KR20050083706A - 콘트라스트가 향상된 스크린 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나 혹은 다수의 단색 레이저광원을 이용하여 정지화상이나 동화상을 표시하기 위한 프로젝션 스크린에 관한 것이다. 이 프로젝션 스크린은, 스펙트럼 선택성 반사 코팅을 가지고, 공간선택성을 향상시키기 위해 공간 선택성 반사층으로서 경화성 래커로 이루어진 구조화된 래커층이나 홀로그래피 마스터로 만들어진 구조

Description

콘트라스트가 향상된 스크린{CONTRAST-INCREASING PROJECTION SCREEN}

본 발명은 하나 혹은 다수의 단색 레이저광원과 같은 협대역 광원을 투사하여 정지화상이나 동화상을 표시하기 위한 프로젝션 스크린에 관한 것이다.

프로젝션 스크린이 일광이나 인공 실내조명과 같은 교란광의 영향을 가능한 한 받지 않도록 하기 위하여, 광원 내지는 광원들의 광선에 대응하는 파장을 제외하고 가시광의 전체 파장영역에 대한 프로젝션 스크린의 반사율을 미소하게 하여야 하는 것으로 알려져 있다. 그래서 다수의 1차성분(예를 들어 LCD-프로젝션이나 CRT-프로젝션과 같은 적, 녹, 청(RGB))용으로서 다소의 협대역 광원이나 레이저광원을 사용하는 컬러스크린과 같은 대형 평면 투사의 경우에서는 강한 파장 선택적 반사율을 나타내는 스크린이 바람직하다. 즉, 프로젝션 스크린의 반사율은 투사에 사용되는 1차성분에 대응하는 파장에 대해서는 가능한 한 높고, 예를 들어 환경광으로 이루어진 나머지 파장에 대해서는 가능한 한 낮아야 한다.

본 발명과 관련하여 반사라는 말은, 투입된 광강도에 대비되는 프로젝션 스크린으로부터 역산란되거나 반사된 전체 광강도를 나타내는 개념이다.

더욱이, 프로젝션 스크린의 반사는 선택가능한 공간적인 각도특성을 나타내어야 한다. 즉 그 반사는, 관련이 없는 공간각도 내외에서 빛이 전혀 혹은 극히 미미하게만 반송되도록, 지정된 반사각도 영역 내에서 이루어져야 한다. 스크린의 법선으로부터 좌측 내지는 우측을 향해 수평으로 측정하였을 때, 각도 범위가 ± 40˚인 것이 이상적이다. 이러한 공간 각도특성에 의해, 거울 반사는 방지되고 그 대신에 확산 반사가 일어나게 된다. 게다가 램버트반사경에 비해 콘트라스트가 훨씬 향상된다.

스크린 상의 정화상이나 동화상을 일광 하에서도 선명하고 일광 등의 환경광 내지는 교란광에 의해 교란되지 않게 인지할 수 있기 위해서는, 스크린은 스펙터럼 선택적이면서 공간 선택적인 반사율을 나타내어야 한다.

스크린의 반사에 있어 스펙트럼 선택성뿐만 아니라 공간 선택성에 대해서도 여러 가지의 개선안이 이미 제안되어 있다.

DE 197 47 597은, 유전물질로 이루어진 층들을 고굴절과 저굴절의 교호적 배치에 의해 구성한 다층시스템을 이용하여 레이저광과 같은 단색광에 대한 스펙트럼 선택성을 얻는 스크린을 개시하고 있다. 간섭필터로서 기능하는 이러한 다층시스템에 의해 단색 레이저광의 파장에 대해서는 반사도가 향상되고 프로젝션광의 파장영역을 벗어나서는 저하된다. 각도특성을 부여하기 위해 스크린 상에는 각 래커층 내에 색소들이 마련되어 있다.

DE 199 01 970은 예를 들어 레이저에 의해 발생하는 협대역 특히 단색의 광을 투사하는 스펙트럼 선택성 스크린을 개시하고 있다. 여기서는 스펙트럼 선택성이 콜레스테릭 폴리머들로 이루어진 코팅에 의해 얻어진다. 공간 각도특성의 부여를 위해, 코팅이 얹혀지는 기판의 표면이 구조화되어 있다.

각도특성의 조절을 위해 색소들을 사용할 경우, 원하는 확산 반사성이 달성되기는 하지만, 한편으로는 그 입자들에 의해 높은 산란성이 야기된다. 이 높은 산란성에 의해, 산란된 층을 먼저 통과하여야 하는 광이 스펙트럼 선택성 코팅에 이르기도 전에 산란층 내에서 이미 그 자체 스펙트럼 비선택성으로 방사되어 버리므로, 그 결과 스크린의 스펙트럼 선택성이 감소되거나 상당히 손상되게 된다.

기판의 표면을 구조화하여 각도특성을 부여하는 경우, 기본적으로 스펙트럼 선택성 반사 코팅이 그 구조화된 표면상에 올려지게 되고, 그 구조는 코팅에 전달되게 된다. 혹은 먼저 평탄한 기판 상에 스펙트럼 선택성 반사 코팅을 형성한 다음 그 위해 구조화된 층을 올려놓을 수도 있다. 간섭필터와의 조합에서는 예를 들어, 도2와 관련하여 이후 상세히 논의되는 바와 같이, 구조화된 기판 상의 코팅이 스펙트럼 선택성을 맡게 되는 경우 스펙트럼 내 파장의 피크위치가 변경되고 하부영역에서 강한 반사가 일어난다는 문제가 발생한다. 반대 순서의 경우, 즉 먼저 스펙트럼 선택성 반사 코팅을 평탄한 기판 상에 올려놓는 경우, 그 적층시스템 상에 산란면이 올려지게 된다. 이들은 일반적으로 필터층을 기계적으로 가공함으로써 형성되며, 그에 따라 스트레스가 가해지고 파손이 발생할 수 있다.

