KR20110017439A

KR20110017439A - 리어 프로젝션 시스템 및 리어 프로젝션 스크린

Info

Publication number: KR20110017439A
Application number: KR1020117000718A
Authority: KR
Inventors: 더크 케이. 지. 드 보어
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2011-02-21
Also published as: RU2010154405A; WO2009150579A3; WO2009150579A2; JP2011524997A; TW201007328A; EP2288954A2; CN102057312A; US20110102688A1

Abstract

높은 투명도 및 높은 투사 효율을 제공하는 리어 프로젝션 시스템을 제공하기 위하여, 프로젝터(18), 및 투명 모드와 회절 모드 사이에 스위칭 가능한 프로젝션 스크린(16)을 포함하는 리어 프로젝션 시스템이 제안되고, 여기서 상기 프로젝터(18)는 상기 프로젝터(18)로부터의 광이 상기 프로젝션 스크린(16)의 배면에서 경사진 각도로 입사하도록 상기 프로젝션 스크린(16)에 대하여 배치되고, 상기 프로젝션 스크린(16)은 그의 회절 모드에서 상기 입사광을 상기 스크린(16)의 정면 표면 법선에 대하여 제한된 각도 범위 안으로 편향시키도록 적응된다.

Description

리어 프로젝션 시스템 및 리어 프로젝션 스크린{REAR PROJECTION SYSTEM AND REAR PROJECTION SCREEN}

본 발명은 리어 프로젝션 시스템 및 리어 프로젝션 스크린에 관한 것으로, 특히 쇼핑 윈도우를 위한 리어 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

투명한 프로젝션 스크린들은 광범위한 응용 분야를 제공하고, 이러한 응용들 중 하나는 그러한 스크린을 인터랙티브 샵 윈도우들(interactive shop windows)을 위해 사용하는 것이다. 현재, 스크린의 배후의 물체들을 보는 것을 허용하면서 스크린 상에 정보를 투사하기 위해 소위 "홀로스크린들(holoscreens)"이 이용된다. 이들 스크린들의 주된 문제점은 그것들이 실제로 투명하지 않아, 샵 윈도우의 배후의 물체들의 가시성을 방해한다는 것이다.

디스플레잉 시스템의 그러한 홀로그래픽 스크린은 US 6,522,311 B1에 설명되어 있다. 여기서, 디스플레이 유닛은 투명 지지물, 그 투명 지지물에 부착된 홀로그램 스크린, 그 홀로그램 스크린 상에 이미지 정보를 투사하기 위한 프로젝터, 및 홀로그램 스크린의 시야각 내의 영역 안에 사람이 있는지 여부를 결정하는 센서를 포함한다. 이 디스플레잉 시스템은 쇼핑 윈도우를 위해 바람직하게 이용된다. 또한, 센서로부터의 신호들에 응답하여 프로젝터를 제어하는 컨트롤러가 제공되고, 만일 센서가 홀로그램 스크린의 시야각 내의 영역 안에, 특히 쇼핑 윈도우의 전방에 사람을 검출하면, 컨트롤러는 쇼핑 윈도우 내의 홀로그램 스크린 상에 이미지 정보를 투사하도록 프로젝터를 작동시키도록 되어 있다.

전기적으로 재구성 가능한 홀로그래픽 광학 소자들에 의한 광 확산 제어에 관한 US 6,191,876 B1으로부터 또 다른 프로젝션 시스템이 공지되어 있다. 여기서, 각 재구성 가능한 홀로그래픽 소자는 2개의 전극 층들 사이에 삽입되는 홀로그램을 포함한다. 그 홀로그램은 액정과 결합되었고 가해진 전계에 응답하여 변화하는 광학 특성을 갖는 홀로그래픽 중합체 막(holographic polymeric film)이다. 프로젝션 스크린의 확산 특성은 하나 이상의 재구성 가능한 광학 소자들을 회절 상태로 선택적으로 설정하는 것에 의해 변경될 수 있다. 여기서, 하나의 응용에서, 스크린은 광 강도에 대하여 투사된 이미지들을 최적으로 확산시키기 위해 이용되고, 그에 따라 투사된 이미지들은 상이한 시야 영역들에 있는 다수의 관찰자들에게 균일하게 밝은 것 같이 보인다. 다른 응용에서, 스크린은 투사된 이미지들을 입체적 형태로 디스플레이하기 위해 이용된다.

그러므로 본 발명의 목적은 높은 투명도 및 높은 투사 효율을 제공하는 리어 프로젝션 시스템 및 리어 프로젝션 스크린을 제공하는 데 있다.

이 목적은 독립 청구항들의 특징들에 의해 해결된다.

