KR100787869B1 - 광 제어 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면 2필름 구성을 포함하는 광 제어 장치가 개시되어 있으며, 상기 필름은 각각 복수 개의 광 흡수 영역을 구비한다. 예컨대, 광 흡수 요소는 필름에 있어서 광 흡수 물질로 채워지거나 피복된 일련의 홈 또는 기둥 모양의 오목부일 수 있다. 2개의 필름은 인접하게 배치되어, 각각의 광 흡수 영역은 광 제어 장치의 두께 방향을 따라 연장되는 복수 개의 광 흡수 요소를 형성할 수 있다. 광 흡수 요소에 의해 관찰자는 소정의 시야각 범위 내에서는 광 제어 장치를 통해 이미지를 볼 수 있게 되며, 상기 시야각 범위 밖에서는 광 제어 장치를 통해 이미지를 볼 수 없게 된다. 이러한 2필름 구성을 통해 비교적 용이하게 제조할 수 있게 되며, 일반적인 시야각 범위에 걸쳐서는 보다 양호한 관찰 균일성을 제공하고 뚜렷한 프라이버시 관찰 컷오프를 제공하며 고스트 이미지 형성을 감소시킬 수 있는 광 흡수 요소를 형성할 수 있게 된다.

Description

광 제어 장치 및 그 제조 방법{LIGHT CONTROL DEVICE AND METHOD FOR MAKING THE SAME}
본 발명은 하나의 시야각 범위에 대해서는 투과율이 높고, 다른 시야각 범위에 대해서는 투과율이 낮은 광 제어 장치에 관한 것이다.
광 제어 필름, 또는 광 조준 필름은 당업계에 공지되어 있으며, 다양한 방식으로 제조되어 왔다. 광 제어 필름의 한 가지 유형으로는, 광학 밀도가 비교적 높은 플라스틱 층과 광학 밀도가 비교적 낮은 플라스틱 층을 교대로 배치한 것이 있다. 광학 밀도가 높은 층은 광 조준 루버 요소를 제공한다. 루버가 마련된 플라스틱 광 제어 필름으로는, 흡광 계수가 비교적 높은 중앙 영역과 흡광 계수가 비교적 낮은 외부 영역이 마련된 루버를 구비하는 것이 개시되어 있다. 이와 같이 흡광 계수가 낮은 영역이 존재함으로써, 루버 요소를 벗어난 여입사각 반사로 인하여 고스트 이미지(ghost image)가 형성되는 것이 감소될 수 있다. 다른 타입의 광 제어 필름으로는, 광 흡수 물질로 채워지거나 피복되는 홈 또는 채널이 마련된 필름 또는 플레이트가 있다.
본원의 발명자는, 비교적 제조하기 쉽고, 종횡비가 큰 흡수 요소를 구비하도록 제조될 수 있으며, 고스트 이미지의 형성을 줄이도록 제조될 수 있고, 그리고 필요한 효과에 따라 다양한 흡수 요소 형상, 크기 및 간격에 적합하게 될 수 있는 새로운 광 제어 장치를 발견하였다.
한 가지 실시예에서, 본 발명은 제1 광 투과성 필름과 제2 광 투과성 필름을 포함하며, 상기 제1 광 투과성 필름에는 그 표면에서 연장되는 복수 개의 제1 광 흡수 영역이 마련되어 있고, 이 제1 광 투과성 필름 부근에 배치되는 상기 제2 광 투과성 필름에는 그 표면에서 연장되는 복수 개의 제2 광 흡수 영역이 마련되어 있다. 복수 개의 제1 광 흡수 영역과 복수 개의 제2 광 흡수 영역은, 관찰자가 소정의 시야각에서는 광 제어 장치를 통해 이미지를 볼 수 있게 하고, 그 밖의 시야각에서는 광 제어 장치를 통해 이미지를 볼 수 없게 하도록, 상대적으로 배치되어 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 광 제어 장치의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은, 복수 개의 제1 오목부가 표면에 연장되어 있는 제1 광 투과성 필름을 형성하는 단계와, 복수 개의 제2 오목부가 표면에 연장되어 있는 제2 광 투과성 필름을 형성하는 단계와, 복수 개의 제1 오목부 및 제2 오목부가 광 흡수성을 갖게 하는 단계와, 제1 광 투과성 필름 및 제2 광 투과성 필름을 인접하게 배치하는 단계를 포함한다. 광 제어 장치를 이미지와 관찰자 사이에 배치하는 경우, 광 제어 장치에 의해 관찰자가 소정의 시야각 범위 내에서는 광 제어 장치를 통해 이미지를 볼 수 있게 되고, 소정의 시야각 범위 밖에서는 광 제어 장치를 통해 이미지를 볼 수 없게 되는 방식으로, 광 제어 장치가 작용한다.
본 발명은 다양한 수정예 및 변형 형태로 변경될 수 있고, 그 세부 사항을 도면에 예로서 도시하였으며 구체적으로 설명하였다. 그러나, 본 발명을 기재된 특정 실시예에 한정하려는 것은 아니다. 오히려, 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함되는 모든 수정예, 동등예 및 변형예를 보호하려는 것이다.
도 1은 광 제어 장치의 개략적인 부분 단면도.
도 2a 및 도 2b는 광 제어 장치를 형성하는 데 유용한 필름의 부분 개략도.
도 3은 광 제어 장치의 일부의 개략적인 단면도.
도 4는 광 제어 장치의 일부의 개략적인 단면도.
