KR20120115541A - 오토스테레오스코픽 디스플레이 구성요소에 부착하기 위한 미세복제된 필름 - Google Patents

Abstract

오토스테레오스코픽 디스플레이 및 백라이트에 사용하기에 적합한 미세복제된 광 방향전환 필름은, 다른 층과의 계면이 광 방향전환 필름의 매립된 구조화된 표면을 형성하는 적어도 하나의 나노보이드 형성된 층을 포함하도록 제조된다. 나노보이드 형성된 층은 중합체 결합제 및 선택적인 나노입자를 포함하고, 1.35 또는 1.3 미만의 굴절률을 가질 수 있다. 광 방향전환 필름은 오토스테레오스코픽 디스플레이의 하나 이상의 다른 구성요소, 예를 들어 디스플레이 패널 및/또는 백라이트의 도광체에 부착되도록 구성될 수 있다.

Description

오토스테레오스코픽 디스플레이 구성요소에 부착하기 위한 미세복제된 필름{MICROREPLICATED FILM FOR ATTACHMENT TO AUTOSTEREOSCOPIC DISPLAY COMPONENTS}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 모두 2010년 1월 13일자로 출원되고 그 개시 내용이 모두 본 명세서에 참고로 포함되는 다음의 계류 중인 미국 가출원 제61/294,577호, "미세구조화된 저 굴절률 물품 공정(Microstructured Low Refractive Index Article Process)"; 제61/294,600호, "미세구조화된 저 굴절률 물품(Microstructured Low Refractive Index Articles)"; 및 제61/294,610호, "미세구조화된 저 굴절률 점탄성 물품(Microstructured Low Refractive Index Viscoelastic Articles)"의 이익을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 백라이트형 디스플레이(backlit display)에 관한 것으로, 특정 응용으로는 입체시(stereoscopic viewing)를 허용하도록 별개의 좌안 이미지 및 우안 이미지를 제공하는 그러한 디스플레이에 관한 것이며, 이를 위한 백라이트, 및 그러한 디스플레이 또는 백라이트와 함께 사용가능한 광학 필름 및 다른 구성요소에 관한 것이다. 본 발명은 또한 관련 물품, 시스템, 및 방법에 관한 것이다.

입체 디스플레이(stereoscopic display)는 보통 관찰자에게 개개의 우안 시점(viewpoint) 및 좌안 시점으로부터의 시차(parallax)를 갖는 이미지를 제공한다. 관찰자의 양안에 시차 이미지를 제공하여 입체시 경험을 생성하는 몇몇 기술이 있다. 제1 기술에서, 관찰자는 교번하는 좌/우 이미지 디스플레이와 동기하여 관찰자의 눈으로부터 광을 차단시키거나 투과시키는 한 쌍의 셔터 또는 3차원("3D") 안경을 이용한다. 제2 기술에서, 우안 이미지 및 좌안 이미지가 교번하여 디스플레이되고, 그러나 3D 안경을 사용함이 없이 관찰자의 각각의 눈을 향해 지향된다. 이러한 제2 기술은 오토스테레오스코픽으로 지칭되며, 관찰자가 임의의 유형의 특수 안경을 착용할 필요가 없기 때문에 3D 관찰에 유리하다.

오토스테레오스코픽 디스플레이는 전형적으로 디스플레이 패널, 특별히 설계된 백라이트, 및 백라이트와 디스플레이 패널 사이에 배치되는 특별히 설계된 광 방향전환 필름을 포함한다. 백라이트는 디스플레이 패널과 공칭적으로 동일한 크기의 광 출력 영역을 갖는 도광체(light guide)를 제공한다. 도광체의 대향 에지들을 따라 배치된 광원에 교번하여 에너지가 공급되어, 도광체의 출력 영역이 광을 2개의 상이한 크게 경사진 각도로 교번하여 방출하게 한다. 도광체에 의해 방출되는 이러한 광은 광 방향전환 필름(때때로 본 명세서에서 3D 필름으로도 지칭됨)에 의해 도중차단되고, 이 광 방향전환 필름은 상이한 두 유형의 방출된 광을 교번하는 광의 빔(beam)들로 변환시키며, 이 광의 빔들 중 하나는 관찰자의 우안으로 지향되고 이 광의 빔들 중 다른 것은 관찰자의 좌안으로 지향된다. 전자적으로 어드레스 가능한(addressable) 디스플레이 패널, 예를 들어 LCD 패널을 광 방향전환 필름과 관찰자 사이에 배치하는 것, 그리고 교번하는 광 빔들과 동기하여 교번하는 우안 이미지 및 좌안 이미지를 나타내도록 LCD 패널을 제어하는 것은 관찰자가 3차원 이미지를 인지하게 한다.

전형적으로 디스플레이 패널 및 도광체의 출력 표면과 공칭적으로 동일한 크기로 절단된 광 방향전환 필름은 디스플레이 패널과 도광체 사이에 실제로 어느 쪽에도 부착됨이 없이 제위치에 유지된다. 적절한 위치에서 움직이거나 이동하는 광 방향전환 필름의 결과로서 생기는 능력은, 필름이 오토스테레오스코픽 디스플레이의 수명 동안에 잠재적 휨 및 마멸을 겪게 한다.

오토스테레오스코픽 디스플레이 및 백라이트에 사용하기에 적합한 새로운 군의 광 방향전환 필름을 개발하였으며, 이 광 방향전환 필름은 다른 층과의 계면이 광 방향전환 필름의 매립된 구조화된 표면(embedded structured surface)을 형성하는 적어도 하나의 나노보이드 형성된(nanovoided) 층을 포함한다. 나노보이드 형성된 층은 예를 들어 가시 파장에서 예를 들어 1.35 또는 1.3 미만, 또는 1.15 내지 1.35 또는 1.15 내지 1.3 범위 내의 매우 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 개시된 광 방향전환 필름은 오토스테레오스코픽 디스플레이의 하나 이상의 다른 구성요소, 예를 들어 디스플레이 패널 및/또는 백라이트의 도광체에 부착되도록 구성될 수 있다. 이들 다른 구성요소 - 이들 중 일부는 기계적으로 강성이거나 강직성(stiff)일 수 있음 - 에 대한 광 방향전환 필름의 부착은 일부 경우에 필름 움직임 또는 이동과 연관된 문제를 완화시키는데 도움을 줄 수 있다. 디스플레이 패널, 도광체, 또는 이들 둘 모두와 조합된 그러한 광 지향 필름을 또한 개시한다.

따라서, 본 출원은 특히 렌즈형 특징부를 형성하도록 미세구조화된(microstructured) 제1 주 표면(major surface) 및 프리즘형 특징부를 형성하도록 미세구조화된 제2 주 표면을 포함하는 광 방향전환 필름을 개시한다. 제1 주 표면 및 제2 주 표면 중 하나는 제1 고 굴절률 층과 제1 저 굴절률 층 사이의 제1 계면이며, 제1 저 굴절률 층은 제1 나노보이드 형성된 형태를 갖고 제1 중합체 결합제를 포함한다.

일부 경우에, 제1 저 굴절률 층은 또한 제1 복수의 입자를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 제1 저 굴절률 층은 가시 파장에서 1.35 이하 또는 1.3 이하의 굴절률을 가질 수 있다. 일부 경우에, 제1 고 굴절률 층은 가시 파장에서 1.4 이상의 굴절률을 가질 수 있다. 일부 경우에, 필름은 또한 제2 고 굴절률 층을 포함할 수 있고, 제2 고 굴절률 층은 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 배치될 수 있다. 일부 경우에, 제2 고 굴절률 층은 필름을 롤-대-롤(roll-to-roll) 처리에서 독립형(free-standing) 지지 필름으로서 적합하게 만드는 물리적 특성을 가질 수 있다. 일부 경우에, 필름은 필름을 롤-대-롤 처리에서 독립형 지지 필름으로서 적합하게 만드는 물리적 특성을 갖는 층을 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 포함하지 않을 수 있다. 일부 경우에, 각각의 렌즈형 특징부는 제2 주 표면을 향해 만곡되는 만곡된 표면을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 각각의 렌즈형 특징부는 제2 주 표면으로부터 멀어지는 쪽으로 만곡되는 만곡된 표면을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 필름은 강직성 지지체와 조합되며, 필름은 개재되는 공기 갭(air gap) 없이 강직성 지지체에 부착될 수 있다. 일부 경우에, 강직성 지지체는 광 투과성 플레이트를 포함할 수 있다.

일부 경우에, 제1 주 표면은 제1 계면일 수 있다. 일부 경우에, 제1 고 굴절률 층은 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 배치될 수 있다. 일부 경우에, 제1 저 굴절률 층은 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 배치될 수 있다. 일부 경우에, 필름은 디스플레이 패널과 조합될 수 있으며, 필름은 개재되는 공기 갭 없이 디스플레이 패널에 부착된다. 일부 경우에, 제2 주 표면은 공기에 노출될 수 있다. 일부 경우에, 필름은 또한 제2 고 굴절률 층, 및 제2 나노보이드 형성된 형태를 갖고 제2 중합체 결합제를 포함하는 제2 저 굴절률 층을 포함할 수 있고, 제2 주 표면은 제2 고 굴절률 층과 제2 저 굴절률 층 사이의 제2 계면일 수 있다. 일부 경우에, 필름은 도광체와 조합될 수 있으며, 필름은 개재되는 공기 갭 없이 도광체에 부착된다. 일부 경우에, 조합체는 디스플레이 패널을 추가로 포함할 수 있으며, 필름은 개재되는 공기 갭 없이 디스플레이 패널에 부착된다.

일부 경우에, 필름의 제2 주 표면은 제1 계면일 수 있다. 일부 경우에, 제1 고 굴절률 층은 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 배치될 수 있다. 일부 경우에, 제1 저 굴절률 층은 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 배치될 수 있다. 일부 경우에, 필름은 도광체와 조합될 수 있으며, 필름은 개재되는 공기 갭 없이 도광체에 부착된다. 일부 경우에, 필름의 제1 주 표면은 공기에 노출될 수 있다.

일부 경우에, 필름은 필름의 제1 면(side) 상에 배치된 제1 접착제 층 및 제1 이형 라이너(release liner)를 추가로 포함할 수 있다.

관련 방법, 시스템, 및 물품이 또한 논의된다.

본 출원의 이들 태양 및 다른 태양이 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 어떠한 경우에도 상기 개요는 청구된 요지에 대한 제한으로서 해석되어서는 안되며, 그 요지는 절차의 수행 동안 보정될 수 있는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정된다.

도 1a 및 도 1b는 백라이트를 포함하는 3D 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치의 개략 측면도이며, 이 디스플레이 장치는 우안 및 좌안에 상이한 이미지를 제공할 수 있음.
도 2는 예시적인 오토스테레오스코픽 디스플레이 장치의 개략 측면도.
도 3은 도광체의 개략 사시도이며, 도광체의 2개의 주 표면 상의 예시적인 표면 구조를 과장된 방식으로 도시함.
도 3a 및 도 3b는 도 3의 도광체의 개략 측면도.
도 4a는 광 방향전환 필름의 개략 단면도.
도 4b는 다른 광 방향전환 필름의 개략 단면도.
도 5는 백필링된(backfilled) 나노보이드 형성된 미세구조화된 물품을 형성하는 예시적인 공정의 개략 다이어그램.
도 6은 나노보이드 형성된 미세구조화된 층의 일부분의 개략 측면도.
도 6a는 제1 나노보이드 형성된 층과 제2 층 사이의 계면의 일부분의 개략 단면도이며, 제1 층과 제2 층의 상호침투를 보여줌.
도 7은 매립된 구조화된 표면을 갖는 예시적인 광 방향전환 필름의 개략 단면도이며, 광 방향전환 필름이 제조될 수 있는 하나의 방식을 보여주는 중간 또는 전구체 물품을 또한 도시함.
도 8 내지 도 13은 도 7과 유사하지만, 대안적인 광 방향전환 필름 구성에 대한 도면.
도 14 및 도 15는 다른 예시적인 광 방향전환 필름의 개략 단면도.
도 16은 광학 장치의 개략 단면도이며, 여기서 예시적인 광 방향전환 필름이 디스플레이 패널 및 도광체와 같은 다른 광학 구성요소에 부착됨.
도 17은 다른 광학 장치의 개략 단면도이며, 여기서 예시적인 광 방향전환 필름이 디스플레이 패널 및 도광체에 부착됨.
도 18은 예시적인 광 방향전환 필름, 예시적인 도광체, 및 광 방향전환 필름과 도광체를 포함하는 제조된 예시적인 광학 장치의 개략 단면도.
도 19는 예시적인 광 방향전환 필름, 구조화된 기재, 및 광 방향전환 필름과 기재를 포함하는 광학 장치의 개략 단면도.
도 20a는 외측 구조화된 표면이 공기에 노출된 (비-부착된) 광 방향전환 필름을 사용하는 오토스테레오스코픽-적합성 백라이트에 대한 측정된 광 세기(intensity) 대 관찰 각도의 그래프.
도 20b 및 도 20c는 렌즈형 구조화된 표면이 나노보이드 형성된 재료 층으로 평탄화된 광 방향전환 필름을 사용한 오토스테레오스코픽-적합성 백라이트에 대한 측정된 광 세기 대 관찰 각도의 그래프.
도 21a는 도 20a의 백라이트에 대한 관찰 자유도 다이어그램.
도 21b및 도 21c는 각각 도 20b 및 도 20c의 백라이트에 대한 관찰 자유도 다이어그램.
도 21d는 도 21a 내지 도 21c에 대한 범례 또는 기호 설명표이며, 이들 도면에 사용된 다양한 기호를 도시함.
도 22는 렌즈형 구조화된 표면이 초저 굴절률 재료의 층으로 평탄화된 2개의 상이한 광 방향전환 필름의 현미경 사진.
도 23은 광 방향전환 필름이 초저 굴절률 나노보이드 형성된 재료의 층을 갖는 도광체에 부착된 일부 디스플레이를 포함한, 다양한 모델링된 오토스테레오스코픽 디스플레이에 대한 크로스토크(crosstalk)의 그래프.
도면에서, 유사한 도면 부호는 유사한 요소를 지시한다.

도 1a 및 도 1b에서, 백라이트형 오토스테레오스코픽 3D 디스플레이(110)의 도시된 전형적인 일부 구성요소뿐만 아니라, 백라이트형 오토스테레오스코픽 3D 디스플레이의 기본 작동을 볼 수 있다. 간단히 말하자면, 좌안(LE) 및 우안(RE)을 갖는 관찰자가 디스플레이(110)를 관찰하고, 디스플레이의 구성 및 작동에 의해 3차원 이미지를 인지한다. 디스플레이는 설명의 용이함을 위해 직교 x-y-z 좌표계의 맥락에서 도시되어 있지만, 독자는 이것이 예를 들어 공칭적으로 평탄한 디스플레이, 백라이트, 또는 도광체로 본 발명을 제한하지 않음을 이해할 것이다.

디스플레이(110)는 패널의 활성 또는 작동 영역을 한정하는 매트릭스(matrix)로 배열된 개개의 픽셀들을 갖는 액정 패널(112)을 포함하며, 픽셀들은 제어기(도시되지 않음)에 의해 개별적으로 어드레스 가능하다. 제어기는, 바람직하게는 유색 또는 RGB(적색-녹색-청색) 서브-픽셀 포맷의 임의의 원하는 이미지를 패널(112)의 활성 영역에 형성하도록 패널(112)로 제어 신호를 송신한다. 디스플레이(110)에는 이 이미지를 관찰자가 인지할 수 있게 만들기 위한, 도면 부호 114로 개괄적으로 도시된, 백라이트가 제공된다. 백라이트(114)는 편광기(116), 3D 광 방향전환 필름(118), 도광체(120), 제1 광원 조립체 및 제2 광원 조립체(각각 122, 124), 및 후방 반사기(126)를 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 이들 구성요소 중 일부, 예를 들어 후방 반사기(126) 및/또는 편광기(116)는 시스템 요건 및 설계 세부사항에 따라 생략될 수 있고, 다른 광 관리 필름 또는 구성요소, 예를 들어 편광 필름(반사 편광 필름을 포함함), 미러 필름, 확산 필름, 다층 광학 필름, 윈도우 필름, 지연 필름, 프리즘형 휘도 향상 필름, 및 다른 미세구조화된 필름 또는 비-미세구조화된 필름이 시스템 설계자에 의해 적절한 것으로 여겨지는 바에 따라 시스템에 부가될 수 있다. 또한, 일부 구성요소, 예를 들어 편광기(116) 및/또는 방향전환 필름(118)은 백라이트(114)의 일부가 아닌 패널(112)의 일부인 것으로 간주될 수 있거나, 백라이트(114)의 일부도 아니고 패널(112)의 일부도 아닌 것으로 간주될 수 있다.

도광체(120)는 백라이트(114)의 핵심 부분이다. 도광체는 도시된 바와 같이 제1 주 표면 및 제2 주 표면(120a, 120b)과, 제1 측부 표면 및 제2 측부 표면(120c, 120d)을 갖는다. 도광체는 바람직하게는 순차적이거나 교번하는 방식으로 광원 조립체(122, 124)들로부터 측부 표면(120c, 120d)들을 통해 광을 수광하고, 각각의 이들 조립체로부터의 광이, 다수의 반사를 통해, 적어도 패널(112)의 작동 영역에 대응하는 도광체의 넓은 영역에 걸쳐 확산되게 한다. 주어진 광원 조립체로부터의 광이 도광체의 길이를 횡단할 때, 광의 일부가 도광체의 전방 또는 상부 표면(주 표면(120a))으로부터 추출된다. 이러한 추출된 광은 전형적으로 크게 경사져, 예를 들어 공기 중에서 측정될 때 수직 방향(z-축)으로부터 약 70도에서 휘도가 최고이거나, 50 내지 80도 초과, 또는 60 내지 80도 초과의 전형적인 범위에서 최고 휘도를 갖는다. 이러한 크게 경사진 광은, 도광체(120)로부터 출사하는 크게 경사진 광을 시스템의 광학 축에 더 가깝게, 즉 z-축에 더 가깝게 지향되도록 방향전환시키는 방식으로 미세구조화된 방향전환 필름(118)에 의해 도중차단된다.

도광체(120)의 설계로 인해, 조립체(124)로부터 유래하는 광은 도 1a 및 도 1b의 시점(perspective)으로부터 좌측 방향(+y 방향에 더 가까움)으로 크게 경사진 각도에서 도광체의 표면(120a)으로부터 출사하는 한편, 조립체(122)로부터 유래하는 광은 동일 시점으로부터 우측 방향(-y 방향에 더 가까움)으로 크게 경사진 각도에서 표면(120a)으로부터 출사한다. 방향전환 필름(118)은 조립체(124)로부터 유래하는 경사진 광을 광선(130a)에 대체로 대응하는 방향으로, 즉 관찰자의 우안(RE)을 향해 방향전환시키도록 설계된다. 방향전환 필름(118)은 또한 조립체(122)로부터 유래하는 경사진 광을 광선(132a)에 대체로 대응하는 방향으로, 즉 관찰자의 좌안(LE)을 향해 방향전환시킨다.

도 1a 및 도 1b는 2개의 상이한 시점(point in time)에 있는 디스플레이(110)를 도시하고 있다. 도 1a에서, 광원 조립체(124)에는 에너지가 공급되고(켜짐) 광원 조립체(122)에는 에너지가 공급되지 않으며(즉, 광원 조립체가 꺼짐), 도 1b에서, 광원 조립체(122)에는 에너지가 공급되고 광원 조립체(124)에는 에너지가 공급되지 않는다. 디스플레이는 바람직하게는 이들 2개의 조명 상태 사이에서 교번하도록 제어된다. 그 교번하는 조명과 동기하여, 제어기는 패널(112)이 조립체(124)에 에너지가 공급될 때 우안 이미지를, 그리고 조립체(122)에 에너지가 공급될 때 좌안 이미지를 디스플레이하게 한다. 우안 이미지(및 조립체(124))와 좌안 이미지(및 조립체(122)) 사이의 신속한 동기 전환, 예를 들어 적어도 90 ㎐, 또는 100 ㎐, 또는 110 ㎐, 또는 120 ㎐ 또는 그 초과의 전환 주파수는 관찰자에게 임의의 특수 안경을 착용할 것을 요구함이 없이 관찰자가 안정된 3D 비디오 이미지를 인지하게 한다.

디스플레이(110)의 작동시, 우안 이미지가 디스플레이되고 있는 동안에 백라이트로부터의 광이 좌안(LE)에 도달하는 경우, 그리고/또는 좌안 이미지가 디스플레이되고 있는 동안에 백라이트로부터의 광이 우안(RE)에 도달하는 경우, 크로스토크가 발생한다. 3D 관찰 경험을 저하시키는 그러한 크로스토크가 도 1a에 광선(130b)으로, 그리고 도 1b에 광선(132b)으로 도시되어 있다.

