KR101182108B1 - 디스플레이 장치용 광학필터 및 이를 구비하는 디스플레이 장치 - Google Patents

디스플레이 장치용 광학필터 및 이를 구비하는 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 디스플레이 패널의 전방에 구비되는 디스플레이 장치용 광학필터로서, 광확산층(10)을 구비하되, 상기 광확산층(10)은, 광을 투과시키는 물질이 층을 이루어 형성되는 제1백그라운드(11)와 상기 제1백그라운드(11)에 형성되어 광을 확산시키는 광확산패턴(13)을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터를 제공한다. 바람직하게는, 상기 광확산패턴(13)은 광확산입자를 포함한다. 바람직하게는, 상기 광학필터는, 광흡수층(20)을 추가적으로 구비하되, 상기 광흡수층(20)은, 광을 투과시키는 물질이 층을 이루어 형성되는 제2백그라운드(21)와 상기 제2백그라운드(21)에 형성되어 광을 흡수하는 광흡수패턴(23)을 구비한다. 바람직하게는, 상기 광흡수패턴(23)은 510~560nm의 그린파장영역을 흡수하는 그린파장영역 흡수물질을 포함한다. 바람직하게는, 상기 광흡수패턴(23)은 480~510nm의 시안파장영역을 흡수하는 시안파장영역 흡수물질과 570~600nm의 오렌지파장영역을 흡수하는 오렌지파장영역 흡수물질을 추가적으로 포함한다. 바람직하게는, 상기 광흡수패턴(23)은 카본 블랙을 포함한다. 또한, 본 발명은 상기 디스플레이 장치용 광학필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.

Description

디스플레이 장치용 광학필터 및 이를 구비하는 디스플레이 장치{OPTICAL FILTER FOR DISPLAY DEVICE AND DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 디스플레이 장치용 광학필터 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광확산패턴을 구비하여 시야각에 따른 컬러 시프트를 개선하는 디스플레이 장치용 광학필터 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
현대 사회가 고도로 정보화 되어감에 따라서 이미지 디스플레이(image display) 관련 부품 및 기기가 현저하게 진보하고 보급되고 있다. 그 중에서, 화상을 표시하는 디스플레이 장치는 텔레비전 장치용, 퍼스널 컴퓨터의 모니터장치용, 등으로서 현저하게 보급되고 있으며, 대형화와 박형화가 진행되고 있다.
일반적으로 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)는 액정(Liquid Crystal)을 이용하여 영상을 표시하는 평판 표시 장치의 하나로써, 다른 디스플레이 장치에 비해 얇고 가벼우며, 낮은 구동전압 및 낮은 소비전력을 갖는 장점이 있어, 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있다.
도 1은 LCD의 기본 구조와 구동 원리를 개념적으로 도시한 개념도이다. 종 래의 VA 모드 LCD를 예로 들면, 두 개의 편광필름(110, 120)의 광축이 서로 수직이 되도록 부착되어 있다. 투명 전극(140)이 코팅된 두 개의 투명 기판(130) 사이에 복굴절 특성을 보이는 액정분자(150)가 삽입, 배열된다. 구동 전원부(180)에 의해 전기장이 인가되면, 액정분자가 전기장에 수직으로 움직여 배열된다.
백라이트 유닛으로부터 나오는 빛은 제1 편광필름(120)을 통과한 후 선편광이 되고, 도 1의 좌측에 도시된 바와 같이 off 상태인 경우 액정은 기판에 대해 수직 배향되어 있으므로, 선편광된 빛은 그 상태가 그대로 유지되어 제1 편광필름(120)과 수직인 제2 편광필름(110)을 통과하지 못하게 된다.
한편 도 1의 우측에 도시된 바와 같이 on 상태인 경우 액정은 전기장에 의해 기판과 평행한 방향으로 두 직교 편광필름(110, 120)의 광축 사이에 수평 배향되어 있어서 제1 편광필름을 통해 선편광된 빛은 액정분자를 통하면서 제2 편광필름에 도달하기 직전에 편광 상태가 90도 회전된 선편광, 원편광 또는 타원편광 상태로 변화하여 제2 편광필름을 통과하게 된다. 전기장의 세기를 조절하면 액정의 배열 상태가 수직 배향에서 점차 수평 방향으로 배향 각도가 변화하며 이때 나오는 빛의 세기를 조절할 수 있다.
도 2는 시야각에 따른 액정의 배향 상태와 광투과도를 보여주는 개념도이다.
화소(220) 내에 액정분자가 일정한 방향으로 배열되어 있는 경우, 시야각에 따라 배열 상태가 다르게 보이게 된다.
정면에서 우측 방향(210)에서 볼 때, 액정분자의 배열 상태는 거의 수평 배향(212)으로 보이게 되며, 화면이 상대적으로 밝게 보이게 된다. 화면의 정면에서 볼 때(230), 액정분자의 배열 상태(232) 화소(220) 내의 액정분자의 배열과 동일하게 보인다. 정면에서 좌측 방향(250)에서 볼 때, 액정분자의 배열 상태는 수직 배향(252)으로 보이게 되며, 화면이 상대적으로 어둡게 보이게 된다.
