KR20090132562A - 광 재배향 물체 - Google Patents

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KR20090132562A
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KR1020090055667A
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크리쉬난 카리
찰스 더블류. 랜더
찰스 씨. 앤더슨
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에스케이씨하스디스플레이필름(유)
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Abstract

광 재배향 물체를 형성하기 위한 방법은 기판의 표면이 내장재료의 레이어를 도포함으로써 컨디셔닝되는 것이 제공된다. 마이크로스피어(microsphere)들의 근접 패킹된(close-packing) 레이어는 건조-지원 자기-결합(drying-assisted self-assemble)을 사용하여 결합되고, 컨디셔닝된 표면에 도포된다. 이어서 마이크로스피어들은 내장재료의 레이어들의 표면에 중간까지 내장된다.
마이크로스피어, 내장재료, 광 재배향 물체

Description

광 재배향 물체{LIGHT-REDIRECTING ARTICLE}
본 발명은 일반적으로 광 재배향 물체들에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반구형 마이크로렌즈들의 배열로서 형성된 광 재배향 필름에 관한 것이다.
투과형 액정 디스플레이(LCD) 패널들은 디스플레이들의 다른 형태들에 대한 작으면서, 경량의 대안을 제안하나, 백라이트 조사의 몇몇 형태를 요구하여 변조를 위한 광을 제공한다. 도 1에서 디스플레이 장치(10)의 개략적인 블록도를 참조하여, LCD 패널(12) 및 유사한 디스플레이 장치를 위한 백라이트 조사는 관찰자에 대하여, LCD 패널(12) 후면에 위치되고, 하나 이상의 광원(14)들로부터 LCD 패널(12)을 통하여 광을 재배향하는 하나 이상의 광 재배향 물체(20)들에 의해 일반적으로 제공된다.
LCD 기술의 본래 한계는 LCD 패널을 통하여 가능한 한 많은 광을 배향하는 효율적인 백라이팅 장치를 획득하는 것을 바람직하게 한다. 종래의 실제문제로서, 하나 이상의 확산 필름 및 프리즘 필름은 효율적으로 광을 획득하고 재배향하기 위하여 광 재배향 물체(20)들로서 LCD 패널과 광원 사이에 배치된다. 비용이 더 저렴하면서 더 얇은 경량의 디스플레이들의 배치를 위한 경향은 이들 광 재배향 필름을 더 요구하므로, 성능에서 점증적인 향상은 특정한 값이 되도록 보여진다.
광 재배향 필름의 효율을 증가시키기 위한 하나의 전략은 형상이 입사광의 향상된 처리를 제공하는 표면 구조물을 형성하면서, 그것들의 형상을 최적화하는 것이다. 광 재배향 필름들의 다양한 형태들은 하나 또는 양 표면들에 형성된, 광 형상 마이크로구조물(micro structure)들의 배열을 사용한다. 적절한 크기 및 형상의 근접 패킹된(close packed) 마이크로렌즈(micro lense)들을 갖는, 렌즐릿(lenslet) 배열들은, 특정한 이익의 해결책이다. 렌즐릿 배열들은 단일의 얇은 시트로 형성될 수 있고, 상대적으로 저렴하게 가공될 수 있으며, 평면 내에서 어떠한 배향으로 손쉽게 개조할 수 있고(adaptable), 조사에 대한 높은 정도의 균일성을 제공할 수 있다.
도 2a의 사시도는 렌즐릿(32)들의 배열을 사용하는 광 재배향 필름(30)의 일부를 도시하고, 성능 및 가공에 관련된 몇몇 치수적 양상을 도시한다. 도 2b는 종래의 열과 행 방식으로 정렬된 렌즐릿(32)들의 평면도를 도시하고; 렌즐릿(32)들은 직각 배향 방향을 갖는다. 도 2c는 이어서 설명된 바와 같이, 필 팩터(fill factor)를 향상시키는 대안적인 패킹 배열인, 2 차원(2-D) 육각형 근접 패킹(close-packing)을 도시한다. 다음을 포함하면서, 렌즐릿 배열을 사용하여 광 재배향 필름으로부터 양호한 성능을 달성하기 위한 특정한 이익의 많은 설계 고려사항이 존재한다:
(ⅰ) 렌즐릿 치수 및 외형(Lenslet dimensions and contour). 배열에서 각각의 렌즐릿(32)의 형상 및 크기는 광 재배향 필름(30)의 제어 성능에서의 팩터들이 다. 확산 LCD 백라이팅을 위한, 렌즐릿(32) 직경(d)은 1마이크론보다 작은 값에서 약 20마이크론 이상까지 범위에서 일반적으로 선택된다. 반구형 형상이 광을 양호하게 콜리메이팅하기(collimate) 때문에, 완전한 반구에 가능한 근접한 형상은 특히 광 처리에 유리하다.
(ⅱ) 필 팩터(Fill factor). 광 재배향 필름(30)을 통하여 획득될 수 있고 배향될 수 있는 광의 양은 그것의 필 팩터에 대응한다. 잘 알려진 형상적인 원리를 따라, 평면 내에 패킹된 균등한 원형 직경의 물체들에 대한 이론적인 최대 필 팩터는 도 2b에서 도시된 바와 같이 정렬된 열과 행 배열보다 (인접한 렌즐릿(32) 중앙에서 정점들을 갖는 것으로 표시된 육각형(HX)를 갖는) 도 2c에 도시된 바와 같은, 육각형 근접 패킹(HCP) 배열을 사용하여 획득된다. 이론적인 최대 필 팩터는 아래에서와 같이 산출될 수 있다:
Figure 112009037767216-PAT00001
즉, 완전한 육각형 패킹이 달성된 곳에서도 조차도, 인접한 렌즐릿들 사이의 영역들에서 여전히 갭의 약간의 최소량이 존재한다.
(ⅲ) 재료. 광 재배향 필름(30)은 허용가능한 범위 내에 놓여 있는 굴절률을 갖는 적절한 투명한 재료로 제작될 수 있다. 그러나, 더 플렉시블한 디스플레이들에서 증가하는 이익 때문에, 폴리머는 일반적으로 유리 또는 다른 강성 기판에 걸쳐 유리하다. 모노리식(monolithic) 가공은 인터페이스(interface)에서의 굴절 또는 결함으로 인해 원치않는 미광(stray light)을 최소화하기 위한 특정한 장점들을 갖는다.
(ⅳ) 두께. 가능한 한 얇은, 특히 휴대용 및 포켓용 디스플레이들로 사용을 위한 두께(t)를 갖는 것이 특히 바람직할 것이다.
형성되고 있는 렌즐릿 구조물들의 스케일 및 이러한 렌즐릿들의 근접 패킹된 배열의 가공에 관련된 상이함들 때문에, 이상적인 광 재배향 필름(30)의 의도된 설계와 그의 실제적인 가공 사이의 상당한 상이함이 존재할 수 있다. 실제예로서, 도 3a는 근접 패킹되고 반구형인 렌즐릿(24)들을 갖는 광 재배향 물체(20a)의 작은 샘플의 단면 개략도를 도시한다. 광선들(R1, R2, R3)은 다양한 각도에서의 입사광에 대한 예시적인 경로들을 나타낸다. 잘 형성되고 근접 패킹된 반구형 렌즐릿(24)들을 갖는, 상대적으로 양호한 콜리메이션이 달성된다. 비교예로서, 도 3b는 잘 형성되지 않은 광 재배향 물체(20b)의 작은 샘플의 단면 개략도를 도시한다. 여기에서, 많은 렌즐릿(24)들은 반구형이 아니므로, 그들의 단면은 거의 반구형이 아닐 수 있거나, 구형보다 타원형 형상에 유사한, 높은 편심율을 나타내는 외형을 가질 수 있다. 예시적인 광선들(R1, R2, R3)이 도시됨에 따라, 양호한 콜리메이션은 이들 결함들이 넓게 펼쳐진 곳에서 달성되지 않는다.
도 3b 구체예의 결함들이 설명을 위하여 다소 과장될 수 있는 반면에, 도 3b에 도시된 문제점들은 근접하게 이격된 렌즐릿들의 배열을 사용하는, 현재까지 가공된, 광 재배향 물체들의 표시이다. 도 3a 및 도 3b의 실시예들에서 예시된 바와 같이, 실제에서 제작과 설계 사이의 불일치는 종래의 가공 접근법들 및 그것의 결과들의 조사에서 명확하게 보여질 수 있다.
예를 들어, 근접하게 패킹된 렌즐릿 배열들의 가공을 위한 많은 접근법들은 몰드 형상 또는 템플릿(template)을 형성하기 위한 기판에 도포된 작은 구형 비드(bead)들을 사용하여 왔다. 이어서 이런 템플릿은 렌즐릿 배열을 폴리머 기판에 형성하는 몰딩 공정을 위한 반대쪽(negative)으로서 사용될 수 있다. Langmuir 2006 제22권의 7358쪽에서 7363쪽까지의 "2차원 정렬된 폴리머 마이크로스피어들로부터의 근접 패킹된 반구형 마이크로렌즈 배열(Close-Packed Hemispherical Microlens Arrary from Two-Dimensional Oredered Polymetric Microspheres)"이라 명명된 논문에서, 연구자 남(Nam) 등은 근접 패킹된 분포로 마이크로스피어(microsphere)들을 정렬하기 위하여 플라즈마 처리된 유리 기판에 폴리스티렌 마이크로스피어들의 콜로이드 용해의 스핀 코팅(spin coating)을 채택하는 가공 순서를 설명한다. 이어서 비드들의 최종적인 배열은 폴리디메틸실록산(PDMS)을 사용하여 몰드들을 형성하기 위한 템플릿으로서 사용된다. 이어서 PDMS 몰드들은 유리 기판에 결합된 UV 경화가능한 포토폴리머를 몰딩하기 위하여 사용된다. 저자인 남 등은 육각형 근접 패킹(HCP)을 갖는 균일한 마이크로렌즈 배열을 획득하는 것을 주장한다.
남 등에 의해 사용된, 스핀 코팅은, 비드들을 기판에 도포하기 위한 상대적으로 비용이 많이 드는 방법이고, 이런 방법을 사용할 때 HCP 배열을 위한 결과들을 제어하는 것이 어려울 수 있다. 마이크로스피어들을 기판 표면에 침전시키기 위한 다른 방법들도 또한 몇몇의 어려움을 나타낸다. 예를 들어, 딥-코팅(dip-coating)은 매우 많은 시간을 소비할 수 있고, 근접-패킹 밀도를 달성하기가 쉽지 않다. 역반사 물체들의 가공에서 사용된, 유리 비드 침전을 위하여 사용된 이전의 방법들은, 표면상에서 밀집한 분포를 획득하기 위한 유리 비드들의 풀(pool)에 걸쳐 다소 점착성 기판을 지나감으로써 딥-코팅 순서를 수행한다. 이러한 방법들은 상대적으로 비효율적이고 육각형 근접 패킹이 제공하는 것과 같은 근접 패킹된 배열을 획득하는 과제에 적합하지 않다.
