KR20100003486A - 색보상 확산 광학필터 및 이를 구비하는 디스플레이 장치 - Google Patents

색보상 확산 광학필터 및 이를 구비하는 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 확산층을 구비하여 광을 확산시키는 확산 광학필터로서, 780nm 이하의 두께를 갖는 박막층과, 상기 박막층의 일면에 형성되고 상기 박막층보다 큰 두께를 갖는 제1후막층과, 상기 박막층의 타면에 형성되고 상기 박막층보다 큰 두께를 갖는 제2후막층을 포함하는 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터를 제공한다. 바람직하게, 상기 제1후막층은 상기 확산층이다. 바람직하게, 상기 제2후막층은, 공기층, 점착제층, 투명기판층, 하드코팅층, 대전방지층, 외광차폐층, 반사방지층, 확산층, 위상차층, 편광자보호층 또는 패널기판층이다. 일 실시예에 따르면, 상기 확산층은 기재에 광확산패턴이 형성되고, 상기 기재와 광확산패턴의 굴절율은 상이하다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 확산층은 기재에 광확산비드가 분산된 확산층일 수 있다. 바람직하게, 상기 색보상 확산 광학필터는, 파장(λ)이 380~500nm인 청색 영역의 빛에 대하여 하기 수학식에 따른 투과율(T)의 평균값이 최대가 되도록 상기 박막층의 두께(ℓ), 상기 박막층의 굴절율(n) 및 상기 박막층의 반사율(R)을 조절한다. T=(1-R)2/(1+R2-2Rcoδ), δ=(2π/λ)2nℓcosθ, (θ는 0°~ 80°) 바람직하게, 상기 색보상 확산 광학필터는 파장이 380~500nm인 청색 영역의 빛에 대한 투과율이 빛의 입사각이 0°에서 80°로 증가함에 따라 증가한다.

Description

색보상 확산 광학필터 및 이를 구비하는 디스플레이 장치{COLOR COMPENSATION DIFFUSION FILTER AND DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 색보상 확산 광학필터 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시야각 증가에 따른 색 변화량의 차이를 줄여서 시야각을 넓힐 수 있는 색보상 확산 광학필터 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
현대 사회가 고도로 정보화 되어감에 따라서 이미지 디스플레이(image display) 관련부품 및 기기가 현저하게 진보하고 보급되고 있다. 그 중에서, 화상을 표시하는 디스플레이 장치는 텔레비전용, 퍼스널 컴퓨터의 모니터용 등으로서 현저하게 보급되고 있으며, 또한 이러한 디스플레이 장치의 대형화와 동시에 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 액정 디스플레이 패널 어셈블리의 기본 구조와 구동 원리를 개념적으로 도시한 개념도이다.
종래의 VA mode LCD를 예로 들면, 도 1에서 보는 바와 같이 두 개의 편광필름(110, 120)의 광축이 서로 수직이 되도록 부착되어 있으며 투명 전극(140)이 코팅된 두 개의 패널기판(130) 사이에 복굴절 특성을 보이는 액정분자(150)를 삽입, 배열하여 구동 전원부(180)에 의해 전기장을 인가했을 때 액정분자가 전기장에 수직으로 움직여 배열된다.
이때 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. 그러나 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 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, 액정 분자의 배열 상태는 거의 수평 배향(212)으로 보이게 되며, 화면이 상대적으로 밝게 보이게 된다. 화면의 정면에서 볼 때(230), 액정분자의 배열 상태(232)는 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 시야각 변화에 따른 명암비 변화 및 색변화를 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 하여 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 변함에 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 시야각 변화에 따른 명암비 변화 및 색변화를 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 마치 액정의 배열 상태가 동시에 보이게 되며, 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).
이에 따라 시야각 변화에 따른 명암비 변화 및 색변화 현상이 개선되었으나, 여전히 시야각에 따른 휘도 및 색변화는 해결해야 할 문제로 남아있다.
도 5는 도 3 및 도 4의 방법을 동시에 적용한 종래 기술에 따른 LCD의 시야각 증가에 따른 발광 스펙트럼 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5에서 보이는 바와 같이, 시야각이 증가함에 따라 스펙트럼의 세기가 점차 감소한다. 각 파장 영역 별로 그 감소 정도를 정확히 살펴보기 위해 각 스펙트럼의 최대값으로 나누어 정규화(normalization)시키면 도 6과 같다.
도 6은 도 5의 결과를 정규화하여 나타낸 그래프이다.
도 6에서 보이는 바와 같이, 시야각 증가에 따라 다른 파장 영역은 동일하지만 400 내지 500nm의 청색 영역에서 정규화된 스펙트럼의 세기가 감소함을 알 수 있다. 이는 다른 파장 영역에 비해 400 내지 500nm의 청색 영역의 빛이 시야각 증가에 따라 스펙트럼의 세기가 더 많이 감소함을 보여주는 것이다. 따라서 시야각이 증가함에 따라 백색 상태가 청색의 보색인 노란색을 띄게 되며, 이러한 색변화로 인해 화질이 떨어지게 된다. 또한 외광의 반사로 인해 명실 명암비가 작아져 디스플레이의 시인성이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 시야각 증가에 따른 스펙트럼의 파장 영역별 빛의 세기 감소 정도를 조정하여, 시야각 증가에 따른 색변화를 줄임으로써 디스플레이의 화질을 개선할 수 있는 광학필터 및 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
더 나아가, 디스플레이 패널로부터 발광되는 빛을 효과적으로 섞이게 하여 색변화를 줄임으로써, 디스플레이 화질을 개선할 수 있는 색보상 확산 광학필터 및 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 외광 반사를 줄여 디스플레이의 명실 명암비를 높이고 상하 시야각에 따른 색변화를 줄일 수 있도록 하는데 목적이 있다.
더 나아가, 본 발명은 상기한 목적을 달성함에 있어서, 구성 층의 절감을 통하여, 원가 절감 및 생산성 향상을 달성함과 아울러 반사율 증가로 인한 시인성 악화를 억제할 수 있도록 하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 확산층을 구비하여 광을 확산시키는 확산 광학필터로서, 780nm 이하의 두께를 갖는 박막층과, 상기 박막층의 일면에 형성되고 상기 박막층보다 큰 두께를 갖는 제1후막층과, 상기 박막층의 타면에 형성되고 상기 박막층보다 큰 두께를 갖는 제2후막층을 포함하는 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터를 제공한다.
바람직하게, 상기 제1후막층은 상기 확산층이다.
바람직하게, 상기 제2후막층은, 공기층, 점착제층, 투명기판층, 하드코팅층, 대전방지층, 기재 상에 광흡수 물질의 외광차폐패턴이 형성된 외광차폐층, 반사방지층, 확산층, 위상차층, 편광자보호층 또는 패널기판층이다.
일 실시예에 따르면, 상기 확산층은 기재에 광확산패턴이 형성되고, 상기 기재와 광확산패턴의 굴절율은 상이하다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 확산층은 기재에 광확산비드가 분산된 확산층일 수 있다.
