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KR102428241B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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KR102428241B1
KR102428241B1 KR1020150169533A KR20150169533A KR102428241B1 KR 102428241 B1 KR102428241 B1 KR 102428241B1 KR 1020150169533 A KR1020150169533 A KR 1020150169533A KR 20150169533 A KR20150169533 A KR 20150169533A KR 102428241 B1 KR102428241 B1 KR 102428241B1
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KR
South Korea
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green
color filter
liquid crystal
pigment
phosphor
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이상욱
김다은
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 녹색 컬러필터를 구성하는 색소를 새롭게 변경, 조합하고, 변경된 색소 조합을 가지는 녹색 컬러필터에 대응하는 형광체를 구비한 새로운 광원을 채택한 액정표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 따라 녹색 컬러필터를 구성하는 색소와 백라이트 유닛을 구성하는 광원의 형광체를 변경함으로써, 녹색 컬러필터를 통과하는 빛의 Adobe RGB 색좌표와의 중첩비 및 DCI 색좌표와의 중첩비는 물론이고, 휘도를 개선할 수 있다. 따라서 본 발명의 액정표시장치를 사용하면, 색 재현율 및 휘도를 향상시킬 수 있으므로, 고화질의 영상을 구현할 수 있다.

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLY DEVICE}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 색 재현율 및 휘도가 향상되어 고화질을 구현할 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치(liquid crystal display device, LCD)는 LCD는 액정의 광학적 이방성(optical anisotropy)과 분극 성질(polarization)을 이용하여 화상을 구현한다. 액정표시장치는 동화상 표시에 유리하고 콘트라스트비(Contrast Ratio, CR)가 큰 특징을 가지고 있어, 현재 TV, 모니터 및 휴대폰 등의 표시소자로 널리 이용되고 있다.
액정표시장치는 일반적으로 나란한 두 기판(substrate) 사이에 액정층을 개재하여 합착시킨 액정패널(liquid crystal panel)을 필수 구성요소로 하는데, 액정패널 내로 인가된 전기장에 의하여 액정 분자의 배열 방향을 변화시켜 투과율 차이를 구현한다. 하지만 액정패널은 자체 발광요소를 갖추지 못한 관계로 투과율 차이를 화상으로 표시하기 위해서 별도의 광원을 요구하고, 이를 위해 액정패널 배면에는 광원(光源)이 내장된 백라이트(backlight)가 배치된다. 백라이트 유닛의 광원으로 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL), 외부전극형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp), 그리고 발광다이오드(Light Emitting Diode: LED, 이하 LED라 함) 등을 사용한다.
보통, 액정패널을 구성하는 2개의 기판 중에서 어레이기판에는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)가 구비되며, 컬러필터기판의 내면으로는 각각의 화소에 대응되어 적(R), 녹(G), 청(G)색의 컬러필터 패턴 및 블랙매트릭스가 구비된다.
따라서 액정패널의 배면에 위치하는 백라이트 유닛으로부터 발산된 광은 액정패널을 투과하는 과정에서 컬러필터 패턴의 색 조합이 반영되어 컬러 화상의 형태로 디스플레이 된다. 한편, 액정표시장치의 광원으로 통상 사용되는 LED는 광을 발하는 LED 칩과 형광체로 이루어지는데, LED 칩으로부터 광이 방출되면, 방출된 광은 형광체를 여기시켜 백색광을 발하게 된다.
종래, 녹색 컬러필터 패턴을 구현하기 위한 색소로서 Green 7 및/또는 Green 58 등의 안료가 주로 사용되었다. 이들 색소는 일반적으로 분산체의 형태로 용매에 분산되고, 경화 반응에 관여하는 모노머, 바인더 수지 및 광중합 개시제 등과 혼합되어 UV 등을 이용한 포토리쏘그라피 공정을 통하여 컬러필터기판에 적절한 패턴을 가지면서 배치된다.
그런데 최근 액정표시장치에서 고화질을 구현할 필요가 증가함에 따라 이들 컬러필터 패턴을 통과한 컬러의 색 재현성이나 휘도 등을 증가시켜야 한다. 고화질 구현을 위하여 최근의 디스플레이 장치에서는 Adobe 색좌표 규격 및 DCI(digital cinema initiative) 색좌표 규격을 충족할 필요가 있다. 하기 표 1은 고화질 디스플레이 장치에서 요구되는 Adobe 색좌표 규격과 DCI 색좌표 규격을 나타낸다.
