KR20020010485A

KR20020010485A - 액정표시장치

Info

Publication number: KR20020010485A
Application number: KR1020010043442A
Authority: KR
Inventors: 하마모토타츠오; 토미타요시후미; 츠보카토모아키; 히로시마미노루
Original assignee: 가나이 쓰토무; 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2002-02-04
Also published as: JP2002040408A; TW548460B; KR100433337B1

Abstract

컬러필터를 구비한 액정표시장치에서, 본 발명은 상기 컬러필터의 적어도 하나에, 이것에 입사하는 광의 일부를 특정 파장역의 광으로 변환하는 색변환 물질을 해당 특정 파장영역의 광을 투과시키는 필터물질과 함께 제공함으로써, 상기 액정표시장치에서 출사되는 광의 색순도의 저하를 방지하고, 그 광이용 효율을 향상시킨다.

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은, 컬러표시가 가능한 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 광이용 효율을 향상시킨 새로운 컬러필터를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.

노트형 컴퓨터나 컴퓨터 모니터용의 고(高)선명 컬러표시 디바이스로서 액정표시장치가 널리 이용되고 있다. 액정표시장치의 기술진보는 눈부시고, CRT에 가까운 표시품질을 얻을 수 있게 되어 왔지만, 동화상 표시, 시야각, 색 재현성, 밝기의 점에서는 충분하지 못했고, 또, 제조비용의 저감도 과제의 하나가 되고 있다.

액정표시장치는, 한쌍의 기판 내면에 서로 교차하는 다수쌍의 전극을 형성하고, 그 교차위치에서 화소를 형성하는 단순 매트릭스형과 화소마다 스위칭 소자를 갖는 액티브 매트릭스형으로 크게 구별된다. 특히, 액티브 매트릭스형의 액정표시장치는, 그 액정구동모드에서 소위 「종(縱)전계 방식(TN방식)」과 「횡(橫)전계 방식(IPS방식)」으로 분류된다.

종전계 방식의 액정표시장치는, 액정 조성물의 층(이하, 간단히 액정층이라 함)을 통해 대향 배치한 투명기판의 해당 액정층측의 단위화소에 상당하는 각각의 영역에, 투명전극으로 이루어지는 화소전극과 공통전극이 대향하여 설치되어 있고, 이 화소전극과 공통전극과의 사이에, 투명전극에 대하여 수직으로 발생시키는 전계에 의해 전(前)액정층을 투과하는 광을 변조하여 화상 등을 가시표시하는 것이다.

한편, 횡전계 방식의 액정표시장치는, 액정층을 통하여 서로 대향하여 배치되는 투명기판 중, 그 한쪽 또는 양쪽의 액정층측의 단위화소에 상당하는 영역면에, 화소전극과 대향전극이 배치되고, 이 화소전극과 대향전극과의 사이에 투명전극과 대략 평행하게 발생시키는 전계성분에 의해 상기 액정층을 투과하는 광을 변조하여 화상 등을 가시표시하는 것이다.

이 횡전계 방식의 액정표시장치는, 종전계 방식의 액정표시장치와 다르고, 그 표시면에 대하여 큰 각도의 시야에서 관찰해도 선명한 화상 등을 인식할 수 있고 소위 각도시야가 우수한 것으로 알려져 있다.

도 25는 횡전계 방식의 액정표시장치에서 화소형성을 위한 전계를 모식적으로 설명하는 요부 단면도이다. 또한, 도 26은 도 25에서의 하측기판의 한 화소 근방의 구성을 모식적으로 설명하는 평면도이다.

이 액정표시장치는 하측기판인 한쪽의 기판(SUB1)상에 영상 신호선(드레인선)(DL), 대향전극(커먼전극)(CT), 화소전극(PX)이 형성되어 있다. 그리고, 이들 전극의 상층에 성막한 보호막(PSV) 및 액정(LC)과의 전계에 하측배향 제어층(하측 배향막)(ORI1)을 가지고 있다. 또한, GI는 주사선 또는 주사전극(게이트선 또는 게이트전극)(GL)을 덮는 게이트 절연층이다.

영상 신호선(DL)은 2층의 금속(d1, D2)으로 이루어지며, 대향전극(CT)은 금속층(g1)과 그 위를 덮어 형성한 보호층(AOF)으로 구성된다.

상측기판인 다른 쪽의 기판(SUB2)상에는, 블랙매트릭스(BM)로 구획된 복수(여기서는 3색)의 컬러필터(FIL)가 형성되어 있고, 이 컬러필터(FIL)를 덮어 오버코트층(OC)을 형성하고 있다. 이 오버코트층(OC)은 컬러필터(FIL)나 블랙매트릭스(BM)의 구성재가 액정에 혼입하여 특성에 영향을 미치지 않도록 하기 위한 것과, 컬러필터(FIL)의 평면을 평활화하는 기능을 갖는다. 오버코트층(OC)의 액정(LC)과의 계면에 상측배향 제어층(상층 배향막)(ORI2)을 가지고 있다.

상하의 기판(SUB1, SUB2)의 외면에는 각각 하편광판(POL1, POL2)이 적층하고 있다.

또한, 도 26에서의 박막 트랜지스터(TFT)는, 게이트선(GL)을 게이트 전극으로 하고, 그 위에 반도체층(AS)을 통하여 드레인선(DL)에서 연장하는 드레인 전극(SD2)과 소스전극(SD1)을 가지며, 소스전극(SD1)에는 화소전극(PX)이 접속되어 있다. 커먼전극(CT)은 커먼선(CL)에서 화소전극(PX)에 인접하도록 연장하고 있다.

일반적으로, 종래의 액정표시장치에서는, 화상을 컬러화하기 위한 수단으로서, 표시장치를 조명하는 광의 특정 파장역만을 투과하는 3색의 필터로 구성한 컬러필터층을 이용하고 있다. 이것은, 컬러표시의 1도트에 상당하는 화소를 3개의 단위화소로 분할하여, 각각의 단위화소에, 3원색(Display Primary)으로 하여 예컨대 적(R), 녹(G), 청(B)의 각각에 상당하는 필터를 배치함으로써 풀컬러(full color)표시를 실현하는 것이다.

이러한 컬러필터를 갖는 액정표시장치에서는, 조명장치에서 투과광의 편광을 제어하여 소요의 컬러표시를 행하는 것이다. 컬러표시에서의 광손실을 견적하면, 편광판의 흡수에 의한 손실은 60% 정도이고, 컬러필터의 흡수에 의한 손실은 70% 이상이며, 전체의 광손실은 88% 정도가 된다.

다른 원인에 기인하는 광손실을 배제했다고 해도, 편광판과 컬러필터의 흡수에 의한 손실로, 조명장치에서 출사하는 광은 기껏해야 12% 정도밖에 이용되고 있지 않게 된다.

한편, 액정표시장치를 이용하는 표시 디바이스에는, 저소비전력과 고휘도가 요구된다. 이것으로부터, 컬러필터의 광이용 효율의 향상은 색 재현성의 향상과 함께, 해결해야 할 큰 과제의 하나가 되고 있다.

도 27은 종래의 컬러필터의 구성예를 설명하는 모식도이다. 이 종류의 컬러필터(FIL)는, 투명기판(일반적으로 유리판)으로 이루어진 상기한 상측기판(SUB2)의 내면에 적색의 착색층(이하, R-Filter로 도시), 녹색의 착색층(이하, G-Filter로 도시) 및 청색의 착색층(이하, B-Filter로 도시)을 배치한 구조로 되어 있다. 또한, BM은 각 필터의 사이를 구획하여 콘트라스트를 향상시키기 위한 블랙매트릭스이다.

하나의 화소를 구성하는 각각의 착색층은, 적, 녹, 청의 안료(pigment)를 각각 분산시킨 수지(예컨대, 아크릴 수지 등의 폴리머), 또는 적, 녹, 청의 염료 등으로 각각 염색한, 동일한 폴리머로 이루어지는 필터물질로 구성된다.

컬러필터(FIL)를 구성하는 적색의 착색층(R-Filter), 녹색의 착색층(G-Filter), 청색의 착색층의 각각은, 백색광 조명광원(백라이트(BL), 이하, W-light Illuminating Means로 도시)에서의 광(이하, W-light라 도시) 중 특정 파장역(각 착색층의 색에 따른 파장역)의 성분을 선택적으로 투과시켜, 그 이외의 파장역의 광을 흡수한다. 이때문에, 흡수된 광은 이용되지 않고, 조명장치에서 입사하는 광의 이용효율이 저하한다.

