KR100649372B1 - 연마된 컬러 필터 기판을 갖는 능동 매트릭스 컬러 ｌｃｄ장치 - Google Patents

연마된 컬러 필터 기판을 갖는 능동 매트릭스 컬러 ｌｃｄ장치 Download PDF

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Abstract

능동 매트릭스 LCD 장치의 컬러 필터 기판 (10) 은 유리 기판 (11), 블랙 매트릭스 (12), 착색층 (13) 및 유리 기판 (11) 상에 연속적으로 형성되는 배향막을 포함한다. 블랙 매트릭스 (12) 와의 오버랩으로 인한 착색층 (13) 의 돌출된 면은 착색층 (13) 의 돌출된 면의 경사면 (17) 의 폭을 감소시키기 위해 연마된다. 착색층 (13) 의 연마는 경사면 (17) 에 의해 발생되는 디스클리네이션을 방지한다.
능동 매트릭스, LCD

Description

연마된 컬러 필터 기판을 갖는 능동 매트릭스 컬러 ＬＣＤ 장치{ACTIVE-MATRIX COLOR LCD DEVICE HAVING A POLISHED COLOR FILTER SUBSTRATE}
도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 컬러 필터 기판의 단면도.
도 2 는 착색층에 대한 연마 공정 이전의 도 1 의 컬러 필터 기판 일부를 확대한 단면도.
도 3 은 연마 공정 이전의 컬러 필터 기판의 프리-틸트 각과 디스클리네이션 위치와의 관계를 나타낸 그래프.
도 4 는 착색층에 대한 연마 공정 이후의 도 1 의 컬러 필터 기판 일부를 확대한 단면도.
도 5 는 디스클리네이션 위치와 경사각 및 프리-틸트를 포함하는 조건과의 관계를 나태낸 그래프.
도 6 은 디스클리네이션 위치와 경사각 및 프리-틸트를 포함하는 조건과의 관계를 나태낸 그래프.
도 7 은 컬러 필터 기판을 갖는 일반적인 LCD 장치의 단면도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10: 컬러 필터 기판 11: 유리 기판
12: 블랙 매트릭스 13: 착색층
15: 돌출부 16: 평탄부
17: 경사 영역 18: 리어 에지
본 발명은 능동-매트릭스 LCD (Liquid Crystal Display) 장치에 관한 것으로, 특히, 연마된 면을 갖는 컬러 필터 기판을 포함하는 능동 매트릭스 LCD 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 컬러 필터 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
컬러 이미지 디스플레이용으로 능동 매트릭스 LCD 의 사용이 증가되고 있다. 도 7 은 종래 LCD 장치의 단면도이다. 능동 매트릭스 컬러 LCD 장치는 박막 트랜지스터 (또는 능동 소자, 도시생략) 가 형성되는 TFT 기판 (30) 및 컬러 필터가 탑재되는 컬러 필터 기판 (또는 카운터 기판);(10A) 을 포함한다. TFT 기판 (30) 과 컬러 필터 기판 (10A) 은 그 사이에 개재되는 액정 (LC) 층 (40) 을 두고 대향한다. 컬러 필터 기판 (10A) 상에, 컬러 이미지를 디스플레이하기 위해, 3 개 (R,G,B) 의 착색층 (23) 이 제공된다.
컬러 필터 기판 (10A) 은 유리 기판 (21), 기판 상에 형성되며 실질적으로 격자 패턴을 갖는 블랙 매트릭스 (BM; 22), 블랙 매트릭스 (22) 격자의 공간에서의 유리 기판 (21) 상 및 블랙 매트릭스 (22) 격자의 스트라이프의 에지 부분 상에 각각 형성되는 착색층 (23), 착색층 (23) 상에 형성되는 투명 전극 (24) 및 블 랙 매트릭스 (22) 격자의 기타 부분을 포함한다. 각 착색층 (23) 은, 예를 들어, 약 1 내지 3㎛ 의 두께를 갖는다.
