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KR101200769B1 - 액정 디스플레이 장치용 컬러시프트 저감 광학필터 및 이를 구비하는 액정 디스플레이 장치 - Google Patents

액정 디스플레이 장치용 컬러시프트 저감 광학필터 및 이를 구비하는 액정 디스플레이 장치 Download PDF

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KR101200769B1
KR101200769B1 KR1020110003524A KR20110003524A KR101200769B1 KR 101200769 B1 KR101200769 B1 KR 101200769B1 KR 1020110003524 A KR1020110003524 A KR 1020110003524A KR 20110003524 A KR20110003524 A KR 20110003524A KR 101200769 B1 KR101200769 B1 KR 101200769B1
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Abstract

본 발명은, 액정 디스플레이 패널의 전방에 구비되는 액정 디스플레이 장치용 광학필터로서, 컬러시프트 저감층과; 외광차폐층을 포함하여 이루어지고, 상기 컬러시프트 저감층은, 층을 이루는 백그라운드층과 상기 백그라운드층에 서로 이격되게 형성되는 복수의 음각 또는 양각 렌즈부를 포함하고, 액정의 복굴절 특성으로 인하여 시청각도 및 계조수준에 따라 다른 색으로 상기 액정 디스플레이 패널로부터 출사되는 빛 중에서, 렌즈부에 입사된 빛의 출사 방향을 분산시켜, 서로 이격된 상기 렌즈부 사이를 통과하는 빛과 혼합시키고, 상기 외광차폐층은 이방성 흡수 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치용 컬러시프트 저감 광학필터를 제공한다. 바람직하게는, 상기 이방성 흡수 물질은, 상기 광학필터의 법선과 평행한 방향으로 진동하는 편광 성분을 상기 광학필터의 법선과 수직한 방향으로 진동하는 편광 성분보다 더 많이 흡수한다. 상기 외광차폐층은, 수지 및 액정 중 적어도 하나를 추가적으로 포함할 수 있다.

Description

액정 디스플레이 장치용 컬러시프트 저감 광학필터 및 이를 구비하는 액정 디스플레이 장치{OPTICAL FILM FOR REDUCING COLOR SHIFT AND LCD DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 액정 디스플레이 장치용 광학필터 및 이를 구비하는 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음각 또는 양각의 렌즈부를 갖는 컬러시프트 저감층과 이방성 흡수 물질을 포함하는 외광차폐층을 구비하여 시청각에 따른 컬러시프트를 개선하는 액정 디스플레이 장치용 컬러시프트 저감 광학필터 및 이를 구비하는 액정 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 1은 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 1의 좌측에 도시된 바와 같이 off 상태인 경우 액정은 기판에 대해 수직 배향되어 있으므로, 선편광된 빛은 그 상태가 그대로 유지되어 제1 편광필름(120)과 수직인 제2 편광필름(110)을 통과하지 못하게 된다.
한편 도 1의 우측에 도시된 바와 같이 on 상태인 경우 액정은 전기장에 의해 기판과 평행한 방향으로 두 직교 편광필름(110, 120)의 광축 사이에 수평 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 2는 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 3은 시청각에 따른 명암비 변화 및 컬러 시프트를 개선하기 위한 종래 기술의 일 예를 보여주는 개념도이다.
도 3을 참조하면, 화소를 두 개의 부분 화소, 즉 제1 화소부(320)과 제2 화소부(340)로 분할하여 각 화소부의 액정 배열 상태가 서로 대칭이 되도록 한다. 시청자가 보는 방향에 따라 제1 화소부(320)에서의 액정의 배열 상태와 제2 화소부(340)에서의 액정의 배열 상태가 동시에 보이게 되며, 시청자에게 보이는 빛의 세기는 각각의 화소부의 빛의 세기의 합이 된다.
즉, 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 4는 시청각에 따른 명암비 변화 및 컬러 시프트를 개선하기 위한 종래 기술의 다른 일 예를 보여주는 개념도이다.
도 4를 참조하면, 복굴절 특성을 가지고 있으며 그 특성이 LCD 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 5에 도시한 바와 같이, 여전히 시청각에 따른 컬러 시프트(color shift)는 존재하여 시청각이 증가함에 따라 색변화가 일어나는 문제점을 가진다.
또한, 종래의 광학필름 및 디스플레이 장치, 특히 TN 모드 액정 디스플레이 장치에서는 감마 커브 왜곡 및 계조 반전이 일어나는 문제점을 가진다.
