KR20160062631A - 터치스크린 컬러영상 표시장치 및 표시장치용 보호필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컬러 디스플레이 표시장치의 오염 및 손상에 의한 화질저하 효과를 완화하고, 오염과 손상이 발생하여도 시각적 쾌적함을 유지할 수 있는 새로운 컬러영상 표시장치 및 표시장치용 보호필름을 제공하기 위한 것으로서, 픽셀 및 서브픽셀들이 2차원적으로 배열된 스크린면과, 상기 스크린면 상부에 위치하여 서브픽셀에서 발생된 광신호를 투과 및 분산시키는 분산면과, 상기 스크린면 및 분산면 사이에 두 면을 공간적으로 이격시키기 위한 광학적으로 투명한 판형의 이격판과, 상기 분산면을 덮어 보호하기 위한 광학적으로 투명한 판형의 외피판을 포함하여 구성되는데 있다.

Description

터치스크린 컬러영상 표시장치 및 표시장치용 보호필름{Touch-Screen Color Display Apparatus and protective film for the same}

본 발명은 빛의 삼원색 요소에 의해 천연색 영상정보를 표시하는 컬러 디스플레이 표시장치에 관한 것으로, 특히 사용자가 손가락과 같은 신체 일부 혹은 별도의 기구를 디스플레이 표면에 접촉하는 동작을 감지하여 사용자 입력정보를 취득할 수 있는 터치스크린 기능을 갖춘 컬러영상 표시장치 및 표시장치용 보호필름에 관한 것이다.

영상 표시장치는 시각적 영상 및 화면 정보를 생성한다. 이는 표시장치가 외부에서 인가된 2차원적 정보에 따라 공간적으로 변조된 빛의 신호를 생성 출력하여 달성된다. 표시되는 영상은 평면 혹은 약간의 곡률을 갖는 곡면의 형상을 갖는 표시장치의 스크린에 전기적 방법으로 투사되어 광학적 신호로 전환된다. 이때 사용자는 고유의 시각기관을 통해 스크린에 표시된 영상정보를 취득 및 감지하게 된다.

이러한 영상 표시장치는 스크린에 규칙적으로 배열된 다수의 표시단위 화소인 픽셀(pixel)을 갖는다. 입력된 디지털 영상정보는 전기적 방법에 의해 각 픽셀에 분배되고, 이에 맞추어 픽셀의 광학적 출력을 결정하는 방식으로 표시영상이 생성된다.

영상 표시장치에서 픽셀들은 스크린면 위에 일정한 면적을 점유하고 병렬적이고 규칙적으로 배열된다. 이러한 배열에서 픽셀 중심간의 물리적 간격을 픽셀피치(pixel pitch)라 한다. 픽셀피치는 화소분포의 촘촘함을 나타내는 척도이다. 픽셀피치가 작을수록 단위 면적당 픽셀의 밀도가 높고, 더 향상된 해상도로 영상정보를 표시할 수 있다.

각 픽셀이 출력하는 광신호의 색(color)은 시각적으로 인지된 파장별 성분의 세기 곧, 광학 스펙트럼에 의해 결정된다. 적절히 선택된 삼원색 성분들의 합성으로 인체 시각계의 색인지 영역 내에서 대부분의 색을 생성할 수 있다. 컬러 디스플레이 표시장치는 각 픽셀이 색요소의 합성에 의해 목표하는 색의 빛을 생성한다. 대부분의 경우, 각각의 픽셀이 세 개 혹은 그 이상의 공간적으로 분리된 하위화소인 서브픽셀(subpixels)을 갖고 각 서브픽셀이 서로 다른 색요소의 빛을 출력한다. 이때 각 서브픽셀들의 발광면은 픽셀면 내에서 일정한 면적을 점하고 서로 겹침이 없이 병렬적으로 배치된다.

각 서브픽셀은 독립적으로 출력광 세기를 조정할 수 있는 변조 가능한 미세 발광원으로 기능한다. 각 서브픽셀은 유기발광다이오드(OLED)와 같은 능동적 발광원일 수도 있고, 액정소자(LCD)와 같이 별도의 광원을 가지고 개별 서브픽셀 소자가 광학 변조기로 기능할 수도 있다. 어떤 경우에나 서브픽셀은 단위 광신호의 생성원으로 기능하며 공간적으로 변조된 영상정보를 형성하는 최소 단위 요소이다.

전형적인 컬러 디스플레이 표시장치는 적(R), 녹(G), 청(B)의 삼원색 요소를 출력하는 세 가지 서브픽셀들로 픽셀을 구성된다. 이 이외에 백색과 같은 다른 색깔의 서브픽셀을 추가적으로 갖는 경우도 있다. 이하의 설명에서는, 적녹청 및 RGB 광신호의 합성으로 천연색을 구현하는 경우를 중심적으로 설명한다.

전형적인 컬러 디스플레이 표시장치에서 각 픽셀은 R, G, B의 서브픽셀들이 일정한 발광면을 갖고 규칙적으로 배열된 구조를 갖는다. 가장 전형적인 형태는 스크린의 면 위에 정사각형의 픽셀을 갖고, 각 픽셀을 RGB의 세 서브픽셀들이 수평으로 분할하여 서로 병렬적으로 배치된 막대형 픽셀 디자인(RGB stripe pixel design)을 따른다. 이에 따라 각 픽셀을 장치 외부에서 현미경 등의 광학적 도구로 관찰하면 서브픽셀들이 병렬적으로 배치된 형상을 확인할 수 있다. 한편, 각 픽셀의 면은 서브픽셀 이외에 픽셀의 동작에 요구되는 부가적 요소들이 배치된 비발광 흑색의 마스크 영역(masked region)을 가질 수 있다.

하나의 픽셀이 가진 다수의 서브픽셀들이 서로 다른 색깔의 빛을 출력하고, 서브픽셀에서 유래한 출력광선들이 사용자 시각계 망막의 한 점에서 감각되어 픽셀의 밝기와 색정보가 얻어진다. 한 픽셀 내부에서 서브픽셀들이 출력하는 광량의 유효한 합을 픽셀의 밝기(brightness), 혹은 휘도(luminance)라 한다. 한편, 서브픽셀들이 출력하는 광량의 상대적 비율에 의해 픽셀의 색상(color hue)이 결정된다. 인체의 시각계의 반응특성에 의해 파장 555nm 인근의 녹색계열 빛이 가장 밝게 인지되며, G-서브픽셀이 휘도에 가장 큰 기여를 갖는다. 반면 R-서브픽셀과 B-서브픽셀은 휘도에 대한 기여가 상대적으로 적으나 색도(chrominance)에 대한 결정력을 갖는다.

컬러 디스플레이 표시장치의 사용자가 적절히 떨어진 거리에서 픽셀들이 2차원적으로 배치된 표시장치의 스크린을 바라볼 때, 사용자의 시각적 분해능의 한계에 의해 스크린의 픽셀분포 및 서브픽셀의 미세구조를 인지하지 못하고, 다만 공간적 저주파성분의 표시영상 정보만 획득된다. 인접한 서브픽셀들에서 발생된 다른 색깔의 빛이 시각계 망막에서 사실상 한 점에서 감응되어 색요소의 합성이 달성되고 픽셀의 색정보가 인지된다.

인체의 시각능력에서 공간적 분해능(spatial resolution)은 눈의 동공, 렌즈 및 망막이 갖는 근본적 회절한계, 광학 수차, 망막의 광감지 세포의 밀도에 의해 종합적으로 결정된다. 공간적 분해능은 사람마다 상이하고 측정 조건에 따라서 달라질 수 있다. 보통의 건강한 사람이 가질 수 있는 최상의 시각적 분해능은 대략 1/60도 즉, 1분 정도의 각분해능에 해당된다. 이는 눈으로부터 30cm 떨어진 위치에서 0.09mm 정도, 혹은 200cm 떨어진 위치에서는 0.6mm 만큼 떨어진 두 점을 시각적으로 겨우 분해할 수 있는 수준이다.

휴대용 디지털 기기에 활용되는 컬러 디스플레이 표시장치는 사용자의 눈이 보통 표시장치로부터 30cm 내외의 근접한 거리에 놓이게 된다. 이 경우에 픽셀피치는 0.1mm 내외가, 인접한 서브픽셀간의 거리는 그 절반 이내가 적합하다. 이보다 과도하게 큰 픽셀피치를 갖는 경우 픽셀 및 서브픽셀 고유의 발광 형상이 시각적으로 인지되면서 표시영상이 거친 시각적 느낌을 줄 수 있다. 반면 이 보다 월등히 작은 픽셀피치는 시각적 탁월성의 이득이 크지 않고, 디스플레이 소자의 제작비용 상승, 광효율 감소 등의 문제를 가져오기 때문에 선호되지 않는다. 이러한 이유로 종래의 기술에서 휴대용 디지털 기기의 터치스크린 표시장치는 대부분 0.05mm에서 0.15mm 사이의 픽셀피치를 갖는다.

다수의 스마트폰, 태블릿 컴퓨터와 같은 휴대용 디지털 기기는 표시장치에 의해 터치스크린 사용자 인터페이스를 구현한다. 터치스크린 디스플레이에서 사용자가 손가락과 같은 신체 일부 혹은 별도의 포인팅 기구를 디스플레이 소자 표면에 접촉시키면 내장된 접촉 센서의 배열에 의해 다양한 물리적 방법으로 접촉점의 위치를 감지한다. 이러한 접촉 및 접촉점의 이동은 사용자의 명령정보를 입력하는 수단으로 컴퓨터의 마우스와 같은 입력수단을 대신한다.

터치스크린 기능을 갖춘 표시장치는 디지털 기기의 주요한 입력 및 출력장치로 활용된다. 이러한 특성상 표시장치는 빈번하게 외부물과 접촉되어 오염과 손상이 발생하게 된다. 이것은 특히 표시장치가 시각적 정보를 제공하는 디스플레이 스크린의 외부면 곧, 디스플레이면에 발생했을 때 표시장치의 고유 성능을 저하시킬 수 있다.

디스플레이면의 오염 및 손상에 따른 부정적 효과는 두 가지로 구분할 수 있다.

첫째, 이는 소자의 외관이 갖는 미감을 감퇴시킨다. 이러한 효과는 주로 디스플레이 소자가 비발광 상태에 있고 외부 반사광이 매끄러운 디스플레이면에 비쳐 보일 때, 표면의 불균질성이 지저분한 느낌을 주어 기기 및 소자의 미감적 선호성을 감퇴시키는 문제이다. 본 발명은 이와 같은 문제의 해결과는 무관하다.

둘째, 디스플레이면의 오염 및 손상은 표시장치의 정상적 디스플레이 동작을 간섭한다. 이러한 효과는 표시장치가 발광하며 동작하는 상태에 있을 때, 표시되는 화면정보가 미세하게 왜곡 및 변형되어 사용자의 시각계에 감응되는 방식으로 나타나는 것이다. 이 문제는 표시장치 고유의 기능을 저하시키는 근원적 문제로서, 본 발명에 의한 표시장치가 해결하고자 하는 기술적 과제를 제시한다.

오염 및 손상에 의해 표시장치가 사용자에 제공하는 시각적 정보는 미세하게 왜곡 및 변형될 수 있고 이는 인지적 쾌적성이 저하되는 방식으로 화질감퇴를 야기한다. 이는 기기의 활용에서 보다 많은 긴장과 스트레스를 유발하고 잠재적으로 사용자의 시각건강을 위협할 수도 있다.