마이크로렌즈 배열들을 형성하기 위한 이전의 접근법들을 갖는 또다른 문제점들은 렌즈 구조물들의 외형 또는 형상을 최소화하는 것에 관련된다. 비록 적합하고 비싸지않는 근접 패킹 방법이 근접 패킹 방식으로 마이크로비드들을 침전시키기 위하여 발견되더라도, 남 등이 설명한 것과 같은, 구형 비드들의 템플릿을 사용하여 형성된 마이크로렌즈 배열에서 구조체들의 형상들을 제어하는 것이 어려울 수 있다. 이러한 공정으로 몰딩된 최종적인 구조물들은 정확하게 구형 표면 외형을 유지할 수 없으나, 대신에, 높은 정도의 편심률을 나타내므로, 렌즐릿 형상들은 타원체형 또는 그렇지 않으면 비구면으로써 더 정확하게 설명될 것이다. 예를 들어, 남 등의 방법을 이용하여, 다양한 곡률의 형상들이 형성될 것이다. 더욱이, 형성된 렌즐릿 구조물들이 구형으로 고려되기에 충분히 낮은 레벨의 편심률을 나타내는 곳에서조차도, 평평한 표면 위에 노출된 외형은 일반적으로 반구형이 아니므로, 이어서 단면은 실질적으로 반구형이 아니다. 정확한 반구형 형상으로부터의 이런 발산의 결과로서, 및 하나의 렌즐릿 구조물에서 다음의 렌즐릿 구조물까지의 형상에서 편차의 결과로서, 상이한 개별적인 렌즐릿들에 배향된 광은 잠재적인 효율의 감소 또는 거대한 스케일의 광 재배향 물체를 위하여 사용된 때 어두운 지점들 또는 다른 바람직하지 않는 국부화된 효과들을 유도하면서, 균등하게 잘 처리되지 않을 수 있다.
필 팩터는 종래의 방법들을 사용하여 적절하게 제기되지 않는 문제점들이 남아 있다. 종래의 딥-코팅 기술들은 일반적으로 약 70퍼센트보다 작은 어긋난 필 팩터를 산출하여, 근접 패킹된 육각형 배열을 제공하는 경향이 있다.
다른 접근법들은 상이한 직경들의 렌즐릿 구조물들의 패턴을 광 재배향 필름의 표면을 따라 정렬함으로써 육각형 근접 패킹의 필 팩터 한계를 향상시키는 것을 시도한다. 예를 들어, 이들 접근법들은 육각형 근접 패킹된 렌즐릿 패턴을 제공하고, 이어서 더 커다란 육각형으로 근접 패킹된 렌즈 구조물들의 클러스터 각각 사이에 놓여지는 갭에서 조그마한 렌즐릿을 배치하는 것을 포함한다. 이러한 방법들은, 그것들이 이론적으로 약간의 점진적인 필 팩터 향상을 제공할 수 있는 반면에, 실제로 상당한 가공 시도를 제시한다. 더욱이, 비록 동일한 표면 상에서 상이한 크기들의 조그마한 렌즐릿들의 사용은 실행가능하였더라도, 이런 접근법들에 의해 달성될 수 있는 점진적인 향상은 가공의 비용을 정당화할 것 같지 않다.
몇몇의 연구 결과들은 기판 표면의 적어도 일부에 걸쳐 스피어(sphere)들의 근접 패킹된 배열을 달성하는 데에 성공의 척도를 도시하여 왔다. 그러나, 작은 영역보다 크게 걸쳐진 근접 패킹을 유지하는 것이 어려운 것으로 남아 있다. 그러나, 비록 그것이 가능하더라도, 완전하게 정렬된 근접 패킹은 바람직하지 않는 양상들을 가질 수 있다. 공간 주파수에 따른, 형상 패터닝에서 완전한 규칙성 및 지속적인 배향은 다중 패터닝된 배열 구성요소들의 스태킹(stacking)으로 인해 원치않는 주파수 "맥놀이(beat)" 효과를 유도할 수 있다. 이러한 맥놀이 주파수의 존재로 인해, 모아레 패턴들은 디지털 이미징 기술분야에서의 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 디스플레이된 이미지에서 원치않는 시각적인 효과들을 생성할 수 있다. 따라서, 근접 패킹 배열에서 약간의 불완전성 또는 불규칙성, 및 근접 패킹된 부분에서 약간의 거대한 스케일의 무질서가 필 팩터의 약간 작은 비율의 손실에서조차도, 유리할 것이라는 것이 나타난다. 이런 불규칙성은 광 효율의 단지 매우 작은 비율의 손실을 갖는 모아레 이미지의 가능성을 효율적으로 최소화할 것이다.
종래의 광 재배향 필름들은 종종 형성된 마이크로렌즈 구조물들을 갖는 레이어, 기판 시트에 결합시킴으로써 가공된다. 예를 들어, 이는 이전에 설명된 남 등의 논문에서 도시된 배열이다. 그러나, 남 등의 접근법은 적절한 표면 형상들을 달성하는 데에 본래 어려움들 중 몇몇을 극복하고 몇몇 어플리케이션(application)들에 허용가능한 동시에, 모노리식 가공에 대한 장점이 존재할 수 있다. 단일 재료로서 광 재배향 필름을 형성하는 것은 예를 들어, 특히 더 작고 더 플렉시블한 디스플레이들을 위하여 유용할 수 있다. 그러나, 반구형 렌즐릿들의 모노리식 가공은 종래의 방법들을 사용하여 획득하는 것이 어려울 수 있다.
향상된 효율, 더 작은 패키징, 감소된 부품 의존, 및 더 저렴한 비용에 대한 요구 및 LCD 패널들을 채택하는 디스플레이 장치들의 중가하는 수로, 이들 디스플레이 장치들을 지지하는 향상된 광 재배향 필름들에 대한 요구가 존재하는 것이 인식될 수 있다.
본 발명은 a) 내장재료(embedment material)의 레이어를 도포함으로써 기판의 표면을 컨디셔닝하는(conditioning) 단계; b) 건조-지원 자기-결합(drying-assisted self-assembly)을 사용하여 마이크로스피어(microsphere)들의 근접 패킹된(close packed) 레이어를 결합하고 상기 마이크로스피어들의 근접 패킹된 레이어를 상기 컨디셔닝된 표면에 도포하는 단계; 및 c) 상기 마이크로스피어들을 상기 내장재료의 레이어들의 상기 표면으로 중간까지 내장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체를 형성하기 위한 방법을 제공한다.
다른 양상에서, 본 발명은 육각형으로 근접 패킹된 반구형 렌즐릿(lenslet)들의 복수 개의 2 차원 도메인들을 포함하되, 상기 반구형 렌즐릿 직경에 대한 편차 계수가 약 0.35보다 작은 구조화된 표면을 포함하고, 적어도 두 개의 인접한 도메인들은 상이한 근접 패킹된 배향 방향을 갖고 결정립계(grain boundary)는 이웃하는 도메인들 사이의 인터페이스(interface)를 형성하며; 상기 구조화된 표면에 대해 수직한 각도로 단면이 취해질 때, 어떠한 도메인에서의 렌즐릿들의 단면의 절반보다 큰 형상은 실질적으로 반구형인 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체를 제공한다.
또다른 양상에서, a) 영역 위에 조사(illumination)를 제공하기 위해 가동가능한 광원; b) 컨디셔닝된 조사를 제공하기 위한 조사의 경로에 존재하고, 육각형으로 근접 패킹된 반구형 렌즐릿들의 복수 개의 2차원 도메인들을 포함하고, 상기 반구형 렌즐릿 직경들에 대한 편차 계수가 약 0.35보다 작은 구조화된 표면을 포함하되, 적어도 두 개의 인접한 도메인들은 상이한 근접 패킹된 배향 방향을 가지고 결정립계(grain boundary)는 이웃하는 도메인들 사이의 인터페이스를 형성하고; 상기 구조화된 표면에 대해 수직한 각도로 단면이 취해질 때, 렌즐릿들의 단면의 절반보다 큰 형상은 실질적으로 반원형인 광 재배향 필름; 및 c) 이미지를 형성하기 위한 상기 광 재배향 필름으로부터 입사하는 상기 컨디셔닝된 조사를 변조하도록 위치된 디스플레이 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.
여기에서 설명된 본 발명의 광 재배향 물체의 구체예들은 주로 광 재배향 필름의 가공에 관한 것이다. 이전에 배경기술 부분에서 주목된 바와 같이, 적절한 필름 재료에 의해 제안될 것과 같은, 감소된 두께 및 가벼운 중량의 특성들은 휴대용 및 포켓용 디스플레이들, 및 다른 얇은 디스플레이 장치들과 함께 사용된 광 재배향 물체들을 위하여 특히 바람직하다. 그러나, 본 발명의 구체예들은, 광 재배향 물체의 구조화된 표면의 구조물 및 가공에 관한 것이되, 물체가 단일 재료 또는 모노리식 필름 또는 플레이트, 또는 복합 필름 또는 다른 복합 물체의 형태로 제공되며, 기판이 구조화된 표면을 제공하는 필름 재료를 지지하는 것이 주목되어야 한다.
본 개시에 관하여, 용어 "마이크로스피어(microsphere)"는 실질적으로 구형인 재료의 몸체를 나타낸다. 예를 들어, 마이크로스피어는 광 재배향 필름에서 사용된 마이크로렌즈들의 배열에서의 렌즐릿들에 대하여 적절한 범위에서 존재하는 직경을 갖는 유리, 폴리머 또는 다른 적절한 재료의 적절하게 작은 스피어일 수 있다.
본 개시에 관하여, 용어 "구형(spherical)"은 단면이 일반적으로 약 0.2보다 작고, 바람직하게는 0.1보다 작은 편심률을 갖는 형상을 갖는 것을 의미한다. 실제로, 편심률(e)은 원뿔 곡선(conic section)이 얼마나 (편심률 e = 0을 갖는) 완전한 원과 상이한가하는 상대적인 척도를 부여한다. 타원의 편심률(e)은 아래와 같이 정의된다:
Figure 112009037767216-PAT00002
여기에서 a는 반-장축의 길이이고, b는 반-단축의 길이이다.
