KR100885017B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

절연 제1 기판 위에 형성되어 있으며 주사 신호를 전달하는 게이트선, 제1 기판 위에 형성되어 있으며 화상 신호를 전달하는 데이터선, 게이트선과 데이터선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어있는 화소 전극, 제1 기판과 마주보고 있는 제2 기판, 제1 기판과 제2 기판 사이에 협지되어 있는 액정층, 제1 기판과 제2 기판 중의 어느 한쪽에 형성되어 있으며 각 화소의 개구 면적을 구획하는 블랙 매트릭스, 제1 기판과 제2 기판 중의 어느 한쪽에 형성되어 있으며 화소 전극과 대향하는 기준 전극을 포함하고, 인접한 데이터선이 1개인 화소열에는 청색 색필터를 배치한다. 이렇게 하면, 화면의 구석에서 밝은 선이 나타나는 현상을 방지할 수 있다.
Figure R1020020052858
액정표시장치, 개구면적, 색필터

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAYS}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블랙 매트릭스 배치도이고,
도 3a는 액정 표시 장치의 제1 화소열의 배선 배치를 나타내는 회로도이고,
도 3b는 액정 표시 장치의 제2 화소열 이후의 배선 배치를 나타내는 회로도이고,
도 4는 제1 화소열의 휘도와 제4 화소열의 휘도를 다양한 계조에서 비교한 그래프이고,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블랙 매트릭스의 배치도이고,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고,
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 색필터를 형성하는 공정을 순서대로 나타내는 배치도이다.
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 일반적으로 기준 전극과 컬러 필터(color filter) 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 화소 전극과 기준 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.
박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 기판을 박막 트랜지스터 기판이라고 부르는데, 박막 트랜지스터 기판에는 주사 신호를 전달하는 게이트선과 화상 신호를 전달하는 데이터선이 형성되어 있다. 게이트선과 데이터선은 절연막에 의하여 절연되어 있으며 서로 교차하여 화소 영역을 정의하고 있고, 각 화소 영역 내에 화소 전극과 화소 전극을 스위칭하는 박막 트랜지스터가 형성되어 있다. 화소 영역은 게이트선을 따라 화소행을 이루고 있고, 데이터선을 따라 화소열을 이루고 있다.
그런데 첫 번째 화소열(또는 마지막 화소열)은 나머지 화소열과 달리 인접하는 데이터선이 하나뿐이다. 즉, 다른 화소열은 화소 전극 좌우측에 각각 데이터선이 배치되어 있으나 첫 번째 화소열(또는 마지막 화소열)은 우측(좌측)에만 데이터선이 배치되어 있다. 이러한 차이에 의하여 첫 번째 화소열(또는 마지막 화소열)이 다른 화소열에 비하여 동일한 계조에서 높은 휘도를 나타내게 되는데, 이는 표시 불량으로 나타난다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 표시 장치의 표시품질을 향상하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 인접한 데이터선이 1개인 화소열에 청색 색필터를 배치한다.
구체적으로는, 절연 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 형성되어 있으며 주사 신호를 전달하는 게이트선, 상기 제1 기판 위에 형성되어 있으며 화상 신호를 전달하는 데이터선, 상기 게이트선과 상기 데이터선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어있는 화소 전극, 상기 제1 기판과 마주보고 있는 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 협지되어 있는 액정층, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 중의 어느 한쪽에 형성되어 있으며 각 화소의 개구 면적을 구획하는 블랙 매트릭스, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 중의 어느 한쪽에 형성되어 있는 색필터, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 중의 어느 한쪽에 형성되어 있으며 상기 화소 전극과 대향하는 기준 전극을 포함하고, 인접한 데이터선이 1개인 화소열에 형성되어 있는 색필터는 청색인 액정 표시 장치를 마련한다.
이 때, 상기 인접한 데이터선이 1개인 화소열의 화소 개구 면적은 다른 화소 열의 화소 개구 면적보다 작을 수 있고, 색필터는 제1 내지 제3 화소열은 청, 녹, 적의 순서로 배치되어 있고, 제4 화소열 이후에는 적, 녹, 청의 배열이 반복적으로 배치되어 있을 수 있다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기 술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블랙 매트릭스 배치도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 기판(1)과 색필터 기판(2) 및 액정층(3)으로 구성된다.
