KR20080081867A - 가변 두께를 가지는 광 재배향 필름 - Google Patents

Abstract

광원 및 광 재배향 폴리머 필름을 포함하되, 상기 광 재배향 폴리머 필름은 상기 필름의 적어도 일 면 상에 구조화된 표면을 포함하고, 상기 구조화된 표면의 적어도 일부의 위에 폴리머 코팅을 지니며, 상기 코팅은 가변 두께를 나타내는 것을 특징으로 하는 디스플레이.

광 재배향 필름, 가변 두께

Description

가변 두께를 가지는 광 재배향 필름{Light Redirecting Film Having Variable Thickness}

본 발명은 폴리머 코팅을 포함하는 복수개의 표면 구조물들을 포함하는 광 재배향 폴리머 필름의 형성에 관한 것이며, 특히, LCD 디스플레이 장치들 내에서 광 에너지를 배향하기에 적합한 넓고 균일한 광 출력을 가진 광 재배향 필름에 관한 것이다.

광 재배향 필름들은 일반적으로 필름들을 통과하는 광을 재분배하는 얇은 투명한 광학 필름 또는 기판이어서, 필름으로부터 나오는 광의 분배가 필름들의 표면에 더 수직으로 안내되도록 한다. 일반적으로, 광 재배향 필름들은 필름들의 광 출력 표면 상에 정돈된 프리즘형 그루브(groove)들, 렌즈형 그루브들, 또는 피라미드들이 구비되며, 이는 필름들로부터 나오는 광선들에 대한 필름/공기 경계면의 각도를 변경시키고, 그루브들의 굴절 표면들에 수직한 평면 상에서 이동하는 입사광 분포의 성분들이 필름들의 표면에 더 수직한 방향으로 재분배되도록 유발시킨다. 이러한 광 재배향 필름들은, 예를 들어, 액정 디스플레이(LCD), 노트북 컴퓨터, 워드 프로세서, 항공 디스플레이, 휴대폰, PDA 등에서 휘도를 향상시켜 디스플레이들을 더 밝게 만들기 위하여 사용된다. 이전의 광 재배향 필름들은 광 재배향 필름이 액정 또는 다른 디스플레이와 함께 사용될 때 눈에 보이는 모아레(Moire) 패턴의 문제를 경험한다. 광 재배향 필름의 표면 요소들은 백라이트 어셈블리들에 사용되는 다른 광학 필름들, 도광판의 후면 상의 프린팅된 도트(dot)들 또는 3차원 요소들의 패턴, 또는 바람직하지 못한 효과인 모아레를 생성하는 디스플레이의 액정부 내의 픽셀(pixel) 패턴과 상호 작용한다. 모아레를 감소시키기 위한 당업계에 알려진 방법들은 광 재배향 필름들을 다이 컷(die cut)하여 렌즈형 배열이 시트의 어떠한 면에도 수직이지 않도록 한다. 이것은 렌즈형 배열이 다른 광 재배향 필름 또는 디스플레이 전자 장치에 대하여 일 각도를 가지도록 만든다. 또한, 사용되는 방법들은, 선형 배열을 따라 주기적으로 높이를 변경하기 위해서, 필름 상에서 선형 배열의 마주보는 면 상에 확산 레이어를 추가하기 위해서, 또는 선형 배열의 리지(ridge)들을 라운딩하기 위하여, 선형 배열 요소들의 폭에 의해 선형 배열을 랜덤화하는 것을 포함한다. 또한, 모아레를 감소시키기 위한 상기 기술들은 축상(on-axis) 휘도의 감소를 유발하거나, 모아레 문제를 적절히 해결하기에 효과적이지 않다. 모아레 및 축상 휘도는 관련되는 경향이 있고, 이는 높은 축상 게인을 가진 필름이 시스템에서 높은 모아레를 가질 것이라는 것을 의미한다. 충분한 축상 게인을 유지하는 동시에 모아레를 감소시킬 수 있는 것이 유리할 것이다.

더욱이, 액정 디스플레이 구성들의 숫자들과 비교해서 상대적으로 적은 수의 광 재배향 필름들이 존재한다. 각 디스플레이 구성은 원하는 출력을 충족하기 위해 선택되어졌다. 축상 게인, 시야각, 모아레 감소 및 총 광 출력의 양은 모두 상이한 구성들에서 상이한 필름들을 조합함에 의해 맞추어 졌다. 단지 소수의 상이한 광 재배향 표면 조직들만이 이용 가능하기 때문에, 시스템들 내에서 사용된 광 재배향 필름은 한정된다. 디스플레이 장치의 원하는 출력으로 주문 생산될 수 있었던 광 재배향 필름을 가지는 것이 바람직할 것이다.

일반적인 광 배향 필름들은 수직으로부터 40도와 90도 사이의 각도에서 조도(illumination)를 희생하여 높은 축상 조도를 제공한다. 이러한 고도의 축상 광 배향 필름들은 노트북 컴퓨터들 및 게임들과 같은 이동가능한 디스플레이 장치들에 유용하고, 여기서, 높은 축상 휘도가 배터리들에 대한 소비 전력을 줄이고 어떤 단계의 뷰잉 프라이버시(viewing privacy)를 제공한다. 공공의 시청으로 의도된 어떤 TV 및 모니터 적용들에 대하여, 넓은 범위의 시야각에 대한 높은 휘도가 이미지들 및 비디오의 일관된 시청을 허용한다. 넓은 범위의 시야각에 대한 높은 휘도를 제공할 수 있는 광 배향 필름을 가지는 것이 바람직할 것이다.

미국 특허 제5,919,551호 (코브 주니어 등)은 모아레 간섭 패턴들의 가시성을 감소시키기 위하여 가변 피치 피크들 및/또는 그루브들을 가진 선형 배열 필름을 청구한다. 피치 변화들은 인접한 피크들 및/또는 밸리(valley)들의 그룹들 또는 피크들 및/또는 밸리들의 인접한 쌍들 사이에 대하여 존재할 수 있다. 선형 배열 요소들의 이러한 변화하는 피치가 모아레를 감소시키는 동안에, 필름의 선형 요소들은 백라이트 광 가이드 및 디스플레이의 액정부 내부의 전자 장치 상의 도트 패턴과 여전히 상호 작용한다.

미국 특허 제6,354,709호는 그것의 리지 라인을 따라 높이가 변화하는 선형 배열을 가진 필름을 개시하고, 또한 리지 라인은 나란히 이동한다. 필름이 광을 재배향하고, 리지 라인을 따라 그것의 변화하는 높이가 모아레을 약간 감소시키는 반면에, 상대적으로 높은 축상 게인을 상대적으로 유지하는 동시에, 시스템에서 사용될 때 필름의 모아레를 상당히 감소시키는 필름을 가지는 것이 바람직할 것이다.

미국 특허 공개 제2001/0053075호 (파커 등)는 LCD 장치 내에서 높은 축상 게인을 생성하기 위하여 광의 재배향을 위한 개별적인 표면 구조물들의 사용을 개시한다.

미국 특허 제6,721,102호 (보우델라이스 등)는 복합 렌즈를 가지고 형성된 가시적인 광 디퓨저(diffuser)를 설명한다. 미국 제6,721,102에서 개시된 복합 폴리머 렌즈들은 낮은 종횡비 폴리머 베이스 렌즈들의 표면 상에 마이크로미터 크기인 폴리머 렌즈들을 추가함에 의해 생성된다. 큰 렌즈들에 대한 더 작은 렌즈들의 비율은 2:1 내지 30:1 이다. 미국 특허 제6,721,102에서 개시된 디퓨져는 광원들, 특히, LCD 백라이트원들을 발산하기에 유용하다.

미국 특허 제6,583,936호 (캐민스카이 등)은 광 폴리머 확산 렌즈들의 마이크로-복제(micro-replication)를 위한 패터닝된 롤러를 개시한다. 패터닝된 롤러는 첫째로 다중의 크기를 가진 입자들로 롤러를 비드 블래스팅(bead blasting)하고, 이어지는 마이크로-노듈(micro-nodule)들을 생성하는 크로밍(chroming) 공정에 의해 생성된다. 롤러를 위한 제조 방법은 입사 광 에너지를 확산시키는 것으로 의도되는 광 확산 렌즈들에 매우 적합하다.

미국 특허 공개 제2005/00247554호 (에프스테인 등)는 랜덤 스캐터링(random scattering)을 생성하기 위해 바람직하게는 2와 5 마이크로미터 사이의 직경을 가지는 폴리머 비드들을 포함하는 매트릭스 폴리머로 코팅된 표면 구조물들을 개시한다.

미국 특허 공개 제2005/0047112호 (첸 등)는 도광판의 표면 상에 형성된 프리즘들을 가진 도광판을 개시한다. 프리즘의 표면은 전달된 광을 산란시키기 위해서 티타늄 디옥사이드(titanium dioxide), 실리콘 디옥사이드(silicone dioxide) 또는 알루미늄 옥사이드(aluminum oxide)로 구성된 코팅된 무기 나노 입자 레이어를 포함한다.

미국 특허 공개 제2005/0140860호 (오르크자크)는 제 2 표면 구조물에 의해 조정되는 제 1 표면 구조물 기능에 의해 정의된 광학 필름을 개시하여, 제 1 표면은 필름 상에 입사하는 광을 확산시키도록 작용하고, 제 2 표면은 또한 입사 광을 확산시키기 위하여 기능하도록 한다.

미국 특허 공개 제2005/0174646 호(코완 등)는 반사 디퓨저를 개시하며, 이는 특별한 각도 범위들로 입가광을 전달 또는 반사한다.

미국 특허 공개 제2002/0044351호(닐슨)는 광을 편광시키기 위한 광 전달 억제 표면으로 부분적으로 덮인 서브-파장 미세구조물들을 포함하는 폴라라이저를 개시한다. 억제 표면은 또한 메탈라이징된(metalized) 코팅과 같은 반사 표면을 포함할 수도 있다.

미국 특허 번호 제6,077,560호(모쉐레프자테흐 등)는 마스크의 사용 없이 구조화된 기판을 선택적으로 프린팅하는 방법을 개시한다. 방법은 구조화된 표면이 덮여지도록 필러(filler) 물질로 구조화된 표면을 코팅하는 것을 포함한다.

미국 특허 공개 제2004/0012570호(크로스 등)는 전기 전도성 레이어로 균일하게 코팅된 미세구조화된 표면을 포함하는 저항력 있는 터치 스크린을 개시한다.

국제공개 제98/50806호는 입사 광의 광학 게인을 증가시키기 위하여, 라운딩된 프리즘 구조물 및 관 산란 돌출부들을 포함하는 휘도 향상 물체를 개시한다. 국제 공개 제98/50806호에서 설명된 산란 돌출부들은 인접한 표면들의 불필요한 마모를 유발시키는 경향이 있고, 라운딩된 프리즘은 스크래칭하여 불필요한 표면 결함들을 야기시키는 경향이 있다.

넓은 범위의 시야각들에 대하여 높은 휘도를 제공하는 광 재배향 필름을 제공하고자 하는 필요성이 존재한다.