블랙 매트릭스 (22) 는 격자 패턴 내에서 공간을 가지며, 광누설을 방지하고, LC 층의 얼라인먼트 결함을 차폐하며, 광투과 영역 또는 픽셀 이미지 영역을 정의한다. 블랙 매트릭스 (22) 는 탄소 등을 분산시킨 크롬막 또는 수지막으로 구성된다. 최근 경향에서, 크롬막 비용의 증가로 인해 블랙 매트릭스 (22) 용으로 수지막이 증차 사용되고 있다.
각 착색층 (23) 의 표면은, 블랙 매트릭스 (22) 스트라이프의 에지와 착색층 (23) 에지가 서로 오버랩하는 제 1영역 또는 돌출 영역과, 착색층 (23) 이 블랙 매트릭스 (22) 공간의 유리 필터 (21) 상에 직접 형성되는 제 2 영역 또는 실질적으로 평탄한 영역 사이의 단차 (step difference) 를 갖는다.
제 1 영역과 제 2 영역 사이에서 이 단차는 디스클리네이션 (disclination) 으로 알려진 문제점을 초래한다. 만약 블랙 매트릭스 (22) 가 크롬막으로 구성되면, 착색층 (23) 의 두께 보다 훨씬 작은 0.1 내지 0.2㎛의 얇은 두께로 인해 디스클리네이션 문제가 거의 일어나지 않는다. 한편, 만약 블랙 매트릭스 (22) 가 수지막으로 구성되면, 충분한 차광 특성 및 광흡수 특성을 달성하기 위한 1 내지 2㎛ 에 달하는 두꺼운 두께로 인해 디스클리네이션 문제가 일어난다.
블랙 매트릭스 수지막과 관련된 전술한 문제를 해결하기 위해, 전체 컬러 필터 기판 (10A) 의 표면 평탄도를 향상시킬 목적으로 착색층 (23) 과 투명 전극 (24) 사이에 아크릴 수지 또는 에폭시 수지로 구성되는 오버코트막이 제공될 수 있 다. 그러나, 이것은 추가적인 제조 공정을 요구하여, LCD 장치에 대한 비용을 증가시킨다. 컬러 필터 기판 (10A) 의 표면 평탄도를 향상시키기 위한 또 다른 기술은, 전극 증착 기술을 이용하여 착색층 (23) 을 형성한 후, 착색층 (23) 을 연마하는 것이다. 이 기술은, 예를 들어, 일본 공개특허공보 제 9-230124 호에 개시되어 있다.
종래 기술에서, 전술한 특허공보에 개시된 바에 따르면, 컬러 필터 기판 (10A) 의 표면에 대해 허용 가능한 단차는 일반적으로 0.5㎛ 미만이다. 보다 구체적으로, 일반적으로, 착색층의 0.5㎛ 미만의 단차는 컬러 필터 기판의 표면에 의해 발생하는 LCD 장치의 디스클리네이션을 억제하기에 충분하다고 생각되어 진다.
그러나, 본 발명자는 각종 시뮬레이션 및 실험으로부터 0.5㎛ 미만의 단차도, LCD 장치의 조건 및 구성에 따라, 단차에 의해 발생하는 디스클리네이션 문제를 반드시 억제하지는 못한다는 것을 발견하였다.