용어가 본 개시에서 사용된 바와 같이, 2-D 형상은 그것이 약 0.2보다 작은 편심률을 가지면서 그것의 형상이 160도보다 크고 200보다 작은 각도만큼 대하여지는 호(arc)일 때 실질적으로 반원형이다.
본 개시에 관하여 사용된 대로, 편차 계수(cv)는 분포에서의 디스퍼젼의 일반화된 척도로서 표준적인 의미를 갖는다. 값들의 분포에 대하여, cv는 그 분포에 대한 (영이 아닌) 산술 평균에 의해 나누어진 분포의 표준 편차로서 정의된다.
육각형 근접 패킹은 결정질 구조물들의 연구분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 용어이다. 본 개시에 관하여, 2-D HCP로 나타난, 용어 "2차원 육각형 근접 패킹(two-dimensional hexagonal close-packing)"은 도 2c를 참조하여 이전에 설명된 바와 같이, 평평한 표면상에서 동일한 반경의 스피어(sphere)들의 단일 레이어를 위하여 달성될 수 있는 최대 패킹 밀도에 관한 것이다.
본 발명의 구체예들은 실질적으로 반구형인 육각형 근접 패킹된(HCP) 렌즐릿들의 배열을 갖는 표면을 제공하는 광 재배향 물체의 가공에 관한 것이다. 렌즐릿 직경들은 0.5마이크론 이하와 같은, 초미세마이크론(sub-mircron) 크기부터 10 내지 20 마이크론 이상의 범위에서의 더 큰 크기까지 놓여질 수 있다. 이전에 부여된 배경기술 부분에서 주목된 바와 같이, 형상에서 반구형이면서 근접 패킹된 렌즐릿 구조물들의 가공은 이전에는 종래의 가공 기술들을 사용하여 정의하기 어렵게 증명되어 왔다.
HCP 배열에서 정렬된 반구형 렌즐릿들의 가공은 본 발명의 구체예들을 사용하는, 많은 방법들로 수행될 수 있다. 본 발명의 방법들은 모아레 또는 다른 주파수 효과들과 같은 문제점을 회피하는 동시에, 그것의 높은 필 팩터(fill factor) 및 유리한 광 처리 특성들에 대하여 특히 유리한 HCP 배열에서 함께 마이크로-반구형들의 배열을 형성하기 위한 기술들의 조합을 채택한다. 본 발명의 다양한 구체예를 사용하여 형성된 필름들과 같은 광 재배향 물체들은 이어서 설명된 바와 같이, 기판 또는 캐리어에 결합될 수 있는 레이어들의 형태에서 뿐 아니라 모노리식 형태에서 제공될 수 있다.
도 4a 및 도 4b의 블록도들은 하나의 구체예에서 광 재배향 필름(30)을 형성하기 위한 가공 순서를 도시한다. 이들 도면들은 우선 마이크로스피어(44)들을 사용하는 구조화된 템플릿 표면(46)을 형성하고, 구조화된 템플릿 표면(46)을 사용하여 몰드(48)를 형성하며, 이어서 광 재배향 필름(30)의 구조화된 표면을 형성하도 록 몰드를 사용하여 구조화된 템플릿 표면(46)을 복제하기 위한 단계들의 연속을 도시한다. 이어서 연속적으로 부여된 실시예들은 특정한 경우들에 가해진 처리, 재료 및 농도에 관한 더 상세한 정보를 부여한다.
우선 도 4a를 참조하여, 기판(40)은 그 위에 템플릿을 형성하기 위하여 제공된다. 기판(40)은 연속적인 공정 조건들 및 사용된 재료들을 처리하기 위하여 적절하게 선택된, 유리 또는 플라스틱 재료일 수 있다. 기판(40)의 표면은 그 위에 접착제와 같은, 내장재료(42)의 레이어를 도포함으로써 컨디셔닝된다(conditioned). 하나의 구체예에서, 열 감지 접착제(TSA)의 얇은 코팅은 내장재료(42)로서 도포된다. 이어서 마이크로스피어(44)들이 이어서 더 상세하게 설명된, 건조-지원 자기-결합(DASA; Drying Assisted Self-Assembly)으로 명명된 기술을 사용하여 내장재료(42)의 표면상에 정렬된다.
다음으로 도 4b로 이동하여, 내장 공정은, 컨디셔닝된 기판의 표면 위에 확장된 각각의 마이크로스피어(44)의 노출된 일부가 반구형이 되도록 마이크로스피어(44)들을 적절한 깊이로 내장하여, 수행된다. 하나의 구체예에서, 열은 내장재료(42)의 상대적으로 점성이 있는 레이어로 내장을 제공하는 데에 사용된다. 다른 구체예들은 적절한 깊이로의 내장을 제공하기 위하여 마이크로스피어(44)들의 노출된 일부에 반하여 압력을 가한다. 구조화된 템플릿 표면(46)은 이런 내장 공정에 의해 형성된다.
따라서 형성된 구조화된 템플릿 표면(46)으로, 몰드(48)가 이어서 가공될 수 있다. 몰드(48)를 위한 경화되지 않은 재료는 템플릿 표면(46)에 도포되고, 이어서 열, 복사, 화학 또는 다른 경화 방법들을 이용하여, 경화된다. 이어서 몰드(48)는 반구형 렌즐릿(60)들의 모노리식 배열, 또는 캐리어 또는 기판 재료에 바인딩(binding)하기 위한 레이어로서 광 재배향 필름(30)을 형성하기 위한 종래의 몰딩 공정에서 사용된다.
필름 가공의 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 자는 도 4a 및 도 4b에서의 단계들의 순서가 이어서 설명된 것을 포함하여, 상이한 조건들 하에서, 상이한 기술들로 수행될 수 있고, 상이한 재료들을 사용할 수 있는 각각의 단계를 갖는, 많은 대안적인 구체예들을 허용하는 것을 손쉽게 관찰할 수 있다. 하나의 대안적인 구체예에서, 매개물 도너재료(intermediate donor material)는 마이크로스피어(44)들의 육각형으로 근접 패킹된 레이어를 결합하는 단계에 사용된다. 일단 결합되면, 이어서 마이크로스피어들의 HCP 레이어는 도너 표면으로부터 기판(40)의 컨디셔닝된 표면으로 전사된다(transffered). 이런 대안적인 구체예에서, 열 및 압력의 조합 또는 압력의 약간 양은 마이크로스피어(44)들을 내장재료(42)의 표면으로 중간까지 내장하는 데에 사용된다. 마이크로스피어들의 중간(halfway) (내장(embedment))은 여기에서 마이크로스피어들의 노출된 정점 높이로부터 내장 레이어의 표면까지가 마이크로스피어들의 직경의 40 내지 60 퍼센트 사이에 존재하도록 하는 내장으로서 정의된다. 다시 말해서, 마이크로스피어들은 단지 마이크로스피어들의 직경의 40 내지 60 퍼센트가 내장 레이어의 표면 위에 노출되는 정도까지 내장된다. 바람직하게는, 중간 내장(halfway embedment)은 마이크로스피어들의 직경의 45 내지 55 퍼센트 사이에 존재한다.
건조 지원 자기-결합( Drying Assisted Self - Assembly )
도 4a를 참조하여 설명한 바와 같이, 건조 지원 자기-결합(DASA)은 본 발명의 구체예에서 스피어들의 근접 패킹을 획득하는 데에 사용된다. 이런 공정에서, 적절하게 컨디셔닝된 표면으로 도포된 매우 균일한(단일-분산(mono-disperse)) 마이크로스피어들의 액체 현탁(suspension)은 건조하는 동안 액체의 증발로 근접 패킹된 단일 레이어로 자기-결합한다. 도 5에서 개략적으로 도시된 바와 같이, 건조-지원 자기-결합은 액체 레이어(36)에서 부분적으로 담궈진 마이크로스피어(44)들 사이에서 발달하는 모세관 인력을 사용한다. 모세관 인력은 액체 표면의 변형에 의해 야기되고 필름에서의 액체 레이어(36)의 높이로서 마이크로스피어(44)의 표면에서 접촉선의 유도된 비대칭성은 건조하는 동안 감퇴한다. 모세관 인력의 힘(F)은 액체-공기 또는 더 일반적으로, 액체-기체 인터페이스에서 표면 장력에 직접적으로 비례한다. 액체에서 마이크로스피어들의 건조 지원 자기-결합의 추가적인 상세한 설명은 2000년 3월, Aizenberg 등의 Physical Review Letters 제84권, 2997쪽에서 발견될 수 있다.
도 6a, 도 6b, 도 6c에서 도시된 평면도들의 순서는, 각각, 일어난 대로 점진적인 DASA 공정에서의 초기, 중기 및 후기 단계를 도시한다. 액체 레이어(36; 도 5)가 건조됨에 따라, 마이크로스피어(44)들은 상호 간에 반하여 근접 패킹 배열로 자기-결합한다. 이런 공정은 미시적인 스케일에서 관찰될 수 있다. 건조가 진행됨에 따라, 2차원 결정질 영역들의 배열은 근접 패킹이 활발하게 일어나는 표면을 따 라 펼쳐지는 성장 전면(38; growth front)들로 형성된다.
바람직하게는, DASA 공정은 넓은 영역에 걸쳐 균일하고, 정렬된 근접 패킹 배향 방향을 갖는 육각형 근접 패킹을 달성하지 못하나, 근접 패킹된 스피어들의 더 작은 이웃 도메인들 또는 영역들을 생성하고, 평면을 따르는 이들의 근접 패킹 배향 방향의 각각은 일반적으로 모아레 문제들을 최소화하기 위한 적절한 정도의 랜덤 정렬(random ordering) 또는 비배향(disorientation)을 갖는 2차원 결정질 구조물을 생성하면서, 그것의 이웃들과는 적어도 약간 상이하다. 동시에, 국부화된 근접 패킹 때문에, 필 팩터는 향상된다.
도 7의 평면도는 본 발명의 하나의 구체예에 따른, 실제에서의 마이크로스피어들의 육각형 근접 패킹을 도시한다. 도 7은 불규칙적인 형상의, 다중 스피어이면서, 국부화된 2-D 결정질 도메인(50)들에서 마이크로스피어(40)들의 클러스터링을 도시하고, 여기에서 근접 패킹된 도메인(50)들은 각각 임의의 배향 방향을 갖거나, 결정질 구조물들의 연구분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 용어를 사용하여, 상호 간에 대하여 "무질서하게 되거나(disordered)" "무질서한 배향(disordered orientation)"이 되도록 고려된다. 도 7은 이런 확대도에서 시각적으로 표시된 결정질 도메인(50)들 중 하나를 강조한다. 많은 관찰은 다음을 포함하면서, 도 7의 실시예로 만들어질 수 있다:
(ⅰ) 도메인(50) 내에서, 마이크로스피어(44)들은 실질적으로 2-D HCP 배열을 갖는다. 도메인 내에 완전한 2-D HCP 배열로부터 약간의 편차가 존재할 수 있다.