터치스크린 표시장치에서 가장 빈번하게 발생하는 오염 요인은 사용자의 피부나 음식물로부터 유래한 기름으로, 이러한 기름이 표시장치의 디스플레이면에 부착되어 나타나는 현상에 있다. 이는 특히 사용자의 얼굴에 밀착하여 사용되는 스마트폰과 같은 전화기형 기기에서 일상적으로 발생할 수 있다. 혹은, 사용자가 기름기를 갖는 피부, 음식 등을 만진 후에 손가락으로 디스플레이면에 접촉하여 터치스크린 동작을 하는 경우에도 발생한다. 디스플레이면에 기름이 부착된 상태에서 터치스크린을 활용하면 기름의 점막에 불규칙적 형상의 미세요철이 가해진다. 미세요철의 기름막은 표시장치의 광신호가 사용자의 눈에 전달되는 과정에서 투사된 영상정보를 간섭하고, 디스플레이면 위에 무작위적 잡음성 패턴을 만들 수 있다.

한편, 표시장치의 디스플레이면 위에 다양한 요인에 의해 미세한 흠집 곧, 미세 스크래치(micro-scratches)가 형성되어 비슷한 효과를 만들 수 있다. 통상의 표시장치에서 디스플레이면은 매끈한 유리판에 의해 보호된다. 외부적 요인에 의해 디스플레이면에 미세한 손상이 가해질 수 있다. 이는 거칠고 단단한 물체에 의해 의도치 않게 긁히거나 혹은 사용자가 부적절한 수단에 의해 스크린 유리면을 닦는 과정에서 발생하곤 한다. 그 결과 좁은 폭을 갖는 미세한 골들이 유리면에 새겨지고 기름막의 경우와 비슷한 특성으로 영상정보를 왜곡시켜 시각적 쾌적성을 감퇴시킬 수 있다.

이상에서 서술한 오염과 손상에 대한 대비책으로서, 혹은 다른 목적에 의하여, 사용자는 디스플레이면에 보호용 피막 곧, 보호필름을 부착하여 사용하기도 한다. 보호필름은 사용자에 의해 디스플레이면 위에 부착하는 플라스틱 혹은 유리 재질의 얇은 소재로서 표시장치 디스플레이면의 보호용 외피이다. 보호필름은 스크래치나 오염에 대한 대책, 혹은 디스플레이 소자의 파손시 유리입자의 비산방지 등의 기능을 제공할 수 있다. 통상 보호필름 자체는 디스플레이 소자 고유의 유리면에 비해 손상에 취약할 수 있으나, 사용자가 쉽게 교체할 수 있다는 점에서 이러한 이점을 얻을 수 있다.

일부의 보호필름은 그 표면이 미세한 요철형상을 가진 무광표면(matte surface)으로 처리되어 있다. 이러한 비광택성 표면처리(non-glossy finish)의 일차적 효과로 외부광의 정반사에 의한 번들거림(glare)을 줄인다. 또한, 고유의 표면형상에 의해 사용자 피부의 접촉감을 보다 부드럽게 만들 수 있다. 이와 동시에 터치스크린 활용에서 실접촉 면적의 감소에 의해 사용자의 피부로부터 오염물이 옮겨오는 현상을 완화할 수 있다. 또한, 미량의 오염이나 손상이 발생하여도 고유의 요철형상에 의해 그 존재가 가시적이 되지 않게 하는 효과도 있다. 이러한 이유로 무광표면의 보호필름은 지문방지 효과 즉, 기름오염에 의한 화질저하 효과를 완화하는 작용을 하는 것으로 알려져 있다.

그러나 실제의 활용에서 보호필름은 스크래치와 오염에 더 취약할 수 있다. 또한 광학적 투과성이 충분히 높지 않은 경우 탁하고 불균질한 영상을 만드는 요인을 제공한다. 특히, 무광표면의 보호필름은 표면의 미세요철에 의해 빛을 여러 방향으로 분산 및 산란시켜 화면의 선명함을 가시적으로 저하시킨다. 또한, 무광표면을 갖추고 있는 경우에도 오염과 손상의 정도가 심각하면 보호필름의 요철구조가 본래의 기능을 수행하지 못 한다는 점에서 한계를 갖는다.

한편, 기름에 의한 오염 문제는 디스플레이면 혹은 그 위에 부착된 보호필름의 표면에 적절한 재료적 특성을 부여하여 완화시킬 수도 있다. 발유코팅(oleophobic coating)은 유리면에 기름의 부착성을 완화시키는 표면처리 기술로 터치스크린 표시장치에 많이 활용되고 있다. 발유코팅을 장착한 스크린 유리면은 기름 반발의 특성에 의해 기름이 잘 묻지 않게 해주고 오염이 발생하여도 쉽게 쓸어 내어 제거할 수 있도록 한다.

실제 활용에서 발유코팅은 다음과 같은 한계와 단점을 가진다. (한국특허 공개번호 10-2013-001359 참고.)

첫째, 발유코팅의 소재가 갖는 내구성은 보통 충분치 않아 수개월 내에 마모, 퇴화되어 고유의 발유 성능을 잃을 수 있다.

둘째, 상당수 활용에서 사용자가 보호필름을 피복하여 표시장치 고유의 발유코팅면이 기능을 발휘할 수 없다.

셋째, 보통의 발유코팅재는 마찰력을 증대시킬 수 있고 특히, 습한 손가락 바닥이 스크린 유리면 위에서 접촉된 채 슬라이드 동작을 하며 이동하려 할 때 높은 저항을 발생시켜 터치스크린 활용 쾌적성이 감퇴할 수 있다.

넷째, 발유코팅에 높은 점도의 기름이 다량 오염될 경우에는 본래의 기능을 효과적으로 발휘하지 못할 수 있다.

이상에서 제시한 터치스크린 표시장치의 오염, 손상에 따른 화질저하 문제에 대하여, 구체적으로 어떤 광학적 과정을 통해 시각적 화질을 저하시키는지에 대한 연구나 보고는 현재까지 알려진 바가 없다. 특히 종래의 기술들은 이상의 문제를 해결하기 위해 터치스크린의 오염과 손상을 최소화하기 위한 것으로 디스플레이면의 재료적 표면특성 개선에만 연구 개발되었다. 따라서 전술한 바와 같이 이러한 방법들은 그 효과와 활용성이 제한적이다.

한국출원번호 제10-2010-0085108호 : 이동 단말기 한국출원번호 제10-2012-7016601호 : 광학 적층체 및 광학 적층체의 제조방법

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 컬러 디스플레이 표시장치의 오염 및 손상에 의한 화질저하 효과를 완화하고, 오염과 손상이 발생하여도 시각적 쾌적함을 유지할 수 있는 새로운 컬러영상 표시장치 및 표시장치용 보호필름을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 소자에 기름, 미세 스크래치 등에 의한 오염 및 손상이 발생하여도 스크린에 투사된 본래의 영상정보가 최소의 왜곡에 의해 사용자 시각계에 전달될 수 있도록 하는 컬러영상 표시장치 및 표시장치용 보호필름의 구조를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터치스크린 컬러영상 표시장치의 특징은 픽셀 및 서브픽셀들이 2차원적으로 배열된 스크린면과, 상기 스크린면 상부에 위치하여 서브픽셀에서 발생된 광신호를 투과 및 분산시키는 분산면과, 상기 스크린면 및 분산면 사이에 두 면을 공간적으로 이격시키기 위한 광학적으로 투명한 판형의 이격판과, 상기 분산면을 덮어 보호하기 위한 광학적으로 투명한 판형의 외피판을 포함하여 구성되는데 있다.

바람직하게 상기 분산면은 공간적으로 불균일한 광선굴절 혹은 광학적 회절 혹은 광학적 산란에 의하여 상기 투과 광신호의 광선들을 공간적으로 분산시키는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 공간적으로 분산되는 광선의 유효 분산폭은 0.008 라디안 이상인 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 이격판에 의한 이격거리는 0.2mm 이상, 2mm 이하인 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 분산면은 광학적 굴절률이 공간적으로 규칙적 혹은 비규칙적으로 변조되는 굴절률 변조구조를 통해 입사광에 대하여 분산광선을 야기하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 분산면은 상기 외피판 혹은 상기 이격판의 표면이 갖는 요철구조의 기하학적 형상이거나, 혹은 상기 분사면이 상기 외피판과 이격판 사이에 위치한 광학적으로 투명한 필름으로 그 표면의 미세 요철구조의 기하학적 형상인 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 분산면은 요철구조 혹은 상기 굴절률 변조구조가 규칙적으로 반복되고, 이에 따라 상기 분산면 평면의 2차원 공간에서 한 방향 혹은 둘 이상의 방향에서 주기적으로 나타나며, 상기 스크린면의 평면에서 픽셀들이 배열되는 방향 혹은 그 직교한 방향과 평행한 축의 방향을 따라서 상기 요철구조 혹은 상기 굴절률 변조구조의 공간적 주기를 측정하고, 이때, 상기 픽셀피치를 상기 공간적 주기로 나눈 비례치가 2, 3, 4, 5, 6과 같이 정수이거나, 혹은 2.5, 3.5, 4.5, 5.5, 6.5와 같은 반정수를 중심으로 0.1의 범위 이내의 값을 갖는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 분산면은 요철구조가 양의 곡률을 갖는 영역과 음의 곡률을 갖는 영역을 갖고, 상기 음과 양의 곡률 영역들이 상기 분산면 평면의 한 방향 혹은 두 방향을 따라 교대하여 나타내는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 요철구조는 인접한 음과 양의 곡률 영역들 사이의 너비 비율이 0.5와 2의 범위 내에 있어, 요철의 형상이 부드럽게 변화하는 원만한 곡면을 따르는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 요철구조는 공간적 주기가 0.050mm 보다 작고 0.002mm 보다 큰 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터치스크린 컬러영상 표시장치용 보호필름의 특징은 터치스크린 컬러영상 표시장치의 외면에 부착하는 표시장치용 보호필름에 있어서, 광학적으로 투명한 플라스틱 혹은 유리 재질의 필름부와, 필름의 한쪽 면에서 접착성 젤 혹은 액체상의 접착재를 가져, 종래의 컬러영상 표시장치의 스크린 외면에 상기 접착재의 접착성에 의하여 부착이 용이하도록 하는 도포재로 구성되며, 이때, 상기 필름부와 접착재의 광학적 굴절률이 0.01 이상의 차이를 갖고 서로 상이하고, 상기 필름부와 도포재 사이의 계면이 미세하게 볼록하거나 또는 오목하거나 또는 볼록 및 오목한 계면요철의 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 필름부와 도포재 사이의 계면이 갖는 상기 계면요철에 의하여 투과광선이 공간적으로 분산되어 분산광선을 형성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 필름부 평면의 한 축과 평행한 방향을 따라 측정된 분산각에 따른 광세기 분포에 대하여 분산각 표준편차의 3.46배를 유효 분산폭이라 할 때, 상기 유효 분산폭이 0.037 라디안 보다 크고 0.225 라디안보다 작은 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 계면요철은 규칙적이고 주기적이며, 상기 필름부 평면의 한 방향을 따라 측정한 상기 계면요철의 공간적 주기가 0.050mm 보다 작고 0.002mm 보다 큰 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 계면요철의 주기적 요철구조는 국소적으로 양의 곡률을 갖는 영역과 음의 곡률을 갖는 영역을 갖고, 상기 음과 양의 곡률 영역이 상기 필름부 평면의 한 방향 혹은 둘 이상의 방향을 따라 교대하여 나타나는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 인접한 음과 양의 곡률 영역들 사이의 너비 비율이 0.5와 2의 범위 내에 있으며, 요철의 형상이 부드럽게 변화하는 원만한 곡면을 따르는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 터치스크린 컬러영상 표시장치 및 표시장치용 보호필름은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 외부에서 표시장치가 발생하는 광신호를 관찰할 때 인접 서브픽셀들의 광신호들이 분산광선의 작용에 의해 물리적으로 합성된다. 따라서, 본 발명에 의한 표시장치 혹은 본 발명에 의한 보호필름을 부착한 표시장치의 외면에 기름, 스크래치 등에 의해 미세한 공간적 재변조가 발생하여도 이러한 요인에 의해 가시적인 표시정보의 왜곡이 발생하지 않으며 시각적 쾌적성이 유지되는 효과를 갖는다.

