KR20080061721A - 시야각 제어가 가능한 컬러 필터 기판 및 이를 이용한 액정표시 장치 - Google Patents

시야각 제어가 가능한 컬러 필터 기판 및 이를 이용한 액정표시 장치 Download PDF

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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.
액정 표시 장치, 광시야각, 협시야각, 배리어

Description

시야각 제어가 가능한 컬러 필터 기판 및 이를 이용한 액정 표시 장치{Color filter substrate controllable viewing angle and liquid crystal display using the same}
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 액정 표시 장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ＇라인을 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ＇라인을 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 3의 컬러 필터 기판을 나타낸 분해 사시도이다.
도 7은 도 3의 광시야각 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 3의 협시야각 모드를 설명하기 위한 도면이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
110: 액정 패널 111: 블랙 매트릭스
112: 컬러 필터층 120: 배리어(Barrier)
130: 백라이트 어셈블리(Backlight Assembly)
R, G, B: 컬러 픽셀 C: 제어 픽셀
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.
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.
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.
도 1 및 도 2에 나타난 시야각 제어 방식의 기본적인 원리는 다음과 같다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
도 2는 도 1의 액정 표시 장치를 협시야각 모드로 사용하는 경우를 도시한 것이다.
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.
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.
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.
즉, 시야각 제어를 목적으로 추가된 제1 액정층(80)에 전기장을 인가함으로써, 액정 표시 장치의 시야각이 떨어지게 되어 협시야각화가 이루어진다.
이와 같이, 하나의 액정 표시 장치를 통해 협시야각과 광시야각 모드의 전환이 가능하므로, 필요에 따라 융통성 있는 시야각 특성을 보일 수 있다.
그런데, 이러한 구조를 통하여 액정 표시 장치의 시야각 특성을 조절하게 되면, 화상을 표시하는 액정 패널 이외에 시야각 조절을 위한 별도의 액정 패널이 사용된다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 필터 기판 및 이를 이용한 액정 표 시 장치에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
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.
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.
액정 패널(110)은 일정한 간격을 두고 합착된 컬러 필터 기판 및 어레이 기판과 두 기판 사이에 형성된 액정층을 포함한다.
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.
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.
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.
블랙 매트릭스(111)는 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B)과 제어 픽셀(C)의 영역을 정의하게 된다.
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.
여기서, 배리어(120)의 개구부(122)는 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀(R, G, B) 각각에 대하여 동일 면적을 갖도록 형성된다.
백라이트 어셈블리(130)는 액정 패널(110)의 후면에 위치하여 액정 패널(110) 측으로 빛을 공급한다.
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.
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.
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.
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.
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.
협시야각 모드에서, 측면 방향에서 보이는 이미지를 왜곡하거나 측면에서의 화면 식별이 어렵게 하기 위해서는 여러 가지 방법을 사용할 수 있다.
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.
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.
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.
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.
그러면, 협시야각 모드에서 Iw의 값은 수학식 1을 만족하도록 제어된다.
Iw = Imax - (Ir + Ig + Ib)
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.
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.
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.
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.
도 3의 (b)는 배리어(120)가 제어 픽셀(C)의 상부에만 존재하는 구조와 비교하여 본 발명의 효과를 설명하기 위한 것이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
액정 패널(110)의 컬러 필터 기판은 도 6과 같은 구성을 가진다.
도 6을 참조하면, 컬러 필터 기판은 기판(113) 상의 블랙 매트릭스(111)과 컬러 필터층(112), 배리어(120)를 포함한다.
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.
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.
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.
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.
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.
그리고, 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 부분에 박막 트랜지스터가 형성되며, 박막 트랜지스터가 게이트 라인의 신호에 따라 데이터 라인의 신호를 각 화소 전극에 인가한다.
박막 트랜지스터는 기판 상의 게이트 전극과 그 상부의 게이트 절연막, 반도체층, 소스 및 드레인 전극을 갖는다.
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.
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.
도 7은 도 3의 광시야각 모드를 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 3의 협시야각 모드를 설명하기 위한 도면이다.
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.
이와 같이, 배리어(120)의 구조와 제어 픽셀(C)의 부가적인 신호 처리를 이용하면, 액정 표시 장치의 시야각 특성을 효율적으로 가변할 수 있다.
도 7의 (a) 및 (b)에 나타난 광시야각 모드에서는, 제어 픽셀(C)에 최저 휘도에 해당하는 블랙 신호가 인가된다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
또한, 본 발명에 따른 컬러 필터 기판 및 액정 표시 장치는 적절한 구조의 배리어를 통해 색의 왜곡 없이 광/협시야각 모드를 제어할 수 있다.

Claims (15)

  1. 기판 상에 형성되어 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀과 제어 픽셀을 정의하는 블랙 매트릭스;
    상기 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀과 상기 제어 픽셀에 형성된 컬러 필터층; 및
    상기 제어 픽셀 전체와 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러 픽셀의 외곽을 덮는 차단부가 형성된 배리어
    를 포함하는 컬러 필터 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스 및 상기 컬러 필터층은 상기 기판의 일면에 형성되고, 상기 배리어는 상기 기판의 반대면에 형성된 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배리어는,
    상기 적색, 녹색 및 청색 컬러 픽셀 각각에 대하여 동일 면적의 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀과 상기 제어 픽셀은 서로 인접하여 쿼드(Quad) 구조의 화소를 이루는 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배리어의 상기 차단부는,
    상기 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀의 좌우 양측에 위치한 부분이 상하 양측에 위치한 부분에 비해 넓은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어 픽셀은,
    화이트 레진이 사용된 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판.
  7. 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀과 제어 픽셀을 갖는 액정 패널;
    상기 제어 픽셀 전체와 상기 적색, 녹색 및 청색 컬러 픽셀의 외곽을 덮는 차단부가 형성된 배리어; 및
    상기 액정 패널의 하부에 위치하여 상기 액정 패널로 빛을 공급하는 백라이트 어셈블리
    를 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배리어는,
    상기 적색, 녹색 및 청색 컬러 픽셀 각각에 대하여 동일 면적의 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 액정 패널은 복수의 화소들이 매트릭스 형태로 배열되며, 상기 복수의 화소들 각각은 상기 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀과 상기 제어 픽셀이 서로 인접하여 쿼드(Quad) 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 배리어의 상기 차단부는,
    상기 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀의 좌우 양측에 위치한 부분이 상하 양측에 위치한 부분에 비해 넓은 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제어 픽셀은,
    화이트 레진이 사용된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 액정 패널은,
    협시야각의 범위 내에서 화상이 표시되는 협시야각 모드와 광시야각의 범위 내에서 화상이 표시되는 광시야각 모드가 스위칭되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 액정 패널은,
    상기 광시야각 모드에서 상기 제어 픽셀에 블랙 신호가 인가되고, 상기 협시야각 모드에서 상기 제어 픽셀에 화이트 신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 액정 패널은,
    상기 협시야각 모드에서, 상기 제어 픽셀과 인접하는 컬러 픽셀들의 휘도를 이용하여 상기 제어 픽셀의 휘도를 산출하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 액정 패널은,
    상기 제어 픽셀의 휘도를 Iw, 최대 휘도를 Imax라 하고, 상기 제어 픽셀과 인접하게 배치되는 적색, 녹색, 청색 컬러 픽셀의 휘도를 Ir, Ig, Ib라 할 때,
    상기 협시야각 모드에서 Iw의 값을 제어하여 수학식 Iw = Imax - (Ir + Ig + Ib)를 만족하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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