 제조 방법에서 제조 단계를 각각 나타내는 도면.

도 19는 비드 침투 깊이의 함수로서 필름 계조 및 투과성을 나타내는 선도.

본 발명은 광분산 필름에 적용 가능하며, 특히 리어 프로젝션 스크린 및 모니터와 함께 사용되는 광분산 필름에 적합하다고 생각된다. 본 발명의 장점 중 하나는 필름의 다양한 부분의 광학적 성질의 상호 의존이 감소되며, 따라서 선택된 필름 특성이 다른 특성에 악영향을 미침이 없이 최적화되도록 한다는 점이다. 이는 비교를 위해서, 불투명층(104)에 의해 덮인 기판층(102)을 갖는 필름(100)을 도시하는 도 1a를 참조하여 이해될 수 있다. 이 필름에서는, 굴절성 비드(106, 108, 110)가 불투명층(104) 내에서 지탱된다. 영상광(114)이 광원으로부터 필름(100)의 배면에 입사된다. 영상광(114)의 일부는 비드(106, 108, 110)를 통과할 때 굴절되며, 불투명층(104)이 가장 얇은 곳인 출구부(116, 118, 120)로 각각 인도된다. 일반적으로 빛은 출구부(116, 118, 120)를 통하여 기판(102)으로 빠져나가며, 필름의 가시측(113)으로 방출된다.

불투명층(104)은 비드 지탱, 비드의 출구 구멍 형성, 비드 사이의 틈새를 통 한 광투과 제어 및 주변 잡광(雜光) 제어를 포함하는 많은 기능을 한다. 이상적으로는, 불투명층의 불투명성은 틈새광 및 주변 잡광을 제어하기 위해서 높다. 그러나, 불투명층의 불투명성은 비드의 상기 구멍을 제어하기 위해 낮아야 한다. 그 이유는 비드의 출구부를 통과하는 빛의 대부분이 불투명층(104)의 일부를 통과하기 때문이다. 적당한 양의 빛이 출구부를 통과하도록 허용하고 따라서 필름의 투과성을 높이기 위해서, 투명층은 불투명성이 낮아야 한다. 따라서, 불투명층의 광학적 특성들에 있어서 타협이 요구되며, 주변 잡광 및 틈새광 제어를 최적화하고 동시에 필름의 투과성을 최적화하는 것이 불가능하지는 않다고 하더라도 어렵다.

필름(100)을 통한 투과성이 낮아야 하는 다른 이유는 필름(100) 제조를 위해 사용되는 비드가 전형적으로 크기가 다양하기 때문이다. 예를 들어, 필름(100) 제조에 사용되는 비드는 평균 직경이 60 ㎛이고 표준 편차가 12 ㎛일 수 있다. 따라서, 제조 공정 동안에 불투명층(104) 내로 비드가 가압될 때, 비드(106, 110)와 같은 큰 비드는 기판층(102)에 인접하게 아래로 가압되며, 한편 작은 비드, 예를 들어 비드(108)는 그만큼 가압되지는 않는다. 이 때문에, 작은 비드(108) 아래에 놓인 불투명층(104)의 두께 d는 상당한 값이 되며, 작은 비드(108)로부터 나오는 빛을 흡수한다.

비드를 보호하거나, 비드를 필름 내에 지탱하거나 또는 다른 필름을 수용하기 위한 평탄한 표면을 제공하기 위해, 도 1b에서와 같이, 비드(106, 108, 110) 및 불투명층(104)을 덮는 덮개층(112)이 사용될 수도 있다.

불투명층(104)과 관련한 문제점은 필름(100)의 투과성에 심각한 영향을 준 다. 이는 도 2a에 도시되어 있으며, 도 2a는 상이한 값의 d에 대한 △n의 함수로서 필름(100)을 통한 빛의 분산 투과의 예상되는 변화를 도시하며, △n은 비드에 진입할 때 빛이 겪게 되는 굴절률 변화이다. 덮개층(112)이 없을 때, △n = n₁ - 1이며, n₁은 비드의 굴절률이다. 덮개층의 굴절률이 n₀이면, △n = n₁ - n₀ 이다. 그래프에 나타낸 값은 마이크론 단위이다. 불투명층의 흡수율은 0.5 ㎛^-1인 것으로 가정하였다. 선도는 두께 d가 무시할 수 있을 정도인 실제는 불가능한 경우에 대하여 유리 비드 굴절률 1.5에 대하여 최대 효율이 약 75 %가 됨을 나타내고 있다. 실제적으로는, 두께 d는 1 ㎛이상의 정도이며, 특히 비드 크기에 있어서 큰 변화가 있다. 투과는 d의 실제적인 값이 고려될 때 현저히 감소하며, d = 1 ㎛인 경우에 최대값이 약 42 %일 뿐이다. 투과는 d = 3 ㎛인 경우에 대하여 약 16 %로 더 저하된다.

비드(106, 108, 110)의 굴절 효과는 비드(106, 108, 110) 내로 통과할 때 빛이 겪게 되는 굴절률 변화에 의존한다. 덮개층(112)의 굴절률은 공기의 굴절률보다 일반적으로 크기 때문에, 비드(106, 108, 110)의 촛점 배율은 덮개층(112) 존재시에 감소된다. 따라서, 비드(106, 108, 110)를 떠나는 빛은 출구부(116, 118, 120)에서 덜 집중되며, 그 결과 빛의 더 많은 부분이 불투명층(104)의 상당한 두께를 통하여 통과하며 흡수된다. 따라서, 덮개층(112)의 도입은 필름(100)에 의해 투과되는 빛의 전체량에 영향을 준다.

투과에 미치는 이 효과는 도 3에 나타내었으며, 도 3은 덮개층(112)의 두 가지 값의 굴절률 n₀에 대하여 비드 굴절률의 함수로서 계산되는 비드가 형성되어 있 는 필름을 통한 광투과의 선도를 도시한다. 나타낸 결과를 얻기 위해 계산할 때, d = 0 ㎛이고, 비드는 최대 패킹 밀도에서 패킹된 것으로 가정하였다. 이들 선도는, 비드의 굴절률이 증가할수록, 즉 △n이 증가할수록, 비드의 촛점 맞춤 효과가 증가하고 따라서 더 많은 빛을 중앙에 집중시키고 비드 출력의 더 작은 부분이 손실되고 전체 투과가 증가한다는 것을 설명한다. 또한, 주어진 비드 굴절률에 대하여, 덮개층 굴절률이 낮을수록 투과성은 높다. 그러나, 덮개층에 사용 가능하면서 1.3 정도로 낮은 굴절률을 갖는 재료는 거의 없으며, 사용 가능한 여러 재료들은 1.5에 근접한 굴절률을 갖는다. 따라서, 도 1b에 도시한 종류의 실제 필름은 낮은 투과성을 갖는다는 문제점이 있다.