광의 투과율을 향상시키기 위해서는 입사하는 광의 흡수를 작게 하지 않으면 안되지만, 그렇게 하면 투과광의 색순도가 저하하고, 색 재현성이 손상해 버린다.이 대책으로서, 예컨대 일본특허공개 평 10-300934호 공보에 개시된 광의 회절을 이용한 것이나, 일본특허공개 평 11-202118호 공보에 개시된 컬러필터의 입사광측에 파장 변환층을 설치한 것이 있다.

그러나, 이 컬러필터는, 현재 널리 이용되고 있는 컬러필터의 제조설비와 프로세스에서는 제조할 수 없거나 혹은 많은 공정을 추가할 필요가 있으므로, 제조비용의 증가를 초래하고, 결과적으로 제품의 가격을 현저히 증가시키게 된다.

본 발명의 목적은, 색순도의 저하를 없애고, 광이용 효율을 향상시킴과 동시에, 제조비용의 증가를 제어하는 컬러필터를 이용한 액정표시장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 액정표시장치는, 입사하는 광의 일부를 특정 파장역의 광으로 변환하는 색변환 물질과, 입사한 광 중, 특정 파장역의 광만을 투과시키는 색재(色材)인 필터물질을 동일층 내에 갖는 컬러필터를 구비하고 있다. 이 컬러필터는, 입사하는 광의 일부를 파장변환하는 색변환물질과 특정 파장역의 광만을 투과시키는 필터물질을 혼합한 층을 동시에 형성하므로, 기존의 제조공정에 추가의 공정을 필요로 하지 않는다.

또한, 상기 필터물질의 흡수 파장역에서의 투과율을 0%에서 50%의 사이가 되도록 하여 필터물질인 색재의 농도를 설정한다. 이 흡수 파장역의 광을 동일층 내에 존재시킨 색변환 물질에 의해 필터물질을 투과하는 파장역의 광으로 변환함으로써, 해당 필터물질을 투과하는 파장역의 광을 증가시킨다. 이것에 의해, 색순도와 밝기가 동시에 향상한다.

또한, 상기 색변환물질의 변환효과가 조명광의 입사측에서 커지도록 컬러필터의 막두께 방향으로 해당 색변환 물질의 함유밀도에 분포를 갖게 한다. 이것에 의해 입사광을, 필터물질을 투과하는 파장역의 광으로 효과적으로 변환할 수 있다. 상기 물질의 함유밀도의 분포는, 컬러필터층 내에서 두께 방향으로 2층 또는 그 이상의 다층구조로 하거나, 혹은 광의 입사측에서 출사측에 함유량의 경사(gradation)를 갖게 함으로써 실현할 수 있다.

또한, 액정표시장치를 조명하는 광원으로서 원색의 한 색만을 방사하는 단색광 조명장치를 구비하고, 단색광 조명장치가 방사하는 파장역의 광을 흡수하여 상기 원색과는 다른 파장의 원색으로 변환하는 색변환 물질을 갖는 복수의 영역과, 필터기능도 색변환물질도 갖지 않는 영역을 배열한 컬러필터를 구성한다.

단색광원은, 동일 발광면적, 동일 전력의 백색광원에 비해 높은 발광강도를 얻을 수 있다. 게다가, 단색광원의 방사광 파장을 원색의 하나로 함으로써, 해당 원색에 대응한 필터층을 필요로 하지 않으므로, 해당 원색광에 감쇄가 발생하지 않는다. 그리고, 컬러필터의 제조공정도 간소화할 수 있고 저비용으로 색순도를 유지하면서, 종래 보다도 밝게, 색순도가 양호한 액정표시장치를 얻을 수 있다.

그리고, 상기 컬러필터를 한쪽의 기판에 구비시켜 컬러액정표시장치를 구성한다. 이 액정표시장치의 형식은, 종전계형이나 횡전계형의 박막 트랜지스터 등을 화소선택소자로 한 액티브 매트릭스 방식, 소위 단순 매트릭스 방식 중 어떤 것이어도 된다.

또한, 본 발명은, 특히 컬러액정표시장치에 이용하는 컬러필터로 설명하지만, 다색의 필터를 이용하는 다른 표시 디바이스의 컬러필터에도 동일하게 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

본 발명에 관한 이들 및 그 이외의 목적, 특징 및 효과는 이후의 기재에 이것에 첨부된 도면을 관련시킴으로써, 더 명확해질 것이다.

도 1은, 본 발명에 의한 액정표시장치의 제1실시예에 이용하는 컬러필터의 구성을 모식적으로 설명하는 단면도이다.

도 2의 (a), 도 2의 (b)는, 도 1의 임의의 부분의 두께방향의 구조를 등가적으로 설명하는 단면도이며, 도 2의 (a)는 도 1의 A-A'선 단면, 도 2의 (b)는 도 1의 B-B'선 단면을 나타낸다.

도 3은, 도 1에 나타낸 컬러필터의 규격화된 막두께(Normalized Film Thickness)에 대한 투과율의 설명도이다.

도 4는, 본 발명에 의한 액정표시장치의 제2실시예에 이용하는 컬러필터의 구성을 모식적으로 설명하는 단면도이다.

도 5는, 도 4의 임의의 부분의 두께방향의 구조를 등가적으로 설명하는 단면도이다.

도 6은, 도 4에 나타내는 컬러필터의 막두께를 규격화한 값과 투과율과의 관계를 설명하는 도면(graph)이다.

도 7은, 색변환 작용을 갖지 않는 종래의 컬러필터에서의 1색의 분광투과 스펙트럼의 설명도이다.

도 8은, 어떤 파장에서의 막두께에 대하여 후술한 (3)식을 플롯(plot)한 투과율의 설명도이다.

도 9는, 막두께와 흡광도(吸光度) 관계의 설명도이다.

도 10은, 도 9를 플롯하여 고친 막두께와 흡광도 관계의 설명도이다.

도 11은, 본 발명에 의한 액정표시장치 컬러필터의 제3실시예의 구성을 모식적으로 설명하는 단면도이다.

도 12는, 백라이트의 방사광 스펙트럼의 설명도이다.

도 13은, 본 발명에 의한 액정표시장치의 컬러필터의 제4실시예의 구성을 모식적으로 설명하는 단면도이다.

도 14는, 도 11 또는 도 13에 나타낸 컬러필터의 투과광 스펙트럼의 설명도이다.

도 15는, 본 발명에 의한 액정표시장치 컬러필터의 제5실시예의 구성을 모식적으로 설명하는 단면도이다.

도 16은, 도 15의 효과를 설명하는 필터물질의 농도분포(밀도분포)에 의한 광의 흡수도와 투과율의 설명도이다.

도 17은, 특정 파장역의 광을 투과하는 필터물질과 입사광을 특정의 파장역의 광으로 변환하는 색변환 물질을 동일층 내에 함유시킨 컬러필터 투과율의 설정범위의 설명도이다.

도 18은, 본 실시예의 컬러필터의 효과를 종래의 컬러필터와 비교하여 나타내는 흡광도와 투과율의 설명도이다.

도 19는, 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동수단의 일예를 설명하는 모식도이다.

도 20의 (a) 내지 도 20의 (f)는, 본 발명의 액정표시장치의 구동 파형도를 나타내고, 도 20의 (a)는 주사신호(VG(i-1)), 도 20의 (b)는 주사신호(VG(i)), 도 20의 (c)는 영상신호(VD), 도 20의 (d)는 대향전압(VC), 도 20의 (e)는 화소전극전위(VS(i,j)), 도 20의 (f)는 액정에 인가되는 전위(VLC(i,j))의 파형을 각각 나타낸다.

도 21은, 액정표시장치의 각 구성부품을 나타내는 전개 사시도이다.

도 22는, 본 발명에 의한 액정표시장치의 제1실시예를 설명하는 노트형 컴퓨터의 사시도이다.

도 23은, 본 발명에 의한 액정표시장치의 제2실시예를 설명하는 단면도이다.

