KR20160043179A - 투명 표시장치의 배경 차단 성능 평가 시스템과 그 방법 - Google Patents

투명 표시장치의 배경 차단 성능 평가 시스템과 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투명 표시장치의 차폐율을 평가하는 시스템 및 그 평가 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 투명 표시장치의 배경 차단 성능 평가 시스템은, 배경, 광 측정기 및 투명 표시장치를 구비한다. 배경은 완전 흑색 패턴 및 원형 백색 패턴을 선택적으로 표현한다. 광 측정기는 배경으로부터 제1 거리 이격하여 배치되어, 완전 흑색 패턴 및 원형 백색 패턴의 휘도들을 각각 측정한다. 투명 표시장치는 배경과 광 측정기 사이에서, 광 측정기로부터 제2 거리 이격하여 배치되어, 투광조건 및 차광조건을 선택적으로 설정한다. 차폐율은, 광 측정기에서 측정한 '투광조건의 완전 흑색 휘도(LFK ,w/o)', '투광조건의 백색 원형 휘도(LCW ,w/o)', '차광조건의 완전 흑색 휘도(LFK ,w/)'와 '차광조건의 백색 원형 휘도(LCW ,w/)'를 이용하여 다음 수식 1에 의해 산출된다.
(수식 1)
Figure pat00023

Description

투명 표시장치의 배경 차단 성능 평가 시스템과 그 방법{System For Evaluating Background Blocking Property Of Transparent Display And Method Thereof}
본 발명은 투명 표시장치의 차폐율을 평가하는 시스템 및 그 평가 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 투명 표시장치가 표시기능을 수행할 때, 투명 표시장치를 통과해 보이는 뒷 배경 정보를 차단하는 정도를 평가하는 새로운 기준(혹은 척도) 및 평가 시스템 그리고 이를 이용한 평가 방법에 관한 것이다.
사진 및/또는 동영상을 포함하는 비디오 정보를 제공하는 표시장치는, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄인, 여러 유형의 평판형 표시장치로 개발되고 있다. 평판 표시장치에는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display, FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 및 전계발광장치 (Electroluminescence Device, EL) 등이 있다.
이들 여러 평판형 표시장치들 중에서 액정 표시장치와 유기발광 다이오드 표시장치는, 휴대용 표시장치에서 대형 TV와 같이 다양한 분야에 응용되는 평판 표시장치의 대표적인 제품들이다. 하지만, 이들 평판 표시장치들 대부분은, 자체적으로 독립된 표시장치로만 개발되어 있을 뿐이며, 다양한 소재로 크게 활성화되어 있지 못하고 있다. 예를 들어, 표시 장치로 사용할 경우에는 나타내고자 하는 영상 데이터를 화면에 표시하고, 사용하지 않을 경우에는 투명 상태를 유지하여 유리와 같은 기능을 갖는 투명 표시장치가 요구되고 있다. 이러한 투명 표시장치가 개발되어 시중에 소개되고 있지만, 그 품질의 기준이 명확하지 않아, 어떤 제품이 어떤 환경에 적합한지 소비자들이 판단하기가 쉽지 않다.
구체적으로 설명하자면, 투명 표시장치는 사용하지 않을 경우에는 투명한 유리 기판과 같은 성질을 가지고 있어야 하고, 사용할 경우에는 표시하고자 하는 화상 정보를 표시할 수 있어야 한다. 경우에 따라서는, 표시 장치 자체만으로 사용하는 경우도 있지만, 표시장치 뒤의 공간 상황과 표시 장치의 표시 정보가 겹쳐서 보이도록 하여 복합적인 표시장치로 구성할 수도 있다. 대표적인 예로, 비행기나 자동차의 헤드-업-디스플레이(Head Up Display; HUD)가 있다. 지금까지 투명 표시장치는 비행기나 고급 승용차와 같이 고가의 제품을 무리 없이 적용할 수 있는 환경에서만 국한적으로 사용되었다. 그러나, 점차적으로 다양한 광고 디스플레이 혹은 가전 제품에 이르기까지, 투명 표시장치를 적용하고자 하는 요구가 다양해지고 있다.
도 1은 액정 표시장치로 구현한 투명 표시장치의 구조를 나타내는 사시도이다. 투명 액정표시장치는 액정 표시패널(LCDP), 도광판(LG), 그리고 광원(LS)을 포함한다.
액정 표시패널(LCDP)은 두 장의 편광판과 그 사이에 개재된 액정 패널(LCP)을 포함한다. 액정 패널(LCP)은 상부 기판(SU), 하부 기판(SL), 그리고 그 사이에 개재된 액정층(LC)을 포함한다. 그리고, 액정 패널(LCP)의 상부와 하부에는 각각 상부 편광판(PU)과 하부 편광판(PL)이 부착된다. 상부 기판(SU)과 하부 기판(SL)에는 도면으로 도시하지 않았으나, 매트릭스 방식으로 나열된 화소 영역을 정의하는 배선 및 블랙 매트릭스가 형성될 수 있으며, 액정층 (LC)을 구동하기 위한 공통 전극과 화소 전극을 구비한다. 또한, 색상을 구현하기 위한 칼라 필터를 포함할 수 있다. 상부 기판(SU)의 전면부 표면에는 상부 편광판(PU)이 부착되고, 하부기판(SL)의 배면부 표면에는 하부 편광판(PL)이 부착된다.
일반적으로 생각했을 때, 상부 편광판(PU)과 하부 편광판(PL)의 광 투과축은 서로 직교하도록 배치하여야 흑색을 표현할 때 완전한 흑색 계조를 구현할 수 있다. 하지만, 상부 편광판(PU)과 하부 편광판(PL)의 광 투과축이 서로 직교하도록 배치되면, 표시장치로서 사용하지 않을 경우에, 편광판들의 구성으로 인해 어떠한 빛도 액정 표시패널(LCDP)을 투과하지 못한다. 즉, 상부 편광판(PU)과 하부 편광판(PL)의 광 투과축은 서로 직교하도록 배치한 경우를, 평상시에는 완전한 흑색 계조를 나타내므로, 노멀리 블랙(Normally Black; NB) 모드라고 한다.
하지만, 투명 액정표시장치를 구현하기 위해서는, 액정 표시패널 (LCDP)을 사용하지 않을 때에는, 투명한 상태를 나타내어야 한다. 따라서, 액정 표시패널(LCDP)은 노멀리 화이트(Normally White: NW) 모드로 구성하는 것이 바람직하다. 노멀리 화이트 모드로 구성하기 위해서는, 단순히 상부 편광판(PU)과 하부 편광판(PL)의 광 투과축의 배치 관계에 의해서만 결정되는 것은 아니다. 액정 패널(LCP)을 구성하는 액정층(LC)의 액정 특성도 함께 고려하여야 한다.
예를 들어, 액정층(LC)에 TN(Twisted Nematic) 모드 액정을 사용하는 수직 전계 방식의 경우에는, 상부 편광판(PU)과 하부 편광판(PL)의 광 투과축이 직교하더라도, 노멀리 화이트 모드를 구현할 수 있다. 한편, 수평 전계 방식인 경우에는, 상부 편광판(PU)과 하부 편광판(PL)의 광 투과축이 서로 평행하게 배치하여 노멀리 화이트 모드를 구현할 수 있다.
액정 표시패널(LCDP)의 아래에는 도광판(LG)과 광원(LS)이 위치할 수 있다. 광원(LS)은 도광판(LG)의 일측면에 배치되어 도광판(LG) 내부로 빛을 조사한다. 도광판(LG)은 측면으로부터 입사된 빛을 도광판(LG) 내부의 전체 영역으로 확산시키며, 전면부 즉 액정 표시패널(LCDP)이 위치한 면으로 빛을 굴절시킨다. 이를 위해, 도광판(LG)의 배면에는 반사 패턴을 형성하는 것이 바람직하다. 특히, 도광판(LG) 역시 투명성을 보장하여야 하므로, 프리즘 형상, 렌티 큘라 형상, 혹은 마이크로 렌즈 형상을 배면에 새긴 패턴인 것이 바람직하다.
이와 같이 투명 액정 표시장치는 사용하지 않을 경우에는 액정 표시장치 자체는 맨 유리와 같이 투명한 상태를 나타낸다. 또한 전원을 인가하여 표시장치로 사용할 경우에는 화상 정보를 뒷 배경 공간의 광경과 함께 표현할 수 있다.
또한, 투명 액정 표시장치는 일반 액정 표시장치와 달리 백 라이트 유닛이 투명성을 확보하는 구조를 가져야 한다. 따라서, 일반 액정 표시장치에서 사용하였던 휘도 향상을 위한 광학 시트들이 모두 배제된 구조를 갖는 것이 바람직하다.