Adobe 색좌표 규격 및 DCI 색좌표 규격
구분 Rx Ry Gx Gy Bx By
Adobe 규격 0.640 0.330 0.210 0.710 0.150 0.060
DCI 규격 0.680 0.320 0.265 0.690 0.150 0.060
그런데, 종래의 안료를 조합하여 제조되는 녹색 컬러필터를 통하여 구현되는 컬러는 고품질의 디스플레이 장치에서 요구되는 규격을 모두 충족하지는 못하였다. 예를 들어, 종래 녹색 색소를 포함하는 레지스트 조성물을 경화하여 얻어진 녹색 컬러필터에서의 색채 재현율과 관련해서, Adobe 규격에 따른 RGB 색좌표와의 중첩비는 어느 정도 충족하였으나, 다른 규격인 DCI 색좌표와의 중첩비를 충족하지 못하여 색채 재현에 한계가 있었다. 뿐만 아니라, 종래 녹색컬러 필터를 통과한 빛의 휘도 역시 고품질의 디스플레이 장치에 적용되기에는 만족스럽지 못하였다.
따라서 종래의 녹색 색소를 사용하여 녹색 컬러필터를 통하여 구현되는 녹색 및/또는 청색 색좌표를 상향하기 위해서는 녹색 색소에 의해 제조되는 컬러필터의 두께를 증가시켜야 한다. 컬러필터의 두께가 증가될수록 색소의 함량이 많아지기 때문에, 공정성 확보가 어렵고 특히 레지스트 공정이 불가능하게 되는 문제점이 발생하였다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 색 재현율 및 휘도를 향상시켜 고화질을 구현할 수 있는 액정표시장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 Adobe 색좌표와의 중첩비 100% 및 DCI 색좌표와의 중첩비 99% 이상을 충족하여 고화질을 구현할 수 있는 액정표시장치를 제공하고자 하는 것이다.
전술한 목적을 가지는 본 발명은 녹색 컬러필터에 적용되는 색소와, 상기 색소에 대응되는 광원을 조정하여 색 재현율 및 휘도가 우수한 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 액정표시장치는 녹색 컬러필터에 포함되는 색소로서 Green 59, Green 7 및 Y 129 안료를 각각 예를 들어 58~62 중량부, 18~21 중량부, 19~21 중량부로 배합하고, 백라이트 유닛을 구성하는 LED 광원에 포함되는 형광체로서 발광 피크 파장이 600~670 nm인 적색 형광체와 피크 파장이 530~540 nm인 녹색 형광체를 청색 LED 칩과 혼합함으로써, Adobe RGB 중첩비와 DCI 중첩비를 거의 100% 만족할 수 있으며, 녹색 컬러필터를 통과하는 빛의 휘도를 개선한다.
본 발명은 녹색 컬러필터용으로서 새로운 색소를 조합하고, 컬러필터의 색소에 대응되는 피크 파장을 가지는 형광체를 포함하는 광원을 채택함으로써, Adobe RGB 색좌표와의 중첩비 100% 및 DCI 색좌표와의 중첩비 99% 이상을 구현하였다. 또한, 본 발명에 따라 녹색 컬러필터에 적용되는 색소와, 백라이트 유닛을 구성하는 광원에 포함되는 형광체를 조합하여, 종래에 비하여 휘도가 향상된 액정표시장치를 제조할 수 있다.
