KR100852515B1

KR100852515B1 - 디스플레이 장치의 필터

Info

Publication number: KR100852515B1
Application number: KR1020070034408A
Authority: KR
Inventors: 이연근; 최현석; 김정두; 박상현; 이수림
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2007-04-06
Filing date: 2007-04-06
Publication date: 2008-08-18
Also published as: US20100067116A1; CN101542326B; EP2135121A4; JP2009541812A; WO2008123723A1; JP4986305B2; CN101542326A; EP2135121A1

Abstract

본 발명은 디스플레이 장치의 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 시야각에서도 일정 수준 이상의 콘트라스트 비율을 확보할 수 있는 디스플레이 장치의 필터에 관한 것이다.

본 발명의 디스플레이 장치의 필터는 투명 필름; 상기 투명 필름의 양면에 평행하게 형성된 복수의 스트라이프 패턴;을 포함하고, 상기 스트라이프 패턴의 폭(a)과 투명필름의 두께(t)가 하기 관계식으로 표시되는 임계각(θ_c)이 20~50°이 되도록 조절된 것을 특징으로 한다.

[관계식]

단, 여기서 R_i는 투명 필름의 굴절율을 의미한다.

디스플레이 장치, 필터, 콘트라스트, 스트라이프

Description

디스플레이 장치의 필터{FILTER OF DISPLAY DEVICE}

도 1은 종래 콘트라스트 비율 향상을 위해 사용되었던 ND 필터의 투과율과 PDP 표면에서의 조도에 따라서 콘트라스트 비율이 변화하는 경향을 나타낸 그래프,

도 2는 대한민국 공개특허공보 10-2006-0080116호에 개시된 디스플레이 장치용 필터의 형태를 나타낸 개략사시도,

도 3은 대한민국 공개특허공보 10-2006-0080116호에 개시된 디스플레이 장치용 필터를 사용할 경우 관찰자의 위치에 따라 시야각이 나빠질 수 있음을 설명하는 단면도,

도 4는 본 발명의 디스플레이 장치용 필름을 나타낸 단면도,

도 5는 빛의 경로에 따라 개구율이 달라지는 현상을 설명하기 위한 개략도,

도 6은 입사각과 방출각의 용어를 설명하기 위한 개략도,

도 7은 외부광이 관찰자의 시야에 도달하는 경로를 설명하기 위한 개략도, 그리고

도 8은 본 발명의 필터의 한가지 조건인 임계각(θ_c)를 설명하기 위한 개략도이다.

PDP 디스플레이 장치는 전극 사이에서 가스 방전이 발생하고 상기 가스 방전에 의해 형성된 자외선의 방사에 의해 원하는 화소의 형광체를 여기시켜 화면을 구현하는 장치이다.

상기와 같은 PDP 장치의 특성상 다양한 종류의 전자파 및 근적외선이 방출되는데, 이는 인체에 유해할 뿐만 아니라, 주변의 다른 전자기기의 오작동을 유도하는 등 문제를 일으키므로 상기 PDP 장치 표면에는 전자파 및 근적외선 등을 차단하기 위한 필터가 부착되어 있다. 상기 필터에는 근적외선 영역의 전자파를 흡수 차단하기 위한 전자파 차폐망 또는 근적외선 차단 필름 등이 포함되어 있다.

하지만 상기 필터를 통하여 PDP에서 발광되는 빛이 관찰자에게 전달되어야 하기 때문에 PDP 필터는 대체적으로 투명하여야 한다.

그런데, 대낮이나 밝은 빛이 비치는 환경 즉, 명실 조건에서는 PDP 디스플레이 장치에서 필터를 통하여 빛이 외부로 발광되는 것 뿐만 아니라, 반대로 외부의 빛이 PDP 필터를 통하여 디스플레이 장치 내로 유입될 수도 있다. 이러한 외부의 빛은 다시 PDP 패널에서 반사되어 PDP 패널에서 방출되는 빛과 중첩되어 관찰자에게 도달하게 된다. 이하, 상기 반사되어 방출되는 외부의 빛을 반사광이라 한다.

상기와 같이 반사광이 투명한 PDP 필터를 통하여 유입된 후 PDP 패널에서 발광되는 빛과 중첩되어 방출될 경우에는 화면의 콘트라스트 비가 현저히 저하된다는 문제가 있다. 즉, 콘트라스트 비는 디스플레이가 구현할 수 있는 가장 밝은 화면과 가장 어두운 화면 밝기의 비율을 나타내는 것으로서 PDP 패널에서 발광되는 빛만 고려할 경우(완전한 암실조건)에는 다음과 같은 관계를 나타낸다.

[관계식 1]

그런데, 상술한 바와 같이 명실 조건에서 반사광이 발광되는 백색광 및 흑색광과 함께 방출될 경우에는 식이 조금 달라진다. 즉, 반사광은 백색광과 흑색광을 가리지 않고 동일한 정도로 반사되므로 백색광과 흑색광을 표현하는 화소의 밝기는 각각 반사광의 밝기만큼 증가하게 되므로 하기 관계식 2의 관계를 가진다.

[관계식 2]

백색광의 밝기가 흑색광의 밝기보다는 높으므로 일반적으로 관계식 1에 의한 콘트라스트 비는 1보다 큰값을 가지게 되는데, 이러한 조건에서 반사광의 밝기가 분자와 분모에 더해질 경우에는 상기 콘트라스트 비는 감소하게 된다. 그러므로, 동일한 디스플레이 장치라 하더라도 암실조건과 명실조건에서의 콘트라스트 비율은 크게 차이나게 된다.

여러가지 디스플레이 장치 중, LCD는 디스플레이 특성상 외부광이 디스플레이 내부로 들어오면 모두 흡수되어 다시 반사광이 거의 없는 특징이 있으나, CRT나 PDP의 경우는 밝은 환경에서 사용할 경우 반사광의 영향을 받게 되므로, 상기 콘트라스트 비율의 감소가 현저해진다.

그 중, PDP 디스플레이 장치의 흑색광의 밝기(휘도)는 일반적으로 약 1cd/m² 이하이며, 백색광의 밝기는 1000cd/m² 이상이므로 외부광이 없는 암실조건에서의 상기 PDP 디스플레이 장치의 콘트라스트 비율은 1000을 넘는 아주 우수한 값을 가진 다.

그러나, 상술한 바와 같이 외부광이 존재하는 조건 즉, 명실조건에서의 PDP의 콘트라스트 비율은 상기 반사광의 밝기에 크게 영향을 받게 되는데, 이를 대략적으로 짐작하기 위해서는 반사광의 밝기가 어느 정도인지를 파악할 필요가 있다.

상기 반사광은 외부에서 입사된 후 디스플레이 장치의 표면에서 반사되는 과정에 의해 관찰자의 시야에 입사하게 된다. 따라서, 반사광의 밝기는 우선 PDP 디스플레이 장치를 조명하는 외부광의 밝기(IL_PDP)에 비례할 뿐만 아니라, PDP 표면 및 내부(형광체)에서 반사되는 정도(R_PDP)에 비례하게 된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 반사광의 밝기는 하기 관계식 3과 같은 비례식으로 표시될 수 있다.