예시적인 도광체는 중합체 또는 유리와 같은 적합한 광-투과성 재료로 구성된다. 도광체는 비교적 강성이거나 가요성일 수 있고, 도광체는 비교적 얇거나(예를 들어, 필름의 형태) 두꺼울 수 있다. 도광체는 도면에 도시된 바와 같이 평면도에서 실질적으로 직사각형인 형상을 가질 수 있지만, 비-직사각형 형상이 또한 사용될 수 있다. 도광체의 후방 또는 후부 주 표면(도 1a 및 도 1b의 표면(120b) 참조)은 바람직하게는 복수의 추출 요소를 포함하도록 형상화되며; 선형 렌즈형 특징부 또는 선형 프리즘 특징부와 같은 특징부가 유용하다. 각각의 선형 프리즘은 측부 표면(120c, 120d)들에 평행한, 즉 도면에 도시된 x-축에 평행한 방향으로 연장될 수 있다. 선형 프리즘 특징부는 후방 주 표면(표면(120b) 참조)이 광을 실질적으로 방향전환(예를 들어, 반사, 추출 등)시키게 하는 한편, 전방 주 표면(표면(120a) 참조)이 광을 실질적으로 투과시키게 한다. 일부 경우에, 후방 주 표면 상의 또는 이에 인접한 고 반사성 표면은 백라이트로부터의 광을 전방 주 표면을 통해 방향전환시키는 데 도움을 준다. 전방 주 표면은 실질적으로 평평할 수 있지만, 바람직하게는 광을 수직 방향으로, 즉 도 2의 x-z 평면 내에서 확산시키는 렌즈형, 프리즘형, 또는 유사한 특징부와 같은 광 확산 요소를 갖도록 구조화된다. 오토스테레오스코픽 백라이트에 사용하기에 적합한 도광체에 관한 추가의 설계 세부사항을 미국 특허 제7,210,836호(사사가와(Sasagawa) 등) 및 미국 특허 출원 공개 제2009/0316058호(호이징가(Huizinga) 등)에서 찾아볼 수 있다. 미국 특허 출원 공개 제2008/0084519호(브리검(Brigham) 등)를 또한 참조한다.

예시적인 방향전환 필름은 필름의 둘 모두의 주 표면 상의 구조화된 특징부 또는 다면형(faceted) 특징부를 갖는다. 관찰자를 향하는 전방 주 표면은 선형 렌즈형 특징부를 포함할 수 있다. 도광체를 향하는 후방 주 표면은 선형 프리즘형 특징부를 포함할 수 있다. 선형 프리즘형 특징부들은 바람직하게는 서로 평행하고, 필름의 전방 표면 상의 선형 렌즈형 특징부들에 평행하다. 또한, 방향전환 필름은 바람직하게는 방향전환 필름의 선형 렌즈형 특징부 및 프리즘형 특징부가 도광체의 후방 주 표면 상의 프리즘형 특징부에 평행하도록 배향된다. 방향전환 필름의 렌즈형 특징부 및 프리즘형 특징부는 도광체의 전방 주 표면에 의해 방출되는 크게 경사진 광이 관찰자가 디스플레이된 이미지 내 깊이를 인지할 수 있게 하는 적절한 각도에서 방출되는 더 축방향으로 지향된 광으로 변환되도록 설계된다. 예시적인 방향전환 필름의 추가의 설계 세부사항을 다음의 문헌들 중 하나 이상에서 찾아볼 수 있다: 미국 특허 제7,210,836호(사사가와 등), 및 미국 특허 출원 공개 제2005/0052750호(킹(King) 등), 제2008/0084519호(브리검 등), 및 제2009/0316058호(호이징가 등).

다른 오토스테레오스코픽 디스플레이(200)가 도 1a에 도시되어 있다. 디스플레이(200)는 디스플레이 패널(220), 예를 들어 액정 디스플레이(LCD) 패널, 및 액정 디스플레이 패널(220)에 광을 제공하도록 위치된 백라이트(230)를 포함한다. 디스플레이 패널(220)은 2개의 패널 또는 플레이트(220a, 220c) 사이에 개재된 액정 재료의 내부 픽셀화된 층(220b)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 백라이트(230)는 하나 이상의 도광체(250), 하나 이상의 우안 이미지 광원(232), 예를 들어 고상 광원(solid state light source), 및 하나 이상의 좌안 이미지 광원(234), 예를 들어 고상 광원을 포함한다. 제1 광원 및 제2 광원(232, 234)의 각각은 오프(OFF) 상태 - 이 동안에 광원(232, 234)은 광 출력을 전혀 생성하지 않거나 매우 적은 광 출력을 생성함 - 와 온(ON) 상태 - 이 동안에 광원(232, 234)은 인간의 눈으로는 감지할 수 없는 속도로, 예를 들어 눈당 30 ㎐ 이상 또는 바람직하게는 눈당 60 ㎐ 이상의 속도로 상당한 광 출력을 생성함 - 사이에서 반복적으로 전환될 수 있다.

광원(232, 234)들은 무기 고상 광원, 예를 들어 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드일 수 있고/있거나, 유기 발광 다이오드(OLED)일 수 있다. 광 추출 특징부(299), 예를 들어 프리즘, 렌즈형 특징부, 백색 점(white dot), 헤이즈 코팅(haze coating) 및/또는 다른 특징부가 도광체(250)의 하나 또는 둘 모두의 표면(251, 252) 상에 배치될 수 있다. 양면형 광 방향전환 광학 필름(240)이, 본 명세서에 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 액정 디스플레이 패널(220)과 백라이트(230) 사이에 배치된다. 양면형 광학 필름(240)은 도광체(250)로부터 멀어지는 쪽에 배향된 광학 필름(240)의 표면 상의 렌즈(242)를 포함한다. 각각의 렌즈(242)는 도광체(250)를 향해 배향된 광학 필름(240)의 표면 상의 대응 프리즘(241)에 정합된다. 일반적으로, 렌즈들 및 프리즘들의 피치에 대한 치수는, 예를 들어 디스플레이(200) 내의 무아레 패턴(

)의 제거 또는 감소의 결과를 가져올 피치를 선택함으로써 결정될 수 있다. 렌즈 및 프리즘 피치는 또한 제조가능성에 기초해 결정될 수 있다. LCD 패널이 다양한 픽셀 피치를 갖도록 제조되기 때문에, LCD 패널의 다양한 픽셀 피치를 수용하도록 광학 필름의 피치를 변화시키는 것이 바람직할 수 있다. 오토스테레오스코픽 광학 필름(240)에 유용한 피치 범위는, 예를 들어 약 10 마이크로미터 내지 약 140 마이크로미터이다.

디스플레이(200)는 임의의 유용한 형상 또는 구성을 가질 수 있다. 많은 실시 형태에서, 액정 디스플레이 패널(220) 및/또는 도광체(250)는 정사각형 또는 직사각형 형상을 갖는다. 그러나, 일부 실시 형태에서, 액정 디스플레이 패널(220) 및/또는 도광체(250)는 4개 초과의 면을 갖고/갖거나 만곡된 형상을 가질 수 있다. 도광체(250)의 표면(251, 252)들은 실질적으로 평행할 수 있거나, 도광체(250)는 웨지(wedge)-형상일 수 있다. 일부 경우에, 대응 광원들을 갖는 2개의 웨지-형상의 도광체가 사용될 수 있다.

동기화 구동 요소(260)가 우안 이미지 광원 및 좌안 이미지 광원(232, 234)과, 액정 디스플레이 패널(220)에 전기적으로 연결된다. 동기화 구동 요소(260)는, 이미지 프레임들이 액정 디스플레이 패널(220)에 제공되어 이미지를 생성할 때, 우안 이미지 광원(232) 및 좌안 이미지 광원(234)의 활성화 및 비활성화를 동기화한다. 이미지는 예를 들어 정지 이미지 시퀀스, 비디오 스트림, 및/또는 렌더링된 컴퓨터 그래픽일 수 있다. 이미지 소스(image source)(270)가 동기화 구동 요소(260)에 연결되고, 이미지 프레임들(예를 들어, 우안 이미지 및 좌안 이미지)을 액정 디스플레이 패널(220)에 제공한다.

액정 디스플레이 패널(220)은 임의의 유용한 투과성 액정 디스플레이 패널일 수 있다. 많은 실시 형태에서, 액정 디스플레이 패널(220)은 16 밀리초 미만, 또는 10 밀리초 미만, 또는 5 밀리초 미만, 또는 3 밀리초 미만의 프레임 응답 시간을 갖는다. 적절한 프레임 응답 시간을 갖는 구매가능한 투과성 액정 디스플레이 패널은, 예를 들어 도시바 마츠시타 디스플레이(Toshiba Matsushita Display, TMD) 광학 보상 휨(optically compensated bend, OCB) 모드 패널 LTA090A220F(일본 소재의 도시바 마츠시타 디스플레이 테크놀로지 컴퍼니, 엘티디.(Toshiba Matsushita Display Technology Co., Ltd.))를 포함한다.

도광체(250)는 우안 이미지 광원(232)에 인접한 제1 광 입력 면(231), 및 좌안 이미지 광원(234)에 인접한 대향하는 제2 광 입력 면(233)을 포함한다. 제1 도광체 표면(251)이 제1 면(231)과 제2 면(233) 사이에서 연장된다. 제1 표면(251)의 반대편의 제2 도광체 표면(252)이 제1 면(231)과 제2 면(233) 사이에서 연장된다. 광은 도광체(250)의 어느 하나의 표면(251, 252)으로부터 반사되거나 방출될 수 있지만, 일반적으로 광은 표면(252)으로부터 방출되고 표면(251)으로부터 반사된다. 많은 실시 형태에서, 제2 표면(252)을 통해 나오는 광을 방향전환시키는 데 도움이 되기 위해 고 반사성 표면이 제1 표면(251) 상에 또는 이에 인접하게 위치된다.

일부 실시 형태에서, 제1 도광체 표면(251)은 복수의 추출 요소(299), 예를 들어 프리즘, 렌즈형 특징부, 백색 점, 헤이즈 코팅, 및/또는 다른 특징부를 포함한다. 추출 특징부의 종축은 제1 면(231) 및 제2 면(233)에 실질적으로 평행하거나 양면형 광학 필름(240)의 프리즘 및 렌즈에 실질적으로 평행한 방향으로 연장될 수 있거나, 추출 특징부는 다른 각도로 배열될 수 있다.

광원(232, 234)들은 각각의 광원(232, 234)의 광 출력이 예를 들어 눈당 30 ㎐ 이상 또는 바람직하게는 눈당 60 ㎐ 이상의 속도로 온(비교적 높은 광 출력)으로부터 오프(광 출력이 전혀 없거나 무시해도 좋을 정도)로 변조될 수 있는 임의의 유용한 광원일 수 있다. 많은 실시 형태에서, 광원(232, 234)들은 복수의 LED, 예를 들어 니치아(Nichia) NSSW020B(일본 소재의 니치아 케미칼 인더스트리즈, 엘티디.(Nichia Chemical Industries, Ltd.))이다. 일부 실시 형태에서, 광원(232, 234)들은 복수의 레이저 다이오드 또는 OLED를 포함한다. 광원(232, 234)들은 적색, 청색, 및/또는 녹색과 같은 임의의 수의 가시 광 파장, 또는 예를 들어 백색 광을 생성하기 위한 파장의 범위 또는 조합을 방출할 수 있다.

도광체(250)는 광원들이 도광체(250)의 양 측면에 인접해 있는 광학적으로 투명한 재료의 단일 층, 또는 각각의 층마다 하나의 광원을 갖는, 광을 원하는 방향으로 선택적으로 추출하는 광학적으로 투명한 재료의 2개(이상)의 층일 수 있다.

이미지 소스(270)는 예를 들어 비디오 소스 또는 컴퓨터 렌더링된 그래픽 소스와 같은 이미지 프레임들(예를 들어, 우안 이미지 및 좌안 이미지)을 제공할 수 있는 임의의 유용한 이미지 소스일 수 있다. 많은 실시 형태에서, 비디오 소스는 50 내지 60 헤르츠 또는 100 내지 120 헤르츠 또는 그 초과의 이미지 프레임들을 제공할 수 있다.

컴퓨터 렌더링된 그래픽 소스는 게임 컨텐츠, 의료 영상 컨텐츠, 컴퓨터 이용 설계 컨텐츠 등을 제공할 수 있다. 컴퓨터 렌더링된 그래픽 소스는, 예를 들어 엔비디아(Nvidia) FX5200 그래픽 카드, 엔비디아 지포스(GeForce) 9750 GTX 그래픽 카드, 또는 랩톱 컴퓨터(laptop computer)와 같은 모바일 솔루션(mobile solution)의 경우에는 엔비디아 지포스 GO 7900 GS 그래픽 카드와 같은 그래픽 처리 장치를 포함할 수 있다. 컴퓨터 렌더링된 그래픽 소스는 또한 예를 들어 오픈지엘(OpenGL), 다이렉트엑스(DirectX), 또는 엔비디아 독점(proprietary) 3D 스테레오 드라이버(stereo driver)와 같은 적절한 스테레오 드라이버 소프트웨어를 포함할 수 있다.

이미지 소스(270)는 비디오 컨텐츠를 제공할 수 있다. 이미지 소스는 예를 들어 엔비디아 쿼드로(Quadro) FX1400 그래픽 카드와 같은 그래픽 처리 유닛을 포함할 수 있다. 비디오 소스는 또한 예를 들어 오픈지엘, 다이렉트엑스, 또는 엔비디아 독점 3D 스테레오 드라이버와 같은 적절한 스테레오 드라이버 소프트웨어를 포함할 수 있다.

동기화 구동 요소(260)는 비디오 또는 렌더링된 컴퓨터 그래픽을 생성하도록 예를 들어 30 ㎐ 또는 바람직하게는 60 헤르츠 또는 그 초과의 속도로 액정 디스플레이 패널(220)에 제공된 이미지 프레임들과, 우안 이미지 광원(232) 및 좌안 이미지 광원(234)의 활성화 및 비활성화(즉, 광 출력 변조)를 동기화하는 것을 제공하는 임의의 유용한 구동 요소를 포함할 수 있다. 동기화 구동 요소(260)는 예를 들어 주문형 광원 구동 전자 장치에 결합된 웨스타(Westar) VP-7 비디오 어댑터(미국 미주리주 세인트 찰스 소재의 웨스타 디스플레이 테크놀로지스, 인크.(Westar Display Technologies, Inc.))와 같은 비디오 인터페이스를 포함할 수 있다.

도 3은 개시된 백라이트에 사용하기에 적합한 예시적인 광원(312)의 개략 사시도이며, 이 도면은 도광체의 2개의 주 표면 상의 예시적인 표면 구조를 과장된 방식으로 도시하고 있다. 도광체의 개략 측면도가 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다. 도광체(312)는 제1 주 표면(312a) - 이로부터 광이 디스플레이 패널 및/또는 관찰자를 향해 추출됨 -, 제1 주 표면의 반대편의 제2 주 표면(312b), 및 본 명세서의 다른 곳에서 논의되는 바와 같이 좌측-빔-방출 부분 시준된(partially collimated) 광원 및 우측-빔-방출 부분 시준된 광원을 위한 광 주입 표면으로서의 역할을 할 수 있는 측부 표면(312c, 312d)들을 포함한다. 예를 들어, 광원 조립체는 도광체(312)로부터 방출되는 좌안 빔을 제공하도록 측부 표면(312c)을 따라 위치될 수 있고, 유사한 조립체가 도광체(312)로부터 방출되는 우안 빔을 제공하도록 측부 표면(312d)을 따라 위치될 수 있다.

도광체의 후방 주 표면(312b)은 바람직하게는 도 3a에 가장 잘 도시된 프리즘 구조물(310)들의 선형 어레이를 제공하도록 기계가공되거나, 성형되거나, 달리 형성된다. 이들 프리즘 구조물은 도광체의 길이를 따라 전파되는 광의 적절한 부분을 반사하여, 프리즘형 광 방향전환 필름과 같은 하나 이상의 개재하는 광 관리 필름에 의해, 반사된 광이 전방 주 표면(312a)으로부터 공기 중으로(또는 하기에 추가로 논의되는 바와 같은 저 굴절률 나노보이드 형성된 재료 내로) 그리고 이어서 디스플레이 패널 및/또는 관찰자로 굴절될 수 있게 하도록, 그리고 그러한 반사된 광이 도광체의 길이를 따라 비교적 균일하게 전방 주 표면으로부터 추출되게 하도록 설계된다. 표면(312b)은 알루미늄과 같은 반사성 필름으로 코팅될 수 있거나, 표면은 그러한 반사성 코팅을 갖지 않을 수 있다. 임의의 그러한 반사성 코팅의 부존재시, 도광체를 통과하는 임의의 하향-전파 광을 반사하여 그러한 광이 도광체 내로 그리고 이를 통해 다시 반사되게 하기 위해 별개의 후방 반사기가 표면(312b)에 근접하게 제공될 수 있다. 바람직하게는, 프리즘 구조물은 도광체의 총 두께에 비해 얕은 깊이(311), 및 도광체의 길이에 비해 작은 폭(313)을 갖는다. 도광체는 바람직하게는 아크릴 중합체, 예를 들어 스파테크 폴리캐스트(Spartech Polycast) 재료와 같은 저 산란성을 갖는 임의의 투명한 광학 재료로 제조될 수 있다. 하나의 예시적인 실시 형태에서, 도광체는 셀-캐스트(cell-cast) 아크릴과 같은 아크릴 재료로 제조될 수 있고, 1.4 ㎜의 총 두께 및 y-축을 따른 140 ㎜의 길이를 가질 수 있으며, 프리즘은 약 172도의 프리즘 꼭지각(apex angle)에 대응하는, 2.9 마이크로미터의 깊이(311) 및 81.6 마이크로미터의 폭(313)을 가질 수 있다.

도광체의 전방 주 표면(312a)은 서로 평행한, 그리고 제1 축(예를 들어, x-축) - 이를 따라 프리즘 구조물(310)이 연장됨 - 과는 상이한 제2 축(예를 들어, y-축)에 평행한 렌즈형 구조물(320)들의 선형 어레이를 제공하도록 기계가공되거나, 성형되거나, 달리 형성된다. 렌즈형 구조물은 전방 주 표면을 통해 도광체의 밖으로 나오는 광에 대해 x-축을 따른 각방향 확산을 향상시키도록, 그리고 원하는 경우 전방 주 표면으로부터의 반사에 의해 도광체 내에 남아 있는 광에 대해 x-축을 따른 공간 확산을 제한하도록 형상화되고 배향될 수 있다. 일부 경우에, 렌즈형 구조물(320)은 도광체의 총 두께에 비해 얕은 깊이(321), 및 도광체의 폭에 비해 작은 폭(323)을 가질 수 있다. 일부 경우에, 렌즈형 구조물은 도 3b에 도시된 바와 같이 비교적 강하게 만곡될 수 있는 한편, 다른 경우에 렌즈형 구조물은 더 약하게 만곡될 수 있다. 일 실시 형태에서, 도광체는 셀-캐스트 아크릴로 제조될 수 있고, 0.76 ㎜의 총 두께, y-축을 따른 141 ㎜의 길이, 및 x-축을 따른 66 ㎜의 폭을 가질 수 있으며, 렌즈형 구조물(320)은 예를 들어 35.6 마이크로미터의 반경, 32.8 마이크로미터의 깊이(321), 및 72.6 ㎜의 폭(323)을 가질 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 프리즘 구조물(310)은 2.9 마이크로미터의 깊이(311), 81.6 마이크로미터의 폭(313), 및 약 172도의 프리즘 꼭지각을 가질 수 있다.

도 4a에, 오토스테레오스코픽 디스플레이 시스템에 사용하기 위한 예시적인 3D 광 방향전환 필름(400)이 도시되어 있다. 필름(400)은 대향하는 제1 표면 및 제2 표면(420, 430)을 갖는 웨브(410) 기재를 포함한다. 제1 표면 및 제2 표면(420, 430)은 각각 제1 미세복제된 구조물 및 제2 미세복제된 구조물(425, 435)을 포함한다. 제1 미세복제된 구조물(425)은 도시된 실시 형태에서 유효 직경이 약 142 마이크로미터인 원통형 렌즈인 복수의 아치형 특징부(426)를 포함하지만, 다른 직경이 또한 사용될 수 있다. 제2 미세복제된 구조물(435)은 복수의 톱니형 또는 피라미드 모양의 프리즘형 특징부(436)를 포함한다.