특히, 본 발명은 투명 모드와 회절 모드 사이에 스위칭될 수 있는, 쇼핑 윈도우 등을 위한 프로젝션 스크린을 제공하는 생각에 기초하고 있다. 여기서, 회절 모드는, 스크린이 확산 홀로그램처럼 작용하고 있는, 스크린의 상태로서 이해되어야 한다. 따라서, 스크린의 배면에서 특정한 각도로부터 입사하는 광이 검출되어 스크린의 전방에 있는 관찰하는 사람에게 바로 투과된다. 회절 모드에서는, 디스플레이된, 즉, 검출된 광의 강도는 프로젝터의 입사 빔의 강도의 10% 또는 그 이상만큼 높을 수 있다. 투명 모드에서는, 스크린은 통상의 유리 같은 투명한 기판 또는 다른 유사한 기판으로서 작용한다. 따라서, 바람직하게는 쇼핑 윈도우로서 이용되거나 또는 쇼핑 윈도우에 설치되어 있는 프로젝션 스크린의 배후의 물체가 스크린의 투명 모드에서 쉽게 관찰될 수 있는 반면, 회절 모드에서는 흥미 있는 물체의 정보를 포함하는 이미지가 프로젝터로부터 스크린의 배면에 투사되어 고휘도로 관찰하는 사람에 도달할 수 있다.

여기서, 프로젝터 및 프로젝션 스크린은 프로젝터로부터의 광 빔이 프로젝션 스크린의 배면에서 경사진 각도로 입사하고 그 후, 회절 모드에서, 대부분 프로젝션 스크린의 표면 법선(surface normal)에 평행인 방향으로 편향되도록 서로에 대하여 배치된다.

요약하면, 본 발명의 리어 프로젝션 시스템은 프로젝터, 및 투명 모드와 회절 모드 사이에 스위칭 가능한 프로젝션 스크린을 포함하고, 상기 프로젝터는 상기 프로젝터로부터의 광이 상기 프로젝션 스크린의 배면에서 경사진 각도로 입사하도록 상기 프로젝션 스크린에 대하여 배치되고, 상기 프로젝션 스크린은 그의 회절 모드에서, 상기 입사광을 상기 스크린의 정면 표면 법선에 대하여 제한된 각도 범위 안으로 편향시키도록 적응된다.

본 발명의 이 리어 프로젝션 시스템은 바람직하게는 쇼핑 윈도우에서 이용되고, 상기 스크린은 쇼핑 윈도우로서 또는 단순히 쇼핑 윈도우에 설치되는 것으로서 이용될 수 있다. 투명 모드에서, 쇼핑 윈도우의 배후의 물체는 쉽게 관찰될 수 있고, 상기 스크린의 회절 모드에서는 이들 물체들에 관한 정보 또는 고객이 흥미가 있는 정보가 점차 뚜렷해질 수 있다(faded in).

상기 프로젝터의 입사광과 상기 스크린의 배면 표면 법선 사이의 입사 각도는 30°보다 큰 것이 바람직한데, 이는 이러한 바람직한 기하학적 배열에서, 프로젝터는 쇼핑 윈도우의 배후의 물체들을 관찰하고 있는 사람에게 보이지 않게 배치될 수 있기 때문이다.

회절 모드에서는, 편향된 광의 확산성 부분이 매우 낮기 때문에, 스크린의 정면 표면 법선에 대하여 스크린으로부터 정면으로의 방출된 광의 각도 범위는 제한되고, 바람직하게는 수직 방향으로는 -10°에서 10°까지 수평 방향으로는 적어도 -30°에서 30°까지 확장된다.

액정 재료를 갖는 스크린의 응용에 대해서는 프로젝터에 대하여 편광된 광을 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 리어 프로젝션 시스템의 바람직한 실시예에서, 프로젝션 스크린은 제1 투명 전극을 갖는 제1 투명 기판, 액정 재료와 복합 재료(compound material)의 합성물, 및 제2 전극을 갖는 제2 투명 기판을 포함한다. 여기서, 제1 및 제2 기판 사이에 배치되는, 액정 재료의 굴절률은 제1 및 제2 전극에 의해 생성된 전계에 의하여 스위칭 가능하다. 여기서, 액정 재료 및 복합 재료의 굴절률들은 전계가 존재할 때는 액정 재료의 프로젝터로부터의 편광된 광에 대한 굴절률이 복합 재료의 굴절률과 동일하고 전계가 가해지지 않는 경우에는 상이하도록 선택된다. 그러나, 전계가 존재할 때는 액정 재료의 프로젝터로부터의 편광된 광에 대한 굴절률이 상이하고 전계가 없을 때에는 복합 재료의 굴절률과 같도록 굴절률 및 배향을 선택하는 것도 가능하다.

바람직하게는, 복합 재료는 중합체이고, 그것은 액정 재료에 의해 둘러싸이고 그것이 볼륨 브래그 격자(volume Bragg grating)를 형성하도록 편광된다. 브래그 격자는 액정 재료 및 복합 재료의 굴절률들이 상이한 경우에 광학적으로 나타나고, 따라서 스위칭 가능하다. 따라서, 본 발명은 액정 재료와 스위칭 가능한 브래그 격자를 형성하는 복합 재료의 합성물을 포함하는 프로젝션 스크린은 단순히 전계를 가하는 것에 의해 회절 모드와 투명 모드 사이에 쉽게 스위칭될 수 있다는 이점을 갖는다.

