KR20130008096A - 디스플레이 장치용 광학필름 및 이를 구비하는 디스플레이 장치 - Google Patents

디스플레이 장치용 광학필름 및 이를 구비하는 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20130008096A
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박성식
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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치용 광학필름 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 컬러시프트 개선은 물론 모아레 현상으로 인한 화질 저하를 방지할 수 있는 디스플레이 장치용 광학필름 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 디스플레이 패널의 전면에 배치되는 백그라운드층; 및 상기 백그라운드층에 형성되되, 서로 이격되게 형성되는 복수의 음각 또는 양각 패턴으로 이루어져 입사되는 빛의 출사 방향을 분산시키는 렌즈부를 포함하되, 복수의 상기 패턴 간의 간격(τ)과 피치(T)는 푸리에 급수로부터 유도된 하기의 수학식에 의해 도출되는 하기의 m값에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름 및 이를 구비하는 디스플레이 장치를 제공한다.
[수학식]
Figure pat00047

Figure pat00048

Figure pat00049

상기 수학식에서, p/P는 상기 액정 디스플레이 패널을 구성하는 서브픽셀의 개구율이고, τ/T는 상기 렌즈부의 개구율이며, I는 상기 서브픽셀로부터 발산되는 빛이 상기 광학 필름을 통해 나온 빛의 세기이고, P는 상기 서브픽셀 간의 피치이며, p는 상기 서브픽셀의 폭이고, T는 상기 패턴 간의 피치이며, τ는 상기 패턴 간의 간격(T-W(패턴의 폭))이다.

Description

디스플레이 장치용 광학필름 및 이를 구비하는 디스플레이 장치{OPTICAL FILM FOR DISPLAY DEVICE AND DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 디스플레이 장치용 광학필름 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 컬러시프트 개선은 물론 모아레 발생으로 인한 화질 저하를 방지할 수 있는 디스플레이 장치용 광학필름 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 13은 LCD의 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 되고, 도 13의 좌측에 도시된 바와 같이, 오프(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 13의 우측에 도시된 바와 같이, 온(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 14는 시청각에 따른 액정의 배향 상태와 광투과도를 보여주는 개념도이다.
화소(220) 내에 액정분자가 일정한 방향으로 배열되어 있는 경우, 시청각에 따라 배열 상태가 다르게 보이게 된다.
정면의 좌측에서 바라볼 때(210), 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. 정면의 우측에서 바라볼 때(250), 액정분자의 배열 상태는 수직 배향(252)으로 보이게 되며, 화면이 상대적으로 어둡게 보이게 된다.
따라서, LCD는 시청각 변화에 따른 빛의 세기와 색의 변화가 발생하며 자발광 디스플레이에 비해 시야각이 크게 제한된다. 따라서, 시야각 개선을 위한 많은 연구가 진행되어 왔다.
도 15는 시청각에 따른 명암비 변화 및 컬러 시프트를 개선하기 위한 종래 기술의 일 예를 보여주는 개념도이다.
도 15를 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, 정면의 좌측에서 바라볼 때(310), 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, 정면의 우측에서 바라볼 때(350), 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 시청각이 변함에 따라 동일 또는 유사해지며 화면에 대한 수직 방향을 중심으로 대칭이 된다. 따라서, 시청각 변화에 따른 명암비 변화 및 색변화 정도가 개선될 수 있게 된다.
도 16은 시청각에 따른 명암비 변화 및 컬러 시프트를 개선하기 위한 종래 기술의 다른 일 예를 보여주는 개념도이다.
도 16을 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, 정면의 좌측에서 바라볼 때(410), 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, 정면의 우측에서 바라볼 때(450), 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 배열 상태가 각각 동일하게 보이게 된다(432, 434).
그러나 상기 기술에 의하더라도, 도 17에 도시한 바와 같이, 여전히 시청각에 따른 컬러 시프트(color shift)는 존재하여 시청각이 증가함에 따라 색변화가 일어나는 문제점을 가진다.
한편, 유기 발광 디스플레이 장치는 매트릭스 형태로 배치된 NㅧM개의 화소들을 구동하는 방식에 따라, 수동 매트릭스(passive matrix)방식과 능동 매트릭스(active matrix) 방식으로 나뉘어진다.
여기서, 능동 매트릭스 방식의 경우 단위화소 영역에는 발광영역을 정의하는 화소전극과 이 화소전극에 전류 또는 전압을 인가하기 위한 단위화소 구동회로가 위치하게 된다. 이때, 단위화소 구동회로는 적어도 하나의 박막트랜지스터(thin film transistor; TFT)를 구비하며, 이를 통해, 화소수와 상관없이 일정한 전류의 공급이 가능해져 안정적인 휘도를 나타낼 수 있다. 이러한 능동 매트릭스 방식의 유기 발광 디스플레이 장치는 전력소모가 적어, 고해상도 및 대형 디스플레이의 적용에 유리하다는 장점을 갖고 있다.
하지만, 이러한 유기 발광 디스플레이 장치는 광효율(out coupling efficiency)이 낮은 문제가 있다. 예를 들어,별도의 처리를 거치지 않은 유기 발광 디스플레이 장치의 경우, 유기 발광층에서 방출된 빛의 약 20% 만이 외부로 나가게 된다.
여기서, 광효율은 유기 발광층으로부터, 이를 채용한 유기 발광 디스플레이 장치의 외부에 이르기까지 각 구성층의 굴절률에 의해 결정되는데, 광효율을 저하시키는 원인 중 하나는, 굴절률이 높은 기판에서 굴절률이 낮은 공기 중으로 출사될 때 불필요한 방향으로 출사되는 빛이 존재하고, 또한 기판과 공기의 계면에 빛이 임계각 이상으로 입사되는 경우 전반사를 일으켜 외부로의 추출이 저해되기 때문이다.
한편, 이러한 유기 발광 디스플레이 장치의 광효율 문제를 해결하기 위해, 미세공동 구조(micro cavity structure)가 제안되었다. 미세공동 구조는 애노드와 캐소드의 거리를 적(R), 녹(G), 청(B) 각각의 대표 파장에 매칭되게 설계하여, 그에 상응하는 빛만이 공명되어 밖으로 나오고 그 외의 빛은 약화 시키는 구조로써, 결과적으로 밖으로 나온 빛의 세기가 세지고 샤프해지며, 이에 의해 휘도가 증가되는 장점을 갖는다. 그리고 이러한 휘도의 증가는 저전력 소비를 끌어내고 이는 수명 증가로 이어진다. 이때, 방사되는 빛이 샤프해진다는 것은 색순도(color purity)가 향상 되어 색 재현력이 향상 됨을 의미한다.
그러나 미세공동 구조로 이루어진 유기 발광 표시장치는 상기의 장점을 나타냄과 동시에 컬러시프트로 인한 색 시야각 감소라는 단점을 나타내는데, 이는 측면 즉, 고각에서는 광 경로가 달라져 공명을 일으킬 수 있는 빛의 파장이 변화되기 때문이다. 따라서 측면에서는 광 경로가 길어짐에 따라 공명되어 나오는 빛이 더 단파장 쪽으로 시프트되어 나오는 문제점이 야기된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 컬러시프트 개선은 물론 모아레 발생으로 인한 화질 저하를 개선할 수 있는 디스플레이 장치용 광학필름 및 이를 구비하는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 디스플레이 패널의 전면에 배치되는 백그라운드층; 및 상기 백그라운드층에 형성되되, 서로 이격되게 형성되는 복수의 음각 또는 양각 패턴으로 이루어져 입사되는 빛의 출사 방향을 분산시키는 렌즈부를 포함하되, 복수의 상기 패턴 간의 간격(τ)과 피치(T)는 푸리에 급수로부터 유도된 하기의 수학식에 의해 도출되는 하기의 m값에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름을 제공한다.
[수학식]
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003

