KR101011938B1 - 스크린 및 그 제조 방법 및 화상 표시 시스템 - Google Patents

Abstract

기판 상에 적색 반사용 미립자층, 녹색 반사용 미립자층 및 청색 반사용 미립자층을 차례로 적층하여 투사용 스크린을 구성한다. 각 미립자층에 있어서는 미립자를 규칙 배열, 예를 들면 최대 밀접 구조로 11주기 적층한다. 적색 반사용 미립자의 직경은 약 280㎚, 녹색 반사용 미립자의 직경은 약 235㎚, 청색 반사용 미립자의 직경은 약 212㎚로 한다. 각 미립자층은 자기 조직화 기술에 의해 퇴적시킨다. 기판으로서는, 적, 녹, 청의 3원색 이외의 파장의 광을 흡수 가능한 것을 사용한다.

미립자층, 스크린, 화상 표시 시스템, 기판, 포토닉 결정, 유전체 다층막

Description

스크린 및 그 제조 방법 및 화상 표시 시스템{Screen and method for manufacturing the same and image display system}

본 발명은 스크린 및 그 제조 방법 및 화상 표시 시스템에 관한 것이며, 각종 화상 투사에 사용하기 적합한 것이다.

종래, 투사용 스크린은 가시 파장 영역의 대부분의 광을 산란 또는 반사할 수 있는 백지의 스크린이 기본이다. 이 경우, 화상에 관계없는 외부 광이 스크린에 입사하였을 때에도 동일하게 산란 또는 반사되어버리기 때문에, 화상 콘트라스트가 열화되어버린다. 이 때문에, 암실에서 투사하는 방법이 일반적이다.

그렇지만, 암실에서 투사하여도 외부로부터의 누출 광이나 암실 내부에서의 화상과 무관한 광이 있으면, 화상 콘트라스트가 열화함과 동시에, 흑점이 가라앉지 않게 된다.

또한, CRT나 액정 디스플레이 등 일반적으로 보급되고 있는 디스플레이에 있어서는, 각 3원색 광의 스펙트럼 반값 폭(FWHM)이 넓고, 색도 도면상의 색 재현 범위가 좁아서 순수한 색을 표현하기 어렵다. 더욱이, 액정 또는 CRT 프로젝터형 디스플레이에 있어서도, 스크린으로부터 산란 또는 반사되는 화상을 형성하는 광은 마찬가지로 스펙트럼의 반값 폭이 넓고, 색도 도면상의 색 재현성이 좁아 순수한 색을 표현하기 어렵다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 외부로부터 화상에 관계없는 광이 입사하였을 때라도 화상 콘트라스트가 열화하지 않고, 흑점이 가라앉은 깨끗한 화상을 얻을 수 있는 스크린 및 그 제조 방법 및 이 스크린을 사용한 화상 표시 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 반드시 암실에서 투사할 필요가 없으며, 예를 들면 통상의 형광등 아래나 옥외에서도 화상 콘트라스트가 열화하지 않는 스크린 및 그 제조 방법 및 이 스크린을 사용한 화상 표시 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 반도체 레이저나 발광 다이오드(LED) 등의 발광 스펙트럼의 반값 폭이 좁고 색 순도가 좋은 광을 투사함으로써 화상을 형성할 경우에, 효율 좋게 선택적으로 화상의 광만을 반사하여 다른 파장의 광을 컷함으로써 높은 콘트라스트를 유지할 수 있음과 동시에, 흑점을 가라앉힐 수 있는 스크린 및 그 제조 방법 및 이 스크린을 사용한 화상 표시 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 가령 액정 프로젝터 등의 디스플레이의 각 3원색의 스펙트럼 반값 폭이 넓은 광을 투사하여도 색도 도면상의 색 재현 범위를 넓게 할 수 있음과 동시에, 순수한 색을 표현할 수 있는 스크린 및 그 제조 방법 및 이 스크린을 사용한 화상 표시 시스템을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 발명은 크기가 1㎛ 이하인 미립자를 규칙적으로 배열한 구조를 갖는 스크린이다.

본 발명의 제 2 발명은 포토닉(photonic) 결정을 사용하여 특정 파장의 광을 반사하도록 구성되어 있는 스크린이다.

여기서, 포토닉 결정이란 굴절률(유전율)이 서로 크게 다른 투명한 매질(예를 들면, 2종류의 투명 매질)을 광의 파장 정도의 주기, 예를 들면 수백 내지 수백만㎚의 주기로 규칙 바르게 배치한 인공 결정으로, 주기 구조를 갖는 차원 수에 따라서, 1차원 포토닉 결정, 2차원 포토닉 결정, 3차원 포토닉 결정이라 불린다. 이 포토닉 결정은 주기 구조를 가지고, 광을 반사하는 기능을 갖는 점에서, 상기 미립자의 규칙 배열 구조와 동등하다. 바꾸어 말하면, 미립자의 규칙 배열 구조는 포토닉 결정의 일종이라 생각할 수 있다.

본 발명의 제 3 발명은 유전체 다층막을 사용하여 특정 파장의 광을 반사하도록 구성되어 있는 스크린이다.

여기서, 유전체 다층막은 1차원 포토닉 결정이라 생각할 수 있다.

본 발명의 제 4 발명은 크기가 1㎛ 이하인 미립자를 규칙적으로 배열한 구조를 갖는 스크린의 제조 방법으로서, 미립자를 자기 조직화(self-organization)에 의해 배열하도록 한 스크린의 제조 방법이다.

여기서, 자기 조직화란 일반적으로는, 외계의 정보 구조에 맞추어 자율적으로 자기를 조직화하는 것을 말하지만, 여기서는, 미립자를 퇴적시키는 시스템(예를 들면, 액상)에 있어서, 그 시스템을 특징짓는 파라미터에 따라서 자율적으로 미립 자가 퇴적하여 규칙적으로 배열하는 것을 말한다.

이 자기 조직화에 의한 미립자 퇴적은 전형적으로는, 다음과 같이 하여 행하여진다.

즉, 본 발명의 제 5 발명은 크기가 1㎛ 이하인 미립자를 규칙적으로 배열한 구조를 갖는 스크린의 제조 방법으로서, 2중량% 이상의 미립자 용액 중에 기판을 침지하는 제 1 공정과, 기판을 기상 중에 30㎛/s 이상의 속도로 뽑아냄으로써 그 표면을 미립자 용액으로 적시는 제 2 공정과, 미립자 용액으로 젖은 기판을 기상 중에서 건조시키는 제 3 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

여기서, 가장 적합하게는, 미립자의 규칙 배열 구조, 즉 미립자층에 대해서, 필요한 광학 특성이 얻어질 때까지 또는 필요한 두께가 얻어질 때까지, 제 1 공정에서 제 3 공정을 반복한다. 또한, 제 1 공정에서 제 3 공정을 1회만 행한 것만으로는, 기판면 내에서 미립자층 두께의 균일성을 얻을 수 없는 것이 많기 때문에, 적합하게는 기판 침지 전, 침지 중(뽑아내기 전) 또는 뽑아낸 직후 중 어느 한 때에 기판을 그 면 내에서 회전시킴으로써 기판 방향을 바꾼다. 이 경우, 기판 건조 후에 기판면 내의 미립자층의 두께를 조사하여, 그것에 맞추어 기판 방향을 제어하여도 된다. 또한, 미립자 용액의 농도는 통상은 2중량% 이상이면 미립자층 형성을 지장 없이 행할 수 있지만, 미립자층을 효율적으로 퇴적시키는 관점에서는 보다 높게 하는 것이 바람직하고, 한편, 미립자 재료에도 의하지만, 50중량%보다 높아지면 양호한 미립자층 형성에 지장이 생기기 때문에, 50중량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 더욱이, 기판을 뽑아내는 속도는 통상은 30㎛/s 이상이면 미립자층의 부착 을 지장 없이 행할 수 있지만, 뽑아내는 속도가 빠르면 부착하는 미립자층의 두께가 증가하는 경향이 있기 때문에, 미립자층을 효율적으로 퇴적시키는 관점에서는 보다 빠르게 하는 것이 바람직하며, 여기에는 기본적으로는 상한이 존재하지 않는다고 생각되지만, 실용적인 관점에서는, 일반적으로는 예를 들면 3m/s 이하이다.

본 발명의 제 6 발명은 포토닉 결정을 사용하여 특정 파장의 광을 반사하도록 구성되어 있는 스크린과, 특정 파장의 광을 발광하는 반도체 발광 소자로 이루어지는 투사용 광원을 갖는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템이다.

본 발명의 제 7 발명은 크기가 1㎛ 이하인 미립자를 규칙적으로 배열한 구조를 갖는 스크린과, 미립자의 크기 및 배열에 의해 결정되는 특정 파장의 광을 발광하는 반도체 발광 소자로 이루어지는 투사용 광원을 갖는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템이다.

본 발명의 제 8 발명은 유전체 다층막을 사용하여 특정 파장의 광을 반사하도록 구성되어 있는 스크린과, 특정 파장의 광을 발광하는 반도체 발광 소자로 이루어지는 투사용 광원을 갖는 것을 특징으로 하는 화상 표시 시스템이다.

본 발명에 있어서, 스크린에 사용하는 미립자의 크기를 1㎛ 이하로 한 것은 미립자의 크기와 이 미립자에 의해 반사되는 광의 파장과는 거의 비례 관계에 있는 바, 화상 형성에 기여하는 가시광을 반사하기 위해서는, 미립자의 크기를 적어도 1㎛ 이하로 할 필요가 있기 때문이다. 특히, 미립자가 최대 밀접 구조로 배열하고 있는 경우, 3원색의 광을 반사하기 위해서는, 이 미립자의 크기는 전형적으로는 약 150㎚ 이상 약 320㎚ 이하이다.

스크린에 사용하는 미립자는 규칙 배열 구조를 형성할 수 있으면, 기본적으로는 어떠한 방법에 의해 퇴적시켜도 되지만, 전형적으로는, 자기 조직화 기술을 사용하여 용이하게 퇴적시킬 수 있다. 이 미립자는 전형적으로는, 최대 밀접 구조로 배열된다. 여기서, 최대 밀접 구조란 미립자가 면심 입방 격자를 형성하도록 배열한 입방 최대 밀접 구조 또는 미립자가 육방 최대 밀접 격자를 형성하도록 배열한 육방 최대 밀접 구조이다.

전형적으로는, 적, 녹 및 청의 3원색에 대응한 파장의 광을 동시에 반사할 수 있도록 하기 위해, 미립자의 직경 또는 포토닉 결정 또는 유전체 다층막의 주기는 3종류 존재하는 구조로 한다. 미립자로서는 여러 가지 것을 사용하는 것이 가능하며, 필요에 따라서 선택할 수 있지만, 적합하게는, 실리카 또는 실리카와 동일한 굴절률을 갖는 미립자가 사용된다. 여기서, 실리카의 굴절률은 형성 시의 조건 등에도 의하지만, 일반적으로는 1.36 내지 1.47의 범위에 있다. 이 경우, 전형적으로는, 미립자의 재료에 의하지 않고, 미립자의 굴절률을 n으로 하면, 적색 반사용으로서 269 ×(1.36/n)㎚ 이상 314 ×(1.36/n)㎚ 이하 직경의 미립자, 녹색 반사용으로서 224 ×(1.36/n)㎚ 이상 251 ×(1.36/n)㎚ 이하 직경의 미립자, 청색 반사용으로서 202 ×(1.36/n)㎚ 이상 224 ×(1.36/n)㎚ 이하 직경의 미립자가 사용되며, 보다 전형적으로는, 적색 반사용으로서 278 ×(1.36/n)㎚ 이상 305 ×(1.36/n)㎚ 이하 직경의 미립자, 녹색 반사용으로서 224 ×(1.36/n)㎚ 이상 237 ×(1.36/n)㎚ 이하 직경의 미립자, 청색 반사용으로서 208 ×(1.36/n)㎚ 이상 217 ×(1.36/n)㎚ 이하 직경의 미립자가 사용된다. 단, 이들 적색 반사용 미립자, 녹색 반사용 미립자 및 청색 반사용 미립자는 필요에 따라서, 서로 다른 재료의 것을 사용하여도 된다. 적, 녹 및 청의 3원색에 대응한 파장의 광을 동시에 반사할 수 있도록 하기 위해서는, 기판 상에 종방향으로 적색 반사용, 녹색 반사용 및 청색 반사용 포토닉 결정 또는 미립자층을 적층한다. 이들 포토닉 결정 또는 미립자층의 적층 순서는 기본적으로는 임의이지만, 예를 들면, 기판 상에 적색 반사용, 녹색 반사용 및 청색 반사용 포토닉 결정 또는 미립자층을 순서대로 적층하거나, 이것과 적층 순서를 반대로 하거나 할 수 있다. 전자의 경우에는 레일리 산란에 의한 영향을 최소한으로 억제할 수 있는 점에서 유리하고, 후자의 경우에는 특히 미립자층의 결정성을 양호하게 할 수 있는 점에서 유리하다. 이 경우, 각 색용 포토닉 결정 또는 미립자층의 적층 주기는 파장의 선택성을 높이기 위해, 적합하게는 8이상 15이하로 한다.

