KR0163623B1 - 컬러 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

무기박막의 다층 구조를 사용하여 컬러 필터의 화이트 밸런스를 개선시키고 액정셀의 컬러화를 방지하기 위한 컬러 액정표시장치가 제공된다.
분광 투과 특성은, G(녹색) 필터의 투과 파장 영역이 좁아지도록 한다. 4개소의 화소들을 갖는 화소 어레이에 대해, G 필터의 두 개의 화소는 대각선으로 배치되고 나머지 두 화소는 R(적색) 및 B(청색)으로 구성된다.

Description

컬러 액정표시장치
제1도는 R,G,B 필터의 각각의 분광 투과 특성을 보인 도면이다.
제2도는 본 발명에 의한 컬러 액정표시장치의 셀의 단면도이다.
제3도는 본 발명의 R,G,B 필터의 각각의 어레이를 보인 도면이다.
제4도는 본 발명의 1실시예의 CIE 색도를 보인 도면이다.
제5도는 R,G,B 필터의 각각의 델타 어레이를 보인 도면이다.
제6도는 종래 컬러 액정표시장치의 셀의 단면도이다.
제7도는 종래 R,G,B 필터의 각각의 분광 투과 특성을 보인 도면이다.
제8도는 상기 델타 어레이와 동일한 필름 구조를 사용하여 제조된 4화소 어레이 간섭 필터의 CIE 색도를 보인 도면이다.
제9도는 상기 4화소 어레이의 한 라인 또는 한 열에 3개의 색이 존재하는 경우에 있어서의 어레이 방법을 보인 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11a,11b : 투명기판 12 : 차광막
13 : 컬러 필터 14a,14b : 투명도전막
15a,15b : 배향막 16 : 액정층
17a,17b : 편광판
본 발명은 컬러 액정표시장치에 관한 것으로, 특히, 컬러 필터에 관한 것이다.
액정표시장치상에 컬러 필터를 형성하여 풀컬러 표시를 행할 때, 컬러 필터를 제조하기 위한 기술로서는 일반적으로 안료분사법, 염색법, 또는 간섭필터법이 사용된다. 이들 방법중, 무기박막을 사용하는 간섭필터법은 특히 내광성과 내열성 및 분광 투과 특성이 우수하다. 이 때문에, 개발에 많은 노력이 경주되어 간섭필터법의 실용화 단계에 들어섰다. 액정패널용의 무기박막을 사용하는 간섭필터의 사용은 예컨대 일본 특허공개공보 54-59957호에 기술되어 있다.
예컨대, 3개의 화소를 한 조로서 갖는 델타 어레이인, 화소 어레이가 제5도에 보인 바와 같이, 무기박막의 다층 적층에 의해 제조되는 간섭필터를 사용하여 형성되는 경우, 상기 막의 두께는 컬러 재현성이 우수한 분광 투과 특성을 얻기 위해 매우 두껍게 되어야 한다. 제6도는 제5도의 b-b'선 단면도이다. 각 부호를 설명하면, 11a,11b는 투명기판; 12는 차광막; 13은 컬러 필터; 14a,14b는 투명도전막; 15a,15b는 배향막; 16은 액정층; 17a,17b는 편광판이다. 여기에서, 컬러 재현성이 우수한 분광 투과 특성을 얻기 위해서는 예컨대 제7도에 보인 바와 같이, R 필터에서의 29개층들의 적층은 두께가 1.91㎛로 되어야 하고, G 필터에서의 50개층들의 적층은 두께가 3.73㎛로 되어야 하며, B 필터에서의 29개층들의 적층은 두께가 2.46㎛로 되어야 한다. 이 때문에, 3개의 색들간의 단들의 차는 최대 1.82㎛까지 증대하며, 이에 따라 투명전도막(7b)의 단분리 또는 배향막의 접착열화와 같은 문제가 초래된다. 또한, dΔn치(d: 액정층의 두께, Δn: 2중 액정굴절률)에 있어서의 3개의 색들간의 차가 증가한다. TN액정을 사용하는 표시장치에 있어서, 광전전송특성은 상기 dΔn치에 의존하기 때문에 중요한 문제로 된다. 또한, 막의 형성시, 이와 같은 다층막 구성에 있어서는 기술과 코스트의 양 측면에서 저밀한 패턴을 형성하기가 곤란하다. 더욱이, 델타 어레이에 있어서, 데이터 버스 라인이 접혀지고 복잡해지는 문제가 발생하여, 4개의 화소가 구성 요소들이고 G 필터가 대각선으로 배치되기 때문에 액정패널의 수치개구가 보다 작게되도록 한다. 나머지 두 컬러 R 및 B의 어레이에 대한 배선(제3도)은 단순하게 되어, 수치개구가 보다 크게 될 수 있는 장점이 있다.
