KR100682783B1 - 비디오 디스플레이용 다중 대역통과 필터를 위한 염료화합물 - Google Patents

Abstract

소정의 원색 파장이 아닌 파장을 선택적으로 흡수할 뿐만 아니라 전자기 스펙트럼의 소정의 원색 파장을 선택적으로 투과하도록 조절되는 필터를 생산하기 위해 염료의 특정 조합을 포함하는 대역통과 필터에 관한 것이다. 다중 대역통과 필터는 CRT 스크린 및 플라즈마 디스플레이 패널상의 이미지를 개선하는데 사용된다.

Description

비디오 디스플레이용 다중 대역통과 필터를 위한 염료 화합물{DYE COMBINATION FOR MULTIPLE BANDPASS FILTERS FOR VIDEO DISPLAYS}

본 발명은 비디오 디스플레이 장치 및 유사 장치용 다중 대역통과 필터를 포함하는 필터에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 비디오 디스플레이 장치용 특정 염료 조합물을 함유하는 필터에 관한 것이다.

오늘날 비디오 디스플레이 장치는 텔레비전, 컴퓨터, 비디오 게임 등과 같은 장치에 널리 이용되고 있다. 일반적으로, 이들 중 많은 장치들은, 텔레비전 및 컴퓨터 모니터와 같이, 일반적인 디스플레이 장치용의 가시광 범위인 넓은 파장 범위에 걸쳐 전자 에너지를 광 에너지로 변환시키는 형광 스크린에 부딪히는 전자총으로부터의 전자에 의해 이미지가 생성되는 진공 튜브 디스플레이 장치인 음극선관 (CRT) 을 이용한다. CRT 는 모노크롬 (단색) 또는 2 가지 색 이상 (통상 적색, 녹색, 및 청색인 삼원색) 으로 이미지를 생성하는 컬러 디스플레이 장치일 수 있다.

비디오 디스플레이 장치의 공통적인 문제점은 장치로부터 관측자에게로 반사되는 광이며, 이것은 일반적으로 관측자의 눈을 피로하게 만든다. 반사 광은 스크린 뒤쪽의 형광체를 벗어나 반사하는 주변 광뿐만 아니라 스크린의 표면 (통상, 유리 표면) 을 벗어나 반사되는 주변 광으로 구성된다. 이러한 반사 광을 피하거나 줄이기 위해 과거에 많은 시도가 행해져 왔다. 미국특허 제 4,989,953 호의 컬럼 2 라인 13 내지 컬럼 3 라인 22 에서는, 이러한 시도의 일부 및 그 시도와 관련된 문제점이 기재되어 있다. 그러나, 이러한 시도의 대부분은 모노크롬 디스플레이 모니터만으로부터의 눈부심을 줄이는데 성공했다.

컬러 디스플레이의 경우, 광 반사를 줄이고자 하는 초기 시도로서, 예를 들어, 중간밀도 (ND) 필터 사용이 포함된다. 중간밀도 필터 또는 감쇄기는 파장에 상관없이 균일한 감쇄를 생성하도록 설계된다. 예를 들어, Jeff Hecht 의 "The Laser Guidebook" 제 2 판, McGraw-Hill, Inc., 뉴욕 1992년, 페이지 79 를 참조해 보자. 이러한 필터는 적절한 매질에 은 또는 흑연 입자의 콜로이드 현탁액을 포함하며, 모니터 표면에 부착된다. 이러한 종류의 필터는 파장과는 독립적으로 그 필터를 통과하는 광의 일부를 투과한다. 실제로, 더 나은 대안이 없기에 현재의 컬러 CRT 디스플레이 제조에서는 중간밀도 필터가 널리 사용된다. 그러나, 이러한 필터는 이미지의 휘도가 감소되는 단점을 갖는다.

또다른 방법은, 특정 파장을 흡수하는 상이한 컬러 판을 이용함으로써 선택적인 필터링을 이용하는 것이었다. 그러나, 이러한 시도에는 각 형광 소자 마다 상이한 컬러 필터를 사용해야하는 단점이 있다. 원하는 적색, 녹색, 및 청색을 투과하기 위해 상이한 필터 재료들을 조합함으로써, 일반적으로 상이한 필터 재료의 캐스케이드로 인하여 원하는 파장의 일부가 흡수되는 결과가 발생한다. 이것은 결국 투과되는 적색, 녹색, 및 청색의 양을 감소시킨다.

또다른 방법은, 중간밀도 필터와 반사 방지 코팅의 조합이 있다. 이것은 반사 광을 감소시키지만, 이미지의 휘도를 또한 감소시킨다.

미국특허 제 5,121,030 호는 공간적으로 분리된 복수의 영역을 갖는 투명 기판을 포함하는 흡수 필터를 기재하고 있다. 이것은 흡수 필터내에 상이한 염료 성분으로 된 이격된 영역을 필요로 하기에, 필터의 구조가 매우 복잡하며 대량 제조가 어렵다.