적색 반사용, 녹색 반사용 및 청색 반사용 포토닉 결정 또는 미립자층은 기판 상에 횡방향으로 배열하여도 되며, 이 경우도, 각 색용 포토닉 결정 또는 미립자층의 적층 주기는 파장의 선택성을 높이기 위해 적합하게는 8이상 15이하로 한다. 여기서, 이들 적색 반사용, 녹색 반사용 및 청색 반사용 미립자층은 예를 들면, 스트라이프형, 직사각형 또는 정사각형 형상을 가지고, 이들 미립자층이 기판 상에 소정의 배열 패턴으로 배열된다. 또한, 이들 적색 반사용, 녹색 반사용 및 청색 반사용 포토닉 결정 또는 미립자층의 배열 순서는 기본적으로는 임의이다.

포토닉 결정 또는 미립자층 또는 유전체 다층막을 통해 빠져나온 적, 녹 및 청의 3원색 이외의 파장의 가시광을 흡수하기 위해, 스크린은 적합하게는 그 가시광의 흡수가 가능한 층 또는 벌크 기판을 갖는다. 가장 적합하게는, 이 층 또는 벌크 기판은 모든 파장역의 가시광을 흡수하는 것이다. 이 가시광을 흡수하는 층 또는 벌크 기판은 적합하게는, 포토닉 결정 또는 미립자 또는 유전체 다층막 아래(스크린의 관찰 방향에서 봐서 그들 뒤편)에 설치된다. 기판으로서, 투명 기판의 이면에 가시광을 흡수하는 층을 설치한 것을 사용하여도 된다. 기판의 재료로서는 여러 가지 것을 사용할 수 있으며, 구체적으로는, 예를 들면, 카본 외의 무기 재료나, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 외의 고분자 재료 또는 수지 재료와 같은 유기 재료, 나아가서는 무기 재료와 유기 재료와의 복합 재료를 사용할 수 있다. 기판 상에 액상으로 미립자층 또는 포토닉 결정을 형성할 경우, 기판 종류에 따라서는 반드시 습식성이 충분하지 않은 경우도 있기 때문에, 그러한 경우에는, 적합하게는, 미립자층 또는 포토닉 결정을 형성하기 전에, 기판 표면의 습식성을 향상시키는 처리가 실시된다. 구체적으로는, 예를 들면, 기판 표면에 조면화 처리를 실시하여 요철을 형성하거나, SiO₂막 외의 막으로 표면을 코팅하거나, 약액으로 표면을 처리하거나 한다. 더욱이, 특히 기판 상에 미립자층을 액상으로 퇴적시킬 경우에는, 습식성을 향상시키기 위해, 적합하게는, 기판 상에 미리 미립자로 이루어지는 버퍼층을 형성한다. 이 버퍼층으로서의 미립자층의 미립자 직경은 상기 청색 반사용 미립자의 직경, 즉 208 ×(1.36/n)㎚ 이상 217 ×(1.36/n)㎚ 이하의 직경보다 작게 선택되며, 구체적으로는, 208 ×(1.36/n)㎚보다 작게 선택된다. 기판의 두께는 기판 재료에도 의하지만, 일반적으로는 20㎛ 이상이면 스크린 강도로서 충분한 것이 얻어지고, 파괴되기 어렵다는 이점을 얻을 수 있으며, 한편, 500㎛ 이하이면 스크린 유연성이 높아져, 권취나 운반시 등의 취급이 편리해진다는 이점이 있다. 스크린에 유전체 다층막을 사용할 경우, 그 주기 구조는 파장 선택성을 높이기 위해, 적합하게는 10주기 이상으로 한다.

회절 효과에 의해 반사광을 확대하기 위해서는, 적합하게는, 포토닉 결정 또는 미립자 집합체의 횡방향 크기를 22주기보다 작게 한다. 또는, 경사진 면과 이 경사진 면과는 다른 각도를 갖는 면을 함께 갖는 포토닉 결정 또는 미립자의 집합체 또는 유전체 다층막을 사용한다. 이 경우, 적합하게는, 경사진 면의 각도(θ)는 70°≤θ≤90°의 범위로 한다. 또는, 포토닉 결정 또는 미립자의 집합체 또는 유전체 다층막에 곡면을 갖게 한다. 나아가서는, 포토닉 결정 또는 미립자의 집합체 또는 유전체 다층막의 결정 축을 광의 입사 방향에 대하여 77.4°≤α≤ 90° 범위의 각도(α)로 경사지도록 하여도 된다. 또한, 스크린에서 반사되는 광의 지향성을 완화하는 관점에서, 포토닉 결정 또는 미립자의 집합체 또는 유전체 다층막에 기복을 갖게 하여도 된다. 더욱이, 상기 기판 표면에의 요철 형성은 이 광의 지향성 완화에도 이바지하는 것이다.

포토닉 결정 또는 미립자층 또는 유전체 다층막 상에는 스크린에서 반사되는 광 지향성을 완화함과 동시에, 스크린 전체에 균일한 휘도를 갖게 하는 관점에서, 적합하게는, 광 확산 매체가 코팅 외의 수법에 의해 설치된다. 광 확산 매체는 구체적으로는, 고분자 물질 등에 의해 형성된 확산 필름, 마이크로 렌즈 필름, 마이크로 프리즘 필름 등이다. 스크린의 기계적 강도 향상 관점에서는, 미립자간의 갭 이 고분자 물질 등으로 이루어지는 결합제(바인더)에 의해 매꾸어진다. 이 경우, 미립자를 공동(空洞)으로 하여도 된다.

본 발명의 제 9 발명은 특정 파장의 전자파를 반사하는 규칙적으로 배열된 미립자를 갖는 스크린이다.

본 발명의 제 10 발명은 제 1 파장의 전자파를 반사하는 규칙적으로 배열된 제 1 미립자와, 제 1 파장과 다른 제 2 파장의 전자파를 반사하는 규칙적으로 배열된 제 2 미립자를 갖고, 제 1 미립자의 직경과 제 2 미립자의 직경이 서로 다른 스크린이다.

본 발명의 제 9 및 제 10 발명에 있어서, 전자파는 전형적으로는 가시광으로, 이 경우, 그 성질에 반하지 않는 한, 본 발명의 제 1 내지 제 8 발명에 관련하여 서술한 것이 성립할 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 포토닉 결정 또는 미립자 또는 유전체 다층막에 의해, 특정 파장의 광만을 선택적으로 반사할 수 있으며, 나아가서는, 흡수층 등을 사용함으로써 그 밖의 파장의 광을 흡수할 수도 있다.

또한, 자기 조직화에 의해 미립자를 규칙적으로 배치함으로써, 원하는 미립자층을 용이하게 형성할 수 있다.

도 1a 내지 도 2b는 본 발명에 의한 스크린의 원리를 설명하기 위한 개략선도.

도 3 및 도 4는 다층막의 반사 스펙트럼을 도시하는 개략선도.

도 5는 규칙적으로 배열된 미립자의 반사 스펙트럼을 도시하는 개략선도.

도 6a 내지 도 6c는 최대 밀접 구조를 설명하기 위한 개략선도.

도 7은 규칙적으로 배열된 미립자의 산란 광의 스펙트럼을 도시하는 개략선도.

도 8은 특정 파장의 광이 반사되는 이유를 설명하기 위한 개략선도.

도 9 및 도 10은 미립자의 광장(光場) 계산에 사용한 모델을 도시하는 개략선도.

도 11 내지 도 31은 미립자의 광장(光場) 계산 결과를 도시하는 개략선도.

도 32는 녹색 반사에 대한 미립자의 광장 계산에 사용한 모델을 도시하는 개략선도.

도 33 내지 도 39는 녹색 반사에 대한 미립자의 광장 계산 결과를 도시하는 개략선도.

도 40은 청색 반사에 대한 미립자의 광장 계산에 사용한 모델을 도시하는 개략선도.

도 41 내지 도 47은 청색 반사에 대한 미립자의 광장 계산 결과를 도시하는 개략선도.

도 48은 실리카 미립자 직경과 블랙 반사가 일어나는 파장과의 관계를 도시하는 개략선도.

도 49는 3원색 반사에 대한 미립자의 광장 계산에 사용한 모델을 도시하는 개략선도.

도 50 내지 도 54는 3원색 반사에 대한 미립자의 광장 계산 결과를 도시하는 개략선도.

도 55는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스크린을 도시하는 단면도.

도 56은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스크린의 제조 방법의 일례를 설명하기 위한 개략선도.

도 57a 내지 도 60d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스크린의 제조 방법의 보다 구체적인 예를 설명하기 위한 개략선도.

도 61은 회절에 의해 광이 확대되는 모양을 도시하는 개략선도.

도 62 내지 도 65는 미립자의 광장 계산 결과를 도시하는 개략선도.

도 66 및 도 67은 굴절에 의해 광이 확대되는 모양을 도시하는 개략선도.

도 68은 미립자의 광장 계산에 사용한 모델을 도시하는 개략선도.

도 69 내지 도 75는 미립자의 광장 계산 결과를 도시하는 개략선도.

도 76은 반사광의 확대를 원시야상의 확대로서 도시하는 개략선도.

도 77a 및 도 77b는 결정 축을 기울인 효과를 설명하기 위한 개략선도.

도 78은 역격자 공간을 도시하는 개략선도.

도 79는 결정 축의 기울기와 블랙 조건을 만족하는 파장과의 관계를 도시하는 개략선도.

도 80은 지향성을 완화하는 구조의 일례를 도시하는 개략선도.

도 81은 역격자 공간을 도시하는 개략선도.

도 82 및 도 83은 유전체 다층막의 반사 스펙트럼을 도시하는 개략선도.

도 84 내지 도 87은 LCD 프로젝터로부터 출사한 광의 스펙트럼의 측정 결과를 도시하는 개략선도.

도 88 내지 도 91은 DLP 프로젝터로부터 출사한 광의 스펙트럼의 측정 결과를 도시하는 개략선도.

도 92는 색도 도면을 도시하는 개략선도.

도 93은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스크린을 도시하는 단면도.

도 94는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 스크린을 도시하는 단면도.

도 95는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 스크린을 도시하는 단면도.

도 96은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 스크린을 도시하는 단면도.

도 97a 내지 도 97c는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 스크린에 있어서의 3원색 반사용 미립자층의 평면적인 배열 패턴의 예를 도시하는 평면도.

도 98은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 스크린을 도시하는 단면도.

도 99는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 스크린을 도시하는 단면도.

도 100은 본 발명의 제 8 실시예에 따른 스크린을 도시하는 단면도.

도 101은 본 발명의 제 9 실시예에 따른 스크린을 도시하는 단면도.

도 102는 본 발명의 제 10 실시예에 따른 스크린을 도시하는 단면도.