[관계식 3]

이때, 상기 PDP 디스플레이 장치를 조명하는 외부광의 밝기는 PDP 표면의 조도(lx)로서 측정될 수 있는데, 이를 디스플레이 장치에서 방출되는 백색광 또는 흑색광의 밝기와 동일한 단위인 cd/m²으로 변환하기 위한 변환상수를 적절히 채택하여 야 비례식이 아닌 등식으로 표시할 수 있는데, 이를 완전히 동일한 값으로 변환하는 것은 곤란하지만 이상적인 조건에서는 「1lx = 1/πcd/m²」이 성립한다고 알려져 있다. 따라서, 상기 관계식 3은 하기와 같은 관계식 4로 표현될 수 있다.

[관계식 4]

상기 관계식 4의 결과를 관계식 2에 대입하면 하기 관계식 5를 얻을 수 있다.

[관계식 5]

PDP 표면에서 반사광이 반사되는 정도를 나타내는 반사율(R_PDP)은 약 20~30% 수준으로 알려져 있는데, 만일 상기 반사율이 30%이고 외부 조명에 의한 PDP 표면의 조도가 100lx인 것으로 가정하면 상기 관계식 4로 표시되는 반사광의 밝기는 약 9.5cd/m2 수준이며 그로 인하여 암실조건에서 1000이상이었던 콘트라스트 비율은 명실 조건에서 상기 관계식 5에 의해 100 정도로 감소하게 된다. 즉, 통상의 PDP 디스플레이 장치에서 암실조건과 명실조건의 콘트라스트 비율은 약 10배 정도 차이 나게 되는데, 이는 화면의 식별력 측면에서 막대한 것이다.

비록 정도의 차이는 있을 수 있지만, 이러한 현상은 상기 PDP 뿐만 아니라 프론트 프로젝선(front projection) TV용 스크린 또는 CRT 등 화면의 반사율이 높은 디스플레이 장치에서도 흔히 경험할 수 있는 것이다.

따라서, 명실 조건에서 콘트라스트를 향상시키기 위한 다방면의 연구가 진행되어 왔는데, 상기 연구들은 콘트라스트 비율의 저하원인을 파악하는 것으로부터 시작되었다. 상기 관계식 2 또는 관계식 5로부터 알 수 있듯이, 명실조건의 콘트라스트 비율 저하는 외부광이 디스플레이 장치 표면에서 반사되어 발생하는 반사광의 밝기에 의해 결정되며, 상기 반사광의 밝기를 결정하는 요소 중 외부광의 밝기를 임의로 조절하지 않는다고 가정하면 결국 반사율(R_PDP)에 의해 좌우된다는 것을 알 수 있다.

이러한 반사율은 PDP 패널 표면에 반사율이 매우 높은 형광체가 존재하고 있기 때문에, 상기 형광체에 의해 입사광이 재반사되는 현상에 기인한다. 즉, PDP 디스플레이 장치의 표면에는 여러 가지 층의 필름이나 기판 등이 존재하고 있지만 반사되는 빛의 대부분은 PDP 패널 표면에 존재하는 형광체에 기인하는 것이다.

상기 디스플레이 장치에서 외부광이 반사되는 정도인 반사율을 감소시키기 위하여 일반적으로 사용되는 기술 중 하나는 PDP 디스플레이 장치 표면에 필터를 부착하여 반사되어 나오는 빛의 밝기를 감소시키는 것이다. 즉, 일정한 투과율(T_filter)를 가지는 PDP 필터를 디스플레이 장치 표면에 부착할 경우, 외부광이 디스플레이 장치의 표면에서 바로 반사되던 종래의 경우와는 달리, 상기 외부광은 필터를 한번 통과한 후 PDP 패널 표면에 존재하는 형광체에 의해 반사되고, 이후 다시 상기 필터를 다시 한번 통과하여 비로소 관찰자의 시야에 도달하는 경로를 겪게 된다. 따라서, 상기 위부광은 반사되어 관찰자의 시야에 도달하기까지 두번의 필터링 과정을 겪게 되는데, 한번의 필터링 과정에 의해 도달한 빛의 밝기는 투과율(T_filter)만큼 감소하게 되므로, 두번의 투과과정을 겪은 반사광은 하기 관계식 6으로 표시되는 밝기(cd/m²)를 가진다.

[관계식 6]

또한, PDP 디스플레이 장치에서 방출되는 빛은 두번의 필터링을 겪는 외부광에 비해서는 그 밝기 감소폭이 크지는 않지만, 상기 디스플레이 장치에서 방출되는 빛 역시 한번의 필터링 과정을 겪을 수 밖에 없으므로, 그 밝기가 T_filter 만큼 줄어들게 된다. 따라서, 콘트라스트 개선을 위해 투과율(T_filter)을 일정수준으로 제어한 필터를 디스플레이 장치 전면에 배치할 경우 상기 관계식 5로 표시되는 PDP 디스플레이 장치의 콘트라스트 비율은 하기 관계식 7로 표시되게 된다.

[관계식 7]

상기 관계식 7에서 분자와 분모 중 T_filter를 소거하면 하기 관계식 8의 관계를 얻을 수 있다.

[관계식 8]

이때, 상기 백색광의 밝기가 흑색광의 밝기에 비하여 충분히 강할 경우에는 상기 관계식 8에서 흑색광의 밝기는 무시될 수 있으며 그에 따라 상기 관계식 8은 하기 관계식 9로 간단히 근사될 수 있다.

[관계식 9]

즉, 상기 관계식 9에서 알 수 있듯이, 디스플레이 장치의 콘트라스트 비율은 필터의 투과율에 반비례하는 관계를 나타내므로(상수 1이 존재하지만, 통상의 콘트라스트 비율에 비하여 상기 1은 매우 작은 값으로 무시 가능함) 투과율을 작게 조절할 경우, 즉 빛이 통과하기 어렵게 조절할 경우 콘트라스트 비율은 향상될 수 있다. 그러나, 필터의 투과율을 무한정 감소시킬 경우 디스플레이 장치에서 방출되는 빛까지 필요 수준 이상으로 차단될 수 있으므로 상기 투과율을 적절하게 조절함으로써 콘트라스트 비율을 향상시키는 방법이 종래 제안되었다.

이러한 방식의 필터는 종래부터 CRT에서 ND 필터라고 불리우던 것이다. 상기 필터는, 모든 가시 광 파장 영역에서 동일한 비율로 투과율을 낮춘 필터를 뜻한다. PDP에서는 콘트라스트 비율을 향상시키기 위해서 종래의 ND 필터에서 한 단계 발전한 밴드패스필터 개념이 적용되었는데, 이러한 종류의 필터는 파장 별 투과율에 다소 차이를 두어 필요 없는 파장대의 빛을 걸러내는 역할을 함으로써 PDP의 색순도를 향상시키는 기능을 가진다. 하지만, 콘트라스트 측면에서는 ND 필터나 밴드패스 필터 모두 동일한 투과율을 가질 경우 거의 유사한 특성을 가지게 된다. 따라서, 여기에서는 일반적인 ND filter를 사용하여 일반 PDP filter의 콘트라스트 향상 수준을 예측 평가 하고 그 결과를 설명하고자 한다. 첨부한 도 1에 상기 ND 필터의 투과율과 PDP 표면에서의 조도에 따라서 콘트라스트 비율이 변화하는 경향을 나타내었다. 상기 도 1은 백색광의 휘도를 1000cd/m²으로, 흑색광의 휘도를 1cd/m²으로, 그리고 PDP 패널의 반사율을 30%로 설정하였을 때의 결과이다. 투과율이 감소함에 따라서 콘트라스트 비율은 향상됨을 도 1의 결과로부터 확인할 수 있다.

