KR20140097343A - 광학 필름에서의 컬러 무라를 제어하기 위한 처리 방법 - Google Patents

광학 필름에서의 컬러 무라를 제어하기 위한 처리 방법 Download PDF

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개리 티 보이드
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Abstract

휘도 향상 필름은 복굴절 기판 상에 배치된 복수의 선형 프리즘을 포함한다. 기판 쪽으로부터 필름에 들어가고 선형 프리즘 쪽으로부터 필름을 빠져나오는 광선은 필름 내에서 이동하는 동안 서로 직교하는 편광 상태에 대해 실질적으로 동일한 위상 지연을 겪는다. 광선은 기판에 대한 수직선으로부터 20 도를 초과하는 각도로 필름을 빠져나온다.

Description

광학 필름에서의 컬러 무라를 제어하기 위한 처리 방법{APPROACHES TO CONTROL COLOR MURA IN OPTICAL FILMS}
설명된 실시예는 휘도 향상 재순환 필름(brightness enhancement recycling film)에 관한 것이다.
평판 디스플레이는 컴퓨터 모니터 및 텔레비젼을 비롯한 비교적 대형 장치로부터 이동 전화기, 휴대형 DVD 플레이어, 손목시계, 및 게임기와 같은 소형 핸드헬드 장치까지에 이르는 다양한 응용에서 이용된다. 많은 평판 디스플레이는 액정과 같은 광학적 활성 재료, 및 광학적 활성 재료를 후방 조명하기 위한 광원을 이용한다. 액정과 배면광(backlight) 사이에 배치된 필름은 디스플레이의 휘도를 향상시키기 위해 이용되어왔다. 예를 들어, 휘도 향상 필름은 디스플레이의 표면에 대해 원하는 시야각으로 빠져나오는 광을 증가시키기 위해 이용될 수 있다.
일부 실시예는 복굴절 기판(birefringent substrate) 상에 배치된 복수의 선형 프리즘을 갖는 휘도 향상 필름을 포함한다. 기판 쪽(substrate side)으로부터 필름에 들어가고 선형 프리즘 쪽으로부터 필름을 빠져나오는 광선이 필름 내에서 이동하면서 서로 직교하는 편광 상태들에 대해 실질적으로 동일한 위상 지연(phase retardation)을 겪으며, 기판에 대한 수직선으로부터 20 도를 초과하는 각도로 필름을 빠져나온다.
다른 한 실시예는 기판 상에 배치되고 제1 방향을 따라 연장하는 복수의 선형 프리즘을 갖는 휘도 향상 필름을 수반한다. 기판은 기판의 평면에서 서로 직교하는 방향으로의 주 굴절률 nx 및 ny를 가지며, nx는 ny보다 더 크다. 제1 방향은 nx에 대응하는 주 방향과 각도를 이루어, 기판 쪽으로부터 필름에 들어가고 필름 내에서 이동하면서 서로 직교하는 편광 상태에 대해 실질적으로 동일한 위상 지연을 겪는 광선이 선형 프리즘에 의해 내부 전반사(total internal reflection)되게 한다.
또다른 실시예는 기판 상에 배치되고 제1 방향을 따라 연장하는 복수의 선형 프리즘을 갖는 휘도 향상 필름을 포함한다. 기판은 기판의 평면에서 서로 직교하는 방향으로의 주 굴절률 nx 및 ny를 가지며, nx는 ny보다 0.04 이상만큼 더 크다. 제1 방향은 nx에 대응하는 주 방향과 각도를 이루어, 기판 쪽으로부터 필름에 들어가고 필름 내에서 이동하면서 서로 직교하는 편광 상태에 대해 약 10 도 미만의 위상 지연 차이를 겪는 광선이 선형 프리즘에 의해 반사되게 한다.
상기 개요는 각각의 실시예 또는 매 구현예마다 기술하려는 것이 아니다. 이점 및 성과뿐만 아니라, 다양한 실시예들의 더 완전한 이해가 다음의 상세한 설명 및 특허청구범위를 첨부된 도면과 함께 참고함으로써 자명해지고 알게 될 것이다.
<도 1>
도 1은 본 명세서에 설명된 실시예에 따른 액정 디스플레이 시스템을 예시하는 도면이다.
<도 2>
도 2는 기판 컬러 무라 (Substrate Color Mura, SCM)를 생성하는 메커니즘을 예시하는 블록도이다.
<도 3a>
도 3a는 프리즘 필름의 x, y, z 축과 광선의 s 및 p 방향 사이의 관계를 예시한다.
<도 3b>
도 3b는 프리즘 필름의 방위 편향각을 예시한다.
<도 4>
도 4는 향상된 SCM을 측정하기 위한 시험 설정을 예시하는 블록도이다.
<도 5>
도 5는 향상된 SCM의 코노스코픽 뷰(conoscopic view)이다.
<도 6a 및 도 6b>
도 6a 및 도 6b는 제각기, 20°의 시야각에 걸친 교차된 편광기들 사이의 프리즘 필름을 위한 각각의 시야각에서의 x 및 y 색 값의 시뮬레이팅된 묘사이이다.
<도 7a>
도 7a는 교차된 편광기들 사이에서 보이는 0.03의 dnxy를 갖는 프리즘 필름의 SCM 이미지를 도시한다.
<도 7b>
도 7b는 도 7a의 필름과 실질적으로 동일한 구성이지만 0.15의 dnxy 를 갖는 프리즘 필름의 SCM 이미지를 도시한다.