상기한 미국특허 제 4,989,953 호는 모노크롬 디스플레이용 컬러 필터 사용을 주장한다. 따라서, 예를 들어, 마젠타 컬러 필터는 녹색 형광체를 갖는 CRT 용으로 사용되고, 청색 컬러 필터는 주변 컬러 CRT 용으로 사용된다. 그러나, 이러한 개념은 컬러 디스플레이용으로 많이 유용하지 않은데, 그 이유는 예를 들어 필터의 스펙트럼 특성에 의존하는 적색 및/또는 녹색을 청색 필터가 차단하기 때문이다. 미국특허 제 4,989,953 호에 개시되어 있는 다른 컬러에 대해서도 동일한 문제점이 존재한다. 이러한 필터가 풀 컬러 디스플레이용으로 사용된다면, 그 결과로 발생하는 디스플레이 컬러는 심각하게 왜곡될 것이다. 이러한 이유때문에, 미국특허 제 4,989,953 호는 다중 컬러 디스플레이 또는 흑백 디스플레이용으로 중간밀도 필터 또는 그레이 컬러 필터가 사용되어야 한다고 제시한다. 그러나, 전술한 바와 같이, 이러한 시도는 디스플레이의 휘도를 감소시킨다. 중간밀도 필터는 필요한 광의 상당한 양을 흡수하기 때문에, 중간밀도 필터를 이용하는 디스플레이는 강한 광을 발생시킬 수 있어야 한다. 이것이 디스플레이 애플리케이션에 있어서 매우 밝은 형광체를 개발하려는 이유 중 하나이다. 그러나, 이렇게 밝은 형광체는 디스플레이 비용을 상당히 증가시킨다.

점점 더 많이 사용되고 있는 또다른 종류의 비주얼 디스플레이 장치로는 플라즈마 디스플레이 패널 (PDP) 이 있다. 모노크롬 디스플레이 동작의 기본 메카니즘은 기교적 간단한다. 유리 엔벌로프내에 헬륨, 네온, 아르곤, 크세논, 또는 이들의 혼합물과 같은 비활성 가스를 밀봉하고, 그 가스를 이온화시켜 플라즈마를 발생시키도록 고전압을 인가한다. 컬러 동작도 또한 플라즈마 디스플레이에서 수행될 수 있다. 이러한 동작은 직접적으로 플라즈마 컬러의 글로 (glow) 가 아닌 플라즈마 방전에 의해 발생되는 자외선을 활용한다. 따라서, 컬러 동작에서, 형광체는 플라즈마 방전체 근처에 배치된다. 플라즈마-생성 UV 선은 형광체에 충돌하고 디스플레이용 가시광을 발생시킨다. 가스 디스플레이 패널로서도 또한 알려진 플라즈마 디스플레이 장치는, 자신의 광 방출때문에 디스플레이를 보기 쉬운 넓은 시야각 및 얇은 형태와 같은 특성을 갖고 있다. 이러한 장점으로 인하여 고화질 텔레비전용 가스 방전 디스플레이 패널 사용이 증가하였다. PDP 의 정확한 구조는 본 발명의 특징이 아니며, 본 발명의 필터는 정확한 구성에 상관없이 어떠한 컬러 PDP 용으로도 유용한 것으로 간주된다. 당업자는 어떠한 PDP 장치에도 본 발명의 필터를 사용할 수 있다.

불행히도, 다양한 디스플레이 제조자에 의해 현재 개발되고 있는 플라즈마 디스플레이는 여전히 충분한 휘도 또는 충분한 적색, 녹색, 및 청색 투과율을 갖지 못한다. 따라서, 이러한 필터가 디스플레이의 휘도를 더 감소시키기 때문에, 플라즈마 디스플레이 애플리케이션에 있어서는 중간밀도 필터를 컬러 및 콘트라스트 개선을 위해 효과적으로 사용할 수 없다. 또한, 형광체의 서브 픽셀들은 서로 매우 근접해 있기 때문에, 선택되지 않은 형광체 영역의 자극을 방지하기 위한 물리적인 장벽이 필요하다. 디스플레이로부터 보다 순수한 컬러 방출을 얻기 위해, 고가의 원형 편광자-기반 콘트라스트 개선 필터가 사용되고 있다.

따라서, CRT 및 플라즈마 디스플레이 패널용의 다양한 사용 및 잠재적인 사용이라는 면에서, 이미지의 해상도 및 휘도를 현저히 희생시키지 않고 전체 컬러를 증가시키고 콘트라스트를 향상시킬 뿐만 아니라 디스플레이 장치로부터 반사 광을 효과적으로 줄일 수 있는 어떠한 장치 또는 메카니즘이 당업계에 요구된다.

따라서, 본 발명의 목적은 이러한 디스플레이로부터 반사되는 광을 감소시키는 컬러 디스플레이용 필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 컬러 디스플레이 모니터로부터 이미지의 휘도를 현저히 희생시키지 않고 컬러 디스플레이 모니터로부터 이미지 컬러 및 콘트라스트를 개선하기 위해 특정한 염료 세트를 함유하는 필터를 제공하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 컬러 디스플레이용으로 스펙트럼 튜닝된, 특히 3원색, 즉, 적색, 녹색, 및 청색으로 매칭된 다중 대역통과 필터를 제공하는 것이다.

이하, 다음의 설명 및 예로부터 당업자는 본 발명의 다른 목적 및 장점을 명백히 알 수 있다.

