KR20030062450A

KR20030062450A - 미세구조식 후방 프로젝션 스크린

Info

Publication number: KR20030062450A
Application number: KR10-2003-7008644A
Authority: KR
Inventors: 모쉬레프자데로버트에스.; 라이너스테븐제이.; 쿨렌피터에프.; 토마스패트릭에이.; 포코르니리차드제이.; 넬슨존씨.
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2003-07-25
Also published as: US6636355B2; MXPA03005824A; CN1483156A; CA2432069A1; WO2002052341A1; EP1346258A1; US20020080484A1; JP2004516525A

Abstract

본 발명은 복수의 테이퍼진 도파관과 상기 도파관의 상부 위에 배치되지만 도파관 사이의 공간을 완전히 충진시키지 않아서 도파관 사이의 그 아래에서 격자의 저굴절율 영역을 형성하는 광 흡수층을 갖는 후방 프로젝션 스크린에 관한 것이다. 저 굴절율의 격자 영역은 공기 또는 도파관의 재료보다 작은 굴절율을 갖는 재료를 포함할 수 있다. 이 후방 프로젝션 스크린 구조는 증가된 효율성과 높은 대비비를 부여할뿐만 아니라 시야각, 시야 비대칭성 등과 같은 소정의 특성을 갖는 스크린을 구성하는 데에 보다 많은 설계 자유를 허용한다. 또한, 개시물은 전술된 미세구조 후방 프로젝션 스크린을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

미세구조식 후방 프로젝션 스크린{MICROSTRUCTURED REAR PROJECTION SCREEN}

후방 프로젝션 스크린은 스크린의 후방에 투사된 화상을 시청 공간으로 투과하도록 통상 설계된다. 프로젝션 시스템의 시야 공간은 상대적으로 클 수도 있고 (예컨대, 후방 프로젝션 텔레비전) 또는 상대적으로 작을 수도 있다(예컨대, 후방 프로젝션 자료 모니터). 후방 프로젝션 스크린의 성능은 스크린의 다양한 특성면에서 기술될 수 있다. 스크린 성능을 설명하는 데에 사용되는 전형적인 스크린 특성은 이득, 시야각, 해상도, 대비비, 및 색상 및 반점과 같은 불량한 인공물의 출현 등을 포함한다. 고해상도, 고대비비 및 큰 이득을 갖는 후방 프로젝션 스크린을 가지는 것이 통상 바람직하다. 스크린이 큰 시야 공간에 걸쳐 빛을 분산시키는 것이 또한 바람직하다. 공교롭게도, 하나의 스크린 특성이 개선되면, 하나 이상의 다른 스크린 특성은 종종 저하된다. 예컨대, 수평 시야각은 스크린에 대해 광범위한 위치에 위치한 시청자를 수용하도록 변경될 수도 있다. 그러나, 수평 시야각을 증가시키는 것은 특정 적용예에 필수적인 것을 초과하는 수직 시야각을 증가시키게할 수도 있어서, 전체 스크린 이득이 감소된다. 그 결과, 임의의 흥정은 특정 후방 프로젝션 디스플레이 적용예에 대해 수용가능한 전체 성능을 갖는 스크린을 제조하도록 스크린 특성 및 성능에 대해 이루어진다.

본 발명은 통상 후방 프로젝션 스크린(rear projection screen)에 관한 것으로, 특히 대비비를 향상시키도록 스크린과 광 흡수층을 통과하는 빛을 도파하도록 미세 구조를 채용하는 후방 프로젝션 스크린에 관한 것이다.

도1a은 본 발명에 따른 후방 프로젝션 스크린의 개략적인 부분 단면도이이다.

도1b은 도1a의 영역(1b)의 확대도이다.

도2a 내지 도2c는 본 발명에 따른 후방 프로젝션 스크린의 개략적인 부분 사시도이다.

도3은 본 발명에 따른 후방 프로젝션 스크린의 개략적인 부분 단면도이다.

도4는 본 발명에 따른 후방 프로젝션 스크린의 개략적인 부분 단면도이다.

도5는 본 발명에 따른 후방 프로젝션 스크린의 개략적인 부분 단면도이다.

도6은 본 발명에 따른 후방 프로젝션 스크린의 개략적인 부분 단면도이다.

소정의 후방 프로젝션 스크린은 도파관 사이의 공간이 대비비를 향상시키도록 광 흡수재로 충진된 상태로 스크린을 통과하는 빛을 시청자를 향해 도파하도록 미세 구조를 구비한다. 그러나, 이러한 구조에서, 도파관에서 내부 반사될 소정의 빛은 광 흡수재에서의 흡수로 인해 손실될 수 있다. 이에 대한 한가지 이유는 도파관에서의 빛의 입사각이 도파관 재료와 광 흡수재 사이의 소정의 굴절율 차이로 인한 도파관에서의 내부 전반사에 필요한 입계각보다 작기 때문이다.

본 발명에 있어서, 후방 프로젝션 스크린은 공기 및 다른 저굴절율 매체로 이루어질 수 있는 도파관 사이에 격자 공간을 생성하는 스크린 전방에서 도파관 사이에 테이퍼진 도파관과 광 흡수층을 합체하도록 제공된다. 이는 전체 격자 영역이 흡수재로 충진될 때보다 도파관/격자 영역 인터페이스에서 보다 큰 굴절율 차이를 허용한다. 큰 굴절율 차이는 스크린 효율을 증가시키는 데에 사용될 수 있을뿐만 아니라 대비비를 추가로 향상시키고 큰 시야각 등을 제공하는 등의 스크린 설계를 허용한다.

