KR100623536B1 - 결함 감소성 표면을 갖는 광학필름 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 필름을 사용하는 표시장치에서 광학적 결함의 발생을 감소시키는 표면을 갖는 광학필름에 관한 것이다. 특히, 이 표면은 왯 아웃(wet-out), 뉴톤링 (Newton's ring) 및 모아레효과 (Moire effect)와 같은 결함을 감소시키는 무작위화된 특징을 갖는다. 필름은 규칙적인 구조가 없는 제 1 표면을 가지는데, 이 제 1 표면은 다수의 국소최고점을 가지며, 이것은 제 1 표면의 특징적인 척도로서 예정된 범위내의 무작위 값을 갖는다. 필름은 또한 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면을 갖는다. 광학필름을 제조하는 방법에는 필름의 제 1 표면 상에 규칙적 구조가 결여된 패턴을 엠보싱하는 것이 포함되는데, 여기에서 제 1 표면은 다수의 국소최고점을 가지며, 이것은 제 1 표면의 특징적인 척도로서 예정된 범위내의 무작위 값을 갖는다. 특징적 척도는 필름표면의 실제 높이와 공칭 높이 사이의 차이, 표면 상의 국소최고점들 사이의 평균간격, 또는 국소최고점에 근접하는 제 1 표면의 기울기각일 수 있다.

표시 장치, 왯 아웃, 광학필름, 디지탈 시그날, 표시장치

Description

결함 감소성 표면을 갖는 광학필름 및 그의 제조방법 {Optical Film with Defect-Reducing Surface and Method for Making Same}

본 발명은 일반적으로 광투과성 필름에 관한 것이며, 특히는 표시장치 (display)에서 결함의 발생을 감소시키는 필름에 관한 것이다.

표시장치를 위해서 필름을 사용하는 것은 잘 알려져 있다. 예를 들어, 백릿트 (backlit) 표시장치에서 휘도증진필름은 관측축 (viewing axis)을 따라 빛을 지향시키는 프리즘 구조를 사용함으로써 관측자 (viewer)에게 감지되는 빛의 휘도 (brightness)를 증진시킨다. 또 다른 예로서, 백릿트 컴퓨터 표시장치 스크린은 높은 대비 및 높은 총괄 휘도를 가지면서 동시에, 특정의 선택된 방향에서는 높고 균일한 휘도를, 다른 방향으로는 더 낮은 휘도를 갖는 스크린을 생산하기 위해서 다수의 상이한 필름을 사용할 수 있다. 이러한 스크린은 확산필름과 같은 여러가지 형태의 필름을 프리즘 필름 (prismatic film) 또는 렌티큘라 필름 (lenticular film)과 조합하여 사용할 수 있다.

표시장치에서 필름을 사용하는 것과 관련된 한가지 문제점은 컴퓨터 표시장치와 같이 근접관측을 목적으로하는 표시장치의 경우에는 매우 고도의 외관적인 필요조건이 있다는 점이다. 이것은, 이러한 표시장치는 장기간 동안 근접해서 관측 하며, 따라서 매우 작은 결함 조차도 육안으로 검출될 수 있고, 관측자에게 혼란을 일으킬 수 있기 때문이다. 이러한 결함의 제거는 검사시간 및 재료 둘다의 면에서 비용이 많이 들 수 있다.

결함은 여러가지 상이한 방식으로 나타난다. 여기에는 스펙 (speck), 린트 (lint), 스크래치, 봉입물 등과 같은 물리적 결함 및, 또한 광학적 현상인 결함이 있다. 가장 통상적인 광학적 현상 중에는 "왯 아웃 (wet-out)" 및 뉴톤링 (Newton's ring)이 있다. "왯 아웃"은 두개의 표면이 서로 광학적으로 접촉하여 하나의 필름으로부터 다음의 필름으로 전파하는 빛에 대한 굴절율에 있어서의 변화가 제거되는 경우에 일어난다. 이것은 특히 광학적 효과를 위해 입체화된 표면을 사용하는 필름의 경우에 문제가 되는데, 이는 입체화된 표면의 굴절특성이 무시되기 때문이다. "왯 아웃"의 효과는 스크린에 대해 얼룩덜룩하며 변화하는 외관을 발생시키는 것이다. 뉴톤링은 두개의 필름 사이의 먼지입자에 의해서 발생될 수 있는 것과 같이, 두개의 필름 사이에서 느리게 변화하는 에어갭 (air gap)의 결과이다. 뉴톤링은 투과시에 또는 반사시에 형성될 수 있다. 뉴톤링의 결과는 관측자가 스크린 상에서 혼란을 일으킬 수 있는 등고선 패턴 (contour pattern)을 감지하도록 한다.

다중 필름 표시장치 어셈블리에서 결함의 문제를 극복하기 위한 여러가지 시도가 이루어졌다. 한가지는 간단히, 통상적인 제조방법에 의해서 생산된 허용가능한 표시장치 어셈블리의 낮은 수율을 수용하도록 하는 것이다. 이것은 경쟁적인 시장에서 명백하게 허용될 수 없는 것이다. 두번째 시도는 매우 깨끗하고 조심스 러운 제조공정을 채택하고 엄격한 품질관리표준을 부여하는 것이다. 이것은 수율을 개선시킬 수는 있지만, 깨끗한 설비 및 검사의 비용을 포함한 생산비용이 증가한다.

결함을 감소시키는 또 다른 방법은 표시장치에 표면확산기 (surface diffuser) 또는 벌크확산기 (bulk diffuser)와 같은 확산기를 도입시키는 것이다. 이러한 확산기는 다수의 결함을 가려줄 수 있으며, 낮은 추가비용으로 생산수율을 증가시킬 수 있다. 그러나, 확산기는 빛을 산란시키고 관측자에 의해 감지되는 빛의 축상 휘도를 감소시켜 성능을 저하시킨다.

적은 추가비용을 들이고 동시에 성능을 유지시키면서 생산수율은 개선될 수 있도록, 표시장치에서 결함의 발생을 저하시키고자하는 필요성은 지속되고 있다.

발명의 요약

일반적으로, 본 발명은 필름을 사용하는 표시장치에서 광학적 결함의 발생을 감소시키기 위해서 사용될 수 있는 필름 상의 표면에 관한 것이다. 특히, 이 표면은 왯 아웃, 뉴톤링 및 모아레효과 (Moire effect)와 같은 결함을 감소시키는 무작위화된 특징을 갖는다. 본 발명은 또한 이 필름의 제조방법, 필름을 제조하기 위해서 사용되는 도구, 및 이 도구를 제조하는 방법에 관한 것이다.

한가지 구체예에서, 필름은 규칙적인 구조가 없는 제 1 표면을 가지는데, 이 제 1 표면은 다수의 국소최고점을 가지며, 제 1 표면의 특징적인 척도 (measure)는 예정된 범위내의 무작위 값을 갖는다. 필름은 또한 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면을 갖는다. 광학필름을 제조하는 방법에는 필름의 제 1 표면 상에 규칙적 구조 가 결여된 패턴을 엠보싱하는 것이 포함되는데, 여기에서 제 1 표면은 다수의 국소최고점을 가지며, 제 1 표면의 특징적인 척도는 예정된 범위내의 무작위 값을 갖는다. 특징적 척도는 필름표면의 실제 높이와 공칭 높이 사이의 차이, 표면 상의 국소최고점들 사이의 평균간격 (average separation), 또는 국소최고점에 근접하는 제 1 표면의 기울기각일 수 있다.

또 다른 구체예에서, 본 발명은 규칙적인 굴절구조를 갖지 않는 제 1 표면 상의 왯 아웃 방지 표면, 및 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면을 갖는 필름을 포함한다. 또 다른 구체예에서, 필름은 제 1 표면, 및 제 1 표면과 또 다른 광학적 표면 사이에서 왯 아웃을 감소시키기 위해서 제 1 표면 상에 배치된 왯 아웃 감소수단을 포함한다.

본 발명의 또 다른 구체예에서, 광학장치는 광원, 및 규칙적인 굴절구조를 갖지 않는 제 1 표면 상에 왯 아웃 방지 표면을 갖는 필름을 포함한다. 제 2 광학소자 (optical component)는 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면을 가지며, 광원으로부터의 빛은 필름 및 제 2 광학소자를 통과한다.

본 발명의 또 다른 구체예에서, 광학필름을 제조하는 방법에는 광학필름의 제 1 표면 상에 왯 아웃 방지 표면을 형성시키는 것이 포함된다.