본 발명의 목적은 시청각 증가에 따른 컬러 시프트 현상을 개선할 수 있는 액정 디스플레이 장치용 광학필터 및 이를 구비하는 액정 디스플레이 장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 컬러시프트 현상을 개선하면서도, 이중상 및 헤이즈 발생을 억제할 수 있는 액정 디스플레이 장치용 광학필터 및 이를 구비하는 액정 디스플레이 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 감마 커브 왜곡 및 계조반전을 개선할 수 있는 액정 디스플레이 장치용 광학필터 및 이를 구비하는 액정 디스플레이 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 명실명암비 저하를 개선할 수 잇는 액정 디스플레이 장치용 광학필터 및 이를 구비하는 액정 디스플레이 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 액정 디스플레이 패널의 전방에 구비되는 액정 디스플레이 장치용 광학필터로서, 컬러시프트 저감층과; 외광차폐층을 포함하여 이루어지고, 상기 컬러시프트 저감층은, 층을 이루는 백그라운드층과 상기 백그라운드층에 서로 이격되게 형성되는 복수의 음각 또는 양각 렌즈부를 포함하고, 액정의 복굴절 특성으로 인하여 시청각도 및 계조수준에 따라 다른 색으로 상기 액정 디스플레이 패널로부터 출사되는 빛 중에서, 렌즈부에 입사된 빛의 출사 방향을 분산시켜, 서로 이격된 상기 렌즈부 사이를 통과하는 빛과 혼합시키고, 상기 외광차폐층은 이방성 흡수 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치용 컬러시프트 저감 광학필터를 제공한다.
바람직하게는, 상기 이방성 흡수 물질은, 상기 광학필터의 법선과 평행한 방향으로 진동하는 편광 성분을 상기 광학필터의 법선과 수직한 방향으로 진동하는 편광 성분보다 더 많이 흡수한다.
상기 외광차폐층은, 수지 및 액정 중 적어도 하나를 추가적으로 포함할 수 있다.
상기한 구성에 따르면, 본 발명은 시청각 증가에 따른 컬러 시프트 현상을 최소화하여 디스플레이 장치의 시야각을 확보하고 화질을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 컬러시프트 현상을 개선하면서도, 이중상 및 헤이즈 발생을 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 감마 커브 왜곡 및 계조반전을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 명실명암비 저하를 개선할 수 있는 효과가 있다. 정면 투과율은 매우 높은 반면, 정면을 제외한 모든 방향으로부터 경사 입사된 외광을 많이 흡수하여 모든 방향에서 외광이 매우 강한 실외에서 그 효과가 크다.
도 1은 LCD의 기본 구조와 구동 원리를 개념적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 시청각에 따른 액정의 배향 상태와 광투과도를 보여주는 개념도이다.
도 3은 시청각에 따른 명암비 변화 및 컬러 시프트를 개선하기 위한 종래 기술의 일 예를 보여주는 개념도이다.
도 4는 시청각에 따른 명암비 변화 및 컬러 시프트를 개선하기 위한 종래 기술의 다른 일 예를 보여주는 개념도이다.
도 5는 컬러시프트 저감층을 장착하지 않은 상태의 LCD의 시청각에 따른 컬러 시프트를 보여주는 그래프이다.
도 6 내지 도 8은 비교실시예들에 따른 컬러시프트 저감층을 보여주는 단면도이다.
도 9는 비교실시예에 따른 컬러시프트 저감층의 제조방법을 보여주는 도면이다.
도 10 내지 도 15는 렌즈부의 단면의 모양과 이중상의 관계를 보여주는 도면이다.
도 16 내지 도 21은 비교실시예에 따른 컬러시프트 저감층을 디스플레이 패널과 밀착되게 설치하여, 이중상 및 헤이즈 발생을 억제할 수 있음을 보여주는 도면이다.
도 22는 도 5의 S-PVA 모드 LCD TV에 있어서, 자가 점착성을 갖는 비교실시예의 컬러시프트 저감층을 디스플레이 패널에 부착하고, 색변화 개선율을 측정한 결과를 보여준다.
도 23은 비교실시예의 컬러시프트 저감층을 구비하지 않은 S-IPS 모드 LCD TV의 색변화를 보여주는 도면이고, 도 24는 도 23의 LCD TV에 자가 점착성을 갖는 비교실시예의 컬러시프트 저감층을 디스플레이 패널에 부착하고, 색변화 개선율을 측정한 결과를 보여준다.
도 25 내지 도 28는 CCFL BLU 및 TN 패널을 채용한 LCD 모니터(모델명: B2440MH)에서, 비교실시예의 컬러시프트 저감층에 의한 컬러시프트 개선과 계조 반전 및 감마 커브 왜곡의 개선을 보여주는 도면이다.
도 29 내지 도 32은 LED BLU 및 TN 패널을 채용한 LCD 모니터(모델명: BX2440)에서, 비교실시예의 컬러시프트 저감층에 의한 컬러시프트 개선과 계조 반전 및 감마 커브 왜곡의 개선을 보여주는 도면이다.
도 33 내지 도 36는 S-PVA 패널을 채용한 46인치 LCD TV(모델명: LH46CSPLBC)에서, 비교실시예의 컬러시프트 저감층에 의한 컬러시프트 개선과 감마 커브 왜곡의 개선을 보여주는 도면이다.