일 태양에 있어서, 본 발명은 후방 프로젝션 스크린을 제공하는 것으로, 투광 기판 상에 배치된 복수의 도파관과 인접 도파관 사이에 배치되어 도파관의 전방부에 또는 그 주위에 위치되어 인접 도파관과 그 사이에서 격자 영역을 한정하는광 흡수층을 포함하고, 도파관은 기판 주위의 광폭 후방부에서부터 기판으로부터 먼 협소 전방부로 테이퍼지고(tapered), 격자 영역은 도파관보다 작은 굴절율을 가진다.

다른 태양에 있어서, 본 발명은 후방 프로젝션 스크린을 제조하는 방법에 관한 것으로, 투광 기판 상에 복수의 도파관을 배치시키는 단계와, 도파관의 전방부에 또는 그 주위에서 인접 도파관 사이에 광 흡수층을 배치시켜서 인접 도파관과 그 사이에 격자 영역을 한정시키는 단계를 포함하고, 도파관은 기판 주위의 광폭 후방부에서 기판으로부터 먼 협소 전방부로 테이퍼지고, 격자 영역은 도파관보다 작은 굴절율을 가진다.

도1a는 기판(120) 상에 배치된 일련의 도파관(110)을 구비하는 프로젝션 스크린을 도시한다. 대안적으로, 도파관(110)과 기판(120)은 일체일 수 있다. 도파관(110)은 기판에 인접한 후방측으로부터 시청자 위치(160)를 향해 배향된 전방측으로 테이퍼진다. 테이퍼 정도는 도1a에 θ로 지시된 인접 도파관 사이의 끼인각으로 측정될 수 있다. 도파관(110)이 대칭 단면을 가지는 것으로 설명적으로 도시되지만, 그 단면은 또한 비대칭, 예컨대 하나의 측벽이 다른 측벽보다 경사질 수 있다. 또한, 도파관(110)의 테이퍼진 벽은 도1a에서 일직선으로 도시되지만, 예컨대 오목 또는 볼록하게 또한 만곡질 수 있다.

광 흡수층(130)은 도파관의 전방부 상에서 인접 도파관 사이에 위치한다. 광 흡수층(130)은 스크린(100)의 대비비를 증가시키고 시청자측(160으로 표시되는 시청자 위치)에 나타나는 외광으로 인한 섬광을 감소시킨다. 격자 영역(140)은 인접 도파관과 흡수층 사이에 존재한다. 작동상, 프로젝션 스크린(100)은 프로젝터(projector; 160) 또는 다른 적절한 디스플레이로부터의 빛(150)이 스크린(100)을 통해 시청자 위치(160)를 향해 투과될 수 있도록 배향될 수 있다. 빛은 도파관을 통해 시청자를 향해 직접 통과하거나 도파관측 벽에서 반사될 수도 있고, 그런 후 도파관을 통해 시청자를 향해 안내될 수도 있다.

소정의 예시적인 실시예에 있어서, 프로젝션 스크린은, 예컨대 구조적인 일체성을 구조체에 부여하도록 스크린의 전방측 또는 후방측 (또는 양측) 상에 (도시되지 않은) 경질 기판을 구비할 수 있다.

본 발명에 있어서, 광 흡수층은 도파관의 전방부에 또는 그 주위에 위치함으로써 격자 영역을 생성하는 층이다. 격자 영역은 임의의 특정 재료로 충진될 필요는 없고, 실제 공기 또는 1 또는 거의 1인 굴절율(1인 진공 상태의 굴절율임)을 갖는 기타 이러한 가스 매체로 이루어질 수 있다. 대안적으로, 격자 영역은 비가스 재료, 바람직하게는 굴절율이 작은 재료로 충진될 수 있다. 상대적으로 작은, 바람직하게는 진공에 가까운 격자 굴절율을 가짐으로써, 도파관과 격자 영역 사이의 굴절율 차이는 도파관의 재료에 따라 상대적으로 클 수 있다.

임계각을 초과하는 각도로 도파관측 벽 상에 입사된 빛에 대해, 빛은 내부 전반사됨으로써, 도파관에서 멀리 시청자 위치를 향해 안내된다. 격자 영역(140)의 굴절율(n_i로 표시된 인덱스)에 대한 도파관(110)의 굴절율(n_w로 표시된 인덱스) 의 비율이 커질수록, 입계각은 작아지고, 더 많은 빛이 내부 전반사되어 최소 손실로 시청자를 향해 안내된다. 이는 스크린의 작업 처리량 및 이에 따른 효율을 증가시킬 수 있다. 단순성을 위해, 대부분의 손실없이. 도파관 측벽과 격자 영역의 매체 사이의 인터페이스(interface)에서 발생하는 굴절율비의 인덱스(n_w/n_i)는 본 문서에서 N으로 지시될 것이다. 이 용어를 사용하여, 빛이 격자 영역으로의 관통으로 인한 현저한 손실없이 광범위한 입사각에 걸쳐 내부 전반사되므로 N이 클수록 스크린이 효율적일 것이라고 할 수 있다.