<도 8>
도 8은 SCM을 위한 대칭 점 (SP) 각도를 예시한다.
<도 9a 및 도 9b>
도 9a 및 도 9b는 시야 원추 너머로의 SP 각도의 이동을 예시한다.
<도 10a, 도 10b, 및 도 10c>
도 10a, 도 10b, 및 도 10c는 제각기 x 및 y 색 좌표의 표준 편차 σx (시그마 엑스(sigmax)), σy (시그마 와이(sigmay)) 및 쿼드러처 합계(quadrature sum), σSCM(쿼드 합(quad sum))의 시뮬레이션을, 변화하는 기판 두께의 프리즘 필름을 위한 dnxy의 함수로서 도시한다.
<도 11>
도 11은 dnxy 한계점의 변화를 기판 두께와 함께 도시하는 플롯이다.
<도 12a 및 도 13a>
도 12a 및 도 13a는 제각기 기판 FA에 대해 0° 및 기판 FA에 대해 90°로 배향된 프리즘을 갖는 프리즘 필름을 예시한다.
<도 12b 및 도 13b>
도 12b 및 도 13b는 제각기 도 12a 및 도 13a의 프리즘 필름을 위한 SP 각도를 도시한다.
<도 14 및 도 15>
도 14 및 도 15는 σx (시그마 엑스), σy (시그마 와이), 및 σSCM (쿼드 합) 대 프리즘 축에 대한 프리즘 필름 기판 고속 축의 각도를 도시하는 시뮬레이션이다.
<도 16a 및 도 16b>
도 16a 및 도 16b는 제각기 1.5 및 1.6의 기판 굴절률에 대해 90 도 꼭지각 프리즘에 의해 주로 반사될 편각 및 방위각의 범위에 대응하는 영역을 도시한다.
<도 17 및 도 18>
도 17 및 도 18은 σx (시그마 엑스), σy (시그마 와이), 및 σSCM (쿼드 합) 대 제각기 dnxy = 0.035와, 52μm 및 104μm의 기판 두께를 갖는 시뮬레이팅된 프리즘 필름을 위한 프리즘에 대한 FA의 각도를 도시한다.
평판 디스플레이(flat panel display)는 액정 패널(liquid crystal panel) 뒤에 배열된 배면광을 이용할 수 있을 것이다. 많은 배면광들이 하나 이상의 프리즘 필름을 따르는 에지 조명 광 가이드 광원(edge-lit lightguide light source)을 이용한다. 프리즘 필름은 광을 시준하고, 그래서 시야각에 대하여 디스플레이 오프 축(display off-axis)으로부터 나오는 광을 저감시킨다. 일부 휘도 향상 필름은 광의 일부를 "재순환시켜(recycle)" 디스플레이로부터 빠져나오는 온 축(on-axis)의 양을 증가시킨다. 재순환 프리즘 필름은 광 가이드로부터 먼 쪽으로 배향된 프리즘 피크(prism peak)를 갖는 하나 이상의 프리즘 필름 층을 포함한다. 프리즘 피크는 특정한 광학 특성을 달성하도록 둥글게 되거나 또는 절두될 수 있다. 광 가이드로부터의 광이 프리즘에 마주칠 때, 광의 일부는 온 축 방향으로 굴절되지만, 광의 다른 한 부분은 광을 향해 되돌아가는 내부 전반사에 의해 반사된다. 반사된 광은 그것이 결국 디스플레이로부터 나올 때까지 재순환된다.
도 1은 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD)와 같은 디스플레이의 구성요소의 횡단면도를 제공한다. 디스플레이(100)를 위한 배면광(111)은 광원(110), 후방 반사기(113), 광 가이드(115), 및 일련의 광 조정 필름(120, 125, 127)을 포함하여, 최대 효율을 갖는 공간상 및 각도상 균일한 광을 제공한다. 더 자세하게는, 광 가이드(115)를 빠져나오는 광은, 디스플레이 패널(130)에 들어가기 전에, 산광기(117), 하나 이상의 휘도 향상 프리즘 필름(brightness enhancement prism film, BEF) (예를 들어, 광 재순환 필름)(120), 반사 편광기(125), 및, 임의적으로, 추가적 산광기 커버 시트(diffuser cover sheet)(127)를 포함하는 필름 스택을 통해 이동할 수 있다. 설명의 목적상, 본 발명자는 디스플레이(100)를, 그것의 수직선이 화살표(140)에 의해 나타낸 방향을 따라 관찰자를 향해 위로 향하게 배향시키고, 수평이라고 지칭되는 방향을 따라 광원에 가장 가까운 광 가이드 에지(lightguide edge)를 화살표(150)에 의해 나타낸 방향을 따라 배향시킬 수 있다.
프리즘 필름(120)의 각각은 용도에 따라 변하는 꼭지각을 갖는 평행한 선형 프리즘들로 씌워진 투명한 기판으로 이루어질 수 있다. 어떤 경우에는, 프리즘 필름은 한 필름의 선형 프리즘들이 대체로 다른 프리즘 필름의 선형 프리즘들에 대해 직교하는 방향으로 늘어서도록 배열된다. 그러한 필름들은 교차된 방위에 있다고 말해진다.
많은 배면광 시스템에서, 커버 시트는 제거되어 두께를 저감시키거나, 축방향 휘도를 증가시키거나, 대비를 향상시키거나, 및/또는 비용을 저감시킨다. 산광기로서 작용하는 커버 시트를 제거한 결과는, 배면광 소자의 광학 아티팩트(optical artifact)가 디스플레이 패널을 통해 보는 관찰자에게 명백해질 수 있는 것이다. 하나의 그러한 아티팩트는 이하에서 기판 컬러 무라(SCM)라고 지칭된다.