따라서, 상기 종류의 비드가 형성된 분산 스크린의 투과성이 상당히 부족하다. 이 투과성 부족은 단일-분산 비드, 즉 균일 크기의 비드를 사용함으로써 감소될 수도 있다. 그러나, 크기가 작으면서 크기가 균일한 비드를 생산하는 것은 비용 소모가 크며, 따라서 필름의 소요 비용을 증가시킨다. 또한, 경험에 의하면, 단일-분산 비드를 사용하는 때에도, d의 값을 투과성에 미치는 효과가 무시할 만한 마이크론 이하 수준으로 감소시키는 것이 매우 어렵다. 게다가, 단일-분산 비드의 사용은 덮개층과 관련된 투과성 감소의 문제점을 해결하지 못한다.

관련된 문제점 중 하나는 불투명층(104)이 다기능을 수행한다는 사실로부터 발생된다. 불투명층(104)은 비드 사이를 통과하는 틈새광을 흡수하며, 가시측으로부터 필름(100)에 입사되는 주변 잡광을 흡수하며, 각각의 비드의 출구부의 직경을 제어한다. 불투명층은 각각의 비드의 거의 모두 아래에 놓이므로, 비드로부터 빠져 나가는 빛의 대부분은 불투명층(104)의 일부를 통과한다. 필름(100)을 통한 투과성을 증가시키기 위해, 비드를 빠져나가는 빛은 심하게 흡수되지 않아야 하며, 따라서 불투명층의 흡수 길이는 길어야 한다. 한편, 주변 잡광 및 틈새광을 제어하기 위해서, 불투명층의 흡수 길이는 짧아야 한다. 이들 흡수 깊이에 대한 필요성은 상충된다. 따라서, 불투명층(104)이 다기능을 수행하므로, 그 광학적 성질은 최적의 필름 기능을 이루지 못한다.

필름에 존재하는 이들 문제점에 비추어, 다른 방식의 접근이 필요하다.

본 발명의 필름은 단일-분산 비드를 사용해야할 필요 없이 낮은 투과성의 문제점을 감소시킨다. 대신에, 비드의 출구면은 흡수층 내에 있는 것이 아니라, 광투과성 재료 내에 위치된다. 구체적인 접근 방식 중 하나에서, 광학적으로 투명한 층이 불투명층과 기판층 사이에 배치된다. 비드는 이 투명층 속으로 침투하며, 따라서 비드의 출구부와 기판 사이에는 불투명 재료가 최소화되거나 존재하지 않게 된다. 또한, 비드의 출구 구멍의 크기를 제어하는 것은 투명층이며, 불투명층이 아니다. 다른 구체적인 접근 방식에서, 비드는 흡수층을 통하여 투명한 기판층 속으로 침투하며, 따라서 비드와 기판 사이에는 불투명층이 존재하지 않게 된다. 또한, 비드의 출구 구멍의 크기를 제어하는 것은 투명 기판층 속으로 침투하는 비드의 깊이이며, 불투명층이 아니다.

따라서, 도 1a에 설명된 필름에서 불투명층에 상충하는 요구를 부과하는 기능은 해소되며, 종래의 필름보다 필름의 기능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 구체적인 실시예 중 하나가 도 1c에 도시되어 있다. 필름(150)은 투명 기판층(152)을 가지며, 그 위에는 두께가 t인 광학적으로 투명한 재료의 층(153)이 배치되어 있다. 전형적으로, t는 비드의 반경보다 작으며, 1 마이크론 정도의 두께를 가질 수 있다. 기판층(152)은 아크릴을 포함하는 적당한 임의의 투명성 재료로부터 형성될 수 있다. 필름(150)이 유연성이고자 한다면, 기판층(152)은 폴리에스테르로부터 형성될 수 있고 또는, 광학적으로 등방성인 재료가 요구된다면 폴리카보네이트로부터 형성될 수 있다. 투명 재료(153)는 기판층(152) 상에 광학적으로 투명한 폴리머층을 코팅함으로써 형성될 수도 있다. 폴리머는 열가소성 또는 감압(感壓) 접찹제와 같은 유연성 재료일 수도 있고, 예를 들어 열경화성 또는 복사에 노출함으로써 경화될 수 있는 폴리머와 같은 경화성 투명층일 수도 있다.

투명 재료의 층(153) 상에는 흡수층(154)이 놓인다. 흡수층(154)은 비드(168, 170) 사이에서 통과하는 틈새광(165)을 소멸시킴으로써 필름 계조(階調)가 높게 유지되도록, 전형적으로 4를 초과하는 광밀도를 갖는다. 흡수층(154)은 그 속에 염료, 안료 또는 카본블랙과 같은 광흡수제를 가지는 폴리머로부터 형성될 수도 있다. 흡수층(154)은 카본블랙, 흑색 염료, 불투명 입자 또는 무기 입자의 분말 코팅일 수도 있다. 구체적인 일 실시예에서, 흡수층(154)은 관통하여 배치된 흑색 입자를 가지는 투명 바인더로부터 형성된다. 이 바인더는 예를 들어 아크릴레이트나 다른 UV-경화성 폴리머일 수 있다.

흡수층은 매우 높은 광밀도를 가지는 것으로 제조될 수도 있다. 또한, 단일층 필름(100)과는 달리, 필름(150)의 흡수층(154)은 비드를 지지하는 데 사용될 필 요가 없다. 따라서, 흡수층(154)은 비드 직경에 비해서 매우 얇게 만들어질 수 있다.

비드(156, 158, 160)는 출구부(166, 168, 170)가 투명 재료(153) 내에 놓이도록 흡수층(154)을 통하여 투명 재료(153) 속에 침투하도록 위치된다. 비드는 유리 비드일 수도 있지만, 폴리메틸메타크릴레이트와 같은 폴리머 재료를 포함하는 다른 광투명 재료로부터 제조될 수도 있다.