본 발명의 또 다른 구체예에서, 필름 상의 표면을 엠보싱하기 위한 드럼 (drum)을 제조하는 방법에는 절삭공구에 대한 회전축 주위로 드럼을 회전시키고, 드럼의 표면을 절삭공구를 사용하여 절삭하고, 절삭공구의 절삭특성을 무작위적으로 변화시켜 예정된 범위 내에서 무작위적으로 존재하는 특징적인 변화를 생성시키 는 단계가 포함된다. 필름 상의 표면을 엠보싱하기 위한 드럼은 규칙적인 구조를 갖지 않으며, 다수의 국소최고점을 갖는 표면을 포함하며, 이 표면의 특징적 척도는 예정된 범위내의 무작위 값을 갖는다.

상기한 본 발명의 요약은 각각의 예시된 본 발명의 구체예 또는 모든 성취를 설명하는 것은 아니다. 이하의 도면 및 상세한 설명은 이들 구체예를 더욱 구체적으로 예시한다.

본 발명은 이하의 첨부된 도면과 관련한 본 발명의 다양한 구체예의 상세한 설명을 고려하여 더욱 완전하게 이해될 수 있다:

도 1A 및 1B는 인접한 필름 사이에서 나타나는 "왯 아웃"의 문제를 설명하는 것이다;

도 2A 및 2B는 인접한 필름 사이에서 형성된 뉴톤링의 문제를 설명하는 것이다;

도 3A 및 3B는 본 발명의 구체예에 따르는 필름구조를 예시한 것이다;

도 4A-4C는 본 발명에 따르는 왯 아웃 감소표면을 갖는 입체표면 필름을 예시한 것이다;

도 4D는 본 발명에 따르는 왯 아웃 감소표면을 갖는 편평한 필름을 예시한 것이다;

도 5A 및 5B는 본 발명에 따르는 왯 아웃 감소표면을 갖는 필름을 통합시킨 조명장치의 구체예를 예시한 것이다;

도 5C는 도 5B에 도시된 조명장치의 광재지향성 필름 (light redirecting film)을 통과하는 빛을 설명한 것이다;

도 6은 본 발명에 따르는 필름을 제작하는 한가지 방법을 도식적으로 나타낸 것이다;

도 7은 본 발명에 따르는 필름을 제조하기 위한 드럼을 제작하는 제 1 방법을 도식적으로 나타낸 것이다;

도 8은 본 발명에 따르는 절삭공구를 조절하는 몇가지 무작위 제어시그날 (control signal)을 설명한 것이다;

도 9는 본 발명에 따르는 필름을 제조하기 위한 드럼을 제작하는 제 2 방법을 도식적으로 나타낸 것이다;

도 10은 도 7 및 9에 예시된 드럼을 제작하는 방법에서 사용하기 위한 도구를 예시한 것이다;

도 11A 및 11B는 본 발명에 따라 형성된 표면을 갖는 필름의 예를 나타낸 것이다.

본 발명은 다양한 변형 및 대체가능한 형태로 수정할 수 있지만, 이들의 상세한 사항은 도면에 예로서 나타내었으며 상세히 기술된다. 그러나, 본 발명을 기술된 특정한 구체예로 제한하고자 의도하는 것은 아니라는 점이 이해되어야 한다. 이와는 반대로, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에서 정의된 본 발명의 의의 및 범주 내에 속하는 모두 변형, 등가물 및 대체물을 포함한다.

상세한 설명

본 발명은 광처리필름 (light management film)에 적용할 수 있으며, 컴퓨터 표시장치 또는 모니터로 사용되는 액정 표시장치에서 사용하기 위한 광처리필름에 특히 적합한 것으로 믿어진다. 본 발명은 또한, 후방투영스크린 (rear projection screen) 또는 오버헤드 (overhead) 투영표시장치에서와 같이 다수의 광처리필름이 사용되는 다른 영역에서도 유용하다. 본 발명의 한가지 잇점은 관측영역 상에서 결함의 강도가 감소되어 생산수율이 증가한다는 점이다.

본 발명은 설명을 목적으로 다중 필름 액정 컴퓨터 표시장치의 특정한 적용에 관하여 이하에 기술한다. 본 발명의 용도는 이렇게 제한되는 것은 아니며, 본 발명이 유용할 수 있는 다중 광처리필름을 갖는 광범한 적용분야가 있다는 것은 이해될 수 있을 것이다.

왯 아웃 및 뉴톤링은 다중층 표시장치에 대한 결함의 원인이 되는 광학적 현상이다. 도 1A 및 1B는 다중층 필름 (100)에서 왯 아웃의 문제를 설명한 것이다. 다중층 필름 (100)은 적어도 두개의 층 (102) 및 (104)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 제 2 필름 (104)의 상부표면 (103)은 광학적 접촉부분 (106)에서 상부필름 (102)에 광학적으로 접촉한다. 광학적 접촉이 일어나면, 광학적으로 접촉한 부분 (106)을 통과한 모든 빛은 감소된 굴절효과를 가지고 하나의 필름으로부터 그 다음으로 통과한다. 상부 및 하부 필름 (102) 및 (104)의 굴절율이 동일한 경우에, 굴절효과는 없다. 반대로, 빛이 하나의 필름으로부터 광학적으로 접촉하지 않은 다른 필름으로 통과하는 경우, 예를 들어 광선 (ray) (110)에 대해 도시된 바와 같은 경우에, 빛은 각각의 필름 공기 계면에서 굴절된다. 그 결과, 관측자들은 왯 아웃 부분 (106)을 투과특성이 주위영역과는 다르고, 따라서 비정상 또는 결함으로써 관측되는 부분으로 감지하게 된다.

결함의 또 다른 원인은 투과 또는 반사 시에 관측될 수 있는 뉴톤링의 형성이다. 뉴톤링은 적어도 두개의 필름 (202) 및 (204)를 갖는 다중층 표시장치 (200)에서 형성될 수 있다. 먼지의 입자 (206)은 두개의 필름 (202)와 (204) 사이에 트래핑되어, 상부 및 하부필름 (202) 및 (204) 각각의 하부 및 상부표면 (203) 및 (205) 사이에 에어갭 (208)을 형성시킬 수 있다. 두개의 표면 (203)과 (205) 사이의 간격 (separation)은 먼지입자 (206)으로부터의 거리 (distance)에 따라서 달라진다. 간섭링 (interference ring)은, 뉴톤링의 형성에 대해서 통상적으로 이해되는 바와 같이, 표시장치 (200)을 통과하는 빛중 에어갭 (208)이 파장의 1/2의 배수인 빛에 의해서 형성된다. 효과는 특히, 두개의 표면 (203)과 (205) 사이의 간격이 약 1.5 ㎛ 미만인 경우에 현저한데, 이는 백색광 프린지 (fringe)가 형성될 수 있기 때문이다. 표면 (203)과 (205) 사이의 간격이 약 1.5 ㎛ 보다 큰 경우에는, 효과가 덜 현저한데, 이는 프린지가 색상 특이적이며 백색광 프린지가 아니고, 관측자에 의해서 백색광 프린지와 같이 용이하게 감지될 수는 없기 때문이다.

상이한 필름의 인접한 표면들이 평활하고 편평한 경우에는 왯 아웃 및 뉴톤링을 포함하는 몇가지의 결함이 나타나는 것으로 관찰되었다. 이러한 결함을 감소시키기 위한 시도는 필름표면 중의 적어도 하나의 높이를 무작위적인 방식으로 변화하도록 만드는 것이다. 이것은 예를 들어, 다중 필름 표시장치 (300)이 두개의 필름 (302) 및 (304)를 갖는 도 3A에서 설명된다. 상부필름 (302)는 상부 및 하부 표면 (306) 및 (308)을 갖는다.

하부필름 (304)는 필름 (304)의 평면을 가로질러서 무작위적으로 변화하는 높이를 갖는 상부표면 (310)을 갖는다. 표면 (310)은 상부필름 (302)와 접촉하기에 충분히 높은 특정의 국소최고점 (312)를 갖는다. 여기에는 또한 필름 (302)에 접촉하기에 충분히 높지 않은 또 다른 국소최고점 (314)가 있을 수 있다.

높이의 무작위적 특성은 도 1에 설명된 것과 마찬가지로 왯 아웃 부분의 형성을 방지한다. 하부필름 (304)는 왯 아웃의 경우에서와 같은 넓은 영역에 걸쳐서 접촉하는 것이 아니라 관측자에게 관측될 수 없는 매우 작은 다수의 점에서만 상부필름 (302)와 접촉한다. 또한, 국소최고점이 서로 충분히 근접한 간격을 두고 존재하여 뉴톤링 패턴이 너무 작아 관측자에 의해서 감지될 수 없는 무작위적 높이변화를 갖는 표면에 의해서 뉴톤링의 출현이 감소될 수 있다. 예를 들어, 인접한 국소최고점이 약 200 미크론의 평균간격만큼 격리되어 있는 표면이 생각될 수 있다. 두개의 필름표면 사이의 간격에 있어서의 약 1.5 미크론의 변화는 대략 파장의 3배 거리이며, 이것은 6개의 프린지와 마찬가지이다. 따라서, 국소최고점으로부터 평균하여 100 미크론 (최고점간 간격의 1/2)의 거리에는 6개의 프린지가 존재한다. 그 결과 나타나는 무늬의 단위폭은 약 16 ㎛이며, 이것은 관측자에 의해서 감지될 수 없을 정도로 작은 것이다.