바람직하게, 상기 색보상 확산 광학필터는, 파장(λ)이 380~500nm인 청색 영역의 빛에 대하여 하기 수학식에 따른 투과율(T)의 평균값이 최대가 되도록 상기 박막층의 두께(ℓ), 상기 박막층의 굴절율(n) 및 상기 박막층의 반사율(R)을 조절한다.
T=(1-R)2/(1+R2-2Rcoδ), δ=(2π/λ)2nℓcosθ, (θ는 0°~ 80°)
바람직하게, 상기 색보상 확산 광학필터는 파장이 380~500nm인 청색 영역의 빛에 대한 투과율이 빛의 입사각이 0°에서 80°로 증가함에 따라 증가한다.
바람직하게, 기 색보상 확산 광학필터는 파장이 500~780nm인 녹색 및 적색 영역의 빛에 대한 투과율이 빛의 입사각이 0°에서 80°로 증가함에 따라 감소한다.
바람직하게, 상기 색보상 확산 광학필터는 380~780nm의 파장 범위 내에서 최 대 투과율에 대한 최소 투과율의 비가 0.5~0.9이다.
상기 박막층은 전후 방향 및 좌우 방향의 제1굴절율과 상하 방향의 제2굴절율을 갖는 복굴절 박막층일 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 색보상 확산 광학필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명에 의한 색보상 확산 광학필터는 시야각 증가에 따른 특정 파장 영역의 빛의 세기의 감소를 완화시킴으로써, 모든 가시광선 파장 영역에 대한 빛의 세기의 감소율을 동등 내지 유사하게 하여 색변화를 줄일 수 있으며, 이에 따라 디스플레이 화질을 개선할 수 있다.
더 나아가, 디스플레이 패널로부터 발광되는 빛을 효과적으로 섞이게 하여 색변화를 줄임으로써, 디스플레이 화질을 개선할 수 있다.
파장 영역에 따른 투과율을 선택적으로 증가 또는 감소시킬 수 있는 간섭 박막층을 확산 광학필터 내부에 형성해 색보상 효과를 극대화하면서 추가 원가 부담을 줄이고 반사율 증가로 인한 시인성 악화를 억제할 수 있다.
또한 본 발명에 의한 색보상 확산 광학필터의 외광차폐층은 외광을 흡수함으로써 외광 반사를 추가적으로 감소시킬 수 있으며, 복굴절 박막층을 사용함으로 인한 색보상 효과의 감소를 보완해준다.
본 발명의 디스플레이 장치는 시야각에 따른 색변화가 감소하여 우수한 화질의 컬러 영상을 표시할 수 있다.
도 7은 본 발명의 색보상 확산 광학필터를 설명하기에 앞서, 본 발명의 기본 원리를 설명하기 위하여, 색보상 광학필터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 7의 광학필터는 색보상층, 투명기판층(10) 및 반사방지층(20)을 포함한다.
투명기판층(10)의 일면에 반사방지층(20)이 형성되고, 상기 투명기판층(10)의 타면에 색보상층이 형성된다.
상기 색보상층은 제1후막층(3), 박막층(1) 및 제2후막층(5)을 포함한다. 박막층(1)의 일면에는 제1후막층(3)이 형성되고, 박막층의 타면에 제2후막층(5)이 형성된다.
박막층(1)의 두께는 가시광선의 파장 영역보다 작거나 같다. 따라서, 박막층(1)의 두께는 780nm이하이다. 박막층(1)의 두께가 780nm보다 크면 가시광 영역에서 보강 및 상쇄 간섭이 일어나지 않기 때문이다.
한편, 제1후막층(3) 및 제2후막층(5)은 박막층(1)보다 두께가 크다. 후막층(3, 5)의 두께는 780nm보다 크고 수 mm에 이를 수 있다.
박막층(1)의 굴절율은 제1후막층(3)의 굴절율 및 제2후막층(5)의 굴절률보다 낮을 수도 있고 높을 수도 있다.
도 8은 도 7의 색보상층에서의 빛의 반사 및 투과를 보여주는 개념도이다.
색보상층의 가운데에는 박막층(1)이 있고, 상기 박막층(1)의 양면에는 제1후막층(3) 및 제2후막층(5)이 형성되어 있다. 박막층(1)의 굴절률을 n, 제1후막층 및 제2후막층의 굴절률을 nt라 한다.
여기서, 제1후막층(3)은 디스플레이 패널 방향이고 제2후막층(5)은 시청자 방향으로 한다.
패널로부터 박막층(1)으로 입사한 박막층 입사광(880)은 제1후막층(860)과 박막층(1)의 계면에서 굴절률 차에 의해 일부는 굴절하면서 투과하고 일부는 반사하게 된다. 상기 계면에 대한 법선과 상기 입사광(880)이 이루는 각도를 θt라 하고, 굴절되어 박막층 내부로 투과하는 박막층 내부로의 투과광(881)이 상기 법선과 이루는 각도를 θ라 한다.
상기 박막층 내부로의 투과광(881)은 다시 박막층(1)과 제2후막층의 계면에서 일부는 굴절되면서 제2후막층을 투과하는 박막층 투과광(882)이 되고 일부는 반사되어 박막층 내에서 박막층의 내부 반사광(883)이 된다. 이때, 상기 박막층 투과광(882)이 박막층(1)과 제2후막층(5)의 계면에 대한 법선과 이루는 각도는 박막층과 제2후막층의 굴절률 차이에 의해 결정된다. 박막층 투과광(882)이 박막층과 제2후막층의 계면에 대한 법선과 이루는 각도는 θt이다. 상기 각도 θt는 스넬(snell)의 법칙에 의하여 하기 수학식 1과 같이 패널에서 나온 패널 입사광(889)이 색보상층으로 입사하는 각도(θ0)와 후막층의 굴절율 nt, 공기의 굴절율 nO(=1)로 표현된다. 패널에서 나온 패널 입사광(889)이 상기 색보상층을 투과하여 방출된 빛의 투과각은 스넬의 법칙에 의해서 입사각 θ0와 동일하며, 결국 각 θ0가 시 청자가 보는 시야각에 해당된다.
nt sinθt = nOsinθ0
각 계면에서의 반사율은 하기 수학식 2 및 수학식 3과 같다. 여기에서, Rp 는 p 편광된 빛이 반사한 경우, Rs는 s 편광된 빛이 반사된 경우의 반사율이다.
Rp = [(ntcosθ - ncosθt)/(ntcosθ + ncosθt)]2
Rs = [(ncosθ - ntcosθt)/(ncosθ + ntcosθt)]2
상기 반사율 Rp와 Rs는 각각 박막층과 후막층의 굴절률(n, nt) 및 입사각(θt)과 굴절각(θ)에 의해 변화함을 알 수 있다.
하기 수학식 4에서 반사율 R은 수학식 2의 Rp와 수학식 3의 Rs의 평균이다.
상기 박막층의 내부 반사광(883)은 다시 계면에서 일부는 굴절되면서 투과되어 박막층 반사광(887)이 되고 일부는 반사되어 다시 박막층의 내부 반사광(884)이 되며, 이러한 과정이 반복된다.