먼저, 박막 트랜지스터 기판(1)의 구성을 살펴본다.
절연 기판(110) 위에 게이트 전극(123)을 포함하는 게이트 배선이 형성되어 있고, 게이트 배선 위에 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소층(154)이 형성되어 있고, 비정질 규소층(154) 위에는 N형 불순물이 고농도로 도핑된 비정질 규소로 이루어진 저항성 접촉층(163, 165)이 형성되어 있다. 저항성 접촉층(163, 165) 위에는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 배선이 형성되어 있고, 데이터 배선 위에는 보호막(180)이 형성되어 있다. 보호막(180) 위에는 화소 전극(190)이 형성되어 있고, 화소 전극(190)은 보호막(180)에 형성되어 있는 접촉구(181)를 통하여 드레인 전극(175)에 연결되어 있다. 이 때, 화소 전극(190)은 도메인 분할 수단으로서 절개부를 가질 수 있다.
다음, 색필터 기판(2)에 대하여 설명한다.
절연 기판(210) 위에 블랙 매트릭스(220)가 형성되어 있고, 블랙 매트릭스(220) 위에 색필터(230R', 230G, 230B, 230R)가 형성되어 있다. 이 때, 블랙 매트릭스(220)는 크롬, 산화 크롬 등의 무기 물질로 이루어질 수도 있고 유기 물질로 이루어질 수도 있다. 색필터(230R', 230G, 230B, 230R)는 적, 녹, 청색이 번갈아 형성되어 있으며 제1 열의 색필터(230R')는 다른 색필터(230G, 230B, 230R)보다 그 폭이 좁게 형성되어 있다. 이는 블랙 매트릭스(220)가 정의하는 화소의 개구 면적이 좁기 때문에 색필터(230R')를 넓게 형성할 필요가 없기 때문이다. 그러나 제1 화소열 색필터(230R')의 폭을 다른 색필터(230G, 230B, 230R)와 동일하게 유지더라도 무방하다. 색필터 제조 공정에 있어서 광마스크의 변형을 피하기 위하여는 제1 화소열의 색필터(230R')의 폭을 다른 색필터(230G, 230B, 230R)와 동일하게 유지하는 것이 바람직하다. 색필터(230R', 230G, 230B, 230R) 위에는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어진 기준 전극(270)이 형성되어 있다. 기준 전극(270)도 화소 전극(190)과 마찬가지로 도메인 분할을 위한 절개부를 가질 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(1)과 색필터 기판(2) 사이에는 액정층(3)이 협지되어 있는데, 액정층(3)의 액정 분자는 두 기판(1, 2)에 대하여 수직 배향, 비틀림 배향 등 다양한 형태로 배향될 수 있다.
그러면 본 발명의 제1 실시예에 따른 블랙 매트릭스의 구조에 대하여 좀 더 상세히 살펴본다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 블랙 매트릭스가 화소 영역을 정의하고 있다. 블랙 매트릭스는 화소간 경계에서 빛이 새는 것을 방지하기 위한 것으로서 박막 트랜지스터 기판과 색필터 기판을 결합하였을 때 블랙 매트릭스는 데이터선과 게이트선 및 박막 트랜지스터와 중첩하여 해당 부분을 통한 빛투과를 차단한다. 이 때, 블랙 매트릭스가 정의하는 화소 영역의 면적은 제1 화소열(D1 red)이 다른 부분에 비하여 좁게 형성되어 있다. 즉, 빛이 투과할 수 있는 화소의 개구 면적이 제1 화소열(D1 red)에 속한 화소의 경우 다른 화소에 비하여 소정의 비율만큼 작다.
도 1에서는 개구 면적이 작은 제1 화소열을 적색 화소열로 표시하고 있으나 필요에 따라서는 녹색이나 청색을 제1 화소열에 배치할 수도 있다. 또, 본 실시예에서는 제1 화소열의 개구 면적을 다른 부분에 비하여 좁게 하고 있으나 이는 제1 화소열의 화소 전극 좌측에는 데이터선이 없는 것을 전제로 한 것이다. 즉, 제1 화소열의 화소 전극과 인접하는 데이터선이 하나라는 것을 전제로 한 것이다. 만약 제1 화소열의 화소 전극 좌측에도 데이터선이 있는 경우에는 마지막 화소열의 화소 전극 우측에 데이터선이 존재하지 않을 것이다. 따라서 마지막 화소열의 화소 전극과 인접하는 데이터선이 하나일 것이므로 마지막 화소열의 개구 면적을 좁혀야 한다.