투명 재료(153)의 층은 비드 반경보다 충분히 작도록, 비드 반경의 약 10 %보다 작게 제조될 수도 있으며, 이에 의해 비드의 저부 둘레에 충분한 흡수 재료가 존재하여 높은 필름 계조(階調)를 유지한다.

필름(150)은 비드(156, 158, 160) 및 흡수층(154)을 덮는 덮개층(162)을 갖는 것으로 또는 갖지 않는 것으로 사용될 수도 있다. 덮개층(162)은 폴리머, 졸-겔 코팅 등과 같은 임의의 적당한 투명 재료로부터 형성될 수도 있다. 덮개층(162)에 의해 제공되는 장점은 비드 보호, 필름 내 비드 지탱 및 향상된 분산공 투과성을 포함한다. 덮개층(162)은 추가적인 층이 위에 놓일 수 있는 평탄한 외측 표면을 제공할 수도 있다. 도 1d에 도시한 바와 같이, 덮개층(162a)은 비드의 표면 형태를 따르는 것일 수도 있으며, 그 효과는 비드의 곡률 반경이 감소된다는 것이다.

비드(156, 158, 160)의 출구부(166, 168, 170)는 투명 재료(153) 내에 위치된다. 이 구조에 의해 제공되는 장점은, 비드(158)가 인접 비드(156, 160)보다 작은 경우에도, 출구부(168)로부터 빠져나가는 빛이 투명 재료(153) 내에 전달되고, 기판층(152)을 통하여 필름의 가시측에 전달된다는 것이다. 따라서, 비드의 출구에 흡수 재료가 위치하는 것이 방지된다. 필름(150) 내의 투과 구멍은 투명 재료(153)의 두께에 의해 효과적으로 제어된다. 따라서, 필름(150)의 투과성은 단일층 필름(100)의 투과성보다 높다.

필름의 다른 실시예(180)가 도 1e에 도시되어 있으며, 도 1e에서 비드(156, 158, 160)는 투명층(152) 속으로 침투하며, 투명층은 필름(180)을 지탱하는 작용도 한다. 비드(156, 158, 160)는 투명층(152) 속으로 침투하며 침투 깊이가 대략 t이다. 이 실시예는 분리된 투명 재료층(153)이 없다는 점에서 도 1c에 도시된 것과 다르다. 이 필름(180)에서, 투명 재료(153)의 기능은 투명층(152)에 의해서 제공된다. 이 실시예는 더 적은 층이 존재하기 때문에, 도 1c의 구조보다 더 단순한 구조를 갖는다. 필름(180)의 투과 구멍은 비드가 투과층(152) 속으로 침투하는 깊이에 의해 효과적으로 제어된다. 따라서, 필름(180)의 투과성은 단일층 필름(100)의 투과성보다 더 높다.

이하에 제시하는 추가적인 실시예의 대부분은 비드가 침투하는 기판층 및 얇은 투명층을 갖는다는 점에서 기술된다. 이것은 어떤식으로도 본 발명을 한정하고자 의도된 것이 아니며, 본 발명은 예를 들어 도 1e에 도시된 바와 같이 비드가 흡수층을 통하여 단일의 투명층 속으로 침투하도록 되어 있는 실시예들을 포함하는 것으로 의도된 것이라는 점을 이해할 것이다.

도 2b는 비드에 진입할 때의 굴절률 변화 △n의 함수로서 필름(150)을 통과하는 계산되는 광투과를 나타낸다. 흡수층(154)은 두께가 20 ㎛이고 광밀도가 0.5 ㎛^-1인 것으로 가정한다. 투명 재료의 다양한 두께 t( 또는 침투 깊이)에 대응하여 여러 개의 곡선이 도시되어 있다. 투명 재료(153)의 층의 추가( 또는 투명층 속으로 비드의 침투)는 비드에 의해 투과되는 빛의 흡수를 감소시키며, 따라서 도 2a에 도시한 바와 같이 단일층 필름(100)을 사용하여 얻어지는 투과값보다 훨씬 많은 양의 빛이 투과된다.

필름(150, 180)의 다른 장점은, 필름(100)과는 달리 덮개층(162)의 부가가 전체 광투과에 심각한 감소를 일으키지 않으며 실제로 투과성을 향상시킬 수도 있다는 점이다. 도 4는 두 개의 값의 덮개층 굴절률에 대하여 비드 굴절률의 함수로서 필름(150, 180)에 의해 투과되는 빛의 분률을 나타낸다. 투과층을 제외하고는, 이들 결과를 얻기 위해 계산에 적용된 가정은 도 3에서 사용된 것과 동일했다. 도 3과 도 4에 설명된 결과 사이에는 중요한 몇몇 차이점이 있다. 첫째로, 필름(150 또는 180)의 투과성은 나타낸 전범위의 비드 굴절률에 걸쳐서 단일층 필름(100)보다 상당히 높다는 것을 주목하여야 한다. 둘째로, 주어진 덮개층 굴절률에 대하여, 전범위의 비드 굴절률에 걸쳐서 투과성의 변화는 단일층 필름(100)에 대한 경우보다 작다는 것이다. 이들 투과성 향상은 적어도 부분적으로, 비드의 출구 구멍이 투명층(153)이나 기판층(152)에 비드가 침투함으로써 제어되는 것이며 흡수층(154)에 의해 제어되는 것이 아니기 때문에 발생되는 것이다. 따라서, 비드에 의해 투과되는 빛의 양은 비드의 굴절 배율에 중요하게 의존하는 것이 아니며, 따라서 덮개층(162)의 도입은 투과성에 영향을 덜 미친다. 따라서, 비드와 덮개층의 굴절률은 필름(150, 180)의 이득 및 가시각을 제어하기 위해 독립적으로 선택될 수 있으며, 필름의 투과성에 영향을 거의 미치지 않는다.

높은 광투과성을 갖는 필름(150)에 대응하는 투명층(153)의 두께의 최소값 t_min은,

에 의해서 주어지며,

상기 식에서, r은 비드의 반경이고, x는 x = n₁/n₀에 의해 주어지는 비율이며, 여기에서 n₁은 비드의 굴절률이며 n₀는 덮개층(162)의 굴절률이다. 필름을 통한 빛의 투과는 투명층의 두께 t가 t_min보다 작을 때에 감소된다. t_min보다 큰 두께를 갖는 필름에 대하여, 즉 t > t_min인 경우에, 투과성은 높다. 그러나, 필름 계조는 높은 값의 t에 대하여 감소한다. 따라서, 높은 필름 투과성 및 높은 계조가 중요한 적용 분야에 대하여, 투명층의 두께는 대략 t_min에 일치하도록 설정된다.