따라서, LCD는 시야각 변화에 따른 빛의 세기와 색의 변화가 발생하며 자발광 디스플레이에 비해 시야각이 크게 제한된다. 따라서, 시야각 개선을 위한 많은 연구가 진행되어 왔다.
도 3은 시야각에 따른 명암비 변화 및 컬러 시프트를 개선하기 위한 종래 기술의 일 예를 보여주는 개념도이다.
도 3을 참조하면, 화소를 두 개의 부분 화소, 즉 제1 화소부(320)과 제2 화소부(340)로 분할하여 각 화소부의 액정 배열 상태가 서로 대칭이 되도록 한다. 시청자가 보는 방향에 따라 제1 화소부(320)에서의 액정의 배열 상태와 제2 화소부(340)에서의 액정의 배열 상태가 동시에 보이게 되며, 시청자에게 보이는 빛의 세기는 각각의 화소부의 빛의 세기의 합이 된다.
즉, 정면에서 우측 방향(310)에서 볼 때, 제1 화소부(320)의 액정은 수평 배향(312)으로 보이고 제2 화소부(340)의 액정은 수직 배향(314)으로 보이게 되며, 제1 화소부(320)에 의해 화면이 밝게 보일 수 있게 된다. 마찬가지로, 정면에서 좌측 방향(350)에서 볼 때, 제1 화소부(320)의 액정은 수직 배향(352)으로 보이고 제2 화소부(340)의 액정은 수평 배향(354)으로 보이게 되며, 제2 화소부(340)에 의해 화면이 밝게 보일 수 있게 된다. 정면에서 볼 때(330)는 각 화소부의 배열 상태와 동일하게 보이게 된다. 이에 따라 시청자가 볼 때 화면의 밝기는 시야각이 변함 에 따라 동일 또는 유사해지며 화면에 대한 수직 방향을 중심으로 대칭이 된다. 따라서, 시야각 변화에 따른 명암비 변화 및 색변화 정도가 개선될 수 있게 된다.
도 4는 시야각에 따른 명암비 변화 및 컬러 시프트를 개선하기 위한 종래 기술의 다른 일 예를 보여주는 개념도이다.
도 4를 참조하면, 복굴절 특성을 가지고 있으며 그 특성이 LCD 패널에서 화소(440) 내의 액정분자와 동일하며, 액정분자의 배열 상태와 대칭이 되는 광학필름(420)이 추가된다. 시청자가 보는 방향에 따라 화소(440) 내의 액정의 배열 상태와 광학필름(420)의 복굴절 특성으로 인해, 시청자에게 보이는 빛의 세기는 각각에 의한 빛의 세기의 합이 된다.
즉, 정면에서 우측 방향(410)에서 볼 때, 화소(440) 내의 액정은 수평 배향(414)으로 보이고 광학필름(420)에 의한 가상 액정은 수직 배향(412)으로 보이게 되며, 빛의 세기는 각각의 합이 된다. 마찬가지로, 정면에서 좌측 방향(450)에서 볼 때, 화소(440) 내의 액정은 수직 배향(454)으로 보이고 광학필름(420)에 의한 가상 액정은 수평 배향(452)으로 보이게 되며, 빛의 세기는 각각의 합이 된다. 정면에서 볼 때(430)는 화소(440) 내의 액정분자의 배열 상태와 광학필름(420)의 복굴절된 배열 상태가 각각 동일하게 보이게 된다(432, 434).
그러나 상기 기술에 의하더라도, 도 5에 도시한 바와 같이, 여전히 시야각에 따른 컬러 시프트(color shift)는 존재하여 시야각이 증가함에 따라 색변화가 일어나는 문제점을 가진다.
본 발명의 목적은 시야각 증가에 따른 컬러 시프트 현상을 개선할 수 있는 광학필터 및 이를 구비하는 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 디스플레이 패널의 전방에 구비되는 디스플레이 장치용 광학필터로서, 광확산층을 구비하되, 상기 광확산층은, 광을 투과시키는 물질이 층을 이루어 형성되는 제1백그라운드와 상기 제1백그라운드에 형성되어 광을 확산시키는 광확산패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터를 제공한다.
바람직하게는, 상기 광확산패턴은 광확산입자를 포함한다.
바람직하게는, 상기 광학필터는, 광흡수층을 추가적으로 구비하되, 상기 광흡수층은, 광을 투과시키는 물질이 층을 이루어 형성되는 제2백그라운드와 상기 제2백그라운드에 형성되어 광을 흡수하는 광흡수패턴을 구비한다.
바람직하게는, 상기 광흡수패턴은 510~560nm의 그린파장영역을 흡수하는 그린파장영역 흡수물질을 포함한다.