도 5는 다양한 벽면 각도(도 3에 θ로 도시) 중에서 도 3에 도시된 광 제어 장치의 시야각 대 투과율을 1차원 모델 계산하여 나타낸 도표.
도 6은 예 7에 따라 제조되고 측정된 광 제어 장치의 시야각 대 투과율을 보여주는 도표.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 광 제어 장치(110)의 단면도이다. 광 제어 장치(110)는 제1 투과성 필름(100A)과, 이에 인접한 제2 투과성 필름(100B)을 포함한다. 이들 투과성 필름은 바람직한 파장 범위, 또는 가시광선 스펙트럼이나 그 일부 등과 같은 분광 범위 내에 있는 빛을 실질적으로 투과시키는 것이 바람직하다. 이들 투과성 필름(100A, 100B)은 적절하게 중첩, 적층, 접합되거나 그 밖의 방법으로 인접하게 배치될 수 있다. 예컨대, 투과성 필름(100A, 100B)은 광학적으로 투명한 접착제를 사용하여 접합될 수 있다. 접합 방법으로는 직접 적층, 초음 파 용접 등이 있고, 그 밖의 적절한 기술도 고려된다. 예시적인 실시예에서, 투과성 필름(100A, 100B)은 실질적으로 투명한 물질로 제조되고, 동일한 물질(들), 또는 굴절률이 동일하거나 거의 유사한 물질로 제조되는 것이 바람직하다. 이와 마찬가지로, 광학 접착제 또는 그 밖의 유사 물질을 투과성 필름(100A, 100B) 사이에 배치하여, 예컨대 이들 필름을 결합시키는 경우, 이들 필름 사이에 배치되는 물질은 투과성 필름의 물질(들)과 굴절률이 합치하는(또는 거의 합치함) 것이 바람직하다. 굴절률을 합치시키거나 거의 합치시키는 것이, 물질들 간의 계면에서 반사를 감소시키는 데 기여할 수 있으며, 이에 의해 광 제어 장치의 전체 투과가 증대된다.
투과성 필름(100A)은 복수 개의 광 흡수 영역(102A)을 포함한다. 광 흡수 영역(102A)은 임의의 적절한 형상, 기하학적 구조 및 치수를 가질 수 있고, 일반적으로 투과성 필름(100A)에서 그 한 표면으로부터 연장된다. 예를 들어, 광 흡수 영역을 광 흡수 물질로 채우거나, 광 흡수 영역의 벽면을 광 흡수 물질로 피복함으로써, 상기 광 흡수 영역이 광 흡수성을 갖게 할 수 있다. 또한, 광 흡수 영역 또는 광 흡수 영역의 벽면을 광 산란 또는 광 분산 물질로 채우거나 피복함으로써, 광 흡수 영역이 형성될 수 있다. 이와 같이, 빛의 투과를 바람직한 분광 범위 내에서 실질적으로 차단하도록 되어 있는 광 제어 장치 내의 영역을 지칭하고자 본원에서 사용하고 있는 "광 흡수"란 용어는, 주로 빛을 흡수하도록 작용하는 물질 및/또는 주로 빛을 산란(또는 분산)시키도록 작용하는 물질을 포함할 수 있다. 투과성 필름(100B)은 다른 복수 개의 광 흡수 영역(102B)을 포함한다. 일반적으로, 광 흡수 영역(102A)과 광 흡수 영역(102B)은 치수(높이, 너비 및 간격), 기하학적 구조 및 소재가 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 필름(100A, 100B)을 인접하게 배치하는 경우, 이들 각각의 광 흡수 영역(102A, 102B)의 위치는 일치하거나(도 1에 도시), 필요한 만큼 오프셋되거나, 또는 광 제어 장치의 다양한 영역에서 정렬된 상태로부터 오프셋된 상태까지 일정하지 않을 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 광 흡수 영역(102A, 102B)은 형상이 유사하고, 유사하게 간격을 두고 배치되어 있으며, 투과성 필름(100A, 100B)은 이들 광 흡수 영역(102A, 102B)이 거의 정렬되어 있도록 인접하게 배치되어 있다. 투과성 필름(100A, 100B)을 인접하게 배치함으로써 계면(104)이 형성된다. 투과성 필름(100A, 100B) 및/또는 광학 접착제나 계면(104)에 사용되는 그 밖의 접합 물질로는 굴절률이 합치되거나 거의 합치된 물질을 선택함으로써, 계면(104)에서의 바람직하지 못한 반사를 줄일 수 있다. 정렬된 광 흡수 영역의 각 쌍은 전체 광 제어 장치(110)의 단일 광 흡수 요소로서 간주될 수 있으며, 이 광 흡수 요소는 가장 넓은 부분에서의 너비(W)와 높이(D)를 갖는다. 선택된 인접 광 흡수 요소 간의 간격(S)은 이들 광 흡수 요소 간의 중심 대 중심 거리로서 측정될 수 있다.
광 제어 장치(110)는 디스플레이 표면, 이미지 표면, 또는 그 밖의 피(被)관찰 물체에 가깝게 배치될 수 있다. 관찰자가 광 제어 장치에 수직하는 방향으로 광 제어 장치를 통해 이미지를 바라보는 경우인 수직 입사(또는 0°의 시야각)에서는, 이미지를 볼 수 있고, 최대 너비와 중심 대 중심 간격이 동일한 광 흡소 요소가 서로 대향하게 정렬되어 있는 경우, 상기 이미지로부터 광 제어 장치를 통해 투 과된 빛의 분율은 대략 (S-W)/S 이다(표면 굴절 또는 그 밖의 빛의 재배향으로 인한 손실은 바람직하든지 바람직하지 못하든지 고려하지 않음). 크기, 형상, 간격 등이 일정하지 않은 광 흡수 요소가 마련된 광 제어 장치에 대해서도, 이와 유사한 계산이 이루어질 수 있다. 그러나, 일반성을 잃지 않고 본 발명을 한정하지 않으면서, 본원에서는 규칙적으로 간격을 두고 배치된 유사한 형상의 광 흡수 요소가 마련되어 있는 광 제어 장치에 대해서 집중적으로 논의할 것이다.