전술한 관점에서, 본 발명의 목적은 단차에 의해 착색층 상에 발생하는 디스클리네이션 문제를 효율적으로 억제하는 컬러 필터 기판을 갖는 LCD 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 능동 매트릭스 LCD 장치에 이용하기 위한, 그러한 컬러 필터 기판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, TFT 기판, 컬러 필터 기판, 및 TFT 기판과 컬러 필터 기판 사이 에 개재되는 트위스트된 네마틱 액정 (LC) 층을 구비하는 액정 디스플레이 장치 (LCD) 로서, 컬러 필터 기판은, 투명 기판; 투명 기판 상에 형성되며 실질적으로 격자 패턴을 갖는 차광층; 차광층의 각 공간 내의 투명 기판의 일부 및 차광층 스트라이프의 에지 부분 상에 형성되는 착색층; 및 착색층 (13) 및 차광층의 스트라이프의 나머지 부분을 덮는 배향막을 포함하고, 착색층은 차광층의 공간을 덮는 실질적으로 평탄한 면, 평탄한 면으로부터 연장하여 상승하며 차광층의 스트라이프의 에지 부분을 덮는 경사면, 경사면으로부터 연장되는 연마된 평탄한 면, 및 연마된 평탄한 면과 차광층의 스트라이프의 나머지 부분 사이에서 연장되는 리어 에지면을 가지며,
Figure 112004035312518-pat00001
과 같은 관계식을 만족하고,
여기서, θ, L 및 φ는 각각 투명 기판의 표면에 대한 경사면의 각, 경사면의 폭, 및 LC 층의 LC 분자의 프리-틸트 각을 나타내는 액정 디스플레이 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은, TFT 기판, 컬러 필터 기판, 및 TFT 기판과 컬러 필터 기판 사이에 개재되는 트위스트된 네마틱 액정 (LC) 층을 구비하는 액정 디스플레이 장치 (LCD) 의 컬러 필터 기판을 제조하는 방법으로서, 그 방법은, 투명 기판 상에 실질적으로 격자 패턴을 갖는 차광층을 형성하는 단계; 차광층의 각 공간 내의 투 명 기판의 일부 상 및 차광층 스트라이프의 에지 부분 상에 착색층을 형성하는 단계로서, 착색층은 차광층의 공간을 덮는 실질적으로 평탄한 면, 평탄한 면으로부터 연장되고 상승하며 차광층의 스트라이프의 에지 부분을 덮는 경사면, 및 경사면과 차광층의 스트라이프의 나머지 부분 사이에서 연장되는 리어 에지면을 가지는 단계; 경사면과 리어 에지면 사이에서 형성되는 연마된 표면이,
Figure 112004035312518-pat00002
과 같은 관계식을 만족하도록 착색층의 표면 부분을 연마하는 단계로서, 여기서, θ, L 및 φ는 투명 기판의 표면에 대한 경사면의 각, 연마 후의 경사면의 잔여 부분의 폭, 및 LC 층의 LC 분자의 프리-틸트 각을 나타내는 단계; 및 착색층 및 차광층의 나머지 부분을 덮는 배향막을 형성하는 단계를 포함하는 액정 디스플레이 장치 (LCD) 의 컬러 필터 기판의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 LCD 장치 및 본 실시형태의 방법에 의해 제조되는 컬러 필터 기판에 따르면, 착색층의 연마된 표면은 착색층의 표면에서의 단차에 의해 발생하는 디스클리네이션의 발생을 방지하여, LCD 장치의 화질을 향상시킨다.
본 발명의 전술한 목적 및 기타 목적들, 특성 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명으로부터 보다 명백해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 실시형태에 따른 LCD 장치는, 컬러 필러 기판 구조를 제외하고는, 종래 LCD 장치와 관련하여 도 7 을 참조하여 설명한 구조와 유사한 구조를 갖는다. 따라서, 중복을 피하기 위해 컬러 필터 기판 구조 이외의 구조에 대한 설명은 생략한다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 LCD 장치에서 사용되는, 일반적으로 번호 10 로 지정되는, 컬러 필터 기판은 투명 기판, 예를 들어, 유리기판 (11), 실질적으로 격자 패턴을 갖는 블랙 매트릭스 (12), 블랙 매트릭스 (12) 의 대응하는 공간의 유리 기판 (11) 상 및 블랙 매트릭스 (12) 의 스트라이프의 에지 부분 상에 각각 형성되는 착색층 (13), 및 착색층 (13) 상 및 블랙 매트릭스 (12) 의 스트라이프에 형성되는 투명 전극 (14) 을 포함한다. 예를 들어, 트위스트된 네마틱 (twisted nematic) LC 층을 포함하는 정상 백색 (normally-white) LCD 장치에 컬러 필터 기판 (10) 이 사용된다. LCD 장치의 LC 층 구동 전압은, 예를 들어, 3.3 볼트, 4 볼트, 또는 5 볼트이다. LC 재료로서는, 5 볼트의 구동 전압을 갖는 LCD 장치용으로, ZL14792 (Merck 상표) 가 사용될 수 있다.