예를 들어 도 1e에 설명된 바와 같이, 비드가 흡수층을 통하여 단일 투과층 속으로 침투하는 경우에, 상기에서 논한 사항은 t가 기판층 속으로 비드가 침투하는 깊이가 되도록 취해진 경우에 역시 적용 가능하다는 것을 이해할 것이다. 이러한 경우에, t_min보다 낮은 침투 깊이는 필름을 통한 빛의 투과가 최적의 것이 아니게 된다.

상기와 같이 주어진 t_min에 대한 식에서 x 값은 2 이하로 유지되며, 그 이유는 도 15를 참조하여 이해될 수 있다. 필름은 기판층(1502), 투명층(1503), 광흡수층(1504) 및 투명 덮개층(1512)을 포함한다. x가 2 이하인 경우에 대하여 입사 광 선(1520)이 실선으로 도시되어 있다. 광선(1520)은 굴절률이 n₀인 덮개층(1512)에 필름에 수직한 방향으로 진입한다. 광선(1520)은 굴절률이 n₁인 비드(1506)에 진입할 때 굴절된다. 광선(1520)은 비드(1506)를 빠져나올 때 다시 굴절되며, 투명층(1503) 속으로 그 후에 기판(1502)으로 진입하며, 투명층(1503) 및 기판(1502)은 각각 굴절률이 n₂로 주어진 것으로 가정한다. 필름을 빠져나올 때, 광선(1520)은 도시한 바와 같이 각 η로 빠져나온다.

2 이하의 x에 대하여, 기판과 광선(1520)이 비드(1506)를 빠져나오는 지점 사이의 높이는 투명층(1503)의 두께 t(α)를 이루며, 이를 통하여 특정 광선(1520)이 이동한다. 비드(1506)의 외측 표면 상의 입사각 α는 비드(1506)의 중심선 A로부터 멀어지는 광선일수록 점점 커진다. 두께 t(α)는 최대값에 도달할 때까지 입사각 α가 증가할수록 증가하며, 그 후에 α가 90 °에 근접할수록 감소한다. t_min에 대한 식은 이와 같은 최대 두께를 나타내는 수식적인 표현이 된다.

필름을 빠져나갈 때, 광선(1520)은 각 η로 빠져나온다. 어떤 입사각 α_tin에서 η가 90 ° 이상이 되면, 빛은 기판(1502)의 하측 표면에서 내적으로 전반사된다. 즉, 각 ω는 임계각보다 커진다. 이 경우가 광선(1522)에 대하여 도시되어 있다. α_tin에서 대응하는 두께 t_tir로 정의된다. 두께 t_tir의 값은 수치 해석적 기법을 사용하여 얻어질 수도 있다. 가장 높은 빛의 투과를 얻게 되는 투명층(1503)에 대한 최소 두께는 t_min과 t_tir 중 큰 쪽의 값이 된다. t_min에 대한 값은 2 미만의 x에 대 하여는 존재하지 않는다. 따라서, 2 미만의 x에 대하여, 비드를 통한 최대 광투과를 위한 최소 코팅 두께는 t_tir로 주어진다.

필름을 통한 투과 및 필름 계조에 대한 침투 깊이의 효과는 도 19에 나타내었다. 필름의 투과(검은 점)는 투명층의 두께 t에 따라 증가하며, 또는 등가적으로 침투 깊이에 따라 증가한다. 도 19에 나타낸 결과를 얻기 위해 사용된 모델은 다음을 가정하였는데, 즉 : 필름 내에 비드의 패킹은 단일층 내에 (육방형 밀폐 패킹된) 최대 밀도로 되어 있으며, 모든 비드는 직경이 60 ㎛이고 동일한 깊이 t로 침투하는 것으로 가정하였다. 또한, 두께 t와 흡수층의 두께는 합이 30 ㎛이 되고 흡수층의 흡수율은 0.5 ㎛^-1이다. 기판과 투명층은 굴절률이 1.58인 것으로 가정하고, 한편 비드 굴절률은 1.9이고 투명 덮개층은 굴절률이 1.5이다.

t = 0의 값에 대한 투과율은 약 29 %이고, t = 3.13 ㎛에 대하여 70 %로 증가한다. 3.13 ㎛보다 높은 값에 대하여 투과율은 70 %에 머무른다. "% 흑색 영역"은 관찰자에게 보여지는 바와 같이 검은 색 스크린 영역의 백분율이다. 필름에 의해 제공되는 계조는 흑색 영역의 백분율에 비례하며, 따라서 흑색 영역의 분율이 감소하는 것은 필름 계조의 감소를 의미한다. 필름 계조는 투명층 두께가 0에서부너 10 ㎛까지 증가함에 따라 저하한다.

따라서, 최적화된 필름 기능을 얻기 위해서, 투명층의 두께 또는 등가적으로 침투의 깊이는 바람직하게는 가능한 한 높은 계조를 유지하면서 필름을 통한 투과를 최대화하도록 선택된다. 따라서, 도 19에 도시한 곡선에 대한 기초를 이루는 성 질을 가지는 필름에 대한 적합한 침투 깊이는 약 3.1 ㎛ 또는 그보다 미소하게 높은 값이다. 약 3.1 ㎛보다 상당히 높은 값의 침투 깊이는 투과성에 어떠한 잇점도 없이 계조의 감소를 야기한다.

비드는 다수의 상이한 배열 패턴으로 필름 내에 배치될 수도 있다. 이러한 배열 패턴 중 하나는 육방형 패킹된 패턴이며, 이는 높은 패킹 밀도를 가능케 한다는 장점이 있으며, 따라서 필름의 해상도 및 투과성을 향상시킨다. 육방형 패킹된 패턴으로 배열된 비드를 구비하는 필름(500)의 평면도가 도 5에 도시되어 있다. 점선(502)은 필름(500)을 통한 단면(6-6)을 나타낸다. 단면(6-6)의 일부가 도 6에 도시되어 있다.

