KR100970259B1

KR100970259B1 - 액정표시장치

Info

Publication number: KR100970259B1
Application number: KR1020030053734A
Authority: KR
Inventors: 노수귀
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2010-07-16
Also published as: US20050174512A1; US7349044B2; KR20050016832A

Abstract

본 발명은 TFT기판과, 상기 TFT기판에 대하여 상측에 마련되어 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue) 영역이 형성된 컬러 필터를 포함하는 액정표시패널에 관한 것으로, 상기 컬러필터로 투사되는 빛의 방향에 대하여 그린영역에 대응되는 위치에 마련되어, 그린색상의 파장영역을 통과시키는 통과파장범위를 가진 간섭필터를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 고색도의 색상을 구현할 수 있는 액정표지장치가 제공된다.

고색도, 간섭필터, 칼라필터

Description

액정표시장치 {Liquid Crystal Display Assembly}

도 1은 종래기술에 의한 액정표시장치에 있어서, 액정표시패널의 단면을 간략하게 도시한 단면도,

도 2는 종래기술에 의한 액졍표시장치에 있어서, 발현되는 색의 CIE 색좌표값을 NTSC규격과 대비하여 도시한 그래프,

도 3은 종래기술의 액정표시장치에 있어서, 컬러필터의 그린색상의 안료의 밀도를 4배 높인 경우의 광투과율을 나타낸 그래프,

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정표시장치에 있어서, 액정표시패널의 단면을 간략하게 도시한 단면도,

도 5은 색자극치값 결정공식에 있어서 컬러매칭함수를 도시한 그래프,

도 6은 본 발명에 따른 액정표시장치의 광투과율을 나타낸 그래프,

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시장치에 있어서, 액정표시패널의 단면을 간략하게 도시한 단면도,

도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 액정표시장치에 있어서, 액정표시패널의 단면을 간략하게 도시한 단면도,

도 9는 도 8에 따른 액정표시패널 중 TFT기판의 단면을 도시한 단면도이다.

도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 액정표시장치에 있어서, 액정표시패널 의 단면을 간략하게 도시한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 컬러필터 기판 20: TFT 기판

31 : 블루 컬러필터 32: 그린 컬러필터

33: 레드 컬러필터 40: 액정

50: 간섭필터

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 고색도의 색상을 구현할 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 스위치 소자로 박막 트랜지스터를 이용하는 액정표시장치의 컬러 구현은 백라이트로부터 공급되는 광의 투과율을 조절하는 박막 트랜지스터 및 액정 셀의 동작과 레드(Red, R), 그린,(Green, G), 블루(Blue, B)로 구성된 컬러필터를 투과해 나오는 3원색의 가법혼색을 통하여 이루어진다.

도 1은 종래 기술에 의한 액정표시장치의 엘시디 패널의 단면을 간략하게 도시한 단면도이다. 엘시디 패널은 복수의 픽셀에 각각 박막트랜지스터가 마련된 TFT기판(200)과 컬러필터(300)가 형성된 컬러필터 기판(100) 사이에 액정(400)이 채워진 구성을 포함한다. TFT기판(200)의 픽셀에는 전극을 형성하는 ITO(210)가 마련된다.

컬러필터(300)는 컬러필터 기판(100)에 평판 매트릭스를 형성하고, 그 사이에 광투과성이 우수한 레드(330), 그린(320), 블루(310)로 된 컬러필터(300)가 형성된다. 컬러필터(300)의 형상 및 배열은 액정표시장치에 따라 다르며 배열구조에 따라 스트립 배열, 모자익 배열, 델타 배열등이 있다. 한편 컬러필터(300)가 갖추어야 할 요건으로는 착색농도가 높고 광투과율이 높아야 하며, 백라이트(미도시)에 대하여 변색 또는 퇴색이 없어야 하며 화학적으로 안정하고 액정재료에 무해할 것 등이 있다.