도시된 예에서, 제1 특징부 및 제2 특징부(426, 436)는 동일한 피치 또는 반복 주기 P를 가지며, 예를 들어 제1 특징부의 주기는 약 150 마이크로미터일 수 있고, 제2 특징부의 반복 주기는 동일할 수 있다. 전형적으로, 제1 특징부 및 제2 특징부의 주기의 비(ratio)는 정수비(또는 역)이지만, 다른 조합이 허용가능하다. 도시된 특징부는 다운-웨브(down-web) 방향에서 일정하지 않은 길이를 갖는다.

도시된 예에서, 대향하는 미세복제된 특징부(426, 436)들은 상호작용하여 복수의 렌즈 특징부(440)를 형성한다. 도시된 예시적인 실시 형태에서, 렌즈 특징부(440)는 렌티큘러 렌즈이다. 각각의 렌즈 특징부(440)의 성능이 각각의 렌즈를 형성하는 대향 특징부(429, 439)들의 정렬의 함수이기 때문에, 렌즈 특징부들의 정밀한 정렬 또는 정합이 바람직할 수 있다.

선택적으로, 필름(400)은 또한 제1 랜드(land) 영역 및 제2 랜드 영역(427, 437)을 포함할 수 있다. 랜드 영역은 기재 표면(420, 430)들과 각각의 개별 특징부의 기저부, 즉 밸리(valley)(428, 438)들 사이의 재료로서 정의된다. 제1 랜드 영역(428)은 렌즈 면에서 약 10 마이크로미터 이상일 수 있고 제2 랜드 영역(438)은 프리즘 면에서 약 25 마이크로미터 이상일 수 있다. 랜드 영역은 특징부가 웨브에 대한 양호한 점착력을 갖는 것을 원조하고 또한 복제 충실도를 돕는다.

필름(400)은 웨브의 대향 표면들 상에 정밀하게 정렬된 미세복제된 구조물들을 생성하기 위한 장치 및 방법을 사용해 제조될 수 있으며, 이 장치 및 방법이 미국 특허 제7,224,529호(킹 등)에 상세하게 기재되어 있다. 필름(400)의 일 실시 형태를 124.5 마이크로미터(0.0049 인치) 두께의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 제조된 웨브를 사용해 제조하였다. 다른 웨브 재료, 예를 들어 폴리카르보네이트가 또한 사용될 수 있다.

도 4b에, 오토스테레오스코픽 디스플레이 시스템에 사용하기에 적합한 다른 3D 광 방향전환 필름(450)이 도시되어 있다. 일군의 원통형 렌즈(454)들이 필름(450)의 일 면 상에 형성되고, 일군의 삼각형과 유사한 프리즘(452)들이 다른 면 상에 형성된다. 이러한 실시 형태에서, 프리즘(452)들의 중심간 간격 또는 피치는 원통형 렌즈들의 피치보다 크도록 의도적으로 만들어져, 각각의 프리즘의 꼭지점으로부터 각각의 대응 원통형 렌즈의 코어로 그린 중심선(456)들이 필름(450) 위의 공간의 특정 영역에서 모이거나 만나게 한다. 예를 들어, 특정 영역은 필름(450) 또는 관련 디스플레이의 중심 섹션의 20 내지 100 ㎝ 위 또는 전방의 영역일 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같은 광 방향전환 필름의 추가 세부사항을 일본 공개 제2005-266293호(아키마사(Akimasa) 등)에서 찾아볼 수 있다.

또 다른 3D 광 방향전환 필름 설계가 2009년 12월 21일자로 출원된, 공동 양도된 미국 특허 출원 제12/643,503호 "오토스테레오스코피를 가능하게 하는 광학 필름(Optical Films Enabling Autostereoscopy)"에 기재되어 있다. 이 출원은 특히 광학 필름의 제1 표면 상에 배치된 원통형 렌즈, 및 광학 필름의 제2 표면 상에 배치된 프리즘을 포함하고, 제1 표면 상의 각각의 렌즈가 제2 표면 상의 프리즘에 정합되는 양면형 광학 필름을 개시한다. 이 출원은 또한 광학 필름의 제1 표면 상에 배치된 렌즈, 및 광학 필름의 제2 표면 상에 배치된 프리즘을 포함하고, 제1 표면 상의 렌즈의 회전이 제1 표면 상의 위치에 따라 달라지고 제1 표면 상의 각각의 렌즈가 제2 표면 상의 프리즘에 정합되는 양면형 광학 필름을 개시한다.

본 명세서에 개시된 예시적인 3D 광 방향전환 필름은 적어도 하나의 나노보이드 형성된 층을 포함한다. 나노보이드 형성된 층은 결합제 중에 분산된 복수의 상호연결된 보이드 또는 보이드들의 네트워크(network)를 포함할 수 있다. 복수 또는 네트워크의 보이드들 중 적어도 일부는 중공형 터널 또는 중공형 터널과 유사한 통로를 통해 서로 연결된다. 보이드들은 바람직하게는 층의 체적의 충분히 큰 분율을 차지하지만, 개별적으로 충분히 작은 크기를 가져서, 나노보이드 형성된 층이 매우 낮은 굴절률, 예를 들어 1.35 미만 또는 1.3 미만의 재료와 유사하게 광학적으로 거동하게 한다. 그러한 층은 하기에 더 충분히 설명되는 바와 같이 광 방향전환 필름에 사용하기에 특히 유리하다. 일부 경우에, 나노보이드 형성된 층은 예를 들어 1.15 내지 1.35, 또는 1.15 내지 1.3 범위 내의 굴절률을 나타낼 수 있다. 나노보이드 형성된 층은 바람직하게는 미세구조화된, 즉 1 밀리미터 미만인 적어도 하나의 치수를 갖는 양각(relief) 특징부를 갖는 매끄럽지 않거나 평평하지 않은 표면을 갖도록 의도적으로 조정된 적어도 하나의 주 표면을 구비하며, 일부 경우에 적어도 하나의 치수는 50 나노미터 내지 500 마이크로미터 범위 내에 있을 수 있다.

도 5 및 도 6과 관련하여, 나노보이드 형성된 층을 제조하는 예시적인 방법뿐만 아니라, 그러한 층이 나타낼 수 있는 특징 및 특성을 기술한다. 적합한 나노보이드 형성된 층 및 그의 제조에 관한 추가의 세부사항을, 본 출원과 동일자로 출원되고 발명의 명칭이 "미세구조화된 저 굴절률 나노보이드 형성된 층을 갖는 광학 필름 및 이를 위한 방법(Optical Films With Microstructured Low Refractive Index Nanovoided Layers and Methods Therefor)"인 공동 양도된 미국 특허 출원 XXX(대리인 문서 번호 66015US005)에서 찾아볼 수 있다.

먼저 도 5를 참조하면, 백필링된 나노보이드 형성된 미세구조화된 물품(550)을 형성하는 예시적인 공정(520) 및 그러한 물품을 제조하기 위한 대응 시스템을 이 도면에서 볼 수 있다. 공정(520)은 코팅 용액(515)을 기재(516) 상에 배치하는 것을 포함한다. 기재(516)는 바람직하게는 중합체 및/또는 다른 적합한 재료로 제조된 가요성 필름이며, 필름은 필름을 도 5에 도시된 것과 같은 롤-대-롤 처리 시스템에서 독립형 지지 필름 또는 캐리어 필름(carrier film)으로서 사용하기에 적합하게 만드는 두께, 조성, 및 다른 물리적 특성을 갖는다. 전형적으로, 그러한 기재 또는 캐리어 필름은, 종래의 광-투과성 중합체 재료로 제조된 경우, 의도하지 않은 과도한 신장, 말림, 또는 휨 없이 권취해제되고, 롤-대-롤 처리 시스템에서 처리되며, 다시 권취되거나 하나 이상의 변환 작업(예를 들어, 개개의 시트들 또는 단편들로의 슬리팅(slitting) 또는 단일화(singulating))을 받기에 충분한 강도를 갖기 위해, 약 50 마이크로미터(0.002 인치) 이상의 물리적 두께를 갖는다.

일부 경우에, 코팅 용액(515)은 예를 들어 슬롯 코터 다이(slot coater die)와 같은 다이(514)를 사용해 적용될 수 있다. 코팅 용액(515)은 중합성 물질 및 용매를 포함한다. 이어서, 공정(520)은 코팅 용액(515)이 미세복제 공구(512)와 접촉하고 있는 동안 중합성 물질을 중합하여 미세구조화된 층(530)을 형성하는 것을 포함한다. 이어서, 용매가 예를 들어 오븐(535)에 의해 미세구조화된 층(530)으로부터 제거되어 나노보이드 형성된 미세구조화된 물품(540)을 형성한다. 이어서, 공정(520)은 중합체 재료(545)를 나노보이드 형성된 미세구조화된 물품(540) 상에 배치하여 백필링된 나노보이드 형성된 미세구조화된 물품(550)을 형성하는 것을 포함한다. 중합체 재료(545)는 예를 들어 슬롯 코터 다이와 같은 다이(544)를 사용해, 또는 다른 적합한 수단에 의해 적용될 수 있다. 중합체 재료(545)는 나노보이드 형성된 미세구조화된 물품(550)을 형성하기 위해 대안적으로 나노보이드 형성된 미세구조화된 물품(540) 상에 라미네이팅(laminating)될 수 있다.

미세복제 공구(512)는 임의의 유용한 미세복제 공구일 수 있다. 미세복제 공구(512)는 미세복제 표면이 롤의 외면 상에 있는 롤로서 도시되어 있다. 미세복제 장치는 미세복제 공구가 코팅 용액(515)과 접촉하는 기재(516)의 구조화된 표면인 매끄러운 롤을 포함할 수 있음이 또한 고려된다. 도시된 미세복제 공구(512)는 닙 롤(nip roll)(521) 및 테이크-어웨이(take-away) 롤(522)을 포함한다. UV 광들의 열(bank)과 같은 경화원(curing source)(525)이, 코팅 용액(515)이 미세복제 공구(512)와 접촉하고 있는 동안 기재(516) 및 코팅 용액(515)을 향해 지향되어 미세구조화된 층(530)을 형성하는 것으로서 도시되어 있다. 일부 실시 형태에서, 기재(516)는 코팅 용액(515)을 경화시켜 미세구조화된 층(530)을 형성하기 위해 경화 광을 코팅 용액(515)으로 투과시킬 수 있다. 다른 실시 형태에서, 경화원(525)은 열원이고 코팅 용액(515)은 열 경화 재료를 포함한다. 경화원(525)은 도시된 바와 같이 또는 미세복제 공구(512) 내에 배치될 수 있다. 경화원(525)이 미세복제 공구(512) 내에 배치되는 경우, 미세복제 공구(512)는 코팅 용액(515)을 경화시켜 미세구조화된 층(530)을 형성하기 위해 광을 코팅 용액(515)으로 투과시킬 수 있다.

나노보이드 형성된 미세구조화된 물품을 형성하기 위한 공정은 예를 들어 경화후 또는 추가의 중합 단계와 같은 추가의 처리 단계를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 용매 제거 단계에 이어서 경화후 단계가 나노보이드 형성된 미세구조화된 물품에 적용된다. 일부 실시 형태에서, 이들 공정은 예를 들어 아이들러 롤, 인장 롤, 조종 기구(steering mechanism), 코로나 또는 화염 처리기와 같은 표면 처리기, 라미네이션 롤 등을 포함한, 웨브-기반 재료의 생산에 통상적인 추가의 처리 장비를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 이들 공정은 상이한 웨브 경로, 코팅 기술, 중합 장치, 중합 장치의 위치설정, 건조 오븐, 컨디셔닝 섹션 등을 이용할 수 있으며, 기재된 섹션들 중 일부는 선택적일 수 있다. 일부 경우에, 공정의 하나, 일부, 또는 모든 단계가 기재의 적어도 하나의 롤이 실질적으로 연속적인 공정을 통과하여 결국 다른 롤로 되거나 시팅(sheeting), 라미네이팅, 슬리팅 등을 통해 변환되는 "롤-대-롤" 공정으로서 수행될 수 있다.

이제 도 6을 참조하면, 나노보이드 형성된 미세구조화된 층(600)의 일부분의 개략 입면도를 이 도면에서 볼 수 있다. 나노보이드 형성된 미세구조화된 층(600)이 2개의 평탄한 외측 표면(630, 632)을 갖는 것으로 도시되어 있을지라도, 외측 표면(630, 632)들 중 적어도 하나는 본 명세서의 다른 곳에서 논의되는 바와 같이 3D 광 방향전환 필름에 사용하기에 적합한 특징부를 형성하도록 미세구조화되는 것으로 이해된다.

예시적인 나노보이드 형성된 미세구조화된 층(600)은 결합제(610) 중에 분산된 복수의 상호연결된 보이드 또는 보이드(620)들의 네트워크를 포함한다. 복수 또는 네트워크의 보이드들 중 적어도 일부는 중공형 터널 또는 중공형 터널과 유사한 통로를 통해 서로 연결된다. 상호연결된 보이드들은, 최초에 코팅된 필름의 일부를 형성하고 중합성 물질의 경화 후에 오븐 또는 다른 수단에 의해 필름의 밖으로 방출된 용매의 상호연결된 덩어리의 나머지일 수 있다. 보이드(620)들의 네트워크는 도 6에 도시된 바와 같이 상호연결된 보이드들 또는 기공(pore)(620A 내지 620C)들을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 보이드에는 반드시 모든 물질 및/또는 미립자가 없는 것은 아니다. 예를 들어, 일부 경우에, 보이드는 예를 들어 결합제 및/또는 나노입자를 포함하는 하나 이상의 작은 섬유와 유사한 또는 스트링과 유사한 물체를 포함할 수 있다. 개시된 일부 나노보이드 형성된 미세구조화된 층은 상호연결된 보이드들의 다수의 세트 또는 보이드들의 다수의 네트워크를 포함하며, 여기서 각각의 세트 또는 네트워크 내의 보이드들은 상호연결된다. 일부 경우에, 다중의 복수의 또는 세트들의 상호연결된 보이드에 부가해, 나노보이드 형성된 미세구조화된 층은 또한 복수의 폐쇄된 또는 연결되지 않은 보이드를 포함할 수 있으며, 이는 보이드들이 터널을 통해 다른 보이드에 연결되지 않음을 의미한다. 보이드(620)들의 네트워크가 나노보이드 형성된 층(600)의 제1 주 표면(630)으로부터 반대편의 제2 주 표면(632)으로 연장되는 하나 이상의 통로를 형성하는 경우에, 층(600)은 다공성 층인 것으로서 기술될 수 있다.

보이드들 중 일부는 나노보이드 형성된 미세구조화된 층의 표면에 존재하거나 이 표면을 중단시킬 수 있고 표면 보이드인 것으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 나노보이드 형성된 미세구조화된 층(600)에서, 보이드(620D, 620E)들은 나노보이드 형성된 미세구조화된 층의 제2 주 표면(632)에 존재하고 표면 보이드(620D, 620E)들로 간주될 수 있으며, 보이드(620F, 620G)들은 나노보이드 형성된 미세구조화된 층의 제1 주 표면(630)에 존재하고 표면 보이드(620F, 620G)들로 간주될 수 있다. 보이드들 중 일부, 예를 들어 보이드(620B, 620C)들은 광학 필름의 내부에 그리고 광학 필름의 외부 표면으로부터 멀리 배치되고, 이에 따라 내부 보이드가 하나 이상의 다른 보이드를 통해 주 표면에 연결될 수 있을지라도 내부 보이드(620B, 620C)들로 간주될 수 있다.

보이드(620)는 일반적으로 적합한 조성 및 제조, 예를 들어 코팅, 건조, 및 경화 조건을 선택함으로써 제어될 수 있는 크기 d1을 갖는다. 일반적으로, d1은 임의의 원하는 범위의 값들 중 임의의 원하는 값일 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 적어도 대다수의 보이드, 예를 들어 보이드들 중 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 이상이 원하는 범위 내에 있는 크기를 갖는다. 예를 들어, 일부 경우에, 적어도 대다수의 보이드, 예를 들어 보이드들 중 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 이상이 약 10 마이크로미터 이하, 또는 약 7, 또는 5, 또는 4, 또는 3, 또는 2, 또는 1, 또는 0.7, 또는 0.5 마이크로미터 이하인 크기를 갖는다.

일부 경우에, 복수의 상호연결된 보이드(620)는 약 5 마이크로미터 이하, 또는 약 4 마이크로미터 이하, 또는 약 3 마이크로미터 이하, 또는 약 2 마이크로미터 이하, 또는 약 1 마이크로미터 이하, 또는 약 0.7 마이크로미터 이하, 또는 약 0.5 마이크로미터 이하인 평균 보이드 또는 기공 크기를 갖는다.

일부 경우에, 보이드들 중 일부는 그의 주요 광학 효과가 유효 굴절률을 감소시키는 것이도록 충분히 작을 수 있는 한편, 다른 일부 보이드는 유효 굴절률을 감소시키고 광을 산란시킬 수 있는 한편, 또 다른 일부 보이드는 그의 주요 광학 효과가 광을 산란시키는 것이도록 충분히 클 수 있다.

나노보이드 형성된 미세구조화된 층(600)은 임의의 유용한 두께 t1(제1 주 표면(630)과 제2 주 표면(632) 사이의 선형 거리)을 가질 수 있다. 많은 실시 형태에서, 나노보이드 형성된 미세구조화된 층은 약 100 ㎚ 이상, 또는 약 500 ㎚ 이상, 또는 약 1,000 ㎚ 이상, 또는 0.1 내지 10 마이크로미터의 범위 내, 또는 1 내지 100 마이크로미터의 범위 내인 두께 t1을 가질 수 있다.

일부 경우에, 나노보이드 형성된 미세구조화된 층은 나노보이드 형성된 미세구조화된 층이 보이드 및 결합제의 굴절률, 및 보이드 또는 기공 체적 분율 또는 다공률의 항으로 표현될 수 있는 유효 굴절률을 적정하게 가질 수 있을 정도로 충분히 두꺼울 수 있다. 그러한 경우에, 나노보이드 형성된 미세구조화된 층의 두께는 예를 들어 약 500 ㎚ 이상, 또는 약 1,000 ㎚ 이상, 또는 1 내지 10 마이크로미터 범위 내, 또는 500 ㎚ 내지 100 마이크로미터 범위 내이다.

개시된 나노보이드 형성된 미세구조화된 층 내의 보이드가 충분히 작고 나노보이드 형성된 미세구조화된 층이 충분히 두꺼운 경우, 나노보이드 형성된 미세구조화된 층은 다음과 같이 표현될 수 있는 유효 유전율 εeff를 갖는다:

(1)

여기서, ε_v 및 ε_b 는 각각 보이드 및 결합제의 유전율이고, f는 나노보이드 형성된 미세구조화된 층 내의 보이드의 체적 분율이다. 그러한 경우에, 나노보이드 형성된 미세구조화된 층의 유효 굴절률 n_eff는 다음과 같이 표현될 수 있다:

(2)

여기서, n_v 및 n_b는 각각 보이드 및 결합제의 굴절률이다. 일부 경우에, 예를 들어 보이드의 굴절률과 결합제의 굴절률 사이의 차이가 충분히 작은 경우, 나노보이드 형성된 미세구조화된 층의 유효 굴절률은 하기의 식에 의해 근사될 수 있다:

(3)

그러한 경우에, 나노보이드 형성된 미세구조화된 층의 유효 굴절률은 보이드 및 결합제의 굴절률의 체적 가중된 평균이다. 예를 들어, 50%의 보이드 체적 분율 및 1.5의 굴절률을 갖는 결합제를 구비하는 나노보이드 형성된 미세구조화된 층은 방정식 (3)에 의해 계산된 바와 같은 약 1.25의 유효 굴절률, 및 더 정확한 방정식 (2)에 의해 계산된 바와 같은 약 1.27의 유효 굴절률을 갖는다. 일부 예시적인 실시 형태에서, 나노보이드 형성된 미세구조화된 층은 1.15 내지 1.35, 또는 1.15 내지 1.3 범위 내의 유효 굴절률을 가질 수 있지만, 이들 범위 밖의 값이 또한 고려된다.

도 6의 나노보이드 형성된 층(600)은 또한, 결합제(610) 중에 분산된 복수의 상호연결된 보이드 또는 보이드(620)들의 네트워크에 부가해, 결합제(610) 내에 실질적으로 균일하게 분산된 선택적인 복수의 나노입자(640)를 포함하는 것으로 도시되어 있다.

나노입자(640)는 임의의 원하는 범위의 값들 중 임의의 원하는 값일 수 있는 크기 d2를 갖는다. 예를 들어, 일부 경우에, 적어도 대다수의 입자, 예를 들어 입자들 중 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 이상이 원하는 범위 내에 있는 크기를 갖는다. 예를 들어, 일부 경우에, 적어도 대다수의 입자, 예를 들어 입자들 중 60% 또는 70% 또는 80% 또는 90% 또는 95% 이상이 약 1 마이크로미터 이하, 또는 약 700, 또는 500, 또는 200, 또는 100, 또는 50 나노미터 이하인 크기를 갖는다. 일부 경우에, 복수의 나노입자(640)는 약 1 마이크로미터 이하, 또는 약 700, 또는 500, 또는 200, 또는 100, 또는 50 나노미터 이하인 평균 입자 크기를 가질 수 있다.