도 6은 필름의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예(600)는 도 1b에 나타낸 실시예와 비슷하며, 기판층(602), 투명 재료층(603), 흡수층(604), 비드(606, 608, 610) 및 투명 덮개층(612)을 구비한다. 빛은 필름(600)의 조사면(620)에 진입하며, 가시면(622)을 통해 빠져나간다. 또한, 편광층(616)이 필름(600)의 가시측 상에 위치된다. 편광층(616)은 특정 편광성을 갖는 빛을 선별적으로 흡수하며, 수직 편광성을 갖는 빛을 투과하는 흡수성 편광 필름으로부터 형성될 수도 있다. 평광층(616)은 대안적으로 투명 재료(603)와 기판층(602) 사이에 위치될 수도 있다.

편광층(616)에 의해 제공되는 장점은 필름(600)의 가시면(622) 상에 입사하는 주변 잡광(618)이 일반적으로 편광화되지 않고 따라서 필름(600)에 진입하기 전에 약 50 % 정도 세기가 감소된다는 것이다. 이는 필름으로부터 반사되는 주변 잡 광의 양을 감소시키며, 따라서 필름(600)을 통하여 투과되는 영상에서 계도를 향상시키게 된다.

영상광(614)의 효과적인 사용에는 편광층(616)이 영상광(614)의 투과성을 높이도록 방향이 정해질 것이 요구된다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, LCD 프로젝터에 의해 생성되는 영상광은 선형적으로 편광화되며, 편광기(616)를 통한 선별적인 투과를 위해 정렬되어야 한다. 또한, 필름(600)을 통과하는 영상광의 편광성을 유지하는 것이 중요한 경우에, 필름(600)은 통과하는 빛의 편광성을 변화시키지 않는 재료로부터 구성된다. 예를 들어, 기판층(602), 투명 재료층 및 덮개층(612)에 사용되는 재료는 광학적으로 등방성일 수도 있다.

필름의 다른 실시예(700)가 도 7에 도시되어 있다. 필름(700)은 기판층(702), 투명 재료층(703), 흡수층(704), 비드(706, 708, 710) 및 투명 덮개층(712)을 포함한다. 또한, 제1 편광층(716) 및 제1 1/4 파장 지연층(724)이 필름(700)의 가시측 상에 위치되고, 제2 1/4 파장 지연층(726)이 필름(700)의 조사측 상에 위치된다. 제2 1/4 파장 지영층(726) 상에 제2 편광층(728)이 제공될 수도 있다. 편광층(716, 728)의 상대적인 방향은 교차 편광기로서 작동하도록 선택될 수도 있다.

이러한 배열의 장점은 주변 잡광(718)에 대한 변별이 향상된다는 것이다. 제1 편광층(716)은 입사되는 주변 잡광(718)의 약 50 %를 흡수하며, 선형적으로 편광화된 부분이 투과되는 것을 허용한다. 이러한 선형적으로 편광화된 주변 잡광의 부분은 제1 1/4 파장 지연층(724)을 통과하면서 원편광화된다. 원편광화된 주변 잡 광은 필름(700)의 부품부들 사이 계면으로부터 반사될 수도 있다. 이러한 반사된 빛은 다시 한번 제1 1/4 파장 지연층(724)을 통과하여 제1 편광층(716)에서 최대 흡수의 방향으로 선형적으로 편광화된다. 따라서, 필름(700) 내에서 반사된 주변 잡광은 필름으로부터 후방으로 투과되지 않고 흡수되며, 따라서 필름(700)을 통해 투과되는 영상에 주변 잡광이 섞이는 양을 감소시킨다. 이러한 주변 잡광의 감소는 필름(700)의 계조를 향상시킨다는 장점이 있다.

필름(700)은 제2 편광층(728) 없이 작동할 수도 있으며, 필름(700)을 비추는 빛(714)이 선형적으로 편광화될 경우에 특히 그러하다.

필름의 다른 실시예가 도 8에 도시되어 있다. 필름(800)은 기판(802), 투명 재료층(803), 흡수층(804), 비드(806, 808, 810) 및 투명 덮개층(812)을 포함한다.

흡수층(804)의 하측 표면(832)은 앞서 설명한 바와 같이 전형적으로 중간 정도 미만으로 비드를 따라 올라 형성되어 있다. 달리 표현하면, 흡수층(804)의 하측 표면(832)은 기판층(802)에 실질적으로 평행한 비드 직경(836)보다 기판층에 더 근접하게 되어 있다. 흡수층(804)의 상측 표면은 기판층(802)으로부터, 기판층(802)에 실질적으로 평행한 직경(836)보다 멀리 놓일 수도 있다. 흡수층(804)이 상대적으로 두꺼울 때, 그 흡수 깊이는 흡수종(absorbing species)의 집중을 감소시킴으로써 감소될 수도 있다. 이는 흡수층(804)이 이하에서 논하는 바와 같이 산란층으로서도 사용되는 경우에 유리할 수 있다.

필름(800)은 프레넬 렌즈(830) 또는 다른 회절식 광학 요소를 구비할 수도 있다. 프레넬 렌즈(830)에 의해 제공되는 장점은, 영상광(814)이 직각의 입사각으 로 필름에 조사되지 않을 때, 필름(800)에 입사되는 영상광(814)을 시준하거나 또는 영상광(814)을 다시 촛점 맞추는 데에 사용될 수도 있다는 것이다. 예를 들어, 프레넬 렌즈(830)는 점광원으로부터 또는 일련의 점광원으로부터 전달되는 빛을 시준할 수도 있다.

필름의 다른 실시예(900)가 도 9에 도시되어 있다. 필름(900)은 기판층(902), 투명 재료층(903), 흡수층(904), 비드(906, 908, 910) 및 투명 덮개층(912)을 포함한다. 또한, 필름(900)은 덮개층(912)과 흡수층(904) 사이에 개재되는 산란층(931)을 포함한다. 산란층(931)은 투명 재료(903)와 동일한 재료로부터 형성될 수 있으며, 그 안에 산란 입자(932)가 배치된다. 산란 입자(932)는 예를 들어 작은 입자의 칼슘 카보네이트 또는 임의의 다른 적당한 산란 재료로부터 형성될 수 있다. 산란 입자는 유기 재료 또는 무기 재료로부터 형성될 수도 있으며, 불규칙적인 형상으로 또는 규칙적인 형상으로 형성될 수 있다.

산란층(931)은 필름(900)을 통한 빛의 투과를 증가시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 산란층(931)이 없으면, 틈새 광선(934)은 통상적으로 흡수층(903) 내에서 흡수되게 된다. 그러나, 틈새 광선(934)은 산란 입자(932)에 의해 산란되어 비드에 진입하고, 이에 의해 광선(936)은 출구부(920)를 통과하고 필름(900)의 가시면(922)을 통해 투과된다. 산란층의 부가는 이득 및 필름(900)의 가시각을 제어하는 데 유용한 다른 변수를 제공한다.