이처럼 본 발명에 따른 녹색 컬러필터에 포함되는 색소를 조합하고, 색소에 대응되는 적절한 피크 파장을 가지는 형광체를 LED 광원에 포함함으로써, 색채 재현율 및 휘도가 크게 향상된 고품질의 액정표시장치를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 LED를 광원으로 사용하는 액정표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 액정표시장치를 개략적으로 도시한 분해사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 액정표시장치를 구성하는 액정패널의 일부 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 사용된 녹색 색소의 파장과 투과율을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 조합된 색소의 투과율과 발광 파장을 측정한 결과를 도시한 그래프이다. 도 5a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 Green 59, Green 7, Yellow 129가 60:20:20의 중량비로 혼합된 색소의 투과율과 발광 파장을 종래 녹색 컬러필터에 적용되었던 색소의 투과율과 파장과 비교한 결과를 도시한 그래프이다. 도 5b는 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따라 Green 59, Green 7, Yellow 129가 다른 비율로 혼합된 색소의 투과율과 발광 파장을 측정한 결과를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 청색 LED 칩과 함께 LED 광원으로 사용된 녹색 및 적색 형광체의 발광 파장을 측정한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 녹색 안료가 배합된 컬러필터와 LED 광원을 사용한 경우의 Adobe 색좌표와의 중첩비, DCI 색좌표와의 중첩비 및 휘도(GY)를 측정한 그래프이다. Green 59, Green 7, Yellow 129를 각각 100:0:0부터 0:50:50까지 순차적으로 배합한 경우의 측정 값을 도시하고 있다.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 녹색 안료가 배합된 컬러필터와 LED 광원을 사용한 경우의 색좌표 상의 면적과 중첩비를 도시한 그래프이다. 도 8a는 Green 59, Green 7, Yellow 129를 각각 100:0:0부터 0:50:50까지 순차적으로 배합한 경우의 녹색 영역의 색좌표 값을 Adobe 규격과 DCI 규격과 비교하여 표시하였다. 도 8b는 Green 59, Green 7, Yellow 129가 58:21:21 내지 62:19:19의 중량비로 배합된 경우의 녹색 영역의 색좌표 값을 Adobe 규격과 DCI 규격과 비교하여 표시하였다.
도 9는 종래 기술에 따라 녹색 안료가 배합된 컬러필터와 종래 LED 광원을 사용한 경우의 색좌표 상의 면적과 중첩비를 도시한 그래프이다. Green 7과 Yellow 129가 50:50의 중량비로 배합한 경우의 녹색 영역의 색좌표 값을 Adobe 규격과 DCI 규격과 비교하여 표시하였다.
본 발명은 박막트랜지스터가 구비된 제 1 기판과, Green 59 안료, Green 7 안료 및 Yellow 129 안료가 배합된 녹색 색소를 함유하는 녹색 컬러필터 패턴을 포함하는 제 2 기판을 포함하는 액정패널과; 상기 액정패널의 하부에 위치하는 반사판과, 상기 반사판 상에 배열되며, 청색 LED 칩과, 녹색 형광체와, 적색 형광체를 포함하는 LED와, 상기 LED의 상부에 위치하는 광학시트로 이루어지는 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 상기 녹색 색소는, 상기 Green 59 안료 58~62 중량부, 상기 Green 7 안료 19~21 중량부 및 상기 Yellow 129 안료 19~21 중량부의 비율로 배합될 수 있다.
상기 적색 형광체는 600~660 nm 범위의 피크 파장을 가지는 적색 형광체를 포함한다.
예를 들어, 상기 적색 형광체는 KSF(K2SiF6:Mn4+), KTF(K2TiF6:Mn4+), Ca2Si5N8:Eu2+, Sr2Si5N8:Eu2+, Ba2Si5N8:Eu2+, CaAlSiN3:Eu2+, SrS:Eu2+, CaS:Eu2+ 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
상기 녹색 형광체는 530~540 nm 사이의 피크 파장을 가지는 녹색 형광체일수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 상기 녹색 형광체는 SiAlON:Eu2+, SrSi2O2N2:Eu2+ 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
이하, 필요한 경우에 첨부하는 도면을 사용하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 LED를 광원으로 채택하는 액정표시장치의 개략적인 단면도, 도 2는 본 발명의 예시적인 실시형태에 액정표시장치를 개략적으로 도시한 분해사시도, 도 3은 도 2에 도시한 액정표시장치를 구성하는 액정패널의 일부 분해 사시도이다. 이들 도면에 도시한 것과 같이,
도시한 것과 같이, 액정표시장치(100)는 액정패널(110)과 백라이트 유닛(220)으로 크게 구분되며, 백라이트 유닛(220)은 서포트메인(230)과, 탑커버(240) 및 커버버툼(250) 등을 통해 액정패널(110)에 연결된다.
액정패널(110)에 대해서 보다 구체적으로 살펴보면, 어레이기판(112, 하부기판, 제 1 기판)의 일면에는 복수개의 게이트배선(116)과 데이터배선(118)이 종횡 교차하여 화소영역(P)을 정의하고 있다. 이들 두 배선(116, 118)의 교차지점에는 박막트랜지스터(T)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 투명 화소전극(124)과 일대일 대응 접속된다.