T=(1-R)2/(1+R2-2Rcosδ)
δ = (2π/λ)2nℓcosθ (0°≤ θ ≤ 80°)
상기 수학식 4에서의 투과율 T는 박막층 투과광(882)에 의한 투과율 T1과 박막층 투과광(885)에 의한 투과율 T2의 합이 된다. 도 9에서는 굴절광이 두 개만 도시되어 있으나, 계면에서 반사 및 굴절은 반복적으로 계속 일어나게 되며, 이러한 굴절광들에 의한 투과율의 총합이 전체 투과율 T이다.
계면에서의 반사율인 R도 박막층 반사광(887)에 의한 반사율 R1과 박막층 반사광(888)에 의한 반사율R2의 합이 된다. 마찬가지로, 도 9에서는 반사광이 두 개만 도시되어 있으나, 계면에서 반사되어 나오는 모든 반사광들에 의한 반사율의 총합이 전체 반사율 R이다.
제1후막층(3), 박막층(1) 및 제2후막층(5)에 의한 두 개의 계면에 의해 빛이 다중 반사되는 과정에서 간섭(interference)에 의해 파장에 따라 투과율에 변화를 줄 수 있다. 박막층 투과광들(882, 885)의 위상차를 δ라 하면, δ는 상기 수학식 5와 같이 표현된다. δ는 박막층의 굴절률(n)과 두께(ℓ), 굴절각(θ), 파장(λ)에 의해 결정된다. 최대 투과율은 각각의 박막층 투과광(882, 885) 사이의 광로 길이 차이(optical path length difference)가 파장의 정수배일 때 도달된다.
도 9는 도 7의 광학필터에서 빛의 파장 및 예리도(finesse)에 따른 투과율의 변화를 나타내는 그래프이다.
위상차에 따라 보강 간섭이 일어날 수도 있으며, 상쇄 간섭이 일어날 수도 있다. 박막층의 굴절률(n)과 두께(ℓ)가 정해지면, 파장에 따라 투과율이 도 9에 도시된 바와 같이 다르게 나타난다.
예리도(finesse, F)는 하기 수학식 6와 같이 정의된다.
F = π/(2arcsin(1/f1 /2))
상기 수학식 6에서 f는 예리도(finesse) 계수라 하며, 아래와 같이 정의된다. 여기에서 R은 반사율이다.
f = 4R/(1-R)2
도 9에서와 같이, 예리도가 높으면(F=10) 투과 피크는 좁고 날카로우며 최소 투과율이 더 작은 값을 갖는다. 예리도와 반사율의 관계는 도 10의 그래프와 같다. 따라서 반사율(R)을 조절함으로써 투과 피크의 폭(Δλ)과 최소 투과율을 조절할 수 있다.
도 9에 의하면, 가시광선 파장 영역 전체에서 최대 투과율에 대한 최소 투과율의 비가 0.7 내지 0.9의 범위 내이기 위해서는 예리도가 작아야 하고, 이는 반사율이 높지 않아야 함을 의미한다.
상기 반사율은 상기 수학식 1 내지 수학식 3으로부터 박막층과 후막층의 굴 절률(n, nt)과 시야각(θ0)에 따라 변한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 특정 시야각(θ0)에 대해, 박막층과 후막층의 굴절률(n, nt)을 조절하면 반사율을 결정할 수 있다.
또한, 특정 파장 범위에 대해 박막층(1)의 굴절률(n)과 두께(ℓ)가 정해지면 위상차(δ)가 결정된다. 이 경우 굴절각(θ)은 박막층(1)과 후막층의 굴절률(n, nt)과 시야각(θ0)이 정해지면 자동적으로 정해지는 값이다.
상기 수학식 4에서 볼 수 있듯이, 반사율(R)과 위상차(δ)가 결정되면 투과율(T)이 정해지게 된다. 즉, 박막층(1)과 후막층의 굴절률(n, nt) 및 박막층(1)의 두께(ℓ)를 선택함으로써 특정 시야각 및 특정 파장의 빛에 대한 투과율을 조절할 수 있게 된다.
이와 같이 다중 빔 간섭을 이용하여 시야각이 커짐에 따라 청색 파장 영역(380 내지 500nm)에서 빛의 세기가 상대적으로 많이 감소하는 특성을 보상할 수 있다. 즉, 시야각이 대략 60도 정도로 큰 범위일 때 청색 파장 영역에서 보강 간섭이 일어나 투과율이 증가하도록 하고 녹색 및 적색 파장 영역에서는 상쇄 간섭이 일어나 투과율이 감소하게 함으로써, 시야각이 클 때에도 모든 파장 영역에서 빛의 세기 감소율이 동일 내지 유사하게 하여 청색 영역에서의 불균형을 보상한다. 이와 같이 본 발명에 의한 색보상층을 이용하면 시야각 변화에 따른 색변화를 최소화할 수 있다.
도 11은 도 7의 색보상층에서 시야각 변화에 따른 투과율을 나타내는 그래프 이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1후막층(3) 및 제2후막층(5) 사이에 박막층(1)을 형성하여 색보상층을 설계하였다. 제1후막층(3) 및 제2후막층(5)의 굴절률은 2.5, 두께는 1mm이고 박막층(1)의 굴절률은 1.5, 두께는 190nm이다.
시야각이 증가함에 따라 청색 파장의 일부 영역(380nm~460nm)에서는 투과율이 증가하며, 녹색 및 적색 파장의 일부 영역(540nm~780nm)에서는 투과율이 감소함을 알 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이 시야각 증가에 따라 청색 파장 영역에서 일어나는 급격한 스펙트럼 감소율을 완화시키고, 녹색 및 적색 파장 영역에서는 스펙트럼 감소율을 증가시킴으로써 전체 가시광선 파장 영역에서 시야각 증가에 의한 스펙트럼의 감소율이 동일 내지 유사해질 수 있도록 조절할 수 있다.
또한, 상기 색보상층은 380 내지 780nm의 전체 가시광선 영역의 파장 범위 내에서 최대 투과율에 대한 최소 투과율의 비가 0.7 내지 0.9이다. 즉, 도 12에서 보는 바와 같이, 전체 파장 영역에서 최대 투과율이 1일 때, 최소 투과율은 대략 0.8을 나타낸다.
도 12는 도 11의 결과를 정규화하여 나타낸 그래프이다.
청색 영역뿐만 아니라 전체 파장 영역에서 시야각 증가에 따른 스펙트럼의 감소율이 거의 동일함을 알 수 있다. 이는 시야각 증가에 따른 색변화가 거의 사라졌음을 보여준다.
도 13은 도 7의 색보상 광학필터에서 시야각 증가에 따른 색좌표(Lu'v') 변화를 나타내는 그래프이다.
상기 그래프에서 가로축은 수평 각도, 즉 시야각을 나타낸다. 상기 색보상층이 있는 경우의 색변화량이 색보상층이 없는 경우에 비해 크게 감소함을 알 수 있다.