도 37는 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러시프트 저감 광학필터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
<비교 실시예>
이하에서는 비교 실시예를 설명한다. 비교 실시예를 통하여, 컬러시프트 저감층의 컬러시프트 저감의 원리를 먼저 살펴본다. 이어서, 컬러시프트 저감층으로 인한 이중상 및 헤이즈 발생을 억제하는 방안에 대해서 살펴보고, 컬러시프트 저감층이 감마 커브 왜곡 및 계조 반전의 개선에 효과적임을 살펴본다.
도 6 및 도 7은 비교실시예에 따른 컬러시프트 저감층을 보여주는 단면도이다.
컬러시프트 저감층은 전형적으로 디스플레이 패널(10)의 전방에 구비된다.
도시한 바와 같이, 컬러시프트 저감층(20)은 백그라운드층(background layer)(21)과 렌즈부(23)를 구비한다.
백그라운드층(21)는 광을 투과시키는 물질이 층을 이루어 형성된다. 백그라운드층(21)은 투명 고분자 수지, 특히 자외선 경화성 투명 수지로 형성될 수 있다.
렌즈부(23)는 소정 깊이로 음각 또는 양각으로 백그라운드층(21)에 형성된다. 렌즈부는 광을 굴절시켜, 컬러시프트를 개선한다. 렌즈부(23)는 색혼합(color mixing) 효과에 의해, 시청각이 증가함에 따라 색변화를 감소시킨다. 렌즈부 간 간격에 비해 렌즈부의 폭이 작도록 하여 디스플레이 패널 면의 법선 방향으로 방출되는 빛을 많이 투과시킬 수 있다.
렌즈부는 디스플레이 패널 면의 법선 방향으로 발광되는 빛의 방향을 변화하여 법선에 벗어나는 방향으로 변경시키고, 디스플레이 패널 면의 법선에 벗어나는 방향으로 나오는 빛의 일부를 법선 방향으로 변경시킨다. 즉, 렌즈부가 시청각에 따라 발광되는 빛의 방향을 변화시킴으로써, 색혼합을 유도하여 컬러시프트를 개선할 수 있다.
렌즈부(23)는 다각형단면 스트라이프 패턴, 다각형단면 물결 패턴, 다각형단면 매트릭스 패턴, 다각형단면 벌집 패턴, 다각형단면 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.
여기서 다각형단면은, 삼각형단면, 사다리꼴단면, 사각형단면, 등일 수 있다. 또한, 반오벌단면은 원호 및 타원호 이외의 기타 곡선 궤적을 그릴 수 있다. 또한, 반원형, 반타원형 및 반오벌은, 각각 원형, 타원형 및 오벌을 정확히 1/2로 나눈 도형을 의미하는 것뿐만 아니라, 렌즈부의 단면 중 일부가 원호, 타원호, 포물선을 포함하는 도형을 의미한다. 즉, 양변이 타원호이고 바텀(Bottom)이 직선인 도형도 상기 반타원형에 포함된다 할 것이다.
비교실시예의 컬러시프트 저감층은 이에 한정되지 않고 다양한 형태를 가질 수 있고, 단면이 좌우 대칭인 것이 바람직하다.
또한, 예컨대 스트라이프 패턴의 경우에도, 수평 스트라이프 패턴, 수직 스트라이프 패턴, 등 다양한 패턴을 가질 수 있다. 수평 방향으로 형성되는 경우에는 상하 시청각 보상에 효과적이고, 도 7에 도시한 바와 같이 수직 방향으로 형성되는 경우에는 좌우 시청각 보상에 효과적이다.
모아레 현상의 방지를 위하여, 렌즈부(23)는 백그라운드층(21)의 변에 대하여 소정의 바이어스 각도를 가지도록 형성될 수 있다. 예컨대 스트라이프 패턴의 경우, 스트라이프가 수평 또는 수직 방향에 대하여 소정 경사각을 가질 수 있다.
렌즈부(23)는 바람직하게는, 도 7에 도시한 바와 같이, 렌즈부가 백그라운드층(21)의 일면에 일정한 주기로 이격되어 평행하게 배열된다.
도 6에서는 렌즈부(23)가 백그라운드층(21)에 대하여 음각으로 형성되는 실시예를 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 양각으로 형성되는 것도 가능하다.
렌즈부는 디스플레이 패널을 마주하는 백그라운드층의 배면에 형성될 수도 있으나, 시청자를 마주하는 백그라운드층의 전면에 형성될 수도 있다. 또한, 렌즈부는 백그라운드층의 양면에 형성될 수도 있다.
렌즈부는 서로 이격되게 복수 개가 형성된다. 여기서, 복수 개의 의미는, 백그라운드층의 단면을 기준으로 광을 굴절시키는 렌즈부가 서로 이격되게 복수 개가 형성되고, 렌즈부들 사이에 광을 투과시키는 백그라운드층의 평탄면이 존재함을 의미한다. 따라서, 예컨대 반타원형단면 매트릭스 패턴의 렌즈부를, 백그라운드층의 전면에서 바라보면 매트릭스 패턴의 단일 렌즈부로 볼 수 있지만, 백그라운드층의 단면을 기준으로는 반타원형단면 렌즈부가 서로 이격되게 복수 개가 형성되는 것이다.
