KR101233762B1 - 광 확산 필름 및 그 제조 방법과 스크린 - Google Patents

광 확산 필름 및 그 제조 방법과 스크린 Download PDF

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Abstract

단순한 구성으로 전면(全面)에 걸쳐서 고휘도이고 또한 휘도 얼룩이 없어 시인성(視認性; visibility)이 양호한 광확산 필름 및 그 제조 방법과 그 광확산 필름을 이용한 스크린을 제공하는 것을 과제로 한다.
기재(基材; base) 필름(1)과, 기재 필름(1) 주면 위에 형성되고, 기재 필름(1) 주면의 횡방향과 종방향으로 단면의 곡률이 다른 볼록 또는 오목형상의 미소(微小) 렌즈(20) 군(群)으로 이루어지는 광 확산층(2)을 구비하는 광 확산 필름(3)으로서, 미소 렌즈(20)의 광축은 광 확산 필름(3) 전방의 상정(想定) 관찰자 위치를 향해서 경사져 있는 것을 특징으로 한다.
기재 필름, 광 확산층, 미소 렌즈형(micro lens pattern), 관찰자, 프로젝터

Description

광 확산 필름 및 그 제조 방법과 스크린 {LIGHT DIFFUSING FILM AND METHOD OF PRODUCING THE SAME AS WELL AS SCREEN}
도 1은 본 발명에 관계되는 광 확산 필름의 구성을 도시하는 단면도,
도 2는 본 발명에 관계되는 광 확산 필름의 미소 렌즈의 구성을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명에 관계되는 광 확산 필름을 사용한 반사형 스크린의 효과를 도시하는 모식도,
도 4는 미소 렌즈의 경사각을 설명하는 도면,
도 5는 본 발명에 관계되는 광 확산 필름을 제작하는 전사 롤 가공기의 구성예를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명에서의 전사 롤의 미소 렌즈 형(型; pattern)의 구성을 도시하는 도면,
도 7은 본 발명에 관계되는 스크린의 구성을 도시하는 단면도,
도 8은 스크린에 있어서의 휘도 측정점을 도시한 도면,
도 9는 실시예의 휘도 측정 결과를 도시한 도면,
도 10은 비교예의 휘도 측정 결과를 도시한 도면.
[부호의 설명]
1…기재 필름, 2…광 확산층, 3…광 확산 필름, 4…반사층, 5…지지체, 6…반사 필름, 7…접착층, 8…반사형 스크린, 11…Z축 방향 이동축, 12…X축 방향 이동축, 13…회전축, 14…전사 롤, 15…이동 테이블, 16…미소 변위 공구대, 17…바이트, 18…로터리 엔코더, 20…미소 렌즈, 21…미소 렌즈형(micro lens pattern), 31…관찰자, 32…프로젝터, 41, 42…시점(視點), 43…스크린 상단, 44…스크린 하단.
본 발명은 광 확산 필름 및 그 제조 방법과 그 광 확산 필름을 이용한 스크린에 관한 것이다.
근래, 회의 등에서 발언자가 자료를 제시하는 방법으로서 오버헤드 프로젝터나 슬라이드 프로젝터가 널리 이용되고 있다. 또, 일반 가정에서도 액정을 이용한 비디오 프로젝터나 동영상(moving picture) 필름 프로젝터가 보급되고 있다. 이들 프로젝터의 영사 방법은 광원으로부터 출력된 광을, 예를 들면 투과형의 액정 패널 등에 의해서 광변조해서 화상광을 형성하고, 이 화상광을 렌즈 등의 광학계를 통해서 출사(出射; emit)해서 스크린 위에 영사(映寫)하는 것이다.
예를 들면, 스크린 위에 컬러 화상을 형성할 수 있는 프로젝터 장치는 광원 으로부터 출사된 광선을 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 각 색으로 분리해서 소정의 광로에 수속시키는 조명 광학계와, 이 조명 광학계에 의해서 분리된 RGB 각 색의 광속(光束)을 각각 광변조하는 액정 패널(라이트 밸브(light valve))과, 액정 패널에 의해 광변조된 RGB 각 색의 광속을 합성하는 광 합성부를 구비하고, 광 합성부에 의해 합성한 컬러 화상을 투사 렌즈에 의해 스크린에 확대 투영하도록 되어 있다.
또, 최근에는 광원으로서 협대역 삼원색 광원을 사용하고, 액정 패널 대신에 그레이팅·라이트·밸브(GLV：Grating Light Valve)를 이용해서 RGB 각 색의 광속을 공간 변조하는 타입의 프로젝터 장치도 개발되어 있다.
상술한 프로젝터 장치에서는, 투영상을 보기 위해서 프로젝터용 스크린이 이용된다. 이 프로젝터용 스크린에는 크게 나누어서, 스크린의 표면측(front side)으로부터 투영광을 조사해서 당해 투영광의 스크린에서의 반사광을 보는 프론트 프로젝터용 스크린과, 스크린의 이면측(rear side)으로부터 투영광을 조사해서 스크린을 투과한 광을 스크린의 표면측에서 보는 리어 프로젝터용 스크린이 있다. 근래, 프로젝터의 고성능화에 수반해서 스크린의 대(大)화면화가 현저하지만, 어떠한 방식의 스크린에서도 전면에 걸쳐서 고휘도이고 또한 휘도 얼룩이 없는 시인성(視認性; visibility)이 양호한 특성인 것이 요구된다.
어떠한 방식에서도 일반적으로 스크린 표면에는 광을 산란시키는 광 확산 필름이 설치되어 있다. 이 광 확산 필름에 의해 화상광이 균일하게 확산 사출되기 때문에, 투영상을 시각(視覺)할 수가 있다. 따라서, 상기 특성을 가진 스크린을 실현하기 위해서는, 그 광 확산 필름에 특별한 기능이 요구된다.
광 확산 필름에 요구되는 기능의 첫번째로는, 화상광을 유효하게 이용하여 스크린의 휘도를 높이기 위해서, 관찰자의 존재가 상정(想定)되는 영역에 한정해서 광을 확산 사출하는 기능이 있는 것, 두번째로는 스크린 중심부에 비해 시각 각도적으로 불리한 주변부의 휘도를 향상시켜서 휘도 얼룩을 저감시키는 기능이 있는 것을 들 수 있다.
첫번째 기능은 관찰자가 있다고 예상되는 영역으로만 화상광을 돌리는(distribute) 기능이다. 관찰자의 착석 위치가 고정되어 있는 것을 상정하면, 목선(目線; 눈으로 보는 선)의 상하 방향(스크린에 대해 수직 방향)에 대해서는 그만큼 큰 확산이 필요없고, 한편 수평 방향에 대해서는 스크린과 대향한 착석 범위(관찰자 열(列)의 폭)에서 생각하면 어느 정도 큰 편이 바람직하다. 이와 같이, 수직 방향의 불필요한 확산을 없앰으로써, 스크린 전체로서의 휘도가 향상하고, 또 외광으로부터의 영향도 받기 어려운 투영상이 달성된다. 이 기능은 일반적으로는 이방성(異方性) 확산이라고 불리고 있으며, 이 경우, 수직 방향은 작고, 수평 방향은 그것보다 큰 이방성 확산이 필요하다.
스크린에 투영된 프로젝터로부터의 광은 스크린 표면에서 정(正)반사의 방향을 광축으로 해서 확산한다. 따라서, 스크린의 상단 또는 하단에서 확산 사출되는 광의 대부분은 스크린 밖으로 쓸데없이 방사되어 버리게 된다. 특히, 이방성 확산에서 수직 방향의 확산이 작은 경우에는 관찰자를 향하는 광속이 더욱더 감소해 버린다. 즉, 스크린의 상단 또는 하단에서는 휘도가 낮은 영역이 발생하기 때문에, 관찰자에게는 어두운 띠모양 부분으로서 시각되어, 양호한 감상을 저해해 버린다. 이것이 소위 휘도 얼룩(non-uniformity)이며, 두번째 기능은 이것을 개선하는 것을 목적으로 한다.