시야각이 증가하면, 광 제어 장치를 통해 이미지로부터 관찰자에게 투과되는 빛의 양은, 실질적으로 모든 빛이 광 흡수 요소에 의해 차단되고 더 이상 이미지를 볼 수 없게 되는 경우인 최대 시야각에 이를 때까지 감소한다. 이는 디스플레이의 이용 또는 관찰과 관련하여 의도된 일반적인 시야각 범위 밖에 있는 다른 사람들이 볼 수 없게 함으로써, 관찰자에게 프라이버시를 제공할 수 있다.
광 흡수 영역을 포함하는 광 투과성 필름의 예가 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있다. 도 2a는 복수 개의 평행한 광 흡수 홈(206)이 마련된 광 투과성 필름(200)을 보여준다. 광 흡수 홈(206)은 투과성 필름(200)에서 표면(204)으로부터 연장되며, 필름(200)을 관통하게 연장되거나 그렇지 않을 수도 있다. 도시된 바와 같이, 광 흡수 홈(206)은 필름(200)을 관통하게 연장되어 있지는 않고, 광 흡수 홈(206)의 저부와 대향 표면(202) 사이에 있는 필름(200)의 부분은 일반적으로 "랜드(land)"(208)라고 칭한다. 도 2b에는 필름(210)에서 표면(214)으로부터 대향 표면(212)을 향해 연장되는 복수 개의 광 흡수 기둥(216)이 마련되어 있는 다른 광 투과성 필름(210)이 도시되어 있다. 각 필름(200, 210)은 광 흡수 영역을 갖는 그 밖의 유사하거나 상이한 광 투과성 필름과 결합되어, 도 1에 도시된 바와 같은 광 제어 장치를 형성할 수 있다. 이들 광 투과성 필름은, 광 흡수 요소가 연장되어 있는 표면(본원에서는 실제 광 흡수 요소의 형상과는 무관하게 "구조화된" 표면으로 칭함)이 인접하게 배치되도록(도 1에 도시된 바와 같이) 결합될 수 있다. 또한, 광 투과성 필름은, 각 랜드측 표면(홈이 형성된 표면의 반대측 표면)이 인접하게 배치되도록 결합될 수 있다. 또한, 광 투과성 필름은, 한 필름의 랜드측 표면과 다른 필름의 구조화된 표면이 인접하게 배치되도록 결합될 수 있다.
일반적으로, 광 제어 장치는 수직 입사를 비롯한 소정 범위의 시야각에서 비교적 높은 투과를 나타내고, 이러한 고투과 범위 밖의 시야각에서의 투과는 0 또는 대략 0 까지 비교적 급격하게 떨어지는 것이 바람직하다. 이와 같은 투과 대 시야각의 거동은, 직접 관찰자로 하여금 선택된 시야각 범위에서는 광 제어 장치를 통해 이미지를 충분한 밝기로 볼 수 있게 하고, 구경꾼의 시야는 차단될 수 있게 한다. 따라서, 광 제어 장치는 프라이버시 필터로서 작용할 수 있다. 또한, 빛을 보다 큰 시야각에서 차단함으로써, 차량의 디스플레이와 관련하여 소정의 각도로 배치되어 있는 인접 전면 유리 등과 같은 반사성 표면 또는 눈부심이 일어날 가능성이 있는 표면을 향해 빛이 배향되지 못하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 광 제어 장치는 많은 이점을 제공할 수 있다. 예컨대, 높은 종횡비의 흡수 요소는, 비교적 용이한 제조성을 유지하면서 제조될 수 있고, 가능한 광 흡수 요소의 기하학적 구조의 범위를 크게 유지하면서 제조될 수 있다. 이로써, 바람직한 시야각 범위에서는 높은 투과가 일어나고, 상기 바람직한 범위 밖 의 시야각에 대해서는 투과의 급격한 컷오프(cutoff)가 일어나며, 고스트 이미지 형성이 줄어드는(후술하는 바와 같이) 광 제어 장치가 될 수 있다. 도 3에 도시된 광 제어 장치(300)의 부분은 이러한 효과를 설명하는 데 사용될 수 있다. 도 3에는 복수 개의 광 흡수 요소(306A)가 마련된 제1 광 투과성 필름(302A)과, 상응하는 복수 개의 광 흡수 요소(306B)가 마련된 제2 광 투과성 필름(302B)을 포함하는 광 제어 장치(300)가 도시되어 있다. 이들 광 흡수 요소(306A, 306B)는 형상과 간격이 유사하며, 상기 광 투과성 필름(302A, 302B)은 이들의 각 광 흡수 요소가 서로 정렬되도록 광학적으로 투명한 접착제(304)를 이용하여 접합되어 있다. 상기 광 흡수 요소는, 끼인 벽면 각도(θ), 최대 너비(W), 유효 높이(D), 중심 대 중심 간격(S) 및 최대 시야 범위(Φ)를 갖는다. 시야 범위(Φ)는 최대 시야각의 약 2배이다. 시야 범위(Φ)는 비대칭일 수 있으며, 예컨대 수직 시야각의 범위를 더 크게 하고 수평 시야각의 범위를 더 작게 할 수 있다. 또한, 시야 범위(Φ)는 비대칭일 수 있으며, 예컨대 도 4와 관련하여 상세히 후술하는 바와 같이 수평 방향의 한 방향으로는 수평 방향의 다른 방향에 비해 시야각을 더 크게 할 수 있다.