바람직하게는, 상기 광흡수패턴은 480~510nm의 시안파장영역을 흡수하는 시안파장영역 흡수물질과 570~600nm의 오렌지파장영역을 흡수하는 오렌지파장영역 흡 수물질을 추가적으로 포함한다.
바람직하게는, 상기 광흡수패턴은 카본 블랙을 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 디스플레이 장치용 광학필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.
상기한 구성에 따르면, 본 발명은 시야각 증가에 따른 컬러 시프트 현상을 최소화하여 디스플레이 장치의 시야각을 확보하고 화질을 개선할 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 광학필터를 보여주는 단면도 및 사시도이다.
광학필터는 디스플레이 패널의 전방에 구비된다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 광학필터는 광확산층(10)을 구비한다. 광확산층(10)은 제1백그라운드(background)(11)와 광확산패턴(13)을 구비한다.
제1백그라운드(11)는 광을 투과시키는 물질이 층을 이루어 형성된다. 제1백그라운드(11)는 자외선 경화성 수지로 형성될 수 있다.
광확산패턴(13)은 시야각이 증가함에 따라, 디스플레이 패널에서 나오는 빛을 더 많이 고르게 확산시킴으로써, 색혼합(color mixing)을 유도하여 컬러 시프트(color shift)를 개선한다.
광확산패턴(13)은 광확산비드(beads)와 같은 광확산입자를 포함한다. 예컨대, 광을 투과시키는 수지에 광확산입자를 혼합하여 제1백그라운드(11)의 음각홈에 충진시켜 광확산패턴(13)을 형성할 수 있다.
광확산입자의 굴절율은 광을 투과시키는 수지의 굴절율보다 큰 것이 바람직하며, 적어도 0.01 이상인 것이 우수한 광확산 효과를 얻을 수 있다. 광확산입자는 평균 직경 0.01㎛ 이상의 입자로 모든 파장의 빛을 확산시킬 수 있는 백색이 바람직하다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
광확산입자들은 2종 이상의 크기 및 굴절율을 가질 수 있고, 광확산입자의 재질, 굴절률, 크기 및 입도 분포 등을 이용하여 적합한 광학 특성을 제어할 수 있다.
광확산입자는 PMMA, 염화비닐, 아크릴계 수지, PC계, PET계, PE계, PS계, PP 계, PI계 수지, 유리 및 실리카 TiO2와 같은 산화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
광확산패턴(13)은 쐐기단면 스트라이프 패턴, 쐐기단면 물결 패턴, 쐐기단면 매트릭스 패턴, 쐐기단면 벌집 패턴, 사각형단면 스트라이프 패턴, 사각형단면 물결 패턴, 사각형단면 매트릭스 패턴 및 사각형단면 벌집 패턴 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 예컨대 스트라이프 패턴의 경우에도, 수평 스트라이프 패턴, 수직 스트라이프 패턴, 등 다양한 패턴을 가질 수 있다. 수평 방향으로 형성되는 경우에는 상하 시야각 보상에 효과적이고, 수직 방향으로 형성되는 경우에는 좌우 시야각 보 상에 효과적이다.
광확산패턴(13)은 바람직하게는, 도 7에 도시한 바와 같이, 쐐기단면부가 제1백그라운드(11)의 일면에 일정한 주기로 이격되어 평행하게 배열된다.
광확산패턴(13)은 그 바닥면이 시청자를 향하도록 형성될 수도 있고, 디스플레이 패널을 향하도록 형성될 수도 있고, 제1백그라운드(11)의 양면 모두에 형성될 수도 있다.
도 6에서는 광확산패턴(13)이 제1백그라운드(11)에 대하여 음각으로 형성되는 실시예를 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 양각으로 형성되는 것도 가능하다.
이밖에도, 광확산층(10)은 제1백그라운드(11)를 지지하는 제1백킹(backing)을 구비할 수 있다.
제1백킹은 자외선 투과성을 가지는 투명한 수지 필름이 바람직하다. 제1백킹의 재질로는 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET), 폴리카보네이트(PolyCarbonate, PC), 폴리염화비닐(PVC), 등이 사용될 수 있다.
광확산패턴(13)을 형성하는 방법은, 제1백킹의 일면에 자외선 경화성 수지를 도포한 후, 광확산패턴 성형용 롤을 이용하여 자외선 경화성 수지에 음각홈을 형성한다. 그 후, 자외선 경화성 수지에 자외선을 조사하여 최종적으로 쐐기단면 음각홈이 형성된 제1백그라운드(11)를 완성한다. 그리고, 그 음각홈에 광확산입자가 혼합된 자외선 경화성 수지를 충진한 후, 자외선을 조사하여 광확산패턴(13)을 완성 한다.
그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 열가소성 수지를 이용한 열프레스법이나, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 충전하여 성형하는 사출 성형법, 등 다양한 방법을 이용하여 제1백그라운드의 음각홈을 얻을 수 있다.