상기 수학식에서, p/P는 상기 액정 디스플레이 패널을 구성하는 서브픽셀의 개구율이고, τ/T는 상기 렌즈부의 개구율이며, I는 상기 서브픽셀로부터 발산되는 빛이 상기 광학 필름을 통해 나온 빛의 세기이고, P는 상기 서브픽셀 간의 피치이며, p는 상기 서브픽셀의 폭이고, T는 상기 패턴 간의 피치이며, τ는 상기 패턴 간의 간격(T-W(패턴의 폭))이다.
여기서,
Figure pat00004
는 상기 I의 모듈레이션(modulation) 값으로, 0.01 이하일 때의 m값으로 광학 필름은 결정된다. 즉, 패널의 서브픽셀과 광학필름의 개구율이 정해진 경우, 광학필름의 패턴 간의 간격(τ)과 피치(T)가 결정된다.
그리고 상기 디스플레이 패널과 상기 렌즈부 및 상기 백그라운드층의 사이 공간에 충진되되, 상기 백그라운드층과 다른 굴절률을 갖는 수지층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 백그라운드층의 굴절률(n1)은 상기 수지층의 굴절률(n2)보다 상대적으로 작을 수 있다.
이때, 상기 백그라운드층과 상기 수지층의 굴절률 차이(Δn=|n1-n2|)는 0.1 이상일 수 있다.
그리고 상기 디스플레이 패널과 상기 백그라운드층 사이에는 상기 수지층이 층을 이루어 형성될 수 있다.
또한, 상기 수지층은 상기 음각 패턴의 오목부에 충진될 수 있다.
아울러, 상기 수지층은 상기 복수의 양각 패턴 간의 사이 공간에 충진될 수 있다.
또한, 상기 백그라운드층은 투명 고분자 물질로 형성될 수 있다.
그리고 상기 백그라운드층은 상기 디스플레이 패널의 전면에 밀착될 수 있다.
이때, 상기 백그라운드층은 자가 점착성 물질로 이루어져 상기 디스플레이 패널의 전면에 직부착될 수 있다.
그리고 상기 백그라운드층은 투명 탄성 중합체로 이루어질 수 있다.
게다가, 상기 백그라운드층은 점착제를 매개로 상기 디스플레이 패널의 전면에 점착될 수 있다.
또한, 상기 렌즈부는 상기 백그라운드층의 어느 일면 또는 양면에 형성될 수 있다.
아울러, 상기 패턴의 단면은 타원호를 포함하는 모양을 가질 수 있다.
또한, 상기 패턴은 쐐기단면 스트라이프 패턴, 쐐기단면 물결 패턴, 쐐기단면 매트릭스 패턴, 쐐기단면 벌집 패턴, 쐐기단면 도트 패턴, 사각형단면 스트라이프 패턴, 사각형단면 물결 패턴, 사각형단면 매트릭스 패턴, 사각형단면 벌집 패턴, 사각형단면 도트 패턴, 반원형단면 스트라이프 패턴, 반원형단면 물결 패턴, 반원형단면 매트릭스 패턴, 반원형단면 벌집 패턴, 반원형단면 도트 패턴, 반타원형단면 스트라이프 패턴, 반타원형단면 물결 패턴, 반타원형단면 매트릭스 패턴, 반타원형단면 벌집 패턴, 반타원형단면 도트 패턴, 반오벌(oval)단면 스트라이프 패턴, 반오벌단면 물결 패턴, 반오벌단면 매트릭스 패턴, 반오벌단면 벌집 패턴 및 반오벌단면 도트 패턴 중 어느 하나를 가질 수 있다.
더불어, 복수의 상기 패턴 간의 간격은 상기 패턴의 폭보다 상대적으로 클 수 있다.
그리고 상기 패턴의 깊이 대비 폭의 비는 0.25~2.5일 수 있다.
또한, 복수의 상기 패턴 간의 간격 대비 피치의 비는 0.5~0.95일 수 있다.
게다가, 복수의 상기 패턴 간의 피치는 45㎛ 이하일 수 있다.
아울러, 상기 백그라운드층의 전면에 배치되어 상기 백그라운드층을 지지하는 백킹을 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 백킹의 전면에 형성되는 반사 방지층을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 서로 마주하는 두 기판 사이에 개재되어 있는 액정층을 포함하는 액정 디스플레이 패널; 및 상기 액정 디스플레이 패널의 전면에 배치되되, 백그라운드층, 상기 백그라운드층에 형성되되, 서로 이격되게 형성되는 복수의 음각 또는 양각 패턴으로 이루어져 입사되는 빛의 출사 방향을 분산시키는 렌즈부를 포함하되, 복수의 상기 패턴 간의 간격(τ)과 피치(T)는 푸리에 급수로부터 유도된 하기의 수학식에 의해 도출되는 하기의 m값에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 광학필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치를 제공한다.
[수학식]
Figure pat00005
Figure pat00006
Figure pat00007

상기 수학식에서, p/P는 상기 액정 디스플레이 패널을 구성하는 서브픽셀의 개구율이고, τ/T는 상기 렌즈부의 개구율이며, I는 상기 서브픽셀로부터 발산되는 빛이 상기 광학 필름을 통해 나온 빛의 세기이고, P는 상기 서브픽셀 간의 피치이며, p는 상기 서브픽셀의 폭이고, T는 상기 패턴 간의 피치이며, τ는 상기 패턴 간의 간격(T-W(패턴의 폭))이다.
여기서,
Figure pat00008
는 상기 I의 모듈레이션(modulation) 값으로, 0.01 이하일 때의 m값으로 광학 필름은 결정된다. 즉, 패널의 서브픽셀과 광학필름의 개구율이 정해진 경우, 광학필름의 패턴 간의 간격(τ)과 피치(T)가 결정된다.
또한, 상기 광학필름은, 상기 디스플레이 패널과 상기 렌즈부 및 상기 백그라운드층의 사이 공간에 충진되되, 상기 백그라운드층과 다른 굴절률을 갖는 수지층을 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 백그라운드층의 굴절률(n1)은 상기 수지층의 굴절률(n2)보다 상대적으로 작을 수 있다.
이때, 상기 백그라운드층과 상기 수지층의 굴절률 차이(Δn=|n1-n2|)는 0.1 이상일 수 있다.
또한, 상기 광학필름은 상기 액정 디스플레이 패널의 전면에 직부착될 수 있다.
그리고 상기 광학필름은 점착제를 매개로 상기 액정 디스플레이 패널의 전면에 점착될 수 있다.
게다가, 상기 렌즈부는 상기 액정 디스플레이 패널과 마주하는 상기 백그라운드층의 배면에 형성될 수 있다.
한편, 본 발명은 적, 녹, 청 및 백색 중 어느 하나의 색을 발광하고 각각의 파장별로 서로 다른 높이로 형성되는 유기 발광소자를 구비하는 유기 발광 디스플레이 패널; 및 상기 유기 발광 디스플레이 패널의 전면에 배치되되, 백그라운드층, 상기 백그라운드층에 형성되되, 서로 이격되게 형성되는 복수의 음각 또는 양각 패턴으로 이루어져 입사되는 빛의 출사 방향을 분산시키는 렌즈부를 포함하되, 복수의 상기 패턴 간의 간격(τ)과 피치(T)는 푸리에 급수로부터 유도된 하기의 수학식에 의해 도출되는 하기의 m값에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 광학필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 디스플레이 장치를 제공한다.
[수학식]
Figure pat00009
Figure pat00010
Figure pat00011