이하, 도 2 및 3을 참조하여, 종래 기술에서 유기발광 다이오드 표시장치로 구현한 투명 표시장치에 대해 설명한다. 도 2는 종래 기술에 의한 투명 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 평면도이다. 도 3은 도 2에서 절취선 I-I'로 자른 도면으로, 하부 발광형 투명 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 종래 기술에 의한 하부 발광형 투명 유기발광 다이오드 표시장치는 스위칭 박막 트랜지스터(ST), 스위칭 TFT와 연결된 구동 TFT(DT), 구동 TFT(DT)에 접속된 유기발광 다이오드(OLED)를 포함한다.
투명 유기발광 다이오드 표시장치에서 하나의 화소 영역은, 화상을 표현하는 발광부(LEA)와 뒷 배경을 그냥 통과하는 투과부(TRA)를 포함한다. 따라서, 스캔 배선(SL), 데이터 배선(DL) 및 구동 전류 배선(VDD)에 의해 화소 영역이 정의되고, 화소 영역은 다시 발광부(LEA)와 투과부(TRA)로 나뉜다. 또한 화소 영역은 박막 트랜지스터들(ST, DT)이 형성되어, 자체 빛을 발광하지도 않고 배경의 빛을 투과하지도 않는, 비 발광부도 포함한다.
스위칭 TFT(ST)는 스캔 배선(SL)과 데이터 배선(DL)이 교차하는 부위에 형성되어 있다. 스위칭 TFT(ST)는 화소를 선택하는 기능을 한다. 스위칭 TFT(ST)는 스캔 배선(SL)에서 분기하는 게이트 전극(SG)과, 반도체 층(SA)과, 소스 전극(SS)과, 드레인 전극(SD)을 포함한다. 그리고 구동 TFT(DT)는 스위칭 TFT(ST)에 의해 선택된 화소의 유기발광 다이오드(OLED)를 구동하는 역할을 한다. 구동 TFT(DT)는 스위칭 TFT(ST)의 드레인 전극(SD)과 연결된 게이트 전극(DG)과, 반도체 층(DA), 구동 전류 배선(VDD)에 연결된 소스 전극(DS)과, 드레인 전극(DD)을 포함한다.
구동 TFT(DT)의 드레인 전극(DD)은 유기발광 다이오드(OLED)의 애노드 전극(ANO)과 연결되어 있다. 애노드 전극(ANO)과 캐소드 전극(CAT) 사이에는 유기발광 층(OLE)이 개재되어 있다. 캐소드 전극(CAT)은 기저 전압(VSS)에 연결된다. 구동 TFT(DT)의 게이트 전극(DG)과 구동 전류 배선(VDD) 사이 혹은 구동 TFT(DT)의 게이트 전극(DG)과 구동 TFT(DT)의 드레인 전극(DD) 사이에는 보조 용량(Cst)이 배치된다.
단면 구조를 더 설명하면, 투명 유기발광 다이오드 표시장치의 기판(SUB) 상에 스위칭 TFT(ST) 및 구동 TFT(DT)의 게이트 전극(SG, DG)이 형성되어 있다. 그리고 게이트 전극(SG, DG) 위에는 게이트 절연막(GI)이 덮고 있다. 게이트 전극(SG, DG)과 중첩되는 게이트 절연막(GI)의 일부에 반도체 층(SA, DA)이 형성되어 있다. 반도체 층(SA, DA) 위에는 일정 간격을 두고 소스 전극(SS, DS)과 드레인 전극(SD, DD)이 마주보고 형성된다. 스위칭 TFT(ST)의 드레인 전극(SD)은 게이트 절연막(GI)에 형성된 드레인 콘택 홀(DH)을 통해 구동 TFT(DT)의 게이트 전극(DG)과 접촉한다. 이와 같은 구조를 갖는 스위칭 TFT(ST) 및 구동 TFT(DT)를 덮는 보호막(PAS)이 전면에 도포된다.
경우에 따라서, 보호막(PAS) 위에 칼라 필터(CF)가 더 배치될 수 있다. 이 경우, 칼라 필터(CF)는 발광부(LEA)에만 형성하는 것이 바람직하다. 따라서, 추후에 형성되는 애노드 전극(ANO)이 형성될 위치에 국한적으로 형성하는 것이 바람직하다. 풀-칼라(Full Color)를 구현하기 위해서, 칼라 필터(CF)는 적색, 녹색, 청색 염료 중 어느 하나를 포함한다. 그리고 적,녹,청(RGB) 칼라 필터(CF)들이 화소 별로 순차적으로 배열된다.
이와 같이 박막 트랜지스터들(ST, DT)이 형성된 기판은 여러 구성 요소들이 형성되어 표면이 평탄하지 못하고, 단차가 많이 형성되어 있다. 유기발광 층(OLE)은 평탄한 표면에 형성되어야 발광이 일정하고 고르게 발산될 수 있다. 따라서, 기판의 표면을 평탄하게 할 목적으로 오버코트 층(OC)을 기판 전면에 도포한다.
그리고 오버코트 층(OC) 위에 유기발광 다이오드(OLED)의 애노드 전극(ANO)이 형성된다. 애노드 전극(ANO)은 오버코트 층(OC) 및 보호막(PAS)에 형성된 콘택홀을 통해 구동 TFT(DT)의 드레인 전극(DD)과 연결된다. 특히, 애노드 전극(ANO)은 발광부(LEA)에만 형성하는 것이 바람직하다. 발광부(LEA)와 투과부(TRA)의 비율은 특별히 정해지지 않는다. 설계 의도 및 발광부(LEA)의 휘도 조건에 따라 다양하게 조절할 수 있다.
하부 발광형(Bottom Emission) 풀-칼라를 구현하는 유기발광 다이오드 표시장치인 경우, 애노드 전극(ANO)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO (Indium Zinc Oxide)와 같은 투명 도전 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 애노드 전극(ANO)이 형성된 기판 위에 뱅크(BN)를 형성한다. 뱅크(BN)는 발광부(LEA)와 투과부(TRA)를 구분하면서 각각 노출하는 형태를 갖는 것이 바람직하다. 하지만 필요에 따라서는 발광부(LEA)와 투과부(TRA)를 구분하지 않고, 모두 노출하는 형태를 가질 수도 있다. 또는, 발광부(LEA)는 노출하고, 투과부(TRA)는 노출하지 않는 형태를 가질 수도 있다. 뱅크(BN)에 의해 발광부(LEA)에서 노출된 애노드 전극(ANO)이 실제 발광 영역이 된다.
뱅크(BN)에 의해 적어도 발광부(LEA)의 애노드 전극(ANO)이 노출된 기판(SUB) 표면 위에 유기발광 층(OL)을 도포한다. 애노드 전극(ANO) 하부에 칼라 필터(CF)가 구비된 하부 발광 방식이므로, 유기발광 층(OL)는 백색광을 발현하는 유기 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 그리고 유기발광 층(OL) 위에는 캐소드 전극(CAT)을 도포한다. 이로써, 애노드 전극(ANO), 유기발광 층(OL) 및 캐소드 전극(CAT)을 포함하며, 구동 TFT(DT)에 의해 구동되는 유기발광 다이오드(OLE)가 형성된다.
이와 같이 제조된 투명 표시장치는 사용하지 않을 때는 마치 맨 유리와 같아서, 표시 패널을 통해 배면 공간의 환경을 그대로 투시할 수 있다. 한편, 표시장치로 활용할 때에는, 표시장치가 나타내는 화상 정보만을 나타내는 데, 표시 패널을 통한 배면 공간의 환경과 함께 표시 정보를 함께 관측할 수도 있다. 따라서, 다양한 응용이 가능하다.
이와 같이 투명 표시장치는 경우에 따라서는 뒷 배경과 함께 화상 정보를 겹쳐 표시하고자 하는 목적으로 사용하기도 한다. 또 다른 예로, 투명 표시장치 자체가 보여주고자 하는 화상 정보를 표시할 경우에는 화상 정보만을 제공하고, 사용하지 않을 경우에는 뒷 배경 정보를 그대로 투과시켜 제공하는 경우가 있다.
두 번째의 경우, 투명 표시장치가 표시 기능을 할 경우 뒷 배경을 완전히 차단하도록 하기 위해 별도의 차광판을 투명 표시장치의 배면에 더 구비하는 경우가 있다. 이때, 차광판(혹은, Optical Shutter Panel)은 액정 표시장치와 같은 구조를 갖고, 투명 표시장치가 활성 상태일 경우에 맞추어, 차광판이 작동하여 뒷 배경을 차단하도록 구성한다.
