KR20150002820A - 사실상 비-이미징의 매립된 확산기를 갖는 휘도 향상 필름 - Google Patents

Abstract

광학 디스플레이, 백라이트 등에 사용하기 위한 미세복제된 광학 필름(919)은 기판(920)에 의해 담지된 프리즘 층(950)을 포함한다. 사용시에, 이 광학 필름이 확장형 광원(902)과 편광기(904) 사이에 위치되도록 이 광학 필름은 다른 구성요소들과 시스템 내에 조합될 수 있다. 그러한 경우에, 기판이 상당한 복굴절을 가진다면, 기판 색 무라(SCM)로서 알려진 미약하지만 특징적인 유색 패턴이 이러한 시스템의 사용자에 의해 검출될 수 있다. 광학 필름의 휘도 향상 능력에 불리한 영향을 거의 또는 전혀 갖지 않고서도 SCM을 감소시키거나 제거하기 위하여, 광학 필름은 기판과 프리즘 층 사이에 매립된 구조화된 표면(933)을 포함할 수 있다. 스파클로서 알려진 다른 광학 아티팩트를 피하기 위하여, 매립된 구조화된 표면의 80% 이상이 바람직하게는 디포커싱 렌즈렛들 또는 랜덤한 평면 소면들과 같은 특징부들에 의해 점유된다.

Description

사실상 비-이미징의 매립된 확산기를 갖는 휘도 향상 필름{Brightness Enhancement Film With Substantially Non-Imaging Embedded Diffuser}

본 발명은 대체로 미세복제된 광학 필름, 및 디스플레이에서 휘도 향상 목적에 사용될 수 있는 그러한 필름에 대한 특정 응용에 관한 것이다.

액정 디스플레이(LCD) 시스템과 같은 디스플레이 시스템은 각종 응용 및 구매가능한 장치, 예컨대 컴퓨터 모니터, PDA(personal digital assistant), 휴대폰, 소형 음악 플레이어, 및 박형 LCD 텔레비전 등에서 사용된다. 대부분의 LCD는 액정 패널 및 액정 패널을 조명하는 대면적 광원 - 종종 백라이트라고 함 - 을 포함한다. 백라이트는 전형적으로 하나 이상의 램프 및, 예를 들어 도광체, 미러 필름, 광 방향전환 필름(휘도 향상 필름을 포함함), 지연 필름, 편광 필름, 및 확산 필름과 같은 다수의 광 관리 필름을 포함한다. 확산 필름은 전형적으로 광학 결함을 숨기고 백라이트에 의해 방출된 광의 휘도 균일성을 개선시키기 위해 포함된다.

휘도 향상 목적에 사용되는 미세복제된 광학 필름은 전형적으로 기판에 의해 담지된 프리즘 층을 포함한다. 그러한 필름이 광학 디스플레이, 백라이트, 또는 유사한 시스템에서 사용되는 경우, 이 광학 필름이 확장형 광원과 편광기 사이에 위치되도록 다른 구성요소들과 조합될 수 있다. 그러한 경우에, 기판이 상당한 복굴절을 가진다면, 기판 색 무라(substrate color mura, SCM)로서 알려진 미약하지만 특징적인 유색 패턴이 이러한 시스템의 사용자에 의해 검출될 수 있다. 광학 필름의 휘도 향상 능력에 불리한 영향을 거의 또는 전혀 갖지 않고서도 SCM을 감소시키거나 제거하기 위하여, 광학 필름은 기판과 프리즘 층 사이에 매립된 구조화된 표면을 포함할 수 있다. 더욱이, 스파클(sparkle)로서 알려진 다른 광학 아티팩트(optical artifact)를 피하기 위하여, 매립된 구조화된 표면의 80% 이상이 바람직하게는 디포커싱 렌즈렛(defocusing lenslet)들 또는 랜덤하게 배향된 평면 소면(facet)들과 같은 특징부들에 의해 점유된다.

본 발명자들은 사실상 감소된 SCM을 나타내고 스파클을 거의 또는 전혀 나타내지 않도록 구성된 미세복제된 광학 필름들의 부류를 개발하였다. 그러한 감소는, 적합한 설계의 매립된 구조화된 표면을 광학 필름에 제공함으로써, 광학 필름의 휘도 향상 능력에 불리한 영향을 거의 또는 전혀 갖지 않고서도 가능하다. 일부 경우에는, 매립된 구조화된 표면의 사실상의 대부분, 예를 들어 80% 이상이 디포커싱 렌즈렛들 또는 랜덤하게 배향된 평면 소면들과 같은 비-이미징 특징부들에 의해 점유된다.

본 출원은 특히, 복굴절성 기판, 기판에 의해 담지된 프리즘 층, 및 기판과 프리즘 층 사이에 배치된 매립된 구조화된 표면을 포함하는 광학 필름을 개시한다. 프리즘 층은 동일한 제1 방향을 따라 연장되는 복수의 나란한 선형 프리즘들을 포함하는 주 표면을 갖는다. 매립된 구조화된 표면은 복수의 디포커싱 렌즈렛들을 포함할 수 있으며, 디포커싱 렌즈렛들은 매립된 구조화된 표면의 80% 이상을 커버한다.

이들 프리즘은 횡단면에서 동일한 배향을 가질 수 있다. 프리즘들은 피치 P를 가질 수 있고, 각각의 렌즈렛은 원 상당경(equivalent circular diameter) ECD를 가질 수 있으며, 복수의 렌즈렛들은 평균 원 상당경 ECD_avg를 갖고, ECD_avg는 P보다 클 수 있다. 매립된 구조화된 표면은 굴절률이 0.05 이상 상이한 2개의 광학 매질들을 분리할 수 있다. 매립된 구조화된 표면은 프리즘 층과 매립된 층 사이의 계면일 수 있으며, 매립된 층은 기판과 프리즘 층 사이에 배치된다. 프리즘 층의 굴절률이 매립된 층의 굴절률보다 0.05 이상 클 수 있으며, 디포커싱 렌즈렛들 각각은 프리즘 층으로부터 멀어지는 쪽으로 만곡될 수 있다.

매립된 구조화된 표면은 제1 매립된 층과 제2 매립된 층 사이의 계면일 수 있으며, 제1 매립된 층과 제2 매립된 층은 기판과 프리즘 층 사이에 배치될 수 있다. 제1 매립된 층의 굴절률은 제2 매립된 층의 굴절률과 0.05 이상 상이할 수 있다.

매립된 구조화된 표면은 광학 필름이 1.5 이상, 또는 1.6 이상의 유효 투과율(ET)을 나타내도록 구성될 수 있다. 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 필름일 수 있다. 기판은 공기에 노출된 주 표면을 포함할 수 있으며, 기판의 주 표면은 비평활할 수 있다.

본 출원은 또한, 복굴절성 기판, 기판에 의해 담지된 프리즘 층, 및 기판과 프리즘 층 사이에 배치된 매립된 구조화된 표면을 포함하는 광학 필름을 개시한다. 프리즘 층은 동일한 제1 방향을 따라 연장되는 복수의 나란한 선형 프리즘들을 포함하는 주 표면을 갖는다. 매립된 구조화된 표면은 복수의 랜덤하게 배향된 사실상 평면인 소면들을 포함할 수 있으며, 이들 소면은 매립된 구조화된 표면의 80% 이상을 커버한다. 이들 프리즘은 횡단면에서 동일한 배향을 가질 수 있다.

매립된 구조화된 표면은 굴절률이 0.05 이상 상이한 2개의 광학 매질들을 분리할 수 있다. 매립된 구조화된 표면은 프리즘 층과 매립된 층 사이의 계면일 수 있으며, 매립된 층은 기판과 프리즘 층 사이에 배치된다. 프리즘 층의 굴절률이 매립된 층의 굴절률보다 0.05 이상 클 수 있다. 매립된 구조화된 표면은 제1 매립된 층과 제2 매립된 층 사이의 계면일 수 있으며, 제1 매립된 층과 제2 매립된 층은 기판과 프리즘 층 사이에 배치된다. 제1 매립된 층의 굴절률은 제2 매립된 층의 굴절률과 0.05 이상 상이할 수 있다.

매립된 구조화된 표면은 광학 필름이 1.5 이상, 또는 1.6 이상의 유효 투과율을 나타내도록 구성될 수 있다. 기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 필름일 수 있다. 기판은 공기에 노출된 주 표면을 포함할 수 있으며, 기판의 주 표면은 비평활할 수 있다.

관련 방법, 시스템, 및 물품이 또한 논의된다. 예를 들어, 개시된 필름을 포함하는 백라이트 및 디스플레이가 또한 개시된다.

본 출원의 이들 태양 및 다른 태양이 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 어떠한 경우에도 상기의 개요는 청구된 기술적 요지를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 그 기술적 요지는 절차를 수행하는 동안 보정될 수도 있는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정된다.

<도 1>
도 1은 복굴절성 기판을 갖는 미세복제된 광학 필름을 포함하는 광학 시스템의 측면 또는 단면 개략도이며, 이 광학 시스템은 기판 색 무라(SCM)로서 알려진 지향성 유색 패턴 또는 아티팩트를 생성한다.
<도 2>
도 2는 선형 프리즘들의 어레이를 갖는 미세복제된 광학 필름의 개략 사시도이며, 이 도면은 사용될 수 있는 다양한 프리즘 구성을 보여준다.
<도 3>
도 3은 도 1과 유사할 수 있는 광학 시스템의 측면 또는 단면 개략도이지만, 여기서는 기판 색 무라의 가시성을 사실상 증가시키기 위해 후방 편광기가 추가된다.
<도 3a>
도 3a는 도 3의 광학 시스템 내의 필름들 및 구성요소들의 관련 축들을 상면도 또는 평면도로 도시한 개략도이다.
<도 4>
도 4는 그레이스케일로 나타낸 향상된 SCM 패턴의 코노스코프 이미지(conoscopic image)이다.
<도 5>
도 5는 그레이스케일로 나타낸 다른 향상된 SCM 패턴의 코노스코프 이미지이다.
<도 5a 및 도 5b>
도 5a 및 도 5b는 시뮬레이션된 향상된 SCM 패턴을 구성하는 CIE 색 성분들의 시뮬레이션된 코노스코프 이미지이며, 여기서 도 5a는 CIE x 색 성분을 도시하고, 도 5b는 CIE y 색 성분을 도시한다.
<도 6>
도 6은 도 3과 유사한 광학 시스템의 측면 또는 단면 개략도이지만, 여기서는 프리즘 층과 복굴절성 기판이 서로 이격되어 나타나 있으며, 기판의 상부 주 표면이 표면 확산 또는 헤이즈(haze)를 제공하도록 구조화되어 있다.
<도 6a>
도 6a는 도 6의 복굴절성 기판을 보다 상세히 도시한 측면 또는 단면 개략도이다.
<도 6b>
도 6b는 가우시안 표면각 분포를 나타낸 그래프이며, 도 6의 광학 시스템의 시뮬레이션에서 복굴절성 기판의 구조화된 표면에 대해 이 분포를 가정하였다.
<도 7a 내지 도 7e>
도 7a 내지 도 7e는, 구조화된 표면의 상이한 양의 표면 가변성 및 이에 따른 상이한 양의 헤이즈에 대한, 도 6의 광학 시스템에 의해 생성된 향상된 SCM 패턴의 CIE x 색 성분의 시뮬레이션된 코노스코프 이미지이며, 여기서 도 7a는 제로 헤이즈에 상응하고, 도 7b는 1% 헤이즈에 상응하고, 도 7c는 1.8% 헤이즈에 상응하고, 도 7d는 2.7% 헤이즈에 상응하고, 도 7e는 6.2% 헤이즈에 상응한다.
<도 8>
도 8은, 프리즘 어레이의 2개의 상이한 배향에 대하여, 도 6의 광학 시스템에 대한 헤이즈의 함수로서의 컴퓨팅된 SCM 가시성의 그래프이다.
<도 9>
도 9는 도 6과 유사한 광학 시스템의 측면 또는 단면 개략도이지만, 여기서는 광학 필름의 구성요소들이 더 이상 에어 갭(air gap)에 의해 분리되지 않고 추가 층을 사용하여 단일 필름으로 함께 결합되며, 구조화된 표면이 광학 필름 내에 매립된다.
<도 9a>
도 9a는 도 9의 광학 필름을 보다 상세히 도시한 측면 또는 단면 개략도이다.
<도 10>
도 10은 도 9의 광학 시스템에 대한 헤이즈의 함수로서의 컴퓨팅된 SCM 가시성의 그래프이다.
<도 11>
도 11은 도 10의 결과에 기초한, SCM 패턴을 사실상 감소시키기 위해 얼마나 많은 표면 가변성이 필요한지를 도시한 그래프이며, 매립된 구조화된 표면을 가로지르는 굴절률 차이의 함수로서, 공기 헤이즈 역치로 표현된다.
<도 12>
도 12는 도 9a와 같은 미세복제된 광학 필름의 축상 휘도를 측정하기 위한 광학 시스템의 측면 또는 단면 개략도이다.
<도 13>
도 13은 시뮬레이션 결과에 기초한, 공기 헤이즈 역치로 표현된 매립된 구조화된 표면의 표면 가변성의 함수로서의 도 9a와 같은 광학 필름의 계산된 게인(gain) 또는 유효 투과율의 그래프이다.
<도 14>
도 14는 시뮬레이션 결과에 기초한, 도 13과 유사한 그래프이지만, 여기서는 광학 필름의 후방 또는 배면에서의 노출된 주 표면이 평활하고 평면이라기보다는 무광택 마무리를 갖는 것으로 가정하였다.
<도 15>
도 15는 패턴화된 주 표면을 갖는 제2 필름, 층, 또는 물체의 상부에 또는 이에 인접하게 배치된 미세복제된 광학 필름을 포함하는 필름 스택의 측면 또는 단면 개략도이며, 이러한 배열은 "스파클"로 알려진 광학 현상 또는 아티팩트를 나타내기가 쉽다.
<도 16a 및 도 16b>
도 16a 및 도 16b는 도 15의 미세복제된 광학 필름에서의 매립된 파형을 이루는(undulating) 구조화된 표면의 일부분의 측면 또는 단면 개략도이며, 이는 구조화된 표면의 경계를 이루는 광학 매질들 중 어떤 것이 더 큰 굴절률을 갖는지에 따라, 어떻게 구조화된 표면의 상이한 부분들이 포커싱 또는 이미징 특성을 갖는지를 도시한다.
<도 17>
도 17은 매립된 구조화된 표면을 갖는 미세복제된 광학 필름의 측면 또는 단면 개략도이며, 여기서 구조화된 표면은, 스파클 아티팩트를 피하면서, 여전히 SCM 가시성을 사실상 감소시키도록 충분히 광을 산란 또는 확산시키기 위해 포커싱 또는 이미징 특성을 거의 또는 전혀 갖지 않도록 구성된다.
<도 18>
도 18은 복수의 조밀하게 패킹된 렌즈렛(closely packed lenslet)들을 갖는 구조화된 표면의 상면 또는 평면 개략도이다.
<도 19>
도 19는 복수의 조밀하게 패킹된 렌즈렛들을 갖는 구조화된 표면의 현미경 사진이다.
<도 20>
도 20은 복수의 조밀하게 패킹된 렌즈렛들을 갖는 다른 구조화된 표면의 현미경 사진이다.
<도 21>
도 21은 복수의 랜덤하게 배향된 편평한 소면들을 갖는 구조화된 표면의 현미경 사진이며, 도 21a는 이 구조화된 표면의 확대도이다.
<도 22a 및 도 22b>
도 22a 및 도 22b는, 도 19, 도 20 및 도 21에 도시된 구조화면 표면에 대하여, 각각 평면내 x축을 따라 그리고 평면내 y축을 따라 측정된 표면각 분포를 나타낸 그래프이다.
<도 23>
도 23은 제작되고 시험된 예시적인 미세복제된 광학 필름들의 결과를 나타낸 표이다.
도면들에 있어서, 유사한 도면 부호는 유사한 요소를 지시한다.