필름표면의 높이에 있어서의 무작위적인 변화는 왯 아웃 및 뉴톤링의 감소 이외에도 다수의 예상치 못했던 바람직한 결과를 제공한다. 첫째로, 본 발명에 따라 제작된 필름은 고성능 투명광학필름의 외관을 갖지 않는다. 대신, 이들은 필름 상의 어떠한 구조에서라도 일부의 작은 결함을 은폐할 수 있는 혼란스럽고 거의 모호한 외관을 갖는다. 이것은 제조공정의 수율을 현저하게 개선시킬 수 있다. 둘째, 본 발명의 필름은 또한 표시장치에서 상이한 필름 상의 구조들 사이의 간섭에 의해서 야기되는 모아레 패턴을 제거하거나 은폐시키는 것을 도와줄 수 있다. 또 다른 중요한 결과는 다중층 표시장치에서 상이한 필름들의 휘도증진, 확산 또는 시준 (collimation)과 같은 광학적 효과가 필름스택에서 하나 또는 그 이상의 필름의 표면이 무작위화된 높이를 갖는 경우에 별다른 영향을 받지 않을 수 있다는 것이다.

높이가 무작위화된 부분을 갖는 표면은 왯 아웃을 감소시킬 뿐 아니라, 예를 들어 뉴톤링을 감소시키기도 하는 것으로 이해되기는 하지만, 본 명세서에서는 "왯 아웃 방지 표면"이라고 부른다. 왯 아웃 방지 표면은 일반적으로 관측자에 의해서 감지될 수 있는 거시적 수준에서는 실질적으로 편평하다. 일반적으로 관측자에 의해서 감지될 수 없는 더 작은 스케일에서는 표면 상에 다수의 피크 또는 국소 표면최고점을 갖는다. 이들 국소 표면최고점과 그 사이의 국소 표면최저점 사이의 평균차이는 일반적으로 1 또는 2 미크론 정도로 작다. 따라서, 왯 아웃 방지 표면이 또 다른 평활표면에 마주 대해서 배치된다면, 왯 아웃 방지 표면 상의 대부분의 영역은 몇 미크론 또는 그 미만의 간격을 두고 제 2 표면과 접촉하지 않은 채 유지된다. 피크는 제 2 표면과 접촉하며, 각 접촉점의 영역은 어떠한 한 지점에서도 감지할 수 있는 왯 아웃을 피할 수 있을 정도로 충분히 작다. 피크는 불규칙적인 간격으로 존재할 수 있으며, 평균간격은 예를 들어 50 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위이고, 바람직하게는 100 ㎛ 내지 250 ㎛의 범위이다. 피크는 특정범위 내에서 다양한 높이를 가질 수 있는데, 국소최고점과 국소최저점 사이의 평균높이차이는 약 5 ㎛ 미만, 바람직하게는 약 2 ㎛ 미만이다. 국소 최소높이와 최고점 사이의 평균간격은 약 1.5 ㎛일 수 있다.

따라서, 피크 사이의 간격에 있어서는 불규칙성 또는 어느 정도의 무작위성 (randomness)이 존재할 수 있다. 또한, 피크의 높이에 있어서도 또 다른 정도의 무작위성이 존재할 수 있다. 그러나, 피크간격 또는 피크높이에 있어서 진정한 무작위성이 존재하는 것은 아니다. 피크높이 및/또는 피크간격의 값은, 각각 무작위적으로 또는 의사 무작위적으로, 사전선택된 범위 내에 있는 값을 가질 수 있다. 피크간격 및/또는 피크높이에 상한선 및 하한선을 배치시킴으로써, 통계학적으로 가능할 수 있는 극단의 피크간격 또는 피크높이로부터 일어나는 특정 형태의 결함을 감소시킬 수 있다.

한계 내에서 무작위적 방식으로 변화하도록 허용될 수 있는 왯 아웃 방지 표면의 또 다른 특징은 국소최고점에 이르는 표면의 기울기각이다. 기울기각이 큰 경우에는, 표면에서 큰 기울기각을 갖는 부분을 통과한 빛은 기울기각이 작은 부분을 통과한 빛보다 필름법선에 대해서 더 큰 각으로 굴절된다. 이것은 필름의 분산품질에 영향을 미칠 수 있어서 더 큰 기울기각을 갖는 표면을 갖는 필름은 더 큰 각으로 빛을 분산시킨다. 또한, 왯 아웃 방지 표면 상의 피크의 기울기는 그 피크 주위에서 대칭적일 필요는 없으며, 예를 들어 첫번째 축에 대해서 큰 기울기, 및 따라서 큰 분산, 및 첫번째 축에 대해 직교하는 두번째 축에 대해서는 작은 기울 기, 및 따라서 작은 분산을 가질 수 있다. 필름표면 상에서 소정의 방향으로 표면의 기울기는 설정된 한계 내에서 무작위적으로 선택될 수 있다.

본 발명에 따라 제작된 필름은 실질적으로 투명한 어떤 물질로부터도 제조될 수 있다. 벌크 확산성 물질이 본 발명에 따르는 필름 내에 통합될 수 있지만, 대부분의 경우에 이것은 광학필름의 성능을 저하시킬 수 있다. 또한, 반사편광과 같은 특정의 광학적 효과를 제공하기 위해서 필름 및 물질의 다중층이 단일필름 내에 포함될 수도 있다. 아크릴 및 폴리카보네이트의 단일 압출필름이 필름물질로서 좋은 후보물질이다. 필름은 또한, 입체화된 표면이 본 발명에 따르는 평활하며 무작위화된 높이의 표면을 갖는 기질 상에 주조 및 경화되어 있는 2 부분 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 폴리에스테르 기질 상의 자외선 경화된 아크릴 주조물이 사용될 수 있다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 ("PET")의 필름은 그위에 구조물이 경화될 수 있는 기질로서 좋은 작용을 하는 것으로 나타났다. 축방향으로 배향된 PET가 그의 기계적 및 광학적 특성 면에서 종종 바람직하다. 기질로서 사용될 수 있는 폴리에스테르 필름은 상품명 멜리넥스 (MELINEX™) 617 (duPont ICI America's Inc., Hopewell, Virginia)로 시판품을 이용할 수 있다. 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN)도 또한 단독으로, 또는 PET와의 공중합체 (co-PEN으로 알려져 있음)로서 광학필름을 제조하는 폴리머성 물질로서 좋은 작용을 하는 것으로 나타났다.

왯 아웃 방지 표면은 다수의 상이한 종류의 광학필름 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 미합중국특허 제 5,056,892 호에 기술된 것과 같은 프리즘성 휘도증진 필름 (400)에는 도 4A에 도시된 바와 같이 왯 아웃 방지 표면인 하부표면 (402)가 제공될 수 있다. 도 4B 내지 4D에서의 도면과 같은 도면은 일정한 비례로 도시된 것이 아님에 주목하여야 한다.

휘도증진성 필름 (400)은 입체화된 표면이라고 불리우는, 하나의 표면 상에 평행으로 배치된 일련의 프리즘 구조 (404)를 갖는다. 프리즘 구조 (404)는 관측자에 의해서 표시장치를 통해 관측되는 영상 (image)의 휘도를 증진시킨다. 빛, 예를 들어 광선 (410) 또는 (412)는 하부표면 (402)를 통해서 휘도증진성 필름 (400) 내로 통과한다. 광선은 필름 (400)으로부터 빠져나올 때 필름표면에 대해 법선 쪽으로 지향되며, 그렇지 않으면 필름 법선에 대해 더 큰 각으로 투과되었을 빛이 필름 법선 쪽으로 지향되어 표시장치는 관측자에게 더 밝게 보인다. 일부의 빛, 예를 들어 광선 (414)는 프리즘 구조 (404)에 의해서 전부 내부로 반사되어, 광원으로 돌아간다. 광원이 적절하게 반사성인 봉입체 (enclosure) 내에 들어있는 경우에, 반사된 광선 (414)는 휘도증진성 필름 (400)을 통한 전파를 위해서 재순환된다.