큰 N은 시청자에게 표현되는 광 흡수재의 높은 비례면 영역 적용 범위를 가지는 스크린 설계, 및 이에 따른 높은 대비비를 또한 허용할 수 있다. 이 개념은 도1a의 영역(1b)의 확대도를 도시하는 도1b을 참조하여 이해될 수 있다. 도1b는 (입사 지점에서 벽에 수직으로 측정된) 각도(α1)로 테이퍼진 도파관의 벽 상에 입사된 광선(R)을 도시한다. 광선(R)은 반사되어 도파관을 떠나기 전에 다른 도파관벽과 마주친다. 도파관이 테이퍼지고, 즉 그 기부 주위에서는 협소하고 상부로 갈수록 넓어지기 때문에, 제2 도파관벽 상의 광선(R)의 입사각(α2)은 α1보다 작다. N이 충분히 크다면, α1과 α2는 입계각을 초과할 수 있고, 내부 전반사(TIR)는 모든 반사에서 일어날 수 있다. 그러나, N이 작은 경우에, α1은 임계각을 초과하지만, α2는 임계각보다 작을 수도 있다. 이 경우에, 광선(R)과 같은 광선이 제2 측벽과 마주치기 전에 도파관을 나갈 수 있도록 도파관이 짧게 제조되지 않는다면 TIR의 결핍으로 인해 소정의 빛이 손실될 것이다.

도파관을 단축시킴으로써 도파관에서의 수회의 바운스(bounce)로 인한 도파관의 비 TIR 반사로 인한 손실을 줄일 수 있지만, 스크린의 전방에서 도파관 상부에 대한 광 흡수재의 비례 영역을 또한 감소시킬 수 있다. 도1b를 참조하면, 도시된 층(130)의 일부는 도파관의 상부 주위에서 인접 도파관(110) 사이의 간격을 연결한다. 도파관이 절단된다면, 인접 도파관 사이의 간격은 작아질 것이고, 이에 따라 광 흡수층의 영역 적용 범위를 감소시키고, 이에 따라 대비비를 감소시킨다. 큰 N을 제공함으로써, 본 발명의 프로젝션 스크린은 TIR에 대한 임계각이 작기 때문에 (특정 테이퍼 각도에 대해) 긴 도파관의 설계를 허용하여, 이로써 도1b에 도시된 바와 같은 다중 반사 상황을 수용한다. 이로써, 이는 스크린 전방 상의 광 흡수층의 비례 영역 적용 범위를 증가시킬 수 있고, 이는 대비비를 증가시킨다.

효율을 증가시키고 도파관에서의 다중 TIR 바운스를 허용하는 것에 부가하여, 도파관과 격자 영역 사이의 큰 N은 높은 작업 처리량을 유지하면서 큰 끼인 벽 각도(예컨대 도1의 θ)를 허용할 수 있다. 큰 벽 각도는 그 상부에서 인접 도파관 사이에 더 많은 공간을 유도할 수 있고, 이는 흡수층의 높은 비례 영역, 및 이에 따른 높은 대비비로 귀결된다. 도파관벽에서의 이러한 큰 굴절율 차이없이, 증가된 벽 각도는 빛이 내부 전반사되지 않을 높은 확률로 귀결될 것이다(큰 벽 각도는 입사면에 수직으로 측정된 바와 같이 소정의 광선에 대해 입사 각도를 감소시킨다). 이러한 효과는 N을 증가시킴으로써 상호 작용하고, 이로써 임계각을 감소시키고 TIR을 유지시키면서 큰 벽 각도를 허용한다. 큰 벽 각도는 일차원 이상으로 시야각의 범위를 증가시키는 것이 양호한 특성인 경우에, 큰 시야각 범위를 허용할 수 있다.

상대적으로 큰 N을 갖는 본 발명의 프로젝션 스크린은 높은 시야각에서 광도의 실질적인 손실없이 넓은 범위의 시야각을 또한 제공할 수 있다. 전술된 바와 같이, 큰 N은 작은 임계각을 의미하고, 이는 넓은 각도 범위의 빛이 도파관에서 TIR을 경험하고 강도 면에서 실질적인 손실없이 시청자를 향해 통과하는 것을 허용한다. 그 결과, 넓은 각도 범위의 빛은 넓은 범위의 시야각에 걸쳐 강도면에서 상대적으로 균일하게 프로젝션 스크린에서 나갈 수 있다.

도파관(110)은 소정 범위의 파장 내에서 빛을 대체로 전달할 수 있고 성형되거나, 달리 적절한 형상으로 형성될 수 있는 임의의 적절한 재료일 수 있다. 예컨대, 도파관은 아크릴레이트, 폴리카보네이트, 에폭시, 및 기타 적절한 재료로 제조될 수 있다. 도파관과 격자 영역 사이에서 큰 굴절율비를 획득하기 위해서, 도파관은, 예컨대 약 1.3 이상, 보다 바람직하게는 약 1.4 이상인 상대적으로 높은 굴절율을 가지는 것이 바람직하다.

도파관은 주형을 사용한 재료의 임프레션 성형(impression molding), 주조, 및 경화, 경화성 재료의 선택적 중합, 또는 도파관 구조를 벗어나도록 막의 선택적 제거부 및 막을 형성함으로서 기판 상에 제공될 수 있다. 바람직하게는, 도파관의 기부 또는 후방부는 이들이 형성되는 기판의 표면을 완전히 또는 대체로 덮도록 긴밀하게 봉합된다. 이 방식으로, 스크린의 후방부 상으로 투사된 빛의 대부분은 도파관을 통하여 시청자를 향해 투과될 수 있다.

도파관은 특정 적용예에 적합한 임의의 테이퍼진 형상 및 면적으로 가질 수 있다. 전형적으로, 도파관은 높이가 약 50 마이크론 내지 약 250 마이크론이고, 최대 폭이 약 50 마이크론 내지 약 800 마이크론이고, 최소폭이 약 10마이크론 내지 약 400 마이크론이다. 도파관의 측벽은 테이퍼지고 평탄하거나 만곡될 수 있다. 도파관이 만곡된다면 오목 또는 볼록하게 만곡될 수 있다. 만곡된 도파관은 구분적으로 선형인 것을 포함한다.