도 1에서, 광학 시스템(110)은 백색 광을 방출하는 확장된 출력 표면을 갖는 평면 도광체와 같은 확장형 광원(102)과 편광기(104) 사이에 배치된 미세복제된 광학 필름(119)을 포함한다. 광학 시스템(110)은 광학 디스플레이, 백라이트, 또는 유사한 시스템일 수 있으며, 이는 이 도면에 도시되지 않은 다른 구성요소들, 예컨대 액정 패널 및 추가 편광기, 확산기, 지연기, 및/또는 다른 광학 필름들 또는 구성요소들을 포함할 수 있다. 본 발명의 설명을 위하여, 본 발명자들은 설명 용이성 때문에 그러한 다른 구성요소들을 무시한다. 광학 필름(119) - 이는 전방 주 표면(119a) 및 후방 또는 배면 주 표면(119b)을 가짐 - 은 프리즘 층(150)을 담지하는 기판(120)으로 구성되는 것으로 도시되어 있지만, 다른 층 구성이 또한 사용될 수 있다. 기판(120)은, 하나 이상의 중간 층들이 기판을 프리즘 층에 물리적으로 연결시키는 경우에도, 프리즘 층(150)을 담지한다고 할 수 있다. 프리즘 층(150)은 미세패턴화된 툴을 사용하여 중합체 조성물을 중합체 필름 기판(120) 상에 캐스팅하고 경화시킴으로써 제조될 수 있다. 이 툴은 프리즘 층(150)의 제1 주 표면(150a) - 이는 필름(119)의 전방 주 표면(119a)과 일치함 - 이 그 툴의 미세구조화된 레플리카(replica)가 되도록, 선형 프리즘들의 어레이를 형성하는 별개의 면(face)들 또는 소면들로 구성된다. 캐스팅 및 경화 이외에도, 미세구조화된 표면(150a)을 형성하기 위해 다른 공지된 제조 기술, 예컨대 엠보싱, 에칭, 및/또는 다른 공지된 기술이 또한 사용될 수 있다. 프리즘 층(150)의 제2 주 표면(150b)은 기판(120)의 제1 주 표면(120a)과 일치한다. 기판(120)의 제2 주 표면(120b)은 필름(119)의 후방 주 표면(119b)과 일치한다.

x-y-z 직교 좌표계가 참고 목적으로 도면에 포함되어 있다. 필름(119)은 x-y 평면에 대체로 평행하게 연장되며, 시스템(110)의 광학 축은 z축에 상응할 수 있다. 구조화된 표면의 각각의 프리즘은, 적어도 평면도에서, y축에 평행한 대체로 직선인 방향으로 연장된다. 선형 프리즘들의 어레이는, 필름(119)을 갖지 않는 동일한 시스템과 비교하여, 이 시스템의 축상 휘도 또는 루미넌스(luminance)가 증가되는 방식으로 광을 굴절시킨다.

프리즘 층(150)을 담지하는 기판(120)은 복굴절성이다. 복굴절은 의도적인 설계 특징일 수 있거나, 이는 비의도적일 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로부터 제조된 필름은 광학 필름 응용에 사용하기에 바람직한 기계적 및 광학적 특성을 갖도록 경제적으로 제조될 수 있지만, PET로부터 제조된 필름은 무시할 수 없는 양의 복굴절을 나타낼 수 있다. 복굴절은 사실상 공간적으로 균일할 수 있으며, 즉 기판 내의 한 위치에서의 복굴절은 기판 내의 다른 위치에서의 복굴절과 사실상 동일할 수 있다. 복굴절은 전형적으로 적어도 평면내 복굴절에 의해 특징지어진다. 즉, 기판이 x축, y축, 및 z축을 따라 편광된 광에 대해 각각 굴절률 nx, ny, nz를 가진다면, 이때에는 평면내 굴절률 nx와 ny 사이에 상당한 차이가 존재한다. x 방향 및 y 방향은, 예를 들어 중합체 필름의 크로스-웨브 및 다운-웨브 방향에 상응할 수 있다. nx - ny의 크기는 전형적으로 0.01, 또는 0.02, 또는 0.03 이상일 수 있다. 특정 굴절률 차이가 유의한지에 대한 질문은 기판의 두께에 좌우될 수 있다: 작은 굴절률 차이는 얇은 기판의 경우 무시할 수 있지만, 더 두꺼운 기판에 대해서는 유의할 수 있다.

이 도면에는, 임의적인 광선(103)이 광원(102)으로부터 관찰자(101)에게로 이동하는 것으로 도시되어 있다. 이 광선을 추적하면, 그것이 주 표면(120b)(119b)에서 굴절되고, 기판(120)을 통해 전파되어, 주 표면(120a)(150b)에서 다시 굴절되고, 프리즘 층(150)을 통해 전파되어, 주 표면(150a)(119a)에서 다시 굴절되고, 편광기(104)로 이동하고, 광선의 한 편광 성분이 편광기를 통과하여 관찰자(101)에게로 이동한다는 것을 알 수 있다. 광선(103)은, 그것이 광원(102)을 떠남에 따라 그리고 그것이 필름(119)에 부딪치기 전에는 비편광된 것으로 가정된다. 그것이 주 표면(120b)에서 공기/기판 계면에 부딪칠 때, 그것은 부분 편광되게 되는데, 그 이유는 입사각 및 기판의 굴절률에 따라, 직교하는 s- 및 p- 편광 상태가 일반적으로 상이하게 투과되기 (그리고 반사되기) 때문이다. 반사된 광 성분들은 설명 용이성 때문에 도 1에 도시되어 있지 않다. 광선(103)이 기판(120)을 통한 그의 경로를 시작함에 따라 일어나는 부분 편광을 나타내기 위하여, 양방향 화살표가 표면(120b) 부근에서 광선(103) 상에 중첩되어 있다. 광선(103)이 기판(120)을 통해 표면(120a)을 향해 전파됨에 따라, 그의 부분 편광 상태는 일반적으로 기판(120)의 복굴절로 인해 변화된다. 편광 상태에서의 이러한 변화는 기판의 복굴절의 양(및 두께)뿐만 아니라 광선의 전파각 및 광선의 파장에도 좌우된다. 변화된 편광 상태가 표면(120a) 부근에서 광선(103) 상에 중첩된 작은 타원으로 이 도면에 도시되어 있다. 이어서, 그의 변경된 편광 상태를 갖는 광선이 프리즘 층(150)에 의해 굴절되고, 편광기(104)의 통과축과 정렬된 편광 성분이 편광기(104)를 통과하여 관찰자(101)에 도달한다.

상기 언급된 바와 같이, 기판(120) 내에서 일어나는 편광 상태의 변화는 광의 파장에 좌우된다. 이는 기판 재료가 전혀 분산을 나타내지 않더라도 그렇다. 그 결과로서, 시스템(110)을 통해 동일하거나 거의 동일한 경로, 예컨대 광선(103)에 의해 그려진 경로를 따르는 상이한 파장의 광선은 일반적으로 상이한 상대량으로 관찰자(101)에게 전달될 것이다. 이러한 상대량은 광선의 전파 방향에 좌우될 것이며, 본 발명자들은 광원(102)이 상당한 각도 범위에 걸쳐, 예를 들어 램버시안 분포(Lambertian distribution)로 또는 다른 적합한 각도 분포로 광을 방출한 결과로서, 일정 범위 또는 원추형의 전파 방향들이 존재할 것으로 가정한다. 파장의 함수 및 전파 방향의 함수 둘 모두의 함수로서의 상이한 상대 투과율은 일정 범위 또는 원추형의 전파 방향들에 걸쳐 그리고 일정 범위의 파장들에 걸쳐, 예컨대 청색에서 적색까지의 가시 파장 밴드에 걸쳐 광을 지각하는 관찰자(101)가 본 명세서에서 기판 색 무라(SCM)로 지칭되는 유색 이미지 또는 패턴을 관찰하는 결과를 가져온다. 기판(120) 및 프리즘 층(150)의 관련 설계 특성이 사실상 공간적으로 균일하다면, 즉 이들이 필름 상의 한 장소 또는 영역으로부터 다른 장소 또는 영역에 이르기까지 사실상 변화하지 않는다면, SCM 패턴은 관찰자(101)의 관점에서 보면 공간 내에서 고정되지 않을 것이다. 오히려, 관찰자가, 광학 필름(119)에 대해, 예를 들어 x축 및/또는 y축을 따라 위치를 이동함에 따라, SCM 패턴은 관찰자(101)와 일치되어 동일량을 이동하는 것으로 보일 것이다. 달리 말하면, 관찰자가 고정된 관찰 위치 및 시야각을 유지하지만, 필름이 x 방향 또는 y 방향을 따라 병진이동되는 경우, 필름의 광학 특성이 병진이동에 무관하다면 그 패턴은 안정될 것이다.

도 1에 도시된 구성요소들을 포함하는 많은 실제적인 실시 형태에서, SCM 패턴은 관찰자가 잘 훈련되고/되거나 SCM을 특별히 찾지 않는 한 상대적으로 미약하고 쉽게 간과된다. SCM 패턴이 미약한 한 가지 이유는 공기/기판 계면(120b)에서 제공되는 부분 편광이 전형적으로 편광기(104)에 의해 제공되는 편광보다 훨씬 더 약하다는 것이다.

SCM 패턴에 대해 추가로 논의하기 전에, 도 2로 돌아가서, 개시된 광학 필름에서 사용될 수 있는 다양한 유형의 프리즘들 및 프리즘 어레이들 중 일부에 대한 이해를 읽는 사람에게 제공한다.

도 1 및 하기의 다른 도면에서의 프리즘은 공칭상 동일한 기하학적 형태 - 이에는 높이, 폭, 및 정각(apex angle)이 포함됨 - 를 갖는 것으로 도시되어 있다. 이는 주로 설명의 간소함 때문이다. 일반적으로, 달리 언급되지 않는 한, 프리즘 층의 프리즘들은 도 2에 의해 제시된 바와 같이, 매우 다양한 구성들 중 임의의 것을 가질 수 있다.

도 2에는, 디스플레이, 백라이트, 또는 다른 시스템에서 휘도 향상 필름으로서 기능할 수 있는 미세복제된 광학 필름(219)이 도시되어 있다. 광학 필름(219)은 휘도를 개선시키기 위한 선형 프리즘들 또는 미세구조체들(251)의 어레이를 포함한다. 광학 필름(219)은 y 방향을 따라 연장되는 복수의 미세구조체들 또는 선형 프리즘들(251)을 포함하는 제1 주 또는 구조화된 표면(219a)을 포함한다. 필름(219)은 제1 주 또는 구조화된 표면(219a)의 반대쪽에 있는 제2 주 표면(219b)을 포함한다.

필름(219)은 제1 주 표면(220a) 및 대향하는 제2 주 표면(220b) - 이는 주 표면(219b)과 일치함 - 을 포함하는 기판 층(220)을 포함한다. 광학 필름(219)은 기판 층(220)에 의해 담지된 프리즘 층(250)을 포함한다. 프리즘 층(250)은 기판 층의 주 표면(220a) 상에 배치되며, 이때 이 표면(220a)은 층(250)의 주 표면(250b)과 일치하며, 층(250)은 또한 다른 주 표면(250a)을 포함하는데, 이때 표면(250a)은 필름(219)의 주 표면(219a)과 일치한다.

광학 필름(219)은 2개의 층, 즉 기판 층(220) - 이는 본 설명을 위하여 복굴절성인 것으로 가정됨 -, 및 프리즘 층(250)을 포함한다. 일반적으로, 광학 필름(219)은 하나 이상의 층들을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 광학 필름(219)은 각각의 제1 및 제2 주 표면(219a, 219b)을 포함하는 단일 층만을 가질 수 있다. 다른 예로서, 일부 경우에, 광학 필름(219)은 많은 층들을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 기판(220)은 다수의 별개의 층들로 구성될 수 있다. 광학 필름이 다수의 층들을 포함하는 경우, 이러한 구성 층들은 전형적으로 서로 동연적(coextensive)이며, 인접한 구성 층들의 각각의 쌍은 유형체의(tangible) 광학 재료를 포함하고, 서로 완전히 일치하거나 그들 각각의 표면적의 적어도 80% 초과, 또는 90% 이상 서로 물리적으로 접촉하는 주 표면들을 갖는다.

프리즘들(251)은 광학 필름(219)의 주 표면(219b) 상에 입사되는 광을, 원하는 방향을 따라, 예컨대 양의 z 방향을 따라 방향전환시키도록 설계될 수 있다. 예시적인 광학 필름(219)에서, 프리즘들(251)은 선형 프리즘 구조체들이다. 일반적으로, 프리즘들(251)은, 예를 들어 입사광의 일부분을 굴절시키고 입사광의 다른 일부분을 재순환시킴으로써, 광을 방향전환시킬 수 있는 임의의 유형의 프리즘들 또는 프리즘-유사 미세구조체들일 수 있다. 예를 들어, 프리즘들(251)의 단면 프로파일은 곡선형 및/또는 단편적으로(piece-wise) 선형인 부분이거나 이를 포함할 수 있다.

각각의 프리즘들(251)은 정각(252) 및 예컨대 주 표면(250b)과 같은, 공통 기준 평면으로부터 측정된 높이를 포함한다. 개별 프리즘들(251a, 251b, 251c 등)은 높이(253a, 253b, 253c, ..., 253e 등)를 갖는 것으로 도시되어 있다. 일부 경우에, 예를 들어 광학 커플링 또는 웨트-아웃(wet-out)을 감소시키고/감소시키거나 광 방향전환 광학 필름의 내구성을 개선시키는 것이 바람직한 경우에, 주어진 프리즘(251)의 높이는 y 방향을 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 선형 프리즘(251a)의 프리즘 높이는 y 방향을 따라 변한다. 그러한 경우에, 프리즘(251a)은 y 방향을 따라 변하는 국소 높이(253a)를 가지며, 이 변하는 높이는 최대 높이 및 평균 높이를 한정한다. 일부 경우에, 프리즘, 예컨대 선형 프리즘(251c)은 y 방향을 따라 일정 높이를 갖는다. 그러한 경우에, 이 프리즘은 일정 국소 높이(253c)를 갖는데, 이 높이는 프리즘의 최대 높이 및 평균 높이와 동일하다.

일부 경우에, 예컨대 광학 커플링 또는 웨트-아웃을 감소시키는 것이 바람직한 경우에, 선형 프리즘들 중 일부는 더 짧고 일부는 더 길다. 예를 들어, 선형 프리즘(251c)의 높이(253c)는 선형 프리즘(251b)의 높이(253b)보다 더 작다.