SCM은 전형적 프리즘 필름이 그것의 평면 표면의 아래로부터 조명되고 디스플레이 패널을 통해 관찰될 때 일련의 착색된 대역(colored band)으로 보인다. 대역은 시야각에 의해 색이 변하고, 파장 및 관측 각도 둘 모두에 대한 프리즘 필름 기판에서의 광학 지연의 종속성, 및 프리즘을 통한 이러한 대역의 투과율의 결과이다.
본 명세서에 기술된 실시예는 외관 SCM을 저감시키는 처리 방법을 포함한다. SCM을 저감시키는 프리즘 필름은 LCD 이미지의 색변이(color shift)를 방지하는 것을 돕고, 관측 각도에 의해 변하는 이러한 색변이의 불쾌한 효과를 저감시킨다. 다양한 실시예에서, 기판 복굴절을 증가시키거나, 기판의 주 연신 방향에 대하여 프리즘을 배향시키거나, 또는 둘 다에 의해 SCM을 저감시키는 프리즘 필름이 제작될 수 있다.
SCM을 위한 메커니즘은 도 2를 참조하여 기술된다. 광은 프리즘 필름 기판(205)의 하부 평면 쪽(210)으로 들어가고, 공기/기판 계면에서의 투과율로 부분적으로 편광된다. 공기/기판 계면의 부분적 편광 후, 투과된 광의 편광 상태는 편광되지 않은 입력과 선형적으로 편광된 광의 조합이다. 기판(205)을 가로질러, 입사면에서 진동하는 전기장 성분(p-편광)과 입사면에 대해 직교하게 진동하는 전기장 성분(s-편광) 사이의 위상 차이는 광로를 따라 변한다. 이는 결과적으로 광선이 전파할 때 전기장이 타원을 그려 타원형 편광을 일으킨다. 위상 차이(R로 부호화된)는 s 성분과 p 성분 사이의 굴절률 차이 Δn (파장 λ 및 필름에서의 광선 각도에 의존함), 및 내부 경로 길이 d (필름에서의 광선 각도에 의존함)의 함수이다:
Figure pct00001
여기에서, 광선 각도는 θ 및 φ로 정의되며, 여기에서 θ는 필름 수직선 축으로부터 측정된 편각(polar angle)이고, φ는 필름 평면에서 측정된 방위각(azimuthal angle)이다.
파장 및 광선 각도에 대한 R의 종속성의 결과로서, 기판을 가로지른 후 s 성분과 p 성분의 비율은 이러한 파라미터에도 의존할 것이다. 그러므로, 광선이 디스플레이 패널의 하부 흡수 편광기(220)를 통과할 때, 투과된 조명은 이러한 파라미터에도 의존할 것이다. 결과는 SCM일 수 있으며, 그것은 시야각에 의해 색 및 휘도가 변하는 일련의 약하게 착색된 대역 특징부처럼 보인다.
필름 웨브의 경우에서처럼 연속적 방식으로 만들어진 프리즘 필름에 대해 주축을 할당하는 한 방식은, 필름의 평면을 xy 평면이라고 지칭하고, 필름에 대해 수직한 방향을 z로 지정하는 것이다. 광이 이러한 서로 직교하는 방향을 따라 선형적으로 편광되면, 본 발명자는 대응하는 굴절률을 판정하고, 이것들을 nx, ny, 및 nz라고 지칭할 수 있다. 설명의 목적상, 그러나 이 특정한 상황으로 한정되지는 않고, ny > nx > nz라고 하자. ny > nx인 경우에, x 방향은 필름 고속 축(Fast Axis, FA)이라고 지칭되고, y 방향은 필름 저속 축(Slow Axis)이라고 지칭될 수 있을 것이다. nx 및 ny의 로컬 값(local value)이 필름에서의 위치에 따라 변할 수 있고, 따라서 x (고속) 및 y (저속) 축 방향이 로컬 굴절률에 따라 필름의 상이한 위치에서 변할 수 있다는 점에 주목한다. 평면 내 굴절률 차이는 dnxy = ny - nx라고 표시된다. 필름의 x, y, z 축 사이의 관계, 및 광선의 s 및 p 방향은 도 3a에 예시되어 있고, 도 3b에 도시된 프리즘의 방위 편향각(azimuthal bias angle)을 갖는다. 프리즘 필름의 프리즘은 프리즘 필름 기판을 빠져나오는 광선의 각도를 변경하고, 일부 경우에는 SCM 대역 특징부를 근축 시야 범위(near axial viewing range) 내에 있게 한다.
분석 및 검출의 목적상, 때때로 SCM 대역의 대비를 향상시키는 것이 유용하다. SCM을 향상시키는 한 방법은 도 4에 예시되어 있다. 광원(410)으로부터의 광은 광원(410)과 프리즘 필름(440) 사이에 있는 흡수 편광기(430)를 이용하여 미리 편광된다. 흡수 편광기의 통과 축은 프리즘 필름(440) 위에 있는 편광기(450)에 직교하며, 직교하는 통과 축들은 부호 · 및 ↔로 나타낸다. 이 구성을 이용하면, 편광기(450)로부터 나오는 광의 코노스코픽 뷰를 제공하는 촬상 광학계(imaging optic)(460)를 이용하여 SCM 대역 특징부의 관측이 이루어질 수 있다. 코노스코픽 이미지 상의 각각의 위치는 편각 (θ) 및 방위각 (φ)의 관측각에 관련된다.