종래에 알려진 차광판을 사용하는 구조에서, 이론적으로 차광판이 활성화되면 완벽하게 뒷 배경을 차단하여야 한다. 반면에 차광판이 비 활성화되면 뒷 배경을 온전히 투과하여야 한다. 투명 표시장치의 품질을 결정하는 여러 가지 척도 중에서, 이러한 배경 차단 성능도 중요한 품질 척도 중 하나이다. 배경 차단 성능을 측정하기 위해 종래에 사용한 척도로, 탁도(헤이즈: Haze) 혹은 차광율 등이 있다.
탁도(Haze)는, 입사한 빛의 확산 정도를 나타내는 것으로, 어떤 투명체에 입사된 빛이 투과하여 출사할 때, 입사광의 방향에 대하여 특정 각도 이상으로 산란되어 출사하는 빛의 비율로 정의한다(ASTM D 1003). 여기서, 특정 각도는 일반적으로 2.5°(0.044rad)이다. 도 4는 종래 기술에 의한 탁도를 측정하는 방법을 나타내는 개략도이다. 광원(LS)에서 출사한 빛(IL)이 차광판을 구비한 투명 표시장치(TS)를 통과하여, 입사부(ETR)을 통해 탁도 측정기(HMD) 내부로 입사된다. 이때, 차광판을 구비한 투명 표시장치(TS)를 통과한 빛(TL)은 산란 등이 발생할 수 있는데, 탁도 측정기(HMD)에서는 광 입사축에 대해 특정 각도(2.5°) 이내로 진행하는 빛을 출구(EXT)로 모아서 측정한다. 도 4와 같은 장비를 이용하여, 입사부(ETR)에서 측정한, 차광판을 구비한 투명 표시장치(TS)를 통과한 전체 출사광의 양(Tt)과 특정 각도(2.5°) 이상으로 진행하는 출사광의 양(Td)을 측정하여, 다음 수학식 1로 계산한 값으로 평가한다.
Figure pat00001
차광율은 입사광에 대해 매질(차광판을 구비한 투명 표시장치)을 통과하지 못하는 광의 비율로써 도 4에 도시한 것과 같은 적분구를 사용하여 측정한다. 즉, 차광율을 측정하는 기구는 탁도를 측정하는 기구와 유사하지만, 측정한 데이터를 이용하여 차광율을 계산하는 수식에서 약간의 차이가 있다. 도 4에서, 측정한 입력 광량(Tinput)과 출력 광량(Toutput)을 측정하여, 다음 수학식 2로 계산한 값으로 평가한다.
Figure pat00002
하지만, 이들 값들로 차광판을 구비한 투명 표시장치의 차광 성능을 정확하게 대표하지 못한다. 예를 들어, 차광율이 높게 측정된 차광판을 구비한 투명 표시장치(TS)가 오히려 배경 화면이 더 잘 인지되는 경우도 있으며, 탁도가 거의 유사한데도 배광 화면이 인지되는 정도가 큰 차이를 나타내는 경우도 있다. 또한, 탁도와 차광율이 비례적으로 차광 성능을 나타내지도 못한다. 즉, 탁도는 낮으나 차광일이 높은데도 불구하고 배경 화면이 잘 인지되는 경우도 있고, 차광율도 어느 정도의 값을 갖고 탁도가 높은 경우에도 배경 화면이 상당량 인지되기도 한다. 즉, 차광 성능을 실제 사람의 눈에 인지되지 않는 정도와 비례적으로 나타낼 수 있는 대표적인 척도를 설정하는 데 문제가 있다.
앞의 설명에서 보았듯이, 차광판을 구비한 투명 표시장치는 차광판 앞에 투명 표시장치가 배치된 구조를 가짐으로 인해, 차광판의 차광 기능이 그대로 투명 표시장치에도 적용되지 않는다. 예를 들어, 투명 표시장치의 앞면에는 화소를 구성하는 여러 소자들이 형성되어 있다. 이로 인해, 차광판 자체만 존재할 경우, 뒷 배경의 빛을 완전히 차단하지만, 차광판을 구비한 투명 표시장치의 경우에는 뒷 배경의 빛이 완전히 차단되지 않고, 복합적인 관계를 갖는 소자들에 의해 전혀 다른 결과가 나타나는 것으로 생각된다.
이상에서 설명한 기존의 측정 방법 및 분석 방법들은 빛의 산란과 같은 현상에 의해 투명 표시장치를 통과하는 배경 형상의 경계면이 불분명해지는 현상을 측정하지 않는 것이기 때문인 것으로 보인다. 또한, 앞면에서 관람자가 인지할 수 있는 발기를 고려하지 않은 분석 방법을 사용했기 때문으로 생각된다.
탁도나 차광율은 단순한 차광판 단일 구조에 대하여 배경 차단 기능을 평가하는 척도 및 방법이다. 결국, 차광판을 구비한 투명 표시장치에도 동일한 방법으로 측정한 기준으로는 투명 표시장치의 배경 차단 정도를 정확하게 평가할 수 없는 것이다. 또한, 차광판의 종류에 따라서도 다른 결과가 나타나며, 차광판을 구비하지 않고도 표시기능과 투과 기능을 선택적으로 사용할 수 있는 투명 표시장치의 경우에는 종래 기준을 적용할 수 없다.
본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점들을 해결하고자 안출 된 발명으로써, 투명 표시장치의 배경 차단 성능을 평가하는 시스템 및 배경 차단 성능 측정 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 기존에 사용하던 투명 표시장치의 배경 차단 척도와 실제 관람자가 인지하는 배경 차단 정도가 비례적으로 일치하도록 하는 새로운 평가 기준을 제시하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 투명 표시장치의 배경 차단 성능을 평가하는 새로운 척도를 측정하는 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 투명 표시장치의 배경 차단 성능 평가 시스템은, 배경, 광 측정기 그리고 투명 표시장치를 구비한다. 배경은 완전 흑색 패턴 및 원형 백색 패턴을 선택적으로 표현한다. 광 측정기는 배경으로부터 제1 거리 이격하여 배치되어, 완전 흑색 패턴 및 원형 백색 패턴의 휘도들을 각각 측정한다. 그리고 투명 표시장치는 배경과 광 측정기 사이에서, 광 측정기로부터 제2 거리 이격하여 배치되어, 투광 조건 및 차광 조건을 선택적으로 설정한다. 투명 표시장치의 차폐율(Visual Blocking Ratio: VBR)은, 광 측정기에서 투명 표시장치를 통하여 측정한 '투광조건의 완전 흑색 휘도', '투광조건의 백색 원형 휘도', '차광조건의 완전 흑색 휘도'와 '차광조건의 백색 원형 휘도'를 이용하여 다음 수식에 의해 산출된다.
Figure pat00003
여기서, LFK,w/o는 '투광조건의 완전 흑색 휘도'에 상응하는 값, LCW,w/o는 투광조건의 백색 원형 휘도'에 상응하는 값, LFK,w/는 '차광조건의 완전 흑색 휘도'에 상응하는 값, 그리고 LCW ,w/는 '차광조건의 백색 원형 휘도'에 상응하는 값을 의미한다.
일례로, LFK ,w/o는 광 측정기에 측정한 '투광조건의 완전 흑색 휘도', LCW ,w/o는 광 측정기에 측정한 '투광조건의 백색 원형 휘도', LFK ,w/는 광 측정기에 측정한 '차광조건의 완전 흑색 휘도', 그리고 LCW ,w/는 광 측정기에 측정한 '차광조건의 백색 원형 휘도'이다.
일례로, 배경은 선택적으로 완전 백색 패턴을 더 표현하고, 광 측정기는 완전 백색 패턴에 대하여 '투광조건의 완전 백색 휘도'와 '차광조건의 완전 백색 휘도'를 더 측정하며, 광 측정기에서 측정한 '투광조건의 완전 백색 휘도' 및 '차광조건의 완전 백색 휘도'를 더 이용하여 다음 수식 2에 의해 '투광조건의 완전 흑색 밝기', '투광조건의 백색 원형 밝기', '차광조건의 완전 흑색 밝기' 및 '차광조건의 백색 원형 밝기'를 계산하고,
(수식 2)
Figure pat00004
Figure pat00005
Figure pat00006
여기서, L*은 측정한 각 휘도들을 의미하고, L* FW는 측정한 완전 백색 휘도를 의미하며, L은 각 휘도들의 환산 밝기를 의미하며, 수식 1에서, LFK ,w/o는 '투광조건의 완전 흑색 밝기', LCW ,w/o는 '투광조건의 백색 원형 밝기', LFK ,w/는 '차광조건의 완전 흑색 밝기', 그리고 LCW ,w/는 '차광조건의 백색 원형 밝기'이다.
일례로, 제1 거리는 1.5m이고, 제2 거리는 0.5m이다.
일례로, 원형 백색 패턴은, 주변은 완전 흑색 계조를 갖고, 중앙부는 제1 직경으로 완전 백색 계조를 갖되, 제1 직경은, 1.5m 거리에 떨어진 중심점을 기준으로 0.2°의 높이에 해당한다.