각각의 프리즘의 정각 또는 이면각(dihedral angle)(252)은 하나의 응용에서 바람직할 수 있는 임의의 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 정각(252)은 약 70도 내지 약 110도, 또는 약 80도 내지 약 100도, 또는 약 85도 내지 약 95도의 범위일 수 있다. 일부 경우에, 프리즘들(251)은, 예를 들어 약 88 또는 89도 내지 약 92 또는 91도의 범위, 예컨대 90도일 수 있는 동일한 정각을 갖는다.

프리즘 층(250)은 임의의 적합한 광투과성 재료로 구성될 수 있으며, 임의의 적합한 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 프리즘 층은 굴절률이 약 1.4 내지 약 1.8, 또는 약 1.5 내지 약 1.8, 또는 약 1.5 내지 약 1.7의 범위일 수 있다. 일부 경우에, 프리즘 층은 굴절률이 약 1.5 이상, 또는 약 1.55 이상, 또는 약 1.6 이상, 또는 약 1.65 이상, 또는 약 1.7 이상일 수 있다. 프리즘 층은 전체적으로 또는 부분적으로 복굴절성일 수 있고, 이는 전체적으로 또는 부분적으로 (사실상) 등방성일 수 있다.

대부분의 경우에, 예컨대 광학 필름(219)이 액정 디스플레이 시스템에서 사용되는 경우에, 광학 필름(219)은 광학 필름(219)을 갖지 않는 동일한 디스플레이와 비교할 때, 디스플레이의 축상 휘도, 즉 z축을 따라 측정된 바와 같은 휘도를 증가시킨다. 축방향 루미넌스의 개선을 정량화하려는 목적으로, 광학 필름(219)은 1보다 큰 "유효 투과율", 또는 상대 "게인"을 갖는다고 한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "유효 투과율"("ET")은, 광원이 80% 초과의 확산 반사율을 갖는 램버시안 또는 램버시안 근사 광원인 경우, 정위치에 그 필름을 갖는 경우의 축상 루미넌스 대 정위치에 그 필름을 갖지 않는 디스플레이 시스템의 축상 루미넌스의 비를 지칭한다.

광학 필름의 ET는 중공 램버시안 라이트 박스, 선형 광 흡수 편광기, 및 라이트 박스의 광학 축 상의 중심에 놓인 광검출기를 포함하는 광학 시스템을 사용하여 측정될 수 있다. 중공 라이트 박스는 광학 섬유를 거쳐 라이트 박스의 내부에 연결된 안정화된 광대역 광원에 의해 조명될 수 있으며, 라이트 박스의 방출 또는 출구 표면으로부터 방출된 광은 램버시안 루미넌스 분포를 가질 수 있다. ET를 측정하고자 하는 광학 필름 또는 다른 시험 샘플은 라이트 박스와 흡수 선형 편광기 사이의 위치에 놓여진다. 광학 필름이 시스템 내에 존재하는 상태에서의 광검출기 출력을 시스템에 광학 필름이 부재하는 상태에서의 광검출기 출력으로 나누면 광학 필름에 대한 ET가 산출된다.

ET를 측정하는 데 사용하기에 적합한 광검출기는 미국 캘리포니아주 채스워스 소재의 포토 리서치, 인크.(Photo Research, Inc.)로부터 입수가능한 스펙트라스캔(SpectraScan)™ PR-650 스펙트라컬러리미터(SpectraColorimeter)이다. 그러한 측정에 적합한 라이트 박스는 총 반사율이 약 85%인 테플론(Teflon) 큐브이다.

광학 필름(219)의 ET는, 주 표면(219a)(및 선형 프리즘들(251))이 광검출기와 대면되게 하고 주 표면(219b)이 라이트 박스와 대면되게 한 상태로, 지정된 위치에 광학 필름(219)을 놓음으로써 측정될 수 있다. 다음으로, 스펙트럼 가중된(spectrally weighted) 축방향 루미넌스 I1(광학 축을 따른 휘도)을 선형 흡수 편광기를 통해 광검출기에 의해 측정한다. 이어서, 광학 필름(219)을 꺼내고, 광학 필름(219)이 없는 상태로 스펙트럼 가중된 루미넌스 I2를 측정한다. ET는 I1/I2 비이다. ET는 선형 흡수 편광기에 대한 광학 필름의 배향을 특정함으로써 더 상세히 규정될 수 있다. 예를 들어, "ET0"은 각각의 프리즘들(251)이 선형 흡수 편광기의 통과축에 평행한 방향을 따라 연장되도록 광학 필름이 배향될 때의 유효 투과율을 지칭하고, "ET90"은 각각의 프리즘들(251)이 선형 흡수 편광기의 통과축에 수직한 방향을 따라 연장되도록 광학 필름이 배향될 때의 유효 투과율을 지칭한다. 추가로 이에 관하여, "평균 유효 투과율"("ETA")은 ET0과 ET90의 평균이다. 이러한 추가의 용어를 고려해 볼 때, 앞서 언급된 용어 "유효 투과율" 또는 "ET"는 당연히 광학 필름의 평균 유효 투과율을 지칭한다.

예시적인 경우에, 광학 필름(219)을 포함한 개시된 미세복제된 광학 필름은 시스템 휘도를 증가시키도록 구성되며, 선형 프리즘들은 굴절률이 약 1.6 이상이고, 광학 필름의 평균 유효 투과율(ETA)은 약 1.3 이상, 또는 1.5 이상, 또는 1.7 이상, 또는 1.9 이상, 또는 2.1 이상이다.

도 3에는, 다른 편광기를 추가하여 SCM의 더 용이한 관찰 및 측정을 허용한 것을 제외하고는, 어느 면에서 도 1의 시스템과 유사한 광학 시스템(310)이 도시되어 있다. 특히, 시스템(110)과 마찬가지로, 시스템(310)은 확장형 광원(302), 편광기(304), 및 광원과 편광기 사이에 배치된 미세복제된 광학 필름(319)을 포함한다. 광학 필름(119)과 유사하게, 광학 필름(319)은 전방 주 표면(319a) 및 후방 또는 배면 주 표면(319b)을 가지며, 프리즘 층(350)을 담지하는 기판(320)으로 구성되어 있지만, 다른 층 구성이 또한 사용될 수 있다. 프리즘 층(350)의 제2 주 표면(350b)은 기판(320)의 제1 주 표면과 일치한다. 기판(320)의 제2 주 표면은 필름(319)의 후방 주 표면(319b)과 일치한다. 또한, 광학 필름(119)과 유사하게, 프리즘 층(350)을 담지하는 기판(320)은 도 1과 관련하여 논의된 바와 같이 복굴절성이다. 관찰자(101)와 유사하게, 관찰자(301)는 일정 범위 또는 원추형의 전파 방향들에 걸쳐 그리고 일정 범위의 파장들에 걸쳐, 예컨대 청색에서 적색까지의 가시 파장 밴드에 걸쳐 광을 지각한다.

도 1과 달리, 도 3의 시스템(310)은 제2 또는 배면 편광기(306)를 포함하는 것으로 도시되어 있는데, 이는 필름(319)과 광원(302) 사이에 배치되어 필름(319)이 배면 편광기(306)와 전방 편광기(304) 사이에 배치되게 한다. 배면 편광기(306)의 추가는 SCM 패턴의 가시성을 증가시키는데, 그 이유는 배면 편광기는 복굴절성 기판(320)으로 들어가는 광의 편광도를 증가시키기 때문이다. 본 발명자들은 도 3과 같은 시스템에서 관찰된 SCM을 "향상된" SCM으로 지칭하는데, 그 이유는 공기/매질 계면에서 프레넬(Fresnel) 반사에 의해 제공된 부분 편광에 의존하기보다는 오히려 2개의 실제의 선형 편광기들 사이에 대상이 되는 광학 필름을 개재시킴으로써 SCM의 가시성을 향상시키도록 조치가 취해지기 때문이다.

시스템(310)은 어떤 유형의 평면내 배향축을 갖는 다수의 필름들 및 구성요소들을 포함한다. 예를 들어, 프리즘 층(350)은 프리즘들의 어레이(개별 프리즘들(351a, 351b, 351c)을 참조함)를 포함하며, 여기서 이들 프리즘 각각은 도 2에 도시된 바와 같이 프리즘 축, 예컨대 y축에 평행하게 연장된다. 전방 편광기(304)는 본 명세서에서 통과축(1)으로 지칭되는 통과축을 갖는데, 이 통과축에 평행하게 편광된 광은 편광기에 의해 사실상 투과되게 되고, 이 통과축에 수직하게 편광된 광은 사실상 흡수되거나 달리 차단되게 된다. 배면 편광기(306)는 또한 본 명세서에서 통과축(2)으로 지칭되는 통과축을 갖는다. 기판(320)은 복굴절성이며, 본 명세서에서 기판 진상축(substrate fast axis)으로 지칭되는, 최소 굴절률의 평면내 축에 의해 특징지어질 수 있다. 프리즘 축, 통과축(1), 통과축(2), 및 기판 진상축이 모두, 예를 들어 관찰자(301)의 관점에서, 평면도로 도 3a에 함께 도시되어 있다.

도 3에 도시된 축들은 이 도면의 목적을 위해 상이한 축들의 용이한 확인을 허용하는 상대 회전 상태로 도시되어 있다. 일반적으로, 이들 축, 및 도 3에서 그리고 본 명세서의 어딘가 다른 곳에서의 이들의 상응하는 필름들 및 층들은 임의의 원하는 상대 배향을 가질 수 있다. 일반적으로, 이러한 상대 배향들은 관찰된 SCM에 영향을 준다. 추가로 하기에 설명된 하나의 시나리오에서, 통과축(1)은 통과축(2)과 직교하고, 프리즘 축과 기판 진상축은 둘 모두 통과축(1)에 평행하다.

미세복제된 필름, 확장형 백색 광원, 및 2개의 선형 흡수 편광기를 입수하고, 사실상 도 3에 도시된 바와 같이 배열하였다. 미세복제된 필름은 쓰리엠(3M)™ 박형 휘도 향상 필름 - TBEF2-GT(24)이었으며, PET 기판에 의해 담지된 선형 프리즘들의 프리즘 층을 가졌다. 선형 프리즘들 각각은 프리즘 축에 평행하게 연장되었다. PET 기판은 약 50 마이크로미터 두께였으며, 진상축을 한정하는 평면내 복굴절을 가졌다. 프리즘 층은 굴절률이 약 1.64였으며 프리즘 피치가 약 24 마이크로미터였다.

제1 배향에서는, 전방 및 후방 편광기를 그들의 통과축이 서로 직교하도록 배향시켰으며, 기판의 진상축은 프리즘 축에 대해 약간 오정렬되었으며, 즉 그에 평행하지 않았다. 향상된 SCM 패턴이 그의 유색 밴드 및 특징부와 함께 관찰되었다. 카메라를 사용하여 SCM 패턴의 코노스코프 이미지를 기록하였으며, 이 이미지의 그레이스케일 버전이 도 4에 도시되어 있다. 이 도면에는, 광학 필름의 프리즘 축의 방향을 나타내기 위해 수평 파선이 제공되어 있다. 이미지의 중심은 광학 시스템의 축방향, 예를 들어 도 3에서의 z 방향을 나타낸다. 이미지의 중심으로부터 이 도면의 4개의 코너들 중 어느 하나까지의 거리는 약 20도의 극각(polar angle)을 나타낸다.

도 3과 동일한 광학 구성요소들 및 동일한 일반적 배열을 사용하지만 제2 배향에서 다른 이미지를 촬영하였다. 제2 배향은 기판 진상축이 프리즘 축에 평행한 것을 제외하고는, 제1 배향과 유사하였다. 프리즘 축은 전방 편광기의 통과축에 평행하였다. 이러한 셋업으로, 다른 향상된 SCM 패턴이 관찰되었다. 카메라를 사용하여 SCM 패턴의 코노스코프 이미지를 기록하였으며, 이 이미지의 그레이스케일 버전이 도 5에 도시되어 있다. 이 도면에는, 광학 필름의 프리즘 축의 방향을 나타내기 위해 수평 파선이 제공되어 있다. 이미지의 중심은 광학 시스템의 축방향, 예를 들어 도 3에서의 z 방향을 나타낸다. 이미지의 중심으로부터 이 도면의 4개의 코너들 중 어느 하나까지의 거리는 약 20도의 극각을 나타낸다.

또한, 도 3에 사실상 상응하는 광학 시스템을, 광학 모델링 소프트웨어를 사용하여 시뮬레이션하였다. 이 시뮬레이션에서, 확장형 광원은 램버시안 방출 분포로 백색 광을 방출하는 것으로 가정하였다. 전방 및 후방 편광기는 그들의 통과축이 90도의 각도로 교차하도록 배향되는 것으로 가정하였다. 프리즘 층의 프리즘들은 균일한 높이 및 정각을 가진 것으로 가정하였으며, 이때 정각은 90도였다. 프리즘들의 굴절률은 1.64이고 등방성인 것으로 가정하였다. 기판은 2.05 밀(mil)(52 마이크로미터)의 물리적 두께를 가지며, x축, y축, 및 z축을 따라 편광된 광에 대한 각각의 굴절률 nx, ny, 및 nz가 ny - nx = 0.037695; nz - ((nx + ny)/2) = -0.1679; 및 (nx*nx + ny*ny + nz*nz)/3 = (1.61383)²이 되게 하는 것으로 가정하였다. 기판 층은 0.0191 mm^-1의 흡광도를 갖는 것으로 가정하였다. 이들 값은, 진상축이 필요에 따라 x-y 평면으로 배향될 수 있는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름의 대표적인 값이다. 이 시뮬레이션의 목적을 위하여, 기판 진상축은 프리즘 축에 평행하고 전방 편광기의 통과축에 평행한 것으로 가정하였다.

그렇게 한정된 시스템 구성요소들에 대하여, 광학 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여, 관찰자(301)에게 나타나게 될 바와 같은, 향상된 SCM의 각각의 코노스코프각에서의 투과 스펙트럼을 생성하였다. 컴퓨팅된 코노스코프 이미지는 도 4 및 도 5와 유사하였으며, 이는 유색 밴드 및 특징부를 포함하였다. 컴퓨팅된 코노스코프 스펙트럼을 각각의 각도에서 CIE x 및 y 색 좌표로 분해하였다. 도 5a 및 도 5b는 그러한 색 분해 절차의 결과이다. 원래의 시뮬레이션된 (색) 코노스코프 스펙트럼으로 시작하여, 이미지 내의 각각의 포인트 또는 픽셀 - 이는 특정 극각 및 특정 방위각을 나타냄 - 을 그의 색에 대해 CIE (x,y) 색 좌표에서 평가하였다. CIE 색 좌표는 수학적으로 정의된 색 공간을 특징으로 하는데, 이는 국제조명위원회(Commission international de l'eclairage) ("CIE", 또는 International Commission on Illumination)에 의해 1931년에 개발되었으며 당업계에 알려져 있다. CIE x 및 y 색 좌표는, 예를 들어 도 1, 도 2, 또는 도 3의 x-y-z (물리적) 직교 좌표계로 나타낸 바와 같은 물리적 위치 또는 변위와 관련된 x 및 y 좌표와 혼동되지 않아야 한다. 물리적 좌표와 달리, (x,y) 색 좌표는 무차원수(unitless)이다.