보다 작은 중심 대 중심 간격(S)에서 보다 큰 종횡비(D/W)를 갖는 광 제어 장치는, 보다 적은 시야각에서 이미지 가시성(可視性)의 보다 급격한 컷오프를 제공할 수 있다. 예컨대, W와 S를 줄이면서 D는 고정된 상태로 유지하면, 이미지의 해상도는 수직 시야각과 그에 가까운 시야각에서 강화될 수 있는 반면, 프라이버시를 위한 관찰 컷오프(viewing cutoff)는 보다 급격해질 수 있다. 본 발명에 의한 광 제어 장치는 이러한 이점을 달성하는 데 이용될 수 있으며, 또한 고스트 이미지 형성을 감소시키고 비교적 용이한 제조성을 유지하는 데 이용될 수 있다. 먼저, 전술한 바와 같이, 비교적 작은 종횡비의 광 흡수 영역을 투과성 필름에 형성하는 것이 높은 종횡비의 영역을 형성하는 것보다 일반적으로 더 쉽다. 그러나, 본 발명에 따르면, 하나의 필름을 다른 필름 위에 중첩시킴으로써 광 흡수 영역의 높이가 효과적으로 2배로 되는 광 제어 장치가 제조될 수 있다. 이로써, 2개의 광 흡수 영역은 보다 큰 광 흡수 요소를 형성하도록 결합될 수 있으며, 이와 관련하여 광 흡수 영역의 너비가 불가피하게 증가되는 일은 없다. 따라서, 수직 입사에서의 투과율을 유지하면서 유효 종횡비를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 비교적 큰 끼인 벽면 각도(도 3의 θ)을 갖는 광 제어 장치가 제조될 수 있다. 2필름 구성에 의해, 광 흡수 요소를 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 설계할 수 있어, 광 제어 장치의 광 흡수 요소는 일단부에서 좁고 최대 너비까지 넓어지며 다시 좁아지게 제조될 수 있다. 별법으로서, 광 흡수 요소는 양단부에서 넓고 중간에서 좁을 수 있으며, 또는 이와는 다른 조합일 수도 있다. 이러한 경우에, 벽면 각도는 비교적 클 수 있고, 수직 시야각에서 충분한 투과를 가능하게 하는 최대 너비도 유지될 수 있다. 이는 일반적으로 일단부의 최대 너비부에서 타단부의 최소 너비부까지 테이퍼져 있는 광 흡수 요소를 구비하는 단일 필름 구성과 비교될 수 있다. 이러한 단일 필름 구성에서는, 본 발명에 따른 2필름 구성처럼, 큰 벽면 각도와, 높은 종횡비 구조물, 그리고 수직 관찰(normal viewing)에서의 비교적 높은 투과가 함께 용이하게 달성될 수는 없다. 이는 소정의 최대 너비를 갖는 경우, 흡수 요소의 벽면 각도를 증가시키면 그에 따라 흡수 요소의 높이와 종횡비가 줄어들기 때문이다. 2필름 구성을 이용함으로써, 흡수 요소의 종횡비는 소정의 최대 너비 및 벽면 각도에서 효과적으로 2배로 될 수 있다.
단일 필름 구성은 이론상 벽면 각도를 0°또는 거의 0°까지 감소시킴으로써 종횡비가 높은 구조를 갖도록 제조될 수 있지만, 이와 같이 벽면 각도가 작고 종횡비가 높은 구조물은 제조 당사자에게 곤란할 수 있고, 특히 이형(mold release)이 중요 쟁점일 수 있는 몰딩 기술로 필름을 제조하는 경우에 더욱 곤란할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 제조 용이성 이외에도 큰 벽면 각도라는 이점이 얻어질 수 있다는 것을 발견하였다. 큰 벽면 각도의 한 가지 이점은 고스트 이미지 형성, 또는 고스트 현상(ghosting)이 감소된다는 것일 수 있다. 고스트 이미지는 이미지로부터의 빛이 여입사각으로 광 흡수 요소에 입사하는 경우에 발생될 수 있으며, 디스플레이 해상도의 손실 및/또는 이미지 콘트라스트의 감소를 초래할 수 있다. 큰 벽면 각도가 크면, 큰 시야각에서 고스트 이미지가 가장 강하게 관찰되는 결과가 초래되는 경향이 있다. 광 제어 장치를 적절하게 설계함으로써, 고스트 이미지는 광 제어 장치를 통한 전체적인 투과율이 낮은 경우의 시야각까지 밀려날 수 있으며, 그 결과 고스트 이미지는 가시성을 현저하게 저하시키지는 않는다.