블랙 매트릭스 (12) 는 광누설을 방지하고, LC 층 얼라인먼트 결함을 보호하며, 격자 패턴 공간의 광투과 영역을 정의한다. 각 광투과 영역은 LCD 장치의 픽셀 디스플레이 영역을 구성한다. 블랙 매트릭스 (12) 는 탄소 등을 분산시킨 수지로 구성되며, 예를 들어, 20㎛ 의 스트라이프 폭을 갖는다. 일반적으로, 블랙 매트릭스 (12) 는 그 광학적 성능에서 3 이상의 광학 농도 (OD) 를 가지도록 요구되며, 따라서, 요구되는 이 광학적 성능을 달성하기 위해, 예를 들어, 1.3㎛ 의 두께를 갖는다. 블랙 매트릭스 (12) 의 광학 농도 (OD) 는,
Figure 112004035312518-pat00003
로 정의되며, 여기서, l 및 lo 는 각각 블랙 매트릭스에 대한 입사광 강도 및 투과된 광의 강도를 나타낸다.
착색층 (13) 의 재료는 수지 내의 유기 안료 분산에 의해 준비된다. 착색층 (13) 은, 블랙 매트릭스 (12) 가 패터닝된 후, 노광되고, 현상 및 베이킹되는 투명 기판 (11) 상에 코팅 기술에 의해 형성된다. 착색층 (13) 은 약 1.6㎛ 의 두께를 가지며, 매 픽셀 디스플레이 영역마다 적색 (R), 녹색 (G) 및 청색 (B) 층을 포함한다.
코팅 후, 착색층 (13) 이 블랙 매트릭스 (12) 의 스트라이프를 덮는 그 돌출 부분을 제거하기 위해 착색층 (13) 의 표면이 연마되고, 따라서, 유리 기판 (11) 에 비해 큰 높이를 가진다. LCD 장치와 일체화 된 후의 컬러 필터 기판 (10) 을 나타내는 도 4 에 착색층 (13) 의 연마된 부분이 나타내어져 있다. 투명 전극 (14) 및 배향막은 도 4 에서 생략되었다.
착색층 (13) 의 연마 처리 후, LC 층에 전기장을 인가하는 투명 전극 (14) 이 형성된다. 예를 들어, 투명 전극 (14) 상에, 폴리이미드 수지로 구성되는 배향막이 형성된다. 배향막을 통해 컬러 필터 기판 (10) 이 LC 층의 LC 분자와 접촉한다. 배향막과 접촉하는 LC 분자 (41) 의 프리-틸트 각 (φ) 은, 예를 들어, 3 도로 설정된다.
전술한 바와 같이, 착색층 (13) 의 연마는 컬러 필터 기판 (10) 부근에서 LC 분자 (41) 가 디스클리네이션을 나타내는 것을 방지한다. 이것을 도 2 내지 도 6 을 참조하여 설명한다.
도 2 는 착색층 (13) 을 연마하기 이전의 도 1 의 컬러 필터 기판 (10) 의 일부를 상세히 나타낸다. 본 발명의 이해를 돕기 위해, 연마 이전의 착색층 (13) 은 도 2 에서 LC 분자와 접촉하여 배치된 것으로 도시되어 있다. 즉, 도 2 는 착색층 (13) 에 대한 연마 공정을 사용하지 않고 형성되는 종래의 컬러 필터 기판을 갖는 LCD 장치를 나타낸다.
도 2 에서, 컬러 필터 기판 (10) 의 표면 상에 LC 분자 (41) 가 컬러 필터 기판 (10) 의 표면으로부터 프리-틸트 각 (φ) 만큼 틸트된다. 착색층 (13) 과 블랙 매트릭스 (12) 의 스트라이프가 서로 오버랩하는 폭은, 예를 들어, 3㎛ 이다.
