KR20110118152A - 광 제어 필름 및 다층 광학 필름 적층물 - Google Patents

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Abstract

필름 적층물 및 이를 포함하는 디스플레이가 기술되어 있다.

Description

광 제어 필름 및 다층 광학 필름 적층물{LIGHT CONTROL FILM AND MULTI-LAYER OPTICAL FILM STACK}
본 발명은 일반적으로 광 제어 필름 및 컬러 변환 필름을 갖는 필름 적층물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이 필름 적층물을 포함하는 디스플레이에 관한 것이다.
LCF(light control film, 광 제어 필름)[광 평행화 필름(light collimating film)이라고도 함]은 투과 광의 방향성을 조절하도록 구성되어 있는 광학 필름이다. 다양한 LCF가 공지되어 있고, 전형적으로 복수의 평행한 홈(groove)을 갖는 광 투과 필름(light transmissive film)을 포함하고 있으며, 여기서 이 홈은 광 흡수 물질(light-absorbing material)로 이루어져 있다. 홈의 배향, 피치, 및 홈의 기하학적 구조(예를 들어, 측벽 각도)에 따라, LCF는 영상면(image plane)에 대한 소정의 입사각에서 최대 투과를 제공할 수 있고, 주어진 극좌표를 따라[예를 들어, 소위 프라이버시 필터(privacy filter)의 경우 수평으로 또는 이러한 광 제어 필름이 자동차용 계기 패널 디스플레이에 통합되어 있을 때 수직으로] 영상 차단 또는 블랙아웃(black-out)을 제공할 수 있다.
LCF는 보게 될 표시면(display surface), 영상면(image surface), 또는 기타 표면에 근접하여 배치될 수 있다. 전형적으로, LCF는 직교 입사(즉, 시청자가 필름 표면 및 영상면에 수직인 방향에서 LCF를 통해 영상을 보고 있는 0도 시야각)에서 영상이 보이도록 설계되어 있다. 시야각이 증가함에 따라, 사실상 모든 광이 광 흡수 재료에 의해 차단되고 이미지가 더 이상 보이지 않는 시야 차단 각도에 도달될 때까지 LCF를 통해 투과되는 광의 양이 감소된다. (예를 들어, 컴퓨터 모니터 또는 랩톱 디스플레이에서 액정 디스플레이에 대해) 소위 프라이버시 필터로서 사용될 때, LCF의 이 특성은 전형적인 시야각 범위 밖에 있는 다른 사람의 관찰을 차단함으로써 시청자에게 프라이버시를 제공할 수 있다.
LCF는, 예를 들어, 폴리카보네이트 기판 상에 중합성 수지(polymerizable resin)를 성형하고 자외선 경화(ultraviolet curing)시킴으로써 준비될 수 있다. 이러한 LCF는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터, "노트북 컴퓨터 및 LCD 모니터용 쓰리엠 필터(3M™ Filters for Notebook Computers and LCD Monitors)"라는 상표명으로 구매가능하다.
일 태양에서, 본 설명은 서로 인접해 있는 광 제어 필름 및 컬러 변환 필름을 갖는 필름 적층물에 관한 것이다.
다른 태양에서, 본 설명은 광 제어 필름 및 컬러 변환 필름을 가지며 이들 사이에 접착제 층이 배치되어 있는 필름 적층물에 관한 것이다.
제3 태양에서, 본 발명은 영상 광을 방출하는 표시면 및 필름 적층물을 갖는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 필름 적층물 및 표시면은 영상 광의 적어도 일부가 필름 적층물을 통해 지나가도록 배열되어 있다. 필름 적층물은 서로 인접해 있는 광 제어 필름 및 컬러 변환 필름을 가진다.
도 1은 본 발명에서 사용되는 컬러 변환 필름에 대한, 성능 지수(Figure of Merit)를 입사(극)각의 함수로 나타내고 표시 세기에 대한 주변광의 비를 나타낸 그래프.
도 2는 본 설명의 일 실시 형태에 따른 필름 적층물을 나타낸 단면도.
디스플레이 기술의 진보로 인해 더 밝고 더 높은 해상도의 보다 에너지 효율적인 디스플레이가 얻어졌다. 그렇지만, LCF가 (예를 들어, 보안을 위해 또는 콘트라스트 향상 필름으로서) 디스플레이의 전방에 배치될 때, 디스플레이의 휘도 및 해상도가 감소될 수 있다. 디스플레이와 결합되어 사용될 때, 더 높은 광 투과 및 디스플레이 해상도를 갖는 프라이버시 해결책을 가지는 것이 바람직할 것이다. 동시에, 자신의 정보의 비밀 유지를 소중히 여기는 디스플레이 사용자는 그 비밀 유지를 손상시키지 않는 해결책을 원한다.
LCF 필름에 대한 최근의 진보는 광 제어 필름을 통한 광 투과를 향상시키기 위해 홈 구조 및 형태를 수정하는 것을 포함한다. 그렇지만, 투과를 높게 유지하면서 이러한 LCF의 프라이버시 또는 시야를 향상시키는 것이 계속 필요하다. 또한, 지금까지 알려진 "블랙아웃" 프라이버시 보기(privacy view)보다는 축을 벗어난 시청자에 대해 전자 장치의 디스플레이 영역에 아무런 정보가 없는 화려하고 생생한 모습을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 본 설명은 이들 및 기타 요구를 충족시키며, 다른 장점들을 제공한다.
