KR101295470B1 - 블랙 매트릭스 부착 필터 및 액정 컬러 표시장치 - Google Patents

블랙 매트릭스 부착 필터 및 액정 컬러 표시장치 Download PDF

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Abstract

광 도입측으로부터 입사되는 광을 선택적으로 차광하고, 차광되지 않은 광을 광 출력측으로 투과시키는데 적합한 블랙 매트릭스를 포함하는 블랙 매트릭스 부착 필터로서, 블랙 매트릭스는 차광층, 및 차광층의 광 도입측에 형성된 제 1 반사 억제층을 포함한다.
블랙 매트릭스, 필터, 광, 유입, 출력, 차폐

Description

블랙 매트릭스 부착 필터 및 액정 컬러 표시장치{BLACK-MATRIX-EQUIPPED FILTER AND LIQUID COLOR DISPLAY}
기술분야
본 발명은, 광 도입측으로부터 입사되는 광을 선택적으로 차광하고, 차광되지 않은 광을 광 출력측으로 투과시키는데 적합한 블랙 매트릭스를 포함하는 블랙 매트릭스 부착 필터에 관한 것이고, 또한 이 블랙 매트릭스 부착 필터를 이용하는 액정 표시 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은, 박막 트랜지스터 위에 내부 반사광을 조사함으로써 야기되는 박막 트랜지스터 (TFT) 의 오작동을 방지하는 개선된 기술에 관한 것이다.
배경기술
현재 매우 널리 보급되는 컬러 액정 표시 장치에 사용되는 컬러 필터는, 착색 픽셀층들 (각각 레드, 그린, 및 블루에 대응하는) R, G, 및 B 가 투명 기판 상에 형성되고, 표시 콘트라스트를 향상시키도록 블랙 매트릭스가 착색 픽셀들 R, G, 및 B 중 인접한 픽셀들 사이의 간극들 각각에 형성되도록 구성된다. 특히, TFT 를 이용하는 능동형 매트릭스 구동 유형의 액정 표시 장치 디바이스에서, TFT 로 광을 조사함으로써 야기되는 전류 누설로 인해 화질이 저하되는 것을 방지하는데 블랙 매트릭스가 사용된다. 최근, 디스플레이 이미지의 표시 콘트라스트를 향상시키도록, 블랙 매트릭스에 대해 4.0 이상의 고 광학 농도 (O.D.: optical density) 가 요구된다. 반면에, 컬러 필터의 표면 평활도는 블랙 매트릭스의 두께 증가에 의해 감소된다. 따라서, 블랙 매트릭스가 박막과 같이 형성되는 것이 필요하다.
지금까지는, 높은 차광성을 갖는 표시 장치용 블랙 매트릭스를 제조하는데 금속 박막이 이용되었다. 블랙 매트릭스는 다음의 방법을 수행함으로써 제조된다 (1997년 4 월 10 일자 발표된 "컬러 TFT 액정 표시 장치 (Color TFT Liquid Crystal Display)", Kyoritsu Shuppan 사, 218 내지 220 페이지 참조). 즉, 포토레지스트는, 증착 공정 (evaporation process) 또는 스퍼터링 공정을 수행함으로써 형성되는 크롬과 같은 금속으로 이루어진 금속 박막 위에 도포된다. 다음에, 포토레지스트는, 표시 장치용 차광막 패턴을 갖는 포토마스크를 사용하여 노광 및 현상된다. 그 다음에, 노광된 금속 박막이 에칭된다. 마지막으로, 금속 박막 상에 남아있는 포토레지스트가 박리 및 제거되어, 블랙 매트릭스를 형성한다.
이 방법은 금속 박막을 사용한다. 따라서, 박막의 두께가 얇은 경우에도, 높은 차광 효과가 획득된다. 그러나, 이 방법은 증착 공정 또는 스퍼터링 공정을 수행하는 진공 성막 단계를 필요로 하고, 에칭 단계도 필요로 한다. 따라서, 이 방법은, 블랙 매트릭스의 비용이 비싸다는 문제점을 갖는다. 또한, 금속막이 사용되기 때문에, 막의 반사율이 매우 높다. 따라서, 이 방법은, 강한 외부 광 하에서 표시 콘트라스트가 낮다는 또 다른 문제점을 갖는다. 반면 에, (예를 들어, 금속 크롬 및 산화크롬으로 각각 이루어진 2 개의 층을 포함하는) 저 반사 크롬막을 사용하는 방법이 제안되었다. 그러나, 금속 이온을 함유하는 폐액 (waste liquid) 이 에칭 단계에서 배출되기 때문에, 이 방법은, 환경적 부하가 커진다는 큰 문제점을 갖는다. 특히, 매우 자주 이용되는 크롬은 유해하고, 매우 큰 환경 부하를 갖는다. 최근에는, ELV 및 RoHS 와 같은 EU 지령 (directive) 으로 대표되는 것으로서, 환경 부하에서의 감소에 관한 사회적 관심이 증가하고 있다. 크롬을 대체하는 금속 재료가 제안되고 있다.
한편, 환경 부하가 작은 블랙 매트릭스를 획득하는 기술 중 하나는, 카본 블랙을 이용하는 기술이다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 소62-9301 호 참조 (여기에 이용되는 "일본 공개특허공보 (JP-A)" 라는 용어는 "미심사된 공개된 일본특허 출원" 을 의미함)). 이 기술에 따르면, 도 7 에 도시된 바와 같이, 카본 블랙을 함유하는 감광성 수지 조성물이 기판 (1) 에 도포된다. 이 도포된 층은 건조된다. 그 다음에, 건조된 층을 노광 및 현상함으로써, 블랙 매트릭스 (BM) 가 획득된다. 그러나, 카본 블랙의 단위 도포량당 광학 농도는 낮다. 이에 따라, 높은 차광성 및 높은 광학 농도를 획득하기 위해서, 막의 두께 (t) 가 필수적으로 증가된다.
카본 블랙을 이용하는 경우에는, 예를 들어 금속막의 광학 농도와 동등한 4.0 의 광학 농도가 확보되면, 막의 두께는 1.2 ㎛ 내지 1.5 ㎛ 이어야 한다. 그러므로, 블랙 매트릭스 (BM) 가 형성된 후에 RGB 픽셀이 형성되는 경우에는, 도 7 에 도시된 바와 같이, 때때로 인접한 착색 픽셀들 R 및 G 의 경계 부분이 돌출부 (3, 3) 로서 확장된다. 평면성 및 평활성이 손상된 컬러 필터 (5) 에서 외부 광이 블랙 매트릭스 주위에서 돌출부 (3) 를 통과하고, 그 광 조사로 인해 박막 트랜지스터 (TFT) 로부터 광의 누설을 야기한다. 결과적으로, 카본 블랙을 이용하는 기술은, 화질이 저하된다는 문제점, 및 백라이트 광원으로부터의 광이 돌출부 (3) 의 측부로부터 입사됨으로써 표시 품질을 저하시킨다는 문제점을 갖는다.
카본 블랙 대신에 금속 미립자를 이용하는 방법은, 전술한 문제점을 고려하여, 적은 환경 부하 및 높은 광학 농도를 갖고, 박막으로서 형성되는 블랙 매트릭스를 획득하는 방법으로 공지되어 있다 (예를 들어, 일본공개특허공보 제 2004-240039 호 참조). 이 방법에 따르면, 금속 박막을 형성하는 방법과 비교하여, 적은 환경 부하 및 높은 광학 농도를 갖고, 박막으로서 형성되는 블랙 매트릭스가 획득될 수 있다.