상기의 측정 결과는 시야각 증가에 따른 빛의 세기 감소량의 정도가 청색 파장 영역에서 상대적으로 큰 경우, 이를 개선할 수 있는 색보상 확산 광학필터에 대한 결과를 보여주는 것이다. 그러나, 이와 반대로 시야각 증가에 따라 적색 파장 영역에서 빛의 세기의 감소량의 정도가 상대적으로 크게 나타나는 LCD도 존재할 수 있다. 이러한 경우에도 본 발명에 의해 적합한 색보상층의 제조가 가능하다.
도 7에 도시된 광학필터에서, 제1후막층 및 제2후막층의 굴절률을 1.5, 두께를 2mm로 하고, 박막층(1)의 굴절률을 2.5, 두께를 170nm로 하였다.
이 광학필터의 시험 결과, 시야각이 증가함에 따라 적색 파장의 일부 영역(600nm~700nm)에서는 투과율이 증가하며, 청색 파장의 일부 영역(420nm~480nm)에서는 투과율이 감소하였다. 따라서, 시야각 증가에 따라 적색 파장 영역에서 일어나는 빛의 세기의 감소율을 완화시키고, 청색 및 녹색 파장 영역에서는 빛의 세기의 감소율을 증가시킴으로써 전체 가시광선 파장 영역에서 시야각 증가에 의한 빛의 세기의 감소율이 동일 내지 유사해질 수 있도록 조절할 수 있다.
또한, 후막층의 굴절률이 박막층(1)의 굴절률보다 큰 경우에도 각각의 굴절률과 박막층(1)의 두께 등을 조절하여 같은 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는 상기 색보상층이 적용된 본 발명의 색보상 확산 광학필터의 실시 예들을 살펴본다.
도 14는 본 발명의 제1실시예에 따른 색보상 확산 광학필터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 14의 색보상 확산 광학필터는 디스플레이 장치용 광학필터의 전체 구성을 이룰 수도 있으나, 도시하지 않은 다른 구성층이 존재할 수도 있음은 물론이다. 도 25는 이러한 예를 보여준다. 더 나아가, 도 14 내지 도 16에서 예시하고 있지 않은 전자파차폐층, 네온광차폐층, 등 기타 다양한 기능성 층들을 포함할 수 있다. (이하에서 설명하는 다른 실시예에서도 마찬가지이다)
또한, 도 14의 색보상 확산 광학필터가 디스플레이 장치 내에서 위치되는 방향도 어느 한 방향에 국한되지 않는다. 예컨대 도 14에서 도면의 좌측이 시청자 방향이고 우측이 디스플레이 패널 방향일 수도 있고, 그 반대일 수도 있다. (도 23 및 도 24에서와 같이 구조적으로 배제하지 않는 한, 이하에서 설명하는 다른 실시예에서도 마찬가지이다)
본 발명의 색보상 확산 광학필터는 확산층(70)을 구비하여 광을 확산시킨다. 확산층은 광을 혼합시켜 색변화를 줄여 디스플레이 화질을 개선할 수 있도록 한다.
색보상 확산 광학필터는 박막층(1)과 제1후막층(3)과 제2후막층(5)을 포함한다.
박막층(1)은 780nm 이하의 두께를 갖는다. 박막층(1)의 두께가 780nm보다 크면 가시광 영역에서 보강 및 상쇄 간섭이 일어나지 않기 때문이다. 박막층(1)의 두께는 바람직하게는 5~780nm이고, 더욱 바람직하게는 50nm~500nm이다.
제1후막층(3)은 박막층(1)의 일면에 형성되고, 박막층의 두께보다 큰 두께를 갖는다. 제2후막층(5)은 박막층(1)의 타면에 형성되고, 박막층의 두께보다 큰 두께를 갖는다. 제1후막층 및 제2후막층의 두께는 바람직하게는 780nm~5mm이다.
박막층의 굴절율은 제1후막층의 굴절율 및 제2후막층(5)의 굴절율보다 클 수도 있고 작을 수도 있다. 제1후막층의 굴절율과 제2후막층의 굴절율의 차이는 1 이하이거나 크기가 동일한 것이 바람직하다.
색보상 확산 광학필터에서는, 파장(λ)이 380~500nm인 청색 영역의 빛에 대하여 전술한 수학식 4 및 수학식 5에 따른 투과율(T)의 평균값이 최대가 되도록 상기 박막층의 두께(ℓ), 상기 박막층의 굴절율(n) 및 상기 박막층의 반사율(R)을 조절할 수 있다.
이에 따라, 파장이 380~500nm인 청색 영역의 빛에 대한 투과율이 빛의 입사각이 0°에서 80°로 증가함에 따라 증가한다.
또한, 바람직하게 상기 색보상 확산 광학필터에서는, 파장이 500~780nm인 녹색 및 적색 영역의 빛에 대한 투과율이 빛의 입사각이 0°에서 80°로 증가함에 따라 감소한다.
색보상 확산 광학필터는 380nm~780nm의 파장 범위 내에서 최대 투과율에 대한 최소 투과율의 비가 0.5~0.9인 것이 바람직하다.
제1후막층(3)으로는 확산층(70)이 사용된다.
제2후막층(5)으로는, 공기층, 점착제층, 투명기판층, 하드코팅층, 대전방지층, 외광차폐층, 반사방지층, 확산층, 위상차층, 편광자보호층, 편광자층 또는 패 널기판층일 수 있으나, 도 14의 실시예에서는 제2후막층(5)으로 투명기판층(10)이 사용된 실시예를 보여주고 있다.
도 14의 광학필터를 구체적으로 살펴본다.
제1후막층(3)은 박막층(1)의 일면에 형성된 확산층(70, 71)이고, 제2후막층(5)은 박막층(70)의 타면에 형성된 투명기판층(10)이 된다.
박막층(1)의 굴절율이 제1후막층(3)인 확산층(70)의 굴절율 및 제2후막층(5)인 투명기판층(10)의 굴절율보다 큰 굴절율을 갖는 경우, 박막층의 굴절율은 바람직하게는, 1.6~4이다. 고굴절율 박막층은 Nb2O5, TiO2, 등의 고굴절율 금속산화물, 고굴절율 고분자 수지 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 투명기판층(10)의 재료로는, 유리, 석영 등의 무기화합물 성형물과 투명한 유기고분자 성형물을 들 수 있다. 유기고분자 성형물로 이루어진 투명기판층(10)으로는 아크릴이나 폴리카보네이트를 사용할 수 있으나 본 발명은 이러한 예들에 한정되는 것은 아니다.
투명기판층(10)은 고투명성과 내열성을 갖는 것이 바람직하며 고분자 성형물 및 고분자 성형물의 적층체를 사용할 수도 있다. 투명기판층(10)의 투명성에 관해서는 가시광선 투과율이 80% 이상인 것이 유리하며, 내열성에 관해서는 유리전이온도가 50℃ 이상인 것이 바람직하다.
투명기판층은 디스플레이 장치의 내충격성을 증대하고, 색보상 확산 광학필터의 제조 공정을 용이하게 한다.
상기 투명기판층(10)으로 강화 유리를 사용하는 것이 외부 충격에 대한 방지 및 투명성 면에서 바람직하다.