하나의 바람직한 실시예에서, 액정 재료와 복합 재료의 합성물은 HPDLC(holographic-dispersed liquid crystal) 재료이다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예들에서, 액정 재료와 복합 재료의 합성물은 POLICRYPS(polymer liquid-crystal polymer slices) 재료 또는 POLIPHEM(polymer liquid-crystal polymer hologram electrically manageable) 재료이다. 브래그 격자들을 형성하는 이들 또 다른 합성물들은 그 합성물 내에 액정 재료의 액적들(droplets)이 형성되지 않고, 따라서 산란 손실들이 크게 감소되고, 스위칭 전압이 훨씬 더 낮고, 마이크로초 범위의 응답 시간이 달성될 수 있다. 또한, 보다 높은 굴절률 변조가 달성되고 격자의 보다 선명한 해상도가 획득될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 리어 프로젝션 시스템의 프로젝션 스크린은 모노아크릴레이트들(monoacrylates), 다이아크릴레이트들(diacrylates) 및 제1 및 제2 기판 사이에 배치되는 액정 겔을 형성하는 무반응성(non-reactive) 액정 재료의 광중합된 혼합물(photopolymerized mixture)인 합성물을 포함한다.

또한, 본 발명의 목적은 대안적으로는 투명 모드와 회절 모드 사이에 스위칭 가능한 리어 프로젝션 스크린에 의해 해결되고, 상기 프로젝션 스크린은 제1 투명 기판, 제1 투명 기판 상에 배치된 액정 재료 및 제2 투명 기판을 포함한다. 제1 투명 기판은 제1 투명 전극 및 표면-양각 격자(surface-relief grating)를 갖는 양각 부분(relief portion)을 포함한다. 액정 재료는 제1 투명 기판의 양각 부분의 옆에 위치하고 표면-양각 격자를 채운다. 여기서, 액정 재료의 굴절률은 제1 및 제2 투명 기판 상에 각각 배치되어 있는 제1 및 제2 전극의 전계에 의하여 제1 투명 기판의 양각 부분의 굴절률과 실질적으로 같거나 같지 않도록 변경된다. 따라서, 제1 투명 기판의 양각 부분으로의 액정 재료의 전이부(transition)에서의 표면-양각 격자는 가해진 전계에 따라서 보이거나 보이지 않게 되고, 따라서 액정 재료와 제1 투명 기판의 양각 부분 사이의 전이 평면에 스위칭 가능한 2차원 브래그 격자를 형성한다.

예를 들면, 제1 투명 기판은 PMMA(polymethyl methacrylate)의 지지 층 및 액정 층에 면하는 양각 부분을 형성하는 폴리카보네이트의 양각 층을 포함한다.

또한, 제2 기판은 바람직하게는 유리 또는 투명한 중합체의 지지 층 및 액정 층 내의 액정의 미리 정해진 배향을 제공하기 위해 액정 층에 면하는 러빙된 폴리이미드 층(rubbed polyimid layer)을 포함한다.

가시 광의 광학 범위에서 본 발명에 따른 리어 프로젝션 스크린의 유리한 응용을 위하여, 약 1000 nm의 격자 간격(grating period) 및 약 100-300 nm의 변조 깊이(modulation depth)를 갖는 표면-양각 격자를 제조하는 것이 바람직하다.

또한, 엠보싱 프로세스(embossing process)에 의해 표면-양각 격자를 제조하는 것이 바람직하다. 여기서, 바람직하게는 엠보싱 마스터(embossing master)가 이용되고, 그 위에 간섭 패턴을 생성하기 위해 도 2를 고려하여 설명된 장비(setup)를 이용하여 제1 격자가 형성되고, 간섭 패턴은 그 후 니켈에 전기 주조하는 것에 의하여 엠보싱 마스터에 전사된다. 이것은 사출 성형(injection moulding), 핫 엠보싱(hot embossing) 또는 연속 막 복제(continuous film replication)와 같은, 정밀 마이크로 복제 프로세스들을 위한 엠보싱 도구들로서 이용될 수 있다.

본 발명의 목적은 또한 이미지를 투사하기 위한 방법에 의해 해결되고, 그 방법은, 프로젝터 및 투명 모드와 회절 모드 사이에 스위칭 가능한 프로젝션 스크린을 제공하는 단계, 상기 프로젝터로부터의 광이 프로젝션 스크린의 배면에서 경사진 각도로 입사하도록 상기 프로젝션 스크린에 대하여 상기 프로젝터를 배치하는 단계, 및 이미지가 디스플레이되어야 할 때, 상기 프로젝션 스크린을 투명 모드로부터 회절 모드로 스위칭하는 단계를 포함하고, 상기 프로젝터의 입사광은 상기 프로젝션 스크린의 정면 표면 법선에 대하여 제한된 각도 범위 안으로 편향된다.

이미지를 투사하는 이 방법은 바람직하게는 쇼핑 윈도우에서 이미지의 투사를 위해 이용된다.