필름 (400)은 일반적으로 100 ㎛ 내지 250 ㎛의 범위내에 있는 두께 t를 갖는다. 왯 아웃 방지 표면 (402) 상에서 국소최고점과 국소최소 사이의 높이에 있어서의 변화 δ는 일반적으로 0 ㎛ 내지 5 ㎛의 범위이며, 바람직하게는 0 ㎛ 내지 2 ㎛의 범위이다. 가장 바람직하게는 δ값은 약 1.5 ㎛이다. 이 값에서, 색상분리는 뉴톤링의 가시도를 감소시킨다. 국소최고점인 피크의 높이는 또한 실제높이와 공칭높이 사이의 차이로 기술될 수도 있다. 예를 들어, 피크는 공칭높이와의 차이가 5 ㎛ 이하까지의 범위에 있는 실제높이를 가질 수 있다. 바람직하게는, 실제높이와 공칭높이 사이의 차이는 1.5 ㎛ 미만이다. 국소최고점 사이의 평균간격은 일반적으로 20 ㎛ 내지 400 ㎛의 범위이며, 바람직하게는 100 ㎛ 내지 250 ㎛의 범위이다.

상기에서 지적한 바와 같이, 뉴톤링 패턴의 크기는 국소최고점 사이의 평균간격에 따라 좌우된다. 간격이 크게되면 될 수록, 뉴톤링이 가시화될 수 있는 가능성은 더 커진다. 따라서, 최고점간의 평균간격을 감소시키는 것이 유리하다. 한편, 국소최고점의 평균높이가 일정한 경우에, 최고점간의 평균간격을 감소시키면 표면 기울기각이 더 커지게 된다. 더 큰 표면 기울기각은 필름표면을 통과한 빛의 더 큰 확산을 야기시킨다. 어느 정도의 표면확산이 일부의 적용분야에서는 허용될 수 있지만, 다른 분야에서는 표면확산이 최소화되어야 한다. 따라서, 약 1.5 ㎛의 δ값 및 150 ㎛ 내지 250 ㎛ 범위인 국소최고점피크 사이의 평균간격을 사용하여 왯 아웃 및 뉴톤링의 문제를 감소시키면서 또한, 표면확산을 감소시킬 수도 있다. 이들 값은 단지 권장되는 유효한 값으로 제공된 것이며, 본 발명을 제한하는 것은 아니다.

본 발명의 또 다른 잇점은 필름의 반대편 상의 구조에 대해 왯 아웃 방지 표면을 선택적으로 배향시키는 능력이다. 예를 들어, 왯 아웃 방지 표면 (402)는 프리즘 구조 (404)의 프리즘에 대해 수직인 방향으로 작은 표면기울기를 가지면서, 동시에 프리즘에 대해 평행인 방향으로 표면 (402) 상에서 더 큰 기울기를 갖도록 선택될 수 있다. 이러한 배열은 프리즘 구조를 횡단하는 방향으로 빛의 확산을 증 가시키지 않으면서 프리즘 구조에 대해 평행인 방향으로 빛을 유리하게 확산시킬 수 있다.

왯 아웃 방지 표면을 사용할 수 있는 입체화된 필름의 또 다른 예는 도 4B에 예시되어 있다. 필름 (420)은 상부표면 (424) 상에 렌티큘라 패턴 (423)을 갖는다. 렌티큘라 패턴 (423)은 예를 들어, 빛을 일차원으로 렌티큘라 패턴 (423)의 홈에 대해 수직인 방향으로 확산시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 광선 (426) 및 (428)은 랜티큘라 표면 (424)를 빠져 나오면 도면의 평면 내의 방향으로 굴절된다. 따라서, 이 필름 (420)을 통과한 빛은 x-방향으로 분배된다. 하부표면 (422)는 광학적 결함을 감소시키기 위해서 제공된 왯 아웃 방지 표면이다. 렌티큘라 필름 (420)은 일반적으로 100 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위에 있는 평균두께 t를 가질 수 있다.

왯 아웃 방지 표면을 가질 수 있는 입체화된 필름의 또 다른 형태는 도 4C에 예시되어 있다. 필름 (440)은 상부표면 (445) 상에 프레스넬 (Fresnel) 구조 (444)를 갖는 프레스넬 렌즈이다. 하부표면 (442)는 왯 아웃 방지 표면이다.

왯 아웃 방지 표면이 도 4A 내지 4C에 예시된 필름 이외의 다른 입체화된 필름에서 사용될 수 있다는 것은 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, 렌즈, 또는 다른 광굴절성 또는 회절성 구조와 같은 다른 구조가 필름의 입체화된 표면 상에 존재할 수 있다.

또한, 왯 아웃 방지 표면은 편광판, 벌크확산기, 산란필름, 지연필름 등과 같이 필수적으로 표면구조를 갖지 않는 필름 상에서 사용될 수도 있다. 이러한 필 름의 광학적 효과는 일반적으로 입체화된 표면에서의 굴절효과에 의존한 것이 아니라, 필름의 벌크 내에서 일어나는 광학적 상호작용에 기초를 둔 것이다. 편광필름 (460)은 도 4D에 나타내었으며, 여기에서는 하부표면 (464)가 왯 아웃 방지 표면이다. 굴절구조를 갖지 않는 필름은 각각의 표면 (462) 및 (464) 상에 왯 아웃 방지 표면을 가질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

필름 (460)은 필름 (460)의 중심을 통해서 지나가며 표면 (462) 및 (464)에 대해 실질적으로 평행하는 상상의 평면 (imaginary plane)을 갖는 것으로 예시되어 있다. 각각의 표면 (462) 및 (464)는 평면 (466)으로부터의 높이에 있어서의 전반적인 변화가 각각 범위 δ1 및 δ2 내에 있는 것으로 나타낸다. 일반적으로, δ1 및 δ2는 0 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위 내에 있으며, 일반적으로는 약 1.5 ㎛이다.

따라서, 본래는 평활한 필름표면에 대한 왯 아웃 방지 특징의 제공이 표시장치에서 결합을 감소시키기 위해서 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이것은 다수의 상이한 형태의 필름에 적용할 수 있다. 이러한 필름은 표면 상에 굴절구조를 포함할 수 있거나, 필름을 통한 빛의 전파에 따라 좌우되는 벌크 광학적 상호작용효과에 기초를 둘 수도 있다. 왯 아웃 방지 표면을 갖는 필름은 또한 벌크 및 표면효과의 조합에 기본을 둘 수도 있다.

왯 아웃 방지 표면을 갖는 필름을 사용하는 장치의 한가지 특별한 예는 도 5A에서 분해도로 나타내었다. 액정표시장치 (LCD) 조명모듈 (500)은 광가이드 (504) 내로 빛을 지향시키는 광원으로서 형광램프 (502) 및 반사기 (503)을 사용한다. 광가이드에는 하부표면 (507) 상에 확산방식의 반사성 추출도트 (506)이 제공 된다. 브로드밴드 확산반사기 (508)은 광가이드 (504) 하부에 위치하여 가이드 (504) 상부의 소자로부터 재순환된 빛을 반사시킨다. 형광램프 (502)로부터의 빛은 광가이드 (504) 쪽으로 들어가서 가이드 (504)의 표면에서 내부반사에 의해서 광가이드 (504)를 따라 인도된다. 추출도트 (506) 중의 하나 상에 입사한 광선 (510)은 확산적으로 반사되어 다수의 확산성 광선 (512)를 생성시킨다.

추출도트 (506)으로부터 상향으로 전파하는 빛은 가이드 (504)의 상부표면 513을 통해서 지나간다. 확산기 (514)는 광가이드 상부에 위치하여 가이드 (504)로부터 추출된 빛을 더 확산시킬 수 있으며, 따라서 LCD 표시장치 524의 후속조명을 더 균일하게 만들 수 있다.

상향으로 진행하는 빛은 그 다음에 도 4A에서 휘도증진필름에 대해 예시된 프리즘 구조와 유사한 상부표면상의 프리즘 구조를 갖는 하부 휘도증진필름 (BEF) (516)을 통과할 수 있다. 하부 BEF (516)은 한 축방향에서의 빛의 발산 (예를 들어, 도면의 평면을 벗어난 방향)을 감소시킨다. 하부 BEF (516) 상부에 위치하는 상부 BEF (518)은 하부 BEF의 프리즘 구조에 대하여 약 90°로 배향된 그의 프리즘 구조를 가져서 또다른 축 방향에서의 빛의 발산 (예를 들어, 도면의 평면내에 있는 방향)을 감소시킨다. 상부 BEF (518)이나 하부 BEF (516)에 의해서 반사된 빛은 반사기 (508)에 의해서 재순환될 수 있다. 교차된 BEF 필름 (516) 및 (518)의 쌍은 광가이드 (504)로부터 추출된 빛의 전반적인 발산을 감소시키는데 효과적일 수 있다.