도 9는 비교실시예의 컬러시프트 저감층의 제조방법을 보여주는 도면이다.
백그라운드층(21)은 백킹(backing)(25) 상에 형성될 수 있다.
백킹(25)은 자외선 투과성을 가지는 투명한 수지 필름 또는 유리 기판이 바람직하다. 백킹의 재질로는 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET), 폴리카보네이트(PolyCarbonate, PC), 폴리염화비닐(PVC), TAC(TriAcetate Cellulose), 등이 사용될 수 있다. 백킹의 굴절률은 백그라운드층의 굴절률과 동일한 것이 바람직할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
렌즈부(23)를 형성하는 방법은, 백킹(25)의 일면에 자외선 경화성 수지를 도포한 후, 자외선을 조사하면서 렌즈부의 거울 상이 표면에 형성된 성형 롤을 이용하여 자외선 경화성 수지에 음각홈을 형성한다. 그 후, 다시 자외선 경화성 수지에 자외선을 조사하여 최종적으로 렌즈부(23)가 형성된 백그라운드층(21)을 완성한다.
그러나, 비교실시예의 컬러시프트 저감층은 이에 한정되지 않고, 열가소성 수지를 이용한 열프레스법이나, 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 충전하여 성형하는 사출 성형법, 등 다양한 방법을 이용하여 백그라운드층의 음각홈을 얻을 수 있다.
도 10 내지 도 15는 렌즈부의 단면의 모양과 이중상의 관계를 보여주는 도면이다.
도 10에 도시한 바와 같이 렌즈부(렌즈부의 폭 27㎛, 깊이 81㎛, 피치 90㎛)의 곡률을 변화시키면서, 이중상(ghost)을 관찰한 결과 반타원형 단면을 갖는 렌즈부가 이중상 발생을 가장 효과적으로 억제할 수 있다.
반타원형에서 삼각형으로 갈수록, 즉 곡률이 감소할수록 고스트(허상)가 또렷하게 관찰된다. 도 11 내지 도 15는 원상의 휘도와 허상의 휘도 분포를 비교하여 보여주는 도면이다.
도 16 내지 도 18은 컬러시프트 저감층이 디스플레이 패널과 이격되어 설치되는 경우, 이중상 및 헤이즈가 발생됨을 보여주는 도면이다.
비교실시예의 컬러시프트 저감층을 디스플레이 패널 앞에 장착하는 경우, 도 16에 도시한 바와 같이 컬러시프트 저감층이 디스플레이 패널으로부터 이격되고 그 거리가 커질수록 이중상이 뚜렷하다. 도 17은 컬러시프트 저감층이 디스플레이 패널로부터 이격되어 설치된 경우 이중상이 발생됨을 보여주는 도면이다. 이러한 이중상은 디스플레이 패널의 영상을 왜곡시키게 된다. 이에 컬러시프트를 저감시키면서도, 이중상을 발생시키지 않도록 하는 방안이 요구된다.
이에 더하여, 컬러시프트 저감층이 디스플레이 패널과 이격되어 설치되는 경우, 전술한 이중상의 문제뿐 아니라, 도 18에 도시한 바와 같이, 렌즈부 사이의 평탄면과 디스플레이 패널에서 반사되어 나오는 외광을 렌즈부가 확산시켜 헤이즈가 발생하는 문제도 갖는다. 즉, 컬러시프트 저감층과 디스플레이 패널로 입사한 외광이 컬러시프트 저감층과 공기(컬러시프트 저감층과 디스플레이 패널 사이의 공기) 사이의 계면, 그리고 공기와 디스플레이 패널 사이의 계면에서 반사 또는 다중 반사된 후 렌즈부에 입사되고 그리고 나서 확산되어 헤이즈가 발생한다. 이러한 현상은 명실명암비를 떨어뜨려 패널의 시인성을 저하시킨다. 이에, 컬러시프트 저감층의 이중상 발생 및 헤이즈 발생을 개선할 수 있는 해결책이 요구된다.
도 19 내지 도 21은 컬러시프트 저감층의 이중상 및 헤이즈 제거의 방안들을 보여주는 도면으로서, 도 19는 비교실시예의 디스플레이 장치를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 20은 도 19의 디스플레이 장치에서 이중상이 제거됨을 보여주는 도면이고, 도 21은 비교실시예에 따른 디스플레이 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
컬러시프트 저감층과 디스플레이 패널을 밀착시킴으로써, 이중상 및 헤이즈를 제거할 수 있다. 예컨대, 도 19과 같이 컬러시프트 저감층을 점착제(31)를 매개하여 디스플레이 패널에 점착하거나, 도 21과 같이, 자가 점착성을 갖는 물질로 백그라운드층을 형성하고 그 백그라운드층을 디스플레이 패널에 직부착시킴으로써, 이중상 및 헤이즈 발생을 억제할 수 있고, 투과율을 향상시킬 수 있다. 또한, 컬러시프트 저감층이 디스플레이 패널에 점착됨이 없이 단순 밀착되어, 그 사이에 공기층이 개재되지 않도록 하는 것도 효과가 있다. 컬러시프트 저감층이 디스플레이 패널과 밀착된 경우 이중상과 원상의 간격이 매우 작아서 구분하기 어렵다.