도 103은 본 발명의 제 11 실시예에 따른 스크린을 도시하는 단면도.

도 104 및 도 105는 본 발명의 제 12 실시예에 따른 화상 표시 시스템을 도시하는 개략선도.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 또한, 실시예의 전체 도면에 있어서, 동일 또는 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙인다.

도 1a 및 도 1b에 도시하는 바와 같이, 반사판과 광 흡수층과의 조합에 의해 특정 파장의 광만을 반사하고 다른 파장의 광을 흡수함으로써, 흑점을 가라앉히는 스크린을 실현할 수 있다. 여기서, 도 1a에 도시하는 것은 파장의 선택성이 높다는 특징이 있고, 도 1b에 도시하는 것은 구조가 간단하다는 특징이 있다.

특정 파장의 광만을 반사하기 위한 구조의 구체예를 도 2a 및 도 2b에 도시한다. 도 2a에 도시하는 구조는 기판 상에 크기가 미리 최적화된 미립자를 규칙적으로 배열한 것으로, 블랙 조건(λ=2nΛ/m, λ: 입사광의 파장, n: 모드 굴절율, Λ: 구조의 주기, m: 차수)을 만족하는 파장의 광만이 선택적으로 반사된다. 도 2b에 도시하는 구조는 기판 상에 굴절율이 n₁인 막과 n₂(≠n₁)의 막을 교대로 적층하여 다층막을 형성한 것으로, 간섭 효과에 의해 특정 파장의 광만이 선택적으로 반사된다.

우선, 다층막의 반사 스펙트럼을 유효 프레이넬(fresnel's) 계수법으로 견적한 결과를 설명한다. 이 다층막은 서로 굴절율이 다른 2종류의 유전체막을 그들 굴절율(n)에 대하여 mλ₀/4n의 두께로 교대로 적층한 것이다. 여기서, m은 일반적으로는 1이상의 정수이지만 여기서는 1로 하고, λ₀은 특정 광의 파장이다. 결과를 도 3에 도시한다. 여기서는, 한쪽 유전체막의 굴절율을 n=1.2, 다른쪽 유전체막의 굴절율을 n=1.8로 하고, λ₀=520㎚로 하여 계산을 하고 있다. 이 결과로부터, 다층막의 주기를 1에서 5까지 증가시킴으로써, 반사율이 증가하고, 5주기에서 90% 이상의 반사율을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 한편, 그 피크의 반값 폭이 ∼200㎚로 넓은 것도 알 수 있다.

다음에, 5주기의 조건으로 3원색의 파장 λ₀=490㎚(청색), λ₀=520㎚(녹색), λ₀=650㎚(적색)에 대해서 계산한 결과를 도 4에 도시한다. 이 결과로부터, 3원색 중 어느 파장의 경우라도 피크의 반값 폭이 넓기 때문에 피크끼리가 서로 중복되지만, 어느 정도 특정 파장의 광만을 반사할 수 있는 것을 알 수 있다.

한편, 형성 방법은 이후에 상세하게 설명하지만, 자기 조직화에 의해 최대 밀접 구조로 규칙적으로 배열된 실리카 미립자(직경(D)=280㎚)에 대해서 반사 스펙트럼을 측정한 결과를 도 5에 도시한다. 단, 이 측정에서는, 백색광을 미립자층에 수직으로 입사하여 수직으로 반사한 광을 측정하고 있다. 주사형 전자현미경(SEM)에 의한 관찰로부터, 미립자는 자기 조직화에 의해, 도 6a, 도 6b 및 도 6c에 도시되는 바와 같은 면심 입방 격자나 또는 최대 밀접 육방 격자의 최대 밀접 구조로 되어 있다고 생각된다. 도 5로부터, 파장 625㎚ 부근에서 피크가 보이는 것을 알 수 있다. 더욱이, 그 최대 반사율은 ∼54%로 비교적 높고, 피크의 반값 폭은 ∼30㎚로 좁은 것을 알 수 있다. 이 반사는 규칙적으로 배열한 미립자에 의한 블랙 반사이다. 이와 같이 가시광의 파장 오더와 같은 크기(<1㎛)의 주기 구조체에 의해, 이러한 블랙 반사가 생긴다.

상술한 블랙 반사에 대해서 보다 상세하게 설명한다.

최대 밀접 구조에는 도 6a에 도시하는 바와 같이, A, B, C 3개의 배열 패턴이 존재하지만, 면심 입방 격자의 경우에는, 도 6b에 도시하는 바와 같이, ABCABC ···의 순서대로 쌓아올리게 된다. 이 때 미립자의 직경을 D=280㎚로 하면, 그 주기는 Λ=727.5㎚가 된다. 이에 대하여, 육방 최대 밀접 격자의 경우에는, 도 6c에 도시하는 바와 같이, ABAB ···의 순서대로 쌓아올리기 때문에, 그 주기는 Λ=485.0㎚가 된다. 이들로부터 블랙 조건(λ=2nA/m)을 만족하는 파장을 계산으로 견적하면, 표 1에 도시하게 된다. 단, 모드 굴절율(n)은 ∼1.3으로 하였다.

표 1

m	면심 입방 격자λ(㎚)	육방 최대 밀접 격자λ(㎚)
1 2 3 4	1891 946 630 473	1261 630 420 315

이들 계산 결과로부터, 625㎚에 가까운 값으로서 두 가지 후보를 들 수 있다. 즉, 반사 스펙트럼에 있어서 관찰된 강한 피크는 면심 입방 격자의 3차 블랙 반사 또는 육방 최대 밀접 격자의 2차 블랙 반사인 것이 도시된다. 이상에 의해, 자기 조직화에 의해 퇴적된 미립자의 규칙 배열에 의해 블랙 반사가 확인된 것이 된다.

다음에, 상술한 미립자층에 의한 산란광의 스펙트럼을 측정하기 위해 샘플 표면을 20°기울여 산란광을 측정한 결과를 도 7에 도시한다. 이 경우, 625㎚ 부근의 파장 광이 거의 반사하지 않게 되는 역패턴(딥 구조)이 되는 것을 알 수 있다. 이것은 강한 블랙 반사 때문에 산란광이 억제되고 있는 것을 의미한다. 이 현상은 다음과 같이 설명된다. 즉, 도 8에 도시하는 바와 같이, 파장 625㎚ 부근의 광은 미립자층의 표면 부근에서 강한 블랙 반사를 받기 때문에, 그보다도 안쪽으로 광이 진행하지 않는다. 그 때문에 산란이 약하여 블랙 반사만을 강하게 받게 된다. 한편, 625㎚ 이외의 파장 광은 블랙 반사를 받지 않기 때문에 그보다 안쪽으로 진행하기 때문에, 결과적으로 산란된다.

더욱이, 상술한 최대 밀접 구조로 배열한 미립자에 대해서, 광의 반사가 강해지는 파장역을 맥스웰 방정식에 의한 광장 계산에 의해 견적하였다. 단, 실제의 미립자는 도 9a에 도시하는 바와 같이 ○형상이지만, 도 9b에 도시하는 바와 같이 그것을 거의 정사각형의 □형상에 근사하여 계산을 하였다. 여기서는, □형상 입자의 횡방향(x) 및 종방향(y)의 입자 간격을 ○형상 입자의 그것들과 같은 간격으로 하여 계산하고 있다(x=242㎚, y=280㎚). 또한, 충전율도 0.74로, 양자 모두 동일하게 하여 계산하고 있다. 미립자의 굴절율을 n=1.36으로 하고, 또한 샘플 두께를 고려하여 적층 주기를 30주기(도 10)로 하여 계산을 하였다. 그 결과를 도 11 내지 도 19에 도시한다. 여기서는, 도면 중 좌측부터 미립자층에 광을 입사하여 진행 방향(도면 중 왼쪽에서 오른쪽, 「FORWARD」라고도 나타낸다)으로 진행하는 광과 역방향(도면 중 오른쪽에서 왼쪽,「BACKWARD」라고도 나타낸다)으로 진행하는 광으로 나누어 광 밀도 분포가 계산되어 있다. 단, 이들 광 밀도 분포도는 컬러 프린터로 인쇄된 컬러 도면을 복사기로 흑백 카피하여 작성한 것으로, 농도는 반드시 광 밀도에 대응하고 있지는 않다(이하 동일). 또한, 지면의 형편 상, 횡방향을 단축하여 도시되고 있다. 이들 결과로부터, 파장이 470㎚, 500㎚, 525㎚, 540㎚, 580㎚, 600㎚, 645㎚, 675㎚의 광에서는, 진행 방향만이 강하게 존재하여 미립자층의 오른쪽 끝까지 광이 도달하여, 그 표면에서 우측으로 광이 출사하고 있는 것을 알 수 있다. 그에 비하여 역방향의 광은 벌크 내부에서만 존재하지 않고, 미립자층의 왼쪽 끝까지 도달하고 있어도 거의 그 표면에서 좌측으로 광이 출사하고 있지 않은 것을 알 수 있다. 그런데, 도 17에 도시하는 바와 같이, 625㎚의 파장 광에서는, 역방향으로 진행하는 광이 표면 부근까지 강하게 생기고 있으며, 그 표면에서 좌측으로 광이 강하게 출사하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 역방향으로 진행하는 광이 강하기 때문에, 진행 방향의 광은 표면으로부터 8 내지 15주기분까지 밖에 진입하고 있지 않은 것도 알 수 있다. 특히 11주기 근처가 그 경계로 보인다. 이들 결과는 실험에 있어서 625㎚ 부근의 파장 광에서 강한 반사가 일어나고 있는 것과 일치하고 있다. 더욱이, 이 625㎚ 전후의 파장으로 상세하게 조사한 결과를 도 20 내지 도 31에 도시한다. 이들 결과로부터, 파장 605 내지 632㎚ 범위에서 반사가 일어나고 있는 것을 알 수 있다. 이들 결과는 실험에 있어서 반사율 피크의 반값 폭이 ∼30㎚(도 5)으로 좁은 것과 잘 일치한다. 이와 같이 다층막에 비하여 미립자로 반사율 피크의 반값 폭이 좁아지는 이유로서는, 미립자에서는 횡방향으로도 블랙 반사가 일어나고 있기 때문에 강한 차폐 효과가 일어나는 것이 관련되어 있다고 생각된다. 또한, 블랙 반사가 일어나고 있는 파장 625㎚에서는, 표면으로부터 겨우 8 내지 15주기 밖에 광이 진입하고 있지 않아, 이것은 산란광이 억제되어 있는 것과 합치한다.

다음에, 녹색 및 청색 광을 반사시키는 것에 대해서 서술한다. 미립자의 직 경(D)과 이 미립자에 의해 반사되는 광의 파장(λ)과 거의 비례 관계에 있기 때문에, 반사시키고 싶은 광의 파장을 λ₀으로 하면, D=280㎚에 대하여 λ₀=625㎚의 관계로부터, 녹색(λ₀=525㎚)이나 청색(λ₀=475㎚)에서는 각각 D=235㎚, D=212㎚가 된다. 각각의 경우에 대해서 동일하게 광장 계산을 하였다. 녹색 반사의 모델을 도 32에, 계산 결과를 도 33 내지 도 39에 도시한다. 또한, 청색 반사의 모델을 도 40에, 계산 결과를 도 41 내지 도 47에 도시한다. 이들 결과로부터, 녹색 반사와 청색 반사에서는, 각각 525㎚와 475㎚의 파장 시에만 강한 반사가 생기고 있어, 적색 반사와 마찬가지로 거의 8 내지 15주기까지 광이 진행하고 있는 것을 알 수 있다.