본 출원은 서로 인접해 있는 그리고, 일부 실시 형태에서는, 서로 접착되어 있는 광 제어 필름(LCF) 및 컬러 변환 필름을 결합하는 필름 적층물에 관한 것이다. 흔히, 프라이버시 필터는 독립형(stand alone) LCF로 이루어져 있다. LCF 및 LCF에 인접한 컬러 변환 필름(각각이 상이한 기능을 수행함)의 결합을 갖는 본 명세서에 기술된 필름 적층물은 "하이브리드" 프라이버시 필터로 볼 수 있다. 상세하게는, 하이브리드 프라이버시 필터는 소위 종래의 루버 필름(louver film)(LCF)의 "블랙 아웃" 기능과 다층 광학 필름(multilayer optical film, MOF)의 컬러 변환 효과를 겸비하고 있다.
본 명세서에 기술된 필름 적층물의 일 실시 형태가 도 2에 예시되어 있다. 필름 적층물(200)은, 도시된 바와 같이, 접착제 층(206)에 의해 서로 접착된 LCF(202)와 MOF(204)로 이루어져 있다. 도 2의 LCF는 부분적으로 투과 영역(212)과 비투과 영역(210)(이들이 필름의 폭에 걸쳐 교대로 있음)으로 이루어져 있다. 본 실시 형태에서 투과 영역과 비투과 영역은 LCF의 추가적인 구성요소인 베이스 기재(base substrate)(214) 상에 제작된다. 도 2는, 부분적으로 주변 광(208)이 MOF(204)에서 반사하는 것으로 인해, (LCF 단독과는 달리) 필름 적층물의 결과로서 얻어지는, 감소된 차단각(cut-off angle), 따라서 강화된 프라이버시를 보여주는 데 특히 유용하다.
LCF[예를 들어, 도 2의 요소(202)] 및 MOF[예를 들어, 도 2의 요소(204)]를 이용하는 하이브리드 프라이버시 필터는 LCF 또는 MOF 단독보다 더 나은 정의된 유효 시야각 차단 및 프라이버시 기능을 가진다. 이와 동시에, 하이브리드 프라이버시 필터는 여전히 독립형 광 제어 필름과 비슷한 높은 수준의 투과(예를 들어, 축방향 투과)를 유지한다.
간략함을 위해, 특정의 필름 또는 필름 적층물이 "축상" 투과("on-axis" transmission)에 대해 가지는 효과에 대해 본 명세서에서 논의할 것이다. 당업자라면 LCF에서의 루버의 기하학적 구조를 설계함으로써 원하는 투과 축이 선택될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 많은 실시 형태에서, 예를 들어, 프라이버시 필름의 축상 투과가 디스플레이 영상면의 표면에 수직이지만, 시청자가 전형적으로 디스플레이 영상면에 수직으로 위치하지 않는 응용에서, 비직교 시청축(non-normal viewing axis)이 바람직할 수 있다는 것을 잘 알 것이다.
LCF만이 디스플레이 상부의 프라이버시 필터로서 사용되는 것에 비해 MOF 및 LCF를 포함하는 필름 적층물에 대해 축상 광 투과의 감소가 그다지 없다. 본 설명의 일부 실시 형태에서, MOF는 고투과성이면서 LCF의 시야각 내에 있는 각도로 입사하는 광에 대해 저반사 및 저흡수이도록 설계될 수 있다.
LCF의 차단각에 가깝거나 심지어 그와 동일한 각도에서 MOF로부터의 주변 광의 반사가 일어나기 시작할 수 있다. 필름 적층물을 통해 투과되는 영상 광을 감소시키는 데 있어서의 LCF의 광 차단 특성 및 주변 광으로 인한 MOF로부터의 글레어 반사(glare reflection)의 시작의 결합은 본 명세서에 기술된 필름 적층물로 이루어진 프라이버시 필터에 대한 잘 정의된 차단각을 제공하는 역할을 할 수 있다. (전형적으로 흡수에 의해) 표시 광의 투과를 차단하는 LCF의 기능 및 밝은 반사를 야기하는 MOF의 기능의 결합은 축을 벗어난 시청자가 표시 콘텐츠를 시청하지 못하게 한다.
도 1은 본 명세서에 기술된 필름 적층물에서 사용될 수 있는 컬러 변환 필름(이 일례에서, MOF)이 다양한 상대 수준의 주변 광에 노출될 때 어떻게 거동하는지의 귀중한 예시를 제공한다.
사무실과 같은 전형적인 조명 조건에서 또는 기내 조명이 켜져 있는 항공기에서, 주변 광은 디스플레이와 거의 동일한 세기이다(Iamb~ Idisp). 디스플레이가 실외에서 사용될 때, 주변 광은 디스플레이의 거의 10배의 세기이다(Iamb~ 10*Idisp).
큰 극각(polar angle)에서, MOF는 많은 양의 주변 광을 반사시키고 적은 양의 광을 투과시킨다. 이 효과가 도 1에 나타내어져 있다.
도 1은 MOF의 "성능 지수"를 그래프로 나타내고 있다. 성능 지수는 투과 광의 세기를 투과 광의 세기와 반사 광의 세기의 합으로 나눈 것과 같다.
도 1에서, 곡선(102)은 (디스플레이로부터의 광의 세기를 근사화하는 데 사용되는) 백라이트의 세기의 1/100인 주변 광을 나타낸 것이다. 곡선(104)은 백라이트의 세기의 1/10인 주변 광을 나타낸 것이다. 곡선(106)은 백라이트의 세기와 같은 주변 광 세기를 나타낸 것이다. 곡선(108)은 백라이트의 세기의 10배인 주변 광 세기를 나타낸 것이고, 곡선(110)은 백라이트의 세기의 100배의 세기를 갖는 주변 광이다.