상기 수학식에서, p/P는 상기 유기 발광 디스플레이 패널을 구성하는 서브픽셀의 개구율이고, τ/T는 상기 렌즈부의 개구율이며, I는 상기 서브픽셀로부터 발산되는 빛이 상기 광학 필름을 통해 나온 빛의 세기이고, P는 상기 서브픽셀 간의 피치이며, p는 상기 서브픽셀의 폭이고, T는 상기 패턴 간의 피치이며, τ는 상기 패턴 간의 간격(T-W(패턴의 폭))이다.
여기서,
Figure pat00012
는 상기 I의 모듈레이션(modulation) 값으로, 0.01 이하일 때의 m값으로 광학 필름은 결정된다. 즉, 패널의 서브픽셀과 광학필름의 개구율이 정해진 경우, 광학필름의 패턴 간의 간격(τ)과 피치(T)가 결정된다.
또한, 상기 광학필름은, 상기 디스플레이 패널과 상기 렌즈부 및 상기 백그라운드층의 사이 공간에 충진되되, 상기 백그라운드층과 다른 굴절률을 갖는 수지층을 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 백그라운드층의 굴절률(n1)은 상기 수지층의 굴절률(n2)보다 상대적으로 작을 수 있다.
이때, 상기 백그라운드층과 상기 수지층의 굴절률 차이(Δn=|n1-n2|)는 0.1 이상일 수 있다.
또한, 상기 광학필름은 상기 유기 발광 디스플레이 패널의 전면에 직부착될 수 있다.
그리고 상기 광학필름은 점착제를 매개로 상기 유기 발광 디스플레이 패널의 전면에 점착될 수 있다.
게다가, 상기 렌즈부는 상기 유기 발광 디스플레이 패널과 마주하는 상기 백그라운드층의 배면에 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 패턴 피치의 최적 파라미터를 산출하여 적용함으로써, 시청각 증가에 따른 컬러시프트를 최소화하여 화질을 개선함과 아울러, 모아레 현상으로 인한 화질 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 디스플레이 패널에 광학필름을 직부착 또는 점착을 통해 밀착시킴으로써, 이중상 및 헤이즈 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광학필름을 구비한 디스플레이 장치 및 광학필름의 정면 투과율을 도식화하여 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광학필름을 구비한 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 단면도로, 점착제를 매개로 디스플레이 패널에 점착된 백그라운드층을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 광학필름을 구비한 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 단면도로, 백그라운드층의 전면에 형성된 렌즈부를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 광학필름을 구비한 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 단면도로, 백그라운드층의 양면에 형성된 렌즈부를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 광학필름을 구비한 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 단면도로, 백그라운드층에 양각 형태로 형성된 렌즈부를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 광학필름의 정면 투과율을 푸리에 급수로 나타낸 그래프.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 광학필름에 대해 푸리에 급수로부터 유도된 수학식의 'm'값의 변화에 따른 빛의 세기의 모듈레이션 값을 나타낸 그래프.
도 9는 비교 예에 따른 광학필름(a)과 본 발명의 실시 예에 따른 광학필름(b)을 디스플레이 패널에 부착시킨 사진.
도 10은 모아레 현상을 보여주는 사진.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 광학필름을 구비한 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 단면도로, 백그라운드층 전면에 백킹 및 반사 방지층이 형성되어 있는 상태를 나타낸 단면도.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 광학필름을 구비하는 유기 발광 디스플레이 장치를 개략적으로 나타낸 구성도.
도 13은 LCD의 기본 구조와 구동 원리를 개념적으로 도시한 개념도.
도 14는 시청각에 따른 액정의 배향 상태와 광투과도를 보여주는 개념도.
도 15는 시청각에 따른 명암비 변화 및 컬러시프트를 개선하기 위한 종래 기술에 따른 일 예를 보여주는 개념도.
도 16은 시청각에 따른 명암비 변화 및 컬러시프트를 개선하기 위한 종래 기술의 다른 일 예를 보여주는 개념도.
도 17은 본 발명에 따른 광학필름을 장착하지 않은 상태의 LCD의 시청각에 따른 컬러시프트를 보여주는 그래프.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이 장치용 광학필름 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 대해 상세히 설명한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 광학필름(10)은 디스플레이 장치(1)의 컬러시프트와 아울러, 모아레 현상을 개선하기 위한 필름으로, 예컨대, 액정 디스플레이 장치(1)에 채용될 수 있다. 즉, 광학필름(10)은 서로 마주하는 두 기판 사이에 개재되어 있는 액정층을 포함하는 액정 디스플레이 패널(5)의 전면에 배치될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 광학필름(10)은 유기 발광 디스플레이 장치(1)에 채용될 수 있다. 즉, 광학필름(10)은 유기 발광 디스플레이 패널(5) 전면 즉, 유기 발광소자로부터 발광된 빛이 출사되는 방향의 유기 발광 디스플레이 패널(5)의 일면에 배치된다. 여기서, 유기 발광 디스플레이 장치(1)를 구성하는 유기 발광 디스플레이 패널(5)에 대해 설명하면, 유기 발광 디스플레이 패널(5)은 광효율 향상을 위해 미세공동 구조로 형성될 수 있다. 이 경우, 유기 발광 디스플레이 패널(5)은 적, 녹, 청 및 백색 중 어느 하나의 색을 발광하는 다수의 유기 발광소자를 구비하는데, 도 12에 도시한 바와 같이, 단위 화소가 적색, 녹색, 청색으로 이루어진 유기 발광소자를 구비하는 유기 발광 디스플레이 패널(5)인 경우 장파장인 적색 유기 발광소자의 애노드(114)와 캐소드(116)의 거리가 상대적으로 가장 길고, 단파장인 청색 유기 발광소자의 애노드(114)와 캐소드(116)의 거리가 상대적으로 가장 짧은 구조의 미세공동 구조로 형성될 수 있다. 즉, 유기 발광 디스플레이 패널(5)은 애노드(114)와 캐소드(116)의 거리를 적색, 녹색, 청색 각각의 대표 파장에 매칭되게 형성하여 그에 상응하는 빛만이 공명되어 밖으로 출사시키고 그 외의 빛은 약화시키게 된다.
이와 같이, 미세공동 구조로 유기 발광 디스플레이 패널(5)이 형성되면, 일반구조보다 출사되는 빛의 세기가 증가되고 샤프해지는데, 이는 전체적인 휘도 및 색재현력이 향상됨을 의미한다.