일부 경우에, 나노입자들 중 일부는 이들이 주로 유효 굴절률에 영향을 미치도록 충분히 작을 수 있는 한편, 다른 일부 나노입자는 유효 굴절률에 영향을 미치고 광을 산란시킬 수 있으며, 또 다른 일부 입자는 그의 주요 광학 효과가 광을 산란시키는 것이도록 충분히 클 수 있다.

나노입자(640)는 작용화될 수 있거나 작용화되지 않을 수 있다. 일부 경우에, 나노입자(640B)와 같은, 나노입자(640)들 중 일부, 대부분, 또는 실질적으로 전부는 작용화되지 않는다. 일부 경우에, 나노입자(640)들 중 일부, 대부분, 또는 실질적으로 전부는 이들이 응집(clumping) 없이, 또는 매우 적은 응집을 갖고서 원하는 용매 또는 결합제(610) 중에 분산될 수 있도록 작용화되거나 표면 처리된다. 일부 실시 형태에서, 나노입자(640)는 결합제(610)에 화학적으로 결합되도록 추가로 작용화될 수 있다. 예를 들어, 나노입자(640A)와 같은 나노입자가 결합제(610)에 화학적으로 결합되기 위해 반응성 작용기 또는 기(660)를 갖도록 표면 개질되거나 표면 처리될 수 있다. 나노입자는 원하는 바에 따라 다수의 화학물질로 작용화될 수 있다. 그러한 경우에, 나노입자(640A)들 중 적어도 상당한 비율이 결합제에 화학적으로 결합된다. 일부 경우에, 나노입자(640)는 결합제(610)에 화학적으로 결합되기 위한 반응성 작용기를 갖지 않는다. 그러한 경우에, 나노입자(640)는 결합제(610)에 물리적으로 결합될 수 있다.

일부 경우에, 나노입자들 중 일부는 반응 기를 갖고, 다른 것은 반응 기를 갖지 않는다. 일단의 나노입자들이 사이즈(size)들, 반응성 입자 및 비반응성 입자, 및 다양한 유형의 입자들(예를 들어, 실리카 및 산화 지르코늄)의 혼합물을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 나노입자는 표면 처리된 실리카 나노입자를 포함할 수 있다.

나노입자는 무기 나노입자, 유기(예를 들어, 중합체) 나노입자, 또는 유기 나노입자와 무기 나노입자의 조합일 수 있다. 또한, 나노입자는 다공성 입자, 중공형 입자, 중실형 입자, 또는 이들의 조합일 수 있다. 적합한 무기 나노입자의 예에는 지르코니아, 티타니아, 세리아, 알루미나, 산화철, 바나디아, 산화안티몬, 산화주석, 알루미나/실리카, 및 이들의 조합이 포함된다. 나노입자는 약 1000 ㎚ 미만, 또는 약 100 또는 50 ㎚ 미만의 평균 입자 직경을 가질 수 있거나, 평균은 약 3 내지 50 ㎚, 또는 약 3 내지 35 ㎚, 또는 약 5 내지 25 ㎚ 범위 내에 있을 수 있다. 나노입자들이 응집된 경우, 응집된 입자의 최대 단면 치수는 이들 범위 중 임의의 것 내에 있을 수 있고, 또한 약 100 ㎚ 초과일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 일차 크기가 약 50 ㎚ 미만인, 실리카 및 알루미나와 같은, "건식" 나노입자, 예를 들어 미국 매사추세츠주 보스턴 소재의 캐보트 컴퍼니(Cabot Co.)로부터 입수가능한, 캅-오-스퍼스(CAB-O-SPERSE)(등록상표) PG 002 건식 실리카, 캅-오-스퍼스(등록상표) 2017A 건식 실리카, 및 캅-오-스퍼스(등록상표) PG 003 건식 알루미나가 또한 포함된다.

나노입자는 소수성 기, 친수성 기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 표면 기를 포함할 수 있다. 대안적으로, 나노입자는 실란, 유기 산, 유기 염기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제제로부터 유도된 표면 기를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 나노입자는 알킬실란, 아릴실란, 알콕시실란, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제제로부터 유도된 유기실릴 표면 기를 포함한다.

용어 "표면-개질된 나노입자"는 입자의 표면에 부착된 표면 기를 포함하는 입자를 말한다. 표면 기는 입자의 특성을 개질한다. 용어 "입자 직경" 및 "입자 크기"는 입자의 최대 단면 치수를 말한다. 입자가 응집체(aggregate)의 형태로 존재하는 경우, 용어 "입자 직경" 및 "입자 크기"는 응집체의 최대 단면 치수를 말한다. 일부 경우에, 입자는 건식 실리카 입자들과 같은 나노입자들의 큰 종횡비 응집체일 수 있다.

표면-개질된 나노입자는 나노입자의 용해도 특성을 변경시키는 표면 기를 갖는다. 표면 기는 일반적으로 입자를 코팅 용액과 상용성인 것으로 만들도록 선택된다. 일 실시 형태에서, 표면 기는 코팅 용액의 적어도 하나의 성분과 회합되거나 반응하여 중합된 네트워크의 화학적으로 결합된 부분이 되도록 선택될 수 있다.

예를 들어 표면 개질제를 나노입자에 부가하는 것(예를 들어, 분말 또는 콜로이드성 분산액의 형태로) 및 표면 개질제가 나노입자와 반응하게 하는 것을 포함한 다양한 방법이 나노입자의 표면을 개질하기 위해 이용가능하다. 다른 유용한 표면 개질 공정이 예를 들어 미국 특허 제2,801,185호(일러(Iler)) 및 제4,522,958호(다스(Das) 등)에 기재되어 있다.

나노입자는 콜로이드성 분산액의 형태로 제공될 수 있다. 유용한 구매가능한 비개질된 실리카 출발 물질의 예는 미국 일리노이주 네이퍼빌 소재의 날코 케미칼 컴퍼니(Nalco Chemical Co.)로부터 제품명 날코(NALCO) 1040, 1050, 1060, 2326, 2327, 및 2329 콜로이드성 실리카로 입수가능한 나노-크기의 콜로이드성 실리카; 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 닛산 케미칼 아메리카 컴퍼니(Nissan Chemical America Co.)로부터 제품명 IPA-ST-MS, IPA-ST-L, IPA-ST, IPA-ST-UP, MA-ST-M, 및 MA-ST 졸로 입수가능한 유기실리카; 및 또한 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 닛산 케미칼 아메리카 컴퍼니로부터의 스노우텍스(SnowTex)(등록상표) ST-40, ST-50, ST-20L, ST-C, ST-N, ST-O, ST-OL, ST-ZL, ST-UP, 및 ST-OUP를 포함한다. 중합성 물질 대 나노입자의 중량비는 약 30:70, 40:60, 50:50, 55:45, 60:40, 70:30, 80:20 또는 90:10 또는 그 초과의 범위일 수 있다. 나노입자의 중량%의 바람직한 범위는 약 10 중량% 내지 약 60 중량%의 범위이고, 사용된 나노입자의 밀도 및 크기에 좌우될 수 있다.

일부 경우에, 나노보이드 형성된 미세구조화된 층(600)은 낮은 광학 헤이즈 값을 가질 수 있다. 그러한 경우에, 나노보이드 형성된 미세구조화된 층의 광학 헤이즈는 약 5% 이하, 또는 약 4, 3.5, 3, 2.5, 2, 1.5, 또는 1% 이하일 수 있다. 나노보이드 형성된 미세구조화된 층(600)에 수직 입사하는 광의 경우, "광학 헤이즈"는 (달리 지시되지 않는 한) 총 투과 광에 대한, 수직 방향으로부터 4도를 초과해 벗어난 투과 광의 비를 지칭할 수 있다. 개시된 필름 및 층의 굴절률 값은 임의의 적합한 수단에 의해, 예를 들어 미국 뉴저지주 페닝턴 소재의 메트리콘 코포레이션(Metricon Corp.)으로부터 입수가능한 메트리콘 모델(Metricon Model) 2010 프리즘 커플러(Prism Coupler)를 사용해 측정될 수 있다. 개시된 필름 및 층의 광 투과율, 투명도, 및 헤이즈 값이 또한 임의의 적합한 수단에 의해, 예를 들어 미국 메릴랜드주 실버 스프링스 소재의 비와이케이가디너(BYKGardiner)로부터 입수가능한 헤이즈-가드 플러스(Haze-Gard Plus) 헤이즈 계측기를 사용해 측정될 수 있다.

일부 경우에, 나노보이드 형성된 미세구조화된 층(600)은 높은 광학 헤이즈를 가질 수 있다. 그러한 경우에, 나노보이드 형성된 미세구조화된 층(600)의 헤이즈는 약 40% 이상, 또는 약 50, 60, 70, 80, 90, 또는 95% 이상이다.

일반적으로, 나노보이드 형성된 미세구조화된 층(600)은 응용에 바람직할 수 있는 임의의 다공률 또는 보이드 체적 분율을 가질 수 있다. 일부 경우에, 나노보이드 형성된 미세구조화된 층(600) 내의 복수의 보이드(620)의 체적 분율은 약 10% 이상, 또는 약 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 또는 90% 이상이다.

결합제(610)는 응용에 바람직할 수 있는 임의의 물질이거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 결합제(610)는 중합체, 예를 들어 가교결합된 중합체를 형성하는 광 경화성 물질일 수 있다. 일반적으로, 결합제(610)는 임의의 중합성 물질, 예를 들어 방사선-경화성인 중합성 물질일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 결합제(610)는 임의의 중합성 물질, 예를 들어 열-경화성인 중합성 물질일 수 있다.

중합성 물질(610)은 다양한 종래의 음이온, 양이온, 자유 라디칼, 또는 화학적으로, 열에 의해, 또는 화학 방사선으로 개시될 수 있는 다른 중합 기술, 예를 들어 다른 수단들 중에서 예를 들어 가시 및 자외 광, 전자 빔 방사선 및 이들의 조합을 포함한 화학 방사선을 사용하는 공정에 의해 중합될 수 있는 임의의 중합성 물질일 수 있다. 예를 들어 용매 중합, 유화 중합, 현탁 중합, 벌크 중합 등을 포함한 중합이 내부에서 수행될 수 있는 매질이 포함한다.

화학 방사선 경화성 재료는 단량체, 반응성 올리고머, 및 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 우레탄, 에폭시 등의 중합체를 포함한다. 본 발명의 실시에 적합한 화학 방사선 경화성 기의 대표적인 예는 에폭시 기, 에틸렌 불포화 기, 예를 들어 (메트)아크릴레이트 기, 올레핀 탄소탄소 이중 결합, 알릴옥시 기, 알파-메틸 스티렌 기, (메트)아크릴아미드 기, 시아노에스테르 기, 비닐 에테르 기, 이들의 조합 등을 포함한다. 자유 라디칼 중합성 기가 바람직하다. 일부 실시 형태에서, 예시적인 재료는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 작용성 단량체, 올리고머, 및 중합체를 포함하며, 특히 당업계에 공지된 바와 같이 중합시 가교결합된 네트워크를 형성할 수 있는 다작용성 단량체가 사용될 수 있다. 중합성 물질은 단량체, 올리고머, 및 중합체의 임의의 혼합물을 포함할 수 있지만, 물질은 적어도 하나의 용매 중에 적어도 부분적으로 용해가능해야 한다. 일부 실시 형태에서, 물질은 용매 단량체 혼합물 중에 용해가능해야 한다.

용매는 원하는 중합성 물질과 함께 용액을 형성하는 임의의 용매일 수 있다. 용매는 극성 또는 비극성 용매, 고 비등점 용매 또는 저 비등점 용매일 수 있으며, 일부 실시 형태에서 용매는 몇몇 용매들의 혼합물을 포함한다. 용매 또는 용매 혼합물은 형성된 미세구조화된 층(530)이 용매(또는 용매 혼합물 중의 용매들 중 적어도 하나) 중에 적어도 부분적으로 불용성이도록 선택될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 용매 혼합물은 중합성 물질을 위한 용매 및 비-용매의 혼합물일 수 있다. 하나의 특정 실시 형태에서, 불용성 중합체 매트릭스는 3차원 골격을 제공하는 중합체 사슬 연결을 갖는 3차원 중합체 매트릭스일 수 있다. 중합체 사슬 연결은 용매의 제거 후 미세구조화된 층(530)의 변형을 방지할 수 있다.

일부 경우에, 용매는 예를 들어 불용성 중합체 매트릭스 또는 기재(516) 중 어느 하나의 분해 온도를 초과하지 않는 온도에서 건조시킴으로써 용매-함유 미세구조화된 층(530)으로부터 용이하게 제거될 수 있다. 하나의 특정 실시 형태에서, 건조 동안의 온도는 기재가 변형되기 쉬운 온도, 예를 들어 기재의 휨 온도 또는 유리-전이 온도 아래로 유지된다. 예시적인 용매는 선형, 분지형, 및 환형 탄화수소, 알코올, 케톤, 및 에테르 - 예를 들어 도와놀(DOWANOL)™ PM 프로필렌 글리콜 메틸 에테르와 같은 프로필렌 글리콜 에테르를 포함함 - , 아이소프로필 알코올, 에탄올, 톨루엔, 에틸 아세테이트, 2-부타논, 부틸 아세테이트, 메틸 아이소부틸 케톤, 메틸 에틸 케톤, 사이클로헥사논, 아세톤, 방향족 탄화수소, 아이소포론, 부티로락톤, N-메틸피롤리돈, 테트라하이드로푸란, 에스테르, 예를 들어 락테이트, 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PM 아세테이트), 다이에틸렌 글리콜 에틸 에테르 아세테이트(DE 아세테이트), 에틸렌 글리콜 부틸 에테르 아세테이트(EB 아세테이트), 다이프로필렌 글리콜 모노메틸 아세테이트(DPM 아세테이트), 아이소-알킬 에스테르, 아이소헥실 아세테이트, 아이소헵틸 아세테이트, 아이소옥틸 아세테이트, 아이소노닐 아세테이트, 아이소데실 아세테이트, 아이소도데실 아세테이트, 아이소트라이데실 아세테이트 또는 다른 아이소-알킬 에스테르, 물, 이들의 조합 등을 포함한다.

코팅 용액(515)은 또한 예를 들어 개시제, 경화제, 경화 촉진제, 촉매, 가교결합제, 점성 부여제, 가소제, 염료, 계면활성제, 난연제, 커플링제, 안료, 열가소성 또는 열경화성 중합체를 포함한 충격 개질제, 유동 조절제, 발포제, 충전제, 유리 및 중합체 미소구체 및 미세입자, 전기 전도성 입자, 열 전도성 입자를 포함하는 다른 입자, 섬유, 정전기 방지제, 산화방지제, 광학 다운 컨버터(optical down converter), 예를 들어 인광체, UV 흡수제 등을 포함하는 다른 성분을 포함할 수 있다.

개시제, 예를 들어 광개시제가 코팅 용액 중에 존재하는 단량체들의 중합을 용이하게 하는데 효과적인 양으로 사용될 수 있다. 광개시제의 양은 예를 들어 개시제의 유형, 개시제의 분자량, 생성된 미세구조화된 층의 의도된 응용, 및 예를 들어 공정의 온도 및 사용되는 화학 방사선의 파장을 포함한 중합 공정에 따라 달라질 수 있다. 유용한 광개시제는 예를 들어 시바 스페셜티 케미칼즈(Ciba Specialty Chemicals)로부터 이르가큐어(IRGACURE)™ 184 및 이르가큐어™ 819를 포함한, 이르가큐어™ 및 다로큐어(DAROCURE)™ 상표명으로 입수가능한 것을 포함한다.

미세구조화된 층(530)은 더 강성의 중합체 네트워크를 제공하도록 가교-결합될 수 있다. 고 에너지 방사선, 예를 들어 감마 또는 전자 빔 방사선을 사용함으로써 가교-결합제 없이 또는 가교-결합제에 의해 가교-결합이 성취될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 가교-결합제 또는 가교-결합제들의 조합이 중합성 단량체들, 올리고머들 또는 중합체들의 혼합물에 부가될 수 있다. 다른 곳에 기술된 화학선 방사선원들 중 임의의 것을 사용함으로써 중합체 네트워크의 중합 동안에 가교-결합이 일어날 수 있다.

유용한 방사선 경화 가교결합제는 1,6-헥산다이올 다이(메트)아크릴레이트, 트라이메틸올프로판 트라이(메트)아크릴레이트, 1,2-에틸렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트라이/테트라(메트)아크릴레이트, 트라이에틸렌 글리콜 다이(메트) 아크릴레이트, 에톡실화 트라이메틸올프로판 트라이(메트)아크릴레이트, 글리세롤 트라이(메트)아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 다이(메트) 아크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 1,12-도데칸올 다이(메트)아크릴레이트를 포함하는, 미국 특허 제4,379,201호(헤일만(Heilmann) 등)에 개시된 것과 같은, 다작용성 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 미국 특허 제4,737,559호(켈렌(Kellen) 등)에 개시된 것과 같은 공중합성 방향족 케톤 공단랑체 등, 및 이들의 조합을 포함한다.

코팅 용액(515)은 또한 사슬 전달제를 포함할 수 있다. 사슬 전달제는 바람직하게는 중합 이전에 단량체 혼합물 중에 용해가능하다. 적합한 사슬 전달제의 예는 트라이에틸 실란 및 메르캅탄을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 사슬 전달이 또한 용매에 대해서도 일어날 수 있지만, 이는 바람직한 메커니즘이 아닐 수 있다.

중합 단계는 바람직하게는 낮은 산소 농도를 갖는 분위기에서 방사선원을 사용하는 것을 포함한다. 산소는 자유-라디칼 중합을 억제하는 것으로 알려져 있으며, 그 결과 경화의 정도가 감소된다. 중합 및/또는 가교결합을 성취하기 위해 사용되는 방사선원은 화학 방사선원(예를 들어, 스펙트럼의 자외선 또는 가시 영역 내의 파장을 갖는 방사선), 가속 입자 방사선원(예를 들어, 전자 빔 방사선), 열 방사선원(예를 들어, 열 또는 적외 방사선) 등일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 에너지는 화학선 방사선 또는 가속 입자인데, 그 이유는 그러한 에너지가 중합 및/또는 가교결합의 개시 및 속도에 대한 우수한 제어를 제공하기 때문이다. 부가적으로, 화학적 방사선 및 가속 입자는 비교적 낮은 온도에서의 경화에 사용될 수 있다. 이는 열 경화 기술을 사용할 때 에너지 경화성 기들의 중합 및/또는 가교결합을 개시하기 위해 요구될지도 모르는 비교적 높은 온도에 민감할 수 있는 성분을 분해시키거나 증발시키는 것을 방지한다. 적합한 경화 에너지원은 UV LED, 가시 LED, 레이저, 전자 빔, 수은 램프, 제논 램프, 탄소 아크 램프, 텅스텐 필라멘트 램프, 섬광 램프, 햇빛, 저 휘도 자외광(비가시광선(black light)) 등을 포함한다.

일부 실시 형태에서, 결합제(610)는 다작용성 아크릴레이트 및 폴리우레탄을 포함한다. 이러한 결합제(610)는 광개시제, 다작용성 아크릴레이트, 및 폴리우레탄 올리고머의 중합 생성물일 수 있다. 다작용성 아크릴레이트 및 폴리우레탄 올리고머의 조합은 더 내구성 있는 나노보이드 형성된 미세구조화된 층(600)을 생성할 수 있다. 폴리우레탄 올리고머는 에틸렌 불포화된다. 일부 실시 형태에서, 폴리우레탄 또는 폴리우레탄 올리고머는 본 명세서에 기술된 중합 반응에서 아크릴레이트와 반응할 수 있거나, 다른 아크릴레이트와 반응할 수 있도록 아크릴레이트로 "캐핑(capping)"된다.

도 5에 전술된 하나의 예시적인 공정에서, 복수의 나노입자(선택적임), 및 용매 중에 용해된 중합성 물질을 포함하는 용액이 제조되며, 여기서 중합성 물질은 예를 들어 하나 이상의 유형의 단량체를 포함할 수 있다. 중합성 물질이 기재 상에 코팅되고, 예를 들어 열 또는 광을 적용함으로써 중합성 물질이 중합되어 용매 중에 불용성 중합체 매트릭스를 형성하는 동안 공구가 코팅에 적용된다. 일부 경우에, 중합 단계 후에, 용매는 더 낮은 농도이긴 하지만 중합성 물질의 일부를 여전히 포함할 수 있다. 다음에, 용액을 건조시키거나 증발시킴으로써 용매가 제거되어, 중합체 결합제(610) 중에 분산된 보이드(620)들의 네트워크 또는 복수의 보이드를 포함하는 나노보이드 형성된 미세구조화된 층(600)을 생성한다. 나노보이드 형성된 미세구조화된 층(600)은 중합체 결합제 중에 분산된 선택적인 복수의 나노입자(640)를 포함한다. 나노입자는 결합제에 결합되며, 여기서 결합은 물리적이거나 화학적일 수 있다.

