KR100593611B1 - 액정 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 표시장치에 관한 것으로써, 액정 표시장치의 화이트 밸런스를 형성하기 위해 적, 녹, 청으로 이루어진 컬러필터가 형성된 제 1 기판과; 상기 컬러필터와 마주보며 형성되고, 상기 적, 녹, 청의 컬러필터와 각각 대응하며 형성된 화소전극과 상기 각 화소전극과 각각 접촉하는 스위칭 소자가 형성된 제 2 기판과; 상기 제 2 기판 하부에 형성된 백라이트를 포함하는 액정 표시장치로써, 상기 적, 녹, 청의 컬러필터는 실제적으로 동일한 두께를 가지며, 상기 적, 녹, 청의 컬러필터와 상기 각 컬러필터와 대응하는 각 화소전극으로 적, 녹, 청의 부화소를 이루며, 상기 각 부화소의 면적은 소정의 비율을 가지고, 상기 백라이트는 소정의 색온도를 갖는 액정 표시장치에 관해 개시하고 있다.

Description

액정 표시장치{liquid crystal display device}

도 1은 일반적인 액정 표시장치의 한 화소부에 해당하는 단면을 도시한 단면도.

도 2는 화소전극에 인가되는 전압에 따라 적, 녹, 청의 컬러필터층을 투과하는 빛의 투과율을 도시한 그래프.

도 3은 백라이트 광과 컬러필터의 분광 투과율 특성을 도시한 그래프.

도 4는 종래의 다른 액정 표시장치의 한 화소부에 해당하는 단면을 도시한 단면도.

도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치의 한 화소부에 해당하는 단면을 도시한 단면도.

도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치의 한 화소부에 해당하는 평면을 도시한 평면도.

도 6은 일반적인 액정 표시장치에서 요구하는 표준 백색광의 색좌표를 도시한 그래프.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 데스크 탑형 액정 표시장치의 화이트 밸런스와 종래의 액정 표시장치의 화이트 밸런스를 비교한 그래프.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 노트북형 액정 표시장치의 화이트 밸런스와 종래의 액정 표시장치의 화이트 밸런스를 비교한 그래프.

본 발명은 액정 표시장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 액정 표시장치의 백색 균형(white valance)의 향상을 위해 화소부의 단위화소의 면적을 조절하는 액정표시 장치에 관한 것이다.

최근 정보화 사회로 시대가 급진전함에 따라, 대량의 정보를 처리하고 이를 표시하는 디스플레이(display)분야가 발전하고 있다.

근대까지 브라운관(cathode-ray tube ; CRT)이 표시장치의 주류를 이루고 발전을 거듭해 오고 있다.

그러나, 최근 들어 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 시대상에 부응하기 위해 평판 표시장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었다. 이에 따라 색 재현성이 우수하고 박형인 박막 트랜지스터형 액정 표시소자(Thin film transistor-liquid crystal display device ; 이하 TFT-LCD라 한다)가 개발되었다.

TFT-LCD의 동작을 살펴보면, 박막 트랜지스터에 의해 임의의 화소(pixel)가 스위칭 되면, 스위칭된 임의의 화소는 하부광원의 빛을 투과할 수 있게 된다.

상기 스위칭 소자는 반도체층을 비정질 실리콘으로 형성한, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(amorphous silicon thin film transistor ; a-Si:H TFT)가 주류를 이루고 있다. 이는 비정질 실리콘 박막이 저가의 유리기판과 같은 대형 절연기판 상에 저온에서 형성하는 것이 가능하기 때문이다.

일반적으로 사용되는 TFT-LCD는 패널의 하부에 위치한 백라이트라는 광원의 빛에 의해 영상을 표현하는 방식을 써왔다.

상술한 TFT-LCD에 색을 표현하기 위해서는 상기 화소부를 통과한 빛에 착색을 시켜야 한다. 즉, 화소부를 통과한 빛이 착색되기 위해서는 적, 녹, 청색으로된 컬러필터 기판을 투과해야 한다.