도파관이 대체로 가시광(또는 스펙트럼의 기타 소정부)을 투과시키는 것이 바람직하지만, 도파관은 여과 및/또는 추가적인 대비비를 스크린에 제공하도록 안료 또는 염료와 같은 적당한 량의 착색제를 또한 포함할 수 있다. 추가적으로, 도파관은 빛이 도파관을 통과함에 따라 빛을 산란 및/또는 확산시키도록 입자, 보이드(void), 상 분산재, 또는 기타 이러한 요소를 포함할 수 있다. 이러한 "산란 사이트"는 대칭이거나 비대칭일 수 있고, 대칭이라면 예컨대 소정의 축을 따라 빛을바람직하게 산란시키도록 배향될 수 있다. 적절한 도파관, 재료, 구조 및 이를 제조하는 방법은 본 출원인에게 함께 양도되고 개시물이 본원에서 참조되는 미국 특허 출원 제09/348,809호에 또한 기술된다.

도2는 사용가능한 도파관 형상의 소정 예를 도시한다. 도1과 함께, 도2에 도시된 도파관은 설명할 목적으로 대칭이지만, 비대칭 도파관 형상이 또한 사용될 수 있다. 도2a는 기판(204) 상에 배치된 리브형 도파관(202)을 구비한 후방 프로젝션 스크린(200)을 도시한다. 광 흡수층(206)은 격자 영역(208)을 생성하도록 도파관(202)의 전방 주위 및 도파관 사이에 위치한다. 리브형 도파관을 사용하여, 비대칭 시야각은 달성될 수 있다. 도파관의 벽 각도를 변경시킴으로써, 비대칭적인 시야량은 변경될 수 있다.

도2b는 기판(224) 상에 배치된 지주형 도파관(222)을 구비한 후방 프로젝션 스크린(220)을 도시한다. 도파관(222)은 사각 기부를 가지는 것으로 도시되지만 임의의 적절한 형상의 기부가 사용될 수 있다. 광 흡수층(226)은 격자 영역(228)을 생성하도록 도파관(222)의 전방 주위에 위치한다. 사각 지주형 도파관을 사용하여, 시야각은 대칭이 될 수 있다. 또한, 지주형 도파관은 비대칭 도파관을 제조할 때 다른 자유도를 제공한다. 예컨대, 수직 스크린 방향으로의 인접 지주형 도파관 사이의 각도는 수평 방향으로 인접 지주형 도파관 사이의 각도와 상이하게 형성될 수 있다. 이는, 예컨대 수직 및 수평 시야각의 상이한 범위를 제공할 수 있다. 이는 비대칭 설계에 대해 하나의 자유도이다. 기타 자유도는 일측부에 가파른 벽 테이퍼(wall taper)를 가지고 다른 측부에 얕은 벽 테이퍼를 가지는 지주형도파관을 설계하기 위한 것이다. 이는 좌측에서 우측으로 및/또는 상부에서 하부로 시야각의 차이를 제공할 수 있다. 수평, 수직, 좌측. 우측, 상부, 하부라는 용어는 특히 도2b에 대해 도시적으로 사용되며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 이해되지 않을 것이다. 추가적인 설계 자유를 제공하는 것에 부가하여, 지주형 도파관을 사용함으로써 도2b에서 알 수 있는 바와 같이 광 흡수층(226)에 의해 덮이는 스크린(220)의 전방 영역의 큰 비율을 구비할 수 있다. 이는 높은 대비비와 섬광 감소로 귀결될 수 있다.

도2c는 기판(244) 상에 배치된 원추형 도파관(242)을 포함하는 후방 프로젝션 스크린(240)을 도시한다. 도2b와 달리, 도파관(222)은 원형 기부를 가지는 것으로 도시된다. 광 흡수층(246)은 격자 영역(248)을 생성하도록 도파관(242)의 전방 주위에 위치된다. 다시, 스크린(240)의 전방 영역의 큰 비율은 광 흡수층(246)에 의해 덮여서 높은 대비비와 섬광 감소로 귀결된다.

작업 처리량은 지주의 폐쇄 봉합식 배열, 예컨대 육각형 배열을 채용하여 지주형 도파관을 사용하는 경우에 증가될 수 있다.

도1을 다시 참조하면, 기판(120)은 소정 범위의 파장을 대체로 투과하고 스크린에 소정의 기계적 집적성을 선택적으로 제공할 수 있는 임의의 적절한 재료일 수 있다. 적절한 재료의 예는 폴리카보네이트, 유리, 폴리에틸렌 테트라프탈레이트(PET) 및 기타 적절한 기판 재료를 구비한다. 기판(120)은 도파관(110)에 사용되는 동일한 재료일 수 있고, 도파관 및 기판이 일체이도록 도파관과 동시에 형성될 수 있다. 대안적으로, 도파관은 적층 접착제(예컨대, 광학적으로 투명한 접착제)를 사용하거나 도파관의 성형 중에 기판에 접합될 수 있다. 추가적으로, 도파관은 주조 및 경화 방법으로 기판 상에 형성될 수 있다. 바람직한 기판(120)은 도파관(110)의 굴절율과 대략 동일한 굴절율을 가진다.