그러나, 상술한 ND 필터와 유사한 형태 즉, 광 투과율을 조절한 필터는 콘트라스트 비율의 조절에 한계가 있을 수 밖에 없다. 즉, 앞에서도 설명하였듯이 콘트라스트 비율을 향상시키기 위해서는 투과율을 감소시킬 수 밖에 없는데, 이러할 경우 디스플레이 장치에서 방출되는 화면의 빛마저도 통과가 어렵게 되기 때문에, 콘트라스트 비율은 높아질지 모르지만 화면이 전체적으로 어둡게 표시되는 문제점을 가진다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 디스플레이 장치에서 방출되는 빛은 최대한 많이 방출될 수 있도록 하고, 외부에서 입사하여 반사되는 빛은 최대한 감소시키기 위해서 내부에 스트라이프 형태의 외광차폐층을 포함하는 디스플레이 장치용 필터가 대한민국 공개특허공보 10-2006-0080116호에 개시되었다. 상기 디스플레이 장치용 필터는 도 2에 도시한 것과 같은 형태를 가지는 것으로서 상기 필터에 포함된 차광 패턴은 통상 디스플레이 상측에서 비스듬히 입사되는 외부광이 입사할 때 상기 비스듬한 방향의 입사광을 차단하되, 디스플레이 장치로부터 정면으로 방출되는 빛은 차단하지 않아서 디스플레이 장치의 정면에 존재하는 관찰자의 시야를 향하여 방출되는 화면의 빛의 전달은 방해받지 않도록 하는 역할을 한다. 이러할 경우 상기 관계식 2 또는 관계식 5의 반사광의 밝기는 감소하는 반면 디스플레이 장치의 백색광의 밝기는 감소하지 않으므로 향상된 콘트라스트 비율을 얻으면서도 화면의 밝기를 확보할 수 있어 종래 기술의 문제를 해결할 수 있었다.

그러나, 상기 대한민국 공개특허공보 10-2006-0080116호에 기재된 발명에 따라 차광 패턴이 형성된 필름은 관찰자의 위치에 따라 상하 시야각이 나빠질 수 있다. 도 3에 도시하였듯이, 관찰자가 상기 디스플레이 장치로부터 일정한 각도 아래 또는 그 반대쪽에 위치할 경우에는 디스플레이 장치로부터 방출되는 화면이 모두 차단되기 때문에 완전히 어두운 블랙 화면만 관찰되게 된다. 이는 차광 패턴이 원래 비스듬하게 입사하는 빛의 입사 각도가 증가 할수록 투과율이 계속 낮아져 결국에는 모든 빛을 차단하도록 제조되었기 때문이다.

또한, 상기 대한민국 공개특허공보 10-2006-0080116호에 따르면 상기 쐐기 형태의 패턴은 필름 내부에 형성되는 것이기 때문에 상기 쐐기 패턴의 홈이 패인 UV수지 층을 형성한 후 형성된 홈에 탄소를 포함하는 자외선 경화성 수지를 공급하고, 자외선을 조사하여 경화시키는 복잡한 과정을 통하여 스트라이프 패턴을 얻을 수 있다. 따라서, 상기 선행기술에 의할 경우 필름에 제조에 소요되는 공정이 복잡하다는 단점도 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일측면에 따르면 시야각의 제한이 없을 뿐만 아니라, 간단한 과정에 의해서 제조될 수 있는 디스플레이 장치의 필터 및 상기 필터를 포함하는 디스플레이 장치가 제공된다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디스플레이 장치의 필터는 투명 필름; 상기 투명 필름의 양면에 평행하게 형성된 복수의 스트라이프 패턴;을 포함하고, 상기 스트라이프 패턴의 폭(a)과 투명필름의 두께(t)가 하기 관계식으로 표시되는 임계각(θc)이 20~50°이 되도록 조절된 것을 특징으로 한다.

[관계식]

단, 여기서 R_i는 투명 필름의 굴절율을 의미한다.

본 발명의 디스플레이 장치의 필터의 또 다른 일측면으로서, 투명 필름; 상기 투명 필름의 양면에 평행하게 형성된 복수의 스트라이프 패턴;을 포함하고, 필름의 정면에서 보았을 때 전체 필름의 면적 대비 각 스트라이프 패턴에 의해 점유되는 영역의 면적의 비율로 정의되는 정면 개구율이 50~80%인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 필터가 제공된다.

본 발명의 디스플레이 장치의 필터의 또하나의 일측면으로서, 투명 필름; 상기 투명 필름의 양면에 평행하게 형성된 복수의 스트라이프 패턴;을 포함하고, 상기 스트라이프 패턴의 폭(a)과 투명필름의 두께(t)가 하기 관계식으로 표시되는 임계각(θc)이 20~50°이 되도록 조절되고, 필름의 정면에서 보았을 때 전체 필름의 면적 대비 각 스트라이프 패턴에 의해 점유되는 영역의 면적의 비율로 정의되는 정면 개구율이 50~80%인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 필터가 제공된다.

[관계식]

단, 여기서 R_i는 투명 필름의 굴절율을 의미한다.

그리고, 상기 정면 개구율이 55~75%인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 필름의 양면에 평행하게 형성된 스트라이프 패턴의 각 쌍은 필름의 정면에서 보았을 때 완전히 중복되는 형태를 가지는 것이 효과적이다.

또한, 상기 필름의 두께는 20㎛~4mm인 것이 바람직하다.

이때, 상기 스트라이프 패턴 사이의 간격은 5~400㎛인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 투명 필름의 가시광선 투과율은 80% 이상인 것이 유리하다.

또한, 상기 스트라이프 패턴의 가시광선 투과율은 40% 이하인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 4에 본 발명의 디스플레이 장치용 필름의 단면을 나타내었다. 도 4에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 디스플레이 장치는 투명한 필름과 상기 투명한 필름의 양면에 서로 평행하게 형성된 다수의 스트라이프 패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 투명하다는 말은 통상적인 의미에서의 「빛의 통과 가능성」을 의미하는 것으로서 특별히 그 투과율을 한정하여 정의할 필요는 없다. 다만, 상기 투명 필름으로서 가시광선 투과율이 80% 이상인 것을 사용하는 것이 본 발명에서 의미하는 투명필름에 보다 적합하다. 또한, 상기 스트라이프 패턴은 빛을 차단할 수 있는 것이면 그 투과율을 특별히 한정할 필요가 없으나 효과적인 빛의 차단을 위해서는 상기 스트라이프 패턴의 가시광선 투과율은 40% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서 언급하는 스트라이프 패턴이라 함은 줄무늬형태의 패턴을 의미하는 것이나, 반드시 직선상으로 형성될 필요는 없으며 실질적으로 직선상으로 형성되면 본 발명에서 언급하는 스트라이프 패턴의 범주에 포함된다는 점에 유의할 필요가 있다. 즉, 패턴의 길이방향으로 볼 때 주기적이거나 비주기적인 물결무늬 꺾인무늬 등이 존재한다 하더라도 패턴의 폭, 주기 또는 전체 패턴의 길이에 비해 그 진폭 또는 꺾인 정도가 크지 않다면 본 발명에서 의미하는 스트라이프 패턴의 범주에 포함된다는 것이다. 이러한 정도의 변형예는 하기에서 설명하는 본 발명의 스트라이프 패턴의 역할과 크게 다르지 않기 때문이다.