종래부터 수지 입자를 수지 바인더에 분산 도포(塗布)한 투명성 필름이나 표면을 매트형상으로 가공한 수지 필름 등이 있다. 그러나, 이들은 프로젝터로부터의 투영광을 등방적(等方的)으로 확산시켜 버려 휘도의 저하를 피하지 못하고, 동시에 이러한 수법에서는 광의 이방성 확산을 제어하는 것은 원리상 매우 곤란하다.
한편, 이방성 광 확산을 실현하는 것으로서는, 코히어런트(coherent) 광속을 조면(粗面)에 조사했을 때에 생성되는 스펙클 패턴을 감광 재료에 형성하는 방법이 있다(예를 들면, 특허 문헌1 참조). 이 스펙클 확산체는 개개의 스펙클 패턴을 수직 방향에 장축(長軸)이 있는 미소(微小) 렌즈로 보아서 효과적인 이방성광 확산이 얻어질 뿐만 아니라, 형상이 랜덤 배치되기 때문에, 므와레(moire; 물결무늬) 모양이나 광 간섭에 의한 착색(clolring)이 발생하지 않는 이점이 있어 극히 유용하다.
그러나, 동(同)공보에 있는 확산체를 반사형 스크린에 사용하면, 앞서 지적한 바와 같이, 수직 시야 방향의 확산이 작은 것이 원인으로 상단부와 하단부에 휘도가 부족한 부분이 발생하고, 이 경향은 스크린이 대형화함에 따라서 현저하다. 이 경우, 스크린의 상단과 하단을 만곡시키거나, 스크린을 관찰자측으로 기울어지게 함으로써 휘도 부족을 개선하는 것도 가능하지만, 전자에서는 권취(卷取; 감기) 수납에 어려움이 있거나, 후자에서는 특수한 스크린 경사 기구를 설치할 필요가 있는 등 실용상 제한을 받아 범용성이 있다고는 말할 수 없다.
그래서, 투명 시트의 표면측에 광 투과 확산층, 이면측에 광 반사용의 리니어 프레넬 렌즈 면(面)을 설치한 스크린을 제안하고 있다(예를 들면, 특허 문헌2 참조). 이것에 의하면, 이면측에 형성된 리니어 프레넬 렌즈면이 투영광을 단순히 반사하는 것이 아니라, 비구면(非球面)형상의 오목면경으로서 집광시키는 작용도 겸비하고 있으므로, 관찰자 측에 효율 좋게 수속 반사하는 성능을 가지고 있다.
[특허 문헌1] 일본 특허 제 3413519호 공보
[특허 문헌2] 일본 특허 제 3341225호 공보
그러나, 동(同)수법에서는 투명 시트의 표면측 뿐만 아니라, 이면에도 가공을 행하지 않으면 안되어, 제조 공정, 설비 비용의 증가나 제품 수율(yield)의 저하도 피하지 못하고, 코스트 상승으로 이어져 버린다.
본 발명은 이상의 종래 기술에서의 문제을 감안해서 이루어진 것이며, 단순한 구성으로 전면에 걸쳐서 고휘도이고 또한 휘도 얼룩이 없어 시인성이 양호한 광 확산 필름 및 그 제조 방법과 그 광 확산 필름을 이용한 스크린을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서 제공하는 본 발명은, 기재 필름과, 상기 필름 주면(主面) 위에 형성되고, 그 기재 필름 주면의 횡방향과 종방향에서 단면의 곡률 이 다른 볼록 또는 오목 형상의 미소 렌즈의 군으로 이루어지는 광 확산층을 구비하는 광 확산 필름으로서, 상기 미소 렌즈의 광축은 그 광 확산 필름 전방의 상정 관찰자 위치를 향해서 경사져 있는 것을 특징으로 하는 광 확산 필름이다(청구항 1).
여기서, 상기 미소 렌즈의 광축은 상기 기재 필름 주면의 종방향에 경사져 있는 것이 바람직하다.
또, 상기 미소 렌즈의 광축의 경사 각도는 상기 상정 관찰자의 수평 목선과 일치하는 상기 기재(基材; base) 필름 주면 위의 위치에서 0°이고, 그 위치로부터 종방향으로 떨어짐에 따라서 상기 기재 필름의 상단 방향으로는 점감(漸減)하고, 하단 방향으로는 점증(漸增)하는 것이 바람직하고, 특히 상기 미소 렌즈 각각의 광축의 경사 각도는 -25∼25°의 범위내에 있는 것이 매우 적합하다.
상기 과제를 해결하기 위해서 제공하는 본 발명은, 전사 롤의 회전에 연동시켜서, 바이트의 잘라들어감(切入; cut-in) 양을 연속적으로 변화시켜서 그 전사 롤 표면을 연삭하고, 전사 롤의 원주 방향과 축방향에서 단면의 곡률이 다른 오목형상의 미소 렌즈 형(型; pattern)을 복수 형성하는 전사 롤 절삭 공정과, 상기 전사 롤 표면에 에너지를 흡수해서 경화할 수지를 도포·충전한 후에 기재 필름을 압착하는 도포·압착 공정과, 상기 수지에 에너지를 부여해서 경화시켜 미소 렌즈의 군을 형성하는 경화 공정을 가지는 광 확산 필름의 제조 방법으로서, 상기 전사 롤 절삭 공정에서는 전사 롤 원주 위에서 순차 형성되는 미소 렌즈형 각각의 바이트의 잘라들어감 범위에서의 바이트의 잘라들어감 양이 최대로 되는 위치(바이트 최대 잘라들어감 위치)를 상기 전사 롤 원주 방향으로 서서히 어긋나게 하는 것을 특징으로 하는 광 확산 필름의 제조 방법이다(청구항 5).
여기서, 전사 롤 원주 위의 임의의 배치 위치에 바이트 최대 잘라들어감 위치를 바이트의 잘라들어감 범위의 중심으로 하는 미소 렌즈형을 설치하고, 그 배치 위치로부터 전사 롤 원주 방향으로 떨어짐에 따라, 미소 렌즈형의 바이트 최대 잘라들어감 위치를 바이트의 잘라들어감 범위의 중심으로부터 상기 전사 롤 원주 위의 한방향으로 서서히 어긋나게 하는 것이 바람직하다.
또, 상기 바이트의 전사 롤에의 잘라들어감 양은, 압전 소자 액추에이터의 미소 구동에 의해 제어되고 있는 것이 매우 적합하다.
상기 과제를 해결하기 위해서 제공하는 본 발명은 지지체 위에, 반사층과, 청구항 1∼4중 어느 한항에 기재된 광 확산 필름을 순차 구비한 것을 특징으로 하는 스크린이다(청구항 8).
여기서, 상기 반사층이 고(高)굴절률의 제1 광학막과 이것보다 낮은 굴절률을 가지는 제2 광학막이 교호(交互)로(번갈아) 적층되어 2n＋1(n은 1이상의 정수(整數)이다) 층으로 이루어지고, 특정의 파장 영역 광에 대해서 고반사 특성을 가지고, 상기 특정의 파장 영역 이외의 적어도 가시 파장 영역에 대해서 고투과 특성을 가지는 광학 다층막인 것이 바람직하다.
또, 상기 지지체의 배면 측에 흑색 광 흡수층을 구비하면 좋다.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하에, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 설명한다.
(광 확산 필름)
본 발명에 관계되는 광 확산 필름의 구성예를 도 1에 도시한다.
광 확산 필름(3)은 투명 기재(基材; base) 필름(1)과, 기재 필름(1) 주면 위에 형성되고, 볼록 또는 오목 형상의 미소 렌즈(20) 군(群)으로 이루어지는 광 확산층(2)을 구비하고 있다.
기재 필름(1)은 광 투과성이 있는 재료가 바람직하다. 예를 들면, 폴리에스텔(폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등), 폴리에틸렌, 폴리카보네이트 등으로 좋고, 광학적 투명성을 가지는 재료이면 특히 제한은 없다.