도 24는, 도 23에 나타낸 액정표시장를 실장한 정보처리장치의 일예의 설명도이다.

도 25는, 횡전계 방식의 액정표시장치에서 화소형성을 위한 전계를 모식적으로 설명하는 요부단면도이다.

도 26은, 도 25에서 하측기판의 한 화소 근방의 구성을 모식적으로 설명하는 평면도이다.

도 27은, 종래의 컬러필터의 구성예를 설명하는 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 실시예를 참조하여 상세하게 설명한다.

이 종류의 액정표시장치용의 컬러필터의 제조방법으로서는, 인쇄의 원리를 응용한 인쇄법, 포토리소그라피(photolithography)를 이용하는 염색법과 안료 분산법. 전기 화학적으로 색소(Dye or Pigment)를 부착시킨 전착법 등이 알려져 있다(예컨대, 「컬러필터의 성막기술과 케미컬스」1998년 2월 1일 제1판, p.27 ~ 85 참조).

우선, 본 발명에 의한 컬러필터의 제조방법을 설명한다. 유리기판 등의 기판(이하, 유리기판)상에 컬러필터층을 형성하는 공정으로서, 현재 널리 이용되고 있는 포토리소그라피(Photo Lithography, or Optical Lithography)를 사용하는 방법은, 우선, 표면을 세정화한 유리기판상에 안료가 들어간 감광성 수지 조성물을 도포한다.

이 도포수단으로서는, 롤러 코터(Roller Coating Apparatus), 리버스 코터(Reverse Coating Apparatus), 바코터(Bar Coating Apparatus) 등의 접촉형 전사 도포장치나, 스피너(Sping Coating Apparatus), 커테인 플로우 코터(Curtain Flow Coating Apparatus), 슬릿 코터(Slit Coating Apparatus) 등의 비접촉형 도포장치를 이용한다. 이 도포수단에 의해 감광성 수지 조성물은, 그 건조시의 막두께가 0.5㎛ ~ 3㎛ 정도가 되도록 유기기판의 전면에 도포된다.

이때, 유리기판과 감광성 수지 조성물과의 밀착성을 향상시키기 위해, 감광성 수지 조성물 중에 실란 커플링제(Silane Coupling Agent)를 첨가해 두거나 또는 유리기판을 실란 커플링제로 전처리해 둔다. 또한, 일본특허공개 평 4-212161호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 유기 수지필름상에 도포된 안료가 들어간 감광성 수지 조성물을 유리기판상에 열전사하고, 유리기판의 전면에 안료가 들어간 감광성 수지 조성물을 형성해도 된다.

상기의 안료는 유기안료여도 좋고 무기안료여도 좋으며, 혹은 염료(Dye Stuff)를 이용해도 된다. 안료는 물 또는 유기용제에 불용성이며, 구체적으로는 가시광을 투과시키는 것이므로, 투과광 파장의 1/2 이하의 입자지름(Particle Size, or Particle Diameter)인 것이 바람직하다. 예컨대, 평균 입자지름이 200㎚ 이하인 안료를 감광성 수지 조성물로 분산시키는 것이 추천된다.

청색의 안료로서는 프탈로시아닌계 안료(Phthalocyanine Pigments), 적색의 안료로서는 안트라퀴논계 안료(Anthraquinone Pigments), 녹색의 안료로서는 할로겐화 프탈로시아닌계 안료(Halogenated Phthalocyanine Pigments, or Phthalocyanine Halide Pigments)를 바람직한 예로 들 수 있다. 이들 안료는, 각 색마다 단독으로 이용해도 되고, 동색의 안료를 2종류 이상 병용한 것을 이용해도 된다.

안료가 들어간 감광성 수지 조성물은, 안료의 미립자를 분산제(Dispersant)또는 수지와 함께 유기용제 중에 분산된 페이스트로서 기판 주면(또는 그 상부)에 도포되는 것이 바람직하다. 감광성 수지 조성물로서는, 다가(多價)아크릴(Polyhydric Acryl)과 광 라디컬 발생제를 감광성분으로 포함하는 네가티브형 레지스트가 일반적이다.

이어서, 유리기판상의 안료가 들어간 감광성 수지 조성물의 막을 소정의 개구패턴을 갖는 노광마스크(Photomask)를 통하여 노광한다. 이 노광공정으로 조사되는 활성 에너지선으로서는, 자외선(Ultra Violet Ray), 엑시머 레이저광(Excimer Laser Ray), 엑스선(X Ray), 감마선(Gamma Ray, or γ-Ray), 전자선(Electron-Beam)이 적당하다.

노광시의 조사 에너지선량(Energy Dose Amounts, e.g.Fluence)은, 사용한 감광성 수지 조성물의 종류에 따라 약간 바뀌지만, 100mJ/㎠ 정도로 하는 것이 바람직하다. 이 노광에 의해, 감광성 수지 조성물의 막에 노광마스크의 소정의 패턴에 따라, 상기 감광성 수지가 네가티브형이면 후술의 현상액에 불용(不溶)의 부분이, 포지티브형이면 현상액에 가용(可溶)의 부분이 형성된다.

이어서,수산화나트륨(Sodium Hydroxide), 수산화칼륨(Potassium Hydroxide), 탄산나트륨(Sodium Carbonate), 암모니아(Ammonia, or Ammonia Liquor), 4급 암모늄염(Quaternary Ammonium Salt) 등의 무기계 현상액, 또는 모노에탄올아민(Monoethanolamine, i.e.MEA), 디에탄올아민(Diethanolamine, i.e. DEA), 트리에탄올아민(Triethanolamine) 등의 유기계 현상액을 이용하여, 노광된 감광성 수지에 스프레이현상(Spraying Development) 또는 딥현상(Dip Development)을 시행하고, 그 가용부분을 선택적으로 제거한다. 이 공정을 3회 반복함으로써, 상기 도 3에 나타낸 구조를 갖는 컬러필터(FIL)가 형성된다.

여기서, 색변환물질이 분산되거나 또는 이것이 녹아 고용체(Solid Solution)가 된 안료가 들어간 감광성 수지 조성물을 이용하고, 상술한 바와 같이 포토리소그라피를 사용하는 공정에서 컬러필터를 형성한다. 이것에 의해, 동일 컬러필터층 내에, 이것에 입사하는 광의 일부를 특정 파장역의 광으로 변환하는 색변환 물질과, 특정 파장역의 광만을 투과하는 필터물질을 포함시킬 수 있다.

이 경우, 안료가 들어간 감광성 수지 조성물의 감광성 파장역(Photosensitive Wavelength Range)과 색변환 물질의 흡수 파장역(Absorbed Wavelength Range)을 가능한 한 중첩되지 않도록 배려하여 감광성분을 선택하는 것이 바람직하다.

광의 일부를 특정 파장역의 광으로 변환하는 색변환 물질과, 특정 파장역의 광만을 투과시키는 필터물질을 동일층 내에 구비한 컬러필터를 형성하는 공정에는, 상기의 포토리소그라피 수단을 이용한 방법 이외에 인쇄의 원리를 응용한 인쇄법도 적용할 수 있다. 예컨대, 색변환 물질이 분산되거나 또는 용해된 안료가 들어간 수지 조성물을 잉크젯 장치(Ink Jet Apparatus)나 디스펜서(Dispenser) 등을 이용하여 유리기판상의 필요한 부분에 형성해도 동일한 결과를 얻을 수 있다. 이 경우에는, 감광성 수지 조성물을 이용하지 않으므로, 색변환 물질의 흡수 파장역을 보다 광범위로 할 수 있다.

색변환 물질의 입자는 입사한 광의 일부를 특정 파장역의 광으로 변환하고,필터물질(안료)의 입자는 특정 파장역의 광만을 투과한다. 즉, 색변환의 작용과 특정 파장의 광을 흡수하는 작용이 동일층 내에서 동시에 발생하게 된다. 여기서, 색변환 물질의 예로서는, 이하의 것을 들 수 있다.

(Ⅰ) 일본특허공개 평 11-202118호 공보에 개시된 Coumarin 337, Coumarin 523,[2-[2-[4-(Dimethylamino)phenyl]-6-methyl-4H-pyran-4-ylidene]propanedinit-rile 및 Coumarin 102.