(ⅱ) 이웃하는 2차원 결정질 도메인(50)들의 상대적인 비배향 및 다른 불규칙성들로 인해, 결정립계(52)는 근접 패킹이 불완전한 이웃 2-D 결정질 도메인(50)들의 인터페이스를 따라 놓여진다.
(ⅲ) 주로 불완전한 마이크로스피어 가공 또는 파손된 비드 구조물들, 및 공극(56; vacancy)들로 인해 비드 크기 불순물(54)들은 또한 도 7에서 도시된 바와 같이, 일어날 수 있다.
(ⅳ) 어떠한 도메인(50)의 결정질 배향은 그것의 이웃 도메인(50)들의 그것과 상이할 수 있다. 즉, 어떠한 두 개의 상이한 도메인들은 상대적으로 독립적인 근접 패킹 배향 방향을 갖는다. 이는 두 개의 도메인(50)들 사이의 상이한 방향으로의 마이크로스피어(44) 라인업(line up)의 열들을 의미할 수 있다. 하나의 도메인(50)에서 마이크로스피어(44)들이 이웃 도메인(50)에서 마이크로스피어(44)들의 열에 대하여 평행한 열들에 정렬된 곳에서조차도, 예를 들어 약간의 오프셋(offset)이 존재하므로, 두 개의 평행한 열들이 상호 간에 대하여 선으로부터 약간 멀어진다.
도 7에서 도시된 근접 패킹된 배열은 단일 평면에서 각각의 도메인(50) 위에 국부화된 콜로이드 결정 패킹 구조물의 형태를 제공한다. 이 때문에, DASA 공정은 종래의 딥-코팅 방법들을 걸쳐 필 팩터를 향상시킨다.
내장( embedment )
도 8a는 하나의 구체예에서 건조 지원 자기-결합을 사용하여 정렬되어 온 폴 리머 마이크로스피어(44)들의 내장의 결과를 도시한다. 도 4b에 도시된 단계들의 순서를 다시 참조하여, 적절한 깊이에서 내장재료(42)의 레이어의 표면으로의 마이크로스피어(44)들의 내장은 요구된 반구형 구조물들의 배열을 제공하여 구조화된 템플릿 표면(46)을 형성한다.
적절한 깊이까지 마이크로스피어(44)들의 내장을 제공하기 위하여 제어될 수 있는 많은 팩터들이 존재한다. 하나의 방법은 적절하게 내장재료(42)의 계수 또는 점성을 낮추기 위하여 충분한 시간 간격에 걸쳐 열을 가하여 마이크로스피어(44)들이 더 손쉽게 표면으로 중간까지 가라앉도록 한다. 외부 압력은 또한 이전에서 주목된 바와 같이, 이들 목적을 위하여 가해질 수 있다. 용매들에 더하여 예를 들어, 열, 압력 및 용매의 어떠한 조합이 또한 사용될 수 있다.
템플릿(46)으로부터의 캐스팅 몰드(48)( casting mold (48) from template (46))
도 8a에 도시된 바와 같이, 구조화된 템플릿 표면(46)으로부터 몰드(48)를 형성하는 단계들은 필름 가공 기술분야에서 잘 알려졌고, 캐비티(62)를 형성하기 위한 다양한 재료들 및 기술들을 사용할 수 있다. 하나의 구체예에서, 예를 들어, PDMS(폴리디메틸실록산)의 레이어는 몰드 형성(48)을 위한 템플릿(46)으로 도포된다. 마이크로스피어(44)들은 적절한 깊이까지 내장되어 반구형 구조물들을 형성하기 때문에, 몰드 재료는 템플릿 표면(46)으로부터의 형상들을 찍기 전에 먼저 기판에 도포하는 것보다, 구조화된 템플릿 표면(46)의 표면에 직접적으로 도포할 수 있 다. 그러나, 대안적인 구체예에서, 기판은 몰드 재료를 지지하는 데에 사용된다.
복제( replication )
도 4b를 다시 참조하여, PDMS 또는 다른 적절한 폴리머로부터 형성된, 몰드(48)는 이어서 광 재배향 필름(30)의 베이스 재료를 용인가능하고 렌즐릿(60)들을 형성하여 도 8b의 실시예에서 도시된 바와 같은 구조화된 표면을 형성한다.
단면에서의 렌즐릿 (60) 반구형( lenslets (60) Semcircular in Cross - Section )
본 발명의 가공 방법의 바람직한 결과는 렌즐릿(60)들에 대하여 달성된 최종 형상에 관한 것이다. 도 8c를 참조하여, 단면이 광 재배향 필름(30)의 표면에 대해 수직하게 취해질 때, 렌즐릿(60)들 중 어떤 것에 대한 단면 형상(H)이 도시된다. 이전에 주목되고 도 8c에서 나타난 바와 같이, 실질적으로 반구형 형상은 적어도 160도보다 크고 200도보다 작고, 바람직하게는 약 170도보다 크고 약 190도보다 작으며, 가장 바람직하게는 가능한 한 180도에 근접한 각도만큼 대하여진 호(arc)이다.
본 발명에 따라 가공된 광 재배향 필름(30) 또는 다른 광 재배향 물체에서, 형성된 렌즐릿(60)들의 스케일로 인하면서 재료 및 공정의 특성으로인해, 구조화된 표면의 약간의 불완전성이 기대되는 것이다. 그러나, 실제로, 렌즐릿(60)들의 단면의 절반 이상은 반구형 단면에 대한 이들 요구조건들을 충족하고, 따라서 렌즐릿(60)들의 대다수가 반구형인 것을 의미한다. 이런 구조물을 갖는 광 재배향 필 름(30)을 위한, 표면의 평면에 존재하는 어떠한 각도에서 취해진, 구조화된 표면에 대한 수직 단면은 렌즐릿(60)들 중 몇 개의 반구형 단면을 획득하는 것을 가리키는 것이 또한 유익하다. 즉, 베이스에 대해 수직으로 취해진 반구의 단면은 몇몇 크기의 반구형 형상을 산출한다.
가공 구체예들( fabrication embodiments )
도 4a 및 도 4b를 참조하여 이전에 설명되고 도 8a 내지 도 8c의 실시예에서 도시된 순서는 많은 상이한 방법들로 광 재배향 필름(30)들을 가공하는 데에 사용될 수 있다. 도 4b는 모노리식 물체로서 광 재배향 필름(30)을 도시하였다. 다른 구체예들에서, 도 9의 광 재배향 물체(30)의 단면에서 도시된 바와 같이, 추가적인 지지가 제공되고, 이미 형성된 구조화된 표면을 갖는, 광 재배향 필름(30)이, 이어서 설명된 바와 같은, 웹 캐리어로서 아마 제공된, 유리 또는 폴리머 시트와 같은, 기판(68)에 결합된다. 광 재배향 필름(30)과 기판(68) 사이의 결합은 많은 방법들 중 어떠한 것으로 수행될 수 있고, 예를 들어, 접착 결합 또는 UV 활성화된 결합을 포함할 수 있다. 또 다른 구체예들에서, 몰딩된 재료는 백킹 지지(backing support)로서 기판과 함께 가해지는 몰드 작용 및 기판에 도포에 지지되고, 이는 다음의 제거를 요구할 수 있거나, 요구하지 않을 수 있다.
도 10의 개략도는 광 재배향 필름(30)을 가공하는 데에 사용될 수 있는 압출 롤 몰딩 장치(100)를 도시한다. 이런 구체예들에서, 몰드(48; 도 8a)는 드럼(148)에 형성되고 감싸여 패터닝된 롤러(142)를 형성한다. 필름을 가공하기 위하여, 압 출기(130)는 폴리머와 같은, 경화되지 않는 열가소성 재료(132)를 공급부(136)로부터 이송된, 베이스(134)로 제공한다. 베이스(134)는 열가소성 재료(132)에 사용되는 동일한 재료로부터 형성될 수 있거나 예를 들어, 종이, 필름 또는 직물과 같은 다른 시트 재료로부터 형성될 수 있다. 용융 열가소성 재료(132) 및 베이스(134)는 압력 롤러와 같은, 지지부(140)와 패터닝된 롤러(142) 사이의 니프 영역(38) 내로 지난다. 열가소성 재료(132)가 니프 영역(138)을 통과함에 따라, 지지부(140) 및 패터닝된 롤러(142)는 열가소성 재료(132)를 베이스(134) 위로 누르고(press), 롤러 상에 존재하는 패턴이 최종 필름(30)에 찍히게 된다. 찍힌 패턴은 패터닝된 롤러(142)의 표면의 반대쪽이다. 열가소성 재료(132)는 이어서 용융 온도 아래에서 냉각되거나 그렇지 않으면 경화되고, 광 재배향 필름(30)은 이어서 후속 공정을 위한 기판 테이크 업 롤(substrate take up roll; 146)로 감겨진다. 예를 들어, 베이스(134)는 제거가능할 수 있다.
도 11의 대안적인 압출 롤 몰딩 구체예는 베이스 또는 캐리어 재료의 사용 없이 경화되지 않는 열가소성 재료(132)를 압출함으로써 광 재배향 필름(30)을 형성한다. 압출기(130)는 열가소성 재료(132)를 용융시키고 지지부(140)와 패터닝된 롤러(142) 사이의 니프 영역(138)으로 열가소성 재료(132)를 공급한다. 이는 냉각됨에 따라, 광 재배향 필름(30)의 표면에 찍힌 롤러 표면상에 존재하여 그것의 구조화된 표면을 형성하는 패턴을 갖는, 광 재배향 필름(30)을 형성한다. 패터닝되고 냉각된 광 재배향 필름(30)은 이어서 후속 공정에 대한 기판 테이크 업 롤(46)로 감겨진다.
도 12a는 패터닝된 벨트(150)를 사용하는 몰딩 장치(100)의 대안적인 형태의 개략도를 도시한다. 패터닝된 벨트(150)는 도 10 및 도 11을 참조하여 설명된 바와 같이 패터닝된 롤 가공을 사용하여 그 자체가 형성된다. 이어서, 이것의 패터닝된 구조물의 견지에서, 패터닝된 벨트(150)는 종래에 "암(female)" 몰딩 요소라고 불리는 것의 역할을 하는, 마스터(master) 패터닝 롤러(142)의 임프린트(imprint)를 지닌다. 광 재배향 필름(30)을 형성하기 위하여, 경화되지 않는 열가소성 재료(132)는 패터닝된 벨트(150)와 지지부(140) 사이의 니프 영역(138)으로 이송된다. 이런 배열을 갖는, 광 재배향 필름(30) 상에 형성된 표면 패턴은 도 10 및 도 11 구체예들의 패터닝된 롤러(142) 표면의 패턴과 동일한 패턴이다.