필름의 다른 실시예(1000)가 도 10에 도시되어 있다. 필름(1000)은 기판층(1002), 투명 재료층(1003), 흡수층(1004), 비드(1006, 1008, 1010) 및 투명 덮개층(1012)을 포함한다. 이 실시예에서, 흡수층(1004) 내에 산란 입자(1032)가 배치된다. 광선(1014)은 전형적으로 비드(1006, 1008, 1010)에 의해 굴절되며, 반면에 틈새 광선(1034)은 비드(1010) 외측에 놓이며 통상적으로 흡수층(1004) 내에서 흡수되게 된다. 그러나, 산란 입자(1032)가 광선을 비드(1010) 내로 산란시킨다. 산란된 광선은 광선(1036)으로서 필름(1000)에 의해 투과된다. 따라서, 흡수층(1004) 내에 산란 입자가 존재하는 것은 필름(1000)에 의해 투과되는 빛의 양을 증가시킬 수 있다. 또한, 흡수층(1004) 내에 산란 입자(1032)를 도입하는 것은 필름(1000)의 이득 및 가시각을 증가시킨다.

흡수층(1004)의 흡수 깊이가 짧으면, 흡수층의 정상 근처에서 및 비드 표면에 근접한 곳에서 산란되는 빛만이 비드에 도달하게 되고, 흡수층 내에서 지나치게 긴 경로 길이를 가지는 빛은 산란되기보다는 쉽게 흡수되어 버린다. 따라서, 흡수층(1004)이 산란 입자(1032)를 가지도록 사용될 때, 흡수층(1004)의 흡수 길이는 빛의 상당량이 산란되고 쉽게 흡수되지 않도록 조절된다.

투명 재료(1003)의 층은 또한, 비드에 의해 투과되는 빛(1040)을 산란하기 위해 산란 입자(1038)를 구비할 수 있으며, 이에 의해 필름(1000)의 이득 및 가시각에 걸쳐 추가적인 제어를 제공하게 된다.

흡수층(1004) 및 투명 재료층(1003) 양측 모두의 내에 배치된 산란 입자의 크기와 수는 이득 및 가시각을 제어하기 위해 조절될 수 있다.

도 11은 광분산 필름(1100)을 제조하는 제1 방법의 일부를 설명한다. 먼저, 기판층(1102) 상에 투명 재료층(1103)을 배치하고, 다음에 투명 재료층(1103) 상에 흡수층(1104)을 배치한다. 비드(1106, 1108, 1110)는 흡수층(1104)을 통하여 투명 재료(1103) 속으로 가압된다. 비드는 예를 들어 평판이나 롤러를 사용하여, 흡수층(1104) 및 투명 재료(1103) 속으로 가압될 수 있다.

투명 재료(1103)는 감압성(感壓性) 접착제와 같은 접착제 또는 폴리에틸렌과 같은 열가소성 폴리머일 수도 있다.

흡수층(1104)은 예를 들어 흡수 및 투명 재료의 고유 성질 때문에, 투명 재료(1103)의 층보다 연성일 수 있다. 흡수 재료는 투명 재료의 유리 전이 온도 T_gt보다 낮은 유리 전이 온도 T_ga를 가질 수 있으며, 층(1102, 1103, 1104)의 구조는 T_ga를 초과하는 온도로 가열되어 흡수층(1104)의 원하는 연성을 얻을 수 있다. 이들 층 사이의 연성의 차이는 비드가 기판층(1102)을 향해 가압될 때 흡수층(1104)을 밀어내도록 하여, 비드의 하측 표면 상에 그 출구부에서 투명 재료(1103) 내에 흡수 재료가 거의 또는 전혀 남지 않도록 하여 비드에 의해 투과되는 빛의 양을 감소시킨다.

흡수층(1104)은 추가적으로 비드의 표면에 쉽게 묻지 않는 재료로 형성될 수도 있으며, 이에 의해 흡수 재료가 비드 출구부에 잔존하는 가능성은 감소된다.

투명 재료(1103)는 접착 재료일 수도 있으며, 이에 의해 비드는 투명 재료 속으로 침투될 때 투명 재료(1103)에 접착한다. 또한, 투명 재료(1103)는 경화성일 수도 있으며, 이에 의해 필름(1100)이 경화되면 비드는 적어도 부분적으로 투명층(1103)에 의해 유지된다.

비드가 투명 재료(1103) 속으로 가압되었으면, 투명 덮개층(도 11에 도시하지 않음)이 비드(1106, 1108, 1110) 및 흡수층 상에 가해질 수도 있다. 흡수층과 덮개층 사이에 산란층이 제공될 수도 있다. 덮개층은 비드를 보호하며, 필름 내에서 비드를 지탱하는 데 사용될 수도 있다. 앞서 기술한 구조를 제조하기 위해서, 편광층 및 1/4 파장 지연층, 산란층, 프레넬 렌즈 및, 기타 회절성 광학체와 같은 다른 층이 필름(1100)에 가해질 수도 있다.

비드가 흡수층을 통하여 투명층 속으로 가압된 후에, 흡수 재료의 일부가 비드의 출구 표면 상에 존재하는 것이 가능하다. 이 경우에, 흡수 재료의 일부가 비드로부터 나오는 빛을 차단하기 때문에 비드를 통한 광투과는 감소될 수 있다. 이 상태가 도 13a에 도시되어 있으며, 여기에서 비드(1306)는 기판(1302) 상에서 흡수층(1304)을 통하여 투명층(1303) 속으로 가압되어 있다. 흡수 재료의 일부(1308)가 비드(1306)의 출구 표면에 존재한다. 흡수 재료의 상기 일부(1308)를 제거하는 방법의 일 실시예에서, 기판(1302)을 제거하거나 에칭하여 투명층(1303)을 노출시킨다. 다음에, 투명층(1303)을 에칭하여 투명층(1303)과 흡수 재료의 일부(1308) 모두를 제거하여 도 13b에 도시한 구조를 얻는다. 에칭은 산소 플라즈마 에칭에 의해 수행될 수도 있으며, 또는 투명층(1303)이 알칼라인 용액에 의해 에칭 가능한 포토레지스트 타입의 재료로 형성된 경우에, 에칭은 0.01 % 내지 20 % NaOH 용액과 같은 물에 기초한 순한 에칭을 사용하여 수행될 수도 있다. 비드(1306)의 투과성은 흡수 재료(1308)의 상기 일부를 제거함으로써 증가된다. 다음에, 노출된 광흡수층(1304) 상에 기판층(1320)을 다시 위치시켜서 도 13c에 도시한 구조를 얻 을 수 있다. 또한, 기판층(1320)을 다시 위치시키는 것은 도시한 바와 같이 기판 재료의 단일층으로부터 이루어질 수도 있으며, 또는 하나 이상의 층으로부터 이루어질 수도 있다(도시하지 않음).