상술한 형태의 본 발명의 필터는 도 5에 빛의 경로와 함께 개략적으로 도시하여 설명하였듯이, 외부에서 비스듬하게 입사되는 빛을 차단함으로써 반사광의 밝기를 감소시키는 역할을 한다. 상기 필름에서 전체 필름의 면적 대비 각 스트라이프 패턴에 의해 빛이 차단되지 않고 투과되는 영역의 면적의 비율을 필터의 개구율이라고 하면, 외부에서 입사되는 빛의 입사각(θ_i)이 임계각(θ_c)까지 커질수록 상기 개구율은 감소하게 된다. 즉, 외부에서 입사되는 빛은 도 6에 도시한 입사각(θ_i)이 커질수록 차단되는 정도가 커지는 효과를 얻게 된다. 따라서, 임계각(θ_c)까지 비스듬하게 입사되는 빛일수록 패널쪽으로의 입사가 더욱 많이 차단되게 되며 그 이상의 각에서 일정 각도까지는 임계각에서의 차단율을 유지하게 된다. 반면, 디스플레이 장치의 표면에서 방출되는 빛은 대략 정면에 위치한 관찰자에게 도달하는 것이 일반적이므로 정면으로 방출되는 빛이 경험하는 개구율은 최대가 될 수 있다.

또한, 상기 대한민국 특허공보 10--2006-0080116호에 기재된 스트라이프 패턴을 가지는 디스플레이 장치용 필터는 관찰자의 시야가 디스플레이 장치에 대하여 너무 위에 존재하거나 반대로 너무 아래에 존재하는 경우 디스플레이 장치에서 방출되는 빛의 대부분이 차단되어 화면의 밝기가 지나치게 감소하는 등 시야각이 좁아지는 문제가 발생하였으나, 본 발명의 필터는 이러한 문제가 발생하지 않는다. 즉, 디스플레이 장치로부터 방출되어 관찰자의 시야에 도달하는 빛의 밝기 역시 상 기 필터의 필름 양면에 형성된 스트라이프 패턴의 개구율에 의존하게 되는데, 본 발명의 필터의 경우에는 상기 개구율의 하한이 존재하기 때문에 항상 일정수준 이상의 빛이 항상 관찰자에게 도달될 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 입사각(θ_i)(=방출각(β))이 0일 경우에는 두 스트라이프 패턴이 완전히 중복되기 때문에 그 개구율이 최대인 반면 상기 입사각 또는 방출각이 증가함에 따라 빛의 진행방향에서 볼 때 중복되어 있던 두 무늬는 점점 펼쳐지게 되어 빛이 차단되는 영역이 증가하게 된다. 그러나, 상기 입사각이나 방출각이 아무리 증가한다 하더라도 두 스트라이프 패턴이 점유하는 부분의 면적율(개구율)은 한계가 있을 수 밖에 없기 때문에 개구율의 하한이 존재하는 것이다. 이러한 현상은 투명한 필름의 양면에 거리를 두고 두 스트라이프 패턴이 평행하게 존재하기 때문인 것으로서, 입사각 또는 방출각이 커지면 상기 평행한 두 스트라이프 패턴 사이로도 빛이 진행할 수 있다는 사실에 기인하는 것이다.

그러나, 상기 대한민국 특허공보 10--2006-0080116호의 디스플레이 장치용 필름의 경우에는 스트라이프 패턴이 필름내에 쐐기형으로 형성된 것이기 때문에 입사각 또는 방출각이 증가할 수록 상기 본 발명의 필름의 개구율에 해당되는 「빛이 통과할 수 있는 면적의 비율」은 계속 감소하게 되어 빛이 완전히 차단되게 되는 것이다.

이러한 본 발명의 필터의 특성을 보다 이론적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 디스플레이 장치의 필터는 상술한 바와 같이 입사되는 각도에 따라 그 투과율이 달라지는 것과 같은 효과를 나타낸다. 즉, 외부광이 디스플레이 장치의 표면으로 입사한 후 반사되어 관찰자의 시야에 도달함으로써 콘트라스트 비율에 영향을 미치기 위해서는 외부광은 도 7에 도시한 형태의 광경로를 거쳐야 한다. 즉, 비스듬하게 입사된 외부광이 내부에서의 산란 또는 형광체에 의한 반사 등과 같은 여하한 이유로 인하여 수직인 방향에 위치하는 관찰자의 시야에 도달할 경우, 외부광이 디스플레이 장치의 표면에 도달하기 까지는 필터의 표면에 비스듬한 경로를 따라 입사하게 된다. 이후, 반사된 반사광이 디스플레이 장치의 대략 정면에 위치하는 관찰자의 시야에 도달하기 위해서는 필터에 수직한 방향으로 빛이 진행되게 된다.

그런데, 앞에서 설명하였듯이 본 발명의 필터는 빛이 입사하거나 방출되는 각도에 따라 그 개구율이 달라지게 되므로 상기 관계식 7 내지 관계식 9에서와 같이 입사할 때의 투과율과 방출될 때의 투과율을 동일하게 하여 적용할 수가 없다. 즉, 관계식 7 내지 관계식 9에서는 빛이 비록 비스듬한 방향으로 입사되어 필터 내에서의 광경로는 약간 길어질 수는 있겠으나 그로 인하여 투과율이 현저하게 변하는 것이 아니기 때문에 입사 및 방출시의 투과율을 모두 T_filter로 통일하여 사용하였 으나, 본 발명의 필터를 통하여 빛이 입사되고 방출되는 경우에는 그 각도에 따라 투과율이 현저히 달라지기 때문에 반드시 투과율을 달리 적용할 필요가 있다. 따라서, 본 발명에서 관계식 7은 하기의 관계식 10으로 변경될 필요가 있다.

[관계식 10]

상기 관계식 10에서 T_정면은 정면 방향으로 빛이 방출될 때 정면 개구율을 고려한 투과율을 의미하고, T_사선θ은 θ도로 비스듬히 입사될 때 빛이 경험하는 개구율을 고려한 투과율을 의미한다.

상기 관계식 10을 관계식 8 및 관계식 9에서와 같은 절차로 정리하면 하기 관계식 11을 얻을 수 있다.

[관계식 11]

즉, 관계식 11로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 필터를 이용할 경우에는 외부광이 θ도 위에 위치하는 경우 사선방향의 투과율(T_사선θ)에 의해 콘트라스트 비율이 결정되는데, 사선방향의 투과율이 정면방향의 투과율에 비하여 낮으므로 통상 등방성의 투과율을 가지는 종래의 필터보다 콘트라스트 향상효과가 뛰어난 것이다.

