KR101365893B1 - Color filter substrate controllable viewing angle and liquid crystal display using the same - Google Patents
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Abstract
색의 왜곡 없이 광/협시야각 모드를 제어하여 컬러 쉬프트, 화이트 밸런스 저하 등을 개선할 수 있는 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치가 제공된다. 컬러 필터 기판은 기판 상에 형성되어 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀과 제어 픽셀을 정의하는 블랙 매트릭스, 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀과 제어 픽셀에 형성된 컬러 필터층, 제어 픽셀 전체와 적색, 녹색 및 청색 컬러 픽셀의 외곽을 덮는 차단부가 형성된 배리어를 포함한다.Provided are a color filter substrate and a liquid crystal display that can control a wide / narrow viewing angle mode without color distortion to improve color shift, white balance deterioration, and the like. The color filter substrate is formed on the substrate to define red, green and blue color pixels and the control pixels, the black filter, the color filter layer formed on the red, green and blue color pixels and the control pixels, the control pixels as a whole and the red, green and blue colors. And a barrier formed with a blocking portion covering the periphery of the pixel.
액정 표시 장치, 광시야각, 협시야각, 배리어 LCD, Wide Viewing Angle, Narrow Viewing Angle, Barrier
Description
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 구성도이다.1 and 2 are diagrams illustrating a liquid crystal display according to the related art.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이다.3 is a plan view of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'라인을 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating the line II ′ of FIG. 3.
도 5는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'라인을 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating the II-II ′ line of FIG. 3.
도 6은 도 3의 컬러 필터 기판을 나타낸 분해 사시도이다.6 is an exploded perspective view illustrating the color filter substrate of FIG. 3.
도 7은 도 3의 광시야각 모드를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 7 is a diagram for describing the wide viewing angle mode of FIG. 3.
도 8은 도 3의 협시야각 모드를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 8 is a diagram for describing the narrow viewing angle mode of FIG. 3.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS (S)
110: 액정 패널 111: 블랙 매트릭스110: liquid crystal panel 111: black matrix
112: 컬러 필터층 120: 배리어(Barrier)112: color filter layer 120: barrier
130: 백라이트 어셈블리(Backlight Assembly)130: Backlight Assembly
R, G, B: 컬러 픽셀 C: 제어 픽셀R, G, B: Color Pixel C: Control Pixel
본 발명은 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시야각 제어가 가능한 컬러 필터 기판 및 이를 이용한 액정 표시 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a color filter substrate and a liquid crystal display, and more particularly, to a color filter substrate capable of controlling the viewing angle and a liquid crystal display using the same.
액정 표시 장치는 컬러 필터 기판과 어레이 기판 사이에 이방성 유전율을 갖는 액정층을 형성한 후, 액정층에 형성되는 전계의 세기를 조정하여 액정 물질의 분자 배열을 변경시키고, 이를 통하여 표시면인 컬러 필터 기판에 투과되는 빛의 양을 조절함으로써 원하는 화상을 표현하는 표시 장치이다.The liquid crystal display device forms a liquid crystal layer having anisotropic dielectric constant between the color filter substrate and the array substrate, and then adjusts the intensity of the electric field formed in the liquid crystal layer to change the molecular arrangement of the liquid crystal material, thereby making the color filter the display surface. A display device expresses a desired image by adjusting the amount of light transmitted through a substrate.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 액정 표시 장치의 구성도로서, 특히, 시야각 제어가 가능한 형태의 액정 표시 장치가 광시야각 모드로 구동되는 경우와 협시야각 모드로 구동되는 경우를 각각 도시하고 있다.FIG. 1 and FIG. 2 are schematic diagrams of a liquid crystal display according to the related art. In particular, FIGS. 1 and 2 illustrate a case in which a liquid crystal display having a view angle control mode is driven in a wide viewing angle mode and a narrow viewing angle mode, respectively. .
도 1 및 도 2에 나타난 시야각 제어 방식의 기본적인 원리는 다음과 같다.Basic principles of the viewing angle control method shown in FIGS. 1 and 2 are as follows.