유리의 굴절율은 대략 1.5이다. 따라서 투명기판층(10)으로 유리가 사용되는 경우, 저굴절율의 제1후막층(3)인 확산층(70), 고굴절율의 박막층(1) 및 저굴절율의 제2후막층(5)인 강화유리의 층 구성을 가질 수 있다.
확산층(70, 71)은 기재(71a)에 광확산패턴(71b)이 형성된 구조를 갖는다.
기재(71a)의 재질로는 예를 들면 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate), 아크릴(Acryl), 폴리카보네이트(Polycabonate), 우레탄 아크릴레이트(Urethane Acrylate), 폴리에스테르(Polyester), 에폭시 아크릴레이트(Epoxy Acrylate), 브롬화 아크릴레이트 (Brominate Acrylate) 등을 사용할 수 있다.
기재(71a)의 일면에 음각 형상을 형성하기 위한 방법으로는, 가열되는 금형을 열가소성 수지에 압박하는 열 프레스법, 열가소성 수지 조성물을 금형 내에 주입하고 고화시킨 캐스팅법, 사출성형법, 자외선 경화성 수지 조성물을 성형틀 내에 주입하고 자외선 경화시킨 UV법 등이 종래의 공지 방법들이나, 이 경우에는 광확산패턴(71b)의 조도를 위해 자외선 경화성 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
광확산패턴(71b)을 형성할 자외선 수지를 와이핑(wiping)법 등을 이용해 기재(71a)의 음각 형상에 채운 후 경화시킨다. 이때 외광을 흡수해 주는 기능을 부가하기 위하여 착색 물질을 수지에 혼합해 사용할 수 있다.
광확산패턴은 도시한 사다리꼴 외에도 쐐기형, 사각형, 다각형, 반원형, U자형, 등 다양한 단면 형상을 가질 수 있다.
광확산패턴(71b)의 바닥면은 디스플레이 패널을 향할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 광확산패턴의 바닥면은 시청자 방향을 향할 수도 있고, 기재(71a)의 양면에 모두 형성될 수도 있다.
광확산패턴은 전방에서 보았을 때, 스트라이프 패턴, 물결 패턴, 메쉬 패턴, 등 다양한 패턴 형상을 가질 수 있다.
기재(71a)와 광확산패턴(71b)의 굴절율은 다르다. 기재의 굴절율이 광확산패턴의 굴절율보다 클 수도 있고 작을 수도 있다.
기재(71a)와 광확산패턴(71b)의 굴절율에 차이를 두어 기재와 광확산패턴의 계면에서 굴절율 차이로 인한 굴절 또는 반사(전반사 포함)를 이용하여 광을 확산시킨다. 확산층은 시야각을 넓히는데 효과적이다.
특히, 빛의 전반사를 이용하기 위해서는 광확산패턴을 기재보다 낮은 굴절율로 형성하고, 도광(light guide)을 위하여 직사각형의 단면 형상뿐 아니라 디스플레이 패널에서 약간의 확산되는 빛들의 확산각도를 증대하기 위하여 사다리꼴 단면 또는 쐐기형 단면 형상으로 구성하는 것이 빛의 전반사 현상을 극대화할 수 있어 유리하다.
확산 각도를 증대하기 위하여 사다리꼴의 사면의 각도를 0도(즉, 직사각형) ~ 45도로 구성하는 것이 유리하다.
또한, 전반사는 광확산패턴의 형상 외에도 기재와 광확산패턴과 기재간의 굴절율 차이에 의해서 발생되므로, 굴절율 차이를 극대화하는 물질로 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서 통상 두 물질의 굴절율 차이를 0.001~0.6 정도로 구성하 는 것이 유리하다.
확산층(70)은 박막층(1)을 통과하면서 블루 영역이 보상되어 나온 빛을 혼합시켜 시야각의 증대에 따른 색편차를 줄일 수 있어, 종래의 디스플레이 장치에서 시야각의 증가에 따른 색편차로 인한 영상의 표현력이 저하되는 부분을 극복할 수 있다.
확산층(70)은 빛의 양과 칼라의 혼합을 증대하여 복합적인 시야광을 증대한다.
<제조예>
투명기판층(10)으로서 125㎛ 두께의 PET 필름의 한 면에 TiO2 금속산화물 혼합 수지를 마이크로그라비아 코터를 이용해 건조두께 230㎚로 코팅한 후 150℃에서 5분간 건조시켜 투명기판층(10)에 고굴절 박막층(1)이 형성된 필름을 제조했다.
위와 같이 제조된 필름의 박막층(1) 위에 굴절율이 1.55인 자외선 경화성 수지를 150㎛로 도포한 후 밑변 20㎛, 윗변 12㎛, 높이 100㎛의 사다리꼴형 패턴이 70㎛ 간격으로 반복되어 있는 금형을 이용해 UV로 경화시켜 굴절률 1.55 수지의 기재(71a)에 사다리꼴 단면 음각 형상을 형성했다.
굴절률이 1.50인 UV수지로 사다리꼴 형상을 채운 후 UV 경화시켜 굴절률이 0.05 정도 차이가 나는 광확산패턴(71b)를 형성하여 색보상 확산 광학필터를 제조하였다.
한편, 박막층(1)으로는 복굴절 박막층이 사용될 수 있다.
복굴절 박막층은 전후 방향(x 방향) 및 좌우 방향(z 방향)의 제1굴절율과 상하 방향(y 방향)의 제2굴절율을 갖는다.
제1굴절율은 제1후막층(3)의 굴절율 및 제2후막층(5)의 굴절율보다 높거나 낮을 수 있다. 제1굴절율이 제1후막층의 굴절율 및 제2후막층(5)의 굴절율보다 큰 값을 갖는 경우, 제1굴절율은 바람직하게는 1.6~4.0이다.
한편, 복굴절 박막층(1)의 제2굴절율 역시 제1후막층(3)의 굴절율과 제2후막층(5)의 굴절율보다 크거나 작을 수 있는데, 그 차이는 1 이하인 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 수학식 5의 n은 전후 방향의 x축과 상하 방향의 y축에 의하여 결정되는 xy 평면상으로 입사되는 외부 환경광의 입사 방향으로의 굴절율을 의미하며, 이는 입사 각도에 따라 전후 방향인 x축 방향으로의 굴절율과 상하 방향인 y축 방향으로의 굴절율의 조합으로 결정된다. 예컨대 외부 환경광이 복굴절 박막층과 수직으로 입사하는 경우 수학식 5의 n은 전후 방향인 x축 방향으로의 굴절율이 된다.
도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 색보상 확산 광학필터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도시한 바와 같이, 도 15의 확산층(70, 73)은 기재에 광확산비드가 분산된 구조를 갖는다.
본 발명의 확산층(70)은 도 14의 확산층(71) 및 도 15의 확산층(73) 외에도 기타 다양한 구조의 확산층이 사용될 수 있다. 예컨대 표면에 요철이 형성된 확산층, 등을 들 수 있다.
이하 도 16 내지 도 26의 실시예에서 확산층(70)은 도 14의 확산층(71) 및 도 15의 확산층(73) 중 어느 것도 될 수 있다.