본 발명은 광원 및 광 재배향 폴리머 필름을 제공하되, 상기 광 재배향 폴리머 필름은 상기 필름의 적어도 일 면 상에 구조화된 표면을 포함하고, 상기 구조화된 표면의 적어도 일부의 위에 폴리머 코팅을 지니며, 상기 코팅은 가변 두께를 나타낸다. 본 발명은 또한 (a) 표면 구조물들 및 (b) 상기 표면 구조물들 위에 위치된 바인더 및 마이크로비드들을 포함하는 폴리머 코팅을 지니는 광 출구 표면을 포함하되, 광 재배향 필름은 적어도 1.20의 광학 게인을 가지는 광 재배향 필름을 제공한다.

본 발명은 넓은 범위의 시야각들에 대하여 높은 휘도를 가지는 광 재배향 필름을 포함하는 광학 장치를 제공한다.

본 발명은 현재의 광 재배향 필름들과 비교하여 수많은 장점들을 가진다. 본 발명은 시야각의 넓은 범위에 걸쳐서 높은 레벨들의 휘도를 제공한다. 높은 휘도 및 넓은 시야각들의 조합은 LCD TV 및 모니터 시장에 매우 적합하다. 높은 휘도는 LCD 백라이트 에너지의 효율적인 사용을 허용하고 넓은 시야각들은 일반적인 모니 터들 및 TV 제품들의 시야각들의 넓은 범위에 걸쳐서 LCD 화상의 균일한 휘도 조차도, 보증한다. 더욱이, 필름은 종래 기술의 광 배향 필름들과 비교하여 더 부드러운 각도의 컷-오프(cut-off)를 제공한다. 종래 기술의 광 배향 필름들은 약간의 각도들에 걸쳐서 극적으로 변경시키기 위하여 조도(illumination)를 야기하는 거친(hard) 각도의 컷-오프를 가진다. 이 거친 각도의 컷-오프는 랩탑 컴퓨터들과 같은 개인용 시청 장치들을 위하여 받아들여질 수 있거나 바람직한 반면에, 거친 각도의 컷-오프는 TV 및 공공 시청 모니터들과 같은 더 큰 각도들에 걸쳐서 보여질 수 있는 LCD 장치들을 위한 화상 품질에서 감소를 야기한다.

표면 구조물들의 표면에 부착된 접착성 비드(bead)들은 종래 기술의 광배향 필름들과 비교된 광 재배향 필름을 통하여 지나기 위하여 더 많은 입사광을 허용한다. 표면 구조물들의 표면에 부착된 접착성 비드들은 광 재배향 필름에서 내부 전반사(total internal reflection)의 양을 "방해하거나" 감소시키는 것이 발견되어 왔다. 광 재배향 필름의 내부 전반사의 방해물(frustration)은 폴리머 코팅없이 동일한 광 재배향 필름과 비교된 5% 와 14% 사이의 더 높은 광 출력을 유발한다.

필름의 개별적인 표면 구조물들 및 필름 상의 위치는 현저하게 모아레(Moire)를 감소시키는 동시에 상대적으로 높은 축상을 게인을 생성하는 축상 게인과 모아레 감소 사이에 타협점의 균형을 이룬다. 점들 또는 선들의 두 개 이상의 규칙적인 세트들(regular sets)이 겹쳐질 때, 모아레 패턴들이 유발한다. 그것은 상호작용하는 두 개의 패턴들에 의존하는 주파수, 반복하는 선들 또는 형상들 및 선 크기의 패턴을 유발한다. LCD 디스플레이와 같은 디스플레이 장치에서, 그것들 이 디스플레이된 정보 또는 화상의 품질을 간섭함에 따라 LCD 장치들의 시청자(viewer)에 의해 관찰될 수 있는 모아레 패턴들은 받아들여질 수 없다. 본 발명의 광 재배향 필름은 축상 게인의 양을 유지하는 동시에 종래 기술의 광 재배향 필름들과 비교하여 모아레를 감소시킨다. 폴리머 코팅 및 개별적인 요소들의 형상 분포들 및 크기는 각각 디스플레이 또는 시청 제품을 위하여 커스터마이징될(customized) 수 있다.

더욱이, 본 발명의 광 재배향 필름은 좀 더 효율적으로 광을 재배향하기 위하여, 도광판의 광 출력 및 광원에 커스터마이징될 수 있다. 개별적인 표면 구조물들은 가장 효율적으로 필름을 들어오게 하는 광을 처리하기 위하여 필름 표면 전체에 사용되기 위하여 상이한 크기, 형상 또는 배향의 상이한 개별적인 표면 구조물들을 허용하여, 디자인 파라미터들에서 필름을 매우 유연하게 만든다. 예를 들어, 각도의 함수로써 광 출력이 도광판 상의 모든 점들에 알려졌다면, 상이한 형상들, 크기들 또는 배향을 갖는 개별적인 표면 구조물들을 사용하는 광 재배향 필름은 도광판을 빠져나가는 광을 효율적으로 처리하기 위하여 디자인될 수 있다.

두 개의 반사 표면들(예를 들어 액정 디스플레이에서 광 배향 필름들 또는 다른 광학 필름들)은 거리가 광의 파장에 가까워지기 시작하는 상호 간에 충분하게 근접할 때 뉴톤 링들(Newton rings)이 발생한다. 포톤(photon)들은 두 개의 표면들 사이에서 반사할 뿐만 아니라, 그것을 통하여 지나고, 간섭 효과들을 생성한다. 뉴톤 링들은 액정 디스플레이를 통하여 시청자에게 바람직하지 않다. 본 발명의 필름은 광 배향 필름 상의 다른 요소들 위에 연장된 개별적인 요소들의 비율을 가짐으 로써 뉴톤 링들을 감소시킨다.

본 발명의 필름은 단지 하나의 사이징된(sized) 요소를 가진 광 재배향 필름보다 다수의 사이징된 요소들을 갖는 더 큰 효율적인 피치(pitch)를 가진다. 더 큰 효율적인 피치를 갖는 것은 필름이 동일한 크기 영역(land)를 갖는 더 오버랩핑된(overlapped) 필름보다 더 높은 축상 게인을 가질 수 있거나, 제조 공차(manufacturing tolerance)가 줄어들 수 있어 영역이 더 오버랩핑된 필름으로써 동일한 축상 성능을 가지기 위하여 더 커질 수 있다는 것을 의미한다. 제조 공차를 줄이는 것은 필름 제조의 생산성을 증가시킬 수 있다.

본 발명은 스트래칭 및 마모에 저항하고 UV 경화된 폴리아크릴레이트(polyacrylate)로부터 구조화된(constructed) 다른 종래 기술의 미세한 광 재배향 필름들과 비교하여 기계적으로 더 내구성 있는 것을 보여주는 베이스 시트 및 바인더(binder)를위한 폴리머들을 사용한다. 더욱이, 구조화된 표면의 출력을 변경하는 폴리머 코팅은 일반적으로 보호 구조화된 표면의 밸리 영역들 내에서 존재한다. 표면 구조물은 밸리 영역들에서 코팅을 보호하기 때문에 폴리머 코팅은 LCD 디스플레이 시스템의 일반적인 스크래칭, 마모 및 취급 손상으로부터 보호된다.

본 발명은 강력한(robust) 광학 출력 신호를 제공하기 위하여 폴리머 제제(polymer formulation) 및 코팅 기술의 조합을 사용한다. 코팅 공정 및 폴리머 물질들은 모두 자연적이고 통계적으로 보통의 가변성(variability)을 경험하기 때문에 본 발명의 출력 광학 신호의 가변성은 비교에서 작다. 이는 본 발명 물질들을 정밀 폴리머 광 재-배향 렌즈들와 관련된 많은 공정 변수들의 제어의 상이한 공정 과 비교하여 더 손쉽게 제조되는 것을 허용한다. 게다가, 더 낮은 광학 출력 신호 가변성은 높은 품질, 높은 선명도(definition) TV 신호들에 일관되는(consistent) 정밀 디스플레이 장치, 청색광 입력 또는 게이밍 그래픽들(gaming graphics)을 유발한다.

본 발명의 실시예들은 또한 낮은 마찰 표면의 계수, 감소된 유전율, 마모 저항성, 증가된 강성(stiffness), 더 낮아진 스캐터링(scattering), 향상된 모아레, 더 높은 광 출력, 향상된 기계적인 인성(toughness) 및 향상된 착색을 제공할 수도 있다. 이들 및 다른 장점들은 하기의 상세한 설명으로부터 명백할 수 있을 것이다.

여기에서 사용된대로, "투명한(transparent)"는 현저한 편향(deviation) 또는 흡수 없이 레이디에이션(radiation)를 지나게 하는 능력을 의미한다. 본 발명을 위한, "투명한(transparent)" 물질은 90%보다 큰 스펙트럼 전달을 가지는 물질로 정의된다. "광(light)"라는 용어는 가시광을 의미한다. 용어 "플리머 필름(polymetic film)"은 폴리머들을 포함한 필름을 의미한다. 용어 "폴리머(polyer)"는 호모-폴리머들(homopolyers), 블락 코-폴리머들(block co-polymers), 코-폴리머들(co-polymers) 및 폴리머 블렌드들(polymer blends)을 의미한다. 여기에서 사용된 대로, 용어 마이크로비드(microbead)는 0.1부터 30 마이크로미터의 직경 또는 주된 축을 가지는 단면에서 원형 내지 타원형의 비드(bead)를 의미한다.

광학 필름에 관하여, 개별적인 표면 구조물들은, 광학 필름에서 돌기들(projections) 또는 함몰(depressions)일 수 있는 잘-정의된 형상의 요소들을 의 미한다. 개별 표면 구조물들은 광학 필름의 길이 및 폭에 비하여 작다. 용어 "구부러진 표면(curved surface)"은 적어도 하나의 평면에서 굴곡(curvature)을 가지는 필름 상의 삼 차원을 요소를 나타내기 위하여 사용된다. "쐐기형 요소들(wedge shaped elements)"은 하나 이상의 경사진 표면을 포함하는 요소를 나타내기 위하여 사용되고, 이들 표면들은 평평하고 구부러진 표면들의 조합일 수 있다. 용어 "표면 구조물들(surface structures)"은 폴리머 필름 상의 표면 상에 존재하는 잘 정의되고, 의도된(purposeful) 구조물을 나타내기 위하여 사용된다. "표면 구조물들(Surface structures)"은 측정가능한 크기를 가지고, 폴리머 필름의 표면을 들어가는 및/또는 빠져나가는 광 에너지를 변경하기 위하여 사용된다. 용어 "광 입구 표면(light entry surface)"은 광 에너지가 들어가는 광학 필름의 표면을 나타내기 위하여 사용된다. 액정 디스플레이 장치에서, 광 입구 표면은 조도 광원을 대면하는 면이다. 용어 "광 출구 표면(light exit surface)"은 광이 빠져나가는 광학 필름의 표면을 나타내기 위하여 사용된다. 액정 디스플레이 장치에서, 광 출구 표면은 액정 셀들을 대면하는 면이다.