도 12는 광분산 필름(1200)을 제조하기 위한 제2 방법을 도시한다. 먼저, 기판층(1202) 상에 투명 재료층(1203)이 놓이고, 다음에 비드(1206, 1208, 1210)가 투명 재료(1203) 속으로 가압된다. 비드는 예를 들어 평판이나 롤러를 사용하여 가압될 수 있다. 투명 재료(1203)는, 비드가 투명 재료(1203) 속으로 가압될 때 접착하도록, 접착제 또는 적어도 끈적끈적한 재료일 수 있다. 투명 재료(1203)는 경화성일 수도 있으며, 이에 의해 필름(1200)이 경화되면 비드는 적어도 부분적으로 투명층(1203)에 의해 유지된다.

비드가 투명 재료(1203)에 가해지고 나면, 흡수 재료(1204)는 비드 사이 틈새 내에서 투명 재료(1203) 상에 층으로서 가해진다. 적당한 흡수 재료에는 광범위한 크기 및 형상을 갖는 염료, 카본블랙 및 유기 또는 무기 안료가 포함된다. 재료는 액체 또는 고체 바인더 시스템 내에서 분산될 수 있다. 흡수 재료(1204)는 종래의 코팅 기법 또는 분말 코팅에 의해 가해질 수 있다. 액체 분산을 사용하여 흡수 재료(1204)를 가하는 방법의 특정 일 실시예에서, 코팅 용액의 표면 장력은 용액이 비드(1206, 1208, 1210)의 표면에 쉽게 묻지 않을 정도로 충분히 높을 수 있다. 따라서, 흡수 재료(1204)는 틈새 공간으로 흘러들고, 비드의 상측 표면에 남지 않아서 비드에 진입하는 빛의 양에 악영향을 주지 않는다.

흡수 재료(1204)가 가해진 후에, (도시하지 않은) 덮개층이 가해질 수도 있 고, 덮개층 위에 산란층이 가해질 수도 있다. 필름(1200)의 상측 및 하측 표면에 다른 층이 가해질 수도 있다. 예를 들어, 1/4 파장 지연층, 편광층, 프레넬 렌즈 및 기타 회절 광학체층이 가해져서 상기 구조를 얻을 수도 있다. 또한, 1/4 파장 지연층 및 편광층은 기판층(1202) 및 투명 재료(1203) 사이에 가해질 수도 있다.

흡수 재료층을 부가하는 방법의 다른 실시예는 도 14a 내지 도 14c에 도시되어 있다. 선택된 굴절률 및 크기를 갖는 비드(1406)는 먼저 기판(1402) 위에 놓인 투명 재료(1403) 내에 매설된다. 다음에, 광흡수층(1404)이 비드(1406)에 걸쳐 코팅된다. 비드(1406) 중 일부 또는 모두가 도 14a에 도시된 바와 같이 흡수층(1404)에 의해 완전히 덮일 수도 있다. 다음에, 흡수층(1404)은 에칭되어 도 14b에 도시된 바와 같이 비드(1406)의 상측 표면을 노출시킨다. 에칭의 정도는 흡수층(1404)이 가해진 후에 비드(1406)에 걸쳐 잔존하는 광흡수층(1404)의 두께에 의해 결정된다. 에칭 후에, 광흡수층(1404)은 앞서 논한 바와 같이 통과하여 입사되는 빛을 효과적으로 흡수하기에 충분한 두께로 남는다. 흡수층(1404)을 에칭한 후에, 도 14c에 도시된 구조를 얻기 위해서 덮개층(1412)이 가해진다.

본 발명의 필름을 제조하는 방법의 다른 실시예에서, 투명 열가소성 기판 상에 코팅된 부분적으로 건조된 광흡수층 상에, 선택된 굴절률을 가지는 비드가 배치된다. 다음에 필름은 오븐 예를 들어 대류 오븐 내에서, 열가소성 기판을 연화하거나 용융하는 데 충분한 온도로 가열된다. 기판층의 연화 또는 용융은 비드가 기판층 속으로 "침투"하는 것을 가능하게 한다. 필름이 오븐으로부터 나와서 냉각된 후에, 비드는 앞서 기술한 바와 같이 비드의 효과적인 굴절률을 조절하기 위해 폴리 머 코팅 재료로 피복될 수 있다. 이 방법은 흡수층 아래에 단일 투명층이 존재하는 경우의 필름을 제조하는 데 사용될 수도 있다.

폴리머층 속으로의 유리 비드 "침투 깊이"에 대한 연구가 이루어졌으며, 그 결과는 도 16에 나타내었다. 이 연구에서, 유리 비드는 폴리에틸렌 기판 상에 분산되었으며, 특정 시간 동안에 오븐 내에 남겨졌다. 오븐에서 꺼낸 후, 비드를 제거하고 공촛점형 현미경을 사용하여 만입 깊이를 측정하였다. 도 16에 제시된 결과는 상이한 두 온도 100 ℃(곡선 1602) 및 120 ℃(곡선 1604)에서 얻어진 것이다. 침투 깊이는 온도가 높을수록 컸으며, 침투 깊이는 약 5 내지 7 분의 가열 시간에서 최고에 달했다는 것을 발견하였다.