일례로, 원형 백색 패턴의 모양은 광 측정기의 수광 렌즈의 개구부 모양과 동일하며, 광 측정기의 수광 렌즈의 개구부 직경은 1.5m 거리에 떨어진 중심점을 기준으로 1°의 높이에 해당하며, 원형 백색 패턴의 중심과 수광 렌즈의 중심이 일직선 상에 정렬되어 배치된다.
또한, 본 발명에 의한 투명 표시장치의 배경 차단 성능 평가 방법은, 배경과 광 측정기를 배치 및 정렬하는 단계, 투명 표시장치를 배치 및 정렬하는 단계, 투명 표시장치의 조건별로 배경 패턴에 따른 각 휘도를 측정하는 단계, 그리고 차폐율을 결정하는 단계를 포함한다. 배경과 광 측정기를 배치 및 정렬하는 단계는, 완전 흑색 패턴 및 원형 백색 패턴을 선택적으로 표현하는 배경과, 배경으로부터 제1 거리 이격하여 광 측정기를 배치하고, 원형 백색 패턴의 중심점과 광 측정기의 수광 렌즈의 중심부가 정렬선 상에 놓이도록 정렬한다. 투명 표시장치를 배치 및 정렬하는 단계는, 배경과 광 측정기 사이에서, 광 측정기로부터 제2 거리 이격하며, 중심부가 정렬선 상에서 놓이도록 투명 표시장치를 배치한다. 투명 표시장치의 조건별로 배경 패턴에 따른 각 휘도를 측정하는 단계는, 투명 표시장치가 투광조건 및 차광조건에서, 배경에서 표시되는 완전 흑색 패턴 및 원형 백색 패턴의 휘도들을 각각 측정한다. 그리고 차폐율을 결정하는 단계는 측정된 '투광조건의 완전 흑색 휘도', '투광조건의 백색 원형 휘도', '차광조건의 완전 흑색 휘도'와 '차광조건의 백색 원형 휘도'에 기초하여 다음 수식에 의해 산출한다.
Figure pat00007
여기서, LFK,w/o는 '투광조건의 완전 흑색 휘도'에 상응하는 값, LCW,w/o는 투광조건의 백색 원형 휘도'에 상응하는 값, LFK,w/는 '차광조건의 완전 흑색 휘도'에 상응하는 값, 그리고 LCW ,w/는 '차광조건의 백색 원형 휘도'에 상응하는 값을 의미한다.
본 발명은 투명 표시장치에 형성된 투명 전극에 의해 회절 및 산란되는 광량을 고려한 투명 표시장치의 새로운 품질 척도인 선명도를 제안한다. 본 발명에 의하면, 선명도는 관측자가 인지하는 투명 표시장치의 투과 정확도에 비례하는 새로운 품질 평가 기준을 제공할 수 있다. 즉, 실제로 관측자가 투명 표시장치를 통해 인지하는 배경의 정확도에 비례하는 새로운 품질 평가 척도를 제공한다. 또한, 새로운 품질 평가를 위한 척도를 측정하는 시스템 및 그 방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 투명도 및 탁도와 다르게, 투명 표시장치의 투과면에서 조합되는 사물의 영상을 관람자의 시야에서 뚜렷하게 볼 수 있는 정도를 명확하게 구분할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 액정 표시장치로 구현한 투명 표시장치의 구조를 나타내는 사시도.
도 2는 종래 기술에 의한 투명 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 평면도.
도 3은 도 2에서 절취선 I-I'로 자른 도면으로, 하부 발광형 투명 유기발광 다이오드 표시장치의 구조를 나타내는 단면도.
도 4는 종래 기술에 의한 탁도 또는 차광율을 측정하는 방법을 나타내는 개략도.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 의한, 투명 표시장치의 배경 차단 성능을 평가하는 새로운 기준(척도)인 '차폐율(Visual Blocking Ratio)'을 측정하는 시스템을 나타내는 개략도.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 차폐율을 측정하는 시스템에서 대표 패턴의 휘도 값 분포를 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 투명 표시장치의 새로운 평가 기준(척도)인 차폐율(Visual Blocking Ratio)을 측정하는 방법을 나타내는 순서도.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 의한, 투명 표시장치의 배경 차단 성능을 평가하는 새로운 기준(척도)인 '차폐율(Visual Blocking Ratio)'을 측정하는 시스템을 나타내는 개략도.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 차폐율을 측정하는 시스템에서 대표 패턴의 휘도 값 분포를 나타내는 그래프.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 투명 표시장치의 새로운 평가 기준(척도)인 차폐율(Visual Blocking Ratio)을 측정하는 방법을 나타내는 순서도.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에서는 지금까지 제시되었던 것과는 다른 투명 표시장치의 배경 화면 차단 성능을 평가하기 위한 새로운 기준인 '차폐율(혹은, Visual Blocking Ratio: VBR)'이라는 척도를 제시하고자 한다. 차폐율(Visual Blocking Ratio)는 '차광면의 시야에서 배경 이미지의 조합되는 사물 또는 면을 인지할 수 없는 정도'라고 개념적으로 정의할 수 있다.
<제1 실시 예>
이러한 차폐율의 개념적 정의(Descriptive Definition)를 객관적인 수치로 평가하기 위해서는, 수학적 정의(Mathematical Definition)이 필요하다. 이를 수학적으로 정의한다면, '차광 매질의 유무에 따라 변동되는 밝기의 비율'이라고 정의할 수 있으며, 이는 다음 수학식 3으로 정의할 수 있다.
Figure pat00008
여기서, 'ΔLreference'은 차광판이 없는 상태에서 배경 패턴에 대해 인지하는 밝기 값으로 '기준 휘도(Reference Luminance)'이다. 한편, 'ΔLsample'은 차광판을 통과한 배경 패턴에 대해 인지하는 밝기 값으로 '차광 휘도(Sample Luminance)'이다.
'ΔLreference'은, 차광판을 구비한 투명 표시장치를 배경 앞에 설치하고, 차광판이 비활성화된 상태에서 투명 표시장치 앞에서 배경으로 설정한 패턴이 인지되는 정도를 휘도(Luminance)로 나타낸 것이다. 그리고 'ΔLsample'은, 차광판을 구비한 투명 표시장치를 배경 앞에 설치하고, 차광판이 활성화된 상태에서 투명 표시장치 앞에서 배경으로 설정한 패턴이 인지되는 정도를 휘도(Luminance)로 나타낸 것이다.
이제, 상기 수학식 3에서 필요한 휘도 값들 즉, '차광 휘도'와 '기준 휘도'를 측정하는 시스템 및 방법이 중요하다. 이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 의한 투명 표시장치의 배경 차단 성능을 평가하는 새로운 기준인 '차폐율(Visual Blocking Ratio)'을 측정하는 방법 및 그 시스템을 설명한다. 도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 의한, 투명 표시장치의 배경 차단 성능을 평가하는 새로운 기준(척도)인 '차폐율(Visual Blocking Ratio)'을 측정하는 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 5를 참조하면, 배경(BG)과 관측자 사이의 거리를 광학 값의 표준 측정 거리인 1.5m로 설정한다. 관측자의 위치에 휘도를 측정하기 위한 광 측정기(LMD)를 배치한다. 그리고, 투명 표시장치(TS)는 관측자 즉 광 측정기(LMD)와 배경(BG) 사이에 위치한다. 특히, 투명 표시장치(TS)는 광 측정기(LMD)로부터 0.5m 이격된 위치에 배치한다. 이러한 위치 설정은, 투명 표시장치(TS)가 관측자로부터 0.5m 범위 내에서 떨어져 배치되고, 관측자는 그 뒤의 배경(BG) 이미지를 관측하거나(투명 상태), 투명 표시장치(TS)가 나타내는 정보를 관측하는(불투명 상태), 가장 대표적인 두 개의 환경을 고려하고, 일반적으로 광학적 특성을 측정할 때의 표준으로 사용하는 보편적인 조건들도 함께 고려하여 설정한 것이다.
배경(BG)에는 완전 흑색(FK: Full blacK) 패턴과 원형 백색(CW; Circle White) 패턴을 선택적으로 배치한다. 여기서, 원형 백색(CW) 패턴은 대부분의 배경(BG)은 흑색(blacK)이고, 가운데에 백색 계조를 갖는 작은 원형 패턴을 형성한 것이다. 또한, 완전 흑색(FK) 패턴은 모든 배경(BG)이 0%의 휘도를 갖는 흑색(blacK)을 의미한다..