용어 "광학 필름(optical film)"은 전달된 입사 광의 본질(nature)을 변경하는 얇은 폴리머 필름을 나타내기 위하여 사용된다. 예를 들어, 재배향 광학 필름은 1.0보다 큰 광학 게인(출력/입력)을 제공한다. 광 매니지먼트 물질의 광학 게인(OG)은 참조 입력 루미넌스에 의해 나누어진 광 매니지먼트 물질의 루미넌스로써 정의된다. 광 분포들이 드물게 등방성으로 주어진다면, 이 비율은 일반적으로 특정 각도의 좌표(coordinate; 쎄타 및 파이)들에 대하여 계산된다. 두 개의 단면 그래 프들을 작성함(plotting)으로써 이들 비율들의 서브세트(subset)들을 나타내는 것은 당업계에서 종래의 것이다: 쎄다는 -80부터 +80도까지 지속적으로 변경하는 동시에, 파이가 0에서 하나 및 파이가 90에서 다른 이다. "축상 게인(on-axis gain)"은 입력 광 세기에 의해 나누어진, 필름 평면에 수직인 출력 광 세기로써 정의된다. "축상 광학 게인 손실(on-axis optical gain loss)"은 주어진 참조 물질에 대하여 관찰된 광학 게인에서 감소를 의미한다. 프랙션(fraction)으로써 표현될 때, 그것은 참조 물질 광학 게인에 의해 나누어진 이익(interest)의 샘플에 대한 광학 게인이다. 퍼센트로써 표현될 때, 그것은 참조 물질에 대한 광학 게인의 퍼센트 손실이다. "재배향(Redirecting)"은 입사광 에너지 상의 방향을 변경하기 위하여 광학 필름의 광학 특성으로써 정의된다.

용어 평균 거칠기 또는 Ra는 폴리머 코팅에서 비드들 사이의 밸리 높이까지의 평균 피크를 의미하고, 프로필로미터(profilometer)에 의해 측정되고, 결과는 마이크로미터로 표현된다. 용어 Ra는 광학 요소의 표면 영역 상 또는 주어진 영역의 평균 거칠기를 특정하기(characterize) 위하여 사용된다.

용어 광학 필름들은 양의 프로파일(positive profile)을 가지는 기판의 표면 상의 표면 구조물들을 의미한다. 표면 구조물들은 재배향 또는 확산 또는 입사광의 터닝과 같은 지정된 광학 기능을 수행하는 요소들이다. 용어 광 재배향 필름은 원하는 출력으로 입사광의 재배향의 기능을 수행하는 얇은 필름이다. 재배향은 스펙트럼 또는 확산 중 어느 하나일 수 있다. 재배향 필름들의 예들은 터닝 필름들, 확산 필름들 및 역-반사(retro-reflective) 필름들을 포함하나 한정하는 것은 아니 다.

용어 폴리머 코팅은 광학 요소의 광 출력을 더욱이 변경하는 광학 활성층을 의미한다. 폴리머 코팅은 표면 구조물의 표면에 부착된다.

용어 폴리머 코팅은 광학 요소의 광 출력을 더욱이 변경하는 광학 활성층을 의미한다. 폴리머 코팅은 원하는 표면 구조물의 표면에 부착된다. 용어 가변 두께는 코팅된 표면 상에서 위치의 기능으로써 건조 코팅 두께에서의 변경을 의미한다. 가변 코팅 두께의 매그니튜드(magnitude)는 코팅된 폴리머들에서 일반적으로 교차하는 제조 가변성을 초과한다.

LCD TV와 같은 디스플레이 장치에서 넓은 각도의 시야 및 높은 휘도를 갖는 광 재배향 필름을 달성하기 위하여, 광원 및 필름의 적어도 하나의 면 상에 구조화된 표면을 포함하고 코팅이 가변 두께를 보여준다는 점에서 구조화된 표면의 적어도 부분에 걸쳐서 폴리머 코팅을 견디는 광 재배향 폴리머 필름을 포함하는 광 재배향 필름이 바람직하다. 표면 구조물들의 노출된 표면 영역에 폴리머 코팅을 제공함으로써, 표면 구조물의 광학 출력은 원하는 광학 출력을 제공하기 위하여 변경된다. 폴리머 코팅은 광학 출력을 변경하는 근원적인 표면 구조물의 형상(geometry)을 변경한다. 코팅을 제공하는 것은 액정 디스플레이 장치들과 같은 디스플레이 장치에 공통인 표면 구조물들을 회전시키는 정밀 롤을 제공하기 위하여 사용된 비싼 복제 롤러들을 사용하는 필요를 피하는 근원적인 표면의 광학 특성들의 신속한 변경을 구현한다. 게다가, 폴리머 코팅들을 갖지 않는 광학 구조물들과 비교하여 좀 더 강력하고 스크래칭 및 마모 표면을 제공하는, 폴리머 코팅은 근원 적인(underlying) 표면 구조물에 중요한 레벨의 보호를 제공하는 것이 발견되어 왔다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 폴리머 필름은 바람직하게 폴리머 필름의 양면들 상에서 표면 구조물을 가진다. 양면들 상에 존재하는 표면 구조물은 디스플레이 장치들의 효율성을 향상시키는 목적들을 위한 입력 광 에너지를 변경하기 위하여 추가적인 기회를 제공한다. 게다가, 폴리머 필름의 양면들 상에 표면 구조물을 갖는 폴리머 필름은 마모 및 뉴턴 링들을 감소시키는 웨트-아웃된 바람직하지않은 마주하는 필름들에서 감소를 제공하는 것을 도시하여 왔다. 표면 구조물 쌍들의 예들은 광 확산 구조물에 의해 반대된 광 터닝 구조체 또는 광 재배향 구조체에 의해 반대된 하나의 면 상에 확산 구조물을 포함한다.

다른 바람직한 실시예에서, 폴리머 코팅의 최대 두께는 0.7 과 5.0 마이크로미터 사이이다. 0.6 마이크로미터 아래에서, 표면 형상의 거의 없는 변경은 달성되고 비용이 납득되지 않는다. 6.0 마이크로미터 위에서, 코팅은 바람직한 표면 구조물들의 크기와 비교하여 두껍고 건조하기에 어렵다.

바람직한 실시예에서, 가변 두께는 최대 두께의 적어도 50%의 범위를 가진다. 예를 들어, 만약 최대 두께가 4.0 마이크로미터이면, 이어서 가변 두께는 바람직하게는 적어도 2.0마이크로미터의 범위를 가질 것이다. 가변 두께층과 함께 광 재배향 표면 구조물들을 커버링함(covering)으로써, 입사광 에너지는 가변 폴리머 코팅없이 동일한 재배향 매크로구조물과 비교하여 더 넓은 각도에 걸쳐서 재배향된다. 더욱이, 각도 휘도 컷-오프는 가변 폴리머 코팅없이 동일한 재배향 매크로구조 물과 비교하여 더 부드럽고 덜 가파르다(abrupt). 게다가, 가변 폴리머 코팅은 광학 필름에서 작은 표면적인 결함들을 감추고, 가변 폴리머 코팅없이 광 재배향 표면 구조물과 비교하여 시청자 시각으로부터 백라이트 패턴을 더 많이 흐리게 하는(obscure) 가변 폴리머 코팅없이 광 재배향 표면 구조물과 비교하여 모아레에서 감소를 제공하는 것이 보여져 왔다.

축상 휘도 및 루미넌스 각도들은 LCD TV의 시야 품질 및 현재의 LCD TV 양식(modality)들의 콘트라스트(contrast) 비율에서 중요한 결정 인자들이다. 축상 휘도가 증가하는 것은 콘트라스트 비율을 향상시키기 위하여 보여져 왔던 반면에, 각도의 휘도 컷-오프는 거칠다. 본 발명은 부드러운 각도의 컷-오프 및 LCD 모니터들 및 TV와 같은 공공 디스플레이 장치들에 뛰어난 화상 품질을 제공하는 매우-향상된 광의 각도 분포를 제공하는 동시에 높은 축상 휘도의 특이한 조합을 제공한다.

비록 현재의 TC06 표준은 그것들이 300nit(50%의 가장 밝은 세트들) 만큼 낮을 수 있는 상태에 있을지라도, 현재의 LCD TV들은 일반적으로 400 내지 600 nit(㏅/㎡) 사이의 축상 피크 루미넌스를 가진다. 더 밝은 그림들은 일반적으로 더 높은 인지된 화상 품질과 관련된 것이라는 것이 잘 알려진다. 이 정보가 주어진다면, 침실들에 위치된 텔레비전들과 같은, 하나 또는 둘의 시청자들에 의해 두드러지게 사용될 제품들을 위한, 그것은 본 발명은 겨우 10%의 축상 게인 감소를 가지거나, 확실치 않게(equivocal), 참조 물질(예를 들어, 프리즘 필름)의 적어도 90%인 축상 게인 값을 가진다. 이는 축상에서 최적의 화상 품질을 유지하는 동시에, 장치의 배치 및 시청자의 위치에서 약간의 유연성을 허용한다.

콘라스트 비율과 같은 많은 메트릭들(metrics)은 축외 90도까지 인용되는 반면에, 최근 연구들은 화상 품질들이 관련된 한도에서는, 가로 스캔 방향으로 축외 60도는 디스플레이 시야에 대해 더 상대적인 한정이라는 것이 보여져 왔다. 디스플레이 시야 특성들의 결과로써 세로 방향 시야각 한도는 가로 방향 시야 한도보다 덜 중요하다. 많아야 10%의 축상 게인 감소가 주어진다면, 적어도 30%(또는 확실치 않게 참조 물질 값의 130%), 상응하는 축외 게인 향상이 가로 스캔 방향으로의 60도에서 바람직하다. 40도인, 세로 스캔 방향으로의 향상은 유사하게 바람직하다.

게다가, 루미넌스에서 급격한 변경들이 회피되어, 시야 경험은 시야 위치에서 특히 가로 스캔 방향에서, 작은 변경들과 철저하게 변경되지 않는다. 따라서, 게인 커브(gain curve)의 1차 도함수(derivative)는 바람직하게는 가로 스캔 방향으로 0.08 ㏅/㎡/degree를 넘지 못하고, 60도의 최대각도를 벗어난다. 바람직하게는 게인 커브의 1차 도함수는 세로 스캔 방향으로 0.08 ㏅/㎡/degree를 넘지 못하고, 40도의 최대각도를 벗어난다.

도 5, 커브((501)는, 산업에서 현재 사용되는 시준 필름(프리즘)을 위한 광학 필름에 대한 시야각 관계를 도시한다. 커브(502)는 본 발명의 대표 예이다. 광학 필름의 이 형태의 세로 스캔 방향(-80<쎄타<80, 파이=0) 및 가로 스캔 방향(-80<쎄타<80, 파이=90)에 대한 커브들은 일반적으로 중앙점(쎄타=0, 파이=0, 90)에 관해 대칭이다. 과다한 정보의 양을 제한하기 위하여, 도 5에서 그것과 같은 광학 게인 커브들에 사용된 종래 기술은 X축 상에서 -80 내지 0도는 가로 스캔 정보를 나타내고; x축 상에서 0 내지 80도는 세로 스캔 정보를 나타낸다.

커브(501)는 축상 시야가 주된 관찰자 모드이나 가로 및 세로 스캔 방향 모두에서 매우 가파른(높은 1차 도함수 값들) 루미넌스 게인 감소를 겪는 제품들에 대한 바람직한 특징적인 높은 축상 게인을 가진다. 그것은 바람직하지않게 가로 스캔 방향으로 +/- 60도에서 및 세로 스캔 방향으로 +/- 40에서 낮은 축외 게인 값들을 가진다. 본 발명의 예에서, 커브(502)는, 더 낮은 축상 게인 위치를 가지나, 훨씬 더 천천히 이동하는 축외를 감소시키고, 세로 스캔 방향으로 +/-60도에서 및 가로 스캔 방향으로 +/-40도에서 축외 게인 값들을 향상시킨다. 커브(502)는 작고, 친밀한 시청자들의 시야 습성들에 적합한, 축상 게인과 축외 게인 향상들 사이의 바람직한 균형을 예시한다.