또한, 특히 상기 막구성에 간섭필터가 형성되고 4개의 화소가 구성요소로 되며 G 필터가 대각선으로 배치되는 경우(제3도), 광투과율은 델타 어레이의 그것보다 커지나, G 필터가 화이트 밸런스에 크게 영향을 주어 제8도에 보인 바와 같이 G측으로 치우치는 경향이 있다. (제8도 : 상기 델타 어레이와 동일한 막구성에 있어서의 4개의 화소들의 CIE 색도). 이와 같이, 액정셀이 컬러화되는 문제가 발생하여, 화질을 열화시킨다.
본 발명의 목적은 4개의 화소를 갖는 화소 어레이를 1조로서 제공하여 상술한 종래예의 문제를 해소하여 고투과율을 갖고 색재현성이 우수한 컬러 액정표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 G 필터의 투과 파장 영역을 좁힘으로써 화이트 밸런스를 개선시키고 액정셀이 컬러화되지 않도록 하는 컬러 액정표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 3색 간섭필터의 단차(stage difference)를 감소시키고 투명전도막의 단분리를 제거하며, 배향막의 접착성을 향상시킬 수 있는 컬러 액정표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 데이터 버스 라인을 단순화하고 4개의 화소를 구성단위로 하고, G 필터를 대각선으로 배치함과 아울러 R 및 B 필터를 나머지 컬러용으로 배치함으로써 수치개구를 크게 할 수 있는 컬러 액정표시장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 액정표시장치에 의하면, 3색(R:적, G:녹, B: 청) 간섭필터들이 사용되며, 4개의 화소를 1조로서 갖는 화소 어레이를 구성함으로써, 막구성부재들의 각 필터들이 각각 광학적으로 최적화된다. 또한, 분광 투과 특성에 있어서 G 필터의 투명 스펙트럼의 반치폭은 40nm이하이며 30nm이하가 바람직하다.
즉, 본 발명에 의하면, 다층 무기박막으로 구성되는 컬러 필터에 의해 컬러표시를 행하는 액정표시장치에 있어서, 서로 인접한 4개의 화소를 구성 단위로 하고, 상기 4개의 화소들은 하나의 대각선 방향으로 배열된 두 녹색 필터와 다른 대각선 방향으로 배열된 두 적색 및 청색 필터를 구성하고, 한 라인 또는 한 열에 녹색 및 적색 또는 녹색 및 청색 필터가 교대로 배열되는 어레이를 갖는, 컬러 필터를 포함하며, 상기 녹색 필터의 투명 스펙트럼의 반치폭은 약 40nm이하이고 또한 상기 녹색 필터를 통해 투과되는 광량의 감소로 인해 화이트 밸런스가 저하하기 시작하는 값 이상이다.
또한. 본 발명에 의한 액정표시장치에 있어서, 3색(R,G,B)필터들이 사용되고, 4개의 화소를 1조로서 갖는 화소 어레이를 구성함으로써 각 필터들의 막구성이 각각 광학적으로 최적화되며, M(마젠타) 필터가 백라이트 또는 프로젝션 광원으로 사용되는 램프에 부가된다.
또한, 본 발명에 의한 액정표시장치에 있어서, 3색(R,G,B) 필터들이 사용되고, 4개의 화소를 1조로서 갖는 화소 어레이 및 광원의 발광 스펙트럼에 있어서 G 필터의 투과 파장 영역의 에너지가 1/2로 감소될 수 있고 백라이트 또는 프로젝션 광원으로 사용될 수 있는 램프를 구성함으로써 각 필터들의 막구성이 광학적으로 최적화된다.