본 명세서에 기재된 공정을 사용해 본 명세서에 기재된 나노보이드 형성된 미세구조화된 층(600) 및 미세구조화된 물품을 제조하는 것은 유기 물질, 수지, 필름, 및 지지체의 사용과 양립할 수 있는 온도 범위 내에서 수행될 수 있다. 많은 실시 형태에서, (나노보이드 형성된 미세구조화된 층(600) 및 미세구조화된 물품 표면을 향하는 광학 온도계에 의해 측정될 때) 최고 공정 온도는 섭씨 200도 이하, 또는 섭씨 150도 이하, 또는 섭씨 100도 이하이다.

일반적으로, 나노보이드 형성된 미세구조화된 층(600)은 결합제(610) 대 복수의 나노입자(640)의 임의의 중량비에 대해 바람직한 다공률을 가질 수 있다. 따라서, 일반적으로, 중량비는 소정 응용에 바람직할 수 있는 임의의 값일 수 있다. 일부 경우에, 결합제(610) 대 복수의 나노입자(640)의 중량비는 약 1:2.5 이상, 또는 약 1:2.3, 또는 1:2, 또는 1:1, 또는 1.5:1, 또는 2:1, 또는 2.5:1, 또는 3:1, 또는 3.5:1, 또는 4:1, 또는 5:1 이상이다. 일부 경우에, 중량비는 약 1:2.3 내지 약 4:1의 범위 내이다.

이제 도 6a와 관련하여, (a) 미세구조화된 표면을 갖는 나노보이드 형성된 층을 먼저 형성하고, 이어서 그 미세구조화된 표면을 종래의 (비-나노보이드 형성된) 재료, 예를 들어 종래의 중합체 재료로 백필링함으로써 제조된 물품과, (b) 종래의 재료의 층 내에 미세구조화된 표면을 먼저 형성하고, 이어서 그 미세구조화된 표면을 나노보이드 형성된 재료 층으로 백필링함으로써 제조된 물품 사이에 임의의 구조적 차이가 있는지의 여부를 잠시 살펴본다. 둘 모두의 경우에, 생성된 물품은 매립된 계면, 즉 미세구조화된 표면을 가지며, 이 계면의 하나의 측에는 나노보이드 형성된 재료 층이 있고 이 계면의 다른 측에는 종래의 재료 층이 있다.

2개의 물품 사이에 적어도 하나의 구조적 차이가 발생할 수 있고, 그 구조적 차이는 상호침투의 메커니즘에 관련됨을 알게 되었다. 미세구조화된 표면을 나노보이드 형성된 재료로 백필링하기 전에 종래의 재료의 층이 미세구조화되는 경우 (b)의 물품에서, 나노보이드 형성된 재료는 전형적으로 종래의 재료의 층 내로 이동하지 않을 것인데, 그 이유는 그 층이 전형적으로 미세구조화된 표면의 각각의 소면(facet) 또는 부분에 실질적으로 중실형인 비-다공성 장벽 - 이를 넘어서 나노보이드 형성된 재료가 침투할 수 없음 - 을 제공하기 때문이다. 대조적으로, 경우 (a)의 물품은, 종래의 재료(또는 그러한 재료에 대한 전구체, 예를 들어 비경화된 액체 중합체 수지)가 나노보이드 형성된 층의 미세구조화된 표면에 적용될 때, 미세구조화된 표면의 소면 또는 부분이 예를 들어 피트(pit), 포켓, 또는 터널 형태의 표면 보이드들 - 이들 내로 종래의 재료가 표면 보이드의 특성, 종래의 재료의 특성, 및 비경화된 상태에서의 종래의 재료의 체류 시간과 같은 공정 조건에 따라 이동할 수 있음 - 을 포함할 수 있는 방식으로 제조된다. 적합한 재료 특성 및 공정 조건에서, 종래의 재료 층은 도 6a에 개략적으로 도시된 바와 같이 나노보이드 형성된 층에 상호침투할 수 있다.

도 6a는 제1 나노보이드 형성된 층(672)과 종래의 재료의 제2 층(670) 사이의 계면의 일부분을 개략 단면도로 도시하고 있다. 계면 부분은 예를 들어 2개의 층 사이에 형성된 구조화된 표면의 미세한 부분일 수 있다. 나노보이드 형성된 층(672)은 얕은 표면 보이드 또는 오목부(depression)(674A)뿐만 아니라 더 깊은 표면 보이드(674B)를 갖는 것으로 도시된다. 표면 보이드(674B)는 제2 횡방향 치수 S2보다 계면에 더 가까운 제1 횡방향 치수 S1에 의해 특성화되고, 더 깊은 치수 S2는 더 얕은 치수 S1보다 크다. 층(670)이 층(672)(예를 들어, 오목부(674A))의 대체적인 형상에 일치하는 경우뿐만 아니라, 층(670)으로부터 재료가 보이드(674a)와 같은 적어도 일부의 깊은 표면 보이드 내로 이동하거나 이를 실질적으로 충전하는 경우 - 여기서 계면에 더 가까운 보이드의 횡방향 치수는 계면으로부터 더 멀리 있는 횡방향 치수보다 작음 -, 층(670)을 층(672)에 상호침투하는 것으로서 특성화할 수 있다. 그러한 상호침투는 본 명세서에 기재된 나노보이드 형성된 재료로 성취될 수 있다.

나노보이드 형성된 층에 의한 종래의 층의 상호침투 깊이를 특성화하기 위한 제1 접근법에서, 종래의 층의 재료가 (평균 표면에 수직인 방향 또는 측정 축을 따라) 계면 평균 표면을 넘어 전진한 양을 측정할 수 있고, 이 양을 평균 크기의 보이드의 직경의 관점에서 특성화할 수 있다.

상호침투 깊이를 특성화하기 위한 제2 접근법에서, 종래의 층의 재료가 평균 표면을 넘어 전진한 양을 다시 측정할 수 있고, 이어서 이 양을 거리의 표준 단위, 예를 들어 마이크로미터 또는 나노미터로 간단히 보고할 수 있다.

상호침투 깊이를 특성화하기 위한 제3 접근법에서, 종래의 층의 재료가 평균 표면을 넘어 전진한 양을 다시 측정할 수 있지만, 이어서 이 양을 논쟁 중인 구조화된 표면의 특징부 높이의 관점에서 특성화할 수 있다.

예시적인 실시 형태에서, 상호침투 깊이는 예를 들어, 제1 접근법에 관해 1 내지 10 평균 보이드 직경의 범위 내, 제2 접근법에 관해 1, 10, 100, 또는 500 마이크로미터 이하, 제3 접근법에 관해 특징부 높이의 5% 이상, 또는 특징부 높이의 10% 이상, 또는 50% 이상, 또는 95% 이상, 또는 100% 이상, 또는 5% 이하, 또는 10% 이하, 또는 25% 이하, 또는 5 내지 25%의 범위 내일 수 있다. 그러나, 이들 예시적인 범위는 제한적인 것으로 해석되어서는 안 된다.

상호침투에 관한 추가 논의를 본 명세서의 다른 곳에서 참조된, 발명의 명칭이 "미세구조화된 저 굴절률 나노보이드 형성된 층을 갖는 광학 필름 및 이를 위한 방법"인 공동 양도된 미국 특허 출원 XXX(대리인 문서 번호 66015US005)에서 찾아볼 수 있다.

이제 오토스테레오스코픽 백라이트 및 디스플레이 패널과 함께 사용하기에 적합한 예시적인 3D 광 방향전환 필름뿐만 아니라, 매우 낮은 굴절률을 나타낼 수 있는 예시적인 나노보이드 형성된 재료 층을 설명했기 때문에, 이제 이들 요소가 새로운 군의 광학 필름 및 물품을 제공하도록 조합될 수 있는 방법에 대해 설명한다. 새로운 물품은 기존의 오토스테레오스코픽 시스템과 동일한 전반적인 목적, 즉 하나의 광원으로부터의 광을 디스플레이 패널을 통해 관찰자의 하나의 눈으로 지향시키는 것, 및 다른 광원으로부터의 광을 디스플레이 패널을 통해 관찰자의 다른 눈으로 지향시키는 것을 달성한다. 그러나, 새로운 물품은 이러한 과제를 현재의 시스템에 비해 상당한 이점을 제공하는 특정의 특징부로 수행한다. 렌즈형 요소와 프리즘형 요소의 정합, 또는 물품의 평면에 걸친 정밀한 정합으로부터의 의도적인 벗어남, 또는 랜드 부분의 사용 등과 같은, 위에서 논의된 3D 광 방향전환 필름의 기본 설계 특징이 하기에 논의되는 실시 형태에 동등하게 적용되는 것으로 이해되어야 한다.

일반적으로, 새로운 물품은 저 굴절률을 갖는 적어도 하나의 나노보이드 형성된 층을 포함한다. 이러한 나노보이드 형성된 층은, 전형적으로 나노보이드 형성되지 않고 나노보이드 형성된 층보다 실질적으로 더 높은 굴절률을 갖는 다른 층과 인터페이스하여 매립된 구조화된 표면 계면을 형성한다. 매립된 구조화된 표면은 예를 들어: (a) 3D 광 방향전환 필름의 프리즘 면; (b) 3D 광 방향전환 필름의 렌즈형 또는 렌즈 면; (c) 프레넬 렌즈(fresnel lens); (d) 도광체의 렌즈형 면; (e) 도광체의 프리즘 면; 또는 이들의 조합에 대응할 수 있다. 공지된 구성요소에 대한 주어진 구조화된 표면(즉, 공기 매질 중에 사용하도록 설계된 구조화된 표면)은 매립된 구조화된 표면으로서 사용되는 경우 - 여기서, 공기는 나노보이드 형성된 재료로 대체됨 - 실용적이지 않거나 최적이 아닐 수 있음을 알게 되었다. 대신에, 매립된 구조화된 표면은 최적으로 기능을 하기 위해 공기-계면 구조화된 표면에 대해 설계 변경을 요구할 수 있다. 예를 들어, 렌즈형 특징부의 곡률이 조정될 수 있고/있거나, 광 방향전환 필름 내의 렌즈형 특징부와 그의 대응 프리즘형 특징부 사이의 축방향 거리가 조정될 수 있다.

도 7은 매립된 구조화된 표면(714a)을 갖는 예시적인 광 방향전환 필름(700)의 개략 단면도를 도시하고 있으며, 이 도면은 또한 광 방향전환 필름이 제조될 수 있는 하나의 방식을 보여주는 중간 또는 전구체 물품을 도시하고 있다. 특히, 캐리어 필름(710)이 초기에 제공된다. 필름(710)은 산업상의 연속적인 주조 및 경화(3C) 공정 또는 다른 연속적인 롤-대-롤 공정(예를 들어, 연속 엠보싱 공정)에서와 같은 제조 단계를 겪기에 충분한 강도 및 다른 재료 특성을 갖는 독립형 필름일 수 있다. 대안적으로, 필름(710)은 일괄 처리될 수 있다. 어떤 경우에도, 층(712)이 캐리어 필름(710)에 적용되며, 이 층에는 프리즘형 특징부의 구조화된 표면(712a)이 제공된다. 이러한 층(712)은 주조-및-경화 공정으로, 엠보싱 공정으로, 또는 임의의 다른 적합한 공정으로 제조될 수 있다. 다른 층(714)이 캐리어 필름(710)의 반대편 주 표면에 적용되며, 이 층에는 만곡된 또는 렌즈형 특징부의 구조화된 표면(714a)이 제공된다. 층(714)이 또한 주조-및-경화 공정, 엠보싱 공정, 또는 임의의 다른 적합한 공정으로 제조될 수 있다. 뒤따를 제조 단계 - 여기서 구조화된 표면(714a)이 나노보이드 형성된 재료에 맞대어져 매립될 것임 - 를 고려해, 최적의 광학 성능을 보장하기 위해, 구조화된 표면(714a)의 렌즈형 특징부는 공기에 노출되도록 의도된 유사한 구조화된 표면과는 상이한 곡률 또는 다른 설계 특징을 갖도록 설계될 수 있다. 최종 공정 단계에서, 구조화된 표면(714a)은 나노보이드 형성된 층(716)으로 백필링되어, 구조화된 표면(714a)이 매립되어지게 한다. 이러한 실시 형태에서, 구조화된 표면(714a)의 개개의 렌즈형 특징부는 대체로 구조화된 표면(712a)을 향해 만곡되는 만곡된 표면을 갖는다.

층(710, 712, 714, 716)들은 모두 바람직하게는 이들 사이에 상당한 공기 갭 또는 공기 포켓 없이 서로 접합된다. 또한, 이들 층은 모두 바람직하게는 관심 대상의 파장 범위에서, 예를 들어 가시 파장 범위에 걸쳐 광 투과성이어서, 의도된 응용에서 약간의 흡수가 요구되지 않는 한, 광이 흡수 손실이 최소인 상태로 예를 들어 표면(712a)으로부터 표면(716a)으로 필름(700)을 통과할 수 있게 한다. 필름(700)의 층 내에서의 헤이즈를 제거하거나 최소화하는 것이 바람직할 수 있지만, 일부 경우에 이들 층 중 하나, 일부, 또는 전부 내에서의 소량 내지 중간량의 헤이즈가 특정 응용에서 허용가능하고/허용가능하거나 바람직할 수 있다. 나노보이드 형성된 층(716)은 바람직하게는 본 명세서의 다른 곳에 기재된 바와 같은 나노보이드 형성된 재료로 구성되고, 바람직하게는 예를 들어 구성물의 다른 재료 층들 중 임의의 것보다 낮은, 또는 예를 들어 1.35 미만 또는 1.3 미만의, 또는 1.15 내지 1.35, 또는 1.15 내지 1.3 범위 내의 비교적 낮은 굴절률을 갖는다. 구성물의 다른 층은 임의의 적합한 광-투과성 재료, 예를 들어 적합한 유기 또는 무기 재료, 중합체 또는 비-중합체, 점탄성 재료, 접착제(감압 접착제를 포함함) 등으로 제조될 수 있다. 캐리어 필름(710)에 사용하기 위한 예시적인 재료는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 및 이들의 공중합체를 포함하지만, 다른 적합한 중합체 또는 비-중합체 재료가 또한 사용될 수 있다.

구조화된 표면(714a)은 주조-및-경화 기술로, 또는 층(714, 716)들 사이에 원하는 광학 특징부를 생성할 수 있는 임의의 다른 적합한 기술로 제조될 수 있다. 예를 들어, 임프린팅(imprinting), 엠보싱, 및 사출 성형이 또한 일부 경우에 구조화된 표면(714a)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 층(714, 716)들이 도 5의 공정과 유사한 공정을 사용해 제조되는 경우, 나노보이드 형성된 층(716)은 층(714) 및 구조화된 표면(714a)의 형성 후에 생성된 백필 층을 구성할 수 있다. 그러한 경우에, 층(716)은 전형적으로 층(714)에 상호침투하지 않을 것이다.

광 방향전환 필름(700), 및 본 명세서에서 논의된 다른 광 방향전환 필름은 이들 각각의 도면에 도시된 것에 부가해 다른 층을, 그리고 구체적으로 논의된 것에 부가해 다른 특징 또는 특성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 원하는 정도의 산란을 제공하기 위해, 또는 광을 필터링하거나, 색상 변화시키거나, 편광시키기 위해 재료가 필름 내에 포함될 수 있다. 광 추출 필름의 기능성 및 가능하게는 가치를 추가로 증가시키기 위해 표면 코팅 또는 구조물, 예를 들어 기능 층이 외측 노출 표면들 중 하나 또는 둘 모두에 적용될 수 있다. 그러한 표면 코팅은 예를 들어 광학적, 기계적, 화학적, 또는 전기적 기능을 가질 수 있다. 그러한 코팅 또는 구조물의 예는 다음의 기능 또는 특성을 갖는 것을 포함한다: 흐림 방지; 정전기 방지; 눈부심 방지; 반사 방지; 마멸방지(내스크래치성); 얼룩 방지; 소수성; 친수성; 접착력 증진; 굴절성 요소; 색상 필터링; 자외선(UV) 필터링; 스펙트럼 필터링; 색상 변화; 색상 변경; 편광 변경(선형 또는 원형); 광 방향전환; 확산; 또는 광학 회전. 제거가능한 이형 라이너가 또한 개시된 필름 및 물품의 일면 또는 양면 상에 제공될 수 있다.

도 8은 매립된 구조화된 표면(812a)을 갖는 다른 예시적인 광 방향전환 필름(800)의 개략 단면도를 도시하고 있으며, 이 도면은 또한 광 방향전환 필름이 제조될 수 있는 하나의 방식을 보여주는 중간 또는 전구체 물품을 도시하고 있다. 특히, 캐리어 필름(810)이 초기에 제공된다. 필름(810)은 산업상의 연속적인 주조 및 경화(3C) 공정 또는 다른 연속적인 롤-대-롤 공정(예를 들어, 연속 엠보싱 공정)에서와 같은 제조 단계를 겪기에 충분한 강도 및 다른 재료 특성을 갖는 독립형 필름일 수 있다. 대안적으로, 필름(810)은 일괄 처리될 수 있다. 어떤 경우에도, 층(812)이 캐리어 필름(810)에 적용되며, 이 층에는 렌즈형 특징부의 구조화된 표면(812a)이 제공된다. 이러한 층(812)은 주조-및-경화 공정으로, 엠보싱 공정으로, 또는 임의의 다른 적합한 공정으로 제조될 수 있다. 이어서 구조화된 표면(812a)이 나노보이드 형성된 층(814)으로 백필링되어, 구조화된 표면(812a)이 매립되어지게 한다. 도시된 실시 형태에서, 나노보이드 형성된 층(814)은 또한 층(812)을 평탄화시킨다. 구조화된 표면(812a)이 매립되기 때문에, 최적의 광학 성능을 보장하기 위해, 구조화된 표면(812a)의 렌즈형 특징부는 공기에 노출되도록 의도된 유사한 구조화된 표면과는 상이한 곡률 또는 다른 설계 특징을 갖도록 설계될 수 있다. 최종 공정 단계에서, 다른 층(816)이 구조화된 표면(814) 위에 제공되고, 프리즘형 특징부의 구조화된 표면(816a)이 이러한 층의 노출된 주 표면 상에 제공된다.

이러한 광 추출 필름(800)과 전술된 필름(700) 사이에 몇 가지 차이가 있다. 필름(800)에서, 구조화된 표면(812a)의 개개의 렌즈형 특징부는 프리즘형 구조화된 표면(816a)을 향하는 것이 아닌, 대체로 이로부터 멀어지는 쪽으로 만곡되는 만곡된 표면을 갖는다. 또한, 필름(800)에서, 둘 모두의 구조화된 표면(812a, 816a)이 캐리어 필름(810)의 대향 면들이 아닌, 캐리어 필름의 동일 면 상에 형성된다. 이는 구조화된 표면들이 달리 가능한 것보다 더 가까이 함께 배치되게 한다. 예를 들어, 층(814, 816)들은 개별적으로 그리고 조합되어 캐리어 필름(810)보다 실질적으로 얇을 수 있으며, 예를 들어 표면(812a)으로부터 표면(816a)까지의 최대 또는 최소 축방향 거리는 50, 또는 25, 또는 10 마이크로미터 미만일 수 있다. 필름(800)은 필름을 롤-대-롤 처리에서 독립형 지지 필름으로서 적합하게 만드는 물리적 특성을 갖는 층을 구조화된 표면(812a, 816a)들 사이에 포함하지 않을 수 있다.

층(810, 812, 814, 816)들은 모두 바람직하게는 이들 사이에 상당한 공기 갭 또는 공기 포켓 없이 서로 접합된다. 또한, 이들 층은 모두 바람직하게는 도 7과 관련하여 위에서 논의된 바와 같이 관심 대상의 파장 범위에서 광 투과성이지만, 이 층들 중 하나, 일부, 또는 전부 내에서의 소량 내지 중간량의 헤이즈가 특정 응용에서 허용가능하고/허용가능하거나 바람직할 수 있다. 나노보이드 형성된 층 및 다른 층의 조성은 도 7과 관련하여 전술된 바와 같을 수 있다.