발명의 개요

상기 목적들 중 한 개 이상은, 다양한 방식으로 디스플레이 모니터 표면에 부착가능하고 이미지의 휘도 및 해상도에 현저히 영향을 주지 않고도 이미지의 컬러 및 콘트라스트를 개선할 수 있는 스펙트럼 튜닝된 대역통과 필터를 본 발명에 제공함으로써 달성된다. 또한, 본 발명의 필터는 프리 스탠딩 (free standing)형일 수 있고 디스플레이 모니터의 정면에 배치될 수도 있다. 그 필터는 소정의 원색 파장이 아닌 파장을 선택적으로 흡수할 뿐만 아니라 실질적으로 전자기 스펙트럼의 상기 소정의 원색 파장을 선택적으로 투과하도록 조절되는 염료의 특정한 조합을 포함하는 특정 염료 세트를 포함한다. 염료는 모니터 표면상에 부착되는 적절한 투명 기판상에 위치될 수도 있으며, 또는 다른 방법으로, 염료는 예를 들어, 스프레이 코팅과 같은 적절한 공정에 의해 모니터 표면상에 직접 증착될 수 있다. 바람직하게는, 염료 조합은 투명 폴리머 매트릭스내에서 균일하게 혼합된다.

"스펙트럼 튜닝" 이라는 용어는 소정 원색의 상당한 선택적 투과율 (50% 이상) 을 말하며, "투명" 이라는 용어는 CRT, 플라즈마 디스플레이 등과 같은 텔레비전 디스플레이 장치와 같이 일반적인 경우에 가시광인 전자기 스펙트럼의 70% 이상의 광 투과율을 말한다. 이러한 경우에, 원색은 적색, 녹색, 및 청색이다.

또한, 본 발명의 대역통과 필터가 각 파장에서 대역통과 윈도우의 스펙트럼 대역폭을 조절함으로써 컬러 전범위를 확장할 수 있고, 이에 따라 CRT 및 PDP 상에 더 선명하고 현실감있는 컬러가 가능해진다. 이것은, 현재의 비주얼 디스플레이 기술에 비해 현저한 개선이다.

또한, 본 발명의 대역통과 필터는 원격 조정 유닛의 동작을 간섭하는 PDP 로부터의 전자기 유도 및 IR 방사를 차폐한다.

또한, 원할 경우, 본 발명의 콘트라스트 및 컬러 개선 필터의 상부에 적절한 반사 방지 코팅을 증착할 수 있다. 이 경우에, 반사 방지 코팅은 필터의 인테그리티 (integrity) 에 물리적, 화학적 및 광학적으로 영향을 주지 않는 것으로 선택되어야 한다. 적절한 반사 방지 코팅은 예를 들어 미국특허 제 5,178,955 호에 설명되어 있다.

도 1 은 염료 LC 5410 에 대한 파장 스펙트럼 대 흡광도이다.

도 2 는 염료 LC 6550 에 대한 파장 스펙트럼 대 흡광도이다.

도 3 은 폴리비닐 아세테이트 폴리머내에 플루오레신 아민 이소머 1, 플록신 B, 술푸로다민 101 및 룩솔 패스트 블루 (Luxol Fast Blue) MBSN 을 함유하는 염료 세트의 파장 스펙트럼 대 광학 밀도이다.

도 4 는 폴리비닐 아세테이트 폴리머내에 플루오레신 아민 이소머 1, 플록신 B, 술푸로다민 101 및 룩솔 패스트 블루 MBSN 을 함유하는 염료 세트로 이루어진 필터의 크로매틱 도이다.

도 5 는 폴리비닐 아세테이트 폴리머내에 모던트 오렌지 1, 플루오레신 아민 이소머 1, 플록신 B, 술푸로다민 101, 및 룩솔 패스트 블루 MBSN 을 함유하는 염료 세트의 파장 스펙트럼 대 광학 밀도이다.

도 6 은 폴리비닐 아세테이트 폴리머내에 모던트 오렌지 1, 플루오레신 아민 이소머 1, 플록신 B, 술푸로다민 101, 및 룩솔 패스트 블루 MBSN 을 함유하는 염료 세트로 이루어진 필터의 크로매틱 도이다.

도 7 은 폴리비닐 아세테이트 폴리머 매트릭스내에 LC 5410, LC 6550, 로다민 101, 및 룩솔 패스트 블루 MBSN 을 함유하는 염료 세트의 파장 스펙트럼 대 광학 밀도이다.

도 8 은 폴리비닐 아세테이트 폴리머 내에 LC 5410, LC 6550, 로다민 101, 및 룩솔 패스트 블루 MBSN 을 함유하는 염료 세트로 이루어진 필터의 크로매틱 도이다.

도 9 는 폴리메틸 메타크릴레이트 매트릭스내의 메틸 에틸케톤 및 디메틸푸란에 용해된 염료 IRA 850 의 흡광 스펙트럼을 도시한 것이다.

본 발명은, 비 원색을 현저히 흡수하는 한편 컬러 디스플레이 장치의 반사 광으로부터의 원색 투과율을 현저히 증가시킴으로써, 관측자에 대한 이미지의 컬러 및 콘트라스트를 개선하는, 스펙트럼 튜닝된 대역통과 필터 (노치 필터) 를 개시한다. 그 필터는 원색에 대하여 현저한 영향없이 비 원색을 현저히 흡수하는 적절한 염료의 특정 세트를 포함한다.

디스플레이 장치 스크린으로부터의 콘트라스트는 일반적으로 "콘트라스트 비율" 용어로 정의된다. 일반적으로, 콘트라스트 비율 (C) 은 수학식 1 에 의해 정의된다.