도 12b는 도너 재료(160)를 사용하는 가공 장치(110)의 대안적인 구체예를 도시한다. 마이크로스피어(44)들은 이전에 설명된 바와 같은 DASA를 사용하여, 육각형으로 근접 패킹된 배열에서 도너재료(160)에 결합된다. 기판(40)의 표면은 코터(64; coater)로부터 내장재료(42)의 도포에 의해 컨디셔닝된다. 도너 재료(160) 및 컨디셔닝된 기판(40)은 마이크로스피어(44)들을 내장재료(42)의 표면으로 중간까지 내장하고 따라서 광 재배향 필름(30)을 형성하기 위하여 압력을 가하는 롤러(166)들 사이의 니프로 이송된다. 이어서 소비된 도너(162)는 폐기된다.
도 13은 LGF(20)의 제조를 위하여 UV 경화를 사용하는 가공 장치(110)를, 개략적인 형태로, 도시한다. 코터(80)는 경화되지 않는 재료(84)의 층을 캐리어(82) 또는 다른 지지부에 도포시킨다. 이어서 패터닝은 패터닝된 롤러(142)를 사용하여 경화되지 않는 물질을 찍음으로써 수행될 수 있다. 이런 다음에, UV 복사(90)는 도 포된 층의 경화를 촉진하는 데에 사용되어, 도포된 층이 찍힌 패턴으로 경화되고, 이어서 롤(146)로 감겨지는 광 재배향 필름(30)을 형성하도록 한다. 광 재배향 필름(30)은 캐리어(82) 일부를 포함할 수 있거나 제거할 수 있다. 복사 에너지의 다른 형태들은 대안적으로 사용될 수 있다.
재료( materials )
본 발명의 방법들은 공정의 각각 단계를 위한 상이한 재료들의 범위의 사용을 허용한다. 예를 들어, 본 발명에서 유용한 마이크로스피어 비드들은 원하는 비드 형상 및 크기를 획득하기 위하여 적절한 어떠한 방식으로 준비된, 어떠한 적절한 재료, 바람직하게는 플라스틱 또는 유리로 형성될 수 있다. 적절한 방법들은 마이크로스피어 비드 가공 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 제한 회합 기술들과 같은 현탁 및 유제(emulsion) 중합(polymerization) 방법을 포함할 수 있다. 이는 "현탁 중합(suspension polymerization)" 및 "폴리머 현탁(polymer suspension)" 기술을 포함한다.
본 발명에서 유용한 비드들은 원하는 비드 형상을 획득하기 위한 적절한 어떠한 방법으로 준비될 수 있다. 적절한 방법들은 예를 들어, 1995년 Journal of Colloid Interface Science 169의 48쪽 내지 59쪽에서, Thomas H. Whitesides 및 David S. Ross에 의해 설명된 바와 같은, 제한된 회합 기술이 알려진 것과 같은 현탁 및 유제 중합 방법들이다.
제한된 회합 방법은 "현탁 중합" 기술 및 "폴리머 현탁" 기술을 포함한다. 본 발명에 따른 폴리머 입자들을 준비하는 바람직한 방법은 중첨가(poly-addition) 중합성 모노머(들)이 미립자 현탁화제를 포함하는 수성 매체에 첨가되어 연속 (물(water)) 상에서 불연속(기름 드랍릿(oil droplet)) 상을 형성하는 제한된 회합 기술에 의한다. 혼합물은 교반, 균질화 등에 의해 전단력이 가해져, 드랍릿(droplet)의 크기를 감소시킨다. 전단이 중단된 후에, 평형은 드랍릿의 표면을 코팅하는 데에서 미립자 현탁화제의 안정화 작용의 결과로서 드랍릿의 크기에 대하여 도달된다. 이어서 중합이 완성되어 폴리머 입자들의 수성 현탁을 형성한다.
"폴리머 현탁" 기술에서, 적절한 폴리머는 용매로 용해되고 이런 용액은 안정화제로서 콜로이드 실리카를 포함하는 수성 용액에서 미세한 물-비혼화성 액체 드랍릿으로서 분산된다. 평형이 도달되고 드랍릿들의 크기는 드랍릿들의 표면을 코팅하는 콜로이드 실리카 코팅의 작용에 의해 안정화된다. 용매는 콜로이드 실리카의 그 위에 균일한 코팅을 갖는 폴리머 입자들을 초래하는 증발 또는 다른 적절한 기술에 의해 드랍릿들로부터 제거된다. 종래의 공정은 예를 들어, 1989년 5월 23일에 교부된 미국 특허 제4,833,060호에서 설명된다. 현탁 중합 기술을 사용하는 이런 기술을 실제 사용함에 있어서, 어떠한 적절한 모노머(들)은 예를 들어, 스티렌, 비닐 톨루엔, p-클로로스티렌; 비닐 나프탈렌; 에틸렌성 불포화 모노올레핀 예를 들어, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌 및 이소부틸렌; 비닐 할라이드 예를 들어, 비닐 클로라이드, 비닐 브로마이드, 비닐 플루오라이드, 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 비닐 벤조에이트 및 비닐 부틸레이트; 알파-메틸렌 지방성 모노카르복실산의 에스테르 예를 들어, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, n-부틸아크릴레 이트, 이소부틸 아크릴레이트, 도데실아크릴레이트, n-옥틸 아크릴레이트, 2-클로로에틸 아크릴레이트, 페닐 아크릴레이트, 메틸-알파-클로로아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트 및 부틸 메타크릴레이트; 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 아크릴아미드, 비닐 에테르 예를 들어, 비닐 메틸 에테르, 비닐 이소부틸 에테르 및 비닐 에틸 에테르; 비닐 케톤 예를 들어, 비닐 메틸케톤, 비닐 헥실 케톤 및 메틸 이소프릴 케톤; 비닐리덴 할라이드 예를 들어, 비닐리덴 클로라이드 및 비닐리덴 클로로플루오라이드; 및 N-비닐 화합물, 예를 들어, N-비닐 피롤, N-비닐 카바졸, N-비닐 인돌 및 N-비닐 피롤리돈 디비닐 벤젠, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 이의 혼합물 등과 같은 것이 채택될 수 있다.
현탁 중합 기술에서, 다른 첨가물은 예를 들어, 미국 특허 제2,932,629호 및 제4,148,741호에서 더욱 상세하게 개시된 기폭제(initiator), 조촉매(promoter) 등을 포함하는 원하는 결과를 초래하기 위하여 모노머 드랍릿들 및 부피의 수성 상(aqueous phase)에 첨가된다. 폴리머 현탁 공정을 위한 유용한 용매들은 폴리머를 용해하는 것이고, 이는 물과는 비혼화성이고 폴리머 드랍릿, 예를 들어, 클로로메탄, 디클로로메탄, 에틸아세테이트, 비닐 클로라이드, 메틸 에틸 케톤, 트리클로로메탄, 카본 테트라클로라이드, 에틸렌 클로라이드, 트리클로로에탄, 톨루엔, 크실렌, 싸이클로헥사논, 2-니트로프로판 등으로부터 손쉽게 제거된다. 특히 유용한 용매는 물과 비혼화성인 동시에 많은 폴리머에 대한 양호한 용매이기 때문에 디클로로메탄이다. 더욱이, 그의 휘발성은 증발에 의해 불연속 상 드랍릿으로부터 손쉽게 제거될 수 있도록 한다.
폴리머 현탁 공정에서 다양한 성분들의 양 및 상호 간에 대한 이의 관계는 폭넓은 범위에 걸쳐 변할 수 있다. 그러나, 용매에 대한 폴리머의 비율은 용매와 폴리머의 합한 중량의 약 1 내지 약 80중량%의 양에서 변해야 하고, 용매와 폴리머의 합한 중량은 약 25 내지 약 50중량%의 양에서 채택된 물의 양에 대하여 변해야 한다는 것이 일반적으로 발견되어 왔다. 콜로이드 실리카 안정화제의 양 및 크기는 콜로이드 실리카의 입자들의 크기 및 원하는 폴리머 드랍릿 입자들의 크기에 의존한다. 따라서, 폴리머/용매 드랍릿들의 크기는 높은 전단 교반에 의해 더 작게 만들어짐에 따라, 고체 콜로이드 안정화제의 양은 드랍릿들의 제어되지 않은 회합을 방지하고 야기되는 폴리머 입자들의 균일한 크기 및 좁은 크기 분포를 달성하도록 변한다. 이들 기술들은 매우 좁은 크기 분포로 0.5 마이크로미터부터 약 150마이크로미터까지의 범위 내에서 어디서든지 미리결정된 평균 직경을 갖는 입자들을 제공한다. 편차 계수(평균 직경에 대한 표준 편차의 비율)는 일반적으로 약 0.35 아래이다. 채택되어 비드를 만드는 특정한 폴리머는 채색될 수 있는 물-비혼화성 합성 폴리머이다. 바람직한 폴리머는 어떠한 비결정질 물 비혼화성 합성 폴리머이다. 유용한 폴리머 형태들의 예시들은 폴리스티렌, 폴리(메틸 메타크릴레이트) 또는 폴리(부틸아크릴레이트)이다. 코폴리머는 예를 들어 부틸 아크릴레이트 및 스티렌의 코폴리머가 또한 사용될 수 있다. 폴리스티렌 폴리머는 적절하게 사용된다.
마이크로스피어 크기의 분포는 산술평균에 의해 나누어진 분포의 표준 편차로서 정의된, 편차 계수(cv)는 0.35보다 작고, 바람직하게 0.2보다 작으며, 가장 바람직하게는 0.15보다 작다.
광 재배향 필름(30)은 예를 들어, 굴절률, 유리 전이 온도, 강성 및 다른 팩터들과 같은 특성들 및 팩터들을 고려하여, 어떠한 적절한 투명한 재료로부터 형성될 수 있다. 일반적인 광 재배향 필름은 미세-반구형들의 근접 패킹된 단일 레이어를 갖는 구조화된 표면을 갖는 시트를 포함한다. 시트는 기판을 포함할 수 있다. 상이한 기판들의 범위는 유리 및 폴리머를 포함하는, 구조화된 템플릿 표면(46)을 포함하는 데에 사용될 수 있다. 기판은 폴리에스테르 플라스틱으로 형성된 코닥 이스타 필름과 같으면서 20 내지 200 마이크론 사이의 두께를 갖는 폴리머 재료일 수 있다. 예를 들어, 기판은 투명한 폴리에스테르의 80마이크론 두께의 시트일 수 있다. 다른 폴리머, 예를 들어 투명한 폴리카보네이트가 또한 사용될 수 있다.