화상 광원으로 인한 섬광을 줄이도록 매트 면(matte surface)을 도파관에서 멀리 배향된 기판의 표면인 기판의 후방면에 부여하는 것이 바람직할 수도 있다. 사용되는 특정 구조에 따라, 기판의 후방이 매트 면이 아닌 경우에, 화상기로부터의 소정의 빛은 기판의 후방에서 정반사식으로 반사될 수 있고 의도된 것과 다른 위치에서 스크린을 통해 다시 재안내된다. 이는 허상 형성을 유발할 수 있다.

흡수층(130)은 전색제에 분산된 광 흡수층의 혼합물을 통상 구비한다. 적절한 광 흡수층은 카본 블랙(carbon black), 흑색 염료 또는 다른 어두운 염료와 같은 광 흡수 염료, 광 흡수 안료 또는 다른 어두운 안료, 및 다른 적절한 재료를 구비한다. 적절한 전색제는 열가소성 물질, 조사 경화성 또는 열경화성 아크릴레이트, 에폭시, 실리콘계 재료, 또는 다른 적절한 전색제 재료를 포함한다. 분산제, 계면활성제, 점도 수정제, 경화제 등과 같은 기타 재료가 또한 포함될 수 있다. 양호한 구성에 있어서, 광 흡수층과 접촉되는 도파관벽 영역 비율은 상대적으로 작다. 이와 같이, 광 흡수층과 도파관의 상대적인 굴절율에 대한 고려가 줄어든다. 흡수층(130)이 프로젝션 스크린(100)의 최외층인 경우에, 외면(시청자를 향해 배향된 표면)에 매트한 질감을 제공하는 것이 바람직할 수도 있다. 이는 특히 외광으로부터의 번쩍이는 반사로 인한 섬광을 감소시킬 수 있다. 소정의 경우에 있어서, 광 흡수층(130)은 프로젝션 스크린(100)의 최외층이 아니다. 예컨대, 선형 편광기또는 원형 편광기와 같은 편광기, 매트 기판, 기타 바람직한 막, 구성 요소, 또는 장비는 최외층으로서 제공될 수 있다. 이러한 기타 요소는 양호한 광학, 심미적, 기계적, 및/또는 화학적 특성뿐만 아니라 추가적인 기능성(예컨대, 터치 패널 사용자 인터페이스)을 제공할 수 있다.

흡수층(130)은 다양한 방식으로 도파관(110) 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 광 흡수층은 도파관 상부 상에서 직접 압출될 수 있다. 적절한 흡수층 재료의 도파관 상에서의 압출은 광 흡수층이 도파관 전방 주위에 존재하고 격자 영역을 충진하지 않도록 달성될 수 있다. 도파관 사이의 격자 영역을 충진하지 않고 흡수층 재료를 압출시키는 능력은 도파관의 면적, 압출된 광 흡수층의 두께, 압출 중의 광 흡수층의 점도, 및/또는 도파관 기판의 온도에 의존한다. 바람직하게는, 압출 방법이 사용되는 경우에, 열가소성 흡수층은 도파관에서 압출되고, 열가소성 흡수층은 광 흡수층 재료가 유동하지 않거나 격자 골부로 스며들지 않는 도파관과 접촉되면 신속하게 충분히 냉각된다.

광 흡수층이 도파관에서 압출되는 소정의 경우에, 광 흡수층의 잔류량은 빛이 시청자를 향해 나가는 도파관의 상부 상에 남는다. 소정의 경우에, 이는 잔류 흡수층에서의 빛의 흡수로 인해 시청자를 향해 안내된 빛의 강도를 바람직하지 않게 감소시킬 수 있다. 그런 후, 도파관에서 투명층과 광 흡수층을 함께 압출시키는 것이 바람직할 수도 있고, 상기 투명층은 시청자 위치를 향해 배향된다. 함께 압출된 이중층(330)이 도파관(300)의 전방부에 배치된 상태로 후방 프로젝션 스크린(300)이 기판(320) 상에 배치된 복수의 도파관(310)을 포함하는 도3에서 도시된바와 같이 결론지워질 수도 있다. 이중층(330)은 광 흡수층(332)과 투명층(334)을 구비한다. 도시된 바와 같이, 이중층(330)의 일부는 도파관의 상부를 덮는다. 이중층의 상부층이 투명하기 때문에, 이중층은 도파관의 상부를 덮는 이중층의 일부가 광 흡수층보다는 투명층의 일부이도록 도파관에서 압출될 수 있다. 이중층은 격자 영역(340)이 인접 도파관(310)과 광 흡수층(332) 사이에 생성되기에 충분히 얇은 것이 바람직하다. 또한, 투명층(334)은 인터페이스 반사로 인한 강도 손실을 감소시키도록 도파관과 대략 동일한 굴절율을 가는 것이 바람직하다.

투명층이라는 용어가 사용되지만, 소정 범위의 파장에서 빛을 대체로 투과시키는 임의의 적절한 재료가 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 투명층은 대비비를 증가시키고 및/또는 빛이 도파관을 나감에 따라 빛을 확산 및 산란시키는 재료를 포함할 수 있다는 것을 또한 알 것이다. 추가적으로, 투명층이 스크린의 최외층일 때, 투명층은, 예컨대 외광 반사로 인한 섬광을 감소시키도록 매트 외면에 가해질 수 있다.