이상과 같이, 미립자의 직경(D)과 파장(λ)은 거의 비례 관계에 있기 때문에, 도 48에 도시하는 바와 같은 관계가 된다. 이 도면으로부터, 청색 반사에서는 D=202 내지 224㎚, 녹색 반사에서는 D=224 내지 251㎚, 적색 반사에서는 D=269 내지 314㎚가 된다. 특히, 색도 도면상에서 순수한 3원색으로서, 청색 반사에서는 λ₀=475 ±10㎚에서 D=208 내지 217㎚가 되고, 녹색 반사에서는 λ₀=515 ±15㎚에서 D=224 내지 237㎚가 되며, 적색 반사에서는 λ₀=650 ±30㎚에서 D=278 내지 305㎚가 된다.

이상의 결과로부터, 예를 들면, 기판 상에 적색 반사용 미립자층 11주기를 적층하고, 그 위에 녹색 반사용 미립자층 11주기를 적층하며, 또한 그 위에 청색 반사용 미립자층 11주기를 적층하면, 3원색의 광만을 반사시키고 그 밖의 파장의 광은 투과한다고 생각할 수 있다. 이들에 대해서 마찬가지로 광장 계산으로 견적하였다. 이 때의 모델을 도 49에, 계산 결과를 도 50 내지 도 54에 도시한다. 이들 결과로부터, 파장이 475㎚, 525㎚, 623㎚일 때에 각각의 청색 반사용, 녹색 반사용, 적색 반사용 미립자층의 곳에서 강한 반사가 생기고 있고, 그 이상 안쪽으로 진행하지 않는 것을 알 수 있다. 그에 대하여, 590㎚나 555㎚ 등 3원색 이외의 파장에서는, 반사가 거의 일어나고 있지 않기 때문에 적색 반사용 미립자층의 오른쪽 끝까지 광이 도달하여, 거기에서 더욱 우측으로 광이 출사하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 이보다 안쪽에 광을 흡수하는 재료를 둠으로써, 예를 들면 기판으로서 광을 흡수하는 재료를 둠으로써, 3원색 이외의 광을 효율 좋게 컷할 수 있다.

그래서, 본 발명의 제 1 실시예에 있어서는, 스크린을 도 55에 도시하는 단면 구조를 갖도록 구성한다. 즉, 기판(1) 상에 적색 반사용 D=280㎚의 미립자층(2)을 11주기 적층하고, 그 위에 녹색 반사용 D=234.5㎚의 미립자층(3)을 11주기 적층하고, 또 그 위에 청색 반사용 D=212㎚의 미립자층(4)을 11주기 적층하여 스크린을 구성한다. 미립자층(2 내지 4) 중 어느 하나에 있어서도, 미립자(5)가 최대 밀접 구조로 배열하고 있다. 이들 미립자층(2 내지 4)의 미립자(5)로서는, 예를 들면 실리카 미립자가 사용된다. 또한, 기판(1)으로서는, 3원색 이외 파장의 광을 흡수할 수 있는 것이 사용되며, 구체적으로는 예를 들면 카본제의 검은 기판이 사용된다. 이 기판(1)의 두께는 20㎛ 이상 500㎛ 이하로 선택되며, 구체적으로는 예를 들면 50㎛ 정도로 선택된다. 기판(1)의 두께가 이와 같이 50㎛ 정도이면, 스크린이 찢어지기 어렵고, 더구나 유연성이 높기 때문에 스크린 권취도 하 기 쉽다. 또한, 스크린의 면적은 용도에 따라서 적당히 선택된다.

이 도 55에 도시하는 스크린은 예를 들면, 자기 조직화 기술을 사용함으로써 용이하게 제조할 수 있다. 즉, 예를 들면, 도 56에 도시하는 바와 같이, 미립자(5)가 분산된 수용액(6)을 사용하고, 이 수용액(6) 속에서 미립자(5)를 천천히 퇴적시킴으로써, 미립자(5)가 자기 조직화에 의해 규칙적으로 배열한다. 그래서, 이 자기 조직화 기술을 사용하여 기판(1) 상에 미립자층(2 내지 4)을 순차 규칙 배열로 적층할 수 있고, 이로써 스크린을 제조할 수 있다.

이 스크린 제조 방법에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 일반적으로, 이 종류의 스크린 제조 방법으로서는, 자연 침강법(예를 들면, 마스다 외(2001) 머티리얼 인테그레이션(material integration) 14, 37-44) 및 침지 추출(pulling) 단입자막 제작법(단입자막 추출법)(예를 들면, 히야미(1995) 분체 공학 32, 476-485)을 생각할 수 있다. 자연 침강법에서는, 저농도의 미립자 용액을 기판 상에 적하하거나, 저농도의 미립자 용액 중에 기판을 세운다. 이 때, 기판 상에 침강한 미립자가 용매 증발에 의해 기판 상에 자기 조직적으로 결정화한다. 자연 침강법은 이 공정을 통해 기판 상에 미립자의 3차원 결정의 박막을 얻는 방법이다. 이 방법의 문제점은 용매 증발에 몇 시간 이상 필요하기 때문에, 기판 건조에 장시간을 요하는 것, 기판 상에서 용매가 면 내에 균등하게 증발하지 않기 때문에, 수 ㎠ 이상의 대면적의 결정 박막을 제작할 때에는, 그 박막이 면 내에 두께 얼룩을 발생시키는 것이다. 한편, 단입자막 추출법은 저농도의 미립자 용액 중에 침지한 기판을 기상 속으로 뽑아냄으로써 미립자 단층의 2차원 결정의 박막을 얻는 공정을 이용한 방법이다. 이 공정을 반복함으로써, 미립자 단층의 박막을 적층하여, 임의의 두께의 3차원 결정 박막을 얻는다. 이 방법의 문제점은 단입자막의 적층에 의하기 때문에, 공정이 복잡하고, 제작에 장시간을 요하는 것, 면 내에서 균일한 2차원 결정화를 시키기 위해, 추출 속도를 저속으로 제어할 필요가 있는 것이다. 수 ㎠ 이상의 대면적의 박막 제작에서는 장시간에 걸쳐 기체 액체 계면의 메니스커스(meniscus)가 흐트러지지 않도록 제어할 필요가 있어 용이하지는 않다.

그래서, 자연 침강법에 의한 3차원 결정 제작과 단입자막 추출법에 의한 면 내의 두께 얼룩 경감을 양립시키고, 더욱이 제작 시간을 대폭 단축시키는 방법으로서 추출 회전법을 사용한다. 단입자막 추출법에서는, 한번의 침지와 추출 공정에서 단층의 2차원 결정 박막 밖에 얻어지고 있지 않은 데 대하여, 추출 회전법에서는 고농도의 미립자 용액을 사용함으로써, 단입자막 추출법과 동일한 한번의 침지와 추출 공정에서 3차원 결정 박막을 얻을 수 있다. 이로써, 자연 침강법과 마찬가지로 3차원 결정을 얻을 수 있다. 그리고, 기판 회전에 의해, 단입자막 추출법과 같이, 면 내의 두께 얼룩을 경감할 수 있다. 또한, 제작 공정에 요하는 시간을 대폭 줄일 수 있다.

이 추출 회전법에서는, 고농도의 미립자 용액 중에 기판을 침지하여, 기상 중으로 뽑아내면, 건조가 느려 용액의 습식량이 많은 부분에 미립자가 집적함으로써 두께 얼룩이 생긴다. 이 두께 얼룩은 기판의 연직 방향 아래쪽 및 수평 방향 좌우 끝에서 생긴다. 그래서, 침지 전, 침지 중, 추출 직후 중 어느 한 때에 기판을 면 내에서 회전시킴으로써 습식량을 제어한 바, 면 내의 두께 얼룩이 감소하여, 두께가 면 내에서 균일한 박막이 얻어졌다.

도 57 내지 도 60을 참조하여 이 추출 회전법을 구체적으로 설명한다.

도 57a에 도시하는 바와 같이, 용액통(7) 중에 고농도(예를 들면, 2중량% 이상 50중량% 이하)의 미립자 용액(8)을 넣은 것을 준비한다. 다음에, 도 57b에 도시하는 바와 같이, 용액통(7) 위쪽으로부터 기판(1)을 하강시켜서 미립자 용액(8) 중에 침지한다. 다음에, 도 57c에 도시하는 바와 같이, 기판(1)을 고속(예를 들면, 30㎛/s 이상 3m/s 이하)으로 뽑아낸 후, 도 57d에 도시하는 바와 같이, 기상 중에서 자연 건조시킨다.

이들 공정에 있어서, 기판(1)에 부착하여 오는 미립자 용액(8)은 건조됨과 동시에 중력에 의해 아래쪽으로 이동하기 때문에, 미립자 분포는 기판(1) 아래쪽으로 기울어, 건조 후에는 연직 방향에 관해서 아래쪽이 두껍고, 위쪽이 얇다는 면 내 분포를 가진 박막이 얻어진다. 이 연직 방향에 관해서는, 하기와 같은 공정을 행함으로써, 면 내의 두께 얼룩을 억제할 수 있다.

즉, 도 58a에 도시하는 바와 같이, 도 57d에 도시하는 공정에서 건조를 한 기판(1)을 그 면 내에서 180°회전시켜 상하를 반대로 한다. 다음에, 도 58b에 도시하는 바와 같이, 용액통(7)의 위쪽부터 기판(1)을 하강시켜서 미립자 용액(8) 중에 침지한다. 이 후, 상술한 바와 같이, 기판(1)의 고속 추출(도 58c) 및 기상 중 자연 건조(도 58d)를 행한다. 이 결과, 미립자층의 두께는 기판(1)의 아래쪽이 두 껍고, 위쪽이 얇다는 면 내 분포를 갖지만, 먼저 적층한 미립자층 두께의 면 내 분포와는 반대로 되기 때문에, 연직 방향에 관해서, 기판(1) 전체에서의 면 내 분포는 균일해진다. 또한, 이 기판(1)의 상하 회전은 침지 전이 아니라, 침지 중이나 추출 직후에 행하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

수평 방향에 관해서도 기판(1) 전체에서의 미립자층 두께의 면 내 분포를 균일하게 하기 위해, 도 57 및 도 58과 동일한 공정을 행한다.

즉, 도 59a에 도시한 바와 같이, 도 58d에 도시하는 공정에서 건조를 한 기판(1)을 그 면 내에서 시계 방향으로 90°회전시킨다. 다음에, 상술한 바와 같이, 기판(1)의 미립자 용액(8) 중으로의 침지(도 59b), 기판(1)의 고속 추출(도 59c) 및 기상 중 자연 건조(도 59d)를 행한다.

다음에, 도 60a에 도시하는 바와 같이, 도 59d에 도시하는 공정에서 건조를 한 기판(1)을 그 면 내에서 180°회전시켜 상하를 반대로 한다. 이 후, 상술한 바와 같이, 기판(1)의 미립자 용액(8) 중으로의 침지(도 60b), 기판(1)의 고속 추출(도 60c) 및 기상 중 자연 건조(도 60d)를 행한다.

이상의 방법에 의해, 단시간에, 면 내 얼룩이 관측되지 않는 결정화된 대면적의 미립자 박막을 얻을 수 있다.

또한, 기판(1)을 수평으로 하고, 기판(1)의 습식량을 면 내에 균일하게 하여, 건조시킴으로써 면 내의 두께 얼룩을 감소시키는 수법을 생각할 수는 있지만, 실제로 해 본 범위 내에서는, 습식량을 균일하게 유지할 수 없어서, 면 내에 두께 얼룩이 생겼다.

여기서, 자연 침강법에 의해 제작한 미립자 박막과 상술한 추출 회전법에 의해 제작한 미립자 박막 사이의 두께 얼룩의 비교 결과에 대해서 설명한다.

여기서는, 미립자로서 직경 280㎚인 실리카 미립자(품명 KE-P30, (주)일본 촉매 제작), 용매로서 순수물, 기판으로서 시판하는 알루미늄(알루미늄) 호일(크기: 짧은 변 26㎜, 긴 변 76㎜의 직사각형)을 플라즈마 세정한 것을 사용하였다.

우선, 자연 침강법에 의한 샘플 제작에 있어서는, 기판 상에 20중량% 실리카 수용액을 20㎕ 적하하여, 기판 표면에 확대하였다. 그리고, 기판을 수평으로 유지하여, 수지제 시료 케이스 내에서 3일간 건조시켰다.