이때, 상기 사선방향의 투과율은 앞에서도 정성적으로 설명하였듯이 입사각도에 따라 달라지게 되므로 외부광원의 조건에 따라 다르게 구할 필요가 있다. 다만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 각 입사각 조건에 따른 투과율을 용이하게 변경하여 측정할 수 있을 것이다.

상기 관계식 11에 의해 구해진 명실조건의 콘트라스트 비율은 대략적으로 T_사선θ에 반비례하는 관계를 가지는데, 종래 ND 필터 타입의 콘트라스트 향상용 필터의 경우에는 모든 투과율이 T_정면으로 표현되도록 등방성을 가질 것이므로 두 필터의 콘트라스트 비율을 비교하면 다음과 같다.

[관계식 12]

즉, 외부광이 PDP panel 표면의 법선 기준으로 θ도 위에 위치하는 환경일 경우, 본 발명의 필터의 스트라이프 패턴의 배치를 제어함으로써 정면 투과율(T_정면)이 40%이며, 입사각 θ도인 사선방향의 투과율(T_사선θ)이 28%인 필터를 사용한 경우와 정면 투과율이 40%인 종래의 ND 필터를 사용한 경우의 명실 콘트라스트 비율은 3.57:2.5로서 본 발명에 의한 경우가 약 43% 향상된 콘트라스트 비율을 얻을 수 있다.

상술한 형태의 본 발명의 디스플레이 장치 필터는 필름의 두께, 필름의 양면에 부착되는 패턴의 폭, 패턴 간격 등과 같은 기하학적 형태 및 상기 기하학적 형태로부터 도출되는 변수를 제어함으로써 보다 바람직한 특성을 가질 수 있다.

본 발명 필터의 보다 바람직한 형태를 구하는 과정을 설명하기 위해서 도 8을 첨부하였다. 상술하였듯이, 본 발명의 필터는 외부광의 입사각도(θ_i)가 커짐에 따라 개구율이 감소하다가 일정 각도 이상이 되면 더 이상 감소하지 않는 값에 이르게 된다. 따라서, 상기 각도 이상으로 입사하는 빛은 정해진 형태의 필름이 가질 수 있는 최대의 투과율로 차단되게 되는데, 상기 각도를 얼마로 하는가에 따라서 필터의 형태가 달라지게 된다.

따라서, 필터의 형태를 결정하기 위해서는 콘트라스트 비율에 큰 영향을 미치기 때문에 가급적 차단하는 것이 유리한 외부광원이 어떠한 각도로 입사하는지를 결정하는 단계가 필요하다.

도 8에서 볼 수 있듯이, 외부광의 입사각도(θ_i)가 커짐에 따라 빛의 입사방향에서 볼 때 중복되어 있던 평행한 한쌍의 스트라이프 패턴은 점점 벌어지게 되며 종래에는 두 스트라이프 패턴이 완전히 분리되어 가장 넓은 면적에서 빛을 차단하는 형태로 바뀌게 되고 그 결과 콘트라스트 비율이 최대치에 도달하게 된다. 두 스트라이프 패턴이 완전히 분리되기 시작할 때(즉, d가 a와 동일하게 되는 시점)의 입사각도(θ_i)를 임계각(θ_c)이라 규정한다.

도 8에서 정의한 것과 같이 필름의 굴절율을 R_i, 스트라이프 패턴의 폭을 a, 인접하는 두 스트라이프 패턴 사이의 간격을 b, 외부광이 각도 θ_i로 입사할 때, 상기 입사하는 외부광에 의해 뒷면에 위치하는 스트라이프 패턴 중 앞면에 위치하는 스트라이프 패턴의 그림자가 형성되지 않는 부분의 폭을 d, 필름의 두께를 t라 하면 각각 다음과 같은 관계를 얻을 수 있다.

[관계식 13]

상기 관계식 13은 스넬의 법칙으로부터 도 8의 θ_r(필름내에서 굴절되어 입사되는 빛의 각도)을 구한 후, 상기 θ_r과 d/t의 관계에 대한 역함수를 적용함으로써 얻어진 것이다. 앞에서 언급한 바와 같이 상기 d가 a와 동일하게 되기 시작하는 시점의 각도를 임계각(θ_c)이라 하였으므로, 관계식 13에서 d 대신 a를 대입하고 θ_i 대신 θ_c를 대입하면 하기 관계식 14를 얻을 수 있다.

[관계식 14]

그러므로 θ_c는 상기 관계식 14의 역함수를 표현한 하기 관계식 15에 의해서 구해질 수 있다.

[관계식 15]

상기 관계식들과 임계각(θ_c)에 대한 정의로부터 직관적으로 이해할 수 있듯이, 필름의 임계각(θ_c)이 커지면 그만큼 외부 빛이 많이 입사하여 반사될 가능성이 높아지므로 콘트라스트 비율을 감소시켜 원하는 효과를 얻지 못할 우려가 있다. 따라서, 상기 임계각(θ_c)은 일정수준 이하로 제어될 필요가 있는데, 본 발명자들의 연구결과에 따르면 일반적인 외부 조명 조건을 고려할 경우 상기 임계각(θ_c)은 50°이하로 제어될 필요가 있다. 그러나, 반대로 임계각이 작은 값을 가질 경우에는 작은 입사각 변화에도 투과율 변화 정도가 커져서 관찰자(시청자)가 불편함을 느낄 수 있다. 따라서, 상기 임계각은 20°이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 디스플레이 장치용 필터의 성능을 결정하는 또 하나의 중요한 인자로서 정면 개구율을 들 수 있다. 개구율은 앞에서도 설명하였듯이 전체 필름의 면적 대비 각 스트라이프 패턴에 의해 빛이 차단되는 영역의 면적의 비율을 의미하는 것인데, 빛의 입사방향에 따라서 개구율이 달라지기 때문에 빛을 정면에서 입사하였을 경우의 개구율을 특별히 「정면 개구율」(다시 말하면, 필름의 정면에서 보았을 때 전체 필름의 면적 대비 각 스트라이프 패턴이 없이 투명한 영역의 면적 비 율)이라 한다.

상기 정면 개구율은 PDP에서 방출되는 빛의 정면 투과율을 결정하는 주요한 요소로서 개구율이 너무 작을 경우에는 PDP에서 방출되는 화면의 밝기가 감소하여 바람직하지 않다. 반대로 상기 정면 개구율이 너무 클 경우에는 비스듬하게 입사하는 외부광을 차단하는 효과를 얻기 곤란하기 때문에 콘트라스트 비율 향상에 바람직하지 못하다. 따라서, 통상 PDP 디스플레이 장치에서 근적외선 필름(흡수율 20% 내외), 전자기파 차폐필름(흡수율 10% 내외) 등이 부착되는 것을 감안하면 상기 정면 개구율은 50~80%인 것이 바람직하며, 55~75%인 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명의 디스플레이 장치용 필터는 상기 임계각과 정면 개구율에 대한 조건 중 하나만 충족하여도 무방하나 이들 조건을 동시에 만족시키는 것이 보다 바람직하다.