컬러 필터 기판 (10) 에서, 블랙 매트릭스 (12) 와 착색층 (13) 의 오버래핑은 착색층 (13) 의 표면의 돌출부 (15) 를 형성한다. 착색층 (13) 돌출부 (15) 의 높이와 블랙 매트릭스 (12) 와 오버랩하지 않는 평탄부 (16) 의 높이와의 차이는 도 2 에서 H1 로 표시된다. 평탄부 (16) 는 픽셀 디스플레이 영역 또는 픽셀의 유효 개구 영역에 대응한다. 돌출부 (15) 는 평탄부 (16) 에 인접한 L1 의 길이를 갖는 경사 영역 (17), 및 블랙 매트릭스 (12) 스트라이프 표면 상으로 하강하는 리어 에지 (18) 를 포함한다. 유리 기판 (11) 의 표면에 대한 경사 영역 (경사면) 의 경사각 (θ) 은 θ= tan-1 (H1/L1) 이다.
도 3 은 착색층 (13) 연마 전의 프리-틸트 각 (φ) 과 LC 층의 디스클리네이션 위치 사이의 관계로부터 얻은 시뮬레이션의 결과를 나타내고 있다. 이 시뮬레이션에서, 경사 영역 (17) 의 각 (θ) 은 10 도이고, 경사 영역 (17) 의 폭 (L1) 은 10㎛ 이다. LC 층에의 전기장 인가로부터 LC 분자의 얼라인먼트를 안정화하기 위해 특정 시간 간격이 경과한 후, 디스클리네이션의 위치가 검출된다. 도 3 에서, 컬러 필터 기판 (10) 의 픽셀 영역은 블랙 매트릭스 (12) 에 의해 차폐되는 차광 영역 (light-shield area) 및 블랙 매트릭스 (12) 의 공간에 대응하는 광투과 영역으로 분할된다. 또한, 차광 영역과 광투과 영역과의 경계를 원점 (0㎛) 으로 정의하여, 차광 영역을 음의 영역으로, 광투과 영역을 양의 영역으로 한다.
일반적으로, LCD 장치는, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 착색층 (13) 의 경사 영역 (17) 의 부근의 역방향 틸트로부터 방해받으며, 평탄 영역 (16) 과 착색층 (13) 의 돌출 영역 (15) 사이의 LC 분자 (41) 의 회전 방향으로 불연속이 발생되어, 디스클리네이션이 발생된다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 연마 공정을 사용하지 않는 도 2 의 컬러 필터 기판에서는, 프리-틸트 각 (φ) 이 약 3.5 도 이하인 경우에 디스클리네이션이 경계의 광투과측 (블랙 매트릭스 스트라이프의 에지) 에 발생되어, 광누설로 인해 픽셀 디스플레이 영역의 화질이 열화된다.
도 3 의 예에서, 4 도 이상의 프리-틸트 각에서는, 디스클리네이션은 블랙 매트릭스 (12) 의 스트라이프에 의해 차폐된 차광 영역에 진입함으로써 디스클리네이션이 관측되지 않음을 나타낸다. 역방향 틸트는 프리-틸트 각 (φ) 의 크기 와 경사 영역 (17) 의 경사각 (θ) 의 크기 사이의 관계에 따라 발생된다. 따라서, 역방향 틸트를 억제하기 위해, 일반적으로, 프리-틸트 각을 낮은 값으로 설정할 필요가 있다.
프리-틸트 각 (φ) 은 LC 재료 및 배향막에 의해 결정되며, 격자는 그 러빙 (rubbing) 강도를 적합하게 설정함으로써 바람직한 프리-틸트 각을 제공할 수도 있다. 그러나, 높은 프리-틸트 각을 달성하는 배향막용의 재료는 제한되며, 재료 그 자체로 인하여 낮은 신뢰성을 가지며, 프리-틸트 각에 대한 정확한 제어를 하기 어렵다. 따라서, LCD 장치에서 과도하게 높은 프리-틸트 각을 설정하는 것은 적합하지 않다.
전술한 도 4 는 착색층 (13) 연마 후의 도 1 의 LCD 장치의 착색층 (13) 의 확대된 측면을 나타내고 있다. H1 의 높이를 도 4 에 도시된 H2 에 도달할 때까지 낮추기 위해, 착색층 (13) 에 대한 연마 공정이 수행된다. 이 공정에서, 경사 영역 (17) 의 폭 (L1) 은 L2 까지 감소된다. 예를 들어, 경사각 (θ) 이 7 도이면, 착색층 (13) 의 경사 영역 (17) 의 폭 (L2) 이 2㎛ 에 이르도록 연마가 수행된다. 본 발명자는 폭 L1 을 L2 로 감소시킴으로써 컬러 필터 기판 (10) 에 의해 발생되는 디스클리네이션을 제거할 수 있다는 사실을 각종 시뮬레이션 및 실험을 통해 발견하였다. 디스클리네이션이 제거되는 이유를 후술한다.