금속 미립자를 이용하여 형성된 블랙 매트릭스 부착 필터의 경우에는, 카본 블랙을 이용하여 블랙 매트릭스를 형성하는 경우와 비교하여, 블랙 매트릭스의 막두께가 감소될 수 있다. 또한, 금속 미립자를 이용하여 형성되는 블랙 매트릭스를 갖는 필터의 경우에는, 금속 박막을 이용하여 블랙 매트릭스를 형성하는 경우와 비교하여, 환경 부하가 감소될 수 있다.
발명의 개시
그러나, 금속 미립자를 이용하여 형성된 블랙 매트릭스의 경우에서도 막의 반사율은 높다. 따라서, 특히, 블랙 매트릭스 부착 필터와 백라이트 광원 사이 에 액정 패널이 배치된 평면 표시 장치의 경우에는, 백라이트 광원으로부터 액정 패널을 통해 투과된 광이 필터의 광 도입측으로부터 입사되는 경우, 때때로 입사광이 액정 패널을 향해 블랙 매트릭스의 광 도입측 표면에 의해 반사된다. 이러한 내부 반사가 발생하는 경우에는, 광 조사 때문에 액정 패널에 제공된 TFT 의 오작동이 야기된다. 이러한 문제점은, 휘도를 증가시키는데 백라이트 광원이 사용되는 경우에 두드러진다.
본 발명은 전술한 상황을 고려하여 달성된다. 본 발명의 목적은, 광 도입측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스에 의해 반사되는 것 및 광 도입측으로부터 다시 출력되는 것을 방지할 수 있는 블랙 매트릭스 부착 필터를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은, 블랙 매트릭스 부착 필터를 채용하는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다. 따라서, 내부 반사광이 조사됨으로써 발생하는 TFT 오작동이 방지된다. 결과적으로, 액정 패널의 표시 품질이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터는, 광 도입측으로부터 입사되는 광을 선택적으로 차광하고, 차광되지 않은 광을 광 출력측으로 투과시키는데 적합한 블랙 매트릭스를 포함한다. 이 블랙 매트릭스는, 차광층, 및 차광층의 광 도입측에 형성된 제 1 반사 억제층을 포함한다. 따라서, 광 출력측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스에 부딪히는 경우, 차광층의 광 도입측에 형성된 제 1 반사 억제층에 의해 입사광의 반사가 억제된다. 또한, 광 도입측으로부터 입사되는 광이 광 도입측으로부터 다시 출력되는 내부 반사가 방지될 수 있다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 블랙 매트릭스 부착 필터가 액정 패널을 가로질러 백라이트 광원에 대향 배치되도록 구성된다. 따라서, 광 출력측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스 부착 필터의 블랙 매트릭스에 부딪히는 경우, 차광층의 광 도입측에 형성된 제 1 반사 억제층에 의해 입사광의 반사가 억제된다. 또한, 액정 패널 상에 제공된 TFT 에 조사되는 반사광의 양이 감소된다. 결과적으로, 내부 반사광으로서 차광층을 통해 TFT 에 백라이트 광을 조사함으로써 야기되는 TFT 의 오작동이 방지될 수 있다. 또한, 액정 패널의 표시 품질이 향상될 수 있다.
(1) 본 발명의 제 1 양태에 따르면, 블랙 매트릭스 부착 필터는, 광 도입측으로부터 입사되는 광을 선택적으로 차광하고, 차광되지 않은 광을 광 출력측으로 투과시키는데 적합한 블랙 매트릭스를 포함하고, 여기서 블랙 매트릭스는, 차광층 및 차광층의 광 도입측에 형성된 제 1 반사 억제층을 포함한다.
이러한 블랙 매트릭스 부착 필터에 따르면, 광 도입측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스에 부딪히는 경우, 이 입사광의 반사는 차광층의 광 도입측에 형성된 제 1 반사 억제층에 의해 억제된다. 즉, 광 도입측으로부터 입사되는 광이 광 도입측으로부터 다시 출력되는 내부 반사의 발생이 억제될 수 있다. 결과적으로, 블랙 매트릭스 부착 필터와 백라이트 광원 사이에 액정 패널이 제공되는 경우에는, 백라이트 광원으로부터 액정 패널을 통해 투과되는 광이, 필터가 부착되어 있는 블랙 매트릭스에 의해 반사되는 것 및 액정 패널의 TFT 에 조사되는 것이 억제될 수 있다.
(2) 항목 (1) 에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터에 있어서, 블랙 매트릭스는 차광층의 광 출력측에 제공된 제 2 반사 억제층을 포함한다.
이러한 블랙 매트릭스 부착 필터에 따르면, 차광층이 금속막인 경우에는, 차광층의 광 출력측에 제 2 반사 억제층을 형성함으로써, 제 2 반사 억제층에 의해 금속막의 높은 반사율이 감소된다. 따라서, 외부 광 하에서도 높은 표시 콘트라스트가 획득될 수 있다.
(3) 항목 (1) 또는 (2) 에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터에 있어서, 반사 억제층은 광 흡수 재료를 포함한다.
블랙 매트릭스 부착 필터에 따르면, 블랙 매트릭스의 광 도입측에 형성된 반사 억제층은 광 흡수 재료로 이루어진다. 따라서, 예를 들어, 백라이트 광원으로부터의 광이 광 도입측으로부터 블랙 매트릭스에 조사되는 경우, 조사된 광은 광 흡수 재료에 의해 흡수되고, 광 흡수 재료를 통과하는 동안 감쇠된다. 완전히 흡수되지 않고 차광층에 도달하는 광은 반사된다. 이 반사광은 부분적으로 흡수되고, 광 흡수 재료를 다시 통과하는 동안 감쇠된다. 결과적으로, 광 도입측으로부터 블랙 매트릭스에 조사되는 광의 반사가 억제된다.
(4) 항목 (3) 에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터에 있어서, 광 흡수 재료는 카본 블랙 및 카본 블랙을 함유하는 혼합물 중 어느 하나로 이루어진다.
블랙 매트릭스 부착 필터에 따르면, 카본 블랙 또는 카본 블랙을 함유하는 혼합물이 흡수 재료로서 이용된다. 따라서, 5 nm 내지 500 nm 직경의 미세한 탄소 입자가 혼연 (渾然) 도포된다. 결과적으로, 고-밀도 고-정밀도 (또는 고- 해상도) 의 광 흡수막이 저 비용으로 쉽게 형성될 수 있다.
(5) 항목 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터에 있어서, 차광층은 금속 미립자를 포함한다.
블랙 매트릭스 부착 필터에 따르면, 블랙 매트릭스가 카본 블랙을 함유하는 필터와 비교하여, 막두께는 두꺼워지고, 높은 차광성이 획득될 수 있다.
(6) 항목 (5) 에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터에 있어서, 차광층은 광을 차광할 수 있도록 바인더에 금속 미립자가 분산되도록 구성된다.
블랙 매트릭스 부착 필터에 따르면, 차광층은 인쇄 기술이 적용되는 단순한 코팅에 의해 형성될 수 있다.
(7) 항목 (6) 에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터에 있어서, 바인더는 유기 폴리머 바인더를 포함한다.
블랙 매트릭스 부착 필터에 따르면, 차광층은 차광할 수 있도록 바인더에 금속 미립자를 분산시킴으로써 형성된다. 유기 폴리머 바인더가 분산제 (dispersing agent) 로서 기능하는 바인더로서 이용된다. 유기 폴리머 바인더의 예로는, 보호 콜로이달 특성을 갖는 젤라틴이 있다.
(8) 항목 (5) 내지 (7) 중 어느 하나에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터에 있어서, 금속 미립자는 은 및 은을 함유하는 화합물 중 하나를 포함한다.