본 발명의 광학필터를 구성하는 각 구성층은, 점착제 또는 접착제를 사용하여 점착 또는 접착될 수 있다. 구체적인 재료로서, 아크릴계 접착제, 실리콘계 접착제, 우레탄계 접착제, 폴리비닐부티랄 접착제(PMB), 에틸렌-아세트산비닐계 접착제(EVA), 폴리비닐에테르, 포화무정형 폴리에스테르, 멜라민 수지, 등을 들 수 있다.
모아레 현상의 방지를 위하여, 광확산패턴(13)은 광확산층(10)의 변에 대하여 소정의 바이어스 각도를 가지도록 형성될 수 있다. - 예컨대 본 실시예와 같이 스트라이프 패턴의 경우, 스트라이프가 수평 또는 수직 방향에 대하여 소정 경사각을 가질 수 있다.
도 8은 도 6의 광학필터를 장착한 LCD의 컬러 시프트 개선 효과를 보여주는 그래프이다.
도 8은 광확산패턴(13)에 굴절율 1.59 (투명 수지와 굴절율 차는 0.09), 평균 직경 6㎛의 광확산비드를 1wt%를 첨가한 경우, 좌우 시야각 증가에 따른 컬러 시프트(Δu'v')를 측정한 결과를 보여준다. 도 5와 비교할 때, 모든 혼색에 대하여 컬러 시프트 개선 효과가 큼을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 광학필터를 보여주는 단면도이다.
도시한 바와 같이, 도 9의 광학필터는 광확산층(10)과 광흡수층(20)을 구비한다.
광흡수층(20)은 제2백그라운드(21)와 광흡수패턴(23)을 구비한다.
제2백그라운드(21)는 광을 투과시키는 물질이 층을 이루어 형성된다.
광흡수패턴(23)은 제2백그라운드(21)에 형성되어 광을 흡수한다. 광흡수패턴(23)은 i) 카본 블랙과 같은 백색광 흡수 물질을 포함하거나, ii) 그린 파장 영역 흡수 물질을 포함하거나, iii) 그린 파장 영역 흡수 물질과 함께 시안 파장 영역 흡수 물질 및 오렌지 파장 영역 흡수 물질을 포함하거나, iv) 그린 파장 영역 흡수 물질과 함께 카본 블랙과 같은 백색광 흡수물질을 포함할 수 있다.
광흡수패턴(23)은 쐐기단면 스트라이프 패턴, 쐐기단면 물결 패턴, 쐐기단면 매트릭스 패턴, 쐐기단면 벌집 패턴, 사각형단면 스트라이프 패턴, 사각형단면 물결 패턴, 사각형단면 매트릭스 패턴 및 사각형단면 벌집 패턴 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 예컨대 스트라이프 패턴의 경우에도, 수평 스트라이프 패턴, 수직 스트라이프 패턴, 등 다양한 패턴을 가질 수 있다.
광흡수패턴(23)은 바람직하게는, 도 9에 도시한 바와 같이, 쐐기단면부가 제2백그라운드(21)의 일면에 일정한 주기로 이격되어 평행하게 배열된다.
광흡수패턴(23)은 그 바닥면이 시청자를 향하도록 형성될 수도 있고, 디스플레이 패널을 향하도록 형성될 수도 있고, 제2백그라운드(21)의 양면 모두에 형성될 수도 있다.
도 9에서는 광흡수패턴(23)이 제1백그라운드(11)에 대하여 음각으로 형성되 는 실시예를 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 양각으로 형성되는 것도 가능하다.
이밖에도, 광흡수층(20)은 도 9에 도시한 바와 같이, 제2백그라운드(21)를 지지하는 제2백킹(backing)을 구비할 수 있다. 도 9에서는 광확산층(10)과 광흡수층(20)이 동일한 백킹을 공유하여, 제1백킹(15)과 제2백킹(25)이 동일한 백킹인 실시예를 도시하고 있다.
제2백킹(25)은 자외선 투과성을 가지는 투명한 수지 필름이 바람직하다. 제2백킹(25)의 재질로는 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET), 폴리카보네이트(PolyCarbonate, PC), 폴리염화비닐(PVC), 등이 사용될 수 있다.
도 9의 광확산패턴(13) 및 광흡수패턴(23)을 형성하는 방법은, 백킹(15, 25)의 양면에 자외선 경화성 수지를 도포한 후, 광확산패턴 성형용 롤과 광흡수패턴 성형용 롤 사이를 통과시켜 자외선 경화성 수지에 음각홈을 형성한다. 그 후, 자외선 경화성 수지에 자외선을 조사하여 최종적으로 쐐기단면 음각홈이 형성된 제1백그라운드(11) 및 제2백그라운드(21)를 완성한다. 그리고, 그 음각홈에 예컨대, 광확산입자가 혼합된 자외선 경화성 수지와 카본 블랙이 혼합된 자외선 경화성 수지를 각각 충진한 후, 자외선을 조사하여 광확산패턴(13) 및 광흡수패턴(23)을 완성한다.