원래의 (색) 시뮬레이션된 코노스코프 이미지에서의 각각의 포인트의 CIE (x,y) 색 좌표를 결정한 후에, 그 이미지를, 그를 구성하는 CIE x 좌표 및 CIE y 좌표 성분 색들로 분리하였다. 이는 2개의 코노스코프 이미지, 즉 CIE x 색 성분을 도시한 도 5a의 이미지, 및 CIE y 색 성분을 도시한 도 5b를 생성하였다. 도 5a 및 도 5b 각각에서, 이미지의 중심은 광학 시스템의 축방향, 예를 들어 도 3에서의 z 방향을 나타내고, 이미지의 원형 외부 경계는 20도의 극각을 나타낸다. 각각의 이미지의 외부 경계에서의 숫자 0, 45, 90 등은 아크 도(degrees of arc)의 단위로 방위각을 나타낸다. 광학 필름의 프리즘 층의 프리즘 축은 0 및 180도의 방위각에 상응한다. 각각의 이미지의 우측에는 이들 도면에서 사용된 그레이의 음영에 대한 색 좌표 값의 대응을 보여주는 수직 막대 형태의 스케일이 있다.

도 4, 도 5, 도 5a, 및 도 5b에 도시된 향상된 SCM 패턴은 도 3의 광학 시스템의 관찰자에 의해 용이하게 인식될 것이다. 도 1과 같은 광학 시스템에 의해 생성된 통상의 (비향상된) SCM 패턴은 일반적으로 더 미약하고 통상의 관찰자에 의해 그렇게 용이하게 인식되지 않는다. 그럼에도 불구하고, 향상된 것이든 비향상된 것이든, 본 발명자들은, 바람직하게는 복굴절성 기판을 더 고가의 등방성 기판으로 대체해야 할 필요 없이, 그리고 바람직하게는 광학 필름의 휘도 향상 능력에 사실상 악영향을 주지 않고서, 그리고 바람직하게는 어떠한 추가의 불리한 광학 현상 또는 아티팩트도 도입하지 않고서, SCM 패턴이 제거되거나 적어도 사실상 감소될 수 있는지를 결정하기를 원한다.

이들 목적 중 하나 이상을 달성하기 위하여, 본 발명자들은 비평활한, 텍스처화된, 또는 달리 구조화된 표면을 사용하여 광 산란, 확산, 또는 헤이즈를 추가하는 것을 조사한다. 이에 관하여, 도 6은 시스템 내로 광 산란 또는 헤이즈를 도입함으로써 SCM 패턴이 완전히 또는 부분적으로 제거될 수 있는지의 여부를 조사하는 데 사용될 수 있는 광학 시스템(610)을 도시한다. 이러한 셋업에서, 본 발명자들은 프리즘 층을 복굴절성 기판으로부터 격리시키는데, 이는 이들 구성요소들을 물리적으로 분리하고 이들 사이에 에어 갭을 제공함에 의한다. 본 발명자들은 또한 비평활하거나, 텍스처화되거나, 또는 달리 구조화되도록 복굴절성 기판의 상부 주 표면을 개질하여 그것이 표면 확산기로서 작용하게 한다.

생성된 광학 시스템(610)은 도 3의 시스템(310)과 유사하지만, 광학 필름이 프리즘 층(650) 및 복굴절성 기판(620)으로 나누어져 있으며, 이들은 에어 갭에 의해 서로 완전히 분리되어 있다. 프리즘 층(650)은 프리즘들의 어레이를 형성하도록 구조화된 제1 주 표면(650a) 및 편평하고 평활한 것으로 가정된 제2 주 표면을 갖는다. 프리즘 층(650)은 도 1, 도 2, 및 도 3과 관련하여 논의된 프리즘 층과 동일하거나 유사할 수 있다. 본 논의를 위하여, 프리즘 층(650)은 상당한 복굴절을 갖지 않는 등방성 재료로 구성되는 것으로 가정된다. 기판(620)은 비평활한, 텍스처화된, 또는 달리 구조화된 제1 주 표면(620a), 및 편평하고 평활한 것으로 가정된 제2 주 표면(620b)을 갖는다. 기판(620)은 복굴절성인 것으로 가정되며, 보다 상세하게는, 이는 하나의 평면내 방향을 따라 편광된 광에 대한 굴절률(예를 들어, nx)이 직교하는 평면내 방향을 따라 편광된 광에 대한 굴절률(예를 들어, ny)과 상이하게 되도록 평면내 복굴절을 갖는 것으로 가정된다.

시스템(310)과 유사하게, 시스템(610)은 또한 광원(102 또는 302)과 동일하거나 유사할 수 있는 확장형 광원(602); 도 3의 편광기(304, 306)와 동일하거나 유사할 수 있고, 프리즘 층(650)과 복굴절성 기판(620)이 사이에 배치되는 제1 및 제2 편광기(604, 606); 및 검출기(601)를 포함한다. 검출기(601)는 관찰자(101, 301)와 유사한 사람 관찰자일 수 있거나, 검출기(601)는 카메라 또는 유사한 광학 장치일 수 있다. 관찰자(101, 301)와 유사하게, 검출기(601)는 일정 범위 또는 원추형의 전파 방향들에 걸쳐 그리고 일정 범위의 파장들에 걸쳐, 예컨대 청색에서 적색까지의 가시 파장 밴드에 걸쳐 광을 이미징하도록 구성된다.

복굴절성 기판(620)의 확대도가 도 6a에 도시되어 있다. 표면(620a)은 구조화되고 공기에 노출되며, 이는 구조화된 표면 확산기로서 기능한다. 표면(620a)은 전체 표면에 걸쳐 기울기들 또는 배향들의 분포 면에서 특징지어질 수 있다. 이에 관하여, 구조화된 표면(620a)은 그의 표면 상의 임의의 주어진 포인트에서 측정가능한 기울기 또는 배향을 갖는다. 이에 관하여 "포인트"는 사실상 국소적으로 편평할 정도로 충분히 작은 표면의 영역 또는 일부분을 지칭할 수 있다. 일부 대표적인 포인트 및 기울기가 도 6a에 포인트 621a, 621b, 621c, 621d에서 도시되어 있으며, 표면(620a)은 각각의 포인트들을 통과하는 파선에 의해 표시된 기울기 또는 배향을 갖는다. 실제의 3차원 공간에서, 파선은 이들 포인트에서 구조화된 표면(620a)에 접선인 평면을 나타내며, 각각의 그러한 평면과 기판의 평면, 즉 x-y 평면 사이의 이면각 α가 측정되거나 달리 결정될 수 있다. 각도 α는 기울기 각, 배향각, 또는 표면각으로 지칭될 수 있다.

표면각의 전체 분포는, 전체 구조화된 표면에 걸쳐 샘플링했을 때, 일반적으로 상이한 유형의 구조화된 표면들에 대해 상이할 것이다. 도 6의 광학 시스템(610)을 시뮬레이션하려는 목적으로, 간소함 및 일반성 때문에, 본 발명자들은 구조화된 표면(620a)이 가우시안 형상의 표면각 분포를 갖는 것으로 가정할 수 있다. 그러한 가우시안 분포가 도 6b에 곡선(605)으로 도시되어 있다. 가우시안 분포(605)는 필름의 평면에 평행하게 배향된 표면 부분들에 상응하는 0의 표면각 α에서 최대값을 가지며, 이 분포(605)는 α의 값이 증가함에 따라 감소되는데, 이는 점진적으로 표면(620a)의 더 작은 분율(fraction)들이 더욱 더 높은 α 값에서 기울어짐을 의미한다. 가우시안 분포는 표준 편차 파라미터 σ에 의해 완전히 특징지어지는데, 이는 α, 즉 도(또는 라디안)와 동일한 단위로 주어진다. 시뮬레이션을 목적으로, 구조화된 표면(620a)에 대한 토포그래피 변동(topographic variation)의 양 또는 심한 정도(severity)가 σ에 대해 적합한 값을 선택함으로써 제어되거나 특정되는데, 이때 σ = 0은 평활한 평면 표면(토포그래피 가변성이 없음)에 상응하고, 작은 값의 σ는 가볍게 구조화된 표면에 상응하고, 큰 값의 σ는 심하게 구조화된 표면에 상응한다. 구조화된 표면(620a)이 공기에 노출되기 때문에, 토포그래피 가변성의 양은 구조화된 표면에 의해 제공된 헤이즈의 양에 직접 관련된다. 헤이즈는 또한, 하기에 추가로 논의되는 바와 같이, 매립된 구조화된 표면에 의해 제공될 수 있다.

광 확산 또는 산란은 "광학 헤이즈" 또는 간단히 "헤이즈"라 불리는 파라미터로 표현될 수 있다. 수직으로 입사되는 광 빔에 의해 조명되는 필름, 표면, 또는 다른 물체의 경우, 그러한 물체의 광학 헤이즈는 수직 방향으로부터 4도를 초과하여 벗어나는 투과광 대 전체 투과광의 비를 지칭한다. 헤이즈는 시뮬레이션에서 계산될 수 있으며, 실제 샘플의 경우, 이는 ASTM D1003에 기술된 절차에 따라, 또는 다른 적합한 절차를 이용하여 헤이즈-가드 플러스(Haze-Gard Plus) 탁도 측정기(미국 매릴랜드주 콜럼비아 소재의 비와이케이-가드너(BYK-Gardner)로부터 입수가능함)를 사용하여 측정될 수 있다. 광학 헤이즈와 관련된 것이 광학 투명도인데, 이는 (T₁-T₂)/(T₁+T₂) 비를 지칭하며, 여기서 T₁은 수직 방향으로부터 1.6 내지 2도만큼 벗어나는 투과광이고, T₂는 수직 방향으로부터 0도와 0.7도 사이에 있는 투과광이다. 투명도 값은 또한 비와이케이-가드너로부터의 헤이즈-가드 플러스 탁도 측정기를 사용하여 측정될 수 있다.

전술된 바와 같이 도 6의 광학 시스템 상에서 시뮬레이션을 수행하였다. 이러한 시뮬레이션을 위하여, 구조화된 표면(620a)의 상이한 양의 가변성 - 이는 상이한 양의 광 산란에 상응함 - 을 나타내도록 상이한 σ 값을 선택하였다. 광 산란의 양, 및 실제 확산 표면의 완전 파라미터화는 파라미터 σ 및 산란 구조체들의 표면 분율 둘 모두를 필요로 한다.

도 6의 광학 시스템을 모델링하기 위해 많은 상이한 시뮬레이션 기술이 사용될 수 있다. 일부 경우에, 특정 표면 토포그래피, 예를 들어 렌즈렛들의 특정 배열, 또는 특정 기하학적 형태를 갖는 파형을 이루는 표면이 한정되고 시뮬레이션에서 사용될 수 있다. 그러나, 본 경우에는, 어떠한 특정 표면 토포그래피도 가정하지 않고서 시뮬레이션을 수행하여, 이 시뮬레이션 결과가 다양한 토포그래피에 더 일반적으로 적용되도록 하였다. 대신에, 구조화된 표면을 평면에 의해 나타내었으며, 광선 트레이싱(ray tracing) 동안, 굴절각을 계산하기 위한 목적으로, 마치 표면이 광선과 구조화된 표면을 나타내는 평면의 교차점에서 국소 경사를 갖는 것처럼 표면을 처리하였다. 따라서, 임의의 시뮬레이션된 광선이 주어진 포인트에서 그 평면 상에 충돌했을 때, 소프트웨어는 교차점에서 표면을 변경시켜, 이 시뮬레이션에 대한 σ 값 및 가우시안 분포에 기초한 가중 랜덤 함수(weighted random function)에 따라 선택된 각도로 경사진 것으로 가정되도록 하였다. 이 경사는 단지 특정 굴절 광선의 방향 및 다른 관련 특성들을 컴퓨팅하기 위해서만 사용하였으며, 이후에 이를 저장하거나 아니면 시뮬레이션의 나머지에 대한 특정 교차점과 관련시키지 않았다.

전술된 바와 같이 도 6의 광학 시스템 상에서 시뮬레이션을 수행하였다. 이러한 시뮬레이션은 도 6에 도시된 층들이 하기의 특성을 갖는 것으로 가정하였다:

프리즘 층(650): 굴절률 1.64, 프리즘 각 90도, 모두 동일한 대칭 배향을 갖는 프리즘들;

복굴절성 기판 층(620): 물리적 두께 2.05 밀(52 마이크로미터). 굴절률은 x축, y축, 및 z축을 따라 편광된 광에 대해 각각 nx, ny, 및 nz이며, 이들은 ny - nx = 0.037695, nz - ((nx + ny)/2) = -0.1679, 및 (nx*nx + ny*ny + nz*nz)/3 = (1.61383)²이 되게 하는 것으로 가정하였다. 기판 층은 0.0191 mm^-1의 흡광도를 갖는 것으로 가정하였다. 이들 값은, 진상축이 필요에 따라 x-y 평면으로 배향될 수 있는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름의 대표적인 값이다.

전방 및 후방 편광기는 교차되는 것으로, 즉 90도 상대 회전각으로 배향되는 것으로 가정하였다. 이들 시뮬레이션 중 일부에서, 프리즘 축과 전방 편광기의 통과축 사이의 바이어스각은 45도인 것으로 가정하였다. 다른 시뮬레이션에서, 바이어스각은 0인 것으로 가정하였으며, 즉 프리즘 축은 전방 편광기의 통과축에 평행하였다.

(100% 표면 커버리지에서) 다양한 구조화된 표면 파라미터 σ에 대하여, 그리고 이에 따라 구조화된 표면(620a)에 의해 제공된 다양한 양의 헤이즈에 대하여 시뮬레이션을 수행하였으며, 이때 헤이즈는 0% 내지 약 92%의 범위이며, 이는 0 내지 30 도 범위의 σ에 상응한다. 수행된 각각의 시뮬레이션에 대하여, 향상된 SCM 패턴의 코노스코프 도표를 생성하였다. 이들 코노스코프 도표들 중 일부가 도 7a 내지 도 7e에 도시되어 있다. 이들 도면은 0 내지 20도의 극각 범위에 걸쳐 향상된 SCM 패턴의 컴퓨팅된 CIE x 색 성분을 도시한다. 0%, 1%, 1.8%, 2.7%, 및 6.2%의 헤이즈 양에 대하여 각각 도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d, 및 도 7e를 생성하였으며, 이들 도면 모두는 프리즘 방향, 기판 진상축, 및 상부 편광기 통과축 모두가 0도를 따라 정렬된 것으로 가정하였다. 이들 도면의 비교는, 향상된 SCM의 가시성이 도 6에서의 구조화된 표면(620a)의 헤이즈를 증가시킴으로써 상당히 감소될 수 있음을 보여준다.