두개의 교차된 편광기 사이에 배치된 프리즘 필름으로부터 나오는 광을 관찰하는 이러한 방법은 이하에서 교차된 편광기 사이의 프리즘 필름 또는 향상된 SCM이라고 지칭된다. 관측은 SCM 특징부가 하부 편광기(430)가 있건 없건 매우 유사하지만, 향상된 SCM 방법을 이용하는 대비는 하부 편광기(430)를 이용함으로써 크게 향상됨을 나타냈다. 향상된 SCM 처리 방법에 의해 생성된 SCM 컬러 대역의 그레이 스케일 이미지(grey scale image)가 도 5에 도시되어 있고, 여기에서 광범위한 각도 분포를 갖는 광원이 교차된 편광기 사이의 프리즘 필름을 조명하기 위해 이용되었다. 촬상 광학계(460)는 도 5에 도시된 이미지의 짧은 치수를 따라 대략적으로 20° 시야 원추(viewing cone)에 걸친 코노스코픽 뷰를 제공한다.
SCM 효과는 지정된 시야 원추 내에서의 색 변화로서 계량될 수 있다. 색의 일 척도는 국제조명위원회 (International Commission on Illumination, CIE) 1931 색 좌표, x 및 y이다. 교차된 편광기 사이의 프리즘 필름을 위한 각각의 시야각에서의 x 및 y 색 값의 시뮬레이팅된 묘사가 20°의 시야각에 걸쳐 도 6a 및 도 6b에 제각기 도시되어 있다. 이 예에서, 프리즘은 90 도 꼭지각을 가지며, 상부 편광기 방향으로 10 도만큼 배향되고, 52 μm 두께의 복굴절 기판을 갖는다.
SCM의 일 척도는 이 시야 범위 내의 x 및 y 색 좌표의 표준 편차, σ의 구적법 합계(quadrature sum)에 의해 주어지며, 그것은 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure pct00002
.
교차된 편광기 사이에서 검사된 프리즘 필름의 이미지는 비트맵(bitmaps)으로부터 변환될 수 있고, 각각의 픽셀은 적합한 행렬 변환에 의한 색상 x 및 y 좌표로의 RGB 값으로 특징지워진다. 그러면, 상기 정의는 SCM의 척도로서 이미지에 적용될 수 있다. 변환은 하기의 수학식으로 주어진다. r, g, b 값은 RGB 색 좌표이다. 양
Figure pct00003
,
Figure pct00004
, 및
Figure pct00005
은 CIE 1931, 2도 색상 일치 함수(two degree color matching function)이고, R, G, B는 제각기 순 적색, 순 녹색, 또는 순 청색 상태에서의 이미지의 스펙트럼이다.
Figure pct00006
다른 SCM 척도는 각도에 의한 x 및 y 색 좌표의 변화 비율을 계량한다. 한 예는 방위각 (φ)을 고정하고 편각 (θ)에 대한 x 및 y의 미분을 구적법 방식으로 합하는 것이다:
Figure pct00007
각도 미분을 이용하여 모든 각도에 대한 계량을 판정하기 위해, 0 도부터 180 도까지의 방위각에 걸쳐 DSCM의 값이 합산될 수 있다. 대안적으로, 모든 방위각에 걸쳐 DSCM의 최대 값이 이용될 수 있다. 시뮬레이션은 DSCM을 이용하는 결과가 대역의 평균 각도 주파수로 곱해진 σSCM을 이용하는 것과 유사함을 보인다.
수직선 축에 중심을 둔 20 도의 편각 범위에 걸쳐 계산된 계량 σSCM이 본 발명의 설명을 위해 이용될 것이다.
어떤 경우에는, SCM은 프리즘 필름 기판 복굴절의 제어를 통해 저감된다. SCM의 배율은 R뿐만 아니라 프리즘 기하학적 형상 및 프리즘 굴절률에도 의존할 것이다. Δn, d 또는 둘 다의 감소로부터 유래하는 R의 저감은 색 대역들의 저감된 대비, 또는 시야 원추 너머로의 그것들의 각 크기의 증가로 이어지며, 이들 둘 모두는 SCM을 저감시킨다. 그러나, 매우 얇은 기판 상의 프리즘 필름의 생성은, 감소된 d 값을 제공하여, 취급 문제로 인한 저감된 수율로 이어진다. 얇은 필름은 변화하는 온도 및 습도에 의해 쉽사리 변형할 수도 있어서 시각적 아티팩트로 이어질 수 있을 것이다.
저 복굴절 기판(감소된 dnxy)의 생성은 폴리카보네이트 또는 폴리 메틸-메타크릴레이트와 같은 낮은 고유 광학 이방성을 갖는 중합체를 이용하여 달성될 수 있지만, 그러한 재료는 고비용이거나 또는 견고한 필름을 제공하기에 너무 취약한 경향이 있다. 대안적으로, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 더 높은 고유 이방성을 갖는 중합체가 이용될 수 있으며, 여기에서 2축 연신 공정(biaxial stretching process)은 주 필름 축을 따라 굴절률들 사이의 차이를 최소화할 수 있다. 그러나, 이러한 필름 성형 방법은 생성 비용을 증가시킬 수 있다.