이때, 렌즈부는 시청자 측이 아닌 디스플레이 패널측을 향하는 것이 헤이즈 저감 측면에서 바람직하다. (이는 컬러시프트 저감층이 디스플레이 패널과 이격되어 설치되는 경우에도 마찬가지이다.)
여기서, 자가 점착성을 갖는 백그라운드층은, 자외선으로 경화가 가능한 투명 탄성 중합체(elastomer)로 이루어져 쉽게 디스플레이 패널과 직부착될 수 있다. 재료로는 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.
아래 표 1은 컬러시프트 저감층이 디스플레이 패널로부터 이격되어 설치된 디스플레이 장치와, 도 19의 디스플레이 장치에서 외광에 의한 헤이즈를 측정한 결과를 보여준다.
샘플 시청각 60도에서 측정한 휘도값
블랙 패널 1.73 nit
디스플레이 패널/공기/반타원형단면 렌즈부의 컬러시프트 저감층 12.27 nit
디스플레이 패널/PSA/반타원형단면 렌즈부의 컬러시프트 저감층 2.58 nit
디스플레이 패널/공기/PET 필름 3.87 nit
측정 방법은 외광 D65 240 lux 조건에 흑색 기판에 샘플을 붙이고 좌우 시청각 60도에서, 반사되는 빛의 휘도를 측정하였다. 외광은 샘플의 위쪽에 존재하기 때문에, 정반사에 해당되는 부분은 샘플 아래쪽에서 관측이 가능하며, 난반사는 전(全) 방향에서 관측할 수 있다. 따라서, 샘플의 아래쪽이 아닌 측방 60도에서 난반사된 빛을 측정하여 외광에 의한 반사 헤이즈를 측정하였다.
컬러시프트 저감층이 디스플레이 패널에 점착(또는 직부착)된 경우, 측정된 반사 헤이즈는 2.58 nit로, 이격되어 공기층이 존재하는 경우에 비해 매우 적으며, 심지어 렌즈부를 갖지 않는 PET 필름과 비교하여서도 반사 헤이즈가 상당히 감소함을 알 수 있다.
도 22는 도 5의 S-PVA 모드 LCD TV에 있어서, 자가 점착성을 갖는 비교실시예의 컬러시프트 저감층(렌즈부의 폭은 30㎛, 깊이 60㎛, 피치 83㎛, 반타원형 단면)을 디스플레이 패널에 부착하고, 색변화 개선율을 측정한 결과를 보여준다.
도 22의 색변화 개선율은 52%를 나타내었다.
도 23은 비교실시예의 컬러시프트 저감층을 구비하지 않은 S-IPS 모드 LCD TV의 색변화를 보여주는 도면이고, 도 24는 도 23의 LCD TV에 자가 점착성을 갖는 비교실시예의 컬러시프트 저감층(렌즈부의 폭 30㎛, 깊이 60㎛, 피치 83㎛, 반타원형 단면)을 디스플레이 패널에 부착하고, 색변화 개선율을 측정한 결과를 보여준다.
색변화 개선율은 50%를 나타내었다.
이 밖에, TN 모드 LCD도 마찬가지로 컬러시프트 개선 효과를 얻을 수 있으며, 특히 TN 모드 액정 LCD는, 후술하는 바와 같이 계조 반전 개선 효과까지 얻을 수 있다.
도 25 내지 도 28는 CCFL BLU 및 TN 패널을 채용한 LCD 모니터(모델명: B2440MH)에서, 비교실시예의 컬러시프트 저감층에 의한 컬러시프트 개선과 계조 반전 및 감마 커브 왜곡의 개선을 보여주는 도면이다.
컬러시프트 개선 정도를 측정하기 위하여, 측정기기로 SS320 고니오미터(goniometer)를 사용하였다. 디스플레이 패널의 상하 0~60도까지 10도 간격으로 색좌표를 측정하여 컬러시프트로 환산하여 도 25을 얻었고, 컬러시프트 저감층 샘플을 패널에 직부착한 후 동일하게 측정하여 도 26를 얻었다. 그 결과, 컬러시프트 개선율이 25.5%(상) 및 65.4%(하)로 나타남을 알 수 있었다.
계조 반전 및 감마 커브 왜곡 개선 정도를 측정하기 위하여, 측정기기로 CS-1000을 사용하였다. 디스플레이 패널의 정면(0도) 및 상하 30도 60도 각도에서 W,R,G,B의 그레이 레벨별 휘도를 측정하여 도 27을 얻었고, 컬러시프트 저감층 샘플을 패널에 직부착한 후 동일하게 측정하여 도 28를 얻었다. 그 결과, 컬러시프트 저감층 적용시 감마 커브의 선형성이 회복되어 계조 반전 현상이 개선되며, 각도별 감마 커브간의 변화가 상당히 축소되며, 감마 곡선의 왜곡이 줄어듬을 알 수 있었다.