구조화된 표면(812a)은 주조-및-경화 기술로, 또는 위에서 논의된 바와 같이 층(812, 814)들 사이에 원하는 광학 특징부를 생성할 수 있는 임의의 다른 적합한 기술로 제조될 수 있다. 층(812, 814)들이 도 5의 공정과 유사한 공정을 사용해 제조되는 경우, 나노보이드 형성된 층(814)은 층(812) 및 구조화된 표면(812a)의 형성 후에 생성된 백필 층을 구성할 수 있다. 그러한 경우에, 층(814)은 전형적으로 층(812)에 상호침투하지 않을 것이다.

도 9는 매립된 구조화된 표면(914a)을 갖는 다른 예시적인 광 방향전환 필름(900)의 개략 단면도를 도시하고 있으며, 이 도면은 또한 광 방향전환 필름이 제조될 수 있는 하나의 방식을 보여주는 중간 또는 전구체 물품을 도시하고 있다. 특히, 캐리어 필름(910)이 초기에 제공된다. 필름(910)은 산업상의 연속적인 주조 및 경화(3C) 공정 또는 다른 연속적인 롤-대-롤 공정(예를 들어, 연속 엠보싱 공정)에서와 같은 제조 단계를 겪기에 충분한 강도 및 다른 재료 특성을 갖는 독립형 필름일 수 있다. 대안적으로, 필름(910)은 일괄 처리될 수 있다. 어떤 경우에도, 층(912)이 캐리어 필름(910)에 적용되고, 이 층에는 프리즘형 특징부의 구조화된 표면(912a)이 제공된다. 이러한 층(912)은 주조-및-경화 공정으로, 엠보싱 공정으로, 또는 임의의 다른 적합한 공정으로 제조될 수 있다. 나노보이드 형성된 층(914)이 캐리어 필름(910)의 반대편 주 표면에 적용되며, 이 층에는 만곡된 또는 렌즈형 특징부의 구조화된 표면(914a)이 제공된다. 나노보이드 형성된 층(914)이 또한 주조-및-경화 공정, 엠보싱 공정, 또는 임의의 다른 적합한 공정으로 제조될 수 있다. 최종 공정 단계에서, 구조화된 표면(914a)은 다른 (비-나노보이드 형성된) 층(916)으로 백필링되어, 구조화된 표면(914a)이 매립되어지게 한다. 이러한 실시 형태에서, 구조화된 표면(914a)의 개개의 렌즈형 특징부는 구조화된 표면(912a)으로부터 대체로 멀어지는 쪽으로 만곡되는 만곡된 표면을 갖는다.

이러한 광 추출 필름(900)과 전술된 필름(700, 800)들 사이에 몇 가지 차이점 및 유사점이 있다. 필름(900)에서, 구조화된 표면(914a)의 개개의 렌즈형 특징부는 프리즘형 구조화된 표면(816a)으로부터 대체로 멀어지는 쪽으로 만곡되는 만곡된 표면을 갖는다. 이는 필름(800)과 유사하고, 필름(700)과는 상이하다. 또한, 필름(900)에서, 구조화된 표면(912a, 914a)들은 캐리어 필름(910)의 대향 면들 상에 형성된다. 이는 필름(700)과 유사하고, 필름(800)과는 상이하다.

층(910, 912, 914, 916)들은 모두 바람직하게는 이들 사이에 상당한 공기 갭 또는 공기 포켓 없이 서로 접합된다. 또한, 이들 층은 모두 바람직하게는 도 7과 관련하여 위에서 논의된 바와 같이 관심 대상의 파장 범위에서 광 투과성이지만, 이 층들 중 하나, 일부, 또는 전부 내에서의 소량 내지 중간량의 헤이즈가 특정 응용에서 허용가능하고/허용가능하거나 바람직할 수 있다. 나노보이드 형성된 층 및 다른 층의 조성은 도 7과 관련하여 전술된 바와 같을 수 있다. 예시적인 실시 형태에서, 층(916)은 고 굴절률 광학 접착제, 예를 들어 고 굴절률 나노입자-충전된 접착제일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.

구조화된 표면(912a)은 주조-및-경화 기술로, 또는 위에서 논의된 바와 같이 층(914, 916)들 사이에 원하는 광학 특징부를 생성할 수 있는 임의의 다른 적합한 기술로 제조될 수 있다. 층(914, 916)들이 도 5의 공정과 유사한 공정을 사용해 제조되는 경우, 층(916)은 나노보이드 형성된 층(914) 및 구조화된 표면(914a)의 형성 후에 생성된 백필 층을 구성할 수 있다. 그 결과, 재료 선택 및 공정 조건에 따라, 층(916)은 도 6a와 관련하여 논의된 바와 같이 나노보이드 형성된 층(914)에 상호침투할 수 있다. 이는 필름(700, 800)들과는 상이하다.

도 10은 매립된 구조화된 표면(1012a)을 갖는 다른 예시적인 광 방향전환 필름(1000)의 개략 단면도를 도시하고 있으며, 이 도면은 또한 광 방향전환 필름이 제조될 수 있는 하나의 방식을 보여주는 중간 또는 전구체 물품을 도시하고 있다. 특히, 캐리어 필름(1010)이 초기에 제공된다. 필름(1010)은 산업상의 연속적인 주조 및 경화(3C) 공정 또는 다른 연속적인 롤-대-롤 공정(예를 들어, 연속 엠보싱 공정)에서와 같은 제조 단계를 겪기에 충분한 강도 및 다른 재료 특성을 갖는 독립형 필름일 수 있다. 대안적으로, 필름(1010)은 일괄 처리될 수 있다. 어떤 경우에도, 나노보이드 형성된 층(1012)이 캐리어 필름(1010)에 적용되며, 이 나노보이드 형성된 층에는 렌즈형 특징부의 구조화된 표면(1012a)이 제공된다. 이러한 나노보이드 형성된 층(1012)은 주조-및-경화 공정으로, 엠보싱 공정으로, 또는 임의의 다른 적합한 공정으로 제조될 수 있다. 이어서 구조화된 표면(1012a)이 다른 (비-나노보이드 형성된) 층(1014)으로 백필링된다. 도시된 바와 같이, 층(1014)은 또한 나노보이드 형성된 층(1012)을 평탄화시킨다. 최종 공정 단계에서, 다른 (비-나노보이드 형성된) 층(1016)이 층(1014) 위에 제공되고, 층(1016)에는 프리즘형 요소의 노출된 구조화된 표면(1016a)이 제공된다. 일부 경우에, 층(1014, 1016)들이 동시에 형성될 수 있다. 예를 들어, 구조화된 표면(1012a)을 백필링하는 동일한 공정 단계가 또한 구조화된 표면(1016a)을 제공하도록 층(1016)을 복제할 수 있다.

이러한 광 추출 필름(1000)과 전술된 필름(700, 800, 900)들 사이에 몇 가지 차이점 및 유사점이 있다. 필름(1000)에서, 구조화된 표면(1012a)의 개개의 렌즈형 특징부는 대체로 프리즘형 구조화된 표면(1016a)을 향해 만곡되는 만곡된 표면을 갖는다. 이는 필름(700)과 유사하고, 필름(800, 900)들과는 상이하다. 또한, 필름(1000)에서, 구조화된 표면(1012a, 1016a)들이 캐리어 필름(1010)의 동일 면 상에 형성된다. 이는 필름(800)과 유사하고, 필름(700, 900)들과는 상이하다.

층(1010, 1012, 1014, 1016)들은 모두 바람직하게는 이들 사이에 상당한 공기 갭 또는 공기 포켓 없이 서로 접합된다. 또한, 이들 층은 모두 바람직하게는 도 7과 관련하여 위에서 논의된 바와 같이 관심 대상의 파장 범위에서 광 투과성이지만, 이 층들 중 하나, 일부, 또는 전부 내에서의 소량 내지 중간량의 헤이즈가 특정 응용에서 허용가능하고/허용가능하거나 바람직할 수 있다. 나노보이드 형성된 층 및 다른 층의 조성은 도 7과 관련하여 전술된 바와 같을 수 있다.

구조화된 표면(1012a)은 주조-및-경화 기술로, 또는 위에서 논의된 바와 같이 층(1012, 1014)들 사이에 원하는 광학 특징부를 생성할 수 있는 임의의 다른 적합한 기술로 제조될 수 있다. 층(1012, 1014)들이 도 5의 공정과 유사한 공정을 사용해 제조되는 경우, 층(1014)은 나노보이드 형성된 층(1012) 및 구조화된 표면(1012a)의 형성 후에 생성된 백필 층을 구성할 수 있다. 그 결과, 재료 선택 및 공정 조건에 따라, 층(1014)은 도 6a와 관련하여 논의된 바와 같이 나노보이드 형성된 층(1012)에 상호침투할 수 있다. 이는 필름(900)과 유사하고, 필름(700, 800)들과는 상이하다.

도 11은 2개의 매립된 구조화된 표면(1114a, 1116a)을 갖는 예시적인 광 방향전환 필름(1100)의 개략 단면도를 도시하고 있으며, 이 도면은 또한 광 방향전환 필름이 제조될 수 있는 하나의 방식을 보여주는 중간 또는 전구체 물품을 도시하고 있다. 특히, 캐리어 필름(1110)이 초기에 제공된다. 필름(1110)은 산업상의 연속적인 주조 및 경화(3C) 공정 또는 다른 연속적인 롤-대-롤 공정(예를 들어, 연속 엠보싱 공정)에서와 같은 제조 단계를 겪기에 충분한 강도 및 다른 재료 특성을 갖는 독립형 필름일 수 있다. 대안적으로, 필름(1110)은 일괄 처리될 수 있다. 어떤 경우에도, 층(1112)이 캐리어 필름(1110)에 적용되며, 이 층(1112)에는 프리즘형 특징부의 구조화된 표면(1112a)이 제공된다. 이러한 층(1112)은 주조-및-경화 공정으로, 엠보싱 공정으로, 또는 임의의 다른 적합한 공정으로 제조될 수 있다. 이어서 다른 층(1114)이 캐리어 필름(1110)의 반대편 면에 부가되며, 이 층(1114)에는 렌즈형 요소의 구조화된 표면(1114a)이 제공된다. 층(1114)이 또한 주조-및-경화 공정 또는 임의의 다른 적합한 공정으로 제조될 수 있다. 이어서 구조화된 표면(1114a)이 나노보이드 형성된 층(1116)으로 백필링되고, 다른 구조화된 표면(1116a)이 나노보이드 형성된 층의 외측 주 표면 상에 제공된다. 구조화된 표면(1116a)에는, 때때로 프레넬 렌즈로 언급되는 분할형 렌즈(segmented lens)를 형성하는 소면이 제공될 수 있다. 구조화된 표면(1114a)을 백필링하는 동일한 공정 단계가 또한 구조화된 표면(1116a)을 제공하도록 층(1116)을 복제할 수 있음을 한번 더 유의한다. 프레넬 렌즈는 광선을 관찰자를 향해 굽힘으로써 디스플레이의 수평 에지에서의 이미지 충실도를 개선시키는 데 도움을 줄 수 있어, 더 큰 면적의 오토스테레오스코픽 백라이트 및 디스플레이의 구성을 잠재적으로 허용한다. 최종 단계에서, 구조화된 표면(1116a)이 다른 (비-나노보이드 형성된) 층(1118)으로 백필링된다. 도시된 바와 같이, 층(1118)은 또한 나노보이드 형성된 층(1116)을 평탄화시킨다.

이러한 광 추출 필름(1100)과 전술된 필름(700, 800, 900, 1000)들 사이에 몇 가지 차이점 및 유사점이 있다. 필름(1100)에서, 구조화된 표면(1114a)의 개개의 렌즈형 특징부는 대체로 프리즘형 구조화된 표면(1112a)을 향해 만곡되는 만곡된 표면을 구비한다. 이는 필름(700, 1000)들과 유사하고, 필름(800, 900)들과는 상이하다. 또한, 필름(1100)에서, 구조화된 표면(1112a, 1114a)들은 캐리어 필름(1110)의 대향 면들 상에 형성된다(그러나 구조화된 표면(1114a, 1116a)들은 캐리어 필름의 동일 면 상에 형성됨). 이는 필름(700, 900)들과 유사하고, 필름(800, 1000)들과는 상이하다. 필름(700 내지 1000)들 모두와 상이하게, 필름(1100)은 단지 1개가 아닌 2개의 매립된 구조화된 표면을 포함한다.

층(1110, 1112, 1114, 1116, 1118)들은 모두 바람직하게는 이들 사이에 상당한 공기 갭 또는 공기 포켓 없이 서로 접합된다. 또한, 이들 층은 모두 바람직하게는 도 7과 관련하여 위에서 논의된 바와 같이 관심 대상의 파장 범위에서 광 투과성이지만, 이 층들 중 하나, 일부, 또는 전부 내에서의 소량 내지 중간량의 헤이즈가 특정 응용에서 허용가능하고/허용가능하거나 바람직할 수 있다. 나노보이드 형성된 층 및 다른 층의 조성은 도 7과 관련하여 전술된 바와 같을 수 있다.

구조화된 표면(1112a)은 주조-및-경화 기술로, 또는 위에서 논의된 바와 같이 층(1114, 1116)들 사이에 원하는 광학 특징부를 생성할 수 있는 임의의 다른 적합한 기술로 제조될 수 있다. 층(1114, 1116)들이 도 5의 공정과 유사한 공정을 사용해 제조되는 경우, 나노보이드 형성된 층(1116)은 층(1114) 및 구조화된 표면(1114a)의 형성 후에 생성된 백필 층을 구성할 수 있다. 그러한 경우에, 층(1116)은 전형적으로 층(1114)에 상호침투하지 않을 것이다. 이는 필름(700, 800)들과 유사하고, 필름(900, 1000)들과는 상이하다. 반면에, 층(1116, 1118)들이 도 5의 공정과 유사한 공정을 사용해 제조되는 경우, 층(1118)은 나노보이드 형성된 층(1116) 및 구조화된 표면(1116a)의 형성 후에 생성된 백필 층을 구성할 수 있다. 그 결과, 재료 선택 및 공정 조건에 따라, 층(1118)은 도 6a와 관련하여 논의된 바와 같이 나노보이드 형성된 층(1116)에 상호침투할 수 있다.

도 12는 2개의 매립된 구조화된 표면(1214a, 1222a)을 또한 갖는 예시적인 광 방향전환 필름(1200)의 개략 단면도를 도시하고 있으며, 이 도면은 또한 광 방향전환 필름이 제조될 수 있는 하나의 방식을 보여주는 중간 또는 전구체 물품을 도시하고 있다. 특히, 2개의 캐리어 필름(1210, 1220)이 초기에 제공된다. 이들 필름은 산업상의 연속적인 주조 및 경화(3C) 공정 또는 다른 연속적인 롤-대-롤 공정(예를 들어, 연속 엠보싱 공정)에서와 같은 제조 단계를 겪기에 충분한 강도 및 다른 재료 특성을 갖는 독립형 필름일 수 있다. 대안적으로, 필름(1210, 1220)들 중 하나 또는 둘 모두가 일괄 처리될 수 있다.

어떤 경우에도, 제1 절차에서, 층(1212)이 캐리어 필름(1110)에 적용되고, 이 층(1112)에는 프리즘형 특징부의 구조화된 표면(1212a)이 제공된다. 이러한 층(1212)은 주조-및-경화 공정으로, 엠보싱 공정으로, 또는 임의의 다른 적합한 공정으로 제조될 수 있다. 이어서, 다른 층(1214)이 캐리어 필름(1210)의 반대편 면에 부가되고, 이 층(1214)에는 렌즈형 요소의 구조화된 표면(1214a)이 제공된다. 층(1214)이 또한 주조-및-경화 공정 또는 임의의 다른 적합한 공정으로 제조될 수 있다. 이어서 구조화된 표면(1214a)이 나노보이드 형성된 층(1216)으로 백필링된다. 도시된 바와 같이, 나노보이드 형성된 층(1216)은 또한 층(1214)을 평탄화시킨다. 이들 절차는 중간 물품(1202)을 형성한다.

별개의 절차에서, 층(1222)이 캐리어 필름(1220)에 적용되고, 이 층(1222)에는 구조화된 표면(1222a)이 제공된다. 구조화된 표면(1222a)에는, 때때로 프레넬 렌즈로 언급되는 분할형 렌즈를 형성하는 소면이 제공될 수 있다. 프레넬 렌즈는 전술된 바와 같이 광선을 관찰자를 향해 굽힘으로써 디스플레이의 수평 에지에서의 이미지 충실도를 개선시키는데 도움을 줄 수 있다. 후속적으로, 구조화된 표면(1222a)이 나노보이드 형성된 층(1224)으로 평탄화될 수 있다. 이들 절차는 다른 중간 물품(1204)을 형성한다.

최종 단계에서, 중간 물품(1202, 1204)들이 접착제 층(1230) 또는 다른 적합한 접합 층을 사용해 물품(1204)의 외측 표면(1224a)을 물품(1202)의 외측 표면(1216a)에 부착함으로써 함께 접합될 수 있어서, 완성된 광 방향전환 필름(1200)을 형성한다.

이러한 광 추출 필름(1100)과 전술된 필름(700, 800, 900, 1000, 1100)들 사이에 몇 가지 차이점 및 유사점이 있다. 필름(1200)에서, 구조화된 표면(1214a)의 개개의 렌즈형 특징부는 대체로 프리즘형 구조화된 표면(1212a)을 향해 만곡되는 만곡된 표면을 갖는다. 이는 필름(700, 1000, 1100)들과 유사하고, 필름(800, 900)들과는 상이하다. 또한, 필름(1200)에서, 구조화된 표면(1212a, 1214a)은 캐리어 필름(1210)의 대향 면들 상에 형성된다(그러나 구조화된 표면(1214a, 1222a)들은 캐리어 필름의 동일 면 상에 형성됨). 이는 필름(700, 900, 1100)들과 유사하고, 필름(800, 1000)들과는 상이하다. 필름(700 내지 1000)들과는 상이하게, 그러나 필름(1100)과 유사하게, 필름(1200)은 단지 1개가 아닌 2개의 매립된 구조화된 표면을 포함한다.

층(1210, 1212, 1214, 1216, 1220, 1222, 1224, 1230)들은 모두 바람직하게는 이들 사이에 상당한 공기 갭 또는 공기 포켓 없이 서로 접합된다. 또한, 이들 층은 모두 바람직하게는 도 7과 관련하여 위에서 논의된 바와 같이 관심 대상의 파장 범위에서 광 투과성이지만, 이 층들 중 하나, 일부, 또는 전부 내에서의 소량 내지 중간량의 헤이즈가 특정 응용에서 허용가능하고/허용가능하거나 바람직할 수 있다. 나노보이드 형성된 층 및 다른 층의 조성은 도 7과 관련하여 전술된 바와 같을 수 있다. 나노보이드 형성된 층(1216, 1224)들은 동일한 조성 또는 상이한 조성을 가질 수 있다.

구조화된 표면(1214a)은 주조-및-경화 기술로, 또는 위에서 논의된 바와 같이 층(1214, 1216)들 사이에 원하는 광학 특징부를 생성할 수 있는 임의의 다른 적합한 기술로 제조될 수 있다. 층(1214, 1216)들이 도 5의 공정과 유사한 공정을 사용해 제조되는 경우, 나노보이드 형성된 층(1216)은 층(1214) 및 구조화된 표면(1214a)의 형성 후에 생성된 백필 층을 구성할 수 있다. 그러한 경우에, 층(1216)은 전형적으로 층(1214)에 상호침투하지 않을 것이다. 이는 필름(700, 800, 1100)들과 유사하고, 필름(900, 1000)들과는 상이하다. 유사하게, 층(1222, 1224)들이 도 5의 공정과 유사한 공정을 사용해 제조되는 경우, 나노보이드 형성된 층(1224)은 층(1222) 및 구조화된 표면(1222a)의 형성 후에 생성된 백필 층을 구성할 수 있다. 그러한 경우에, 층(1224)은 전형적으로 층(1222)에 상호침투하지 않을 것이다.

광 방향전환 필름(700 내지 1200)들 모두는 매립된(또는 내부의) 구조화된 표면 및 노출된(또는 외부의) 구조화된 표면을 포함하며, 여기서 매립된 구조화된 표면은 렌즈형 요소를 포함하고 노출된 구조화된 표면은 프리즘형 요소를 포함한다. 프리즘형 구조화된 표면이 매립된 표면이고 렌즈형 구조화된 표면이 노출된 표면인 실시 형태뿐만 아니라, 프리즘형 구조화된 표면과 렌즈형 구조화된 표면 둘 모두가 매립된 표면인 실시 형태가 또한 고려된다. 이들 구성은 단일 필름 조립체로 적층된 다중 구성요소 광학체들의 새로운 부류를 나타낸다.