여기서, T 는 파장 (λ) 의 함수로서 기판의 투과율이고, S 는 사람 눈의 스펙트럼 감도 함수이며, Ip 및 Ia 는 각각 디스플레이 소스 강도 (예를 들어, 형광체 방출 강도) 및 주변 광원 강도이고, R 은 디스플레이 형광체용 반사 계수이다. 여기서 알 수 있듯이, C 는 주어진 디스플레이 시스템에 대하여 Ia 및/또는 T(λ) 를 임의로 작게 함으로써 증가될 수 있다. 그러나, 디스플레이가 완전히 어두운 조건 (Ia 가 매우 적음) 에서 관측된다면, 매우 높은 콘트라스트를 가질 수 있지만, 동일한 조건을 이용하지 않고 2개의 상이한 디스플레이를 비교하는 것은 매우 어렵게 된다. 따라서 디스플레이 업계에서는 디스플레이 성능 비교에 있어서 표준화된 주변 광 조건을 이용하려 한다. 유사하게 Ip 를 증가시킴으로써 C 가 개선될 수 있다. 실제로, 디스플레이 업계에서는 Ip 를 증가시키는 것이 매우 어렵다. Ia 및 Ip 는 콘트라스트 개선 장치와는 독립적이기 때문에, 일반적으로, 수학식 2 및 3 에서 제공되는 정규화된 강도 함수가 콘트라스트 개선 장치의 성능을 비교하기 위해 정의된다.

여기서, Ia 및 Ip 는 각각 정규화된 주변 및 디스플레이 강도이다. 정규화된 콘트라스트 (C) 및 성능 지수 (figure of merit; η) 는 각각 수학식 4 및 5 에서 정의된다.

이상적인 중간밀도 필터 또는 유사한 필터의 경우, 성능 지수는 향상되지 않으며, 즉, η= 1 이다. 따라서, 실제 성능이 향상되지 않지만, 디스플레이 휘도와 콘트라스트 간의 트레이드 오프를 제공한다. 즉, 이미지 휘도를 희생하여 콘트라스트 개선이 제공된다. 따라서, 예를 들어, 50% 흡광성 중간밀도 필터의 경우, 콘트라스트는 두배로 될 수 있으며, 즉,

= 2, Ip = 0.5 및 Ia = 0.25 이다. 그러나 50% 흡광이 존재한다.

성능 지수는 이미지의 컬러 콘트라스트와 이미지의 휘도간의 대비이다. 즉, 성능 지수는 이미지의 컬러 콘트라스트 및 휘도인 2개 변수간의 밸런스이다. 양호한 컬러 콘트라스트 및 휘도가 필요하다. 예를 들어, η= 1.2 는 콘트라스트가 휘도보다 약 20% 더 크다는 것을 의미한다. η< 1 는 콘트라스트가 이미지에서 더 개선될 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명의 스펙트럼 튜닝된 필터는 적절한 염료 및 폴리머 매트릭스를 포함하며, 중간 폴리머 기판을 갖는 또는 갖지 않는 CRT 또는 PDP 모니터 상에 존재할 수도 있다. 또한, 본 발명의 필터는 프리 스탠딩형일 수 있고 CRT 또는 PDP 모니터의 정면에 배치될 수 있다. 적절한 염료는 필요한 파장을 현저히 흡수하지 않고도 불필요한 파장을 선택적으로 흡수하는 것이다. 필요한 파장은 삼원색인 적색, 녹색, 및 청색에 대응한다. 표 1 은 본 발명의 실시에 유용한 적절한 염료를 나타낸 것이다. 이들 중 다수는 다양한 소스로부터 상용가능한 상표등록된 재료들이다. 이러한 소스 중 하나는 위스컨신주 밀워키에 있는 Aldrich Chemical Company 이다.

표 1

적절한 염료 리스트

아스트라존 오렌지 G

브릴리언트 블루 R

룩솔 패스트 블루 MBSN

브롬오클로로페놀 블루 소듐 솔트

브롬오페놀 블루 소듐 솔트

브롬오크레솔 퍼플 소듐 솔트

2`, 7` - 디클로로플루오레신

에오신 Y

플루오레신

플루오레신 아민 이소머 1

플루오레신 아민 이소머 11

플루오렉손

브롬오페놀 블루

아크리딘 오렌지

아크리딘 오렌지 베이스

σ- 크레솔프탈린

σ- 크레솔프탈린 컴플렉손

크레솔 레드

패스트 블루

모던트 오렌지 1

플록신 B

파이로닌 B

로다민 101

로다민 123 하이드레이트

술포브롬오프탈린 소듐 하이드레이트

술푸호다민 101 하이드레이트

클로로페놀 레드

LC 5410

LC 6550

IRA 850

본 발명의 필터에서 범용 이미지 개선 애플리케이션을 위해 특히 유용한 염료는 다음과 같은 특성을 갖는다.

1. 흡광 특성

a) 다음의 파장 영역중 한 영역에 있는 흡광 피크 (λ)

- λ< 430 nm

- 470 nm < λ < 510 nm

- 550 nm < λ < 610 nm

- λ > 650 nm

b) 흡광 대역폭이 30 ~ 80 nm 범위내에 있다.

2. 안정성

a) 내광성 (fastness)

- 85 MJ/㎡ 의 백색광 (400 nm 내지 700 nm) 노출에서 10 ~ 20% 미만의 열화

b) 열적 안정성

- 70℃, 70% RH 및 72 시간의 스트레스 조건에서 10 ~ 20 % 미만의 열화

3. 용해성

a) 환경 친화적 용매에서 용해가능

b) 고화질 코팅용으로 적절한, 광학적으로 깨끗한 폴리머 수지 매트릭스에서 용해가능

비디오 스크린상에서 콘트라스트 및 컬러를 개선하기 위해, 전자기 스펙트럼의 소정의 원색 파장을 선택적으로 투과함과 동시에 소정의 원색 파장이 아닌 파장을 선택적으로 흡수하도록 조절되는 대역통과 필터를 얻기 위해 표 1 에 열거된 염료의 다양한 조합이 이용될 수도 있다.