그래서 전술한 문제점들의 발생 없이 스펙트럼 선택성 반사 스크린의 공간 각도특성을 부여할 수 있는 가능성에 대한 필요가 있게 된 것이다. 게다가 그러한 특성의 부여는 간단하게 이루어져야 하며 전체적으로 스크린의 공간 선택적 반사성의 개선이 가능하게 되어야 한다.

본 발명의 목적은, 기판과 스펙트럼 선택성 반사 코팅을 가지는 스크린에 있어서, 적어도 하나의 공간 반사층을 가지며, 이 공간 반사층은 경화성 래커로 이루어진 층과 홀로그래피 구조화된 필름 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 콘트라스트 향상된 스크린에 의해 달성된다.

본 발명은 또한 그러한 공간 반사층의 형성을 위한 경화성 래커와 홀로그래피 구조화된 필름의 용도에도 관계된다.

본 발명에 따른 스크린에는, 예를 들어 전술한 독일 특허출원 DE 197 47 597 A1, 국제출원 WO 98/36320 및 독일 특허 DE 199 01 970 C2에 개시된 것과 같은 임의의 공지된 스펙트럼 선택성 반사 코팅이 채용될 수도 있다. 이들 자료는 여기서 관련 자료임을 명시적으로 표시하며, 모두 실질적으로 본 출원에 포함되게 된다.

본 발명에 따르면, 공간 선택성 반사는 구조화된 표면을 갖는 층에 의해 실현되며, 이 구조화된 표면을 갖는 층은 경화성 래커로 이루어지거나 홀로그래피 구조화된 필름이다. 홀로그래피 구조화된 필름의 경우 그 표면 및/또는 볼륨은 그 자체 공지의 홀로그래피 방법을 이용하여 구조화 및/또는 변조화된다.

홀로그래피 구조화된 필름은 그 자체 공지이며, 예를 들어 POC사에서 스펙트럼 비선택성 필터와 조합하여 이미 콘트라스트 향상된 스크린(LORS)으로서 채용되었다. 그러나 여기서 얻어지는 콘트라스트 향상은 극히 불충분하였다. 그 이유는 지정된 공간각도영역으로부터의 빛에 의해서 전적으로 그 반송으로부터만 얻어지는 것이기 때문이다.

래커를 사용하는 경우에는, 그러한 래커층의 경화과정에서 사용된 출발물질들의 폴리머화와 망상화에 의해 구조화가 이루어지게 된다. 이 때 수축과정이 나타나게 되고, 이에 의해 표면에 미세주름이 유발된다. 이 미세주름에 의해 래커층의 표면에는 원하는 구조화가 달성되게 된다.

본 발명에 따라 사용가능한 구조화된 래커층에 적합한 방법과 재료는 독일 특허출원 DE 198 42 510 A1에 기본적으로 기술되어 있다. 여기에는 경질 혹은 가요성의 기판 상에 장식적 및 기능적인 표면을 만드는 방법이 매우 총괄적으로 개시되어 있지만, 구체적인 활용에 대해서는 언급되어 있지 아니하다. 여기에 기술된 방법과 재료는 원칙적으로 본 발명에 사용되는 구조화된 래커층의 제조에도 이용될 수 있다.

본 발명에 사용할 수 있는 래커에는 바람직하게는 전자파 혹은 UV 경화성 컬러층 및 래커층이 있다. 원칙적으로 이들 컬러층이나 래커층은, 광개시제를 함유하거나 함유하지 않은 폴리머화 및 망상화가 가능한 모노머 및 올리고머로 이루어진 출발조성물을 그 자체 통상의 방법에 따라 적절한 기총에 도포하고 적절히 조사하여 경화되게 함으로써 얻어진다. 여기서, 미세주름의 크기 및 그에 따른 구조화의 표현형태는 사용된 모노머/올리고머 시스템, 층두께, UV-파장, 기판의 종류 및 적층기법에 따라 변동한다. 그래서 필요에 따라 전술한 파라미터들을 간단히 변경시킴으로써 목적하는 구조화를 부여할 수 있다.

적절한 래커 내지는 래커시스템에 대해서는 DE 198 42 510 A1에 구체적으로 기술되어 있다

적절한 출발재료의 예로서는 아크릴, 에폭시, 비닐에테르, 비치환 혹은 치환 스티롤 및 그들의 혼합물이 있다. 이들은 적합한 용매 내에 존재할 수도 있다. 여기서 아크릴은 2 이상의 관능기를 갖는 것이 바람직하다.

재료의 경화는 통상적으로 각 시스템에 적합한 파장을 갖는 단색 UV광을 조사함으로써 수행된다. 경화를 위해 사용되는 단색 UV광은, 폴리머화 및 망상화를 위해 직접 폴리머 래디컬을 형성할 수 있고 래커성분의 UV흡수범위 내에 있으며 대체가능한 광자량으로 경화를 가능하게 하는 파장을 가지는 것이 바람직하다. 원칙적으로, 래커층의 투과 영역에서 경화를 유발시킬 수 있는 모든 파장은 래커성분의 흡수스펙트럼에 해당하는 한 미세주름의 형성에 사용될 수 있다.

본 발명에 적합하고 상업적으로 구입가능한 조사기의 예로서는, 172nm와 222nm의 단색 UV광을 방사하는 엑시머-UV-레이저가 있다. 이것은 예를 들어 헤래우스 노블라이트(Heraeus Noblelight)로부터 구입할 수 있다. 그리고 126nm의 파장을 갖는 아르곤-엑시머-레이저도 적절하다.