블랙 매트릭스 부착 필터에 따르면, 금속 미립자는 은 또는 은을 함유하는 화합물로 이루어진다. 따라서, 우수한 전성 (malleability) 및 연성 (ductility) 이 획득된다. 결과적으로, 고-밀도 고-정밀도 (또는 고-해상도) 의 차광층이 저 비용으로 쉽게 인쇄 형성될 수 있다.
(9) 본 발명의 제 2 양태에 따르면, 액정 표시 장치는, 항목 (1) 에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터, 블랙 매트릭스 부착 필터의 광 도입측에 배치되는 백라이트 광원, 및 블랙 매트릭스 부착 필터 및 백라이트 광원 사이에 배치되는 액정 패널을 포함한다.
액정 표시 장치에 따르면, 광 도입측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스 부착 필터의 블랙 매트릭스에 부딪히는 경우, 차광층의 광 도입측에 형성된 제 1 반사 억제층에 의해 입사광의 반사가 억제된다. 따라서, 액정 패널 상에 제공된 TFT 에 조사되는 반사광의 양이 감소된다.
(10) 본 발명의 제 3 양태에 따르면, 블랙 매트릭스 부착 필터는, 광 도입측으로부터 입사되는 광을 선택적으로 차광하고 차광되지 않은 광을 광 출력측으로 투과시키는데 적합한 블랙 매트릭스를 포함하고, 여기서 블랙 매트릭스는 차광층, 및 차광층의 광 도입측에 형성되는 재귀 반사층을 포함한다.
블랙 매트릭스 부착 필터에 따르면, 광 출력측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스에 부딪히는 경우, 차광층의 광 도입측에 형성된 재귀 반사층 (retroreflection layer) 에 의해 입사 방향과 동일한 방향으로 입사광이 리턴된다. 즉, 광 도입측으로부터 입사되는 광은 입사 방향과 다른 방향으로 이동하는 내부 반사광 (또는 미광 (stray light)) 으로서 기능하지 않는다. 결과적으로, 블랙 매트릭스 부착 필터와 백라이트 광원 사이에 액정 패널이 배치되는 경우에는, 백라이트 광원으로부터 액정 패널을 통해 투과되는 광이 블랙 매트릭스 부착 필터의 블랙 매트릭스에 의해 반사되는 것 및 액정 패널의 TFT 에 조사되는 것이 방지된다.
(11) 항목 (10) 에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터에 있어서, 블랙 매트릭스는 차광층의 광 출력측에 제공되는 반사 억제층을 포함한다.
블랙 매트릭스 부착 필터에 따르면, 차광층이 금속막인 경우에도, 차광층의 광 출력측에서의 반사 억제층의 형성을 통해 반사 억제층에 의해 금속막의 높은 반사율이 감소된다. 따라서, 외부 광 하에서도 높은 표시 콘트라스트가 획득될 수 있다.
(12) 아이템 (11) 에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터에 있어서, 반사 억제층은 광 흡수 재료를 포함한다.
블랙 매트릭스 부착 필터에 따르면, 반사 억제층은 광 흡수 재료로 이루어진다. 따라서, 외부 광이 블랙 매트릭스에 조사되는 경우, 조사되는 광은 광 흡수 재료에 의해 부분적으로 흡수되고, 광 흡수 재료를 통과하는 동안 감쇠된다. 흡수되지 않고 차광층에 도달하는 광은 반사된다. 이 반사광은 부분적으로 흡수되고, 광 흡수 재료를 통과하는 동안 감쇠된다. 결과적으로, 광 출력측으로부터 블랙 매트릭스에 조사되는 외부 광의 반사가 억제된다.
(13) 항목 (12) 에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터에 있어서, 광 흡수 재료는 카본 블랙 및 카본 블랙을 함유하는 혼합물 중 하나이다.
블랙 매트릭스 부착 필터에 따르면, 카본 블랙 또는 카본 블랙을 함유하는 혼합물이 광 흡수 재료로서 이용된다. 따라서, 5 nm 내지 500 nm 직경의 미세 한 탄소 입자들이 혼연 도포된다. 결과적으로, 고-밀도 고-정밀도 (또는 고-해상도) 의 광 흡수막이 저비용으로 쉽게 형성될 수 있다.
(14) 항목 (10) 에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터에 있어서, 차광층은 금속 미립자를 포함한다.
블랙 매트릭스 부착 필터에 따르면, 블랙 매트릭스가 카본 블랙을 함유하는 필터와 비교하여, 막두께는 두꺼워지고, 높은 광 차폐성이 획득될 수 있다.
(15) 항목 (14) 에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터에 있어서, 차광층은 차광할 수 있도록 바인더에 금속 미립자를 분산시키도록 구성된다.
블랙 매트릭스 부착 필터에 따르면, 차광층은 인쇄 기술이 적용되는 단순한 코팅에 의해 형성될 수 있다.
(16) 항목 (15) 에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터에 있어서, 바인더는 유기 폴리머 바인더를 포함한다.
블랙 매트릭스 부착 필터에 따르면, 차광층은 차광할 수 있도록 바인더에 금속 미립자를 분산시킴으로써 형성된다. 유기 폴리머 바인더가 분산제로서 기능하는 바인더로서 이용된다. 유기 폴리머 바인더의 예로는, 보호 콜로이달 특성을 갖는 젤라틴이 있다.
(17) 항목 (14) 내지 (16) 중 어느 하나에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터에 있어서, 금속 미립자는 은 및 은을 함유하는 화합물 중 하나를 포함한다.
블랙 매트릭스 부착 필터에 따르면, 금속 미립자는 은 또는 은을 함유하는 화합물로 이루어진다. 따라서, 우수한 전성 및 연성이 획득된다. 결과적으 로, 고-밀도 고-정밀도 (또는 고-해상도) 의 차광층이 저비용으로 쉽게 인쇄 형성될 수 있다.
(18) 항목 (10) 내지 (17) 중 어느 하나에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터에 있어서, 재귀 반사층은, 차광층의 표면상에 형성되는 결합제층, 광 도입측에 제공되고 광 흡수 재료를 갖는 표면, 및 결합제층 상에 배치되고 광 굴절 작용을 갖는 다수의 미소 (微小) 글래스 비드를 포함한다.
블랙 매트릭스 부착 필터에 따르면, 글래스 비드가 배치되는 결합제층에 광 흡수 재료가 첨가된다. 광 도입측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스 부착 필터에 부딪히는 경우, 각각의 글래스 비드에 입사되는 입사광은 입사 방향으로 다시 리턴된다. 반면에, 결합제층에 입사되는 광은 광 흡수 재료에 의해 부분적으로 흡수되고, 광 흡수 재료를 통과하는 동안 감쇠된다. 결과적으로, 광 도입측으로부터 블랙 매트릭스에 조사되는 광의 반사가 억제된다.
(19) 본 발명의 제 4 양태에 따르면, 액정 표시 장치는, 항목 (10) 내지 (18) 중 어느 하나에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터, 블랙 매트릭스 부착 필터의 광 도입측에 배치되는 백라이트 광원, 및 블랙 매트릭스 부착 필터와 백라이트 광원 사이에 배치되는 액정 패널을 포함한다.
블랙 매트릭스 부착 필터에 따르면, 광 출력측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스 부착 필터의 블랙 매트릭스에 부딪히는 경우, 차광층의 광 도입측에 형성되는 재귀 반사층에 의해 입사 방향과 동일한 방향으로 입사광이 리턴된다. 따라서, 입사광이 내부 반사광으로서 기능하는 것 및 액정 패널 상에 제공된 TFT 에 조사되는 것이 방지된다.
