KR100750928B1 - 액정 표시 장치용 색 필터 기판 - Google Patents

액정 표시 장치용 색 필터 기판 Download PDF

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Abstract

두 절연 기판이 마주하고 있으며, 하부 기판에는 게이트 배선과 데이터 배선, 이들 배선과 연결되어 신호를 스위칭하는 박막 트랜지스터 및 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 화소 전극이 형성되어 있다. 상부 기판에는 화소 전극에 대응하는 적, 녹, 청의 색 필터가 형성되어 있으며, 색 필터 사이에는 블랙 매트릭스가 형성되어 있다. 이 때, 청색 색 필터는 광 산란성이 다른 색의 색 필터에 비하여 큰 수지로 형성한다. 색 필터 및 블랙 매트릭스는 공통 전극으로 덮여 있다. 두 기판 사이에는 액정이 주입되어 있다. 이렇게 하면, 정면에서 볼 때는 백색이던 화상이 측면에서 보면 노란색으로 치우져 나타나는 예로위시 현상을 방지할 수 있다.
색 필터, 시야각, 광 산란, 수지

Description

액정 표시 장치용 색 필터 기판{color filter panel for liquid crystal display}
도 1은 색깔별로 V(voltage)-T(transmittance) 곡선을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 3은 종래 기술에 따른 액정 표시 장치에서 시야각에 따른 청색의 휘도를 나타낸 도면이고,
도 4는 종래 기술에 따른 액정 표시 장치에서 시야각에 따른 적색의 휘도를 나타낸 도면이고,
도 5는 종래 기술에 따른 액정 표시 장치에서 시야각에 따른 녹색의 휘도를 나타낸 도면이고,
도 6은 종래 기술에 따른 액정 표시 장치에서 시야각에 따른 적색의 휘도/청색의 휘도를 나타낸 도면이고,
도 7은 종래 기술에 따른 액정 표시 장치에서 시야각에 따른 적색의 휘도/녹색의 휘도를 나타낸 도면이고,
도 8은 종래 기술에 따른 액정 표시 장치에서 시야각에 따른 적색의 휘도/청색의 휘도를 나타낸 도면이고,
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
본 발명은 액정 표시 장치용 색 필터 기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 측면 색좌표 이동 문제를 해결하기 위한 액정 표시 장치용 색 필터 기판에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중의 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 유리 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져 있으며, 두 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시켜 투과되는 빛의 양을 조절하는 표시 장치이다.
이러한 액정 표시 장치의 한 기판은 전극에 인가되는 전압을 스위칭하는 박막 트랜지스터를 갖는 것이 일반적이며, 이러한 박막 트랜지스터 기판에는 박막 트랜지스터 외에도 게이트선 및 데이터선을 포함하는 배선, 외부로부터 신호를 인가받아 게이트선 및 데이터선으로 각각 전달하는 게이트 패드 및 데이터 패드가 형성되어 있다. 게이트선과 데이터선이 교차하여 정의되는 화소 영역에는 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되어 있는 화소 전극이 형성되어 있다.
이러한 박막 트랜지스터 기판과 마주하는 다른 한 기판에는 화소 영역을 구획하는 블랙 매트릭스가 형성되어 있고, 블랙 매트릭스에 의하여 구획되는 각 화소 영역에는 적, 녹, 청의 색 필터가 형성되어 있고 색 필터 이외의 영역에 블랙 매트 릭스가 형성되어 있으며 색 필터 및 블랙 매트릭스 위에 공통 전극이 형성되어 있다.
그런데, 이러한 액정 표시 장치에서는 액정 표시 장치를 보는 각도에 따라 색좌표가 변화하여 측면에서 볼 때는 정면에서 볼 때와는 다른 색으로 보이게 된다. 이 때, 색의 변화는 주로 노란색이나 붉은색 쪽으로 치우치게 되어 전체적으로 색의 구별이 불분명해지는 시인성 문제가 발생한다.