둘째, 분산판 혹은 필름부 요철구조에 의한 광신호의 공간적 확산에 의하여 표시장치가 갖는 고유의 픽셀 배열구조 즉, 서브픽셀들이 공간적 구분되어 배치된 형태가 외부에 드러나지 않는다. 이에 의해 오염 및 손상에 따른 의도치 않은 광학적 재변조가 가시적 잡음 패턴을 남기지 않는 효과를 준다. 이에 따라서, 본 발명이 제시하는 컬러 디스플레이 표시장치는 항상 쾌적성을 갖고 표시정보를 사용자에게 제공할 수 있다.

도 1 은 컬러 표시장치에서 색띠 발생 현상의 메커니즘을 설명하기 위한 도면
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 컬러영상 표시장치의 단면도
도 3(a)는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 서브픽셀 배치도
도 3(b)는 본 발명에 따른 컬러영상 표시장치의 분산면이 갖는 분산특성 그래프
도 4 는 본 발명에 따른 표시장치에서 분산특성에 의한 스크린면의 겉보기 모습의 변화를 보여주는 도면
도 5 는 본 발명에 따른 표시장치의 모형실험 결과의 사진
도 6 은 본 발명에서 제시하는 분산면의 구조를 설명하는 도면

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 터치스크린 컬러영상 표시장치 및 표시장치용 보호필름의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

일반적으로 기름막에 의한 화질 저하현상은 디스플레이면 위에 기름이 부착되고 손가락 바닥과 같이 미시적으로 거친 표면에 의해 기름막을 일정한 방향으로 쓸어 주었을 때 가장 강렬하게 관찰된다. 이러한 작용에 의해 디스플레이면에 기름막이 부분적으로 쓸리며 기다란 미세 요철형상을 갖게 된다. 이 요철의 방향을 따라 여러 색깔의 미세한 색띠(color stripes)가 관찰되게 된다. 미세 스크래치의 경우에도 다수의 골이 일정한 방향으로 형성될 때, 얇은 색띠가 시각계에 의해 관찰되는 현상이 발생한다.

이러한 미세 색띠는 스크린에 투사된 영상에 더해져 잡음요소로 작용하며 시각적 쾌적성을 심대하게 저해한다. 선명한 색상 대비를 갖는 여러 색의 색띠가 난잡한 패턴을 형성함에 따라 사용자의 시각계에서 보색대비에 의해 강화된 시각적 난잡함이 감지된다. 이러한 색띠는 사용자가 바라보는 방향의 작은 변화에도 색상이 변화하여 그 존재가 더욱 가시화된다.

이러한 색띠의 발생현상은 표시장치의 스크린이 세 가지 색요소 성분을 모두 출력하는 백색계열의 면을 표시할 때에 각별히 강렬하게 나타난다. 또한, 손가락으로 쓸어주는 방향에 따라 색띠의 강도와 특성이 달라지는 것이 관찰된다. 특히, 그 방향이 RGB 서브픽셀 배열과 수직을 이룰 때 매우 강해진다.

이러한 특성들을 종합할 때, 오염 및 손상에 따른 색띠 잡음의 형성은 표시장치가 색 표현을 위하여 다른 색깔의 서브픽셀들을 규칙적으로 배열하고 있는 것에서 유래함을 알 수 있다. 공간적으로 분리된 서브픽셀로부터 유래한 색 요소의 광선은, 스크린면과 사용자의 눈 사이에 미세 구조의 장막과 같은 요소가 존재하여 공간적으로 재변조 작용을 가함에 따라 모아레 무늬(Moire pattern)와 같은 양상으로 나타난다. 이는 디스플레이면 위 특정 패턴의 기름막이나 스크래치 골이 2차원의 영상정보를 미세하게 재변조하여 가공의 가시적 패턴을 생성하는 것으로 이해할 수 있다.

이하에서, 도면을 활용하여 본 발명과 관련된 광학적 현상 및 본 발명의 구체적 원리를 제시할 것이다. 여기서 제시되는 도면과 도면에 대한 설명에서는, 기하광학적 방법에 의하여 빛을 광선들의 집합으로 묘사할 것이다. 각 광선은 광학적 세기를 갖고 빛이 전파되는 경로를 선으로 나타낸다.

그러나 이는 광학현상을 간결하게 표현하기 위한 것으로, 본 발명의 특성이 기하광학적 특성에 의해 온전히 파악됨을 의미하지는 않는다. 본 발명의 구현에서는 마이크로미터 수준의 미세구조를 포함하여 빛의 전자기 파동적 특성이 회절, 간섭, 산란 및 편광과 같은 현상으로 나타날 수 있다. 본 발명의 묘사에서는, 통상적인 정의와 같이, 빛의 광선을 인간의 시각계로 구분하지 못 할 만큼 미세한 폭을 갖는 유사 평면파 평행광의 전파경로로 정의한다. 또한, 본 발명의 설명에서 비기하광학적 특성이 크게 드러날 때에는, 광선들의 집합을 세기와 위상을 갖고 3차원 공간에서 전파되는 파동으로 설명할 것이다.

한편, 아래의 설명에서, 공간상에서 사실상 동일한 경로를 갖는 광선들의 집합은 광학적 세기가 증대된 단일한 광선으로 취급할 수도 있다. 또한, 단일 광선으로 취급될 수 있는 미세한 차이를 갖는 광선들이 어떤 지점에서 뚜렷하게 상이한 경로를 갖는 방식으로 분리되어 편향되면 이를 광선의 분산이라 할 것이다. 본 발명의 설명에서, 분산(dispersion)은 굴절, 회절, 산란 등의 여러 원인에 의해 한 무리의 빛살이 공간적으로 확산되는 양상을 지칭한다. 분산은 빛의 경로가 여러 방향으로 퍼지는 현상으로, 여기서 빛의 파장에 따른 굴절률의 변화와 관련된 현상을 지칭하는 색분산(chromatic dispersion)과는 관계가 없음을 명확히 한다.

도 1 은 컬러 표시장치에서 색띠발생 현상의 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.

도 1의 표시장치는 스크린면(101)과 외피판(102)으로 구성되어 있다.

상기 스크린면(101)은 다수의 서브픽셀(111, 112, 113)을 갖고, 상기 외피판(102)은 이를 덮어 보호하는 광학적으로 투명한 판재이다. 각각은 두께에 비해 월등히 넓은 면적을 가진 판형의 것으로 서로 적층되어 있다. 한편, 도 1의 표시장치에는 터치 감지를 위한 센서가 별도로 포함될 수 있다.

도 1에서, 스크린면(101)의 픽셀들은 점선 화살표(121, 122, 123)로 도시된 것과 같이 여러 광선들의 경로로 광신호를 출력한다. 이때, 외피판(102)의 외면에 외적 오염의 기름막(131)이 다수 존재한다고 가정하여, 도 1에서 외피판 표면에 기름막(131)이 다수 영역에서 국부적으로 존재하는 상황이 묘사되고 있다. 여기서 외피판 표면은 기름막(131)에 덮인 영역과, 그렇지 않은 기름막 부재영역을 갖는다.

도 1에서 132가 지시하는 것과 같은 기름막 부재영역(132)에서는 외피판 표면이 오염없이 깨끗하여 그 외면이 직접 드러나 있다. 기름막 분포의 부재영역이 생기는 원인은 차후 부연한다.

상기 스크린면(101)은 다수의 픽셀 배열을 갖고 각 픽셀은 공간적으로 분리된 서브픽셀들을 갖는다. 각 서브픽셀은 고유한 발광면에 의하여 각기 다른 색요소 빛의 광신호를 생성한다. 상기 스크린면(101)에서, 영문자 R, G, B로 표시된 사각형은 각각 적색의 R-서브픽셀(111), 녹색의 G-서브픽셀(112), 청색의 B-서브픽셀(113)을 나타낸다.

도 1에서 보이는 바와 같이, 각 서브픽셀이 발생시키는 색요소의 빛은 여러 방향으로 발산하며 외피판(102)을 투과한다. 도면에서 121, 122의 화살표는 112의 G-서브픽셀이 발생시킨 녹색 빛이 취할 수 있는 다양한 경로 중 일부를 보여준다.

그리고 상기 기름막(131)은 고유한 표면장력과 내적 불균질성에 의해 불규칙한 요철을 자연적으로 형성한다. 이때, 기름막(131)은 그 두께에 비해 넓은 면적을 점하는 양상을 띨 수 있다. 혹은, 다수의 독립적 미세 기름입자가 서로 인접하여 밀도 높게 배치된 것일 수도 있다. 미세한 두께의 기름막(131)이 갖는 투명성을 고려할 때 빛의 흡수는 무시할 수 있다.

상기 기름막(131)이 갖는 미시적 비평탄 형상에 의하여, 서브픽셀에서 발생한 광선이 기름막(131)을 통과할 때는 여러 방향으로 분산되게 된다. 이것은 기름막(131)의 요철 곡률에 따른 굴절로 파악할 수도 있고, 혹은 미세한 요철이 입사된 빛의 파동을 공간적 위상 변조하여 회절 및 산란을 야기하는 것으로 이해할 수도 있다.

이상에서 설명한 원인에 의하여, 도 1에서 121의 광선은 기름막 영역을 통과하며 124에 나타낸 다수의 광선들로 분산된다. 이때, 분산되는 광선의 각 범위는 기름막(131) 요철의 기하학적 형상에 따라 달라진다. 이와 같이 본래 하나의 광선에서 기름막(131) 요철에 의해 여러 방향으로 분산되는 광선을 분산광선이라 할 것이다.

한편, 기름막 부재영역(132)을 통과하는 122와 같은 광선은 이러한 공간적 분산없이 단번의 굴절로 외피판(102)을 투과한다. 이와 같이 분산을 겪지 않고 단선적으로 진행하는 단행경로의 광선을 단행광선이라 할 것이다.

외피판(102) 표면의 기름막(131)을 투과하는 분산광선은 무작위적인 방식으로 서브픽셀의 광신호가 흩어지게 한다. 반면에, 기름막 부재영역(132)을 투과하는 단행광선은 고유의 방향으로만 광신호를 전달한다.

도 1에서, 123의 단행광선들이 나타내는 바와 같이, 한 지점의 기름막 부재영역(132)을 통과하는 광선은 부재영역과 서브픽셀간의 상대적 위치에 의해 결정되는 방향으로 색요소의 광선을 투과시킨다. 즉, 단행광선의 투과광은 방향적으로 불균질하다. 반면, 인근의 기름막(131) 영역을 통과하여 나타나는 분산광선은 방향적으로 보다 균질하다.

사용자가 거리를 두고 외부에서 외피판(102)을 바라볼 때, 시각계 동공의 좁은 개구를 통과하는 일부 광선들만이 감응된다. 고로, 외피판(102)의 한 지점에서 동공의 방향으로 전파하는 광선들만이 관찰된다. 외피판(102)의 기름막 부재영역(132)을 통과하는 단행광선은 방향별로 다른 색을 띠고, 반면에 기름막(131)의 분산광선은 분산효과에 의하여 방향에 따른 색차를 적게 갖는다. 따라서 외피판(102)의 각 영역은 기름막(131)의 분포 및 부재영역의 분포에 따라 어떤 색을 띠거나 띠지 않는 것으로 관찰된다.