도 13은 매립된 구조화된 표면(1312a)을 갖는 다른 예시적인 광 방향전환 필름(1300)의 개략 단면도를 도시하고 있으며, 이 도면은 또한 광 방향전환 필름이 제조될 수 있는 하나의 방식을 보여주는 중간 또는 전구체 물품을 도시하고 있다. 특히, 캐리어 필름(1310)이 초기에 제공된다. 필름(1310)은 산업상의 연속적인 주조 및 경화(3C) 공정 또는 다른 연속적인 롤-대-롤 공정(예를 들어, 연속 엠보싱 공정)에서와 같은 제조 단계를 겪기에 충분한 강도 및 다른 재료 특성을 갖는 독립형 필름일 수 있다. 대안적으로, 필름(1310)은 일괄 처리될 수 있다. 어떤 경우에도, 층(1312)이 캐리어 필름(1310)에 적용되고, 이 층에는 프리즘형 특징부의 구조화된 표면(1312a)이 제공된다. 이러한 층(1312)은 주조-및-경화 공정으로, 엠보싱 공정으로, 또는 임의의 다른 적합한 공정으로 제조될 수 있다. 다른 층(1314)이 캐리어 필름(1310)의 반대편 주 표면에 적용되고, 이러한 층에는 만곡된 또는 렌즈형 특징부의 구조화된 표면(1314a)이 제공된다. 층(1314)이 또한 주조-및-경화 공정, 엠보싱 공정, 또는 임의의 다른 적합한 공정으로 제조될 수 있다. 최종 공정 단계에서, 구조화된 표면(1312a)은 나노보이드 형성된 층(1316)으로 백필링되어, 구조화된 표면(1312a)은 매립되어지게 한다. 도시된 바와 같이, 나노보이드 형성된 층(1316)은 또한 층(1312)을 평탄화시킨다.

이러한 광 추출 필름(1300)과 전술된 필름(700 내지 1200)들 사이에 몇 가지 차이점 및 유사점이 있다. 필름(1300)에서, 구조화된 표면(1314a)의 개개의 렌즈형 특징부는 대체로 프리즘형 구조화된 표면(1312a)을 향해 만곡되는 만곡된 표면을 갖는다. 이는 필름(700, 1000, 1100, 1200)들과 유사하고, 필름(800, 900)들과는 상이하다. 또한, 필름(1300)에서, 구조화된 표면(1312a, 1314a)들은 캐리어 필름(1310)의 대향 면들 상에 형성된다. 이는 필름(700, 900, 1100, 1200)들과 유사하고, 필름(800, 1000)들과는 상이하다.

층(1310, 1312, 1314, 1316)들은 모두 바람직하게는 이들 사이에 상당한 공기 갭 또는 공기 포켓 없이 서로 접합된다. 또한, 이들 층은 모두 바람직하게는 도 7과 관련하여 위에서 논의된 바와 같이 관심 대상의 파장 범위에서 광 투과성이지만, 이 층들 중 하나, 일부, 또는 전부 내에서의 소량 내지 중간량의 헤이즈가 특정 응용에서 허용가능하고/허용가능하거나 바람직할 수 있다. 나노보이드 형성된 층 및 다른 층의 조성은 도 7과 관련하여 전술된 바와 같을 수 있다.

구조화된 표면(1312a)은 주조-및-경화 기술로, 또는 위에서 논의된 바와 같이 층(1312, 1316)들 사이에 원하는 광학 특징부를 생성할 수 있는 임의의 다른 적합한 기술로 제조될 수 있다. 층(1312, 1316)들이 도 5의 공정과 유사한 공정을 사용해 제조되는 경우, 나노보이드 형성된 층(1316)은 층(1312) 및 구조화된 표면(1312a)의 형성 후에 생성된 백필 층을 구성할 수 있다. 그러한 경우에, 층(1316)은 전형적으로 층(1312)에 상호침투하지 않을 것이다.

도 14 및 도 15는 프리즘형 구조화된 표면과 렌즈형 구조화된 표면 둘 모두가 매립된 다른 예시적인 광 방향전환 필름의 개략 단면도이다. 도 14에서, 광 방향전환 필름(1400)은 프리즘형 특징부의 구조화된 표면(1412a)이 제공된 층(1412), 및 렌즈형 특징부의 구조화된 표면(1414a)이 제공된 층(1414)이 대향 면들 상에 적용된 캐리어 필름(1410)을 포함한다. 구조화된 표면(1412a)은 나노보이드 형성된 층(1416)으로 백필링되며, 이는 또한 층(1412)을 평탄화시킨다. 구조화된 표면(1414a)은 다른 나노보이드 형성된 층(1418)으로 백필링되며, 이는 층(1414)을 평탄화시킨다. 나노보이드 형성된 층(1416, 1418)들은 원하는 바에 따라 동일한 조성 또는 상이한 조성을 가질 수 있다. 필름(1400)은 다른 구성요소, 예를 들어 오토스테레오스코픽 디스플레이 시스템의 다른 구성요소에 대한 편리한 부착을 위해 2개의 평탄한 외측 표면(1416a, 1418a)을 제공한다.

도 15는 도 14의 필름과 유사하지만 다른 구성요소에 대한 편리한 부착을 위해 이형 라이너에 의해 덮인 투명 접착제 층을 추가로 포함하는 광 방향전환 필름(1500)을 도시한다. 필름(1500)은 프리즘형 특징부의 구조화된 표면(1512a)이 제공된 층(1512), 및 렌즈형 특징부의 구조화된 표면(1514a)이 제공된 층(1514)이 대향 면들 상에 적용된 캐리어 필름(1510)을 포함한다. 구조화된 표면(1512a)은 나노보이드 형성된 층(1516)으로 백필링되며, 이는 또한 층(1512)을 평탄화시킨다. 구조화된 표면(1514a)은 다른 나노보이드 형성된 층(1518)으로 백필링되며, 이는 층(1514)을 평탄화시킨다. 나노보이드 형성된 층(1516, 1518)들은 원하는 바에 따라 동일한 조성 또는 상이한 조성을 가질 수 있다. 바람직하게는 접착제(예를 들어, 투명 감압 접착제) 층들인 2개의 추가 층(1520, 1522)이 층(1516, 1518)들에 각각 적용된다. 다른 구성요소에 대한 부착이 임박할 때까지 접착제 층을 보호하기 위해 도시된 바와 같이 제거가능한 이형 라이너(1524, 1526)들이 필름(1500)의 외면 상에 제공된다. 필름(1500)은 다른 구성요소, 예를 들어 오토스테레오스코픽 디스플레이 시스템의 다른 구성요소에 대한 편리한 부착을 위해 2개의 평탄한 표면(1520a, 1522a)들을 제공한다.

도 16은 광학 장치(1600)의 개략 단면도이며, 여기서 도 14 또는 도 15의 것과 유사한 예시적인 광 방향전환 필름이 디스플레이 패널(1626) 및 도광체(1624)와 같은 다른 광학 구성요소에 부착되어 있다. 광 방향전환 필름은 프리즘형 특징부의 구조화된 표면(1612a)이 제공된 층(1612), 및 렌즈형 특징부의 구조화된 표면(1614a)이 제공된 층(1614)이 대향 면들 상에 적용된 캐리어 필름(1610)을 포함할 수 있다. 구조화된 표면(1612a)은 나노보이드 형성된 층(1616)으로 백필링되며, 이는 또한 층(1612)을 평탄화시킨다. 구조화된 표면(1614a)은 다른 나노보이드 형성된 층(1618)으로 백필링되며, 이는 층(1614)을 평탄화시킨다. 나노보이드 형성된 층(1616, 1618)들은 원하는 바에 따라 동일한 조성 또는 상이한 조성을 가질 수 있다. 바람직하게는 접착제(예를 들어, 투명 감압 접착제) 층들인 2개의 추가 층(1620, 1622)이 층(1616, 1618)들에 각각 적용된다. 이들 접착제 층은 광 방향전환 필름을 디스플레이 패널(1626)에, 그리고 또한 도광체(1624)에 부착하는 데 사용될 수 있다. 디스플레이 패널 및 도광체는 오토스테레오스코픽 디스플레이 시스템에 적합한 유형일 수 있다.

일부 경우에, 광 방향전환 필름을 도광체 또는 디스플레이 패널 이외의 광 투과성 부재에 부착하는 것이 바람직할 수 있으며, 여기서 이 부재는 예를 들어 광 방향전환 필름이 휘거나 달리 변형되는 것을 방지하기 위해 기계적 강성 또는 안정성을 제공하도록 구성된다. 따라서, 예를 들어, 디스플레이 패널(1626)과 도광체(1624) 중 하나 또는 둘 모두가 비교적 강직성이거나 강성인 기재, 예를 들어 투명 유리 또는 플라스틱의 강직성 조각, 또는 투명 플레이트 또는 다른 투명 지지체로 대체될 수 있다. 일 실시 형태에서, 디스플레이 패널(1626)이 그러한 기재로 대체될 수 있고, 층(1616, 1620, 1624)들이 생략될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 도광체(1624)가 그러한 기재로 대체될 수 있고, 층(1618, 1622, 1626)들이 생략될 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 디스플레이 패널(1626)과 도광체(1624) 둘 모두가 그러한 기재로 대체될 수 있다.

도 16의 장치와 유사한 장치(1700)가 약간 더 상세하게 도 17에 도시되어 있다. 장치(1700)에서, 도광체, 광 방향전환 필름, 및 디스플레이 패널이 또 층들 사이에 공기 갭 또는 공기 포켓 없이 단일 유닛으로 모두 함께 조합된다. 광 방향전환 필름은 프리즘형 특징부의 구조화된 표면(1712a)이 제공된 층(1712), 및 렌즈형 특징부의 구조화된 표면(1714a)이 제공된 층(1714)이 대향 면들 상에 적용된 캐리어 필름(1710)을 포함할 수 있다. 구조화된 표면(1712a)은 렌즈형 특징부를 형성하는 다른 구조화된 표면(1716a)이 제공된 나노보이드 형성된 층(1716)으로 백필링된다. 구조화된 표면(1714a)은 다른 나노보이드 형성된 층(1718)으로 백필링되며, 이는 층(1714)을 평탄화시킨다. 나노보이드 형성된 층(1716, 1718)들은 원하는 바에 따라 동일한 조성 또는 상이한 조성을 가질 수 있다. 바람직하게는 접착제(예를 들어, 투명 감압 접착제) 층인 추가 층(1720)이 나노보이드 형성된 층(1718)에 적용된다. 접착제 층(1720)은 광 방향전환 필름을 디스플레이 패널(1722)에 부착하는 데 사용된다. 도광 층(1724)이 나노보이드 형성된 층(1716)의 구조화된 표면(1716a)에 부착된다. 층(1724)은 에지-장착형 광원들(이들 중 하나가 광원(1730)으로서 도시됨)로부터의 광이 층(1724)을 통해 전파되고 장치의 작동 영역에 걸쳐 장치의 출력 표면으로부터 관찰자의 좌안 또는 우안을 향해 지향될 수 있을 정도로 충분한 두께 및 충분히 낮은 흡수 손실을 갖는다. 도광 층(1724)의 후방 표면(1724a)이 도광체를 통해 전파되는 광을 관찰자를 향해 지향시키기에 적합한 얕은 프리즘 또는 다른 구조물을 제공하도록 구조화된다. 이러한 실시 형태에서, 구조화된 표면의 적절한 반사율을 보장하기 위해 제3 나노보이드 형성된 층(1726)이 구조화된 표면(1724a)에 제공된다. 나노보이드 형성된 층(1726)은 비퀴티(Vikuiti)™ 강화 경면 반사기(Enhanced Specular Reflector, ESR) 필름과 같은 고 반사성 다층 광학 필름(MOF)일 수 있거나 이를 포함할 수 있는 후방 반사기(1728)와 접합될 수 있다. 디스플레이 패널 및 도광체는 오토스테레오스코픽 디스플레이 시스템에 적합한 유형일 수 있다.

도 17의 일 태양은 설명할 가치가 있다. 영역(1701)을 제외하고, 도면은 직교 y-z 평면에서의 개략 단면도로서 도시되어 있다. 그러나, 영역(1701)은 직교하는 x-z 평면에서의 개략 단면도이다. 이러한 도면 특성은 축 - 이를 따라 구조화된 표면(1712a, 1714a, 1724a)들의 특징부가 연장됨 - 에 수직인 축을 따라 연장되는 구조화된 표면(1716a)의 렌즈형 구조물이 용이하게 인식될 수 있도록 편의를 위해 제공된다.

이제 도 18을 참조하면, 예시적인 광 방향전환 필름(1802), 예시적인 도광체(1804), 및 광 방향전환 필름 및 도광체를 포함하는 예시적인 광학 장치(1800)의 개략 단면도를 볼 수 있다. 광 방향전환 필름(1802)은 프리즘형 특징부의 구조화된 표면(1812a)이 제공된 층(1812), 및 렌즈형 특징부의 구조화된 표면(1814a)이 제공된 층(1814)이 대향 면들 상에 적용된 캐리어 필름(1810)을 포함한다. 구조화된 표면(1812a)은 나노보이드 형성된 층(1816)으로 백필링되며, 이는 또한 층(1812)을 평탄화시킨다. 이와는 별도로, 도광 층(1820)이 얕은 프리즘형 요소의 후방 구조화된 표면(1820a) 및 렌즈형 구조물의 전방 구조화된 표면(1820b)을 갖도록 형성된다. (도 17과 유사하게, 영역(1801)이 도면의 나머지의 평면에 수직인 평면에서의 장치의 도면을 도시하고 있다는 의미에서 도 18의 도면은 분할된다.) 구조화된 표면(1820b)은 나노보이드 형성된 층(1822)으로 백필링되며, 이는 또한 도광 층(1820)의 전방 또는 상부를 평탄화시킨다. 완성된 장치(1800)를 형성하기 위해, 광 방향전환 필름(1802)의 평탄화된 표면(1816a) 및 도광체(1804)의 평탄화된 표면(1822a)이 투명 접착제 층(1830)으로 함께 접합된다.

도 19는 예시적인 광 방향전환 필름(1902), 구조화된 기재(1904), 및 광 방향전환 필름, 기재, 및 기재와 광 방향전환 필름 사이에 형성된 도광체를 포함하는 광학 장치(1900)의 개략 단면도를 도시하고 있다. 광 방향전환 필름(1902)은 프리즘형 특징부의 구조화된 표면(1912a)이 제공된 층(1912), 및 렌즈형 특징부의 구조화된 표면(1914a)이 제공된 층(1914)이 대향 면들 상에 적용된 캐리어 필름(1910)을 포함한다. 구조화된 표면(1912a)은, 구조화된 표면(1914a)의 렌즈형 특징부의 종방향에 수직인 그리고 구조화된 표면(1912a)의 프리즘형 특징부의 종방향에 수직인 축을 따라 연장되는 렌즈형 구조물의 다른 구조화된 표면(1916a)이 또한 제공된 나노보이드 형성된 층(1816)으로 백필링된다. (도 17 및 도 18과 유사하게, 영역(1901)이 도면의 나머지의 평면에 수직인 평면에서의 장치의 도면을 도시하고 있다는 의미에서 도 19의 도면은 분할된다.) 이와는 별도로, 기재(1920)에는 얕은 프리즘형 특징부를 형성하는 구조화된 표면(1922a)을 갖는 나노보이드 형성된 층(1922)이 제공된다. 나노보이드 형성된 층(1916, 1922)들은 동일한 조성 또는 상이한 조성을 가질 수 있다. 완성된 장치(1900)를 형성하기 위해, 광 방향전환 필름(1902)의 구조화된 표면(1916a) 및 기재(1904)의 구조화된 표면(1922a)이 투명 재료의 두꺼운 층(1930)과 함께 접합되며, 이 두꺼운 층은 그의 두께, 그의 굴절률 특성(그의 굴절률은 인접 나노보이드 형성된 층(1916, 1922)들보다 실질적으로 크며, 예를 들어 0.2, 0.3, 0.4, 또는 0.5 이상만큼 큼), 및 그의 외측 표면의 구조화된 특징부에 의해 도광체를 형성하도록 구성된다. 층(1930)으로서 사용하기에 적합한 재료는 광학적으로 투명한 접착제 및 고 점도 수지를 포함한다. 적합한 재료에 관한 추가의 세부사항을 2010년 1월 13일자로 출원된, 공동 양도된 미국 특허 출원 제61/294,671호에서 찾아볼 수 있다. 기재(1920)는 바람직하게는 도광체(1930)의 표면(1922)으로부터 출사하는 광을 다시 도광체 내로 반사하도록 고 반사성이다. 따라서 기재는 예를 들어 반사성 금속 코팅, 및/또는 비퀴티™ 강화 경면 반사기(ESR) 필름과 같은 반사성 다층 광학 필름을 포함할 수 있다.

실시예

오토스테레오스코픽 디스플레이에 사용하기에 적합한 3D 광 방향전환 필름을, 하부 또는 후방 구조화된 표면이 프리즘형 특징부를 포함하고 상부 또는 전방 구조화된 표면이 렌즈형 특징부를 포함하도록 제조하였다. 전방 구조화된 표면을 나노보이드 형성된 초저 굴절률(ULI) 재료 층으로 백필링하고 평탄화시켰다. 따라서, (이제 매립된 구조화된 렌즈형 표면을 갖는) 평탄화된 광 방향전환 필름은, 나노보이드 형성된 층의 평탄한 표면을 강성 기재에 부착함으로써 강성 투명 기재(LCD 패널의 배면을 시뮬레이팅하는 기재)에 라미네이팅될 수 있는 형태가 되었다. 시험의 하나의 목적은 광 지향 필름이 매립된 렌즈형 표면으로 적절한 광학 성능을 제공할 수 있는지를 결정하는 것이었다.

3D 광 방향전환 필름으로 제조된 오토스테레오스코픽 디스플레이는 전형적으로 광을 임의의 감지할 수 있을 정도로 확산시키는 필름 또는 다른 구성요소를 포함하지 않으며, 이에 따라 3D 광 방향전환 필름에 대한 하나의 설계 고려사항은 무아레 패턴의 회피이다. 3D 광 방향전환 필름에 대한 프리즘형 특징부 및 렌즈형 특징부의 피치를 특정 LCD 패널에 대한 무아레 효과를 감소시키도록 최적화시켰다. 이 최적화는 렌즈형 특징부에 대해 46.000 마이크로미터 및 프리즘형 특징부에 대해 46.009 마이크로미터의 피치를 생성하였다. 이러한 최적화된 피치는 결국 어떤 필름 두께가 사용될 것인지에 대해 영향을 미치는데, 그 이유는 필름 두께가 주어진 프리즘형 특징부와 그의 대응 렌즈형 특징부 사이의 거리를 좌우하기 때문이다.

종래의 3D 광 방향전환 필름을 제조하고 종래의 오토스테레오스코픽 디스플레이 내에 배치한 후에, 광 방향전환 필름과 이웃하는 구성요소들 사이의 부스러기로 인한 마멸; LCD 패널에 대한 광 방향전환 필름의 전방에 있는 렌즈형 특징부의 웨트 아웃(wet out); 및 장치의 가열 및 냉각과 필름의 재료 특성에 의해 야기되는 휨과 같은 유해한 환경 조건을 그것에 가한다. 필름 휨에 관련된 문제는 광 방향전환 필름을 제조하는 데 사용되는 필름의 두께에 관련되지만, 무아레 효과에 대한 필름 두께의 관계로 인해, 필름 두께는 휨을 감소시키기 위하여 간단히 증가될 수 없다.

3D 광 방향전환 필름의 전방 렌즈형 구조화된 표면을 나노보이드 형성된 저 굴절률 재료로 백필링하고 평탄화시키는 것을 고려할 때, 공기를 나노보이드 형성된 재료로 대체하는 것은 광 방향전환 필름에 관한 광학 설계 문제를 야기한다. 일부 경우에, 저 굴절률 나노보이드 형성된 재료의 도입은 필름의 캘리퍼(caliper)의 변화(즉, 프리즘형 구조화된 표면으로부터 렌즈형 구조화된 표면까지의 축방향 거리의 변화)를 필요로 할 수 있다. 나노보이드 형성된 재료의 존재에 맞추어 필름을 개조하는 다른 잠재적인 접근법은 도 22에 구조화된 표면(2262)으로 도시된 바와 같이 프리즘형 구조화된 표면 상의 평평한 프리즘 소면을 약간 만곡된 소면으로 대체하는 것; 및/또는 필름 캘리퍼를 변화시키거나 변화시킴이 없이 수차를 보정하기 위해 만곡된 렌즈형 표면의 형상을 예를 들어 비구면 표면으로 변화시키는 것을 포함한다.