우선, 화상 표시를 위하여 광시야각을 갖는 횡전계 구조의 액정 패널을 구성하고, 이 액정 패널의 상부 또는 하부에 시야각 조절을 위한 액정 패널을 추가한 후, 추가된 액정 패널을 구동하여 광시야각과 협시야각 모드를 조절하는 것이다. 시야각 조절을 위하여 추가되는 액정 패널은 기본적으로 화상을 표시하는 액정 패널이 갖는 광시야각 특성을 저해하지 않는 기능과 보안이나 사생활적인 측면에서 필요한 협시야각을 유도하는 기능을 가진다.First, a liquid crystal panel having a transverse electric field structure having a wide viewing angle is configured for image display, a liquid crystal panel for adjusting the viewing angle is added to the upper or lower portion of the liquid crystal panel, and then the added liquid crystal panel is driven to narrow the wide viewing angle. To adjust the viewing angle mode. The liquid crystal panel added for adjusting the viewing angle basically has a function of not inhibiting the wide viewing angle characteristic of the liquid crystal panel displaying an image and a function of inducing a narrow viewing angle necessary in terms of security or privacy.
도 1 및 도 2에서, 제1 액정층(80)을 포함하는 액정 패널은 시야각을 조절하 는 패널이며, 제2 액정층(90)을 포함하는 액정 패널은 광시야각을 갖도록 화상을 표시하는 패널이다. 제1 액정층(80)에 전압을 가하지 않으면, 액정 분자(81)가 두 기판(10, 21) 사이에 평행하게 배열되어 본래의 광시야각을 유지하므로 광시야각 모드가 되고, 제1 액정층(80)에 전압을 가하면, 액정 분자(81)가 두 기판(10, 21) 사이에 수직하게 배열되면서 시야각이 감소하므로 협시야각 모드가 된다.1 and 2, the liquid crystal panel including the first
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1, 제2, 제3 및 제4 기판(10, 21, 22, 30)이 서로 평행하게 배치되어 있고, 제1 기판(10)과 제2 기판(21) 사이의 안쪽 면에는 각각 투명 전극(70, 60)이 형성되어 서로 마주보며, 제3 기판(22)의 상부 면에는 두 개의 선형 전극(40, 50)이 서로 평행하게 형성되어 있다.1 and 2, the first, second, third, and
그리고, 제1 기판(10)과 제2 기판(21) 및 제3 기판(22)과 제4 기판(30) 사이에는 각각 제1 및 제2 액정층(80, 90)이 형성되어 있다.The first and second
제1 및 제2 기판(10, 21)과 두 기판(10, 21)의 사이에 있는 제1 액정층(80)을 포함하는 액정 패널은 광시야각 및 협시야각을 조절할 수 있는 시야각 제어용 액정 패널이다.The liquid crystal panel including the first and
전계를 인가하지 않은 상태에서는 도 1과 같이, 제1 액정층(80)의 액정 분자(81)가 제1 및 제2 기판(10, 21)에 평행하게 배향된다. 도 1과 같은 광시야각 모드에서는 제2 액정층(90)의 액정 분자(91) 역시 동일한 방향으로 배향되므로, 액정 패널이 하나인 일반적인 횡전계 구조의 액정 표시 장치가 갖는 광시야각과 동일한 시야각을 갖게 되며, 횡전계 구조가 갖는 다른 특성에도 영향을 미치지 않는다.In the state in which no electric field is applied, as shown in FIG. 1, the
제1 기판(10)과 제3 기판(30)의 바깥 면에는 통과하는 빛을 편광시키는 두 장의 편광판(11, 31)이 각각 부착되어 있다. 이때, 편광판(11, 31)의 투과축 방향은 액정 분자(81, 91)의 배향 방향에 대하여 수직하거나 평행하도록 배치된다.On the outer surfaces of the
도 2는 도 1의 액정 표시 장치를 협시야각 모드로 사용하는 경우를 도시한 것이다.FIG. 2 illustrates a case where the liquid crystal display of FIG. 1 is used in the narrow viewing angle mode.
두 투명 전극(70, 60)에 전압을 인가하여 제1 및 제2 기판(10, 21) 사이에 수직 방향의 전기장을 형성했을 때, 제1 액정층(80)의 액정 분자(81)들은 전기장의 방향을 따라 두 기판(10, 21)에 수직하게 배열된다. 이때, 두 기판(10, 21)에 인접한 액정 분자(82)들은 전기장이 미치는 힘보다는 러빙에 따른 배향력이 크기 때문에 두 기판(10, 21)에 평행하게 배열된다.When a voltage is applied to the two
이러한 협시야각 모드에서는, 두 기판(10, 21)에 수직하게 배열된 액정 분자(81)들은 두 기판(10, 21)의 정면으로 진행하는 빛에 대한 위상차 지연(retardation)에 영향을 미치지 않는다.In this narrow viewing angle mode, the
그러나, 측면 방향에서는, 선편광된 빛이 액정 분자(81)로 이루어진 제1 액정층(80)을 통과하면서 위상차 지연에 의해 편광 상태가 바뀌고, 정면에서 멀리 벗어날수록 편광 상태가 바뀌는 비율이 커지게 된다. 그러므로, 정면에서 벗어나 측면 방향으로 갈수록 대비비가 감소하여 액정 표시 장치의 시야각이 좁아지게 된다.However, in the lateral direction, the polarized state is changed by the phase difference delay while the linearly polarized light passes through the first
즉, 시야각 제어를 목적으로 추가된 제1 액정층(80)에 전기장을 인가함으로써, 액정 표시 장치의 시야각이 떨어지게 되어 협시야각화가 이루어진다.That is, by applying an electric field to the first
이와 같이, 하나의 액정 표시 장치를 통해 협시야각과 광시야각 모드의 전환이 가능하므로, 필요에 따라 융통성 있는 시야각 특성을 보일 수 있다.As described above, since the narrow viewing angle and the wide viewing angle mode may be switched through one liquid crystal display, a flexible viewing angle characteristic may be exhibited as needed.