(Ⅱ) 일본특허공개 평 10-242513호 공보에 기재된 세륨(Cerium)으로 부활(賦活)된 이트륨 알루미늄 가넷계 형광체(YttriumㆍAluminumㆍGarnet-series Fluorescent Material).

(Ⅲ) 일본특허공개 평 9-80434호 공보나 미국특허 제 6,137,459호 공보에 기재된 근자외광(Near-Ultraviolet Region)에서 자색광(Violet Region)까지의 발광소자의 발광을 청색 발광으로 변환하는 예컨대 다음의 물질:

ㆍ1,4-Bis(2-Methylstyryl)Benzene(이하, Bis-MSB라고도 기재함);

ㆍtrans-4,4'-Diphenylstilbene(이하, DPS라고도 기재함)과 같은 Stilbene Pigments; 및

ㆍ7-Hydroxy-4-Methylcoumarin(이하, Coumarin4라고도 기재함)과 같은Couma-

rin Dyes.

(Ⅳ) 청색에서 청녹색까지의 발광소자의 발광을 녹색 발광으로 변환하는 예컨대 다음의 물질;

ㆍ2,3,5,6-1H,4H-Tetrahydro-8-Trifluoromethylquinolidino(9,9a,1-gh)Coum-

arin(이하, Coumarin 153이라고도 기재함)과 같은 Coumarin Dyes;

ㆍ3-(2'-Benzothiazolyl)-7-Diethylaminocoumarin(이하, Coumarin 6이라고도 기재함);

ㆍ3-(2'-Benzimidazolyl)-7-N,N-Diethylaminocoumarin(이하, Coumarin 7이라고도 기재함);

ㆍBasic Yellow 51과 같은 Coumarin Dyes 및

ㆍSolvent Yellow 11 및 Solvent Yellow 116과 같은 Naphthalimide dyes.

(Ⅴ)청색에서 녹색까지의 발광소자의 발광을 주황색에서 적색까지의 발광으로 변환하는 예컨대 다음의 물질:

ㆍ4-Dicyanomethylene-2-Methyl-6-(p-Dimethylaminostyryl)-4H-Pyran(이하, DCM이라고도 기재함)과 같은 Cyanine Dyes;

ㆍ1-Ethyl-2-(4-(p-Dimethylaminophenyl)-1,3-Butadienyl)-Pyridinium Perchlorate(이하, Pyridine 1이라고도 기재함)과 같은 Pyridine Dyes;

ㆍRhodamine B 및 Rhodamine 6G와 같은 Xanthine Dyes; 및

ㆍOxazine Dyes.

상기한 물질 이외에도, 표시장치의 조명수단에 요청되는 발광 파장범위(이하, 광원의 분광 스펙트럼(Spectral Range)이라고도 기재함)의 일부를 해당 분광 스펙트럼 내의 파장으로 변환할 수 있다면, 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 말할 것도 없다. 이들의 색변환 물질은 컬러필터를 구성하는 수지(폴리머)로 균일하게 용해하여 고용체를 형성해도 된다. 또한, 이들 색변환 물질을 미립자로 하여 컬러필터를 구성하는 수지로 균일하게 분산시켜도 된다. 어떤 형태이든, 종래의 컬러필터 내에 염료 또는 안료를 포함시키는 것과 같이, 상기 색변환 물질을 안료가 들어간 감광성 수지 조성물의 한 성분으로 포함시킬 수 있다. 따라서 종래의 컬러필터의 제조방법을 응용하여 색변환 물질을 포함하는 컬러필터를 조제할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 액정표시장치의 제1실시예에 이용하는 컬러필터의 구성을 모식적으로 설명하는 단면도이며, 컬러필터(FIL)의 한 색의 필터부분ㆍㆍ 여기서는 청(B) ㆍㆍ을 나타낸다. 상기한 제조방법에 의해 유리기판(SUB2)상에 청색필터<이하, B필터>(FIL(B))를 형성한다.

이 B필터(FIL(B))는, 폴리머(PM)에 입사광의 일부를 특정 파장역(여기서는, B광의 주파수역)의 광으로 변환하는 색변환 물질(TW(B))과 특정 파장역(상동)의 광(B)만을 투과하는 필터물질로서 B의 안료(PG(B))를 폴리머(PM)의 층에 함유하고 있다.

도 2의 (a), (b)는 도 1의 임의의 부분의 두께방향의 구조를 등가적으로 설명하는 단면도이며, 도 2의 (a)는 도 1의 A-A'선 단면, 도 2의 (b)는 도 1의 B-B'선 단면을 나타낸다. 도 2의 (a)에서는, 기판(SUB2)측에서 안료(PG(B)), 폴리머(PM), 색변환 물질(TW(B)), 폴리머(PM), 안료(PG(B)), 폴리머(PM), 색변환 물질(TW(B)), 폴리머(PM)의 순으로 적층한 구조로 간주할 수 있다.

도 2의 (b)에서는, 기판(SUB2)측에서 색변환 물질(TW(B)), 안료(PG(B)), 폴리머(PM), 색변환 물질(TW(B)), 폴리머(PM), 안료(PG(B)), 폴리머(PM)의 순으로 적층한 구조로 간주할 수 있다.

본 실시예에서는, 폴리머(PM)는 아크릴 수지이며, 안료(PG(B))에 청색 안료입자를, 색변환 물질(TW(B))로서 광 에너지의 여기로 청색의 주파수역의 광을 발광하는 형광체 안료(청색 형광체 안료)를 이용하고 있다.

안료(PG(B))와 색변환 물질(TW(B))의 평균 입자지름은 거의 동일한 0.1㎛ 이하이며, 양자(兩者)의 흡수광량은 거의 동일하게 하고 있다. 안료의 입자지름을 작게 한 것은, 단위체적당 안료입자수를 작게 할 수 있는(색이 옅음) 반사형 액정표시장치의 컬러필터에 적용하고 있다.

도 3은 도 1에 나타낸 컬러필터의 막두께를 규격화한 투과율의 설명도이다. 여기서는, 안료(PG(B))와 색변환 물질(TW(B))의 입자지름을 동일하게 하고, 양자의 사이에 같은 막두께의 폴리머(PM)가 존재하고 있는 것으로 나타낸다.

도 4는 본 발명에 의한 액정표시장치의 제2실시예의 컬러필터의 구성을 모식적으로 설명하는 단면도이며, 도 1과 동일하게 컬러필터(FIL)의 한 색의 필터부분ㆍㆍ 여기서는 청(B) ㆍㆍ을 나타낸다. 상기한 제조방법에 의해 유리기판(SUB2)상에 B필터(FIL(B))를 형성한다.

이 B필터(FIL(B))는, 입사광의 일부를 특정 파장역(여기서는, B광의 주파수역)의 광(B)으로 변환하는 색변환 물질(TW(B))을 고용(固溶)한 파장변환 물질고용 폴리머(TWㆍPM(B))에, 특정 파장역(상동)의 광(B)만을 투과하는 필터물질로서 B의 안료(PG(B))를 함유시키고 있다.

도 5는 도 4의 임의의 부분의 두께방향의 구조를 등가적으로 설명하는 단면도이며, 도 4의 C-C'선 단면을 나타낸다. 도 5에 나타낸 바와 같이, B필터(FIL)(B)는, 기판(SUB2)측에서 안료(PG(B)), 파장 변환물질 고용폴리머(Solid Solution Layer including Wavelength Converting Material dissolved to Polymer Materials)(TWㆍPM(B)), 안료(PG(B)), 파장 변환물질 고용폴리머(TWㆍPM(B)), 안료(PG(B)), 파장변환물질 고용폴리머(TWㆍPM(B)) 순으로 적층한 구조로 간주할 수 있다.

본 실시예에서는, 폴리머(PM)는 아크릴 수지이며, 이것에 용해되어 고용체를 형성하는 파장 변환물질은 광 에너지의 여기로 청색의 주파수역의 광을 발광하는 형광체 염료(청색의 형광체 염료)이다.

본 실시예에서는, 단위체적당 염료(PG(B))의 입자수를 많게 할 수 있는(색이 옅음) 투과형 액정표시장치의 컬러필터에 적합하다.