광 확산층(2)은 기재 필름(1) 주면의 횡방향과 종방향에서 단면(斷面)의 렌즈 곡률이 다른, 소위 트로이달 면의 볼록 또는 오목 형상의 미소 렌즈(20)를 복수 가지고 있다. 또, 구성 재료로서는 광학적 투명성을 가지는 수지이면 좋고, 예를 들면 아크릴계 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리염화 비닐, 폴리우레탄, 실리콘 수지 등을 들 수 있다.
미소 렌즈(20)에서, 렌즈 곡률이 작을 수록 미소 렌즈(20)를 통과하는 광의 확산각이 크고, 또 곡률이 클 수록 확산각이 작아진다. 따라서, 본 발명에서는 수평 시야 방향(기재 필름(1) 주면의 횡방향)의 단면이 곡률 소(小), 수직 시야 방향(기재 필름(1) 주면의 종방향)의 단면이 곡률 대(大)로 되도록 설정되어 있는 것이 바람직하다. 구체적인 곡률은 스크린 사이즈, 관찰자 위치 등에 따라 조정하면 좋다.
또, 미소 렌즈(20)의 크기는 화소의 크기나 주기와의 관계상, 므와레 줄무늬 를 방지하기 위해서 10∼200㎛정도가 바람직하고, 상세하게는 미소 렌즈(20)의 바닥면(底面)의 타원 형상에 대해서 긴 지름(長徑)이 20∼200㎛, 긴 지름/짧은 지름(短徑)이 3∼6㎛인 것이 바람직하다. 또, 미소 렌즈(20)의 배열에 대해서도 랜덤한 배열이 바람직하다.
또, 미소 렌즈(20)의 광축은 광 확산 필름(3) 전방의 상정 관찰자 위치를 향해서 경사져 있는 것이 바람직하다.
이 미소 렌즈(20)의 특징에 대해서, 도 2∼4를 이용하여 이하에서 설명한다.
도 2에서 광 확산 필름(3)의 임의의 위치의 미소 렌즈(20)의 형상에 대해서 설명한다.
미소 렌즈(20)는 도 2의 (a)에 도시하는 바와 같이, 광 확산 필름(3)을 정면에서 본 경우, 대략 타원의 볼록 형상을 나타내고 있고, 광 확산층(2)에서는 인접하는 미소 렌즈(20)의 대략 타원 형상의 바닥면 끼리가 접하도록 배열되어 있다. 또한, 도면중 A-A방향은 광 확산 필름(3)의 횡방향(스크린 수평 방향)에 대응하고, B-B방향은 광 확산 필름(3)의 종방향(스크린 수직 방향)에 대응하고 있다.
도 2의 (b)는 도 2의 (a)의 A-A단면에 있어서의 미소 렌즈(20)의 단면 형상을 도시하고, 도면중 미소 렌즈(20) 각각이 동일한 볼록 형상으로 되어 있다. 이 단면 형상으로서는 예를 들면, 그 외형이 반원, 반타원, 포물선 등이면 좋고, 그 형상 및 곡률에 따라서 광 확산 필름(3)의 종방향의 확산각을 조정할 수가 있다. 또, A-A 단면에 있어서의 미소 렌즈(20)의 광축은 모두 기재 필름(1) 주면의 법선 방향을 향하고 있다.
도 2의 (c)는 도 2의 (a)의 B-B 단면에 있어서의 미소 렌즈(20)의 단면 형상을 도시하고 있다.
미소 렌즈(20)의 광축 La1, La2, La3은 각각 경사져 있고, 기재 필름(1) 주면의 법선 Lh에 대해서 기재 필름(1) 주면의 종방향으로 각각 경사각θ1, θ2, θ3만큼 경사져 있다.
그 때문에, 미소 렌즈(20)를 통과한 광선은 각각 경사 각도 θ1, θ2, θ3만큼 경사진 광축 La1, La2, La3을 중심으로 한 확산을 행하게 된다. 여기서, 이 경사진 광축을 광 확산 필름(3) 전방의 상정 관찰자 위치를 향하는 방향과 대체로 일치시켜 두면, 광 확산 필름(3)으로부터 사출되는 확산광은 관찰자에게 돌리게 되어(distributed), 확산 특성에 있어서의 휘도 분포의 피크 위치를 관찰자 측으로 어긋나게 할 수가 있다. 또한, 광축의 경사각 θ1, θ2, θ3은 기재 필름(1) 주면의 법선 Lh에 대해서 앙각(仰角)인 경우에는 정(＋)의 각도, 부각(俯角)인 경우에는 부(－)의 각도로 한다. 예를 들면, 도 2의 (c)에서의 경사각θ1, θ2, θ3은 부(－)의 각도로 된다.
또한, 미소 렌즈(20) 각각의 기재 필름(1) 위의 위치에서 관찰자를 향하는 각도가 다르기 때문에, 미소 렌즈(20)의 광축이 항상 관찰자 방향으로 되도록 미소 렌즈(20) 각각의 광축의 경사각을 그 배열 순번대로 조금씩 변화시켜 둘 필요가 있다. 예를 들면, 도 2의 (c)에서는, 도면중 아래에서 위로의 방향이 광 확산 필름 (3)의 상단 방향으로 한 경우, 경사각 θ1, θ2, θ3은 그 순번대로 점감하도록 하면 좋다. 또, 광 확산 필름(3)의 종방향의 임의의 위치를 경계로 해서 하단 방향으로 감에 따라, 미소 렌즈(20)의 광축의 경사각은 점증하도록 하면 좋다. 그렇게 하는 것에 의해, 이 광 확산 필름(3)을 구비한 반사형 스크린(8)을 이용하면, 도 3에 모식적으로 도시하는 바와 같이 프로젝터(32)로부터의 투영광은 반사형 스크린(8)의 상단 및 하단으로부터의 광이더라도 효율좋게 관찰자(31)에게 도달하게 된다.
미소 렌즈(20)의 광축의 경사 각도에 대해서 검토한다.
우선, 관찰자의 목선이 반사형 스크린 중앙에 있는 경우를 예로 들어 생각한다. 도 4와 같이 반사형 스크린(8)의 상단(43)에 배치되는 미소 렌즈(20)의 광축의 경사 각도, 즉 시점(視點)(41)으로부터의 수평 방향의 목선과 반사형 스크린(8)의 상단(43)에의 목선이 이루는 각도(경사각)를 α(°), 반사형 스크린(8)의 하단(44)에 배치되는 미소 렌즈(20)의 광축의 경사 각도, 즉 동(同) 수평 방향의 목선과 반사형 스크린(8)의 하단(44)으로의 목선이 이루는 각도를 -α(°)로 하면, 이 경사각 α값은 반사형 스크린(8)과 관찰자의 위치 관계나 광 확산 필름의 수직 시야 방향의 확산 특성에 의해서 설정된다.
또, 단순히 관찰자와 반사형 스크린(8)의 위치 관계만으로부터 하면, 감상하기에 좋게 되는 양자의 거리 관계는 일반적으로는 스크린의 세로(縱)의 길이 L×2 내지 3 전후라고 말해지고 있다.
따라서, 상기 위치 관계에서 관찰자의 시점(41)이 반사형 스크린(8) 전방의 중앙에 있는 경우는, 관찰자의 수평 목선과 반사형 스크린(8)의 상단(43) 또는 하단(44)에의 목선이 이루는 각도는 각각 약 10°∼15°,-15°∼-10°로 된다. 또, 관찰자의 시점이 스크린(8)의 하단 전방 부근에 있는 시점(42)인 경우에는, 약 20°∼30°로 된다. 하지만, 실제로는 그 밖에 광 확산 필름(3)의 수직 시야 방향의 확산각을 가미할 필요가 있다. 확산각이 큰 경우에는, α값은 상기의 각도값보다 작은 값으로 좋고, 반대로 확산각이 작은 경우는, 미소 렌즈(20)의 광축은 관찰자 방향과 정확하게 일치하고 있는 편이 좋다.