그런데, 이러한 구조를 통하여 액정 표시 장치의 시야각 특성을 조절하게 되면, 화상을 표시하는 액정 패널 이외에 시야각 조절을 위한 별도의 액정 패널이 사용된다.However, when the viewing angle characteristic of the liquid crystal display device is adjusted through such a structure, a separate liquid crystal panel for adjusting the viewing angle is used in addition to the liquid crystal panel displaying an image.
그러므로, 액정 표시 장치의 전체 두께가 과도하게 증가하고, 그에 따른 비용이나 제조 공정이 추가적으로 발생하며, 러빙(rubbing)이나 스크라이브(scribe), 기판의 합착 등의 공정 수행이 어려워지고, 불필요하게 소비 전력이 증가되는 문제점이 있다.Therefore, the overall thickness of the liquid crystal display device is excessively increased, resulting in additional costs and manufacturing processes, making it difficult to perform processes such as rubbing, scribing, and bonding the substrate, and unnecessary power consumption. There is an increasing problem.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이중의 액정 패널을 이용하는 방식에 비하여 제조 공정이 용이하고, 비용이 절감되는 범위 내에서 빛의 차단/투과와 시야각 특성을 제어할 수 있는 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is a color filter substrate and a liquid crystal capable of controlling light blocking / transmission and viewing angle characteristics within a range in which a manufacturing process is easier and cost is reduced as compared to a method using a double liquid crystal panel. It is to provide a display device.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 쿼드(Quad) 구조의 화소들로 이루어진 액정 패널에 수동형 배리어(Passive barrier)를 적용함으로써, 효율적으로 광/협시야각 모드를 구현할 수 있는 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.Another technical problem to be solved by the present invention is to apply a passive barrier to a liquid crystal panel composed of quad-shaped pixels, thereby enabling a color filter substrate and a liquid crystal display device to efficiently implement a wide / narrow viewing angle mode. To provide.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 수동형 배리어의 구조를 적절히 설계함으로써, 색의 왜곡 없이 광/협시야각 모드를 제어할 수 있는 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a color filter substrate and a liquid crystal display device capable of controlling the wide / narrow viewing angle mode without color distortion by appropriately designing a passive barrier structure.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned above will be clearly understood by those skilled in the art from the following description. Could be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 컬러 필터 기판은 기판 상에 형성되어 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀과 제어 픽셀을 정의하는 블랙 매트릭스와, 상기 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀과 상기 제어 픽셀에 형성된 컬러 필터층과, 상기 제어 픽셀 전체와 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러 픽셀의 외곽을 덮는 차단부가 형성된 배리어를 포함한다.According to an aspect of the present invention, a color filter substrate is formed on a black matrix defining a red, green, blue color pixel, and a control pixel, and the red, green, blue color pixel, and the control pixel. A formed color filter layer, and a barrier formed with a blocking portion covering the entirety of the control pixel and the outside of the red, green, and blue color pixels.
또한, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀과 제어 픽셀을 갖는 액정 패널과, 상기 제어 픽셀 전체와 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러 픽셀의 외곽을 덮는 차단부가 형성된 배리어와, 상기 액정 패널의 하부에 위치하여 상기 액정 패널로 빛을 공급하는 백라이트 어셈블리를 포함한다.In addition, the liquid crystal display according to the present invention includes a liquid crystal panel having red, green, and blue color pixels and a control pixel, a barrier formed with a blocking portion covering the entirety of the control pixel and the outside of the red, green, and blue color pixels; Located at the bottom of the liquid crystal panel includes a backlight assembly for supplying light to the liquid crystal panel.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.The details of other embodiments are included in the detailed description and drawings. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 필터 기판 및 이를 이용한 액정 표 시 장치에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a color filter substrate and a liquid crystal display apparatus using the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이다. 그리고, 도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'라인을 나타낸 단면도이며, 도 5는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'라인을 나타낸 단면도이다.3 is a plan view of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention. 4 is a cross-sectional view showing the II-I 'line of FIG. 3, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing the II-II' line of FIG.