이렇게 하면, 제1 화소열(또는 마지막 화소열)의 휘도가 다른 부분에 비하여 높게 나타남으로써 표시 품질을 저하시키는 것을 방지할 수 있다. 그러면 이러한 효과를 얻을 수 있는 이유를 살펴본다.
먼저, 제1 화소열의 휘도가 다른 부분에 비하여 높게 나타나는 이유를 살펴 본다.
도 3a는 액정 표시 장치의 제1 화소열의 배선 배치를 나타내는 회로도이고, 도 2b는 액정 표시 장치의 제2 화소열 이후의 배선 배치를 나타내는 회로도이다.
도 3a에 나타낸 바와 같이, 제1 화소열의 화소 전극(p1)은 그 오른쪽으로 하나의 데이터선(Data#1)이 배치되어 있고, 왼쪽으로는 데이터선이 배치되지 않는다. 이에 비하여 제2 화소열 이후의 화소열에 속하는 화소 전극(p2)은 그 좌우측에 각각 데이터선(Data#2, Data#3)이 배치되어 있다. 따라서 제1 화소열의 화소 전극(p1)에는 Data#1과의 커플링(coupling)에 의한 기생 용량 C2만이 부가되나, 제2 화소열 이후의 화소 전극(p2)에는 Data#2 및 Data#3과의 커플링에 의한 기생 용량 C1과 C2가 부가된다. 따라서 화소 전극 p1과 p2에 동일한 전압이 인가되더라도 양자에 걸리는 기생 용량이 다르므로 p1에 축적되는 전하와 p2에 축적되는 전하의 양이 서로 다르게 되어 둘간의 휘도에 차이가 나타나게 된다. 이 때, 제1 화소열의 휘도가 다른 부분의 휘도에 비하여 2~3 계조 이상 밝게 보이는 것이 일반적이다.
아래의 표 1은 실제 패널에서 10번 게이트선의 화소행(제10 화소행)의 1번 데이터선 화소열(제1 화소열) 화소와 4번 데이터선 화소열(제4 화소열) 화소의 휘도를 측정한 자료 및 384번 게이트선의 화소행(제384 화소행)의 1번 데이터선 화소열(제1 화소열) 화소와 4번 데이터선 화소열(제4 화소열) 화소의 휘도를 측정한 자료이다.
배선 번호 계조
게이트 데이터 1계조 (0%) 33계조 (25%) 43계조 (50%) 51계조 (75%) 64계조 (100%)
휘도(cd/m2) 10 1 0.35 3.59 7.28 11.67 16.65
10 4 0.5 2.69 5.44 9.17 15.61
휘도차 1(%) - - 33.5 33.8 27.3 6.7
휘도(cd/m2) 384 1 0.55 5.83 11.12 16.73 23.13
384 4 0.75 4.64 9.02 14.51 22.64
휘도차 2(%) - - 25.6 23.3 15.4 2.2
도 4는 표 1의 데이터를 그래프로 나타낸 것으로서 제10 화소행의 휘도차(휘도차 1)와 제384 화소행의 휘도차(휘도차 2)를 다양한 계조에서 비교한 그래프이다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 제1 화소열의 휘도가 제4 화소열의 휘도에 비하여 항상 높게 나타남을 알 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에서는 제1 화소열의 개구 면적을 좁힘으로써 제1 화소열의 휘도를 낮추어 다른 화소열의 휘도와 동등하게 조정한다.