이 방법의 예가 도 17a 내지 도 17b에 도시되어 있다. 3 밀 두께의 폴리에틸렌층(1702)을 카본블랙, 폴리머 바인더 및 가교제를 포함하는 용액으로 코팅하여 흡수층(1704)을 형성하고 도 17a에 도시한 구조를 얻었다. 코팅 단계는 칼날대를 사용하여 수행되었지만, 다른 방법을 사용하여 수행될 수도 있다. 코팅은 45 초 동안에 60 ℃에서 오븐 내에서 부분적으로 건조되었다. 굴절률이 1.9인 유리 비드(1706)를 이 부분 건조 코팅 상에 분산시켜 도 17b에 도시한 구조를 형성하였다. 다음에, 이 견본을 3 내지 5 분 동안에 130 ℃에서 오븐 내에서 가열하여 비드(1706)를 기판층(1702) 속으로 침투하도록 하여, 도 17c에 도시한 구조를 얻었다. 또한, 가열로 인해 블랙 코팅으로부터 용매가 증발하고 폴리머 바인더를 가교시켰다. 다음에, 필름(1700)을 굴절률이 1.52인 폴리머층(1712)으로 코팅하여 도 17d에 도시한 구조를 얻었다.

도 18a 내지 도 18d에 도시한 제조 방법의 다른 실시예에서, 폴리머층을 가열함으로써 열가소성 폴리머의 투명층(1802) 속으로 비드(1806)를 침투시켰다. 비드(1806)와 투명층(1802) 상에 얇은 (200 nm 두께의 구리) 금속층(1804)을 증기 코팅시켜서 도 18a에 도시한 구조를 얻었다. 이는 축척에 맞추어 도시한 것은 아니다. 다음에, 칼날 코팅기를 사용하여 상기 구조 상에 쉬플리(Shipley)형 1818 포토레지스트의 층(1811)을 코팅하였다. 도 18b에 도시한 바와 같이, 산소 플라즈마 에칭을 사용하여 포토레지스트층(1811)을 에칭하여, 비드(1806)의 상측 표면으로부터 포토레지스트를 제거하였다. 다음에, 페릭 클로라이드 용액 속에 필름을 침잠시켜서 비드 상측으로부터 구리(1804)를 에칭하여 도 18c에 도시한 구조를 얻었다. 포토레지스트(1811)는 비드(1806) 사이 영역을 에칭으로부터 보호했다. 마지막으로, 잔존 포토레지스트(1811)를 물 속에서 헹굼으로써 제거하여 도 18d에 도시한 구조를 얻었으며, 여기에서 비드(1806)는 투명층 내에 매설되어 있고 구리층(1804)은 투명층(1802) 및 비드의 하측 부분에 걸쳐서 흡수층으로서 작용한다.

다양한 예들을 제시하였지만, 본 발명은 이들 설명된 실시예의 특정 사항에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 흡수층 상에 산란층과 결합하여 구비되는 산란 흡수층을 포함하여, 필름에 산란층을 결합할 수도 있다.

필름의 외측 표면은 하드 코팅 또는 오염 방지제 코팅과 같은 물리적인 손상 방지를 위한 추가적인 코팅으로 처리될 수도 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 반사 손실을 감소시키기 위해 반사 방지제 코팅이 외측 표면에 제공될 수도 있다.

앞서에서의 설명에서, 층들의 위치를 설명하기 위해 사용된 "상측", "하측" "상에", "하에" 등의 용어들은 형태에 있어서 설명되는 상이한 필름의 상대적인 위치를 설명하기 위한 것에 불과하며, 필름의 유용한 방향성을 제한하는 것은 아님을 이해해야 한다.

앞서 언급한 바와 같이, 본 발명은 광분산 필름으로서 디스플레이 시스템에 적용 가능하다. 리어 프로젝션 디스플레이 및 스크린에 특히 유용하다고 생각된다. 또한, 본 발명은 앞서 기술한 특정 예에 한정되는 것으로 여겨져서는 안되며, 특허 청구 범위에 제시된 본 발명의 모든 태양을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 명세서를 검토한 당업자는, 본 발명이 적용될 수 있는 수 많은 구조뿐만 아니라 다양한 변형, 균등한 공정 등이 가능함을 쉽게 알 수 있다.

Claims (53)

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6. 광투명층과;

   미리 선택된 침투 깊이로 상기 투명층의 제1 표면 속으로 적어도 부분적으로 침투하도록 배열되며, 상기 투명층과의 사이 계면에서 투명한 구멍을 이루는 광투과성 비드와;

   상기 비드들 사이의 틈새 내에서 상기 투명층 상에 배치되는 흡수층; 및

   상기 흡수층과 상기 광투과성 비드에 위에 배치되는 투명 덮개층을 포함하며,

   상기 침투 깊이는, 최대 광투과를 위해 필수적인 최적의 계조를 유지하면서 상기 광투과성 비드를 통한 빛의 최대 투과를 실질적으로 달성하도록 선택되는 것인 광분산 필름으로서,

   상기 침투 깊이 t는 대략

   

   의 값이며, 여기에서 r은 비드 반경이고, x는 (비드 굴절률)/(투명 덮개층 굴절률)로 주어지는 비율이며, x는 2 이하인 것인 광분산 필름.
7. 제6항에 있어서, 상기 광투명층은 기판층에 걸쳐서 침투층을 포함하며, 상기 비드는 상기 침투층에 침투하도록 배열되며, 상기 침투층은 비드 반경보다 작은 예 정된 두께를 가지는 것인 필름.
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17. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 투명층과 흡수층 중 적어도 하나는 광산란 입자를 포함하는 것인 필름.
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45. 빛의 투과를 방지하는 광흡수 수단과;

    통과하는 빛을 굴절시키는 제1 광굴절 수단으로서, 상기 광굴절 수단에 진입하는 빛이 상기 광굴절 수단을 빠져나가는 것을 허용하기 위해서 상기 광흡수 수단을 관통하여 배치되어 있는 제1 광굴절 수단과;

    상기 광흡수 수단을 지탱하기 위한 광투과 지탱 수단으로서, 높은 필름 계조를 유지하면서 상기 제1 광굴절 수단을 통한 광투과를 본질적으로 최대화하도록 선택된 침투 깊이로 상기 제1 광굴절 수단이 이 광투과 지탱 수단 속에 침투하도록 배치되어 있는 것인 광투과 지탱 수단; 및

    상기 제1 광굴절 수단의 유효 굴절률을 변화시키기 위해 상기 제1 광굴절 수단 위에 배치되어 있는 제2 광굴절 수단을 포함하며,

    상기 침투 깊이 t는 대략

    

    의 값이며, 여기에서 r은 제1 광굴절 수단의 반경이고, x는 (제1 광굴절 수단 굴절률)/(제2 광굴절 수단 굴절률)로 주어지는 비율이며, x는 2 이하인 것인 광분산 필름.
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