이러한 과정에 의하여, 스크린 면이 균질한 색의 광신호를 생성하는 경우에도, 외피판(102)의 어떤 지점이 시각계에 제공하는 색은 기름막 부재영역(132)과 서브픽셀 배열 사이의 관계에 의해 불균질해질 수 있다. 외적 오염의 기름막(131) 특성상 그 분포와 배열은 무작위적이라 할 수 있다. 따라서 시각계에는 외피판(102) 표면에서 불규칙적이고 난잡한 색점(color spots)들의 분포를 관찰할 수 있다. 색점들의 크기가 모두 작다면 시각적 분해능 한계에 의해 색요소의 합성이 발생하고 색점들의 가시성은 높지 않다.

그런데, 터치스크린의 활용에 의하여 외피판(102) 위의 기름막 부재영역(132)이 일정한 패턴을 갖도록 재배치될 수 있다. 이는 기름 오염된 외피판(102)에 손가락 바닥을 접촉하고 일정한 방향으로 쓸어내리며 슬라이드하게 될 때 발생한다. 피부표면 고유의 미세 요철에 의해 피부의 일부분만이 외피판(102)에 밀착하게 된다. 슬라이드 동작에 의해 이 밀착 영역들이 함께 평행 이동하고, 밀착점들이 기름막을 청소하며 쓸어 내어 길고 좁은 기름막 부재영역(132)들이 평행하게 형성된다.

만약 이렇게 생성된 기름막 부재영역(132)의 띠들이 적녹청 서브픽셀의 배열방향과 직교한 방향으로 배열되면, 시각계가 관찰하는 동일 색상의 색점들도 이와 같은 방향으로 직선을 따라 배치된다. 사용자의 시각계는 스크린에 색점들의 직선적 배열 곧, 색띠로 이를 인지하게 된다. 색점에 비해 색띠는 긴 직선형상을 띠므로 가시성이 훨씬 높다. 이는 뚜렷한 시각적 잡음요소로 작용한다.

이상에서 설명한 색띠발생의 현상은 모아레 무늬(Moire pattern)의 발생 현상과 유사하다. 모아레 무늬는 일정한 방향과 간격을 갖는 평행 그리드 선들로 채워진 두 장의 판을 서로 겹쳤을 때 관찰되는 특유의 줄무늬 패턴이다. 표시장치의 서브픽셀 구조는 그리드 선들과 같은 주기적 패턴을 만든다. 그리고 도 1에서 설명한 기름막 부재영역(132)의 구조가 부분적 규칙성을 가져 이차 그리드 선들과 같은 작용을 제공한다. 이 둘이 겹쳐지면 모아레 띠와 유사한 시각적 패턴을 형성하게 된다. 이는 공간적으로 분리된 서브픽셀 배열에 의해 색별 모아레 무늬를 만들어 색띠로 관찰된다.

미세 스크래치에 의해서도 같은 원리의 현상이 발생할 수 있다. 미세 스크래치의 요철은 서브픽셀의 광선을 굴절 및 회절에 의해 공간적으로 분산시킨다. 다수의 요철들이 선형으로 평행하며 촘촘하게 배열될 수 있다. 이러한 미세 스크래치들 사이에 스크래치 부재영역이 존재하여 단행광선이 만들어진다. 부재영역이 서브픽셀 배열 방향과 직교한 방향을 따라 배열되면 가시적 색띠가 형성되어 관찰된다.

오염 및 손상에 의해 미세한 색띠가 발생되면 보색대비가 강한 원색의 띠들이 표시영상과 같은 공간을 점하는 것으로 관찰되어 시각적 쾌적성이 크게 감퇴한다. 적색과 청색 빛이 녹색보다 현저히 휘도가 낮으므로 색띠의 난잡한 배열은 휘도상의 난잡함으로도 강렬하게 인식된다.

한편, 기름막 혹은 스크래치의 배열 방향이 서브픽셀 발광면과 비발광 마스크면의 배열 방향과 일치하면 흑백의 띠가 관찰될 수도 있다. 서브픽셀 중 일부만이 발광하여 적녹청과 같은 원색의 색을 띠도록 디스플레이되고 있는 상황에서는 기름막 혹은 스크래치에 의해 휘도 변화의 띠모양 패턴이 만들어질 수 있다. 이와 같은 흑백의 띠나 휘도 변화의 띠는 색상 변화를 갖는 색띠보다 시각적 거슬림은 덜할 수 있으나 시각적 쾌적성에 부정적 영향을 미친다는 점에서 모두 시각적 잡음 및 왜곡요소로 작용한다.

색띠 혹은 같은 원리에 의해 발생하는 휘도 변화의 띠는 모두 디스플레이면을 바라보는 사용자 눈의 위치 및 방향의 변화에 따라 민감하게 변화한다. 다채롭게 변화하는 색띠는 사용자의 시각적 관심을 끌어 보다 가시적인 잡음효과를 갖는다.

또한, 사용자의 두 눈에 서로 다른 패턴의 색띠가 관찰된다. 이는 두 눈으로부터 얻은 시각정보를 합하여 깊이정보를 얻는 시각계의 인지능을 교란시킨다. 이러한 특성에 의해, 사용자가 두 눈을 통해 근접한 거리에서 색띠를 관찰하면 통상적인 사물을 볼 때와 전혀 다른 느낌을 주며 시각계의 인지능을 혼란되게 한다. 이는 기름 및 스크래치에 의한 색띠가 보통의 사물과는 전혀 다른 방식에 의해 인식되는 시각적 착란에서 기인하기 때문이다.

이상에서 서술한 색띠 발생의 현상의 본질을 파악하기 위하여 다음과 같이 좀 더 추상화된 표현과 묘사를 제시할 수 있다.

컬러영상 표시장치는 서브픽셀 구조에 의해 삼원색의 3개 채널을 갖는 컬러 영상정보가 색요소별로 간삽(interleaving)되어 표시되도록 한다. 서브픽셀 배열 방향의 1차원 축에 대해서만 고려할 때, 이는 각 컬러 채널의 아날로그 신호가 공간적 펄스열(pulse sequence)의 변조(modulation)에 의해 생성됨을 의미한다. 이러한 공간적 신호는 푸리에 변환(Fourier transform)에 의한 공간주파수 영역의 스펙트럼으로도 표현된다. 사용자의 시각계는 표시장치가 생성한 변조 펄스열 신호의 수신기로서 고유 분해능의 한계에 따라 고주파 신호의 차단효과를 갖고, 마치 저역통과 필터를 내장한 것과 같이 기능한다.

이와 같이 저주파의 아날로그 신호를 송신하는 신호 송신기가 일정한 주기의 펄스열을 캐리어 신호(carrier signal)로 삼아 세기 변조된 신호를 발생하는 경우를 고려하자. 이때, 이러한 변조 펄스열 신호의 저주파 대역은 전달하고자 하는 본래의 아날로그 신호를 그대로 담고 있다. 수신기가 저역통과 필터를 내장한 경우 이러한 아날로그 신호의 정보를 직접 수신할 수 있고, 이를 위해 별도의 과정은 요구되지 않는다.

만약 송신기와 수신기 사이에 의도치 않게 이차적 변조(secondary modulation)를 수행하는 어떤 작용이 발생하여 수신기에 전달되는 변조 펄스열이 재변조 된다고 하자. 변조 펄스열의 고주파 성분이 이차변조 신호와 곱셈연산의 믹싱작용(mixing product)을 거쳐 새로운 주파수 성분들을 생성한다. 그 중 일부는 수신기에 의해 직접 수신될 수 있는 저주파 대역을 점할 수 있다. 따라서 저주파 대역은 전달하고자 하는 신호 이외에 이와 같은 펄스열 고주파수 성분과 이차변조 신호간의 혼합성분(mixing products)을 포함하게 된다. 이차변조가 무작위적인 특성을 가지면 이러한 혼합성분은 잡음과 같이 난잡한 양상을 갖는다.

기름막에 의한 색띠 현상은 이와 같은 묘사와 일대일로 대응된다. 서브픽셀에 의한 컬러 디스플레이 표시장치의 스크린은 각 색요소의 광신호에 대하여 변조 펄스열의 송신기에 대응된다. 사용자의 시각계는 저역통과 필터를 내장한 수신기에 대응된다. 부재영역을 포함한 기름막은 이차변조 요소에 대응된다. 이차변조 작용에 의하여 저주파 대역에 의도치 않은 잡음성 신호가 저주파 영역에 발생하여 수신된다.

기름막 및 스크래치에 의한 이차변조 과정은 본래 신호 에너지의 손실을 무시할 수 있는 광학적 위상변조(optical phase modulation)이다. 그러나 위상변조 이후에 자유공간 전파를 통해 위상변조는 세기변조의 작용으로 변환된다. 최종의 효과에서 기름막의 이차변조는 세기변조와 같은 방식의 효과를 갖는다. 각 색요소에 대하여 이와 같은 잡음요소가 개별적으로 발생하며, 그 결과 색띠의 형태의 잡음신호가 저주파대역에서 가시적으로 관찰된다.

이상에서 묘사에서 밝힌 색띠 발생 현상의 원인을 통하여 그 발생을 억제하는 방안을 찾을 수 있다. 본 발명이 제시하는 방안은, 표시장치의 외피판(102) 내부에서 서브픽셀에 의한 공간적 고주파 성분을 제거하는 저역통과 필터를 설치하여, 이차변조 및 재변조가 발생하여도 고주파 성분의 혼합성분이 발생하지 않고, 따라서 저주파 대역에 잡음과 같은 신호가 발생하는 효과를 제거하는 방법을 따른다. 이는 변조 펄스열의 신호가 표시장치의 외부에 이르기 전 장치의 내부에서 서브픽셀의 광신호를 공간적으로 약간 흩어지게 하는 것에 대응된다.

따라서 본 발명에 따른 컬러 디스플레이 표시장치는 서브픽셀에서 발생된 광선들을 적절한 양만큼 공간적으로 분산되는 작용을 겪으며, 색요소의 광선들이 이와 같이 물리적으로 합성되어 소자 외부로 출력되도록 한다. 달리 표현하면, 각 서브픽셀이 서로 분리된 공간을 점하며 신호를 생성하는 특성이 표시장치 내부의 광학적 수단에 의하여 효과적으로 제거된다.

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 컬러영상 표시장치의 단면도이다.

도 2의 단면도에서 제시된 컬러영상 표시장치는 픽셀 및 서브픽셀들이 2차원적으로 배열된 스크린면(201)과, 서브픽셀에서 발생된 광선을 투과 및 분산시키는 분산면(203)과, 상기 스크린면(201) 및 분산면(203) 사이에 두 면을 공간적으로 이격시키기 위한 광학적으로 투명한 판형의 이격판(202)과, 상기 분산면(203)을 덮어 보호하기 위한 광학적으로 투명한 판형의 외피판(204)으로 구성된다.

이와 같이, 스크린면(201) 내부에는 서브픽셀들이 R, G, B로 표시된 사각형 박스로 표시되었으며, 이는 각각 서로 다른 색요소의 빛을 출력하는 서브픽셀들에 대응된다. 그리고 스크린면(201)과 분산면(203) 사이에 두 면을 공간적으로 이격시키기 위하여 광학적으로 투명한 판형의 이격판(202)을 배치한다. 한편, 분산면을 보호하기 위하여 광학적으로 투명한 판형의 외피판(204)이 설치된다. 이들이 스크린면(201), 이격판(202), 분산면(203), 외피판(204)의 순서대로 적층되어 표시장치를 구성한다.