도파관에서 광 흡수층을 압출시키는 것은 도파관의 전방부의 형상을 변경시키는 데에 또한 사용될 수 있다. 예컨대, 도파관이 광 흡수층을 압출시키는 데에 사용되는 온도에서 연화되는 열가소성 재료로 제조되는 경우에, 압출된 흡수층의 도파관과의 접촉은 도파관의 상부를 "버섯"모양으로 만들 수 있다. 이는 기판(420) 상에 배치된 일련의 도파관(410)을 포함하는 후방 프로젝션 스크린(400)을 도시하는 도4에서 알 수 있다. 흡수층(430)은 열가소성 도파관(410)에서 압출되고, 그 결과 도파관(410)의 상부는 렌즈렛(lenslet; 412)을 형성하도록 연화된다. 렌즈렛(412)의 형성은 빛이 시청자를 향해 도파관을 나감에 따라 하나 이상의 방향으로 빛의 각방향 분산을 변경시키는 데에 사용될 수 있다. 압출된 흡수층이 도파관을 연화시키기에 충분히 뜨겁지 않지만, 광 흡수층은 인접 도파관(410)과 광 흡수층(430) 사이에 격자 영역(440)을 유지하기에 충분하게 급속 냉각되는 것이 바람직하다.

도5는 압출된 "층"이 광 흡수층(532) 및 투명 재료(534)의 이중층(530)인 도4와 유사한 상황을 도시한다. 스크린(500)은 기판(520) 상에 배치된 도파관(510)을 포함한다. 도파관(510)은 이중충(530)의 압출 중에 그 전방부 상에 형성된 렌즈렛(512)을 가진다. 이중층(530)은 렌즈렛(512)과 시청자 사이에 남아있는 이중층(530)의 일부가 투명층(534)이도록 압출될 수 있다. 바람직하게는, 격자 영역(540)은 인접 도파관(510)과 흡수층(532) 사이에 생성된다.

프로젝션 스크린 상의 테이퍼진 도파관의 전방부 상의 렌즈렛은 열가소성 도파관 상에서의 광 흡수층의 압출과 다른 방법으로 형성될 수 있다. 예컨대, 기판 상에 배치된 일련의 테이퍼진 열가소성 도파관을 포함하는 스크린이 제공될 수 있다. 다음, 광 흡수층은 도파관 사이의 공간으로 충진될 수 있다. 그런 후, 도파관의 상부는 도파관의 상부를 버섯 모양으로 만드는 닙 롤, 선택적으로는 가열된 닙 롤을 통해 조립체를 통과함으로써 재형상화되어, 렌즈렛을 형성할 수 있다. 렌즈렛을 형성하는 이 방법의 변경예, 전술된 압출 방법, 및 렌즈렛을 형성하거나 테이퍼진 도파관을 재형상화하는 기타 적절한 방법은 본 발명에서 시도된다.

흡수층은 압출과는 다른 방법으로 본 발명의 프로젝션 스크린 상에서 도파관위에 형성될 수 있다. 예컨대, 광 흡수층은 도파관 위에 적층되거나, 그렇지 않으면 그 위에서 가압된다. 설명하기 위해, 도6은 기판(620) 상에 배치된 일련의 테이퍼진 도파관(610)을 포함하는 프로젝션 스크린(600)을 도시한다. 광 흡수층(632)은 코팅되거나, 그렇지 않으면 "적층 조립체"(630)를 형성하도록 캐리어층(carrier layer; 634) 상에 배치된다. 그런 후, 적층 조립체(630)는 광 흡수층(632)이 도파관 상부에 접촉한 상태로 도파관(610) 상에 적층(또는 가압)될 수 있다. 바람직하게는, 광 흡수층은 도파관 상부와 캐리어층 사이의 흡수층 재료가 주위 영역으로 밀릴 수 있도록 적층 중에 적어도 다소간 유동이 가능하다. 예컨대, 광 흡수층은 압력 및/또는 열의 인가로 다소 유동할 수 있는 고용융 접착 조성을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 광 흡수층은 경화 전에 도파관 상에 가압된 후 자외선과 같은 적절한 조사로의 노출에 의해 도파관 상에서 경화될 수 있는 조사 경화성 재료를 포함할 수 있다.

적층 중의 광 흡수층의 점도는 소정의 방식으로 광 흡수층을 도파관에 적층시키는 능력에 영향을 미친다. 점도가 너무 작다면, 광 흡수층 재료는 도파관 사이의 홈으로 바람직하지 않게 유동할 수도 있다. 점도가 너무 크다면, 도파관 상부의 공간 밖으로 광 흡수층 재료를 가압하는 것이 어려울 수도 있다. 바람직하게는, 광 흡수재는 적층 온도에서 약 50,000 cps 내지 약 200,000 cps의 점도를 가진다. 광 흡수층이 도파관 상에 적층되는 예시적인 경우에 있어서, 광 흡수층 재료는 적층 온도에서 약 100,000 cps인 점도를 가진다.

선택적으로, 접착제는 접착력을 증진시키도록 광 흡수층과 도파관 상부 사이에 사용될 수 있다. 캐리어층(634)은 제어가능하거나 스크린에 남아있을 수 있다. 캐리어층이 스크린의 일부로 남아있는 경우에, 캐리어층이 소정 범위의 파장 내에서 대체로 빛을 투과시키고 캐리어층의 굴절율이 도파관의 굴절율과 대략 동일한 것이 바람직하다. 선택적으로, 캐리어층은 대비비 향상, 광 확산 및 산란 등을 위한 재료를 포함할 수 있다. 캐리어층이 스크린의 최외층으로 남아있는 경우에, 섬광을 감소시키도록 매트 면으로 가해질 수도 있다. 상기 주지된 바와 같이, 선형 또는 원형 편광기, 경질 기판, 터치 패널, 및 소정의 특성 및/또는 기능성을 제공할 수 있는 임의의 다른 적절한 요소와 같은 기타 요소가 또한 추가될 수 있다.

