KR20060096570A - 액정표시소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 R,G,B의 패턴이 인쇄되어 있는 컬러필터 필름을 사용하는 액정표시소자에 있어서, R,G,B 경계부분에서 빛이 혼색되는 것을 방지하여 정확한 색상을 구현할 수 있도록 액정표시소자의 새로운 구조를 제안하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해서, 본 발명에 의한 액정표시소자는 제 1 기판 내측면에 형성된 게이트 배선, 데이터 배선, 박막트랜지스터 및 화소전극과, 상기 제 1 기판과의 사이에 액정층을 두고 상기 제 1 기판에 대향합착된 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 외측면에 부착된 컬러필터 필름과, 상기 제 1 기판 외측면에 부착된 편광필름을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

컬러필터 필름, 빛의 혼색, 편광필름, BM 필름

Description

액정표시소자{Liquid Crystal Display Device}

도 1은 종래 기술에 의한 액정표시소자의 단면도.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 컬러필터 공정을 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 의한 액정표시소자의 단면도.

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 의한 액정표시소자의 단면도.

도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 의한 액정표시소자의 단면도.

도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 의한 액정표시소자의 단면도.

도 7은 본 발명의 제 6 실시예에 의한 액정표시소자의 단면도.

도 8은 본 발명의 제 7 실시예에 의한 액정표시소자의 단면도.

도 9a, 도 9b 및 도 10은 본 발명에 의한 컬러필터 필름의 사시도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호설명

201 : 상부기판 202 : 하부기판

203 : 액정층 211 : BM 필름

212 : 컬러필터 필름 250 : 편광필름

본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로 특히, 컬러필터층의 공정을 간소화하기 위해 컬러필터 필름을 사용하는 액정표시소자에 관한 것이다.

근래 고품위 TV(high definition TV) 등의 새로운 첨단 영상기기가 개발됨에 따라 브라운관(CRT) 대신에 액정표시소자(LCD :Liquid Crystal Display), ELD(electro luminescence display), VFD(vacuum fluorescence display), PDP(plasma display panel) 등과 같은 평판표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

그 중에서도 액정표시소자는 평판 표시기의 대표적인 기술로써 박형, 저가, 저소비 전력 구동 등의 특징을 가져 랩 톱 컴퓨터(lap top computer)나 포켓 컴퓨터(pocket computer)의 표시 외에 차량 적재용, 칼라 TV의 화상용으로도 그 용도가 급속하게 확대되고 있다.

이러한 특성을 갖는 액정표시소자는 상부기판인 컬러필터(color filter) 기판과 하부기판인 TFT(Thin Film Transistor) 어레이 기판이 서로 대향되도록 배치되고, 그 사이에 유전 이방성을 갖는 액정이 형성되는 구조를 가지는 것으로, 화소 선택용 어드레스(address) 배선을 통해 수십 만개의 화소에 부가된 박막트랜지스터(TFT)를 스위칭 동작시켜 해당 화소에 전압을 인가해 주는 방식으로 구동되게 된다.

상기와 같은 액정표시소자를 제조하기 위해서는, 크게 트랜지스터 공정, 컬러 필터 공정, 액정셀 공정 등을 수행하여야 한다.

상기 트랜지스터 공정은 증착(deposition) 및 포토리소그래피 (photolithography), 식각(etching) 공정을 반복하여 유리 기판 상에 박막트랜지스터 배열을 제작하는 공정이다.

그리고, 상기 컬러 필터 공정은 블랙 매트릭스(black matrix)가 형성된 유리 기판 상에 일정한 순서로 배열되어 색상을 구현하는 적(Red), 녹(Green), 청(Blue)의 컬러필터층을 제작한 후, 공통전극용 ITO막을 형성하는 공정이다. 이때, 상기 컬러필터층은, 제작 방법에 따라 염색법, 안료 분산법, 코팅법, 전착법, 잉크젯법 등으로 분류할 수 있으며, 현재 TFT-LCD의 컬러필터층의 제조시 사용되는 가장 보편적인 방법은 안료 분산법이다.

또한, 액정셀 공정은 박막 트랜지스터가 완료된 유리기판과 컬러필터 공정이 완료된 유리기판을 두 기판 사이에 일정한 틈이 유지되도록 합착한 후, 그 틈 사이로 액정을 주입하여 액정층을 형성하는 공정이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 의한 액정표시소자를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 기술에 의한 액정표시소자의 단면도이다.