본 발명에서, 분산면(203)은 빛을 투과시키며 굴절, 회절, 산란 등의 효과에 의해 광선을 분산시킨다. 분산면(203)은 고유의 두께를 가진 판형의 재질일 수도 있다. 혹은, 분산면(203)은 이격판(202) 혹은 외피판(204)이 갖는 표면의 요철구조일 수 있다. 이하의 설명에서는 분산면(203)이 이격판(202) 및 외피판(204)에 비해 두께가 무시할 수 있을 만큼 작은 경우를 상정할 것이나 이는 본 발명의 본질적 요소는 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다.

도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 하나의 서브픽셀이 발생시킨 광선이 210의 점선 화살표가 표시하는 바와 같이 분산면(203)을 투과하면, 서로 구분되는 다른 방향으로 전파 방향이 퍼트려지며 분산된다. 이때 분산되는 크기와 범위는 분산면(203) 고유의 광학적 특성에 의해 결정된다.

또한, 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 다수의 인접한 서브픽셀들이 발생시키는 광선들은 211의 화살표가 나타내는 바와 같이, 분산면(203)의 작용에 의해 서로 구분할 수 없는 광선으로 통합되어 사용자의 시각계에 전달된다. 이는 분산면(203)이 제공하는 적절한 분산각에 의하여, 서로 다른 색요소의 인접한 서브픽셀 광선들이 합해진다.

이와 같은 물리적 과정에 의하여 색요소 합성이 장치 내부에서 달성된다. 이러한 구조의 효과로, 외피판(204) 외면에 오염과 손상이 발생하여도 색띠 발생의 현상이 생기지 않고 쾌적한 화면표시를 유지할 수 있다. 이는 외피판(204)이 보호필름 등의 다른 수단에 의하여 추가적으로 피복되고, 여기에 내적 및 외적 요인에 의해 오염과 손상이 발생하여도 마찬가지이다.

각 분산광선이 분산면(203)에 의해 당초 경로로부터 이탈하는 정도를 분산각으로 나타낸다. 구체적으로, 분산각은 이격판(202) 내부에서 측정한 광선 분산의 각도로 정의한다. 분산각을 정의하기 위하여, 표시장치에서 분산면(203)이 부재하는 것으로 가정하여 외부로부터 광선경로를 역추적하여 이격판(202) 내부에서 가상적 단행경로를 찾는다. 분산각은 이러한 가상적 단행경로와 실제 광선경로 사이의 각도를 측정한 것이다. 도 2에서, 212의 분산광선에 대하여 도면에서 도시한 점선의 가상적 연장직선이 이루는 각도(

)에 해당한다. 이격판(202)에서 측정한 분산각은 표시장치 외부의 공기 중에서 분산면 부재와 존재시 광선 경로의 차이각을 측정하여 이를 이격판의 광학적 굴절률로 나눈 것과도 같다.

도 3(a)는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 서브픽셀 배치도를 보이고, 도 3(b)는 분산면의 분산특성 그래프를 보인다.

도 3(a)에서 제시하는 공간적 배치도는 통상적인 막대형 픽셀 디자인에 따른 것으로서, 종래의 기술 및 본 발명에 의한 컬러영상 표시장치에서 스크린면상의 픽셀 및 서브픽셀의 전형적 배치를 보여준다. 도 3(a)의 배치도에서는 수평축을 따라 배치된 세 개의 픽셀만을 도시하였다. 도면에서, R, G, B로 표시된 직사각형 박스영역은 각각 적녹청의 서브픽셀의 발광면을 나타낸다. M으로 표시된 직사각형 박스영역은 비광학적 요소들이 포함된 비발광 마스크 영역이다.

이후의 논의에서 x축과 y축이라 함은 도 3 (a)의 배치도 좌측에 표시된 바와 같이 RGB 서브픽셀이 교대하며 배치되는 수평방향을 x축으로 삼고, 그 직교한 방향을 y축으로 삼은 것이다.

도 3(b)의 그래프는 발명의 분산면의 분산각 특성을 예시적으로 보여준 것이다. 그래프의 수평축은 분산각(

)이고 수직축은 분산각별 분산광선의 광학적 세기(P)로 분산각에 대한 함수이다.

도 3(b) 그래프가 도시하는 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 분산면(203) 특성은 그 분산각의 유효한 범위가 0을 중심으로 일정한 각의 폭(

) 이내로 제한되는 것이다. 분산각 특성의 곡선은 다양한 양상을 가질 수 있으며, 가우시안 함수(Gaussian function)와 유사할 수도 있고 혹은, 사각형 함수와 비슷할 수도 있다. 이하의 설명에서는, 분산면(203)의 분산특성이 유효 분산폭(

)의 범위 내에서 일정한 세기를 유지하는 사각형 함수와 유사한 곡선을 갖는 경우를 중심으로 설명한다. 여기서, 분산각 및 분산폭은 라디안 각단위를 따른다.

유효 분산폭은 서브픽셀의 겉보기 크기를 결정하는 인자이다. 분산면(203)의 분산특성에 의하여, 스크린면(201)의 한 점에 대한 허상은 그 겉보기 크기가 스크린면(201)과 분산면(203)의 거리 곧, 이격판(202)의 두께에 유효 분산폭을 곱한 값으로 근사할 수 있다. 이는 분산각이 비교적 작은 값일 때 탄젠트 함수에 대한 일차적 근사에 따라 계산한 것이다. 또한, 서브픽셀의 크기가 그 허상의 크기보다 충분히 작다면, 서브픽셀의 겉보기 크기도 역시 이격판(202) 두께에 유효 분산폭을 곱한 값으로 근사적으로 가늠할 수 있다. 보다 정확한 서브픽셀 크기의 가늠은 서브픽셀의 출력광 세기분포의 함수와 분산특성 함수의 컨볼루션 연산(convolution operation)을 취하는 수학적 방법으로 계산될 수 있다.

분산각 및 유효 분산폭의 정량적인 측정은 다음과 같이 수행할 수 있다.

표시장치 외부에서 내부 방향으로 분산면(203)에 직교하는 방향을 따라 평행 광선을 수직 입사시킨다. 외부 입사광은 분산면(203)을 통과하며 공간적으로 분산하여 여러 방향으로 흩어질 것이다. 이격판(202)을 투과하여 스크린면(201)에 이르는 광선들이 스크린면(201)에 직교한 방향과 이루는 각도를 측정하여 분산각을 얻는다. 이때, 스크린면(201)의 한 축을 따라 양과 음의 분산각에 따른 광선 세기의 분포 즉, 각도별 광에너지 분포도를 얻을 수 있으며, 이는 도 3(b)에서 도시한 분산특성 그래프와 같은 속성이다.

이러한 측정법은 스크린면(201)에서 생성된 광선이 외부로 방출되는 과정을 역방향으로 재현한 것에 대응된다. 분산면(203)의 분산특성은 광선의 전파가 내부에서 외부로 이뤄진 경우의 특성이나 외부에서 내부로 이뤄진 것이 서로 같다.

이렇게 얻어진 분산각에 따른 광세기 분포도 즉, 분산특성 그래프는 분산면(203)의 특성에 따라 상이할 수 있다. 이는 도 3(b)와 같이 단조로운 형태일 수도 있으나 서로 분리된 여러 피크들이 띄엄띄엄 분포하는 형태일 수도 있다.

유효 분산폭은 분산각의 각분포 범위를 가늠하는 정량적 척도로 분산각에 따른 광세기 분포도에서 분산각 표준편차(standard deviation)를 활용하여 재정의될 수 있다. 이는 광세기를 확률밀도 함수로 간주하여 분산각 분포의 통계적 지수를 얻은 지표이다. 분산각 θ에 따른 광세기 분포가 P(θ)이고, 그 평균 분산각이 θ₀라면, 분산각 표준편차 A는 다음과 같은 수학식으로 정의된다.

평균 분산각이 0인 대칭적 분산특성에 대해서 분산각 표준편차 A는 분산광선 세기분포의 가중치에 의해 분산각의 R.M.S.(root mean square) 값을 계산한 것과 같다.

분산각 표준편차에 대하여 유효 분산폭은 분산각 표준편차의 3.46배의 각으로 정의한다. 이렇게 정의하면, 도 3(b)의 분산특성 그래프와 같이 사각형 함수와 비슷한 분포를 갖는 경우에 수학식 1을 통해 계산한 유효 분산폭 3.46ㅧA는 도 3(b)에서

로 표시한 사각형 함수의 각범위 폭과 일치한다. 가우시안 함수의 분산특성에 대해서는, 유효 분산폭은 첨두치(peak)의 22% 혹은 대략 1/4의 세기를 갖는 점들간의 폭과 일치하며, 이는 첨두치의 1/2 세기를 갖는 점들간의 폭 즉, 반치폭(FWHM)의 대략 1.5배에 해당한다.

도 4 는 본 발명에 따른 표시장치에서 분산특성에 따른 스크린면의 겉보기 모습을 보여주는 도면이다.

도 4에서 제시된 도면은, 도 2와 같이 분산면을 갖춘 표시장치에서 분산면(203)을 투과한 분산광선에 의하여 스크린면(201)을 바라본 픽셀구조의 개략적 겉보기 모습을 도시한 것이다. 이때, 스크린면의 픽셀배치는 도 3(a)에서 도시한 것과 같다. 도 4에서는, 도 3(a)와 같이 수평을 따라 배치된 오직 3개의 픽셀만을 고려하였다. 또한, 분산면(203)이 도 3(b)에서 보인 것과 같이 사각형 함수와 유사한 분산특성을 갖는 것으로 가정하였다.

x축의 분산특성 및 허상 확장의 정도에 따라, 도 4(a)와 도 4(b)처럼 서로 다른 겉보기 모습을 만든다. 도 4(a)는 각 서브픽셀의 허상이 x축에서 픽셀피치만큼의 크기로 확장된 경우이다. 도 4(b)는 비교적 작은 유효 분산폭의 분산특성에 의해 각 서브픽셀의 허상이 x축에서 픽셀피치의 60% 크기로 확장된 경우에 대응된다.

RGB의 서브픽셀들에서 출력된 광선들은 분산면(203)을 투과하며 흩어지고, 도 4에서 도시하는 것과 같이 확장된 면적을 점유하는 허상을 만든다. 도면에서, 401, 402, 403과 같은 사각형은 각각 R, G, B의 서브픽셀이 겉보기에서 갖는 허상의 개략적 형상을 실선으로 나타낸다. 이들 허상간의 공간적 중첩에 의해 색요소간 합성이 발생한다. 도 4에서 R, G, B의 영문자로 표시되고 실선에 의해 규정되는 면들은 각각 적색, 녹색, 청색의 삼원색을 갖는 영역이다. 또한, C, M, Y, W의 영문자로 표시되고 실선에 의해 규정되는 면은 삼원색의 합성에 의해 각각 청록색, 자색, 황색 및 백색을 띠는 영역이다. 영역의 상대적 면적이 미미한 부분의 색은 표시하지 않았다.

한편, 도 3에서는 각 실선들과 이 실선들에 의해 정의되는 영역들을 서로 구별되어 보이도록 약간 어긋나게 도시하였음을 밝힌다. 도 3에서, 점선으로 표시된 사각형들은 픽셀 및 서브픽셀의 본래 형상과 배치를 나타낸 것으로 도 3(a)의 배치도와 같다.

도 4(a)에서 살펴볼 수 있는 것과 같이, 서브픽셀 허상의 크기가 픽셀피치와 비슷하게 되면 인접한 서브픽셀로부터 유래한 색요소가 합성되며 균질한 백색영역을 만든다. 이에 따라 색띠 발생 현상 없는 쾌적한 표시화면을 얻을 수 있다. 그러나 도면에서 보이는 바와 같이, 픽셀의 신호가 인접 픽셀의 영역까지 미치면서 공간적 분해능이 감퇴하는 단점도 야기된다.