도 1은, MOF의 시야각을 벗어난 각도에서, 컬러 변환 필름이 표시 신호를 반사된 주변 광과 혼합시킴으로써, 디스플레이의 콘트라스트 비 또는 가시성을 상당히 감소시킬 수 있다는 것을 나타내고 있다. 일광 조건에서, 프라이버시 기능이 꽤 효과적이지만, 본 명세서에 기술된 필름 적층물에서와 같이 LCF와 결합될 때 훨씬 더 훌륭한 기능을 제공할 수 있다.
하이브리드 프라이버시 필터로서 사용될 때, 본 명세서에 기술된 필름 적층물은, 단독으로는 프라이버시 필터만큼 효과적이지 않은 필름을 포함하는, 훨씬 더 높은 전체 투과를 가지는 LCF를 이용할 수 있다. 예를 들어, 아주 효과적인 하이브리드 프라이버시 필터를 제조하기 위해, 영상 광의 더 높은 전체 투과를 가지는 LCF이고 축을 벗어난 시야각을 차단하는 데 효과적이지 않은 소위 콘트라스트 향상 필름이 MOF와 결합하여 사용될 수 있다.
게다가, 투명으로부터 시야 밖에서의 흑색으로 변하는 종래의 프라이버시 필터와 달리, 본 명세서에 기술된 하이브리드 프라이버시 필터는 투명으로부터 적색으로 변하고 이어서 주변 광이 시야 밖의 각도에서 컬러 변환 필름으로부터 반사될 때 황금색으로 변하여, 화려하고 생생한 고무적인 모습을 제공하고 소비자에게 매력적이게 만든다.
본 출원의 필름 적층물에 사용되는 LCF는 광 입력면(이를 통해 광이 필름에 들어감), 및 광 출력면(이를 통해 광이 지나가 궁극적으로 투과됨)(본 발명의 일부 실시 형태에서, 광이 컬러 변환 필름 쪽으로 가서 이를 통과함)을 가진다. LCF는 투과 영역 및 비투과 영역 둘다로 이루어져 있다. 순서상 교대로 있는 투과 영역 및 비투과 영역은 광 입력면과 광 출력면 사이에 배치되어 있다.
일부 실시 형태에서, LCF는 흡수 영역인 비투과 영역으로 설계된다. 비투과 영역이 흡수성일 때, 비투과 영역은 흡수 영역이 가능한 한 많은 입사광을 흡수하도록 설계될 수 있다. 이것은 광 누설을 최소화하기에 충분한 흡수를 허용하도록 흡수 영역을 패킹하기에 충분히 작은 입자 크기를 가지는 흡수 매질 (예, 카본 블랙)의 사용을 포함한다. 고흡수 영역은 이 영역을 통하여 누설 가능한 광의 양을 최소화하여서, LCF의 방향성과 프라이버시 기능을 조절한다.
다른 실시 형태에서, 컬러가 흑색이 아닌 비투과 영역을 생성하는 것이 바람직할 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같은 하이브리드 프라이버시 필터에서 흑색이 아닌 컬러 흡수 영역을 갖는 광 제어 필름을 사용하면 축을 벗어난 시청자에게는 상이한 컬러(즉, 비투과 영역이 흑색일 때 보이는 황금색 및/또는 적색 이외의 컬러)가 보이게 될 수 있다. 예를 들어, LCF에 백색 루버를 사용하면 축을 벗어난 시청자가 청색 및 황금색 영역을 보게 될 수 있다.
본 설명에서 사용되는 LCF는 다수의 공정에 의해 제작될 수 있다. 한가지 유용한 공정은 Olsen의 미국 특허 출원 재발행 27,617에 더 설명되어 있는 스카이빙(skiving)이다. 다른 유용한 공정은 미세복제(microreplication)이다. 미세복제의 한 구체적인 일례는 이하의 단계들을 포함한다: (a) 중합성 조성물을 준비하는 단계, (b) 마스터 네거티브 미세구조 성형 표면(master negative microstructured molding surface) 상에 마스터의 캐비티를 간신히 채우기에 충분한 양으로 중합성 조성물을 증착하는 단계, (c) 사전 형성된 베이스(preformed base)(또는 기재층)와 마스터(이들 중 적어도 하나가 가요성임) 사이에서 중합성 조성물의 비드(bead)를 이동시킴으로써 캐비티를 채우는 단계, 및 (d) 이 조성물을 경화시키는 단계. 증착 온도는 주위 온도(ambient temperature) 내지 약 82℃ (180℉)의 범위에 있을 수 있다. 마스터는 금속, 예를 들면 니켈, 크롬- 또는 니켈-도금 구리 또는 황동일 수 있거나, 중합 조건 하에서 안정하고 마스터로부터 중합된 재료가 깨끗이 제거되게 하는 표면 에너지를 갖는 열가소성 물질일 수 있다. 광학층의 베이스에 대한 밀착성을 향상시키기 위해, 베이스 필름(또는 기재층)의 표면들 중 하나 이상이 선택적으로 프라이밍(prime)될 수 있거나 다른 방식으로 처리될 수 있다.