종래 기술에 의한 액정표시소자는 서로 대향하는 상,하부 기판(1,2) 사이에 액정층(3)이 형성되는바, 상기 하부 기판(2) 상에는 액티브 소자를 주사하는 게이트 배선(미도시)과, 각 화소에 영상신호를 인입하는 데이터 배선(35)과, 두 배선의 교차지점에 형성되는 화소전극(22)과, 상기 각 화소전극에 인입될 영상신호를 스위칭하는 박막트랜지스터(TFT)가 형성되어 있다.

그리고, 상부기판(1) 상에는 각 화소 사이의 구분과 광차단 역할을 하는 블 랙 매트릭스(11)와, R,G,B의 각 컬러 레지스트를 순차적으로 도포하여 형성된 컬러필터층(12)과, 상기 컬러필터층 상에 형성되어 상기 화소전극에 대향하는 공통전극(13)이 있다.

이와같이, 종래기술에 의한 액정표시소자는 컬러필터층이 상부기판 내측면에 형성되는데, 상기 컬러필터층을 형성하기 위해 염색법, 안료 분산법, 코팅법, 전착법, 잉크젯법 등의 복잡한 공정을 수행한다.

이 때, 상,하부 기판(1,2) 사이에는 기판 사이의 셀 갭을 유지하기 위해 4∼5㎛의 크기로 제작된 플라스틱 볼(plastic ball)이나 실리카(silica) 구와 같은 볼 스페이서(ball spacer, 15)가 전면에 대해 골고루 산포되어 있고, 기판 가장자리에는 액정의 외부누출을 방지하기 위해 마이크로 펄(micro pearl) 등을 섞은 씨일제(16)가 스크린 인쇄법에 의해 형성되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 액정표시소자는 다음과 같은 문제점이 있다.

즉, 종래에는 컬러필터층의 색좌표를 바꾸기 위해서는 착색된 컬러 레지스트를 R,G,B별로 바꾸어 사용하였는데, R,G,B 각 패턴을 형성하기 위해 패터닝 공정도 다수번 수행하였고, 컬러필터층의 두께도 불균일해진다.

따라서, 공정이 복잡해지고 공정시간도 많이 소요되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 컬러필터 필름을 기판에 부착하는 용이한 과정에 의해 색상을 구현하는 액정표시소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, R,G,B의 패턴이 인쇄되어 있는 컬러필터 필름을 사용하는 액정표시소자에 있어서, R,G,B 경계부분에서 빛이 혼색되는 것을 방지하여 정확한 색상을 구현할 수 있도록 액정표시소자의 새로운 구조를 제안하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 액정표시소자는 제 1 기판 내측면에 형성된 게이트 배선, 데이터 배선, 박막트랜지스터 및 화소전극과, 상기 제 1 기판과의 사이에 액정층을 두고 상기 제 1 기판에 대향합착된 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 외측면에 부착된 컬러필터 필름과, 상기 제 1 기판 외측면에 부착된 편광필름을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

즉, 필름형 R,G,B 컬러필터층을 기판 외측면에 부착하여 컬러필터층을 형성함으로써, 공정을 간소화하고 미스얼라인을 방지하는 특징으로 하며, 특히, R,G,B의 패턴이 인쇄되어 있는 컬러필터 필름을 사용하는 액정표시소자에 있어서, R,G,B 경계부분에서 빛이 혼색되는 것을 방지하여 정확한 색상을 구현할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 액정표시소자를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 8은 각각 본 발명의 제 1 내지 제 7 실시예에 의한 액정표시소자의 단면도를 나타낸 것이고, 도 9a, 도 9b 및 도 10은 본 발명에 의한 컬러필터 필름의 사시도이다.

본 발명에 의한 액정표시소자는, 도 2에 도시된 바와 같이, 대향하는 상,하 부 기판(101,102)과, 액정주입구를 제외하고 상기 하부 기판(102) 가장자리에 형성되어 상,하부 기판을 접착하는 씨일제(116)와, 상기 상,하부 기판(101,102) 사이의 셀 갭과 액정주입구에서의 셀 갭을 유지하기 위한 컬럼 스페이서(115)와, 상기 상,하부 기판 사이에 봉입된 액정층(103)과, 하부기판(102)의 외측면에 부착된 컬러필터 필름(112)으로 구성된다.

이 때, 상기 하부기판(102)의 내측면에는 수직 교차하여 화소를 정의하는 데이터 배선(135) 및 게이트 배선(도 4의 132)과, 두 배선의 교차 지점에 형성되어 각 화소의 온/오프(On/Off)를 결정하는 박막트랜지스터와, 상기 공통전극에 대향되어 액정을 구동하기 위한 전압을 인가하는 화소전극(122)이 형성되어 있다. 상기 박막트랜지스터는 상기 게이트 배선에서 분기된 게이트 전극(132a)과, 상기 게이트 전극에 절연되어 게이트 전극 상에 형성된 반도체층(134)과, 상기 데이터 배선(135)에서 분기된 소스/드레인 전극(135a,135b)으로 이루어진다.

