KR20110041644A - 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 장치의 디스플레이 패널의 전방에 구비되는 디스플레이 장치용 광학필터로서, 층을 이루는 백그라운드층과 상기 백그라운드층에 두께를 갖도록 형성되고, 상호 이격되게 형성되는 복수의 패턴엘리먼트를 구비하는 컬러시프트저감패턴을 포함하여 이루어지되, 상기 복수의 패턴엘리먼트 중 적어도 두 패턴엘리먼트는 광흡수율 및 광확산율 중 적어도 어느 하나가 서로 다른 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터를 제공한다. 상기 적어도 두 패턴엘리먼트는 서로 다른 함유비로 광흡수물질을 포함함으로써 상기 광흡수율이 서로 다르거나, 서로 다른 함유비로 광확산물질을 포함함으로써 상기 광확산율이 서로 다른 것 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 상기 복수의 패턴엘리먼트는 제1패턴엘리먼트군과 제2패턴엘리먼트군으로 군을 이루고, 상기 광흡수물질은 상기 제1패턴엘리먼트군에만 포함되고, 상기 광확산물질은 상기 제2패턴엘리먼트군에만 포함될 수 있다. 상기 제1패턴엘리먼트군과 상기 제2패턴엘리먼트군은 교대로 배열될 수 있다. 상기 광흡수물질은, 510~560nm의 그린파장을 흡수하는 그린파장흡수물질을 포함할 수 있다. 상기 광흡수물질은, 카본블랙과 같은 블랙물질을 포함할 수 있다. 상기 광확산물질은 광확산비드를 포함할 수 있다.

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 컬러시프트저감패턴을 갖는 디스플레이 장치용 광학필터 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
현대 사회가 고도로 정보화 되어감에 따라, 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 하나로서, 다른 디스플레이 장치에 비해 얇고 가벼우며, 낮은 구동전압 및 낮은 소비전력을 갖는 장점이 있다. 따라서, 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있다.
도 1은 LCD(100)의 기본 구조와 구동 원리를 개념적으로 도시한 개념도이다.
종래의 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 된다.
도 1의 좌측에 도시된 바와 같이 전원이 off 상태인 경우, 액정은 기판에 대해 수직 배향되어 있다. 따라서, 액정은 빛의 편광 상태에 변화를 주지 못한다. 이로 인하여, 선편광된 빛은 그 상태가 그대로 유지되어, 제1 편광필름(120)과 광축이 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 배향된다. 따라서, 제1 편광필름을 통해 선편광된 빛은 액정분자를 통과하면서 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, 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)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 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 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 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 패널의 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. 정 면에서 볼 때(430)는 화소(440) 내의 액정분자의 배열 상태와 광학필름(420)의 복굴절된 배열 상태가 각각 동일하게 보이게 된다(432, 434).
그러나, 상기 도 3 및 도 4의 기술에 의하더라도, 여전히 시야각에 따른 컬러 시프트(color shift)는 존재하여 시야각이 증가함에 따라 색변화가 일어나는 문제점을 가진다.
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 장치의 디스플레이 패널의 전방에 구비되는 디스플레이 장치용 광학필터로서, 층을 이루는 백그라운드층과 상기 백그라운드층에 두께를 갖도록 형성되고, 상호 이격되게 형성되는 복수 의 패턴엘리먼트를 구비하는 컬러시프트저감패턴을 포함하여 이루어지되, 상기 복수의 패턴엘리먼트 중 적어도 두 패턴엘리먼트는 광흡수율 및 광확산율 중 적어도 어느 하나가 서로 다른 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터를 제공한다.
상기 적어도 두 패턴엘리먼트는 서로 다른 함유비로 광흡수물질을 포함함으로써 상기 광흡수율이 서로 다르거나, 서로 다른 함유비로 광확산물질을 포함함으로써 상기 광확산율이 서로 다른 것 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 복수의 패턴엘리먼트는 제1패턴엘리먼트군과 제2패턴엘리먼트군으로 군을 이루고, 상기 광흡수물질은 상기 제1패턴엘리먼트군에만 포함되고, 상기 광확산물질은 상기 제2패턴엘리먼트군에만 포함될 수 있다.