또한, 컬러필터(300)는 제조 시 사용되는 유기필터의 재료에 따라 염료 방식과 안료방식이 있으며, 제작방법에 따라 염색법, 분산법, 전착법, 인쇄법등이 있다. 현재 박막 트랜지스터를 사용하는 액정 표시장치의 경우 컬러필터(300)는 주로 안료 분산법이 많이 쓰인다. 안료분산법으로 제조되는 컬러필터(300)의 주요성분은 광중합 개시제, 모노머, 바인더 등의 광중합형 감광 조성물과 색상을 구현하는 유기안료로 구성되어 있다.

여기서, 디스플레이 유니트의 대형화 및 고정세화등의 특성 개선과 색시인성의 극대화를 위해서 레드, 그린, 블루의 패턴의 형성에 있어서 포토리토그래피 공정이 이용된다. 특히 색시인성의 극대화를 위하여 컬러필터(300)는 컬러층을 잔류시켜 광 필터링을 하므로 포토리토그래피공정은 매우 중요하다 할 수 있다.

일반적으로 포토리토그래피라 함은 패터닝을 하는 공정명칭으로서 포토 공정과 에칭 공정으로 나눌 수 있다. 컬러필터 공정에서의 포토리토그래피는 웨이퍼 위의 다양한 물질에 패턴을 형성시키는 것을 말한다. 기판 상에 포토리지스트라는 폴 리머 물질을 도포한 후, 패턴의 원판 역할을 하는 마스크를 이용하여 빛을 투과시켜 포토리지스트에 광반응을 일으킨 후 현상하여 포도리지스트 패턴을 형성시킨 후 형성된 포토리지스트를 차단막으로 기판을 에칭하여 최종적으로 원하는 패턴을 구현하는 것이다.

여기서, 컬러필터(300)의 색특성 구현은 포토폴리머와 색상구현을 위한 안료를 분산시킨 칼라포토리지스트를 이용한다. 이 경우 액정표시장치의 고색도화와 고휘도화는 고투과형 안료와 안료의 분산밀도 증대를 통해서 구현이 가능하게 되었다.

그러나 칼라포토리지스트의 안료분산밀도증대는 포토리지스트의 안정성 및 컬러필터 프로세스와 막 두께의 증대로 인해 전체 액정표시장치의 공정불안과 빛에 대한 편광성을 떨어뜨려 액정표시장치의 광특성을 떨어뜨리는 문제점을 가지고 있다.

도 2는 칼라포토리지스트를 이용한 색재현성과 미국의 NTSC(National Television System Committee)의 기준을 국제조명위원회(CIE)에서 정한 CIE 표시계에 표시한 그래프이다. 여기서 CIE 표시계는 기본적인 색표시 방법으로서 분광광도계에 의한 측정값을 기초로 하여 빨간색을 느끼는 시신경을 자극하는양을 X, 초록색을 느끼는 시신경을 자극하는 양을 Y, 파란색을 느끼는 시신경을 자극하는 양을 Z라 하여 이들 3자극치의 혼합비로 모든 색을 나타내는 것을 말한다.

그래프에 표시된 바와 같이, 칼라포토리지스트를 이용한 액정표시장치의 색재현성은 레드영역과 블루영역의 경우 NTSC 기준을 만족하고 있으나, 그린영역은 x 값이 0.25, y값이 0.60으로 x값이 0.21, y값이 0.70인 NTSC 기준에 미달하는 것을 알 수 있다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 컬러필터의 그린영역의 두께를 기존의 두께보다 4배 두께로 해야 동일한 색재현성을 얻을 수 있다.하지만 도3에 도시된 그래프에서 알 수 있듯이, 고색도 안료를 이용한 Green의 안료 분산 밀도를 4배 증가시키게 되면 광투과량이 적게 되고, 컬러필터의 공정에서 바인더와 분산제의 비율감소로 인하여 공정안정성이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광투과량의 감소가 작고, 공정의 안정성이 높으며 고색도의 색상을 구현할 수 있는 액정표지장치가 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, TFT기판과, 상기 TFT기판에 대하여 상측에 마련되어 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue) 영역이 형성된 컬러 필터를 포함하는 액정표시패널에 있어서, 상기 컬러필터로 투사되는 빛의 방향에 대하여 그린영역에 대응되는 위치에 마련되어, 그린색상의 파장영역을 통과시키는 통과파장범위를 가진 간섭필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치에 의해 달성된다.