도 6은 도 4에 나타낸 컬러필터가 규격화된 막두께와 투과율과의 관계를 나타내는 설명도이다. 여기서는, 안료(PG(B))가 파장 변환물질 고용폴리머(TWㆍPM(B))에 평균적으로 분산하여 존재하고 있는 것으로 나타낸다.

상기 도 3에 나타낸 제1실시예에서는, 색변환 물질(TW(B))이 청색 형광체 안료의 입자로서 폴리머(PM) 중에 안료(PG(B))와 함께 분산하고 있으므로, 컬러필터의 두께방향의 광투과율은 계단형상으로 되어 있었지만, 본 실시예에서는, 색변환 물질(TW(B))이 파장 변환물질 고용 폴리머(TWㆍPM(B))로 고용하고 있으므로, 컬러필터의 두께방향의 광투과율은 연속적으로 변화하고 있다.

다음에, 상기한 본 발명의 제1실시예와 제2실시예의 컬러필터에서의 색변환 작용(파장 변환작용 또는 주파수 변환작용)과 특정 파장역의 광을 흡수하는 작용을동일한 필터층 내에서 동시에 발생시킨 경우의 복합작용과 그 효과를 설명한다.

도 7은 색변환 작용을 갖지 않은 종래의 컬러필터에서 한 색의 분광투과 스펙트럼의 설명도이다. 여기서는, 녹색의 필터(이하, G필터)를 예로서 설명한다. 이 필터는, 조명장치에서의 방사광이 백색(W)인 경우, 그 대략 490㎚ ~ 580㎚의 파장역의 광을 투과하고, 그 이외의 파장역의 광을 흡수한다.

여기서, 어떤 파장 λ에서의 투과율(T(λ))과 흡광도(Absorbance)(Abs(λ)) 사이에 다음 식의 관계가 성립한다.

Abs(λ) = log(1/T(λ)) ……(1)

필터의 분광특성(Spectroscopic Characteristic)을 광의 흡수를 지표로 하여 나타내면, G필터는 도 7의 분광흡수 스펙트럼(Absorption Spectroscopic Profile)을 나타낸다.

물질의 광의 흡수는, 광과 물질을 구성하는 원자, 분자의 상호 작용에 의한 것이므로, 흡광도(Abs(λ))는 원자수, 분자수에 비례한다. 물질이 막인 경우에서, 이 막을 광이 통과하는 경우 흡광도(Abs(λ))는 그 막두께(t)에 비례한다.

즉,

Abs(λ) = k(λ)ㆍt ……(2)

로 나타낼 수 있다. 여기서, k(λ)는 흡광계수(Absorption Constant)이다.

상기 (1)식과 (2)식에서

T(λ) = 10^-k(λ).t……(3)

로 나타낼 수 있다.

도 8은 어떤 파장에서의 막두께에 대하여 (3)식을 플롯한 투과율의 설명도이며, 광이 막에 입사한 후에 어떤 막두께 위치(t)에서 어느 것만 투과하고 있는가를 나타낸다.

도 8에 나타난 바와 같이, 막두께 위치(t)에서 (3)식으로 나타나는 비율의 입사광이 투과하고 있고, 이 광을 그 위치에 존재하는 색변환 물질에 의해, 그 필터가 투과하는 파장으로 변환하면, 색변환 기능을 갖지 않는 필터에서는 흡수되는 광을 투과시킬 수 있고, 결과적으로 광의 이용효율을 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 어떤 과정이 광의 이용효율을 향상시킬 수 있는가를 시산(試算)한다. 도 9는 막두께와 흡광도 관계의 설명도이다. 통상의 컬러필터에서, 가장 낮게 설정하는 투과율은 1%, 필터의 막두께는 2㎛ 정도이므로, 이 값을 이용하여 도 9를 플롯하여 고치면 도 10에 나타낸 바와 같이 된다. 이 도면의 사선부를 적분한 값이 색변환 물질로 이용 가능한 광이 되어, 입사광의 약 22%를 이용할 수 있는 것을 알 수 있다.

여기서, 색변환 물질의 흡광(Optical Absorption)을 고려하여, 안료 등의 색료(Coloring Agent)의 최저 투과율의 설정을 보다 높게 하면, 더욱 많은 광량을 이용할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명은, 광을 흡수하는 타입의 컬러필터에서도, 막두께 위치에 의해서는 충분한 투과광량이 있으며, 색변환 물질에 의해 투과광량을 증가시킬 수 있다는 새로운 발견에 의거한 것이다.

이상과 같이, 본 실시형태에 관한 컬러필터에 의하면, 색순도(Color Purity)를 저하시키지 않고, 종래의 제조설비, 제조프로세스를 이용하여, 추가 공정 없이 용이하고 저렴하게 또, 높은 생산효율로 컬러필터를 얻을 수 있다.

도 11은, 본 발명에 의한 액정표시장치 컬러필터의 제3실시예의 구성을 모식적으로 설명하는 단면도이다. 이 컬러필터(FIL)는, 원색 내의 한 색만을 방사하는 조명장치(백 라이트)(BL)를 구비하며, 이 백라이트(BL)가 방사하는 파장역의 광을 흡수하여 다른 파장이 복수의 원색으로 변환하는 색변환 물질을 갖는 영역과, 필터물질도 색변환 물질도 갖지 않는 영역을 배열하고 있다.

상기 복수의 원색을 R, G, B의 3색으로 했을 때, 상측의 유리기판(SUB2)의 내면에 청색광(이하, B광)을 녹색광(이하, G광)으로 변환하는 색변환 물질을 함유한 B→R 변환층 영역, B광을 적색광(이하, R광)으로 변환하는 색변환 물질을 함유한 B→R 변환층 영역 및 필터물질도 색변환 물질도 갖지 않는 영역을 형성한다. 그리고, 백라이트로서 청색(이하, B)의 주파수역만을 방사하는 백라이트(BL(B))를 이용한다(도 14에는 B광 조명수단으로서 나타낸다).

도 12는 백라이트 방사광 스펙트럼의 설명도이며, a는 B광 조명수단 BL(B)의 방사광 스펙트럼, b는 도 3에서 설명한 종래의 백색광(이하, W광) 조명수단의 방사광 스펙트럼을 나타낸다. 단색발광(Monochromatic Radiation)의 B광 조명수단(BL(B))의 방사광 강도는 W광 조명수단의 B광의 방사광 강도보다 크며, 이 B광을 B→G 변환층 영역, B→R 변환층 영역에서 G광, R광으로 변환한다. 또한, 도 12는 상대치로 나타내고 있고, B광 조명수단(BL(B))의 최대치를 100으로 하고 있다.

도 13은 본 발명에 의한 액정표시장치 컬러필터의 제4실시예의 구성을 모식적으로 설명하는 단면도이다. 이 컬러필터(FIL)는, 적(R), 녹(G), 청(B) 모두 주파수역의 광을 방사하는 W광 조명수단(BL(W))을 구비하며, 이 백라이트(BL)가 방사하는 파장역의 광(W)을 흡수하여 다른 파장이 복수의 원색으로 변환하는 색변환 물질을 갖는 영역을 배열하고 있다.

원색을 R, G, B의 3원색으로 했을 때, 상측의 유리기판(SUB2)의 내면에 W광을 B광으로 변환하는 W→B 변환층, W광을 G광으로 변환하는 색변환 물질을 함유한 W→G 변환층 영역, W광을 R광으로 변환하는 색변환 물질을 함유한 W→R 변환층 영역을 형성한다.

도 14는 도 11 또는 도 13에 나타낸 컬러필터의 투과광 스펙트럼의 설명도이다. 도 11의 컬러필터에 B광 조명수단(BL(B))을 조합한 경우에는, 컬러필터의 투과광 스펙트럼은 도 14의 b, g, r로 나타낸 것과 같이 된다.

또한, 도 11의 컬러필터에 W광 조명수단(BL(B))을 조합한 경우에는 G광과 R광의 투과광이 B→G 변환층 영역, B→R 변환층 영역으로 증강되고, 도 14의 G', R'과 같이 된다. 따라서, 전체적인 밝기도 향상한다. 이 경우, B광은 W광이 되지만, 표시화상의 밝기를 지배하는 휘도성분은 W광이면 되므로, 오히려 밝기의 향상에 기여한다.

