KR20110090030A

KR20110090030A - 액정표시장치

Info

Publication number: KR20110090030A
Application number: KR1020100009589A
Authority: KR
Inventors: 백흠일
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2011-08-10

Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, R 컬러 필터, G 컬러 필터 및 B 컬러 필터를 포함한 컬러 필터 어레이 기판; 및 액정층을 사이에 두고 상기 컬러 필터 기판과 대향하는 TFT 어레이 기판을 구비한다. 상기 G 컬러 필터의 두께와 상기 B 컬러 필터의 두께는 상기 R 컬러 필터의 두께보다 얇다.

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

본 발명은 액정표시장치 특히, 컬러 필터의 두께를 줄인 액정표시장치에 관한 것이다.

액티브 매트릭스(Active Matrix) 구동방식의 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)는 스위칭 소자로서 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하 "TFT"라 함)를 이용하여 동영상을 표시하고 있다. 이 액정표시장치는 음극선관(Cathode Ray Tube, CRT)에 비하여 소형화가 가능하여 휴대용 정보기기, 사무기기, 컴퓨터 등에서 표시기에 응용됨은 물론, 텔레비젼에도 응용되어 빠르게 음극선관을 대체하고 있다.

액티브 매트릭스 액정표시장치는 TFT(Thin Film Transistor) 어레이 기판, 컬러 필터 어레이 기판, 및 그 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. TFT 어레이 기판 아래에는 백라이트 유닛(Back light unit)이 배치될 수 있다.

최근 저소비전력 및 32˝ 이하 크기의 LCD TV(television)을 중심으로, HDTV 색역(color gamut) 규정 ITU-R BT.709(International Telecommunication Union - Recommendation -Broadcasting service (television) 709, NTSC 대비 72%) 보다 작은 색역을 갖는 대신 투과율 향상을 통해 LCD TV의 저 소비전력과 낮은 제조 가격을 달성하기 위한 연구가 진행되고 있다. 색역 축소를 위해서는 컬러 필터 재료 및 구조, 광원 특성 등이 종합적으로 고려되어야 한다. 색감의 변화를 최소화하기 위하여, 색역을 줄이는 경우에 화이트(White) 색좌표(또는 상관 색온도(Correlated Color Temperature, CCT))는 변하지 않아야 한다.

색역을 줄이고 투과율을 높이기 위하여, 적(Red, R), 녹(Green, G) 및 청(Blue, B) 컬러 필터들의 두께를 줄이는 방안이 고려될 수 있다. 그런데, RGB 컬러 필터들의 두께를 균등하게 축소하면 영상 재현시에 R, G, B의 색 좌표 변화가 다르게 나타난다. 예컨대, RGB 컬러 필터들의 두께를 균등하게 축소하는 경우에 영상 재현시에 B와 R의 색좌표 변화가 G에 비하여 더 크고 특히, R의 색좌표 변화가 다른 색들에 비하여 육안으로 더 확연하게 보일 수 있다.

본 발명은 소비 전력과 제조 비용을 줄이기 위하여 색역을 좁히고 컬러 필터두께를 줄여 투과율을 높이는 경우에 R의 색재현 저하를 최소화하도록 한 액정표시장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 양상으로서, 본 발명의 액정표시장치는 R 컬러 필터, G 컬러 필터 및 B 컬러 필터를 포함한 컬러 필터 어레이 기판; 및 액정층을 사이에 두고 상기 컬러 필터 기판과 대향하는 TFT 어레이 기판을 구비한다.

상기 G 컬러 필터의 두께와 상기 B 컬러 필터의 두께는 상기 R 컬러 필터의 두께보다 얇다.

상기 R 컬러 필터의 두께는 1.8~2.2㎛ 사이이고, 상기 G 컬러 필터의 두께와 상기 B 컬러 필터의 두께는 1.6㎛ 이상이고 상기 R 컬러 필터의 두께 미만이다.

상기 G 컬러 필터의 두께와 상기 B 컬러 필터의 두께는 동일하다.

상기 액정표시장치의 색역은 HDTV 색역 규정 ITU-R BT.709 보다 작은 색역을 갖는다.

본 발명은 G 및 B의 컬러 필터 두께를 R 컬러 필터 두께 보다 낮게 축소하여 투과율과 휘도를 높이고 R의 색재현 저하를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 컬러 필터 기판의 단면 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 R, G 및 B 컬러 필터들의 두께를 줄일 때 색좌표의 변화를 보여 주는 도면이다.
도 4는 컬러 필터들의 두께 변화에 따른 색좌표를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 A, B, 및 C 액정표시장치의 색좌표에서 색 분포 조사실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 색 분포 조사 실험에 사용된 표준 동영상에서 일정 시간 간격으로 캡쳐링한 이미지들을 보여 주는 도면이다.
도 7은 A, B 및 C 액정표시장치의 색좌표, 화이트 색좌표값, 상관색 온도(K), 및 색역을 나타내는 도면이다.
도 8은 컬러 필터들의 두께 변화에 따른 색좌표 변화의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8의 xy 색좌표를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 8의 u'v' 색좌표를 나타내는 도면이다.