상기 조건 이외의 본 발명의 보다 바람직한 효과를 얻기 위한 조건 중 하나로서 필름의 두께를 들 수 있다. 상기 필름의 두께가 너무 두꺼울 경우에는 상기 정면 개구율과 임계각을 충족시키기 위해서 스트라이프 패턴의 폭도 증가하여야 하는데, 그러할 경우 스트라이프 패턴이 육안으로 관찰될 우려가 있으므로 바람직하지 않다. 반대로 필름의 두께가 너무 얇을 경우에는 필름 제조와 보관에 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 필름의 두께는 적절한 범위로 유지될 필요가 있다. 본 발명의 발명자들의 연구결과에 따르면 상기 필름의 두께는 20㎛~4mm인 것이 바람직하며, 20~200㎛인 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 본 발명에서 정의하는 개구율 및 필름의 두께 등을 만족하는 범위내에서 스트라이프 패턴 사이의 간격은 5~400㎛인 것이 보다 바람직하다.

또한, 상술한 조건의 본발명의 필터에 포함되는 스트라이프 패턴들은 필름 양면에서 서로 평행하게 배열되는 것이 바람직하다. 여기서 스트라이프 패턴들이 서로 평행하게 배열된다는 것은 필터를 정면에서 관찰하였을 때, 필름의 정면에 형성된 패턴만 관찰되고 후면에 형성된 패턴은 정면과 중복되어 관찰되지 않는다는 것을 의미한다. 다만, 여기서 의미하는 「중복」이라 함은 공업적 의미의 중복으로서 제조과정에서 발생하는 약간의 오차를 포함하는 개념이라는 것을 특별히 강조하지 않아도 누구나 이해할 수 있을 것이다.

그 뿐만 아니라, 각각 필름의 정면 또는 후면 중 동일한 면 상에 형성된 스트라이프 패턴의 개별적인 줄무늬들 역시 서로에 대하여 평행한 것이 바람직하다. 또한, 상기 스트라이프 패턴들은 가급적이면 동일한 폭을 가지고, 동일한 간격으로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서 의미하는 「평행」 또는 「동일」이라는 용어역시 공업적 의미의 평행 또는 동일이라는 점은 상술한 바와 같다.

본 발명의 디스플레이 장치용 필터는 상술한 바와 같이 투명필름의 양면에 서로 평행한 스트라이프 패턴이 형성된 것으로서, 상기 스트라이프 패턴을 본 발명의 바람직한 조건을 충족하도록 형성시키는 방법으로 제조될 수 있다. 특히, 스트라이프 패턴은 종래부터 존재하는 스퍼터링, 프린팅, 포토 리쏘그라피법 등과 같은 다양한 방법 중에서 상황에 맞추어 선택함으로써 용이하게 형성시킬 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구라도 알 수 있는 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시한 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 하기하는 실시예로 한정되는 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항 및 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 정해지는 것이기 때문이다.

(실시예)

임계각 변화에 따른 콘트라스트 비율 향상효과 검토

하기 표 1에 표시한 조건으로 디스플레이 장치용 필터를 제조할 경우 예상되는 콘트라스트 향상효과를 비교계산하였다. 필터에 사용된 필름의 투과율은 90%로, 앞 뒷면 스트라이프 패턴의 투과율은 모두 0%로 설정하였다. 또한, 필름의 개 구율은 70%, 두께는 75㎛, 굴절율(R_i)은 1.6으로 설정하였으며, PDP 디스플레이 장치의 백색광의 밝기를 575.3cd/m²으로 흑색광의 밝기를 0.9cd/m²으로, 조명에 의한 PDP 표면 조도를 200 lx로, PDP 패널의 반사율을 29%로 설정하였다. 디스플레이 장치용 필터의 사용 환경과 유사한 환경에서의 사용효과를 확인하기 위해서 상기 디스플레이 장치용 필터가 광 흡수율이 10%인 전자파 차폐필름, 광 흡수율이 20%인 근적외선 흡수 필름, 광 흡수율 10%인 컬러 층과 함께 적층되어 사용되는 경우를 가정하였다. 하기, 표 1에 기재된 조건의 필터를 사용하였을 때 콘트라스트 비율이 향상되는 정도를 본 발명의 보다 바람직한 조건에 따른 발명예, 본 발명의 보다 바람직한 조건을 벗어나는 비교예1 및 종래의 ND 필터의 경우에 대하여 상기 관계식 10의 조건으로 계산하여 그 결과 역시 표 1에 나타내었다.

하기 표 1에 도시한 바와 같이 ND 필터의 입사각이 변함에 따라 투과율이 약간씩 변동하는 것을 알 수 있으며, 특히 광 입사각이 커질수록 투과율이 변하고 있는 것을 알 수 있다. 이러한 현상은 입사각이 증가함에 따라 필름 내부를 진행하는 광경로가 길어지게 되고 그 결과 빛의 투과율까지 감소하는 것을 감안한 것이다. 이러한 현상을 감안할 경우 필름의 정면에서 필름의 흡수율을 측정한 결과를 T_o, 입사각을 θ_i 그리고 필름의 굴절율을 R_i라고 하면 입사각에 따른 필름 흡수율 변화는 하기 관계식 16의 T로 표시될 수 있다.

[관계식 16]

계면에서의 반사가 없다고 가정할 경우 상기 관계식 15에 의한 흡수율을 구함으로써 「투과율 = 1 - 흡수율」 의 관계를 이용하여 투과율을 계산할 수 있다.

따라서, ND 필름은 물론이고 디스플레이 장치용 필터에 부착된 전자파 차폐 필름, 근적외선 흡수필름 및 컬러 층의 투과율도 동일하게 상기 관계식 15에 의한 흡수율(T)를 적용하여 계산하였다. 이하, 모든 실시예에서 ND 필름, 차폐 필름, 근적외선 흡수필름 및 컬러층의 흡수율으로서 상기 관계식 15를 적용한 것을 이용하기로 한다.

구분	조건	발명예1	발명예2	발명예3	비교예1	비교예2
필름형상	임계각(θ_c)	20	30	40	60	ND filter
	스트라이프 폭(㎛)	16.4	24.7	32.9	54.4
	스트라이프간 간격(㎛)	38.3	57.6	76.8	127.0
광 입사각에 따른 투과율(%)	정면	41	41	41	41	41
	10도 입사	32	35	36	38	41
	20도 입사	23	29	32	34	40
	30도 입사	23	23	27	31	39
	40도 입사	22	22	22	28	37
조명의 입사각에 따른 콘트라스트 비	정면	69	69	69	69	69
	10도	85	79	76	74	69
	20도	112	93	86	80	71
	30도	114	114	99	88	72
	40도	116	116	116	97	75

상기 표 1의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명에서 제안한 임계각으로 필름 형상을 제어한 경우에는 광원의 입사각이 커져서 임계각에 도달할 때까지 콘트라스트가 향상되고 있음을 알 수 있다. 다시 말하면, 임계각이 20°도로 설계된 필름의 경우에는 외부 조명의 입사각이 임계각인 20°에 도달할 때까지 급격히 콘트라스트 비율이 증가하여 최고치에 도달한 후, 그 값이 유지되는 경향을 나타내고, 임계각이 40°인 경우에는 입사각 역시 40°에 도달할 때까지 콘트라스트 비가 지속적으로 증가하고 있음을 확인할 수 있었다. 특히, 예상할 수 있는 대부분의 광입사각도에서 콘트라스트 비율이 대폭 향상될 수 있음을 알 수 있었다. 즉, 외부광의 경우에는 디스플레이 장치의 정면에 배치되는 경우가 거의 없으므로 상기 경우를 제외하면 콘트라스트 비율 향상효과가 두드러지는 것을 확인한 것이다. 그러나, 비교예1로 제시된 경우는 임계각이 60°로서 본 발명에서 규정하고 있는 값보다 높은 임계각을 가지는 경우인데, 이러한 경우에는 비록 종래의 ND 필터보다는 그 효과가 뛰어나지만 본 발명의 발명예보다는 콘트라스트 비율의 향상효과가 크지 않음을 확인할 수 있었다. 또한, 비교를 위하여 종래의 ND 필터를 이용하여 콘트라스트 향상효과를 측정한 결과를 비교예2에 나타내었는데, 입사각에 따른 콘트라스트 비율의 증가효과를 거의 확인할 수 없었다.