비투과 영역이 흡수성인 실시 형태에서, 필름 적층물을 통해 투과되는 디스플레이로부터의 입사광의 반사를 최소화하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 반사는 소위 고스트 영상을 야기할 수 있다. 이러한 반사는 LCF의 비투과 영역 및 투과 영역의 굴절률-정합이라고 알려진 것에 의해 최소화될 수 있다. 즉, 반사를 최소화하도록(상세하게는, TIR(total internal reflection)을 최소화하거나 없애도록) 투과 영역에 대한 흡수 영역의 굴절률이 선택되게 한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 흡수 영역의 굴절률 N2는, 투과 영역의 굴절률 N1에 대해, 다음 관계식이 성립하도록 선택된다: |N2 - N1| ≤ 0.005
언급한 바와 같이, LCF에 대해 흡수 영역과 투과 영역의 상대 굴절률이 선택될 수 있다. 굴절률-정합된 물질을 선택하면 LCF 내에서의 반사에 의해 생성되는 고스트 영상이 감소될 수 있다. 물질의 선택에 있어서의 한가지 고려사항은, 투과 영역의 굴절률이 흡수 영역의 굴절률보다 작을 때, 이들 사이의 경계면에 입사하는 광의 일부가 굴절되어 흡수 영역으로 들어가 흡수된다(프레넬 관계식은 입사각 및 굴절률차의 함수로서 얼마가 흡수되고 반사되는지를 결정하며, 최고량의 반사는 소위 스침각에서 또는 그 근방에서 일어남). 한편, 이 2개의 영역의 굴절률이 본질적으로 "정합"될 수 있으며, 그에 따라 흡수 영역의 굴절률이 (투과 영역과 같지 않은 경우) 투과 영역보다 약간 더 높고 반사가 본질적으로 없어진다.
다른 실시 형태에서, 입사광이 비투과 영역과 투과 영역 사이의 경계면으로부터 TIR을 겪을 때, LCF를 포함하는 디스플레이의 휘도가 증가될 수 있다. 언급한 바와 같이, 이 방법의 단점은 고스트 현상(ghosting)을 야기할 수 있다는 것이다. 광선이 TIR을 겪는지 여부는 경계면과의 입사각, 및 투과 영역과 비투과 영역에 사용되는 물질의 굴절률의 차이로부터 결정될 수 있다. 비투과 영역의 굴절률이 투과 영역의 굴절률 이하일 때, 예를 들어, 투과 영역의 굴절률이 비투과 영역의 굴절률보다 약 0.005초과만큼 클 때, TIR이 일어날 수 있다. 특정의 경우에, TIR이 바람직할지도 모른다. 따라서, 어떤 경우에, 흡수 영역의 굴절률인 N2와 투과 영역의 굴절률인 N1 사이의 관계가 N2-N1이 -0.005 미만이도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
스펙트럼, 예를 들어, 사람의 가시 스펙트럼의 적어도 일부분에 걸쳐 광 투과 물질의 상대 굴절률과 광 흡수 물질의 굴절률을 부정합시키는 것에 의해 광 투과 영역과 비투과 영역 사이의 경계면에서의 반사가 제어될 수 있다. 예를 들어, N2가 N1을 초과하는 경우, LCF에서의 광이 반사되지만 TIR을 겪지 않는다. 이들 반사는 또한 LCF를 통과하는 광에 대해 더 높은 광 처리율 및 고스트 영상을 가져올 수 있다. 예를 들어, N2 - N1 > 0.005일 때, 광은 이러한 반사를 겪는다. 따라서, 굴절률 부정합이 있는(즉, N2 - N1의 절대값이 0.005를 초과하는) 상황에서, LCF에서 반사(TIR 또는 프레넬 반사)가 일어난다.
본 명세서에 기술된 LCF는 복수의 비투과 영역을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 비투과 영역은 복수의 채널일 수 있으며, 이에 대해서는 본 설명의 다른 곳에 기술한다. 어떤 경우에, LCF는, 미국 특허 제6,398,370호(Chiu 등)의 도 2b에 도시된 바와 같이, 복수의 기둥(column)을 포함할 수 있다. 어떤 경우에, 본 명세서에 기술된 LCF는, 역시 미국 특허 제6,398,370호에 기술된 바와 같이, 제2 LCF와 결합될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 비투과 영역은 각도-의존적인 광 투과 또는 광 차단 기능을 필름에 부가할 수 있는 기둥, 말뚝, 피라미드, 원추 및 기타 구조이다.
LCF 내의 비투과 영역에 대한 광 흡수 물질은 적어도 가시 스펙트럼의 일부분에서 광을 흡수하거나 차단하는 기능을 하는 것과 같은 임의의 적당한 물질일 수 있다. 일부 실시예에서, 광 흡수 재료는 광 흡수 영역을 형성하기 위해서 코팅되거나 또는 그렇지 않으면 광 투과 필름의 홈이나 오목부에 구비될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 광 흡수 재료는 카본 블랙과 같은 흑색 착색제를 포함할 수 있다. 카본 블랙은 10 마이크로미터 미만, 예를 들면, 1 마이크로미터 이하의 입자 크기를 갖는 미립자 카본 블랙일 수 있다. 일부 실시예에서, 카본 블랙은 1 마이크로미터 미만의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서,흡수 재료(예를 들면, 카본 블랙, 다른 안료 또는 염료, 또는 이들의 조합)는 적절한 바인더 내에서 분산될 수 있다. 광 흡수 재료는 또한 광이 광 흡수 영역을 투과하는 것을 차단할 수 있는 입자나 그 밖의 다른 산란 성분도 포함한다.
일부 경우에, 이것은 또한 극좌표 시야 차단 각도보다 큰 각도에서 LCF를 투과하는 광을 포함하는 "유효 극좌표 시야 각도"를 정의하는데 유용할 수 있다. 예를 들어, 내부 시야 차단 각도보다 약간 더 큰 각도로 비투과 영역과 교차하는 광은 비투과 영역의 가장 얇은 부분을 통해 "누설"될 수 있다. 또한, LCF의 평면에 대해 수직으로 이동하는 광은 분산되어서 유효 극좌표 시야 각도를 벗어날 수 있다. 본원에 사용되는 바와 같이, 유효 극좌표 시야 각도는 상대 휘도 비가 5% 이하로 감소하는 각도로서 정의된다. RBR(relative brightness ratio, 상대 밝기비)는 LCF 없이 측정된 확산 광원의 밝기에 대한 LCF를 통해 측정된 동일한 확산 광원의 밝기의 비(퍼센트로 표현됨)이다. 바람직하게는, 광은 광 출력면에 수직인 방향에서 65 이상의 최대 RBR로 광 출력면을 빠져나가고, 45° 이하의 EPV(effective polar viewing angle, 유효 극 시야각)로 광 출력면을 빠져나간다.