커브들(501, 502)의 1차 도함수는, 도 6에 도시된, 도 5에 개시된 대로 종래 기술과 동일한 X-축을 사용하는, 각각 커브들(601, 602)이다. 도 6은 본 발명이 일반적인 프리즘 시준 필름보다, 가로 방향으로(+/- 60도) 및 세로 방향으로(+/- 40도) 모두, 시야각와 함께 훨씬 더 천천히 변경하는 루미넌스 게인을 가지는 것을 개시한다.

광학 게인에 대한 시야각 커브들의 바람직한 특성들은 하기에 약술된대로 파라미터들에 의해 나타내어질 수 있다:

1) 축상 화상 품질의 손실을 최소화하기 위하여, 코팅되지않은 참조 필름에 대한 광학 게인들은 바람직하게는 적어도 90%이다.(점 504, 도 5)

2) 축외 루미넌스를 현저하게 향상시키기 위하여, 가로 스캔 방향으로의 60 도 및 세로 스캔 방향으로의 40도에서 축외 게인 향상은 바람직하게는 적어도 참조 필름의 130%이다.(개별적으로 점 503 및 점 505)

3) 각도 위치의 작은 변경의 결과로써 인지된 루미넌스 손실을 최소화하기 위하여, 각도의 함수로써 루미넌스 게인에서의 변경은 바람직하게 각각 가로 및 세로 스캔 방향으로 단지 0.08㏅/㎡/도 및 0.08 ㏅/㎡/도, 가로 스캔 방향으로 축 외 +/- 60도 및 세로 스캔 방향으로 축 외 +/- 40도로 벗어나는 것이다.

가변 두께 코팅을 위한 바람직한 폴리머들은 당업계에서 잘 알려진 기술들을 사용하여 코팅될 수 있는 폴리머들이다. 더욱이, 바람직한 폴리머는 물 밖에서 코팅될 수 있는 하나이고, 투명하고, 상대적으로 낮은 유전율을 가지고, 건조된 때 필름을 형성하고 표면 구조체들에 잘 부착한다. 바람직한 폴리머들은 폴리우레탄, 폴리비닐 알코올, PVP, 젤라틴 및 아크릴을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 폴리머 코팅은 패턴에서 표면 구조물들의 표면에 존재한다. 패턴-와이즈(pattern-wise) 가변 두께 코팅은 상호 간으로부터 폴리머의 영역을 광학적으로 구분하기 위하여 수단들을 제공한다. 바람직한 패턴들의 예들은 필름 대각선을 따라 필름의 광학 출력을 변경하기 위한 기울기들, 폭 및 길이, LCD 픽셀들에 배열된 스팟 패턴(spot pattern)들 또는 모아레 패턴들을 방해하거나 웨트-아웃된(wet-out) 필름을 감소시키기 위하여 상당히 작은 패턴들을 포함한다.

다른 바람직한 실시예에서, 폴리머 코팅은 패턴에서 표면 구조물 상에 존재한다. 표면 구조물의 표면 상에 가변 폴리머 코팅을 패터닝함(pattening)으로써, 각각 개별적인 표면 구조물의 출력은 광학 변경의 매우 작거나 세밀한 조절을 허용한다. 바람직한 패턴들의 예들은 스트라이프(stripe)들, 도트(dot)들 및 파동친 선(wiggled line)들을 포함한다.

다른 바람직한 실시예에서, 폴리머 코팅은 폴리머 코팅 사이의 굴절률 차이 및 0.02와 0.50 사이의 폴리머 비드들을 갖는 폴리머들 비드들을 더 포함한다. 표면 구조물의 면들 상에 작은 비드들을 제공함으로써, 바인더 매트릭스(binder matrix)에 포함된 비드들은 원치않는 스캐터(scatter)없이 각 루미넌스 커브의 경사를 감소시킨다. 바람직한 실시예에서, 마이크로비드들은 폴리머를 포함한다. 폴리머 비드들은 무기 비드들보다 덜 비싼 경향이 있고, 일반적으로 높은 광 전달을 가지고, 폴리우레탄과 같은 폴리머 바인더들과 함께 표면 구조물에 잘 부착된 것이 보여져 왔다. 바람직한 비드 물질들은 폴리스틸렌(polystyrene), PMMA, 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate) 및 에틸렌글리콜 디메탈크릴레이트(ethyleneglycol dimethacrylate)를 포함하나 한정하는 것은 아니다.

바람직한 실시예에서, 마이크로비드들은 실질적으로 원형이다. 원형 마이크롤 비드들은 뛰어난 입사광의 확산을 제공하기 위하여 발견되어져 왔고, 손쉽게 코팅될 수 있고, 다른 인접한 광학 구성요소들의 마모를 초래할 수 있는 날카로운(sharp) 각도의 프로파일들을 가지지 않는다.

다른 바람직한 실시예에서, 마이크로-비드들은 타원형이다. 타원형 마이크로비드들은 몇몇 표면 구조물들의 방향으로 배향되고 코팅 동안에 배향되기 위하여 보여져 왔다. 타원형 비드들은 또한 세로 및 가로 휘도의 독립적인 제어를 허용하 는 타원형 비드들의 주축을 할 수 있는 광 출력을 제공하기 위하여 보여져 왔다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 마이크로비드들은 두 개 이상의 크기 분포들에서 존재한다. 폴리머 코팅에서 포함된 비드들의 두 개 이상의 크기 분포들을 제공함으로써, 광의 출력은 더 원하는 출력으로 커스터마이징되고 미세-조정될(fine-tuned) 수 있다. 더욱이, 표면 구조물보다 더 큰 비드 크기를 제공함으로써, 큰 비드 분포는 가능한 마모, 뉴턴 링들 및 바람직하지 않은 광학 웨트-아웃을 감소시키는 인접한 광학 구성요소들 사이에서 광학 균형(stand-off)를 제공한다.

바람직한 실시예에서, 폴리머 코팅은 근원적인 표면 구조물의 전체적인 표면에 걸쳐서 연속적인 층을 형성한다. 근원적인 표면 구조물의 전체적인 표면의 연속적인 층의 형성은 마모 및 스크래칭에 대하여 근원적인 표면 구조물의 보호를 허용한다. 더욱이, 연속적인 층의 형성은 굴절율의 균일화, 원치않은 스캐터링의 감소를 허용한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 접착성 비드들은 바람직하게 구조화된 표면 영역의 20 과 80% 사이를 커버한다(cover). 표면 구조물의 표면을 부분적으로 커버링함으로써, 광 배향과 시야각 사이에서의 절충(compromise) 위치는 획득될 수 있다. 단지 표면 구조물의 일부를 커버링함으로써, 향상된 시야각을 제공하는 동시에, 광-재배향 형상(geometry)은 대개 유지될 수 있다. 예는 인접한 표면 구조체들의 경사진 면들 상에서 주로 존재하는 접착성 비드들이다. 코팅된 경사진 면들은 더 넓은 시야각을 제공하기 위하여 출구 광을 변경할 수 있는 동시에 구조체의 정점 각도 영역은 광 재배향을 위하여 유지될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 표면 구조물들은 바람직하게 입사 광 에너지를 시준하는 적어도 25 마이크로미터의 길이, 직경 및 다른 주된 치수를 가지는 구조물들이다. 본 발명의 일 실시예에서, 매크로구조물은 바람직하게는 프리즘을 포함한다. 프리즘 구조체들은 광의 효율적인 콜리메이터(collimator)들이 존재하는 것이 보여져 왔고 일반적으로 나노-노듈(nano-nodule)들을 포함하는 두 개의 경사진 표면들을 가진다. 프리즘의 포함 각도가 88과 92도 사이에 있을 때 광 시준은 일반적으로 최대화된다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 표면 구조물들은 능선(ridgeline)을 가지는 개별적인 표면 구조물들을 포함한다. 개별적인 표면 구조물은 모아레를 감소시키기 위하여 보여져 왔고 규칙적인 프리즘 구조물과 비교하여 휘도 균일성을 향상시킨다.

표면 구조물의 깊이들은 바람직하게는 10과 50 마이크로미터 사이에 있다. 구부러진 표면 구조물들의 깊이는 구부러진 표면 구조물들의 능으로부터 구부러진 표면 구조물들의 베이스까지 측정된다. 8 마이크로미터보다 작은 깊이는 낮은 축상 휘도를 갖는 광 재배향 필름을 야기한다. 55 마이크로미터보다 큰 깊이는 제조하기 위하여 상이하고 모아레 패턴을 생성하기 위하여 충분히 큰 구조체들을 포함한다.

바람직한 실시예에서, 표면 구조물들은 바람직하게는 20과 100 마이크로미터 사이의 폭을 가진다. 표면 구조물들이 130 마이크로미터보다 큰 폭을 가질 때, 그것들은 디스플레이의 품질을 떨어뜨리고, 시청자가 액정 디스플레이을 통하여 그것들을 볼 수 있게 하기 위하여 충분히 크다. 표면 구조물들이 12마이크로미터보다 작은 폭을 가질 때, 구조체의 능선 폭은 구조체의 폭의 더 큰 일부를 차지한다. 이 능선은 일반적으로 평평하게 되고(flattened) 표면 구조물의 여분의 특성들을 형성하는 동일한 광을 가지지 않는다. 이 증가는 표면 구조물들의 폭으로 능선의 폭의 양에서 광학 필름의 성능을 감소시킨다. 더욱 바람직하게는, 구부러진 표면 구조물들은 15와 60 마이크로미터 사이의 폭을 가진다. 이 범위가 특성들을 형성하는 좋은 광을 제공하고 디스플레이를 통하여 시청자에 의해 보여질 수 없는 것이 보여져 왔다. 디스플레이 장치 디자인에 사용된 특정한 폭은, 부분적으로, 액정 디스플레이의 픽셀 피치에 의존할 것이다. 요소 폭은 바람직하지않는 모아레 간섭을 최소화하는 것을 돕기 위하여 선택되어야 한다.

돌출하는 능을 따라 측정된 대로 표면 구조물의 길이는 바람직하게는 800과 3000 마이크로미터 사이이다. 긴 치수가 연장되는 대로 패턴은 일차원적이고 모아레 패턴은 발달할 수 있다. 패턴이 단축된 대로 스크린 게인은 감소되고 따라서 흥미있지 않다. 이 표면 구조물의 구부러진 표면의 길이의 범위는 원치않는 모아레 패턴들을 감소시키기 위하여 발견되어 왔고 동시에 높은 축상 휘도를 제공한다.

다른 바람직한 실시예에서, 돌출하는 능을 따라 측정된 대로 표면 구조물들은 바람직하게는 100과 600 마이크로미터 사이에 있다. 표면 구조물들의 긴 치수가 감소됨에 따라, 모아레 패턴들을 형성하기 위하는 경향 또한 감소된다. 이 표면 구조물들 길이의 범위는 축상 휘도를 제공하는 동시에 디스플레이 장치들에서 만난 원치않은 모아레 패턴들을 현저하게 감소시키는 것이 보여져 왔다.