상기 제1패턴엘리먼트군과 상기 제2패턴엘리먼트군은 교대로 배열될 수 있다.
상기 광흡수물질은, 510~560nm의 그린파장을 흡수하는 그린파장흡수물질을 포함할 수 있다. 상기 광흡수물질은, 480~510nm의 시안파장을 흡수하는 시안파장흡수물질 및 570~600nm의 오렌지파장을 흡수하는 오렌지파장흡수물질을 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 광흡수물질은, 카본블랙과 같은 블랙물질을 포함할 수 있다.
상기 광확산물질은 광확산비드를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 디스플레이 장치용 광학필터를 제조하기 위한 디스플레이 장치용 광학필터 제조방법으로서, 상기 복수의 패턴엘리먼트는 제1패턴엘리먼트군 과 제2패턴엘리먼트군으로 군을 이루고, 상기 제조방법은, 상기 백그라운드층에 상기 제1패턴엘리먼트군을 형성하는 제1단계와, 상기 백그라운드층에 음각홈을 형성하는 제2단계와, 상기 음각홈에, 상기 광흡수물질 및 상기 광확산물질 중 적어도 하나와 함께 자외선 경화성 수지를 충진하는 제3단계와, 자외선을 조사하여 상기 음각홈에 충진된 상기 자외선 경화성 수지를 경화시키는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터 제조방법을 제공한다.
상기한 구성에 따르면, 본 발명은 시야각 증가에 따른 컬러 시프트 현상을 최소화하여 디스플레이 장치에 있어 넓은 시야각을 확보하고 화질을 개선할 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
[비교 실시예]
도 6은 본 발명의 비교 실시예에 따른 광학필터를 보여주는 사시도이다.
도시한 바와 같이, 도 6의 광학필터는 백그라운드층(10)과 컬러시프트저감패턴(20)을 구비한다.
컬러시프트저감패턴(20)은 광흡수물질을 포함한다. 광흡수물질은, 510~560nm의 그린파장을 흡수하는 그린파장흡수물질을 포함한다. 또한, 광흡수물질은 480~510nm의 시안파장을 흡수하는 시안파장흡수물질 및 570~600nm의 오렌지파장을 흡수하는 오렌지파장흡수물질을 추가적으로 포함할 수 있다. 또한, 광흡수물질은 카본블랙과 같은 블랙물질을 포함할 수 있다.
도 7 및 도 8은 광흡수물질을 설명하기 위한 참조 도면이다.
컬러시프트저감패턴(20)에 그린파장흡수물질, 등이 충진된 광학필터를 LCD TV에 장착하고, 풀 화이트 화면에서 정면과 시야각 60도에서의 색좌표를 비교하였다.
쐐기단면 컬러시프트저감패턴(20)에 그린파장흡수물질을 충진시킨 경우, 시야각이 증가함에 따라 그린파장흡수물질의 색상이 강하게 나타나 CIE 1976 UCS 색좌표계 u'v'에서 핑크 영역쪽으로 색좌표가 이동한다. 또한, 그린파장흡수물질과 더불어 i) 카본블랙 또는 ii) 시안파장흡수물질 및 오렌지파장흡수물질을 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 시야각 0도에서 측정한 색좌표 값이고 u'60, v'60 는 시야각 60도에서 측정한 색좌표 값이다)
구체적으로는, 그린파장흡수물질만을 컬러시프트저감패턴(20)에 충진한 경우에는 색좌표계 u'v'에서 정면 대비 시야각 60도일 때의 색좌표 변화의 기울기가 15~45도이고, 그린파장흡수물질과 카본 블랙을 함께 충진한 경우에는 정면 대비 시야각 60도일 때의 색좌표 변화의 기울기가 -15~15도이고, 그린파장흡수물질과 시안 파장흡수물질 및 오렌지파장흡수물질을 함께 충진한 경우에는 정면 대비 시야각 60도일 때의 색좌표 변화의 기울기가 -15~15도인 것이 바람직하다.
도 9는 도 6의 광학필터를 장착한 LCD TV에서 시야각에 따른 13가지 혼색의 컬러시프트를 보여주는 도면이다.