일반적으로는, 광 확산 필름(3)으로부터의 법선 방향의 확산광의 휘도를 1로 할 때, 휘도가 1/2로 감쇠하는 각(반값각(半値角)이라고 한다)를 Θ로 하고, 그 2배의 2Θ를 확산각이라고 정의한다. 여기서, 광 확산 필름(3)의 수평 시야 방향의 확산각이 동일할 때, 수직 시야 방향의 확산각이 작을 수록, 전체로 확산되는 광량이 모아지게 되므로, 광 확산 필름으로부터 사출 확산되는 광의 휘도는 높아진다.
또, 스크린을 생각한 경우, 광 확산 필름(3)의 수직 시야 방향의 확산각의 최적값은 10°∼30°이다. 10°이하의 확산각으로 되면, 스크린을 바라본 경우에 반짝거리는 느낌이 들어 버리고, 반대로 30°를 넘으면 광의 확산이 너무 커지므로 휘도가 저하해서 스크린이 어두워진다.
수직 시야 방향의 확산각이 10°인 경우, 관찰자의 시점이 스크린 중앙부 전방에 있을 때의 미소 렌즈(20)의 광축의 경사 각도 α는 위치 관계를 고려하면, 5°∼10°로 좋다. 또, 동(同) 시점이 스크린 하단 전방 부근에 있을 때의 미소 렌즈(20)의 광축의 경사 각도α는 15°∼25°로 된다.
다음에, 수직 시야 방향의 확산이 30°인 경우, 관찰자의 시점이 스크린 중앙부 전방에 있을 때의 미소 렌즈(20)의 광축의 경사 각도α는 거의 0°로 좋고, 동 시점이 스크린 하단 부근에 있을 때의 미소 렌즈(20)의 광축의 경사 각도α는 5°∼15°로 된다.
따라서, 미소 렌즈(20)의 광축의 경사 각도는 수직 시야 방향의 확산각이 10°∼30°인 경우에 있어서, -25°∼25°의 범위내에서 적절히 설정하면 좋다.
또한, 여기서는 광 확산 필름(3)의 종방향으로만 미소 렌즈(20)의 광축이 경사져 있는 예를 나타냈지만, 이 광축이 광 확산 필름(3)의 중앙 전방을 향하도록 당해 광 확산 필름(3)의 종횡의 양 방향에서 경사지도록 해도 좋다.
(광 확산 필름의 제조 방법)
광 확산 필름(3)의 제조 공정으로서는, 미소 렌즈형(lens pattern)을 형성하기 위한 전사 롤 절삭 공정, 그 전사 롤에 수지를 도포해서 기재 필름을 압착하는 도포·압착 공정, 도포한 수지를 경화시키는 경화 공정이 있으며, 예를 들면 다음의 수순으로 제조된다.
(s1) 전사 롤 절삭 공정
도 5에 도시하는 전사 롤 가공기를 이용해서, 전사 롤(14)의 회전과 연동시켜, 바이트(17)의 잘라들어감 양을 연속적으로 변화시켜 전사 롤(14) 표면을 연삭하고, 전사 롤(14)의 원주 방향과 축방향에서 단면의 곡률이 다른 오목형상의 미소 렌즈형(21)을 복수 형성한다.
본 공정에서는 전사 롤(14) 원주 위에서 순차 형성되는 미소 렌즈형(21) 각각의 바이트(17)의 잘라들어감 범위에서의 바이트의 잘라들어감 양이 최대로 되는 위치(바이트 최대 잘라들어감 위치)를 전사 롤(14)의 원주 방향으로 서서히 어긋나게 하는 것을 특징으로 하고 있다.
전사 롤(14)은 그 표면에 미소 렌즈(20)를 형성하기 위한 형(型; pattern)(미소 렌즈형(21))이 형성되는 것이고, 그 전사 롤(14) 1주분(周分)의 표면에서 광 확산층(2)을 1개 제조한다. 그 재질로는 미세 형상을 정밀하게 형성하는데 적합한 금속 재료가 바람직하다. 예를 들면, 가공적으로 실적이 있는 알루미늄 합금이나 구리 합금이 좋고, 가장 바람직하게는 무산소 동(銅)이 좋다. 철계 재료는 다이아몬드 바이트에 의한 정밀 절삭이 곤란하므로 적당하지 않지만, 표면에 동 도금이나 Ni 도금 등의 가공층을 형성하면 사용하는 것이 가능하다.
본 공정에서 사용되는 전사 롤 가공기로서는, 도 5에 도시하는 바와 같이 적어도 X, Z의 2축의 직교 이동축(11), (12)과 회전축(13)을 가지는 구성인 것이 바람직하고, 전사 롤(14)을 회전축(13)에 설치해서 회전시키면서 바이트(17)로 가공하는 선삭(旋削)이 일반적이다. 또, X축 위에 설치되어 있는 이동 테이블(15)에는 미소 변위 공구대(16)이 취부(取付; 떼고붙임이 가능한 붙이기)되어 있다.
이 미소 변위 공구대(16)는 내부에 구비되는 압전 소자 액추에이터에 의해, 취부된 바이트(17)의 전사 롤(14)로의 잘라들어감 양을 미동 제어하는 것이고, 고속 응답성, 위치 결정 정밀도가 우수하고, 본 발명에서 요구되는 미소 렌즈형(21)과 같은 자유로운 곡면 절삭에 매우 유효하다.
가공용 바이트(17)의 재질로서는 초정밀 가공에 일반적으로 사용되고 있는 알루미늄계 합금이나 동계 합금 등에 대해서 형상 유지 성능이 우수한 단결정 다이아몬드 바이트가 바람직하다.
여기서, 압전 소자 액추에이터에 의한 바이트(17)의 잘라들어감 제어에 대해서 설명한다.
회전축(13)에는 1회전당 약 30000 분할의 로터리 엔코더(18)이 취부되어 있고, 가공 제어 데이터는 이 엔코더 펄스와 동기해서 버퍼를 통과하고, D/A 컨버터를 경유하여 제어 앰프로 보내진다. 그리고, 제어 앰프로부터의 제어 신호에 의해서 압전 소자 액추에이터가 제어되고, 바이트(17)의 전사 롤(14)로의 잘라들어감 양이 결정되어 미세한 가공이 가능해진다.
미소 렌즈형(21)은 미소 렌즈(20)를 전사에 의해 형성하기 위한 형(型)이며, 상기 미소 렌즈(20)의 형상을 정확히 반전시킨 형상(경상(鏡像) 관계로 되는 형상)이 전사 롤(14) 표면에 새겨넣어져 형성된다.
도 6에서 전사 롤(14)의 임의의 위치의 미소 렌즈형(21)의 형상에 대해서 설명한다.
미소 렌즈형(21)은 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 전사 롤(14)을 정면에서 본 경우, 대략 타원의 오목 형상을 나타내고 있고, 전사 롤(14) 표면에서는 인접하는 미소 렌즈형(21)의 대략 타원 형상 끼리가 거의 접하도록 배열되어 있다. 또한, 도면중 C-C 방향은 전사 롤(14)의 폭방향이며, 광 확산 필름(3)의 횡방향(도 2에 있어서의 A-A 방향)에 대응하고 있다.
또, D-D방향은 전사 롤(14)의 원주 방향이며, 광 확산 필름(3)의 종방향(도 2에 있어서의 B-B방향)에 대응하고 있다.
도 6의 (b)는 도 6의 (a)의 C-C단면에서의 미소 렌즈형(21)의 단면 형상을 도시하고 있으며, 도면중 미소 렌즈형(21) 각각이 동일한 오목형상으로 되어 있다. 이 오목면의 형상은 바이트(17) 그 자체의 윤곽 형상에 의해서 형성된다. 예를 들면, 그 외형이 반원, 반타원, 포물선 등이면 좋고, 그 형상 및 오목면 깊이에 의해서 광 확산 필름(3)에서의 미소 렌즈(20)의 종방향의 확산각을 조정할 수가 있다. 또, 도면에서는 C-C단면에서의 미소 렌즈형(21)의 최심부(最深部; 가장 깊은 부분)는 모두 바이트(17)의 잘라들어감 범위의 중심에 있다.