본 발명에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터는, 광 도입측으로부터 입사되는 광을 선택적으로 차광하고, 차광되지 않은 광을 광 출력측으로 투과시키는데 적합한 블랙 매트릭스를 포함한다. 이 블랙 매트릭스는, 차광층, 및 차광층의 광 도입측에 형성된 제 1 반사 억제층을 포함한다. 따라서, 광 출력측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스에 부딪히는 경우, 차광층의 광 도입측에 형성된 제 1 반사 억제층에 의해 입사광의 반사가 억제된다. 또한, 광 도입측으로부터 입사되는 광이 광 도입측으로부터 다시 출력되는, 내부 반사가 방지될 수 있다.
본 발명에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터는, 광 도입측으로부터 입사되는 광을 선택적으로 차광하고 차광되지 않은 광을 광 출력측으로 투과시키는데 적합한 블랙 매트릭스를 포함한다. 이 블랙 매트릭스는 차광층, 및 차광층의 광 도입측에 형성된 재귀 반사층을 포함한다. 따라서, 광 출력측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스에 부딪히는 경우, 차광층의 광 도입측에 형성된 재귀 반사층에 의해 입사광이 입사 방향과 동일한 방향으로 반사된다. 따라서, 광 출력측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스에 부딪히는 경우, 입사광은, 차광층의 광 도입측에 형성된 재귀 반사층에 의해 입사 방향과 동일한 방향으로 반사된다. 결과적으로, 광 도입측으로부터 입사되는 광이 내부 반사광 (또는 미광) 으로서 기능하는 것이 방지될 수 있다.
본 발명의 액정 표시 장치는, 블랙 매트릭스 부착 필터가 액정 패널을 가로질러 백라이트 광원에 대향 배치되도록 구성된다. 따라서, 광 출력측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스 부착 필터의 블랙 매트릭스에 부딪히는 경우, 차광층의 광 도입측에 형성된 제 1 반사 억제층에 의해 입사광의 반사가 억제된다. 또한, 액정 패널 상에 제공된 TFT 에 조사되는 반사광의 양이 감소된다. 결과적으로, 내부 반사광으로서 차광층을 통해 TFT 에 백라이트 광을 조사함으로써 야기되는 TFT 의 오작동이 방지될 수 있다. 또한, 액정 패널의 표시 품질이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 블랙 매트릭스 부착 필터가 액정 패널을 가로질러 백라이트 광원에 대향 배치되도록 구성된다. 따라서, 광 출력측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스 부착 필터의 블랙 매트릭스에 부딪히는 경우, 차광층의 광 도입측에 형성된 재귀 반사층에 의해 입사 방향으로 입사광이 리턴된다. 따라서, 입사광은 내부 반사광 (또는 미광) 으로서도 기능하지 않을 뿐만 아니라, 액정 패널 상에 제공된 TFT 에 조사되지도 않는다. 결과적으로, 내부 반사광으로서 차광층을 통해 TFT 에 백라이트 광을 조사함으로써 야기되는 TFT 의 오작동이 방지될 수 있다. 또한, 액정 패널의 표시 품질이 향상될 수 있다.
도면의 간단한 설명
여기에 개시된 본 발명은 다음의 도면을 참조로 하여 더욱 양호하게 이해될 것이다.
도 1 은 제 1 실시형태에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터의 주요 부분을 나타내는 확대 단면도이다.
도 2 는 도 1 에 도시된 블랙 매트릭스 부착 필터를 갖는 액정 표시 장치의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 3 은 도 2 에 도시된 액정 패널의 주요 부분을 나타내는 확대 상부 평면도이다.
도 4 는 도 3 에 도시된 화살표 방향으로 A-A 선을 따라 자른 단면도이다.
도 5 는 TFT 의 접속 상태를 나타내는 개략도이다.
도 6 은 제 1 실시형태에서의 블랙 매트릭스의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 7 은 제 1 실시형태에서 카본 블랙을 이용하여 종래의 블랙 매트릭스가 형성되는 블랙 매트릭스 부착 필터를 나타내는 확대 단면도이다.
도 8 은 제 2 실시형태에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터의 주요 부분을 나타내는 확대 단면도이다.
도 9 는 도 8 에 도시된 재귀 반사층을 나타내는 확대 단면도이다.
도 10 은 제 2 실시형태에서의 블랙 매트릭스의 변형예를 나타내는 단면도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
(제 1 실시형태)
이하, 본 발명에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터와 액정 표시 장치의 제 1 실시형태가 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명된다.
도 1 은 본 발명에 따른, 블랙 매트릭스 부착 필터의 주요 부분을 나타내는 확대 설명도이다. 도 2 는 도 1 에 도시된 블랙 매트릭스 부착 필터를 갖는 액정 표시 장치의 일 실시예를 나타내는 블록도이다. 도 3 은 도 2 에 도시된 액정 패널의 주요 부분을 나타내는 확대 평면도이다. 도 4 는 도 3 에 도시된 화살표의 방향으로 A-A 선을 따라 자른 단면도이다. 도 5 는 TFT 의 접속 상태를 나타내는 개략도이다.
도 2 에 예시된 바와 같이, 액정 표시 장치 (100) 는, 수평 기수 주사 회로 (13a), 수평 우수 주사 회로 (13b), 및 수직 주사 회로 (15) 가 액정 패널 (11) 에 접속되도록 구성된다. RGB 극성 전환 회로 (17) 및 제어 신호 발생 회로 (19) 는 수평 기수 주사 회로 (13a) 및 수평 우수 주사 회로 (13b) 각각에 접속된다. 제어 신호 발생 회로 (19) 는 수직 주사 회로 (15) 에 접속된다. 또한, 수평 동기 신호 및 수직 동기 신호가 제어 신호 발생 회로 (19) 에 입력된다. R, G, 및 B 신호가 영상 회로 (21) 로부터 RGB 극성 전환 회로 (17) 로 입력된다.
수평 동기 신호 및 수직 동기 신호에 따라, 제어 신호 발생 회로 (19) 는, 액정 패널 (11) 의 광 온/오프 특성에 대응하는 RGB 신호 전압을 발생시키고, 액정 패널 (11) 의 AC 구동을 수행하도록 포지티브 극성 및 네거티브 극성을 갖는 RGB 신호도 발생시킨다. 이는, 액정 패널 (11) 에 대해, 단일 방향으로만 작용하는 전계만을 적용함으로써 액정의 특성이 저하되는 것을 방지한다. RGB 신호는, 픽셀 수에 대응하는 타이밍으로 RGB 극성 전환 회로 (17) 에 의해 스위칭되고, 수평 기수 주사 회로 (13a) 및 수평 우수 주사 회로 (13b) 에 입력된다. 한편, 도 2 에 도시된 바와 같이, 제어 신호 전압은 상부 주사선으로부터 직렬로 수직 주사 회로 (15) 로 인가된다. 이에 따라, 제어 신호 전압이 인가되는 각 주사선에 접속된 모든 TFT (23) (도 3 참조) 가 턴온된다. 수평 기수 주사 회로 (13a) 또는 수평 우수 주사 회로 (13b) 로부터의 신호 전압은, 도 5 에 도시된 신호선, TFT (23) 의 소스 (S), 및 이 TFT 의 드레인 전극 (D) 을 통해, 픽셀 전극 (25) 으로 인가된다. 인가된 신호 전압은, 캐패시터로서 기능하는 픽셀 전극 (25) 에 축전되고, 다음 주사가 수행될 때까지, 도 4 에 도시된 액정 (11a) 을 계속해서 구동한다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 액정 표시 장치 (100) 는, 액정 패널 (11) 의 일면 (도 4 에 도시된 하부면) 에 제공된 백라이트 광원 (30) 을 갖고, 액정 패널 (11) 의 타면 (도 4 에 도시된 상부면) 에 제공된 블랙 매트릭스 부착 필터 (27) 도 갖는다. 즉, 백라이트 광원 (30) 은 블랙 매트릭스 부착 필터 (27) 의 광 도입측에 배치된다. 액정 패널 (11) 은 블랙 매트릭스 부착 필터 (27) 와 백라이트 광원 (30) 사이에 배치된다.