한편, 액정층(150)을 사이에 두고 어레이기판(112)에 대향하는 컬러필터기판(114, 상부기판, 제 2 기판)이 배치된다. 컬러필터기판(114)의 일면에는 어레이기판(112)의 게이트배선(116)과 데이터배선(118), 그리고 박막트랜지스터(T) 등의 비표시 요소를 가리면서 화소전극(124)만을 노출시키도록 화소영역(P)을 두르는 격자 형상의 블랙매트릭스(132)가 구성된다. 이들 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열되는 일례로 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터층(134) 그리고 이들 모두를 덮는 투명 공통전극(136)을 포함한다.
이때, 본 발명의 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터층(134)을 구성하는 컬러필터 패턴 중에서 녹색(G) 컬러필터 패턴을 구성하는 색소는 Green 59 안료, Green 7 안료 및 Yellow 129 안료가 배합된 것을 사용할 수 있다. 본 명세서에서 이들 안료는 각각 G58 안료, G7 안료, Y129 안료로 약칭될 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 녹색(G) 컬러필터 패턴의 녹색 색소는 Green 59 안료 58~62 중량부, Green 7 안료 19~21 중량부, Yellow 129 안료 19~21 중량부의 비율로 배합될 수 있다. 본 명세서에서 달리 언급하지 않는 한 용어 중량부는 배합되는 성분 사이의 중량 비율을 의미한다. 본 발명에 따라 녹색(G) 컬러필터 패턴을 구성하는 녹색 안료의 구조가 하기에 표시되어 있다.
Green 59
Figure 112015117169465-pat00001
Green 7
Figure 112015117169465-pat00002
Yellow 129
Figure 112015117169465-pat00003
본 발명에 따라 녹색(G) 컬러필터 패턴의 색소로서 Green 58, Green 7 및 Yellow 129를 배합하면, 고화질 표시장치에서 요구되는 Adobe 색좌표와의 중첩비 100%와 DCI 색좌표와의 중첩비 99% 이상을 충족할 수 있으며, 종래에 비하여 투과도, 휘도가 향상되어 고화질의 표시장치를 구현할 수 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
한편, 예시적인 실시형태에 따르면, 적색(R) 컬러필터 패턴을 구성하는 색소는 Red 254 안료와 Red 177 안료가 예를 들어 50:50의 중량비로 배합된 안료를 사용할 수 있으며, 청색(B) 컬러필터 패턴을 구성하는 색소는 Blue 15:6 안료를 단독으로 사용하거나, Blue 15:5 안료와 Violet 염료가 예를 들어, 87:13의 중량비로 배합된 색소를 사용할 수 있다. 하지만, 적색(R) 컬러필터 패턴을 구성하는 색소와 청색(B) 컬러필터 패턴을 구성하는 색소는 그 외에도 다른 안료 및/또는 염료를 사용할 수 있다.
본 발명에 따라 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 컬러필터 패턴은 전술한 색소를 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 컬러필터 패턴의 화소에 대응되는 전술한 색소를 용매 및 바인더 수지 등에 분산시킨 컬러필터용 레지스트 조성물을 포토리쏘그라피(photolithography) 공정을 이용하여 미세 화소를 형성하는 안료/염료 분산법을 사용하여, 각각의 화소 영역에 대한 컬러필터 패턴을 구현할 수 있다.
예를 들어, 녹색(G) 컬러필터 패턴을 형성하기 위한 레지스트 조성물은 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트(PGMEA), 프로필렌글리콜 메틸에테르(PGME), 프로필렌글리콜 프로필에테르(PGPE), 프로필렌글리콜 에틸에테르아세테이트(PGEEA) 등과 같은 용매, G59/G7/Y129가 조합된 색소, 경화 반응에 관여하는 아크릴계 바인더 수지나 카도계 바인더 수지와 같은 바인더 수지, 아크릴계 단량체와 같은 광중합 단량체, 및 광중합개시제로 구성될 수 있으며, 필요에 따라 색소를 분산시키기 위한 분산제, 계면활성제, 커플링제와 같은 기능성 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 컬러필터용 레지스트 조성물은 포토리쏘그래피 공정을 통하여 컬러필터 패턴을 구성할 수 있다. 구체적으로, 컬러필터용 레지스트 조성물을 기판에 도포하고, 도포된 레지스트 조성물에 대한 프리-베이킹(pre-baking)을 수행한 뒤, 포토리쏘그래피 공정을 위한 노광 공정, 현상 공정 후에 포스트-베이킹(post-baking) 공정을 진행하여 최종적으로 녹색 컬러필터를 제조할 수 있다. 적색(R) 컬러필터 패턴 및 청색(B) 컬러필터 패턴 역시 사용되는 색소를 제외하면, 유사한 방식으로 제조될 수 있다.