도 1은 일반적인 컬러 TFT-LCD의 단면을 도시한 단면도로써, 상기 TFT-LCD는 화소전극(3a, 3b, 3c)이 형성된 하부기판(2)과, 컬러필터(5a, 5b, 5c)가 형성된 상부기판(4)과, 상기 상부기판(4)과 하부기판(2) 사이에 형성된 액정층(6)을 포함하는 액정 셀(10)과, 상기 하부기판(2) 아래에 형성된 백라이트(8)로 구성된다.

상기 백라이트(8)에서 방출된 백라이트 광이 착색되어 시각적으로 보이기 위해서는 상기 화소전극(3a, 3b, 3c)에 적절한 전압이 인가되어야 하고, 상기 화소전극에 인가된 전압에 의한 액정층(6)의 광투과율에 따라 백라이트 광이 투과되어야 한다.

만약, 백라이트(8)에서 방출된 백라이트 광을 백색으로 표현시키기 위해서는 빛의 3원색인 적(5a), 녹(5b), 청(5c)색의 컬러필터층에 공히 백라이트 광이 투과되어야 한다.

다른 색을 표현하기 위해서는 각각의 적(5a), 녹(5b), 청(5c)의 컬러필터층 으로 투과되는 빛의 양을 액정층(6)에 인가되는 전압으로 적절히 조절하면 된다.

그러나, 상기 적(5a), 녹(5b), 청(5c)색의 컬러필터층과 대응되는 각각의 화소전극(3a, 3b, 3c)에 동일한 전압을 인가해도 각 컬러필터층(5a, 5b, 5c)을 투과하는 빛의 투과량이 다르게 나타난다.

도 2는 화소전극에 인가되는 전압과 각 컬러필터층을 투과한 빛의 투과율을 비교한 도면으로써, 화소전압이 1.5 V를 기준으로 투과율은 적, 녹, 청의 순으로 적의 컬러필터를 투과할때의 투과율이 가장 큼을 알 수 있다.

즉, 적, 녹, 청색의 컬러필터의 두께가 동일하면 상기 적, 녹, 청의 컬러필터를 투과한 빛의 조합은 백색이 아닌 다른색이 된다. 상기와 같이 적, 녹, 청으로 조합된 백색의 정도를 화이트 밸런스(white balance)라 한다.

일반적인 액정 표시장치에서 요구하는 화이트 밸런스 즉, 표준 백색광은 색온도로 약 6500 ^o K 이다

도 3은 백라이트의 발광 스펙트럼과 컬러필터의 분광투과율 특성을 도시한 도면으로, 상기 백라이트 광은 적, 녹, 청의 3원색에서 발광이 강하게 나오도록 설계되어 있다.

도 2에 도시된 도면에서와 같이 각 컬러필터를 투과한 빛의 투과도가 다르게 나타나는 것, 즉, 액정 표시장치에서 요구하는 화이트 밸런스를 얻기 위해 도 3에 도시된 도면에서와 같이 백라이트 광의 스펙트럼을 적절히 조절할 필요가 있다.

또한, 화이트 밸런스를 보정하기위해 도 4에 도시된 도면에서와 같이 각 컬 러필터층의 두께를 다르게 하는 방법도 있다.

즉, 다시설명하면, 크기 및 두께가 일정한 화소전극(6)과 각 색의 컬러필터층(적, 녹, 청)의 두께를 차별화하여 형성하여, 화소전극과 컬러필터층의 간격이 L₁, L₂, L₃이 되게 하는 것이다.

상기 색좌표에 관해서는 본 발명의 실시예에서 자세히 설명한다.

상술한바와 같이 종래에는 액정 표시장치에서 요구하는 화이트 밸런스를 맞추기 위해 백라이트 광의 색좌표를 변경하거나 각 색(적, 녹, 청)의 컬러필터층의 두께를 차등하여 형성하는 방법을 채택했다.

그러나, 화이트 밸런스를 맞추기 위해 컬러필터층의 두께를 차등적으로 형성하면 도 4에 도시된 도면에서와 같이 각 화소간의 셀 갭(cell gap)이 불균일하게 되며, 따라서, 액정 셀의 설계시 설정된 △nd와도 차이가 발생하게 된다.