놀랍게도, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, dnxy의 증가는 SCM을 현저히 저감시킴에 있어서 성공적일 수도 있다. 높은 dnxy를 활용하는 SCM 저감의 예가 도 7a 및 도 7b에 의해 도시된다. 도 7a는 50 μm 두께의 PET 기판 및 교차된 편광기 사이에서 보이는 0.03의 dnxy를 포함하는 프리즘 필름의 SCM을 도시한다(프리즘은 수평 방향에 있는 상부 편광기 통과 축에 대해 45 도로 배향되어 있음). 도 7b는, 도 7b의 필름이 0.15의 dnxy 를 갖는 것을 제외하고는, 도 7a의 필름과 실질적으로 동일한 구성의 프리즘 필름의 SCM을 도시한다(50 μm 두께의 PET 기판이 이용되었고, 프리즘은 상부 편광기 통과 축에 대해 45 도로 배향되며, 수평 방향을 따르는 통과 축을 가지며, 교차된 편광기들 사이에서 프리즘 필름이 관찰됨). 더 큰 dnxy의 경우에, 20° 방위각 시야 원추 내에서 일어나는 SCM 컬러 대역은 훨씬 덜 또렷하다. 실제의 디스플레이에서, 하부 편광기는 없을 수 있으며, 높은 dnxy인 경우에 관찰자에게 SCM 효과는 실질적으로 보이지 않을 수 있을 것이다.
SCM 패턴의 특징부 중 하나는, 도 8의 코노스코픽 뷰에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 한 쌍의 어느 정도 원형인 영역이며, 여기에서 각도에 의한 색 변화율 및 컬러 대역의 대비는 특히 극심하다. 이러한 각도는 이하에서 대칭 점(Symmetry Point, SP)이라고 지칭되며, 그것은 s 및 p 편광 성분에 대해 동등한 굴절률을 겪는(무 복굴절(zero birefringence)) 기판 내의 광선으로부터 유래한다. SP는 기판 굴절률(전형적으로 필름의 주축을 따라 측정된), 프리즘의 굴절률, 및 프리즘 꼭지각의 함수이다. 선형 프리즘의 경우에, 필름 평면에서의 기판 주축에 대한 프리즘 방향의 방위각에 대한 종속성도 있다.
SP 각도는 평면 내 복굴절 dnxy을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. SP 각도는 기판 두께에 대해 독립적인데, Δn = 0이 어떤 두께에서든 R = 0을 생성하기 때문이다 (그러나, 컬러 대역은 더 두꺼운 기판에서의 각도에 의해 더 급속하게 변하는 경향이 있음). 관측 원추 너머로, 예를 들어, 20 도의 관측 원추 너머로의 SP 각도의 증가는, 시야 원추 내에서의 색의 변동을 저감시키고, SCM을 저감시킨다. 더 두꺼운 기판은 더 얇은 기판보다 각도에 의해 더 급속하게 대비가 줄어드는 SP 각도 근처에서의 대역 패턴을 생성한다. 결과적으로, 더 두꺼운 기판은 일반적으로 더 작은 dnxy를 요구하여 SCM을 저감시킨다.
PET와 같은 기판 재료는 dnxy를 충분히 증가시키도록 연신되어 SP 각도가 시야 원추 너머로 이동하게 할 수 있다. dnxy를 증가시키는 것에 의해, 이 경우에는 필름 연신에 의해 SP 각도를 증가시키는 것을, 도 9a 및 도 9b를 참조하여 알 수 있다. 도 9a는 dnxy1를 갖고 소용돌이(910, 920)에 의해 나타낸 바와 같은 SP 각도를 갖는 필름의 SCM 이미지를 묘사한다. SP 각도는 실질적으로 시야 원추 각도(905) 내에 있고, 이 경우에는 편각 20°로 둘러싸인 원추이다. 필름이 연신된 후, 필름의 dnxy는 dnxy2 > dnxy1로 증가하였다. 도 9b는 연신 후의 필름의 SP 각도를 예시하며, 소용돌이(930, 940)에 의해 나타낸 SP 각도가 dnxy의 증가로 인해 시야 원추(905)의 바깥쪽으로 이동하였음을 도시한다.
어떤 실시예에서는, 예를 들어, 복굴절 기판 상에 배치된 선형 프리즘을 갖는 PET를 포함하는 프리즘 필름의 경우에, 광선은 필름의 기판 쪽으로부터 들어가고 필름의 프리즘 쪽에서 빠져나온다. SP 각도에서, 광선은 필름 내에서 이동하는 동안 서로 직교하는 s 및 p 편광 상태에 대해 실질적으로 동일한 위상 지연을 겪는다. 광선은, 시야 원추, 예를 들어 20 도의 시야 원추보다 더 큰, 기판에 대한 수직선으로부터의 각도로 필름을 빠져나온다. 시야 원추 너머로 SP 각도를 이동시키는 것은 실질적으로 관찰 가능한 SCM을 저감시킨다. 예를 들어, 기판의 복굴절은 약 0.02 내지 약 0.1의 범위에 있을 수 있다. 다양한 실시예에서, 기판의 복굴절은 0.02, 0.04, 0.06, 0.08, 또는 0.1일 수 있다. 실질적으로 동일한 위상 지연은 예를 들어 약 10 도 미만의 s 편광 상태와 p 편광 상태의 위상 지연의 차이를 포함할 수 있다. 다양한 구성에서, 선형 프리즘의 꼭지각은 약 90°일 수 있거나, 약 80° 내지 약 110°의 범위 내일 수 있거나 또는 약 85° 내지 약 105°의 범위 내일 수 있다.