LCF는 적어도 부분적으로 중합성 수지로 이루어져 있다. 중합 가능한 수지는 (메트)아크릴레이트 단량체, (메트)아크릴레이트 올리고머, 및 이들의 혼합물로부터 선택된 제 1 및 제 2 중합 가능한 성분의 조합을 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "단량체" 또는 "올리고머 "는 중합체로 전환될 수 있는 임의의 물질이다. 용어 "(메트)아크릴레이트"는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 화합물 둘 모두를 지칭한다.
LCF는 또한 부분적으로 베이스 기재층[도 2의 요소(214)]으로 이루어져 있을 수 있다. 상세하게는, 유용한 베이스 물질은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 폴리카보네이트(PC)를 포함한다. 다른 적당한 기재 물질은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리스티렌(PS), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 에틸렌-옥텐 공중합체(EO), 에틸렌-스티렌 공중합체(ES), 에틸렌-프로필렌 공중합체(EP), 에틸렌-헥센 공중합체(EH), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-비닐리덴 플루오라이드 공중합체(THV), 폴리우레탄(PU), 폴리비닐 알코올(PVA), 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌-co-아크릴산(EAA), 폴리아미드(PA), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리다이메틸실록산(PDMS), 폴리 p-페닐렌 설파이드(PPS), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리에테르 설폰(PES) 및 그 공중합체 및 혼합물, 또는 유리, 또는 50% 이상의 가시광 투과를 갖는 기타 투명 기판을 포함할 수 있다. 추가의 잠재적으로 유용한 물질은 공동 소유의 PCT 출원 제PCT/US08/85889호에 기술되어 있다.
이후에 기술되는 컬러 변환 필름을 갖는 필름 적층물에 배치될 때, LCF의 광 출력면은 광 입력면보다 컬러 변환 필름에 더 인접하여 배치된다. 일부 실시 형태에서, 컬러 변환 필름은 광 출력면에 인접하여 배치된다. 이러한 실시 형태에서, 광은 LCF의 광 입력면을 통해 필름 적층물에 들어가고, 컬러 변환 필름을 통해 필름 적층물을 빠져나간다.
본 발명의 컬러 변환 필름은, 일부 실시 형태에서, 시야각의 함수로서 컬러를 변경하는 광학적 이방성 다층 중합체 필름이다. 적어도 하나의 대역폭에 걸쳐 광의 한쪽 편광 또는 양쪽 편광을 반사시키도록 설계될 수 있는 이들 필름은 적어도 하나의 반사 대역폭의 한쪽 또는 양쪽에서 예리한 대역 에지를 나타내도록 조정될 수 있으며, 그로써 예각에서 높은 정도의 색상 채도를 제공한다. 필름은 많은 수의 층을 가지며, 이들 층은 적어도 제1 및 제2 층 유형, 그리고 어쩌면 더 많은 유형의 교대로 있는 층이 있도록 배향되어 있다.
본 설명의 컬러 변환 필름 내의 광학 적층물의 층 두께 및 굴절률은 (특정의 입사각에서) 광의 특정 파장의 적어도 하나의 편광을 반사하면서 다른 파장에 걸쳐 투명하도록 제어된다. 다양한 필름 축을 따라 이들 층 두께 및 굴절률을 주의깊게 조작함으로써, 본 발명의 필름이 스펙트럼의 하나 이상의 영역에 걸쳐 거울 또는 편광기로서 거동하도록 제조될 수 있다.
그의 높은 반사율에 부가하여, 본 설명의 컬러 변환 필름은 이 필름을 특정 유형의 컬러 디스플레이에 대해 이상적인 것으로 만드는 2가지 비자명한 특징을 가진다. 첫째, 특정의 물질 선택에서, p-편광된 광에 대한 다층 필름의 광 투과/반사 스펙트럼의 형상(예를 들어, 대역폭 및 반사율 값)이 넓은 범위의 입사각에 걸쳐 본질적으로 변화가 없도록 되어 있을 수 있다. 이 특징으로 인해, 예를 들어, 650 ㎚에서 좁은 반사 대역을 가지는 고효율 미러 필름은 직교 입사에서의 반사에서 진홍색으로 보일 것이며, 이어서 연속적으로 더 높은 입사각에서 적색, 황색, 녹색 및 청색으로 보일 것이다. 이러한 거동은 분광 광도계에서 슬릿을 가로질러 색 분산된 광 빔을 이동시키는 것과 유사하다. 실제로, 본 발명의 필름은 간단한 분광 광도계를 제조하는 데 사용될 수 있다. 둘째, 각도에 따른 컬러 변환이 전형적으로 종래의 등방성 다층 필름에서보다 크다.
바람직하게는, 컬러 변환 필름은 스펙트럼의 가시 영역에서 적어도 하나의 투과 대역을 가질 것이다. 이 투과 대역의 최대 투과율은 바람직하게는 적어도 대략 70%일 것이다. 직교 입사에서의 투과 대역은 바람직하게는 적어도 6 ㎠의 필름의 표면적에 걸쳐 약 25 ㎚ 미만으로 변할 것이다.
입사각이 변화됨에 따라 스펙트럼에 걸쳐 다양한 형상의 반사 대역의 움직임이 시야각의 함수인 필름의 컬러 변화의 주된 기초이며, 유익하게도 본 명세서에 기술된 바와 같이 다수의 흥미로운 물품 및 효과를 생성하는 데 사용될 수 있다. 투과 및 반사 컬러의 많은 조합이 가능하다.