적절한 구성의 광원, 예를 들어 평면광으로서 프리즘을 통해 냉음극선관 또는 LED 로부터 출력된 광을 이용하는 광원이, 백라이트 광원으로서 이용될 수 있다.
블랙 매트릭스 부착 필터 (27) 는, (각각 레드, 그린, 및 블루에 대응하는) 착색 픽셀층들 R, G, 및 B 가 투명 기판 (29) 상에 (즉, 도 4 에 도시된 하부면 상에) 형성되고, 표시 콘트라스트를 향상시키기 위해 착색 픽셀들 (R, G, 및 B) 의 각각의 인접한 쌍 사이의 간극에 블랙 매트릭스 (31) 가 형성되도록 구성된다. 블랙 매트릭스 부착 필터 (27) 는 블랙 매트릭스를 가져서, 광 도입측으로부터 입사되는 광이 선택적으로 차광되고, 차광되지 않은 광이 광 출력측으로 투과된다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 부가적으로, 블랙 매트릭스 (31) 는 차광층 (33), 및 이 차광층 (33) 의 광 도입측에 형성된 제 1 반사 억제층 (35) 을 포함한다. 차광층 (33) 은 블랙 매트릭스를 생성하는 착색 조성물 (이하, 때때로 "착색 조성물" 로서 간단히 언급됨) 을 이용하여 형성된다. 착색 조성물은 금속 미립자로 구성되거나 금속 미립자를 포함한다. 착색 조성물은 바인더로서 기능하는 폴리머, 및 용매를 더 함유할 수도 있다. 차광층 (33) 이 금속 미립자로 구성되는 경우에, 차광층 (33) 은, 카본 블랙을 함유하는 블랙 매트릭스와 비교하여, 두꺼운 막 두께 및 높은 차광성 (light shieldability) 을 갖는다. 또한, 차광할 수 있도록 바인더에 금속 미립자를 분산시킴으로써 차광층 (33) 이 형성되는 경우에, 차광층 (33) 의 형성은 인쇄 기술을 이용하는 바인더의 간단한 도포를 수행함으로써 달성될 수 있다. 또한, 차광할 수 있도록 바인더에 금속 미립자를 분산시킴으로써 차광층 (33) 이 형성되는 경우에, 유기 폴리머 바인더가 분산제로서 기능하는 바인더로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 보호 콜로이드 (protective colloid) 의 특성을 갖는 젤라틴이 유기 폴리머 바인더로서 사용될 수 있다.
예를 들어, 은 미립자, 은을 함유하는 화합물로 이루어진 미립자, 금 미립자, 및 구리 미립자가, 금속 미립자로서 사용된다. 시판되는 금속 미립자가 사 용될 수 있지만, 금속 미립자는, 금속 이온에 대한 화학적 환원 방법 또는 무전해 도금 방법을 수행하거나, 금속 증발 방법을 수행함으로써 준비될 수 있다. 금속 미립자가 은 미립자 (또는 콜로이달 은 (colloidal silver)) 인 경우, 이하 종래에 공지된 방법들이 사용될 수 있는데, 이 방법들은, 용액에서 은 이온을 은으로 화학적으로 환원시키는 방법, 예를 들어 미국특허 제 2,688,601 호의 명세서에 개시된 바와 같은 히드로퀴논 (hydroquinone) 을 이용하여 젤라틴 수용액에서 가용성 은염을 화학적으로 환원시키는 방법, 독일특허 제 1,096,193 호의 명세서에 개시된 바와 같은 히드라진 (hydrazine) 을 이용하여 난용성 은염을 환원시키는 방법, 및 미국특허 제 2,921,914 호의 명세서에 개시된 바와 같은 타닌산 (tannic acid) 을 이용하여 은 이온을 은으로 환원시키는 방법을 포함한다. 또한, 종래에 공지된 방법은, 일본 공개특허공보 평5-134358 호에 기술된 바와 같은 무전해 도금 방법을 수행함으로써 은 미립자를 형성하는 방법, 및 헬륨 가스와 같은 불활성 가스에서 벌크 금속을 증발시킨 다음 용매를 이용하여 콜드-트래핑 (cold-trapping) 을 수행하는 가스 증발 방법을 포함한다. 특히, 금속 미립자가 은 또는 은을 함유하는 화합물로 만들어진 경우에, 우수한 전성 및 연성이 획득된다. 결과적으로, 저비용으로 고-밀도 고-정밀도 (또는 고-해상력) 의 차광층이 용이하게 인쇄-형성될 수 있다.
또한, 차광층 (33) 이 착색 조성물을 이용하여 형성되는 경우에는, 차광층 (33) 의 두께의 ㎛ 당 광학 농도 (O.D.) 가 1 이상인 것이 바람직하다. 블랙 매트릭스 부착 필터의 생산시 가열 단계에서의 금속 미립자들의 융착 방지를 고려 하여, 착색 조성물에서의 금속 미립자의 함유량 (content) 은, 형성될 차광층 (33) 에 함유된 금속 미립자의 함유량이 바람직하게는 10 질량 % 내지 90 질량 %, 더욱 바람직하게는 10 질량 % 내지 80 질량 % 가 되도록 조정된다. 부가적으로, 차광층 (33) 에 함유된 금속 미립자의 함유량이 동일한 값을 갖더라도, 그 획득된 광학 농도는 금속 미립자의 평균 입경에 따라 변경된다.
차광층 (33) 의 광학 농도의 관점에서, 착색 조성물에서 이용되는 금속 미립자의 평균 입경은, 바람직하게는 60 ㎚ 내지 250 ㎚, 더욱 바람직하게는 70 ㎚ 내지 200 ㎚ 범위이다. 금속 미립자의 평균 입경은, 투과형 전자 현미경 (TEM) 을 사용하는 관찰에 따라 측정되는 50 개의 미립자의 직경의 평균값이다.
착색 조성물은 감광성 (photosensitivity) 을 가질 수도 있다. 착색 조성물에 감광성을 부여하기 위해서, 감광성 수지 조성물이 착색 조성물에 첨가된다. 일본 공개특허공보 평10-160926 호의 단락 [0016] 내지 [0022], 및 [0029] 에 개시된 조성물이 감광성 수지 조성물로서 이용될 수 있다. 은 콜로이드와 유사하게 금속 미립자가 수분산물 (aqueous dispersoid) 로서 이용되는 경우에는, 수계 조성물이 감광성 수지 조성물로서 필요로 된다. 이러한 감광성 수지 조성물은 일본 공개특허공보 평8-271727 호의 단락 [0015] 내지 [0023] 에 개시되어 있다. 또한, 시판되는 감광성 수지 조성물은, 예를 들어 Toyo Gosei 사에서 제조된 "SPP-M20" (상품명) 이다. 박막이며, 높은 광학 농도를 갖는 차광층 (33) 은, (감광성 조성물을 포함하는) 이들 착색 조성물로부터 제조될 수 있다.