반사성 편광필름 (520)은 상부 BEF (518)의 상부에 배치된다. 반사성 편광 판은 하나의 편광된 빛을 투과시키고 직교성 편광된 빛은 반사시킨다. 따라서, 편광필름 (520)을 통과한 빛은 편광된다. 편광필름 (520)에 의해서 반사된 빛은 반사기 (508)에 의해서 재순환될 수 있다. 편광필름 (520)에는 왯 아웃 방지 상부표면 (522)가 제공된다.

LCD 매트릭스 (524)는 편광필름 (520)의 상부에 배치된다. LCD 매트릭스를 통과한 편광된 빛은 정보, 예를 들어 영상에 의해서 공간적으로 변조된 다음에, 투과된다. 왯 아웃 방지 표면 (522)는 편광필름 (520)과 LCD 매트릭스 (524) 사이에서 왯 아웃 및 뉴톤링의 형성을 감소시킴으로써 관측자에 의해서 관측되는 영상의 품질을 증진시킨다. 왯 아웃 방지 표면 (522)의 사용으로 편광필름 (520)과 LCD 매트릭스 (524) 사이에 왯 아웃 감소성 커버시트를 포함시킬 필요가 없게 된다.

상부 BEF (518)과 편광필름 (520) 사이의 커버시트와 같은 다른 소자들이 모듈 (500) 내에 포함될 수도 있다.

도 5B는 본 발명에 따르는 광재지향성 필름을 사용하는 다른 형태의 표시장치 (550)을 나타낸 것이다. 광요소 (552)로부터의 빛은 반사기에 의해서 광가이드 (556) 내로 지향된다. 광요소 (522)는 일반적으로 형광튜브이지만, 다른 형태의 요소가 사용될 수도 있다. 광가이드 (556)은 쐐기모양일 수 있으나, 의사 쐐기와 같은 다른 형태가 사용될 수도 있다. 광가이드 (556)은 투명할 수 있거나, 벌크확산기를 포함할 수 있다.

작은 각 또는 거의 평평한 각으로 광가이드 (556)으로부터 방출된 빛은 광재지향성 필름 (558)로 들어간다. 광재지향성 필름 (558)은 선형 프리즘 (562)와 같 은 다수의 선형 프리즘을 갖는 입체화된 표면측면 (560)을 갖는다. 선형 프리즘 (562)는 제 1 측면 (564) 및 제 2 측면 (566)을 갖는다. 광가이드 (556)으로부터 유래하는 빛은 일반적으로 선형 프리즘 (562)의 제 1 측면 (564)를 통해서 재지향성 필름 (558)로 들어가며, 도 5C 에서 광선 (565)에 대해 나타낸 바와 같이 제 2 측면 (564)에 의해서 내부 전반사된다. 내부 전반사 후에, 빛은 재지향성 필름 (558)로부터 출력표면 (568)을 통해서 방출된다. 그후, 빛은 액정 표시장치와 같은 광게이팅 장치 (570)을 통과할 수 있다. 재지향성 필름 (568)의 출력표면 (568)은 왯 아웃 방지 표면일 수 있어서 재지향성 필름 (568)과 광게이팅 장치 (570) 사이에서 광학적 결함이 나타나는 것을 방지할 수 있다.

모듈 (500) 및 (550)에 대한 설명은 단지 설명을 목적으로 제시된 것이며, 왯 아웃 방지 표면을 갖는 필름의 용도를 어떤 식으로든 제한하는 의도가 아님은 이해될 수 있을 것이다. 왯 아웃 방지 표면을 갖는 필름은 그 필름이 없는 경우 두개의 광학적 표면이 서로 접촉하여 왯 아웃 또는 뉴톤링을 생성시킬 수 있는 다수의 상이한 형태의 광학시스템에서 사용될 수 있다.

광학필름은 통상적으로, 엠보싱, 압출, 주조 및 경화, 압축성형 및 사출성형을 포함하는 다양한 상이한 방법에 의해서 제조된다. 이들 방법은 필름 상에 왯 아웃 방지 표면을 형성시키는데 적합하다. 예를 들어, 필름은 도 6에 예시된 것과 같이 특정한 치수 만큼 공간적으로 간격을 두고 있는 한쌍의 롤러 사이에서 주조할 수 있는데, 여기에서는 필름 (602)를 압출롤러 (604)에 의해서 다이 (600)을 통해서 저장기 (601)로부터 인장시킨다. 필름 (602)는 압출롤러 (604)와 제 2 롤러 (606) 사이에 맞물린다. 필름 (602)가 표면구조를 갖는 경우에, 제 2 롤러 (606)은 필름 (602) 상에 패턴을 엠보싱하기 위한 규정된 표면이 제공된 패턴롤러일 수 있다. 예를 들어, 필름 (602)가 도 4A에 예시된 바와 같은 휘도증진필름으로 제조되는 경우에, 제 2 롤러 (606)에는 그의 표면 주위에 다수의 프리즘 구조 (608)이 제공되어 필름 (602)의 상부표면 612에서 상보적인 임프레션을 발생시킨다. 패턴롤러는 15 ㎝-60 ㎝ 범위의 직경을 가질 수 있다. 압출롤러 (604)에는 또한, 필름의 하부표면 (618) 상에서 패턴을 엠보싱하기 위해서 사용되는 엠보싱 패턴이 제공될 수도 있다. 롤러 (604)와 (606) 사이를 통과시킨 후에, 필름 (602)는 예를 들어 냉각기 (620)에서 냉각시키고, 롤러 (604) 및 (606)에 의해서 그 위에 엠보싱된 패턴을 유지시킨다. 도시된 특정한 구체예에서, 압출롤러 (604)는 필름 (618)의 하부표면 상에 왯 아웃 방지 표면을 엠보싱하기 위한 것으로서, 높이에 있어서 무작위적인 변화를 갖는 표면 (616)을 갖는다.

상부롤러 (606)에는 다수의 상이한 형태의 엠보싱 패턴이 제공될 수 있다. 상부롤러 (606) 상에서 사용될 수 있는 엠보싱 패턴의 예에는 휘도증진필름을 위한 프리즘 패턴, 렌티큘라 필름을 위한 렌티큘라 패턴, 및 프레스넬 필름을 위한 프레스넬 패턴이 포함된다. 또한, 상부롤러 (606) 상의 프리즘 구조는 도 6에서 도시한 바와 같이, 회전의 방향에 대해서 평행하는 방향이 아니라 롤러 (606)의 원주 주위에서 회전의 방향에 대해 수직인 방향으로 배열될 수 있다. 상부롤러 (606)은 또한, 평활하여 편평 필름표면을 제공할 수 있거나, 필름 (602)의 상부표면 (612) 상에 왯 아웃 방지 패턴을 엠보싱하기 위한 표면이 제공될 수도 있다. 압출롤러 (604)의 표면은 불규칙적인 엠보싱 패턴을 포함하여 왯 아웃 방지 표면을 생성시킬 수 있지만, 필요조건은 아니다. 롤러 (604) 및 (606) 둘다가 불규칙적인 엠보싱 패턴을 갖는 경우에, 생성된 필름은 두개의 왯 아웃 방지 표면을 갖는다.

하나 또는 그 이상의 왯 아웃 방지 표면을 갖는 필름을 생산하기 위하여 시트의 엠보싱, 사출성형 및 압축성형을 포함하는 다른 시도가 이루어질 수 있다. 하나의 특정한 시도로서, 웹에 적용된 엠보싱 가능한 물질의 필름을 패턴 표면에 대하여 압축적으로 유지시켜 필름 상에 패턴표면에 상보적인 형태를 엠보싱한다. 엠보싱 가능한 물질은 열가소성 물질일 수 있으며, 따라서 필름은 그위에 엠보싱된 패턴을 갖는 물질을 고화시키기 위하여 패턴표면에 대해 유지시킨 채로 냉각시킬 수 있다. 이러한 시도의 변형법으로, 엠보싱 가능한 물질은 패턴표면에 접촉한 상태에서, 또는 패턴표면이 제거된 후에 경화되거나 부분경화될 수 있는 경화성 폴리머일 수 있다.

왯 아웃 방지 표면을 형성시키는 또 다른 방법에서는, 필름을 불규칙한 패턴을 표면에 가지고 있는 주형을 사용하여 사출성형시킬 수 있다. 생성된 사출성형된 필름은 주형내의 불규칙한 패턴의 상보체인 왯 아웃 방지 표면을 갖는다. 또다른 방법으로, 필름을 압축성형할 수도 있다. 성형도구는 성형된 부품 상에 왯 아웃 방지 표면을 형성시키는 불규칙한 표면을 가질 수 있다.