계속해서, 본 발명에 따른 액정표시장치(100)의 구성에 대해서 설명한다. 전술한 어레이기판(112) 및 컬러필터기판(114)의 각각 외면으로는 특정 광만을 선택적으로 투과시키는 편광판(119a, 119b)이 부착된다. 아울러 비록 도면상에 명확하게 나타나지는 않았지만 어레이기판(112) 및 컬러필터기판(114)과 액정층(150)의 경계부분에는 액정의 초기 분자배열 방향을 결정하는 상, 하부 배향막이 개재되고, 어레이기판(112) 및 컬러필터기판(114) 사이로 충진되는 액정층(150)의 누설을 방지하기 위해 양 기판(112, 114)의 가장자리를 따라 씰패턴(seal pattern: 미도시)이 형성된다.
이때, 어레이기판(112)은 컬러필터기판(114) 보다 큰 사이즈를 가지고 있다. 따라서 이들 기판(112, 114)를 합착할 때, 어레이기판(112)의 일측 가장자리가 외부로 노출되는데, 여기에는 각각 다수의 데이터배선(118)과 연결된 복수개의 데이터패드(122) 그리고 다수의 게이트배선(116)과 연결된 복수개의 게이트패드(미도시)가 위치한다.
이들 복수개의 데이터패드(122)와 게이트패드(미도시)는 각각 테이프 캐리어 패키지(tape carrier package: TCP)와 같은 연결부재(216)를 매개로 외부의 인쇄회로기판(218)과 연결되는데, 인쇄회로기판(218)에는 컴퓨터 등의 외부장치에서 입력된 각종 신호정보를 일차적으로 가공하여 화상표현에 필요한 신호전압을 공급하는 타이밍 컨트롤러, 감마전압 생성부 등이 실장된다.
인쇄회로기판(218)은 모듈화 과정에서 서포트메인(230)의 측면 내지는 커버버툼(250) 배면으로 젖혀 밀착된다. 한편, 연결부재(216)에는 인쇄회로기판(218)으로부터 전달된 신호전압을 통해서 액정패널(110)의 데이터배선(118)으로 전달되는 화상신호와 게이트배선(116)으로 전달되며 박막트랜지스터(T)의 온/오프(on/off)신호가 포함된 주사신호를 생성 및 출력하는 데이터 및 게이트드라이버IC가 실장되어 있다.
따라서 박막트랜지스터(T)의 온(on)/오프(off)를 위한 신호가 게이트배선(16)으로 순차적으로 스캔 인가되어, 데이터배선(118)의 화상신호가 선택된 화소영역(P)의 화소전극(124)으로 화상신호가 전달된다. 이에 따라 이들 사이의 전계에 의해 어레이기판 및 컬러필터기판(112, 114) 사이의 액정 분자가 구동되고, 이에 따른 광의 투과율 변화로 여러 가지 화상을 표시할 수 있다.
아울러 본 발명에 따른 액정표시장치(100)에는 액정패널(110)이 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 이의 배면에서 광을 공급하는 백라이트 유닛(220)이 구비된다. 백라이트 유닛(220)은 LED 어셈블리(229)와, 백색 또는 은색의 반사판(225)과, 이러한 반사판(225) 상에 안착되는 도광판(223) 그리고 이의 상부로 개재되는 광학시트(221)를 포함한다.
상기 LED 어셈블리(229)는 도광판(223)의 입광부와 대면하도록 도광판(223)의 일측에 위치한다. LED 어셈블리(229)는 광을 출사하는 다수개의 LED(229a)와, LED(229a)가 일정 간격 이격하여 장착되는 PCB(229b)를 포함한다. 예를 들어, 상기 LED(229a)는 크게 광을 발하는 LED 칩(미도시)과 형광체(미도시)로 이루어져, LED 칩(미도시)으로부터 광이 방출되면, 방출된 광은 형광체(미도시)를 여기시켜 광을 발하게 된다.