개구율 변화에 따른 콘트라스트 비율 향상효과 검토

하기 표 2에 표시한 조건으로 디스플레이 장치용 필터를 제조할 경우 예상되는 콘트라스트 향상효과를 비교계산하였다. 필터에 사용된 필름의 투광율은 90%로, 스트라이프 패턴의 투과율은 0%로 설정하였으며, PDP 디스플레이 장치의 백색광의 밝기를 575.3cd/m²으로 흑색광의 밝기를 0.9cd/m²으로, 조명에 의한 PDP 표면 조도를 200 lx로, PDP 패널의 반사율을 29%로 설정하였다. 또한, 필름의 임계각은 40°, 두께는 75㎛, 굴절율(R_i)은 1.6으로 설정하였다. 디스플레이 장치용 필터의 사용 환경과 유사한 환경에서의 사용효과를 확인하기 위해서 상기 디스플레이 장치용 필터가 광 흡수율이 10%인 전자파 차폐필름, 광 흡수율이 20%인 근적외선 흡수 필름, 광 흡수율 10%인 컬러 층과 함께 적층되어 사용되는 경우를 가정하였다. 하기 표 2에 기재된 조건의 필터를 사용하였을 때 콘트라스트 비율이 향상되는 정도를 상기 관계식 10의 조건으로 계산하고 그 결과 역시 본 발명의 조건에 따른 발명예와 그렇지 않은 비교예로 나누어 표 2에 나타내었다.

구분	조건	비교예3	발명예4	발명예5	발명예6	발명예7	비교예4
비교예1필름형상	개구율(%)	40	50	60	70	80	90
	스트라이프 폭(㎛)	32.9	32.9	32.9	32.9	32.9	32.9
	스트라이프간 간격(㎛)	21.9	32.9	49.4	76.8	131.6	296.1
광 입사각에 따른 투과율(%)	정면	23	29	35	41	47	52
	10도 입사	15	22	29	36	44	51
	20도 입사	6	14	23	32	40	49
	30도 입사	0	7	17	27	37	47
	40도 입사	0	0	11	22	33	45
28조명의 입사각에 따른 콘트라스트 비	정면	111	92	79	69	61	55
	10도	161	117	93	76	65	57
	20도	292	162	112	86	70	59
	30도	639	261	143	99	75	61
	40도	639	639	195	116	82	64

상기 표 2의 결과로부터 알 수 있듯이, 개구율이 낮을 경우(비교예3)에는 입사각이 증가함에 따라 콘트라스트 상승폭도 크고 임계각에 도달했을 때의 최대 콘트라스트 수치 또한 매우 높으나, 낮은 개구율 때문에 정면 투과율이 낮은 문제가 있고, 개구율이 높은 경우(비교예4)에는 반대로 광원의 입사각이 증가함에 따라 콘트라스트 증가 정도가 미미하고 최대 콘트라스트 수치또한 낮아서 기대하는 성능을 얻을 수 없다.

상기 표 2의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명에서 제안한 개구율로 필름 형상을 제어한 경우에는 광원의 입사각이 커질수록, 즉, 외부광이 비스듬하게 입사될수록 콘트라스트 비율 향상효과가 모두 향상되고 있음을 알 수 있다. 특히, 예상할 수 있는 대부분의 광입사각도에서 콘트라스트 비율이 대폭 향상될 수 있음을 알 수 있었다. 즉, 외부광의 경우에는 디스플레이 장치의 정면에 배치되는 경우가 거의 없으므로 상기 경우를 제외하면 콘트라스트 비율 향상효과가 두드러지는 것을 확인한 것이다.

스트라이프 패턴의 투과율 변화에 따른 콘트라스트 비율의 향상효과 검토

하기 표 3에 표시한 조건으로 디스플레이 장치용 필터를 제조할 경우 예상되는 콘트라스트 향상효과를 비교계산하였다. 필터에 사용된 필름의 투광율은 90%로 설정하였다. 또한, 필름의 개구율은 70%, 임계각은 40°, 두께는 75㎛, 굴절율(R_i)은 1.6으로 설정하으며, PDP 디스플레이 장치의 백색광의 밝기를 575.3cd/m²으로 흑색광의 밝기를 0.9cd/m²으로, 조명에 의한 PDP 표면 조도를 200 lx로, PDP 패널의 반사율을 29%로 설정하였다. 디스플레이 장치용 필터의 사용 환경과 유사한 환경에서의 사용효과를 확인하기 위해서 상기 디스플레이 장치용 필터가 광 흡수율이 10%인 전자파 차폐필름, 광 흡수율이 20%인 근적외선 흡수 필름, 광 흡수율 10%인 컬러 층과 함께 적층되어 사용되는 경우를 가정하였다. 그 계산결과 역시 표 3에 나타내었다.

구분	조건	발명예8	발명예9	발명예10	발명예11	비교예5
필름 형상	앞 뒷면 스트라이프 패턴의 투과율(%)	0	10	20	30	50
	스트라이프 폭(㎛)	32.9	32.9	32.9	32.9	32.9
	스트라이프간 간격(㎛)	76.8	76.8	76.8	76.8	76.8
광 입사각에 따른 투과율(%)	정면	41	41	42	42	45
	10도 입사	36	37	39	40	44
	20도 입사	32	34	36	38	43
	30도 입사	27	26	29	32	39
	40도 입사	22	26	29	32	39
조명의 입사각에 따른 콘트라스트 비	정면	69	69	68	67	63
	10도 입사	76	75	73	70	65
	20도 입사	86	82	78	74	67
	30도 입사	99	91	85	79	69
	40도 입사	116	103	93	85	72

상기 표 3에서 확인할 수 있듯이, 외부광의 입사각이 0도일 때는 앞 뒷면의 스트라이프 패턴이 겹쳐져 있기 때문에 차이가 없으나, 입사각이 커질수록 앞면과 뒷면의 스트라이프 패턴이 각각 입사되는 빛을 차단하는 역할을 해야 한다. 이때 비교예 5에서와 같이 패턴의 투과율이 높을 경우에는 차단해야 하는 빛의 차단 효율이 떨어져 기대하는 만큼의 콘트라스트 향상 효과를 얻을 수 없게 된다.