공기는 단파장의 UV광을 흡수하여 오존을 발생시키기 때문에, 래커층의 경화 및 주름화를 위한 조사는 불활ㄹ성 환경 내에서 행하여지는 것이 바람직하다.

파장이 짧아질수록 광자의 침입깊이는 작아지고 그에 따라 미세한 구조화를 얻을 수 있는 것으로 밝혀졌다. 그래서 200nm 이하의 파장에 의하면 일반적으로 시각적으로 확인되지 않는 섬세한 미세주름이 형성되고, 200nm 이상의 큰 파장에서는 가시적인 큰 구조화가 나타났다. 게다가, 장파장 조사(222nm)의 경우 단파장 조사(172nm)의 경우에 비해 표면거칠기와 표면파형의 진폭비가 래커층의 두께의 증가에 따라 더 강하게 증대하는 것으로 확인되었다.

바람직한 실시예에 따르면, 래커성분으로서 우레탄아크릴이 선택되고, 바람직하게는 유연성 반응희석제와 함께 사용된다. 이러한 유연성 시스템에 의해 비광택 구조화를 얻을 수 있다. 그 경화를 위한 조사기로서는 전술한 것들을 이용할 수 있다.

구조화된 래커층의 제조를 위한 출발성분들은 순수한 형태로, 유기용매에 의해 희석된 상태로 혹은 물에 분산된 상태로 존재할 수 있다. 출발성분은, 광폴리머화 가능한 모노머/올리고머와, 유동성 혹은 용해상태의 광화학적으로 폴리머화되지 않는 몰리머로 이루어진 혼합물일 수도 있다. 작업성의 관점에서 출발성분의 점도는 조사시점에 10,000mPas 이하인 것이 바람직한 것으로 확인된 바 있다.

원칙적으로 고점도 출발재료도 처리될 수 있기는 하지만, 일반적으로 보조조치를 필요로 한다. 고점도 아크릴의 경우 열적인 지원을 받아서 구조화될 수 있다.

전술한 구성의 시스템은 미세주름에 바람직한 수축을 발생시키고 필요한 UV 반응을 시행한다.

래커층의 두께는 스크린에 일반적인 범위 내에서 선택된다. 본 발명에 사용되는 래커층의 두께는 5 내지 15㎛의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

조사전자파나 UV광의 조사에 의하지 않는 다른 메커니즘에 의해 경화가 일어날 수 있는 래커층도, 예를 들어 다른 파장영역의 빛이나 열 등을 이용하여 표면에 적절한 구조화가 발생될 수 있다면, 본 발명에서는 원칙적으로 이용될 수 있다.

홀로그래피 구조화된 필름의 경우에는, 홀로그래피 제조용 마스터에 의해 재생되는 표면 요철패턴에 의해 그 기능이 달성되게 된다. 특히 이 제조기술에서는 광산란 표면의 구조화에 대한 완전한 제어가 가능하다는 장점이 있다. 여기서 얻어지는 완전한 래넘의 비 주기적인 구조는 랜덤 배치된 마이크로렌즈로서 취급될 수 있다. 필름의 기능은, 파장의존적이 아니며, 백색 단색광이면서 간섭적 및 비간섭적 광에 의해 균질하게 제공된다. 본 발명에 따라 사용되는 홀로그래피 구조화된 필름의 랜덤 구조는 원하지 않는 모아레효과와 색상왜곡을 방지한다. 투사되는 빛은 매우 한정된 법위 내에서 정밀하게 통제될 수 있다. 그리하여 반송되는 빛은 공간각도 영역에 제한될 수 있게 되며, 이에 따라 광효율이 최적화될 수 있다.

홀로그래피 구조화된 필름에 의하면, 수직 및 수평발향에서 다양한 공간각도 영역이 선택될 수 있다. 이 것은 특히, 차폐영역과 같이 고려할 수 없는 영역이 생기지 않도록 할 수 있고, 또 스크린이 설치될 공간은 높이보다 폭이 더 큰 경우가 많기 때문에, 스크린에 있어서 매우 유리한 점이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 스크린으로서, 공간 선택성 반사층의 구성이 상이한 2가지 실시예,

도2는 평탄한 기판을 가진 본 발명에 따른 스크린과 종래의 구조화된 기판을 가진 스크린을 대비한 광성능도,

도3은 다양하게 미세 구조화된 래커층을 가진 본 발명에 따른 스크린들의 반사에서의 각도의존성을 나타낸 도면,

도4는 유전학적 알고리듬에 따른 스펙트럼 선택성 반사 코팅의 개발을 위한 개략도, 및

도5는 도4의 방법에 따라 얻어진 스크린의 스펙트럼 결과도이다.

도1의 두 실시예 a 및 b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 사용되는 공간 선택성 반사층(1)은 임의로 배치될 수 있다. 즉, 스펙트럼 선택성 코팅(2)의 상부(도1a) 혹은 하부(도1b)에 존재할 수 있다. 이 공간 선택성 반사층(1)은 도면에서는 스펙트럼 선택성 코팅(2)의 바로 위에 혹은 아래에 존재하며, 아래에 존재할 경우 기판(3) 상에 배치되게 된다.

공간 선택성 반사층(1)으로서 역할하는 구조화된 래커층/필름은 화살표(4, 5, 6, 7)들에 의해 알 수 있는 바와 같이 스크린에 투사된 빛의 산란을 담당하는 한편, 코팅(2)에 의해서는 스펙트럼 선택성이 달성되게 된다.