그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 열가소성 수지를 이용한 열프레스법이나, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 충전하여 성형하는 사출 성형법, 등 다 양한 방법을 이용하여 제2백그라운드의 음각홈을 얻을 수 있다.
모아레 현상의 방지를 위하여, 광흡수패턴(23)은 광흡수층(20)의 변에 대하여 소정의 바이어스 각도를 갖도록 형성될 수 있다. - 예컨대 본 실시예와 같이 스트라이프 패턴의 경우, 스트라이프가 수평 또는 수직 방향에 대하여 소정 경사각을 가질 수 있다. 수평 방향으로 형성되는 경우에는 상하 시야각 보상에 효과적이고, 수직 방향으로 형성되는 경우에는 좌우 시야각 보상에 효과적이다.
바람직하게는, 광확산패턴(13)과 광흡수패턴(23)이 상호 얼라인(align) 되도록 배열되거나, 광흡수패턴(23)이 광확산패턴(13)에 대하여 소정의 바이어스 각도를 갖도록 배열될 수 있다. 후자의 경우, 모아레 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다. 그러나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
백색광 흡수물질을 포함하는 광흡수패턴
광흡수패턴(23)에 카본 블랙과 같은 백색광 흡수물질(가시광선 전파장영역 흡수물질)을 포함시켜 컬러 시프트를 개선할 수 있다.
광확산패턴(13)은 시야각이 증가함에 따라, 디스플레이 패널에서 나오는 빛을 점차 흡수하여 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이 13가지 혼색의 컬러 시프트 증가 원인인 시야각에 따른 상대 휘도 차이를 줄여줌으로써 컬러 시프트를 개선하는 역할을 한다.
높은 그레이 레벨에서는 시야각이 증가할수록 휘도가 감소하나, 낮은 그레이 레벨에서는 시야각이 증가할수록 휘도가 증가하는 현상이 컬러 시프트를 악화시키 는 원인이다. 따라서, 시야각이 증가함에 따라, 디스플레이 패널에서 나오는 빛을 더 많이 흡수하도록 하여 그레이 레벨에 관계 없이, 시야각에 따라 휘도가 감소하도록 함으로써 컬러 시프트를 개선할 수 있다.
도 12는 도 9의 광학필터의 광흡수패턴(23)에 카본블랙을 포함시킨 후, 그 광학필터를 LCD에 장착하여, 컬러 시프트를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
광흡수패턴(23)에 카본 블랙 0.3wt%를 첨가하고, 광확산패턴(13)에 굴절율 1.59(투명 수지와 굴절율 차는 0,09), 평균 직경 6㎛의 광확산입자를 1wt% 첨가하여 컬러 시프트를 측정하였다. 도시한 바와 같이, 컬러 시프트 개선 효과가 우수함을 알 수 있었다.
본 발명의 이러한 컬러 시프트 개선 효과는 다양한 액정 디스플레이 패널에도 모두 효과가 있음을 확인할 수 있었다. 예컨대, S-PVA 방식 액정 디스플레이 패널에서는 본 발명의 광학필터의 장착 전후의 컬러 시프트가 0.095로부터 0.042로 개선됨을 확인하였고, 컬러 시프트가 상대적으로 적은 S-IPS 방식 액정 디스플레이 패널의 경우에도, 0.040으로부터 0.018로 개선됨을 확인할 수 있었다.
카본 블랙을 첨가하여 광흡수패턴(23)을 형성하는 경우, 정면에서 무채색으로 보이기 때문에, 별도로 무채색으로의 색보정의 필요가 없어, 구조가 간단하고 생산비 절감 효과가 있다.
그린 파장 영역 흡수 물질을 포함하는 광흡수패턴
일반적으로 디스플레이 업계에서는 디스플레이 장치의 평가기준으로 보통 13 가지 혼색(White, Red, Blue, Green, Skin, Sony Red, Sony Blue, Sony Green, Cyan, Purple, Yellow, Moderate Red, Purplish Blue)으로 평가한다.
디스플레이 패널에서 방출되는 백색광이 높은 계조에서 방출될 때는 시야각이 증가함에 따라 모든 파장 영역에서 휘도가 감소하고 상대적으로 블루 파장 영역이 가장 빨리 감소하지만, 낮은 계조에서 방출될 때는 시야각이 증가함에 따라 모든 파장 영역에서 휘도가 증가하고 상대적으로 그린 파장 영역이 가장 빨리 증가한다.
따라서, 광흡수패턴(23)에 그린 파장 영역 흡수 물질을 충진시켜, 디스플레이 패널에서 방출되는 빛이 시야각이 증가함에 따라 전체 파장 영역에서 빛의 흡수가 점차 증가하도록 하고 510~560nm의 그린(Green) 파장 영역의 빛의 흡수가 상대적으로 크게 증가되도록 하여 시야각 증가에 따른 혼색 색변화를 최소화할 수 있다.