또한, 상기 화이트 밸런스를 맞추기 위해 각 색의 컬러필터층의 두께를 기존 조건보다 두껍게 해야하는 경우에는 백라이트 광의 투과율이 감소하게 되어 액정 표시장치에서의 휘도가 감소하게되는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 각 컬러필터층의 두께 차이에 의한 셀 갭의 차이 즉, △nd에 따른 액정 표시장치의 특성변화를 줄이는데 그 목적이 있다.

또한, 액정 표시장치의 휘도를 증가시키는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 적, 녹, 청으로 이루어진 컬러필터가 형성된 제 1 기판과; 상기 컬러필터와 마주보며 형성되고, 상기 적, 녹, 청의 컬러필터와 각각 대응하며 형성된 화소전극과 상기 각 화소전극과 각각 접촉하는 스위칭 소자가 형성된 제 2 기판과; 상기 제 2 기판 하부에 형성된 백라이트를 포함하는 액정 표시장치로서, 상기 적, 녹, 청의 컬러필터는 실제적으로 동일한 두께를 가지며, 상기 적, 녹, 청의 컬러필터와 상기 각 컬러필터와 대응하는 각 화소전극으로 적, 녹, 청의 부화소를 이루며, 상기 적, 녹, 청의 부화소는 상기 백라이트의 색온도에 따라 적 부화소가 가장 크고, 청, 녹 부화소 순으로 크기를 달리하며 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시장치를 제공한다.

그리고, 상기 각 컬러필터의 두께는 1.6μm 근처이고, 상기 백라이트의 색온도는 7000 ^oK 근처인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 적, 녹, 청의 부화소의 면적 비율은 각각 1.03 : 0.96 : 1.01인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

일반적으로 컬러 액정 표시장치에서 사용되는 화소의 개념은 부화소(sub pixel)이고, 빛의 3원색 즉, 적, 녹, 청의 부화소 3개가 합해져서 하나의 색을 표현하므로 상기 단위화소(unit pixel)는 부화소 3개가 합쳐진 개념이 된다.

도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치의 한 단위화소부에 해당하는 단면을 도시한 단면도이다.

도 5a에 도시된바와 같이 본 발명에 따른 액정 표시장치는 적, 녹, 청의 부화소(50a, 52a, 54a)가 형성된 하부기판(60)과, 상기 적, 녹, 청의 부화소(50a, 52a, 54a)와 각각 대응하는 적, 녹, 청의 컬러필터층(50b, 52b, 54b)이 형성된 상부기판(70)과, 상기 상부기판(70)과 상기 하부기판(60) 사이에 형성된 액정층(80)과, 상기 하부기판(60)의 아래에 형성된 백라이트(8)로 구성된다.

여기서, 본 발명의 가장 큰 특징은 상기 적, 녹, 청의 부화소(50a, 52a, 54a)의 면적이 각각 다르다는 것이다.

도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치의 평면을 도시한 평면도로써, 도시된 도면에서와 같이 적, 녹, 청의 각 부화소부는 그 크기가 다름을 알 수 있다. 종래의 액정 표시장치에서는 각각의 부화소가 동일한 면적, 즉, 적, 녹, 청의 부화소의 면적은 동일한 구조였다.

그러나, 본 발명의 실시예에서는 상기와 같은 적, 녹, 청의 각 부화소부의 면적 비율을 예를 들면, 1 : 0.7 : 1.3 정도로 구성하였다.

그리고, 본 발명의 또 다른 특징은 상기 적, 녹, 청의 컬러필터층(50b, 52b, 54b)의 두께가 모두 동일하다는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치에서는 화이트 밸런스를 형성하기 위 해 각 부화소부의 면적을 조절하는 방법을 채택하였다. 상기와 같이 부화소의 면적을 각각 다르게 형성함으로써, 각 컬러필터층의 두께를 동일하게 형성할 수 있고, 각 컬러필터층을 투과하는 빛의 면적이 각각 다르게 되어 액정 표시장치에서 요구하는 화이트밸런스를 조절할 수 있다.