한편, 유기 발광 디스플레이 패널(5)의 단위 화소는 게이트 라인(gate line) 및 이와 수직하게 교차하는 데이터 라인(data line), 그리고 게이트 라인 및 데이터 라인과 접속된 스위칭 박막 트랜지스터(switching TFT), 스위칭 박막 트랜지스터와 전원 라인 사이에서 유기발광소자와 접속된 구동 박막 트랜지스터(driving TFT), 그리고 구동 박막 트랜지스터의 게이트 전극와 전원 라인 사이에 접속된 스토리지 캐패시터(storage capacitor)로 이루어질 수 있다.
이때, 스위칭 박막 트랜지스터는 게이트 라인의 스캔 신호에 응답하여 데이터 라인의 데이터 신호를 구동 박막 트랜지스터의 게이트 전극 및 스토리지 캐패시터에 공급한다. 그리고 구동 박막 트랜지스터는 스위칭 박막 트랜지스터로부터 데이터 신호에 응답하여 전원 라인으로부터 유기 발광소자로 공급되는 전류를 조절하여 유기 발광소자의 밝기를 제어하게 된다. 또한, 스토리지 캐패시터는 스위칭 박막 트랜지스터로부터의 데이터 신호를 충전하고, 충전된 전압을 구동 박막 트랜지스터에 공급하여 스위칭 박막 트랜지스터가 오프(off)되더라도 구동 박막 트랜지스터는 일정한 전류를 공급할 수 있게 된다.
아울러, 이러한 유기 발광 디스플레이 패널(5)은 단위 화소를 구성하는 3색(적, 녹, 청) 각각의 서브 화소를 독립적으로 구동하여 동영상을 표시하기에 적합한 능동 매트릭스(active matrix) 방식으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 유기 발광 디스플레이 패널(5)의 각 서브 화소는 서로 대향하는 제1 기판(111)과 제2 기판(112) 사이에 배치되고 애노드(114), 유기 발광층(115) 및 캐소드(116)로 구성되는 유기 발광소자 및 제1 기판(111) 상에 형성되고 애노드(114) 및 캐소드(116)와 전기적으로 연결되는 구동회로부(113)로 이루어질 수 있다.
여기서, 애노드(114)는 전공 주입이 잘 일어나도록 일함수(work function)가 큰 금속 Au, In, Sn 또는 ITO와 같은 금속 또는 산화물로 이루어질 수 있고, 캐소드(116)는 전자 주입이 잘 일어나도록 일함수가 작고 유기 발광층(115)에서 발광된 빛이 잘 투과될 수 있도록 Al, Al:Li 또는 Mg:Ag의 금속 박막의 반투명 전극(semitransparent electrode)과 인듐 주석산화물(indium tin oxide; ITO)과 같은 산화물 투명 전극(transparent electrode) 박막의 다층구조로 이루어질 수 있다.
또한, 구동회로부(113)는 앞서 설명한 바와 같이, 적어도 2개의 박막 트랜지스터와 캐패시터를 포함하여 형성될 수 있고, 데이터 신호에 따라 유기 발광소자로 공급되는 전류량을 제어하여 유기 발광소자의 밝기를 제어하게 된다.
그리고 유기 발광소자의 유기 발광층(115)은 애노드(114) 상에 차례로 적층되는 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함하여 형성된다. 이러한 구조에 따라, 애노드(114)와 캐소드(116) 사이에 순방향 전압이 인가되면, 캐소드(116)로부터 전자가 전자 주입층 및 전자 수송층을 통해 발광층으로 이동하게 되고, 애노드(114)로부터 정공이 정공 주입층 및 정공 수송층을 통해 발광층으로 이동하게 된다. 그리고 발광층 내로 주입된 전자와 정공은 발광층에서 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 전이하면서 빛을 방출하게 되는데, 이때, 방출되는 빛의 밝기는 애노드(114)와 캐소드(116) 사이에 흐르는 전류량에 비례하게 된다.
또한, 유기 발광 디스플레이 패널(5)은 색 효율 향상을 위해 컬러 필터(117)를 구비하게 된다. 이때, 컬러 필터(117)는 제2 기판(112)에 형성되는데, 적색 서브 화소 영역에는 적색 컬러 필터, 녹색 서브 화소 영역에는 녹색 컬러 필터 및 청색 서브 화소 영역에는 청색 컬러 필터가 형성된다. 만일, 단위 화소가 4색(적, 녹, 청, 백)으로 이루어진 경우 백색 서브 화소 영역에는 컬러 필터(117)가 생략될 수 있다.
더불어, 도시하진 않았지만, 제2 기판(112)에는 빛샘 방지 및 혼색 차단을 위한 블랙 매트릭스가 각 서브 화소의 경계에 형성될 수 있다. 또한, 구동회로부(113)와 캐소드(116) 간의 전기적 연결 및 애노드(114)와 구동회로부(113) 간의 전기적 연결을 위한 콘택 라인(contact line)이 형성될 수 있는데, 이러한 전기적 연결은 제1 기판(111)과 제2 기판(112)의 실링재에 의한 대면 합착을 통해 이루어질 수 있다.
이러한 유기 발광 디스플레이 장치(1)가 전면 발광 형태로 구성되면, 배면 발광 시 발생되는 박막 트랜지스터에 의한 광차단 현상이 생기지 않아 보다 높은 광효율을 구현할 수 있다.
이와 같이, 액정 디스플레이 장치, 유기 발광 디스플레이 장치 등 각종 디스플레이 장치(1)에 채용되는 본 발명의 실시 예에 따른 광학필름(10)은 백그라운드층(11) 및 렌즈부(12)를 포함하여 형성된다.
백그라운드층(11)은 디스플레이 패널(5)의 전면에 배치된다. 그리고 백그라운드층(11)에는 렌즈부(12)가 패터닝되어 형성된다. 이러한 백그라운드층(11)은 광을 투과시키는 물질이 층을 이루어 형성되는데, 광 투과 물질로는 투명 고분자 수지가 사용될 수 있다. 특히, 백그라운드층(11)은 투명 고분자 수지 중에서 자외선 경화성 투명 수지로 형성될 수 있다. 이러한 백그라운드층(11)은 대략 100㎛ 두께로 형성될 수 있다.
여기서, 광학필름(10)을 디스플레이 패널(5)의 전방에 즉, 디스플레이 패널(5)과 서로 마주하게 소정 거리 이격시켜 배치하면, 이중상이 발생될 수 있는데, 이러한 이중상은 디스플레이 패널(5)의 영상을 왜곡시키게 될 뿐만 아니라 광학필름(10)과 디스플레이 패널(5)로 입사한 외광이 광학필름(10)과 공기(광학필름(10)과 디스플레이 패널(5) 사이의 공기) 사이의 계면, 그리고 공기와 디스플레이 패널(10) 사이의 계면에서 반사 또는 다중 반사된 후 렌즈부(12)에 입사되고 난 후 확산되는데, 이는 헤이즈를 발생시키게 된다. 그리고 이러한 현상은 결국 명실명암비를 떨어뜨려 디스플레이 장치(1)의 시인성을 저하시키는 원인이 된다.
이를 해결하기 위해, 본 발명의 실시 예에서는 디스플레이 패널(5)의 전면에 광학필름(10)이 밀착되어 형성된다. 이때, 도시한 바와 같이, 백그라운드층(11)은 자가 점착성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 여기서, 자가 점착성을 갖는 백그라운드층(11)은 자외선 경화가 가능한 투명 탄성 중합체(elastomer)로 이루어질 수 있다. 이때, 투명 탄성 중합체로는 아크릴계 일레스토머, 실리콘(silicone)계 일레스토머(PDMS), 우레탄계 일레스토머, 폴리비닐부티랄(PMB) 일레스토머, 에틸렌-아세트산비닐계(EVA) 일레스토머, 폴리비닐에테르계 일레스토머, 포화무정형 폴리에스테르계 일레스토머, 멜라민수지계 일레스토머 등이 사용될 수 있다. 아울러, 직부착 방식 대신 광학필름(10)이 디스플레이 패널(5)의 전면에 접착됨 없이 단순 밀착되도록 하여도 이중상 및 헤이즈 발생을 억제하고, 투과율을 향상시키는 효과를 구현할 수 있다. 이때, 광학필름(10)과 디스플레이 패널(5) 간의 밀착면에 공기층이 형성되지 않도록 완전 밀착시켜야 함은 물론이다.
한편, 도 2에 도시한 바와 같이, 백그라운드층(11)은 이의 굴절률과 동일한 굴절률을 갖는 점착제(13)를 매개로 디스플레이 패널(5)에 점착될 수 있다. 이 경우, 점착제(13)로는 아크릴계 접착제, 실리콘계 접착제, 우레탄계 접착제, 폴리비닐부티랄 접착제(PMB), 에틸렌-아세트산비닐계 접착제(EVA), 폴리비닐에테르, 포화무정형 폴리에스테르, 멜라민 수지 등이 사용될 수 있다.