도 3의 (a)와 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 화상을 표시하기 위한 액정 패널(110)과 빛의 차단/투과를 제어하기 위한 배리어(120), 빛을 발생시키기 위한 백라이트 어셈블리(130)를 포함한다.Referring to FIGS. 3A and 4 and 5, a liquid crystal display according to an exemplary embodiment may include a
액정 패널(110)은 일정한 간격을 두고 합착된 컬러 필터 기판 및 어레이 기판과 두 기판 사이에 형성된 액정층을 포함한다.The
액정 패널(110) 상에는 복수의 화소들이 행(Row)과 열(Column)을 이루며 매트릭스 형태로 배열되고, 각각의 화소는 서로 인접한 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)과 제어 픽셀(C)로 이루어진다.On the
도시되지는 않았으나, 액정 패널(110)의 각 컬러 픽셀(R, G, B)과 제어 픽셀(C)에는 스위칭 소자로 동작하는 박막 트랜지스터가 구비되고, 박막 트랜지스터에 의해 픽셀별로 온/오프 여부 및 구동 전압의 크기가 제어된다.Although not shown, each color pixel (R, G, B) and the control pixel (C) of the
각 화소의 컬러 픽셀(R, G, B)과 제어 픽셀(C)에는 휘도에 따라 색상을 표현하기 위한 컬러 필터층(112)이 형성되고, 서로 인접한 픽셀들(R, G, B, C) 사이에는 빛샘을 차단하기 위한 블랙 매트릭스(111)가 형성된다.A
블랙 매트릭스(111)는 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)과 제어 픽셀(C)의 영역을 정의하게 된다.The
배리어(120)는 액정 패널(110)의 상부에 위치하며, 차단부(121)와 개구부(122)를 갖도록 형성된다. 배리어(120)의 차단부(121)는 제어 픽셀(C)의 상부면 전체를 덮어 제어 픽셀(C)에 대응하는 영역을 차단하도록 형성되며, 아울러, 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)의 외곽을 덮도록 형성된다.The
여기서, 배리어(120)의 개구부(122)는 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B) 각각에 대하여 동일 면적을 갖도록 형성된다.Here, the
백라이트 어셈블리(130)는 액정 패널(110)의 후면에 위치하여 액정 패널(110) 측으로 빛을 공급한다.The
도 3의 (a)를 참조하면, 액정 패널(110)은 하나의 화소가 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)과 제어 픽셀(C)로 이루어지는 쿼드(Quad) 구조를 가진다.Referring to FIG. 3A, the
이러한 액정 패널(110)은 제어 픽셀(C)이 꺼져 있을 때는 광시야 특성을 보이다가, 제어 픽셀(C)이 켜져 주변에 위치한 컬러 픽셀(R, G, B)들의 휘도를 보상하게 되면, 측면에서 이미지가 왜곡되어 정면의 이미지를 볼 수 없게 된다.The
하나의 화소가 적색, 녹색, 청색, 백색 컬러 픽셀로 이루어지는 종래의 쿼드(Quad) 구조와 비교할 때, 제어 픽셀(C)은 백색 컬러 픽셀과 달리 휘도를 개선할 목적으로 사용되는 것이 아니고, 제어 픽셀(C)의 정면에 배치된 배리어(120)와 함께 사용되어 측면 광만을 활용할 목적으로 사용된다.Compared with the conventional quad structure in which one pixel is composed of red, green, blue, and white color pixels, the control pixel C is not used for the purpose of improving luminance, unlike the white color pixels. It is used together with the
따라서, 정면에서는 배리어(120)에 의해 도 3의 (a) 및 도 5와 같이 제어 픽셀(C)이 보이지 않고, 측면에서만 제어 픽셀(C)이 보이게 되므로, 정면에서의 이미지와 해상도를 보존할 수 있다.Therefore, since the control pixel C is not seen by the
제어 픽셀(C)에 블랙 신호를 인가하여 제어 픽셀(C)을 끄게 되면, 측면 방향에서 왜곡되는 빛이 없으므로, 전체적인 광시야각 범위(정면 및 측면을 포함한 범위)에 걸쳐 깨끗한 이미지를 볼 수 있다. 그리고, 제어 픽셀(C)에 시야각 차단 신호를 인가하여 제어 픽셀(C)을 켜게 되면, 누설 광이 발생하여 각 화소의 대비비(C/R: Contrast Ratio)가 저하되면서 이미지가 왜곡된다.When the control pixel C is turned off by applying the black signal to the control pixel C, since there is no light distorted in the lateral direction, a clear image can be seen over the entire wide viewing angle range (including the front and the side). When the control pixel C is turned on by applying the viewing angle blocking signal to the control pixel C, leakage light is generated, and the image ratio is distorted while the contrast ratio of each pixel is lowered.