그러면, 도 1을 참조하여 색좌표 변화가 발생하는 원인에 대하여 설명한다.
도 1은 색깔별로 V(voltage)-T(transmittance) 곡선을 도시한 것이다.
도 1에서와 같이, 동일한 액정층을 통과하더라도 빛의 파장에 따라 편광의 변화 정도가 다르기 때문에 V-T 곡선의 모양이 달라진다. 즉, 청색의 V-T 곡선이 적색이나 녹색의 V-T 곡선에 비하여 급하게 하강한다. 그런데 이러한 V-T 곡선의 모양 차이는
Figure 112001016383556-pat00001
가 커짐에 따라 더욱 심해진다. 한편, 측면에서 보는 빛이 통과한 액정층의 길이가 정면에서 보는 빛에 비하여 더 길기 때문에 빛이 느끼는
Figure 112001016383556-pat00002
는 측면에서 보는 빛이 정면에서 보는 빛에 비하여 더 크다. 따라서 측면으로 갈수록 청색보다 녹색이나 적색의 빛의 양이 많아지게 되어 화상이 전체적으로 노란색 또는 붉은색에 가까워지는 것이다. 이는 액정의 유전율 이방성(birefringence)으로 인하여 나타나는 현상이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 다음과 같은 방법이 제시되었다.
먼저, 를 낮추는 것인데
Figure 112001016383556-pat00004
가 낮으면 색좌표 이동이 상대적으로 약하게 발생하기 때문이다. 그러나, 이 방법에는 휘도도 함께 낮아지는 문제점이 있 다.
또 다른 방법으로 적, 녹, 청의 색 필터 두께를 각각 다르게 하여 셀 갭을 조절하는 것인데, 여기에는 두 기판의 셀 갭을 유지하기 위해 두 기판 사이에 형성되어 있는 스페이서가 셀 내부에서 이동하게 되어 배향 불량이 발생하며 셀 갭이 불균일해지는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 표시 장치의 측면 시인성을 향상시키는 것이다.
이러한 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는 청색의 색 필터를 광 산란 특성 녹색이나 적색 색 필터에 비하여 큰 수지로 형성한다.
본 발명에 따르면, 절연 기판 위에 적, 녹, 청의 색 필터가 형성되어 있고, 기판 위의 색 필터 사이에는 블랙 매트릭스가 형성되어 있다. 색 필터 및 블랙 매트릭스는 공통 전극으로 덮여 있다. 여기서, 청색의 색 필터는 적색 및 녹색의 색 필터보다 광 산란 특성이 더 큰 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.
이때, 공통 전극은 다수의 개구부를 갖도록 패터닝되어 있을 수 있다.
이러한 본 발명에서는 광 산란 특성이 큰 수지로 이루어진 청색의 색 필터에 의해 정면에서의 청색 빛이 측면으로 확산되어 측면에서의 색좌표 이동을 개선할 수 있다.
그러면, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 색 필터 기판에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치는 하부 기판(10)과 상부 기판(100)이 마주하고 있으며, 두 기판(10, 100)의 사이에는 액정 물질(70)이 주입되어 있다. 하부 기판(10)과 상부 기판(100)의 바깥쪽에는 각각 편광판(11, 101)이 부착되어 있다. 하부 기판(10)에는 다수의 게이트 배선(도시하지 않음)과 데이터 배선(도시하지 않음)이 형성되어 있으며 이들 배선과 연결되어 신호를 전달받는 박막 트랜지스터(20)가 형성되어 있다. 또, 하부 기판(10)에는 박막 트랜지스터(20)와 연결되어 있으며 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(30)이 형성되어 있다. 상부 기판(100)에는 화소 영역을 구획하는 블랙 매트릭스(40)가 형성되어 있고, 화소 영역에는 적, 녹, 청의 색 필터(51, 52, 53)가 반복적으로 형성되어 있다. 이 때, 청색 색 필터(52)는 적색 색 필터(51)나 녹색 색 필터(53)에 비하여 광산란 특성이 크다. 청색 색 필터(52)의 광산란 특성을 적색이나 녹색 색 필터(53)에 비하여 크도록 하기 위하여 청색 색 필터를 이루는 수지에 산란 입자를 첨가할 수 있다. 색 필터(50) 및 블랙 매트릭스(40) 위에는 공통 전극(60)이 형성되어 있다.