본 발명의 다른 실시에에 따르면 홀로그래피 구조화된 필름이 기판으로서 이용될 수 있다. 이 경우에는 스펙트럼 선택성 코팅(2)이 필름의 매끄러운 배면에 부착되게 된다.

도1a를 참조하면 거기에 도시된 기판(3)이 생략되게 됨을 알 수 있다. 게다가 스펙트럼 선택성 코팅(2)로서 예를 들어 RGB필터와 같은 다층 시스템에 적용될 경우, 그 구조는 적절히 조절되게 된다. 즉 제조시 적층에 있어서의 층의 순서는 예를 들어 도1a에 도시된 바와 같이 별도의 기판에 대한 적층순서에 역으로 시행되게 되고 공기와 홀로그래피 구조화 필름과 같은 변경된 투사매질도 고려된다.

본 발명에 따른 스크린의 한 가지 장점은, 공간 선택성이 얇고 유연하며 구조화된 필름이나 박막에 의해 달성되고, 그의 산란 특성을 제조과정에서 정교히 조절할 수 있다는 데 있다.

또 다른 장점은, 특히 도1a에 따른 구성에서 나타나는 것으로서, 구조화된 래커층/필름이 스펙트럼 선택성 코팅(2) 상에 중첩되며, 본 발명에 따라 마련되는 표면의 구조화가 그 다음에 있는 스펙트럼 선택성 코팅(2)에 손상이나 파손시킬 수 있는 기계적인 작용을 전혀 하지 않는다는 데 있다.

홀로그래피 구조화된 필름을 사용하는 경우에는, 이어지는 압인과정에서 필터가 손상되는 것을 방지하기 위해, 구조 그 자치는 적층 전에 이미 생성되어 있으므로, 평탄한 표면(필름이나 기판의 배면)에 적층할 수 있다는 장점을 가진다.

원칙적으로 기판(3)으로서는 이러한 스크린의 제조용으로 그 자체 공지된 임의의 재료를 사용할 수있다. 재료의 예로서는 유리와 플라스틱이 있다. 기판(3)은 투명하거나 불투명하여도 좋다. 투명 기판(3)의 경우에는, 예를 들어 프로젝션용의 스크린은 창유리와 같은 투명한 유리판이나 플라스틱판 상에 헤드업 디스플레이 등으로서 사용될 수 있다. 불투명 기판(3)의 경우, 기판이 예를 들어 흑색으로 착색되기 때문에 강한 흡수력을 가지며, 그래서 가시광선의 모든 파장영역에 대해 반송이 최소화된다. 기판은 가요성 재료나 경성 재료로 이루어져 있을 수 있다. 가요성 기판의 예는 플라스틱 필름이다. 공간 선택성 반사층(1)으로서 홀로그래피 구조화된 필름을 사용하는 경우, 그 자체가 기판으로서 이용될 수 있다. 이 경우에 홀로그래피 구조화된 필름은 투명한 것으로 선택된다.

도1a에 도시된 바와 공간 선택성 반사층(1)이 스펙트럼 선택성 코팅(2) 상에 적층되는 경우, 맑은 래커 혹은 투명한 필름이 선택된다.

이와 달리, 공간 선택성 반사층(1)이 기판(3)과 스펙트럼 선택성 코팅(2) 사이에 개재되는 경우에는, 임의의 투명재료 혹은 빛에 대해 다소의 투과성을 갖는 불투명 재료가 사용될 수 있다. 예를 들어, 이 경우에 래커층은 적절한 도료 및/또는 색소에 의해 착색될 수 있다. 그래서 예를 들면, 전술한 불투명 기판 대신에 적절한 흡수력을 가진 래커층을 투명기판 상에 적층할 수 있는 것이다.

구조화된 래커층을 사용하는 경우에는, 미세주름의 형성을 위하여 색소를 부가할 필요가 있다는 것을 알게 되었다. 미세주름을 유발하기 위해서는 래커층 내에 미세주름의 시발점으로서 역할하는 적절한 재료가 존재할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스크린에 대해서는 임의의 그 자체 공지된 스펙트럼 선택성 코팅을 사용할 수 있다.

그래서 스펙트럼 선택성 코팅(2)을 DE 199 01 970 C2에 개시된 바와 같이 하나 혹은 다수의 콜레스테릭 폴리머층으로 구성할 수 있다. 이 경우, 스펙트럼 선택성은 콜레스테릭 폴리머의 특성에 기초하여 나타난다. 즉 개별 층으로서 소정의 방향성(즉 좌측원형과 우측원형)을 갖는 원형 편광 빛을 반사하고 소정의 파장대역(Δλ)에서 비편광 빛의 각 50%를 반사하도록 할 수 있다. 최적의 반사도를 위하여, 스크린은 각 선정된 파장에 대해 대응하는 선택성을 갖는 적어도 2개의 상호 경상이성체적(enantiomer) 콜레스테릭 폴리머층을 가진다. 콜레스테릭 경상이성체는 원형 편광 빛에 대항하여 반사하기 때문에, 이 경우에는 관련 파장 내 비편광 빛의 좌측원형 뿐만 아니라 우측원형의 회전한 부분까지도 반사시킨다.

RGB조사에 특히 적합한 스크린은 콜레스테릭 폴리머로 이루어진 적어도 6개의 층을 갖는다. 여기서 두개의 상호 인접한 층은 상호 경상이성체로서, 각자 청색, 적색 내지는 녹색 광을 반사하므로, 모든 RGB파장에 대해 거의 100%의 반사가 이루어질 수 있다.