도 4(b)에서 볼 수 있는 것과 같이, 서브픽셀 허상의 크기가 픽셀피치보다 상당히 작게 되면, 직접 접하고 있는 두 서브픽셀들의 색요소만이 제한적으로 합성됨에 따라 색분포 및 휘도분포의 균일성이 저하된다. 따라서 이 경우에는 분산광선에 의한 색띠 발생 현상의 억제의 효과가 충분치 못할 수 있다.

이러한 점을 고려할 때, 오염 및 손상에 의한 색띠 발생 현상을 효과적으로 억제하기 위해서는 각 서브픽셀 허상의 겉보기 크기가 픽셀피치의 최소 0.5배를 상회해야 한다. 반면에, 서브픽셀 허상의 크기가 픽셀피치의 2배를 상회할 경우 오염 및 손상에 의한 효과는 차단될 수 있으나 표시장치의 화면 해상도가 심대하게 감퇴하게 된다. 이를 종합하여 본 발명에 의한 표시장치에서는, 서브픽셀 허상의 크기가 픽셀피치의 0.5~2배인 최적화된 분산특성을 갖는 분산면(203)을 제공한다. 정확한 분산특성은 색띠 발생 억제능력과 해상도 감퇴강도의 적합한 조정에 따라 상이하게 결정될 수 있다.

한편, 이상에서 제시된 서브픽셀 허상크기는 서브픽셀의 고유 크기를 무시할 때 분산면(203)의 분산특성에 의해 그 유효 분산폭과 이격판(202)의 두께를 곱한 것과 같다. 따라서 본 발명에 따른 표시장치에서 분산면(203)의 분산특성은 픽셀피치를 이격판(202)의 두께로 나눈 값의 0.5~2배 사이의 유효 분산폭을 가지는 것이 바람직하다.

통상적인 터치스크린 컬러영상 표시장치에서 스크린면(101, 201)은 장치의 외면 곧, 외피판(102, 204)의 외면으로부터 1~2mm 떨어진 내부에 위치한다. 한편, 스크린면(101, 201) 제작을 위한 유리 기판의 두께는 0.2mm 이상인 경우가 많고 이는 본 발명에 의한 표시장치에서 이격판(202)이 택할 수 있는 최소 두께가 된다. 그러므로 본 발명에 의한 표시장치에서 분산면(203)은 스크린면(201)으로부터 0.2mm 보다 크고 2mm 보다 작은 거리를 두고 이격되어 위치하는 것이 통상적이 될 것이다. 한편, 이러한 이격거리가 0.2mm 이내로 너무 작을 경우, 요구되는 분산면(203)의 유효 분산폭이 지나치게 커지고, 따라서 분산면(203)은 광학적 산란효과를 뚜렷이 띠게 되어 외부의 입사광을 반사시킬 우려가 있어 바람직하지 않다.

본 발명이 목적하는 효과를 얻기 위해서 요구되는 분산면(203)의 분산특성은 최소 0.008 라디안 이상의 유효 분산폭을 가져야 한다. 이는 이격거리 2mm로 스크린면(201)과 분산면(203)이 최대로 분리되어 있고, 그 사이 공간의 평균적인 굴절률이 통상적인 투명재료의 굴절률인 1.5정도라 하고, 표시장치의 픽셀피치를 최저치인 0.050mm로 취할 때 이상에서 상술한 조건으로부터 쉽게 도출된다. 이는 대략 0.5도 가량의 각도로 환산된다. 이러한 분산특성은 투명한 유리 혹은 플라스틱의 표면이 자연적으로 가질 수 있는 내재적 분산특성을 상회한다. 따라서 분산면(203)의 분산특성은 정확히 계획되어 제작된 광학적 미세구조에 의해서만 구현될 수 있다.

본 발명이 제시하는 표시장치의 구조는 도 1에서 제시된 종래의 표시장치에 무광 처리된 미세요철 표면의 보호필름을 부착한 것과 유사한 것으로 오해할 수 있다. 종래의 보호필름이 요철표면을 갖는 경우 요철면이 분산면으로 기능하여 본 발명이 제시하는 바와 같은 효과를 가질 수 있는 것으로 오해될 수 있기 때문이다. 그러나 이러한 종래의 기술은 두 가지 점에서 본 발명이 제시하는 표시장치와 구별됨을 밝힌다.

첫째, 종래의 표시장치 보호필름은 광학적 분산력을 제공하기 위한 목적이 아니며, 이에 따라 충분히 큰 유효 분산폭을 제공하지 않는다. 종래 보호필름의 미세요철은 번들거림(glare)의 억제, 접촉감 향상, 외적 오염의 최소화 등을 목적으로 한 것으로 광학적 분산의 효과는 고려치 않았다. 다만, 불가피하게 야기되는 광선의 분산에 의한 해상도 저하를 최소화하는 범위 내에서 최대의 대비를 갖는 요철형상을 선택한 것이다.

통상의 경우 이러한 보호필름의 광학적 분산특성은 본 발명이 제시하는 효과를 제공하는데 충분치 않다. 종래의 보호필름이 종래의 표시장치에 피복되어 충분한 분산각을 가진 경우가 있다고 하더라도, 이는 요행에 따른 것으로 본 발명이 제시하는 광학적 효과를 얻는 과정에서 달성된 것으로 볼 수 없을 것이다.

둘째, 종래의 보호필름이 갖는 광학적 분산력은 외부에 노출된 표면의 미세형상에 의한 것으로 오염과 손상에 대하여 물리적 보호책이 없다. 따라서 상당한 양의 기름에 오염된 경우에는 보호필름 표면의 요철이 메워지고 광학적 분산력을 더 이상 제공하지 않는다. 본 발명에서는, 분산면(203)이 외피판(204)에 의해 보호되는 내부의 광학적 요소로 외부 환경이나 손상에 의해 그 기능이 소실되거나 변화하지 않는다.

도 5 는 본 발명에 따른 표시장치의 모형실험 결과의 사진이다. 도 5(a) 사진은 분산면이 부재한 경우, 도 5(b)의 사진은 적합한 분산면을 갖춘 경우에 색띠발생 현상을 모형 표시장치에 대하여 시험한 결과를 보여준다.

제작된 모형은 도 2에서 제시한 것과 같은 구조를 갖고, 그 스크린면(201)이 도 3(a)에서 도시한 것과 같은 RGB 막대형 픽셀 구조를 갖는다. 모형에서 픽셀피치는 0.10mm이고, 이격판(202)의 두께는 1.0mm이고, 외피판(204)의 두께는 0.15mm이었다. 이격판과 외피판의 재질이 갖는 굴절률은 1.5 수준이었다. 이는 통상적인 고화질 소형 표시장치의 것과 유사한 픽셀피치 및 두께를 갖는다.

모형 소자가 포함한 분산면(203)은 홀로그래피 기술로 제작된 광학 확산판(optical diffuser)으로서, 그 분산특성은 가우시안 함수와 유사한 분산특성을 갖는다. 도 5(b)의 경우에, 유효 분산폭은 0.088 라디안으로 측정되었다. 유효 분산폭과 이격판의 두께 및 서브픽셀의 크기(0.03mm)를 고려할 때 서브픽셀 허상의 유효한 x축 크기는 0.1mm 가량으로 추정할 수 있었다. 고로, 서브픽셀의 겉보기 크기가 분산면의 작용에 의해 픽셀피치 크기로 확장된 경우이다.

동일한 구조와 치수의 두 표시장치 모형 소자를 제작하여, 그 중 하나에는 광학 확산판에 의한 적합한 분산면(203)을 설치하였고, 다른 하나에는 분산면(203)의 유효 분산폭이 무시할 만큼 작도록 하여 제작하였다. 후자의 모형은 분산면(203)이 부재한 도 1과 같은 종래의 표시장치에 대응된다. 제작된 모형들의 외피판(204) 외면에 인체 피부로부터 유래한 기름을 부착시키고 손가락을 이용하여 y축 방향으로 여러 차례 쓸어내리는 슬라이드 동작을 수행하였다. 두 표시장치 모형에 대해 동일 조건에서 시험을 수행하고 표시화면을 촬영하였다. 도 5의 두 사진들은 이렇게 획득된 디지털 컬러 사진에서 녹색 채널 값만을 선택하여 회색계조로 표시한 것이다.

도 5(a)의 경우에 강렬한 색띠 발생이 관찰되었고, 이는 녹색 채널의 이미지를 도시한 그림에서도 잘 드러난다. 반면, 도 5(b)에서와 같이 본 발명에 의하여 적합한 분산면(203)을 가진 표시장치 모형은 기름 오염에도 불구하고 깨끗하게 본래의 영상을 표시할 수 있다. 이는 분산면(203)이 부재하거나 분산각의 너무 작으면 색띠 발생 현상이 발생함을 입증한다. 또한, 본 발명이 제시하는 표시장치는 기름 오염에 의한 화질저하 없이 쾌적한 화면을 제공함을 입증한다.

본 발명에 따른 표시장치에서 분산면(203)은 다양한 광학적 원리에 의하여 적합한 분산특성을 얻을 수 있다. 분산면(203)은 광학적 굴절률이 다른 두 영역 사이의 계면이 기하학적 형상에서 미세한 요철을 가지는 형태일 수 있다. 혹은, 분산면(203)은 두 평면 사이에 미세한 입자들이 배치되고 이들이 주변과 굴절률 차이를 갖는 형태일 수 있다. 혹은 분산면(203)은 투명한 필름 내부가 미세한 굴절률의 공간적 변조를 갖는 형태일 수 있다. 이러한 특징을 갖는 분산면(203)은 다양한 방법에 의하여 제조될 수 있다.

상술한 것과 같은 분산면(203)에 대하여, 분산면(203) 내부의 굴곡, 입자 등이 제공하는 공간적 형상 및 굴절률의 변조는 공간적 굴절이나 회절 및 산란 현상에 의하여 바람직한 분산특성을 야기할 수 있다. 이때, 공간적 변조는 규칙적이고 주기적인 양상을 가질 수도 있고, 아닐 수도 있다. 또한, 서로 다른 방향 곧, x축과 y축에 대하여 서로 같은 분산특성을 가질 수도 있고, 아닐 수도 있다.

만약 이러한 분산면이 갖는 공간적 변조의 세밀함이 서브픽셀의 출력광 파장에 비해 월등히 큰 물리적 크기를 갖는다면 분산면(203)의 작용은 광선의 미세한 공간적 위치에 따라 변하는 굴절현상을 따른다. 반면에 물리적 크기가 파장과 유사하거나 작다면 회절현상으로 설명될 수 있다.

본 발명에서 제시하는 표시장치에서 분산면(203)의 분산 능력은 미세한 크기를 갖는 서브픽셀로부터 입사되는 광선에 대하여 수행되고 또한, 사용자의 시각계에 의해 구분 가능한 것보다 작은 일정 공간영역 내에서 균질한 특성을 유지하여야 한다. 따라서 분산면(203)이 가진 공간적 변조의 세밀함은 0.1mm 이하의 크기를 가져야 하며 굴절현상과 회절현상의 특성을 모두 포함할 수 있다.