협시야각 모드에서, 측면 방향에서 보이는 이미지를 왜곡하거나 측면에서의 화면 식별이 어렵게 하기 위해서는 여러 가지 방법을 사용할 수 있다.In the narrow viewing angle mode, various methods may be used to distort an image viewed in the lateral direction or to make it difficult to identify the screen from the side.
예를 들면, 액정 패널(110)의 모든 제어 픽셀(C)에 일괄적으로 최대 휘도에 해당하는 화이트 신호를 인가한다. 이때, 제어 픽셀(C)로 인가되는 시야각 차단 신호는 화이트 신호가 된다.For example, a white signal corresponding to the maximum luminance is applied to all the control pixels C of the
혹은, 액정 패널(110)을 일정 개수의 단위 영역으로 분할하고, 분할된 단위 영역에 속하는 제어 픽셀(C)과 그 주변에 위치하는 컬러 픽셀(R, G, B)들의 휘도가 서로 보상되도록 한다. 즉, 단위 영역 내에서 제어 픽셀(C)과 인접하는 컬러 픽셀(R, G, B)들의 휘도를 이용하여 제어 픽셀(C)의 휘도를 산출하고, 산출된 휘도를 제어 픽셀(C)로 인가한다.Alternatively, the
예를 들어, 제어 픽셀(C)의 휘도인 시야각 차단 신호를 Iw, 최대 휘도를 Imax라 하고, 제어 픽셀(C)과 인접하게 배치되는 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)의 휘도를 Ir, Ig, Ib라 하자.For example, the viewing angle blocking signal, which is the luminance of the control pixel C, is referred to as Iw, the maximum luminance is Imax, and the red, green, and blue color pixels R, G, and B disposed adjacent to the control pixel C are disposed. Let luminance be Ir, Ig, Ib.
여기서, Ir, Ig, Ib는 제어 픽셀(C)과 쿼드(Quad) 구조로 배치되어 하나의 화소를 이루는 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)의 휘도일 수도 있고, 하나의 제어 픽셀(C)를 기준으로 좌우, 상하, 대각선 방향에 배치된 모든 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)의 색상별 평균 휘도일 수도 있다.Here, Ir, Ig, and Ib may be the luminances of the red, green, and blue color pixels R, G, and B that are arranged in a quadrature structure with the control pixel C and constitute one pixel. The average luminance of each of the red, green, and blue color pixels R, G, and B arranged in the left, right, up, down, and diagonal directions based on the pixel C may be the same.
그러면, 협시야각 모드에서 Iw의 값은 수학식 1을 만족하도록 제어된다.Then, in the narrow viewing angle mode, the value of Iw is controlled to satisfy the equation (1).
이와 같이, 쿼드(Quad) 구조의 액정 패널(110)에서 제어 픽셀(C)의 전면과 컬러 픽셀(R, G, B)의 외곽을 덮는 배리어(120)를 실장하고, 제어 픽셀(C)로 인가되는 신호를 제어하여 시야각 특성을 조절할 수 있다.As described above, a
광시야각 모드의 경우, 제어 픽셀(C)에 블랙 신호가 인가되어 사용자가 정면 및 측면 방향에서 모두 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)의 휘도에 대응하는 이미지 신호를 인지할 수 있다.In the wide viewing angle mode, a black signal is applied to the control pixel C so that the user can recognize an image signal corresponding to the luminance of the red, green, and blue color pixels R, G, and B in both front and side directions. have.