스펙트럼 선택성 코팅(2)은 상이한 굴절률을 가진 적어도 2개의 유전성 재료로 이루어진 다층 층상구조로 구성될 수 있다. 적어도 두개의 층재료는 기판에 교호적으로 적층들 수 있다. 즉, 저굴절률 층과 고굴절률 층이 기판 상에 교대로 배치된다. 이 시스템에서 고굴절률 및 저굴절률 층의 각 층두께는 동등하거나 다르게 할 수 있다. 예를 들어 제1층두께를 갖는 고고굴절률 층과 제2층두께를 갖는 저고굴절률 층을 하나 혹은 다수의 주기로 배치할 수 있다. 이를 주기적 배치라 부른다.

하지만 고굴절률 층과 저굴절률 층의 두께를 변동시킬 수 있으며, 이 경우에는 비주기적 배치라 부른다.

저굴절률 및 고굴절률 재료의 층으로 이루어진 코팅(2)에 적합한 유전성 재료의 예는 규소, 알미늄, 티타, 비스무스, 지르몬, 세륨, 하프늄, 니오브, 스칸디늄, 마그네슘, 주석, 아연, 이트륨 및 인디움의 산화물 혹은 질화물이다. 저굴절률 재료의 바람직한 예는 SiO₂과 MgS₂ 및 특히 Al₂O₃이다. 고굴절률 재료의 바람직한 예는 Si₃N₄ 이다.

고굴절률 재료의 저굴절률 재료의 바람직한 조합의 예는 저굴절률 재료로서 이산화실리콘과 고굴절률 재료로서 루틸상(Rutile phase) 내지는 아나타스상의 이산화티탄이다. 그리고 SiO₂/Si₃N₄ 의 조합과 특히 Al₂O₃/Si₃N₄ 조합이 바람직하다.

적합한 재료에 대한 다른 예는 혼합시스템 Si_1-X-YO_XN_Y 로 표현한다.

고굴절률 및 저굴절률 유전 재료가 교호적인 순서로 이루어진 다층 층구조로 된 이러한 코팅은 투사광의 파장을 선택적으로 반사하는 간섭필터로서 기능한다.

고굴절률 및 저굴절률 층으로 이루어진 다층 층구조를 이용한 간섭필터를 실현하기 위한 대안으로서, 필터두께 방향을 따라 연속적이고 주기적으로 굴절률이 변동하는 필터시스템(소위 러게이트(Rugate) 필터)을 스펙트럼 선택성 코팅(2)로서 채용할 수 있다.

이러한 층두께를 따라 굴절률이 변조되는 필터를 만들기 위해, 전술한 혼합시스템 Si_1-X-YO_XN_Y 을 사용할 수 있다. 여기서는 질소농도에 따라 굴절률이 조절된다.

SiO₂/TiO₂, SiO₂/Ta₂O₅ 및 SiO₂/Nb₂O₅에서 혼합시스템과 같이 저굴절률 성분과 고굴절률 성분으로 구성된 다른 형태의 혼합시스템을 이용할 수도 있다. 여기서는 각 성분의 질량비에 의해 굴절률이 조절된다.

혼합시스템에 기초하여 스펙트럼 선택성 코팅(2)을 제조하기 위해 공지되어 있는 스퍼터링법이나 CVD법을 이용할 수 있다.

유전 재료들로 이루어진 다층 층상구조의 제조 방법은 그 자체 공지되어 있으며 예를 들어 DE 197 47 597 A1과 WO 98/36320에 기술되어 있다. 적절한 적층방법의 예는 마그네트론 스퍼터링과 전자빔 증착과 같은 진공 적층방법이다.

굴절률의 차이를 줄임으로써 저굴절률 성분과 고굴절률 층으로 된 층구조의 각도의존성이 감소될 수 있는 것으로 확인되었다. 예를 들어 저굴절률 재료를 고굴절률을 갖는 재료로 대체함으로써 각도의존성을 감소시킬 수 있다. 층시스템 Al₂O₃/Si₃N₄의 스펙트럼 내 1차성분의 피크치 편차는 시스템 SiO₂/Si₃N₄ 보다 작다. 여기서 저굴절률 재료 SiO₂ 는 고굴절률을 나타내는 Al₂O₃으로 대체되었다.

도2에는 평판 기판과 구조화된 기판 상에 있는 스펙트럼 선택성 코팅의 광학적 성능이 상호 대비되어 있다. 여기서는 스펙트럼 선택성 반사 코팅로서 전술한 바와 같은 유전성 다층시스템이 적용되었다.

대비도면에서, 스펙트럼 선택성 반사 코팅이 평판 기판(3) 상에 이격되어 있는 도1b의 본 발명에 따른 스크린의 경우 그 스펙트럼별 반사도는, 코팅(2)이 구조화된 기판 상에 배치된 스펙트럼의 스펙트럼별 반사도보다 현저히 높다는 것을 명백히 알 수 있다. 이 결과는 평탄한 기판 상에 적층하고 그에 이어 홀로그래피 구조화된 필름을 이용하는 등에 의해 구조화하거나 코팅(2)의 반대편 기판면을 구조화하는 본 발명에 따라 구조화하는 것의 장점을 잘 보여주고 있다.

본 발명에 따른 방법에 의하면, 주어진 스크린의 산란비가 공간 선택성 반사층(1)을 형성하는 래커층이나 홀로그래피 구조화된 필름의 구조화를 간단히 변조함으로써 조절될 수 있으므로, 스크린의 각도특성을 필요에 따라 변경시킬 수 있다.

도3에는 공간 선택성 반사층(1)으로서 래커층을 갖는 본 발명에 따른 스크린들에 의한 반사의 각도의존성이 도시되어 있다. 각도의존성이 차이를 나타내는 것은 상이한 미세 구조화된 래커를 사용한 데에 기인한 것이다.