일반적으로, 컬러 필터 기판 (10) 상에 배치되는 LC 분자 (41) 는 배향막에 의해 정의되는 프리-틸트 각 (φ) 만큼 정렬되고, 컬러 필터 기판 (10) 으로부터 이격된 LC 분자 (41) 는 컬러 필터 기판 (10) 상의 정렬된 LC 분자와 정렬된다. 그러나, 경사 영역 (17) 이 작은 폭을 갖고, 경사각 (θ) 과 프리-틸트 각 (φ) 사이의 관계가 특정 관계에 존재하면, 컬러 필터 기판 (10) 의 경사 영역 (17) 으로부터 약간 떨어진 LC 분자 (41) 는 컬러 필터 기판 (10) 상의 LC 분자 (41) 를 정렬하는 것보다 그 부근에 배치되는 LC 분자를 정렬하는 것이 그 에너지가 안정하게 된다. 따라서, 역방향 틸트를 발생시키기 위해 컬러 필터 기판 (10) 의 경사 영역 (17) 상의 LC 분자 (41) 가 정렬되더라도, 경사 영역 (17) 상의 대부분의 다른 LC 분자 (41) 는 역방향 틸트를 발생시키지 않는 방향으로 정렬되어 디스클리네이션을 발생시키지 않는다.
종래 기술에서, 착색층 (13) 의 높이 차는 0.5㎛ 로 감소되어야 한다. 본 발명에서는, 디스클리네이션을 억제할 목적으로, 경사 영역 (17) 의 폭 (L1) 을 감소시키기 위해 착색층의 표면이 기계적으로 연마된다. 본 발명에서 평탄 영역 (16) 과 돌출 영역 (15) 사이의 높이 차이는 사실 피상적인 파라미터이고, 디스클리네이션은 프리-틸트 각 (φ), 경사각 (θ) 및 경사 영역 (17) 의 폭 (L1; L2) 의 특정 조합을 채용함으로써 억제될 수 있다.
도 5 는 디스클리네이션 위치와 프리-틸트 각 (φ) 및 경사각 (θ) 의 조합 사이의 시뮬레이션에 의해 얻어지는 관계를 나타내고 있다. 이 시뮬레이션에서, 프리-틸트 각 (φ) 및 경사각 (θ) 을 변화시키는 동안에 디스클리네이션 발생 유무 사이의 경계가 얻어진다. 도 5 에서, (괄호 안의 0㎛ 에 의해 표시되는) 그래프 A 는 경계 상의 디스클리네이션의 발생을 나타내고, (괄호 안의 -5㎛ 에 의해 표시되는) 그래프 B 는 경계로부터 5㎛ 떨어진 차광 영역쪽으로의 위치에서의 디스클리네이션의 발생을 나타낸다. 차광 영역 내의 경계로부터, 즉, 블랙 매트릭스의 스트라이프의 에지로부터의 5㎛ 의 거리는 안정한 디스클리네이션 억제를 위해 선택된다.
도 5 에서, 그래프 B 위쪽 좌측의 영역 [Ⅱ] 은 디스클리네이션이 관측되지 않는 영역을 의미하고, 한편, 그래프 A 의 아래쪽 우측의 영역 [Ⅰ] 은 디스클리네이션이 관측되는 영역을 의미한다. 예를 들어, 경사각이 5 도인 경우, 2 도 이하의 프리-틸트 각에서 디스클리네이션이 관측되며, 한편, 3 도의 프리-틸트 각에서는 디스클리네이션이 관측되지 않는다. 그래프 B 위쪽의 영역 [Ⅱ] 은,
Figure 112004035312518-pat00004
과 같은 관계식으로 대략 정의된다.