예

본 발명의 목적 및 장점은 다음의 예에 의해 추가로 설명되지만, 이들 예에서 제시된 특정 재료 및 그 양뿐만 아니라 기타 조건 및 세부 사항은 본 발명을 부당하게 제한하도록 구성되지 않을 것이다.

예 1

후방 프로젝션 스크린은 다음 방식으로 제조되었다.

도2a에 도시되어 도1a에 묘사되는 것과 같은 단면을 갖는 것과 같은 리브형 도파관은 다음 절차에 따라 이루어졌다. 수지 제제는 80 중량%의 우레탄 아크릴레이트 올리고머와 20 중량 %의 2-페녹시에틸 아크릴레이트로 이루어졌다. 수지의 굴절율은 대략 1.51이였다. 그런 후, 입자는 수지 제제로 혼합되었다. 입자는 에틸 메타크릴레이트와 폴리에틸렌의 공중합체 혼합물이였고 대략 1.54의 굴절율을 가진다. 평균 입자 직경은 약 0.5 마이크론의 표준 편차로 약 5마이크론이였다.수지에 대해 15 중량%의 입자 로딩이 사용되었다. 입자는 높은 전단 혼합기를 사용하여 잘 분산되었다. 광개시제가 수지의 2 중량% 만큼의 양으로 혼합물에 첨가되었다.

그런 후, 혼합물은 소정의 리브 도파관 면적에 대응하는 면적을 갖는 만입부를 갖는 금속 주형 상에서 주조되었다. (바이엘사로부터 상업적으로 입수가능한) 대략 0.25mm 두께의 폴리카보네이트 필름은 주형에서 수지의 상부에 인가되었고 롤러를 사용하여 제위치에서 압연되었다. 초과된 수지는 주형의 패턴이 랜드부를 형성할 초과부로 충진되지 않도록 제거되었다. 그런 후, 수지는 제 위치에서 경화되어 폴리카보네이트 기판에 접착되었다. 그런 후, 기판과 경화된 매트릭스는 재사용을 위해 깨끗한 금속 주형을 방치한 도구로부터 제거되었다. 최종적인 리브형 도파관은 기판에서 측정된 바와 같이 길이가 약 250 마이크론, 그 기부에서의 폭이 약 162 마이크론이였고, 18.5의 끼인 벽 각도를 가지고 대칭적인 단면을 가졌다. 리브 상부는 폭이 약 81 마이크론이였고, 이로써 스크린의 전체 영역 중에 약 0.5의 광 흡수층을 인가할 때 스크린의 전방에 흡수재의 비례 적용 범위를 부여하게 된다.

그런 후, 광 흡수재는 리브형 도파관에서 압출되었다. 압출된 광 흡수재를 위한 전색제는 제품명 바이넬 3101로 듀퐁사에서 상업적으로 입수가능한 산/아크릴레이트-변경식 에틸렌 바이닐 아세테이트 폴리머이다. 압출을 위해, 기어 펌프와 6인치 다이를 갖는 4분의 3인치의 다용도 단일 스크류인 킬론 압출기(killon extruder)가 사용되었다. 압출기에는 170℃, 179℃, 190℃, 및 198℃로 각각 유지되는 총 4개의 영역이 존재하였다. 다이 온도는 219℃로 유지되었다. 폴리에틸렌/카본 블랙 농축 펠렛(pellet)은 전색제에 대해 카본 블랙 펠렛의 농축액이 약 1중량 %를 달성하도록 전색제에 추가되었다. 블랙 펠렛은 압축식 광 흡수재를 생성하도록 압출기의 단일 스크류에서 전색제 펠렛과 혼합되었다. 일정한 작업 처리량은 초당 약 2.3 센티미터(약 분당 4.5 피트)로 대략 50 마이크론의 두꺼운 막을 생성하도록 7.0 rpm으로 설정된 기어 펌프에 의해 유지되었다. 간격은 약 0.4mm(또는 15밀스)로 설정되었다. 광 흡수재는 리브와 평행한 운동 방향으로 리브형 도파관의 상부 상에서 압출되었다. 도파관의 상부 상에 잔류한 극소량의 광 흡수재와 최종 스크린은 도1a에 도시된 것과 유사하였다.

최종적인 스크린 샘플은 2.20의 피크 이득, 46.5°의 수평 시야각(수평 시야각 = 반피크 이득점에서 측정된 리브에 수직인 방향으로의 각방향 시야 범위), 및 18°의 수직 시야각(수직 시야각 = 반피크 이득점에서 측정된 리브에 평행한 방향으로의 각방향 시야각)을 가지도록 측정되었다. 스크린의 전체 투과도는 대략 72%였다.

예2

후방 프로젝션 스크린은 다음 방식으로 제조되었다.

일련의 평행한 리브형 도파관은 예1로서 폴리카보네이트 기판 상에 형성되었다. 도파관 및 기판은 예1에서 보고된 바와 같이 동일한 재료이고 동일한 면적을 가진다.