따라서 본 발명에 따르면, 평탄한 기판을 사용할 수 있기 때문에 높은 반사도가 얻어질 수 있을 뿐만 아니라, 래커층 내지는 필름의 구조화를 간단히 변조함으로써 필요에 따라 개별적으로 스크린의 각도특성을 조절할 수 있다.

도1과 관련하여 이미 설명한 바와 같이, 스펙트럼 선택성 코팅(2)는 원칙적으로 기판(3)의 상부나 하부에 존재할 수 있다. 그러나 스펙트럼 선택성 코팅(2)과 산란되는 표면(즉 래커층이나 필름의 구조) 간의 기하학적인 거리는 가능한 한 작은 것이 바람직하다. 산란면과 스펙트럼 선택성 코팅(2)을 너무 크게 이격시켜 두면, 화상을 샤프하게 하고 이중상이나 유령상의 형성을 유발시킬 수 있다.

예를 들어 도1a에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서는, 구조화된 래커층(1)이 스펙트럼 선택성 반사 코팅(2) 상에 적층된다. 이 경우, 코팅(2)의 형성시 래커의 광학적 특성을 고려하여, 스크린의 광학적 특성의 최적화를 도모할 수 있다. 예를 들어 래커의 화학적 조성을 조절하여 래커의 굴절률을 코팅의 특성에 맞추어 소위 지수조절을 달성할 수 있다.

도1a에 도시된 바와 같은 실시에에 따르면, 공간 선택성 반사층(1)의 하부에 스펙트럼 선택성 반사 코팅(2)이 배치되어 있고, 공간 선택성 반사층(1) 상에 부가적으로 경면방지를 위한 반사방지층(8)이 부가적으로 마련되어 있다. 이 반사방지층(8)을 마련함으로써 약 4% 정도에 달하는 반사층(1)의 표면에서의 고유 반사를 가능한 한 1%이하로 감소시킬 수 있다.

원칙적으로 반사방지층은 통상의 것을 사용할 수 있다. 적합한 반사방지층의 예로서는 TiO₂(11nm)-SiO₂(40nm)-TiO₂(110nm)-SiO₂(85nm)로 구성된 층시스템이 있다. 반사방지층은 예를 들어 진공적층법(증착이나 스퍼터링) 혹은 습식 화학적 적층법(졸-겔법)에 의해 스크린의 표면에 형성된다. 적절한 방법으로서는 마그네트론스퍼터링이나 전자빔증착을 들 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 공간 선택성 반사 스크린이 갖는 스펙트럼 선택성 코팅(2)은, 가능한 한 높은 콘트라스트외에도, 작은 층두께, 작은 수의 사용 층재료 및 작은 수의 개별층 등에 있어 최선의 타협안을 제공한다는 점을 고려할 때 최적화된 것이라 할 수 있다.

종래의 전술한 바와 같은 적층시스템은 규정된 각기 불연속적인 목표스펙트럼의 한계 하에서 각 층에 대한 재료의 선정, 각 층두께 및 층두께의 수를 결정하여 제조하였다. 여기서 제공되는 층시스템은 실제 사용에 적합한 콘트라스트를 제공하기는 하지만, 스크린에 요구되는 다른 특성들을 고려하지 않고 가능한한 최적화된 화상형성을 목적으로 하여 최적회되어 있다.

그러나 콘트라스트가 개선될 뿐만 아니라, 그 개선된 콘트라스트가, 전체 층시스템의 두께가 가능한 한 얇고 층의 수가 적은 상태에서 나타난다면 바람직할 것이다.

스크린은 소위 컬러-플롭현상을 억제하거나 적어도 가능한 한 폭넓게 억제하여야 한다. 컬러-플롭현상이란 시야각도의 변동에 의해 야기되는 색상발현의 변동을 의미한다. 그 원인은 가섭필터의 각도의존적 반사-전달률에 있다.

필요에 따라 스크린에 대해 추가의 경계조건들을 마련할 수 있다. 스크린이 기초요소들에 대해 가능한 한 균등한 피크높이를 가질 경우 색상중화를 개선할 가능성이 있다. 색상중화는 예를 들어 토사된 백색이 실제에도 백색으로 나타나고 예를 들어 적색 점선을 갖지 않는 것을 의미한다. 한편 본 발명에 따르면 각 프로젝터의 1차성분의 강도를 관련 스크린과 동등하게 함으로써 상당한 색상중화를 달성할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이 때 색상중화 l 조절을 위한 백색 균등화는 프로젝터에서 직접 수행되었지만, 스크린에서는 행하지 않았다. 이 경우에, 층두께가 균등할 경우, 1차성분의 피크치가 균둥한 스크린의 경우와 같이, 높은 콘트라스트가 얻어졌다. 인간의 눈에 매우 자극적인 녹색반사를 감소시킬 수 있는 가능성이 있다.

최적의 화상표현에 관심을 갖기 위해서는 인간의 눈에 대한 스펙트럼 민감성을 더욱 고려하여야 할 것이다.

층시스템은 특히 주어진 수의 층으로 전술한 특성을 고려한 최적의 프로파일을 제공한다.

공간 선택성 반사 스크린이 전술한 특성들을 얻기 위하여, 본 발명에 따른 스크린은, 불변의 미리 주어진 반사 스펙트럼에 대한 종래의 최적화 대신에, 색상매트릭스에 기초한 평가방법을 채용함으로써 달성되는 스펙트럼 선택성 반사 코팅을 바람직하게 사용한다.