또한, 본 발명에 의한 액정표시장치에 있어서는 모노크롬 패널이 사용된다. 상기 방법을 사용하여 제작된 R,G,B 간섭필터들에 대응하는 세 패널들을 각각 갖는 액정프로젝터에 있어서, G 패널에 대응하는 G 컬러 필터의 투명스펙트럼의 반치폭은 40nm이하 또는 바람직하게는 30nm이하이다.
화이트 밸런스의 변위에 의해 야기되는 액정셀의 컬러링문제는 상기 구성으로 해소될수 있다. 이와 같이, 본 발명은 컬러 액정표시장치의 화질을 크게 향상시킨다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 본 발명에 따라 간섭필터를 사용하는 컬러 액정표시장치의 제조방법을 제2도를 참조하여 설명한다. 제2도는 본 발명에 따라 제조된 컬러 필터로서 제3도의 a-a'선 단면도를 나타낸다. 각 부호는 다음과 같다. 11a,11b는 투명기판; 12는 차광막; 13은 컬러 필터 ; 14a,14b는 투명전도막; 15a,15b는 배향막; 16은 액적층; 17a,17b는 편광판이다.
그 제조방법은 다음과 같다. 우선, Al, Cu, Cr 또는 Ni과 같은 금속에 의해 유리 또는 수정 투명기판(11b)위에 차광막(12)을 패턴화한 다음, 그 상부에 컬러 필터(13)를 형성한다. 진공증착에 의해 교호적 단층막이 형성되는 3색(R,G,B) 간섭필터들은 컬러 필터(13)용으로 사용된다. 이 때 박막 재료용으로는 화학적 및 기계적으로 안정한 TiO2/SiO2가 사용된다. 한편, G 필터층에 대한 막(필름)층의 수는 50개층에서 27개층으로 감소되고, 막두께는 G 필터의 투과 파장 영역(선단/후미 컷오프 디자인 파장)을 좁히기 위해 3.73㎛에서 2.11㎛로 감소된다. 한편, R 필터의 막두께가 29층 적층에서 1.91㎛이고 B 필터의 막두께가 29층 적층에서 2.46㎛이기 때문에 3색들간의 단차는 최대 1.82㎛에서 0.55㎛로 감소된다. 단차가 이 레벨일 경우, SiO2적층이라도 용이하게 평탄화가 행해질 수 있다. 컬러 필터(13)에 대해, R,G,B 필터의 각각에 대한 리프트오프 또는 드라이에칭에 의해 패턴화가 행해진다. 이 실시예에서는, 제3도에 보인 바와 같이 4개(2×2)의 화소를 한 조로서 갖는 화소 어레이에 있어서, 한 대각선 방향으로 G 필터에 대한 두 화소를 배치하고 다른 대각선방향으로 R 및 B 필터에 대한 다른 두 화소를 배치함으로써 패턴이 형성된다. 또한, 한 라인 또는 한 열에 있어서 교대로 또는 반복적으로 2개의 색(G와 R 또는 G와 B)들이 배열된다.
다음, 이와 같이 형성된 컬러 필터(13)의 상부에 ITO와 같은 투명전도막(14b)을 형성한 다음, 그의 상부에 배향막(15b)을 형성한다. 배향막으로서는 폴리이미드 또는 폴리비닐 알콜과 같은 유기재료가 스피닝 또는 프린팅에 의해 도포된다. 다음, 실제 사용을 위해 표면을 러빙한다. 본 발명에서 컬러 필터의 단차가 감소되기 때문에, 투명전도막에 있어서 단차에 의해 야기되는 분리는 일어나지 않는다. 배향막의 접착은 단차에 의해 악화되지 않는다. 또한, 상기와 동일한 방법을 사용하여 다른 기판(2a)상에 투명도전막(14a)과 배향막(15a)도 형성한다. 두 투명기판은 적층된 다음 액정셀(16)을 봉입한다.