본 발명의 대역통과 필터에서 이용되는 바람직한 염료에는 LC 5410, LC 6550, 로다민 101, 룩솔 패스트 블루 MBSN, 모던트 오렌지 1, 플루오레신 아민 이소머 1, 플록신 B, 및 술푸호다민 101 의 조합이 포함된다.

도 1 은 염료 LC 5410 의 흡광 스펙트럼이고 도 2 는 염료 LC 6550 의 흡광 스펙트럼이다. LC 5410 및 LC 6550 의 흡광 스펙트럼은 스펙트럼을 표준 분광 광도계를 이용하여 메틸 알콜에서 염료들의 0.1% 용액의 스펙트럼을 측정함으로써 결정되었다. 염료의 광학 밀도의 수치, 즉, 흡광 피크는 염료 재료를 정의하는데 있어서 특별히 중요하지는 않다. 광학 밀도의 값 또는 특정한 피크의 흡광도는 테스트 샘플의 농도가 증가할 때 항상 더 커진다. 그러나, 흡광 스펙트럼의 피크 또는 피크들이 발생하는 파장은 고유하며 특정한 염료에 대하여 일정하게 유지된다. 일단 염료 및 용매계가 선택되면 흡광 피크 또는 피크들을 정의하는 위치는 고정된다. 따라서, 그 위치는, 염료 또는 염료 조성의 특성을 나타내는 흡광 피크 또는 피크들의 위치이다.

nm 스케일에 따른 흡광 피크의 위치에 부가하여, 염료를 정의하거나 특징지우고 식별하기 위해 피크 또는 피크들의 대역폭이 채용될 수도 있다. 흡광 피크의 위치와 더불어, nm 으로 측정되는 대역폭은 측정된 샘플에서의 염료 농도에 상관없이 항상 동일하다. 광학 밀도 대 파장의 도면에서, 피크 높이의 절반에서의 전체 폭이 대역폭으로서 측정된다. 염료 LC 5410 및 LC 6550 는 Lambdachrome

레이저 염료이며 플로리다주 33309 포트 로더데일 웨스트 커머셜 불러바드 소재의 Lambda Physik, Inc. 로부터 얻을 수 있다. Lambda Physik, Inc. 는 캘리포니아주 산타 바바라 소재의 Coherent, Inc. 의 자회사이다.

일반적으로, 염료 조성 (모든 염료의 전체 중량) 은 본 발명의 필터를 형성하는데 사용되는 약 0.01 중량% 내지 약 10 중량% 의 드라이 캐리어 매트릭스를 포함한다. 바람직하게, 그 염료는 약 0.04 중량% 내지 약 4.0 중량% 미만의 드라이 매트릭스를 포함한다. 다음의 것들은 본 발명에서 유용한 특정 염료의 일반적이고 바람직한 범위를 나타낸다. 염료의 특정 조합에서 각 염료의 특정 양은, 실시예에 도시되어 있으며 필터의 전체 흡광 스펙트럼에 대한 각 염료가 갖는 영향에 대한 참고자료를 제공할 수 있다. 이러한 실시예들은 효과적인 컬러 개선 필터를 제공하기 위해 실시예에 도시된 일반적이고 바람직한 중량 범위내에서의 다른 유용한 염료 조합 및 그 조합을 벗어난 것을 제시할 수 있다.

한 가지 바람직한 염료 세트는 플루오레신 아민 이소머 1, 플록신 B, 술푸호다민 101, 및 룩솔 패스트 블루 MBSN 의 조합을 포함한다. 두번째 바람직한 염료 세트는 모던트 오렌지 1, 플루오레신 아민 이소머 1, 플록신 B, 술푸호다민 101, 및 룩솔 패스트 블루 MBSN 의 조합을 포함한다. 세번째 바람직한 염료 세트는 LC 5410, LC 6550, 로다민 101, 및 룩솔 패스트 블루 MBSN 을 포함한다. 상술한 각 염료에 대한 다음의 양은 본 발명에 따른 필터를 제조하는데 있어서 유용한 것으로 밝혀졌다. 이러한 양은 본 발명의 범위내에서 화합물 형성을 유도하려는 것이지 본 발명의 범위를 도시된 양으로 엄격히 제한하려는 것은 아니다. LC 5410 은 필터의 드라이 폴리머 매트릭스의 약 0.40 중량% 내지 0.60 중량%, 바람직하게는 매트릭스의 약 0.45 중량% 내지 약 0.55 중량% 를 포함한다. LC 6550 은 매트릭스의 약 0.20 중량% 내지 약 0.35 중량%, 바람직하게는 매트릭스의 약 0.25 중량% 내지 약 0.30 중량% 를 염료가 포함하는 양에 포함된다. 로다민 101 염료는 매트릭스의 약 0.05 중량% 내지 약 0.25 중량%, 바람직하게는 매트릭스의 약 0.10 중량% 내지 약 0.20 중량% 를 포함한다. 룩솔 패스트 블루는 매트릭스의 약 0.10 중량% 내지 약 1.5 중량%, 바람직하게는 매트릭스의 약 0.50 중량% 내지 약 1.25 중량% 양내에 포함된다. 플루오레신 아민 이소머 1 은 매트릭스의 약 0.35 중량% 내지 약 0.60 중량%, 바람직하게는 매트릭스의 약 0.40 중량% 내지 약 0.55 중량% 양내에 포함된다. 플록신 B 는 매트릭스의 약 0.1 중량% 내지 약 0.2 중량%, 바람직하게는 매트릭스의 약 0.15 중량% 내지 약 0.175 중량% 내에 포함된다. 염료 술푸호다민 101 은 매트릭스의 약 0.20 중량% 내지 약 0.45 중량%, 바람직하게는 매트릭스의 약 0.35 중량% 내지 약 0.40 중량% 를 포함한다. 염료 모던트 오렌지 1 은 매트릭스의 약 0.50 중량% 내지 약 1.0 중량%, 바람직하게는 매트릭스의 약 0.70 중량% 내지 약 0.9 중량% 를 포함한다.