한편, 추출 회전법에 의한 샘플 제작에 있어서는, 20중량% 실리카 수용액 중에 기판을 그 긴 변 방향이 연직 방향으로 되도록 하여 침지하고, 그대로 속도 10㎜/s에서 수직으로 추출, 건조시켰다. 건조 후, 기판의 상하를 반대로 하여, 마찬가지로 침지, 추출, 건조를 하였다. 다음에, 기판을 그 면 내에서 90° 회전시켜서 그 짧은 변 방향이 연직 방향으로 되도록 해서 침지하여, 그대로 속도 10㎜/s에서 수직으로 추출, 건조시켰다. 건조 후, 기판의 상하를 반대로 하여, 마찬가지로 침지, 추출, 건조를 하였다. 이렇게 하여, 합계 4회의 침지, 추출 공정을 실시하였다.

양 샘플에 대해서 육안으로 비교를 한 결과, 자연 침강법에 비하여 추출 회전법에서는 두께 얼룩이 작았다. 또한, 양자 모두 블랙 반사를 도시하며, 실리카의 미립자가 3차원 결정을 형성하고 있는 것이 확인되었다.

기판의 양 짧은 변의 중심을 연결하는 선 상의 5점(중심점, 중심점에서 양 방향으로 10㎜ 및 20㎜ 떨어진 점)에서 제작한 박막의 막 두께를 측정하였다. 막 두께는 기판의 알루미늄 호일의 표면과 제작한 박막 표면과의 연직 거리로서 광 계측에 의해 측정하였다. 결과는 다음과 같았다.

자연 침강법: 평균치 14.8㎛, 표준편차 3.1㎛

추출 회전법: 평균치 9.9㎛, 표준편차 0.6㎛

이들 표준편차의 차이로부터, 자연 침강법에 비하여 추출 회전법에서의 막 두께의 격차가 각별히 작은 것이 확인되었다. 추출 회전법의 4회 공정에 의해, 두께 얼룩이 작은 35층 정도의 3차원 결정의 실리카 박막을 제작할 수 있었다.

이상과 같이, 이 제 1 실시예에 의하면, 특정 3원색의 광만을 반사하고 나머지 파장의 광을 기판 1측에서 흡수시키는 것이 가능해짐으로써, 흑점을 가라앉히는 스크린을 얻을 수 있다. 이 경우, 화상에 관계없는 외부의 광이 스크린에 입사한 경우에도, 파장이 다르기 때문에 컷되므로, 콘트라스트가 열화하는 것이 방지된다. 특히, 반도체 레이저나 LED 등의 발광 피크의 반값 폭이 좁고 색 순도가 좋은 광으로 화상을 형성하고 있는 경우에는, 효율 좋게 선택적으로 화상의 광만을 반사하여 다른 파장의 광을 컷함으로써, 높은 콘트라스트를 유지할 수 있음과 동시에, 흑점을 가라앉힐 수 있다. 따라서, 암실이 아니라도 화상 열화가 일어나지 않는다. 또한, 액정 프로젝터 등 스펙트럼 반값 폭이 넓은 광을 투영하여도 파장을 선택적으로 좁게 하기 때문에, 색도 도면상의 색 재현 범위가 넓어져 색 순도도 좋아진다.

다음에, 회절 효과에 의해 반사광의 원시야상(FFP; Far Field Pattern)을 확 대하는 방법에 대해서 설명한다.

도 61에 도시하는 바와 같이, 일반적으로 광의 입사 방향으로 수직인 방향의 물체 사이즈를 충분히 작게 함으로써, 그 물체에 의해 광은 회절되어 넓어진다. 그래서, 이 제 1 실시예와 같이 스크린을 미립자의 집합체에 의해 형성함으로써, 미립자에 의한 회절 효과로 반사광의 FFP에 확대를 갖게 할 수 있다고 생각된다. 이것은 역격자 공간 상에서 격자점을 횡방향으로 늘리는 것에 대응한다. 그래서, 횡방향의 사이즈를 22주기, 16주기, 11주기로 한 경우의 반사파를 넓은 면적(100㎛ ×30㎛)으로 계산하였다. 그 결과를 도 62 내지 도 65에 도시한다. 이 결과로부터, 횡방향의 주기수가 작아질수록 FFP가 넓어지는 것을 알 수 있다. 보다 상세하게는, 22주기에서는 FFP ~ 8°로 좁지만, 주기를 보다 작게 하여 갈수록 FFP는 넓어지고, 16주기에서 FFP ~ 11°, 11주기에서는 FFP ~ 17°까지 넓어지는 것을 알았다.

영화관 등의 큰 회의장에서 스크린에 화상을 표시할 경우에는 비교적 시야각이 좁아도 되며, 오히려 밝기가 요구된다. 이 경우에는, FFP가 10 내지 17°정도로 비교적 좁게 하여 지향성을 갖게 하고, 그로써 광 밀도를 높게, 즉 밝게 하는 것이 가능하다.

다음에, 굴절로 반사광의 FFP를 확대하는 방법에 대해서 설명한다.

굴절로 반사광의 FFP에 확대(넓이)를 갖게 하기 위해서는, 도 66에 도시하는 바와 같이, 미립자의 집합체를 수평면과 사면을 갖는 구조로 하거나, 도 67에 도시하는 바와 같이, 미립자의 집합체 표면을 곡면 구조로 하는 것을 생각할 수 있다. 도 66에 도시하는 예에서는 특정 방향으로만 비스듬하게 반사광이 출사되지만, 도 67에 도시하는 예에서는 곡면에 대응하여 임의의 방향으로 반사광이 출사된다.

도 68에 도시하는 바와 같이, 미립자의 집합체에 대해서 수직 방향(결정 축 방향)에 대한 사면의 각도(θ)를 바꾸어 계산을 하였다. 단, 입사광의 파장은 625㎚로, 미립자의 직경은 280㎚로 하였다(여기서는 수평면(도 68 중 좌측 단면)에 수직 입사할 경우에는 블랙 반사가 일어나는 조건이다). 그 결과를 도 69 내지 도 73에 도시한다. 이 결과로부터, θ=14.4°, 58.2°의 사면에 광이 입사하여도 블랙 반사가 거의 일어나지 않고, 광이 투과하고 있는 것을 알 수 있다. 그에 대하여, θ=70.2°, 75.7°, 78.9°의 사면에서는 반사가 생기고 있는 것을 알 수 있다.

더욱이, 넓은 반사 측에 있어서 BACKWARD의 결과를 도 74 및 도 75에 도시한다. 이 결과로부터, θ=14.4°, 58.2°에서는 비스듬한 반사가 생겨 있지 않지만, θ=70.2°, 75.7°, 78.9°에서는 비스듬한 반사가 생겨 있는 것을 알 수 있다. 그 결과를 FFP로서 도시한 그래프가 도 76이다. 이 결과로부터, 35°부근에 피크가 출현하고 있는 것을 알 수 있다. 이들 결과로부터, 굴절 방법에서는 θ=90 내지 70°의 범위에 사면을 형성하면, FFP에 70°까지 확대를 갖게 할 수 있는 것을 알 수 있다.

다음에, 도 77에 도시하는 바와 같이, 광의 입사 방향에 대하여 결정 축을 기울인 경우에 대해서 설명한다. 이 경우, 블랙 조건을 만족하는 파장이 어긋나게 된다. 그 파장은 수직 입사(입사 방향이 결정 축과 평행) 시의 파장을 λ₀로 하면, λ(θ)=λ₀sinθ가 된다. 이것은 도 78에 도시하는 바와 같이, 광의 입사 방향이 어긋나기 때문에 역격자 공간에 있어서 격자점이 원점을 중심으로 회전함으로써, 동일한 에월드구(1/λ를 반경으로 한 구)의 면 상에 그 격자점이 놓이지 않게 되는 것을 의미한다. 이 효과를 고려하여 계산한 결과를 도 79에 도시한다. 이 결과로부터, 스펙트럼의 반값 폭이 30㎚인 경우, θ=77.4 내지 90°의 범위 내이면 블랙 반사가 생기게 된다. θ=77.4°인 경우에는, 수직 방향으로부터 2θ=25.6°의 각도로 반사되게 되지만, 반대 방향, 즉 θ=-77.4°에도 축을 경사시키면 합계 FFP=51.6°가 된다.

이상과 같이, 굴절을 사용하는 방법이나 결정 축을 기울이는 방법은 가정 등의 좁은 공간에서 스크린에 투영시키는 경우에 적합하다. 이 경우, 지향성이 강하면, 보는 장소에 따라 화상이 보이지 않게 되기 때문이다.

이 지향성을 완만하게 하기 위해서는, 도 80에 도시하는 바와 같이, 미립자의 집합체(9)에 기복을 갖게 하도록 하여도 된다.

다음에, 스크린 파장의 선택성에 대해서 설명한다.

파장의 선택성도 역격자 공간을 사용하여 설명할 수 있다. 즉, 도 81에 도시하는 바와 같이, 광의 입사 방향 사이즈가 작은 경우, 역격자 공간에서의 격자점은 그 방향으로 신장한다. 그 결과, 격자점과 교차하는 에월드구가 다수 존재하게 되어, 결과적으로 블랙 조건을 만족하는 파장(λ)의 범위가 넓어지게 된다. 여기서, 5층과 10층의 경우의 유전체 다층막의 반사 스펙트럼에 대해서, 유효 프레넬 계수법으로 계산을 하였다. 그 결과를 도 82 및 도 83에 도시한다. 이 결과로부터, 5층에서는 반값 폭이 200㎚ 정도 있는 것에 대하여 10층 구조에서는 반값 폭이 50㎚로 좁게 되어 있는 것을 알 수 있다. 단, 파장의 선택성을 좋게 하려고 단순히 층수를 늘리는 것 만으로는 불충분하며, 광에 있어서의 실효적인 사이즈를 크게 할 필요가 있다. 몇 층만으로는 100% 반사되는 것을 100층 정도 적층하여도 실효적인 사이즈는 몇 층만으로 파장의 선택성은 나쁜채이다. 따라서, 미립자에 의한 개개의 회절 격자의 반사 효율을 가능한 한 내려, 다층에 걸쳐 회절이 생기는 구조로 하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 이 제 1 실시예에 따른 스크린을 사용함으로써 각 3원색의 스펙트럼의 반값 폭이 좁아지지만, 이로써 색 순도가 좋아져서, 색도 도면상의 재현 범위가 넓어지는 것을 이하에 설명한다.

도 84 내지 도 87 및 도 88 내지 도 91은 각각 액정(LCD; Liquid Crystal Display) 프로젝터 및 DLP(Digital Light Processing) 프로젝터로부터 출사한 광의 스펙트럼을 측정한 결과이다. 여기서, 도 84, 도 88은 백색을, 도 85, 도 89는 청색을, 도 86, 도 90은 녹색을, 도 87, 도 91은 적색을 표시하였을 때의 스펙트럼이다. 색 필터를 사용하여 파장 선택을 하고 있기 때문에, LCD 프로젝터, DLP 프로젝터 모두 각 3원색의 스펙트럼 반값 폭이 60 내지 100㎚로 넓은 것을 알 수 있다. 이 때 통상의 스크린을 사용하면 광이 반사되어도 반값 폭에 변화가 없기 때문에, 이 스펙트럼의 반값 폭으로 색 재현성이 결정되게 된다. 이에 대하여, 이 제 1 실 시예에 따른 스크린을 사용한 경우, 프로젝터로부터 출사한 광의 각 3원색의 스펙트럼 반값 폭이 넓어도 스크린에서 반사될 때에 파장이 선택되어 반값 폭이 30㎚까지 좁아진다. 이 때, 색도 도면상의 색 재현 범위가 넓어짐과 동시에 색 재현성이 좋아진다. 도 92는 색도 도면상에서 그것을 나타내고 있다. DLP나 LCD에서는 색 재현 범위가 좁은 데 대하여, 이 제 1 실시예에 따른 스크린을 사용한 경우, 그 범위가 넓어짐과 동시에 색 재현성이 좋아지는 것을 알 수 있다.