또한, 이 감광성 착색 조성물을 이용하여 감광성 전사 재료가 제조된다. 그러면, 이 감광성 전사 재료를 이용하여 차광층 (33) 이 제조될 수 있다. 감광성 전사 재료는, 지지체로서 적어도 감광성 착색 조성물을 이용하고, 감광성 차광층을 갖는데 적합하다. 따라서, 감광성 차광층이 차광층으로서 제공된다. 바람직하게는, 감광성 차광층의 막 두께는 약 0.25 ㎛ 이다. 바람직하게는, 지지체는 화학적으로 열적으로 안정된 가요성 재료로 제조된다. 보다 상세하게는 (상표 등록된) Teflon, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리아릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 및 폴리프로필렌으로 제조된 얇은 시트, 또는 이들 재료로 이루어진 적층물이 지지체의 재료로 바람직하다. 또한, 알칼리-가용성 열가소성층이 제공되는 경우에는, 이 층과 지지체 사이의 박리성 (peelability) 이 양호한 것이 바람직하다. 지지체의 적절한 두께는 5 ㎛ 내지 30 ㎛, 특히 바람직하게는 20 ㎛ 내지 150 ㎛ 범위이다.
감광성 전사 재료는, 스피너 (spinner), 와일러 (wiler), 롤러 코터 (roller coater), 커튼 코터 (curtain coater), 나이프 코터 (knife coater), 와이어 바 코터 (wire bar coater), 또는 압출기 (extruder) 를 사용하여 지지체에 착색 감광성 조성물의 용액을 도포 및 건조시킴으로써 제조될 수 있다. 알칼리-가용성 열가소성층이 제공되는 경우에는, 감광성 전사 재료가 유사하게 제조된다. 감광성 전사 재료가 착색 조성물로부터 제조된 감광성 차광층에 제공되기 때문에, 박막이며 고 광학 농도를 갖는 차광층 (33) 이 제조될 수 있다.
따라서, 블랙 매트릭스 (31) 는 착색 조성물 또는 감광성 전사 재료를 이용하여 제조된 차광층 (33) 을 갖는다. 바람직하게, 차광층 (33) 의 막 두께는 약 0.25 ㎛ 이다. 블랙 매트릭스 (31) 의 차광층 (33) 은 금속 미립자들을 분산시킴으로써 형성된다. 따라서, 차광층 (33) 이 박막인 경우에도, 차광층 (33) 은 충분한 광학 농도를 갖는다.
감광성 착색 조성물을 이용하여 차광층 (33) 제조 방법이 다음과 같이 수행된다. 즉, 먼저, (감광성 전사 재료가 제조되는 경우에 이용된 것과 유사한 감광성 착색 조성물 도포의 방법을 이용하여) 금속 미립자를 함유하는 감광성 착색 조성물을 광학적 투명 기판에 도포함으로써 형성된 층은,　통상적인 방법으로 블랙 매트릭스용 포토마스크를 통해 노광된다. 이어서, 노광된 층에 대해 현상이 수행된다. 대안적으로, 착색 조성물이 감광성이 아닌 경우에는, 광학적 투명 기판에 금속 미립자를 함유하는 착색 조성물을 도포함으로써 형성된 층 상에, 현상될 수 있는 감광성 수지 조성물로 형성된 층이 형성된다. 그 다음에, 감광성 수지 조성물로 형성된 층이 블랙 매트릭스용 포토마스크를 통해 통상적인 방법으로 노광된다. 이어서, 현상 및 에칭이 수행된다. 그 다음에, 차광층 (33) 이 형성된다.
감광성 전사 재료를 이용하여 차광층 (33) 을 제조하는 방법은 다음과 같이 수행된다. 먼저, 감광성 전사 재료의 감광성 차광층이 접촉하도록, 감광성 전사 재료가 광학적 투명 기판 상에 배치 및 적층된다. 다음으로, 감광성 전사 재료와 광학적 투명 기판 적층체로부터 지지체가 박리된다. 이어서, 감광성 전사 재료로 형성된 층이 블랙 매트릭스용 포토마스크를 통해 노광된다. 그 다음에, 노광된 층에 대해 현상이 수행된다. 따라서, 차광층 (33) 이 형성된다. 이러한 차광층 (33) 의 제조 방법은, 저 비용으로 복잡한 공정을 수행하지 않고 달성될 수 있다.
차광층 (33) 의 광 도입측에 형성된 제 1 반사 억제층 (35) 은 광 흡수 재료를 함유한다. 광 흡수 재료는 카본 블랙 또는 카본 블랙을 함유하는 혼합물일 수도 있다. 제 1 반사 억제층 (35) 은, 카본 블랙을 함유하는 감광성 수지 조성물을 도포하고, 이 도포된 조성물을 건조하여 획득된 코팅층을 노광 및 현상함으로써 형성될 수 있다. 제 1 반사 억제층 (35) 의 두께는 약 0.25 ㎛ 로 설정될 수 있고, 이 두께는, 예를 들어 차광층 (33) 의 두께와 거의 같다.
블랙 매트릭스 (31) 에 있어서, 광 도입측에 형성된 제 1 반사 억제층 (35) 은 광 흡수 재료로 이루어진다. 따라서, 예를 들어, 백라이트 광원으로부터의 광이 광 도입측으로부터 블랙 매트릭스 (31) 에 조사되는 경우, 조사된 광은 광 흡수 재료에 의해 흡수되고, 광 흡수 재료를 통과하는 동안 감쇠된다. 흡수되지 않고 차광층 (33) 에 도달하는 광은 반사된다. 이 반사광은 부분적으로 흡수되고, 광 흡수 재료를 다시 통과하는 동안 감쇠된다. 결과적으로, 광 도입측으로부터 블랙 매트릭스 (31) 에 조사되는 대부분의 광의 반사가 억제된다.
또한, 카본 블랙 또는 카본 블랙을 함유하는 혼합물이 광 흡수 재료로서 이용된다. 따라서, 5 nm 내지 500 nm 직경의 미세한 탄소 입자는 혼연 도포된다. 결과적으로, 고-밀도 고-정밀도 (또는 고-해상도) 의 광 흡수막 (제 1 반사 억제층 (35)) 이 저 비용으로 쉽게 형성될 수 있다.
도 6 은 블랙 매트릭스의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 블랙 매트릭스 (31) 는 차광층 (33) 의 광 출력측에 제 2 반사 억제층 (37) 을 가질 수도 있다. 이 경우에, 제 2 반사 억제층 (37) 의 두께는, 예를 들어 약 0.25 ㎛ 로 설정될 수 있고, 이 두께는 차광층 (33) 의 두께와 거의 같다. 그러므로, 이 변형예에 따른 블랙 매트릭스 (31A) 의 경우에는, 차광층 (33) 의 막 두께 (ta), 제 1 반사 억제층 (35) 의 막두께 (tb), 및 제 2 반사 억제층 (37) 의 막두께 (tc) 의 전체 막두께는, 약 0.75 ㎛ 이다. 카본 블랙만을 이용하여 형성된 블랙 매트릭스에 의해 유사한 광학 농도 (O.D.) 를 확보하는 경우의 약 1.25 ㎛ 의 두께와 비교했을 때, 블랙 매트릭스의 막두께에서의 실질적인 감소가 달성될 수 있다. 또한, 차광층 (33) 이 금속막인 경우에도, 차광층 (33) 의 광출력 측에 제 2 반사 억제층 (37) 을 형성함으로써, 제 2 반사 억제층 (37) 에 의해 금속 막의 높은 반사율이 감소될 수 있다. 따라서, 외부광 하에서도 높은 표시 콘트라스트가 획득될 수 있다.