본 발명의 표면 구조물들은 바람직하게는 겹쳐진다. 구부러진 표면 구조물들이 겹쳐짐으로써, 모아레의 유익한 감소는 관찰되었다. 바람직하게는, 본 발명의 구부러진 표면 구조물들은 무작위로 위치되고 상호 간에 평행하다. 이는 일반적으로 동일한 방향으로 배열되기 위하여 능들을 야기한다. 액정 백라이팅 시스템에서 사용될 때 필름이 더 높은 축상 게인을 생성하는 다른 것보다 하나의 방향에서 더 많이 시준하기 위하여 일반적으로 배향된 능선들을 가지는 것이 바람직하다. 구부러진 표면 구조물들은 바람직하게는 액정 디스플레이의 픽셀 간격과의 어떠한 간섭을 제거하기 위하여 이러한 방법에서 무작위화된다(randomized). 이 무작위화는 표면 구조물들의 크기, 형상, 위치, 깊이, 배향, 각도 또는 세기를 포함할 수 있다. 이는 모아레 및 유사한 효과들을 무의미하게 하기(defeat) 위하여 확산층들에 대한 필요를 제거한다.

표면 구조물들의 적어도 몇몇은 어떠한 단일 광학 요소를 위한 기계 공차들을 넘어서 평균적인 특성 값들을 획득하고 액정 디스플레이의 픽셀 간격과 함께 모아레 및 간섭 효과들을 무의미하게 하기 위하여 필름을 가로질러 변경하는 각각의 그룹핑(grouping)들을 위한 평균 크기 또는 형상 특성을 총괄하여 생성하는 상이한 크기 또는 형상 특성을 가지는 각각의 그룹핑들에서 적어도 몇몇의 표면 구조물과 함께, 필름의 출구 표면을 따라 그룹핑에서 배열될 수 있다. 게다가, 적어도 몇몇의 표면 구조물들은 두 개의 상이한 축들을 따라 광을 재배향하기 위하여 필름들의 능력을 커스터마이징하기 위한 상호 간에 대한 상이한 각도들에서 배향될 수 있다. 구조체들을 무작위화할 때 그것은 평면, 비면화된 표면 영역들을 피하기 위하여 필름들의 게인 성능에 중요하다.

본 발명의 일 실시예에서, 표면 구조물들은 바람직하게는 구조체의 가장 높 은 점에서 90도 포함각도를 나타내는 단면을 가진다. 90도 피크 각도는 광 재배향 필름을 위한 가장 높은 축상 휘도를 생성하는 것이 도시되어 왔다. 90도 각도는 그것에 몇몇 허용 범위(latitude)를 가지고, 88 내지 92도의 각도는 유사한 결과들을 생성하고 축상 휘도에서 거의 없는 것 내지 전혀 없는 손실로 사용될 수 있다는 것이 발견되어 왔다. 피크의 각도가 85도보다 작거나 95도 보다 클 때, 광 재배향 필름에 대한 축상 휘도는 감소한다. 포함 각도는 바람직하게는 90도이고 폭은 바람직하게는 15 내지 30 마이크로미터이기 때문에, 구부러진 쐐기 형상의 구조체들은 바람직하게는 7과 30 마이크로미터 사이의 구조체의 최대 능 높이를 가진다. 이 쐐기 형상의 요소들의 높이의 범위는 높은 축상 게인 및 모라에 감소를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 정점 폭은 바람직하게는 90보다 크고 130보다 작다. 90도 보다 크고 130도 보다 작은 정점 폭들은 88과 92도 사이의 정점 각도들보다 더 부드러운 컷-오프들을 제공하는 것이 발견되어져 왔다.

표면 구조물들은 10과 55 마이크로미터 사이의 평균 피치를 가진다. 평균 피치는 두 개의 인접한 구조체들의 가장 높은 점들 사이의 거리의 평균이다. 구조체들은 치수에서 변경되기 때문에 평균적인 피치는 구조체들의 폭보다 상이하고 그것은 필름 상에 패터닝되지않은(un-patterned) 영역이 없는 것을 확증하고 모아레를 감소시키기 위하여 필름의 표면 상에 겹쳐지고 교차하고 무작위로 배치된다. 패터닝되지않은 영역은 성능에서 감소를 인도하는, 쐐기 형상의 요소들로써 동일한 광학 성능을 가지고 있지 않기 때문에, 필름 상에서 0.1%보다 작은 패터닝되지않은 영역을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 폴리머 코팅은 정점 영역들과 비교하여 표면 구조물의 밸리 영역들에서 더 두껍다. 광 재배향 필름의 밸리 영역들에서 코팅 두께를 증가시킴으로써, 축외 게인에서의 향상들은 축상 게인에서 비교적 작은 손실들로 달성될 수 있는 것이 도시되어 왔다. 필름에서 모든 다른 영역들과 비교하여 밸리 영역들에서 적어도 75% 더 두꺼운 폴리머 코팅을 제공함으로써, 축외 게인에서 바람직한 향상 및 따라서 시야각의 확장(widening)이 획득되어질 수 있다는 것이 보여져 왔다. 정각(conformal) 또는 두께 차이를 가지지 않는 폴리머 코팅들은 축외 게인을 향상시키는 데 유용하지 않는 것이 발견되어 왔고 축외 게인에서 날카로운 하락(sharp drop)을 감소시키지 못한다. 바람직하게는 폴리머 코팅은 형성하고 근원적인 표면 구조물은 2와 25 마이크로미터 사이의 반경을 갖는 적어도 하나의 표면을 포함한다. 구부러진 표면은 구부러진 표면없이 동일한 표면과 비교하여 더 넓은 각도에 걸쳐서 광을 재배향하는 필름을 초래하는, 축외 게인에서 바람직한 증가 및 축외에서 날카로운 게인 감소를 제공하는 것이 도시되어 왔다.

다른 바람직한 실시예에서, 폴리머 코팅은 0.7과 2.0 마이크로미터 사이의 표면 거칠기(Ra)를 가진다. 폴리머 코팅에서 표면 거칠기는 전달된 광으로 확산 구성요소를 추가하는 것이 발견되어 왔다. 표면 거칠기는 작은 표면적인 결함들을 감추어져 왔고, 이것은 LCD 장치들의 사용자들에게 받아들여질 수 없는 것이다. 0.50 마이크로미터보다 작은 평균 거칠기는 원하는 결과를 달성하기 위하여 상당한 거칠기를 추가하지 않는다. 2.5보다 큰 평균 거칠기는 광 재배향 표면 구조물을 위한 축상 게인에서 손실을 초래하는, 높은 레벨의 확산을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 폴리머 코팅은 바람직하게는 적어도 0.05의 폴리머-구조화된 표면 및 폴리머 코팅 사이에서 굴절률 차이를 가진다. 적어도 0.05의 굴절율 차이를 제공함으로써, 폴리머 코팅은 시작적으로 코팅 균일성을 결정하기 위하는 목적을 위하여 시각적으로 관찰될 수 있고, 그것은 본 발명의 물질들의 제조에서 중요하다.

도 2는 폴리머의 정각 형태 코팅을 포함하는 마이크로구조물의 확대된 면 개략도를 도시한다. 표면 구조물 상에 코팅된 폴리머 층은 실질적으로 균일한 두께를 가지고, 결과로서, LCD TV에 적합한 넓은 시야각을 위한 원하는 광학 특성들을 가지지 않는다.

도 3은 가변 두께를 갖는 폴리머의 코팅을 포함하는 마이크로구조물의 확대된 면 개략도를 도시한다. 도 3에서의 폴리머 층이 가변 두께를 가지지 않는 동시에, 폴리머는 마이크로구조물의 밸리 영역들에서 바람직하지않은 크랙(crack)들을 가진다.

도 4는 가변 두께를 갖는 폴리머의 코팅을 포함하는 바람직한 마이크로구조물의 확대된 면 개략도를 도시한다. 표면 구조물 상에 코팅된 폴리머 층은 마이크로구조물들의 밸리 영역들에서 위치된 최대 두께를 갖는 바람직한 가변 두께를 가진다. 코팅은 마이크로구조물의 정점 영역들을 접근하기 때문에 코팅 두께는 감소하고 테이퍼(taper)한다. 폴리머 코팅은 마이크로구조물의 정점 영역들 상에 존재한다. 밸리 영역들에서 코팅은 두드러지게 축외 게인 향상을 초래하나 실질적으로 1차 도함수 커브 값들에 영향을 주지 못한다.

표면 구조물들의 형성을 위한 바람직한 폴리머들은 폴리 올레핀들(polyolefins), 폴리에스테르들(polyesters), 폴리아미드들(polyamides), 폴리카보네이트들(polycabonates), 셀룰로오스 에스테르들(celluosic esters), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리비닐 레진들(polyvinyl resins), 폴리술폰아미드들(polysulfonamides), 폴리에테르들(polyethers), 폴리이미드들(polyamides), 폴리비닐리덴 플루오르(polyvinylidene fluoride), 폴리우레탄들(polyurethanes), 폴리페닐렌설파이드들(polyphenylenesulfides), 폴리테트라플루오로에틸렌 (polytetrafluoroethylene), 폴리아세탈들(polyacetals), 폴리술포네이트들(polysulfonates), 폴리에스테르 이오노머들(polyester ionomers) 및 폴리올레핀 이오노머들(polyolefin ionomers)을 포함한다. 기계적이거나 광학적인 특성들을 향상시키기 위하는 코폴리머들 및/또는이 폴리머들의 혼합물은 사용될 수 있다. 투명한 복합체(complex) 렌즈들을 위한 바람직한 폴리아미드들은 나일론 6, 나일론 66 및 그것의 혼합물들을 포함한다. 폴리아미드들의 코폴리머들은 또한 적절한 연속적인 상 폴리머들이다. 유용한 폴리카보네이트의 예는 비스페놀-아 폴리카보네이트(bisphenol-A polycarbonate)이다. 복합체 렌즈들의 연속적인 상 폴리머로써 사용을 위한 적절한 셀룰로오스 에스테르들은 셀룰로오스 니트레이트(cellolose nitrate), 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate), 셀룰로오스 디아세테이트(cellulose diacetate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate), 셀룰로오스 아세테이트 부티라트(cellulose acetate butyrate) 및 그것의 혼합물들 또는 코폴리머들을 포함한다. 본 발명의 바람직한 폴리에스테르들은 4-20 carbon atoms의 aromatic, aliphatic 또는 cycloaliphatic dicarboxylic acids 및 2-24 carbon atoms으로부터의 aliphatic 또는 alicyclic glycols로부터 생성되는 것을 포함한다. 적절한 디카르복시산들(dicarboxylic acids)의 예들은 테레프탈(terephthalic), 이소프탈(isophthalic), 프탈(phthalic), 나프탈렌 다카르복시산(naphthalene dicarboxylic acid), 숙신(succinic), 글루타린(glutaric), 아디프(adipic), 아젤리아(azelaic), 세바식(sebacic), 푸마르(fumaric), 말레(maleic), 이타콘(itaconic), 1,4-사이클로헥산디카르복시(1,4-cyclohexanedicarboxylic), 소디오술폰프탈(sodiosulfoisophthalic) 및 그것의 혼합물을 포함한다. 적절한 글리콜들(glycols)의 예들은 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 프로필렌 글리콜(propylene glycol), 부탄디올(butanediol), 펜탄디올(pentanediol), 헥산디올( hexanediol), 1,4-사이클로헥산디메탄올(1,4-cyclohexanedimethanol), 디에틸렌 ㄱ글리콜(ethylene glycol), 다른 폴리에틸렌 글리콜들(polyethylene glycols) 및 그것의 혼합물들을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 표면 구조물은 바람직하게는 폴리술폰을 포함한다. 폴리술폰은 투명한 폴리머이고, 상대적으로 높은 굴절율을 가지고 폴리술폰을 LCD TV 또는 LCD 모니터들과 같은 LCD 장치들에서 사용을 위한 이상적인 폴리머로 만드는 것의 전부인, 상대적으로 높은 Tg를 가진다.