큰 벽면 각도는 광 흡수 영역의 최대 너비를 증대시킬 수 있고, 이에 의해 수직 입사에서 투과율이 감소된다. 그러나, 큰 벽면 각도의 이점은, 투과율이 비교적 변동없이 균일하게 유지될 수 있으며, 단지 수직 시야각에 가까운 시야각(예컨대, 벽면 각도 등에 따라 약 10°또는 20°까지 시야각)에서는 투과율이 완만히 감소된다는 것이다. 이는 일반적인 시야각 범위에서 보다 균일한 디스플레이 양상 을 관찰자에게 제공할 수 있어, 관찰자에게 디스플레이 대한 이동 자유도를 더 허용한다. 이와 같은 광 제어 장치도 역시 급격한 컷오프를 제공하여, 큰 시야각에서의 투과는 없다. 전술한 관찰자와 관련한 모든 효과, 즉 일반적인 시야각 범위 내에서는 디스플레이 양상이 균일하고 충분한 최대 투과가 유지되는 것과 결부되어 있는 비축(off axis) 프라이버시는 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 광 제어 장치에 유용한 광 투과성 필름은, 가시광선이 통과할 수 있는 또는 투과할 수 있는 임의의 적절한 물질로 제조될 수 있으며, 이 물질은 필름으로 형성될 수 있고 복수 개의 광 흡수 영역이 마련될 수 있다. 광 투과성 필름은 가시광선(또는 그 밖의 바람직한 분광 범위)을 투과시키는 플라스틱 필름이며, 광 흡수 물질로 채워지거나 피복되면 광 흡수 영역이 형성될 수 있는 복수 개의 홈 또는 그 밖의 오목부를 구비하도록, 몰딩, 캐스팅, 압출 및/또는 직접 기계 가공될 수 있는 플라스틱 필름인 것이 바람직하다. 또한, 유리 등과 같은 그 밖의 투과성 물질도 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 광 제어 장치에 광 흡수 영역을 형성하는 데 유용한 광 흡수 물질은, 적어도 가시광선 스펙트럼의 일부에서 빛을 흡수하거나 차단하는 작용을 하는 임의의 적절한 물질일 수 있다. 광 흡수 물질은 광 투과성 필름의 홈 또는 오목부에 피복되거나 또는 그 밖의 방법으로 배치되어, 광 투광성 필름에 광 흡수 영역을 형성하는 것이 바람직하다. 대표적인 광 흡수 물질로는, 적절한 결합제(binder)에 분산되어 있는 흑색의 광 흡수 착색제 또는 그 밖의 광 흡수 착색제[예컨대, 카본 블랙(carbon black), 그 밖의 색소나 염료, 또는 이들의 조합] 등이 있다. 그 밖의 광 흡수 물질로는, 빛이 광 흡수 영역을 통해 투과되지 못하게 작용할 수 있는 입자 또는 기타 산란 요소 등이 있다.
광 투과성 필름/광 흡수 물질 계면에서 반사를 줄이려면, 광 투과성 필름 물질의 굴절률과 광 흡수 물질의 굴절률을 가시광선 스펙트럼의 전부 또는 일부분에서 합치시키거나 거의 합치시키는 것이 바람직할 수 있다. 이와 같이 반사를 감소시키면, 고스트 이미지 형성이 줄어드는 경향이 있다. 전체 가시광선 스펙트럼 등과 같은 큰 파장 범위에서 물질의 굴절률을 합치시키는 것은 대개 곤란할 수 있으며, 전술한 경우에서는 중요한 분광 범위(예컨대, 가시광선 파장 범위)에서 광 투과성 물질의 굴절률과 동일하거나 그보다 약간 큰 굴절률을 갖는 광 흡수 물질을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
복수 개의 광 흡수 영역이 각각 마련된 2개의 광 투과성 필름을 결합하여, 임의의 적절한 방식으로 본 발명에 따른 광 제어 장치를 형성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 2개의 광 투과성 필름을 중첩시키고, 예컨대 접착제, 바람직하게는 광학적으로 투명한 접착제, 더 바람직하게는 굴절률이 합치하는 접착제를 이용하여 접합시킬 수 있다. 광 투과성 필름의 광 흡수 영역은, 다른 광 투과성 필름을 중첩시키고 접합시키기 이전에 광 흡수 물질로 채워지거나 피복될 수 있다. 별법으로서, 2개의 광 투과성 필름의 각 구조화된 표면을 광 흡수 물질로 채우거나 피복하기 이전에, 이들 2개의 광 투과성 필름을 중첩시키고 접합시킬 수 있다. 예를 들어, 서로 정렬될 수 있는 일련의 유사하고 평행한 홈을 각각 포함하는 2개의 광 투과성 필름은, 이들의 각 홈이 정렬된 상태로, 구조화된 표면 대 구조화된 표면끼 리 접합될 수 있다. 그 후, 채널은 예컨대 광 흡수 물질로 채워질 수 있다.
광 흡수 요소의 정렬이 바람직한 경우, 홈 또는 탭은 정렬을 돕는 데 사용될 수 있다. 예컨대, 광 흡수 요소 정렬의 경우에는 필름을 가로지르는 방향으로 2개 이상의 위치를 모니터링함으로써, 정렬 상태를 측정할 수 있다. 별법으로서 또는 추가적으로, 모아레 무늬의 유무에 의해 회전 및/또는 병진 정렬을 모니터링할 수 있으며, 상기 모아레 무늬의 존재는 필름 구조물의 오정렬을 나타낸다. 또한, 구조화된 필름의 하나 또는 모두는 하나 이상의 방향으로 신장되어 구조물의 보다 정확한 정렬을 촉진시킨다.