편광판(17a,17b)은 그들의 편광축들이 서로 평행하도록 상기 배향막의 러빙방향에 평행 또는 수직으로 배치된다.
본 발명에 따라 간섭필터를 사용하는 컬러 액정표시장치는 상기와 같이 제조된다. 또한, 상기 실시예에서와 같이, 한 조로서 4개의 화소를 갖고, 하나의 대각선 방향으로 두 개의 G 화소를 배치하고 다른 대각선방향으로 두 개의 R 및 B 화소를 배치하는 컬러 필터구성에 대해서는 2가지의 다른 어레이 방법이 있다. 한 방법은 제3도에 보인 바와 같이 한 라인 또는 한 열에 두 컬러를 사용하며 다른 방법은 제9도에 보인 바와 같이 한 라인 또는 한 열에 세 컬러를 사용한다. 그러나, 후자에 대해서는 R 및 B의 밀도의 균일성이 불충분하고 B 패턴이 대각선방향으로 서로 인접하고 있다. R 및 G보다 어두운 상기 B 패턴은 이로 인해 대각선 방향으로 연결된 것같이 보이며, B의 해상도를 저하시킨다. 따라서, 제1방법이 제2방법보다 우수하다. 또한, 제1방법은 제2방법이 하나의 라인에 3개(R,G,B)의 컬러를 가지나, 제1방법은 하나의 라인에 단지 두 컬러(G와 R 또는 G와 B)만 갖기 때문에 외부 컬러 스위칭회로의 구성이 간단하게 되는 이점을 갖고 있다.
제1도 및 제4도는 CIE 색도와 본 실시예에 사용된 간섭필터의 분광 투과 특성을 보인 것이다. G 필터의 분광 투과 특성에 대해서는, 막(필름)층의 수와 막두께가 감소되어 투과 파장 영역을 좁힌다. 통상적으로 대략 55nm(제7도)인 G의 투명 스펙트럼의 반치폭은 40nm이하로 감소되어, 별문제없이 화이트 밸런스를 얻을 수 있게 된다. 또한, 30nm이하로의 반치폭의 감소는 우수한 화이트 밸런스를 얻도록 한다(제1도(a) 및 제4도(a)). 또한, 3색들간의 단차가 감소되도록 되고 투명도전막의 단분리가 일어나지 않게 된다(제1도(b) 및 제4도(b)). 또한, 배향막의 접착이 악화되지 않는다. 또한, dΔn치가 원하는 값으로 될 수 있다. 이 실시예에서는 간섭 필터가 사용되나, 유사한 상태로 다른 실시예가 고려될 수 있다. 예컨대, 안료분산법 또는 염색법을 사용한 컬러 필터에 있어서도 화이트 밸런스는 비슷하게 개선될 수 있다. 이와 같은 컬러 필터에 있어서도, 화소들은 제3도에 보인 바와 같이 배열되는 것으로 가정한다. 상기 G 필터의 투명 스펙트럼의 반치폭이 넓어 40nm 이상인 경우, 화이트 밸런스는 G측으로 이끌리고 액정셀이 컬러화된다. 따라서, 이들 컬러 필터의 사용에 있어서도, G 필터의 투명 스펙트럼의 반치폭을 40nm, 바람직하게는 30nm이하로 낮춤으로써, 색재현성이 우수한 컬러 액정표시장치가 얻어질 수 있다.
이와 유사한 개념을 사용하는 다른 실시예를 이하에 설명한다.
또 다른 실시예로서, 컬러 필터의 단차는 낮추지 않으나, 백라이트 또는 프로젝션 광원으로 사용되는 램프에 M(마젠타) 필터를 부가하여 G 근방에 광원 그 자체의 에너지 스펙트럼을 감소시킴으로써 화이트 밸런스가 조절될수 있다. 또한, G 필터의 투명 스펙트럼의 반치폭이 좁은 컬러 필터상에 상기 M 필터를 사용하여 G의 투과율을 조정하며, 이에 따라 화이트 밸런스를 개선시킬수 있다.