도 6의 컬러시프트저감패턴(20)에 그린파장흡수물질(핑크 색소) 0.5wt%를 광학필터를 제작한 후, 도 9와 같은 컬러시프트 결과를 얻었다.
[본 발명의 실시예]
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 광학필터를 보여주는 단면도이다.
본 발명의 광학필터는 디스플레이 장치의 디스플레이 패널의 전방에 구비된다.
광학필터는, 백그라운드층(10)과 컬러시프트저감패턴을 구비한다.
백그라운드층(10)은, 광을 투과시키는 물질이 층을 이루어 형성된다. 백그라운드층(10)은 자외선 경화성 수지로 이루어질 수 있다.
컬러시프트저감패턴은 백그라운드층(10)에 소정 두께로 형성된다.
컬러시프트저감패턴은 쐐기단면 스트라이프 패턴, 쐐기단면 물결 패턴, 쐐기단면 매트릭스 패턴, 쐐기단면 벌집 패턴, 사각형단면 스트라이프 패턴, 사각형단 면 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 보상에 효과적이다.
또한, 수평 방향 또는 수직 방향에 대하여 소정 바이어스 각도를 가지도록 배치함으로써, 모아레 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.
컬러시프트저감패턴은 그 바닥면이 시청자를 향하도록 형성될 수도 있고, 디스플레이 패널을 향하도록 형성될 수도 있고, 백그라운드층(10)의 양면 모두에 형성될 수도 있다.
도 10에서는 컬러시프트저감패턴이 백그라운드층(10)에 대하여 음각으로 형성되는 실시예를 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 양각으로 형성되는 것도 가능하다.
컬러시프트저감패턴은, 광학필터와의 수직면 상에서 상호 이격되게 형성되는, 복수의 패턴엘리먼트(pattern element)를 구비한다. 여기서, 적어도 두 패턴엘리먼트는 광흡수율 및/또는 광확산율이 서로 다르다.
이를 위하여, 상기 적어도 두 패턴엘리먼트는 서로 다른 광흡수물질 및/또는 광확산물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 서로 다른 종류의 광흡수물질을 포함시켜, 광흡수율을 달리 할 수 있을 것이다.
또 다른 예로, 상기 적어도 두 패턴엘리먼트는 서로 다른 함유비로 광흡수물질 및/또는 광확산물질을 포함할 수 있다. 여기서, 함유비는 함유비 0의 경우도 포함한다.
구체적으로 살펴본다. 예컨대, 복수의 패턴엘리먼트가 제1패턴엘리먼트군과 제2패턴엘리먼트군으로 군을 이루는 실시예를 가정한다. 즉, 컬러시프트저감패턴이 제1패턴엘리먼트군(21) 및 제2패턴엘리먼트군(23)의 두 개의 패턴엘리먼트군을 갖는 실시예를 가정할 때, i) 도 10에 도시한 바와 같이, 제1패턴엘리먼트군(21)은 광흡수물질을 포함하고, 제2패턴엘리먼트군(23)은 광확산물질을 포함하거나, ii) 제1패턴엘리먼트군은 광흡수물질 및 광확산물질을 모두 포함하고, 제2패턴엘리먼트군은 광흡수물질 및 광확산물질 중 어느 하나만을 포함하거나, iii) 제1패턴엘리먼트군 및 제2패턴엘리먼트군은 광흡수물질 및 광확산물질을 모두 포함할 수 있는, 등 다양한 변형이 가능하다.
각 패턴엘리먼트군들은 다양한 배열을 가질 수 있고, 규칙적인 배열 순서를 가질 수 있다. 도 10에서는 제1패턴엘리먼트군(21)과 제2패턴엘리먼트군(23)이 교대로 배열되는 실시예를 보여주고 있다.
컬러시프트저감패턴은 i) 그린파장흡수물질을 포함하거나, ii) 그린파장흡수물질과 함께 시안파장흡수물질 및 오렌지파장흡수물질을 포함하거나, ii) 그린파장흡수물질, 시안파장흡수물질 및 오렌지파장흡수물질과 함께 카본 블랙과 같은 블랙 물질을 포함하거나, iv) 그린파장흡수물질과 함께 카본 블랙과 같은 블랙물질을 포함하거나, v) 카본 블랙과 같은 블랙물질을 포함할 수 있다.