렌즈부(12)는 입사되는 광을 굴절시켜 컬러시프트를 최소화하는 역할을 하는 복수의 패턴(12a)들로 정의된다. 또한, 렌즈부(12)는 모아레에 의한 화질 저하를 개선하는 역할을 하는 복수의 패턴(12a)들로 정의 된다. 이러한 렌즈부(12)는 백그라운드층(11)에 형성된다. 도시한 바와 같이, 렌즈부(12)는 디스플레이 패널(5)을 향하는 면 즉, 백그라운드층(11)의 배면에 형성될 수 있다. 하지만, 도 3에 도시한 바와 같이, 렌즈부(12)는 백그라운드층(11)의 전면, 즉, 시청자를 향하는 백그라운드층(11)의 일면에 형성될 수도 있다. 그리고 도 4에 도시한 바와 같이, 렌즈부(12)는 백그라운드층(11)의 양면, 즉, 전면과 배면에 모두 형성될 수도 있다.
한편, 렌즈부(12)는 백그라운드층(11)에 소정 깊이를 갖는 복수의 음각 패턴(12a)으로 형성될 수 있다. 하지만, 도 5에 도시한 바와 같이, 렌즈부(12)는 백그라운드층(11)의 일면으로부터 돌출 형성되는 복수의 양각 패턴으로도 형성될 수도 있다. 이러한 렌즈부(12)의 패턴(12a)은 백그라운드층(11)의 배면에 일정한 주기로 이격되어 평행하게 배열될 수 있다.
여기서, 도 10의 그림과 같이, 피치 혹은 주기가 다른 패턴(12a)이 겹쳐 있을 때, 기존의 주기보다 더 큰 주기의 패턴 무늬가 발생하게 된다. 이와 같이, 주기적인 무늬가 겹쳐서 원래의 패턴(12a) 주기보다 큰 무늬를 만드는 현상을 모아레(moir)라고 하고, 이때, 생기는 무늬를 모아레 무늬라고 하는데, 이러한 모아레는 디스플레이 패널(5)의 서브픽셀 패턴과 광학필름(10)의 패턴에 의해 발생할 때 화질이 저하된다. 따라서, 이러한 모아레 현상을 감소시키기 위해, 종래에는 렌즈부(12)를 백그라운드층(11)의 변에 대하여 소정의 바이어스 각도를 가지도록 형성하였다. 예컨대, 스트라이프 패턴의 경우, 스트라이프가 수평 또는 수직 방향에 대하여 소정 경사각을 갖도록 형성하였다. 그러나 소정의 바이어스 각도로 렌즈부(12)를 형성한 후 광학필름(10)을 디스플레이 패널(5) 사이즈로 직사각형 모양으로 자를 경우 버리게 되는 광학필름(10)의 양이 많아져 결국, 제조 단가를 상승시키게 된다.
이에 본 발명의 실시 예에서는 백그라운드층(11)에 형성되는 렌즈부(12) 패턴(12a)의 최적 파라미터는 푸리에 급수로부터 유도되는 식을 통해 산출된다.
즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 패턴(12a)의 피치가 T인 광학필름(10)인 경우 광학필름(10)에 수직으로 입사하는 빛 중 폭이 W인 패턴(12a)으로 입사하는 빛은 굴절에 의해 다른 방향으로 방출되고, 패턴(12a) 간의 간격, 즉, 평탄면(τ=T-W)으로 입사되는 빛은 그대로 투과하게 된다. 따라서, 이러한 광학필름(10)의 정면 투과율r(x) 은 근사적으로 도시한 바와 같이 사각파 모양으로 그려질 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 피치가 T이고, 빛이 투과되는 부분의 길이가 τ인 광학필름(10)의 정면 투과율 r(x)를 사각파 푸리에 급수로 표현하면, 하기의 식과 같다.
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
Figure pat00017
Figure pat00018
여기서, 디스플레이 패널(5)의 서브픽셀의 피치를 P, 빛이 나오는 부분의 길이를 p라 하면, 상기 광학필름(10)에 투과되는 빛의 세기는 하기의 식과 같이 주어진다.
Figure pat00019
Figure pat00020
이를 정리하면, 다음과 같다.
Figure pat00021
Figure pat00022
여기서, 우리 눈에 보이는 모아레 무늬는 파장이 가장 큰 경우이다. 위 식의 각 항으로부터 파장은 다음과 같다.
Figure pat00023
이때, n, m은 0보다 큰 정수이므로, 가장 큰 파장은 n/T-m/P?0인 조건을 만족하는 하기의 식이 된다.
Figure pat00024
따라서, 파장이 가장 큰 항을 제외한 나머지 항을 생략하면, 다음과 같은 근사식을 얻을 수 있다.
Figure pat00025
여기서, 모아레 무늬의 주기 λ는 하기의 식으로 주어진다.
Figure pat00026
이때, 모아레 무늬가 보이지 않게 하기 위해서는 파장이 가장 큰 모아레 무늬의 빛의 최대값 및 최소값 차이가 매우 작아야 한다. 즉, 하기의 식에서 정의한 빛의 세기 I의 모듈레이션(modulation) 값이 매우 작아야 하며, 0.01 이하이면, 모아레 무늬가 거의 보이지 않게 된다. 즉,
Figure pat00027
Figure pat00028
Figure pat00029
이다.
Figure pat00030
여기서, n=1인 경우, 즉, 1/T≒m/P인 경우를 고려하고,
Figure pat00031
로 정의하면, 하기와 같이 간단하게 정리된다.
Figure pat00032
여기서, k는 광학필름(10)의 개구율(τ/T)과 디스플레이 패널(5) 서브픽셀의 개구율(p/P)의 비를 나타낸다.
예를 들어, 46인치(1018ㅧ573㎜) Full HD((1920ㅧ3)ㅧ1080) LCD TV인 경우 서브픽셀의 피치 P는 175㎛이고 개구율(p/P)은 0.82이다. 이때, 개구율(τ/T)이 0.76인 광학필름(10)이 사용될 경우, k=0.93이다. 이 경우, 도 7의 그래프에 나타낸 바와 같이, 빛의 세기의 모듈레이션은 상기의 식으로부터 자연수 m의 함수가 된다. 도 7에서, 모아레 무늬가 보이지 않는 모듈레이션 값은 0.01 미만이고, 이때의 m 값은 6,11 등으로 나타난다. 이는, 앞의 정의에서 m=P/T이고 서브픽셀의 피치 P는 175㎛이므로, 광학필름(10)의 패턴(12a) 피치 T는 서브픽셀의 피치 P가 1/6으로 축소된 29㎛가 되고, 이 경우 모아레 무늬가 보이지 않게 된다.
패턴폭(W) 패턴피치(T) 평탄면(τ=T-W) 광학필름 개구율(τ/T) k=(τ/T)(p/P) m=P/T
비교예 21 88 67 0.76 0.93 2
실시예 7.5 29 21.5 0.74 0.90 6
상기 표 1은 디스플레이 패널(5) 서브픽셀의 피치 P=175㎛, 개구율 p/P=0.82 일 때, 비교 예와 실시 예의 파라미터를 나타낸다. 여기서, 도 8은 실시 예의 조건에서 m 변화에 따른 모듈레이션 값을 나타낸 것으로, 0.01 미만, 즉, 모아레 무늬가 보이지 않는 m의 값은 6, 11 등으로 나타난다. 즉, 실시 예의 m 값은 6이므로, 모아레 무늬가 보이지 않는 m 값의 범주에 속하게 된다.
도 9는 표 1의 파라미터를 갖는 비교 예에 따른 광학필름(a)과 표 1의 파라미터를 갖는 본 발명의 실시 예에 따른 광학필름(b)을 디스플레이 패널에 부착시킨 사진으로, 도 9의 사진에서 보여지는 바와 같이, m=2인 비교 예는 모아레 무늬가 보이는 반면, m=6인 실시 예에서는 모아레 무늬가 보이지 않는 것을 확인할 수 있다. 즉, 푸리에 급수로부터 유도된 식으로부터 도출된 결과(도 8)와 실제 적용(도 9)이 일치함을 확인할 수 있다.
이러한 결과들을 종합해 볼 때, 모아레가 나타나지 않게 하기 위한 일반적인 조건은 하기와 같다.
즉, 주어진 디스플레이 패널(5)의 피치(P)와 개구율(p/P)에서 광학필름(10)의 개구율(τ/T)이 결정되면, 하기의 식을 만족할 때의 m의 범위를 구할 수 있으며, 이를 통해, 광학필름(10) 패턴(12a)의 피치(T) 및 파라미터 등을 결정할 수 있다.
Figure pat00033
Figure pat00034