블랙 매트릭스 (31) 를 갖는 블랙 매트릭스 부착 필터 (27) 는, 광 출력측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스 (31) 에 부딪히는 경우, 차광층 (33) 의 광 도입측에 형성된 제 1 반사 억제층 (35) 에 의해 입사광의 반사가 억제되도록 구성된다. 즉, 광 도입측으로부터 입사되는 광이 다시 광 도입측으로부터 출력되는 내부 반사가 억제된다. 결과적으로, 블랙 매트릭스 부착 필터 (27) 와 백라이트 광원 사이에 액정 패널 (11) 이 제공되는 경우에는, 백라이트 광원으로부터 액정 패널 (11) 을 통해 투과되는 광이 블랙 매트릭스 부착 필터 (27) 의 블랙 매트릭스 (31) 에 의해 반사되는 것 및 액정 패널 (11) 의 TFT 에 조사되는 것이 억제 된다. 그러므로, 블랙 매트릭스 부착 필터 (27) 를 갖는 액정 표시 장치 (100) 에서, 광 출력측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스 (31) 에 부딪히는 경우에는, 입사광이 제 1 반사 억제층 (35) 에 의해 반사되는 것이 억제된다. 따라서, 액정 패널 (11) 상에 제공된 TFT (23) 에 조사되는 반사광의 양이 감소된다.
따라서, 전술한 실시형태에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터 (27) 는, 광 도입측으로부터 입사되는 광을 선택적으로 차광하고, 차광되지 않은 광을 광 출력측으로 투과시키는데 적합한 블랙 매트릭스 (31) 를 포함한다. 이 블랙 매트릭스 (31) 는 차광층 (33), 및 차광층 (33) 의 광 도입측에 형성된 제 1 반사 억제층 (35) 을 포함한다. 따라서, 광 출력측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스 (31) 에 부딪히는 경우, 차광층 (33) 의 광 도입측에 형성된 제 1 반사 억제층 (35) 에 의해 입사광의 반사가 억제된다. 또한, 광 도입측으로부터 입사되는 광이 광 도입측으로부터 다시 출력되는 내부 반사가 방지될 수 있다.
또한, 블랙 매트릭스 부착 필터 (27) 를 이용하는 액정 표시 장치 (100) 는, 블랙 매트릭스 부착 필터 (27) 가 액정 패널 (11) 을 가로질러 백라이트 광원에 대향 배치되도록 구성된다. 따라서, 광 출력측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스 부착 필터 (27) 의 블랙 매트릭스 (31) 에 부딪히는 경우, 차광층 (33) 의 광 도입측에 형성된 제 1 반사 억제층 (35) 에 의해 입사광의 반사가 억제된다. 또한, 액정 패널 (11) 상에 제공된 TFT (23) 에 조사되는 반사광의 양이 감소된다. 결과적으로, 내부 반사광으로서 차광층 (33) 을 통해 TFT (23) 에 백라이트 광을 조사함으로써 야기되는 TFT (23) 의 오작동이 방지될 수 있다. 또한, 액정 패널 (11) 의 표시 품질이 향상될 수 있다.
(제 2 실시형태)
이하, 본 발명에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터와 액정 표시 장치의 제 1 실시형태가 도면을 참조하여 상세히 설명된다. 제 2 실시형태를 참조로 하여, 제 1 실시형태를 참조로 전술되는 부분들과 유사한 부분들은 동일한 참조 부호로 표시된다.
도 8 은 제 2 실시형태에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터의 주요 부분을 나타내는 확대 설명도이다. 도 9 는 TFT 의 접속 상태를 나타내는 개략도이다.
부가적으로, 도 8 에 도시된 바와 같이, 블랙 매트릭스 (31') 는 차광층 (33), 및 차광층 (33) 의 광 도입측에 형성된 재귀 반사층 (35') 을 포함한다.
도 9 에 도시된 바와 같이, 차광층 (33) 의 광 도입측에 형성된 재귀 반사층 (35') 은, 차광층 (33) 의 광 도입측의 측면에 형성된 결합제층 (41) 을 포함하고, 또한, 광 굴절 작용을 갖는 결합제층 (41) 상에 배치된 다수의 미소 글래스 비드 (43) 를 포함한다. 바람직하게는, 후술되는 바와 같이 카본 블랙과 같은 광 흡수 재료가 결합제층 (41) 에 첨가된다. 예를 들어, 알루미늄으로 전구면이 도금되는 글래스 비드 (43) 가 재귀 반사층 (35') 을 제조하는 공정에 사용된다. 우수한 생산성을 갖는 플라즈마 이온 도금 방법이, 글래스 비드들 (43) 의 전구면을 도금하는 방법으로서 이용된다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 제 2000-336473 호 참조).
재귀 반사층 (35') 을 형성하는 방법은 다음과 같이 수행된다. 먼저, 접 착제층인 결합제층 (41) 이 스크린 인쇄에 의해 차광층 (33) 의 광 도입측에 형성된다. 다수의 폴리머 재료가 결합제층 (41) 에 이용되는 접착제로서 이용될 수 있다. 보다 상세하게는, 열경화성 재료 및 열가소성 재료가 접착제로서 이용된다. 적절한 폴리머 재료는 예를 들어, 우레탄, 에폭시 수지, 알키드 수지, 아크릴레이트 수지, 및 산성 올레핀 코폴리머 (예를 들어, 에틸렌 메타크릴산 및 폴리염화비닐-폴리비닐 아세테이트 코폴리머) 이다. 다른 통상적인 접착제의 예로는, 폴리비닐 부틸, 폴리에스테르 수지, 알키드 수지, 아크릴레이트 수지, 및 이들의 조합이 있다.
다음에, 알루미늄 (45) 과 같은 금속으로 전구면 도금되는 글래스 비드 (43) 가 도포된 결합제층 (41) 상에 분산 배치된다. 글래스 비드 (43) 는 도료를 도포함으로써 분산 배치될 수 있는데, 이 도료에는 스크린-인쇄를 통해 글래스 비드 (43) 가 첨가된다. 그러나, 본 발명에 따라 글래스 비드 (43) 를 분산 배치하는 방법은 이에 한정되지 않는다. 글래스 비드 (43) 는 직접 분산 배치될 수도 있다. 결과적으로, 글래스 비드 (43) 각각은 반구만큼 결합제층 (41) 내에 매립된다. 결합제층 (41) 으로 분산 배치된 글래스 비드 (43) 를 푸싱 (pushing) 하는 단계가 필요로 될 수도 있으나, 글래스 비드 (43) 와 결합제층 (41) 사이의 비중차로 인한 자연 침하에 의해 글래스 비드 (43) 가 푸시될 수도 있다. 다음에, 결합제층 (41) 이 건조 및 경화된 이후에, 글래스 비드 (43) 각각의 노출된 반구가 코팅된 (알루미늄 (45) 으로 이루어진) 금속막은 알칼리 수용액에 의해 용해되거나 박리된다. 그 후에, 글래스 비드 (43) 는 세정 및 건조된다. 다음 에, 보호층 (47) 이 형성되어, 글래스 비드 (43) 각각의 금속막 박리부분이 매립된다. 따라서, 글래스 비드 (43) 가 매립된 재귀 반사층 (35') 이 형성된다.
또한, 바람직하게는, 광 흡수 재료가 결합제층 (41) 에 첨가되고, 이 결합제층 (41) 안에는 글래스 비드 (43) 가 배치된다. 카본 블랙이 광 흡수 재료로서 이용될 수도 있다. 광 흡수 재료를 결합제층 (41) 에 첨가시킴으로써 획득된 재귀 반사층 (35') 에 광 도입측으로부터 입사되는 광이 부딪히는 경우, 각각의 글래스 비드 (43) 에 입사되는 입사광이 입사 방향으로 리턴된다. 반면에, 결합제층 (41) 에 입사되는 입사광은 광 흡수 재료에 의해 부분적으로 흡수되고, 광 흡수 재료를 통과하는 동안 감쇠된다. 결과적으로, 광 도입측으로부터 재귀 반사층 (35') 에 조사되는 광의 반사가 억제된다.