도 13의 컬러필터에 W광 조명수단(BL(B))을 조합한 경우에는, 각각의 주파수역의 광이 W광을 색변환 물질로 변환시키며, 도 14의 B', G', R'과 같이 된다. 따라서, 전체적인 밝기도 향상한다. 이 경우는, B광은 W광이 되지만, 표시화상의 밝기를 지배하는 휘도성분은 W광이면 되므로, 오히려 밝기의 향상에 기여한다.

본 실시예에 의해, 색순도를 유지하면서 종래 보다도 밝은 표시를 얻을 수 있다.

도 15는 본 발명에 의한 액정표시장치 컬러필터의 제5실시예의 구성을 모식적으로 설명하는 단면도이다. 또한, 도 16은 도 15의 효과를 설명하는 필터물질의 농도분포(밀도분포)에 의한 광의 흡수도와 투과율의 설명도이고, 필터와 이 필터에 함유되는 색변환 물질의 농도분포를 균일하게 한 경우와 광 입사측에서 크게 한 경우의 필터의 흡수도(Optical Extinction, 또는 흡광도)와 투과율의 설명도이다. 필터의 투과율은 도면의 c에 나타낸 것과 같이 되며, 색변환 물질의 농도분포를 균일하게 한 경우는 도면의 a, 광입사측에서 크게 한 경우(표면측 농도대)는 도면의 b에 나타낸 것과 같이 된다.

색변환 물질의 농도를 광입사측에서 크게 한 경우는 색변환 효과가 크고, 기판측에서 큰 경우는 색변환 효과는 작아진다.

컬러필터에 입사한 백색광(W광) 중, 필터에 포함되는 색재(필터물질)로 흡수되는 파장역의 광을 해당 필터물질과 동일한 필터에 포함되는 색변환 물질에 의해 파장변환하기 때문에, 해당 필터에서 출사하는 광을 증가시킨다. 이때, 컬러필터의 막두께 방향의 광입사측에서 색변환 물질의 함유농도를 크게함으로써, 색변환 효율을 향상시킨다.

또한, 컬러필터의 막두께 방향의 색변환 물질의 농도분포는, 도 16과 같이,연속적으로 하는 것에 한정하지 않고, 농도가 다른 2층, 혹은 그 이상의 다층 구조로 해도 되는 것은 도면에서 설명할 필요도 없다.

도 17은 특정 파장역의 광을 투과하는 필터물질과 입사광을 특정 파장역의 광으로 변환하는 색변환 물질을 동일층 내에 함유시킨 컬러필터 투과율의 설정범위의 설명도이다. 여기서는, R광에 대하여 설명한다. 도 17 중, a는 투과형의 컬러필터(Transparent-type Color Filter)의 경우, b는 반사형의 컬러필터(Reflection-type Color Filter)의 경우를 나타낸다.

투과형의 컬러필터에서는, 필터물질의 다른 색광(여기서는, B광과 G광)의 최저 투과율을 0%에서 약 10%의 범위로 한다. 결국, 다른 색광의 대부분은 투과하지 않게 한다.

이것에 비해, 반사형의 컬러필터로 하는 경우는, 투과형의 경우 보다도 전체적으로 투과율을 크게하여 밝기를 확보한다. 그 범위는 약 10% 이상, 약 50% 이하로 한다.

도 18은 본 실시예 컬러필터의 효과를 종래의 컬러필터와 비교하여 나타내는 흡광도와 투과율의 설명도이다. 도 18에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 컬러필터에서는, 흡광도와 투과율은 전체적으로 종래의 컬러필터 보다도 크게 되어 있다. 그 때문에, 밝은 표시를 얻을 수 있다.

다음에, 상기 실시예의 컬러필터를 이용한 액정표시장치의 제조 프로세스의 개요를 설명한다.

우선, 이미 알고 있는 박막 트랜지스터를 형성하는 프로세스와 동일하게 하여, 한쪽의 기판으로서 두께 0.7㎜ 또는 1.1㎜의 유리기판상에 성막과 패터닝을 반복하여 어모퍼스 실리콘으로 이루어지는 박막 트랜지스터, 축적용량과 화소전극, 소스전극 및 대향전극의 전극군을 형성한다.

박막 트랜지스터를 통하여 상기 전극군에 소정의 전압을 인가하는 복수의 영상신호선(드레인 배선), 드레인 전극, 대향전압 신호선 및 박막 트랜지스터의 도통을 제어하는 복수의 주사신호선(게이트 배선)과 게이트 전극을 격자모양으로 형성하여 액티브 매트릭스 기판을 제작한다.

박막 트랜지스터, 각 전극군 및 각 배선은 절연막과 보호막으로 피복한다. 그 후, 배향막 재료를 도포하여 소성(燒成)하고, 러빙처리에 의해 액정배향 제어기능을 부여한다.

또한, 다른 쪽의 기판인 컬러필터 기판으로서, 두께가 0.7㎜ 또는 1.1㎜의 유리기판상에 감광성의 흑색 레지스트를 도포하여, 소정의 패턴을 갖는 노광 마스크를 이용하여 노출하고, 현상, 소성하여 블랙 매트릭스를 형성한다.

다음에, 색변환 물질을 분산 혹은 고용시킨 감광성의 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 수지 레지스트를 사용하여, 상기와 동일한 노광, 현상, 소성의 포토리소그라피 공정을 반복하여 착색층(필터층, 또는 필터)을 형성하고, 3색 필터의 배열로 이루어지는 컬러필터를 형성한다.

상기의 방법 이외에, 이 필터는 오목(凹)판 인쇄법(Intaglio Printing Method), 잉크젯법(Inkjet Transferring Method), 디스펜서 도포법(Dispenser Coating Method) 등의 이미 알고 있는 방법을 이용할 수 있다.

필요에 따라, 컬러필터의 상층에 투명한 자외선 경화형의 수지 레지스트 혹은 열경화형의 수지를 전면에 도포하고, 자외선 조사 혹은 가열하여 컬러필터층을 보호, 평탄화하는 보호막을 형성한다. 또, 필요에 따라 액티브 매트릭스 기판과 컬러필터기판의 간격을 균일하게 하기 위한 비즈(Beads) 또는 기둥 모양 스페이서(Column-shaped Spacer)를 형성해도 된다.

상기와 같이 하여 제조한 액티브 매트릭스 기판과 컬러필터 기판을 대향시켜, 그 주변부를 액정 봉입구를 남겨 접착제로 고정하고, 2개의 기판 사이에 액정을 봉입한 후, 액정 봉입구를 밀봉한다.

도 19는 본 발명에 의한 액정표시장치의 구동수단의 일예를 설명하는 모식도이다. 액정표시기판의 액티브 매트릭스 기판의 유효 화소영역(AR)에 x방향(행방향)으로 연장하고, y방향(열방향)으로 병설된 게이트 배선(GL)과 대향전압 신호선(커먼배선)(CL)과 각각 절연되어 y방향으로 연장하고, x방향으로 병설된 드레인 배선(DL)이 형성되어 있다.

여기서, 게이트 배선(GL), 대향전압 신호선(CL), 드레인 배선(DL)의 각각에 의해 둘러싸인 구형상의 영역에 단위화소가 형성된다.

액정표시장치에는, 그 외부회로로서 수직주사회로(V) 및 영상신호 구동회로(H)가 구비되며, 상기 수직주사회로(V)에 의해 상기 게이트 배선(GL)의 각각에 순차적으로 주사신호(전압)가 공급되고, 그 타이밍에 맞추어 영상신호 구동회로(H)에서 드레인 배선(DL)에 영상신호(전압)를 공급하도록 되어 있다.

또한, 수직주사회로(V) 및 영상신호 구동회로(H)는, 액정구동 전원회로(PWU)에서 전원이 공급됨과 동시에, 호스트(CPU)에서의 화상정보가 컨트롤러(CONT)에 의해 각각 표시데이터 및 제어신호로 나뉘어 입력되게 되어 있다. 대향전압신호는 액정구동 전원회로(PWU)에서 단자(Vcom)를 통하여 인가된다.

도 20은 본 발명의 액정표시장치의 구동 파형도이다. 대향전압을 VCH와 VCL의 2값의 교류 구형파로 하고, 그것에 동기시켜 주사신호(VG(i-1)), VG(i)의 비선택 전압을 1주사기간마다, VCH와 VCL의 2값으로 변화시킨다. 대향전압의 진폭과 비선택 전압의 진폭값은 동일하게 한다.