필름을 엠보싱시킨 후에, 이것은 예를 들어 항반사피복 등을 생성시키기 위한 피복과 같은 추가의 후가공공정을 거칠 수 있다.

필름은 또한, 제작 후에 하나 또는 그 이상의 다수의 상이한 방법을 사용하 여 연신시킬 수도 있다. 예를 들어, 한가지 가능한 방법은 웹을 두 셋트의 롤러사이에 맞물리게 하고, 하류의 롤러 셋트를 상류의 롤러 셋트보다 빠르게 회전시키는 길이배향방법이다. 또 다른 방법은 필름의 가장자리를 예를 들어 웹의 양측에 컨베이어 벨트 방식으로 배열된 연속적 클램프에 의해서 그립핑시키는 것을 포함하는 텐터링 방법이다. 클램프가 전방으로 이동함에 따라, 연속적 클램프들이 서로 먹여져서 규정된 거리에 걸쳐서 그 사이에서 필름을 연신시킨다. 텐터링은 일반적으로 필름을 단지 한 방향으로, 예를 들어 웹을 횡단하는 방향으로만 연신시키고 하향 웹 방향으로는 연신하지 않도록 수행한다. 웹은 일반적으로 필름의 목적하는 두께 또는 목적하는 분자배향에 도달하기에 충분한 정도로 연신시킨다. 필름의 폭은 텐터링 공정에서 2-10 배 범위의 비율로, 더욱 일반적으로는 3-8 배 범위의 비율로 증가시킬 수 있다. 필름은 또한, 시트의 가장자리를 프레임 (frame)의 측면에 부착시키고 프레임의 측면을 잡아당기는 연신프레임 내에서 웹으로서가 아니라 시트로서 연신시킬 수도 있다.

연신시킬 때, 필름 물질의 부피는 필수적으로 일정하게 유지되기 때문에, 필름의 횡단면의 형태는 합리적으로 명확하게 정의된 방식으로 변화한다. 필름이 X배의 비율로 측방향으로 연신되는 경우에, 횡단면적은 동일하게 유지되기 때문에 필름의 높이는 X의 비율로 감소한다. 따라서, 비연신 필름이 표면상에 엠보싱된 왯 아웃 방지 패턴을 갖고, 국소최고점과 국소최저점 사이의 높이에 있어서의 평균높이 차이가 Y인 경우에, 연신된 필름에서 국소최고점과 국소최저점 사이의 평균높이 차이는 대략 X/Y이다. 예를 들어, 비연신 필름에서 국소최고점과 국소최저점 사이의 평균높이 차이가 8 ㎛이고, 필름을 4의 배율로 연신시킨 경우에, 필름을 연신시킨 후에 국소최고점과 국소최저점 사이의 평균 높이차이는 약 2 ㎛이다.

따라서, 왯 아웃 방지 표면은 필름 상에 형성될 때 평균 피크높이, 평균 피크간격 등의 치수가 필름을 연신시킬 것인지 아닌지에 따라 선택된다. 연신을 수행하지 않는 경우에, 필름 상에 형성된 표면은 목적하는 피크높이 및 평균간격을 갖는다. 그러나, 필름을 어느 한 차원에서 연신시키고자 하는 경우에, X가 연신율이라면 표면상에 형성된 피크높이는 목적하는 최종 피크높이의 X배가 된다. 또한, 필름표면 상에 형성된 연신방향에서의 평균 피크간격은 연신방향에서 목적하는 최종 피크간격의 1/X 배이다. 연신이 단지 일차원에서만 일어난다면, 연신방향에 대해 직교하는 방향에서의 평균 피크간격은 변화하지 않는다. 따라서, 직교방향에서의 평균 피크간격은 연신시킨 후에 목적하는 값과 동일한 값을 갖도록 필름상에 형성된다. 이것은 이하에 제시되는 실시예의 기술내용에서 더 상세히 설명된다.

필름을 이차원으로, 예를 들어 웹의 횡 및 종방향으로 연신시키는 경우에, 필름 상에 형성된 표면의 치수는 연신시킨 후의 왯 아웃 방지 표면 상의 치수가 목적하는 범위 내에 있도록 선택된다.

프리즘 필름, 렌티큘라 필름 및 프레스넬 렌즈를 갖는 필름과 같은 입체화된 필름을 제조하기 위해서 사용되는 도구에 대한 매스터는 다이아몬드 터닝기술 (diamond turning technique)에 의해서 만들어 질 수 있다. 이들 매스터는 압출에 의해서 또는 주조 및 경화공정에 의해서 필름을 제조하기 위해서 사용될 수 있다. 일반적으로, 선형 패턴을 위한 도구는 롤로 알려져 있는 원통형 블랭크 상에서 다 이아몬드 터닝에 의해서 만들어진다. 롤의 표면은 일반적으로 경질 구리로 만들어지지만, 다른 물질이 사용될 수도 있다. 구조는 롤의 원주를 따라서 연속적 패턴으로 형성된다. 한가지 구체적인 구체예에서, 구조는 다이아몬드 공구가 회전하는 롤에 대해 횡방향으로 이동하면서 단일의 연속적 절삭홈이 롤 상에 만들어지는 나사절삭 (thread cutting)으로서 알려져 있는 기술에 의해서 기계가공된다. 생산하고자 하는 구조가 일정한 피치를 갖는 경우에, 공구는 롤을 따라서 일정한 속도로 이동시킨다. 대표적인 다이아몬드 터닝기계는 공구가 롤 내에 침투하는 깊이, 공구가 롤에 대해서 만드는 수평 및 수직각, 및 공구의 횡속도의 독립적인 조절을 제공할 수 있다. 또한, 다이아몬드 터닝기계는 롤의 회전속도를 조절할 수 있다. 유사한 기술이 왯 아웃 방지 엠보싱롤을 제조하기 위해서 조정될 수 있다.

왯 아웃 방지 표면을 엠보싱시키기 위한 롤을 제조하는 방법은 도 7에 예시되어 있다. 드럼 (700)은 드럼드라이브 (704)에 의해서 축 (702) 둘레로 회전된다. 컴퓨터 (706)은 드럼드라이브 (704)를 조절하며, 또한 드럼 (700)의 현재의 각위치 ψ를 모니터할 수 있다. 제어컴퓨터 (706)은 또한 다이아몬드 절삭공구 (708)의 이동 및 가동을 조절한다. 컴퓨터 (706)은 축 (702)와 평행인 z-방향 및 축 (702)에 대해 방사상으로 지향되는 x 방향으로 이동하도록 절삭공구 홀더에 제어시그날을 보내며, 또한 공구 (708)과 드럼 (700)의 표면 사이의 각 Π에 관한 제어시그날을 보낼 수도 있다. 절삭공구의 크기 및 형태는 롤 (700)을 사용하여 제조하고자 하는 필름의 특정한 형태에 따라서 선택된다.

일반적으로, 컴퓨터 (706)은 절삭공구를 z-방향으로 구동시켜 회전하는 드럼 (700)을 따라서 공구 (708)을 이동시킨다. x-방향으로 절삭공구 (708)을 제어하는 것은 드럼 (700)의 표면에 대한 절삭홈의 깊이를 조절한다. 다이아몬드 절삭공구 (708)은 마운트 (712)에 부착된 고속서보유니트 (710) 내에 보유될 수 있다. 마운트 (712)는 일반적으로 컴퓨터 (706)에 의한 조절하에서 x 및 z-방향으로 병진할 수 있다. 고속서보유니트 (710)은 또한, 절삭공구 (708)을 x-방향으로 직동시킨다. 그러나, 절삭공구 (708)은 표준 공작기계 마운트에 의해서 통상적으로는 얻을 수 없는 주파수에서 작동한다. 고속서보유니트의 반응의 주파수의 상한선은 수 킬로헤르쯔부터 수십 키로헤르쯔까지의 범위에 있는 반면에, 표준 기계마운트의 주파수 반응은 일반적으로 5 Hz 이하이다. 고속서보유니트 (710)이 x-방향으로 발생시키는 스트로크의 길이는 일반적으로 50 ㎛ 미만으로 짧으며, 20 ㎛ 미만일 수도 있다. 스트로크의 길이와 주파수 반응 상한선 사이에서 보상 관계가 있을 수도 있다는 것은 이해될 수 있을 것이다. 일반적으로, 고속서보유니트 (710)을 사용하여 x-방향으로 절삭공구 (708)의 짧고 빠른 편위운동을 생성시키는 반면에, 마운트 (712)를 사용하여 x-방향으로 절삭공구 (708)의 더 길고, 더 느린 편위운동을 생성시킨다. 왯 아웃 방지 표면패턴은 드럼 상에 얕은 홈을 나사절삭시킴으로써, 즉 절삭공구 (708)을 z-방향으로 직동시키면서 드럼 (700)의 표면을 절삭시킴으로서 드럼상에 절삭된다. 마운트 (712)는 고속서보유니트 (710) 보다더 낮은 주파수 밴드에서 구동하는 제 2 서보유니트일 수 있다.