도 10 은 제 2 실시형태에서 블랙 매트릭스의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 10 에 나타낸 바와 같이, 블랙 매트릭스 (31) 는 차광층 (33) 의 광 출력측에 반사 억제층 (37) 을 가질 수도 있다. 이 경우, 반사 억제층 (37) 의 두께가, 예를 들어, 약 0.25 ㎛ 로 설정될 수 있다. 반사 억제층 (37) 은 광 흡수 재료를 함유한다. 광 흡수 재료는 카본 블랙 또는 카본 블랙을 함유하는 혼합물일 수도 있다. 재귀 반사층 (35') 은, 카본 블랙을 함유하는 감광성 수지 조성물을 도포 및 건조시키고, 건조된 도포층을 노광 및 현상함으로써 형성될 수 있다. 또한, 카본 블랙 또는 카본 블랙을 함유하는 혼합물이 반사 억제층 (37) 에 함유되는 광 흡수 재료로서 이용된다. 따라서, 5 nm 내지 500 nm 직경의 미 세한 탄소 입자들은 혼연 도포된다. 결과적으로, 고-밀도 고-정밀도 (또는 고-해상도) 의 광 흡수막 (재귀 반사층 (35')) 이 저비용으로 쉽게 형성될 수 있다.
블랙 매트릭스 (31') 에 있어서, 광 도입측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스 (31') 에 부딪히는 경우, 입사 방향과 동일한 방향으로 차광층 (33) 의 광 도입측에 형성된 재귀 반사층 (35') 에 의해 입사광이 리턴된다. 즉, 광 도입측으로부터 입사되는 광은 입사 방향 이외의 방향으로 이동하는 유해한 내부 반사광 (또는 미광) 으로서 기능하지 않는다. 결과적으로, 액정 패널 (11) 이 블랙 매트릭스 부착 필터 (27) 와 백라이트 광원 사이에 배치되는 경우, 백라이트 광원으로부터 액정 패널 (11) 을 통해 투과되는 광이 블랙 매트릭스 부착 필터 (27) 의 블랙 매트릭스 (31') 에 의해 반사되는 것 및 액정 패널 (11) 의 TFT (23) 에 조사되는 것이 방지된다.
또한, 반사 억제층 (37) 은 블랙 매트릭스 (31') 의 광 출력측에 형성된다. 따라서, 외부 광이 광 출력측으로부터 블랙 매트릭스 (31) 에 조사되는 경우, 조사되는 광이 광 흡수 재료에 의해 부분적으로 흡수되고, 광 흡수 재료를 통과하는 동안 감쇠된다. 또한, 흡수되지 않고 차광층에 도달하는 광은 반사된다. 이 반사광은 부분적으로 흡수되고, 광 흡수 재료를 다시 통과하는 동안 감쇠된다. 결과적으로, 차광층 (33) 이 금속막인 경우에도, 차광층 (33) 의 광 출력측에서의 반사 억제층의 형성을 통해 반사 억제층 (37) 에 의해 금속막의 높은 반사율이 감소된다. 따라서, 외부 광 하에서도 높은 표시 콘트라스트가 획득될 수 있다.
본 발명의 전술한 실시형태에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터 (27) 는, 광 도 입측으로부터 입사되는 광을 선택적으로 차광하고, 차광되지 않은 광을 광 출력측으로 투과시키는데 적합한 블랙 매트릭스 (31') 를 포함한다. 블랙 매트릭스 (31') 는, 차광층 (33), 및 차광층 (33) 의 광 도입측에 형성된 재귀 반사층 (35') 을 포함한다. 따라서, 광 출력측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스 (31') 에 부딪히는 경우, 차광층 (33) 의 광 도입측에 형성된 재귀 반사층 (35') 에 의해 입사 방향과 동일한 방향으로 입사광이 반사된다. 따라서, 광 출력측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스 (31') 에 부딪히는 경우, 차광층의 광 도입측에 형성된 재귀 반사층 (35') 에 의해, 입사 방향과 동일한 방향으로 입사광이 반사된다. 결과적으로, 광 도입측으로부터 입사되는 광이 내부 반사광 (또는 미광) 으로서 기능하는 것이 방지될 수 있다.
또한, 블랙 매트릭스 부착 필터 (27) 를 이용하는 액정 표시 장치 (100') 는, 액정 패널 (11) 을 가로질러 블랙 매트릭스 부착 필터 (27) 가 백라이트 광원에 대향 배치되도록 구성된다. 따라서, 광 출력측으로부터 입사되는 광이 블랙 매트릭스 부착 필터 (27) 의 블랙 매트릭스 (31') 에 부딪히는 경우, 차광층 (33) 의 광 도입측에 형성된 재귀 반사층 (35') 에 의해 입사 방향으로 입사광이 리턴된다. 따라서, 입사광은 내부 반사광으로서도 기능하지 않고, 액정 패널 (11) 상에 제공된 TFT (23) 에 조사되지도 않는다. 결과적으로, 내부 반사광으로서 차광층 (33) 을 통해 TFT (23) 에 백라이트 광을 조사함으로써 야기되는 TFT (23) 의 오작동이 방지될 수 있다. 또한, 액정 패널 (11) 의 표시 품질이 향상될 수 있다.
본 출원은, 2005 년 12 월 21 일자로 출원된 일본 특허 출원 (JP 2005-368325), 2005 년 12 월 22 일자로 출원된 일본 특허 출원 (JP 2005-370313) 에 기초하여 우선권을 주장하고, 이들 출원의 내용은 본 명세서에 참조로서 포함되어 있다.

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  10. 광 도입측으로부터 입사되는 광을 선택적으로 차광하고, 차광되지 않은 광을 광 출력측으로 투과시키는데 적합한 블랙 매트릭스를 포함하는 블랙 매트릭스 부착 필터로서,
    상기 블랙 매트릭스는,
    차광층; 및
    상기 차광층의 상기 광 도입측에 형성된 재귀 반사층 (retro-reflection layer) 을 포함하는, 블랙 매트릭스 부착 필터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는, 상기 차광층의 상기 광 출력측에 제공된 반사 억제층을 포함하는, 블랙 매트릭스 부착 필터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 반사 억제층은 광 흡수 재료를 포함하는, 블랙 매트릭스 부착 필터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광 흡수 재료는, 카본 블랙, 및 상기 카본 블랙을 함유하는 혼합물 중 하나인, 블랙 매트릭스 부착 필터.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 차광층은 금속 미립자들을 포함하는, 블랙 매트릭스 부착 필터.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 차광층은, 상기 금속 미립자들을 바인더에 분산시켜 차광할 수 있도록 구성되는, 블랙 매트릭스 부착 필터.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 바인더는 유기 폴리머 바인더를 포함하는, 블랙 매트릭스 부착 필터.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 금속 미립자들은, 은, 및 은을 함유하는 화합물 중 하나를 포함하는, 블랙 매트릭스 부착 필터.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 재귀 반사층은,
    상기 차광층의 표면에 형성되고, 광 흡수 재료를 갖는 결합제층으로서, 상기 표면은 상기 광도입측에 제공되는, 결합제층; 및
    상기 결합제층 상에 배치되고, 광 굴절 작용을 갖는 다수의 미소 (微小) 글 래스 비드들을 포함하는, 블랙 매트릭스 부착 필터.
  19. 액정 표시 장치로서,
    제 10 항에 따른 블랙 매트릭스 부착 필터;
    상기 블랙 매트릭스 부착 필터의 광 도입측에 배치되는 백라이트 광원; 및
    상기 블랙 매트릭스 부착 필터와 상기 백라이트 광원 사이에 배치되는 액정 패널을 포함하는, 액정 표시 장치.
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