본 발명에 사용하기에 적당한 각종의 중합체 물질이 공압출된 다층 광학 필름을 제조하는 데 사용하기 위해 개시되어 있다. 본 발명의 컬러 변환 필름에 특히 유용한 물질 및 그에 적절한 물질을 선택하는 방법은 경화 중합체, 예를 들어, 메타크릴레이트로부터 유도된 반복 단량체 단위(repeating monomer unit)일 수 있다. 잠재적인 물질의 보다 완전한 목록은 Weber 등의 미국 특허 제6,531,230호에서 찾아볼 수 있으며, 이 특허는 참조 문헌으로서 본 명세서에 포함되어 있다.
이러한 컬러 변환 필름의 제조도 역시 Weber 등의 미국 특허 제6,531,230호에서 찾아볼 수 있다.
다른 적당한 컬러 변환 필름은 스핀 코팅, 블레이드 코팅, 침지 코팅, 증발, 스퍼터링, 화학 기상 증착(CVD) 등에 의해 생성된 다층 필름을 포함한다. 예시적인 필름은 유기 물질 및 무기 물질 둘다를 포함한다. 이러한 필름은, 예를 들어, 미국 특허 제7,140,741호, 제7,486,019호, 및 제7,018,713호에 기술되어 있다.
특정의 실시 형태에서, 컬러 변환 필름 및 광 제어 필름을 포함하는 하이브리드 프라이버시 필터 적층물을 생성하기 위해, 2개의 층이 서로 근접해 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 서로 "근접해 있는"은 필름이 서로 접촉해 있는 것, 또는 필름이 분리되어 있는 경우, 필름 사이에 산재된 물질이 필름 적층물에 어떤 광학 기능도 제공하지 않는다는 것을 의미한다.
일부 실시 형태에서, LCF 및 컬러 변환 필름은 접착제[예를 들어, 도 2의 요소(206)]를 사용하여 서로 접착될 수 있다. 접착제 층은 따라서 컬러 변환 필름과 광 제어 필름 사이에 위치될 수 있다.
접착제는 부분적으로 불투명하거나 광학적으로 투명할 수 있지만, 바람직하게는 필름 적층물을 통한 광 투과를 방해하지 않도록 광학적으로 투명(또는 투명)할 것이다.
접착제는 방사(radiation)와 같은 다수의 적당한 방법에 의해 경화될 수 있다. 한가지 특히 적당한 방법은 자외선 방사에 의한 경화이다.
본 발명에서 사용하기에 적절한 접착제는 또한 감압 접착제일 수 있다. 특히 유용한 접착제는 전사 접착제 또는 라미네이트에 의해 도포되는 접착제를 포함할 수 있다. 유용한 라미네이트 공정은 공동 소유의 PCT 출원 제PCT/US08/85889호에 기술되어 있다.
본 명세서에 기술된 필름 적층물은 소위 하이브리드 프라이버시 필터인 디스플레이 장치의 구성요소로서 특히 유용하다. 하이브리드 프라이버시 필터는 표시면과 관련하여 사용될 수 있으며, 여기서 광은 광 제어 필름의 입력측 상의 하이브리드 프라이버시 필터에 들어가고 컬러 변환 필름에서 하이브리드 프라이버시 필터 또는 필름 적층물을 빠져나간다.
랩톱 모니터, 외부 컴퓨터 모니터, 휴대폰 디스플레이, 텔레비전, PDA, 스마트폰, 콘솔, 또는 임의의 다른 유사한 플라즈마 또는 LCD 기반 디스플레이를 비롯한 디스플레이를 갖는 많은 수의 전자 장치가 본 발명과 관련하여 사용될 수 있다. 선글라스, 문서 커버시트, 창문 및 임의의 수의 다른 것들과 같은 비전자 디스플레이를 비롯한 다른 유형의 백라이트 디스플레이 이미징 장치도 생각되고 있다.
추가의 실시 형태에서, 본 명세서에 기술된 필름 적층물은 유리의 커버로서 유용할 수 있다. 예를 들어, 필름 적층물이 창호 상에 또는 창호 내에 라미네이트될 수 있다. 유리 패널, 창문, 문, 벽 및 채광창 유닛 중에서 창호가 선택될 수 있다. 이들 창호는 빌딩 외부에 또는 실내에 위치될 수 있다. 이들은 또한 자동차 창문, 항공기 탑승객 창문 등일 수 있다. 이들 필름 적층물을 창호에 포함시키는 것의 이점은 감소된 IR 투과(증가된 에너지 절감을 가져올 수 있음), 주변 광 차단, 프라이버시, 및 장식 효과를 포함한다.
본 발명은 본원에 기재된 특정 예에 한정되는 것이 아니고, 첨부한 청구범위에서 적절하게 기술하는 모든 양태를 포함한다는 것을 이해해야 한다. 본 설명이 적용될 수 있는 다양한 수정, 동등한 프로세스는 물론 다수의 구조가 본 명세서를 검토할 시에 본 설명이 관련된 기술 분야의 당업자에게는 곧바로 명백하게 될 것이다. 이상의 설명은 이하의 테스트 결과 및 실시예로 나타낸 실시 형태를 고려하면 더 잘 이해될 수 있다.