다음에, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스크린에 대해서 설명한다. 도 93에 이 스크린을 도시한다.

도 93에 도시하는 바와 같이, 이 제 2 실시예에 따른 스크린에 있어서는, 미립자층(4)의 최상면에 확산 필름(10)이 배치되어 있다. 이 확산 필름(10)은 광의 확산 및 스크린 표면 보호를 위한 것이다. 즉, 스크린으로부터 반사되는 광을 이 확산 필름(10)에 의해 확산시킴으로써, 지향성을 완화함과 동시에, 스크린 전체에 균일한 휘도를 갖게 할 수 있다. 바꾸어 말하면, 소위 핫 스폿을 없앨 수 있다. 또한, 이 확산 필름(10)에 의해, 기계적인 데미지로 미립자가 벗겨지는 것을 방지할 수 있다.

이 확산 필름(10)으로서는, 가시광 영역에 있어서 투명한 재료로, 또한 광을 확산시키는 것이 바람직하다. 광을 확산시키기 위해서는, 필름면 내에서 다른 굴절율 분포를 갖게 하여도 또는 필름 표면에 요철을 설치하여도 된다. 이 확산 필름(10)으로서는, 구체적으로는, 예를 들면, 광 확산성이 있는 폴리에틸렌 필름(제작 상, 면 내에 굴절율 분포를 갖는다)이나, 광을 확산할 수 있도록 표면을 요철 가공한 폴리카보네이트 필름이나 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름이나 폴리염화비닐 필름 등을 들 수 있다. 이 확산 필름(10)의 두께는 통상은 5㎜ 이하, 바람직하게는 1㎜ 이하로 한다.

확산 필름(10)을 배치하기 위해서는, 예를 들면, 기판(1) 상에 미립자층(2 내지 4)을 적층한 후에, 장력(텐션)을 가하면서 이 확산 필름(10)을 미립자층(4)의 표면에 붙여 접착하여도 되고, 이 확산 필름(10) 뒤편에 미리 접착제를 도포하여 접착하여도 된다. 나아가서는, 광학 특성을 좋게 하기 위해, 이 확산 필름(10)의 표면에 반사 방지를 위한 1/4파장 코팅을 하여도 된다. 이 경우, 필름재의 굴절율보다 낮은 굴절율의 재료로 코팅할 필요가 있다. 구체적으로는, 예를 들면 ~ 100㎚ 두께의 SiO₂ 글래스 막을 도포나 증착법으로 코팅한다.

상기 이외의 것은 제 1 실시예에 따른 스크린과 같기 때문에, 설명을 생략한다.

다음에, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 스크린에 대해서 설명한다. 이 스크린을 도 94에 도시한다.

도 94에 도시하는 바와 같이, 이 제 3 실시예에 따른 스크린에 있어서는, 미립자층(4)의 최상면에 2차원 마이크로 렌즈 어레이가 형성된 마이크로 렌즈 필름(11)이 배치되어 있다. 이 마이크로 렌즈 필름(11)의 마이크로 렌즈는 볼록 렌즈여도 오목 렌즈여도 양자 복합이어도 된다. 스크린으로부터 반사되는 광을 이 마이크로 렌즈 필름(11)에 의해 확산시킴으로써, 지향성을 완화함과 동시에, 스크 린 전체에 균일한 휘도를 갖게 할 수 있어, 핫 스폿을 없앨 수 있다. 또한, 이 마이크로 렌즈 필름(11)에 의해, 기계적인 데미지로 미립자가 벗겨지는 것을 방지할 수 있다.

이 마이크로 렌즈 필름(11)의 재질은 가시광 영역에서 투명한 것이면, 기본적으로는 어떠한 것이어도 된다. 예를 들면, 폴리카보네이트나 폴리에틸렌테레프탈레이트나 폴리염화비닐이어도 된다. 이 마이크로 렌즈 필름(11)의 마이크로 렌즈는 화소 사이즈와 같은 정도이거나 그보다 작으면 되며, 예를 들면, 면 내에 0.1㎜ 정도 직경의 렌즈를 밀접하게 배치하면 된다. 더욱 특성을 좋게 하기 위해, 이 표면에는 반사 방지를 위한 1/4파장 코팅을 하여도 된다. 이 경우, 마이크로 렌즈 필름(11)의 렌즈 굴절율보다 낮은 굴절율의 재료로 코팅할 필요가 있다. 예를 들면 ∼100㎚ 두께의 SiO₂ 글래스 막을 도포나 증착법으로 코팅하여도 된다.

마이크로 렌즈 필름(11)의 배치 방법은 제 2 실시예와 같다.

상기 이외의 것은 제 1 실시예에 따른 스크린과 같기 때문에, 설명을 생략한다.

다음에, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 스크린에 대해서 설명한다. 이 스크린을 도 95에 도시한다.

도 95에 도시하는 바와 같이, 이 제 4 실시예에 따른 스크린에 있어서는, 미립자층(4)의 최상면에 2차원 마이크로 프리즘 어레이가 형성된 마이크로 프리즘 필름(12)이 배치되어 있다. 스크린으로부터 반사되는 광을 이 마이크로 프리즘 필름(12)에 의해 확산시킴으로써, 지향성을 완화함과 동시에, 스크린 전체에 균일한 휘도를 갖게 할 수 있어, 핫 스폿을 없앨 수 있다. 또한, 이 마이크로 프리즘 필름(12)에 의해, 기계적인 데미지로 미립자가 벗겨지는 것을 방지할 수 있다.

이 마이크로 프리즘 필름(12)의 재질은 가시광 영역에서 투명한 것이면, 기본적으로는 어떠한 것이어도 된다. 예를 들면, 폴리카보네이트나 폴리에틸렌테레프탈레이트나 폴리염화비닐이어도 된다. 이 마이크로 프리즘 필름(12)의 마이크로 프리즘은 화소 사이즈와 같은 정도이거나 그보다 작으면 되며, 예를 들면, 면 내에 0.1㎜ 정도 직경의 프리즘을 밀접하게 배치하면 된다. 더욱이, 특성을 좋게 하기 위해, 이 표면에는 반사 방지를 위한 1/4파장 코팅을 하여도 된다. 이 경우, 마이크로 프리즘 필름(12)의 프리즘 굴절율보다 낮은 굴절율의 재료로 코팅할 필요가 있다. 예를 들면 ∼100㎚ 두께의 SiO₂ 글래스 막을 도포나 증착법으로 코팅하여도 된다.

마이크로 프리즘 필름(12)의 배치 방법은 제 2 실시예와 같다.

상기 이외의 것은 제 1 실시예에 따른 스크린과 같기 때문에, 설명을 생략한다.

다음에, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 스크린에 대해서 설명한다. 이 스크린을 도 96에 도시한다.

상술한 제 1 내지 제 4 실시예에 있어서는, 기판(1) 상에 적색 반사용 미립자층(2), 녹색 반사용 미립자층(3) 및 청색 반사용 미립자층(4)을 종방향(기판에 수직인 방향)으로 적층하고 있지만, 이 제 5 실시예에 있어서는, 이들 미립자층(2 내지 4)을 기판(1) 상에 횡방향(기판에 평행한 방향)으로 배치한다.

즉, 도 96에 도시하는 바와 같이, 이 제 5 실시예에 따른 스크린에 있어서는 기판(1) 상에 적색 반사용 미립자층(2), 녹색 반사용 미립자층(3) 및 청색 반사용 미립자층(4)이 횡방향으로 배치되어 있다.

이들 미립자층(2 내지 4)의 평면 형상 및 평면 배열 패턴의 예를 도 97에 도시한다. 도 97a에 도시하는 예에서는, 스트라이프형 평면 형상의 미립자층(2 내지 4)을 교대로 배열하고 있다. 여기서, 스트라이프형 미립자층(2 내지 4)의 폭은 화소 사이즈의 1/3 크기이거나 그보다 작으면 된다. 도 97b에 도시하는 예에서는, 직사각형 평면 형상의 미립자층(2 내지 4)을 격자형으로 배열하고 있다. 여기서, 직사각형 미립자층(2 내지 4)의 크기는 화소 사이즈의 1/3 크기와 동등하거나 그보다 작으면 된다.

도 97c에 도시하는 예에서는, 정사각형 평면 형상의 미립자층(2 내지 4)을 격자형으로 배열하고 있다. 여기서, 정사각형 미립자층(2 내지 4)의 크기는 화소 사이즈의 1/3 크기와 동등하거나 그보다 작으면 된다.

기판(1) 상에 미립자층(2 내지 4)을 형성하기 위해서는, 예를 들면, 잉크젯 방식으로 각 색용 미립자를 기판(1) 상에 나누어 칠하여도 되고, 스크린 인쇄나 그라비아 인쇄를 사용하여 나누어 칠하여도 된다. 또는, 각 미립자층(2 내지 4)의 패턴에 대응한 개구를 갖는 마스크를 준비하여, 이들 마스크를 사용하여 각 색용 미립자를 3회 도포하여도 된다.

상기 이외의 것은 제 1 실시예에 따른 스크린과 같기 때문에, 설명을 생략한다.

이 제 5 실시예에 의하면, 3원색용 미립자층(2 내지 4)이 기판(1) 상에 횡방향으로 배치되어 있기 때문에, 3원색의 미립자층(2 내지 4)을 기판(1) 상에 종방향으로 적층한 경우에 비하여, 토탈 미립자층의 종방향의 두께가 작아져, 그로써 광 산란 등에 의한 손실이 줄기 때문에, 광 흡수를 효율적으로 행할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제 6 실시예에 따른 스크린에 대해서 설명한다. 이 스크린을 도 98에 도시한다.

도 98에 도시하는 바와 같이, 이 제 6 실시예에 따른 스크린에 있어서는, 미립자층(2 내지 4)에 있어서, 미립자(5)간의 갭이 바인더(13)에 의해 매꾸어져 있다. 여기서 중요한 것은 이 바인더(13)의 재료로서는, 미립자의 굴절율과 다른 굴절율을 갖는 재료를 사용하는 것이다. 구체적으로는, 예를 들면, 미립자가 실리카 미립자인 경우에는, 바인더(13)로서 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌이나 폴리이소부틸렌이나 폴리아세트산비닐 등의 폴리올레핀계 재료를 사용할 수 있다.

이 스크린을 제조하기 위해서는, 예를 들면, 기판(1) 상에 미립자층(2 내지 4)을 형성한 후에 이들 미립자층(2 내지 4)에 바인더 재료를 녹인 용액을 스며들게 하여 고화시키는 방법이나, 미리 미립자(예를 들면, 실리카 미립자)의 콜라이드 용액에 이 바인더 재료를 녹인 용액을 넣어 미립자 퇴적과 함께 미립자(5)의 갭을 매꾸는 방법 등이 있다.

상기 이외의 것은 제 1 실시예에 따른 스크린과 같기 때문에, 설명을 생략한 다.

이 제 6 실시예에 의하면, 제 1 실시예와 같은 이점과 더불어, 미립자(5)간의 갭이 바인더(13)에 의해 매꾸어져 있음으로써, 스크린의 기계적인 강도 향상을 도모할 수 있음과 동시에, 미립자(5)의 재료에 대하여 바인더(13)의 굴절율을 제어하여 반사 스펙트럼의 반값 폭을 좁게 할 수 있는 등 광학 특성 향상을 도모할 수 있다는 이점을 얻을 수 있다.

다음에, 본 발명의 제 7 실시예에 따른 스크린에 대해서 설명한다. 이 스크린을 도 99에 도시한다.

도 99에 도시하는 바와 같이, 이 제 7 실시예에 따른 스크린에 있어서는, 도 98에 도시하는 스크린의 미립자층(2 내지 4)에 있어서의 미립자(5)에 상당하는 부분이 구멍(14)으로 되어 있으며, 소위 인버스 오펄(inverse opal) 구조로 되어 있다.