SCM 패턴 가시성이 얼마만큼 감소되는지를 정량화하기 위하여, 임의의 주어진 SCM 패턴의 가시성을 공정하게 대표하는 파라미터가 필요하다. 본 발명자들은 이 파라미터를 SCM 가시성으로 지칭한다. SCM 가시성은 임의의 다수의 방법으로 정의될 수 있다. 바람직하게는, SCM 가시성은 주어진 코노스코프 도표에 대하여, 한정된 범위의 극각에 걸쳐 그리고 완전 360도의 방위각에 걸쳐 휘도 변동 및 색 변동 모두를 고려한다. 본 명세서의 목적을 위하여, 달리 언급되지 않는 한, 본 발명자들은 하기를 가정한다:

여기서, σ_x 및 σ_y(표면 가변성 파라미터 σ와 혼동되지 않아야 함)는 코노스코프 이미지 극각 및 방위각 범위에 걸친 x 및 y 색 좌표의 표준 편차이다. SCM 가시성에 대한 이 정의를 사용하면, 도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d, 및 도 7e와 관련된 SCM 패턴의 가시성은 각각 0.108, 0.092, 0.069, 0.055, 및 0.051인 것으로 계산된다. 이러한 방식으로 정의된 SCM 가시성 파라미터는 코노스코프 도표에서의 SCM 패턴의 가시성을 공정하게 대표한다.

이러한 방식으로 정의된 SCM 가시성을 이용하여, 본 발명자들은 시뮬레이션의 출력을 분석하고, 도 6의 시스템에 대한 향상된 SCM 패턴의 가시성을 표면 가변성 σ 또는 헤이즈의 함수로서, 그리고 사용된 상이한 바이어스 각에 대하여 정량적으로 평가할 수 있다. 이러한 분석의 결과가 도 8의 그래프에 제공되어 있다. 도 8에서, SCM 가시성은 전술된 바와 같이, 헤이즈의 함수로서 도시되어 있는데, 여기서 다시 헤이즈는 표면 분율 = 100%에서 표면 가변성 σ와 직접 관련된다. 시뮬레이션된 0도 바이어스 배향(여기서, 바이어스는 프리즘 방향과 상부 편광기 통과축 사이의 상대 각을 지칭함)에 대한 데이터 포인트들은 곡선(810)을 형성하고, 시뮬레이션된 45도 바이어스 조건에 대한 데이터 포인트들은 곡선(812)을 형성한다. 이 그래프로부터 적어도 2가지 사항이 명백해진다. 첫째, 0도 바이어스 각은 임의의 주어진 헤이즈 값에서 45도 바이어스 각보다 더 가시적인 SCM 패턴을 생성한다. 둘째, 두 데이터 세트 모두는 매우 작은 양의 헤이즈에 대해 SCM 가시성에서 급속한 초기 감소를 나타내고, 이어서 더 큰 양의 헤이즈에 대해 SCM 가시성에서 더 느린 감소를 나타낸다. 급속 감소 영역과 더 느린 감소 영역 사이의 파단점(break point)은 약 2%의 헤이즈에서 발생된다. 곡선(810)의 최좌측에서의 5개의 데이터 포인트는 각각 도 7a 내지 도 7e와 관련된 SCM 가시성에 상응한다는 것을 유의한다.

도 6과 유사하게, 도 9는 시스템 내로 광 산란 또는 헤이즈를 도입함으로써 향상된 SCM 패턴이 완전히 또는 부분적으로 제거될 수 있는지의 여부를 조사하기 위해 다른 시뮬레이션 세트에 대해 사용된 셋업을 도시한다. 시스템(610)과 마찬가지로, 도 9의 광학 시스템(910)은 광원(602)과 동일하거나 유사할 수 있는 확장형 광원(902), 편광기(604, 606)와 동일하거나 유사할 수 있는 제1 및 제2 편광기(904, 906), 및 검출기(601)와 동일하거나 유사할 수 있는 검출기(901)를 포함한다.

그러나, 도 9의 시스템은 프리즘 층과 복굴절성 기판 사이에 에어 갭이 제공되지 않고, 광 산란 또는 헤이즈가 노출된 구조화된 표면이라기보다는 오히려 매립된 구조화된 표면에 의해 제공된다는 점에서 도 6의 시스템과 상이하다. 따라서, 시스템(910)에서는, 단일 미세복제된 광학 필름(919)이 2개의 편광기들 사이에 배치되는데, 이때 필름(919)은 복굴절성 기판(920) 및 프리즘 층(950)을 포함하며, 이들 사이에는 에어 갭이 제공되지 않는다. 기판(920)은 프리즘 층(950)뿐만 아니라 별개의 광 확산 층(930)을 담지하는데, 이 층은 필름 구조물 내에 포함되고 프리즘 층과 기판 사이에 배치된다. 프리즘 층(650)은 프리즘들의 어레이를 형성하도록 구조화된 제1 주 표면을 가지며, 이 프리즘 어레이는 본 명세서의 어딘가 다른 곳에서 기술된 프리즘 어레이들과 동일하거나 유사할 수 있다. 본 논의를 위하여, 프리즘 층(950)은 상당한 복굴절을 갖지 않는 등방성 재료로 구성되는 것으로 가정된다. 기판(920)은 제1 및 제2 주 표면을 가지며, 이들은 각각 편평하고 평활한 것으로 가정된다. 기판(920)은 상기에서 기판(620)과 관련하여 논의된 바와 같이, 복굴절성인 것으로 가정된다.

광학 시스템(910)의 광학 필름(919)이 도 9a에 더 상세히 도시되어 있다. 필름(919)은 프리즘 층(950)의 제1 주 표면(950a)과 일치하는 전방 주 표면(919a), 및 복굴절성 기판(920)의 제2 주 표면과 일치하는 후방 또는 배면 주 표면(919b)을 갖는다. 필름(919)의 광 확산 층(930)은 프리즘 층(950)과 복굴절성 기판(920) 사이에서 볼 수 있다. 광 확산 층과 프리즘 층 사이의 계면 또는 표면(933)은 제어된 양의 광 산란 또는 헤이즈를 제공하도록 편평하지 않거나, 텍스처화되거나, 또는 달리 구조화된다. 구조화된 표면(933)은 매장 또는 매립된다고 할 수 있는데, 그 이유는 이 표면이 대향하는 면들 상에서 고체 또는 달리 유형체인 광투과성 재료, 예를 들어 적합한 광투과성 중합체 재료에 의해 경계를 이루기 때문이다. 이는 공기 또는 진공에 노출되는 도 6의 구조화된 표면(620a)과 대조적이다. 이들 시뮬레이션의 목적을 위하여, 간소함 때문에, 광 확산 층(930)은 부피 산란 특성을 갖지 않는 것으로 가정하였는데, 즉 광 산란 요소들이 광 확산 층(930)의 대향하는 주 표면들 사이에 존재하지 않았다. 도 6과 관련된 시뮬레이션들과 유사하게, 필름(919) 내의 구조화된 표면(933)은 도 6b와 관련하여 논의된 것과 동일한 표준 편차 파라미터 σ에 의해 특징지어지는 가우시안 기울기 분포를 갖는 것으로 가정하였다.

도 9a에서, 광원으로부터의 광선(903)은 광학 필름(919)을 통해 이동하는 것으로 관찰될 수 있으며, 이 광선은 확산 층과 프리즘 층 사이의 구조화된 표면(933)에서 편향되거나 산란된다. 주어진 양의 표면 가변성 σ를 갖는 구조화된 표면은 그것이 매립된 구성(예를 들어, 도 9 및 도 9a 참조)에서 제공하게 될 헤이즈에 대하여, 노출된 구성(예를 들어, 도 6 및 도 6a 참조)에서와 동일한 양의 헤이즈를 제공할 것으로 예측되지 않을 것이다. 이는 구조화된 표면의 대향하는 면들 상에서의 매질의 굴절률 차이가, 반드시는 아니지만 전형적으로, 매립된 구성과 비교하여 노출된 구성에서 훨씬 더 크게 될 것이기 때문이다. 따라서, 주어진 값의 표면 가변성 σ를 갖는 구조화된 표면은 전형적으로 노출된 구성에서보다 매립된 구성에서 사실상 더 적은 헤이즈를 생성할 것이다.

이를 염두에 두고, 도 9a에 도시된 층들이 하기의 특성을 갖는 것으로 가정하여, 도 9의 배열에 대하여 시뮬레이션을 수행하였다:

프리즘 층(950): 프리즘 표면의 반대쪽에 있는 그의 주 표면이 광 확산 층과 접촉하고 표면 가변성 파라미터 σ에 의해 특징지어지는 표면 가변성을 갖는 것으로 가정한 것을 제외하고는, 도 6의 시뮬레이션에 대해 가정된 것들과 동일한 특성;

복굴절성 기판 층(920): 주 표면 양쪽 모두가 편평하고 평활한 것으로 가정한 것을 제외하고는, 도 6의 시뮬레이션에 대해 가정된 것들과 동일한 특성;

광 확산 층(930): 상이한 시뮬레이션에 대하여 동일하게 선택된 값으로 가정된 등방성 굴절률: 1.6, 1.57, 1.54, 1.5, 1.45, 또는 1.4.

전방 및 후방 편광기(904, 906)는 교차되는 것으로, 즉 90도 상대 회전각으로 배향되는 것으로 가정하였다. 모든 시뮬레이션들에 대하여, 프리즘 층의 프리즘 축과 전방 편광기의 통과축 사이의 바이어스 각은 0도인 것으로 가정하였는데, 이 각도는 도 8의 높은 SCM 가시성 배향에 상응한다.

(100% 표면 커버리지에서) 다양한 구조화된 표면 파라미터 σ에 대하여 시뮬레이션을 수행하였는데, 이때 이 파라미터는 0 내지 30도의 범위이며, 이러한 범위는 구조화된 표면(933)에 의해 제공되는 다양한 양의 헤이즈를 가져왔다. 상기에 제공된 바와 같은 광 확산 층(930)에 대해 가정된 다양한 등방성 굴절률에 대하여 시뮬레이션을 또한 수행하였다.

수행된 각각의 시뮬레이션에 대하여, 향상된 SCM 패턴을 전형적으로 포함하는 코노스코프 도표 또는 이미지를 생성하였다. 전술된 SCM 가시성 파라미터를 사용하여 각각의 그러한 SCM 패턴의 가시성을 계산하였다. 이들 계산의 결과가 도 10의 그래프에 요약되어 있다. 이 그래프의 수직 좌표는 도 8에서 사용된 것과 동일한 SCM 가시성 파라미터이다. 도 10에서의 그래프의 수평 좌표는 "공기 헤이즈"로 표시되어 있으며, 이는 일부 설명을 필요로 한다. "공기 헤이즈"는 구조화된 표면의 표면 가변성의 척도이며, 파라미터 σ와 직접 관련된다. 본 발명자들이 도 9 및 도 9a에서의 구조화된 표면(933)이 100% 표면 커버리지에서 주어진 표면 가변성 σ를 갖는 것으로 가정한다면, "공기 헤이즈"는 구조화된 표면(933)이 도 6 및 도 6a의 노출된 구성에 사용되었다고 가정할 때 이것이 나타내게 될 헤이즈의 양이다. 도 10에서 수평 좌표로서 이러한 "공기 헤이즈"를 사용함으로써, 본 발명자들은 도 10과 도 8 사이의 직접 비교를 가능하게 한다. 시뮬레이션된 시스템(910)에서의 구조화된 표면(933)에 의해 제공되는 실제 헤이즈는 그의 관련된 공기 헤이즈보다 사실상 더 적은데, 그 이유는 구조화된 표면(933)이, 도 6의 노출된 구조화된 표면과 비교하여 굴절률 차이가 작은 광학 매질들 사이에 매립되기 때문이다.

도 10에서, 곡선(1010, 1012, 1014, 1016, 1018, 1020)은 광 확산 층(930)에 대한 굴절률이 각각 1.6, 1.57, 1.54, 1.5, 1.45, 및 1.4인 것에 상응한다. 따라서, 곡선(1010, 1012, 1014, 1016, 1018, 1020)은 프리즘 층(950)과 광 확산 층(930) 사이의 굴절률 차이가 각각 0.04, 0.07, 0.10, 0.14, 0.19, 및 0.24인 것에 상응한다. 도 8로부터의 곡선(810)이 도 10의 그래프 상에서 중첩되어 있는데, 이것이 도 10에 도시될 수 있는 이유는 수직 및 수평 좌표가 호환가능하기 때문이다. 도 10으로부터 적어도 2가지 사항이 명백해진다. 첫째, 광 확산 층(930)의 굴절률에 대한 임의의 주어진 값에 대하여, 증가된 "공기 헤이즈", 및 이에 따른 증가된 표면 가변성 σ은 SCM 패턴의 감소된 가시성에 상응한다. 둘째, 임의의 주어진 "공기 헤이즈"에 대하여, 그리고 이에 따라 임의의 주어진 표면 가변성 σ에 대하여, 프리즘 층(950)과 광 확산 층(930) 사이의 더 큰 굴절률 차이는 SCM 패턴의 감소된 가시성에 상응한다.

도 10의 데이터 상에 파선(1001)이 중첩되어 있다. SCM 가시성

0.06에서 발생되는 선(1001)은 곡선(810)에서의 대략적인 파단점(1002)을 표시하는데, 이의 한쪽에서는 SCM 가시성이 헤이즈 증가와 함께 급속히 감소하고, 이의 다른 쪽에서는 SCM 가시성이 더 서서히 감소한다. 선(1001)에 의해 정의된 이 파단점에서의 SCM 가시성은, 구조화된 표면(933)의 대향하는 면들 상에서의 굴절률 차이가 감소됨에 따라, 증가된 표면 가변성(및 증가된 공기 헤이즈)에 상응하는 위치에서 곡선(1020, 1018 등)과 교차한다. 영역(1003)은 하기에 더 상세히 논의되는 필름 실시예들로부터의 결과들 중 일부에 대해 그의 중요성이 확인된다.

도 10에서의 데이터의 추가 분석이 도 11에 제공되어 있다. 도 11은 Δn, 즉 구조화된 표면(933)의 대향하는 면들 상에서의 굴절률 차이의 함수로서, 각각의 곡선(1020, 1018 등)과 선(1001)의 교차에 의해 나타낸 공기 헤이즈 역치를 도시한다. 예를 들어, 도 10에서의 곡선(1020)은 약 35%의 공기 헤이즈에서 선(1001)과 교차하며, 이때 곡선(1020)은 구조화된 표면(933)을 가로지르는 굴절률 차이가 0.24인 것을 나타낸다. 따라서, 도 10에서의 곡선(1020)은 도 11의 최우측 하단에서 데이터 포인트를 산출한다. 더 작은 값의 Δn의 경우, SCM 가시성에서 파단점에 도달하는 데 더 큰 표면 가변성 σ 및 더 큰 공기 헤이즈 역치가 필요하다. 따라서, 도 11은, 공기 헤이즈의 감소에 의해 측정되는 바와 같이 구조화된 표면(933)이 덜 가변성이게 그리고 더 평활해지게 됨에 따라, 그 역치 수준에서 SCM 가시성을 유지하는 데 더 큰 굴절률 차이 Δn이 필요함을 확인시켜 준다. 흥미롭게도, 도 11은 또한 0.05 미만의 굴절률 차이에 대해 SCM 가시성을 유지하는 것이 표면 가변성의 증가에 의해서 가능하지 않을 수 있음을 밝혀낸다.