플렉시블한 플라스틱 기판은 어떠한 플렉시블하고, 자기-지지하는 플라스틱 필름일 수 있다. 플렉시블한 플라스틱 기판은 자기 지지하기 위하여 충분한 두께 및 기계적인 일체성을 가져야만 하나, 딱딱하기 위하여 너무 두꺼워서는 안된다. 일반적으로, 플렉시블한 플라스틱 기판은 두께에서 복합 필름의 가장 두꺼운 레이어이다. 따라서, 기판은 대부분 완전히 구조화된 복합 필름의 기계적 및 열적 안정성을 결정한다.
플렉시블한 플라스틱 기판 재료의 또 다른 중요한 특성은 그의 유리 천이 온도(Tg)이다. Tg는 플라스틱 물질이 유리 상태에서 고무 상태로 변화하는 온도로서 정의된다. 효율적인 Tg는 재료로 실제적으로 유동할 수 있기 전의 범위를 포함할 수 있다. 플렉시블한 플라스틱 기판을 위한 적절한 물질은 더 높은 유리 전이 온도, 예를 들어, 150℃를 넘는 물질뿐만 아니라, 상대적으로 낮은 유리 전이 온도, 예를 들어, 150℃까지의 열가소성 플라스틱을 포함한다.
플렉시블한 플라스틱 기판을 위한 재료의 선택은 예를 들어, 디스플레이 제조업자의 공정라인에서와 같은 후 제조 조건들뿐 아니라, 침전 온도 및 풀림 온도를 포함하는, 제조 공정 조건들과 같은 팩터들을 의존한다. 여기에서 설명된 플라스틱 기판들 중 어떠한 것은 손상없이, 적어도 약 200℃까지, 몇몇은 300 내지 350℃까지의 더 높은 공정 온도를 견딜 수 있다. 일반적으로, 플렉시블한 플라스틱 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 플리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 폴리술폰, 페놀 레진, 에폭시 레진, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리에테르에스테르, 폴리에테르아미드, 셀룰로오스 아세테이트, 지방성 폴리우레탄, 폴리아크릴로니트릴, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리(메틸(x-메타크릴레이트)), 지방성 또는 싸이클릭 폴리올레핀, 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에테르술폰(PES), 폴리이미드(PI), 테프론 폴리(퍼플루오르-알콕시) 플루오르폴리머(PFA), 폴리(에테르 에테르 케톤)(PEEK), 폴리(에테르 케톤)(PEK), 폴리(에틸렌 테트라플루오르에틸렌) 플루오르폴리머(PETFE), 및 폴리(메틸 메타크릴레이트) 및 다양한 아크릴레이트/메타크릴레이트 코폴리머(PMMA)이다. 지방성 폴리올레핀은 배항된 폴리프로필렌(OPP)를 포함하는 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 및 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)을 포함할 수 있다. 싸이클릭 폴리올레핀은 폴리(비스(싸이클로펜타디엔))을 포함할 수 있다. 바람직한 플렉시블한 플라스틱 기판은 싸이클릭 폴리올레핀 또는 폴리에스테르이다. 다양한 싸이클릭 폴리올레핀은 플렉시블한 플라스틱 기판에 적절하다. 예시들은 일본, 도쿄의 Japan Sythetic Robber Co.에 의해 제조된 Arton®, 일본, 도쿄의 Zeon Chemicals L.P.에 의해 제조된 Zeanor T, 및 독일 크론버그의 Gelanese A.G.에 의해 제조된 Topas®를 포함한다. Arton은 폴리머의 필름인 폴리(비스(싸이클로펜타디엔)) 응축물이다. 대안적으로, 플렉시블한 플라스틱 기판은 폴리에스테르일 수 있다. 바람직한 폴리에스테르는 아릴라이트와 같은 방향족 폴리에스테르이다.
내장재료(42)는 "접착제"로서 좁게 분류되지 않는 물질을 포함하는, 많은 상이한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 불완전하게 중합되거나 가교결합된 모노머 또는 올리고머 또는 압력 감지 접착제와 같이, 현저하게 부드러운 재료, 또는 열의 작용에 의해 부드러질 수 있어서, 열가소성 플라스틱과 같은 레이어의 표면으로 마이크로스피어들의 중간 내장을 허용할 수 있는 재료가 사용될 수 있다. 내장은 마이크로스피어를 내장재료로 밀거나 누름으로써, 또는 마이크로스피어들을 내장재료로 원하는 깊이까지 당기는 표면력의 작용으로써, 야기될 수 있다. 적절한 내장재료는 (메트)아크릴레이트 호모폴리머 및 코폴리머, 폴리올레핀, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 부티랄, 폴리우레탄, 폴리에스테르, UV 경화가능한 아크릴 및 에폭시, 폴리카보네이트, 및 다른 관련된 재료들을 포함한다. 폴리올레핀은 고밀도 또는 저밀도 폴리에틸렌, (메트)아크릴레이트를 함유한 에틸렌 코폴리머, (메트)아크릴산 및 그의 염을 함유한 에틸렌 코폴리머, 비닐 아세테이트를 함유한 에틸렌 코폴리머, 폴리프로필렌, 및 싸이클릭 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 특히 적절한 내장재료는 저밀도 폴리에틸렌 및 폴리비닐부티랄을 포함한다.
많은 습윤 작용제들은 DASA 공정을 용이하게 하는 데에 사용될 수 있다. 습윤 작용제 또는 코팅 보조제는 마이크로스피어 코팅 용액에 융화가능한 이러한 계면활성제일 수 있다. 사용된 계면활성제는 약 30dyne/㎝이하로 용액의 표면 장력을 감소시켜 코팅된 용액이 기판 또는 내장재료 표면에 고르게 펼쳐지도록 한다. 계면활성제는 코팅 용액에서 다른 성분들과 융화가능한 동안 사실상 비이온, 음이온 또는 양이온일 수 있다. 유용한 비이온 계면활성제의 예시들은 폴리알킬렌옥사이드 개질(modified) 폴리디메틸실옥산(Momentive Performance Materials로부터 이용가능한 상표명"Silwet L-7607", Dow Corning Corp.로부터 이용가능한 상표명 "Q2-5211"), 퍼플루오르알킬 폴리(에틸렌 옥사이드) 알콜(Dupont Co.로부터 이용가능한, 상표명 "Zonyl FSN"), 폴리(에틸렌 옥사이드)-폴리(프로필렌 옥사이드) 및 폴리(에틸렌 옥사이드) 디-올 화합물(BASF Corp.로부터 이용가능한 상표명 "Pluronic L-44"), 및 노닐페녹시 폴리(하이드록시프로필렌 옥사이드(8-10))알콜(Olin Corporation으로부터 이용가능한 상표명 "Surfactant 10G")을 포함한다.
특히 유용한 것은 비이온 폴리에틸렌옥실레화 계면활성제, 특히 하이드로카본 폴리에톡실화 계면활성제 및 폴리에톡실화 실리콘 카보네이트이다. 바람직한 것은 일반식 R1 - Bx - Em - D을 갖는 하이드로카본 폴리에톡실화 계면활성제이다.
여기에서 R1은 8개 내지 20개의 탄소를 갖는 알킬기이고, B는 페닐기이며, x는 0 또는 1이고, E는 (OCH2CH2)이며 m은 6 내지 20이고, D는 OH 또는 OCH3이다. 이런 일반식에 의해 설명된 유용한 비이온 계면활성제는 옥틸페녹실폴리(에틸레네옥 사이드)(9)에탄올(Dow Chemical Corp.로부터 이용가능한 상표명 "Triton X-100"), 옥틸페녹실폴리에틸렌옥사이드(12) 에탄올(Dow Chemical Corp.로부터 이용가능한 상표명 "Triton X-102"), 옥틸페녹시폴리에틸렌옥사이드(30-40) 에탄올(Dow Chemical Corp.로부터 이용가능한 상표명 "Triton X-405"), 알킬(C12-C15 혼합물) 폴리에틸렌옥사이드(7) 알콜(Shell Chemical Co.로부터 이용가능한 상표명 "Neodol 25-7"), 및 트리데킬폴리에틸렌옥사이드(12) 알콜(ICI로부터 이용가능한 상표명 "Renex 30")을 포함한다. 특정한 값의 비이온 계면활성제는 폴리알킬렌옥사이드 개질 폴리(디메틸실옥산)이다.
하나의 구체예에서, 음이온 계면활성제는 일반식 R2-(A)-C를 갖는 술페이트 계면활성제 또는 술페이트이고, 여기에서 R2는 8 개 내지 20개의 탄소 및 더 바람직하게는 10개 내지 16개의 탄소를 갖는 알킬기이고, A는 알릴 또는 하이드록시 에틸렌기이며, C는 SO3 - M+ 또는 SO4 - M+이고, 여기에서 M+는 암모늄 또는 알카리 금속, 예를 들어 K+, Na+, Li+이다. 가장 바람직하게는 음이온 계면활성제는 소듐 도데실벤젠술폰에이트(Rhone-poulene로부터 이용가능한 상표명 "Siponate DS-10")이다.
다른 구체예에서, 음이온 술페이트 또는 술페이트 계면활성제는 일반식(R3)n-(B)x-(E)y-C를 갖고, 여기에서 R3는 4 내지 20개의 탄소 및 더 바람직하게는 4개 내지 16개의 탄소를 갖는 알킬기이고, x가 0일 때 n은 1이고, x가 1일 때 n은 1, 2 또는 3이며, B는 페닐기이고, x는 0 또는 1이며, E는 --(OCH2CH2)-- 이고, y는 1부터 8까지의 정수이며, C는 SO3 - M+ 또는 SO4 - M+이고, 여기에서 M+는 암모늄 또는 알카리 금속, 예를 들어 K+, Na+, Li+이다. 가장 바람직하게는 음이온 술페이트 또는 술페이트 계면활성제는 소듐 트리부틸페녹시폴리에톡시술페이트(Hoechst Celaese로부터 이용가능한, 상표명 "Hostapal BV"), 또는 소듐 알킬(C12-C15)폴리에톡시(5) 술페이트(Witco로부터 이용가능한, 상표명 "Witcolate SE-5")이다. 바람직한 구체예들에서, 계면활성제는 대략 0.1㎎/㎡부터 100.0㎎/㎡까지, 더욱 바람직하게는 약 1㎎/㎡부터 10㎎/㎡까지의 범위에서 시험농도(working concentration)를 갖는다.