<제조예>
투명기판층(10)으로서 125㎛ 두께의 PET 필름의 한 면에 TiO2 금속산화물 혼합 수지를 마이크로그라비아 코터를 이용해 건조두께 230㎚로 코팅한 후 150℃에서 5분간 건조시켜 투명기판층(10)에 고굴절 박막층(1)이 형성된 필름을 제조했다.
위와 같이 제조된 필름의 고굴절 박막층(1) 위에 광확산비드가 분산된 확산필름(제조사: 세일하이텍)을 적층했다.
하기 표 1은 화이트 색상과 블루 계열 두 가지 혼색에 대해 정면 대비 좌우 시야각 60도에서 색좌표(CIE 1976 Lu'v')의 변화(Δu'v')를 측정한 값이다.
좌측 60도 영상신호 색보상 확산 광학필터 사용전 도 14의 색보상 확산 광학필터 사용 후 도 15의 색보상 확산 광학필터 사용 후
R G B
화이트 255 255 255 0.0257 0.0091 0.0060
형광 블루 46 62 161 0.0844 0.0362 0.0583
purplish blue 74 92 165 0.0622 0.0317 0.0453
도 14의 확산층의 광확산패턴(71b)의 사다리꼴의 형상은 그 사면이 5도의 기울기를 갖도록 형성하였다. 기재(71a)와 광확산패턴(71b)의 굴절율 차이는 0.05의 물질을 선정하여 구성하였다.
LCD 장치에서 중심 대비 보는 시야각에 따른 색편차가 발생되면 보는 시청자마다 각기 다른 색을 인지하게 되고, 결국에는 서로 다른 느낌의 영상을 시청하는 결과를 초래하므로 중앙 대비 색편차가 적은 것이 바람직하다.
표 1에 알 수 있는 바와 같이, 실제로 풀화이트의 화면과 LCD 장치에서 문제가 되는 블루 계열의 혼색 조건에서 도 14의 광학필터 및 도 15의 광학필터를 채용함으로써, 색변화량 Δu'v'값으로 표현되는 색편차가 감소하여 컬러 쉬프트 현상이 크게 개선되는 것을 확인할 수 있었다.
도 16은 본 발명의 제3실시예에 따른 색보상 확산 광학필터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도시한 바와 같이, 도 16의 색보상 확산 광학필터는 제1후막층(3)인 확산층(70), 박막층(1) 및 제2후막층(5)인 외광차폐층(60)을 포함한다.
외광차폐층(60)은 기재(61) 상에 광흡수 물질의 외광차폐패턴(63)이 형성된다. 기재(61)로는 고분자 수지가 사용될 수 있다. 도 16에서는 단면이 사디리꼴형인 외광차폐패턴(63)을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 사다리꼴 외에쐐기형, 사각형, 다각형, 반원형, U자형 등, 다양한 단면 형상을 가질 수 있다.
외광차폐패턴(63)은, 기재(61)의 일면에 형성된 음각 패턴에 광흡수 물질을 충진함으로써 형성된다. 광흡수 물질로는 카본 블랙 등의 검은색 물질을 사용할 수 있다.
외광차폐층(60)은 외광을 흡수하여 디스플레이 패널로 외부 환경광이 유입되는 것을 막고, 디스플레이 패널로부터 방출되는 패널광을 시청자 쪽으로 투과 및 전반사하는 역할을 한다. 따라서, 가시광선에 대한 높은 투과율과 높은 명암 대비비(contrast ratio)를 얻을 수 있다. 뿐만 아니라, 외광차폐패턴에 광흡수 물질과 실버 페이스트와 같은 도전성 물질을 동시에 충진함으로써, 광학필터의 전자파 차폐 기능을 보완할 수도 있다.
외광차폐패턴(63)의 바닥면은 디스플레이 패널을 향할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 외광차폐패턴의 바닥면은 외부 환경광이 입사되는 시청자 방향을 향할 수도 있고, 기재의 양면에 모두 형성될 수도 있다.
상기 외광차폐패턴(63)의 굴절률은 기재(61)의 굴절률보다 작을 수도 있고 클 수도 있다. 기재의 굴절률보다 작은 경우에는 상기 외광차폐패턴의 굴절률은 기재의 굴절률보다 0.01 내지 0.5 범위에서 낮을 수 있다. 굴절률 차이가 상기 범위 내일 때 디스플레이 패널로부터 입사되는 영상은 전반사되어 디스플레이 화면으로 출사되는 효율이 높아지고 외부 환경광의 흡수 효율은 높일 수 있다. 특히, 상기 외광차폐패턴의 굴절률은 기재의 굴절률보다 0.01 내지 0.5로 작은 값을 가짐으로써 상기 외광차폐층은 외부 환경광의 반사보다는 흡수에 의한 차폐를 주된 기능으로 발휘한다.
한편, 시야각 변화에 따른 색변화를 최소화하기 위해 전술한 바와 같이 후막층(3, 5)과 박막층(1)의 굴절률을 다르게 하면, 굴절률 차이로 인한 외광 반사로 명실 명암비가 감소하게 된다.
따라서 이러한 후막층과 박막층의 굴절률 차로 인한 외광 반사를 줄이기 위해 박막층(1)으로서, 전술한 바 있는 방향에 따라 굴절률이 다른 복굴절 물질을 사용하는 것이 효과적일 수 있다.
외부 환경광(예컨대 가정의 형광등)은 일반적으로 디스플레이 장치와 시청자의 위쪽에 존재하여 비스듬하게 위에서 입사하게 되므로, 박막층이 적층되는 방향에 대하여 수직인 방향(y 방향)의 굴절률과 후막층의 굴절률의 차이가 1 이하로 작게 나도록 복굴절 물질로 박막층을 구성하는 것이 바람직하다.
이러한 복굴절 박막층의 도입은 외광 반사를 줄이는데 효과적이다. 박막층이 복굴절 물질이 아닌 경우, 청색 및 적색 영역의 파장에서 반사율이 20%에 이르게 되나, 박막층이 적층되는 방향에 대하여 수직인 방향(y 방향)의 굴절률과 후막층의 굴절률의 차이를 줄임으로써, 외광 반사율을 감소시킬 수 있게 된다.
그러나, 상기 y 방향의 굴절률과 후막층의 굴절률의 차이를 줄이게 되면 상하 시야각 변화에 따른 색변화를 보상하는 기능을 저하시킬 수 있다. 이러한 문제점은 외광차폐층(60)을 사용하여 해결할 수 있다. 전술한 바와 같이 외광차폐층은 외광을 차단하여 외광 반사를 더욱 줄일 수 있으며, 기재(61)와 외광차폐패턴(63)간의 굴절률 차로 인해 일정 각도 이상에서 발생하는 전반사 효과로 디스플레이 패널에서 여러 각도로 발광된 빛이 혼합되어 시야각 변화에 따른 색 변화를 보다 줄여줄 수 있다.
시험 결과, 외광차폐층(60)의 존재 유무에 따라 수평 방향으로의 색좌표 변화는 거의 없으나, 수직 방향으로의 색좌표 변화는 매우 크게 나타남을 알 수 있었다. 따라서 복굴절 박막층을 사용함에 따른 색변화를 외광차폐층으로 보상할 수 있음을 확인할 수 있었다.