본 발명자들은 SCM 패턴의 가시성이 미세복제된 필름, 예컨대 휘도 향상 필름에서 적합한 매립된 구조화된 표면을 사용하여 제거되거나 사실상 감소될 수 있음을 보여주었다. 그러나, 휘도 향상 필름의 1차 목적은 백라이트 또는 디스플레이의 축상 휘도를 향상시키는 것이기 때문에, 매립된 확산기 구조체가 필름의 휘도 향상 특성을 상당히 열화시키지 않는 것이 또한 바람직하다. 상기에 설명된 바와 같이, 이 필름에 의해 제공된 휘도 향상의 양은 유효 투과율(ET)에 의해 측정된다. 따라서, 본 발명자들은 또한 광학 필름에 의해 제공된 ET에 대한 매립된 구조화된 표면의 영향을 조사하기를 원한다. 상기에서 사용된 시뮬레이션 툴은 또한, 도 12의 배열을 사용하여, 이 문제를 조사하는 데 사용될 수 있다.

도 12는 전방 및 후방 편광기(904, 906)가 생략된 것을 제외하고는, 도 9의 시스템(910)과 동일하거나 유사할 수 있는 광학 시스템(1210)을 도시한다. 따라서, 시스템(1210)은 이미 전술된 확장형 광원(902) 및 광학 필름(919)을 포함한다. 이 시스템은 또한 검출기(1201)를 포함한다. 검출기(1201)는 도 9의 검출기(901)와 동일하거나 유사할 수 있다. 그러나, 검출기(1201)는 코노스코프 이미지를 포착하기보다는 오히려 ET를 측정하는 데 사용될 수 있으며, 이에 따라 검출기(1201)는 광학 시스템(1210)의 축방향(예를 들어, z축)에 대해 상당한 사각(oblique angle)으로 전파되는 광을 검출해야 할 필요가 없거나 이를 무시할 수 있다. 필름(919)의 ET를 측정하기 위하여, 도시된 바와 같이 필름(919)이 정위치에 있는 시스템(1210)에 대하여 하나의 시뮬레이션이 실시되고, 필름(919)이 생략된 것을 제외하고는 동일한 시스템에 대하여 다른 시뮬레이션이 실시된다. 이들 2개의 시뮬레이션에 대한 계산된 검출기 출력들의 비는 필름(919)의 ET를 산출한다.

따라서, 필름(919)의 각각의 실시 형태에 대하여, 광 확산 층(930)에 대한 선택된 굴절률 및 특정 공기 헤이즈에 상응하는 선택된 표면 가변성 σ(100% 표면 커버리지에서)를 사용하여, 시스템(1210)의 2개의 시뮬레이션 - 하나는 필름(919)이 포함된 것이고, 하나는 필름(919)이 생략된 것임 - 을 실시하였으며, 그 결과를 사용하여 유효 투과율(ET)을 계산하였다. 이들 결과가 도 13의 그래프에 도시되어 있다. 이 도면에는, 계산된 ET가, 도 10에서 사용된 것과 동일한 파라미터인 "공기 헤이즈"에 대해 도시되어 있다. 곡선(1310, 1312, 1314, 1316, 1318, 1320)은 광 확산 층에 대한 굴절률이 각각 1.6, 1.57, 1.54, 1.5, 1.45, 및 1.4인 것에 상응한다. 따라서, 곡선(1310, 1312, 1314, 1316, 1318, 1320)은 프리즘 층과 광 확산 층 사이의 굴절률 차이 Δn이 각각 0.04, 0.07, 0.10, 0.14, 0.19, 및 0.24인 것에 상응한다. 도 13의 조사는 몇몇 사항을 밝혀낸다. 첫째, 휘도 향상 필름 내에의 매립된 확산기 구조체의 도입은, 굴절률 차이 Δn 및 구조화된 표면 가변성 σ에 따라 적어도 어느 정도까지, 이 필름의 ET를 감소시킨다. 굴절률 차이 및 구조화된 표면 가변성(또는 "공기 헤이즈")의 도시된 조합들의 대부분의 경우, ET의 감소는 상대적으로 사소하며, 휘도 향상 필름으로서의 필름의 효율이 사실상 유지된다. 예를 들어, 적어도 일부 실시 형태의 ET는 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 또는 1.65 이상이다. 둘째, 광 확산 층의 굴절률에 대한 임의의 주어진 값에 대하여, 증가된 "공기 헤이즈", 및 이에 따른 증가된 표면 가변성 σ는, 매우 높은 공기 헤이즈 수준 및 큰 굴절률 차이에 대한 것을 제외하고는, 필름의 감소된 ET에 일반적으로 상응한다. 셋째, 임의의 주어진 "공기 헤이즈"에 대하여, 그리고 이에 따라 임의의 주어진 표면 가변성 σ에 대하여, 프리즘 층과 광 확산 층 사이의 더 큰 굴절률 차이 Δn은 필름의 ET에 더 큰 감소를 산출한다.

많은 경우에, 휘도 향상 필름의 후방 또는 배면에서의 노출된 주 표면에는, 예를 들어 검출 은폐 목적을 위하여 무광택 마무리가 제공된다. 시뮬레이션된 필름에서의 매립된 확산기 구조체의 존재의 관점에서, 필름의 최후방 또는 최배면 표면이 무광택 마무리를 갖는 실시 형태들까지 본 발명자들의 조사를 확대시키는 것이 바람직하였다. 따라서, 광학 필름(919)의 최후방 표면(도 9a에서의 표면(920b) 참조)이 평활하고 평면이라기보다는 무광택 마무리를 갖는 것으로 가정한 것을 제외하고는, 도 13에서의 데이터를 생성하는 데 사용된 시뮬레이션을 재실시하였다. 광학 모델링 소프트웨어에 의해 표면(920b)에 대해 가정된 무광택 마무리는 하기의 도 19에 도시된 구조화된 표면을 대표하는 것이었는데, 이는 그것이 이 표면의 공기 헤이즈 및 투명도를 재현하였다는 점에서 그렇다. 평활한 평면 표면 대신 무광택 표면을 이용한 것 이외에는, 도 13에 대한 것과 동일한 방식으로 시뮬레이션을 수행하였다. 다양한 광학 필름 실시 형태에 대해 얻어진 계산된 ET가 도 14에 도시되어 있다. 이 도면에서, ET는 역시 매립된 확산기 층의 "공기 헤이즈"에 대해 도시되어 있다. 곡선(1410, 1412, 1414, 1416, 1418, 1420)은 광 확산 층에 대한 굴절률이 각각 1.6, 1.57, 1.54, 1.5, 1.45, 및 1.4인 것에 상응한다. 따라서, 곡선(1410, 1412, 1414, 1416, 1418, 1420)은 프리즘 층과 광 확산 층 사이의 굴절률 차이가 각각 0.04, 0.07, 0.10, 0.14, 0.19, 및 0.24인 것에 상응한다. 도 13과 도 14의 비교는, 광학 필름의 하부에서의 무광택 표면이 광학 필름의 ET를 낮추는 경향이 있지만, 하부 무광택 표면은 또한 광학 필름의 ET가 매립된 구조화된 표면(933)과 관련된 확산에 대해 다소 덜 민감성이 되게 하는 경향이 있음을 밝혀낸다.

본 발명자들은, 휘도 향상 필름에서 제어된 양의 확산 또는 헤이즈를 제공하도록 적합한 매립된 구조화된 표면을 사용하여 SCM 패턴의 가시성이 제거되거나 사실상 감소될 수 있으며, 매립된 확산기가 필름의 휘도 향상 특성에서의 상대적으로 작은 감소를 갖고서 필름 내로 포함될 수 있음을 보여주었다. 그러나 많은 최종-사용 응용에서, 휘도 향상 필름은, 주 표면이 어떤 방식으로 패턴화된 제2 필름, 층, 또는 물체의 상부에 또는 그에 대고 놓여질 수 있으며, 이들 필름의 조합은 "스파클"로서 알려진 광학 아티팩트를 일으킬 수 있다.

"스파클"은 랜덤한 패턴인 것으로 보이는 것에서 명 및 암 루미넌스의 소영역들로 이루어진 거친(grainy) 텍스처(텍스처 무라)로서 나타나는 광학 아티팩트를 지칭한다. 명 및 암 영역들의 위치는 시야각이 변화함에 따라 변할 수 있으며, 이는 텍스처가 관찰자에게 특히 눈에 띄게 하고 거부감이 들게 한다. 스파클은 일부 유형의 비평활 표면들과 그 부근에 있는 다른 구조체 사이의 광학 상호작용의 결과로서 나타날 수 있으며, 이때 다른 구조체는 본 명세서에서 물체로 지칭된 것이다. 일부 경우에, 물체는 프리즘 필름, 예컨대 휘도 향상 필름일 수 있다. 그러한 상황이 도 15의 광학 스택에 예시되어 있다.

도 15는 필름 스택(1510)의 개략도이며, 여기서는 광학 필름(1519)이 다른 광학 필름(1569) - 본 명세서에서 물체(1569)로 지칭됨 - 의 상부에 또는 그에 대고 놓여진다. 광학 필름(1519)은 높은 유효 투과율(ET)을 유지하면서 SCM 가시성을 감소시키기 위해 산란 또는 헤이즈를 도입하도록 맞춤화될 수 있는 매립된 구조화된 표면을 갖는다. 필요하다면, 광학 필름(1519)은 도 9a의 광학 필름(919)에 도시된 바와 같은 3층 구조물을 가질 수 있다. 대안적으로, 필름(1519)은 프리즘 층과 복굴절성 기판 사이에 다른 매립된 층을 추가함으로써, 도 15에 도시된 바와 같은 4층 구조물을 가질 수 있다. 추가 층은 매립된 구조화된 표면의 대향하는 면들 상에서의 재료의 굴절률을 선택하는 데 있어서 더 많은 자유도를 허용한다. 따라서, 광학 필름(1519)은 프리즘 층(1550), 제1 광 확산 층(1530), 제2 광 확산 층(1540), 및 이들 층(1550, 1530, 1540)을 담지하는 복굴절성 기판(1520)을 갖는다. 광학 필름(1519)은 또한 제1 주 표면(1519a) 및 제2 주 표면(1519b)을 갖는다. 프리즘 층(1550)은 도 1, 도 2, 및 도 3의 프리즘 층과 동일하거나 유사할 수 있다. 복굴절성 기판(1520)은 도 1, 도 2, 도 3, 또는 도 9a의 복굴절성 기판과 동일하거나 유사할 수 있다. 간소함 때문에, 광 확산 층(1530, 1540)은 각각 부피 산란 특성을 갖지 않는 것으로 가정되며, 즉 광 산란 요소들이 각각의 이들 층의 대향하는 주 표면들 사이에 존재하지 않는다. 그러나, 이들 층은 매립된 구조화된 표면(1533)을 따라 만나거나 교차한다. 구조화된 표면(1533)은 표면 가변성 σ에 의해 특징지어지는 가우시안 기울기 분포를 가질 수 있거나, 광을 산란 또는 확산시키도록 하는 다른 적합한 기울기 분포를 가질 수 있다.

물체(1569)는 제1 주 표면(1569a), 제2 주 표면(1569b), 프리즘 층(1580), 및 기판(1570)을 갖는 통상의 휘도 향상 필름으로서 이 도면에 도시되어 있다. 그러한 필름은 전형적으로 상부의 휘도 향상 필름에 대해 교차된 배향으로 배향되어, 물체(1569)의 프리즘들이 x 방향에 평행하게 연장되게 하지만, 이들 프리즘은 설명의 편의성 때문에 이 도면에 다른 식으로 도시되어 있다.

일반성 때문에, 광학 필름(1519)에서의 매립된 구조화된 표면(1533)은 불규칙한 파형에 의해 특징지어지는 구조화된 표면으로 도시되어 있다. 그러한 표면은 도 16a 및 도 16b와 관련하여 설명된 바와 같이, 스파클 아티팩트를 일으키기 쉽다.

도 16a 및 도 16b는 불규칙적으로 파형을 이루는 표면(1633) - 이는 구조화된 표면(933 또는 1533)과 동일하거나 유사할 수 있음 - 의 임의적인 부분을 크게 확대한 도면을 도시한다. 표면(1633)은 x-y 평면에 대체로 평행하게 연장되는 것으로 가정되고, 굴절률 n1의 제1 광학적으로 투과성인 매질(1630)과 굴절률 n2의 제2 광학적으로 투과성인 매질(1640)에 의해 대향하는 면들 상에서 경계를 이루는 것으로 가정된다. 표면 부분(1633)은 도 16a 및 도 16b에서 동일한 기하학적 형태 또는 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 도 16a에서는 n1이 n2보다 더 큰 것으로 가정되는 반면, 도 16b에서는 n1이 n2보다 더 작은 것으로 가정된다. 표면(1633)이 파형을 이루기 때문에, 이는 음의 z 방향으로(즉, 도 16a, 도 16b에서 하향으로) 만곡된 부분들, 및 양의 z 방향으로(즉, 도 16a, 도 16b에서 상향으로) 만곡된 부분들을 포함한다. 도 16a, 도 16b에 도시된 표면 부분(1633)에서, 경계선(1605)은 하향으로 만곡된, 표면 부분의 좌측 하위부분, 및 상향으로 만곡된, 표면 부분의 우측 하위부분을 확인하기 위해 그려져 있다. 본 발명자들이 프리즘 층의 프리즘들이 도 16a, 도 16b의 시점에서 표면(1633) 위에 배치된 것으로 가정한다면, 이때에는 표면 부분(1633)의 좌측 하위부분은 프리즘들로부터 멀어지는 쪽으로 만곡된다고 할 수 있고, 표면 부분(1633)의 우측 하위부분은 프리즘들 쪽으로 만곡된다고 할 수 있다.

또한, 도 16a, 도 16b는 구조화된 표면(1633)의 광 포커싱 또는 디포커싱 특성을 보여주기 위하여 광선(1603a, 1603b)을 포함한다. 도 16a에서는 좌측 하위부분이 포커싱 특성을 나타내는 반면, 도 16b에서는 우측 하위부분이 포커싱 특성을 나타낸다는 것을 용이하게 알 수 있다. 포커싱의 정확한 성질은 표면 하위부분들의 특정 형상, 및 굴절률 n1, n2의 특정값에 좌우될 것이다.

도 16a 및 도 16b는, SCM 가시성을 감소시키기 위하여, 임의대로 형상화된 구조화된 표면이 광학 필름, 예컨대 필름(919 또는 1519)에서의 사용을 위해 선택되는 경우, 구조화된 표면의 상당한 부분들이 포커싱 또는 이미징 특성을 나타낼 수 있음을 보여준다. 예를 들어, 일부 파형을 이루는 매립된 표면에 대하여, 평면도 표면적의 약 절반이 n1 > n2 또는 n1 < n2 어느 것이든 관계없이 포커싱 특성을 나타낼 수 있다. 그러한 포커싱 특성은 초점 거리, 필름 두께, 및 물체 간격에 따라 스파클 아티팩트를 일으킬 수 있다. 이는 매립된 구조화된 표면(1633)의 개별 영역들이, 광학 필름(919, 1519) 뒤에 또는 아니면 그 부근에 배치된 물체의 패턴화된 표면의 부분들을 선택적으로 이미징 또는 확대시키는 작은 포커싱 요소들로서 작용할 수 있기 때문이다.