원형 백색(CW) 패턴의 크기는 1.5m 이격된 광 측정기(LMD)의 수광 렌즈(AP)의 중심점을 기준으로 0.2°의 높이를 갖는다. 또한, 이 패턴의 형상은 광 측정기(LMD)의 수광 렌즈(AP)의 구경(aperture)과 동일한 형상을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 원형 패턴에서 투명 표시장치(TS)를 통과하여 광 측정기(LMD)로 입사되는 빛의 양을 측정함에 있어서, 산란에 의한 광 특성이 원형 패턴에 의해 가감되지 않도록 구경과 같은 모양인 원형으로 설정하는 것이 바람직하다.
패턴의 크기를 0.2°로 설정한 것은, 사람이 1.5m 거리에서 빠르고 정확하게 문자 혹은 기호를 인지할 수 있는, 문자 혹은 기호의 최소 요구 높이가 0.2°임을 감안하여 설정한 크기이다. 즉, 원형 패턴의 직경은 약 12.5mm의 직경을 갖는 것이 바람직하다.
한편, 광 측정기(LMD)의 수광 렌즈 구경은 패턴 크기와 비교하여, 1°높이 값에 해당하는 직경을 갖는 것이 바람직하다. 이는, 산란 특성을 포함하여 측정하기 위한 것으로, 대부분의 포인트 디텍터(Point Detector) 내에 포함된 구경 값을 선정한 것이다. 즉, 광 측정기(LMD)의 수광 렌즈 구경은 약 62.5mm의 직경을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 배경(BG)과 광 측정기(LMD) 사이에는 투명 표시장치(TS)가 위치하는 데, 투명 표시장치(TS)는 비활성된 경우에는 배경을 그대로 투과할 수 있도록 투명 상태가 되며, 활성화된 경우에는 자신이 나타내고자 하는 비디오 정보를 표현하는 상태가 된다. 특히, 본 발명에서는 활성화 상태일 때에는 뒷 배경이 통과하지 않도록 불투명 상태가 되는 것이 바람직하다.
일례로, 투명 표시장치(TS)를 구성하는 백 라이트 유닛의 광학적 특성을 응용하여 투명 표시장치가 활성화되는 경우에만 선택적으로 배경을 차단하는 기능을 부여할 수 있다. 다른 예로, 투명 표시장치(TS)의 배면(배경 방향의 표면)에는 차광판이 합착된 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 투명 표시장치(TS)가 활성화 상태이면 차광판도 활성화되어 배경을 차단한다. 한편, 투명 표시장치(TS)가 비활성화 상태이면 차광판도 비활성화되어 배경을 투과하는 상태가 된다.
도 5와 같이 준비된 시스템에서, 먼저 투명 표시장치(TS)가 투명한 상태에서(혹은, 차광판이 없는 조건에서), 배경(BG)에 완전 흑색(FK; Full blacK) 패턴을 띄우고, 광 측정기(LMD)에서 휘도(Luminance)를 측정한다. 이 값을 '투광조건의 완전 흑색 휘도(LFK ,w/o)'로 정한다. 그리고, 투명 표시장치(TS)가 불투명한 상태에서(혹은, 차광판이 작동하는 조건에서), 배경(BG)에 완전 흑색(FK; Full blacK) 패턴을 띄우고, 광 측정기(LMD)에서 휘도를 측정한다. 이 값을 '차광조건의 완전 흑색 휘도(LFK ,w/)'로 정한다.
이어서, 투명 표시장치(TS)가 투명한 상태에서(혹은, 차광판이 없는 조건에서), 배경(BG)에 원형 백색(CW; Circle White) 패턴을 배치하고, 광 측정기(LMD)에서 휘도를 측정한다. 이 값을 '투광조건의 백색 원형 휘도(LCW ,w/o)'로 정한다. 그리고, 투명 표시장치(TS)가 불투명한 상태에서(혹은, 차광판이 작동하는 조건에서) 배경(BG)에 원형 백색(CW; Circle White) 패턴을 배치하고, 광 측정기(LMD)에서 휘도를 측정한다. 이 값을 '차광조건의 백색 원형 휘도(LCW ,w/)'로 정한다. 이와 같이 측정한 각 휘도 값들은 도 6과 같이 정리할 수 있다. 도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 차폐율을 측정하는 시스템에서 대표 패턴의 휘도 값 분포를 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, '기준 휘도(Lreference)'는 '투광조건의 완전 흑색 휘도(LFK ,w/o)'와 '투광조건의 백색 원형 휘도(LCW ,w/o)'의 차이, 즉, LCW ,w/o - LFK ,w/o가 된다. 한편, '차광 휘도(Lsample)'는 '차광조건의 완전 흑색 휘도(LFK ,w/)'와 '차광조건의 백색 원형 휘도(LCW ,w/)'의 차이, 즉, LCW ,w/ - LFK ,w/가 된다.
이와 같이 측정한 두 개의 대표 휘도 값들로 수학식 3을 정리하면, 차폐율(Visual Blocking Ratio)는 다음 수학식 4와 같이 정리할 수 있다.
Figure pat00009
이와 같이, 본 발명에서 제시한 투명 표시장치의 배경 차광 성능을 측정하는 척도인 차폐율(Visual Blocking Ratio: VBR)을 이용할 경우, 실제로 사람이 관측했을 때, 배경의 물체를 투명 표시장치가 차단하는 측정값을, 실제로 정면에서 배경 화면이 인지되지 않는 정도에 비례하는, 값으로 얻을 수 있다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 종래 기술에 의한 탁도와 차광율을 사용할 경우, 실제 관측자가 인지하는 배경 차단의 정도와 일치하지 않는 경우가 많았다. 하지만, 본 발명에 의한 차폐율을 이용하여 배경 차단 성능을 측정했을 경우, 실제로 관측자가 인지하는 배경 차단의 성능과 비례적으로 일치하는 측정 값을 얻을 수 있었다.
즉, 종래에 투명 표시장치의 배경 차단 성능의 척도로 했던, 탁도나 차광율로는 객관적이고 정확한 평가가 불가능하지만, 본 발명에 의한 차폐율을 측정하면, 객관적이고 정확한 투명 표시장치의 배경 차단 성능을 평가할 수 있다.
이하, 도 7을 참조하여, 본 발명에 의한 투명 표시장치의 배경 차단 성능에 대한 새로운 척도인 차폐율(Visual Blocking Ratio)을 측정하는 구체적인 방법에 대하여 좀 더 상세하게 설명한다. 도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 투명 표시장치의 새로운 평가 기준(척도)인 차폐율(Visual Blocking Ratio)을 측정하는 방법을 나타내는 순서도이다.
원형 백색 패턴(CW), 그리고 완전 흑색 패턴(FK)을 선택적으로 표시할 수 있는 배경(BG)을 설치한다. 그리고, 배경(BG)로부터 1.5m 이격된 위치에 광 측정기(LMD)를 설치한다.(S110)
배경(BG)과 광 측정기(LMD)를 설치할 때, 측정을 위해 적절하게 미리 설계된 지그를 이용한다면, 설치와 동시에, 원형 백색 패턴(CW)의 중심점과 광 측정기(LMD) 구경의 중심점이 일직선 상에 일치(align)하도록 정렬할 수 있다. 측정 시스템이 이동형으로 설계된 경우에는, 별도의 정렬 장비를 이용하여, 원형 백색 패턴(CW)의 중심점과 광 측정기(LMD) 구경의 중심점이 일직선 상에 놓이도록 정렬하는 단계가 필요할 수도 있다. 도 7에서 S111 단계는 필요할 수도 있고 필요치 않을 수도 있으므로, 점선으로 표시하였다. (S111)
투명 표시장치(TS)를 배경(BG)과 광 측정기(LMD) 사이에 배치한다. 특히, 광 측정기(LMD)로부터 0.5m 이격된 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 투명 표시장치(TS)에는, 필요한 경우, 차광판(도면에 도시하지 않음)이 배경을 향한 면에 합착되어 있을 수 있다. 투명 표시장치(TS)를 설치할 때, 투명 표시장치(TS)를 배경(BG) 및 광측정기(LMD)의 중앙점들과 완벽하게 일치하도록 정렬할 필요는 없다. 다만, 투명 표시장치(TS)의 중앙 부분이 배경(BG) 및 광측정기(LMD)의 중앙점을 연결하는 선상에 위치하도록 배치하는 것으로도 충분하다. (S120)
투명 표시장치(TS)를 비활성화한 상태에서, 즉, 투명 표시장치(TS)가 투명한 상태로 뒷 배경을 그대로 투사하는 상태로서, 예를 들어 차광판이 배제된 상태에서, 배경(BG)에 완전 흑색 패턴(CK)과 원형 백색 패턴(CW)을 순차적으로 표시한다. 그리고 광 측정기(LMD)를 통해 배경(BG)에 표시되는 각 패턴에 따른 휘도 값들을 측정한다. 즉, '투광조건의 완전 흑색 휘도(LFK ,w/o)'와 '투광조건의 백색 원형 휘도(LCW ,w/o)'를 측정한다.