본 발명의 액정표시장치는 액정모드로 구분할 때 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 등의 액정모드로도 구현될 수 있다. 본 발명의 액정표시장치는 투과율 대 전압 특성으로 구분할 때 노말리 화이트 모드(Normally White Mode) 또는 노말리 블랙 모드(Normally Black mode)로 구현될 수 있다. 본 발명의 액정표시장치는 투과형 액정표시장치, 반투과형 액정표시장치, 반사형 액정표시장치 등 어떠한 형태로도 구현될 수 있다. 투과형 액정표장치와 반투과형 액정표시장치에서는 백라이트 유닛이 필요하다. 백라이트 유닛은 직하형(direct type) 백라이트 유닛 또는, 에지형(edge type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하도록 한다. 명세서 전처에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소를 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것으로, 실제 제품과는 상이할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 액정표시장치는 TFT 어레이 기판, 컬러 필터 어레이 기판, 및 그 기판들 사이에 형성된 액정층(LC)을 포함한다. TFT 어레이 기판 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다.

TFT 어레이 기판은 데이터라인들(DL)과 게이트라인들(GL)의 교차부마다 형성되는 TFT들, TFT에 접속된 화소전극(PXL), 화소전극(PXL)에 접속된 스토리지 커패시터(도시하지 않음) 등을 포함한다. 액정셀들은 TFT를 통해 데이터전압을 충전하는 화소전극과 공통전압이 인가되는 공통전극의 전압차에 의해 구동되어 빛의 투과양을 조정하여 비디오 데이터의 화상을 표시한다. 컬러 필터 어레이 기판은 블랙매트릭스(BM), 컬러 필터(CF(R), CF(G), CF(B)) 및 오버코트층(OCL)이 형성된다. 오버코트층(OCL)은 블랙 매트릭스(BM)와 컬러 필터(CF(R), CF(G), CF(B))를 덮는 투명 수지층으로써 액정층(LC)과 접하는 컬러 필터 어레이 기판의 내면을 평탄화한다.

액정층(LC)과 접하는 TFT 어레이 기판의 내면과 컬러 필터 어레이 기판의 내면 각각에는 액정의 프리틸트각(pre-tilt angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 공통전극(COM)은 TN 모드와 VA 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 컬러 필터 어레이 기판 상에 형성되고, IPS 모드와 FFS 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소전극(PXL)과 함께 TFT 어레이 기판 상에 형성된다. TFT 어레이 기판의 외면과 컬러 필터 어레이 기판의 외면 각각에는 편광판이 부착된다.

본 발명은 도 2와 같이 액정표시장치의 재현 색역을 HDTV 색역 규정 ITU-R BT.709 보다 작은 색역으로 좁히고 도 2와 같이 G 및 B 컬러 필터(CF(G), CF(B)의 두께(t2, t3)를 R 컬러 필터(CF(R))의 두께(t1)보다 얇게 하여 투과율을 높이고 화이트 색좌표와 R의 색좌표 변화를 최소화한다.

컬러 필터(CF(R), CF(G), CF(B))를 형성하는 방법으로는 염색법(dye method), 전착법(electrodeposition method), 안료분산법(pigment dispersion method), 인쇄법(print method) 등이 있다. 현재의 공정 기술로는 컬러 필터를 약 1.6㎛까지 두께를 축소하는 것이 가능하다. R, G, 및 B의 컬러 필터의 두께를 균등하게 2.2㎛로부터 1.6㎛까지 축소시키면, u'v' 색좌표는 도 3과 같이 변하고 색역이 좁아진다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, R, G, 및 B의 컬러 필터의 두께를 균등하게 2.2㎛로부터 1.6㎛까지 축소시키면 B 및 R 색좌표에 비해 G의 색좌표 변하가 작다. 또한, G 컬러 필터의 두께가 감소함에 따라 G의 u' 좌표값은 증가하고 G의 v' 좌표값은 감소한다. 이에 비하여, B 컬러 필터의 두께가 감소함에 따라 B의 u' 좌표값은 감소하고 B의 v' 좌표값은 증가한다. 따라서, 화이트(W)의 색좌표 대비 G의 색좌표와 B의 색좌표의 상대거리를 고려하면 컬러 필터의 두께 감소에 의해 초래되는 G의 색좌표와 B의 색좌표의 증감은 상쇄될 수 있다. 휘도와 투과율 향상에는 G 픽셀의 기여도가 R 및 B 픽셀보다 높다. 이러한 상황들을 고려하여, 본 발명은 R, G, 및 B 컬러 필터들(CF(R), CF(G), CF(B))의 두께를 균일하게 축소시키지 않고 G 및 B 컬러 필터들(CF(G), CF(B))의 두께를 R 컬러 필터(CF(R)) 보다 낮게 줄인다. 현재의 공정 기술을 고려하여, R 컬러 필터(CF(R))는 1.8~2.2㎛ 사이의 두께(t1)로, G 및 B 컬러 필터(CF(G), CF(B))는 1.6㎛ 이상 R 컬러 필터(CF(R))의 두께(t1) 미만의 두께(t2, t3)로 형성되는 것이 바람직하다.