이 스크린을 제조하기 위해서는, 예를 들면, 기판(1) 상에 미립자층(2 내지 4)을 형성하고, 더욱이 이들 미립자층(2 내지 4)에 바인더 재료를 녹인 용액을 스며들게 하여 고화시킴으로써 미립자(5)의 갭을 바인더(13)로 매꾼 후, 소정의 에칭액, 예를 들면 불산 용액에 넣어 미립자(예를 들면, 실리카 미립자)를 녹이면 된다.

상기 이외의 것은 제 1 실시예에 따른 스크린과 같기 때문에, 설명을 생략한다.

이 제 7 실시예에 의하면, 제 1 실시예와 같은 이점과 더불어, 미립자에 상 당하는 구멍(14)과 바인더(13)와의 굴절률 차는 공기와 바인더(13)와의 굴절율 차가 되기 때문에, 미립자(5)가 실리카 미립자 등인 경우에 비하여, 큰 굴절율 차를 얻을 수 있다. 이 때문에, 필요한 반사를 일으키게 하기 위해 필요한 미립자층의 주기를 보다 적게 할 수 있으며, 나아가서는 스크린을 보다 박형화할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제 8 실시예에 따른 스크린에 대해서 설명한다. 이 스크린을 도 100에 도시한다.

도 100에 도시하는 바와 같이, 이 제 8 실시예에 따른 스크린에 있어서는, 기판으로서 투명 기판(15)의 이면에 흡수층(16)을 설치한 것이 사용되고 있다. 이 흡수층(16)으로서는 3원색 이외의 파장의 광을 흡수할 수 있는 것이 사용되며, 예를 들면 카본 막이 사용된다. 보다 구체적으로는, 투명 기판(15)은 예를 들면 투명한 글래스 기판이나 폴리카보네이트 기판이고, 흡수층(16)은 그들 이면에 코팅한 카본막이다.

여기서, 흡수층(16)의 두께는 그 재료에 따라서 3원색 이외의 파장의 광을 충분히 흡수할 수 있도록 선택되지만, 흡수층(16)으로서 카본막을 사용하는 경우의 두께에 대해서 설명하면, 다음과 같다. 즉, 카본의 흡수 계수(α)는 그 제작 방법에 의존하지만, 일반적으로 10³ 내지 10⁵cm^-1이다. 광 강도(P)는 광이 흡수층(16)을 진행한 거리를 x로 하면 P(x)/P(0)=exp(-αx)로 나타나기 때문에, α=10⁵cm^-1의 경우, 충분한 흡수로서 1/e(e: 자연 대수의 바닥)까지 광 강도를 약하게 하기 위해서는 카본막의 두께(d)를 0.1㎛로 하면 된다. 따라서, 최저 d=0.1㎛가 필요해진다. 더욱이, α=10³cm^-1라도 1/e까지 광 강도를 약하게 하기 위해서는 카본막의 두께를 d=10㎛로 하는 것이 필요해진다. 이렇기 때문에, 카본막의 두께를 0.1㎛ 이상, 적합하게는 10㎛ 이상으로 할 필요가 있다.

상기 이외의 것은 제 1 실시예에 따른 스크린과 같기 때문에, 설명을 생략한다.

이 제 8 실시예에 의하면, 제 1 실시예와 같은 이점과 더불어, 기판 자체가 광 흡수를 일으키는 것이 아니어도 되기 때문에, 기판 재료의 선택의 자유도가 높아진다는 이점을 얻을 수 있다.

다음에, 본 발명의 제 9 실시예에 따른 스크린에 대해서 설명한다. 이 스크린을 도 101에 도시한다.

도 101에 도시하는 바와 같이, 이 제 9 실시예에 따른 스크린에 있어서는, 기판으로서 표면이 샌드 가공에 의해 조면화 처리된 검은(3원색 이외의 파장의 광을 흡수할 수 있다) PET 필름(17)이 사용되고 있다. 여기서, 샌드 가공이란 줄 등으로 문질러 표면을 황폐화시키는 가공인 것이다. 이 PET 필름(17) 표면의 요철 높이는 예를 들면 0.8 내지 4㎛이다. 이 경우, 샌드 가공에 의해 조면화 처리된 PET 필름(17)의 표면은 습식성이 양호하기 때문에, 실리카 미립자 등의 미립자(5)가 분산된 수용액(6)이 도포되기 쉬워진다. 더욱이, PET 필름(17) 표면의 요철에 의해 광의 지향성이 완화되기 때문에, 핫 스폿이 발생하기 어려워진다.

상기 이외의 것은 제 1 실시예에 따른 스크린과 같기 때문에, 설명을 생략한 다.

이 제 9 실시예에 의하면, 제 1 실시예와 같은 이점과 더불어, 기판으로서, 염가의 PET 필름(17)을 사용하고 있기 때문에, 스크린을 염가로 제조할 수 있다는 이점을 얻을 수 있다.

다음에, 본 발명의 제 10 실시예에 따른 스크린에 대해서 설명한다. 이 스크린을 도 102에 도시한다.

상술한 제 1 실시예에 있어서는, 기판(1) 상에 적색 반사용 미립자층(2), 녹색 반사용 미립자층(3) 및 청색 반사용 미립자층(4)을 종방향으로 순차 적층하고 있지만, 이들 미립자층(2 내지 4)의 적층 순서는 반드시 이렇게 할 필요는 없으며, 미립자(5)의 배열성(결정성) 관점에서는, 오히려 적층 순서를 반대로 하는 것이 바람직하다. 그래서, 이 제 10 실시예에 있어서는, 미립자층(2 내지 4)의 적층 순서를 반대로 한 경우에 대해서 설명한다.

즉, 도 102에 도시하는 바와 같이, 이 제 10 실시예에 따른 스크린에 있어서는 기판(1) 상에 청색 반사용 미립자층(4), 녹색 반사용 미립자층(3) 및 적색 반사용 미립자층(2)이 순차 적층되어 있다. 이 경우, 청색 반사용 미립자층(4)의 미립자(5)는 가장 작기 때문에, 이 미립자(5)를 기판(1) 상에 배열시키면, 미립자층(4)의 표면 요철이 가장 작은 것이 된다. 이와 같이 요철이 작은 하지 표면에 다음으로 큰 녹색 반사용 미립자층(3)의 미립자(5)를 배열시킨 경우, 그 배열성이 흐트러지기 어려워져 결정성이 좋아진다. 마찬가지로, 이 미립자층(3) 상에 다음으로 큰 적색 반사용 미립자층(2)의 미립자(5)를 배열시킨 경우에도, 그 배열성이 흐트러지 기 어려워 결정성이 좋아진다. 이렇게 하여, 미립자층(2 내지 4)의 어느 결정성도 좋게 할 수 있다.

상기 이외의 것은 제 1 실시예에 따른 스크린과 같기 때문에, 설명을 생략한다.

이 제 10 실시예에 의하면, 제 1 실시예와 같은 이점과 더불어, 미립자층(2 내지 4)의 어느 결정성도 양호하기 때문에, 반사 스펙트럼의 반값 폭이 좁아 효율적으로 3원색을 반사시킬 수 있음과 동시에, 그 이외의 광은 기판(1)에서 흡수할 수 있다는 이점을 얻을 수 있다.

다음에, 본 발명의 제 11 실시예에 따른 스크린에 대해서 설명한다. 이 스크린을 도 103에 도시한다.

도 103에 도시하는 바와 같이, 이 제 11 실시예에 따른 스크린에 있어서는, 기판(1) 상에 버퍼층(18)을 개재시켜서 적색 반사용 미립자층(2), 녹색 반사용 미립자층(3) 및 청색 반사용 미립자층(4)이 차례로 적층되어 있다. 여기서, 버퍼층(18)은 청색 반사용 미립자층(4)의 미립자보다 작은 직경, 구체적으로는 예를 들면 D=120㎚인 미립자에 의한 미립자층으로 이루어진다.

이 스크린을 제조하기 위해서는, 기판(1) 상에 우선 버퍼층(18)으로서의 미립자층을 퇴적시킨 후, 그 위에 미립자층(2 내지 4)을 퇴적시킨다.

상기 이외의 것은 제 1 실시예에 따른 스크린과 같기 때문에, 설명을 생략한다.

이 제 11 실시예에 의하면, 제 1 실시예와 같은 이점과 더불어, 다음과 같은 이점을 얻을 수 있다. 즉, 기판(1) 상에 미립자층으로 이루어지는 버퍼층(18)을 퇴적시키고, 그 위에 미립자층(2 내지 4)을 퇴적시키고 있기 때문에, 기판(1) 상에 미립자층(2 내지 4)을 직접 퇴적시키는 경우에 비하여, 미립자층(2 내지 4)을 형성하는 하지의 습식성이 향상한다. 이 때문에, 결정성이 양호한 미립자층(2 내지 4)을 얻을 수 있다. 또한, 버퍼층(18)으로서의 미립자층의 미립자 직경은 청색 반사용 미립자층(4)보다 작은 D=120㎚이기 때문에, 스크린에 광을 투사하였을 때의 이 버퍼층(18)으로부터의 블랙 반사의 파장은 가시광 파장보다 짧고, 스크린 특성에 영향을 미치지 않는다.

다음에, 본 발명의 제 12 실시예에 따른 화상 표시 시스템에 대해서 설명한다. 이 화상 표시 시스템의 구성을 도 104에 도시한다. 도 105에 이 화상 표시 시스템의 사시도를 도시한다.

도 104 및 도 105에 도시하는 바와 같이, 이 제 12 실시예에 따른 화상 표시 시스템은 제 1 내지 제 11 실시예 중 어느 하나에 의한 스크린(19)과 이 스크린(19)에 화상을 투사하기 위한 프로젝터(20)로 이루어진다. 프로젝터(20)는 적색, 녹색 및 청색 광을 발광 가능한 광원(21)과 집광 및 투사용 렌즈(22, 23)를 구비하고 있다. 광원(21)은 적색, 녹색 및 청색 광을 발광 가능한 반도체 발광 소자, 즉 반도체 레이저 또는 발광 다이오드로 이루어진다. 보다 구체적으로는, 광원(21)으로서 반도체 레이저를 사용하는 경우를 생각하면, 적색용 반도체 레이저로서는 예를 들면 AlGaInP계 반도체 레이저가, 녹색용 반도체 레이저로서는 예를 들면 ZnSe계 반도체 레이저가, 청색용 반도체 레이저로서는 예를 들면 GaN계 반도체 레이저가 사용된다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 기술적 사상에 근거하는 각종 변형이 가능하다.

예를 들면, 상술한 실시예에 있어서 예로서 든 수치, 구조, 형상, 재료, 미립자의 퇴적 방법 등은 어디까지나 예에 지나지 않으며, 필요에 따라서, 이들과 다른 수치, 구조, 형상, 재료, 미립자의 퇴적 방법 등을 사용하여도 된다.

또한, 상술한 제 3 실시예에 있어서는 미립자층(4)의 최상면에 마이크로 렌즈 필름(11)을 배치하고, 상술한 제 4 실시예에 있어서는 미립자층(4)의 최상면에 마이크로 프리즘 필름(12)을 배치하고 있지만, 마이크로 렌즈와 마이크로 프리즘이 혼재한 필름을 미립자층(4)의 최상면에 배치하도록 하여도 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 화상에 관계없는 외부 광이 스크린에 입사하였을 때라도 화상 콘트라스트가 열화하지 않고 흑점이 가라앉은 깨끗한 화상을 얻을 수 있다. 또한, 반드시 암실에서 투영할 필요 없이, 통상의 형광등 아래나 옥외에서도 콘트라스트가 열화하지 않는다.