따라서, 각 경우의 콘트라스트 비율은 외부광원의 입사각이 클수록, 즉 광원이 비스듬히 입사될수록 그 향상효과가 커짐을 알 수 있었다. 특히, 예상할 수 있는 대부분의 광입사 각도에서 콘트라스트 비율이 대폭 향상될 수 있음을 알 수 있었다. 즉, 외부광의 경우에는 디스플레이 장치의 정면에 배치되는 경우가 거의 없으므로 상기 경우를 제외하면 콘트라스트 비율 향상효과가 두드러지는 것을 확인한 것이다. 다만, 상기 스트라이프 패턴의 투과율이 각각 50%인 비교예5는 발명예에 비하여 콘트라스트 향상효과가 비교적 낮은 것을 확인할 수 있었으며, 따라서 상기 스트라이프 패턴의 투과율은 가급적이면 앞 뒷면 모두 40% 이하로 유지하는 것이 바람직하다는 것을 확인할 수 있었다.

계산데이터와 실험데이터간의 일치여부 비교 - ND 필터

상술한 각 실시예를 통하여 본 발명의 바람직한 조건의 효과를 확인할 수 있었다. 다만, 상술한 각 실시예는 계산된 결과로서 실제 본 발명의 디스플레이 필터가 이와 동일하거나 유사한 거동을 할 수 있을지 여부과 완전히 명확하지는 않다. 본 발명의 발명자들은 이러한 점을 감안하여, 표 4에 나타낸 바와 같은 조건으로 디스플레이용 필터를 제조하여 결과를 측정한 후, 동일한 조건에 대한 상기 관계식 7의 계산결과와 비교하였다. 하기 표 4의 결과는 우선 비교예 중 하나로 사용된 ND 필터를 대상으로 한 것에 대한 것이다.

표 4에 기재된 내용 이외의 조건으로서, PDP 디스플레이 장치의 백색광의 밝기를 575.3cd/m²으로 흑색광의 밝기를 0.9cd/m²으로, 조명에 의한 PDP 표면 조도를 200 lx로, PDP 패널의 반사율을 29%로 설정하였다.

		ND 필터 1	ND 필터 2	ND 필터 3	ND 필터 4
측정치	투과율(Tfilter)	74.3%	57.8%	45.1%	36.0%
측정치	콘트라스트 비	39.0	48.8	60.8	74.9
계산치	콘트라스트 비	38.9	48.9	61.0	74.3

상기 표 4에 기재된 내용으로부터 알 수 있듯이, 투과율이 정해지면 그 콘트라스트 비율은 계산결과와 실제측정결과가 매우 유사하므로, 계산에 사용된 조건이 필터의 실제 조건에 매우 부합하고 있다.

계산데이터와 실험데이터간의 일치여부 비교 - 본 발명 필터

ND 필터에 대한 측정결과 비교와 동일한 이유로 본 발명에서 제시한 바와 같이 스트라이프 패턴이 형성된 필터에 대해서도 콘트라스트 비율에 대한 관계식 10에 의한 계산결과와 측정결과의 비교를 행하였다.

하기 표 5에 그 조건을 나타내었으며, 표 5에 기재된 내용 이외의 조건으로서, PDP 디스플레이 장치의 백색광의 밝기를 575.3cd/m²으로 흑색광의 밝기를 0.9cd/m²으로, 조명에 의한 PDP 표면 조도를 200 lx로, PDP 패널의 반사율을 29%로 설정하였다. 필터로는 두께 75㎛, 광 투과율 90%, 굴절율 1.6인 필름에 선폭 33㎛ 간격 73㎛(개구율 69%)인 필름을 포토 리쏘 그라피(photolithography) 공정을 통해 제조한 것을 이용하였다. 상기 필터의 임계각은 40°이었다. 다만, 계산결과로는 조명의 입사각을 0, 10, 20, 30, 40°에 대한 결과를 모두 나타내었으나, 여러가지 각도에 대한 측정이 용이하지 않아서, 측정결과는 40°에 대한 것만 나타내었다.

구분	조건	계산치	측정치
설계수치	a	33.0	33.0
	b	73.0	73.0
	앞면 스트라이프 투과율	0%	0%
	뒷면 스트라이프 투과율	10%	10%
광 입사각에 따른 투과율	정면	62%	59%
	10도 입사	56%	54%
	20도 입사	50%	47%
	30도 입사	43%	40%
	40도 입사	37%	35%
조명의 입사각에 따른 콘트라스트 비	0도 입사	18.2
	10도 입사	19.9
	20도 입사	22.1
	30도 입사	24.9
	40도 입사	28.4	29.6

상기 표 5의 결과로부터, 스트라이프 패턴을 사용한 경우에도 역시 계산결과와 실제 제조한 디스플레이 필터의 측정결과가 매우 양호하게 부합하고 있다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 상술한 표 1 내지 표 3에서 그 계산결과를 통하여 본 발명의 보다 바람직한 조건에 따른 발명예들과 그렇지 않은 비교예를 비교평가한 결과의 타당성을 확인할 수 있었다.

앞에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의할 경우에는 시야각의 제한이 없을 뿐만 아니라, 간단한 과정에 의해서 제조될 수 있는 디스플레이 장치의 필터 및 상기 필터를 포함하는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

Claims

투명 필름;

상기 투명 필름의 양면에 평행하게 형성된 복수의 스트라이프 패턴;

을 포함하고,

상기 스트라이프 패턴의 폭(a)과 투명필름의 두께(t)가 하기 관계식으로 표시되는 임계각(θc)이 20~50°이 되도록 조절된 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 필터.

[관계식]

단, 여기서 R_i는 투명 필름의 굴절율을 의미한다.
투명 필름;

상기 투명 필름의 양면에 평행하게 형성된 복수의 스트라이프 패턴;

을 포함하고,

필름의 정면에서 보았을 때 전체 필름의 면적 대비 각 스트라이프 패턴에 의해 점유되는 영역의 면적의 비율로 정의되는 정면 개구율이 50~80%인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 필터.
제 2 항에 있어서, 상기 정면 개구율이 55~75%인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 필터.
투명 필름;

상기 투명 필름의 양면에 평행하게 형성된 복수의 스트라이프 패턴;

을 포함하고,

상기 스트라이프 패턴의 폭(a)과 투명필름의 두께(t)가 하기 관계식으로 표시되는 임계각(θc)이 20~50°이 되도록 조절되고,

필름의 정면에서 보았을 때 전체 필름의 면적 대비 각 스트라이프 패턴에 의해 점유되는 영역의 면적의 비율로 정의되는 정면 개구율이 50~80%인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 필터.

[관계식]

단, 여기서 R_i는 투명 필름의 굴절율을 의미한다.
제 4 항에 있어서, 상기 정면 개구율이 55~75%인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 필터.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필름의 양면에 평행하게 형성된 스트라이프 패턴의 각 쌍은 필름의 정면에서 보았을 때 완전히 중복되는 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 필터.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필름의 두께는 20㎛~4mm인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 필터.
제 7 항에 있어서, 상기 스트라이프 패턴 사이의 간격은 5~400㎛인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 필터.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명 필름의 가시광선 투과율은 80% 이상인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 필터.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스트라이프 패턴의 가시광선 투과율은 40% 이하인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 필터.