도 10a, 도 10b, 도 10c는 제각기 x 및 y 색 좌표의 표준 편차 σx, σy, 및 구적법 합계, σSCM의 플롯을 시뮬레이팅된 프리즘 필름을 위한 dnxy의 함수로서의 도시한다. 이러한 값은 프리즘 방향에 대한 FA = 0 도인 제각기 두께 25μm, 52μm, 및 104μm의 복굴절 기판을 위해 숫자로 시뮬레이팅되었다. 이러한 시뮬레이션에서, 프리즘은 90 도 꼭지각, 1.6의 굴절률이 주어졌고, 상부 편광기에 대한 45 도 방위각으로 설정되었다.
도 10a, 도 10b, 도 10c에 예시된 시뮬레이션에서, 각각의 기판 두께는, dnxy이 한계점에 도달하기까지 σSCM이 증가하거나 또는 높게 유지되고, 그 후 σSCM은 SP에 중심을 둔 색 변화가 실질적으로 시야 원추를 빠져나오는 복굴절 레벨에 대응하여 감소하기 시작함을 나타낸다. 이러한 한계점들은 도 11에 그려져 있고, 기판 두께가 클수록 dnxy 한계점은 대략적으로 두께의 역제곱근으로서 낮아짐을 나타낸다. 이것은 SP를 둘러싼 색 변화의 정도가 더 얇은 기판에서 더 큰 것의 결과이며, SP 각도가 색 변화를 위해 더 큰 각도로 배치되어 시야 원추의 바깥쪽에 있을 것을 요구한다.
프리즘 필름을 포함하는 디스플레이에서의 SCM을 저감시키기 위해 이용될 수 있는 대안적 또는 추가적 처리 방법은 프리즘 필름의 프리즘들이 프리즘 기판 FA에 대해 실질적으로 직교하는 각도로 배향시키는 것이다. 도 12a 및 도 13a는 제각기 기판 FA에 대해 0° 및 기판 FA에 대해 90°로 배향된 프리즘을 갖는 프리즘 필름(1200, 1300)을 예시한다. 필름(1200, 1300)의 각각을 위해, 기판 FA는 기판이 연신되는 방향에 실질적으로 대응한다. 도 12b 및 도 13b에 도시된 이미지는 제각기 교차된 편광기들 사이에 있는 프리즘 필름(1200, 1300)의 광학 이미지이다. 이러한 이미지는 프리즘에 직교하는 기판의 FA (및 기판 연신 방향)를 배향시키는 것으로 인한 SCM에 대한 효과를 도시한다. 프리즘 필름(1200 및 1300)의 프리즘 및 기판은 프리즘 방향에 대한 FA 방위를 제외하고는 모든 양태에서 유사하다. 두 경우 모두, 프리즘 필름이 수평인 상단 편광기 통과 방향에 대해 45 도에 있다. 분명한 것은, SCM 대역은 프리즘에 대해 직교하게 배향된 기판 FA를 갖는 프리즘 필름(1300)에서의 대비가 훨씬 저감된다는 점이다.
어떤 실시예는 기판 상에 배치되고 프리즘 방향을 따라 연장하는 복수의 선형 프리즘을 포함하는 휘도 향상 필름에 관심을 기울인다. 기판은 기판의 평면에서 서로 직교하는 방향으로의 주 굴절률 nx 및 ny를 가지며, nx는 ny보다 더 크다. 프리즘 방향은 nx에 대응하는 주 방향과의 각도를 이루고, 주 방향은 기판의 FA이다. 기판 쪽으로부터 필름에 들어가고 필름 내에서 이동하는 동안 서로 직교하는 편광 상태에 대해 실질적으로 동일한 위상 지연을 겪는 광선은 선형 프리즘에 의해 내부 전반사된다. 예를 들어, 프리즘 방향은 20 도 미만, 또는 15 도 미만, 또는 10 도 미만인 FA와의 각도를 이룰 수 있다. 어떤 경우에는, nx는 ny보다 0.02 이상만큼 더 클 수 있으며, 어떤 경우에는, nx는 ny보다 0.04 이상만큼 더 클 수 있다. 위상 지연 차이는 서로 직교하는 편광 상태에 대해 약 10 도 미만일 수 있다.
프리즘은 주조 및 경화 복제 방법에 의해 기판 FA에 대해 거의 직교하는 각도로 배향될 수 있으며, 프리즘을 성형하는 주형은 기판에 대해 원하는 각도로 배향된다. 이것은, FA가 본질적으로 기판의 긴 방향을 따르면(전형적으로, 필름이 주로 필름 폭을 가로질러 연신된 경우), 실질적으로 기판의 폭을 가로질러 이어지는 프리즘 특징부(prism features)를 갖는 원통형 주형을 활용함으로써 연속적 제조 공정으로 수행될 수 있다. 대안적으로, FA는 긴 치수를 따라 기판을 연신시킴으로써 폭을 가로질러 배향될 수 있으며, 그 후, 본질적으로 자신의 원주를 따라 이어지는 프리즘 특징부를 갖는 원통형 주형을 이용한 대략적으로 동일한 방향으로의 프리즘의 복제가 이루어진다.