또한, 이미지를 투사하기 위한 방법에서 본 발명의 설명된 실시예들에 따른 스위칭 가능한 프로젝션 스크린을 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 상기 및 기타 목적들, 특징들 및 기타 이점들은 첨부 도면들에 관련하여 다음의 상세한 설명을 읽는 것으로부터 더욱 명확히 이해될 것이다. 이하에서는 도면들에 도시된 실시예들에 관련하여, 비제한적인 예들로서, 본 발명이 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 프로젝터 및 프로젝션 스크린의 배열을 예시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 프로젝션 스크린을 제조하기 위한 장비를 예시하는 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 프로젝션 스크린의 실시예이다.
도 3a는 도 3의 프로젝션 스크린 내의 스위칭 가능한 브래그 격자에서의 입사광의 회절을 보여주는 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 프로젝션 스크린의 다른 실시예이다.
도 4a는 도 4의 프로젝션 스크린에서와 같이 양각-표면 격자에서의 입사광의 회절을 보여주는 개략도이다.

도 1은 본 발명에 따른 프로젝션 시스템의 배열을 예시한다. 여기서, 쇼핑 윈도우(10)는 관찰하는 사람(12)과 쇼핑 윈도우(10)의 배후의 쇼 룸에 배치되어 있는 흥미 있는 물체(14)의 사이에 위치한다. 프로젝션 스크린(16)은 쇼핑 윈도우(10) 내에 배치된다. 프로젝션 스크린(16)은 쇼핑 윈도우(10)에 통합되거나 또는 쇼핑 윈도우(10)의 안쪽 또는 바깥쪽 표면에 설치될 수 있다. 또한, 프로젝션 스크린(16)은 쇼핑 윈도우(10)의 배후에 위치하는 개별 스크린일 수 있고, 프로젝션 스크린(16)은 쇼 룸의 천장으로부터 매달리거나 또는 플로어 스탠드(floor stand) 상에 설치될 수 있다.

프로젝션 스크린(16)은 흥미 있는 물체(14)에 관한 정보 또는 일반 고객 관심사들에 관한 기타 정보를 관찰하는 사람(12)에 제공하기 위해 관찰하는 사람(12)에 면하는 정면을 갖는다. 또한, 프로젝션 스크린(16)은 배면을 갖고, 그 위에 프로젝터(18)의 이미지가 투사되고 그 후 사람(12)에게 편향된다. 프로젝터(18)는 프로젝션 스크린(16)보다 위에 쇼핑 윈도우(10)의 배후의 쇼 룸의 상부 부분에 위치하고 프로젝션 스크린(16)에 경사진 각도로 이미지를 투사한다. 여기서, 경사 각도 α는 바람직하게는 프로젝터(18)의 숨겨진 배치를 가능하게 하기 위해 약 30° 이상이다. 대안적으로, 프로젝터(18)는 쇼 룸의 하부 영역에 배치될 수 있고, 프로젝션 스크린(16)은 입사광을 수평으로 반대 방향으로 편향시키도록 수정되어야 한다.

프로젝션 스크린(16)의 방출된 광의 방향은 프로젝션 스크린(16)의 표면 법선에 거의 평행이고 바람직하게는 -10°와 10° 사이의 제한된 각도 범위 안에 있다.

본 발명의 프로젝션 스크린(16)은 투명 모드와 굴절 모드 사이에 스위칭될 수 있고, 이 프로젝션 스크린(16)의 상세한 구조 및 그의 제조 방법은 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 프로젝션 스크린(16)을 제조하기 위한 장비를 보여준다. 여기서는, 투명한 또는 확산성 기판에 부착된 홀로그래픽 막을 포함하는 정적인 홀로그래픽 프로젝션 스크린들에도 적용 가능한 배열이 이용될 수 있다.

프로젝션 스크린(16)을 제조하기 위한 장비는 레이저 빔(22)을 방출하기 위한 레이저 소스(20)를 포함하고, 레이저 빔(22)은 빔 분할기(24)에 의해 2개의 부분들로 분할된다. 참조 빔(reference beam)을 나타내는 분할된 레이저 빔(22)의 제1 분기(26)는 미러(28)에 의해 제1 렌즈(30)에 반사되고 제1 렌즈(30)는 참조 빔을 확대하고 프로젝션 스크린(16)을 조명한다. 분할된 레이저 빔(22)의 제2 분기(32)는 제2 렌즈(34)에 의해 발산되고, 미러(38)에 의해 확산기(36)에 반사된다. 확산기(36)에 의해 산란된 광은 그 후 프로젝션 스크린(16)에 부딪친다. 참조 빔과 함께 프로젝션 스크린(16)에 확산기(36)의 홀로그램을 나타내는 간섭 패턴이 형성된다. 프로젝션 스크린(16)의 표면에 수직인 라인은 시스템의 광축으로 간주된다. 이 장비에서 프로젝션 스크린(16) 상에 기록된 간섭 패턴은 광축이 프로젝션 스크린(16)의 표면과 교차하는 점에 입사하는 동심의 고리들의 형상을 갖는다. 따라서, 프로젝션 스크린(16)이 프로젝터(18)에 의해 조명될 때, 프로젝션 스크린(16)으로부터의 반사된 빔들은 프로젝터(18)의 광의 임의의 파장들에 대하여 상기 축에 수렴할 것이다. 확산기(36)의 사용은 홀로그램의 가시성을 강화하기 위한 홀로그래피에서의 일반적인 방법이다. 이 경우, 확산기(36)의 사용은 필수적인데, 이는 그것이 스크린(16)의 원하는 투사 특성들을 제공하기 때문이다.