보다 구체적으로, 위의 관계가 유지되는 경우, LCD 장치에서 디스클리네이션이 관측되지 않는다.
도 6 은 디스클리네이션 위치와 프리-틸트 각 (φ) 및 경사 영역 (17) 의 폭 (L1 또는 L2) 사이의 시뮬레이션에 의해 얻어지는 관계를 나타낸다. 이 시뮬레이션에서, 경사각 (θ) 은 디스클리네이션 위치를 얻기 위해 프리-틸트 각 (φ) 및 경사 영역의 폭 (L1) 이 변하는 동안 10 도로 고정된다. 도 5 에 도시된 바와 같이, (괄호 안의 -5㎛ 에 의해 표시되는) 그래프 C 위쪽 좌측의 영역 [Ⅲ] 은 디스클리네이션이 관측되지 않는 영역을 의미하고, 한편, (괄호 안의 0㎛ 에 의해 표시되는) 그래프 D 아래쪽 우측의 영역 [Ⅳ] 은 디스클리네이션이 관측되는 영역을 의미한다. 그래프 C 위의 영역 [Ⅲ] 은,
Figure 112004035312518-pat00005
과 같은 관계식으로 대략 정의된다.
위의 관계식 (2) 은,
Figure 112004035312518-pat00006
과 같이 재배열될 수 있으며, (L1/4 - 1.034) > 0 인 것으로 가정한다. 보다 구체적으로, 위의 관계식 (2) 또는 (3) 이 유효하면, LCD 장치에서 디스클리네이션이 관측되지 않는다.
위의 관계식 (1) 및 (3) 은, 이들 관계식 (1) 및 (3) 에서 이들 부등호를 등호로 치환한 후, 그 양측에 대해 관계식 (1) 및 (3) 을 함께 더하여 함께 결합함으로써,
Figure 112004035312518-pat00007
와 같은 식을 얻는다.
판별식 D 를 사용하여,
Figure 112004035312518-pat00008
디스클리네이션이 관측되지 않는 영역 또는 범위는 D > 0 이 만족되는 조건 에 의해 얻어질 수 있다.
본 실시형태에서, 착색층 (13) 은 프리-틸트 각 (φ), 경사각 (θ) 및 경사 영역 (17) 의 폭 (L2) 로 하여금 위의 관계식 D > 0 을 만족하도록 허용하기 위해 연마될 수 있다. 예를 들어, 프리-틸트 각 (φ) 및 경사각 (θ) 이 각각 3 도 및 10 도 인 경우, 경사 영역 (17) 의 폭 (L2) 은 2.575㎛ 이하 로 가정되도록 연마된다. 이 방식에서, LC 분자 의 프리-틸트 각 (φ) 및 경사 영역 (17) 의 경사각 (θ) 이 알려진 경우, 그 연마에 의한 착색층 (13) 의 제거량은 연마 후에 경사 영역 (17) 의 폭 (L2) 로부터 결정될 수 있다.
일반적으로, 착색층이 연마에 의해 과도하게 제거된 경우, LCD 장치의 화질이 저하된다. 그러나, 본 발명에서는, 프리-틸트 각 (φ) 에 기초하여 제거량이 결정될 수 있으므로, 과도한 제거로 인한 화질 저하가 방지될 수 있다. 또한, 본 발명의 컬러 필터 기판의 디스클리네이션 방지를 위해 오버코트층이 필요하지 않으므로, 예를 들어, 200:1 의 정도의 우수한 LCD 장치의 콘트라스트비를 유지하면서 LCD 장치의 비용을 감소시킬 수 있다.