도 6의 (c)는 도 6의 (a)의 D-D 단면에서의 미소 렌즈형(21)의 단면 형상을 도시하고 있다.
D-D단면에서의 미소 렌즈형(21)의 형상은 전사 롤(14)의 회전 속도와 미소 변위 공구대(16)(압전 소자 액추에이터)의 잘라들어감 양에 의해서 결정되고, 전사 롤(14)의 회전에 수반해서 미소 렌즈형(21)이 전사 롤(14)의 원주 위에 연속해서 절삭 형성된다.
본 발명에서는 바이트(17)의 절삭 궤적을 제어함으로써 미소 렌즈형(21)의 단면 형상을 조정하고, 나아가서는 미소 렌즈(20)의 수직 시야 방향의 확산 특성을 원하는대로 설정하는 것이다.
구체적으로는, 미소 렌즈형(21) 각각에서의 바이트(17)의 잘라들어감 양이 최대로 되는 위치(바이트 최대 잘라들어감 위치) Pmax1, Pmax2, Pmax3은 각각 전사 롤(14) 표면의 잘라들어감 범위(예를 들면, 도면중 P1∼P2의 범위)의 중심 Pc로부터 전사 롤(14) 원주 방향으로 각각 거리 L1, L2, L3만큼 어긋나 있다. 여기서, 거리 L1, L2, L3은 소망하는(원하는) 광축이 경사진 미소 렌즈(20)(예를 들면, 도 2에서의 경사 각도θ1, θ2, θ3만큼 경사진 광축 La1, La2, La3을 가지는 미소 렌즈(20))로부터 광학적 계산에 의해 구하면 좋다. 특히, 도 2에서 기술한 바와 같이 미소 렌즈(20)의 경사진 광축을 광 확산 필름(3) 전방의 상정 관찰자 위치를 향하는 방향과 대체로 일치하도록, 바이트 최대 잘라들어감 위치를 구하면 좋다.
또한, 미소 렌즈(20) 각각의 광축의 경사 각도 θ1, θ2, θ3이 다르기 때문에, 미소 렌즈형(21) 각각에서의 거리 L1, L2, L3을 그 배열 순번에 따라서 조금씩 변화시켜 둘 필요가 있다. 예를 들면, 도 6의 (c)에서는, 도면중 아래에서 위로의 방향이 광 확산 필름(3)의 상단 방향이며, 미소 렌즈(20)로서 도 2의 (c)에 도시하는 바와 같이 광축의 경사각이 부(－)이고 그 경사 각도가 점감하는 것에 대응하는 경우, 바이트 최대 잘라들어감 위치 Pmax1, Pmax2, Pmax3은 중심 Pc로부터 도면중 하측으로 어긋나고, 그 거리 L1, L2, L3은 그 순번대로 점증하도록 하면 좋다. 반대로, 미소 렌즈(20)의 광축의 경사각이 정(＋)이고, 광 확산 필름(3)의 하단 방향으로 감에 따라서, 그 경사 각도가 점증하는 것에 대응하는 경우, 바이트 최대 잘라들어 감 위치는 중심 Pc로부터 하단과는 반대측으로 어긋나고, 그 어긋나는 거리는 하단측으로 갈수록 점증하도록 하면 좋다.
여기서, 도 4에 도시하는 관찰자의 시점(41)이 반사형 스크린(8)의 중앙 전방에 있는 경우에 대응하는 경우를 생각한다.
도 4와 같이 반사형 스크린(8)의 상단(43)에 배치되는 미소 렌즈(20)의 광축의 경사 각도, 즉 시점(41)으로부터의 수평 방향의 목선과 반사형 스크린(8)의 상단(43)으로의 목선이 이루는 각도(경사각)를 α(°), 반사형 스크린(8)의 하단(44)에 배치되는 미소 렌즈(20)의 광축의 경사 각도, 즉 동(同) 수평 방향의 목선과 반사형 스크린(8)의 하단(44)으로의 목선이 이루는 각도를 -α(°)로 하고, 전사 롤 가공기에서의 로터리 엔코더(18)의 펄스 총(總) 분할수를 M으로 하면, 절삭 개시 위치를 하단(44)로 해서 i번째의 펄스 위치의 미소 렌즈 광축의 경사각 θi(°)는 다음식으로 나타내어진다.
θi=-α+2α/M×i(0≤i≤M)
즉, 이 경우, 시점(41)의 수평 목선 부근을 0°(미소 렌즈 광축과 관찰자 방향이 일치)로 하고, 상단α(°, 상단과 관찰자가 이루는 각도를 정(正)으로 한다)로부터 －α(°)까지 미소 렌즈의 수직 시야 방향의 광축을 순차 변화시키도록 바이트 최대 잘라들어감 위치를 설정해서 절삭하면 좋다.
(s2) 도포·압착 공정
미소 렌즈형(21)이 형성된 전사 롤(14)의 표면에 에너지를 흡수해서 경화할 수지를 도포·충전한 후에, 이 전사 롤(14)에 기재 필름(1)을 휘감아서 압착한다.
여기서, 사용하는 수지로서는, 광학적 투명성을 가지는 자외선 경화형 수지가 매우 적합하다. 예를 들면, 아크릴계 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리염화 비닐, 폴리우레탄, 실리콘 수지 등 각종 수지를 이용하면 좋지만, 특별히 한정되는 것은 아니다.
(s3) 경화 공정
자외선 조사 등에 의해 에너지를 부여해서 상기 수지를 경화시켜 미소 렌즈(20) 군을 가지는 광 확산층(2)을 형성함과 동시에, 기재 필름(1)에 접합시킨다. 다음에, 전사 롤(14)로부터 광 확산층(2) 및 기재 필름(1)을 박리시켜서 광 확산 필름(3)을 얻는다.
전사 롤 표면의 오목볼록(凹凸) 형상을 전사해서 미소 렌즈를 형성하는 방법으로서는, 그 밖에 열 프레스 가공 등이 있지만, 미세 형상을 정확하게 전사하는 수법으로서는 상기 방법이 최적이다.
또, 상기와 같은 전사 롤에 의한 방법 이외에, 평판형상의 전사 플레이트 표면에 절삭 등에 의해 미소 렌즈형(21)을 형성해서 광 확산층(2)를 형성하고, 다음에 기재 필름(1)을 압착해서 광 확산 필름(3)을 제조하도록 해도 좋다.
(반사형 스크린)
본 발명에 관계되는 반사형 스크린의 구성예를 도 7에 도시한다. 반사형 스크린(8)은 지지체(5) 상에 반사층(4)이 설치된 반사 필름(6)과, 상술한 광 확산 필름(3)이 접착층(7)을 개재하여 접합된 구성이다.
지지체(5)는 투명하고, 투명 필름, 유리판, 아크릴판, 메타크릴스틸렌 판, 폴리카보네이트 판, 렌즈 등의 소망하는 광학 특성을 만족시키는 것이면 좋다. 광학 특성으로서, 상기 지지체(5)를 구성하는 재료의 굴절률은 1.3∼1.7, 헤이즈(haze)는 8% 이하, 투과율은 80% 이상이 바람직하다. 또, 지지체(5)에 안티글레어(antiglare) 기능을 갖게 해도 좋다.