도 3은 본 발명에 따른 프로젝션 스크린(16)의 개략 구조를 보여준다.

프로젝션 스크린(16)은 제1 투명 기판(42) 상의 제1 투명 전극(40) 및 제2 투명 기판(46) 상의 제2 투명 전극(44)을 포함하고, 제1 투명 기판(42)과 제2 투명 기판(46) 사이에 액정 재료(50)와 복합 재료(52)의 합성물(48)이 삽입된다. 제1 투명 전극(40) 및 제2 투명 전극(44)은 반드시 제1 및 제2 투명 기판들(42, 46)의 바깥쪽 표면 상에 배치될 필요는 없다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 이들 전극들을 합성물(48)의 옆에 배열하는 것도 가능하다. 여기서, 추가로 전극들(40, 44)과 합성물(48) 사이의 편광 층이 제공될 수 있다(도 3에는 도시되지 않음). 또한, 기판들(42, 46)에 대하여 액정 재료(50)의 각도 배향을 설정하기 위해 액정 재료(50)와 복합 재료(52)의 합성물(48)에 면하는 러빙된 중간 층(도 3에는 도시되지 않음)이 제공될 수 있다.

이하에는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 합성물(48)의 제조 프로세스가 설명될 것이다. 도 2에서 프로젝션 스크린(16)을 제조하기 위한 장비에 관하여 이미 설명된 바와 같이, 제조 프로세스에서 프로젝션 스크린(16) 상에 및 따라서 도 3의 합성물(48)의 전구체 혼합물(precursor mixture) 안에 밝고 어두운 영역들을 갖는 간섭 패턴이 투사된다. 여기서는, 전구체 혼합물로서, 감광성 프리폴리머(photosensitive prepolymer)와 무반응성 액정의 균질 혼합물이 도 2의 장비에 의해 생성된 간섭 패턴에 노출된다. 이 프로세스에서, 중합체 복합 재료(52)의 중합은 어두운 영역들에서보다 간섭 패턴의 밝은 영역들에서 더 빠르게 일어나고, 이것은 무반응성 액정 재료(50)를 어두운 영역들 안으로 집중시킨다. 이 역확산 프로세스(counterdiffusion process)는 액정이 많은 영역과 중합체가 많은 영역 사이에 층화된 구성의 프로파일(stratified compositional profile)을 빠르게 생성하고, 그것은 결국 광중합(photopolymerization) 프로세스에서 고정된다. 여기서, 형성된 중합체 복합 재료(52)의 형태는 (단지 예시를 위해, 도 3에 도시된 바와 같이) 채널 같을 수 있고, 또는 액정이 많은 영역을 가로지르는 중합체 스캐폴딩(polymer scaffolding)을 가질 수 있다. 그러나, 보다 일반적인 상황은 액정이 액적들 안에 완전히 캡슐화(encapsulate)되는 경우이다.

이 소위 HPDLC(holographic polymer-dispersed liquid crystal)는 도 3a에 예시되어 있는 스위칭 가능한 브래그 격자(53)를 형성한다. 여기서, 중합체 복합 재료(52)에 의해 형성된 브래그 격자(53)는 주위의(또는 캡슐화된) 액정 재료(50)의 굴절률을 복합 재료(52)의 굴절률과 같은 것으로부터 같지 않은 것으로 스위칭하는 것에 의해 덮이거나 벗겨질 수 있다.

따라서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 프로젝션 스크린(16)의 표면 법선에 경사진 각도로부터의 광은 합성물(48)의 브래그 격자(53)에 입사하고 (도 3에 도시된) 복합 재료(52)와 액정 재료(50)에 의해 형성된 브래그 격자 구조(53)로 인해 프로젝션 스크린(16)의 표면 법선에 실질적으로 평행인 방향으로 편향된다. 격자 구조의 바람직한 간격은 1000 nm이고 이 격자 구조의 기울어진 각도는 (합성물 층(48)으로 형성된 브래그 격자 구조(53)의 라인들에 의해 지시된 바와 같이) 프로젝션 스크린(16)의 표면 법선에 대하여 약 10°일 수 있다.