본 발명을 실시할 수 있는 또 다른 적절한 염료는 IRA 850 이다. IRA 850 염료는 IR 차폐에 있어서 특히 효과적이다. 플라즈마 디스플레이 패널로부터 방출되는 IR 방사는 원격 제어 유닛의 동작을 간섭하며, 따라서, 이러한 전자 장비의 최적 성능과 절충하게 된다. 그 염료는 오하이오주 린덴 400 에 위치한 Exiton, Inc. 로부터 입수 가능하다. 도 9 는 염료를 식별하는 흡광 스펙트럼을 도시한 것이다. 흡광 스펙트럼은 약 33 % 의 디메틸푸란 및 폴리메틸 메타크릴레이트와 메틸에틸 케톤의 67 % 혼합물의 용액에 IRA 850 염료의 0.05 중량% 샘플을 추가함으로써 제조되었다. 이 샘플은 표준 분광 광도계에서 측정되었다.

본 발명의 필터를 제조하기 위해, (예를 들어, 표 1 로부터) 적절한 염료 세트 및 수지계가 적절한 용매에서 충분한 농도로 용해되어, 모니터상에서 투과된 광의 불필요한 파장의 충분한 흡수가 발생한다. 일반적으로, 충분한 흡수는 20% 초과이며, 바람직하게는 50% 초과이고 특히 80% 초과이다. 적절한 용매는, 염료/폴리머 매트릭스 조합이 모니터상에서 진행되기 전에 폴리머 기판상에 존재하는지 여부에 의존할 뿐만 아니라 폴리머 매트릭스 재료용으로 선택된 용매와 호환 가능한 것이다. 이러한 변형 및 기술들은 코팅 기술 분야의 당업자에게는 명백한 것이다. 일반적으로 더 낮은 알콜, 물 등의 용매는 비부식성이며 서로 호환될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 염료가 더 낮은 알콜에서 용해되어 용액 A 를 형성할 수도 있고, 폴리머 매트릭스 재료가 물이나 알콜에서 용해되어 용액 B 를 형성할 수도 있으며, 그 후, 이러한 2가지 용액은 충분한 양으로 혼합될 수도 있다. 또한, 폴리머 매트릭스 재료는, 상기한 다른 재료들과 호환 가능하며 광학적으로 투명한 막을 형성하는 폴리머이다. 일부 예로는, 폴리비닐 알콜 (PVOH), 폴리비닐 아세테이트 (PVA), 폴리올레핀과 같은 폴리아크릴레이트 및 비닐 폴리머, 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 폴리스티렌, 사이클로올레핀 폴리머 및 코폴리머 (COC), 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리케톤, 폴리에스테르아미드, 폴리비닐 부티레이트 (PVB) 등이 포함된다. 또한, 폴리머들 중 대부분이, 예를 들어, 열적 경화, 방사 경화 등과 같은 적절한 기술에 의해 상호연결가능할 수도 있다. 용액 A 및 B 를 혼합후에, 막 캐스팅, 막 드라잉, 막 두께 등을 완화 및/또는 개선하도록, 예를 들어, 점성 변형제, 계면활성제, 휘발제 등과 같은 첨가물을 선택적으로 첨가할 수도 있다. 이러한 기술은 코팅 업계에 널리 공지되어 있다.

예를 들어, 용매 캐스팅, 압출, 스프레이 코팅, 롤러 코팅, 딥 (dip) 코팅, 브러시 코팅, 스핀 코팅 등과 같은 어떠한 적절한 기술에 의해서 염료(들)와 폴리머 매트릭스의 혼합물로부터 하나 이상의 막이 형성될 수도 있다. 이러한 막 형성 기술은 널리 공지되어 있다. 다른 방법으로, 염료와 폴리머의 혼합물로부터 막을 형성하는 대신, 먼저, 폴리머 매트릭스가 막으로서 형성된 후, 염료처리될 수도 있다. 그 후, 이 막 또는 막들은, 예를 들어, 접착제 사용과 같은 적절한 방법에 의해 모니터 표면상에 부착될 수 있다.

다른 방법으로서, 염료와 폴리머 매트릭스의 혼합물이 막과 같은 적절한 기판상에 스펀 코팅될 수 있다. 그 후, 코팅된 기판은, 예를 들어, 접착제 사용과 같은 적절한 방법에 의해 모니터 표면상에 부착될 수도 있다. 적절한 기판은 폴리머뿐만 아니라 유리이다. 적절한 폴리머 기판은, 예를 들어 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리올레핀, 폴리카보네이트 등과 같이 광학적으로 투명한 폴리머이다. 폴리에스테르중에서, 폴리에틸렌, 테레프탈레이트 (PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT) 와 같은 폴리머 막이 바람직하다.