액정 표시장치의 색은 백색, 검정색, 적색, 녹색, 청색 상태의 색좌표와 휘도를 측정한다. 이를 바탕으로 3원색에 대하여 색재현성(color reproduction)을 구한다.

또한, 백색 상태에서의 색온도(color temperature)를 측정하여 액정 표시장치에서 나오는 빛이 어떤 기준광원에 해당하는지를 알 수 있다. 도 6은 색재현성 즉, 색좌표를 도시한 도면이다.

상기 색좌표는 국제 조명위원회(International Commission on Illumination ; 이하, CIE라 한다)에서 1931년 단색광에 대한 컬러매칭 실험결과를 바탕으로 색좌표(CIE 1931)을 제정하여 오늘날 까지 사용하고 있다.

그리고, 액정 표시장치에서 요구하는 화이트 밸런스의 표준 백색광은 색온도 6500 ^oK에 대응하는 D₆₅ 이다. 즉, 도 6에 D 부분이 D₆₅ 에 해당하는 부분으로 그 값에 대한 색좌표는 W_x0.313, W_y0.329이다.

도 6은 일반적인 액정 표시장치에서 요구하는 색좌표를 도시한 그래프이다.

상기 색온도는 흑체(黑體)를 가열하였을 때, 색과 온도의 관계를 나타낸 것으로, 단위는 절대온도 K(Kelvin)로써 나타내고, 가스렌지의 불꽃을 보아도 알 수 있는 것처럼 온도가 높은 부분은 청색으로 변하고, 온도가 낮아지면서 노란색, 붉은색으로 변한다.

액정 표시장치의 상판 즉, 적, 녹, 청의 컬러필터층을 투과해서 조합된 화이트 밸런스의 색온도가 6500 ^oK를 기준으로 높을수록 청색편이 백색이 되고, 낮을수록 적색편이 백색이 된다. 따라서, 액정 표시장치의 경우 백색의 색좌표가 시인성을 결정하는 요소중의 하나이기 때문에 화이트 밸런스를 잘 유지해야 한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 데스크 탑(desk top) 모니터형 액정 표시장치의 색재현성을 측정한 색좌표로써, 컬러필터의 각 색(적, 녹, 청)의 안료두께를 1.6 μm 으로 하고, 백라이트광의 색온도 7000 ^oK 즉, 색좌표 D₇₀(0.307, 0.304)에서 측정한 결과이다.

즉, 상기 백라이트에서 방출되는 빛은 표준 백색광의 색온도인 6500 ^oK 보다 크기 때문에 약간 청색빛이 감도는 백색으로 보인다.

도 7에서보면 D₆₁(0.319, 0.347)로 표시된 부분이 종래 방식으로 제작된 액정 표시장치의 색좌표이다. 표준 백색광인 D₆₅를 기준으로볼 때, 적색빛이 감도는 백색광임을 알 수 있을 것이다.

즉, 종래에는 표준 백색광 D₆₅를 조절하기 위해 적, 녹, 청의 컬러필터층의 두께를 각각 달리하여 형성하였으며, 이에 따라 액정 표시장치의 휘도가 감소하고, 셀갭이 불균일하여 화질이 떨어지는 문제가 있었다. 그러나, 각 컬러필터층의 두께 를 균일하게 형성하여 색좌표를 측정하면 D₆₁(0.319, 0.347) 즉, 적색이 감도는 백색광이 조합된다.

즉, 실제적으로 상기 액정 표시장치에서는 백색으로 출력하는 영상이 사용자의 눈에는 적색편이된 백색으로 관찰된다. 상기와 같은 현상을 방지하기 위해서는 백라이트광의 색좌표값을 변경하거나 컬러필터층의 두께를 변경할 필요가 있다.

도 7의 D₆₆(0.310, 0.329)으로 표시된 부분은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치의 색좌표로써, 표준 백색광의 색온도 6500 ^oK, 색좌표 D₆₅(0.313, 0.329)을 기준으로 거의 눈에 띠지 않을 정도로 청색편이하고 있다. 이 때, 적, 녹, 청의 부화소 비율은 컬러필터층의 안료두께 1.6 μm, 백라이트 광의 색온도 7000 ^oK에서 바람직 하게는 각각 1.03 : 0.96 : 1.01 이다.