한편, 상기와 같은 식에 의해 패턴(12a)의 피치(T) 등이 결정되는 렌즈부(12)는 모아레 방지는 물론, 색혼합(color mixing) 효과에 의해, 시청각이 증가함에 따라 발생되는 컬러시프트를 감소시키는 역할도 하게 된다.
이를 보다 상세히 설명하면, 렌즈부(12)는 디스플레이 패널(5)의 법선 방향으로 발광되는 빛의 방향을 법선에 벗어나는 방향으로 변경시킴과 아울러, 디스플레이 패널(5)의 법선으로부터 벗어나는 방향으로 나오는 빛의 일부를 법선 방향으로 변경시킨다. 즉, 렌즈부(12)는 시청각에 따라 발광되는 빛의 방향을 변화시킴으로써, 색혼합을 유도하여 컬러시프트를 개선하게 된다. 이때, 렌즈부(12)를 이루는 패턴(12a) 간의 간격(τ)은 패턴(12a)의 폭(W)보다 상대적으로 크게 혹은 넓게 형성될 수 있는데, 이를 통해, 디스플레이 패널(5)의 법선 방향으로 방출되는 빛을 보다 많이 투과시킬 수 있다.
그리고 도 1에 도시한 바와 같이, 렌즈부(12)를 이루는 패턴(12a)의 단면은 타원호를 포함하는 모양으로 형성될 수 있다. 하지만, 이러한 패턴(12a)은 쐐기단면 스트라이프 패턴, 쐐기단면 물결 패턴, 쐐기단면 매트릭스 패턴, 쐐기단면 벌집 패턴, 쐐기단면 도트 패턴, 사각형단면 스트라이프 패턴, 사각형단면 물결 패턴, 사각형단면 매트릭스 패턴, 사각형단면 벌집 패턴, 사각형단면 도트 패턴, 반원형단면 스트라이프 패턴, 반원형단면 물결 패턴, 반원형단면 매트릭스 패턴, 반원형단면 벌집 패턴, 반원형단면 도트 패턴, 반타원형단면 스트라이프 패턴, 반타원형단면 물결 패턴, 반타원형단면 매트릭스 패턴, 반타원형단면 벌집 패턴, 반타원형단면 도트 패턴, 반오벌(oval)단면 스트라이프 패턴, 반오벌단면 물결 패턴, 반오벌단면 매트릭스 패턴, 반오벌단면 벌집 패턴 및 반오벌단면 도트 패턴 중 어느 하나의 형상으로도 형성될 수 있다. 이때, 쐐기단면은 사다리꼴단면 또는 삼각형단면일 수 있다. 또한, 반오벌단면은 포물선 궤적을 그릴 수 있다. 또한, 반원형, 반타원형 및 반오벌은, 각각 원형, 타원형 및 오벌을 정확히 1/2로 나눈 도형을 의미하는 것이 아니라, 렌즈부(12) 패턴(12a)의 단면 중 일부가 원호, 타원호, 포물선을 포함하는 도형을 의미한다. 즉, 양변이 타원호이고 상변(또는 하변)이 직선인 도형도 상기 반타원형에 포함된다. 하지만, 렌즈부(12)의 패턴(12a)은 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예컨대, 스트라이프 패턴의 경우에도, 수평 스트라이프 패턴, 수직 스트라이프 패턴, 등 다양한 패턴을 가질 수 있다.
여기서, 패턴(12a)이 수평 방향으로 형성되는 경우에는 상하 시청각 보상에 효과적이고, 수직 방향으로 형성되는 경우에는 좌우 시청각 보상에 효과적이다. 이때, 렌즈부(12)의 패턴(12a) 단면은 좌우 대칭으로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 눈으로 구별되는 컬러시프트 정도는 Δu'v'=0.004 이상이다. 따라서, 시청각 0도에서 60도 사이에서 최대 Δu'v'=0.02 수준의 컬러시프트를 갖는 디스플레이 패널(5)(컬러시프트 특성이 가장 우수한 S-IPS 패널 기준)이 눈으로 구별되는 컬러시프트 개선 효과를 보이기 위해서는 적어도 컬러시프트 개선율이 20% 이상, 최대 Δu'v'=0.016 이하이어야 한다. 이를 구현하기 위해, 본 발명에서는 렌즈부(12) 패턴(12a)의 깊이 대비 폭(W)의 비가 0.25~2.5이 되도록 형성될 수 있다. 이와 아울러, 컬러시프트 개선율이 20% 이상이 되려면, 패턴(12a) 간의 간격(τ) 대비 피치(T)의 비는 0.95 이하가 되도록 형성될 수 있다. 이때, 패턴(12a) 간의 간격(τ) 대비 피치(T)의 비가 클수록 광학필름(10)의 투과율은 상승하게 되는데, 광학필름(10)의 투과율이 50% 이상이 되어야 상품으로 가치가 있으며, 광학필름(10)의 투과율이 50%이상이 되려면, 패턴(12a) 간의 간격(τ) 대비 피치(T)의 비가 0.5 이상 되어야 한다. 즉, 패턴(12a) 간의 간격(τ) 대비 피치(T)의 비가 0.5~0.95를 나타내도록 패턴(12a)을 형성하는 것이 바람직하다.
여기서, 상술한 모아레 제거 혹은 방지뿐만 아니라 이중상 발생을 방지하기 위해, 광학필름(10)이 디스플레이 패널(5)의 전면에 밀착되도록 형성하는 것과 아울러, 패턴(12a)의 피치(T)를 제어해야 한다. 이에 따라, 패턴(12a) 간의 피치(T)는 패턴(12a) 간의 간격(τ) 대비 피치(T)의 비를 만족하는 범위 내에서, 45㎛ 이하가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 이러한 피치(T)의 범위는 푸리에 급수로부터 유도된 식으로부터 도출되는 m 값에 의해 결정되는 피치(T) 값을 만족해야 함은 물론이다. 더불어, 0.01㎛ 이하 크기의 피치를 갖는 패턴(12a)들이 존재하는 경우, 빛의 반사, 굴절 또는 산란 효과에 의한 색 혼합보다는 광학필름(10)의 굴절률과 공기의 굴절률의 중간인 박막처럼 작용하여 그 효과가 미미하기 때문에, 패턴(12a) 간의 피치는 0.01㎛ 이상인 것이 바람직하다.