그린파장흡수물질을 포함하는 컬러시프트저감패턴
일반적으로 디스플레이 업계에서는 디스플레이 장치의 평가기준으로 보통 13가지 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, 컬러시프트저감패턴에 그린파장흡수물질을 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, 컬러시프트 증가 원인인 시야각 및 그레이 레벨 변화에 따른 RGB의 상대 휘도 차이를 줄여 시야각 증가에 따른 컬러시프트를 최소화할 수 있다.
그린파장흡수물질은 510~560nm의 그린 파장의 빛을 흡수할 수 있는 무기물 및 유기물 중 어느 하나가 사용될 수 있고, 핑크(Pink) 색소가 사용되는 것이 바람 직하다. 그린파장흡수물질로는 핑크(Pink) 색소 외에 그린파장의 빛을 흡수할 수 있는 어떠한 물질도 사용될 수 있다.
그린파장흡수물질 + 시안파장흡수물질 + 오렌지파장흡수물질을 포함하는 컬러시프트저감패턴
도 11은 LED와 CCFL 백라이트의 발광 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도시한 바와 같이, LED(도 11의 좌측에 도시)와 달리 CCFL 백라이트(도 11의 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 12는 LED와 CCFL 백라이트의 시야각에 따른 컬러시프트를 보여주는 도면이다.
도시한 바와 같이, LED(도 12의 좌측에 도시)와 CCFL의 백라이트(도 12의 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 컬러시프트저감패턴에는 510~560nm의 그린 파장 영 역을 흡수할 수 있는 그린파장흡수물질 뿐만 아니라, 480~510nm의 시안파장흡수물질, 570~600nm의 오렌지파장흡수물질이 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.
블랙물질을 포함하는 컬러시프트저감패턴
컬러시프트저감패턴에 카본블랙과 같은 블랙물질을 포함시켜 컬러 시프트를 개선할 수 있다.
도 13 및 도 14는 Bare LCD의 시야각 및 그레이 레벨에 따른 휘도 및 정규화 휘도 변화를 보여주는 도면이다.
높은 그레이 레벨에서는 시야각이 증가할수록 휘도가 감소하나, 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 낮은 그레이 레벨에서는 시야각이 증가할수록 휘도가 증가하는 현상이 컬러 시프트를 악화시키는 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.
카본블랙은 0.05~0.9wt%의 함유비를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
백그라운드층(10) 또는 백킹층(30)에는 적색(R), 녹색(G), 청색(G)의 양을 감소시키거나 조절하여 색균형을 변화시키거나 조정하는 색보정 물질이 포함될 수 있다.
디스플레이 정면에서 나오는 빛이 디스플레이 장치용 광학필터를 투과할 때 컬러시프트저감패턴에 의해 디스플레이의 이미지 색이 변화하기 때문에 백그라운드층(10) 또는 백킹층(30)에 색보정 색소로 그린 파장 영역, 오렌지 파장 영역 및 시안 파장 영역 이외의 파장 영역을 흡수하는 물질, 예컨대 레드(Red)파장흡수물질와 블루(Blue)파장흡수물질과 같은 그린보색파장흡수물질을 적절하게 포함하여 정면에서 원래의 색과 가깝게 색보정할 수 있다. 이는 별도의 층 또는 필름으로 구비되지 않고 백그라운드층(10) 또는 백킹층(30)에 색보정 물질을 추가하여 형성하기 때문에 광학필터의 구조를 단순화할 수 있고 제조공정을 단축할 수 있게 된다.
물론, 상기 색보정 물질은 백그라운드층(10) 또는 백킹층(30) 외에도 점착층에 포함될 수 있고, 더 나아가 다른 기능성 필름에 포함될 수도 있을 것이다.
광확산물질은 시야각이 증가함에 따라, 디스플레이 패널에서 나오는 빛을 더 많이 고르게 확산시킴으로써, 색혼합(color mixing)을 유도하여 컬러 시프트(color shift)를 개선한다.
광확산물질로는, 광확산비드(beads)와 같은 광확산입자가 사용될 수 있다.