전술된 바와 같이 서로 정렬되고 맞추어지는 광 흡수 요소가 마련된 2개의 투과성 필름을 포함하는 광 제어 장치 이외에도, 본 발명은 다른 실시예를 고려할 수 있다. 도 4에는 복수 개의 제1 광 흡수 요소(404A)를 구비하는 제1 광 투과성 필름(402A)과, 복수 개의 제2 광 흡수 요소(404B)를 구비하는 제2 광 투과성 필름(402B)을 포함하는 광 제어 장치(400)가 도시되어 있다. 광 흡수 요소(404A, 404B)의 세트는 완전한 맞춤 상태로부터 비틀어져 있어, 부분적으로 중첩되어 있다. 이러한 방식에서는, 수직 시야각과 그에 가까운 시야각에서 충분한 투과가 이루어지며, 동일한 시각 평면 범위 내에서 비대칭인 시야각을 갖는 광 제어 장치를 제조할 수 있다. 이를 예시하기 위해, 인접 광 흡수 요소의 세트 간의 시야각 컷오프점을 나타내는 선을 도 4에 도시한다. 도시된 바와 같이, 도면의 평면에서 총 시야각 범위는 φ1과 φ2의 합인 φT로 주어진다. 광 흡수 요소의 세트는 비틀어져 있기 때문에, φ1은 φ2보다 작으며, 그 결과 도면의 평면에 있어서 관찰 방향에 따라 결정되는 시야의 비대칭이 초래된다. 이러한 비대칭은, 하나의 방향에서는 디스플레이를 볼 수 있기 위해 시야각이 큰 것이 바람직하지만, 반대 방향에서는 프라이버시가 요구되는 용례에서 바람직할 수 있다. 예컨대, 개인 휴대 정보 단말기(PDA) 또는 휴대폰의 디스플레이에 있어서, 디스플레이는 일반적으로 관찰자로부터 멀어지는 방향으로 약간 비스듬히 유지되기 때문에, 직각이 아닌 각도에서 일반적인 관찰이 행해질 수 있다. 이 경우, 관찰자를 향하여 기울어진 경우에는 보다 큰 시야각을 허용하고, 관찰자로부터 멀어지는 방향으로는 보다 작은 시야각에서 프라이버시 컷오프를 허용하는 광 제어 장치를 구비하는 것이 바람직할 수 있다.
광 흡수 구조물의 오정렬 및/또는 오정합은 그 밖의 용도에서도 바람직할 수 있다. 예컨대, 오정렬된 구조물은 장식 디스플레이 용례에 바람직한 모아레 패턴을 제공할 수 있다. 별법으로서 또는 추가적으로, 착색제 및/또는 파장 의존성 산란 입자를 본 발명에 따른 광 제어 장치의 광 투과성 필름 또는 광 흡수 영역에 첨가하여, 그 밖의 바람직한 시각 효과를 추가로 제공할 수 있으며, 이러한 효과는 균일하거나 시야각에 따라 변화할 수 있다.
예
후술하는 예는 본 발명의 목적 및 이점을 더 예시하지만, 이들 예에 인용된 특정 물질과 그 양, 그리고 그 밖의 조건 및 세부 사항은 본 발명을 부당하게 한정 하려는 것으로 해석되어서는 안된다.
예 1
PET 기재 상에 우레탄 아크릴레이트를 몰딩하고 자외선 경화(uv curing)하여, 구조화된 필름을 제조하였다. 이렇게 형성된 우레탄 아크릴레이트의 구조물은 균일하게 간격을 두고 배치된 일련의 채널이며, 이들 채널은 각각 장방형 공칭 단면을 구비한다. 채널의 너비는 약 100 ㎛이고, 깊이는 약 185 ㎛이며, 약 220 ㎛의 피치로 간격을 두고 배치되어 있다. 2시트의 구조화된 필름은 구조화된 표면 대 구조화된 표면끼리 함께 적층되어 있다. 각 시트의 채널은 서로 정렬되어 있으며, 이들 시트 중 하나의 구조화된 표면에 도포된 시아노아크릴레이트 접착제의 얇은 층을 이용하여 이들 시트를 함께 적층하였다. 상기 접착제가 건조된 후, 카본 블랙이 첨가된 아크릴레이트 수지로 상기 채널을 채운다. 진공 흡인을 이용하여 상기 카본 블랙이 첨가된 아크릴레이트 수지를 채널을 통해 당기고 채널에 채우는 것을 기여하였다. 그 후, 상기 카본 블랙이 첨가된 아크릴레이트 수지를 uv 경화하였다. 이와 같이 형성된 광 제어 장치는 도 1에 도시된 것과 유사하다.
예 2
표 1에 주어진 배합을 따라 흑색의 광 흡수 수지 혼합물을 제조하였다.
광 흡수 수지 혼합물
물질 중량비율
아크릴레이트계 치과용 수지(3M에서 상표명 Z-100으로 시판) 100
이산화 티타늄, 중급(重級) 6.99
포스페이트 프로폭실알킬 폴리올 분산제 0.09
경화 개시제(Ciba Specialty Chemicals에서 상표명 Irgacure 819로 시판) 0.03
흑색 색소(Penn Color에서 상표명 9B421로 시판) 0.50
이 혼합물을 예 1에 기재된 구조화된 필름 시트와 소다-석회 유리의 플레이트 사이에 적층하였다. 3M에서 상표명 ScotchBond로 시판하고 있는 실란 커플링제 프라이머로 소다-석회 유리의 플레이트를 미리 프라이밍하였다. 적층 과정 동안에, 마이크로 복제 필름의 채널은 슬러리로 채워지게 된다. 그 후, 청색 광원을 이용하여 경화시킴으로써, 슬러리를 결화시켰다. 그 후, 구조화된 필름은 유리로부터 갈라진다. 갈라질 때, 상기 구조화된 시트의 채널에 있던 경화된 광 흡수 물질은 채널에 잔류하는 반면에, 나머지 경화된 광 흡수 물질은 유리 상에 잔류하여, 상기 구조화된 필름으로부터 깨끗이 분리된다. 다른 구조화된 필름 시트를 이용하여 동일한 절차를 수행하였다.