많은 바인더(binder)들은 DASA 공정을 용이하게 하는 데에 사용될 수 있다. 적절한 하이드로필릭 바이더들은 자연스럽게 발생하는 물질 모두 예를 들어, 프로틴, 프로틴 유도체, 셀룰로오스 유도체(예를 들어 셀룰로오스 에스테르), 겔라틴, 겔라틴 유도체, 폴리사카라이드, 카세인, 및 합성 물 투과성 콜로이드, 예를 들어, 폴리(비닐 락탐), 아크릴아미드 폴리머, 라텍스, 폴리(비닐 알콜) 및 이의 유도체, 하이드롤화 폴리비닐 아세테이트, 알킬 및 술폰알킬 아크릴레이트의 폴리머, 및 메타크릴레이트, 폴라아미드, 폴리비닐 피리딘, 아크릴산 폴리머, 말레 안하이드라이드 코폴리머, 비닐 아민 코폴리머, 메타크릴산 코폴리머, 아크릴로일옥시알킬 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 비닐 이미다졸 코폴리머, 비닐 술파이드 코폴리머, 및 스티렌 술폰산을 함유한 호모폴리머 또는 코폴리머, 물-분산성 폴리에스테르 이노머, 특히 방향족 디카르복실산 모이어티를 함유한 물-분산성 폴리에스테르 이노머, 지방족 또는 싸이클로지방족 글리콜 잔류물 및 하이드록시 단기를 포함한다. 특히 유리한 것은 80℃보다 낮은 유리 전이 온도를 갖는 폴리머이다. 특히 적절한 것은 건조 형태로 80℃보다 작고, 바람직하게는 50℃보다 낮으며, 가장 바람직하게는 30℃보다 낮은 유리 전이 온도를 갖는 물-분산성 폴리에스테르 이노머 바인더이다.
실시예 1
이어지는 실시예는 도 4a 및 도 4b에서 부여된 각각의 단계들이 어떻게 하나의 실시예에서 수행되는지를 도시한다.
1. 기판 컨디셔닝. 열 감지 접착제(TSA) 재료(Estane 5703; 연화점 85℃)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 기판상에 코팅되어 7㎛의 건조 두께를 제공한다. 이는 테트라하이드로퓨란(THF)에서 (Estane의 중량에 기초로 한) 3M으로부터의 1 중량%의 플루오르카본 계면활성제 FC431를 함유한 Estane 5703의 8.3중량% 용액을 준비하고 101.6㎤/㎡의 습윤 적용범위에서 그것을 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 0.1㎜ 두께의 시트에 도포함으로써 달성된다.
2. 마이크로스피어 침전 및 DASA 자기-패킹. 9.8% 폴리스테린 마이크로스피어들(3.4㎛ 평균 직경 및 0.3의 편차 계수(cv)), 물고기 껍질 겔라틴 및 Olin 10G 계면활성제를 함유한 수성 현탁은 21.5㎤/㎡의 습윤 적용범위에서 TSA 레이어 위에 도포된다. 이어서 코팅은 30℃에서 건조되어 2g/㎡ 마이크로스피어들, 41㎎/㎡ 겔라틴 및 20㎎/㎡ 계면활성제를 함유한 건조된 레이어를 제공한다. 코팅에서의 마이크로스피어들의 건조 적용범위는 각각의 마이크로스피어들의 크기를 기초로 한 균일한 단일-레이어를 제공하도록 계산된다.
광학 현미경을 사용하는 코팅의 실험은 TSA 레이어의 표면 상에 건조 지원 자기-결합의 공정에 의해 생성된 폴리머 마이크로스피어들의 근접 패킹된 단일 레이어를 도시한다. 코팅이 레이저 빔의 전면에 놓여질 때, 동심 고리들의 회절 패턴은 도 14에서 도시된 바와 같이, 샘플 뒤의 스크린상에서 관찰된다.
3. 내장. 하나의 구체예에서, 코팅은 85℃에 근접한 온도에서 유지된 강철 롤러들의 세트(set)를 통하여 네 번 지나게 되고, 20psi의 니프 압력을 제공하도록 설정된다. 공정은 마이크로스피어들을 이들의 직경의 절반에 근접하는 깊이까지 TSA 레이어로 내장한다.
4. 몰드 형상 및 경화. 내장된 마이크로스피어들을 갖는 코팅은 22℃까지 냉각되고, 10 중량부 Sylgard 184 엘라스토머 및 1 중량부 경화 작용제를 함유한 조성물은 3.8㎜의 두께로 그 위에 도포된다. 샘플은 1시간 동안 100℃로 설정된 오븐에 놓여져 엘라스토머를 경화한다. 내장된 마이크로스피어 코팅의 반대쪽의 복제를 포함한 경화된 엘라스토머 필름은 이어서 벗겨진다.
5. 광 재배향 필름(30)의 몰딩. 경화된 엘라스토머 필름은 유리 시트 상에 놓여지고, Norland Products로부터의 UV 경화가능한 광학 접착제 NOA-68의 0.2㎜ 두께의 레이어는 마이크로-보이딩된 표면 위에 코팅된다. 이어서 복합 재료는 H-벌 브 UV 복사의 1.0주울에 노출되어 광학 접착제를 경화한다. 경화된 광학 접착제는 단계 2의 마이크로스피어 코팅이 내장된 본래의 근접 패킹된 단일-레이어의 모노리식 복제를 생성하도록 벗겨진다.
본 발명의 광 재배향 필름(30)은 20마이크론 이하의 렌즐릿들을 제공하는 종래의 렌즐릿 배열들에 반하여 비교될 때 향상된 필 팩터를 제공한다. 80%보다 더 양호한 필 팩터는 이런 방법을 이용하여 달성가능하다. 이는 현재에 약 70% 필 터보다 양호할 것이 없이 달성하는 렌즐릿 배열들을 사용하여 현존하는 광 재배향 물체들에 반하여 비교한다.
실시예 2
이어지는 것은 발명의 대안적인 구체예에서 단계들의 실시예이다.
1. 기판 컨디셔닝. 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)를 포함하는 20㎛ 두께의 TSA 레이어는 PET의 100㎛ 두께 기판으로 압출 코팅된다.
2. 마이크로스피어 침전 및 DASA 자기-패킹. Dow Corning으로부터 3 중량%의 폴리알킬렌옥사이드 개질 폴리디메틸실옥산 계면활성제를 함유한 cv가 0.1보다 작고 10㎛에 근접한 평균 크기를 갖는 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA) 마이크로스피어(30 중량%)의 수성 현탁은 TSA 레이어에 도포되어 마이크로스피어들의 6.4g/㎡에 근접하는 건조 적용범위를 부여한다. 광학 현미경을 사용하는 코팅의 실험은 2D HCP 도메인들의 모자이크(mosaic)를 포함하는 단일-레이어를 도시한다.
3. 내장. 근접-패킹된 미세-반구 배열을 생성하는 마이크로스피어들의 근접 패킹된 배열의 내장은 2분 동안 125℃로 설정된 오븐에서 본래의 단순 가열에 의해 달성된다.
4. 몰드 형상 및 경화. 내장된 마이크로스피어들을 갖는 코팅은 22℃까지 냉각되고 10 중량부 Sylgard 184 엘라스토머 및 1 중량부 경화 작용제를 함유한 조성물은 3.8㎜의 두께로 그 위에 도포된다. 샘플은 1시간 동안 100℃로 설정된 오븐에 놓여져 엘라스토머를 경화한다. 내장된 마이크로스피어 코팅의 반대쪽의 복제를 포함한 경화된 엘라스토머 필름은 이어서 벗겨진다.
5. 광 재배향 필름(30)의 몰딩. 본래의 미세-반구 배열의 반대쪽의 복제를 포함한 경화된 엘라스토머 필름은 PET의 시트 상에 놓여진다. 15중량% 테트라하이드로퍼퓨릴아크릴레이트, 35중량% 1,6-헥산디올 디아크릴레이트 및 50중량% 폴리우레탄 아크릴레이트 올리고머의 혼합물의 0.2㎜두께의 레이어는 필름 위에 코팅된다. 복합물은 이어서 D-벌브 UV 복사의 0.3주울에 노출된다. 경화된 아크릴레이트 레이어는 이어서 반대쪽의 복제로부터 분리되어 본래의 미세-반구 배열의 모노리식 정상의 복제를 생성한다.
도 15a, 도 15b 및 도 16은 실시예 2로서 부여된 공정에 따라 가공된 모노리식 미세-반구 배열의 현미경 사진이다. 도 15a는 상호 간에 대하여 상대적으로 무질서한 도메인(50')들 내에, 근접 패킹된 렌즐릿(60)의 많은 도메인(50')들을 갖는 광 재배향 필름의 부분을 도시한다. 표시된 많은 도메인(50')들이 도 15a의 부분(E)에서 그려진다; 도메인(50') 내의 완전한 구조화는 유리하도록 고려되지 않고, 이전에 설명된 이미지 주파수 패터닝 고려사항으로 인해, 도메인들 사이에서 근접 패킹 배향 방향의 정렬이 아니다. 도 15b에서의 부분(E)의 확대도는 결정립계(52'), 공극(vacancy; 56'), 및 크기 불순물(54')로, 더 상세하게 표면 구조체들의 구조를 도시한다. 도 7을 참조하여 이전에 설명된 바와 같이, 스피어들의 근접 패킹된 배열을 사용하였던 본래 템플릿과 광 재배향 필름(30)의 표면 사이의 평행은 도 7에서 대응하는 마이크로스피어(44)들, 도메인(50)들, 결정립계(52), 크기 불순물(54) 및 공극(56)을 갖는 도 15a 및 도 15b에서의 반구형 렌즐릿(60)들, 도메인(50')들, 결정립계(52'), 크기 불순물(54') 및 공극(56')의 구조적인 비교에 의해 보여질 수 있다. 배향 방향이 결정 구조물에서 연구된 것에 의해 이해된 바와 같이, 어떠한 두 개의 인접한 도메인(50')들의 근접 패킹 배향 방향은, 종종 상이하다.
실시예 1 및 실시예 2에 대하여 설명된 몰딩 기술을 사용하는 것은 몰드 표면의 상당히 정확한 복제를 가능하게 하므로, 광 재배향 필름(30) 상에서 반구형 렌즐릿 크기들의 분포는 0.35보다 작고, 바람직하게는 0.2보다 작으며, 가장 바람직하게는 0.15보다 작은 편차 계수(cv)를 갖는다.