다른 바람직한 실시예에서, 표면 구조물들은 바람직하게는 ASTM D133에 의해 측정된대로 32와 55 dyne/㎠ 사이에 표면 인장을 가진다. 32와 55 dyne/㎠ 사이의 표면 인장은 폴리머 코팅과 표면 구조물들 사이의 뛰어난 접착을 제공하는 것이 도시되어 왔다. 30 dyne/㎠ 아래에서, 접착은 달성하기 어렵다. 바람직하게는 표면 구조물들과 접착성 비드들 사이의 표면 에너지 차이는 적어도 5 dyne/㎠이다. 이 차이는 폴리머를 건조(drying)하기 이전에 가변 두께를 보여주는 필름을 형성하기 위하여 폴리머를 허용하는 중요한 인자이다.

본 발명의 다른 실시예에서, 나노-노듈들은 카보네이트 반복적인 유닛을 포함한다. 폴리카보네이트들은 높은 광 전달 및 확산을 허용하는 높은 광학 전달 값들을 가진다. 높은 광 전달은 낮은 전달 값들을 가진 확산 물질들보다 더 밝은 액정 장치를 위하여 제공한다. 더욱이 폴리카보네이트들은 LCD 디스플레이 제품들에 적합한 상대적은 높은 Tg를 가진다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 나노-노듈들은 에스테르 반복적인 유닛을 포함한다. 폴리에스테르들은 비용이 낮고 우수한 강도 및 표면 특성들을 가진다. 더욱이, 폴리에스테르 폴리머는 80과 200℃ 사이의 온도에서 치수적으로 안정하고 따라서 디스플레이 광원들에 의해 생성된 열에 저항할 수 있다.

표면 구조물들의 크기, 형상 및 분포는 표면 구조물들을 빠져나가는 광의 분포를 결정하는 데에 중요하다. 0.5와 6.0 사이의 종횡비를 가지는 표면 구조물들이 바람직하다. 0.2보다 작은 종횡비를 가진 표면 구조물들은 축상 게인을 증가시키는 데 작은 영향을 가지는 경향이 있다. 폴리머는 높은 종횡비 구조체들의 표면에 부착하기 위하는 경향이 있기에, 6.0보다 큰 종횡비를 가진 표면 구조물들은 패터닝된 금속 롤러에 반대하여 용융된 폴리머 캐스트(melted polymer cast)를 사용하여 형성하는 것이 어렵다. 더욱이, 높은 압력은 현저하게 공구 수명을 감소시키는 높은 종횡비 구조체들을 완전히 형성하기 위하여 요구된다.

본 발명의 일 실시예에서 표면 구조물들은 반복적인 패턴을 가진다. 반복적인 패턴들은 무작위 표면 구조물들과 비교하여 상대적으로 높은 패킹(packing) 세기를 가지기 때문에 반복적인 패턴들은 일반적으로 바람직하지않은 패터닝되지않은 영역들의 낮은 양들을 제공한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 표면 구조물들은 무작위 패턴이다. 반복적인 패턴들과 비교하여 더 낮은 패킹 세기 때문에 무작위 패턴은 일반적으로 몇몇 패터닝되지않은 광학 필름을 초래하는 동시에, 무작위 패턴은 일반적으로 반복적인 패턴들과 비교하여 더 낮은 레벨들의 모아레를 초래한다. 무작위 패턴은 또한 시청자 시각으로부터 작은 필름 결합들을 감추거나 흐리게 하는 것이 도시되어 왔다.

본 발명의 다른 실시예에서, 표면 구조물들은 적어도 100 마이크로미터의 길이, 직경 또는 다른 치수를 가진다. 100 마이크로미터보다 큰 치수를 갖는 마이크로구조물들은 1.0보다 큰 축상 게인을 제공하기 위하여 요구된 입사광에 대한 원하는 시준을 제공한다. 더욱이, 100마이크로미터보다 큰 치수를 가지지 않은 마이크로구조물들은 제조하기에 더 어렵고, 그것 때문에 크기는 광학 필림 상에서 원치않은 패터닝되지않은 영역을 초래할 수 있다.

약 90도의 정점 각도를 갖는 광 재배향 표면 구조물들은 일반적으로 축외 각도들에서 입사광을 받아들이지 않고 전달되기 위하여 축상 또는 그 근처에서 허용한다. 일반적으로, 시준 매크로구조물에 대한 각도에 대한 루미넌스의 플롯은 각 도는 90도에 근접함에 따라 루미넌스에서 감소에 의해 이어진 0도 또는 그 근처에서의 피크 루미넌스를 도시한다. 루미넌스 감소의 경사는 매크로구조물 형상의 기능이다. 표면 구조물들의 표면 상에 거칠기를 제공함으로써, 경사에서의 변경은 각도들의 더 넓은 범위에 걸쳐서 증가된 루미넌스를 제공하기 위하여 극적으로 변경될 수 있다는 것이 보여져 왔다.

도 1은 도 2-4와 관련하여 기재된 바와 같이 광학 필름을 생산하기 위한 장치의 단순화된 개략적인 도면이다. 본 장치는 압출기(101)를 포함하고, 이는 물질(103)을 압출 성형한다. 본 장치는 또한 광학 레이어(113) 내에 광학 구조체들을 형성하는 표면 구조물들을 포함하는 패터닝된 롤러(105)도 포함한다. 추가적으로, 본 장치는, 패터닝된 롤러(105)로부터 물질(103)의 제거를 돕는 패터닝된 롤러(105) 및 스트리핑 롤러(111) 내로 물질(103)에 힘을 가하는 압력을 제공하는 압력 롤러(107)를 포함한다.

작동시에, 베이스 레이어(109)는, 압출된 물질(103)로 압력 롤러(107)와 패터닝된 롤러(105) 사이에서 가압된다. 예시적인 실시예에서, 베이스 레이어(109)는 폴리머의 배향된 시트이다. 게다가, 물질(103)은 광학 레이어(113)를 형성하고, 이는 패터닝된 롤러(105)와 압력 롤러(107) 사이를 지나간 후에 광학 구조체들을 포함한다. 대안적으로, 접착 레이어는 압출기(101)에서 물질(103)과 함께 공통 압출출될(co-extruded) 수도 있다. 공통 압출은 둘 이상의 레이어들의 이점을 제공한다. 공통 압출된 접착 레이어들은, 단일 레이어보다 더 높은 접착을 생성하는 베이스 레이어(109) 및 광학 레이어(113)에 대한 최적의 접착을 제공하기 위하여 선택 될 수 있다. 따라서, 공통 압출된 접착 및 광학 레이어들은 압력 롤러(107)와 패터닝된 롤러(105) 사이에서 베이스 레이어와 함께 가압된다. 압력 롤러(107)와 패터닝된 롤러(105) 사이를 지난 후에, 레이어(113)는 롤러(111)를 따라 지나간다.

다른 바람직한 실시예에서, 물질(103)은 공통 압출된 구조물 내에 남아있는 레이어들보다 50% 더 큰 멜트 인덱스를 가지는 패터닝된 롤러(105)와 접촉하는 스킨 레이어를 가지는 폴리머의 공통 압출된 레이어를 포함한다. 높은 유동 스킨 레이어는 폴리머의 복제 충실도를 돕는 것으로 발견되었다. 스킨 레이어 외의 레이어들은 훨씬 더 낮은 멜트인덱스를 가질 수 있고, 디스플레이 장치들의 가혹함을 견디기에 더 적합한, 기계적으로 더 단단한 광학 필름을 유발시킨다.

더 바람직한 실시예에서, 광 재배향 폴리머 필름은 커튼 코팅, 엑스-호퍼 코팅 또는 스프레이 코팅을 사용하는 폴리머 코팅으로 코팅된다. 그라비어 코팅 또는 롤 코팅과 같은 표면 접촉 코팅 기술들은 코팅을 주로 광 재배향 구조체들의 정점(apex) 영역들에 적용하는 것으로 발견되었다. 구조물 폴리머 필름의 형성 및 표면 구조물들의 연속적인 코팅은 온-라인으로 또는 연속적으로 달성되어, 생산 비용을 감소시키고 웹 물질들의 비감김 및 감김과 관련된 제조 결함들을 감소시킨다.

본 발명은 어떠한 액정 디스플레이 장치들과도 관련되어 사용될 수 있고, 이들의 일반적인 배열은 하기에서 설명된다. 액정(LC)은 전자 디스플레이들에 대하여 광범위하게 사용된다. 이들 디스플레이 시스템들에서 액정 레이어는 폴라라이저 레이어 및 애널라이저 레이어 사이에 위치되고, 수직축에 대하여 레이어를 통과하는 방위각 비틀림(azimuthal twist)을 나타내는 디렉터(director)를 가진다. 애널라이 저는 그것의 흡수축이 폴라라이저의 흡수축에 수직이 되도록 배향된다. 액정 셀을 통과하는 폴라라이저에 의해 편광되는 입사 광은 액정 내에서의 분자 배향에 의해 영향받고, 이는 셀을 가로지르는 전압의 적용에 의해 변경될 수 있다. 이러한 원칙을 채택함에 의해, 주변광을 포함하여 외부 광원으로부터의 광의 전달은 제어될 수 있다. 이러한 제어를 달성하기 위하여 요구되는 에너지는 음극선관들과 같은 다른 디스플레이 형태들에 사용되는 발광 물질에 대하여 요구되는 에너지보다 일반적으로 훨씬 작다. 따라서, 액정 기술은 디지털 시계, 계산기, 휴대용 컴퓨터, 카메라, 전자 게임을 포함하되, 이에 제한되지 않는 많은 적용들을 위해 사용되고, 이들에 대한 광 웨이트(light weight), 낮은 소비 전력 및 긴 작동 수명은 중요한 특징들이다. 게다가, LCD 디스플레이들은 TV, 컴퓨터 모니터, 게임 디스플레이, 자동차 디스플레이, 그림 액자, 가전제품 디스플레이, 구매시점광고 디스플레이 등에 대하여 유용하다.

바람직한 실시예에서, 디스플레이는 좁은 시야각을 가진 디스플레이 장치들에 대비하여 향상된 시야각으로부터 일반적으로 이득을 얻는 LCD를 포함한다. 일반적으로 넓은 시야각으로부터 일반적으로 이득을 얻는 LCD 장치들의 바람직한 예들은 TV, 컴퓨터 모니터, 그림 액자, 공공 정보 디스플레이, 구매시점광고 디스플레이 및 게임 디스플레이를 포함한다. 더 넓은 시야각은 종래기술의 시준된(collimated) 디스플레이들에 대비하여 더 넓은 시야각을 통한 고른 조사(illumination)를 허용한다. 이들 디스플레이에서 본 발명의 필름은 액정 셀과 백라이트원(backlight source) 사이에 위치된다. 필름은 고른 조사를 허용하는 넓 은 원뿔로 광을 광을 퍼뜨린다. 시야각이 액정 개구 형상, 보상 필름 기술 및 백라이트원의 형태에 의해 제한될 수 있다는 것이 인정된다.