물론, 복굴절 박막층이 아닌 단굴절 박막층을 이용한 색보상 확산 광학필터에서도, 외광차폐층은 외광 차폐를 통하여 명실 명암비를 향상시키는 효과를 보였다.
앞서 살펴본 바와 같이, 광확산패턴(71b)이 형성된 확산층(71)과 외광차폐패턴(63)이 형성된 외광차폐층(60)은 패턴 내에 광흡수 물질의 충진 여부에 따라 구분하였으나, 실제 외광차폐층(60)도 광 확산 기능을 수행하므로, 외광차폐층(60)도 본 발명의 확산층(70)의 범주에 포함시켜도 무방할 것이다.
도 17은 본 발명의 제4실시예에 따른 색보상 확산 광학필터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도시한 바와 같이, 제1후막층(3)으로 확산층(70) 그리고 제2후막층(5)으로 반사방지층(20)을 사용하여, 반사방지층(20), 박막층(1) 및 확산층(70)의 층 구성을 갖는다.
상기 색보상 확산 광학필터가 디스플레이 장치에 장착되었을 때, 반사방지층(20)이 시청자 측을 향하는 것이 바람직하다.
반사방지층(20)은 시청자 방향으로부터 입사되는 외부 환경광이 다시 외부로 반사되는 것을 방지하여 디스플레이 장치의 명암 대비비를 향상시킨다.
반사방지층(20)은 반사율이 2% 이하인 것이 바람직하다. 유리 표면의 반사율이 4%이므로 반사방지층의 반사율이 2%보다 클 경우는 반사방지층을 사용하지 않는 경우와 큰 차이가 없기 때문이다.
도 18은 본 발명의 제5실시예에 따른 색보상 확산 광학필터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도시한 바와 같이, 도 18의 실시예에서는 제1후막층(3)으로 확산층(70)이 사용되고, 제2후막층(5)으로 하드코팅층(80)이 사용된다.
소비자가 직접 접촉하는 상판에 사용되는 확산 광학필터의 경우 하드코팅층(80)을 형성하는 것이 바람직하다.
하드코팅층(80)은 열경화성 수지와 경화제 또는 자외선 경화성 수지와 광중합 개시제, 등을 이용하여 형성할 수 있다. 내후성, 내열성, 내스크래치성, 표면경도 및 생산성 측면에서 자외선 경화성 수지를 이용하는 것이 바람직할 수 있다.
도 19는 본 발명의 제6실시예에 따른 색보상 확산 광학필터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도시한 바와 같이, 도 19의 광학필터는 제1후막층(3)으로 확산층(70) 그리고 제2후막층(5)으로 대전방지층(90)이 사용된 실시예를 도시한다.
정전기 등에 의한 먼지 부착 방지를 위해 대전방지층(90)을 형성한다. 특히 IPS 모드에 사용되는 광학필터의 경우 대전방지층(90)의 형성이 필수적으로 필요하게 된다.
도 20은 본 발명의 제7실시예에 따른 색보상 확산 광학필터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도시한 바와 같이, 도 20의 광학필터는 확산층(70)이 제1후막층(3) 및 제2후막층(5)으로 동시에 사용될 수 있음을 보여준다.
도 21은 본 발명의 제8실시예에 따른 색보상 확산 광학필터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 21은 점착제층(50)이 후막층이 될 수 있음을 보여준다.
점착제는 일반적으로 굴절율이 대략 1.5의 값을 가지며 그 두께도 수 마이크로미터 단위이다.
점착제층(50)에는 다양한 층이 점착될 수 있다. 디스플레이 패널 어셈블리(600)와의 직부착을 위한 점착제층(50)을 제2후막층(5)으로 이용함으로써, 원가 절감 및 생산성 향상에 이바지할 수 있는 이점을 가져다 준다.
도 22는 본 발명의 제9실시예에 따른 색보상 확산 광학필터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 22는 공기층이 후막층으로 사용될 수 있음을 보여준다.
예컨대, 박막층(1)과 디스플레이 패널 어셈블리를 이격시켜, 박막층(1)의 타면과 디스플레이 패널 어셈블리 사이에 공기층을 형성함으로써, 이 공기층이 제2후막층(5)의 기능을 수행하도록 할 수 있다.
별도의 제2후막층(5)을 형성하지 않고 공기층을 제2후막층(5)으로 이용함으로써, 원가 절감 및 생산성 향상에 이바지할 수 있는 이점을 가져다준다.
도 23은 본 발명의 제10실시예에 따른 색보상 확산 광학필터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 23은 별도의 제2후막층을 형성하지 않고, 디스플레이 패널 어셈블리(600)와 밀착시켜 디스플레이 패널 어셈블리(600)의 전면을 이루는 층이 제2후막층(5)이 되도록 할 수 있음을 보여준다.
예컨대, 디스플레이 패널 어셈블리(600)의 전면을 이루는 층이 패널기판층인 경우, 패널기판층인 유리의 굴절율이 대략 1.5이므로, 저굴절율의 제1후막층(3)인 확산층(70), 고굴절율의 박막층(1) 및 저굴절율의 제2후막층(5)인 패널기판층을 포함하도록 광학필터를 구성할 수 있다.
별도의 제2후막층(5)을 형성하지 않고 디스플레이 패널의 기판층, 등을 제2후막층(5)으로 이용함으로써, 원가 절감 및 생산성 향상에 이바지하고, 광학필터의 두께를 감소시키며, 투과율을 높여 시인성을 높일 수 있는 이점을 가져다 준다.
도 24는 본 발명의 제11실시예에 따른 색보상 확산 광학필터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 액정 디스플레이 패널 어셈블리에서는 일반적으로 디스플레이 패널의 전면에 편광필름이 부착된다. 편광필름은 일반적으로 PVA(Polyvinyl Alcohol) 재질의 편광자층(30)의 양면에 TAC(Triacetate Cellulose)의 재질의 편광자보호층(40)이 점착된 구조를 갖는다. 이와 같은 실시예에서, 디스플레이 패널 어셈블리(600)의 전면을 이루는 층은 편광자보호층(40)이 된다.
따라서, 박막층(1)의 타면과 밀착되는 디스플레이 패널 어셈블리(600)의 전면을 이루는 층인 편광자보호층(40)이 제2후막층(5)이 된다.
실시예에 따라서는 편광자층이 제2후막층이 될 수도 있을 것이다.
또한, 편광자보호층(40) 상에 또는 편광자보호층(40)을 대체하기 위하여 위상차 필름과 같은 위상차층이 사용되는 경우, 이 위상차층이 제2후막층(5)이 될 수도 있다.
도 25는 본 발명의 제12실시예에 따른 색보상 확산 광학필터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 25의 실시예는 도 14의 광학필터에 외광차폐층(60) 및 반사방지층(20)이 추가될 수 있음을 보여준다.
지금까지는 확산층(70)이 후막층으로 사용된 실시예를 살펴보았으나, 본 발명이 후막층으로 확산층(70)이 사용되지 않은 실시예를 배제하는 것은 아니다.