한편, 도 4를 보면, 각 계조에 따라서 휘도차의 비율이 달라지는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 휘도차 1의 그래프에서 33계조에서는 33.5%의 휘도차가 발생하나 64계조에서는 6.7%의 휘도차가 발생한다. 이와 같이 계조별로 제1 화소열과 다른 화소열의 휘도차의 정도가 달라지므로 제1 실시예와 같이 제1 화소열의 개구 면적만을 좁게 하면 색상이 왜곡되는 문제가 발생한다. 즉, 개구 면적을 축소 비율은 어느 한 계조에서의 휘도차를 기준으로 정해지는데 계조에 따라 휘도차가 다르므로 어떤 계조에서는 제1 화소열의 휘도가 너무 낮아지고 또 다른 계조에서는 제1 화소열의 휘도가 여전히 높게 나타나는 현상이 발생한다. 일반적으로는 가장 큰 휘도차를 기준으로 하여 개구 면적 축소율을 결정하므로 제1 화소열의 휘도가 기준보다 낮아진다. 그런데 제1 화소열에는 적색 색필터가 배치되므로 적색의 비율이 녹색이나 청색보다 낮게 되어 색상이 푸른색에 치우치게 되는 블러쉬 현상이 나타난다. 이러한 문제점을 극복하기 위한 방안을 제2 실시예로서 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 블랙 매트릭스 배치도이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터 기판(1)과 색필터 기판(2) 및 액정층(3)으로 구성된다.
먼저, 박막 트랜지스터 기판(1)의 구성을 살펴본다.
절연 기판(110) 위에 게이트 전극(123)을 포함하는 게이트 배선이 형성되어 있고, 게이트 배선 위에 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소층(154)이 형성되어 있고, 비정질 규소층(154) 위에는 N형 불순물이 고농도로 도핑된 비정질 규소로 이루어진 저항성 접촉층(163, 165)이 형성되어 있다. 저항성 접촉층(163, 165) 위에는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 배선이 형성되어 있고, 데이터 배선 위에는 보호막(180)이 형성되어 있다. 보호막(180) 위에는 화소 전극(190)이 형성되어 있고, 화소 전극(190)은 보호막(180)에 형성되어 있는 접촉구(181)를 통하여 드레인 전극(175)에 연결되어 있다. 이 때, 화소 전극(190)은 도메인 분할 수단으로서 절개부를 가질 수 있다.
다음, 색필터 기판(2)에 대하여 설명한다.
절연 기판(210) 위에 블랙 매트릭스(220)가 형성되어 있고, 블랙 매트릭스(220) 위에 색필터(230R, 230G, 230B)가 형성되어 있다. 이 때, 블랙 매트릭스(220)는 크롬, 산화 크롬 등의 무기 물질로 이루어질 수도 있고 유기 물질로 이루어질 수도 있다. 색필터(230R, 230G, 230B)는 처음 3개 화소열을 제외하고는 적, 녹, 청색이 번갈아 형성되어 있다. 처음 3개 화소열의 색필터(230R, 230G, 230B)는 청, 녹, 적의 순서로 배치되어 있다. 색필터(230R, 230G, 230B) 위에는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명한 도전 물질로 이루어진 기준 전극(270)이 형성되어 있다. 기준 전극(270)도 화소 전극(190)과 마찬가지로 도메인 분할을 위한 절개부를 가질 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(1)과 색필터 기판(2) 사이에는 액정층(3)이 협지되어 있는데, 액정층(3)의 액정 분자는 두 기판(1, 2)에 대하여 수직 배향, 비틀림 배향 등 다양한 형태로 배향될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에서는 데이터선 하나와만 인접하는 화소열에 청색 색필터를 배치함으로써 화면 구석에서 밝은 선이 나타나는 현상을 방지하고 또한 제1 실시예의 문제점인 블러쉬 현상도 방지할 수 있다.
그러면 본 발명의 제2 실시예에 따른 블랙 매트릭스와 색필터의 구조에 대하여 좀 더 상세히 살펴본다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 블랙 매트릭스가 화소 영역을 정의하고 있다. 블랙 매트릭스는 화소간 경계에서 빛이 새는 것을 방지하기 위한 것으로서 박막 트랜지스터 기판과 색필터 기판을 결합하였을 때 블랙 매트릭스는 데이터선과 게이트선 및 박막 트랜지스터와 중첩하여 해당 부분을 통한 빛투과를 차단한다. 이 때, 블랙 매트릭스가 정의하는 화소 영역의 면적은 모든 화소열에서 동일하다. 즉, 빛이 투과할 수 있는 화소의 개구 면적은 모든 화소열에서 같다. 다만, 제1 화소열에 청색 색필터가 배치된다.