드럼 (700) 상의 표면절삭을 조절하기 위해서 몇가지 상이한 방법들을 사용할 수 있다. 도 7에 예시된 한가지 방법에서는, 컴퓨터 (706)이 z 및 임의로 Π에 대한 제어시그날을 발생시킨다. 컴퓨터 (706)은 또한 두개의 요소를 갖는 절삭공구 (708)에 대한 제어시그날 x를 발생시킨다. 첫번째 요소인 x₀는 고속서보유니트 (710)을 x-방향으로 직동시키도록 마운트 (712)에 대해 지시되는 느리게 변화하는 함수이다. 느리게 변화하는 함수는 예를 들어, 사인형이거나 무작위적일 수 있다. 두번째 요소인 x₁은 x-방향으로 작고, 빠르며, 독립적이고, 무작위적으로 시간 조절된 이동이 이루어지도록 고속서보유니트 (708)을 조절하는 컴퓨터 발생된 소음함수 이다.

롤 (700)의 표면 상에 생성된 무작위적인 절삭 홈은 절삭기 (708)에 대한 롤의 표면속도, 및 절삭공구 (708)의 무작위적으로 식나 조절된 편위운동들 사이의 평균시간에 따라 좌우되는 롤 원주 주위의 국소최저점들 간의 평균간격을 갖는다. 드럼 (700)의 표면은 필름 상에 상보적 표면을 형성시키기 때문에, 롤 표면 상의 국소최저점은 필름 표면 상의 국소최고점에 상응한다. 롤 표면의 높이에 있어서 국소최저점 간의 평균간격이 약 150 ㎛가 되도록 선택되고, 롤 (708)의 편위운동 간의 평균시간이 200 μs (5 kHz의 평균 절삭공구 가동주파수에 상응함)인 경우에, 롤의 표면속도는 약 0.75 ms^-1가 되도록 선택된다.

고속서보유니트 (710)에 의한 고속 x 병진운동에 의해서 절삭공구 (708)의 x-위치를 변화시키는 이외에도, 절삭공구 (708)의 x-위치는 x₀ 시그날요소의 조절하에서 마운트 (712)의 저속 x 병진운동에 의해서 변화될 수 있다. x₀ 시그날이 롤 (700)의 회전속도에 대해 조화 또는 분수조화 함수가 아닌 비율로 변화하는 경우에, 절삭표면의 주기성에 있어서 규칙성이 나타나는 것을 피할 수 있다. 마운트 (712)의 저속 x 병진운동을 사용하여 롤 (700) 내로 절삭된 표면의 높이를 고속서보유니트 (710)의 스트로크 길이보다 더 큰 양까지 변화시킬 수 있다.

도 8A-8C는 시간에 대해 도시된 전압의 함수로서, 롤 (700)의 표면상에 무작위 또는 의사 무작위 패턴을 절삭하기 위해 컴퓨터 (706)이 고속서보유니트 (710)에 전파할 수 있는 제어시그날의 상이한 형태의 예를 설명한 것이다.

도 8A에서, 제어시그날 (800)은 고정된 진폭 및 폭을 갖는 일련의 펄스를 포함하는데, 여기에서 펄스간 간격은 무작위적으로 변화한다. 도 8B에서, 제어시그날 (802)는 고정된 진폭 및 간격을 갖지만, 폭은 무작위적으로 변화하는 일련의 펄스를 포함한다. 도 8C에서, 제어시그날 (804)는 고정된 폭 및 간격을 갖지만 진폭은 무작위적으로 변화하는 일련의 펄스를 포함한다.

시그날 (800), (802) 및 (804)에서 나타나는 무작위적으로 나타나는 펄스의 패턴은 고속서보유니트 (710)에 의해서 각각 롤 (700)의 표면상에 무작위적으로 분포된 최소절삭 홈 상의 동등한 패턴으로 전사된다. 고속서보유니트 (710)에 공급된 제어시그날 내의 일련의 펄스는 무작위적으로 변화하는 펄스 진폭, 펄스 폭 및 펄스간 간격의 조합을 포함할 수 있다. 컴퓨터 (706)으로부터 고속서보유니트 (710)에 무작위적이거나 의사 무작위적으로 변화하는 제어시그날을 공급하는데 있어서의 잇점은 하나의 롤 상에 절삭된 무작위적으로 생성된 패턴이 컴퓨터 (706)에서 프로그래밍되어 또 다른 롤 상에서 반복될 수 있다는 점이다.

펄스화 제어시그날의 다른 잇점으로, 고속서보유니트 (710)에서 발생된 열이 감소될 수 있고, 롤 절삭속도를 용이하게 증가시킬 수 있으며, 디자이너가 더 용이하게 절삭공정을 이해하고 설계할 수 있다는 잇점이 있다.

다른 형태의 시그날도 고속서보유니트 (710)에 전파되어 롤 (700)을 절삭하기 위한 절삭공구 (708)의 적절한 병진운동을 제공할 수 있으며, 도 8A-8C에 제시된 예는 본 발명을 제한하는 것은 아니다.

상술한 바 있지만, 본 발명의 잇점은 특정방향에 대하여 특정한 값이 되도록 왯 아웃 방지 표면의 특징을, 예를 들어 프리즘 필름 상의 프리즘의 방향에 대하여 평행인 방향으로 표면 기울기를 선택할 수 있다는 것이다. 왯 아웃 방지 표면을 배향시키는 또 다른 실시예에서는 국소최저점 사이의 "교차 나사" 간격에 대해 어떤 특정한 제한을 부과하지 않으면서, 드럼을 절삭하는 중에 표면최저점 사이의 "하향 나사" 간격의 범위, 예를 들어 150 ㎛ 내지 200 ㎛의 범위를 선택할 수 있다. 이러한 무작위적 특징의 배향선택은 예를 들어, 선형 모아레 패턴과 같은 선형 효과를 피하는데 유용할 수 있다.

드럼상에 왯 아웃 방지 표면을 절삭하는 또 다른 방법은 도 9에 예시되어 있다. 도 7의 요소와 유사한 요소는 유사한 인식번호를 갖는다. 절삭공정을 조절하는 컴퓨터 (900)은 드럼드라이브 (704)에 연결되어 드럼이 축 (702) 주위를 회전함에 따라 드럼 (700)의 각 ψ를 조절하고 모니터한다. 컴퓨터 (900)은 y 방향으로 절삭공구 (708)의 운동을 조절하기 위해 마운트 (712)에 제어시그날을 전파하고, x-방향으로 절삭공구 (708)의 비교적 느린 운동을 위해서 저속 x 시그날을 전파한 다. 컴퓨터 (900)은 또한 절삭공구 (708)과 롤 (700)의 표면 사이의 각 θ를 조절하는 제어시그날을 제공할 수도 있다.

소음원 (904)는 일반적으로 밴드패스필터 (906)을 통과하는 소음 시그날 I_n을 발생시킨다. 여과된 소음 시그날은 필요에 따라 증폭기 (907)에서 증폭시키고, 고속 x 시그날로서 고속서보유니트 (710)에 적용하여 x-방향으로 절삭공구 (708)의 불규칙적인 고속운동을 생성시킨다.

필터 (906)의 패스밴드는 소음 주파수의 목적하는 범위 내에 있는 주파수를 통과시키도록 조정할 수 있다. 예를 들어, 밴드패스는 수 킬로헤르쯔의 폭을 갖는 창에 걸쳐 있을 수 있으며, 1 내지 2 킬로헤르쯔 내지 수십 킬로헤르쯔 범위에 집중시킬 수 있다. 주파수 밴드의 중심은 드럼의 절삭표면 상의 국소최저점들 사이의 목적하는 평균간격에 따라 선택되며, 선택된 패스밴드의 폭은 최저점 사이의 간격의 목적하는 분산 정도에 좌우된다. 주파수 밴드의 중심의 선택은 또한 고속서보유니트 (710)에 필요한 스트로크 길이에 따라 좌우될 수도 있다. 고속서보유니트의 스트로크 길이는 일반적으로 공정주파수가 증가함에 따라 감소한다.