막을 형성하기 위해 압출될 때, 막 또는 염료로의 압출동안 염료는 용융된 폴리머 매트릭스 내에 포함될 수 있으며, 먼저, 매트릭스 폴리머 혼합물이 펠릿으로 압출될 수 있고, 그 펠릿은 원하는 막으로 용융 및 압출되었다. 그 후, 그 막은 임의의 적절한 방법에 의해 모니터 표면에 부착될 수도 있다. 이러한 방법은, PET 또는 PBT 와 같은 폴리에스테르가 매트릭스로서 사용될 때 특히 유용하다.

다른 대체 방식으로서, 적절한 막을 형성하기 위해 염료/폴리머 혼합물이 모니터상에 직접 스프레이될 수도 있다. 본 발명은 이러한 다양한 방법을 충분히 수용할 수 있다.

본 발명의 막 또는 필터는, 소정의 원색 파장이 아닌 파장을 선택적으로 흡수할 뿐만 아니라 적색, 녹색, 청색인 소정의 원색 파장을 선택적으로 투과하도록 어떠한 비디오 모니터의 외부 전면 플레이트 (face plate) 상에서 이용될 수도 있다. 이러한 비디오 모니터는 CRT 및 플라즈마 디스플레이 패널을 포함하지만 이들에 한정되지 않는다.

컬러 CRT 또는 음극선관은 당업계에 널리 공지되어 있으며 텔레비전 및 컴퓨터에서 채용되고 있다. 본 발명의 필터는 CRT 스크린의 외부면에 걸쳐 배치될 수도 있다. CRT 스크린의 내부면은 컬러 형광체를 포함한다. 다른 방법으로서, 필터는 CRT 스크린앞에 프리 스탠딩되어 배치될 수 있다. 이러한 CRT 스크린의 예는 Itou 등의 미국특허 제 4,977,347 호, Deal 등의 미국특허 제 4,563,612 호, 및 Iwasaki 등의 미국특허 제 5,200,667 호에서 개시되어 있으며, 이들의 내용은 참고로 본 명세서에 포함되어 있다.

본 발명의 대역통과 필터는 플라즈마 디스플레이 패널에도 이용될 수 있다. 플라즈마 디스플레이 패널은 본질적으로 유리의 내부면상에 도전성 박막 전극과, 비활성 가스 혼합물을 밀폐시키는 저온 프릿 (frit) 을 갖는 에지부에서 밀봉되는 유리사이에 개재된다. 투명 도체의 병렬 라인은 내부면들중 한 내부면 상에 배치되며 금속 전극은 외부면 상에 있다. 본 발명의 필터는 외부 유리면의 전면부 상에 배치되고, 또는 외부 유리면의 전면 앞에 프리 스탠딩되어 배치될 수 있다. 적절한 플라즈마 디스플레이 패널의 예는 Ushifusa 등의 미국특허 제 5,818,168 호, 및 Blitzer 등의 미국특허 제 3,601,532 호에 기재되어 있으며, 이들의 내용은 참고로 본 명세서에 포함되어 있다.
다음의 실시예들은 본 발명의 예를 나타내려는 것이지, 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다.

제 1 실시예

이 염료 세트는 염료 조합이 디스플레이용, 특히 플라즈마 디스플레이 패널용 컬러 콘트라스트를 개선할 수 있다는 개념을 증명하고자 개발되었다.

그 염료 세트는, 폴리머 매트릭스에서 염료의 최종 드라이 중량이 하기되는 바와 같이 되도록, 50% 물, 30% 이소프로필 알콜 및 20% 메틸 알콜의 용액에 충분한 양의 플루오레신 아민 이소머 1, 플록신 B, 술푸호다민 101 및 룩솔 패스트 블루 MBSN 을 용해함으로써 제조되었다. 염료 용액은 폴리비닐 아세테이트 (폴리머 매트릭스) 의 용액에 첨가되었다. 계면활성제 Genepole

및 Dynol

의 약 0.01 중량% 인 몇개의 드롭 (drop) 이 첨가되었다. 막은 4 밀 (mil) 두께 (100 미크론) 의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기판상에서 약 1,000 rpm 으로 약 30초동안 스펀 코팅되었다. 그 후, 그 막은 오븐에서 약 50℃ 에서 약 30분동안 건조되어 약 8 미크론 두께의 전체 드라이 막 (dry film) 을 얻었다. 드라이 폴리머 매트릭스에 대한 염료는 약 0.53 중량% 의 플루오레신 아민 이소머 1, 약 0.15 중량% 의 플록신 B, 약 0.38 중량% 의 술푸호다민 101, 및 약 0.70 중량% 의 룩솔 패스트 블루 MBSN 이다. 이것은 모니터 (직경 5인치 컬러 텔레비전 모니터) 상에 탑재되었다.

도 3 은 이 염료 세트의 흡광 스펙트럼을 도시한 것이며 비-원색 광의 상당한 흡광을 나타낸 것이다. 표 2 는 이 염료 조합이 개선된 콘트라스트 향상, 즉, 필터가 없는 PDP 디스플레이에 대하여 약 85% 향상을 발생시켰음을 나타낸다.