다음, 이후의 광 흡수 코팅 제제는 중량을 달고 혼합되었다: (제품명CN963E75로 펜실바니아주 엑톤시 사르토머사로부터 상업적으로 입수가능한) 10그램의 우레탄 아크릴레이트, (펜실바니아주 도일스톤시 펜 컬러사로부터 상업적으로 입수가능한) 0.5 그램의 카본 블랙 분산제, 5그램의 메틸 에틸 케톤(MEK), 및 (상품명 다라큐어 4265로 뉴욕주 호쏘른시 시바 게이지사로부터 상업적으로 입수가능한) 0.2 그램의 광개시제. 제제는 대략 0.13mm의 두꺼운 폴리에스터 막 상에 코팅되었다. 제제의 코팅은 와이어 권취 로드를 사용하여 수행되었다. 최종적인 코팅은 약 55 마이크론의 습식 두께를 가진다. 코팅 후에, 막은 MEK를 증발시키도록 공기 건조되었다. 코팅의 건식 두께는 약 38 마이크론이였다.

그런 후, 건조된 광 흡수 코팅은 리브형 도파관의 상부에 실온으로 적층되었다. 적층은 2개의 고무 롤을 갖는 닙 롤을 사용하여 수행되었다. 그런 후, 적층 구조는 광 흡수 코팅을 경화시키도록 1회당 약 0.7J/㎠로 용융 D 램프를 사용하여 자외선 조사에 노출되었다. 최종적인 스크린 구조는 도6에 도시된 것과 유사하였다. 스크린 샘플은 3.2의 피크 이득, 28°의 수평 시야각, 17°의 수직 시야각, 및 68%의 전체 작업 처리량을 가지도록 측정되었다.

Claims

투광 기판 상에 배치된 복수의 도파관과,

인접 도파관 사이에 배치되어 도파관의 전방부에 또는 그 주위에 위치되어 인접 도파관과 그 사이에서 격자 영역을 한정하는 광 흡수층을 포함하고,

상기 도파관은 기판 주위의 광폭 후방부에서부터 상기 기판으로부터 먼 협소한 전방부로 테이퍼지고, 상기 격자 영역은 도파관보다 작은 굴절율을 가지는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린.
투광 기판 상에 복수의 도파관을 배치시키는 단계와,

상기 도파관의 전방부에 또는 그 주위에서 인접 도파관 사이에 광 흡수층을 배치시켜서 인접 도파관과 그 사이에 격자 영역을 한정하는 단계를 포함하고,

상기 도파관은 기판 주위의 광폭 후방부에서부터 상기 기판으로부터 먼 협소한 전방부로 테이퍼지고, 상기 격자 영역은 도파관보다 작은 굴절율을 가지는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도파관은 아크릴레이트, 폴리카보네이트, 또는 에폭시를 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 또는 그 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도파관은 일련의 평행 마루부를 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 또는 그 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도파관은 지주형 돌기의 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 또는 그 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도파관은 대칭인 단면 프로파일을 가지는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 또는 그 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도파관은 비대칭 단면 프로파일을 가지는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 또는 그 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도파관은 확산 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 또는 그 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도파관은 그 최전방부에 렌즈렛을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 또는 그 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기판은 폴리카보네이트, 유리, 또는 폴리에틸렌 테트라프탈레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 또는 그 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광 흡수층은 전색제에 분산된 광 흡수 안료 또는 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 또는 그 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광 흡수층은 전색제에 카본 블랙을 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 또는 그 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 투광층은 상기 광 흡수층 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 또는 그 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 격자 영역은 공기를 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 또는 그 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도파관과 격자 영역 사이의 굴절율 차이는 약 0.3 이상인 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 또는 그 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 격자 영역의 굴절율에 대한 상기 도파관의 굴절율의 비율은 약 1.3이상인 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 또는 그제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 투광 기판에 대향된 상기 프로젝션 스크린의 측부 상에 배치된 선형 편광기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린.
제1항에 있어서, 상기 투광 기판에 대향된 상기 프로젝션 스크린의 측부 상에 배치된 원형 편광기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린.
제1항에 있어서, 상기 투광 기판에 대향된 프로젝션 스크린의 측부 상에 배치된 터치 패널 사용자 인터페이스를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투광 기판은 매트 표면을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 또는 그 제조 방법.
제2항에 있어서, 광 흡수층을 배치시키는 상기 단계는 상기 기판 상에 배치된 도파관 위에서 광 흡수재를 압출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 제조 방법.
제21항에 있어서, 상기 도파관 위에서 상기 광 흡수재를 압출시키는 단계는 상기 도파관의 전방부에서 국부적인 변형을 유발하여 렌즈렛을 형성하는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 제조 방법.
제21항에 있어서, 상기 광 흡수재를 압출하는 단계는 상기 도파관 상에서 광 흡수재와 대체로 투명한 재료를 함께 압출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 제조 방법.
제23항에 있어서, 상기 도파관 위에서 광 흡수재를 압출하는 단계는 상기 도파관의 전방부에서 국지적인 변형을 유발하여 렌즈렛을 형성하는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 제조 방법.
제2항에 있어서, 광 흡수층을 배치시키는 단계는 상기 기판 상에 배치된 상기 도파관 상에 광 흡수층을 적층시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 제조 방법.
제25항에 있어서, 상기 광 흡수층은 적층 조건 하에서 약 50,000 내지 200,000cps의 범위에서 점도를 가지는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 제조 방법.
제25항에 있어서, 상기 광 흡수층을 적층시키는 단계는 상기 광 흡수층과 제2층을 포함하는 층 구조를 적층시키는 단계를 포함하고, 상기 광 흡수층은 적층 중에 상기 도파관과 제2층 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 제조 방법.
제27항에 있어서, 상기 제2층은 적층 단계 후에 상기 광 흡수층으로부터 제거될 수 있는 해제층을 포함하는 것을 특징으로 하는 후방 프로젝션 스크린 제조 방법.