광 흡수 물질로 채워진 채널을 구비하는 2시트의 구조화된 필름을 예 1에서 사용된 것과 동일한 시아노아크릴레이트 접착제를 이용하여 구조화된 표면 대 구조화된 표면끼리 접합하여, 도 1에 도시된 것과 유사한 광 제어 장치를 제조하였다.
예 3
PET 기재 상에 우레탄 아크릴레이트를 몰딩하고 자외선 경화하여, 구조화된 필름을 제조하였다. 이렇게 형성된 우레탄 아크릴레이트의 구조물은 균일하게 간격을 두고 배치된 일련의 채널이며, 이들 채널은 각각 장방형 공칭 단면을 구비한다. 채널의 너비는 약 30 ㎛이고, 깊이는 약 80 ㎛이며, 약 100 ㎛의 피치로 간격 을 두고 배치되어 있다. 그 후, 카본 블랙이 첨가된 우레탄 아크릴레이트로 선형 채널을 채우고, 자외선으로 경화시켰다. 여기서 사용된 흑색의 충진 수지의 배합을 표 2에 기록한다.
카본 블랙이 첨가된 우레탄 아크릴레이트의 배합
물질 중량%
우레탄 아크릴레이트 (Henkel Corp에서 상표명 우레탄 아크릴레이트 6210으로 시판) 70.0
테트라히드로프루프릴 아크릴레이트 (Sartomer Company, Inc에서 상표명 SR-285로 시판) 17.0
경화 개시제 (Ciba Specialty Chemicals에서 상표명 Irgacure 819로 시판) 1.0
경화 개시제 (Ciba Specialty Chemicals에서 상표명 Darocur 1173으로 시판) 1.0
경화 개시제 (Ciba Specialty Chemicals에서 상표명 Irgacure 369로 시판) 1.0
흑색 색소 (프로폭실화 네오펜틸글리콜 디아크릴레이트에 20%의 카본 블랙 첨가) 10.0
카본 블랙이 채워진 2시트의 구조화된 필름을, 각 시트의 카본 블랙이 채워진 채널이 서로 정렬된 상태로 하여 구조화된 표면 대 구조화된 표면끼리 함께 적층하였다. 이들 시트 중 하나의 우레탄 아크릴레이트 표면에 도포된 얇은 시아노아크릴레이트 접착제의 얇은 층을 이용하여, 이들 시트를 함께 적층하였다. 이렇게 형성된 광 제어 장치는 도 1에 도시된 것과 유사하다.
예 4
도 3에 도시된 바와 같은 광 제어 장치의 끼인각(θ)은 투과 관찰 스펙트럼을 효과적으로 제어하도록 변할 수 있다. 도 5는 전술한 방법 중 어느 하나에 의해 제조될 수 있는 광 제어 장치에 대해서, 투과 빛 대 시야각을 계산한 결과의 모델을 나타낸다. 끼인각(또는 벽면 각도)이 증가되면, 수직 입사에서 투과 빛의 전 체 비율이 감소된다. 그러나, 시야각과 관련한 투과 빛의 변화율은 끼인각이 증가되면 줄어든다. 바로 이 효과가 중요하며, 벽면 각도가 큰 경우에 수직 관찰 또는 그와 거의 유사한 관찰에서 시야각의 작은 변화는, 광 제어 장치를 통해 감지되는 빛의 투과를 급격히 변경시키는 것으로 고려된다. 이는 일반적인 시야각 범위에 걸쳐서 보다 균일한 디스플레이 양상을 초래할 수 있다.
예 5
시야각을 효과적으로 조절하여 상기 시야각에서는 루버로부터 떨어진 곳에서 최대 표면 반사가 발생되도록(예컨대, 프레즈넬 반사로 인해), 광 제어 장치의 끼인각(θ)(도 3 참조)이 변화될 수 있다. 광 흡수 요소(도 3의 306A, 306B)의 굴절률이 광 투과성 요소(도 3의 302A, 302B)의 굴절률보다 큰 경우에, 프레즈넬 방정식에서는 루버 표면에서의 최대 반사는 루버 계면에 대한 스침각 입사에서 발생되어야 한다는 것을 교시한다. 0이 아닌(즉, θ>0) 끼인각을 도입함으로써. 최대 표면 반사의 위치는 수직 관찰로부터 더 멀어지는 방향으로 약 θ/2에 해당하는 각 변위만큼 이동될 수 있다. 따라서, 형성되는 고스트 이미지는 의도한 시야각 범위보다 큰 시야각까지 이동되어, 의도한 시야각 범위로부터 더 멀리 제거될 수 있다.
예 6
반사된 고스트 이미지에서의 벽면 만곡의 효과를 보여주기 위해, 모델 광선 추적을 계산하였다. 이 계산에서는, 평탄한 벽면(즉, θ 일정)을 실린더의 섹션으로 대체하였다. 실린더의 각도 중 하나를 다른 각도에 대해 변화시킴으로써, 투과성 요소와 흡수성 요소 사이에서 벽면의 곡률 반경을 변화시킬 수 있다. 이 예에 기록된 계산의 경우에서는, 벽면의 곡률 반경을 무한대로부터(각도가 모두 동일한 곳인 평탄한 벽면의 경우) 투과성 섹션과 흡수성 섹션 사이에 있는 오목한 계면(투과성 요소의 측면에서 보았을 때)에 해당하는 유한한 반경까지 변화시켰다. 반사되는 성분의 강도를 실린더 각도의 함수로서(큰 각도는 작은 곡률 반경에 해당) 표로 만들어서, 표 3에 기록하였다.