그리고 나서, 투명 표시장치(TS)를 활성화한 상태에서, 즉, 투명 표시장치(TS)가 표시장치 자체의 비디오 정보만을 표시하기 위해 뒷 배경을 차단하는 상태로서, 예를 들어 차광판이 존재하는 상태에서, 배경(BG)에 완전 흑색 패턴(CK)과 원형 백색 패턴(CW)을 순차적으로 표시한다. 그리고 광 측정기(LMD)를 통해 배경(BG)에 표시되는 각 패턴에 따른 휘도 값들을 측정한다. 즉,'차광조건의 완전 흑색 휘도(LFK ,w/)'와 '차광조건의 백색 원형 휘도(LCW ,w/)'를 측정한다. (S130)
앞에서 설명한, 수학식 4를 이용하여, 차폐율을 산출한다. (S140)
지금까지 설명한 본 발명에 의한 차폐율을 측정하는 방법에서, 배경(BG)에 배치되는 패턴들이 완전한 계조값(Full Gray Scale)과 이에 상응하는 완전한 휘도값을 갖는다는 조건하에서 설명하였다. 예를 들어, 완전 흑색 패턴은 0%의 휘도를 갖는 조건을 만족하는 것이 바람직하다. 그리고 원형 백색 패턴의 경우, 주변은 0%의 완전 흑색 휘도를 갖고, 원형 패턴은 100% 휘도를 갖는 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
하지만, 배경(BG)으로 사용하는 패턴들이 흑색 계조와 백색 계조로만 이루어진 단순한 패턴이지만, 언제나 흑색 계조의 값이 정확히 0% 계조이며 백색 계조는 정확히 100% 계조 값을 확보할 수 없다. 표준화된 패턴을 사용하는 것이 바람직하지만, 그렇지 못할 경우, 측정하는 시스템마다 약간 다른 결과가 나타날 수 있다. 따라서, 정확한 계조 값을 갖고 있지 못한 패턴을 사용하더라도, 동일한 패턴에서 정확한 차폐율을 얻을 수 있는 측정 시스템 및 방법이 필요하다.
배경으로 사용하는 백색 계조와 흑색 계조가 정확한 계조를 나타내지 못할 경우, 차폐율이 측정 시스템마다 다르게 나타나거나, 실제 인지하는 차광 성능과 선형적으로 비례하지 못할 수 있다. 항상 일정한 측정 결과를 얻기 위해서는 흑색 계조 및 백색 계조의 상대적인 차이를 기준으로 하여 차폐율을 측정하는 시스템 및 방법이 필요하다.
<제2 실시 예>
본 발명의 제1 실시 예에서는, 광 측정기(LMD)로 측정한 휘도 값을 그대로 본 발명에서 제안하는 차폐율 공식에 대입하여 차폐율 값을 산출하였다. 실제로 제1 실시 예와 같이 수행한 경우, 정밀하게 검토한 결과, 관람자가 배경을 인지할 수 있는 정도와 차폐율의 값이 완벽하게 선형성을 이루지 못하기도 한다. 따라서, 제2 실시 예에서는, 차폐율이 실제 인지 정도와 완전히 선형성을 이루도록 하기 위한 좀 더 개선된 방법을 제안한다.
제2 실시 예에서, 차폐율의 수학적 정의(Mathematical Definition)를 정리한다면, '차광 매질의 유무에 따라 변동되는 상대적 밝기의 비율'이라고 정의할 수 있다. 제2 실시 예에서는, 제1 실시 예에서 정의한 수학식 3에, 단순히 측정한 휘도 대신에 상대 휘도인 밝기(Lightness)를 적용한다.
여기서, 휘도(Luminance)는, 기호 L로 사용하였으며, 일반적으로 말하는 밝기와 동일한 의미로 사용하기도 한다. 제2 실시 예에서 휘도 대신에 사용한 밝기(Lightness)는, 기호 L*로 사용하며, 상대적인 휘도를 의미하는 것으로, 이하에서는 휘도를 아래 수학식 5로 환산한 값을 의미한다.
Figure pat00010
Figure pat00011
Figure pat00012
이다.
여기서, L은 각 조건에서 측정한 휘도이고, LFW는 완전 백색 패턴의 측정 휘도이다.
그 결과, 밝기(Lightness)로 차폐율을 나타내는 수학식 3을 다시 정리하면, 이는 다음 수학식 6으로 정의할 수 있다.
Figure pat00013
여기서, 'ΔL* reference'은 차광판이 없는 상태에서 배경 패턴에 대해 인지하는 밝기 값으로 '기준 밝기(Reference Lightness)'이다. 한편, 'ΔL* sample'은 차광판을 통과한 배경 패턴에 대해 인지하는 밝기 값으로 '차광 밝기(Sample Lightness)'이다.
'ΔL* reference'은, 차광판을 구비한 투명 표시장치를 배경 앞에 설치하고, 차광판이 비활성화된 상태에서 투명 표시장치 앞에서 배경으로 설정한 패턴이 인지되는 정도를 밝기(Lightness)로 환산하여 나타낸 것이다. 그리고 'ΔL* sample'은, 차광판을 구비한 투명 표시장치를 배경 앞에 설치하고, 차광판이 활성화된 상태에서 투명 표시장치 앞에서 배경으로 설정한 패턴이 인지되는 정도를 밝기(Lightness)로 환산하여 나타낸 것이다.
이제, 상기 수학식 6에서 필요한 밝기 값들 즉, '차광 밝기'와 '기준 밝기'를 어떻게 측정하는 가하는 것이 중요하다. 따라서, 제2 실시 예에서는 측정한 휘도를 밝기, L*로 환산하기 위해 완전 백색 배경에 대한 휘도도 측정하여야 한다. 이로 인해, 제2 실시 예에서 제안하는 차폐율 측정 시스템은 제1 실시 예의 것과 대부분 동일하지만 약간의 차이가 있다.
이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 의한 투명 표시장치의 배경 차단 성능을 평가하는 새로운 기준인 '차폐율(Visual Blocking Ratio)'을 측정하는 방법 및 그 시스템을 설명한다. 도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 의한, 투명 표시장치의 배경 차단 성능을 평가하는 새로운 기준(척도)인 '차폐율(Visual Blocking Ratio)'을 측정하는 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 8을 참조하면, 배경(BG)과 관측자 사이의 거리를 광학 값의 표준 측정 거리인 1.5m로 설정한다. 관측자의 위치에 휘도를 측정하기 위한 광 측정기(LMD)를 배치한다. 그리고, 투명 표시장치(TS)는 관측자 즉 광 측정기(LMD)와 배경(BG) 사이에 위치한다. 특히, 투명 표시장치(TS)는 광 측정기(LMD)로부터 0.5m 이격된 위치에 배치한다. 이러한 위치 설정은, 투명 표시장치(TS)가 관측자로부터 0.5m 범위 내에서 떨어져 배치되고, 관측자는 그 뒤의 배경(BG) 이미지를 관측하거나(투명 상태), 투명 표시장치(TS)가 나타내는 정보를 관측하는(불투명 상태), 가장 대표적인 두 개의 환경을 고려하고, 일반적으로 광학적 특성을 측정할 때의 표준으로 사용하는 보편적인 조건들도 함께 고려하여 설정한 것이다.
배경(BG)에는 완전 백색(FW: Full White) 패턴, 완전 흑색(FK: Full blacK) 패턴과 원형 백색(CW; Circle White) 패턴을 선택적으로 배치한다. 여기서, 원형 백색(CW) 패턴은 대부분의 배경(BG)은 흑색(blacK)이고, 가운데에 백색 계조를 갖는 작은 원형 패턴을 형성한 것이다. 완전 흑색(FK) 패턴은 모든 배경(BG)이 0%의 휘도를 갖는 흑색(blacK)을 의미한다. 또한, 완전 백색(FW) 패턴은 모든 배경(BG)이 100%의 휘도를 갖는 백색(White)을 의미한다.
나머지 사항은, 제1 실시 예와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
도 8과 같이 준비된 시스템에서, 먼저 투명 표시장치(TS)가 투명한 상태에서(혹은, 차광판이 없는 조건에서), 배경(BG)에 완전 백색(FW: Full White) 패턴을 띄우고, 광 측정기(LMD)에서 휘도(Luminance)를 측정한다. 이 값은 '투광조건의 완전 백색 휘도(LFW ,w/o)'로 정한다. 배경(BG)에 완전 흑색(FK; Full blacK) 패턴을 띄우고, 광 측정기(LMD)에서 휘도(Luminance)를 측정한다. 이 값을 '투광조건의 완전 흑색 휘도(LFK ,w/o)'로 정한다. 이 두 값을 수학식 4에 각각 LFW와 L로 대입하여, '투광조건의 완전 흑색 밝기(L* FK ,w/o)'를 구한다.