이러한 액정 표시 장치에서 화소 전극(30)과 공통 전극(60)에 인가되는 전압에 의해 두 기판(10, 100) 사이에 전기장이 형성되고, 전기장에 의해 액정 배향이 달라지고 이에 따라 빛의 투과율이 달라져 화상이 표시된다.
이상과 같이, 청색 색 필터(52)의 광산란 특성을 적색이나 녹색 색 필터(51, 52)에 비하여 크게 하면 산란에 의하여 측면으로 가는 청색 빛의 양이 증가하여 화상이 측면으로 갈수록 붉은색이나 노락색으로 치우치는 현상을 방지할 수 있다. 그러면, 청색의 색 필터를 광 산란 특성이 큰 수지로 형성하는 이유에 대하여 도 3 내지 도 8을 참조하여 좀더 상세히 설명한다.
도 3 내지 도 5는 종래 기술에 따른 액정 표시 장치에서 시야각에 따른 청색, 적색 및 녹색의 휘도를 각각 나타낸 도면이고, 각각 위쪽에 위치하는 원형의 도면은 색깔별로 휘도를 도시한 것이고 이에 대응하여 아래쪽에 위치하는 그래프에서 가로 방향의 축은 시야각을 나타내며 세로 방향의 축은 휘도를 나타낸다. 도 6 내지 도 8은 종래 기술에 따른 액정 표시 장치에서 시야각에 따른 적색의 휘도/청색의 휘도, 적색의 휘도/녹색의 휘도, 적색의 휘도/청색의 휘도를 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5에서와 같이, 각 색깔별 휘도는 정면(0°)에서 가장 높고 측면(±80°)으로 갈수록 낮아지며, 정면에서의 휘도는 녹색, 적색, 청색의 순으로 낮다.
이와 같이 각 색깔별로 휘도를 측정한 후 두 색깔의 휘도의 비율을 각각 계산하여 도 6 내지 도 8에 나타내었다.
먼저, 도 6에서와 같이 적색의 휘도/청색의 휘도를 살펴보면, 정면(0°)에서는 적색의 휘도/청색의 휘도 값이 3 정도인데, 측면으로 갈수록 그 비율이 증가하여 ±80°에서는 약 4 정도의 값을 나타낸다. 이는 적색 휘도를 기준으로 했을 때 청색 휘도가 25% 정도 낮아졌음을 의미한다. 즉, 정면에서의 청색 비율에 비해 측면에서의 청색 비율이 낮아짐을 알 수 있다.
한편, 도 7에서와 같이 적색의 휘도/녹색의 휘도를 살펴보면, 정면과 측면에서의 적색의 휘도/녹색의 휘도 값이 0.35 정도에서 크게 변하지 않음을 알 수 있다. 이는 적색과 녹색의 휘도가 정면과 측면에서 거의 차이가 없음을 의미한다.
도 8에서와 같이 녹색의 휘도/청색의 휘도를 살펴보면, 정면(0°)에서는 녹색의 휘도/청색의 휘도 값이 8 정도인데, 측면으로 갈수록 그 비율이 증가하여 ±80°에서는 약 12 정도의 값을 나타낸다. 이는 녹색 휘도를 기준으로 했을 때 청색 휘도가 현저히 낮아졌음을 의미한다. 즉, 정면에서의 청색 비율에 비해 측면에서의 청색 비율이 낮아짐을 알 수 있다.
이와 같이, 청색의 휘도는 측면으로 갈수록 적색 및 녹색의 휘도에 비해 현저히 떨어져 측면에서는 화면이 노란색 또는 붉은색으로 치우쳐 보이게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 정면의 청색 빛을 측면으로 확산시키는 방법을 사용한다. 즉, 반사형 액정 표시 장치에서 쓰이고 있는 광 산란 특성이 큰 청색 수지를 사용하여 청색의 색 필터를 사용함으로써 정면의 청색 빛이 측면으로 확산되도록 하는 것이다. 이러한 광 산란 특성이 큰 수지는 광 산란 입자를 일반적인 색 필터용 수지에 첨가함으로써 얻을 수 있다. 이때, 나머지 녹색과 적색의 색 필터는 기존에 사용하던 수지를 사용하면 된다.
여기서는 TN(twisted nematic) 모드의 액정 표시 장치를 예로 들었으나, 그 외 광시야각 확보를 위해 다수의 개구부를 가지며 패터닝되어 있는 화소 전극(30) 및 공통 전극(60)을 갖는 PVA(patterned vertical alignment) 모드의 액정 표시 장치에도 적용할 수 있다.
그러면, 도 9를 참고로 하여, 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다.