스파클 아티팩트를 피하기 위하여, 개시된 광학 필름에서의 사용을 위해, 포커싱 또는 이미징 특성을 거의 또는 전혀 갖지 않으면서, 여전히 SCM 가시성을 감소시키기 위해 적절한 양으로 광을 산란 또는 확산시키는 구조화된 표면을 선택하는 것이 바람직하다. 그러한 구조화된 표면의 한 예가 도 17에 도시되어 있다. 도 17에서, 광학 필름(1719)은 제1 주 표면(1719a) 및 제2 주 표면(1719b)을 갖는다. 필름(1719)은 필름(1519)과 유사한 4층 구조물을 사용한다. 따라서, 광학 필름(1719)은 프리즘 층(1750), 제1 광 확산 층(1730), 제2 광 확산 층(1740), 및 이들 층(1750, 1730, 1740)을 담지하는 복굴절성 기판(1720)을 갖는다. 프리즘 층(1750)은 프리즘 층(1550)과 동일하거나 유사할 수 있다. 복굴절성 기판(1720)은 복굴절성 기판(1520)과 동일하거나 유사할 수 있다. 광 확산 층(1730, 1740)은 각각 부피 산란 특성을 갖지 않는 것으로 가정되며, 즉 광 산란 요소들이 각각의 이들 층의 대향하는 주 표면들 사이에 존재하지 않는다. 그러나, 이들 층은 매립된 구조화된 표면(1733)을 따라 만나거나 교차한다. 구조화된 표면(1733)은 표면 가변성 σ에 의해 특징지어지는 가우시안 기울기 분포를 가질 수 있거나, 본 명세서의 어딘가 다른 곳에서 논의된 바와 같이 SCM 가시성을 감소시키기 위해 광을 산란 또는 확산시키도록 하는 다른 적합한 기울기 분포를 가질 수 있다.

이에 더하여, 구조화된 표면(1733)은 바람직하게는 표면의 사실상의 대부분이, 예를 들어 평면도에서 구조화된 표면의 80% 이상 또는 90% 이상이 포커싱 특성을 나타내지 않는 방식으로 구성된다. 이것이 달성될 수 있는 한 가지 방식은 표면의 사실상의 대부분이 동일한 배향으로, 예를 들어 프리즘 층(1750)의 프리즘들 쪽으로 또는 그로부터 멀어지는 쪽으로 만곡되는 부분들로 이루어지도록 구조화된 표면을 구성하는 것이다. 구조화된 표면의 각각의 그러한 만곡된 부분은 렌즈렛으로 지칭될 수 있다. 도 17에서, 예를 들어, 구조화된 표면(1733)의 부분들(1733a)은 모두 프리즘 층(1750)으로부터 대체로 멀어지는 쪽으로 만곡되며, 렌즈렛들(1733a)인 것으로 여겨질 수 있다. 도 17의 구성에서, 렌즈렛들(1733a)은 디포커싱일 것이며, 즉 이들은 각각, 층(1740)의 굴절률이 층(1730)의 굴절률보다 더 크다면, 입사 시준광(collimate light)을 디포커싱할 것이다. 바람직하게는, 구조화된 표면(1733)의 80% 이상이 렌즈렛들(1733a)에 의해 커버되거나 점유된다. 구조화된 표면(1733)의 사실상의 소부분, 예를 들어 부분들(1733b) - 이들은 바람직하게는 표면(1733)의 20% 미만 또는 10% 미만을 커버하거나 점유함 - 은 포커싱 특성을 갖도록 하는 방식으로 만곡될 수 있다. 층(1740)의 굴절률이 층(1730)의 굴절률보다 더 작다면, 구조화된 표면(1733)은 바람직하게는 도 17에서의 그의 배향에 대해 역전되어, 렌즈렛들(1733) 모두가 프리즘 층(1750)의 프리즘들 쪽으로 만곡되게 함을 유의한다.

주어진 구조화된 표면의 개별 렌즈렛들은, 평면도에서 볼 때, 평면내 주 방향들 둘 모두를 따라 횡방향 치수(transverse dimension)에서 제한될 수 있음을 유의한다. 달리 말하면, 선형 프리즘들의 어레이와는 대조적으로, 이들 렌즈렛 각각은 주어진 평면내 방향을 따라 무한히 연장되도록 구성되지 않을 수 있지만, 오히려 모든 평면내 방향에서 제한되거나 경계지어질 수 있다. 이런 식으로 렌즈렛들을 경계짓는 것은 이들이 적절히 만곡되고, 이에 따라 하나의 단면 평면에서뿐만 아니라 직교하는 단면 평면들에서도 디포커싱되는 것을 보장할 수 있다.

일부 경우에, 매립된 구조화된 표면의 특성 치수가 프리즘 층의 특성 치수와 사전결정된 관계를 갖도록 광학 필름을 설계하는 것이 바람직할 수 있다. 프리즘 층의 특성 치수는 프리즘 피치 P이며, 이는 도 17에 표시되어 있다. 매립된 구조화된 표면이 복수의 렌즈렛들, 예컨대 조밀하게 패킹된 렌즈렛들의 규칙 또는 불규칙 어레이를 포함하는 경우, 각각의 렌즈렛은 적어도 일부 경우에 최대 측방향 치수 D 및 원 상당경 "ECD"를 갖는 것으로 특징지어질 수 있다. 주어진 렌즈렛의 ECD는 평면도에서의 면적이 렌즈렛의 평면도에서의 면적과 동일한 원의 직경으로서 정의될 수 있다. 복수의 렌즈렛들에서의 모든 렌즈렛들에 대한 이들 값을 평균함으로써, 이때 복수의 렌즈렛들은 평균 최대 측방향 치수 D_avg, 및 평균 원 상당경 ECD_avg를 갖는다고 할 수 있다. 일부 경우에, 렌즈렛들은 프리즘들의 특성 치수보다 사실상 더 작도록 설계되어, ECD_avg가 프리즘 피치 P보다 더 작게 되도록 할 수 있다. 다른 경우에, 렌즈렛들은 프리즘들의 특성 치수와 대략 동일한 크기가 되도록 설계되어, ECD_avg가 프리즘 피치 P와 대략 동일하게 되도록 할 수 있다. 다른 경우에, 렌즈렛들은 프리즘들의 특성 치수보다 더 크도록 설계되어, ECD_avg가 프리즘 피치 P보다 더 크게 되도록 할 수 있다. 각각의 이들 경우에, 적어도 일부의 실시 형태에서는 프리즘 어레이 내의 프리즘들이 모두, 예를 들어 그들의 정각이 서로 평행한 선들 또는 평면들에 의해 이등분되도록, 횡단면에서 동일한 배향을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 프리즘들은 ECD_avg가 피치 P보다 더 큰 경우에도 균일한 배향을 가질 수 있다.

다수의 설계 변동이, 특히 매립된 구조화된 표면을 포함한 광학 필름을 비롯한 개시된 광학 필름에 사용될 수 있다. 도면에 도시되고 이와 관련하여 기술된 특정 층 배열에 더하여, 필름은 원하는 광학적 및/또는 기계적 기능성을 제공하기 위해 추가 층 및/또는 코팅을 포함할 수 있다. 임의의 기술된 층들은 2개 이상의 별개의 하위층들을 사용하여 구성될 수 있다. 유사하게, 임의의 2개 이상의 인접한 층들이 일체형 단일 층으로 조합되거나 이로 대체될 수 있다. 매우 다양한 프리즘 설계, 필름 또는 층 두께, 및 굴절률이 사용될 수 있다. 프리즘 층은, 예를 들어 약 1.4 내지 약 1.8, 또는 약 1.5 내지 약 1.8, 또는 약 1.5 내지 약 1.7의 범위, 또는 약 1.5 이상, 또는 약 1.55 이상, 또는 약 1.6 이상, 또는 약 1.65 이상, 또는 약 1.7 이상의 임의의 적합한 굴절률을 가질 수 있다. 복굴절성 기판은 상기에 논의된 바와 같이, 평면내 복굴절을 포함한 전형적인 복굴절을 가질 수 있다. 일부 경우에, 염료, 안료, 및/또는 입자(산란 입자 또는 다른 적합한 확산제를 포함함)가 원하는 기능성을 위하여 광학 필름의 층들 또는 구성요소들 중 하나 이상에 포함될 수 있다. 때때로 중합체 재료가 기능성 및 경제성 때문에 개시된 광학 필름에 사용하기에 바람직하지만, 다른 적합한 재료가 또한 사용될 수 있다.

초저굴절률(ultra low index, ULI), 예를 들어 1.4 미만, 또는 1.3 미만, 또는 1.2 미만, 또는 1.15 내지 1.35 범위의 굴절률을 갖는 것들을 포함한 나노공극형(nanovoided) 재료가 또한 개시된 광학 필름에 사용될 수 있다. 많은 그러한 ULI 재료가 다공성 재료 또는 층으로서 기술될 수 있다. ULI 재료는, 예를 들어 도 9a에서 층(930)으로서, 그리고 도 15에서 층(1540 또는 1530)으로서, 그리고 도 17에서 층(1730)으로서 사용될 수 있다. 나노공극형이 아니고 1.5 초과 또는 1.6 초과와 같은 사실상 더 높은 굴절률을 갖는 더 일반적인 광학 중합체 재료들과 조합하여 사용되는 경우, 매립된 구조화된 표면을 가로질러 상대적으로 큰 굴절률 차이 Δn이 제공될 수 있다. 적합한 ULI 재료가, 예를 들어 국제 출원 공개 WO 2010/120864호(하오(Hao) 등) 및 WO 2011/088161호(월크(Wolk) 등)에 기술되어 있으며, 이들은 본 명세서에 참고로 포함된다.

실시예

다수의 미세복제된 광학 필름을 제작하고 SCM 가시성 및 스파클의 감소에 대해 시험하였다. 이들 필름 각각은 도 9a에 도시된 바와 같이 3층 구조물을 가졌다. 각각의 경우에, 사용된 베이스 또는 기판 필름은, 사실상 편평한 주 표면들을 갖고 상당한 평면내 복굴절을 갖는 3 밀(75 마이크로미터) 두께의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 층이었다. 이 기판의 한쪽 주 표면 상에 제1 중합체 재료를 캐스팅하고 경화시켜 광 확산 층을 형성하였다. 하기에 기술된, PET 기판의 반대쪽에 있는 광 확산 층의 주 표면이 특정 기하학적 형태로 구조화되도록, 광 확산 층을 구조화된 표면 툴에 대해 캐스팅하였다. 다음으로, 광 확산 층의 구조화된 주 표면 상에 제2 중합체 재료를 캐스팅하고 경화시켜 프리즘 층을 형성하였다. 생성된 필름 구조물은 사실상 도 9a에 개략적으로 도시된 바와 같다.

매립된 구조화된 표면(도 9a에서의 표면(933) 참조)에 대하여 3개의 별개의 기하학적 형태를 사용하였다. 구조화된 표면의 기하학적 형태들 중 2개는 조밀하게 패킹된 렌즈렛들의 패턴을 이용하였다. 구조화된 표면의 다른 기하학적 형태는 편평한 소면들의 불규칙한 패턴을 이용하였다.

국제 출원 공개 WO 2010/141261(아론슨(Aronson) 등)의 교시에 따라 2개의 조밀하게 패킹된 렌즈렛 표면을 제조하였다. 이 참고문헌은 특히 도 18과 같은 구조화된 표면을 기술한다. 도 18은 주 표면(1825)에서 불규칙 패턴을 형성하는 미세구조체들(1820)의 개략 상면도이다. 일부 경우에, 이들 미세구조체는 랜덤하게 보이는 의사-랜덤 패턴을 형성한다. 일반적으로, 이들 미세구조체는 임의의 높이 및 임의의 높이 분포를 가질 수 있다. 일부 경우에, 미세구조체의 평균 높이(즉, 평균 최대 높이 - 평균 최소 높이)는 약 5 마이크로미터 이하, 또는 약 4 마이크로미터 이하, 또는 약 3 마이크로미터 이하, 또는 약 2 마이크로미터 이하, 또는 1 마이크로미터 이하, 또는 약 0.9 마이크로미터 이하, 또는 약 0.8 마이크로미터 이하, 또는 약 0.7 마이크로미터 이하이다.

조밀하게 패킹된 렌즈렛들의 구조화된 표면들 중 하나는 본 명세서에서 명칭 "렌즈렛 1"로 지칭된다. 렌즈렛 1로 구조화된 표면의 현미경 사진이 상면도로 도 19에 도시되어 있다. 조밀하게 패킹된 렌즈렛들의 구조화된 표면들 중 다른 하나는 본 명세서에서 명칭 "렌즈렛 2"로 지칭된다. 렌즈렛 2로 구조화된 표면의 현미경 사진이 상면도로 도 20에 도시되어 있다. 도 19 및 도 20에는, 렌즈렛 특징부들의 실제의 평면내 치수를 나타내도록 참조 스케일이 제공되어 있다. 또한, 이들 도면 각각에서의 렌즈렛들 중 2개가 읽는 사람의 편의성 때문에 강조되어 있다. 도 19 및 도 20에는 직교 좌표계가 또한 제공되어 있으며, 각각의 경우에 필름의 다운-웨브 방향은 y 방향에 상응한다. 도 19 및 도 20 각각에서, 약식 관찰로 구별가능한 렌즈렛들은 사실상 모두가 동일한 배향으로 만곡되며, 구조화된 표면의 80% 초과, 그리고 90% 초과가 그러한 렌즈렛들로 이루어진다. 렌즈렛 1 및 렌즈렛 2로 구조화된 표면을 사용한 광학 필름의 실시 형태에서, 프리즘 층(도 9a의 층(950) 참조)의 굴절률은 각각의 경우에 광 확산 층(도 9a의 층(930) 참조)의 굴절률보다 더 컸으며, 이에 따라 각각의 렌즈렛이 프리즘들로부터 멀어지는 쪽으로 만곡되도록 이들 렌즈렛을 배향하였다.

실시예에서 사용된 매립된 구조화된 표면의 다른 기하학적 형태는 불규칙한 편평-소면형 구조화된 표면이었다. 본 명세서에서 명칭 "소면형(faceted)"으로 지칭되는 이러한 구조화된 표면은 특허 출원 공개 US 2010/0302479호(아론슨 등)의 교시에 따라 제조하였다. 이 참고문헌은 특히, 상부에 랜덤하게 분포된 리세스(recess)들을 갖는 미세구조화된 표면을 기술하며, 여기서 미세구조화된 표면과 리세스들은 일체형이다. 소면형 구조화된 표면의 현미경 사진이 상면도로 도 21에 도시되어 있으며, 동일한 표면의 현미경 사진이 더 큰 배율로 도 21a에 도시되어 있다. 이들 도면에는, 평면 소면형 특징부들의 실제의 평면내 치수를 나타내도록 참조 스케일이 제공되어 있다. 사실상 전체 구조화된 표면, 예를 들어 그의 80% 초과, 그리고 90% 초과가 랜덤하게 배향된 편평한 소면들에 의해 점유된다는 것이 도 21 및 도 21a로부터 명백하다. 그 결과로서, 소면형 구조화된 표면은 렌즈렛 1 및 렌즈렛 2로 구조화된 표면과 유사한, 포커싱 또는 이미징 특성을 거의 또는 전혀 갖지 않을 것으로 예측될 수 있다.