여기서 색상매트릭스 평가는 최적화 화알고리듬과 조합되며, 이 최적화는 입력치로서 미리 주어지는 초기설계치를 전혀 필요로 하지 않으며, 그 입력치는 목표스펙트럼을 실질적으로 되돌려준다. 소위 유전학적 알고리듬이 특히 적합한 것으로 확인되었다. 유전학적 알고리듬은 그 자체 공지된 것으로서 예를 들어 하이스터만 J. “유전학적 알고리듬 - 진화적 최적화의 이론과 실제”(B. G.토이브너, 1994) 내지는 콜드버그, D. E.의 “dsurn, 최적화 미 기계학습에서의 유전학적 알고리듬”(애디슨-위슬리, 리딩, 1989)에 개시되어 있다. 간단히 개괄적으로 성취할 수 있는 이 알고리듬은 색상매트릭스와의 조합에 의해 최적 적층의 최적화에 응용될 수 있다.

이어서 스크린용 스펙트럼 선택성 반사 코팅의 최적화를 위한 유전학적 알고리듬을 도4의 플로우챠트를 참조하여 설명하기로 한다.

유전학적 알고리듬의 기능은 자연의 진화와 재결합에 의존하고 있다. 그 기본 개념은, 하나의 세대를 함께 형성하는 개체들의 수 중에서, 그들의 환경을 고려하여 최적의 특성을 가지는 개체들만이 새로운 세대를 창출하기 위해 선택된다는 것이다. 본 발명이 경우에는 자신의 층두께와 재료특성을 갖는 층구조가 하나의 개체라 할 수 있다. 층두께와 층재료와 같은 층구조의 파라미터는 유전자로 표현된다. 이 알고리듬은 먼저 임의의 재료와 층두께를 부여함으로써 개체의 집단을 생성한다(도4에서 “통계적 집단개체수”로 표시). 그런 다음 이들 개체는 평가되고 품질에 따라 분류된다. 이어서 재결합, 돌연변이, 평가 및 선택(더 나은 개체 즉 층의 선택)의 단계들로 이루어진 루프를 수행하며, 열등한 층은 대부분 배제된다. 최적에 이를 때 까지 이 루프를 반복적으로 수행함으로써 일반적으로 집단개체수의 품질의 개선과 절대적인 최선 개체들의 집단에 이를 수 있다. 표준적인 힐-크라이밍 알고리듬에 비해 이 유전학적 알고리듬의 장점은 실제 열등 개체들을 평행하게 함께 고려한다는 데 기초하고 있다는 것이며, 이들은 추가의 재결합에 의해 이후의 세대에서 새로운 탐색영역을 나타낼 수 있다. 이것은 개괄적 탐색용으로 매우 우수하다.

유전학적 알고리듬은 전술한 것들에 원칙적으로 적용할 수 있는 다양한 변화를 제공한다.

본 발명에 채용되는 스크린의 제조를 위하여 색상매트릭스적인 관점에 기초하여 평가 및 그에 따른 최적화가 수행되었다. 색상매트릭스에 기초하여 평가가 수행되었기 때문에, 불연속적인 목표 스펙트럼을 미리 제시하는 것을 생략할 수 있었다.

콘트라스트는 다음 식으로부터 산출된다.

여기서 Y는 표준색상치로서 반사 스펙트럼의 밝기에 대한 크기이다. k는 환경광에 비하여 1차성분의 해당 파장에 대해 스크린이 달성하는 콘트라스트이다.

알고리듬의 실행을 위해, 콘트라스트의 평가를 위한 식(1)을 변조하여 적용한다. 여기서의 실질적인 변경은 곱에 의해 합이 바뀌어졌다.

σ_R는 반사력의 표준편차이고 C는 경험인자이다. n은 일반적으로 3개의 1차성분에 대해 공히 3을 적용한다. 이 지수에 의하여 부가적으로 다른 값을 선택함으로써 반사된 밝기와 대응하는 콘트라스트 간의 계량을 가능하게 된다.

컬러-플롭현상의 최소화 내지는 제거를 위해, 응시각도의 변경에 의해 야기되는 반사강도의 변경이 프로젝션광의 모든 파장에 대해 동일하도록 설계된다. 이 알고리듬에 의한 평가를 위한 기초로서 개체(층구조)의 스펙트럼이 변경된 응시각도에 대해 산출되고, 반사강도의 변경도 1차성분의 파장에 대해 비교되며, 여기서 이 값의 표준편차가 사용되게 된다.

또한 필요시 화상의 색상중화 조절이 백색조정에 의해 수행된다. 즉 스크린에 의해 반사되는 1차성분(적, 녹, 청)의 파장 중 한 빛의 강도가 프로젝션으로부터 조사되는 대응하는 파장의 단색광 빛의 강도와 일치하도록 한다.

전술한 바와 같이, 유전학적 알고리듬을 이용하여 층구조의 평가를 수행함으로써, 불연속적인 반사 스펙트럼을 미리 정하여 제공할 필요 없이 콘트라스트를 향상시키고 동시에 컬러-플롭현상을 억제한다.

유전학적 알고리듬을 색상매트릭스에 기초한 평가와 조합함으로써, 명백히 개선된 콘트라스트와 함께 최적의 최소 총 층두께와 감소된 개별 층의 수를 달성한 스펙트럼 선택성 반사 코팅을 얻을 수 있다.

이에 의해 코팅은 예를 들어 총 층두께가 4.5㎛ 이하임에도 적어도 2.5의 콘트라스트를 달성할 수 있다.

도5에는 전술한 유전학적 알고리듬에 따라 채택된 스펙트럼 선택성 반사 코팅의 스펙트럼 결과가 개략적으로 도시되어 있다.