여기에서, 그린 파장 영역 흡수물질은 510~560nm의 그린 파장의 빛을 흡수할 수 있는 무기물 및 유기물 중 어느 하나가 사용될 수 있고, 핑크(Pink) 색소가 사용되는 것이 바람직하다. 그린 파장 영역 흡수물질로는 핑크(Pink) 색소 외에 그린 파장의 빛을 흡수할 수 있는 어떠한 물질도 사용될 수 있다.
그린 파장 영역 흡수 물질, 시안 파장 영역 흡수 물질 및 오렌지 파장 영역 흡수 물질을 포함하는 광흡수패턴
도 13에 도시한 바와 같이, LED(도 13의 좌측에 도시)와 달리 CCFL 백라이 트(도 13의 우측에 도시)의 경우 490nm 부근의 시안(cyan) 파장 영역과 590nm 부근의 오렌지(orange) 파장 영역에서 강한 피크(peak)가 존재한다.
이러한 시안 및 오렌지 파장 영역의 피크는 색재현 면적을 줄이고 컬러 시프트를 악화시키는 원인이 된다.
도 14에 도시한 바와 같이, LED(도 14의 좌측에 도시)와 CCFL의 백라이트(도 14의 우측에 도시)로 구성된 LCD의 컬러 시프트 결과를 보면 CCFL의 경우가 좋지 못함을 알 수 있다.
따라서, 시야각에 따른 컬러 시프트에 악영향을 미치는 시안 파장 영역 및 오렌지 파장 영역의 피크를 시야각이 증가함에 따라 더 많이 흡수하도록 하면 시야각 증가에 따른 혼색 색변화를 더욱 최소화할 수 있다.
이러한 역할을 하기 위해 광흡수패턴(23)에는 510~560nm의 그린 파장 영역을 흡수할 수 있는 그린 파장 영역 흡수 물질 뿐만 아니라, 480~510nm의 시안 파장 영역 흡수 물질, 570~600nm의 오렌지 파장 영역 흡수 물질이 포함될 수 있다. 그 결과, 디스플레이 패널에서 나오는 빛 중 그린 파장 영역을 시야각이 증가함에 따라 더 많이 흡수하며, LCD의 스펙트럼에서 시야각에 따른 컬러 시프트에 악영향을 미치는 시안 파장 영역 및 오렌지 파장 영역의 피크를 시야각이 증가함에 따라 더 많이 흡수한다. 이를 통하여, 시야각 증가에 따른 색변화를 최소화하고 블루 혼색 계열과 레드 혼색 계열을 비롯한 모든 혼색에서 색변화를 최소화하여 시야각 개선효과를 더욱 증대시킬 수 있다.
백그라운드(11, 21) 또는 백킹(15, 25)에는 적색(R), 녹색(G), 청색(G)의 양 을 감소시키거나 조절하여 색균형을 변화시키거나 조정하는 색보정 색소가 포함될 수 있다.
디스플레이 정면에서 나오는 빛이 디스플레이 장치용 광학필터를 투과할 때 광흡수패턴(23)에 의해 디스플레이의 이미지 색이 변화하기 때문에 백그라운드(11, 21) 또는 백킹(15, 25)에 색보정 색소로 그린 파장 영역, 오렌지 파장 영역 및 시안 파장 영역 이외의 파장 영역을 흡수하는 색소, 예컨대 레드(Red) 파장 영역 흡수 색소와 블루(Blue) 파장 영역 흡수 색소를 적절하게 포함하여 정면에서 원래의 색과 가깝게 색보정할 수 있다. 이는 별도의 층 또는 필름으로 구비되지 않고 백그라운드(11, 21) 또는 백킹(15, 25)에 색보정 색소를 추가하여 형성하기 때문에 광학필터의 구조를 단순화할 수 있고 제조공정을 단축할 수 있게 된다.
물론, 상기 색보정 색소는 백그라운드(11, 21) 또는 백킹(15, 25) 외에도 점착층에 포함될 수 있고, 더 나아가 다른 기능성 필름에 포함될 수도 있을 것이다.
도 15 및 도 16은 도 9의 광흡수패턴(23)을 설명하기 위한 참조 도면이다.
광흡수패턴(23)에 그린 파장 영역 흡수 물질, 등이 충진된 광흡수층(20)을 LCD TV에 장착하고, 풀 화이트 화면에서 정면과 시야각 60도에서의 색좌표를 비교하였다.