공초점 현미경을 사용하여 도 19, 도 20, 및 도 21의 구조화된 표면을 측정하였으며, 공초점 현미경으로부터의 데이터를 도 6b와 유사한 표면각 분포 정보로 변환시켰다. 이들 결과가 도 22a 및 도 22b에 제공되어 있다. 도 22a에는, 하나의 평면내 방향(x)을 따른 표면각 분포가, 렌즈렛 1에 대해서는 곡선(2210a), 렌즈렛 2에 대해서는 곡선(2212a), 그리고 소면형에 대해서는 곡선(2214a)으로 도시되어 있다. 도 22b에는, 직교하는 평면내 방향(y)을 따른 표면각 분포가, 렌즈렛 1에 대해서는 곡선(2210b), 렌즈렛 2에 대해서는 곡선(2212b), 그리고 소면형에 대해서는 곡선(2214b)으로 도시되어 있다.

별개의 시험에서, 도 19, 도 20, 및 도 21의 구조화된 표면이 중합체 필름의 외부 상에 제공되어 공기에 노출될 때, 그들이 가시광에 대해 생성하는 "공기 헤이즈"의 양에 대하여 이들 구조화된 표면을 측정하였다. 렌즈렛 1로 구조화된 표면은 공기 헤이즈가 7%인 것으로 나타났으며, 렌즈렛 2로 구조화된 표면은 공기 헤이즈가 70%인 것으로 나타났으며, 소면형 구조화된 표면은 공기 헤이즈가 100%인 것으로 나타났다.

상기에 설명된 바와 같이, 제1 중합체 재료를 편평한 PET 필름 상에 캐스팅함으로써 도 9a와 유사한 구조물을 갖는 미세복제된 광학 필름을 제조하였으며, 이때 캐스팅은 본 명세서에 정의된 렌즈렛 1, 렌즈렛 2, 또는 소면형의 표면 기하학적 형태를 갖는 툴을 사용하여 행해졌다. 이어서, 제2 중합체 재료를 제1 중합체 재료의 상부에 캐스팅함으로써 제1 중합체 재료의 구조화된 표면을 매장 또는 매립하였으며, 제2 중합체 재료를 툴에 대해 캐스팅하여 제2 중합체 재료의 외부 주 표면에 선형 프리즘의 구조화된 표면을 제공하였다. 툴에 의해 제공된 선형 프리즘들은 24 마이크로미터의 균일한 피치, 12 마이크로미터의 균일한 높이, 및 횡단면에서의 균일한 배향을 가졌다.

제1 및 제2 중합체를 하기의 경화성 수지들의 군으로부터 선택하였으며, 이들 수지 각각은 광학 품질, 고 투명도, 저 흡광도 중합체 층을 제공하는 데 적합하다: 가시광 굴절률이 1.64인 중합체 수지; 가시광 굴절률이 1.58인 중합체 수지; 가시광 굴절률이 1.56인 중합체 수지; 및 가시광 굴절률이 1.5인 중합체 수지.

매립된 구조화된 표면에 대해 렌즈렛 1의 기하학적 형태를 갖는 6개의 광학 필름을 제조하였으며, 매립된 구조화된 표면에 대해 렌즈렛 2의 기하학적 형태를 갖는 6개의 광학 필름을 제조하였으며, 매립된 구조화된 표면에 대해 소면형 기하학적 형태를 갖는 6개의 광학 필름을 제조하였다. 이들 18개의 광학 필름에 더하여, "샘플 0"으로 지칭되는 다른 광학 필름을 참조 목적으로 제작하였는데, 이는 광 산란 층을 갖지 않았으며 대신에 편평-표면화된 PET 필름 기판 상에 직접 캐스팅되고 경화된 프리즘 층을 가졌다. 하부 편광기를 생략하여 (향상된 SCM이라기보다는) 현실적인 SCM 이 관찰될 수 있도록 하고, 카메라가 사람 관찰자로 대체된 것을 제외하고는, 도 9와 유사한 셋업을 사용하여 이들 필름 각각을 SCM의 평가에 대해 검토하였다. 사람 관찰자는 4-레벨 척도에 따라 SCM 가시성을 등급을 매겼다: "최상"(즉, SCM의 최상의 제거), "양호"(즉, SCM의 양호한 제거), "최소한의 은폐(marginal)"(즉, 최소한으로 은폐될 정도로의 SCM의 제거), 및 "양호하지 않음"(즉, SCM이 거의 또는 전혀 제거되지 않아서, SCM이 여전히 가시적이게 함).

SCM에 대한 광학 필름의 평가에 더하여, 스파클 아티팩트에 대한 평가를 또한 행하였다. 주어진 광학 필름 샘플의 스파클을 평가함에 있어서, 샘플 필름이 통상의 BEF의 프리즘 측 상에 안치되도록 통상의 BEF 필름을 샘플 필름의 바로 아래에 삽입하였다. 또한, 전방 편광기(도 9의 편광기(904))를 제거하였다. 이어서, 관찰자는 스파클 아티팩트의 존재에 대하여 스택을 평가하였다. "양호하지 않음"의 등급은 관찰자가 스파클 아티팩트를 용이하게 검출할 수 있음을 나타내고; "양호"의 등급은 관찰자가 스파클 아티팩트를 용이하게 검출할 수 없음을 나타낸다.

SCM 및 스파클에 더하여, 유효 투과율(ET)에 대하여 광학 필름을 또한 측정하였다.

이들 실시예 및 관찰의 결과가 도 23의 표에 제공되어 있다. 이들 샘플 각각은 1.6 초과의 ET(이 표에 나타내지 않음)를 나타내었다. 이들 결과는, 예를 들어 조밀하게 패킹된 렌즈렛들 또는 랜덤하게 배향된 사실상 평면인 소면들을 갖는 적합한 매립된 구조화된 표면, 및 충분한 굴절률 차이를 이용하여, 양호한 유효 투과율을 유지하면서 그리고 스파클 아티팩트 없이 SCM을 적절히 은폐하도록 이들 미세복제된 광학 필름이 제조될 수 있음을 나타낸다. 굴절률 차이 Δn이 0.14이고 공기 헤이즈가 70%인 샘플 9에는 SCM 은폐성에 대해 "최상" 등급이 주어졌음에 유의한다. 이 샘플은 도 10에서의 곡선(1016)에 비교될 수 있는데, 이 곡선은 또한 굴절률 차이 Δn이 0.14이고, 약 70%의 공기 헤이즈에서 영역(1003)에서 역치선(1001)과 교차한다.

달리 지시되지 않는 한, 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 양, 특성의 측정치 등을 표현하는 모든 숫자는 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 그에 따라, 달리 언급하지 않는 한, 명세서 및 특허청구범위에 기술되는 수치적 파라미터는 본 출원의 개시 내용을 이용하여 당업자가 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 다를 수 있는 근사치이다. 특허청구범위의 범주에 대한 등가물의 원칙의 적용을 제한하려고 시도함이 없이, 각각의 수치적 파라미터는 적어도 보고된 유효 숫자의 수의 관점에서 그리고 통상의 반올림 기법을 적용하여 해석되어야 한다. 본 발명의 넓은 범주를 기술하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 임의의 수치 값이 본 명세서에 설명된 특정예에 기술되는 한, 이들은 가능한 한 합리적으로 정확히 보고된다. 그러나, 임의의 수치 값은 시험 또는 측정 한계와 관련된 오차를 분명히 포함할 수 있다.

다음은 본 발명의 항목들의 목록이다.

항목 1은 광학 필름으로서, 본 광학 필름은

복굴절성 기판;

기판에 의해 담지되고, 동일한 제1 방향을 따라 연장되는 복수의 나란한 선형 프리즘들을 포함하는 주 표면을 갖는 프리즘 층; 및

기판과 프리즘 층 사이에 배치되고, 복수의 디포커싱 렌즈렛(defocusing lenslet)들을 포함하며, 상기 디포커싱 렌즈렛들로 80% 이상 커버되는 매립된 구조화된 표면을 포함한다.

항목 2는 프리즘들이 횡단면에서 동일한 배향을 갖는, 항목 1의 필름이다.

항목 3은 프리즘들이 피치 P를 가지며, 각각의 렌즈렛은 원 상당경 ECD를 가지며, 복수의 렌즈렛들은 평균 원 상당경 ECD_avg를 가지며, ECD_avg는 P보다 큰, 항목 2의 필름이다.

항목 4는 매립된 구조화된 표면이, 굴절률이 0.05 이상 상이한 2개의 광학 매질들을 분리하는, 항목 1의 필름이다.

항목 5는 매립된 구조화된 표면이 프리즘 층과 매립된 층 사이의 계면이며, 매립된 층은 기판과 프리즘 층 사이에 배치되는, 항목 1의 필름이다.

항목 6은 프리즘 층의 굴절률이 매립된 층의 굴절률보다 0.05 이상 크며, 디포커싱 렌즈렛들 각각은 프리즘 층으로부터 멀어지는 쪽으로 만곡되는, 항목 5의 필름이다.

항목 7은 매립된 구조화된 표면이 제1 매립된 층과 제2 매립된 층 사이의 계면이며, 제1 매립된 층과 제2 매립된 층은 기판과 프리즘 층 사이에 배치되는, 항목 1의 필름이다.

항목 8은 제1 매립된 층의 굴절률이 제2 매립된 층의 굴절률과 0.05 이상 상이한, 항목 7의 필름이다.

항목 9는 매립된 구조화된 표면이, 광학 필름이 1.5 이상의 유효 투과율을 나타내도록 구성되는, 항목 1의 필름이다.

항목 10은 기판이 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 필름인, 항목 1의 필름이다.

항목 11은 기판이 공기에 노출된 주 표면을 포함하며, 기판의 주 표면은 비평활한, 항목 1의 필름이다.

항목 12는 항목 1의 필름을 포함하는 백라이트이다.

항목 13은 항목 1의 필름을 포함하는 디스플레이이다.

항목 14는 광학 필름으로서, 본 광학 필름은

복굴절성 기판;

기판에 의해 담지되고, 동일한 제1 방향을 따라 연장되는 복수의 나란한 선형 프리즘들을 포함하는 주 표면을 갖는 프리즘 층; 및

기판과 프리즘 층 사이에 배치되고, 복수의 랜덤하게 배향된 사실상 평면인 소면들을 포함하며, 상기 소면들로 80% 이상 커버되는 매립된 구조화된 표면을 포함한다.

항목 15는 프리즘들이 횡단면에서 동일한 배향을 갖는, 항목 14의 필름이다.

항목 16은 매립된 구조화된 표면이, 굴절률이 0.05 이상 상이한 2개의 광학 매질들을 분리하는, 항목 14의 필름이다.

항목 17은 매립된 구조화된 표면이 프리즘 층과 매립된 층 사이의 계면이며, 매립된 층은 기판과 프리즘 층 사이에 배치되는, 항목 14의 필름이다.

항목 18은 프리즘 층의 굴절률이 매립된 층의 굴절률보다 0.05 이상 더 큰, 항목 17의 필름이다.

항목 19는 매립된 구조화된 표면이 제1 매립된 층과 제2 매립된 층 사이의 계면이며, 제1 매립된 층과 제2 매립된 층은 기판과 프리즘 층 사이에 배치되는, 항목 14의 필름이다.

항목 20은 제1 매립된 층의 굴절률이 제2 매립된 층의 굴절률과 0.05 이상 상이한, 항목 19의 필름이다.

항목 21은 매립된 구조화된 표면이, 광학 필름이 1.5 이상의 유효 투과율을 나타내도록 구성되는, 항목 14의 필름이다.

항목 22는 기판이 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 필름인, 항목 14의 필름이다.

항목 23은 기판이 공기에 노출된 주 표면을 포함하며, 기판의 주 표면은 비평활한, 항목 14의 필름이다.

항목 24는 항목 14의 필름을 포함하는 백라이트이다.

항목 25는 항목 14의 필름을 포함하는 디스플레이이다.

본 발명의 다양한 변형 및 변경이 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고서 본 기술 분야의 당업자에게는 명백할 것이며, 본 발명이 본 명세서에 기술된 예시적인 실시 형태로 제한되지 않음을 이해해야 한다. 예를 들어, 개시된 투명 전도성 물품은 또한 반사방지 코팅 및/또는 보호 하드 코트를 포함할 수 있다. 읽는 사람은, 달리 지적하지 않는 한, 개시된 일 실시 형태의 특징이 다른 모든 개시된 실시 형태에 또한 적용될 수 있음을 추정해야 한다. 또한, 본 명세서에서 언급된 모든 미국 특허, 특허 출원 공개, 및 기타 특허와 비특허 문서는, 이상의 개시 내용과 모순되지 않는 한, 참조 문헌으로서 포함됨을 이해해야 한다.

Claims (10)

1. 복굴절성 기판;
   기판에 의해 담지되고, 동일한 제1 방향을 따라 연장되는 복수의 나란한 선형 프리즘들을 포함하는 주 표면을 갖는 프리즘 층; 및
   기판과 프리즘 층 사이에 배치되고, 복수의 디포커싱 렌즈렛(defocusing lenslet)들을 포함하며, 상기 디포커싱 렌즈렛들로 80% 이상 커버되는 매립된 구조화된 표면을 포함하는 광학 필름.
2. 제1항에 있어서, 프리즘들은 피치 P를 가지며, 각각의 렌즈렛은 원 상당경(equivalent circular diameter) ECD를 가지며, 복수의 렌즈렛들은 평균 원 상당경 ECD_avg를 가지며, ECD_avg는 P보다 큰 필름.
3. 제1항에 있어서, 매립된 구조화된 표면은 굴절률이 0.05 이상 상이한 2개의 광학 매질들을 분리하는 필름.
4. 제1항에 있어서, 매립된 구조화된 표면은 프리즘 층과 매립된 층 사이의 계면이며, 매립된 층은 기판과 프리즘 층 사이에 배치되는 필름.
5. 제4항에 있어서, 프리즘 층의 굴절률이 매립된 층의 굴절률보다 0.05 이상 크며, 디포커싱 렌즈렛들 각각은 프리즘 층으로부터 멀어지는 쪽으로 만곡되는 필름.
6. 제1항에 있어서, 매립된 구조화된 표면은 제1 매립된 층과 제2 매립된 층 사이의 계면이며, 제1 매립된 층과 제2 매립된 층은 기판과 프리즘 층 사이에 배치되는 필름.
7. 제1항에 있어서, 기판은 공기에 노출된 주 표면을 포함하며, 기판의 주 표면은 비평활한 필름.
8. 복굴절성 기판;
   기판에 의해 담지되고, 동일한 제1 방향을 따라 연장되는 복수의 나란한 선형 프리즘들을 포함하는 주 표면을 갖는 프리즘 층; 및
   기판과 프리즘 층 사이에 배치되고, 복수의 랜덤하게 배향된 사실상 평면인 소면(facet)들을 포함하며, 상기 소면들로 80% 이상 커버되는 매립된 구조화된 표면을 포함하는 광학 필름.
9. 제8항에 있어서, 매립된 구조화된 표면은 프리즘 층과 매립된 층 사이의 계면이며, 매립된 층은 기판과 프리즘 층 사이에 배치되는 필름.
10. 제8항에 있어서, 매립된 구조화된 표면은 제1 매립된 층과 제2 매립된 층 사이의 계면이며, 제1 매립된 층과 제2 매립된 층은 기판과 프리즘 층 사이에 배치되는 필름.

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