도 8은 노트북 컴퓨터형 액정 표시장치의 색재현성을 측정한 색좌표로서, 컬러필터층의 안료두께는 1.3 μm, 백라이트의 색온도는 8000 ^oK(0.296, 0.299)에서 측정한 결과이다.

상기와 같은 조건으로 측정한 종래의 액정 표시장치(부화소의 크기가 동일한 구조)에서의 색좌표는 도 8의 D₆₈(0.306, 0.299)부분, 색온도는 6800 ^oK정도가 된다. 즉, 적색편이가 심한 백색광이 출력되게 된다.

이에 반해 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치(부화소의 크기를 다르게 형성한 구조)에서는 색온도 6598 ^oK, 색좌표는 D₆₆(0.311, 0.329)정도로 표준 백색광의 색좌표 D₆₅(0.313, 0.329)와 비교해서 근소한 차이를 보이며 화이트 밸런스가 조절 됨을 알 수 있다. 이 때, 적, 녹, 청의 부화소의 크기 비율은 바람직하게는 각각 1.13 : 0.86 : 1.01 이다.

상기와 같이 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치는 적, 녹, 청의 부화소의 면적을 각각 달리 설계하여 화이트 밸런스를 맞추며, 이에 따라, 컬러필터의 두께로 화이트 밸런스를 맞추는 종래의 액정 표시장치에서 발생할 수 있는 셀갭의 불균일에 의한 화질저하를 방지할 수 있다.

또한, 충분히 컬러필터의 두께를 얇게하여 형성할 수 있으므로 액정 표시장치의 휘도를 향상할 수 있다.

상술한바와 같이 본 발명의 가장 큰 특징은 적, 녹, 청의 부화소의 면적을 각각 다르게 형성한다는 것이며, 컬러필터층의 두께와 백라이트의 색온도에 따라 화이트 밸런스를 형성하기 위해 상기 적, 녹, 청의 부화소 면적 비율을 적절히 조절할 필요가 있다.

본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치는 적, 녹, 청의 부화소의 면적을 각각 달리 설계하여 화이트 밸런스를 맞추며, 이에 따라, 컬러필터의 두께로 화이트 밸런스를 맞추는 종래의 액정 표시장치에서 발생할 수 있는 셀갭(△nd)의 불균일에 의한 화질저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 충분히 컬러필터의 두께를 얇게하여 형성할 수 있으므로, 액정 표시장치의 휘도를 향상할 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

1. 적, 녹, 청으로 이루어진 컬러필터가 형성된 제 1 기판과; 상기 컬러필터와 마주보며 형성되고, 상기 적, 녹, 청의 컬러필터와 각각 대응하며 형성된 화소전극과 상기 각 화소전극과 각각 접촉하는 스위칭 소자가 형성된 제 2 기판과; 상기 제 2 기판 하부에 형성된 백라이트를 포함하는 액정 표시장치로서,

   상기 적, 녹, 청의 컬러필터는 실제적으로 동일한 두께를 가지며, 상기 적, 녹, 청의 컬러필터와 상기 각 컬러필터와 대응하는 각 화소전극으로 적, 녹, 청의 부화소를 이루며, 상기 적, 녹, 청의 부화소는 상기 백라이트의 색온도에 따라 적 부화소가 가장 크고, 청, 녹 부화소 순으로 크기를 달리하며 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 각 컬러필터의 두께는 1.6μm 근처이고, 상기 백라이트의 색온도는 7000 ^oK 근처인 액정 표시장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 적, 녹, 청의 부화소의 면적 비율은 각각 1.03 : 0.96 : 1.01인 액정 표시장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 각 컬러필터의 두께는 1.3μm 근처이고, 상기 백라이트의 색온도는 8000 ^oK 근처인 액정 표시장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 적, 녹, 청의 부화소의 면적 비율은 각각 1.13 : 0.86 : 1.01인 액정 표시장치.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 스위칭 소자는 박막 트랜지스터인 액정 표시장치.

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