전형적으로, 광흡수물질 및 광확산물질은 투명 수지에 혼합된 상태로, 컬러시프트저감패턴에 포함되는데, 광확산입자의 굴절율은 수지의 굴절율보다 큰 것이 바람직하며, 적어도 0.01 이상인 것이 우수한 광확산 효과를 얻을 수 있다. 광확산입자는 평균 직경 0.1㎛ 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.
이밖에도, 광학필터는 도 10에 도시한 바와 같이, 백그라운드층(10)을 지지하는 백킹층(backing layer)(30)을 구비할 수 있다.
백킹층(30)은 자외선 투과성을 가지는 투명한 수지 필름이 바람직하다. 백킹층(30)의 재질로는 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET), 폴리카보네이트(PolyCarbonate, PC), 폴리염화비닐(PVC), 등이 사용될 수 있다.
그러나 실시예에 따라서, 백킹층은 생략될 수 있다.
광학필터를 제조하는 방법은, 백킹층(30)의 일면에 자외선 경화성 수지를 도포한 후, 패턴 성형용 롤을 이용하여 자외선 경화성 수지에 음각홈을 형성한다. 그 후, 자외선 경화성 수지에 자외선을 조사하여 최종적으로 쐐기단면 음각홈이 형성된 백그라운드층(10)을 완성한다. 그리고, 그 음각홈에 제1패턴엘리먼트군을 이루는 광흡수물질 및/또는 광확산물질, 자외선 경화성 수지, 등으로 이루어지는 혼합물을 충진한 후, 자외선을 조사하여 경화시킨다.
그리고 나서, 레이저를 이용하여 음각홈을 형성한다.
그리고 나서, 그 음각홈에 제2패턴엘리먼트군을 이루는 광확산물질 및/또는 광흡수물질, 자외선 경화성 수지, 등으로 이루어지는 혼합물을 충진한다.
그리고 나서, 자외선을 조사하여 자외선 경화성 수지를 경화시킴으로써, 컬러시프트저감패턴을 완성한다.
그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 열가소성 수지를 이용한 열프레스법이나, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 충전하여 성형하는 사출 성형법, 등 다양한 방법을 이용하여 백그라운드층의 음각홈을 형성할 수 있다.
도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 광학필터를 보여주는 단면도이고, 도 16은 본 발명의 제3실시예에 따른 광학필터를 보여주는 단면도이다.
도시한 바와 같이, 제1패턴엘리먼트군(21)과 제2패턴엘리먼트군(23)의 배열은 다양한 변형예를 가질 수 있다. 도 15에서는 순차적으로 제1패턴엘리먼트군 2개 당 제2패턴엘리먼트군이 하나 씩의 규칙적인 순서로 배열되는 실시예를 보여주고, 도 16에서는 순차적으로 제2패턴엘리먼트군 2개 당 제1패턴엘리먼트군이 하나 씩의 규칙적인 순서로 배열되는 실시예를 보여준다.
이 밖에, 제1패턴엘리먼트군과 제2패턴엘리먼트군은 각각 광학필터의 중앙을 기준으로 대칭되게 배열될 수 있다. 예컨대, 중앙으로부터 좌우 각각 첫번째 패턴엘리먼트는 제1패턴엘리먼트군의 것이 배열되고, 좌우 각각 두번째 내지 네번째 패턴엘리먼트는 제2패턴엘리먼트군의 것이 배열되는 식의 배열이 가능하다.
도 10, 도 15 및 도 16에서는 설명의 편의를 위하여 컬러시프트저감패턴이 두 개의 패턴엘리먼트군으로 이루어지는 실시예를 예시하였으나, 더 나아가 세 개 이상의 패턴엘리먼트군을 가질 수도 있음은 물론이다.
본 발명의 디스플레이 장치용 광학필터는 디스플레이 패널의 전방에 배치되고, 상기 백그라운드층 및 백킹층 외에, 투명 기판, 반사방지층, 안티-글레어층, 안티포그층, 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 비교 실시예에 따른 광학필터를 보여주는 단면도이다.
도 7 및 도 8은 광흡수물질을 설명하기 위한 참조 도면이다.
도 9는 도 6의 광학필터를 장착한 LCD의 컬러시프트를 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 광학필터를 보여주는 단면도이다.