쐐기단면 광흡수 패턴에 그린 파장 영역 흡수 물질을 충진시킨 경우, 시야각이 증가함에 따라 그린 파장 영역 흡수 물질의 색상이 강하게 나타나 CIE 1976 UCS 색좌표계 u'v'에서 핑크 영역쪽으로 색좌표가 이동한다. 또한, 그린 파장 영역 흡수 물질과 더불어 카본 블랙 또는 시안 파장 영역 흡수 물질 및 오렌지 파장 영역 흡수 물질을 충진한 경우, 색좌표계 u'v'에서 퍼플리쉬 핑크(Purplish Pink) 영역쪽으로 색좌표가 이동한다.
색좌표계 u'v'에서 Δv'/Δu' 즉 (v'60 - v'0)/(u'60 - u'0)의 값이 tan(-15°) ~ tan(45°)인 것이 바람직하다. (여기서 u'0, v'0는 정면에서 측정한 색좌표 값이고 u'60, v'60 는 60도 측면에서 측정한 색좌표 값을 말한다)
구체적으로는, 그린 파장 영역 흡수 물질만을 광흡수 패턴(23)에 충진한 경우에는 색좌표계 u'v'에서 정면 대비 시야각 60도일 때의 색좌표 변화의 기울기가 15~45도이고, 그린 파장 영역 흡수 물질과 카본 블랙을 함께 충진한 경우에는 정면 대비 시야각 60도일 때의 색좌표 변화의 기울기가 -15~15도이고, 그린 파장 영역 흡수 물질과 시안 파장 영역 흡수 물질 및 오렌지 파장 영역 흡수 물질을 함께 충진한 경우에는 정면 대비 시야각 60도일 때의 색좌표 변화의 기울기가 -15~15도인 것이 바람직하다.
도 17은 도 9의 광학필터의 광흡수패턴(23)에 그린파장영역 흡수물질 + 시안파장영역 흡수물질 + 오렌지파장영역 흡수물질을 포함시킨 후, 그 광학필터를 LCD에 장착하고, 컬러 시프트를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
광흡수패턴(23)에 그린파장영역 흡수물질 1wt%, 오렌지파장영역의 흡수물질 0.2wt%, 시안파장영역 흡수물질 0.1wt%를 첨가하고, 광확산패턴(13)에 굴절율 1.59(투명 수지와 굴절율 차이는 0.09), 평균 직경 6㎛의 광확산비드를 1wt% 첨가하여, 좌우 시야각 증가에 따른 컬러 시프트를 측정하였다.
도시한 바와 같이, 도 17의 광학필터가 컬러 시프트 개선 효과가 가장 큼을 알 수 있다.
도 18은 본 발명의 제3실시예에 따른 광학필터를 보여주는 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 광확산층(10)과 광흡수층(20)은 동일한 백그라운드를 공유하여, 제1백그라운드(11)와 제2백그라운드(21)가 동일 백그라운드일 수 있다.
도 19 내지 도 22는 본 발명의 제4실시예 내지 제7실시예에 따른 광학필터를 보여주는 단면도이다.
도시한 바와 같이, 광확산층(10)과 광흡수층(20)은 점착층(30)을 매개하여 상호 밀착되게 형성될 수 있다.
상기한 실시예에서는 광확산층(10)과 광흡수층(20)이 단일체 또는 상호 밀착되게 형성되는 실시예들을 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
예컨대 광확산층(10)과 광흡수층(20)은 상호 이격되게 형성될 수 있다. 더 나아가, 광확산층(10)과 광흡수층(20)의 사이에 다른 기능성 층들을 개재될 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치용 광학필터는 디스플레이 패널의 전방에 배치되고, 상기 광확산층(10) 및 광흡수층(20) 외에, 투명 기판, 안티포크층, 반사방지층, 등 다양한 기능성 필름이 상호 적층되어 형성될 수 있다.
이상에서는, 설명의 편의를 위하여, 본 발명의 디스플레이 장치로 LCD를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 디스플레이 장치가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 디스플레이 장치는 RGB를 구현하는 PDP, OLED, FED, 등의 대형 디스플레이 장치, PDA, 소형 게임기 표시창, 휴대폰 표시창, 등의 소형 모바일 디스플레이 장치 및 연성 디스플레이 장치, 등에 다양하게 적용될 수 있다.
도 1은 LCD의 기본 구조와 구동 원리를 개념적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 시야각에 따른 액정의 배향 상태와 광투과도를 보여주는 개념도이다.
도 3은 시야각에 따른 명암비 변화 및 컬러 시프트를 개선하기 위한 종래 기술의 일 예를 보여주는 개념도이다.
도 4는 시야각에 따른 명암비 변화 및 컬러 시프트를 개선하기 위한 종래 기술의 다른 일 예를 보여주는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 광학필터를 장착하지 않은 상태의 LCD의 시야각에 따른 컬러 시프트를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 광학필터를 보여주는 단면도이다.
도 7은 도 6의 광학필터의 사시도이다.
도 8은 도 6의 광학필터를 장착한 LCD의 컬러 시프트 개선 효과를 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 광학필터를 보여주는 단면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 광학필터를 장착하지 않은 상태의 LCD의 시야각 및 그레이 레벨에 따른 휘도 및 정규화 휘도 변화를 보여주는 도면이다.