도 29 내지 도 32은 LED BLU 및 TN 패널을 채용한 LCD 모니터(모델명: BX2440)에서, 비교실시예의 컬러시프트 저감층에 의한 컬러시프트 개선과 계조 반전 및 감마 커브 왜곡의 개선을 보여주는 도면이다.
컬러시프트 개선 정도를 측정하기 위하여, 측정기기로 SS320 고니오미터(goniometer)를 사용하였다. 디스플레이 패널의 상하 0~60도까지 10도 간격으로 색좌표를 측정하여 컬러시프트로 환산하여 도 29를 얻었고, 컬러시프트 저감층 샘플을 패널에 직부착한 후 동일하게 측정하여 도 30을 얻었다. 그 결과, 컬러시프트 개선율이 30.9%(상) 및 63.5%(하)로 나타남을 알 수 있었다.
계조 반전 및 감마 커브 왜곡 개선 정도를 측정하기 위하여, 측정기기로 CS-1000을 사용하였다. 디스플레이 패널의 상하 30도 60도 각도에서 W,R,G,B의 그레이 레벨별 휘도를 측정하여 도 31을 얻었고, 컬러시프트 저감층 샘플을 패널에 직부착한 후 동일하게 측정하여 도 32을 얻었다. 그 결과, 컬러시프트 저감층 적용시 감마 커브의 선형성이 회복되어 계조 반전 현상이 개선되며, 각도별 감마 커브간의 변화가 상당히 축소되며, 감마 곡선의 왜곡이 줄어듬을 알 수 있었다.
도 33 내지 도 36은 S-PVA 패널을 채용한 46인치 LCD TV(모델명: LH46CSPLBC)에서, 비교실시예의 컬러시프트 저감층에 의한 컬러시프트 개선과 감마 커브 왜곡의 개선을 보여주는 도면이다.
컬러시프트 개선 정도를 측정하기 위하여, 측정기기로 SS320 고니오미터(goniometer)를 사용하였다. 디스플레이 패널의 좌우 0~60도까지 10도 간격으로 색좌표를 측정하여 컬러시프트로 환산하여 도 33를 얻었고, 컬러시프트 저감층 샘플을 패널에 직부착한 후 동일하게 측정하여 도 34을 얻었다. 그 결과, 컬러시프트 개선율이 48.7%(좌) 및 53.7%(우)로 나타남을 알 수 있었다.
감마 커브 왜곡 개선 정도를 측정하기 위하여, 측정기기로 CS-1000을 사용하였다. 디스플레이 패널의 정면과 좌측 30도 60도 각도에서 W,R,G,B의 그레이 레벨별 휘도를 측정하여 도 35을 얻었고, 컬러시프트 저감층 샘플을 패널에 직부착한 후 동일하게 측정하여 도 36를 얻었다. 그 결과, 컬러시프트 저감층 적용시 각도별 감마 커브간의 변화가 상당히 축소됨을 알 수 있었다.
< 본 발명>
전술한 비교 실시예의 컬러시프트 저감층을 디스플레이 패널의 앞쪽에 배치함으로써 컬러시프트를 크게 개선시킬 수 있었다. 더 나아가 컬러시프트 저감층을 디스플레이 패널의 앞쪽에 밀착시켜 배치함으로써, 이중상 및 헤이즈 문제를 해소할 수 있었다. 또한, 감마 커브 왜곡 및 계조 반전을 개선할 수 있었다.
비교실시예의 컬러시프트 및 계조 반전 개선을 위한 구성 그리고 이중상 및 헤이즈 발생 억제를 위한 구성은, 본 발명에서도 핵심 구성을 이룬다. 본 발명에서는 이에 더하여, 명실명암비를 더욱 개선할 수 있는 방안을 제시한다.
전술한 도 18에서 살펴본 바와 같이, 외광은 명실명암비를 저하시키는 원인이 된다. 컬러시프트 저감층을 패널에 밀착시켜 상당 정도 명실명암비의 향상을 가져올 수 있었다. 그러나, 여전히 컬러시프트 저감층과 패널로 입사한 외광은, 공기와 패널의 계면 그리고 공기와 컬러시프트 저감층의 계면에서 확산 반사되어 블랙 영상의 휘도값을 증가시킨다. 이러한 현상은 명실명암비를 떨어뜨려 디스플레이 장치의 시인성을 저하시킨다.
도 37은 명실명암비 향상을 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 광학필터를 개략적으로 보여주는 도면이다.
본 발명은 컬러시프트 저감층(20)과 외광차폐층(30)을 포함한다. 이 밖에, 백킹(25), 배향막(40), 등을 포함할 수 있다.
도시한 바와 같이, 도 37의 광학필터는 전방으로부터 순차적으로 외광차폐층(30), 배향막(40), 백킹(25) 및 컬러시프트 저감층(20)을 포함한다.