여기서 상기 간섭필터는 상기 컬러필터의 상면 또는 하면 중 어느 하나에 마련될수 있으며, 상기 간섭필터는 상기 TFT기판 상면 또는 하면 중 어느 하나에 마련될 수도 있다.

또한, 상기 간섭필터는 TiO₂, SiO₂, ZnS, MgF₂, CeF₂, ZiO₂ 중 복수의 재질을 선택적으로 적층하여 마련된다.

한편, 상기 간섭필터의 통과파장범위는 490nm 에서 580nm까지의 파장 대역의 분광특성을 갖는 추가 필터층을 포함하는 것이 그린영역의 광을 특징적으로 투과할 수 있어 바람직하다.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 하다.

도4는 본 발명에 따른 액정표시장치의 단면을 도시한 단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 액정표시장치의 엘시디 패널은 복수의 픽셀에 각각 박막트랜지스터가 마련된 TFT기판(20)과 컬러필터(30)가 형성된 컬러필터 기판(10) 사이에 액정(40)이 채워진 구성을 포함한다. TFT기판(20)의 픽셀에는 전극을 형성하는 ITO(21)가 마련된다. 또한, 컬러필터(30)의 세 영역(31, 32, 33) 중 그린색상영역(32)의 하부에는 간섭필터(50)가 설치된다. 즉, 유기물인 컬러필터(30) 층을 기존 Photo-Resister를 이용하여 형성하고, 컬러필터(30)의 그린색상(32) 패턴 위치에 간섭필터(50) 층이 형성된다.

간섭필터(50)는 서로 다른 재질의 박막을 적층하여, 굴절률의 차이로 인해, 통과하는 주파수 대역을 선택적으로 여과하는 것을 말하는데, 박막의 계면에서 발생하는 빛의 간섭 현상을 이용해, 선택반사에 의한 빛의 여과를 통해 선택된 파장 만을 통과시킨다. 이는 파장의 폭이 매우 좁은 단색광을 임의의 파장으로 얻을 수 있게 된다.

여기서 간섭필터(50)는 TiO₂, SiO₂, ZnS, MgF₂, CeF₂, ZiO ₂ 의 재질 중 복수의 재질을 선택적으로 적층하여 구성되는데, 하층에는 MgF₂, SiO₂ CeF₂를 상층에는 TiO₂,ZnS, ZiO₂를 사용하는 것이 추천된다. 예를 들어 파장이 525nm인 경우에 SiO₂는 굴절율이 1.46 이고,TiO₂는 굴절율이 2.33 이므로, SiO₂ 와 TiO₂가 각각 하층과 상층으로 적층되면 간섭필터(50)가 형성된다. 한편, 간섭필터(50)의 두께 및 적층되는 막의 수는 선택적으로 통과시키고자 하는 파장에 대응하여 실험적으로 구해 질 수 있다.

상술한 구성에 따른 액정표시장치의 작동에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

백라이트로(미도시)부터 공급되는 빛은 액정표시패널을 통과하여 레드, 그린, 블루의 세가지 색이 구현되어 가법혼합에 의하여 화상이 형성된다. 여기서, 세가지 색상 중 그린색상을 구현하기 위하여 간섭필터(50)가 추가로 마련되므로 색재현성을 나타내는 색좌표값이 NTSC의 규격에 근사하게 구해진다.

여기서 CIE 좌표계에서 상술한 X, Y, Z 값을 구하는 공식은

으로 표현된다. 여기서, S(λ)는 백라이트에서 나온 빛의 스펙트럼이고, T(λ)는 컬러필터를 통과한 빛의 스펙트럼이고,

,

는 도 5에 도시된 컬러매칭함수이다. 또한, CIE 좌표계의 x, y, z 값은

로 계산된다. 여기서, z = 1- x+ y 이므로 x, y 값만을 CIE 좌표계에 표시하여도 색특성을 표현할 수 있게 된다.