전술한 실시형태는 예시의 목적으로만 설명되었으며, 전술한 실시형태에 한정되지 않으며, 당업자에 의해 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변경이 쉽게 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 착색층의 과도한 제거로 인한 화질 저하가 방지될 수 있다. 또한, 컬러 필터 기판의 디스클리네이션 방지를 위해 오버코트층이 필요하지 않으므로, 우수한 LCD 장치의 콘트라스트비를 유지하면서 LCD 장치의 비용을 감소시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. TFT 기판 (30), 컬러 필터 기판 (10), 및 상기 TFT 기판 (30) 과 상기 컬러 필터 기판 (10) 사이에 개재되는 트위스트된 네마틱 (twisted nematic) 액정 (LC) 층 (40) 을 구비하는 액정 디스플레이 장치 (LCD) 로서, 상기 컬러 필터 기판 (10) 은,
    투명 기판 (11);
    상기 투명 기판 (11) 상에 형성되며 격자 패턴을 갖는 차광층 (12);
    상기 차광층 (12) 의 각 공간 내의 상기 투명 기판 (11) 의 일부 및 상기 차광층 (12) 스트라이프의 에지 부분 상에 형성되는 착색층 (13); 및
    상기 착색층 (13) 및 상기 차광층 (12) 의 상기 스트라이프의 나머지 부분을 덮는 배향막을 포함하고,
    상기 착색층 (13) 은 상기 차광층 (12) 의 상기 공간을 덮는 평탄한 면, 상기 평탄면으로부터 연장하여 상승하며 상기 차광층 (12) 의 상기 스트라이프의 상기 에지 부분을 덮는 경사면 (17), 상기 경사면 (17) 으로부터 연장되는 연마된 평탄면, 및 상기 연마된 평탄면과 상기 차광층 (12) 의 상기 스트라이프의 상기 나머지 부분 사이에서 연장되는 리어 에지면 (18) 를 가지며,
    Figure 112006037729974-pat00009
    과 같은 관계식을 만족하며,
    여기서, θ, L 및 φ는 각각 상기 투명 기판 (11) 의 표면에 대한 상기 경사면 (17) 의 각, 상기 경사면 (17) 의 폭, 및 상기 LC 층 (40) 의 LC 분자의 프리-틸트 각을 나타내는, 액정 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사면 (17) 의 상기 폭은 2.5㎛ 이하인, 액정 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사면 (17) 의 상기 각은 5 도 내지 10 도의 범위에 존재하는, 액정 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 LC 층 (40) 은 3 볼트 내지 5 볼트의 범위의 구동 전압으로 구동되는, 액정 디스플레이 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 LCD 장치는 200:1 이상의 콘트라스트비 (contrast ratio) 를 갖는, 액정 디스플레이 장치.
  6. TFT 기판 (30), 컬러 필터 기판 (10), 및 상기 TFT 기판 (30) 과 상기 컬러 필터 기판 (10) 사이에 개재되는 트위스트된 네마틱 액정 (LC) 층 (40) 을 구비하는 액정 디스플레이 장치 (LCD) 의 컬러 필터 기판을 제조하는 방법으로서,
    투명 기판 (11) 상에 격자 패턴을 갖는 차광층 (12) 을 형성하는 단계;
    상기 차광층 (12) 의 각 공간 내의 상기 투명 기판 (11) 의 일부 및 상기 차광층 (12) 스트라이프의 에지 부분 상에 착색층 (13) 을 형성하는 단계로서, 상기 착색층 (13) 은 상기 차광층 (12) 의 상기 공간을 덮는 평탄한 면, 상기 평탄면으로부터 연장하여 상승하며 상기 차광층 (12) 의 상기 스트라이프의 상기 에지 부분을 덮는 경사면 (17), 및 상기 경사면 (17) 과 상기 차광층 (12) 의 상기 스트라이프의 상기 나머지 부분 사이에서 연장되는 리어 에지면을 가지는, 단계;
    상기 경사면 (17) 과 상기 리어 에지면 (18) 사이에서 형성되는 연마된 표면이,
    Figure 112006037729974-pat00010
    과 같은 관계식을 만족하도록 상기 착색층의 표면 부분을 연마하는 단계로서,
    여기서, θ, L 및 φ는 각각 상기 투명 기판 (11) 의 표면에 대한 상기 경사면 (17) 의 각, 상기 연마 후의 상기 경사면 (17) 의 잔여 부분의 폭, 및 상기 LC 층 (40) 의 LC 분자의 프리-틸트 각을 나타내는, 단계; 및
    상기 착색층 (13) 및 상기 차광층 (12) 의 나머지 부분을 덮는 배향막을 형성하는 단계를 연속적으로 포함하는, 컬러 필터 기판의 제조 방법.
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