3개의 상이한 3D 광 방향전환 필름을 제조하고 시험하였다. 어떠한 나노보이드 형성된 층도 포함하지 않은 제1 필름을 제조하였다. 이러한 필름은, 나노보이드 형성된 층이 포함되지 않은 것을 제외하고, 도 7의 필름(700)과 유사한 구성을 가졌다. 이러한 실시 형태에 대한 캐리어 필름(도 7의 필름(710) 참조)은 2 밀(mil)(50.8 마이크로미터)의 캘리퍼를 갖는 PET였다. 렌즈형 특징부(도 7의 구조화된 표면(714a) 참조)는 44.000 마이크로미터의 피치 및 36.5 마이크로미터의 단순 곡률(원통형 형상)을 가졌고, 1.500의 굴절률을 갖는 블렌딩된(blended) 아크릴레이트 수지로 구성하였다. 프리즘 특징부(도 7의 구조화된 표면(712a) 참조)는 44.008 마이크로미터의 피치 및 60도의 프리즘 각도를 가졌고, 굴절률 1.500의 동일한 블렌딩된 아크릴레이트 수지로 구성하였다. 이러한 제1 필름의 렌즈형 구조화된 표면과 프리즘형 구조화된 표면 둘 모두를 공기에 노출시켰다. 필름은 길이가 88 ㎜이고 폭이 118 ㎜인 대체로 직사각형의 형상이었다.

필름의 렌즈형 미세구조화된 표면을 평탄화시키는 나노보이드 형성된 층을 포함하고 도 7의 필름(700)과 유사한 구성을 갖는 제2 3D 광 방향전환 필름 및 제3 3D 광 방향전환 필름을 제조하였다. 각각 65 ㎜의 길이 및 88 ㎜의 폭을 갖는 이들 3D 필름들은 나노보이드 형성된 층의 존재 및 렌즈형 구조화된 표면의 매립된 성질을 보상하기 위해 제1 3D 필름에 비해 소정의 변경을 포함하였다. 제2 3D 필름의 경우, 변경은 렌즈형 구조화된 표면의 형상이 비구면 형상 - 또는 더 정확하게는, 각각의 렌즈형 특징부의 상부로부터 에지까지 변화되는 곡률을 가짐으로써 만곡된 확장 표면이 직원기둥(right circular cylinder)의 것으로부터 벗어나는 형상 - 으로 변화한 것이었다. 렌즈형 구조화된 표면을, 약 1.2의 굴절률 및 렌즈형 특징부의 상부로부터 약 3 마이크로미터 그리고 렌즈형 특징부의 에지로부터 15 마이크로미터의 두께를 갖는 나노보이드 형성된 재료의 층으로 평탄화시켰다. 캐리어 필름의 캘리퍼를 포함한 다른 설계 세부사항은 제1 3D 필름과 동일하였다. 제3 3D 필름의 경우, 변경은 렌즈형 구조화된 표면의 형상(제2 3D 필름에 대해 사용된 동일한 형상)의 변화, 및 프리즘형 구조화된 표면(도 7의 구조화된 표면(712a) 참조)의 소면의 형상의 변화 - 평평한 소면이 아니라, 소면은 약간 볼록하도록 소량 만곡되어 꼭지점에서의 프리즘 각도가 약 68.6도가 되도록 함 - 였다. 나노보이드 형성된 재료에 의한 렌즈형 구조화된 표면의 평탄화를 포함한 다른 설계 세부사항은 제2 3D 필름과 동일하였다.

전술된 바와 같은 제1 3D 필름, 제2 3D 필름, 및 제3 3D 필름을 표준 오토스테레오스코픽 도광체(예를 들어, 도 3 참조)의 전방에, 3D 필름과 도광체 사이에 공기 갭이 있는 상태로, 교번하여 배치하였고, 3D 필름으로부터 방출된 광의 각방향 분포를 아우트로닉스(Autronics) 코노스코프로 측정하였다. 도 20a는 제1 3D 필름에 대한 각방향 출력을 도시한다. 곡선(2010)은 도광체의 하나의 에지에 있는 광원에 에너지가 공급되었을 때 방출된 좌안 광 빔을 나타내고, 곡선(2012)은 도광체의 다른 에지에 있는 광원에 에너지가 공급되었을 때 방출된 우안 광 빔을 나타낸다. 이들 곡선은 표준 오토스테레오스코픽 백라이트(도광체/3D 필름 조합)에 대해 전형적이다. 도 20b는 제2 3D 필름에 대한 각방향 출력을 도시한다. 곡선(2020)은 방출된 좌안 광 빔을 나타내고, 곡선(2022)은 방출된 우안 광 빔을 나타낸다. 도 20c는 제3 3D 필름에 대한 각방향 출력을 도시한다. 곡선(2030)은 방출된 좌안 광 빔을 나타내고, 곡선(2032)은 방출된 우안 광 빔을 나타낸다. 각각의 도면의 경우, 좌측 광 분포와 우측 광 분포의 교차 위치는 3D 필름 상의 렌즈형 특징부와 프리즘형 특징부의 정렬에 관련된다. 도 20b 및 도 20c의 광 분포의 형상은 도 20a의 광 분포의 형성과 거의 동일하거나 유사하며, 이는 매립된 구조화된 표면 및 나노보이드 형성된 재료 층을 갖는 3D 광 방향전환 필름이 표준 3D 광 방향전환 필름과 동일하거나 유사한 방식으로 작동하도록 제조될 수 있음을 나타낸다.

추가의 코노스코프 측정을 광 방향전환 필름의 출력 표면의 상이한 부분에 대해 행하였고, 이 결과를 전술된 3개의 제조된 3D 필름의 각각에 대해 분석하였다. 데이터 분석은 관찰자가 위치되어 여전히 이미지를 입체적으로 관찰할 수 있는 공간의 영역에 관련되는, 교차점 투영, 우안 관찰 로브(viewing lobe), 및 좌안 관찰 로브를 포함한 관찰 자유도에 관한 중요 파라미터의 결정을 포함하였다. 관찰 자유도 결과가 제조된 제1 3D 필름, 제2 3D 필름, 및 제3 3D 필름에 대해 각각 도 21a, 도 21b, 및 도 21c에 플로팅되어 있으며, 도 21d는 도 21a 내지 도 21c에 대한 범례 또는 기호 설명표를 제공하며 이들 도면에 사용된 다양한 기호를 도시하고 있다. 각각의 점에 대한 좌측 광 분포 및 우측 광 분포의 교차점을 계산하였다. 교차점의 투영을 공간으로 외삽하였고, 이는 도 21a 내지 도 21c의 각각에 선(2120)(도 21d)으로 도시되어 있다. 각각의 눈에 대한 관찰 자유도를 또한 계산에 의하는 것과 측정에 의하는 것 둘 모두에 의해 결정하였으며, 패턴(2122a)은 계산된 바와 같은 최대 우안 관찰 로브를 나타내고, 패턴(2122b)은 측정된 바와 같은 우안 관찰 로브를 나타내며, 패턴(2124a)은 계산된 바와 같은 최대 좌안 관찰 로브를 나타내고, 패턴(2124b)은 측정된 바와 같은 좌안 관찰 로브를 나타낸다.

도 21a 내지 도 21c의 관찰 자유도 플롯은 기술된 3D 필름으로 제조된 각각의 스테레오스코픽 백라이트에 걸친 코노스코프 측정값에 기초해 각각의 3D 광 방향전환 필름에 대해 유사한 성능을 보여준다. 필름은 유사한 성능을 제공하는 것으로 볼 수 있으며, 각각의 경우에 좌안 및 우안에 대한 계산된 관찰 로브는 대응하는 최대 관찰 로브들과 거의 완전히 중첩된다. 제2 3D 필름 및 제3 3D 필름의 성능이 평탄화 나노보이드 형성된 층의 존재로 인해 불충분한 경우, 측정된 관찰 로브는 최대 관찰 로브보다 실질적으로 작았을 것이다.

도 22는 위에서 설명된 제조된 제2 3D 광 방향전환 필름(2200) 및 제3 3D 광 방향전환 필름(2250)의 현미경 사진 단면도이다. 필름(2200)은 프리즘형 구조화된 표면(2212a)을 갖는 제1 중합체 층(2212), 및 렌즈형 구조화된 표면(2214a)을 갖는 제2 중합체 층(2214)이 적용된 PET 캐리어 필름 또는 기재(2210)를 포함한다. 저 굴절률 나노보이드 형성된 재료의 층(2216)이 구조화된 표면(2214a)을 평탄화시킨다. 필름(2250)은 프리즘형 구조화된 표면(2262a)을 갖는 제1 중합체 층(2262), 및 렌즈형 구조화된 표면(2264a)을 갖는 제2 중합체 층(2264)이 적용된 PET 캐리어 필름 또는 기재(2260)를 포함한다. 저 굴절률 나노보이드 형성된 재료의 층(2266)이 구조화된 표면(2264a)을 평탄화시킨다. 전술된 바와 같이, 표면(2214a, 2264a)들의 렌즈형 요소는 각각의 렌즈형 요소의 상부로부터 에지까지 가변 곡률을 갖고, 프리즘형 구조화된 표면(2262a)의 소면은 평평하기보다는 약간 만곡된다.

상부 렌즈형 구조화된 표면이 나노보이드 형성된 층 내에 침지된 평탄화된 3D 광 방향전환 필름을 제조하는 것에 부가해, 광 방향전환 필름, 도광체, 및 후방 반사기를 포함하는 구성물의 거동을 또한 모델링하였으며, 여기서 광 방향전환 필름의 렌즈형 구조화된 표면(예를 들어, 도 17의 구조화된 표면(1714a) 참조)을 모든 경우에 공기에 노출시켰고, 구성물 내의 다양한 다른 구조화된 표면 - 특히, (1) 도광체의 전방에 있는 렌즈형 구조화된 표면(예를 들어, 도 17의 표면(1716a) 참조), (2) 도광체의 후방에 있는 얕은 프리즘형 구조화된 표면(예를 들어, 도 17의 표면(1724a) 참조), 및 (3) 광 방향전환 필름의 후방에 있는 프리즘형 구조화된 표면(예를 들어, 도 17의 표면(1712a) 참조) - 에는 평탄화된 나노보이드 형성된 저 굴절률 층을 선택적으로 제공하였다. 이러한 모델링을 다음의 가정 하에 수행하였다: 도광체의 치수는 72 ㎜ × 48 ㎜(평면내 또는 횡방향 치수) × 0.8 ㎜(축방향 또는 두께 치수)였고; 3D 광 방향전환 필름의 렌즈형 구조화된 표면 및 프리즘형 구조화된 표면은 400 ㎜의 공칭 관찰 거리를 제공하도록 설계되었다. 모델링을 위해, 광을 도광체 내로 주입시키고, 디스플레이로부터 400 ㎜ 지점에서 관찰되는 광을 계산하며, 시스템의 크로스토크를 계산한다. 이러한 모델링을 하기의 조건에 대응하는 8개의 상이한 실시 형태에 대해 행한다:

(1) 도광체의 전방에 있는 렌즈형 구조화된 표면(예를 들어, 도 17의 표면(1716a) 참조)이 공기에 노출되거나 나노보이드 형성된 초저 굴절률(ULI) 재료로 평탄화되는 경우;

(2) 도광체의 후방에 있는 얕은 프리즘형 구조화된 표면(예를 들어, 도 17의 표면(1724a) 참조)과 후방 반사기(예를 들어, 도 17의 층(1728) 참조) 사이의 공간(예를 들어, 층(1726) 참조)이 공기-충전되거나 나노보이드 형성된 ULI 재료로 충전되는 경우;

(3) 광 방향전환 필름의 후방에 있는 프리즘형 구조화된 표면(예를 들어, 도 17의 표면(1712a) 참조)이 공기에 노출되거나 나노보이드 형성된 ULI 재료로 평탄화되는 경우.

주어진 순열을 3-문자 코드로 표기하며, 여기서 "a"는 공기를 지칭하고 "u"는 나노보이드 형성된 ULI 재료를 지칭한다. 예를 들어, "aau"는 위의 조건 (1)이 공기를 사용하고, 위의 조건 (2)가 또한 공기를 사용하며, 조건 (3)이 ULI를 사용함을 의미한다. 다른 예에서, "uaa"는 위의 조건 (1)이 나노보이드 형성된 ULI를 사용하고, 위의 조건 (2)가 또한 공기를 사용하며, 조건 (3)이 공기를 사용함을 의미한다. 코드의 첫 번째 문자가 "a"이지만 코드의 마지막 문자가 "u"인 경우, 이는 ULI의 평탄화 층이 광 방향전환 필름의 후방 프리즘형 구조화된 표면 상에 제공되지만, 이러한 평탄화 층이 공기에 노출된 도광체의 상부쪽으로 중간까지만 연장됨을 의미하는 것에 유의한다. 마찬가지로, 코드의 첫 번째 문자가 "u"이지만 마지막 문자가 "a"인 경우, 이는 ULI의 평탄화 층이 도광체의 전방 렌즈형 구조화된 표면 상에 제공되지만, 이 평탄화 층이 광 방향전환 필름의 하부쪽으로 중간까지만 연장되어, 광 방향전환 필름 하부에 있는 프리즘형 구조화된 표면이 공기에 노출되어 유지되게 함을 의미한다.

모델링은, 존재하는 경우, 나노보이드 형성된 ULI 재료가 1.2의 굴절률을 갖는 것으로 가정하였다. 모델링은 또한 도광체가 다음의 파라미터를 갖는 것으로 가정하였다: 1.5의 굴절률, 172도의 얕은 프리즘 끼인각(included angle) 및 0.408 ㎜의 얕은 프리즘 피치. 모델은 또한 3D 필름이 다음의 파라미터를 갖는 것으로 가정하였다: 1.5의 굴절률, 60도의 프리즘 끼인각, 0.2600407 ㎜의 프리즘 피치, 0.1815 ㎜의 렌즈 곡률 반경, 0.260 ㎜의 렌즈 피치 및 0.506 ㎜의 총 두께. 모델은 또한 98.5%의 정반사성 경면 반사율을 가정하였다. 모델링은 또한 모든 순열에 대해 동일한 구조화된 표면 기하학적 형상을 가정하였다. 즉, 광 방향전환 필름 및 도광체의 구조화된 표면의 위치, 각도, 곡률 등을 순열마다 변화시키지 않았다.

8개의 순열을 모델링하였고, 크로스토크, 즉 관찰자의 "잘못된" 눈으로 들어가는 광의 양을 디스플레이 위치, 즉 디스플레이 관찰 영역의 횡축을 따른 위치의 함수로서 계산하였다. 디스플레이의 관찰 영역은 적절한 혼합을 허용하기 위해 도광체의 것보다 작다. 모델링된 실제 관찰 영역은 54 ㎜ × 41 ㎜였다. 결과가 도 23에 도시되어 있으며, 여기서 각각의 곡선은 주어진 순열 코드와 연관된다. 플로팅된 곡선은 특히 (3D 광 방향전환 필름의 후방에 있는) 프리즘형 구조화된 표면과 (도광체의 전방에 있는) 렌즈형 구조화된 표면 사이의 공간이 초저 굴절률 재료의 나노보이드 형성된 층으로 완전히 충전되는 유용한 실시 형태가 구성될 수 있음을 확증한다.

독자는 "상부", "하부", "덮다", "기재", "유지하다" 및 "위에"가, 달리 명확하게 반대로 지시되지 않는 한, 본 출원의 목적을 위해 중력에 대한 임의의 특정 배향을 필요로 하는 것으로 해석되어서는 안됨을 이해할 것이다.

달리 지시되지 않는 한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 양, 특성의 측정값 등을 표현하는 모든 숫자는 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 명세서 및 특허청구범위에 기재된 숫자 파라미터는 본 출원의 교시를 이용해 당업자가 달성하고자 하는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다. 특허청구범위의 범주에 대한 균등론의 적용을 제한하려고 시도함이 없이, 각각의 숫자 파라미터는 적어도 보고된 유효 숫자의 수의 관점에서 그리고 통상의 반올림 기법을 적용함으로써 해석되어야 한다. 본 발명의 넓은 범주를 기술하는 숫자 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 임의의 수치가 본 명세서에 기재된 구체적인 예에 기술됨에 있어서, 이 수치는 가능한 한 합리적으로 정확히 보고된다. 그러나, 임의의 수치는 시험 또는 측정 한계와 연관된 오차를 당연히 포함할 수 있다.

본 발명의 다양한 수정 및 변경이 본 발명의 사상 및 범주를 벗어남이 없이 당업자에게 명백할 것이며, 본 발명이 본 명세서에 기재된 예시적인 실시 형태로 제한되지 않음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 독자는 달리 지시되지 않는 한 하나의 개시된 실시 형태의 특징이 또한 다른 개시된 실시 형태들 모두에 적용될 수 있다고 상정해야 한다. 본 명세서에 인용된 모든 미국 특허, 특허 출원 공개, 및 다른 특허와 비특허 문헌이 상기의 개시 내용과 모순되지 않는 범위 내에서 참고로 포함됨을 또한 이해하여야 한다.

Claims (25)

1. 광 방향전환 필름(light redirecting film)으로서,
   렌즈형 특징부를 형성하도록 미세구조화된(microstructured) 제1 주 표면(major surface); 및
   프리즘형 특징부를 형성하도록 미세구조화된 제2 주 표면을 포함하고,
   제1 주 표면 및 제2 주 표면 중 하나는 제1 고 굴절률 층과 제1 저 굴절률 층 사이의 제1 계면이며,
   제1 저 굴절률 층은 제1 나노보이드 형성된 형태(nanovoided morphology)를 갖고 제1 중합체 결합제(binder)를 포함하는 필름.
2. 제1항에 있어서, 제1 저 굴절률 층은 또한 제1 복수의 입자를 포함하는 필름.
3. 제1항에 있어서, 제1 저 굴절률 층은 가시 파장에서 1.3 이하의 굴절률을 갖는 필름.
4. 제1항에 있어서, 제1 고 굴절률 층은 가시 파장에서 1.4 이상의 굴절률을 갖는 필름.
5. 제1항에 있어서,
   제2 고 굴절률 층을 추가로 포함하고,
   제2 고 굴절률 층은 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 배치되는 필름.
6. 제5항에 있어서, 제2 고 굴절률 층은 필름을 롤-대-롤(roll-to-roll) 처리에서 독립형(free-standing) 지지 필름으로서 적합하게 만드는 물리적 특성을 갖는 필름.
7. 제1항에 있어서, 필름을 롤-대-롤 처리에서 독립형 지지 필름으로서 적합하게 만드는 물리적 특성을 갖는 층을 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 포함하지 않는 필름.
8. 제1항에 있어서, 각각의 렌즈형 특징부는 제2 주 표면을 향해 만곡되는 만곡된 표면을 포함하는 필름.
9. 제1항에 있어서, 각각의 렌즈형 특징부는 제2 주 표면으로부터 멀어지는 쪽으로 만곡되는 만곡된 표면을 포함하는 필름.
10. 제1항의 필름이 강직성(stiff) 지지체와 조합된 조합체로서, 필름은 개재되는 공기 갭(air gap) 없이 강직성 지지체에 부착되는 조합체.
11. 제10항에 있어서, 강직성 지지체는 광 투과성 플레이트를 포함하는 조합체.
12. 제1항에 있어서, 제1 주 표면이 제1 계면인 필름.
13. 제12항에 있어서, 제1 고 굴절률 층은 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 배치되는 필름.
14. 제12항에 있어서, 제1 저 굴절률 층은 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 배치되는 필름.
15. 제12항의 필름이 디스플레이 패널과 조합된 조합체로서, 필름은 개재되는 공기 갭 없이 디스플레이 패널에 부착되는 조합체.
16. 제12항에 있어서, 제2 주 표면은 공기에 노출되는 필름.
17. 제12항에 있어서,
    제2 고 굴절률 층; 및
    제2 나노보이드 형성된 형태를 갖고 제2 중합체 결합제를 포함하는 제2 저 굴절률 층을 추가로 포함하고,
    제2 주 표면은 제2 고 굴절률 층과 제2 저 굴절률 층 사이의 제2 계면인 필름.
18. 제17항의 필름이 도광체(light guide)와 조합된 조합체로서, 필름은 개재되는 공기 갭 없이 도광체에 부착되는 조합체.
19. 제18항에 있어서, 디스플레이 패널과 추가로 조합되고, 필름은 개재되는 공기 갭 없이 디스플레이 패널에 부착되는 조합체.
20. 제1항에 있어서, 제2 주 표면이 제1 계면인 필름.
21. 제20항에 있어서, 제1 고 굴절률 층은 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 배치되는 필름.
22. 제20항에 있어서, 제1 저 굴절률 층은 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 배치되는 필름.
23. 제20항의 필름이 도광체와 조합된 조합체로서, 필름은 개재되는 공기 갭 없이 도광체에 부착되는 조합체.
24. 제20항에 있어서, 제1 주 표면은 공기에 노출되는 필름.
25. 제1항에 있어서, 필름의 제1 면(side) 상에 배치된 제1 접착제 층 및 제1 이형 라이너(release liner)를 추가로 포함하는 필름.

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