그리고, 상부기판(101)의 내측면에는 상기 화소전극과 더불어 액정에 전압을 인가해주기 위한 공통전극(113)이 투명한 도전물질로 형성되어 있다.

그러나, 상기와 같은 액정표시소자의 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 하부기판을 통과하는 빛의 경로가 길어져 빛이 혼색되는 영역(D)이 커지는 문제가 있었다. 이와같이, 빛이 혼색되면, 정확한 색상을 구현하기 힘들어지는데, 혼색영역은 색상의 경계부분을 중심으로 발생하며, 화소를 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선의 근처에서 상기와 같은 혼색영역이 발생하였다.

따라서, 이하에서는 혼색영역을 축소 및 제거하기 위한 액정표시소자를 제안 할 것이다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 액정층(203)을 사이에 두고 대향합착된 상,하부 기판(201,202)과, 상기 하부기판(202) 외측면에 부착된 컬러필터 필름(212)과, 상기 컬러필터 필름(212) 외측면에 부착된 편광필름(250)으로 구성된다. 이 때, 편광필름(250)은 하부기판(202)과 컬러필터 필름(250) 사이에 삽입되어 형성될 수도 있다.(도 5참고)

이와같이, 컬러필터 필름(212) 내측 또는 외측에 편광필름(250)을 더 부착하게 되면, 편광필름(250)이 빛의 직진성을 향상시키는 특징에 의해 빛의 혼색영역(D)을 크게 줄일 수 있게 된다.

한편, 빛의 혼색영역(D)을 완전히 없애기 위해, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 컬러필터 필름(212)에 BM영역을 추가 형성할 수 있다. 즉, 잉크젯을 이용하여 투명기판 상에 R,G,B의 안료를 인쇄하고 R,G,B 색상 경계부분에 블랙 안료를 인쇄하여 BM영역을 추가형성하는 것이다. 이와같이, 컬러필터 필름(212)에 BM영역을 추가형성함으로써 컬러필터 필름을 통과한 빛의 혼색을 방지할 수 있다.

한편, 도시하지는 않았으나, 컬러필터 필름과 편광필름을 별도로 형성하여 부착하지 않고, 편광필름에 R,G,B의 안료를 직접 인쇄하여 컬러필터층을 형성할 수도 있다. 즉, 편광필름은 편광기재(基材) 필름인 PVA(Poly Vinyl Alcohol) 필름 이외에, 치수나 변형에 대한 안정성과 내마모성은 물론 우수한 투명성, 자외선 흡수성, 내구성, 빛의 반사방지를 위해 TAC(Triacetate Cellulose) 필름, DBEF-P (dual brightness enhancement film polarizer)필름, AG(Anti-Glare) 필름, AR(Anti- Reflection) 필름, 이형필름 및 보호필름 등의 여러장의 필름을 겹쳐서 제작하는데, 이중 어느 하나의 필름에 R,G,B의 안료를 인쇄하고 나머지 필름과 접착시켜 편광필름으로 형성하는 것이다. 따라서, 컬러필터 필름을 별도로 형성하지 않아도 되므로 액정패널 외측면에 부착되는 필름의 수를 줄일 수 있다.

이 때, R,G,B 안료의 경계부분에 블랙 안료를 더 추가 형성하여 BM영역을 추가 형성할 수 있음은 물론이다.

한편, 컬러필터 필름과 BM영역을 동일한 필름에 형성하지 않고 별도로 형성할 수 있는데, 도 8에 도시된 바와 같이, 컬러필터 필름(212)은 투명필름 또는 편광필름에 R,G,B의 안료를 인쇄하여 형성하고, BM필름(211)은 투명필름 상에 블랙의 안료를 인쇄하여 BM영역을 형성하는 것이다. 따라서, BM필름(211)을 한 모델에 대해서 일정한 모양으로 생산한 후 액정패널 외측면에 부착하기만 하면 되기 때문에 선폭이나 간격 등의 편차가 발생할 염려가 없으며, 블랙 매트릭스를 형성하기 위한 포토식각공정을 수행하는 것이 아니므로 공정이 용이해지고 패턴 사이의 마진에 의한 불량을 없앨 수 있다. 또한, BM 필름을 생산한 후, 액정표시소자의 크기에 맞게 잘라서 사용할 수 있으므로 공정이 간소해진다.