예를 들어, LED(229a)는 휘도를 향상시킬 수 있도록 청색 LED 칩(미도시)와, 적색(Red) 형광체와 그린(Green) 형광체가 조합된 RG 형광체로 이루어질 수 있다. LED(229a)를 구성하는 청색 LED 칩은 사파이어(Sapphire)를 기재(substrate)로 사용하며 피크 파장은 440~460 nm, 바람직하게는 446~452 nm 범위의 피크 파장을 갖는 소재를 사용할 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 청색 LED 칩을 구성하는 소재는 GaN, InGaN, InGaN/GaN, BaMgAl10O7:Eu2+, CaMgSi2O6:Eu2+ 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 결코 아니다.
한편, 적색(Red) 형광체와 녹색(Green) 형광체는 청색 LED 칩의 발광에 의해 조사되는 청색광을 강하게 흡수하여 소정 범위의 발광 파장을 가지는 소재를 사용할 수 있다. 이들 형광체는 예를 들어 청색 LED 칩 위에 도포되어 전체적으로 백색 LED를 구성할 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 적색 형광체는 600~660 nm 범위의 파장에서 발광 피크를 가지는, 즉 이 범위의 피크 파장을 가지는 적색 형광체이다.
예를 들어, 적색 형광체는 이 범위의 피크 파장을 가지는 규소계, 질화물계, 황화물계 및 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 적색 형광체는 KSF(K2SiF6:Mn4+), KTF(K2TiF6:Mn4+), Ca2Si5N8:Eu2+, Sr2Si5N8:Eu2+, Ba2Si5N8:Eu2+, CaAlSiN3:Eu2+, SrS:Eu2+, CaS:Eu2+ 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
녹색 형광체는 530~540 nm 범위의 피크 파장을 가지는 소재를 사용할 수 있다. 예를 들어, 녹색 형광체는 SiAlON:Eu2+, SrSi2O2N2:Eu2+ 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있는 소재를 사용할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따르면 440~460 nm, 바람직하게는 446~452 nm 범위의 발광 파장을 갖는 블루(blue) 컬러와, 600~660 nm 범위의 발광 파장을 갖는 레드(Red) 컬러, 530~540 nm 범위의 발광 파장을 갖는 그린(Green) 컬러가 혼합된 백색광을 발광하게 된다. 본 발명에 따른 청색 LED 칩/녹색 형광체/적색 형광체를 사용하면, 전술한 녹색 컬러필터 패턴의 색소와 함께 Adobe 색좌표 규격을 100% 충족하고, DCI 색좌표 규격을 99% 이상 충족할 수 있을 뿐만 아니라, 투과도 및 휘도가 향상되어 고품질의 표시장치를 구현할 수 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.
한편, 액정표시장치(100)의 백라이트 유닛(220)을 구성하는 도광판(223)은 LED(229a)로부터 입사된 광이 여러 번의 전반사에 의해 도광판(223) 내를 진행하면서 도광판(223)의 넓은 영역으로 골고루 퍼져 액정패널(110)에 면광원을 제공한다. 도광판(223)은 균일한 면광원을 공급하기 위해 배면에 특정 모양의 패턴을 포함할 수 있다.
반사판(225)은 도광판(223)의 배면에 위치하여, 도광판(223)의 배면을 통과한 광을 액정패널(110) 쪽으로 반사시킴으로써 광의 휘도를 더욱 향상시킨다. 아울러, ?도광판(223) 상부에 형성되는 다수의 광학시트(221)는 확산시트와 적어도 하나의 집광시트 등을 포함하며, 도광판(223)을 통과한 광을 확산 또는 집광하여 보다 균일한 면광원이 액정패널(110)로 입사 되도록 한다.
액정패널(110)과 백라이트 유닛(220)은 탑커버(230)와 서포트메인(240) 그리고 커버버툼(250)을 통해 모듈화 되는데, 액정패널(110)과 백라이트 유닛(220)의 가장자리를 두르는 서포트메인(240)은 사각의 테 형상으로 이루어진다.
커버버툼(250)은 액정패널(110)을 비롯한 백라이트 유닛(220)과 서포트메인(240)이 안착되는 수평면을 제공해서 액정표시장치 전체를 지지함과 동시에 광-손실이 발생하는 것을 최소화하는 하부프레임의 역할을 담당하며, 수평면의 가장자리는 수직 절곡되어 측면을 이룬다. 여기서, 커버버툼(250)은 서포트메인(240)을 안정적으로 안내하여 모듈화된 액정표시장치의 흔들림을 방지하고 안정적인 고정상태를 유지하는 기능을 하게 된다.