한편, 공간적 변조가 비규칙적이고 무작위적인 분산면(203)의 경우, 그 세밀함이 0.1mm 이하로 충분히 작다고 해도 분산면의 광선분산은 서브픽셀의 광선들을 완전히 균질하게 분산시키지 못할 수 있다. 이런 경우 분산면은 제한적 무작위성에 의한 통계적 잡음을 만들 수 있다. 색띠 발생과 유사한 원리에 따라, 분산광선들이 가상적 실상과 허상의 미세한 색점을 만들 수 있다. 만약 무시할 수 없는 수준의 빈도로 여러 색점들이 공간적으로 뭉쳐 보이게 되면 이러한 분산면에 의해 가시적이고 난잡한 패턴이 생성된다. 비록 기름막(131)에 의한 색띠보다 크기가 작더라도 이는 시각적 쾌적함을 저해하는 요소로 바람직하지 않다.

본 발명이 제시하는 바람직한 표시장치의 실시예에서는, 이러한 현상을 방지하기 위하여 규칙적이고 주기적 변조에 의하여 분산면(203)을 구현한다.

도 6 은 본 발명의 바람직한 실시예에서 분산면의 구조를 설명하는 도면이다.

도 6에서 도시하고 있는 것과 같이, 제시된 분산면은 도 2에서 제시한 것과 같은 표시장치 내부에서, 그 외피판(602)과 이격판(601)의 접면에 생성되는 분산작용의 면이다. 이때, 이격판(601)이 주기적 요철의 표면형상을 갖고 외피판(602)과 이격판(601) 사이가 광학적으로 투명한 충진재로 채워진 구조를 갖는다. 도면에서, 주기적 요철의 변조주기는 W와 같다. 충진재는 이격판(601)과 구별되는 광학적 굴절률을 갖는 액체, 고체 혹은 젤 타입의 재료이다. 도면에서는 충진재의 굴절률이 이격판(601)보다 낮은 것으로 상정하였다.

도면에서 도시한 바와 같이, 이격판(601)의 주기적 요철은 국소적인 양과 음의 곡률에 의하여 611과 612와 같은 광선들을 분산시킨다. 도면에서, 611의 광선들은 요철이 국소적으로 갖는 양의 곡률 영역에 입사되어 요철이 양의 굴절력을 갖는 볼록렌즈와 같이 작용한 결과 분산된다. 612의 광선들은 요철이 국소적으로 갖는 음의 곡률 영역에 입사되어 오목렌즈와 같이 작용한 결과 분산된다. 이들이 각각 볼록렌즈와 오목렌즈로 명확한 초점을 갖는다고 하더라도, 도 2에서 제시된 본 발명의 표시장치에서 활용될 때, 그 초점거리가 이격판의 두께보다 월등히 작다면 양과 음의 굴절력을 가진 영역들이 구별되는 특성을 갖지 않고 단순히 광선을 분산시키는 작용을 수행한다.

본 발명의 분산면 요철구조에서, 요철의 공간적 변조주기(W)가 0.1mm 이하로 미세하므로 실제 분산면의 분산작용은 회절현상을 포함하며, 요철구조 주기에 의해 결정되는 회절각을 따라 여러 차수의 회절광들로 분산작용을 일으킬 수 있다. 요철의 형상과 주기 등의 인자들을 적절히 조정하여 적합한 분산특성을 얻을 수 있다.

도 6에서와 같이 주기적 변조에 의하여 분산면이 형성되는 본 발명의 표시장치에서는, 분산면 요철의 변조주기가 표시장치의 픽셀피치에 대해 정수배 혹은 반정수배와 같은 일정한 관계를 가지는 것이 바람직하다. 이는 서브픽셀이 스크린면에서 주기적으로 배치되고 분산면의 요철이 주기적 형상으로 그 위에 배치됨에 따라 규칙적 모아레 무늬가 발생할 수 있어 그 효과를 최소화하기 위함이다.

이상에서 설명한 것과 같이, 분산면이 일정한 공간적 주기를 갖는 규칙적인 요철에 의하여 구현된 경우에 있어서, 분산면이 굴절 혹은 회절 등의 효과에 의하여 주기적 특성으로 광신호를 변조하여 분산시킴에 따라 스크린면의 규칙적 픽셀배열과 상호관계로 모아레 무늬를 형성할 수 있다. 이에 따라 사용자의 시각계에 일정한 주기를 갖는 줄무늬가 스크린에 관찰될 수 있다. 발생되는 모아레 무늬의 주기는 픽셀피치와 픽셀 및 서브픽셀의 배열 축을 따라 분산면이 갖는 변조주기 사이의 관계에 의해 결정된다. 한편, 통상의 영상표시장치에서 사용자 시각계의 공간적 분해능은 픽셀피치의 크기 수준이다. 본 발명이 목적하는 효과를 얻기 위해서는 분산면의 변조주기는 픽셀피치보다 작아야 함은 당연하다.

이때, 픽셀피치와 상기의 분산면 변조주기가 정수배의 관계를 가지면 시각계에 관찰 가능한 모아레 무늬의 주기는 무한대가 되어 즉, 그 공간주파수가 0이 되어 모아레 무늬는 비가시적이 된다.

또 다른 방법으로서, 픽셀피치를 변조주기로 나눈 비례치가 2.5, 3.5, 4.5와 같이 반정수가 되도록 할 수 있다. 이 경우 관찰 가능한 모아레 무늬에서 0이 아닌 최저 공간주파수 성분의 주기는 픽셀피치의 절반과 일치하고, 그 공간주파수는 픽셀피치 역수의 1/2과 일치한다. 이는 아날로그 정보의 디지털적 샘플링 이론(sampling theorem)에 의거하여, 스크린면의 픽셀배열이 재현할 수 있는 공간적 신호의 최고 공간주파수 성분이 갖는 주파수와 같다. 시각계의 저역통과필터 특성 곧, 시각적 분해능의 제한에 따라 이러한 최고주파 성분의 모아레 무늬는 비가시적이 된다. 다만, 픽셀피치와 변조주기의 비율이 반정수인 경우에는 모아레 무늬의 주기가 충분히 작기만 하면 비가시적이 되므로 정확한 반정수배의 요건이 필요한 것은 아니다. 2.5, 3.5, 4.5와 같은 반정수에서 0.1 이내의 편차를 갖는다고 해도 모아레 무늬의 가시성에 큰 영향을 미치지 못할 것이다.

본 발명에 의한 컬러영상 표시장치에서 분산면이 규칙적인 요철구조 혹은 굴절률 변조에 의하여 형성될 때, 그 요철 혹은 굴절률 변조의 방향이 스크린면의 픽셀 배열 방향과 일치할 필요는 없다. 예를 들어, 도 6에서 제시된 것과 같은 주기적 요철 구조에 의하여 분산면이 구현된다면 그 요철의 배열 방향이 스크린면의 픽셀 배열 방향과 같을 수도, 다를 수도 있다. 어느 경우에서나 요철구조의 공간적 주기는 스크린면이 정의하는 방향을 따라 측정한다. 즉, 이상의 논의에서 분산면의 변조주기는 스크린면에서 픽셀들이 배열 배치되는 방향 혹은 그 직교방향(x축과 y축)에서 측정된 값이다.

본 발명에 의한 분산면을 갖는 표시장치에서 그 분산면은 이격판이나 외피판이 주기적 요철구조를 갖거나 혹은, 별도의 얇은 필름이 한 면에서 요철구조를 갖고 이러한 필름이 이격판과 외피판 사이에 삽입되어 구성될 수 있다. 이러한 요철구조는 광신호의 굴절 및 회절효과에 의하여 광선을 분산시킬 수 있다. 굴절에 의한 광선 분산은 분산면이 작은 크기의 렌즈들이 2차원적으로 배열된 요철구조에 의하여 쉽게 달성될 수 있다. 효과적인 광선 분산을 위하여 렌즈배열의 공간적 점유도는 90% 이상이 바람직하다. 만약 이와 같이 배열된 렌즈들이 모두 양의 곡률을 갖거나, 혹은 모두 음의 곡률을 갖게 하려면 인접한 렌즈들 사이의 접점은 날카롭게 되며 국소적으로 큰 곡률을 갖게 될 것이다.

이와 같은 경우 분산면은 두 가지 점에서 바람직하지 못한 특성을 야기한다. 첫 번째는 이렇게 미세한 큰 곡률의 영역은 회절 및 산란현상에 의해 매우 넓은 분산각으로 광선을 퍼트릴 수 있다. 적절한 분산각 이상으로 빛을 퍼트림에 따라 화면의 가시적 해상도 저하 및 흑백의 대비(contrast)를 저하시킬 수 있다. 두 번째로, 이상에서 상술한 바와 같이 분산면이 주기적 구조를 갖는 경우 스크린면의 픽셀 배열과 일정한 관계에 의해 가시적 모아레 무늬를 만들 수 있다. 이러한 현상은 분산면의 요철구조가 국소적으로 날카로운 영역을 가져 과도하게 빛이 산란될 때 이러한 산란이 표시장치 시청방향으로의 광신호 손실로 나타나게 한다. 이러한 분산면의 손실점이 주기적으로 배치되면, 분산면이 뚜렷한 세기 변조의 효과를 만들고 모아레 무늬의 가시성을 강화할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의한 컬러영상 표시장치에서 요철구조에 의한 분산면은 미세한 렌즈배열이 음과 양의 곡률을 교대로 가져 전체적으로 부드러운 곡면형상을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 분산면의 2차원 면에서 어떤 축을 따라 양과 음의 곡률을 갖는 영역이 교대로 배열되면 국소적으로 과도하게 큰 곡률을 갖는 영역이 없어 적절한 분산각 이내에서만 광선 분산이 얻어지고 모아레 무늬의 발생률을 낮출 수 있다. 이는 도 6에서 제시한 분산면 요철구조와 일치한다.

다만, 양의 곡률을 갖는 영역과 음의 곡률을 갖는 영역의 크기가 정확히 같을 필요는 없으며, 양과 음의 곡률영역 사이의 길이비율이 1:2 혹은 2:1 이내의 비율 내에서 유사한 비중을 갖는다면 곡률 크기의 분포가 전체적으로 고루 이루어져 원치 않는 고차의 회절 혹은 산란에 의한 부정적 효과를 최소화할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 표시장치에서 분산면이 야기하는 광선의 분산효과는 광선의 굴절 혹은 회절에 의하여 얻을 수 있다. 분산면이 고유한 요철형상 혹은 굴절률의 공간적 변조에 의해 광선을 분산시키는데 있어서, 그 공간적 변조의 국소적 공간주기(w)가 광신호의 파장보다 월등히 길면 기하광학적 굴절이 주효하며, 반대로 국소적 주기가 파장과 비슷하거나 짧다면 파동 광학적 회절효과가 주효하다. 회절에 의한 광선의 분산에서 그 1차 회절광은 라디안으로 측정하는 작은 분산각

에 대하여 분산각이 파장(

)을 공간적 주기(w)로 나눈 값(

)으로 근사적 가늠이 가능하다.

컬러영상 표시장치는 가시광선 영역의 빛을 생성하며 그 중심파장은 550nm 가량이다. 분산면의 요철구조의 주기(w)가 0.002mm 이하라면 1차 회절광의 분산각은 굴절률 1.5의 이격판에서 0.18 라디안 이상이고, 고차의 회절광까지 고려하면 유효 분산폭은 그 2배인 0.36 라디안을 상회할 것이다. 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 이 이상의 분산특성이 요구되지 않을 것이다. 그러므로 본 발명에서 분산면의 주기적 요철구조가 갖는 공간적 주기는 0.002mm 이상이다.