투명 필름은 플라스틱 필름이 바람직하고, 이 필름을 형성하는 재료로서는 예를 들면 셀룰로스 유도체(예, 디아세틸셀룰로스, 트리아세틸셀룰로스(TAC), 프로피오닐셀룰로스, 브틸셀룰로스, 아세틸프로피오닐셀룰로스 및 니트로셀룰로스), 폴리메틸메타아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트와 다른 알킬(메타)아크릴레이트, 스틸렌 등과 같은 비닐 모노머와의 공중합체(共重合體) 등의 (메타)아크릴계 수지；폴리카보네이트, 디에틸렌글리콜비스아릴카보네이트(CR-39) 등의 폴리카보네이트계 수지；(취소화(臭素化; 브롬화)) 비스페놀 A형의 디(메타)아크릴레이트의 단독 집합체 내지 공중합체, (취소화) 비스페놀 A의 모노(메타)아크릴레이트의 우레탄 변성 모노머의 집합체 및 공중합체 등과 같은 열 경화성 (메타)아크릴계 수지；폴리에스테르, 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 및 불포화 폴리에스테르；아크릴로니트릴-스틸렌 공중합체, 폴리염화 비닐, 폴리우레탄, 에폭시 수지 등이 바람직하다. 또, 내열성을 고려한 아라미드계 수지의 사용도 가능하다. 이 경우에는 가열 온도의 상한이 200℃ 이상으로 되며, 그 온도 범위가 폭넓게 되는 것이 예상된다.
플라스틱 필름은 이들 수지를 신연(伸延; stretching) 혹은 용제에 희석후 필름형상으로 성막하여 건조하는 등 방법으로 얻을 수 있다. 두께는 강성의 면에서는 두꺼운 편이 좋지만, 헤이즈의 면에서는 얇은 편이 바람직하고, 통상 25∼500㎛ 정도이다.
또, 상기 플라스틱 필름의 표면이 하드 코트 등의 피막 재료로 피복된 것이라도 좋고, 무기물과 유기물로 이루어지는 광학 다층막의 하층에 이 피막 재료를 존재시키는 것에 의해서, 부착성, 경도, 내(耐)약품성, 내구성, 염색성 등의 여러 가지 물성을 향상시키는 것도 가능하다.
반사층(4)은 반사형 스크린에 이용되는 반사용의 광학막이면 좋고, 예를 들면 Aℓ 증착막이나 이하에 기술하는 광학 다층막 등을 들 수 있다.
이 중 광학 다층막은 고(高) 굴절률막(4H)과 그 고굴절률막(4H)보다 낮은 굴절률을 가지는 저(低)굴절률막(4L)을 교호로 적층한 선택 반사 특성을 가지는 막이다.
고굴절률막(4H), 저굴절률막(4L)은 각각 스퍼터링법 등의 드라이 프로세스, 혹은 스핀 코트, 딥 코트 등의 웨트 프로세스의 어떠한 방법에 의해서도 형성할 수가 있다.
드라이 프로세스에 의해 형성하는 경우에는, 고굴절률막(4H)의 구성 재료는 굴절률이 2.0∼2.6 정도의 것이면 여러가지의 것을 이용할 수가 있다. 마찬가지로, 저굴절률막(4L)의 구성 재료는 굴절률이 1.3∼1.5 정도의 것으로 여러가지의 것을 이용할 수가 있다. 예를 들면, 고굴절률막(4H)은 TiO2, Nb2O5또는 Ta2O5로 이 루어지고, 저굴절률막(4L)은 SiO2 또는 MgF2로 이루어지는 것으로 하면 좋다.
드라이 프로세스에 의해 형성하는 경우, 광학 다층막의 각 막두께는 매트릭스법에 의거한 시뮬레이션에 의해 광학 박막이 특정 파장대의 광에 대해서 고반사 특성을 가지고, 적어도 그 파장역(波長域; wavelength band) 광 이외의 가시 파장역 광에 대해서는 고투과 특성을 가지도록 막두께를 설계하면 좋다. 여기서 말하는 매트릭스법에 의거한 시뮬레이션이란, 일본 특개(特開) 2003-270725호 공보에 나타내어져 있는 수법이며, 복수의 다른 재료로 구성되고 각층의 경계에서 다중 반사가 생기는 다층 광학 박막계에 각도 θ0에서 광이 입사한 경우, 이용하는 광원의 종류 및 파장과, 각층의 광학 막두께(굴절률과 기하학적 막두께의 곱)에 의존해서 위상이 일치되고, 반사 광속은 가(可) 간섭성을 나타내는 경우가 생기며, 서로 간섭하게 되는 원리에 의거한 방정식을 이용해서 시뮬레이션을 행하고, 원하는 특성을 가지는 광학막의 막두께 설계를 행하는 것이다.
본 발명에서는 특정의 파장 영역으로서, 프로젝터 광원에서 화상광으로서 사용되는 RGB 삼원색의 각 색의 광의 파장 영역을 선택하고, 매트릭스법에 의거한 시뮬레이션에 의해 이들 파장 영역의 광만을 반사시킴과 동시에 이들 파장 영역 이외의 파장 영역의 광을 투과시키도록 막두께 설계하면 좋다. 이와 같은 두께의 고굴절률막(4H) 및 저굴절률막(4L)을 중합(重合; laminate)하는 것에 의해 삼원색 파장 대역 필터로서 양호하게 기능하는 광학 다층막을 확실하게 실현할 수가 있다.
또, 드라이 프로세스에 의해 형성되는 광학 다층막을 구성하는 광학막의 층 수는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 소망하는 층수로 할 수 있지만, 광 입사측 및 그 반대측의 최외층이 고굴절률막(4H)로 되는 홀수(奇數) 층에 의해 구성되는 것이 바람직하다.
웨트 프로세스에 의해 광학 다층막을 형성하는 경우에는, 고굴절률막용 용제계 도료를 도포·경화해서 얻어지는 고굴절률막(4H)과, 그 고굴절률막(4H)보다 저굴절률의 광학막으로 이루어지는 저굴절률막용 용제계 도료를 도포·경화해서 얻어지는 저굴절률막(4L)을 교호로 적층한 홀수층으로 하면 좋다. 또, 각각의 광학막은 가열이나 자외선 조사 등에 의해 부여되는 에너지를 흡수해서 경화 반응을 일으키는 수지를 포함하는 도료를 도포해서 형성하면 좋다. 예를 들면, 고굴절률막(4H)은 열경화형 수지 JSR제 옵스타(OpStar)(JN7102, 굴절률 1.68)에 의해 형성되고, 저굴절률막(4L)은 열경화형 수지 JSR제 옵스타(JN7215, 굴절률 1. 41)에 의해 형성되면 좋다. 이것에 의해, 광학 다층막은 가요성을 가진다.
여기서, 고굴절률막(4H)은 상기 열경화형 수지에 한정되는 것은 아니며, 1.6∼2.1 정도의 굴절률을 확보할 수 있는 용제계 도료이면 좋다. 또, 저굴절률용 막(4L)은 상기 열경화형 수지에 한정되는 것은 아니며, 1.3∼1.59 정도의 굴절률을 확보할 수 있는 용제계 도료이면 좋다. 또한, 고굴절률막(4H)과 저굴절률막(4L)의 굴절률 차(差)가 클 수록, 적층수를 적게 할 수 있다.
웨트 프로세스에 의해 형성하는 경우, 광학 다층막(23)의 각 막두께는 예를 들면 적색, 녹색 및 청색의 각 색의 파장 영역의 광으로 이루어지는 삼원색 파장역 광에 대해서, 예를 들면 반사율이 80% 이상인 고반사 특성을 가짐과 동시에, 이 삼 원색 파장역 광 이외의 파장역의 광에 대해서는, 예를 들면 투과율이 80% 이상인 고투과 특성을 가지도록 설계되어 있다. 여기서, 광학 다층막의 각 막두께는 그 각 막의 두께를 d, 그 각 막의 굴절률을 n, 이 광학 다층막에 입사하는 광의 파장을 λ로 하면, 각 막의 광학적 두께 nd가 입사광의 파장λ에 대해서 다음 식 (1)을 만족시키도록 설계되면 좋다.
nd=λ(α±1/4) …(1)
(단, α은 자연수이다. )
예를 들면, 고굴절률막(4H)(굴절률 1.68)의 막두께를 1023㎚, 저굴절률막(4L)(굴절률 1.41)의 막두께를 780㎚로 하고, 고굴절률막(4H), 저굴절률막(4L)이 교호로 9층씩 적층되고, 그 적층된 것 위에 고굴절률막(4H)이 적층된 19층 구조의 광학 다층막으로 함으로써, 프로젝터 광(예를 들면, 레이저 발진기를 이용한 프로젝터 광원으로부터의 광)에 대해서, 삼원색 파장역 광에 대해서는 80% 이상의 높은 반사율을 가지고, 삼원색 파장역 전후의 파장역 광(미광(迷光; stray light))에 대해서는 반사율이 20% 이하인 높은 투과 특성을 가지는 막으로 할 수가 있다.