탑커버(230)는 액정패널(110) 및 백라이트 유닛(220)이 전방으로 착탈되는 것을 방지함과 동시에 액정패널(110)과 서포트메인(240) 사이 간격에서 발생할 수 있는 빛샘 현상을 제거하는 상부프레임 역할을 담당하게 된다. 탑커버(230)는 액정패널(110)의 상면 가장자리 및 측면을 덮도록 단면이“ㄱ”형태로 절곡된 사각테 형상으로, 탑커버(230)의 전면을 개구하여 액정패널(110)에서 구현되는 화상을 표시하도록 구성한다.
따라서 본 발명의 액정표시장치(100)를 구성하는 탑커버(230)와 서포트메인(240) 그리고 커버버툼(250)은 서로 조립 및 체결되어, 액정패널(110)과 백라이트 유닛(220)을 일체로 모듈화한다. 이때, 탑커버(240)는 케이스탑 또는 탑케이스라 일컬어지기도 하고, 서포트메인(230)은 가이드패널 또는 메인서포트, 몰드프레임이라 일컬어지기도 하며, 커버버툼(250)은 버텀커버 또는 하부커버라 일컬어지기도 한다.
이어서, 본 발명에 따라 녹색(G) 컬러필터 패턴을 구성하는 색소의 조합과, LED(229a)를 구성하는 청색 LED 칩의 발광에 의해 여기되는 적색 형광체/녹색 형광체의 조합에 따른 색 재현율 향상 및 휘도/투과도의 향상에 대해서 살펴본다. 전술한 것과 같이, 본 발명의 액정패널(110)의 컬러필터층(134)를 구성하는 녹색(G) 컬러필터 패턴을 구성하는 색소는 Green 59, Green 7, Yellow 129가 배합된 것이다. 녹색(G) 컬러필터 패턴을 구성하는 Green 59, Green 7, Yellow 129는 예를 들어 각각 58~62 중량부, 19~21 중량부, 19~21 중량부로 배합될 수 있다.
또한, 본 발명의 액정표시장치(100)는 청색 LED 칩과, 600~660 nm 범위의 발광 파장을 갖는 적색 형광체와 530~540 nm 범위의 녹색 형광체가 조합된 LED(229a)를 백라이트 유닛(220)의 광원으로 사용한다.
본 발명에 따른 LED(229a)로부터 출사된 백색광이 액정패널(110)의 컬러필터층(134), 특히 녹색(G) 컬러필터 패턴을 통과하면서, Adobe 색좌표 규격과의 중첩비 100%, DCI 색좌표 규격과의 중첩비 99% 이상을 달성하여 색재현율을 향상시킬 수 있고, 휘도 및 투과도를 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명에서는 광 투과율이 낮고 색 재현성이 충분하지 않은 녹색(G) 컬러필터 패턴을 구성하는 색소를 변경하여 투과율과 휘도를 향상시켰다. 이를 위하여 컬러필터(134) 중에서 녹색(G) 컬러필터 패턴을 구성하는 색소로서 Green 59, Green 7 및 Yellow 129 안료를 배합한 복합 안료를 사용한다. 녹색(G) 컬러필터 패턴을 구성하는 색소 중에서 Green 59, Green 7, Yellow 129 안료는 각각 58~62 중량부, 19~21 중량부 및 19~21 중량부의 비율로 배합될 수 있다. 예를 들어, Green 59, Green 7, Yellow 129 안료는 각각 58~62 중량부, 19~21 중량부 및 19~21 중량부의 비율로 배합되는 경우에 Adobe 색좌표와의 중첩비 100%, DCI 색좌표와의 중첩비 99% 이상을 특히 달성할 수 있다.
녹색 색소의 주재로 사용된 Green 59 안료는 Green 7 안료에 비하여 투과율이 높으며, 충분한 고색 특성을 가지고 있다. 이에 따라, 본 발명의 녹색(G) 컬러필터는 종래에 비하여 투과율을 향상시킬 수 있으며, 색재현성을 향상시킬 수 있다.