표 2

반사 광의 컬러 현상 및 이러한 컬러 현상을 줄이기 위한 염료 세트의 효과는 도 4 의 CIE 표준 크로매틱 도에서 설명된다. 또한, 도 4 는 CIE 표준 크로매틱 도에서 흑체 방사의 대상 염료 세트의 스펙트럼 궤적을 도시한 것이다. 이 도면에서 십자표는 백색점 또는 일광을 나타내며, 도트는 주변 광점을 나타내며, 원은 염료 세트에 대한 백색 반사 광점을 나타낸다. 또한, 표 2 는 제 1 실시예의 염료 조합을 이용하여 필터를 구비하여 얻어지는 컬러 좌표를 도시한 것이다. 필터를 구비하지 않는 PDP 의 컬러 좌표도 표 2 에 도시되어 있다.

제 2 실시예

이 염료 패키지는, 폴리머 매트릭스 또는 드라이 막의 약 0.80 중량% 의 모던트 오렌지 1, 그리고 드라이 폴리머 매트릭스의 약 0.40 중량% 의 플루오레신 아민 이소머 1, 약 0.15 중량% 의 플록신 B, 약 0.38 중량% 의 술푸호다민 101 및 약 1.0 중량% 의 룩솔 패스트 블루 MBSN 을 포함한다. 염료 패키지는 폴리비닐 아세테이트 폴리머 매트릭스내로 포함되었다. 이 필터 및 염료 세트를 제조하는 방법은 제 1 실시예에서 설명된 바와 동일하다. 이 염료 세트는, 플라즈마 디스플레이 패널 스크린상에 실내광 하에서 컬러 균형화된 필터를 제공하였다. 표 2 는 제 2 실시예의 필터가 필터를 구비하지 않는 PDP 에 대하여 콘트라스트를 크게 향상시킴을 도시한다. 제 1 실시예와 비교하여 삼원색 모두에 대한 향상 및 개선된 성능 지수가 도시되어 있다. 이 염료 세트는 순수 풀 컬러 대역통과 필터를 나타낸다. 또한, 그 염료 세트는, 핑크색이 거의 관측되지 않도록, 허용될 수 있는 리스크 (risk) 컬러를 제시하였다. 도 5 는 염료 패키지의 흡광 스펙트럼을 나타낸 것이며, 도 6 은 반사 광의 컬러 현상 및 이러한 컬러 현상을 줄이기 위한 염료 패키지의 효과를 나타낸 크로매틱 도이다.

제 3 실시예

이 염료 패키지는, 흡광 스펙트럼이 도 1 에 도시되어 있는 폴리머 매트릭스의 약 0.50 중량% 의 LC 5410, 흡광 스펙트럼이 도 2 에 도시되어 있는 폴리머 매트릭스의 약 0.27 중량% 의 LC 6550, 및 폴리머 매트릭스의 약 0.18 중량% 로다민 101 및 1.2 중량% 룩솔 패스트블루 MBSN 을 포함한다. 폴리머 매트릭스는 폴리비닐 아세테이트로 이루어지며, 필터는 제 1 실시예에 개시되어 있는 필터와 동일한 방법에 의해 제조되었다.

이 염료 세트 및 필터는 1 보다 큰 성능 지수를 달성하는 한편, 제 2 실시예의 필터 및 염료와 비교할 때 특히 녹색에 대한 컬러 성능을 현저히 향상시켰다. 그 결과는 표 2 에 기록되어 있으며 도 7 의 흡광 스펙트럼 및 도 8 의 크로매틱 도로 도시되어 있다. 녹색 방출을 향상시키는 것에 더하여, 이 염료 세트는 청색 발광 분포가 450nm 을 벗어나도록 함으로써 청색 형광체 방출을 향상시킨다. 종래의 중간밀도 필터가 컬러 향상이 없는 1 인 성능 지수를 갖기 때문에, 이 염료 세트는 당해 분야에서 중요한 향상인 것이다.

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30. 비디오 모니터의 콘트라스트 및 컬러를 개선하기 위한 대역통과 필터로서,

    하기의 특성을 갖는 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 대역통과 필터.

    흡광 특성

    a) 흡광 피크가 (λ) 가 다음의 파장 영역 중 어느 하나에 속함

    λ < 430 nm

    470nm < λ < 510nm

    550nm < λ < 610nm

    λ > 650nm

    b) 흡광 대역폭이 30nm 내지 80nm 의 범위 이내임

    안정성

    a) 내광성

    85 MJ/㎡ 의 백색광 (400 nm 내지 700 nm) 의 노광 하에서, 10 % 내지 20 % 미만의 열화

    b) 열적 안정성

    70℃, 상대습도 70%, 및 72 시간의 스트레스 조건에서, 10 % 내지 20 % 미만의 열화
31. 제 30 항에 있어서,

    상기 필터는, 전자기 스펙트럼의 70 % 이상의 광 투과율을 가지며, 소정 원색의 50 % 이상의 선택적인 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 대역통과 필터.
32. 제 30 항에 있어서,

    상기 염료는, 투명 기판 상에서 폴리머 매트릭스 내에 함유된 후, 상기 모니터 표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 대역통과 필터.
33. 제 32 항에 있어서,

    상기 폴리머 매트릭스는, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알콜, 비닐 폴리머, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리케톤, 또는 폴리에스테르아미드로 이루어진 것을 특징으로 하는 대역통과 필터.
34. 제 30 항에 있어서,

    상기 필터는, 전자기 유도 및 IR 방사를 차폐하는 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 대역통과 필터.
35. 제 30 항에 있어서,

    상기 필터는, 반사방지 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 대역통과 필터.

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