협시야각 모드의 경우, 제어 픽셀(C)에 화이트 신호가 인가되며, 정면에서는 제어 픽셀(C)을 투과한 빛이 배리어(120)에 의해 차폐되지만, 시야각 방향에서는 제어 픽셀(C)의 빛이 새어 나와 시인성을 떨어뜨리게 된다.In the narrow viewing angle mode, a white signal is applied to the control pixel C, and light passing through the control pixel C is shielded by the
여기서, 배리어(120)의 차단부(121)는 제어 픽셀(C)을 완전히 차단함과 아울러, 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)의 외곽을 차단하도록 형성되며, 배리어(120)의 개구부(122)는 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)에서 모두 동일한 면적을 갖도록 형성된다.Here, the blocking
도 3의 (b)는 배리어(120)가 제어 픽셀(C)의 상부에만 존재하는 구조와 비교하여 본 발명의 효과를 설명하기 위한 것이다.3B is for explaining the effect of the present invention as compared with the structure in which the
배리어(120)가 제어 픽셀(C)의 상부에만 제한적으로 존재하게 되면, 배리어(120)의 일부가 도 3의 (b)와 같이 제어 픽셀(C)과 인접한 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)에까지 확장된다.When the
이러한 구조의 경우, 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)의 일부 영역이 배리어(120)에 의해 비대칭적으로 차폐되고, 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)의 실질적인 크기가 서로 달라져 화이트 밸런스(White Balance) 또는 컬러 밸런스(Color Balance)가 무너지게 된다.In this structure, some regions of the red, green, and blue color pixels R, G, and B are asymmetrically shielded by the
또한, 특정한 색의 이미지가 표현되는 경우, 각 컬러 픽셀(R, G, B)마다 광 차폐 정도의 차이가 생겨 그리니쉬(greenish) 등의 컬러 쉬프트(Color Shift)가 발생하게 된다. 이러한 컬러 쉬프트 현상은 정면이나 측면 방향 모두에서 발생된다.In addition, when an image of a specific color is expressed, a difference in light shielding degree occurs for each of the color pixels R, G, and B, and color shift such as greenish occurs. This color shift phenomenon occurs in both the front and side directions.
따라서, 배리어(120)는 도 3의 (a)와 같이 제어 픽셀(C)의 전면뿐만 아니라 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)의 외곽을 차폐하도록 확대 설계되어 각 컬러 픽셀(R, G, B)을 동일한 정도로 차폐한다.Accordingly, the
즉, 정면 방향을 기준으로 볼 때, 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)의 면적이 동일해지도록 배리어(120)를 설계함으로써, 정면 방향에서 화이트 밸런스 또는 컬러 밸런스를 유지한다.That is, when the
이러한 구조의 액정 패널(110)은 시야각 방향에서도 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)의 면적이 동일하게 유지되므로, 측면에서도 화이트 밸런스나 컬러 밸런스를 확보할 수 있다.The
이때, 배리어(120)의 차단부(121) 중 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B) 의 좌우 양측에 위치한 부분이 상하 양측에 위치한 부분에 비해 넓은 폭을 갖도록 하여 가능한 차단부(121)의 불필요한 부분을 최소화함으로써, 일정 수준의 개구율을 확보한다.At this time, the blocking
또한, 배리어(120)가 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)까지 확대 설계됨으로 인해 발생하는 개구율 저하는 백라이트 어셈블리(130)의 휘도를 상대적으로 높이는 방식 등을 통해 보상할 수 있다.In addition, the aperture ratio reduction caused by the
이와 같이, 적절한 구조의 배리어(120)를 통해 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)에서 발생되는 광 차폐 정도의 차이를 보상함으로써 화이트 밸런스나 컬러 밸런스의 저하, 컬러 쉬프트 등의 불량을 개선한다.As described above, the compensation for the difference in the degree of light shielding generated in the red, green, and blue color pixels R, G, and B through the
배리어(120)는 크롬(Cr)이나 수지 물질 등의 불투명 물질로 이루어진 수동형 배리어(Passive Barrier)이며, 액정 패널(110)의 컬러 필터 기판 상에 형성될 수도 있고, 독립된 별도의 기판 상에 형성된 후 액정 패널(110)의 일면에 부착될 수도 있다.The
배리어(120)가 액정 패널(110)의 컬러 필터 기판 상에 형성되는 경우, 블랙 매트릭스(111)와 컬러 필터층(112), 배리어(120)가 모두 기판의 일면에 형성되는 구조나, 기판의 일면에는 블랙 매트릭스(111)와 컬러 필터층(112)이 형성되고, 기판의 반대면에는 배리어(120)가 형성되는 구조가 채용될 수 있다.When the