소음원 (904)로부터의 시그날이 여과되기 때문에 고속서보유니트 (710)에 적용된 시그날은 진정으로 무작위적인 것이 아니며 의사 무작위적인 것이라는 점은 이해될 수 있을 것이다. 그러나, 소음 시그날의 주파수를 제한함으로써 고속 x 시그날에서 통계학적으로 극한적인 주파수의 편위가 발생하는 것을 피할 수 있다. 이러한 편위는 최저점들 간의 간격이 비교적 긴 부분에 최저점들 간의 거리가 비교 적 짧은 부분이 인접해 있는 롤을 생성시킬 수 있으며, 이것은 관측자에게 보이는 표시장치에서 결함을 야기시킬 수 있다.

도 8에 예시된 바와 같은 시스템의 한가지 특별한 예에서, 64 ㎛ 반경의 다이아몬드를 갖는 절삭공구 (708)이 절삭피치를 40 ㎛로 하여 사용된다. 절삭피치는 드럼 (700)의 일회전 중에 z-방향으로 절삭수단 (708)에 의해서 이동한 거리이다. 절삭공구의 깊이는 일회전에 근접한, 특히 일회전에 약간 모자라는 사이클을 사용하는 경우에 나타나는 사이클상의 문제없이 깊이가 달라지는 일정한 패턴을 제공하도록 선택된 비로서 드럼의 매 1.69 회전운동마다 약 6 ㎛ 씩의 저속 x 병진운동을 사용하여 변화된다. 저속 x 병진운동에 겹쳐셔 여과된 무작위 소음발생기를 사용하여 발생된 3 미크론 무작위 시그날이 부가된다. 필터는 4 kHz 내지 5.6 kHz의 패스밴드에서 소음을 통과시킨다. 드럼의 표면속도는 드럼표면 상의 피크들 사이의 공칭 또는 평균 간격이 약 170 미크론이 되도록 선택되었다.

절삭공구를 보유하기 위한 고속서보유니트의 한가지 특별한 구체예는 도 10에 예시되어 있다. 고속서보유니트 (1000)은 벽 (1006) 및 배면 (1008)을 갖는 케이스 (1004)로부터 연장되는 절삭공구 (1002)를 포함한다. 절삭공구 (1002)는 어느 한 측면 상에서 피에조 전기요소 스택 (1010)에 의해서 지지된다. 피에조 전기스택 (1010)이 빠르게 변화하는 전기적 시그날에 의해 자극을 받으면, 절삭공구 (1002)는 케이스 (1004)로부터 연장한 거리가 소량으로 변화하도록 이동하게 된다. 피에조 전기스택 (1010)은 일정하거나, 프로그래밍되었거나, 불규칙적인 주파수의 시그날에 의해서 자극받을 수 있다. 그러나, 롤 (800) 상에 무작위적으로 변화하 는 높이를 갖는 표면을 생성시키기 위해서는 피에조 전기스택 (1010)에 적용되는 시그날은 일반적으로 무작위적이거나 의사 무작위적이다. 본 명세서에서 사용된 것으로, 용어 무작위는 의사 무작위를 포함하는 것으로 이해된다.

왯 아웃 방지 표면을 갖는 반사성 편광필름은 표면을 이하의 방식으로 제조한 롤을 사용하여 제작하였다. 롤은 약 0.8 ms^-1의 표면속도로 회전하였다. 고속서보유니트는 4 kHz 내지 5.6 kHz의 범위의 주파수를 갖는 소음원으로부터의 시그날에 의해 작동되었다. 고속서보유니트의 스트로크 길이는 약 7 ㎛였다. 롤의 약 1.69 회전과 동등한 주기를 갖는 약 3 ㎛의 저속 x 병진운동을 고속서보유니트에 부여하였다. 다이아몬드 공구는 약 50 ㎛의 반경을 가졌으며, 약 22-28 ㎛의 피치로 롤의 표면에 홈을 절삭하였다. 절삭의 평균새그 (average sag)는 약 2 ㎛였다. 따라서, 깊이에 있어서 피크 밸리간 차이의 최고점은 약 12 ㎛ (7+3+2 ㎛)였다. 인접한 홈 사이의 피크의 z-방향 치스는 롤 주위를 따라 매끄럽게 변화하지 않으며, 피크의 어느 한 측면의 밸리의 상대적 절삭깊이에 따라 약간의 고속 z-변화를 갖는다. 그러나, z-방향으로 최저점들 사이의 평균간격은 z-피치, 즉 22-28 ㎛와 동등하였다. 최저점들 사이의 평균간격은 홈을 따라서 원주방향으로 약 175 ㎛였다.

상기한 롤을 사용하여 도 6에 예시된 방법과 유사한 압출방법에서 필름 상에 표면을 형성시켰다. 필름은 예를 들어 공개된 PCT 특허출원 WO95/17303, WO96/19347, WO95/17699, WO95/17692 및 WO95/17691 (이들의 내용은 본 명세서에 참고로 포함되었다)에서 기술된 바와 같이 PEN과 CoPEN의 교호하는 층들로부터 형성된 다층 반사성 편광체 필름이었다. 필름이 형성된 후에, 필름을 약 6의 배율로 횡방향으로 연신시켰다. 따라서, 연신된 필름에서 피크 밸리간 차이의 최대치는 약 2 ㎛ (12 ÷6)이었으며, 연신된 방향으로 평균 피크간격은 132 ㎛-168 ㎛였다. 홈을 따르는 방향에서 평균피크간격은 연신에 의해서 영향을 받지 않았으며, 약 175 ㎛로 유지되었다.

필름 상의 왯 아웃 방지 표면의 예는 도 11A 및 11B에 예시되어 있다. 필름은 25 ㎛ 피치를 사용하여 50 ㎛ 반경의 다이아몬드 공구로 절삭한 드럼상에 형성되었다. 절삭공구는 7 ㎛ 고주파수 무작위 스로우 (throw) 및 3 ㎛ 저속 X 스로우를 갖는다. 필름은 제작한 후에 약 5의 배율로 연신시켰다. 왯 아웃 방지 표면의 삼차원 표면플롯을 1.81 ㎜ (z-축) ×1.36 ㎜ (y-축) 크기의 필름 절편에 대하여 도 11A에 예시하였다. 연신방향은 y-축을 따르는 방향이었다. 도면은 샘플 표면영역에 걸쳐서 높이에 있어서 약 1.2 ㎛의 변화를 나타낸다. 도 11B는 z-축에 대해 평행으로 표면을 따르는 한 라인에 대한 표면프로필을 예시한 것이다. 라인 프로필의 길이를 따라서 높이에 있어서의 변화는 약 0.3 ㎛였다.

상기에서 보는 바와 같이, 본 발명은 표시장치 시스템에 적용가능하며, 백릿트 표시장치 및 후방투영스크린과 같은 다중 광처리필름을 갖는 표시장치 및 스크린에서 외관적 결함을 감소시키는데 특히 유용한 것으로 믿어진다. 따라서, 본 발 명은 상술한 특정한 예로 제한되는 것으로 생각해서는 안되며, 오히려 첨부된 특허청구범위에 올바르게 기술된 본 발명의 모든 관점을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 다양한 변형, 등가방법 및 본 발명을 적용할 수 있는 다수의 구조는 본 명세서를 검토함으로써 본 발명이 지향하는 기술분야에서 숙련된 전문가에게 용이하게 명백할 것이다. 특허청구범위는 이러한 변형방법 및 장치를 포함하도록 의도된다.

Claims (67)

1. 규칙적인 구조가 없으며, 다수의 국소최고점을 갖고, 특징적인 척도가 예정된 범위내의 무작위 값을 갖는 제 1 표면; 및

   제 1 표면에 대향하는 제 2 표면

   을 포함하고, 특징적인 척도가 필름표면의 실제 높이와 공칭 높이 사이의 차이, 표면 상의 국소최고점들 사이의 평균간격, 또는 국소최고점에 근접하는 제 1 표면의 기울기각인 광학필름.
2. 제 1 항에 있어서, 국소최고점이 실제높이를 가지며, 특징적인 척도는 실제높이와 공칭높이 사이의 차이인 광학필름.
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8. 제 1 항에 있어서, 특징적인 척도가 국소최고점에 근접하는 제 1 표면의 기울기각인 광학필름.
9. 제 8 항에 있어서, 특징적인 척도가 필름의 제 2 표면 상의 굴절구조의 소정의 방향에 관련된 한 방향으로 국소최고점에 근접하는 제 1 표면의 기울기각인 광학필름.
10. 제 1 항, 2 항, 8 항 및 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 표면이 규칙적인 굴절구조를 포함하고, 규칙적인 굴절구조가 휘도증진 프리즘 구조, 렌티큘라 구조, 프레스넬 구조 또는 다른 광굴절성 또는 회절성 구조인 광학필름.
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12. 제 10 항에 있어서, 특징적인 척도가 제 2 표면 상의 굴절구조의 소정의 방향과 관련되는 광학필름.
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