이러한 렌즈부(12)를 형성하는 방법은, 예를 들어, 도 11에 도시한 백킹(14)의 일면에 자외선 경화성 수지를 도포한 후, 렌즈부(12)의 거울 상이 표면에 형성된 성형 롤(미도시)을 이용하여 자외선 경화성 수지에 패턴(12a)을 형성하면서 자외선 경화성 수지에 자외선을 조사하여 최종적으로 복수의 패턴(12a)을 갖는 렌즈부(12)가 형성된 백그라운드층(11)을 완성한다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 열가소성 수지를 이용한 열프레스법이나 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 충전하여 성형하는 사출 성형법, 등 다양한 방법을 이용하여 백그라운드층(11)에 형성되는 렌즈부(12)를 이루는 복수의 패턴(12a)을 얻을 수 있다.
한편, 도시하진 않았지만, 본 발명의 실시 예에서, 광학필름(10)은 수지층을 구비할 수 있다. 수지층은 종래 광학필름에서 패턴의 오목부가 공기층으로 이루어지는 경우 패턴으로 입사된 빛이 고각으로 확산되어 저각에서 컬러시프트 개선 효과가 미흡하고, 광학필름에서 전반사되어 컬러시프트 개선 효과가 미흡하며 투과율이 낮은 문제점을 개선하기 위해 패턴(12a)의 오목부에 충진될 수 있다. 또한, 수지층은 패턴의 오목부가 공기층으로 채워진 경우 광학필름을 점착제(13)로 디스플레이 패널(5)에 부착시킨 후 외부로부터 압력이 가해질 시 점착제(13)가 공기층으로 충진되어 외관 불량을 발생시키는 문제점을 개선하기 위해 패턴(12a)의 오목부에 충진될 수 있다. 그리고 수지층은 패턴의 오목부가 공기층으로 이루어진 광학필름을 온도 60℃, 상대습도 90%인 환경에 방치시킬 경우 패턴에 수분 침투로 인해 줄무늬 형태의 불량이 발생되는 문제점을 개선하기 위해, 패턴(12a)의 오목부에 충진될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 수지층은 디스플레이 패널(5)과 렌즈부(12) 및 백그라운드층(11)의 사이 공간에 충진될 수 있다. 이때, 수지층은 음각 패턴(12a)의 오목부에만 충진될 수 있다. 하지만, 이 경우, 수지층을 오목부에 충진하고 난 후 수지층의 표면을 백그라운드층(11)의 배면과 평탄화시키는 작업을 진행해야 한다. 따라서, 패턴(12a)의 오목부에 수지를 충진하여 수지층을 형성함과 동시에 디스플레이 패널(5)과 백그라운드층(11) 사이에도 수지층이 층을 이루어 형성되도록 하면, 수지층의 표면 평탄화 공정을 생략할 수 있다.
한편, 수지층은 렌즈부(12)의 패턴(12a)이 양각으로 형성된 경우 복수의 양각 패턴 간의 사이 공간에 충진될 수 있다.
또한, 수지층은 백그라운드층(11)의 굴절률(n1)과 다른 굴절률(n2)을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 즉, 백그라운드층(11)의 굴절률(n1)은 수지층의 굴절률(n2)보다 상대적으로 크거나 작을 수 있는데, 백그라운드층(11)의 굴절률(n1)이 수지층의 굴절률(n2)보다 작은 것이 바람직하다. 이때, 백그라운드층(11)과 수지층의 굴절률 차이(Δn=|n1-n2|)는 0.1 이상인 것이 바람직하다.
아울러, 도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에서, 광학필름(10)은 백킹(backing)(14)을 구비할 수 있다. 이때, 백킹(14)은 백그라운드층(11)의 전면에 배치되어 백그라운드층(11)을 지지하는 역할을 하게 된다. 이러한 백킹(14)은 자외선 투과성을 가지는 투명한 수지 필름 또는 유리 기판으로 형성될 수 있다. 그리고 백킹(14)의 재질로는 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET), 폴리카보네이트(PolyCarbonate, PC), 폴리염화비닐(PVC), TAC(TriAcetate Cellulose) 등이 사용될 수 있다.
그리고 본 발명의 실시 예에서, 광학필름(10)은 반사 방지층(15)을 구비할 수 있다. 이때, 반사 방지층(15)은 백킹(14)의 전면에 형성되어 입사되는 외광의 반사를 감소시키는 반사시키는 역할을 하게 된다. 하지만, 백킹(14) 자체가 입사되는 빛의 반사를 감소시키는 물질로 형성되는 경우 반사 방지층(15)은 생략될 수 있다. 이러한 반사 방지층(15)은 필름 형태로 형성되어 백킹(14)의 전면에 부착될 수 있다. 그리고 반사 방지층(15)은 가시영역에 있어서 굴절률이 1.5 이하, 바람직하게는 1.4 이하로 낮은 불소계 투명 고분자수지, 불화마그네슘, 실리콘계수지나 산화규소 등의 단일층으로 형성될 수 있다. 또한, 반사 방지층(15)은 굴절률이 다른 금속산화물, 불화물, 규화물, 붕화물, 탄화물, 질화물, 황화물, 등의 무기화합물 또는 실리콘계수지, 아크릴수지, 불소계수지 등의 유기화합물 박막을 2층 이상 다층 적층하여 형성될 수도 있다. 예를 들어, 반사 방지층(15)은 SiO2와 같은 저굴절률 산화막과 TiO2 또는 Nb2O5와 같은 고굴절률 산화막을 교대로 적층한 구조로 형성될 수도 있다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 광학필름(10)은 층을 기준으로 할 경우 백그라운드층(11)의 단일층으로 이루어진 필름으로 형성될 수 있지만, 백그라운드층(11), 백킹(14) 및 반사 방지층(15)이 적층된 다층 필름으로도 형성될 수 있다. 그리고 백그라운드층(11)이 다층 필름으로 형성되는 경우, 백킹(14)이나 반사 방지층(15) 외에도, 안티포그 필름, 편광필름, 위상차(phase retardation) 필름 등 다양한 기능성 필름이 상호 적층되어 형성될 수도 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1: 디스플레이 장치 5: 디스플레이 패널
10: 광학필름 11: 백그라운드층
12: 렌즈부 12a: 패턴
13: 점착제 14: 백킹
15: 반사 방지층