이렇게 하면, 제1 화소열(D1 blue)의 휘도가 동일한 계조의 다른 화소열에 비하여 약간 높게 나타나기는 하나 청색이 색상 발현에 기여하는 정도가 적색이나 녹색에 비하여 낮기 때문에 액정 표시 장치를 보는 사람은 그 차이를 느끼지 못한다.
본 발명의 제2 실시예에서는 청색 색필터를 제1 화소열(인접하는 데이터선을 1개만 가지는 화소열)에 배치하고, 화소의 개구 면적은 전체 화면에서 동일하게 형성하고 있으나, 제1 실시예에서와 마찬가지로 제1 화소열의 화소 개구 면적을 다른 화소열에 비하여 좁게 형성하는 방법을 병행할 수도 있다. 또한, 색필터의 배치도 제2 실시예에서는 청, 녹, 적, 적, 녹, 청,...의 순서로 되어 있으나 이와 달리, 청, 적, 녹, 적, 녹, 청,..., 청, 녹, 적, 청, 녹, 적... 등 다양한 배열이 가능하다. 즉, 제1 화소열에 청색 색필터가 배치되기만 하면 되고 그 이후 색필터의 배치는 적, 녹, 청의 조합이기만 하면 어떠한 것이라도 무방하다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 색필터를 형성하는 공정을 순서대로 나타내는 배치도이다.
먼저, 적색 안료가 포함되어 있는 감광제를 도포하고, 도 7a에 나타낸 것과 같은 패턴을 가지는 광마스크를 사용하여 감광제를 노광하고 현상하여 적색 색필터 를 형성한다.
다음, 녹색 안료가 포함되어 있는 감광제를 도포하고, 적색 색필터 형성시에 사용한 광마스크를 도 7b에 나타낸 바와 같이 이동하여 배치한 후, 노광 및 현상하여 녹색 색필터를 형성한다.
마지막으로, 청색 안료가 포함되어 있는 감광제를 도포하고, 도 7c에서 점해칭으로 나타낸 것과 같은 패턴을 가지는 광마스크를 사용하여 감광제를 노광하고 현상하여 청색 색필터를 형성한다. 이 때, 청색 색필터를 형성하기 위한 광마스크는 적색이나 녹색 색필터를 형성하기 위한 광마스크와 다른 패턴을 가진다.
이와 같은 방법을 사용하여 색필터를 형성하면 2장의 광마스크를 사용하여 R, G, B 색필터를 형성할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. 특히, 화소 전극과 기준 전극에 형성하는 절개부의 배치는 여러 다양한 변형이 있을 수 있다.
이상과 같이 인접하는 데이터선이 하나인 화소열에 청색 색필터를 배치하면 화면의 구석에서 밝은 선이 나타나는 현상과 블러쉬 현상을 방지할 수 있다.

Claims (3)

  1. 절연 제1 기판,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있으며 주사 신호를 전달하는 게이트선,
    상기 제1 기판 위에 형성되어 있으며 화상 신호를 전달하는 데이터선,
    상기 게이트선과 상기 데이터선이 교차하여 정의하는 화소 영역마다 형성되어있는 화소 전극,
    상기 제1 기판과 마주보고 있는 제2 기판,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 협지되어 있는 액정층,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 중의 어느 한쪽에 형성되어 있으며 각 화소의 개구 면적을 구획하는 블랙 매트릭스,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 중의 어느 한쪽에 형성되어 있는 색필터,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 중의 어느 한쪽에 형성되어 있으며 상기 화소 전극과 대향하는 기준 전극
    을 포함하고, 인접한 데이터선이 1개인 화소열에 형성되어 있는 색필터는 청색이고, 상기 인접한 데이터선이 1개인 화소열의 화소 개구 면적은 다른 화소열의 화소 개구 면적보다 작은 액정 표시 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 색필터는 제1 내지 제3 화소열은 청, 녹, 적의 순서로 배치되어 있고, 제4 화소열 이후에는 적, 녹, 청의 배열이 반복적으로 배치되어 있는 액정 표시 장치.
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