영상신호전압은, 액정층에 인가하고자 하는 전압에서 대향전압 진폭의 1/2을 뺀 전압이다.

대향전압은 직류여도 되지만, 교류화함으로써 영상신호전압의 최대 진폭을 저감할 수 있고, 영상신호 구동회로(신호측 드라이버)로 내압이 낮은 것을 이용하는 것이 가능해진다.

본 발명에서 이용하고 있는 전계를 기판면과 평행하게 액정에 인가하는 횡전계 방식(IPS 방식)에서는, 전계를 기판면에 수직으로 인가하는 종전계 방식(TN 방식)과 달리, 화소전극과 대향전극으로 구성되는 용량(소위 액정용량)이 거의 없으므로, 화소마다 축적 Cstg가 설치된다.

이 축적용량(Cstg)은, 박막 트랜지스터(TFT)가 스위칭할 때, 화소전극전압(Vs)에 대한 게이트 전위변화(ΔVg)의 영향을 저감하도록 동작한다. 이 모습을 식으로 나타내면 다음과 같이 된다.

ΔVs = [Cgs / (Cgs + Cstg + Cpix)] ×ΔVg

여기서, Cgs는 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 전극(GT)과 소스전극(SDI)과의 사이에 형성되는 기생용량, Cpix는 화소전극(PX)과 대향전극(CT)과의 사이에 형성되는 용량, ΔVs는 ΔVg에 의한 화소전극전압의 변화분, 소위 피드스루전압(Feedthrough Voltage)을 나타낸다.

이 변화분(ΔVs)은 액정(LC)에 더해지는 직류성분의 원인이 되지만, 축적용량(Cstg)을 크게 할수록, 그 값을 작게 할 수 있다.

액정(LC)에 인가되는 직류성분의 저감은 액정(LC)의 수명을 향상시키고, 표시화면의 전환시에 전의 화상이 남는, 소위 잔상을 저감할 수 있다.

도 21은 액정표시장치의 각 구성부품을 나타내는 전개 사시도이다. 도면 중, SHD는 금속판으로 이루어지는 프레임 형상의 실드 케이스(금속 프레임), WD는 그 표시창, PNL은 액정표시패널, SPS는 광확산판, GLB는 도광체, RFS는 반사판, BL은 백라이트의 형광관, MCA는 하측 케이스(백라이트 케이스)이다. 액정표시장치는, 동도에 나타내는 바와 같이 상하의 배치관계에서 각 부재가 겹쳐져 모듈(MDL)로 조립된다.

모듈(MDL)은 실드 케이스(SHD)에 설치된 클릭(click)과 훅(hook)에 의해 전체가 고정되게 되어 있다. 여기서, 광체(筐體)(MD)는, 모듈(MDL)과 백라이트 케이스(MCA)와 조합된 것으로 한다.

백라이트 케이스(MCA)는, 백라이트 형광관(BL), 광확산판(SPS), 도광체(GLB), 반사판(RFS)을 수납하는 형상으로 되어 있고, 도광체(GLB)의 측면에 배치된 백라이트 형광관(BL)의 광을 도광체(GLB), 반사판(RFS), 광확산판(SPS)에의해 표시면에서 동일한 백라이트로 하여, 액정표시패널(PNL)측으로 출사한다.

백라이트 형광관(BL)에는 인버터 회로기판이 접속되어 있고, 백라이트 형광관(BL)의 전원으로 되어 있다.

또한, 본 발명은 횡전계 방식의 액정표시장치에 한정되지 않고, 종전계 방식, 그 이외의 액티브 매트릭스형 액정표시장치 및 단순 매트릭스형의 액정표시장치에도 동일하게 적용할 수 있다.

도 22는 본 발명에 의한 액정표시장치의 적용예를 설명하는 노트형 컴퓨터의 사시도이다. 이 노트형 컴퓨터(휴대형 퍼스널 컴퓨터)는 키보드부(본체부)와, 이 키보드부에 경첩으로 연결한 표시부로 구성된다. 키보드부에는 키보드와 호스트(호스트 컴퓨터), CPU 등의 신호생성기기를 수납하고, 표시부의 케이스에는 액정표시소자(PNL)의 주변에 구동회로기판(PCB1, PCB2), 컨트롤 칩(TCON)을 탑재한 PCB3 및 백라이트를 일체화 한 액정표시모듈과, 백라이트의 전원인 인버터 전원기판(IV) 등이 실장된다.

그리고, 상기 액정표시장치는 상기한 실시예의 어떤 컬러필터 구조를 가지고 있어, 색순도 및 밝기가 향상한 고품질의 화상표시를 가능하게 하고 있다.

도 23은 본 발명에 의한 액정표시장치의 제2실장예를 설명하는 단면도이다. 본 실장예는, 액정표시장치(PNL) 위에 조명장치(FL)를 적층하고, 그 위에 터치패널(TPL)을 설치하여 화면 입력형의 액정표시장치를 구성하고 있다.

액정표시장치(PNL)는 액티브 매트릭스형의 전형인 TN방식의 박막 트랜지스터(TFT)형의 액정패널이다. 액정표시장치(PNL)를 구성하는 박막 트랜지스터 기판(SUB1)의 내측에 박막 트랜지스터(TFT1) 및 화소전극(304a)을 갖는 화소가 복수로 형성되어 있다.

각 화소는, 인접하는 2개의 주사신호선과 인접하는 2개의 영상신호선과의 교차영역 내에 배치되어 있다. 박막 트랜지스터(TFT1)는 박막 트랜지스터 기판(SUB1)상에 설치된 제1의 반도체층(채널층)(AS), 그 위에 설치된 제2 반도체층(불순물을 포함한 반도체층)(r0), 또 그 위에 설치된 소스전극(SD1)과 드레인 전극(SD2)으로 구성되어 있다. 여기서는, 소스전극(SD1)과 드레인 전극(SD2)을 도전막(r1, r2)의 다층막으로 형성하고 있지만, r1만의 단층 도전막이어도 된다.

또한, 전압의 인가방법에 의해 소스전극과 드레인 전극의 관계가 역이 되고, SD2가 소스전극이, SD1이 드레인 전극이 되지만, 이하의 설명에서는, 편의상 SD1을 소스전극, SD2를 드레인 전극으로 한다.

PSV1은 박막 트랜지스터(TFT1)를 보호하는 절연막(보호막), 304a는 화소전극, ORI1과 ORI2는 각각 박막 트랜지스터(SUB1)측과 컬러필터 기판(SUB2)측에 접하는 액정(LC)을 배향시키기 위한 배향막, 308은 상측전극(공통전극)이다.

BM은 블랙 매트릭스(차광막)로서, 인접하는 화소전극(304a) 사이를 차광하고, 콘트라스트를 향상시키는 기능을 갖는다. 310은 상측전극(308)과 제1기판(301)상에 설치된 단자(g1, g2, r1, r2 및 r3의 다층금속의 도전막)를 전기적으로 접속하는 도전막이다.

박막 트랜지스터(TFT1)는, 절연 게이트형의 전해 효과형 트랜지스터와 동일하게, 게이트전극(GT)에 선택전압을 인가하면 소스전극(SD1)과 드레인 전극(SD2)의사이가 도통하여 스위치로 기능한다.

화소전극(304a)은 소스전극(SD1)에 접속되고, 드레인 배선(영상신호선)은 드레인 전극(SD2)에 접속되며, 게이트 배선(주사 신호선)은 게이트 전극(GT)에 접속되고, 주사신호선에 더하는 선택전압으로 특정의 화소전극(304a)을 선택하고, 영상신호선에 더한 계조전압을 특정의 화소전극(304a)에 공급한다. 도전막(g1)으로 형성한 Cst는 유지용량이며, 화소전극(304a)에 공급한 계조전압을 다음의 선택기간까지 유지하는 기능을 갖는다.

이 종류의 액티브 매트릭스형의 액정표시장치(PNL)는 화소마다 박막 트랜지스터 등의 스위칭 소자를 설치하고 있으므로, 다른 화소간의 크로스토크가 발생하는 문제가 없고, 전압 평균화법 등의 특수한 구동으로 크로스토크를 억제할 필요가 없기 때문에, 간단히 다계조 표시를 실현할 수 있다. 또한, 주사선수를 증가시켜도 콘트라스트가 저하하지 않는 등의 특징이 있다.