HPDLC 막은 가시 및 근적외선에서 낮은 산란 및 흡수, 광중합체 홀로그래픽 매질의 회절 효율에 필적하는 회절 효율 및 빠른 동적인 응답 시간과 함께 우수한 광학 특성들을 나타낸다. 그러나, HPDLC 층은 고도로 편광 선택적이다. 강한 편광 의존성은, 대부분의 투과 모드 HPDLC 재료들에 대하여 홀로그래픽 평면에 대체로 직각으로 정렬하는 경향이 있는, 액정의 고도로 정렬된 성질 때문이다. 그러므로, p-편광 광은 s-편광 광보다 더 효과적으로 회절된다. 사실상, 전계가 없는 액정 재료의 굴절률은 s-편광에 대한 중합체의 굴절률과 거의 같고, 따라서 거의 또는 전혀 회절이 없다.

제1 및 제2 전극(40, 44) 사이에 전압이 가해지지 않을 때, 합성물(48)의 두 종류의 층들은 상이한 굴절률을 갖고, 결국 입사광의 회절과 관련된 HPDLC 재료의 주기적인 구조가 된다. 투명 모드에서, 제1 및 제2 전극(40, 44) 사이의 전압은 액정 재료(50) 및 복합 재료(52)의 굴절률들이 동일하도록 설정되어, 결국 합성물(48)에서 거의 또는 전혀 회절이 없다. 따라서, 프로젝션 스크린(16)은 회절 모드와 투명 모드 사이에 스위칭 가능할 수 있다.

이하에는, 액정 재료(50)와 복합 재료(52)의 합성물(48)의 또 다른 실시예들이 설명될 것이다. HPDLC 재료의 제1 대안은 소위 POLICRYPS(polymer liquid-crystal polymer slices) 재료이고, 이것은 HPDLC 재료의 구조에 필적하지만, 교대하는 중합체 및 액정 층의 격자들은 HPDLC 재료에서보다 더 순수한데, 이는 액정 재료의 액적 형성이 예방되기 때문이다.

그러한 재료를 제조하기 위해, 광개시제(photoinitiator)-단량체-액정 혼합물의 샘플이 액정 성분의 네마틱-등방성 전이점(nematic-isotropic transition point)보다 높은 온도까지 가열된다. 이 단계는 경화 프로세스 동안에 네마틱 상의 출현을 방지한다. 샘플을 가열한 후에, 그것은 위에 설명된 간섭 패턴을 갖는 경화 UV 방사로 조명된다. 그 후, 샘플은 경화 UV 방사가 스위치 오프되고 중합 프로세스가 끝난 후에 등방성-네마틱 전이점보다 아래로 천천히 냉각된다.

합성물(48)의 다른 실시예는 소위 POLIPHEM(polymer liquid-crystal polymer hologram being electrically manageable)이고, 이것은 POLICRYPS 재료에 관하여 유사한 형태를 갖는다. 이들 2개의 실시예들은, 비간섭성 반사들의 부재로 인해, 산란 손실이 크게 감소되고, 액정 영역들의 치수가 액적 크기에 의해서가 아니라 격자 간격에 의해 주어지기 때문에 스위칭 전압이 훨씬 더 낮고, 보다 높은 굴절률 변조가 달성 가능하고, 격자 프린지들(grating fringes)의 더 선명한 해상도뿐만 아니라 마이크로초 범위의 시간 응답이 달성될 수 있는 것과 같이, 많은 긍정적인 점에서 복합 재료(52)의 브래그 격자의 특성들을 영향을 미치는 비액적(non-droplet) 구조를 제공하고 있다. 이 재료는 또한 HPDLC 재료에 관하여 위에 설명된 바와 같이 편광 광에 대해서만 작용한다.

액정 재료(50)와 복합 재료(52)의 합성물(48)의 또 다른 실시예는 모노아크릴레이트들, 다이아크릴레이트들 및 액정 겔을 형성하는 무반응성 액정 재료의 광중합된 혼합물이다. 여기서, 중합 후에, 무반응성 분자들에 의해 부풀려진 가볍게 교차 결합된 이방성 중합체 네트워크들(lightly cross-linked anisotropic polymer networks)이 생성되고, 액정 중합체는 중간에 액정을 갖는 단단한 구조를 형성한다. 패턴화된 방사를 이용함으로써, 스위칭을 위한 상이한 임계 전압들을 갖는 영역들이 생성될 수 있다. 여기서, 교차 결합된 네트워크는 시스템에 메모리 기능을 제공하고 스위칭 후에 초기 배향 상태로의 반전을 용이하게 한다. 따라서, 브래그 격자들 같은 패턴들이 겔에 생성될 수 있고, 그것은 전계의 적용에 의해 보이거나/보이지 않게 된다. 이 겔은 제로 전압에서는 투명한 반면, 전압을 가하는 즉시, 액정 재료는 광이 산란되도록 배향될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 리어 프로젝션 스크린(116)의 다른 실시예를 보여준다. 프로젝션 스크린(116)은 제1 투명 기판(54)을 포함하고, 제1 투명 기판(54) 상에 한 측면에 제1 투명 전극(56)이 배치된다. 제1 기판 투명 기판(54)의 다른 측면에는 표면-양각 격자(58)를 갖는 양각 부분이 위치한다. 제1 투명 기판(54)은 PMMA(polymethyl methacrylate)로 만들어진 지지 층(60) 및 폴리카보네이트로 만들어진 양각 층(62)으로 구성된다. 프로젝션 스크린(116)은 제2 투명 전극(66), 유리 또는 PMMA로 만들어진 지지 층(68) 및 러빙된 폴리이미드 층(70)이 이 순서로 적층되어 있는 제2 투명 기판(64)을 더 포함한다.