도 16은 구조화된 표면을 따라 반구형 렌즐릿(60)들을 도시하는 광 재배향 필름(30)의 절개된 일부의 사시도이다. 본 발명의 가공 방법을 사용하여, 표면의 평면에서 어떠한 방향을 따라 취해진, 광 재배향 필름(30)의 표면에 대해 수직으로 취해진 단면은 반원형 형상을 갖는다.
이전에 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명되고 실시예 1 및 실시예 2에서 부여된 실시예들에서, 광 재배향 필름(30)을 가공하기 위하여 구조화된 템플릿 표 면(46)을 복제하는 몇몇 종류의 몰딩 공정이 수행된다. 대안적인 구체예는 광 재배향 물체로서 구조화된 템플릿 표면(46)을 그 자체로 사용하는 것이 주목되어야 한다. 즉, 도 4b를 참조하여 설명한 바와 같은, 마이크로스피어(44)들을 내장함으로써 형성된 구조물은 다양한 어플리케이션에서 광을 재배향하는 데에 그 자체로 사용될 수 있다. 따라서, 하나의 구체예에서, 예를 들어 마이크로스피어(44)들은 투명하고, 내장재료(42)와 인덱스 매칭된다(index matched). 구조화된 템플릿(46)들은 기판(40)에 결합될 수 있거나, 내장재료(42)를 경화함으로써와 같이, 분리되게 사용가능할 수 있다.
도 1을 다시 참조하여, 본 발명의 광 재배향 필름(30)은 디스플레이 장치(10)를 위한 광 재배향 물체(20)로서 사용될 수 있다. 본 발명의 방법은 향상된 필 팩터를 갖고, 종래의 광 재배향 필름들을 걸쳐 향상된 휘도를 달성할 수 있는 광 재배향 물체를 제공하기 때문에, 일반적으로 종래의 디스플레이들을 위하여 요구되면서 도 1의 블록도에서 나타난 두 개 이상의 광 재배향 물체들을 대신하여, 단지 광 재배향 필름의 단일 시트가 광원(14)과 LCD 패널(12) 사이에서 요구되는 디스플레이 어플리케이션이 존재할 수 있다. 백라이트 디스플레이에서 광을 재배향하기 위한 이의 사용에 더하여, 본 발명의 광 재배향 물체는 또한 확산 표면을 제공하기 위한 것과 같은, 많은 상이한 어플리케이션들에서 사용될 수 있다. 추가적인 코팅들은 예를 들어, 반사 또는 무반사 코팅과 같이 제공될 수 있고, 광 재배향 필름 또는 물체의 다른 형태는 반사 표면들 또는 다른 구성요소들의 조합으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 이는 광 재배향 물체가 역반사 어플리케이션들에 사용되도 록 할 수 있을 것이다.
발명은 그의 특정한 바람직한 구체예들을 특히 참조하여 상세하게 설명되어 왔으나, 변형 및 변경은 본 발명의 범위에 벗어남이 없이 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 첨부된 청구항에서 주목되고 상기에 설명된 바와 같이 발명의 범위 내에서 달성될 될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 내장재료(42)의 표면으로 중간까지의 마이크로스피어(44)들의 내장은 재료를 연화시키기 위한 화학적 용매 또는 다른 수단을 사용할 수 있다. 마이크로스피어들의 DASA 패킹은 도너 시트가 제거될 수 있는 후에, 이어서 내장 레이어(42; 도 4b)로의 내장을 위한 HCP 패턴을 제공하기 위한 매개물로서 사용된 분리된 도너 시트 또는 다른 도너 시트 상에 수행될 수 있다. 따라서, 제공된 것은 반구형 마이크로렌즈들의 배열로서 형성된 광 재배향 물체이다.
도 1은 본 발명의 광 재배향 필름을 사용하는 디스플레이 장치의 구성요소들을 도시하는 측면도이다.
도 2a는 광 재배향 필름의 일부를 도시하면서 가공 및 성능에 영향을 미치는 많은 치수적인 파라미터들을 강조하는 사시도이다.
도 2b는 종래의 열과 행 방식으로 정렬된 렌즐릿들의 평면도이다.
도 2c는 대안적인 패키징 배열에서 2 차원(2-D) 육각형 근접 패킹을 도시한다.
도 3a는 완전하게 반구형 렌즐릿들을 갖는 광 재배향 물체의 광 처리 거동을 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 3b는 반구형이 아닌 몇몇의 렌즐릿들을 갖는 광 재배향 물체의 광 처리 거동응 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 하나의 구체예에서 광 재배향 필름을 형성하기 위한 가공 순서를 도시한다.
도 5는 자기-결합하는 동안 인접한 마이크로스피어들 사이의 모세관 인력을 도시한 개략적인 도면이다.
도 6a, 도 6b 및 도 6c는 본 발명의 구체예들에서 마이크로스피어들에 사용된 점진적인 자기-결합 공정에서의, 각각, 초기, 중기, 및 후기 단계들의 평면도를 도시한다.
도 7은 하나의 구체예에서 마이크로스피어 근접 패킹 결과들의 평면도를 도 시한다.
도 8a는 예시적인 내장된 마이크로스피어들을 갖는 템플릿 및 가공 순서에서 렌즐릿들을 형성하기 위한 캐비티(cavity)들과 대응하는 몰드의 사시도를 도시한다.
도 8b는 광 재배향 필름의 반구형 렌즐릿들을 도시하고 필름 평면에 대해 수직으로 취해진 단면을 나타내는 사시도이다.
도 8c는 반구형 렌즐릿들에 대한 반구형 단면을 구성하도록 고려된 각도들의 범위를 도시하는 평면도이다.
도 9는 기판 상에 제공된 광 재배향 필름을 도시하는 단면도이다.
도 10은 캐리어를 사용하는 광 재배향 필름 가공의 개략도이다.
도 11은 캐리어의 사용이 없는 광 재배향 필름 가공의 개략도이다.
도 12a는 패터닝된 벨트를 사용하는 광 재배향 필름 가공의 개략도이다.
도 12b는 도너 재료를 사용하는 광 재배향 필름 가공의 개략도이다.
도 13은 개략적인 형태로, 광 재배향 필름의 제조를 위한 UV 경화를 사용하는 가공 장치를 도시한다.
도 14는 본 발명의 광 재배향 필름에 의한 레이저 빔에 제공된 회절 패턴을 도시하는 평면도이다.
도 15a는 윤곽이 그려진 많은 근접 패킹된 도메인들을 갖는, 본 발명의 광 재배향 필름의 평면도이다.
도 15b는 추가적인 표면 구조체들을 도시하는, 도 15a의 광 재배향 필름의 일부를 도시하는 확대된 평면도이다.
도 16은 광 재배향 필름의 구조화된 표면을 따른 반구형 렌즐릿들을 도시하는 광 재배향 필름의 절개된 일부의 사시도이다.

Claims (10)

  1. 광 재배향 물체를 형성하기 위한 방법에 있어서,
    a) 내장재료(embedment material)의 레이어를 도포함으로써 기판의 표면을 컨디셔닝하는(conditioning) 단계;
    b) 건조-지원 자기-결합(drying-assisted self-assembly)을 사용하여 마이크로스피어(microsphere)들의 근접 패킹된(close packed) 레이어를 결합하고 상기 마이크로스피어들의 근접 패킹된 레이어를 상기 컨디셔닝된 표면에 도포하는 단계; 및
    c) 상기 마이크로스피어들을 상기 내장재료의 레이어들의 상기 표면으로 중간까지 내장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은,
    d) 상기 c) 단계에서 마이크로스피어들을 상기 내장재료의 레이어들의 상기 표면에 중간까지 내장시킴으로써 형성된 구조화된 표면의 반대쪽(negative)으로서의 몰드를 형성하는 단계; 및
    e) 상기 몰드를 사용하여 상기 구조화된 표면을 투명한 매체 상에 복제하여 상기 광 재배향 필름의 상기 구조화된 표면을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로스피어들은 유리 또는 폴리머로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로스피어를 내장시키는 단계는 하나 이상의 열, 압력 또는 용매를 상기 기판의 상기 컨디셔닝된 표면에 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 b)단계에서 상기 마이크로스피어들의 근접 패킹된 레이어를 결합하는 단계는 상기 마이크로스피어들의 근접 패킹된 레이어를 도너 표면(donor surface) 상에 결합시키는 단계를 포함하고; 상기 b)단계에서 상기 마이크로스피어들의 근접 패킹된 레이어를 상기 컨디셔닝된 표면에 도포하는 단계는 상기 마이크로스피어들의 근접 패킹된 레이어를 상기 도너 표면부터 상기 컨디셔닝된 표면까지 전사하는(transfer) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 육각형으로 근접 패킹된 반구형 렌즐릿(lenslet)들의 복수 개의 2 차원 도메인들을 포함하되, 상기 반구형 렌즐릿 직경에 대한 편차 계수가 약 0.35보다 작은 구조화된 표면을 포함하고,
    적어도 두 개의 인접한 도메인들은 상이한 근접 패킹된 배향 방향을 갖고 결정립계(grain boundary)는 이웃하는 도메인들 사이의 인터페이스(interface)를 형성하며;
    상기 구조화된 표면에 대해 수직한 각도로 단면이 취해질 때, 어떠한 도메인에서의 렌즐릿들의 단면의 절반보다 큰 형상은 실질적으로 반구형인 것을 특징으로 광 재배향 물체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 반구형 렌즐릿 직경에 대한 편차 계수가 약 0.2보다 작은 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 광 재배향 물체는,
    상기 구조화된 표면을 지지하는 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 재배향 물체.
  9. a) 영역 위에 조사(illumination)를 제공하기 위해 가동가능한 광원;
    b) 컨디셔닝된 조사를 제공하기 위한 조사의 경로에 존재하고, 육각형으로 근접 패킹된 반구형 렌즐릿들의 복수 개의 2차원 도메인들을 포함하고, 상기 반구형 렌즐릿 직경들에 대한 편차 계수가 약 0.35보다 작은 구조화된 표면을 포함하되,
    적어도 두 개의 인접한 도메인들은 상이한 근접 패킹된 배향 방향을 가지고 결정립계(grain boundary)는 이웃하는 도메인들 사이의 인터페이스를 형성하고;
    상기 구조화된 표면에 대해 수직한 각도로 단면이 취해질 때, 렌즐릿들의 단면의 절반보다 큰 형상은 실질적으로 반원형인 광 재배향 필름; 및
    c) 이미지를 형성하기 위한 상기 광 재배향 필름으로부터 입사하는 상기 컨디셔닝된 조사를 변조하도록 위치된 디스플레이 패널을 포함하는 것을 특징으로 디스플레이 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 액정 디스플레이 패널인 것을 특징으로 하는 디스플 레이 장치.
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