또한, 반사층(4)을 광학 다층막으로 하는 경우에는, 도 7에서 지지체(5)의 배면측에 흑색 광 흡수층을 설치해도 좋다.
흑색 광 흡수층은 반사층(4)(광학 다층막), 지지체(5)를 투과한 광을 흡수시키기 위한 것이며, 예를 들면 지지체(5)의 배면측(광 확산 필름(3)과는 반대면)에 흑색의 수지 필름을 첩부(貼付; 붙임)하면 좋다.
혹은, 흑색 광 흡수층은 흑색의 도료를 이용해서 도포에 의해서 얻어진 층이 라도 좋다.
흑색의 도료로서 카본블랙 미립자, 실리카 미립자 등 표면에 카본블랙을 피착(被着)시킨 미립자 등을 들 수 있다. 이들 미립자에는 도전성이 있어도 좋다.
또, 카본블랙 미립자의 제법(製法)은 오일 퍼네스(oil furnace; 중유로)법, 채널법, 램프법, 서멀(thermal)법 등이 알려져 있다.
흑색을 가라앉힐 목적인 경우, 미립자의 1차 입자 지름, 분산성이 도포막으로서의 흑색을 결정하는 큰 요소가 되며, 1차 입자 지름이 작고 표면적이 큰 것 일수록 칠흑성(漆黑性)은 향상한다. 또, 표면 관능기가 많은 카본블랙은 알키드 수지와 같이 OH기나 카르복실기 등 극성 관능기를 가지는 비히클과 친화성이 높고, 극성이 낮은 탄화 수소계 용제와 조합하는 것에 의해, 수지와의 젖음성(wettability)이 좋아지고, 광택이나 칠흑도가 높아진다. 또, 상기 수지가 가지는 관능기와 반응성이 있는 이소시아네이트기, 카르복실기를 가지는 경화제를 첨가해서, 도포막을 경화시키면 좋다.
일반적으로, 표면 관능기의 양은 채널 카본 쪽이 용광로 카본보다 많지만, 퍼네스법으로도 산화 처리를 실시하는 것에 의해서, 관능기 양을 늘릴 수가 있다. 카본블랙의 1차 입자 지름은 바람직하게는 30㎚ 이하이며, 보다 바람직하게는 20㎚ 이하이다. 입자 지름이 커지면, 칠흑도가 내려가고, 광 흡수층으로서의 성능이 떨어진다.
도포 방법은 스크린 도포, 블레이드 도포, 스프레이 도포 등 종래 기지(旣知)의 방법이라도 상관없다.
또, 막두께는 10∼50㎛ 정도가 바람직하고, 보다 바람직하게는 15∼25㎛이다. 막두께가 10㎛보다 작은 경우에는 특히 스프레이 도포의 경우에 칠흑도가 저하해 버린다. 한편, 막후가 50㎛보다 큰 경우에는, 도포막이 무르게 되고, 크랙이 발생하기 쉬워진다.
상기와 같이 반사층(4)으로서 광학 다층막을 이용해서 흑색 광 흡수층을 배치한 반사형 스크린(8)에 의하면, 그 스크린으로의 입사광의 표면 산란을 억제하고, 프로젝터로부터의 특정 파장의 광을 반사하고, 외광 등의 그 이외의 파장 영역의 입사광을 투과·흡수하는 선택 반사가 가능하게 되며, 스크린(8) 상의 영상의 흑(黑)레벨을 내려서 고(高)콘트라스트를 달성하는 것이며, 방이 밝은 상태에서도 콘트라스트가 높은 영상을 표시하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 그레이팅(grating)·라이트·밸브(GLV)를 이용한 회절 격자형 프로젝터와 같은 RGB 광원으로부터의 광을 투사한 경우에 스크린(8) 상에서 광(廣)시야각이고, 또한 콘트라스트가 높으며, 외광의 비쳐들어옴(projection)이 없는 양호한 영상을 감상할 수 있게 된다.
즉, 스크린(8)에 입사하는 광은 광 확산 필름(3)을 투과하고, 반사층(4)(광학 다층막)에 도달하고, 당해 반사층(4)에서 입사광에 포함되는 외광 성분은 투과되어 흑색 광 흡수층으로 흡수되고, 영상에 관련되는 특정 파장 영역의 광만 선택적으로 반사되고, 그 반사광은 광 확산 필름(3)의 표면에서 확산되고 시야각이 넓은 화상광으로서 관찰자에게 제공된다. 따라서, 상기 반사광인 화상광으로의 외광의 영향을 높은 레벨로 배제할 수 있고, 종래에 없는 고콘트라스트이고 휘도 분포 가 균일한 영상을 제공하는 것이 가능해진다.
[실시예]
본 발명을 실제로 실시한 예를 이하에서 설명한다. 또한, 본 실시예는 예시이며, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서는 도 7에 도시하는 구성의 반사형 스크린을, 다음과 같게 해서 제작했다.
(광 확산 필름의 제작)
광 확산층(2)을 성형하는 전사 롤(14)의 재질은 무(無)산소 동으로 하고, 전사 롤 가공기에서의 바이트(17)는 선단 반경 10㎛의 단결정 다이아몬드 바이트(얼라이드 매테리얼사(Allied Material)제)를 사용했다. 이 바이트(17)를 전사 롤 가공기인 초정밀 선반(토시바 기계(東芝機械)사제) 위의 미소 변위 공구대에 취부하고, 압전 소자 액추에이터(응답 대역 30㎑, 진폭 13㎛)를 제어해서, 수평, 수직 시야 방향 단면의 곡률비가 약 1：4인 이방성이 있는 미소 렌즈형(21)을 절삭했다. 이 때, 롤의 원주 방향의 절삭 궤적은 포물선 형상이고, 미소 렌즈(20)의 광축의 최대 경사각은 5°인 조건으로 했다. 즉, 스크린(8)의 상단부에 상당하는 부분의 경사각을 5°로 하고, 중앙부에서는 동(同)각도를 0°, 하단부에서는 -5°로 되도록 경사 절삭했다.
이상과 같이 해서 가공된 광 확산 필름 성형용 전사 롤(14)에, 우레탄아크릴레이트계 자외선 경화형 수지(토아 고세이(東亞合成)사제)를 도포하고, 두께 100㎛ PET 필름(토요보(東洋紡)제：A-4100)을 투명 기재 필름(1)으로서 압착함과 동시에, 고압 수은 램프(120W/㎝)를 조사해서 경화시켜 광 확산층(2)을 형성했다. 그 후, 전사 롤(14)로부터 광확산층(2) 및 기재 필름(1)을 박리시켜 소망하는 광 확산 필름(3)을 얻었다.
(반사 필름의 제작)
반사 필름(6)은 지지체(5) 위에 반사층(4)을 설치한 구조이다. 지지체(5)는 표면이 평활한 것이 좋고, 여기에서는 투명 기재 필름(1)과 동일한 재료(PET 필름)를 사용했다. 이것을 진공 증착기에 장착하고, 약 0.1㎛ 정도의 Aℓ막을 증착시켜서 반사층(4)을 형성하여 반사 필름(6)으로 했다.
다음에, 이 반사 필름(6)을 감압형 접착재로 이루어지는 접착층(7)을 개재하여 광 확산 필름(3)에 압착 접합해서 42인치(16：9)의 반사형 스크린(8)을 제작했다.
(비교예)
비교예로서 실시예의 조건중, 광 확산 필름 성형용 전사 롤(14)의 가공에서, 미소 렌즈(20)의 광축을 경사시키지 않고, 모든 광축을 전사 롤(14)의 외주면의 법선 방향과 일치시켜 절삭하고, 그 이외는 실시예와 마찬가지 제법으로 42인치(16：9) 반사형 스크린을 제작했다.