외광차폐층(30)은 이방성 흡수 물질(31)을 포함한다. 외광차폐층(30)은 컬러시프트 저감층(20)보다는 전방에 배치되는 것이 바람직하다.
이방성 흡수 물질은 액정 분자와 같이 비대칭 구조로, 방향 질서도를 가지고 있으며, 빛의 입사 방향에 따라 흡수 정도가 다르다.
이방성 흡수 물질의 광축은 바람직하게는, 광학필터의 법선 방향을 따른다.
또한, 이방성 흡수 물질은, 이방성 흡수 물질의 광축과 평행한 방향으로 진동하는 편광 성분에 대한 흡수 계수(
Figure 112011002922360-pat00001
)가 상기 이방성 흡수 물질의 광축과 수직한 방향으로 진동하는 편광 성분에 대한 흡수 계수(
Figure 112011002922360-pat00002
)보다 크다. 이방성 흡수 물질은, 광학필터의 법선과 평행한 방향으로 진동하는 편광 성분을 광학필터의 법선과 수직한 방향으로 진동하는 편광 성분보다 더 많이 흡수한다.
이방성 흡수 물질은, 광이 광학필터의 법선 방향과 더 큰 각을 이루며 입사할수록, 광을 더 많이 흡수한다. 광학필터의 법선 방향으로 입사하는 광은 광학필터의 법선과 수직한 방향으로 진동하는 편광 성분만이 존재하여,
Figure 112011002922360-pat00003
의 작은 흡수율로 흡수되어, 정면 투과율 저하가 최소화된다. 반면, 광학필터의 법선 방향과 큰 각을 이루며 입사할수록, 광학필터의 법선과 평행한 방향으로 진동하는 편광 성분이 점점 더 커져 광을 더 많이 흡수하게 된다.
따라서, 법선 방향으로 입사한 빛의 흡수량은 매우 작아서 정면 투과율은 매우 높은 반면, 정면을 제외한 모든 방향으로부터 경사 입사된 외광은 많이 흡수되므로, 특히 모든 방향에서 외광이 매우 강한 실외에서 그 효과가 크다.
외광차폐층(30)은 흡수 특성이 블랙인 이방성 흡수 물질, 즉, 가시광선 전파장에 대하여 이방성 흡수성을 갖는 이방성 흡수 물질을 포함할 수 있다. 이를 대신하여 또는 이와 함께, 그린파장에 대하여 이방성 흡수성을 갖는 이방성 흡수 물질, 블루파장에 대하여 이방성 흡수성을 갖는 이방성 흡수 물질 및 레드파장에 대하여 이방성 흡수성을 갖는 이방성 흡수 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이방성 흡수 물질(31)을 효율적으로 분산, 배향 및 고정시키기 위하여 액정 고분자(33)를 이용할 수 있다.
액정 고분자는 전기장에 의한 배향 특성을 가지고 있으며, 이를 이용하면 이방성 흡수 물질의 분산과 배향이 용이하다. (예컨대, 낮은 전압으로 배향이 가능하다.) 자외선 경화 기능을 갖는 반응기가 포함된 반응성 액정 모노머 또는 올리고머와 이방성 흡수 물질을 혼합하여 분산시킨 후 전기장으로 배향한 후 자외선을 조사하여 액정 고분자로 형성하여 배향 상태를 고정시킬 수 있다. 액정은 이방성 흡수 물질과 동일한 방향으로 배향되는 것이 바람직하다.
광학필터는 배향막을 추가적으로 포함할 수 있는데, 배향막은 외광차폐층의 액정과 이방성 흡수 물질의 광축이 디스플레이 화면에 수직으로 배향할 수 있도록 한다. 백킹의 일면에 먼저 수직 배향막을 코팅한 후, 자외선 경화성 액정 모노머와 이방성 흡수 물질을 혼합시켜 도포한 후, 액정의 등방성(isotopic state) 이상의 온도에서 네마틱(nematic) 도는 스멕틱(smectic) 상(phase)까지 온도를 내리면서 배향한다. 이후, 자외선을 조사하여 자외선 경화성 액정을 중합시켜 액정 고분자를 형성하여 배향된 이방성 흡수 물질이 고정된 외광차폐층을 형성한다.
백킹(25)은 컬러시프트 저감층(20)과 배향막(40)을 지지하는 역할을 한다. 실시예에 따라서, 백킹(25)은 생략될 수 있다.
다른 실시예로서, 외광차폐층은 이방성 흡수 물질과 수지를 포함할 수 있다. 이방성 흡수 물질이 분산된 수지를 도포한 후, 전기장을 걸어 이방성 흡수 물질을 배향시킨 상태에서, 자외선을 조사하여 수지를 경화시켜 배향 상태를 고정함으로써, 외광차폐층을 완성한다.