도 26은 본 발명의 제13실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 디스플레이 장치는 색보상 확산 광학필터 외에 디스플레이 패널 어셈블리(600) 및 백라이트 유닛(700)을 구비한다.
도 26에서는 예시를 위하여, 도 14의 색보상 확산 광학필터를 포함하고 있으나, 도 15 내지 도 25의 색보상 확산 광학필터, 등 다양한 광학필터가 사용될 수 있음은 물론이다.
전술한 바와 같이 색보상 확산 광학필터는 후막층(3, 5)과 박막층(1)의 굴절율 차이와 박막층(1)의 두께에 의하여 파장 영역에 따른 투과율을 조절하여 디스플레이 화질을 향상시킨다.
본 발명의 색보상 확산 광학필터가 사용되는 디스플레이 장치는 전형적으로는 액정 디스플레이 장치이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 격자 패턴의 화소(pixel)를 가지며, RGB를 구현하는 PDP 장치, OLED 장치, FED 장치 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 시야각 변화에 따른 명암비 변화 및 색변화를 개선하기 위한 종래 기술의 일 예를 보여주는 개념도이다.
도 4는 시야각 변화에 따른 명암비 변화 및 색변화를 개선하기 위한 종래 기술의 다른 일 예를 보여주는 개념도이다.
도 5는 종래 기술에 따른 LCD의 시야각 증가에 따른 발광 스펙트럼 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 5의 결과를 정규화(normalize)하여 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 기본 원리를 설명하기 위하여, 색보상 광학필터를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 8은 도 7의 색보상층에서의 빛의 반사 및 투과를 보여주는 개념도이다.
도 9는 도 7의 색보상 광학필터에서 빛의 파장 및 예리도(finesse)에 따른 투과율의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 7의 색보상 광학필터에서 예리도와 반사율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 7의 색보상층에서 시야각 변화에 따른 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 12는 도 11의 결과를 정규화하여 나타낸 그래프이다.
도 13은 도 7의 색보상 광학필터에서 시야각 증가에 따른 색좌표 변화를 나타내는 그래프이다.
도 14 내지 도 25는 본 발명의 제1실시예 내지 제12실시예에 따른 색보상 확산 광학필터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 26은 본 발명의 제13실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.

Claims (32)

  1. 확산층을 구비하여 광을 확산시키는 확산 광학필터로서,
    780nm 이하의 두께를 갖는 박막층과,
    상기 박막층의 일면에 형성되고 상기 박막층보다 큰 두께를 갖는 제1후막층과,
    상기 박막층의 타면에 형성되고 상기 박막층보다 큰 두께를 갖는 제2후막층을 포함하는 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1후막층이 상기 확산층인 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2후막층은, 공기층, 점착제층, 투명기판층, 하드코팅층, 대전방지층, 기재 상에 광흡수 물질의 외광차폐패턴이 형성된 외광차폐층, 반사방지층, 확산층, 위상차층, 편광자보호층 또는 패널기판층인 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 확산층은 기재에 광확산패턴이 형성되고,
    상기 기재와 광확산패턴의 굴절율은 상이한 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광확산패턴은 사다리꼴, 쐐기형, 사각형, 다각형 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 사다리꼴 및 쐐기형의 사면의 각도는 0~45도인 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 광확산패턴은 스트라이프 패턴, 물결 패턴 또는 메쉬 패턴인 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 확산층은 기재에 광확산비드가 분산된 확산층인 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 박막층의 타면에는 점착제층이 형성되고, 이 점착제층이 상기 제2후막층인 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 점착제층을 매개하여 디스플레이 패널 어셈블리에 점착되는 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 박막층의 타면과 디스플레이 패널 어셈블리는 이격되어, 상기 박막층의 타면과 디스플레이 패널 어셈블리 사이에 공기층이 형성되고, 이 공기층이 상기 제 2후막층인 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 박막층의 타면과 디스플레이 패널 어셈블리는 밀착되어, 상기 박막층의 타면과 밀착되는 디스플레이 패널 어셈블리의 전면을 이루는 층이 상기 제2후막층인 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  13. 제12항에 있어서,
    디스플레이 패널 어셈블리의 전면을 이루는 층은 편광자보호층이고, 이 편광자보호층이 이 상기 제2후막층인 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 박막층의 굴절율은 상기 제1후막층의 굴절율 및 제2후막층의 굴절율보다 큰 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 박막층의 굴절율은 1.6~4.0인 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 박막층은 고굴절율 금속산화물, 고굴절율 고분자 수지 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 금속산화물은 Nb2O5 및 TiO2 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  18. 제2항에 있어서,
    상기 박막층의 굴절율은 제1후막층의 굴절율 및 제2후막층의 굴절율보다 작은 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  19. 제2항에 있어서,
    상기 박막층의 두께는 50~500nm인 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  20. 제2항에 있어서,
    상기 제1후막층의 굴절율과 제2후막층의 굴절율의 차이는 1 이하이거나 크기가 동일한 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  21. 제2항에 있어서,
    상기 제1후막층 및 제2후막층의 두께는 780nm~5mm인 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  22. 제2항에 있어서,
    상기 색보상 확산 광학필터는, 파장(λ)이 380~500nm인 청색 영역의 빛에 대하여 하기 수학식에 따른 투과율(T)의 평균값이 최대가 되도록 상기 박막층의 두께(ℓ), 상기 박막층의 굴절율(n) 및 상기 박막층의 반사율(R)을 조절한 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
    T=(1-R)2/(1+R2-2Rcoδ), δ=(2π/λ)2nℓcosθ, (θ는 0°~ 80°)
  23. 제2항에 있어서,
    상기 색보상 확산 광학필터는 파장이 380~500nm인 청색 영역의 빛에 대한 투과율이 빛의 입사각이 0°에서 80°로 증가함에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  24. 제2항에 있어서,
    상기 색보상 확산 광학필터는 파장이 500~780nm인 녹색 및 적색 영역의 빛에 대한 투과율이 빛의 입사각이 0°에서 80°로 증가함에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  25. 제2항에 있어서,
    상기 색보상 확산 광학필터는 380~780nm의 파장 범위 내에서 최대 투과율에 대한 최소 투과율의 비가 0.5~0.9인 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  26. 제2항에 있어서,
    상기 박막층은 전후 방향 및 좌우 방향의 제1굴절율과 상하 방향의 제2굴절율을 갖는 복굴절 박막층인 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제1굴절율은 상기 제1후막층의 굴절율 및 제2후막층의 굴절율보다 높은 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  28. 제27항에 있어서,
    제1굴절율은 1.6~4.0인 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 제1굴절율은 상기 제1후막층의 굴절율 및 상기 제2후막층의 굴절율보다 낮은 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 제2굴절율은 상기 제1후막층의 굴절율 및 상기 제2후막층의 굴절율과의 차이가 1 이하인 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  31. 제30항에 있어서,
    제1후막층이나 제2후막층으로서 또는 추가적으로, 기재 상에 광흡수 물질의 외광차폐패턴이 형성된 외광차폐층을 구비하는 것을 특징으로 하는 색보상 확산 광학필터.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항의 색보상 확산 광학필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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