또한, 배경(BG)에 원형 백색(CW; Circle White) 패턴을 배치하고, 광 측정기(LMD)에서 휘도를 측정한다. 이 값을 '투광조건의 백색 원형 휘도(LCW ,w/o)'로 정한다. 다시, '투광조건의 완전 백색 휘도(LFW ,w/o)'와 '투광조건의 백색 원형 휘도(LCW ,w/o)'을 수학식 4에 각각 LFW와 L로 대입하여, '투광조건의 완전 백색 밝기(L* FW ,w/o)'를 구한다.
그리고, 투명 표시장치(TS)가 불투명한 상태에서(혹은, 차광판이 작동하는 조건에서), 배경(BG)에 완전 백색(FW: Full White) 패턴을 띄우고, 광 측정기(LMD)에서 휘도(Luminance)를 측정한다. 이 값은 '차광조건의 완전 백색 휘도(LFW ,w)'로 정한다. 배경(BG)에 완전 흑색(FK; Full blacK) 패턴을 띄우고, 광 측정기(LMD)에서 휘도를 측정한다. 이 값을 '차광조건의 완전 흑색 휘도(LFK ,w/)'로 정한다. 이 두 값을 수학식 4에 각각 LFW와 L로 대입하여, '차광조건의 완전 흑색 밝기(L* FK ,w)'를 구한다.
또한, 배경(BG)에 원형 백색(CW; Circle White) 패턴을 배치하고, 광 측정기(LMD)에서 휘도를 측정한다. 이 값을 '차광조건의 백색 원형 휘도(LCW ,w/)'로 정한다. 다시, '차광조건의 완전 백색 휘도(LFW ,w)'와 '차광조건의 백색 원형 휘도(LCW ,w)'을 수학식 4에 각각 LFW와 L로 대입하여, '차광조건의 완전 백색 밝기(L* FW ,w)'를 구한다.
이와 같이 환산한 각 밝기 값들은 도 9와 같이 정리할 수 있다. 도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 차폐율을 측정하는 시스템에서 대표 패턴의 밝기 값 분포를 나타내는 그래프이다.
도 9를 참조하면, '기준 밝기(L* reference)'는 '투광조건의 완전 흑색 밝기(L* FK ,w/o)'와 '투광조건의 백색 원형 밝기(L* CW ,w/o)'의 차이, 즉, L* CW ,w/o - L* FK ,w/o가 된다. 한편, '차광 밝기(L* sample)'는 '차광조건의 완전 흑색 밝기(L* FK ,w/)'와 '차광조건의 백색 원형 밝기(L* CW ,w/)'의 차이, 즉, L* CW ,w/ - L* FK ,w/가 된다.
이와 같이 환산한 두 개의 대표 밝기 값들로 수학식 6을 정리하면, 차폐율(Visual Blocking Ratio: VBR)는 다음 수학식 7과 같이 정리할 수 있다.
Figure pat00014
이와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에서 제시한 투명 표시장치의 배경 차광 성능을 측정하는 척도인 차폐율(Visual Blocking Ratio: VBR)을 이용할 경우, 실제로 사람이 관측했을 때, 배경의 물체를 투명 표시장치가 차단하는 측정값을, 실제로 정면에서 배경 화면이 인지되지 않는 정도에 비례하는 값으로 얻을 수 있다. 특히, 그 비례하는 선형도는 제1 실시 예에 의한 것보다 더 선형성이 우수하다.
이하, 도 10을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 투명 표시장치의 배경 차단 성능에 대한 새로운 척도인 차폐율(Visual Blocking Ratio)을 측정하는 구체적인 방법에 대하여 좀 더 상세하게 설명한다. 도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 의한 투명 표시장치의 새로운 평가 기준(척도)인 차폐율(Visual Blocking Ratio)을 측정하는 방법을 나타내는 순서도이다.
완전 백색 패턴(FW), 원형 백색 패턴(CW), 그리고 완전 흑색 패턴(FK)을 선택적으로 표시할 수 있는 배경(BG)을 설치한다. 그리고, 배경(BG)로부터 1.5m 이격된 위치에 광 측정기(LMD)를 설치한다.(S210)
배경(BG)과 광 측정기(LMD)를 설치할 때, 측정을 위해 적절하게 미리 설계된 지그를 이용한다면, 설치와 동시에, 원형 백색 패턴(CW)의 중심점과 광 측정기(LMD) 구경의 중심점이 일직선 상에 일치(align)하도록 정렬할 수 있다. 측정 시스템이 이동형으로 설계된 경우에는, 별도의 정렬 장비를 이용하여, 원형 백색 패턴(CW)의 중심점과 광 측정기(LMD) 구경의 중심점이 일직선 상에 놓이도록 정렬하는 단계가 필요할 수도 있다. 도 10에서 S211 단계는 필요할 수도 있고 필요치 않을 수도 있으므로, 점선으로 표시하였다. (S211)
투명 표시장치(TS)를 배경(BG)과 광 측정기(LMD) 사이에 배치한다. 특히, 광 측정기(LMD)로부터 0.5m 이격된 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 투명 표시장치(TS)에는, 필요한 경우, 차광판(도면에 도시하지 않음)이 배경을 향한 면에 합착되어 있을 수 있다. 투명 표시장치(TS)를 설치할 때, 투명 표시장치(TS)를 배경(BG) 및 광측정기(LMD)의 중앙점들과 완벽하게 일치하도록 정렬할 필요는 없다. 다만, 투명 표시장치(TS)의 중앙 부분이 배경(BG) 및 광측정기(LMD)의 중앙점을 연결하는 선상에 위치하도록 배치하는 것으로도 충분하다. (S220)
투명 표시장치(TS)를 비활성화한 상태에서, 즉, 투명 표시장치(TS)가 투명한 상태로 뒷 배경을 그대로 투사하는 상태로서, 예를 들어 차광판이 배제된 상태에서, 배경(BG)에 완전 백색 패턴(FW), 완전 흑색 패턴(CK) 그리고 원형 백색 패턴(CW)을 순차적으로 표시한다. 그리고 광 측정기(LMD)를 통해 배경(BG)에 표시되는 각 패턴에 따른 휘도 값들을 측정한다. 즉, '투광조건의 완전 백색 휘도(LFW ,w/o)', '투광조건의 완전 흑색 휘도(LFK ,w/o)' 및 '투광조건의 백색 원형 휘도(LCW ,w/o)'를 측정한다.
그리고 나서, 투명 표시장치(TS)를 활성화한 상태에서, 즉, 투명 표시장치(TS)가 표시장치 자체의 비디오 정보만을 표시하기 위해 뒷 배경을 차단하는 상태로서, 예를 들어 차광판이 존재하는 상태에서, 배경(BG)에 완전 백색 패턴(FW), 완전 흑색 패턴(CK) 그리고 원형 백색 패턴(CW)을 순차적으로 표시한다. 그리고 광 측정기(LMD)를 통해 배경(BG)에 표시되는 각 패턴에 따른 휘도 값들을 측정한다. 즉,'차광조건의 완전 백색 휘도(LFW ,w/)', '차광조건의 완전 흑색 휘도(LFK ,w/)' 및 '차광조건의 백색 원형 휘도(LCW ,w/)'를 측정한다. (S230)
앞에서 설명한, 수학식 5를 이용하여, '투광조건의 완전 흑색 밝기(L* FK ,w/o)', '투광조건의 백색 원형 밝기(L* CW ,w/o)', '차광조건의 완전 흑색 밝기(L* FK ,w/)' 그리고 '차광조건의 백색 원형 밝기(L* CW ,w/)'를 환산한다. 또한, 이들 환산한 네 개의 값들을 수학식 7을 이용하여, 차폐율을 산출한다. (S240)
본 발명에서 제안한 투명 표시장치에서 뒷 배경을 차단하는 성능을 평가하기 위한 새로운 척도인 차폐율을 이용할 경우, 차폐율의 값의 크기가 증가할수록 실제로 관람자가 투명 표시장치를 관람할 때 뒷 배경이 인지되는 정도 역시 비례적으로 감소하는 결과를 얻을 수 있다. 종래 기술에서 사용하던 투명 표시장치의 뒷 배경 차단 성능 평가 척도는 선형적이지 않으며, 실제 관측자의 인지력과 상당한 차이를 보이지만, 본 발명에 의한 새로운 척도는 실제 관측 결과에 부합하는 선형적인 결과를 보인다. 따라서, 차폐율(Visual Blocking Ratio)는, 투명 표시장치의 배경 차단 성능을 정확하고 객관적으로 평가할 수 있는 척도라고 할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
BG: 배경 TS: 투명 표시장치
LMD: 광 측정기 AP: 수광 렌즈
FK: 완전 흑색 패턴 CW: 원형 백색 패턴
FW: 완전 백색 패턴

Claims (11)

  1. 완전 흑색 패턴 및 원형 백색 패턴을 선택적으로 표현하는 배경;
    상기 배경으로부터 제1 거리 이격하여 배치되어, 상기 완전 흑색 패턴 및 상기 원형 백색 패턴의 휘도들을 각각 측정하는 광 측정기; 그리고
    상기 배경과 상기 광 측정기 사이에서, 상기 광 측정기로부터 제2 거리 이격하여 배치되어, 투광 조건 및 차광 조건을 선택적으로 설정하는 투명 표시장치를 구비하고,
    상기 투명 표시장치의 차폐율(Visual Blocking Ratio: VBR)은, 상기 광 측정기에서 상기 투명 표시장치를 통하여 측정한 '투광조건의 완전 흑색 휘도', '투광조건의 백색 원형 휘도', '차광조건의 완전 흑색 휘도'와 '차광조건의 백색 원형 휘도'를 이용하여 다음 수식 1에 의해 산출되는 투명 표시장치의 배경 차단 성능 평가 시스템.