제1 및 제2 투명 기판들(54 및 64) 사이에는, 제1 투명 기판(54)의 옆에 그의 한 측면에서 양각 부분 또는 양각 측(62)에 면하고 표면-양각 격자(58)를 채우는 액정 층(72)이 위치한다. 제2 투명 기판(64)의 옆에 그의 다른 측면에서, 액정 층(72)은 러빙된 폴리이미드 층(70)에 면하고, 러빙된 폴리이미드 층(70)은 제1 및 제2 투명 기판들(54, 64) 사이에 삽입된 액정 재료의 배향 각도를 설정하기 위해 제공된다.

제1 및 제2 전극들(56 및 66)은 도 4에 도시된 적층된 층의 배열과 다른 부분들에 배열될 수 있는데, 예를 들면, 제1 투명 전극(56)은 또한 제1 투명 기판(54)의 지지 층(60)과 양각 층(62)의 사이에 배치될 수 있고, 제2 투명 전극(66)은 지지 층(68)과 러빙된 폴리이미드 층(70)의 사이에 배치될 수 있다.

액정 재료의 굴절률은 인접한 폴리카보네이트 층의 굴절률과 같거나 같지 않도록 스위칭될 수 있고, 따라서 표면-양각 격자는 액정 재료와 양각 층 사이의 전이부에서의 이들 층들의 굴절률들 사이의 스위칭 가능한 차이로 인해 숨겨지거나/보이게 될 수 있다.

2차원 격자의 간격은 약 1000 nm이고 이 격자의 변조 깊이는 약 200 nm이다. 다시, 격자는 바람직하게는 도 2에 도시된 것 같은 장비에 의해 제조되고, 거기서 확산기의 사용은 각도 및 파장에서 원하는 양의 확산을 제공한다.

또한 엠보싱에 의해 표면-양각 격자 구조를 제조하는 것이 가능하고, 여기서 제1 격자는 간섭 패턴을 생성하기 위해 도 2의 장비를 이용하여 형성될 수 있고, 간섭 패턴은 그 후 니켈에 전자 주조하는 것에 의하여 엠보싱 마스터에 전사된다. 이것은 사출 성형(injection moulding), 핫 엠보싱(hot embossing) 또는 연속 막 복제(continuous film replication)와 같은, 정밀 마이크로 복제 프로세스들을 위한 엠보싱 도구들로서 이용될 수 있다.

프로젝션 스크린(116)의 회절 메커니즘은 프로젝션 스크린(16)의 볼륨 브래그 격자를 고려하여 위에 설명된 회절과 상이하다. 프로젝션 스크린(116)의 이 회절 메커니즘을 예시하기 위하여, 잘 알려진 회절 격자에서의 회절의 개략도가 도 4a에 도시되어 있다.

표면 법선 L에 대해 각도

으로 표면-양각 격자에 입사하는 광은 격자 간격 p를 갖는 표면-양각 격자(58)에서 회절되고, 여기서 격자 등식은

이고, 여기서 n_in은 제1 투명 기판(54)의 양각 부분의 또는 양각 층(62)의 회절률(diffractive index)이고, n_out은 액정 층(72)의 회절률이고, m은 회절 차수(diffraction order)이다. 본 발명의 실시예에서는, 출사 각도

이 m = -1에서 입사광의 1차 회절이 되도록 선택하는 것이 바람직하다. 따라서, 표면-양각 격자(58)에 의하여 고휘도의 회절 광도 달성될 수 있다. 상기 격자 등식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 스크린은 회절률들 n_out 및 n_in을 같거나 같지 않게 만드는 것에 의해 쉽게 스위칭 가능하고, 그것은 제1 및 제2 전극들(56 및 66)에 의해 생성된 전계를 액정 층(72)에 가하는 것에 의해 수행될 수 있다.