또 다른 실시예로서, 외광차폐층은 이방성 흡수 물질과 액정 고분자 및 수지를 포함할 수 있다. 이방성 흡수 물질과 액정 분자를 혼합 분산시킨 후 이를 자외선 경화성 수지와 혼합시킨다. 그리고 나서, 액정과 이방성 흡수 물질의 혼합물과 자외선 경화성 수지가 상분리가 일어나게 한 후, 전기장을 이용하여 액정 분자와 분산된 이방성 흡수 물질을 배향시키면서 자외선을 조사하여 경화시킬 수 있다. 이때, 자외선 경화성 수지와 액정/이방성 흡수 물질의 상분리가 일어나 구형 미세 입자 구조(guest-host sphere)를 이룰 수 있도록 적절한 비율로 혼합하며, 필요에 따라서는 온도를 조절할 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 디스플레이 장치용 광학필터는 패널 보호용 투명 기판, 안티포그층, 반사방지층, 편광필름, 위상차(phase retardation) 필름, 등 다양한 기능성 필름을 추가적으로 포함할 수 있다.
이 경우, 본 발명의 광학필터를 구성하는 각 구성층은, 점착제 또는 접착제를 사용하여 점착 또는 접착될 수 있다. 구체적인 재료로서, 아크릴계 접착제, 실리콘계 접착제, 우레탄계 접착제, 폴리비닐부티랄 접착제(PMB), 에틸렌-아세트산비닐계 접착제(EVA), 폴리비닐에테르, 포화무정형 폴리에스테르, 멜라민 수지, 등을 들 수 있다.

Claims (17)

  1. 액정 디스플레이 패널의 전방에 구비되는 액정 디스플레이 장치용 광학필터로서,
    컬러시프트 저감층과;
    외광차폐층을 포함하여 이루어지고,
    상기 컬러시프트 저감층은, 층을 이루는 백그라운드층과 상기 백그라운드층에 서로 이격되게 형성되는 복수의 음각 또는 양각 렌즈부를 포함하고, 액정의 복굴절 특성으로 인하여 시청각도 및 계조수준에 따라 다른 색으로 상기 액정 디스플레이 패널로부터 출사되는 빛 중에서, 렌즈부에 입사된 빛의 출사 방향을 분산시켜, 서로 이격된 상기 렌즈부 사이를 통과하는 빛과 혼합시키고,
    상기 외광차폐층은 이방성 흡수 물질을 포함하되,
    상기 이방성 흡수 물질의 광축은 상기 광학필터의 법선 방향을 따르는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치용 컬러시프트 저감 광학필터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이방성 흡수 물질은, 상기 이방성 흡수 물질의 광축과 평행한 방향으로 진동하는 편광 성분에 대한 흡수 계수(
    Figure 112012041888286-pat00004
    )가 상기 이방성 흡수 물질의 광축과 수직한 방향으로 진동하는 편광 성분에 대한 흡수 계수(
    Figure 112012041888286-pat00005
    )보다 큰 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치용 컬러시프트 저감 광학필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이방성 흡수 물질은, 상기 광학필터의 법선과 평행한 방향으로 진동하는 편광 성분을 상기 광학필터의 법선과 수직한 방향으로 진동하는 편광 성분보다 더 많이 흡수하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치용 컬러시프트 저감 광학필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이방성 흡수 물질은, 광이 상기 광학필터의 법선 방향과 더 큰 각을 이루며 입사할수록, 광을 더 많이 흡수하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치용 컬러시프트 저감 광학필터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 외광차폐층은, 가시광선 전파장에 대하여 이방성 흡수성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치용 컬러시프트 저감 광학필터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 외광차폐층은, 그린파장에 대하여 이방성 흡수성을 갖는 이방성 흡수 물질, 블루파장에 대하여 이방성 흡수성을 갖는 이방성 흡수 물질 및 레드파장에 대하여 이방성 흡수성을 갖는 이방성 흡수 물질 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치용 컬러시프트 저감 광학필터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 외광차폐층은, 수지 및 액정 중 적어도 하나를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치용 컬러시프트 저감 광학필터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수지 및 액정 중 적어도 하나는 자외선 경화성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치용 컬러시프트 저감 광학필터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 외광차폐층은 상기 컬러시프트 저감층의 전방에 구비되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치용 컬러시프트 저감 광학필터.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 광학필터는 배향막을 추가적으로 포함하고, 상기 외광차폐층은 상기 배향막의 일면에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치용 컬러시프트 저감 광학필터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광학필터는 백킹을 추가적으로 포함하고,
    상기 컬러시프트 저감층은 상기 백킹의 배면에 형성되고,
    상기 백킹의 전면에 상기 배향막 및 상기 외광차폐층이 순차적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치용 컬러시프트 저감 광학필터.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈부의 단면은 타원호를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치용 컬러시프트 저감 광학필터.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 백그라운드층은 자가 점착성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치용 컬러시프트 저감 광학필터.
  15. 제1항의 컬러시프트 저감 광학필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 컬러시프트 저감 광학필터의 렌즈부는, 상기 액정 디스플레이 패널을 대향하는 상기 백그라운드층의 배면에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 컬러시프트 저감 광학필터는 상기 액정 디스플레이 패널에 밀착되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
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