    (수식 1)
    Figure pat00015

    여기서, LFK ,w/o는 '투광조건의 완전 흑색 휘도'에 상응하는 값, LCW ,w/o는 투광조건의 백색 원형 휘도'에 상응하는 값, LFK ,w/는 '차광조건의 완전 흑색 휘도'에 상응하는 값, 그리고 LCW ,w/는 '차광조건의 백색 원형 휘도'에 상응하는 값을 의미한다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 LFK ,w/o는 상기 광 측정기에 측정한 상기 '투광조건의 완전 흑색 휘도', 상기 LCW ,w/o는 상기 광 측정기에 측정한 상기 '투광조건의 백색 원형 휘도', 상기 LFK,w/는 상기 광 측정기에 측정한 상기 '차광조건의 완전 흑색 휘도', 그리고 상기 LCW,w/는 상기 광 측정기에 측정한 상기 '차광조건의 백색 원형 휘도'인 투명 표시장치의 배경 차단 성능 평가 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배경은 선택적으로 완전 백색 패턴을 더 표현하고,
    상기 광 측정기는 상기 완전 백색 패턴에 대하여 '투광조건의 완전 백색 휘도'와 '차광조건의 완전 백색 휘도'를 더 측정하며,
    상기 광 측정기에서 측정한 상기 '투광조건의 완전 백색 휘도' 및 상기 '차광조건의 완전 백색 휘도'를 더 이용하여 다음 수식 2에 의해 '투광조건의 완전 흑색 밝기', '투광조건의 백색 원형 밝기', '차광조건의 완전 흑색 밝기' 및 '차광조건의 백색 원형 밝기'를 환산하고,
    (수식 2)
    Figure pat00016

    Figure pat00017

    Figure pat00018

    여기서, L*은 측정한 각 휘도들을 의미하고, L* FW는 측정한 완전 백색 휘도를 의미하며, L은 각 휘도들의 환산 밝기를 의미하며,
    상기 수식 1에서, 상기 LFK ,w/o는 상기 '투광조건의 완전 흑색 밝기', 상기 LCW,w/o는 상기 '투광조건의 백색 원형 밝기', 상기 LFK ,w/는 상기 '차광조건의 완전 흑색 밝기', 그리고 상기 LCW ,w/는 상기 '차광조건의 백색 원형 밝기'인 투명 표시장치의 배경 차단 성능 평가 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 거리는 1.5m이고,
    상기 제2 거리는 0.5m인 투명 표시장치의 배경 차단 성능 평가 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 원형 백색 패턴은, 주변은 완전 흑색 계조를 갖고, 중앙부는 제1 직경으로 완전 백색 계조를 갖되,
    상기 제1 직경은, 1.5m 거리에 떨어진 중심점을 기준으로 0.2°의 높이에 해당하는 투명 표시장치의 배경 차단 성능 평가 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 원형 백색 패턴의 모양은 상기 광 측정기의 수광 렌즈의 개구부 모양과 동일하며,
    상기 광 측정기의 상기 수광 렌즈의 개구부 직경은 1.5m 거리에 떨어진 중심점을 기준으로 1°의 높이에 해당하며,
    상기 원형 백색 패턴의 중심과 상기 수광 렌즈의 중심이 일직선 상에 정렬되어 배치된 투명 표시장치의 배경 차단 성능 평가 시스템.
  7. 완전 흑색 패턴 및 원형 백색 패턴을 선택적으로 표현하는 배경과, 상기 배경으로부터 제1 거리 이격하여 광 측정기를 배치하고, 상기 원형 백색 패턴의 중심점과 상기 광 측정기의 수광 렌즈의 중심부가 정렬선 상에 놓이도록 정렬하는 단계;
    상기 배경과 상기 광 측정기 사이에서, 상기 광 측정기로부터 제2 거리 이격하며, 중심부가 상기 정렬선 상에서 놓이도록 투명 표시장치를 배치하는 단계;
    상기 투명 표시장치가 투광조건 및 차광조건에서, 상기 배경에서 표시되는 상기 완전 흑색 패턴 및 상기 원형 백색 패턴의 휘도들을 각각 측정하는 단계; 그리고
    상기 측정된 '투광조건의 완전 흑색 휘도', '투광조건의 백색 원형 휘도', '차광조건의 완전 흑색 휘도'와 '차광조건의 백색 원형 휘도'에 기초하여 상기 투명 표시장치의 차폐율(Visual Blocking Ratio: VBR)을 계산하는 단계를 포함하되,
    상기 차폐율은 다음 수식 1에 의해 산출되는 투명 표시장치의 배경 차단 성능 평가 방법.
    (수식 1)
    Figure pat00019

    여기서, LFK ,w/o는 '투광조건의 완전 흑색 휘도'에 상응하는 값, LCW ,w/o는 투광조건의 백색 원형 휘도'에 상응하는 값, LFK ,w/는 '차광조건의 완전 흑색 휘도'에 상응하는 값, 그리고 LCW ,w/는 '차광조건의 백색 원형 휘도'에 상응하는 값을 의미한다.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 LFK ,w/o는 상기 광 측정기에 측정한 상기 '투광조건의 완전 흑색 휘도', 상기 LCW ,w/o는 상기 광 측정기에 측정한 상기 '투광조건의 백색 원형 휘도', 상기 LFK,w/는 상기 광 측정기에 측정한 상기 '차광조건의 완전 흑색 휘도', 그리고 상기 LCW,w/는 상기 광 측정기에 측정한 상기 '차광조건의 백색 원형 휘도'인 투명 표시장치의 배경 차단 성능 평가 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 배경은 선택적으로 완전 백색 패턴을 더 표현하고,
    상기 광 측정기는 상기 완전 백색 패턴에 대하여 '투광조건의 완전 백색 휘도'와 '차광조건의 완전 백색 휘도'를 더 측정하며,
    상기 광 측정기에서 측정한 상기 '투광조건의 완전 백색 휘도' 및 상기 '차광조건의 완전 백색 휘도'를 더 이용하여 다음 수식 2에 의해 '투광조건의 완전 흑색 밝기', '투광조건의 백색 원형 밝기', '차광조건의 완전 흑색 밝기' 및 '차광조건의 백색 원형 밝기'를 환산하고,
    (수식 2)
    Figure pat00020

    Figure pat00021

    Figure pat00022

    여기서, L*은 측정한 각 휘도들을 의미하고, L* FW는 측정한 완전 백색 휘도를 의미하며, L은 각 휘도들의 환산 밝기를 의미하며,
    상기 수식 1에서, 상기 LFK ,w/o는 상기 '투광조건의 완전 흑색 밝기', 상기 LCW,w/o는 상기 '투광조건의 백색 원형 밝기', 상기 LFK ,w/는 상기 '차광조건의 완전 흑색 밝기', 그리고 상기 LCW ,w/는 상기 '차광조건의 백색 원형 밝기'인 투명 표시장치의 배경 차단 성능 평가 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 거리는 1.5m이고,
    상기 제2 거리는 0.5m로 설정하는 투명 표시장치의 배경 차단 성능 평가 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 원형 백색 패턴은, 주변은 완전 흑색 계조를 갖고, 중앙부는 제1 직경으로 완전 백색 계조를 갖되,
    상기 제1 직경은, 1.5m 거리에 떨어진 중심점을 기준으로 0.2°의 높이에 해당하고; 그리고
    상기 광 측정기의 상기 수광 렌즈의 개구부 직경은, 1.5m 떨어진 중심점을 기준으로 1°의 높이에 해당하는 투명 표시장치의 배경 차단 성능 평가 방법.
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