또한, 또 다른 실시예로서, 형광등과 같은 램프가 예컨대, 백라이트 또는 프로젝션 광원으로 사용되며, G 필터의 투과 파장 영역의 에너지가 대략 1/2로 감소되어, 화이트 밸런스가 조정될 수 있게 된다.
또한, 또 다른 실시예로서, 상기 방법으로 제조된 R,G,B 간섭필터들이 3개의 패널의 각각에 대응하는, 3개의 모노크롬 패널을 사용한 액정 프로젝터에 있어서, G 필터의 투명 스펙트럼의 반치폭이 40nm이하 또는 바람직하게는 30nm이하로 감소되어, 컬러 밸런스와 색재현성이 우수한 액정프로젝터가 제공된다.
본 발명은 상기와 같이 특정 실시예를 기술했으나, 본 발명의 정신 및 관점내에서 여러가지 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 명시된 바와 같이, 상술한 실시예에 한정되지 않는다.

Claims (8)

  1. 다층 무기박막으로 구성되는 컬러 필터에 의해 컬러표시를 행하는 액정표시장치에 있어서, 서로 인접한 4개의 화소를 구성단위로 하고, 상기 4개의 화소들은 하나의 대각선 방향으로 배열된 두 녹색 필터와 다른 대각선 방향으로 배열된 두 적색 및 청색 필터를 구성하고, 한 라인 또는 한 열에 녹색 및 적색 또는 녹색 및 청색 필터가 교대로 배열되는 어레이를 갖는, 컬러 필터를 포함하며, 상기 녹색 필터의 투명 스펙트럼의 반치폭은 약 40nm이하이고 또한 상기 녹색 필터를 통해 투과되는 광량의 감소로 인해 화이트 밸런스가 저하하기 시작하는 값 이상인 것을 특징으로 하는 컬러 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 녹색 필터의 투명 스펙트럼의 반치폭이 약 30nm이하인 것을 특징으로 하는 컬러 액정표시장치.
  3. 안료분산법 또는 염색법에 의해 제조되는 컬러 필터에 의해 컬러표시를 행하는 액정표시장치에 있어서, 서로 인접한 4개의 화소를 구성단위로 하고, 상기 4개의 화소들은 하나의 대각선 방향으로 배열된 두 녹색 필터와 다른 대각선 방향으로 배열된 두 적색 및 청색 필터를 구성하고, 한 라인 또는 한 열에 녹색 및 적색 또는 녹색 및 청색 필터가 교대로 배열되는 어레이를 갖는, 컬러 필터를 포함하며, 상기 녹색 필터의 투명 스펙트럼의 반치폭은 약 40nm이하이고 또한 상기 녹색 필터를 통해 투과되는 광량의 감소로 인해 화이트 밸런스가 저하하기 시작하는 값 이상인 것을 특징으로 하는 컬러 액정표시장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 녹색 필터의 투명 스펙트럼의 반치폭은 약 30nm이하인 것을 특징으로 하는 컬러 액정표시장치.
  5. 프로젝션 광원수단; 3개의 모노크롬 패널; 및 상기 3개의 모노크롬 패널에 대응하는 적색, 녹색 및 청색 필터를 포함하며, 상기 녹색 필터의 투명 스펙트럼의 반치폭은 약 40nm이하이고 또한 상기 녹색 필터를 통해 투과되는 광량의 감소로 인해 화이트 밸런스가 저하하기 시작하는 값 이상인 것을 특징으로 하는 컬러 액정표시장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 녹색 필터의 투명 스펙트럼의 반치폭은 약 30nm이하인 것을 특징으로 하는 컬러 액정표시장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 프로젝션 광원 수단에는, 상기 녹색 필터에 대한 투과 파장 영역의 에너지를 감소시키는 마젠타 필터가 제공되는 것을 특징으로 하는 컬러 액정표시장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 프로젝션 광원 수단은, 상기 녹색 필터에 대한 투과 파장 영역의 에너지가 다른 컬러의 필터에 대한 투과 파장 영역의 에너지의 거의 절반인 발광 스펙트럼을 갖는 컬러 액정표시장치.
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