실시예
실시예 1
ALCF(Advanced Light Control Film)라고 하는 한가지 유형의 광 제어 필름을 포함하는 라미네이트 필름 적층물에 기초한 하이브리드 프라이버시 필터, 및 다층 컬러 변환 필름이 제조되었다. 광 제어 필름은 미세복제에 의해 생성된 루버 필름이었다. 컬러 변환 필름은 450개 층 및 직교 입사각에서 350 ㎚ 내지 650 ㎚의 투과 대역을 가졌다. 컬러 변환 필름의 구성 및 그 제조 방법이 Weber 등의 미국 특허 제6,531,230호[color shifting film(컬러 변환 필름)]에 기술되어 있다.
컬러 변환 필름은 직교 각도에서 650 ㎚ 내지 1200 ㎚의 입사광을 반사시켰다. 광 제어 필름은 베이스 기재 상에 배치된 투과 영역 및 흡수 영역 둘다로 이루어져 있다. 하나의 컬러 변환 필름 시트 및 하나의 루버 필름 시트(공동 소유의 PCT 출원 제PCT/US08/85889호에 기술되어 있음)가 라미네이터(laminator) 상에서 UV 경화성 접착제(미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 3M Company로부터 입수가능한 UVX4856)를 사용하여 서로 라미네이트되었다. 루버 필름이 170 ㎛ 폴리카보네이트 기판 상에 제조되었다. 이 라미네이트는 이어서 오븐에서 UV 경화되었다.
컬러 디스플레이의 전방 표면에서 600 룩스의 주변 광 세기 하에서 상기 하이브리드를 전형적인 ALCF 루버 필름 기반 프라이버시 필터와 비교하기 위해 관찰을 하였다. ALCF 루버 필름은 그의 설계된 시야 내에서 투명한 채로 있었으며, 이어서 시야 밖에서 볼 때 투명으로부터 흑색으로 변하였다. 종래의 프라이버시 필터와 달리, 하이브리드 프라이버시 필터는 투명에서 적색으로 변하였고, 이어서 시야 밖에서 주변 광을 반사할 때 황금색으로 변하여, 화려하고 생생한 고무적인 모습을 제공하였다. 이 둘의 프라이버시 기능이 테스트되고, 결과가 하기의 표 1에 제시되어 있다.
Figure pct00001
이 실시예로부터 명백한 바와 같이, 컬러 변환 효과는 광 제어 필름과 함께 시야각 차단 및 프라이버시 기능을 향상시켰다. 이 효과는 도 2에서 FOV' 및 FOV로 나타낸 차이로 예시되어 있다. 동일한 레벨의 높은 전체 투과를 유지하면서 이 우수한 프라이버시가 얻어졌다. 특히 시야각 차단 및 프라이버시 기능과 관련하여, 실시예 1의 하이브리드 프라이버시 필터는 ALCF 단독보다 작은 약 5도의 각도에서 효과적인 프라이버시 기능에 도달하였다. 그에 부가하여, 하이브리드 필터는 35도 각도에서 완전한 프라이버시(표시 정보의 0% 가시성)에 도달한 반면, ALCF 단독은 약 60도까지 동일한 레벨의 완전한 프라이버시를 달성하지 못하였다. 이 실시예는 ALCF 루버 필름 및 컬러 변환 필름을 포함하는 하이브리드 프라이버시 필터가 ALCF 프라이버시 필터 단독보다 향상된 프라이버시 기능을 갖는다는 것을 보여주었다.
실시예 2
제2 실시예는, ALCF 루버 필름이 보다 넓은 시야각을 갖는 CEF(contrast enhancement film, 콘트라스트 향상 필름)라고 하는 상이한 루버 필름으로 대체된 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 라미네이션 공정에 기초하여 제조된 하이브리드 프라이버시 필터를 포함하였다. 이 하이브리드 필터가, 실시예 1과 동일한 전형적인 주변 광 조건에서, 프라이버시 기능 및 컬러에 대해 독립형 루버 필름 기반 프라이버시 필터(CEF)와 비교되었다. 독립형 CEF 프라이버시 필터는 그의 설계된 시야 내에서 투명한 채로 유지되었고, 이어서 그의 설계된 시야 밖에서 볼 때 투명으로부터 어두워진 영상(심하게 방해되지만 완전 비가시성은 아님)으로 변하였다. 하이브리드 프라이버시 필터는, 시야 밖에서 주변 광을 반사할 때, 투명으로부터 적색 이어서 황금색으로 변하였다. 프라이버시 기능이 상이한 시야각에서 시각적으로 검사되었다. 비교 결과가 이하의 표 2에 있다.
Figure pct00002
상기 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 전형적인 조명 조건 하에서, 하이브리드 필터는 실시예 2의 독립형 CEF와 비교하여 향상된 프라이버시 기능을 보여주었다. 구체적으로는, 하이브리드 프라이버시 필터는 독립형 CEF보다 이르게 10도에서 효과적인 프라이버시 기능에 도달한다. 그에 부가하여, 하이브리드 필터는 45도 각도에서 완전한 프라이버시(표시 정보의 0% 가시성)에 도달하는 반면, 독립형 CEF는 동일한 레벨의 완전한 프라이버시를 달성하지 못하였다. 이 실시예는 CEF 루버 필름 및 컬러 변환 필름을 포함하는 하이브리드 프라이버시 필터가 독립형 CEF 프라이버시 필터보다 더 좁은 시야 및 향상된 프라이버시 기능을 갖는다는 것을 보여주었다.
실시예 3
제3 실시예는, ALCF 루버 필름이 스카이빙 공정에 의해 제조된 상이한 루버 필름(SLCF)으로 대체된 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 라미네이션 공정에 기초한 다른 하이브리드 프라이버시 필터를 사용하였다. 여기서, 시야 밖에 있는 경우 독립형 스카이빙된 루버 필터는 투명으로부터 더 어두워졌다(그리고 궁극적으로 흑색으로 되었다). 하이브리드 프라이버시 필터는, 시야 밖에서 주변 광을 반사할 때, 투명으로부터 적색 이어서 황금색으로 변하였다. 프라이버시 기능이 상이한 시야각에서 시각적으로 검사되었다. 비교 결과가 이하의 표 3에 있다.