Claims

리어 프로젝션 시스템(rear projection system)으로서,
- 프로젝터(18), 및
- 투명 모드와 회절 모드 사이에서 스위칭 가능한 프로젝션 스크린(16)을 포함하고,
상기 프로젝터(18)는 상기 프로젝터(18)로부터의 광이 상기 프로젝션 스크린(16)의 배면에서 경사진 각도로 입사하도록 상기 프로젝션 스크린(16)에 대하여 배치되고, 상기 프로젝션 스크린(16)은 그의 회절 모드에서 상기 입사광을 상기 프로젝션 스크린(16)의 정면 표면 법선(front surface normal)에 대하여 제한된 각도 범위 내로 편향시키도록 구성되는 리어 프로젝션 시스템.
제1항에 있어서, 상기 프로젝션 스크린(16)은 쇼핑 윈도우(shopping window)로서 이용되는 리어 프로젝션 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 입사광과 상기 프로젝션 스크린(16)의 배면 표면 법선 사이의 입사 각도는 30°보다 큰 리어 프로젝션 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제한된 각도 범위는 수직 방향의 -10°에서 10°까지 확장되는 리어 프로젝션 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로젝터(18)로부터의 광은 편광되는 리어 프로젝션 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로젝션 스크린(16)은,
- 제1 투명 전극(40)을 갖는 제1 투명 기판(42),
- 액정 재료(50)와 복합 재료(compound material)(52)의 합성물(48), 및
- 제2 투명 전극(44)을 갖는 제2 투명 기판(46)
을 포함하고,
상기 제1 및 제2 기판(42, 46) 사이에 배치되는 상기 액정 재료(50)의 굴절률은 상기 제1 및 제2 전극(40, 44)에 의해 생성된 전계에 의하여 상기 복합 재료(52)의 굴절률과 실질적으로 같게 또는 다르게 스위칭 가능한 리어 프로젝션 시스템.
제6항에 있어서, 상기 복합 재료(52)는 중합체인 리어 프로젝션 시스템.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 액정 재료(50)와 상기 복합 재료(52)의 합성물은 스위칭 가능한 브래그 격자(Bragg grating)를 형성하도록 구성되는 리어 프로젝션 시스템.
제8항에 있어서, 상기 액정 재료(50)와 상기 복합 재료(52)의 합성물은 HPDLC(holographic polymer-dispersed liquid crystal) 재료인 리어 프로젝션 시스템.
제8항에 있어서, 상기 액정 재료(50)와 상기 복합 재료(52)의 합성물은 POLICRYPS(polymer liquid-crystal polymer slices) 재료 또는 POLIPHEM(electrically manageable polymer liquid-crystal polymer hologram) 재료인 리어 프로젝션 시스템.
제8항에 있어서, 상기 액정 재료(50)와 상기 복합 재료(52)의 합성물은 모노아크릴레이트들(monoacrylates), 다이아크릴레이트들(diacrylates) 및 액정 겔을 형성하는 무반응성(non-reactive) 액정 재료의 광중합된 혼합물(photopolymerized mixture)인 리어 프로젝션 시스템.
투명 모드와 회절 모드 사이에 스위칭 가능한 리어 프로젝션 스크린(116)으로서,
- 제1 투명 전극(56) 및 표면-양각 격자(surface-relief grating)(58)를 갖는 양각 부분(relief portion)을 포함하는 제1 투명 기판(54),
- 상기 제1 투명 기판(54)의 상기 양각 부분의 옆에 위치하고 상기 표면-양각 격자(58)를 채우는 액정 재료(72),
- 제2 투명 전극(66)을 갖는 제2 투명 기판(64)
을 포함하고,
상기 액정 재료(72)의 굴절률은 상기 제1 및 제2 전극(56, 66)의 전계에 의하여 상기 제1 투명 기판(54)의 상기 양각 부분의 굴절률과 실질적으로 같게 또는 다르게 변경될 수 있는 리어 프로젝션 스크린(116).
제12항에 있어서, 상기 제1 투명 기판(54)은 PMMA로 만들어진 지지 층(60) 및 상기 액정 층(72)에 면하는 폴리카보네이트로 만들어진 양각 층(62)을 포함하는 리어 프로젝션 스크린(116).
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 제2 기판(64)은 유리로 만들어진 지지 층(68) 및 상기 액정 층(72)에 면하는 러빙된 폴리이미드 층(rubbed polyimid layer)(70)을 포함하는 리어 프로젝션 스크린(116).
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표면-양각 격자(58)는 약 1000 nm의 격자 간격(grating period) 및 약 100-300 nm의 범위의 변조 깊이(modulation depth)를 갖는 리어 프로젝션 스크린(116).
제12항 내지 제15항 중 어느 한 항의 리어 프로젝션 스크린(116)을 제조하는 방법으로서,
- 제1 투명 전극(56) 및 엠보싱 프로세스(embossing process)를 위해 준비되어 있는 투명 표면 부분을 포함하는 제1 투명 기판(54)을 제공하는 단계,
- 상기 투명 표면 부분을 엠보싱하여 상기 제1 투명 기판(54)에 표면-양각 격자(58)를 갖는 양각 부분을 형성하는 단계,
- 상기 제1 투명 기판(54)의 상기 양각 부분 상에 액정 재료(72)를 퇴적시켜, 상기 표면-양각 격자(58)를 채우는 단계,
- 제2 투명 전극(66)을 갖는 제2 투명 기판(64)을 제공하는 단계, 및
- 상기 제1 투명 기판(54) 및 상기 제2 투명 기판(64)을 조립하는 단계
를 포함하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 엠보싱은 사출 성형(injection moulding), 핫 엠보싱(hot embossing), 또는 연속 막 복제(continuous film replication)에 의해 수행되는 방법.