배리어(120)가 블랙 매트릭스(111)와 컬러 필터층(112)이 형성된 일면과 반대면에 형성되는 경우, 제어 픽셀(C)과 배리어(120) 간의 간격은 컬러 필터 기판의 두께가 된다.When the
액정 패널(110)에 배리어(120)가 부착된 후 액정 패널(110)의 각 제어 픽셀(C)에 인가되는 신호가 제어됨에 따라 광/협시야각 모드가 스위칭된다.After the
이와 같이, 제어 픽셀(C)을 덮는 배리어(120)와 제어 픽셀(C)의 신호 처리를 이용하면 시야각 범위를 제어할 수 있으며, 이를 통해 시야각 특성을 가변함으로써, 시야각 제어를 위한 별도의 액정 패널 없이도 광시야각 모드와 협시야각 모드를 모두 구현할 수 있다.As such, when the
도 6은 도 3의 컬러 필터 기판을 나타낸 분해 사시도로서, 액정 패널(110)의 컬러 필터 기판 상에 배리어(120)가 형성되는 경우를 도시하고 있다.FIG. 6 is an exploded perspective view illustrating the color filter substrate of FIG. 3 and illustrates a case in which the
액정 패널(110)의 컬러 필터 기판은 도 6과 같은 구성을 가진다.The color filter substrate of the
도 6을 참조하면, 컬러 필터 기판은 기판(113) 상의 블랙 매트릭스(111)과 컬러 필터층(112), 배리어(120)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the color filter substrate includes a
기판(113)의 일면에는 블랙 매트릭스(111)와 컬러 필터층(112)이 형성되고, 기판(113)의 반대면에는 차단부(121)와 개구부(122)를 갖는 배리어(120)가 형성된다. 배리어(120)의 차단부(121)는 제어 픽셀(C) 전체와 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)의 외곽, 각 픽셀들(R, G, B, C) 사이에 위치하는 블랙 매트릭스(111)를 덮으며, 개구부(122)는 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B) 각각에 대하여 동일 면적을 갖도록 형성되어 있다.The
적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)의 컬러 필터층(112)은 각각 레드, 그린, 블루 레진(Red, Green, Blue Resin)으로 구성되며, 제어 픽셀(C)의 컬러 필터층(112)은 화이트 레진(White Resin) 등의 컬러 레진(Color Resin)으로 구성된다.The color filter layers 112 of the red, green, and blue color pixels R, G, and B are composed of red, green, and blue resins, respectively, and the
제어 픽셀(C)에 사용되는 컬러 레진의 종류와 제어 픽셀(C)에 인가되는 신호를 제어하면, 광시야각 모드에서 화질을 더욱 향상시키거나, 협시야각 모드에서 측면 이미지를 보다 완전히 왜곡시킬 수 있다.By controlling the type of color resin used for the control pixel C and the signal applied to the control pixel C, the image quality can be further improved in the wide viewing angle mode, or the side images can be more completely distorted in the narrow viewing angle mode. .
또한, 한 프레임의 이미지는 적색, 녹색, 청색 이미지 신호의 조합으로 이루어지므로, 정면 방향에서 오픈되어 있는 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)의 영역이 동일하도록 배리어(120)가 설계되는 경우, 화이트 밸런스나 컬러 쉬프트가 없는 깨끗한 본래의 이미지를 표시할 수 있다.In addition, since the image of one frame is composed of a combination of red, green, and blue image signals, the
도시되지는 않았으나, 액정 패널(110)의 어레이 기판에는 교차 배열되어 각 컬러 픽셀(R, G, B) 및 제어 픽셀(C)의 영역을 정의하는 복수의 게이트 라인과 데이터 라인이 형성된다.Although not shown, a plurality of gate lines and data lines are formed on the array substrate of the
그리고, 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터가 형성되며, 박막 트랜지스터가 게이트 라인의 신호에 따라 데이터 라인의 신호를 각 화소 전극에 인가한다.A thin film transistor is formed at a portion where each gate line and the data line cross each other, and the thin film transistor applies a signal of the data line to each pixel electrode according to the signal of the gate line.
박막 트랜지스터는 기판 상의 게이트 전극과 그 상부의 게이트 절연막, 반도체층, 소스 및 드레인 전극을 갖는다.The thin film transistor has a gate electrode on the substrate and a gate insulating film, a semiconductor layer, a source and a drain electrode thereon.