도 11 및 도 12는 시안파장흡수물질 및 오렌지파장흡수물질을 설명하기 위한 참조 도면이다.
도 13 및 도 14는 블랙물질을 설명하기 위한 참조 도면이다.
도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 광학필터를 보여주는 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제3실시예에 따른 광학필터를 보여주는 단면도이다.

Claims (20)

  1. 디스플레이 장치의 디스플레이 패널의 전방에 구비되는 디스플레이 장치용 광학필터로서,
    층을 이루는 백그라운드층과
    상기 백그라운드층에 두께를 갖도록 형성되고, 상호 이격되게 형성되는 복수의 패턴엘리먼트를 구비하는 컬러시프트저감패턴을 포함하여 이루어지되,
    상기 복수의 패턴엘리먼트 중 적어도 두 패턴엘리먼트는 광흡수율 및 광확산율 중 적어도 어느 하나가 서로 다른 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 패턴엘리먼트는 서로 다른 광흡수물질을 포함함으로써 상기 광흡수율이 서로 다르거나, 서로 다른 광확산물질을 포함함으로써 상기 광확산율이 서로 다른 것 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 두 패턴엘리먼트는 서로 다른 함유비로 광흡수물질을 포함함으로써 상기 광흡수율이 서로 다르거나, 서로 다른 함유비로 광확산물질을 포함함으 로써 상기 광확산율이 서로 다른 것 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 패턴엘리먼트는 제1패턴엘리먼트군과 제2패턴엘리먼트군으로 군을 이루고,
    상기 광흡수물질은 상기 제1패턴엘리먼트군에만 포함되고, 상기 광확산물질은 상기 제2패턴엘리먼트군에만 포함되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 패턴엘리먼트는 제1패턴엘리먼트군과 제2패턴엘리먼트군으로 군을 이루고,
    상기 제1패턴엘리먼트군은 상기 광흡수물질 및 상기 광확산물질을 포함하고, 상기 제2패턴엘리먼트군은 상기 광흡수물질 및 상기 광확산물질 중 어느 하나만을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 패턴엘리먼트는 제1패턴엘리먼트군과 제2패턴엘리먼트군으로 군을 이루고,
    상기 제1패턴엘리먼트군 및 상기 제2패턴엘리먼트군은 상기 광흡수물질 및 상기 광확산물질을 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1패턴엘리먼트군과 상기 제2패턴엘리먼트군은 규칙적인 순서로 배열되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1패턴엘리먼트군과 상기 제2패턴엘리먼트군은 교대로 배열되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  9. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1패턴엘리먼트군과 상기 제2패턴엘리먼트군은 각각, 상기 광학필터의 중앙을 기준으로 대칭되게 배열되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  10. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광흡수물질은, 510~560nm의 그린파장을 흡수하는 그린파장흡수물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 광흡수물질은, 480~510nm의 시안파장을 흡수하는 시안파장흡수물질 및 570~600nm의 오렌지파장을 흡수하는 오렌지파장흡수물질을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 광흡수물질은, 블랙물질을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  13. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광흡수물질은, 블랙물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 블랙물질은 카본블랙인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  15. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광확산물질은 광확산비드를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  16. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컬러시프트저감패턴은 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터.
  17. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컬러시프트저감패턴은 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.
  18. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 디스플레이 장치용 광학필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  19. 제3항의 디스플레이 장치용 광학필터를 제조하기 위한 디스플레이 장치용 광학필터 제조방법으로서,
    상기 복수의 패턴엘리먼트는 제1패턴엘리먼트군과 제2패턴엘리먼트군으로 군을 이루고, 상기 제조방법은,
    상기 백그라운드층에 상기 제1패턴엘리먼트군을 형성하는 제1단계와,
    상기 백그라운드층에 음각홈을 형성하는 제2단계와,
    상기 음각홈에, 상기 광흡수물질 및 상기 광확산물질 중 적어도 하나와 함께 자외선 경화성 수지를 충진하는 제3단계와,
    자외선을 조사하여 상기 음각홈에 충진된 상기 자외선 경화성 수지를 경화시키는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터 제조방법.
  20. 제19항에 있어서,
    레이저를 조사하여 상기 음각홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필터 제조방법.
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