본 실시형태에서는, 화소전극(304a)은 알루미늄, 크롬, 티탄, 탄탈, 몰리브텐, 은 등의 반사성 금속막으로 구성하고 있다. 또, 화소전극(304a)과 박막 트랜지스터(TFT1)의 사이에는 보호막(PSV1)을 설치하고 있으므로, 화소전극(304a)을 크게 하여 박막 트랜지스터(TFT1)와 중첩되어도 오동작하지 않아 반사율이 높은 액정패널을 실현할 수 있다.

도 24는 도 23에 나타낸 액정표시장치를 실장한 정보처리장치 일예의 설명도이다. 이 정보처리장치는, 소위 휴대형 정보단말로도 칭하는 것으로, 본체부(547)와 표시부(548)로 구성된다. 본체부(547)에는 키보드(549), 마이크로 컴퓨터(551)를 갖는 호스트(정보처리부)(550), 배터리(552)를 갖는다.

표시부(548)에는 상기한 터치 입력형의 액정표시장치(400)가 탑재되고, 펜 수납부(557)에 수납되어 있는 펜(556)으로 표시부에 표시되어 있는 터치패널에 문자나 도형(558)을 입력하거나, 혹은 표시부에 표시되어 있는 아이콘(559)을 선택한다.

또한, 표시부(548)에는 보조광원장치에 케이블(555)을 통하여 점등전력을 공급하기 위한 인버터 전원(554)이 탑재되어 있다.

본체부에서의 표시를 위한 신호나 전압은, 인터페이스 케이블(553)을 통하여 표시부(548)에 탑재한 액정표시장치(400)를 구성하는 상기 액정패널의 인터페이스 커넥터(324)에 공급된다.

또한 이 정보처리장치에는, 케이블(561)로 휴대전화기(560)와 접속가능하게 되어 있고, 인터넷 등의 정보통신망에 접속하여 통신할 수 있게 되어 있다. 이 휴대전화기(560)의 표시부에도 본 발명에 의한 컬러필터를 이용한 액정표시장치를 이용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의한 액정표시장치를 이용함으로써 정보처리장치가 소형 또 경량화되고, 사용상의 편리성을 향상시킬 수 있다.

또한, 이 종류의 휴대형 정보단말의 형상이나 구조는 도시한 것에 한정하지 않고, 그 이외에 다양한 형상, 구조 및 기능을 구비한 것을 생각할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 입사하는 광의 일부를 특정 파장역의 광으로 변환하는 색변환 물질과, 입사한 광 중, 특정 파장역의 광만을 투과시키는 색재인 필터물질을 동일 폴리머(PM)층 내에 갖는 컬러필터를 구비함으로써, 광의 이용효율이 향상하고, 밝고 또 저소비전력의 액정표시장치를 제공할 수 있다.

또한, 색변환 물질과 필터물질을 혼합한 층을 동시에 형성하여 컬러필터를 제조하기 위해, 기존의 제조공정에 추가의 공정을 필요로 하지 않는다.

본 발명에 관한 몇 개의 실시예를 나타내고, 이들에 대하여 기술하였지만, 본 발명은 이것들에 한정되지 않고 당 업자가 알 수 있는 범위에서, 이것들로 행해지는 여러 가지의 변형 및 개선도 허용하는 것으로 이해되며, 따라서 본원 명세서에 첨부된 청구항의 범위는 본 명세서에 나타나고 또, 기재되어 있는 상세한 설명에 한정되지 않으며, 이러한 변형 및 개선도 모두 포함하는 것을 의미한다.

Claims

액정패널과, 상기 액정패널에 설치된 컬러필터를 가지며, 상기 컬러필터의 적어도 1개는, 이것들에 입사하는 광을 특정 파장역의 광으로 변환하는 색변환 물질과, 상기 특정 파장역의 광을 투과시키는 필터물질을 상기 적어도 1개의 컬러필터의 폴리머층에 구비하는 액정표시장치.
제1항에 있어서,

상기 필터물질은 안료로 이루어지며, 상기 색변환 물질이 상기 필터물질과 동등 또는 그 이하의 평균 입자지름의 형광체 입자로 이루어지는 액정표시장치.
제1항에 있어서,

상기 컬러필터의 적어도 1개는 상기 폴리머층에 함유되는 상기 색변환 물질의 층과 상기 필터물질의 층으로 이루어지는 2층 구조를 가지며, 상기 색변환 물질의 층은 상기 2층 구조의 광입사측에 있고, 상기 필터물질의 층은 상기 2층 구조의 광입사측과는 반대의 측에 있는 액정표시장치.
제1항에 있어서,

상기 폴리머층에 함유되는 상기 색변환 물질의 밀도가 상기 폴리머층의 광입사측에서 크고, 상기 필터물질의 밀도가 상기 폴리머층의 광입사측과는 반대의 측에서 큰 액정표시장치.
제1항에 있어서,

상기 색변환 물질은 상기 폴리머에 용해되어 고용체를 형성하는 염료인 액정표시장치.
제1항에 있어서,

상기 필터물질이 흡수하는 파장역의 최저 광투과율은 0% 보다 크고 또, 약 50% 이하의 범위에 있는 액정표시장치.
컬러필터영역과 원색의 제1색만을 포함하는 파장역의 제1광을 방사하는 조명장치를 구비하며,

상기 컬러필터 영역은, 상기 제1광을 흡수하여 상기 원색의 제1색과는 다른 제2색의 파장을 갖는 제2광으로 변환하는 제1색 변환물질을 갖는 제1영역과, 상기 제1광을 흡수하여 상기 원색의 제1색 및 제2색의 파장과는 다른 제3색의 파장을 갖는 제3광으로 변환하는 제2색 변환물질을 갖는 제2영역과, 필터물질 및 상기 제1 및 제2색 변환물질을 모두 갖지 않는 제3영역을 구비한 액정표시장치.
제7항에 있어서,

상기 제1색 변환물질 및 제2색 변환물질의 적어도 1개의, 상기 제1영역 및상기 제2영역의 적어도 1개의 함유밀도는, 그 막두께 방향에 따라 그 광입사측에서 커지는 액정표시장치.
제7항에 있어서,

상기 제1영역 및 상기 제2영역의 적어도 1개는 필터물질을 포함하고, 상기 제1 및 제2영역의 적어도 하나에서 상기 필터물질이 흡수하는 파장역 최저의 투과율은 0% 보다 크고 또 50% 이하의 범위인 액정표시장치.
한쌍의 기판과 상기 한쌍의 기판 한쪽면에 설치된 복수의 컬러필터를 갖는 액정표시패널과,

제1파장에 최대강도를 나타내는 제1광을 방사하는 조명장치를 구비하고,

상기 복수의 컬러필터는 상기 한쌍의 기판 한쪽면 내에 배치된 적어도 3개의 그룹으로 분류되고,

상기 적어도 3개의 그룹 중 제1그룹에 속하는 상기 복수의 컬러필터의 적어도 1개는 상기 제1광을 상기 제1파장과 다른 제2파장에 최대강도를 나타내는 제2광으로 변환하고,

상기 적어도 3개의 그룹 중 제2그룹에 속하는 상기 복수의 컬러필터의 적어도 1개는 상기 제1광을 상기 제1파장 및 상기 제2파장 모두 다른 제3파장에 최대강도를 나타내는 제3광으로 변환하고,

상기 적어도 3개의 그룹 중 제3그룹에 속하는 상기 복수의 컬러필터의 적어도 1개는 상기 제1광을 상기 제3그룹에 속하는 적어도 1개의 컬러필터를 통하여 전파시키는 액정표시장치.
제10항에 있어서,

상기 액정표시패널은 적어도 3개의 원색으로 화상을 표시하고, 상기 적어도 3개의 원색의 1개에 대응하는 제1 파장범위는 상기 제1파장을 포함하고, 상기 적어도 3개의 원색의 또 하나에 대응하는 제2 파장범위는 상기 제2파장을 포함하고, 또 상기 적어도 3개의 원색의 남은 1개에 대응하는 제3 파장범위는 상기 제3파장을 포함하는 액정표시장치.