액티브 매트릭스 액정 디스플레이(LCD)는 각 액정 픽셀을 구동하기 위한 스위칭 장치로서 박막 트랜지스터(TFT)를 사용한다. 이들 LCD는, 개별적인 액정 픽셀들이 선택적으로 구동될 수 있기 때문에, 크로스 토크없이 더 높은 해상도의 이미지들을 디스플레이할 수 있다. 광학 모드 간섭(optical mode interference; OMI) 디스플레이들은 액정 디스플레이들이고, 이는 "정상적 백색(normally white)", 즉 광이 오프 상태에서 디스플레이 레이어들을 통해 전달되는 것이다. 뒤틀린 네마틱 액정을 사용하는 LCD의 작동 모드는 크게 복굴절 모드(birefringence) 및 광학 회전 모드(optical rotatory mode)이다. "필름-보상된 슈퍼-트위스티드 네마틱"(FSTN) LCD는 정상적 흑색, 즉 전압이 인가되지 않은 때 오프 상태에서 광 전달이 금지된다. OMI 디스플레이들은 보도에 의하면 더 빠른 응답 시간 및 더 넓은 작동 온도 범위를 가진다.

본 발명의 광학 필름은, 필름이 백라이트 시스템에서 광 산란 필름으로서 사용될 때, 루미넌스를 고르게 할 수 있다. 휴대용 컴퓨터들에서 사용되는 것과 같은 후광식 LCD 디스플레이 스크린들은 상대적으로 국소화된 광원(예를 들어, 형광) 또는 LCD 스크린에 상대적으로 근접하게 위치된 상대적으로 국소화된 광원들의 배열을 가질 수 있어서, 광원들에 대응되는 개별적인 "핫 스팟(hot spot)"이 탐지될 수 있다. 확산 필름은 디스플레이에 걸쳐 조사를 고르게 하도록 작동한다. 액정 디스플레이 장치는 예를 들어 액티브 매트릭스 구동 및 단순 매트릭스 구동으로부터 선 택된 구동 방법 및 예를 들어 트위스트 네마틱, 슈퍼트위스트 네마틱, 강유전체 액정 및 반-강유전체 액정 모드의 조합을 가지는 디스플레이 장치들을 포함하지만 본 발명은 상기 조합에 의하여 제한되지 않는다. 액정 디스플레이 장치에서, 본 발명의 배향된 필름은 백라이트의 앞에 위치될 필요가 있다. 본 발명의 광학 필름은, 광을 펼쳐 모든 방향으로 우수한 선명도를 제공하기 위하여 필름이 우수한 광 산란 특성을 가지기 때문에, 디스플레이에 걸쳐 액정 디스플레이 장치의 밝기를 고르게 할 수 있다. 비록 상기 효과가 이러한 필름의 단일의 사용에 의해서까지도 달성될 수 있지만, 복수 개의 필름들이 조합하여 사용될 수도 있다. 균질화(homogenizing) 필름이, 광을 분배하고 그것을 훨씬 더 균질하게 하기 위하여, 전달 모드에서 LCD 물질의 앞에 위치될 수 있다.

본 발명은 광원 파괴 장치(light source destructuring device)로서 중요한 사용을 가진다. 많은 응용들에서 광원 자체의 출력으로부터 필라멘트의 구조물을 제거하는 것이 바람직하고, 이는, 샘플에 걸쳐 분포되는 광이 변할 것이고 이것은 바람직하지 않기 때문에 어떠한 응용에서는, 문제가 될 수 있다. 또한, 광원이 제거된 후에 광원 필라멘트 또는 아크의 배향에서의 가변성이 잘못되고 혼란시키는 읽힘을 생성할 수 있다. 광원 및 디텍터 사이에 위치된 본 발명의 균질화 필름은 광원의 출력으로부터 필라멘트 구조물의 어떠한 흔적을 제거할 수 있고, 따라서, 광원으로부터 광원까지 동일한 균질화된 출력을 유발시킬 수 있다.

광학 필름은 원하는 곳으로 배향되는 만족스러운 균질화된 광을 제공함에 의해 무대에 대한 조명을 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 무대 및 텔레비젼 제작물 에서, 넓은 범위의 무대 조명들이 적절한 조명을 위해 필요한 모든 상이한 효과들을 달성하기 위하여 사용되어야만 한다. 이것은 불편하고 비싼 많은 상이한 램프들이 사용되어야만 하는 것을 요구한다. 램프 위에 위치된 본 발명의 필름들은, 원하는 곳으로 광을 퍼뜨리는 거의 제한되지 않는 유연성을 제공할 수 있다. 결과적으로, 대부분의 어떠한 물체도, 움직이건 아니건, 어떠한 형상을 가지건, 올바르게 조사될 수 있다.

반사 필름은 금속 필름 등으로 구성된 반사 레이어를 본 발명의 광학 필름의 광 출구 표면에 적용함에 의해 형성될 수 있고, 예를 들어 교통 신호를 위한 역반사 부재(retro-reflective member)로서 사용될 수 있다. 이것은 자동차, 자전거, 사람 등에 적용된 상태로 사용될 수 있다.

본 발명의 광학 필름은 더 높은 콘트라스트를 적외선 디텍터들로 제공하기 위하여 전체 안전 영역에 대하여 레이저 다이오드(LD) 또는 발광 다이오드(LED)로부터 출력을 균질화하기 위하여 법 집행 및 보안 시스템의 영역에서 사용될 수도 있다. 본 발명의 필름들은, 은행 노트 판독기 또는 피부 처리 장치와 같이, LED 또는 LD를 사용하는 장치들로부터 구조물들을 제거하기 위하여 사용될 수도 있다. 이것은 더 큰 정확도로 이르게 된다.

외과의의 헤드피스(headpiece) 상에 장착된 광섬유 광 어셈블리들은, 만일 광섬유 요소들 중 하나가 외과수술 중 파괴된다면, 외과 수술대 위로 혼란스러운 세기 변화를 투사할 수 있다. 섬유 다발의 종단에 위치된 본 발명의 광학 필름은 남아있는 섬유들로부터 오는 광을 균질화하고, 환자에게 투사되는 광으로부터 파괴 된 섬유의 어떠한 흔적을 제거한다. 표준 그라운드 유리 확산기는, 작업 처리량의 손실을 유발시키는 상당한 후방-산란기(back-scatter)때문에 이러한 사용에서는 효과적이지 않을 것이다.

본 발명의 광학 필름들은, 균질하게 조사된 시계를 산출하면서 광원의 필라멘트 또는 아크를 파괴함에 의해, 현미경 아래의 샘플을 균질하게 조사하기 위해 사용될 수도 있다. 필름들은 또한 섬유를 통해 전파되는 다양한 모드들, 예를 들어 헬리컬 모드 섬유로부터의 광 출력을 균질하게 하기 위하여 사용될 수도 있다.

본 발명의 광학 필름들은 또한 작업 공간 및 거주 공간에 적절한 광을 제공하는 것과 같이, 상당한 건축적 사용을 가질 수도 있다. 일반적인 상업적인 적용들에서, 비싸지 않은 투명 폴리머 확산 필름들이 방에 대하여 광을 확산시키는 것을 돕기 위하여 사용된다. 이들 종래의 확산기들 중 하나를 대체하는 본 발명의 균질기는 더 균일한 광 출력을 제공하여, 광이 핫 스팟없이 방에 걸쳐 모든 각도들로 고르게 확산되도록 한다.

본 발명의 광학 필름들은 예술작품을 조사하는 광을 확산시키기 위하여도 사용될 수 있다. 투명한 폴리머 필름 확산기는, 가장 바람직한 방법으로 예술 작품을 묘사하기 위하여 적합하도록 적절히 크기가 결정되고 배향된 개구를 제공한다.

더욱이, 본 발명의 광학 필름은 디스플레이 장치와 같은 광학 장치를 위한 부품으로서 널리 사용될 수 있다. 예를 들어, 액정 디스플레이 장치의 백라이트 시스템의 전술한 광 산란 플레이트 외에, 이것은 반사 액정 디스플레이 장치에서 금속 필름과 같은 반사 필름으로 라미네이팅된 광 반사 플레이트 또는 금속 필름을 장치의 후방(시청자의 반대편)에 위치시키는 경우에 필름을 전방(시청자 측)으로 배향하는 전방 산란 필름(front scattering film)으로서 사용될 수 있다. 본 발명의 광학 필름은 ITO 필름에 의해 나타나는 인듐 옥사이드로 이루어진 투명 전도성 레이어를 라미네이팅함에 의해 전극으로서 사용될 수 있다. 만일 물질이 반사 스크린, 예를 들어 전방 프로젝션 스크린을 형성하기 위하여 사용되고자 한다면, 광 반사 레이어는 투명 폴리머 필름 확산기에 적용된다.

광학 필름에 대한 다른 응용은 후방 프로젝션 필름이며, 여기서는 광원으로부터 넓은 영역 위의 스크린 상에 이미지를 투사하는 것이 일반적으로 의도된다. 텔레비젼에 대한 시야각은 일반적으로 수평 방향보다 수직 방향에서 더 작다. 광학 필름은 시야각을 증가시키기 위하여 광을 퍼뜨리도록 작용한다.

본 발명의 실시예들은 광 흡수 경향을 감소시키거나, 부드러운 각도 컷-오프(angular cut-off)를 나타내거나, LCD 디스플레이 시스템에서 감소된 모아레(Moire) 또는 뉴턴 링(Newton ring)을 나타내는, 향상된 광 확산 및 시준 뿐 아니라 감소된 두께의 광학 필름을 제공할 수 있다.

본 발명은 이것의 어떠한 바람직한 실시예들에 대한 특정한 참조로 상세하게 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범위 내에서 변경 및 수정이 유효할 수 있다는 것은 이해될 것이다.

다음의 실험예들은 본 발명의 실시를 예시한다. 이들은 본 발명의 모든 가능한 변경을 규명하고자 의도되지 않는다. 달리 표시되지 않는다면, 부품들 및 퍼센티지는 중량 기준이다.

실시예

이러한 예에서, 길이가 1200 마이크로미터, 폭이 35 마이크로미터, 그리고 높이가 27 마이크로미터이고, 약 90도의 꼭지각 (apex angle)을 갖는, 개별적인, 없어서는 안될 광학 원소를 몇개의 불연속 광학 변형 층으로 코팅하였다. Eastman Kodak Company, Rochester, New York사가 제조한 13인치 폭의 미세 반복 (미세 반복) 폴리카보네이트 지지체를 코팅하여, 다양한 두께층이 없이 동일한 광학 원소에 비해, 더욱 유연한 각 차단 (angular cut-off)를 갖는 강화된 광각 외관을 생성하였다. 이러한 예는 다양한 두께의 중합체 코팅을 함유하는 구조화된 표면의 유리한 광학 특성을 나타낼 것이다.

미세 반복 폴리카보네이트 지지체상에 코팅되는 골 젤라틴 1-킬로그램 분산물을 만들기 위해, 988.3 g의 물 및 11.7 g의 사진 젤라틴을 비드 코팅 프로세스에서 보조하기 위한 소량의 계면활성제와 함께 첨가하였다. 이러한 전체 분산물을 50℃로 가열하였다.