여기서 코팅은 저굴절률 및 고굴절률 유전 재료로 이루어진 층구조로 되어 있는 것으로 한다. 코팅은, 저굴절률 재료(n=1.46)로서 SiO₂ 를, 고굴절률 재료(n=2.05)로서 Si₃N₄ 를 가진 12개의 개별층으로 구성되어 있으며, 이들은 유리기판 상에 분리되어 있다.

층구조는 유유리기판으로부터 출발하여 상부를 향해 다음과 같다:

유리

이 코팅의 콘트라스트(k)는 3.55를 나타내었다.

스펙트럼 선택성 코팅 특히 저굴절률 및 고굴절률 유전 재료로 구성된 층시스템을 유전학적 알고리듬을 이용하여 개발하는 것에 대한 구체적인 설명은, Ch. 릭커스, M. 페르괼, C.-P. 클라게스의 “레이저 디스플레이 프로젝션 스크린에 사용할 스펙트럼 선택성 반사 코팅의 다자인 및 제조”(어플라이드 옵틱스, 밴드 41, Nr. 16, 2002년 6월)에 개시되어 있으며, 여기의 내용은 본 발명에 완전히 원용하는 것으로 한다.

콘트라스트를 향상시키기 위해서는 레이저파장의 영역에서 반사도가 높아야 하지만 그 외의 스펙트럼영역에서는 가능한한 반사도가 낮아야 하는 것이 중요하다는 점을 언급하여 둔다.

Claims (21)

1. 기판(3)과 스펙트럼 선택성 반사 코팅(2)을 가지는 콘트라스트 향상된 스크린에 있어서,

   적어도 하나의 공간 반사층(1)을 가지며, 상기 공간 반사층(1)은 경화성 래커로 이루어진 층과 홀로그래피 구조화된 필름 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 콘트라스트 향상된 스크린.
2. 제1항에 있어서,

   상기 공간 반사층(1)은 아크릴, 에폭시, 비닐에테르, 비치환 혹은 치환 스티롤로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 재료로 된 경화 층인 것을 특징으로 하는 콘트라스트 향상된 스크린.
3. 제2항에 있어서,

   상기 공간 반사층(1)은 아크릴을 기재로 한 경화 층인 것을 특징으로 하는 콘트라스트 향상된 스크린.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 공간 반사층(1)은 UV-경화 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 콘트라스트 향상된 스크린.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스펙트럼 선택성 코팅(2)은 2이상의 층으로 이루어진 층시스템이며, 층재료로서는 고굴절 재료와 저굴절 재료의 적어도 하나의 조합이 적용되는 것을 특징으로 하는 콘트라스트 향상된 스크린.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스펙트럼 선택성 코팅(2)은 콜레스테릭 폴리머로 이루어진 적어도 2개의 층으로 이루어진 층시스템인 것을 특징으로 하는 콘트라스트 향상된 스크린.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스펙트럼 선택성 코팅(2)은 필터두께에 걸쳐 연속적이면서 주기적으로 변조되는 굴절률을 갖는 필터시스템인 것을 특징으로 하는 콘트라스트 향상된 스크린.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스펙트럼 선택성 반사 코팅(2)은 콜레스테릭 폴리머층과 유전성 층의 조합인 것을 특징으로 하는 콘트라스트 향상된 스크린.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스펙트럼 선택성 반사 코팅(2)은 적어도 2.5의 콘트라스트와 4.5㎛ 이하의 총두께를 갖는 것을 특징으로 하는 콘트라스트 향상된 스크린.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 스펙트럼 선택성 반사 코팅(2)은 SiO₂/Si₃N₄ und Al₂O₃/Si₃N₄ 중에서 선택된 층시스템인 것을 특징으로 하는 콘트라스트 향상된 스크린.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 기판(3)의 재료는 투명재료와 불투명재료 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 콘트라스트 향상된 스크린.
12. 제11항에 있어서,

    상기 기판(3)의 재료는 가요성 재료와 경질 재료 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 콘트라스트 향상된 스크린.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 기판(3)은 평탄한 것을 특징으로 하는 콘트라스트 향상된 스크린.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

    홀로그래피 구조화된 필름이 상기 기판으로서 역할하는 것을 특징으로 하는 콘트라스트 향상된 스크린.
15. 스크린용 공간 선택성 반사층(1)으로서 경화성 래커층을 사용하는 것을 특징으로 하는 경화성 래커층의 용도.
16. 제15항에 있어서,

    상기 경화성 래커층은 전자파 경화성 혹은 UV경화성 래커로 이루어진 것을 특징으로 하는 경화성 래커층의 용도.
17. 제15항과 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 경화성 래커층은 아크릴, 에폭시, 비치환 혹은 치환 스티롤로 이루어진 그룹에서 선택된 재료를 기재로 한 경화성 래커로 이루어진 것을 특징으로 하는 경화성 래커층의 용도.
18. 제18항에 있어서,

    상기 경화성 래커층은 아크릴 기재의 재료로 된 것을 특징으로 하는 경화성 래커층의 용도.
19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 경화성 래커층은 UV-경화 래커로 이루어진 것을 특징으로 하는 경화성 래커층의 용도.
20. 스펙트럼 선택성 반사 코팅(2)을 갖는 스크린용 공간 선택성 반사층(1)으로서 홀로그래피 구조화된 필름을 사용하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피 구조화된 필름의 용도.
21. 스펙트럼 선택성 반사 코팅(2)을 갖는 스크린용 기판으로서 홀로그래피 구조화된 필름을 사용하는 것을 특징으로 하는 홀로그래피 구조화된 필름의 용도.