예로서, 저감된 SCM을 갖는 프리즘 필름은 PET 기판 상으로의 UV 경화 수지의 미세 복제를 이용하여 생성되었고, 여기에서 생성되는 프리즘은 65 도 내지 90 도에 걸친 기판 FA에 대한 각도를 이루었다. 프리즘에 거의 평행한 FA를 갖는 별도의 필름 샘플이 또한 측정되었다 (프리즘은 대략적으로 0 도의 기판 FA에 대한 각도를 이루었음). 교차된 편광기들 사이의 필름의 코노스코픽 이미지가 얻어졌고, 이미지들의 x 및 y 색 좌표의 표준 편차가 계산되었다. 결과는 도 14에 도시되어 있고, 높은 FA에서의 x 및 y의 표준 편차가 현저하게 떨어짐을 나타낸다. FA에 대해 약 65 도 내지 약 90 도 배향된 프리즘을 갖는 필름을 위한 데이터(σx (시그마 엑스), σy (시그마 와이), 및 σSCM (쿼드 합))는 도 14의 타원(1410)으로 도시되어 있다. 프리즘에 대략 평행한 FA를 갖는 필름을 위한 데이터는 타원(1420)으로 도시되어 있다.
다른 한 예에서, 프리즘은 기판 FA에 대한 광범위한 범위의 각도에 걸쳐 50 μm 두께의 PET 기판 상에 복제되었고, 교차된 편광기들 사이의 프리즘 필름의 이미지는 x 및 y 색 좌표의 표준 편차를 계산하기 위해 이용되었다. 도 15에 도시된 결과는, FA가, 예를 들어, 약 75와 110 도 사이의 기판 FA에 대해 직교하는 범위 내에 있을 때 SCM의 저감을 확인해 준다. 하부 편광기가 없는 편광기 하에서의 프리즘 필름의 시각적 관측은, 용인 가능한 SCM 레벨을 나타낸다.
SP 각도는 일반적으로 기판 FA에 직교하는 방향을 따른다. FA가 실질적으로 프리즘 방향에 평행할 때, SP 각도에서의 광선은 축방향 시야 원추 내에서 프리즘에 의해 축방향을 향해 굴절되어 SCM이 관찰자에게 가시적이게 한다. FA에 대해 거의 직교하게 배향된 프리즘의 경우에, SP에 근사한 각도로 빠져나오는 광선은 내부 반사로 인해 프리즘을 통한 투과율을 저감시켰다.
프리즘에 의해 대부분 반사될 편각 및 방위각의 범위가 있다. 이 범위의 각 크기는 프리즘 굴절률 및 꼭지각의 함수이다. 도 16a 및 도 16b의 코노스코픽 플롯은 프리즘에 의해 대부분 반사될 것인 편각 및 방위각의 범위에 대응하는 이 영역을 90 도 꼭지각 및 제각기 1.5 및 1.6의 굴절률을 갖는 프리즘을 위한 어두운 대역으로서 도시한다. 플롯으로부터 분명하듯이, 더 높은 프리즘 굴절률은 반사 각도 범위를 넓혀서, FA를 위한 더 높은 방위각 공차를 제공하여 SCM을 저감시킨다.
향상된 SCM은 FA와 프리즘 방향 사이의 각도의 함수로서 시뮬레이팅되었다. 데이터(σx (시그마 엑스), σy (시그마 와이), 및 σSCM (쿼드 합))가 도 17 및 도 18에서 제각기 52μm 및 104μm의 기판 두께를 위한 dnxy = 0.035의 경우에 대해 도시되어 있다. 결과는 FA 각도에 대한 SCM의 측정된 종속성과 합리적으로 일치하고 있다. 동일한 dnxy를 갖는 더 얇은 기판은 더 큰 FA 각도를 요구하여 SCM을 현저히 저감시킨다.
항목 1. 휘도 향상 필름으로서,
복굴절 기판 상에 배치된 복수의 선형 프리즘을 포함하며, 기판 쪽으로부터 필름에 들어가고 선형 프리즘 쪽으로부터 필름을 빠져나오며 필름 내에서 이동하면서 서로 직교하는 편광 상태들에 대해 실질적으로 동일한 위상 지연을 겪는 광선이 기판에 대한 수직선으로부터 20 도를 초과하는 각도로 필름을 빠져나오게 하는, 휘도 향상 필름.
항목 2. 항목 1의 휘도 향상 필름으로서, 기판의 평면에서의 기판 복굴절은 0.02 이상인, 휘도 향상 필름.
항목 3. 항목 1의 휘도 향상 필름으로서, 기판의 평면에서의 기판 복굴절은 0.04 이상인, 휘도 향상 필름.
항목 4. 항목 1의 휘도 향상 필름으로서, 기판의 평면에서의 기판 복굴절은 0.06 이상인, 휘도 향상 필름.
항목 5. 항목 1의 휘도 향상 필름으로서, 기판의 평면에서의 기판 복굴절은 0.08 이상인, 휘도 향상 필름.
항목 6. 항목 1의 휘도 향상 필름으로서, 기판의 평면에서의 기판 복굴절은 0.1 이상인, 휘도 향상 필름.
항목 7. 항목 1의 휘도 향상 필름으로서, 기판은 PET를 포함하는, 휘도 향상 필름.
항목 8. 항목 1의 휘도 향상 필름으로서, 서로 직교하는 편광 상태들에 대한 위상 지연 사이의 차이는 약 10 도 미만인, 휘도 향상 필름.
항목 9. 항목 1의 휘도 향상 필름으로서, 선형 프리즘은 80 내지 110 도의 범위에 있는 피크 각도를 갖는, 휘도 향상 필름.
항목 10. 항목 1의 휘도 향상 필름으로서, 선형 프리즘은 85 내지 105 도의 범위에 있는 피크 각도를 갖는, 휘도 향상 필름.