이러한 액정 패널(110)은 화소 전극과 공통 전극 사이에 형성되는 전계에 의해 컬러 필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층을 배향시키고, 액정층의 배향 정도에 따라 액정층을 투과하는 빛의 양을 조절하여 화상을 표시한다.The
액정 패널(110)에 TN(Twist nematic) 구조가 채용된 경우, 공통 전극과 화소 전극이 컬러 필터 기판과 어레이 기판 상에 각각 형성되어 수직 전계를 형성한다. 그리고, 액정 패널(110)에 IPS(In Plane Switching) 구조가 채용된 경우, 공통 전극과 화소 전극이 어레이 기판 상에 함께 형성되어 수평 전계를 형성한다. 특히, IPS 구조가 채용된 경우, 광시야각 모드에서 시야각을 보다 넓힐 수 있는 장점이 있다.When the TN (twist nematic) structure is adopted for the
도 7은 도 3의 광시야각 모드를 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 3의 협시야각 모드를 설명하기 위한 도면이다.FIG. 7 is a diagram for describing the wide viewing angle mode of FIG. 3, and FIG. 8 is a diagram for explaining the narrow viewing angle mode of FIG. 3.
제어 픽셀(C)의 정면 상부에는 배리어(120)가 구성되고, 제어 픽셀(C)에 블랙 신호 또는 화이트 신호가 인가됨에 따라, 정면 및 측면 시야각이 모두 유효한 도 7의 광시야각 모드와 측면 시야각이 차단되는 도 8의 협시야각 모드가 선택적으로 스위칭된다.As the
이와 같이, 배리어(120)의 구조와 제어 픽셀(C)의 부가적인 신호 처리를 이용하면, 액정 표시 장치의 시야각 특성을 효율적으로 가변할 수 있다.As such, when the structure of the
도 7의 (a) 및 (b)에 나타난 광시야각 모드에서는, 제어 픽셀(C)에 최저 휘도에 해당하는 블랙 신호가 인가된다.In the wide viewing angle modes shown in FIGS. 7A and 7B, a black signal corresponding to the lowest luminance is applied to the control pixel C. FIG.
제어 픽셀(C)이 꺼지면, 도 7의 (b)와 같이 제어 픽셀(C)을 통과하는 빛이 차단되어 측면 방향에서 이미지를 왜곡하는 빛이 없다. 그러므로, 광시야각 범위에 해당하는 정면 및 측면에서 모두 동일한 이미지를 볼 수 있어 액정 표시 장치가 넓은 시야각을 갖는다.When the control pixel C is turned off, the light passing through the control pixel C is blocked as shown in FIG. 7B, and there is no light distorting the image in the lateral direction. Therefore, the same image can be seen from both the front side and the side corresponding to the wide viewing angle range, so that the liquid crystal display has a wide viewing angle.
협시야각 모드에서는, 도 8의 (a) 및 (b)와 같이 제어 픽셀(C)에 시야각 차단 신호(예를 들면, 최대 휘도에 해당하는 화이트 신호)가 인가된다. 즉, 제어 픽 셀(C)의 휘도에 따라 주변에 위치하는 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)의 휘도가 보상된다.In the narrow viewing angle mode, a viewing angle blocking signal (for example, a white signal corresponding to maximum luminance) is applied to the control pixel C as shown in FIGS. 8A and 8B. That is, the luminances of the red, green, and blue color pixels R, G, and B positioned nearby are compensated according to the luminance of the control pixel C.
이러한 경우, 정면에서는 제어 픽셀(C)이 배리어(120)에 의해 가려지므로, 본래 이미지와 해상도가 유지되고, 측면에서는 제어 픽셀(C)의 시야각 차단 신호에 의해 왜곡된 이미지가 표시된다.In this case, since the control pixel C is covered by the
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are provided so that those skilled in the art can fully understand the scope of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, The invention is only defined by the scope of the claims.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치는 이중의 액정 패널을 이용하는 방식에 비하여 제조 공정이 용이하고, 비용이 절감되는 범위 내에서 빛의 차단/투과와 시야각 특성을 제어할 수 있다.As described above, the color filter substrate and the liquid crystal display device according to the present invention can control the light blocking / transmission and viewing angle characteristics within a range in which the manufacturing process is easier and the cost is reduced as compared to the method using the dual liquid crystal panel. Can be.
또한, 본 발명에 따른 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치는 쿼드(Quad) 구조의 화소들로 이루어진 액정 패널에 수동형 배리어(Passive barrier)를 적용함으로 써, 효율적으로 광/협시야각 모드를 구현할 수 있다.In addition, the color filter substrate and the liquid crystal display according to the present invention may efficiently implement the wide / narrow viewing angle mode by applying a passive barrier to a liquid crystal panel including quad pixels.
또한, 본 발명에 따른 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치는 적절한 구조의 배리어를 통해 색의 왜곡 없이 광/협시야각 모드를 제어할 수 있다.In addition, the color filter substrate and the liquid crystal display according to the present invention can control the light / narrow viewing angle mode without color distortion through a barrier of an appropriate structure.
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