Claims (38)

  1. 디스플레이 패널의 전면에 배치되는 백그라운드층; 및
    상기 백그라운드층에 형성되되, 서로 이격되게 형성되는 복수의 음각 또는 양각 패턴으로 이루어져 입사되는 빛의 출사 방향을 분산시키는 렌즈부;
    를 포함하되,
    복수의 상기 패턴 간의 간격(τ)과 피치(T)는 푸리에 급수로부터 유도된 하기의 수학식에 의해 도출되는 하기의 m값에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름:
    [수학식]
    Figure pat00035

    Figure pat00036

    Figure pat00037


    상기 수학식에서, p/P는 상기 액정 디스플레이 패널을 구성하는 서브픽셀의 개구율이고, τ/T는 상기 렌즈부의 개구율이며, I는 상기 서브픽셀로부터 발산되는 빛이 상기 광학 필름을 통해 나온 빛의 세기이고, P는 상기 서브픽셀 간의 피치이며, p는 상기 서브픽셀의 폭이고, T는 상기 패턴 간의 피치이며, τ는 상기 패턴 간의 간격(T-W(패턴의 폭))임.
  2. 제1항에 있어서,
    Figure pat00038

    는 상기 I의 모듈레이션(modulation) 값으로, 0.01 이하일 때의 m값으로 상기 패턴 간의 간격(τ)과 피치(T)가 결정되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널과 상기 렌즈부 및 상기 백그라운드층의 사이 공간에 충진되되, 상기 백그라운드층과 다른 굴절률을 갖는 수지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 백그라운드층의 굴절률(n1)은 상기 수지층의 굴절률(n2)보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 백그라운드층과 상기 수지층의 굴절률 차이(Δn=|n1-n2|)는 0.1 이상인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널과 상기 백그라운드층 사이에는 상기 수지층이 층을 이루어 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 수지층은 상기 음각 패턴의 오목부에 충진되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 수지층은 상기 복수의 양각 패턴 간의 사이 공간에 충진되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 백그라운드층은 투명 고분자 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 백그라운드층은 상기 디스플레이 패널의 전면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 백그라운드층은 자가 점착성 물질로 이루어져 상기 디스플레이 패널의 전면에 직부착되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 백그라운드층은 투명 탄성 중합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 백그라운드층은 점착제를 매개로 상기 디스플레이 패널의 전면에 점착되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈부는 상기 백그라운드층의 어느 일면 또는 양면에 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 패턴의 단면은 타원호를 포함하는 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 패턴은 쐐기단면 스트라이프 패턴, 쐐기단면 물결 패턴, 쐐기단면 매트릭스 패턴, 쐐기단면 벌집 패턴, 쐐기단면 도트 패턴, 사각형단면 스트라이프 패턴, 사각형단면 물결 패턴, 사각형단면 매트릭스 패턴, 사각형단면 벌집 패턴, 사각형단면 도트 패턴, 반원형단면 스트라이프 패턴, 반원형단면 물결 패턴, 반원형단면 매트릭스 패턴, 반원형단면 벌집 패턴, 반원형단면 도트 패턴, 반타원형단면 스트라이프 패턴, 반타원형단면 물결 패턴, 반타원형단면 매트릭스 패턴, 반타원형단면 벌집 패턴, 반타원형단면 도트 패턴, 반오벌(oval)단면 스트라이프 패턴, 반오벌단면 물결 패턴, 반오벌단면 매트릭스 패턴, 반오벌단면 벌집 패턴 및 반오벌단면 도트 패턴 중 어느 하나를 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  17. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 패턴 간의 간격은 상기 패턴의 폭보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 패턴의 깊이 대비 폭의 비는 0.25~2.5인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  19. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 패턴 간의 간격 대비 피치의 비는 0.5~0.95인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  20. 제1항에 있어서,
    복수의 상기 패턴 간의 피치는 45㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 백그라운드층의 전면에 배치되어 상기 백그라운드층을 지지하는 백킹을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 백킹의 전면에 형성되는 반사 방지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 광학필름.
  23. 서로 마주하는 두 기판 사이에 개재되어 있는 액정층을 포함하는 액정 디스플레이 패널; 및
    상기 액정 디스플레이 패널의 전면에 배치되되, 백그라운드층, 상기 백그라운드층에 형성되되, 서로 이격되게 형성되는 복수의 음각 또는 양각 패턴으로 이루어져 입사되는 빛의 출사 방향을 분산시키는 렌즈부를 포함하되, 복수의 상기 패턴 간의 간격(τ)과 피치(T)는 푸리에 급수로부터 유도된 하기의 수학식에 의해 도출되는 하기의 m값에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 광학필름;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치:
    [수학식]
    Figure pat00039

    Figure pat00040

    Figure pat00041


    상기 수학식에서, p/P는 상기 액정 디스플레이 패널을 구성하는 서브픽셀의 개구율이고, τ/T는 상기 렌즈부의 개구율이며, I는 상기 서브픽셀로부터 발산되는 빛이 상기 광학 필름을 통해 나온 빛의 세기이고, P는 상기 서브픽셀 간의 피치이며, p는 상기 서브픽셀의 폭이고, T는 상기 패턴 간의 피치이며, τ는 상기 패턴 간의 간격(T-W(패턴의 폭))임.
  24. 제23항에 있어서,
    Figure pat00042

    는 상기 I의 모듈레이션(modulation) 값으로, 0.01 이하일 때의 m값으로 상기 패턴 간의 간격(τ)과 피치(T)가 결정되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 광학필름은,
    상기 디스플레이 패널과 상기 렌즈부 및 상기 백그라운드층의 사이 공간에 충진되되, 상기 백그라운드층과 다른 굴절률을 갖는 수지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 백그라운드층의 굴절률(n1)은 상기 수지층의 굴절률(n2)보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 백그라운드층과 상기 수지층의 굴절률 차이(Δn=|n1-n2|)는 0.1 이상인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 광학필름은 상기 액정 디스플레이 패널의 전면에 직부착되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  29. 제23항에 있어서,
    상기 광학필름은 점착제를 매개로 상기 액정 디스플레이 패널의 전면에 점착되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  30. 제23항에 있어서,
    상기 렌즈부는 상기 액정 디스플레이 패널과 마주하는 상기 백그라운드층의 배면에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  31. 적, 녹, 청 및 백색 중 어느 하나의 색을 발광하고 각각의 파장별로 서로 다른 높이로 형성되는 유기 발광소자를 구비하는 유기 발광 디스플레이 패널; 및
    상기 유기 발광 디스플레이 패널의 전면에 배치되되, 백그라운드층, 상기 백그라운드층에 형성되되, 서로 이격되게 형성되는 복수의 음각 또는 양각 패턴으로 이루어져 입사되는 빛의 출사 방향을 분산시키는 렌즈부를 포함하되, 복수의 상기 패턴 간의 간격(τ)과 피치(T)는 푸리에 급수로부터 유도된 하기의 수학식에 의해 도출되는 하기의 m값에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 광학필름;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 디스플레이 장치:
    [수학식]
    Figure pat00043

    Figure pat00044

    Figure pat00045


    상기 수학식에서, p/P는 상기 유기 발광 디스플레이 패널을 구성하는 서브픽셀의 개구율이고, τ/T는 상기 렌즈부의 개구율이며, I는 상기 서브픽셀로부터 발산되는 빛이 상기 광학 필름을 통해 나온 빛의 세기이고, P는 상기 서브픽셀 간의 피치이며, p는 상기 서브픽셀의 폭이고, T는 상기 패턴 간의 피치이며, τ는 상기 패턴 간의 간격(T-W(패턴의 폭))임.
  32. 제31항에 있어서,
    Figure pat00046

    는 상기 I의 모듈레이션(modulation) 값으로, 0.01 이하일 때의 m값으로 상기 패턴 간의 간격(τ)과 피치(T)가 결정되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 디스플레이 장치.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 광학필름은,
    상기 디스플레이 패널과 상기 렌즈부 및 상기 백그라운드층의 사이 공간에 충진되되, 상기 백그라운드층과 다른 굴절률을 갖는 수지층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 발광 디스플레이 장치.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 백그라운드층의 굴절률(n1)은 상기 수지층의 굴절률(n2)보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 유기 발광 디스플레이 장치.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 백그라운드층과 상기 수지층의 굴절률 차이(Δn=|n1-n2|)는 0.1 이상인 것을 특징으로 하는 유기 발광 디스플레이 장치.
  36. 제31항에 있어서,
    상기 광학필름은 상기 유기 발광 디스플레이 패널의 전면에 직부착되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 디스플레이 장치.
  37. 제31항에 있어서,
    상기 광학필름은 점착제를 매개로 상기 유기 발광 디스플레이 패널의 전면에 점착되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 디스플레이 장치.
  38. 제31항에 있어서,
    상기 렌즈부는 상기 유기 발광 디스플레이 패널과 마주하는 상기 백그라운드층의 배면에 형성되는 것을 특징으로 하는 유기 발광 디스플레이 장치.
KR1020110060522A 2011-05-30 2011-06-22 디스플레이 장치용 광학필름 및 이를 구비하는 디스플레이 장치 KR20130008096A (ko)

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