상기와 같이 해서 제작한 반사형 스크린에 대해서, 도 8과 같이 반사형 스크린(8)을 16분할(구획 A∼P)하고, 각 구획 중앙의 휘도를 측정했다.
즉, 실시예 및 비교예의 반사형 스크린(8)을 마루와 수직인 벽면(방의 측벽)에 중앙의 높이가 1.2m로 되도록 첩부하고, 첩부한 면으로부터 수평 방향 1m 떨어 진 위치에 광 출력 2000 ANSI 루멘의 액정 프로젝터(SONY제 VPL-CX5)를 정면에서 대향시켜 배치했다. 프로젝터로부터는 백색 화면을 투영하고, 벽으로부터 1.5m, 높이 1.2m인 위치에서 휘도계(탑콘사(TOPCON Corporation)제 BM-9)를 이용해서 각 16구획의 중심 위치의 휘도를 측정했다. 또한, 측정값은 스크린의 중앙점 X의 휘도를 1로 한 상대치값으로 표현하고 있다.
실시예의 휘도 측정 결과를 도 9에, 비교예의 휘도 측정 결과를 도 10에 도시한다. 도면중의 수치는 그 구획 위치에서의 측정 결과이다.
이것을 보면, 스크린 상단부의 구획 A∼D 및 동(同)하단부의 구획 M∼P에서, 실시예 쪽이 20%정도 휘도가 높아지고 있고, 각 구획에서의 확산광이 보다 양호하게 향해져 있는 것을 알 수 있다. 또, 스크린의 중앙 부근(구획 E∼H, 구획 I∼L)에서도 비교예보다 10%정도 휘도가 개선되어 있었다. 목시(目視)에 의한 결과에서도 비교예에서는 상, 하단부에 띠형상의 휘도 부족을 확인할 수 있었지만, 실시예에서는 대부분 휘도 얼룩을 판별할 수 없었다.
이상과 같이, 본 발명에 의한 광 확산 필름을 사용한 반사형 스크린은 고휘도이고 또한 휘도 얼룩이 없는 화상을 제공할 수 있다는 것을 알수 있었다.
청구항 1의 발명에 의하면, 사출광의 확산각에 종횡 방향의 이방성을 갖게할 뿐만 아니라, 사출광의 휘도가 높은 부분을 관찰자를 향하게 하는(확산 특성에서의 휘도 분포의 피크 위치를 보고 관찰자 측으로 어긋나게 한다다) 것에 따라 고휘도 또한 휘도 얼룩이 없는 산란광을 얻을 수 있다. 또, 청구항 2∼청구항 4의 발명에 의하면, 종방향의 산란광의 휘도 분포를 균일하게 할 수가 있다.
청구항 5∼청구항 7의 발명에 의하면, 확산각의 이방성 및 사출광의 휘도가 높은 부분을 관찰자를 향하는 특성을 겸비하는 광 확산 필름을 간편하게 또한 정밀도 좋게 제조할 수가 있다.
청구항 8∼청구항 10의 발명에 의하면, 상기 광 확산 필름을 스크린 표면에 사용하면 화상광이 항상 관찰자에게 배분되므로, 스크린 전면에 걸쳐서 고휘도이고 또한 휘도 얼룩이 없는 시인성이 양호한 스크린을 제공할 수가 있다.

Claims (10)

  1. 광 확산 필름으로서,
    기재(基材; base) 필름과,
    상기 기재 필름 주면(主面) 위에 형성되고, 그 기재 필름 주면의 횡방향과 종방향에서 단면의 곡률이 다른 볼록 형상의 미소(微小) 렌즈의 군(群)으로 이루어지는 광 확산층
    을 구비하며,
    상기 미소 렌즈의 형상은 바닥면(底面) 형상이 타원 형상이며, 인접한 미소 렌즈의 바닥면은 서로 접하고,
    상기 미소 렌즈의 종방향 단면에서 높이가 최대로 되는 위치로부터 그 미소 렌즈 바닥면의 중심 위치까지의 거리가 상기 기재 필름에서의 상기 미소 렌즈의 위치에 대응해서 변화하여, 상기 미소 렌즈의 광축이 그 광 확산 필름 전방의 상정(想定) 관찰자 위치를 향해서 상기 기재 필름 주면의 종방향으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 광 확산 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미소 렌즈는 기재 필름 위에 랜덤하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 광 확산 필름.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 미소 렌즈의 광축의 경사 각도는 상기 상정 관찰자의 수평 목선과 일치하는 상기 기재 필름 주면 위의 위치에서 0°이고, 그 위치로부터 종방향으로 떨어짐에 따라서 상기 기재 필름의 상단 방향으로는 점감(漸減)하고, 하단 방향으로는 점증(漸增)하는 것을 특징으로 하는 광 확산 필름.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 미소 렌즈 각각의 광축의 경사 각도는 -25∼25°의 범위내에 있는 것을 특징으로 광 확산 필름.
  5. 전사 롤의 회전과 연동시켜서, 바이트의 잘라들어감(切入) 양을 연속적으로 변화시켜, 미소 렌즈의 형상은 바닥면 형상이 타원 형상이며, 인접한 미소 렌즈의 바닥면이 서로 접하도록, 그 전사 롤 표면을 연삭하고, 전사 롤 원주 방향과 축방향에서 단면의 곡률이 다른 오목 형상의 미소 렌즈형을 복수 형성하는 전사 롤 절삭 공정과,
    상기 전사 롤 표면에 에너지를 흡수해서 경화할 수지를 도포·충전한 후에 기재 필름을 압착하는 도포·압착 공정과,
    상기 수지에 에너지를 부여해서 경화시켜서 미소 렌즈의 군을 형성하는 경화 공정을 가지는, 광 확산 필름의 제조 방법으로서,
    상기 전사 롤 절삭 공정에서는 전사 롤 원주 위에서 순차 형성되는 미소 렌즈형 각각의 바이트의 잘라들어감 범위에서의 바이트의 잘라들어감 양이 최대로 되는 위치(바이트 최대 잘라들어감 위치)를, 상기 미소 렌즈의 종방향 단면에서 높이가 최대로 되는 위치로부터 그 미소 렌즈 바닥면의 중심 위치까지의 거리가 상기 기재 필름에서의 상기 미소 렌즈의 위치에 대응시켜서, 상기 전사 롤 원주 방향으로 서서히 어긋나게 하는 것을 특징으로 하는 광 확산 필름의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    전사 롤 원주 위의 임의의 배치 위치에 바이트 최대 잘라들어감 위치를 바이트의 잘라들어감 범위의 중심으로 하는 미소 렌즈형을 설치하고, 그 배치 위치로부터 전사 롤 원주 방향으로 떨어짐에 따라서, 미소 렌즈형의 바이트 최대 잘라들어감 위치를 바이트의 잘라들어감 범위의 중심으로부터 상기 전사 롤 원주 위의 한 방향으로 서서히 어긋나게 하는 것을 특징으로 하는 광 확산 필름의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 바이트의 전사 롤에의 잘라들어감 양은 압전 소자 액추에이터의 미소 구동에 의해 제어되고 있는 것을 특징으로 하는 광 확산 필름의 제조 방법.
  8. 지지체 위에, 반사층과, 제1항 내지 제4항중 어느 한항에 기재된 광 확산 필름을 순차 구비한 것을 특징으로 하는 스크린.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반사층이 고(高)굴절률의 제1 광학막과 이것보다 낮은 굴절률을 가지는 제2 광학막이 교호(交互)로 적층되어 2n＋1(n은 1이상의 정수(整數)이다) 층으로 이루어지고, 특정의 파장 영역 광에 대해서 고반사 특성을 가지고, 상기 특정의 파장 영역 이외의 적어도 가시 파장 영역에 대해서 고투과 특성을 가지는 광학 다층막인 것을 특징으로 하는 스크린.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 지지체의 배면 측에 흑색 광 흡수층을 구비하는 것을 특징으로 하는 스크린.
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