반사되는 성분 대 곡률 반경
각도(도) 4 8 12 16
피크 강도 8.1 7.3 6.8 6.2
적분 강도 0.44 0.27 0.16 0.09
표 3은 반사성 섹션과 흡수성 섹션 사이의 계면에 만곡부를 도입함으로써, 반사되는 성분(또는 고스트 이미지)의 피크 최대 강도와 전체 강도를 줄일 수 있다는 것을 나타낸다.
예 7
예 3에 따라 2개 필름의 적층체를 준비하고, 시야각 컷오프에 대해 시험하였다. 이 예에서 시험한 상기 2개 필름의 적층체는 8°의 끼인각(도 3의 θ)을 갖는다. "홈 빌트(home-built)" 시야각 시험기를 이용하여 투과 대 시야각을 측정하였다. 이 시험기는 난반사 백색광 공급원(안정한 파워 서플라이를 구비하는 Oriel 50W 석영 텅스텐 할로겐 램프)와, 광도계(시야 범위가 2.5°인 개구와 광도 측정 필터를 구비하는 EG&G의 Electro-optics Model 450 광도계), 그리고 회전 스테이지 샘플 홀더로 구성되어 있다. 표 4는 2개의 상황, 즉 (1) 스테이지에 필름 샘플이 없는 상황과 (2) 예 3에 따라 2개 필름의 적층제가 준비되어 있는 상황에 대하여, 실험적으로 측정된 투과를 시야각의 함수로서 표로 만들어 나타낸 것이다.
투과 대 시야각
시야각(도) 필름이 없는 경우의 투과 (임의의 단위) 2개 필름의 적층체가 있는 경우의 투과 (임의의 단위)
0 591 320
2 590 316
4 589 310
5 588 307
10 582 279
15 572 237
20 560 193
25 543 148
30 523 104
35 500 61
40 474 24
45 444 5
도 6은 표 4에 표로 만들어진 데이터를 도표로 나타낸 것이다. 이 결과는 광 제어 필름의 샘플은 4°미만의 각도에서 투과의 변화가 작게 나타난다는 것을 보여준다. 이는 예 4에서 기술한 모델 계산의 예상과 일치하였다. 4°보다 큰 시야각에서는, 투과의 감소 대 시야각은 거의 선형이었다. 이러한 선형 관계도 모델 계산의 예상과 일치하였다.

Claims (10)

  1. 복수 개의 제1 광 흡수 영역이 표면에 연장되어 있는 제1 광 투과성 필름과:
    상기 제1 광 투과성 필름에 인접하게 배치되는 제2 광 투과성 필름으로서, 복수 개의 제2 광 흡수 영역이 표면에 연장되어 있는 제2 광 투과성 필름
    을 포함하는 광 제어 장치로서,
    상기 복수 개의 제1 광 흡수 영역과 복수 개의 제2 광 흡수 영역은, 서로 정렬되어 있으며, 또한 관찰자가 소정의 시야각 범위 내에서는 광 제어 장치를 통해 이미지를 볼 수 있게 하고, 상기 시야각 범위 밖에서는 광 제어 장치를 통해 이미지를 볼 수 없게 하도록 상대적으로 배치되어 있는 것인 광 제어 장치.
  2. 광 제어 장치의 제조 방법으로서,
    복수 개의 제1 오목부가 표면에 연장되어 있는 제1 광 투과성 필름을 형성하는 단계와;
    복수 개의 제2 오목부가 표면에 연장되어 있는 제2 광 투과성 필름을 형성하는 단계와;
    상기 복수 개의 제1 오목부 및 제2 오목부가 서로 정렬된 상태로, 상기 복수 개의 제1 오목부 및 제2 오목부를 광 흡수성 물질로 채우거나 피복하는 단계와;
    상기 제1 광 투과성 필름과 제2 광 투과성 필름을 인접하게 배치하는 단계
    를 포함하고, 광 제어 장치가 이미지와 관찰자 사이에 배치되는 경우, 광 제어 장치는 관찰자로 하여금 소정의 시야각 범위 내에서는 광 제어 장치를 통해 이미지를 볼 수 있게 하고, 상기 시야각 범위 밖에서는 광 제어 장치를 통해 이미지를 볼 수 없게 할 수 있는 것인 광 제어 장치 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 제1 광 흡수 영역은 복수 개의 홈을 포함하는 것인 광 제어 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 복수 개의 제1 오목부는 복수 개의 홈을 포함하는 것인 광 제어 장치 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 제1 광 흡수 영역에서는 가시광선 스펙트럼에 있는 소정의 파장 범위에 걸쳐서 제1 광 투과성 필름의 굴절률과 거의 같거나 그보다 큰 굴절률이 나타나는 것인 광 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 제1 광 흡수 영역에서는 5°를 초과하는 벽면 각도가 나타나는 것인 광 제어 장치.
  9. 제2항에 있어서, 상기 복수 개의 제1 오목부에서는 5°를 초과하는 벽면 각도가 나타나는 것인 광 제어 장치 제조 방법.
  10. 삭제
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