도 12는 도 9의 광학필터의 광흡수패턴(23)에 카본블랙을 포함시킨 후, 그 광학필터를 LCD에 장착하여, 컬러 시프트를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 13은 LED와 CCFL 백라이트의 발광 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 14는 LED와 CCFL 백라이트의 시야각에 따른 컬러시프트를 보여주는 도면 이다.
도 15 및 도 16은 도 9의 광흡수패턴을 설명하기 위한 참조 도면이다.
도 17은 도 9의 광학필터의 광흡수패턴에 그린파장영역 흡수물질 + 시안파장영역 흡수물질 + 오렌지파장영역 흡수물질을 포함시킨 후, 그 광학필터를 LCD에 장착하여, 컬러 시프트를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 18 내지 도 22는 본 발명의 제3실시예 내지 제7실시예에 따른 광학필터를 보여주는 단면도이다.

Claims (20)

  1. 디스플레이 패널의 전방에 구비되는 디스플레이 장치용 광학필터로서,
    광확산층을 구비하되,
    상기 광확산층은, 광을 투과시키는 물질이 층을 이루어 형성되는 제1백그라운드와 상기 제1백그라운드에 형성되어 광을 확산시키는 광확산패턴을 구비하고,
    상기 광확산패턴은, 상기 광확산패턴을 구성하는 광확산패턴구성부들의 단면부들이 상기 제1백그라운드의 일면에 상호 이격되게 배열되는 패턴을 가지며,
    광흡수층을 추가적으로 구비하되,
    상기 광흡수층은, 광을 투과시키는 물질이 층을 이루어 형성되는 제2백그라운드와 상기 제2백그라운드에 형성되어 광을 흡수하는 광흡수패턴을 구비하고,
    상기 광확산층은 상기 제1백그라운드를 지지하는 제1백킹을 구비하고, 상기 광흡수층은 상기 제2백그라운드를 지지하는 제2백킹을 구비하되,
    상기 광확산층과 상기 광흡수층은 동일한 백킹을 공유하여, 상기 제1백킹과 상기 제2백킹은 동일 백킹인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광확산패턴은 광확산입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광확산패턴은 광을 투과시키는 수지에 상기 광확산입자가 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광확산패턴은 쐐기단면 스트라이프 패턴, 쐐기단면 물결 패턴, 쐐기단면 매트릭스 패턴, 쐐기단면 벌집 패턴, 사각형단면 스트라이프 패턴, 사각형단면 물결 패턴, 사각형단면 매트릭스 패턴 및 사각형단면 벌집 패턴 중 어느 하나인 것 을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수패턴은 510~560nm의 그린파장영역을 흡수하는 그린파장영역 흡수물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광흡수층의 정면 대비 시야각 60도일 때의 CIE 1976 UCS 색좌표 변화 (v'60 - v'0)/(u'60 - u'0)의 값이 tan(-15°)~tan(45°) 이고,
    여기서 u'0 및 v'0는 정면에서 측정한 u' 및 v'이고 u'60 및 v'60 는 60도 측면에서 측정한 u' 및 v'인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 광흡수패턴은 480~510nm의 시안파장영역을 흡수하는 시안파장영역 흡수물질과 570~600nm의 오렌지파장영역을 흡수하는 오렌지파장영역 흡수물질을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광흡수층의 정면 대비 시야각 60도일 때의 CIE 1976 UCS 색좌표 변화 (v'60 - v'0)/(u'60 - u'0)의 값이 tan(-15°)~tan(45°) 이고,
    여기서 u'0 및 v'0는 정면에서 측정한 u' 및 v'이고 u'60 및 v'60 는 60도 측면에서 측정한 u' 및 v'인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 광흡수패턴은 카본 블랙을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수패턴은 카본 블랙을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수패턴은 쐐기단면 스트라이프 패턴, 쐐기단면 물결 패턴, 쐐기단면 매트릭스 패턴, 쐐기단면 벌집 패턴, 사각형단면 스트라이프 패턴, 사각형단면 물결 패턴, 사각형단면 매트릭스 패턴 및 사각형단면 벌집 패턴 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 광확산패턴과 상기 광흡수패턴은 상호 얼라인 되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 광흡수패턴은 상기 광확산패턴에 대하여 소정의 바이어스 각도를 갖도록 배열되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어서,
    상기 광확산층과 상기 광흡수층은 동일한 백그라운드를 공유하여, 상기 제1백그라운드와 상기 제2백그라운드는 동일 백그라운드인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 광확산층과 상기 광흡수층은 점착층을 매개하여 상호 밀착되게 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 광확산층과 상기 광흡수층은 상호 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 액정 디스플레이 장치인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  20. 제1항 내지 제4항, 제6항 내지 14항 및 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항의 디스플레이 장치용 광학필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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