이때, 상기 BM필름(211)은, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 가로방향으로 BM영역이 형성된 것과 세로 방향으로 BM영역이 형성된 것을 겹쳐서 부착하거나 또는, 도 10에 도시된 바와 같이, 하나의 필름에 매트릭스 모양으로 BM영역이 형성된 것을 부착하여 사용할 수 있다.

이와같이, 본 발명에 의한 상부기판(101) 내측면에는 RGB의 컬러필터층과, RGB의 혼색을 방지하기 위한 블랙 매트릭스가 별도로 형성되지 않는 것을 특징으로 하며, 이로써 상부기판 제작 비용이 크게 절감되며, 저온 공정이 가능해져 유리 기판 이외에 플라스틱 기판 등의 다양한 재질의 기판을 사용할 수 있다.

이때, 종래의 R,G,B의 컬러필터층은 하부기판 외측면에 부착되는 컬러필터 필름(112)으로 대신하고, 종래의 블랙 매트릭스는 게이트 배선 및 데이터 배선으로 대신하며, 경우에 따라서는 컬러필터 필름에 BM영역을 동시에 형성하여 사용하거나 또는 컬러필터 필름과 별도로 BM필름을 제작하여 사용할 수 있다.

따라서, 색상이 착색된 레지스트를 도포 및 패터닝하여 컬러필터층을 형성하지 않아도 되므로 컬러필터층 형성을 위한 공정이 간소해지고, 또한, 블랙 매트릭스를 형성하지 않아도 되므로 개구율이 향상되고 블랙 매트릭스에 의한 합착 마진을 고려하지 않고 패턴을 설계할 수 있다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기와 같은 본 발명의 액정표시소자는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, R,G,B의 패턴이 인쇄되어 있는 컬러필터 필름을 사용하는 액정표시소자에 있어서, 컬러필터 필름과 함께 편광필름 또는 BM필름을 사용함으로써, R,G,B 경계부분에서 빛이 혼색되는 것을 방지하여 정확한 색상을 구현할 수 있게 된다.

둘째, 컬러필터 필름을 기판에 부착하는 용이한 과정에 의해 색상을 구현하는 액정표시소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

셋째, 본 발명에 의한 상부기판에는 RGB의 컬러필터층과, RGB의 혼색을 방지하기 위한 블랙 매트릭스를 별도로 형성하지 않으므로, 상부기판 제작 비용이 크게 절감되고 상,하부 기판 합착시 마진을 설정하지 않아도 된다.

넷째, 색상이 착색된 레지스트를 도포 및 패터닝하는 과정을 다수번 수행하여 컬러필터층을 형성하였던 종래와 달리, 컬러필터 필름을 기판 외측면에 부착하여 컬러필터층을 형성하므로 컬러필터층 형성을 위한 공정이 간소해지고 용이해진다.

다섯째, 본 발명에 의한 컬러필터 필름은 고온에서 제작되지 않으므로 유리 기판 이외에 플라스틱 기판 등의 다양한 재질의 기판을 사용할 수 있다.

여섯째, 본 발명에 의한 컬러필터 필름이 평탄하므로 별도의 오버코트층을 형성하지 않아도 되므로 공정 단가를 저감할 수 있다.

Claims (9)

1. 제 1 기판 내측면에 형성된 게이트 배선, 데이터 배선, 박막트랜지스터 및 화소전극과,

   상기 제 1 기판과의 사이에 액정층을 두고 상기 제 1 기판에 대향합착된 제 2 기판과,

   상기 제 1 기판 외측면에 부착된 컬러필터 필름과,

   상기 제 1 기판 외측면에 부착된 편광필름을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 컬러필터 필름은 R,G,B(Red, Green, Blue)로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 컬러필터 필름의 R,G,B 경계부분에 BM(Black Matrix) 영역이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 컬러필터 필름은 상기 제 1 기판과 편광필름 사이에 부착되는 것을 특 징으로 하는 액정표시소자.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 컬러필터 필름은 상기 편광필름 외측면에 부착되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 컬러필터 필름은 상기 편광필름과 일체형인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 편광필름은 다수개의 필름으로 구성되며, 상기 다수개의 필름 중 어느 하나의 필름에 R,G,B 패턴이 인쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 편광필름의 R,G,B 패턴 경계부분에 BM 영역이 더 인쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 기판 외측면에 BM 필름이 더 부착되는 것을 특징으로 하는 액정표 시소자.

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