반면에 각각 양과 음의 요철을 갖는 단위영역 곧, 마이크로 렌즈는 서브픽셀보다 작은 것이 바람직하므로 주기적 요철구조의 공간적 주기는 0.050mm 보다 작아야 한다. 그러므로 분산면이 주기적인 미세 요철구조에 의하여 구현될 때 요철구조의 공간적 주기는 0.050mm 보다 작고, 0.002mm 보다 큰 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

이상에서 제시된 본 발명의 설명에서 터치스크린 컬러영상 표시장치가 그 내부에 분산면을 포함하여 분산광선을 야기하고, 이에 따라 발명이 목표하는 바를 달성하는 것으로 제시되었다. 본 발명은 이 밖에도, 종래의 터치스크린 컬러영상 표시장치의 스크린 표면에 본 발명이 제공하는 광선분산 특성을 가진 보호필름을 부착하는 방법으로 본 발명의 사상을 실현할 수도 있다.

이에 따라, 본 발명에서는 터치스크린 컬러영상 표시장치의 외면에 부착하는 목적의 스크린 보호필름으로서, 광학적으로 투명한 플라스틱 혹은 유리 재질의 필름부와, 필름의 한쪽 면에서 접착성 젤 혹은 액체상의 도포재를 가져, 컬러영상 표시장치의 스크린 외면에 상기 도포재의 접착성에 의하여 부착이 용이하며, 상기 필름부와 도포재의 광학적 굴절률이 0.01 이상의 차이로 서로 상이하고, 상기 필름부와 도포재 사이의 계면이 미세하게 볼록 오목하여 계면요철의 구조를 가지고, 이에 따라 공간적으로 불균일한 광선굴절 혹은 광학적 회절 혹은 광학적 산란에 의하여, 투과 광신호의 광선들을 공간적으로 분산시키는 특성을 가지고, 따라서 평행하게 입사한 광선들이 서로 구분되는 방향을 갖는 분산광선이 되는 분산특성을 갖는 것을 특징으로 하는 터치스크린 표시장치 스크린 보호필름을 제공한다.

종래의 터치스크린 컬러영상 표시장치 사용자는 본 발명이 제공하는 보호필름을 표시장치 스크린 외면에 부착하여 본 발명이 제공하는 컬러영상 표시장치와 동일한 구조를 직접 구현할 수 있게 된다. 본 발명에 의해 제시되는 새로운 터치스크린 컬러영상 표시장치와 스크린 보호필름은 동일한 사상을 따르는 다른 구현 수단이다.

도 7 은 본 발명에 따른 터치스크린 컬러영상 표시장치 보호필름의 단면 구조도이다.

도 7에서 도시하고 있는 것과 같이, 보호필름은 광학적으로 투명한 재질의 필름부(701)의 외면이 분산특성을 야기하는 미세 요철구조를 갖고, 이 요철이 존재하는 면에 접착성 도포재(702)를 포함한다.

도 7에서는 보호필름이 터치스크린 컬러영상 표시장치의 스크린(703) 위에 접착된 상태를 보여준다. 필름부(701)와 도포재(702)의 광학적 굴절률이 유의미하게 상이할 때, 그 계면 요철에 의해 표시장치에서 발생한 광선은 711와 712의 점선 화살표가 지시하는 것과 같이 공간적으로 분산한다.

도 7을 도 2와 비교하면, 도 7의 필름부(701)는 도 2의 외피판(204)에 대응되고, 도 7의 계면요철과 도포재(702)는 도 2의 분산면(203)에 대응된다. 도 7의 터치스크린 컬러영상 표시장치(703)는 그 내부에 도 2의 이격판(202)과 스크린면(201)에 대응되는 구조를 갖고 있다. 따라서 상기 계면요철이 적절한 분산특성을 가지게 되면 보호필름이 기름오염 혹은 미세 스크래치에 의한 영상정보 왜곡 문제를 해결하는 수단을 제공할 수 있다. 본 발명이 제시하는 보호필름을 종래의 터치스크린 컬러영상 표시장치에 부착하여 본 발명이 목적하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 의한 보호필름은 그 요철구조가 외부로 드러나지 않도록, 보호필름의 접착면과 요철의 계면이 일치하는 특징을 갖는다. 그리고 계면요철에 의한 분산특성은 이미 상술한 새로운 표시장치의 것과 같다. 보호필름의 계면요철이 갖는 분산특성은 분산각과 유효 분산폭으로 정의할 수 있다. 또한, 보호필름의 계면요철은 주기적일 수도, 무작위적인 형태일 수도 있다.

바람직하게는, 보호필름의 계면요철에 의하여 유효 분산폭이 0.037 라디안 보다 크고 0.225 라디안보다 작은 분산특성이 획득될 수 있다. 이는 종래 터치스크린 표시장치가 고유하게 제공하는 이격거리가 1~2mm 두께의 외피판에 의해 제공되고, 그 굴절률이 1.5 가량이고, 통상의 픽셀피치가 0.050~0.150mm 범위를 가진다고 가정할 때, 분산효과에 의한 서브픽셀 허상의 겉보기 크기가 픽셀피치 크기와 유사한 조건을 만족하는 보호필름의 분산능을 계산하여 그 유효 분산폭의 범위를 결정한 것이다.

한편, 보호필름이 주기적 요철구조를 가질 경우, 표시장치 내부의 픽셀 배열과 함께 모아레 무늬가 생성될 가능성이 있으며, 이를 최소화하기 위하여, 계면요철이 부드럽게 변화하는 원만한 곡면을 따르도록 양과 음의 곡률 영역들이 교대로 나타나는 것일 수도 있다.

이 밖에 본 발명이 제시하는 표시장치용 보호필름이 갖는 다른 특징은 이미 전술한 본 발명의 표시장치 구조에서 분산면과 외피판이 갖는 특징과 동일하다.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 의한 컬러 디스플레이 표시장치는 보다 쾌적한 화질로 왜곡과 변형 없이 영상표시를 수행할 수 있게 되어, 스마트폰, 태블릿 컴퓨터 및 터치스크린에 의해 동작되는 여러 전기전자기기의 화면 표시장치로 유용하게 적용될 수 있을 것이다. 이는 사용자의 심미적 만족도를 향상시키기 위한 이득 뿐 아니라 의료, 군사분야의 응용 등에서도 확실하고 오차없는 화면표시의 무결성의 이득에 대해서도 장점을 갖는다.

Claims (16)

1. 픽셀 및 서브픽셀들이 2차원적으로 배열된 스크린면과,
   상기 스크린면 상부에 위치하여 서브픽셀에서 발생된 광신호를 투과 및 분산시키는 분산면과,
   상기 스크린면 및 분산면 사이에 두 면을 공간적으로 이격시키기 위한 광학적으로 투명한 판형의 이격판과,
   상기 분산면을 덮어 보호하기 위한 광학적으로 투명한 판형의 외피판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 컬러영상 표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 분산면은 공간적으로 불균일한 광선굴절 혹은 광학적 회절 혹은 광학적 산란에 의하여 상기 투과 광신호의 광선들을 공간적으로 분산시키는 것을 특징으로 하는 터치스크린 컬러영상 표시장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 공간적으로 분산되는 광선의 유효 분산폭은 0.008 라디안 이상인 것을 특징으로 하는 터치스크린 컬러영상 표시장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 이격판에 의한 이격거리는 0.2mm 이상, 2mm 이하인 것을 특징으로 하는 터치스크린 컬러영상 표시장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 분산면은 광학적 굴절률이 공간적으로 규칙적 혹은 비규칙적으로 변조되는 굴절률 변조구조를 통해 입사광에 대하여 분산광선을 야기하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 컬러영상 표시장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 분산면은
   상기 외피판 혹은 상기 이격판의 표면이 갖는 요철구조의 기하학적 형상이거나, 혹은 상기 분사면이 상기 외피판과 이격판 사이에 위치한 광학적으로 투명한 필름으로 그 표면의 미세 요철구조의 기하학적 형상인 것을 특징으로 하는 터치스크린 컬러영상 표시장치.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 분산면은
   요철구조 혹은 상기 굴절률 변조구조가 규칙적으로 반복되고, 이에 따라 상기 분산면 평면의 2차원 공간에서 한 방향 혹은 둘 이상의 방향에서 주기적으로 나타나며,
   상기 스크린면의 평면에서 픽셀들이 배열되는 방향 혹은 그 직교한 방향과 평행한 축의 방향을 따라서 상기 요철구조 혹은 상기 굴절률 변조구조의 공간적 주기를 측정하고,
   이때, 상기 픽셀피치를 상기 공간적 주기로 나눈 비례치가 2, 3, 4, 5, 6과 같이 정수이거나, 혹은 2.5, 3.5, 4.5, 5.5, 6.5와 같은 반정수를 중심으로 0.1의 범위 이내의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 터치스크린 컬러영상 표시장치.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 분산면은
   요철구조가 양의 곡률을 갖는 영역과 음의 곡률을 갖는 영역을 갖고, 상기 음과 양의 곡률 영역들이 상기 분산면 평면의 한 방향 혹은 둘 이상의 방향을 따라 교대하여 나타내는 것을 특징으로 하는 터치스크린 컬러영상 표시장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 요철구조는 인접한 음과 양의 곡률 영역들 사이의 너비 비율이 0.5와 2의 범위 내에 있어, 요철의 형상이 부드럽게 변화하는 원만한 곡면을 따르는 것을 특징으로 하는 터치스크린 컬러영상 표시장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 요철구조는 공간적 주기가 0.050mm 보다 작고 0.002mm 보다 큰 것을 특징으로 하는 터치스크린 컬러영상 표시장치.
11. 터치스크린 컬러영상 표시장치의 외면에 부착하는 표시장치용 보호필름에 있어서,
    광학적으로 투명한 플라스틱 혹은 유리 재질의 필름부와,
    필름의 한쪽 면에서 접착성 젤 혹은 액체상의 접착재를 가져, 컬러영상 표시장치의 스크린 외면에 상기 도포재의 접착성에 의하여 부착이 용이하도록 하는 도포재로 구성되며,
    이때, 상기 필름부와 도포재의 광학적 굴절률이 0.01 이상의 차이를 갖고 서로 상이하고, 상기 필름부와 상기 도포재 사이의 계면이 미세하게 볼록하거나 또는 오목하거나 또는 볼록 및 오목한 계면요철의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 터치스크린 컬러영상 표시장치용 보호필름.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 필름부와 도포재 사이의 계면이 갖는 상기 계면요철에 의하여 투과광선이 공간적으로 분산되어 분산광선을 형성하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 컬러영상 표시장치용 보호필름.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 필름부 평면의 한 축과 평행한 방향을 따라 측정된 분산각에 따른 광세기 분포에 대하여 분산각 표준편차의 3.46배를 유효 분산폭이라 할 때, 상기 유효 분산폭이 0.037 라디안 보다 크고 0.225 라디안보다 작은 것을 특징으로 하는 터치스크린 컬러영상 표시장치용 보호필름.
14. 제 11 항에 있어서,
    상기 계면요철은 규칙적이고 주기적이며, 상기 필름부 평면의 한 방향을 따라 측정한 상기 계면요철의 공간적 주기가 0.050mm 보다 작고 0.002mm 보다 큰 것을 특징으로 하는 터치스크린 컬러영상 표시장치용 보호필름.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 계면요철의 주기적 요철구조는 국소적으로 양의 곡률을 갖는 영역과 음의 곡률을 갖는 영역을 갖고, 상기 음과 양의 곡률 영역이 상기 필름부 평면의 한 방향 혹은 둘 이상의 방향을 따라 교대하여 나타나는 것을 특징으로 하는 터치스크린 컬러영상 표시장치용 보호필름.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 인접한 음과 양의 곡률 영역들 사이의 너비 비율이 0.5와 2의 범위 내에 있으며, 요철의 형상이 부드럽게 변화하는 원만한 곡면을 따르는 것을 특징으로 하는 터치스크린 컬러영상 표시장치용 보호필름.

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