더욱이, 반도체 레이저나 LED 등 반값 폭이 좁고 색 순도가 좋은 광으로 투영함으로써 화상을 형성하고 있는 경우, 효율 좋게 선택적으로 화상의 광만을 반사시켜 다른 파장의 광을 컷함으로써 높은 콘트라스트를 유지함과 동시에 흑점이 잘 가라앉게 된다. 게다가, 예를 들면 액정 프로젝터 등의 각 3원색의 스펙트럼 반값 폭이 넓은 광을 투영시켜도 색도 도면상의 색 재현성이 좋아져서 순수한 색을 표현 할 수 있다.

Claims (98)

1. 크기가 1㎛ 미만의 미립자를 최대 밀접 구조로 배열한 구조를 갖고,

   적, 녹 및 청의 3원색에 대응한 파장의 광을 반사할 수 있도록, 상기 미립자의 직경이 3종류 존재하고,

   기판상에 종방향으로 적색 반사용의 미립자층, 녹색 반사용의 미립자층 및 청색 반사용의 미립자층이 적층되어 있는 스크린.
2. 제 1 항에 있어서,

   자기 조직화에 의해 상기 미립자를 최대 밀접 구조로 배열한 구조를 갖는 스크린.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 미립자로서 실리카 또는 실리카와 같은 굴절율을 갖는 미립자를 사용한 스크린.
4. 제 3 항에 있어서,

   적색 반사용으로서 269×(1.36/n)nm 이상 314×(1.36/n)nm 이하의 직경의 미립자, 녹색 반사용으로서 224×(1.36/n)nm 이상 251×(1.36/n)nm 이하의 직경의 미립자, 청색 반사용으로서 202×(1.36/n)nm 이상 224×(1.36/n)nm 이하의 직경의 미립자(단, n은 미립자의 굴절율)를 사용한 스크린.
5. 제 3 항에 있어서,

   적색 반사용으로서 278×(1.36/n)nm 이상 305×(1.36/n)nm 이하의 직경의 미립자, 녹색 반사용으로서 224×(1.36/n)nm 이상 237×(1.36/n)nm 이하의 직경의 미립자, 청색 반사용으로서 208×(1.36/n)nm 이상 217×(1.36/n)nm 이하의 직경의 미립자(단, n은 미립자의 굴절율)를 사용한 스크린.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판상에 종방향으로 상기 적색 반사용의 미립자층, 상기 녹색 반사용의 미립자층 및 상기 청색 반사용의 미립자층이 순차 적층되어 있는 스크린.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 기판상에 종방향으로 상기 청색 반사용의 미립자층, 상기 녹색 반사용의 미립자층 및 상기 적색 반사용의 미립자층이 순차 적층되어 있는 스크린.
8. 제 1 항에 있어서,

   적층 주기가 8이상 15이하인 스크린.
9. 제 1 항에 있어서,

   가시광을 흡수하는 층 또는 벌크기판을 갖는 스크린.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 가시광을 흡수하는 층 또는 벌크기판은 모든 파장 대역의 가시광을 흡수하는 스크린.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 가시광을 흡수하는 층 또는 벌크기판이 상기 미립자의 아래에 있는 스크린.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 기판이 투명기판의 이면에 가시광을 흡수하는 층이 형성된 것인 스크린.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 기판이 PET 필름인 스크린.
14. 제 1 항에 있어서,

    상기 기판의 표면에 습식성을 향상시키기 위한 요철 또는 막이 형성되어 있는 스크린.
15. 제 1 항에 있어서,

    상기 미립자층상에 광 확산 매체가 형성되어 있는 스크린.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 광 확산 매체가 확산 필름인 스크린.
17. 제 15 항에 있어서,

    상기 광 확산 매체가 마이크로렌즈 필름인 스크린.
18. 제 15 항에 있어서,

    상기 광 확산 매체가 마이크로 프리즘 필름인 스크린.
19. 제 1 항에 있어서,

    상기 미립자의 사이의 틈이 결합제에 의해 매립되어 있는 스크린.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 미립자가 공동(空洞)으로 이루어지는 스크린.
21. 제 1 항에 있어서,

    상기 미립자의 집합체를 갖는 스크린.
22. 제 21 항에 있어서,

    상기 미립자의 집합체의 횡방향의 크기가 22주기보다 작은 스크린.
23. 제 21 항에 있어서,

    상기 미립자의 집합체는 그 결정축에 대하여 경사진 면과 그와는 다른 각도를 갖는 면을 함께 갖는 스크린.
24. 제 23 항에 있어서,

    상기 경사진 면의 각도 θ가 70°≤θ≤90°의 범위인 스크린.
25. 제 21 항에 있어서,

    상기 미립자의 집합체가 곡면을 갖는 스크린.
26. 제 21 항에 있어서,

    상기 미립자의 집합체의 결정축이 광의 입사방향에 대하여 77.4°≤α≤90°의 범위의 각도 α로 기울어 있는 스크린.
27. 제 21 항에 있어서,

    상기 미립자의 집합체에 기복을 갖게 한 스크린.
28. 제 1 항에 있어서,

    상기 기판상에, 버퍼층을 개재하여, 상기 적색 반사용의 미립자층, 상기 녹색 반사용의 미립자층 및 상기 청색 반사용의 미립자층이 형성되어 있는 스크린.
29. 제 28 항에 있어서,

    상기 버퍼층은, 208×(1.36/n)nm 이하의 직경의 미립자(단, n은 미립자의 굴절율)의 층으로 이루어지는 스크린.
30. 크기가 1㎛ 미만의 미립자를 최대 밀접 구조로 배열한 구조를 갖는 포토닉 결정을 사용하여 특정한 파장의 광을 반사하도록 구성되고,

    적, 녹 및 청의 3원색에 대응한 파장의 광을 반사할 수 있도록, 상기 포토닉 결정의 주기가 3종류 존재하고,

    기판상에 종방향으로 적색 반사용의 상기 포토닉 결정, 녹색 반사용의 상기 포토닉 결정 및 청색 반사용의 상기 포토닉 결정이 순차 적층되어 있는 스크린.
31. 크기가 1㎛ 미만의 미립자를 최대 밀접 구조로 배열한 구조를 갖는 포토닉 결정을 사용하여 특정한 파장의 광을 반사하도록 구성되고,

    적, 녹 및 청의 3원색에 대응한 파장의 광을 반사할 수 있도록, 상기 포토닉 결정의 주기가 3종류 존재하고,

    기판상에 종방향으로 청색 반사용의 상기 포토닉 결정, 녹색 반사용의 상기 포토닉 결정 및 적색 반사용의 상기 포토닉 결정이 순차 적층되어 있는 스크린.
32. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서,

    상기 포토닉 결정은 자기 조직화에 의해 상기 미립자를 최대 밀접 구조로 배열한 구조를 갖는 스크린.
33. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서,

    가시광을 흡수하는 층 또는 벌크기판을 갖는 스크린.
34. 제 33 항에 있어서,

    상기 가시광을 흡수하는 층 또는 벌크기판은 모든 파장 대역의 가시광을 흡수하는 스크린.
35. 제 33 항에 있어서,

    상기 가시광을 흡수하는 층 또는 벌크기판이 상기 포토닉 결정의 아래에 있는 스크린.
36. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서,

    상기 포토닉 결정의 횡방향의 크기가 22주기보다 작은 스크린.
37. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서,

    상기 포토닉 결정은 그 결정축에 대하여 경사진 면과 그와는 다른 각도를 갖는 면을 함께 갖는 스크린.
38. 제 37 항에 있어서,

    상기 경사진 면의 각도 θ가 70°≤θ≤90°의 범위인 스크린.
39. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서,

    상기 포토닉 결정이 곡면을 갖는 스크린.
40. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서,

    상기 포토닉 결정의 결정축이 광의 입사방향에 대하여 77.4°≤α≤90°의 범위의 각도 α 기울어 있는 스크린.
41. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서,

    상기 포토닉 결정에 기복을 갖게 한 스크린.
42. 크기가 1㎛ 미만의 미립자를 최대 밀접 구조로 배열한 구조를 갖고, 적, 녹 및 청의 3원색에 대응한 파장의 광을 반사할 수 있도록, 상기 미립자의 직경이 3종류 존재하고, 기판상에 종방향으로 적색 반사용의 미립자층, 녹색 반사용의 미립자층 및 청색 반사용의 미립자층이 적층되어 있는 스크린을 제조하는 경우에, 상기 미립자를 자기 조직화에 의해 배열하도록 한 스크린의 제조방법.
43. 크기가 1㎛ 미만의 미립자를 최대 밀접 구조로 배열한 구조를 갖고, 적, 녹 및 청의 3원색에 대응한 파장의 광을 반사할 수 있도록, 상기 미립자의 직경이 3종류 존재하고, 기판상에 종방향으로 적색 반사용의 미립자층, 녹색 반사용의 미립자층 및 청색 반사용의 미립자층이 적층되어 있는 스크린을 제조하는 경우에,

    2중량% 이상의 미립자 용액 중에 기판을 침지하는 제 1 공정과,

    상기 기판을 기상 중에 30㎛/s 이상의 속도로 올림으로써 그 표면을 상기 미립자 용액으로 적시는 제 2 공정과,

    상기 미립자 용액으로 젖은 상기 기판을 기상 중에서 건조시키는 제 3 공정을 갖는 스크린의 제조방법.
44. 제 43 항에 있어서,

    상기 제 1 공정부터 상기 제 3 공정을 필요한 광학 특성 또는 두께를 갖는 미립자층이 형성될 때까지 반복하도록 한 스크린의 제조방법.
45. 제 43 항에 있어서,

    상기 기판의 침지 전, 침지 중 또는 올린 직후 중 어느 한 때, 상기 기판을 그 면내에서 회전시킴으로써 상기 기판의 방향을 바꾸도록 한 스크린의 제조방법.
46. 제 43 항에 있어서,

    상기 기판의 침지 전에 상기 기판의 표면에 습식성을 향상시키는 처리를 실시하도록 한 스크린의 제조방법.
47. 크기가 1㎛ 미만의 미립자를 최대 밀접 구조로 배열한 구조를 갖고, 적, 녹 및 청의 3원색에 대응한 파장의 광을 반사할 수 있도록, 상기 미립자의 직경이 3종류 존재하고, 기판상에 종방향으로 적색 반사용의 미립자층, 녹색 반사용의 미립자층 및 청색 반사용의 미립자층이 적층되어 있는 스크린과,

    상기 미립자의 크기 및 배열에 의해 결정되는 특정한 파장의 광을 발광하는 반도체 발광소자로 이루어지는 투사용 광원을 갖는 화상 표시 시스템.
48. 크기가 1㎛ 미만의 미립자를 최대 밀접 구조로 배열한 구조를 갖는 포토닉 결정을 사용하여 특정한 파장의 광을 반사하도록 구성되고, 적, 녹 및 청의 3원색에 대응한 파장의 광을 반사할 수 있도록, 상기 포토닉 결정의 주기가 3종류 존재하고, 기판상에 종방향으로 적색 반사용의 상기 포토닉 결정, 녹색 반사용의 상기 포토닉 결정 및 청색 반사용의 상기 포토닉 결정이 순차 적층되어 있는 스크린과,

    상기 적, 녹 및 청의 3원색에 대응한 파장의 광을 발광하는 반도체 발광소자로 이루어지는 투사용 광원을 갖는 화상 표시 시스템.
49. 크기가 1㎛ 미만의 미립자를 최대 밀접 구조로 배열한 구조를 갖는 포토닉 결정을 사용하여 특정한 파장의 광을 반사하도록 구성되고, 적, 녹 및 청의 3원색에 대응한 파장의 광을 반사할 수 있도록, 상기 포토닉 결정의 주기가 3종류 존재하고, 기판상에 종방향으로 청색 반사용의 상기 포토닉 결정, 녹색 반사용의 상기 포토닉 결정 및 적색 반사용의 상기 포토닉 결정이 순차 적층되어 있는 스크린과,

    상기 적, 녹 및 청의 3원색에 대응한 파장의 광을 발광하는 반도체 발광소자로 이루어지는 투사용 광원을 갖는 화상 표시 시스템.
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