항목 11. 항목 1의 휘도 향상 필름으로서, 선형 프리즘은 90 도 피크 각도를 갖는, 휘도 향상 필름.
항목 12. 휘도 향상 필름으로서,
기판 상에 배치되고 제1 방향을 따라 연장하는 복수의 선형 프리즘 - 기판은 기판의 평면에서 서로 직교하는 방향의 주 굴절률 nx 및 ny를 갖고, nx는 ny보다 더 큼 - 을 포함하고, 제1 방향은 nx에 대응하는 주 방향과 각도를 이루어, 기판 쪽으로부터 필름에 들어가고 필름 내에서 이동하는 동안 서로 직교하는 편광 상태들에 대해 실질적으로 동일한 위상 지연을 겪는 광선이 선형 프리즘에 의해 반사되게 하는, 휘도 향상 필름.
항목 13. 항목 12의 휘도 향상 필름으로서, 제1 방향은 nx에 대응하는 주 방향과 20 도 미만인 각도를 이루는, 휘도 향상 필름.
항목 14. 항목 12의 휘도 향상 필름으로서, 제1 방향은 nx에 대응하는 주 방향과 15 도 미만인 각도를 이루는, 휘도 향상 필름.
항목 15. 항목 12의 휘도 향상 필름으로서, 제1 방향은 nx에 대응하는 주 방향과 10 도 미만인 각도를 이루는, 휘도 향상 필름.
항목 16. 항목 12의 휘도 향상 필름으로서, nx는 ny보다 0.02 이상만큼 더 큰, 휘도 향상 필름.
항목 17. 휘도 향상 필름으로서,
기판 상에 배치되고 제1 방향을 따라 연장하는 복수의 선형 프리즘 - 기판은 기판의 평면에서 서로 직교하는 방향의 주 굴절률 nx 및 ny를 갖고, nx는 ny보다 0.04 이상만큼 더 큼 - 을 포함하고, 제1 방향은 nx에 대응하는 주 방향과 각도를 이루어, 기판 쪽으로부터 필름에 들어가고 필름 내에서 이동하는 동안 서로 직교하는 편광 상태들에 대해 10 도 미만의 위상 지연 차이을 겪는 광선이 선형 프리즘에 의해 반사되게 하는, 휘도 향상 필름.
본 발명의 다양한 실시예들의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 이는 모두 망라하거나 본 발명을 개시된 정확한 형태로 한정하려고 의도한 것이 아니다. 상기 교시에 비추어 많은 변경예 및 변형예가 가능하다. 본 발명의 범위는 이러한 상세한 설명에 의해 한정되지 않고 오히려 본 명세서에 첨부된 청구의 범위에 의해 한정되도록 의도된다.

Claims (8)

  1. 휘도 향상 필름(brightness enhancement film)으로서,
    복굴절 기판 상에 배치된 복수의 선형 프리즘을 포함하며, 기판 쪽(substrate side)으로부터 필름에 들어가고 선형 프리즘 쪽으로부터 필름을 빠져나오며 필름 내에서 이동하면서 서로 직교하는 편광 상태들에 대해 실질적으로 동일한 위상 지연(phase retardation)을 겪는 광선이 기판에 대한 수직선으로부터 20 도를 초과하는 각도로 필름을 빠져나오게 하는, 휘도 향상 필름.
  2. 제1항에 있어서, 기판의 평면에서의 기판 복굴절은 0.02 이상인, 휘도 향상 필름.
  3. 제1항에 있어서, 서로 직교하는 편광 상태들에 대한 위상 지연 사이의 차이는 약 10 도 미만인, 휘도 향상 필름.
  4. 제1항에 있어서, 선형 프리즘은 80 내지 110 도의 범위에 있는 피크 각도(peak angle)를 갖는, 휘도 향상 필름.
  5. 휘도 향상 필름으로서,
    기판 상에 배치되고 제1 방향을 따라 연장하는 복수의 선형 프리즘 - 기판은 기판의 평면에서 서로 직교하는 방향의 주 굴절률 nx 및 ny를 갖고, nx는 ny보다 더 큼 - 을 포함하고, 제1 방향은 nx에 대응하는 주 방향과 각도를 이루어, 기판 쪽으로부터 필름에 들어가고 필름 내에서 이동하는 동안 서로 직교하는 편광 상태들에 대해 실질적으로 동일한 위상 지연을 겪는 광선이 선형 프리즘에 의해 반사되게 하는, 휘도 향상 필름.
  6. 제5항에 있어서, 제1 방향은 nx에 대응하는 주 방향과 20 도 미만인 각도를 이루는, 휘도 향상 필름.
  7. 제5항에 있어서, nx는 ny보다 0.02 이상만큼 더 큰, 휘도 향상 필름.
  8. 휘도 향상 필름으로서,
    기판 상에 배치되고 제1 방향을 따라 연장하는 복수의 선형 프리즘 - 기판은 기판의 평면에서 서로 직교하는 방향의 주 굴절률 nx 및 ny를 갖고, nx는 ny보다 0.04 이상만큼 더 큼 - 을 포함하고, 제1 방향은 nx에 대응하는 주 방향과 각도를 이루어, 기판 쪽으로부터 필름에 들어가고 필름 내에서 이동하는 동안 서로 직교하는 편광 상태들에 대해 10 도 미만의 위상 지연 차이를 겪는 광선이 선형 프리즘에 의해 반사되게 하는, 휘도 향상 필름.
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