Figure pct00003
상기 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 전형적인 조명 조건 하에서, 하이브리드 필터는 독립형 스카이빙된 루버 필름과 비교하여 향상된 프라이버시 기능을 보여주었다. 구체적으로는, 하이브리드 필터는 35도 각도에서 완전한 프라이버시(표시 정보의 0% 가시성)에 도달한 반면, 독립형 스카이빙된 루버 필터는 약 65도에서 동일한 레벨의 완전한 프라이버시에 도달하였다. 이 실시예는 스카이빙된 루버 필름 및 컬러 변환 필름을 포함하는 하이브리드 프라이버시 필터가 독립형 스카이빙된 프라이버시 필터보다 향상된 프라이버시 기능을 갖는다는 것을 보여주었다.
특정 실시 형태들이 본 명세서에 예시되고 기술되었지만, 당업자는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 대안 및/또는 등가의 구현예들이 도시되고 기술된 특정 실시 형태들을 대신할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 출원은 본 명세서에 논의된 특정 실시 형태의 임의의 변형 또는 수정을 포함하도록 의도된다. 따라서, 본 발명은 오직 특허청구범위 및 그의 등가물에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.

Claims (25)

  1. 광 제어 필름, 및
    컬러 변환 필름을 포함하는 필름 적층물.
  2. 제1항에 있어서, 광 제어 필름과 컬러 변환 필름 사이에 접착제 층을 추가로 포함하는 필름 적층물.
  3. 제1항에 있어서, 광 제어 필름이 복수의 비투과 영역을 포함하는 필름 적층물.
  4. 제3항에 있어서, 비투과 영역이 카본 블랙을 포함하는 필름 적층물.
  5. 제3항에 있어서, 비투과 영역이 비흑색 컬러 물질을 포함하는 필름 적층물.
  6. 제1항에 있어서, 광 제어 필름이 스카이빙된 필름 및 미세복제된 필름 중에서 선택되는 필름 적층물.
  7. 제1항에 있어서, 컬러 변환 필름이 다층 광학 필름을 포함하는 필름 적층물.
  8. 제1항에 있어서, 컬러 변환 필름이 적어도 제1 및 제2 층 유형의 교대로 있는 층을 포함하는 필름 적층물.
  9. 제8항에 있어서, 교대로 있는 층 중 적어도 하나가 무기 물질을 포함하는 필름 적층물.
  10. 제8항에 있어서, 제1 층 유형이 경화 중합체를 포함하는 필름 적층물.
  11. 제10항에 있어서, 중합체가 메타크릴레이트로부터 유도된 반복 단량체 단위를 포함하는 필름 적층물.
  12. 제1항에 있어서, 컬러 변환 필름이 스펙트럼의 가시 영역에 적어도 약 70%의 최대 투과율을 갖는 적어도 하나의 투과 대역을 가지는 필름 적층물.
  13. 제1항에 있어서, 광 제어 필름이 광 입력면 및 광 출력면, 그리고 광 입력면과 광 출력면 사이에 배치된 교대로 있는 투과 영역 및 흡수 영역을 포함하는 필름 적층물.
  14. 제13항에 있어서, 각각의 투과 영역은 굴절률 N1을 갖고, 각각의 흡수 영역은 굴절률 N2를 가지며, (N2-N1)의 절대값이 0.005 이하인 필름 적층물.
  15. 제13항에 있어서, 각각의 투과 영역은 굴절률 N1을 갖고, 각각의 흡수 영역은 굴절률 N2를 가지며, (N2-N1)의 절대값이 0.005 초과인 필름 적층물.
  16. 제13항에 있어서, 광 출력면이 컬러 변환 필름에 인접해 있는 필름 적층물.
  17. 제13항에 있어서, 광 입력면에 입사하는 광은 광 출력면에 수직인 방향에서 65 이상의 최대 RBR(relative brightness ratio)로 광 출력면을 빠져나가고, 45° 이하의 EPV(effective polar viewing angle)로 광 출력면을 빠져나가는 필름 적층물.
  18. 광 제어 필름,
    광 제어 필름에 근접해 있는 컬러 변환 필름, 및
    광 제어 필름과 컬러 변환 필름 사이의 접착제 층을 포함하는 필름 적층물.
  19. 영상 광을 방출하는 표시면, 및
    필름 적층물을 포함하고,
    필름 적층물 및 표시면은 영상 광의 적어도 일부가 필름 적층물을 통해 지나가도록 배열되어 있으며, 필름 적층물은 광 제어 필름 및 광 제어 필름에 근접해 있는 컬러 변환 필름을 포함하는 디스플레이 장치.
  20. 제19항에 있어서, 필름 적층물이 광 제어 필름과 컬러 변환 필름을 접착시키는 접착제 층을 추가로 포함하는 디스플레이 장치.
  21. 제19항에 있어서, 표시면이 텔레비전, 컴퓨터 모니터, 랩톱 디스플레이, 넷북 디스플레이, 휴대폰, PDA 및 콘솔의 표면 중에서 선택되는 디스플레이 장치.
  22. 창호 및 제1항의 필름 적층물을 포함하는 구조물.
  23. 제22항에 있어서, 창호가 유리 패널, 창문, 문, 벽 및 채광창 유닛 중에서 선택되는 구조물.
  24. 제23항에 있어서, 창호가 빌딩의 외부에 위치하는 구조물.
  25. 제1항에 있어서, 컬러 변환 필름이 광 제어 필름에 근접해 있는 필름 적층물.
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