하부 기판(10) 위에 가로 방향으로 형성되어 있는 게이트선(도시하지 않음)이 형성되어 있고 게이트선에는 게이트 전극(21)이 연결되어 있다. 게이트선 및 게이트 전극(21) 위에는 게이트 절연막(22)이 형성되어 있고, 게이트 절연막(22) 위에는 비정질 규소로 이루어진 반도체층(23)이 형성되어 있고, 반도체층(23) 위에는 게이트 전극(21)을 중심으로 하여 양쪽으로 분리되어 있는 접촉층(24, 25)이 형성되어 있다. 접촉층(24, 25) 위에는 소스 전극(26)과 드레인 전극(27)이 형성되어 있고, 이중 소스 전극(26)은 세로 방향으로 형성되어 있는 데이터선(28)과 연결되어 있다. 소스 및 드레인 전극(26, 27)과 데이터선(28)의 위에는 보호막(29)이 형성되어 있고, 보호막(28) 위에는 화소 전극(30)이 형성되어 있다. 이 때, 보호막(29)은 질화규소 등의 무기 절연물질로 형성하거나, 각종 수지 등의 유기 절연 물질로 형성할 수 있다. 유기 절연 물질로 보호막(29)을 형성하면 화소 전극(30)을 평탄한 보호막(29) 표면에 형성할 수 있어서 셀 갭의 균일성 확보가 용이하고, 데이터선(28)과 화소 전극(30) 사이의 신호 간섭이 작아 화소 전극(30)을 데이터선(28)과 중첩시켜 형성할 수 있어서 개구율을 극대화할 수 있다. 한편, 화 소 전극(30)에는 도메인 분할 수단으로서 개구부(31)를 형성해 둠으로써 광시야각을 확보하고 있다.
게이트선은 주사 신호를 게이트 전극(21)에 전달하며, 데이터선(28)은 화상 신호를 소스 전극(26)에 전달한다. 주사 신호에 따라 반도체층에 채널이 형성 또는 소멸되어 소스 전극(26)으로부터 드레인 전극(27)으로 화상 신호를 전달하거나 차단하는 기능을 한다. 드레인 전극(27)은 화소 전극(30)에 연결되어 있어서 화상 신호는 드레인 전극(27)을 통하여 화소 전극(30)에 전달된다.
투명한 상부 기판(100)에는 크롬과 산화크롬의 이중층으로 이루어진 불투명한 도전 물질로 이루어진 블랙 매트릭스(40)가 형성되어 있다. 이 때, 블랙 매트릭스(40)는 유기 물질로 형성할 수도 있다. 블랙 매트릭스(40)에 의하여 구획되는 화소 영역에는 적색, 녹색, 청색의 색 필터(51, 52, 53)가 각각 형성되어 있고, 색 필터(51, 52, 53) 위에는 오버코트막(70)이 형성되어 있다. 이 때, 청색 색 필터(52)는 적색 색 필터(51)나 녹색 색 필터(53)에 비하여 광산란 특성이 크다. 청색 색 필터(52)의 광산란 특성을 적색이나 녹색 색 필터(53)에 비하여 크게 하기 위하여 청색 색 필터를 이루는 수지에 산란 입자를 첨가할 수 있다. 오버코트막(70) 위에는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어진 공통 전극(60)이 형성되어 있다. 이 때, 공통 전극(60)에는 화소 전극(30)의 개구부(31)와 함께 프린지 필드(fringe field)를 형성하여 광시야각을 확보하기 위한 개구부(61)가 형성되어 있다.
상부 기판(100)과 하부 기판(10)의 사이에는 액정 물질(200)이 주입되어 있 다. 액정 물질(200)의 액정 분자는 두 기판(10, 100)에 대하여 수직 배향되어 있고, 음의 유전율 이방성을 가지는 것이 바람직하다.
상부 기판(100)의 위와 하부 기판(10)의 아래에는 각각 상부 편광판(101) 및 하부 편광판(11)이 부착되어 있다.
이와 같이 본 발명에서는 광 산란 특성이 다른 색 필터에 비하여 큰 수지를 사용하여 청색 색 필터를 형성함으로써 측면에서의 색 좌표 이동을 개선할 수 있다.

Claims (4)

  1. 절연 기판 위에 형성되어 있으며 화소 영역을 구획하는 블랙 매트릭스,
    상기 화소 영역에 형성되어 있는 적, 녹, 청의 색 필터,
    상기 색 필터 및 상기 블랙 매트릭스 위에 형성되어 있는 공통 전극
    을 포함하며,
    상기 청색의 색 필터는 상기 적색 및 녹색의 색 필터보다 광 산란 특성이 더 큰 수지로 이루어진 액정 표시 장치용 색 필터 기판.
  2. 제1항에서,
    상기 공통 전극은 다수의 개구부를 갖도록 패터닝되어 있는 액정 표시 장치용 색 필터 기판.
  3. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 청색의 색 필터를 이루는 수지에는 광 산란 입자가 첨가되어 있는 액정 표시 장치용 색 필터 기판,
  4. 제1항 또는 제2항에서,
    상기 색 필터와 상기 공통 전극 사이에 형성되어 있으며 상기 색 필터를 덮는 오버코트막을 더 포함하는 액정 표시 장치용 색 필터 기판.
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