젤라틴 및 매트 비드 분산물을 50℃에서 액화하였고, 38.1 cm³/m²의 웨트 커버리지 (wet coverage)로 코팅한 후, 건조시켰다.

미세 반복 폴리카보네이트 지지체상에 코팅되는 PVP 1-킬로그램 분산물을 만들기 위해, 901.1 g의 증류수 및 Sigma-Aldrich, Saint Louis, Missouri사로부터 얻은 평균 분자량 10,000을 갖는 98.9 g의 폴리비닐피롤리돈 (PVP)을 함께 첨가하 였다. PVP 물질을 증류수 용액중에 그의 농도가 9.9%가 되도록 분산시켰다. 이러한 구체예에서, PVP는 20℃에서 10% 수성 고용체중에 사용될 때, 약 10 cp의 평균 점도를 갖는다. 이러한 전체 분산물을 실온에서 유지하고, 코팅전 약 1시간 동안 교반하였다. PVP 및 수분산물을 미세 반복 폴리카보네이트 지지체상에 38.1 cm³/m²의 웨트 커버리지로 코팅한 후, 건조시켰다.

미세 반복 폴리카보네이트 지지체상에 코팅된 PVA 1-킬로그램 분산물을 만들기 위해, 788 g의 증류수 및 Nippon Gohsei Corporation, La Porte, Texas사로부터 입수한 212 g의 GH-23 폴리비닐 알콜을 함께 첨가하였다. GH-23 물질을 증류수 용액중에 그의 농도가 14.3%가 되도록 분산시켰다. 이러한 구체예에서, 폴리(비닐 알콜)은 20℃에서 4% 수성 고용체중에 사용될 때, 약 52 cp의 평균 점도를 갖는다. 이러한 전체 분산물을 실온에서 유지하고, 코팅전 약 1시간 동안 교반하였다.

미세 반복 폴리카보네이트 지지체상에 코팅된 매트 비드가 없는 PVA 1-킬로그램 분산물을 만들기 위해, 835.9 g의 증류수 및 Nippon Gohsei Corporation, La Porte, Texas사로부터 입수한 164.1 g의 GH-17 폴리비닐 알콜을 함께 첨가하였다. GH-17 물질을 증류수 용액중에 그의 농도가 17.3%가 되도록 분산시켰다. 이러한 구체예에서, 폴리(비닐 알콜)은 20℃에서 4% 수성 고용체중에 사용될 때, 약 30 cp의 평균 점도를 갖는다. 이러한 전체 분산물을 실온에서 유지하고, 코팅전 약 1시간 동안 교반하였다.

초소형 복제 폴리카보네이트 지지체 상에 코팅되는 라텍스 1 킬로그램 분산 액을 제조하기 위해, 증류수 885.4 그램 및 위트코본드 (WitcoBond)® W-320 라텍스 (Chemtura Corporation (Middlebury Connecticut) 제) 114.6 그램을 함께 가하였다. 위트코본드® W-320 라텍스는 유리 전이 온도가 -15℃이고, 파단점 연신율이 720%인 폴리우레탄 수분산액이다. 이러한 전체 분산액을 실온으로 유지하여, 코팅하기 전에 약 1 시간 동안 교반하였다.

상기 라텍스 분산액을, 슬롯 코터 및 100℃로 가열된 20 미터 수평 건조 부분을 이용하여, 각각의 광학소자를 내장하는 폴리카보네이트 복제 지지체 상에 코팅하였다. 샘플 1 내지 8을 10 m/min로 코팅되었다. 그 다음에, 코팅되어 건조된 샘플에 대하여 EZ 콘트라스트 160 ELDIM을 이용하여, 광학성능을 특정화하였다. 축상 광학 게인 손실, H/V 축외 게인 개선 및 최대 제 1 미분값을 ELDIM에 의해 형성되는 커브된 수평 및 수직 스캔으로부터 계산하였다. 하기 표 1은 바인더 종류, 바인더 피복률, 및 광학 결과 및 외관을 포함한다.

표 1:

샘플	바인더	바인더 피복률 (mg/m2)	축상 광학 게인 손실	H/V 축외 게인 개선 (60H/40V 범위)	최대 제 1 미분값, H/V 스캔 방향 (0 내지 60H/ 0 내지 40V 범위)	외관
1	젤라틴	442	0.97	1.15/1.16	0.11/0.13	허용가능
2	PVP	3767	비적용	비적용	비적용	허용불가능
3	PVA, GH-17	1528	0.92	1.34/1.65	0.07/0.08	허용가능
4	PVA, GH-23	1528	비적용	비적용	비적용	허용불가능
5	위트코본드 W-320	1528	0.88	1.34/1.77	0.04/0.06	허용가능
6	위트코본드 W-320	215	0.92	1.26/1.35	0.07/0.11	허용가능

표 1에 나타낸 외관은 기계 건조기를 빠져 나올 때의 코팅층을 육안으로 측정한 것이었다. 허용가능한 등급은 다수의 줄무늬 또는 다른 통상적인 코팅 결함 이 존재하나, 전체 외관이 축상 광학 게인 손실, H/V 축외 광학 게인 개선을 측정하기에 충분히 균일하다는 것을 나타낸다. 허용불가능한 등급은 전체 외관이 줄무늬, 색 얼룩 또는 다른 코팅 결함으로 인해 허용가능하지 않다. 외관 등급이 허용불가능한 경우에는, 데이터가 불균일한 외관으로 인해 왜곡되기 때문에, 휘도 게인값을 측정하지 않았다. 또한, 허용불가능한 외관은 LCD TV에서 바람직하지 않은 비균일성을 초래하므로, 광학 필름의 상품 가치를 상당히 감소시킬 것이다.

실시예 1은 수평에서 60 도 및 수직에서 40도에서 비축 게인 향상이 적어도 1.30인 바람직한 값과 비교하여 각각 1.15 및 1.16이었으므로 원하는 광학 수행 특성을 충족시킬 수 없었다. 또한 최대 제1의 유도체 값 수평/수직 스캔이 0.08 미만의 바람직한 값과 비교하여 각각 0.11 및 0.13이었다. 실시예 1에 있어서 모든 데이터를 통합하면, 코팅 외관 및 축상 광학 게인 상실은 허용되었으나, 비축 향상은 충분하지 않았고 절단은 너무 날카로웠다.

실시예 2는 샘플의 신뢰도 측정에서 너무 변하기 쉬운 광학 결과로 고르지 않은 코팅 및 빈약한 외관을 나타내었다. 실시예는 바람직한 광학 표적의 모두를 충족하였고 종래의 광배향 필름에 비교하여 LCD TV의 시야각을 개선시키기 위한 광학 필름으로서 수행되었다. 도 4는 실시예 3의 확대 측면도이다. PVA 코팅은 표면 구조 사이의 오목부에서 관찰될 수 있고 가변성 코팅 두께는 오목부에 위치한 최대 두께로 관찰될 수 있다.

실시예 4는 샘플의 신뢰도 측정에서 너무 변하기 쉬운 광학 결과로 고르지 않은 코팅 및 빈약한 외관을 나타내었다. 실시예 5는 축상 광학 게인 상실이 0.90 이상의 바람직한 값과 비교하여 각각 0.88이었으므로 원하는 광학 수행 특성을 충족시킬 수 없었다. 실시예 4의 비축 광학 특성은 수용되었으나, 축상에서 LCD TV를 충분히 밝히기에는 너무 많은 빛이 축상에서 상실되었다.

실시예 6은 최대 제1의 유도체 값 H/V스캔이 0.08 미만의 바람직한 값과 비교하여 수직에서 0.11이었으므로 원하는 광학 수행 특성을 충족시킬 수 없었다. 표 1의 모든 데이터를 통합하면, 실시예 3은 모든 바람직한 광학 산출 값을 충족시켰다. 표 1의 데이터로부터 알 수 있듯이, 단지 폴리머 코팅 존재 하에 원하는 광학 결과를 수득하기에는 충분하지 않다. 실시예 3에서 가변성 폴리머 두께는 원하는 광학 산출 특성에서 중요한 인자이다.

본 발명은 특정한 바람직한 구체예의 특정한 참조로 상세하게 기술될 수 있으나, 변이 및 수정이 본 발명의 관점 및 영역 이내에서 유효할 수 있음은 이해될 것이다. 본원에 기재된 특허 및 출원은 참조로 통합된다.

본 발명은 첨부된 도면들과 함께 읽혀질 때, 이하의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 다양한 구조체들이 반드시 배율에 맞추어 그려질 필요는 없다는 것이 강조된다.

도 1은 본 예시적인 실시예에 따른 광학 필름들을 생산하기 위한 장치의 단순화된 개략적인 다이어그램이다.

도 2는 본 예시적인 실시예에 따른 미세구조물의 확대된 개략 평면도이다.

도 3은 본 예시적인 실시예에 따른 미세구조물의 확대된 개략 평면도이다.

도 4는 본 예시적인 실시예에 따라 미세구조물의 확대된 개략 평면도이다.

도 5는 진보적인 물질과 비교 물질에 대한 광학 게인-시야각의 그래프이다.

도 6은 도 5 내에 포함된 커브들에 대한, 1차 도함수-시야각의 그래프이다.

101 압출기(extruder)

103 물질(material)

105 패터닝된 롤러(patterned roller)

107 압력 롤러(pressure roller)

109 베이스 레이어(base layer)

111 스트리핑 롤러(stripping roller)

113 광학 레이어(optical layer)

501 종래의 프리즘 필름에 대한 게인 곡선

502 진보적인 물질에 대한 게인 곡선

503 수평 기준점 (-60°)

504 0°에서의 종래의 게인

505 수직 기준점 (+40°)

601 곡선(501)(종래)의 1차 도함수

602 곡선(502)(본 발명)의 1차 도함수

Claims (10)

1. 광원 및 광 재배향 폴리머 필름을 포함하되, 상기 광 재배향 폴리머 필름은 상기 필름의 적어도 일 면 상에 구조화된 표면을 포함하고, 상기 구조화된 표면의 적어도 일부의 위에 폴리머 코팅을 지니며, 상기 코팅은 가변 두께를 나타내는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리머 필름은 상기 필름의 반대면 상에 구조화된 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 폴리머 코팅의 최대 두께는 0.7 내지 5.0 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 디스플레이.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 가변 두께는 상기 폴리머 코팅의 최대 두께의 적어도 50%의 두께 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 가변 두께는 상기 구조화된 표면 위로 단조롭게 증가 또는 감소하는 두께인 것을 특징으로 하는 디스플레이.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리머 코팅은 폴리우레탄, 폴리비닐 알콜, 아크릴 및 PVP 수지로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 디스플레이.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리머 코팅은 폴리머 필름 상에 패턴으로 존재하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리머 코팅은 상기 구조화된 표면 상에 패턴으로 존재하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리머 코팅은, 0.02와 0.50 사이의 폴리머 코팅과 폴리머 비드들 사이의 굴절률 차이를 가지는 폴리머 비드들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
10. 광원 및 광 재배향 폴리머 필름을 포함하되,

    상기 광 재배향 필름은 적어도 일 면 상에 구조화된 표면을 포함하고, 상기 폴리머 필름은 수평으로 0.03 내지 0.09 사이에서 최대 1차 도함수(first derivative)를 가지고, 수직으로 0.04 내지 0.09 사이에서 최대 1차 도함수를 가지는 것을 특징으로 하는 디스플레이.

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