상술한 색자극치를 구하는 식에서 S(λ)는 동일한 백라이트에서 나오는 빛의 경우에는 동일하며,

,

의 함수는 항상 일정한 값을 가지고, T(λ)는 컬러필터(30)를 통과한 빛의 스펙트럼이므로 컬러필터의 종류에 따라서 다르게 된다.

본 발명에 따른 액정표시장치에 있어서 그린색상의 경우 백라이트를 통과한 빛은 컬러필터(32)와 간섭필터(50)를 통과하기 때문에, 그 파장분포가 동일한 백라이트를 사용한 경우의 종래기술에 의한 액정표시장치에 의해 발현되는 그린색상의 스펙트럼에 비하여 빛의 여과도가 증대되어 X, Y, Z 값이 다르게 나타난다. 따라서 CIE 좌표계에서 본 발명에 따른 경우 NTSC 규격에서 요구하는 x, y값에 근사한 x, y 값을 얻을 수 있게 된다.

따라서 본 발명에 따른 액정표시장치는 종래기술에 따른 액정표시장치의 컬러필터(30)에 포함된 안료에 의해 발생되는 파장의 스캐터링현상에 따른 투과율 저하도 방지하고, 피크 파장대역과 중간파장대역이 길게 형성되지 않는 빛의 여과도가 증대시킨다. 즉 그린색상의 경우 컬러필터(32)와 간섭필터(50)는 선택적으로 490 내지 580nm 내의 파장만을 통과시키고 나머지 영역의 파장은 효과적으로 차단을 하게 된다.

또한, 각 색상영역의 파장영역별 투과율을 도시한 도 6에 도시된 바와 같이, 그린색상이 컬러필터와 간섭필터의 혼색은 감법혼색이 되므로 그린색상의 투과효율 감소를 줄이고 채도를 높일 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 액정표시장치의 단면을 간략하게 도시한 단면도이다. 상술한 설명의 제1실시예에서 간섭필터(50)는 액정표시패널의 컬러필터(32)의 하면에 설치되는 것으로 설명하였으나, 제2실시예에서 간섭필터(50)는 컬러필터(32)의 상면에 설치되어도 상술한 작동이 발현된다.

도 8는 본 발명의 제3실시예를 간략하게 도시한 도면이고, 도 9은 도8의 TFT기판(20)의 단면을 도시한 단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 간섭필터(50)는 TFT기판(20)의 상면에서 게이트 절연막(22)과 픽셀 ITO 막(21)사이에 개재된다. 도면의 미설명 부호는 S/D 배선(23), 게이트 배선(24), 엑티브층(25), 패시베이션막(26)이다.

도 10는 본 발명의 제4실시예를 간략하게 도시한 단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 간섭필터(50)는 TFT기판(20)의 하면에 부착되어도 동일한 목적을 달성한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 광투과량의 감소가 작고, 공정의 안정성이 높으며 고색도의 색상을 구현할 수 있는 액정표지장치가 제공된다.

Claims

TFT기판과, 상기 TFT기판에 대하여 상측에 마련되어 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue) 영역이 형성된 컬러 필터를 포함하는 액정표시패널에 있어서,

상기 컬러필터의 그린 영역의 상부 또는 하부에 배치되어, 그린색상의 파장영역을 통과시키는 통과파장범위를 가진 간섭필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
삭제
레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue) 영역이 형성된 컬러 필터를 포함하는 컬러필터 기판; 및

상기 컬러필터 기판과 마주하고, 상기 그린 영역과 마주하는 영역의 상부 또는 하부에 배치되어, 그린색상의 파장영역을 통과시키는 통과파장범위를 가진 간섭필터를 포함하는 TFT 기판을 포함하는 액정표시장치.
제1항에 있어서,

상기 간섭필터는 TiO₂, SiO₂, ZnS, MgF₂, CeF₂, ZiO₂ 중 복수의 재질을 선택적으로 적층하여 마련되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제4항에 있어서,

상기 간섭필터의 통과파장범위는 490nm 에서 580nm인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.