도 4는 컬러 필터들의 두께 변화에 따른 색좌표 변화를 나타낸다. 도 4에서, 'A'는 R, G 및 B 컬러 필터(CF(R), CF(G), CF(B))의 두께가 2.2㎛로 균등한 액정표시장치의 72% 색역 색좌표이며, 'B'는 R, G 및 B 컬러 필터(CF(R), CF(G), CF(B))의 두께가 1.6㎛로 균등한 액정표시장치의 66% 색역 색좌표이다. 'C'는 본 발명의 실시예로서 G 및 B 컬러 필터(CF(G), CF(B))의 두께가 1.6㎛이고 R 컬러 필터(CF(R))의 두께가 2.2㎛인 액정표시장치의 65% 색역 색좌표이다. A, B, C 색좌표의 화이트 색좌표 값은 거의 변화가 없다. G 및 B 컬러 필터(CF(G), CF(B))의 두께가 1.6㎛이고 R 컬러 필터(CF(R))의 두께가 2.2㎛인 액정표시장치의 투과율은 R, G 및 B 컬러 필터(CF(R), CF(G), CF(B))의 두께가 균등하게 2.2㎛인 액정표시장치에 비하여 약 13% 정도 더 높아진다.

도 5는 A, B, 및 C 액정표시장치의 색좌표에서 도 6과 같은 HDTV 컬러 인코딩(color encoding) 규정의 소비전력 측정 표준 동영상(IEC(International Electrotechnical Commission) 62087)을 재현할 때 색 분포 조사 실험 결과를 나타낸다. G 및 B 컬러 필터(CF(G), CF(B))의 두께가 1.6㎛이고 R 컬러 필터(CF(R))의 두께가 2.2㎛인 액정표시장치는 R, G 및 B 컬러 필터(CF(R), CF(G), CF(B))의 두께를 균등하게 1.6㎛로 줄인 경우에 비하여 R 데이터 분포도를 향상시킬 수 있다. 도 7은 A, B 및 C 액정표시장치의 색좌표, 화이트 색좌표값, 상관색 온도(K), 및 색역을 나타낸다.

도 8은 컬러 필터들의 두께 변화에 따른 색좌표 변화의 다른 예를 나타낸다. 도 8에서, 'D'는 R, G 및 B 컬러 필터(CF(R), CF(G), CF(B))의 두께가 1.7㎛로 균등한 액정표시장치의 60% 색역 색좌표이며, 'E'는 본 발명의 다른 실시예로서 G 및 B 컬러 필터(CF(G), CF(B))의 두께가 1.6㎛이고 R 컬러 필터(CF(R))의 두께가 1.8㎛인 액정표시장치의 60% 색역 색좌표이다. D 및 E 색좌표의 화이트 색좌표 값은 거의 변화가 없다. G 및 B 컬러 필터(CF(G), CF(B))의 두께가 1.6㎛이고 R 컬러 필터(CF(R))의 두께가 1.8㎛인 액정표시장치의 투과율은 R, G 및 B 컬러 필터(CF(R), CF(G), CF(B))의 두께가 균등하게 2.2㎛인 액정표시장치에 비하여 약 15.6% 정도 더 높아진다. 도 9는 A, D 및 E 액정표시장치의 xy 색좌표이며, 도 10은 A, D 및 E 액정표시장치의 u'v' 색좌표이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아 니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

CF(R), CF(G), CF(B) : 컬러필터
OCL : 오버코트층

Claims

R 컬러 필터, G 컬러 필터 및 B 컬러 필터를 포함한 컬러 필터 어레이 기판; 및
액정층을 사이에 두고 상기 컬러 필터 기판과 대향하는 TFT 어레이 기판을 구비하고,
상기 G 컬러 필터의 두께와 상기 B 컬러 필터의 두께는 상기 R 컬러 필터의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 R 컬러 필터의 두께는 1.8~2.2㎛ 사이이고,
상기 G 컬러 필터의 두께와 상기 B 컬러 필터의 두께는 1.6㎛ 이상이고 상기 R 컬러 필터의 두께 미만인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 2 항에 있어서,
상기 G 컬러 필터의 두께와 상기 B 컬러 필터의 두께는 동일한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액정표시장치의 색역은 HDTV 색역 규정 ITU-R BT.709 보다 작은 색역을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.