필요하다면, 적색(R) 안료로서 Red 254 안료와 Red 177 안료를 배합함으로써, 레드(red) 컬러의 투과율을 향상시킬 수 있다. 아울러, 청색(G) 안료로서 Blue 15:6을 단독으로 사용하거나, 또는 Blue 15:6을 주재로 광의 산란을 줄여줄 수 있는 Violet Dye를 배합하면, 광의 산란을 줄여 손실되는 광량을 감소시킴으로써 블루(blue)컬러의 투과율 또한 향상시키게 된다. 따라서, 본 발명의 적(R), 녹(G), 청색(B) 컬러필터패턴의 안료의 투과율을 향상시킴으로써, 휘도를 향상시킬 수 있다(도 5a 및 도 5b 참조)
아울러, 본 발명에 따라 녹색(G) 컬러필터 패턴을 구성하는 색소가 변경되는 경우, 녹색(G) 컬러필터 패턴은 기존 색소를 적용한 경우와 비교하여 장파장으로 시프트(shift)된다(도 5a 참조). 따라서 새로운 녹색(G) 컬러필터 패턴의 최대 스펙트럼 파장대(530~540 nm)에 대응되는 LED 광원을 사용하여 액정표시장치(100)로부터 구현되는 색재현율을 극대화할 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, LED(229a) 광원으로서, 440~460 nm, 바람직하게는 446~452 nm 범위의 발광 파장을 가지는 청색 LED 칩을 사용하고, 660~670 nm 범위의 발광 파장을 갖는 적색 형광체와, 530~540 nm 범위의 발광 파장을 갖는 녹색 형광체를 조합할 수 있다.
본 발명에 따라 LED(229a) 광원으로 사용된 형광체 중에서 특히 녹색 형광체는 종래 사용되었던 녹색 형광체에 비하여 장파장 영역으로 시프트 된 파장대에서 발광 피크를 갖는 것을 사용할 수 있다(도 6 참조).
예를 들어, 440~460 nm, 바람직하게는 446~452 nm 범위의 발광 파장을 가지는 청색 LED 칩을 사용하고, 660~670 nm 범위의 발광 파장을 갖는 적색 형광체와, 530~540 nm 범위의 발광 파장을 갖는 녹색 형광체를 조합한다면, 변경된 녹색(G) 컬러필터 패턴의 색소와 대응하여, 표시장치로부터 구현되는 색재현율을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 따라 녹색(G) 컬러필터 패턴의 녹색 색소를 G58/G7/Y129로 변경하고, LED(229a) 광원의 형광체로서 660~670 nm 범위의 발광 피크를 갖는 적색 형광체와, 530~540 nm 범위의 발광 피크를 갖는 녹색 형광체를 조합함으로써, 휘도의 향상은 물론이고, Adobe 규격에 대한 중첩비 100%, DCI 중첩비 99% 이상을 구현하여 색재현율을 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 고화질의 표시장치를 제조할 수 있다.
이하, 예시적인 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 하지만 본 발명이 하기 실시예에 기재된 발명으로 한정되지 않는다.
실시예 1: 녹색 안료의 투과율 및 발광 피크 측정
녹색 컬러필터 패턴의 색소로 사용될 수 있는 3가지 안료(Green 7, Green 59, Green 58 안료)의 투과율과 발광 파장을 측정하였다. 측정 결과는 도 4에 표시되어 있다. 도 4에 도시한 것과 같이, G59 안료는 G7 안료에 비하여 π-전자 밀도가 높아서, 에너지 밴드 갭이 낮아, 발광 피크가 Red 영역의 장파장 대역으로 shift된 것을 알 수 있다. 특히, G59 안료는 컬러 매칭함수 Y(color matching function Y)와의 중첩 면적이 증가하여 G7 안료에 비하여 투과율이 상승하였으며, G58과 대비하여 착색 효과가 좋아 고색 재현의 안료로 적합할 것으로 예상되었다. 하기 표 2에서 3가지 녹색 안료의 색상 특성을 표시하였다.
녹색 안료의 색상 특성
구분 G7 G59 G58
x 0.131 0.168 0.259
y 0.495 0.497 0.590
Y 27.2 37.0 54.2
실시예 2: 녹색 컬러필터 패턴 제작
녹색 컬러필터를 구현하기 위한 색소로서 Green 59, Green 7, Yellow 129를 각각 100:0:0의 중량비로부터 0:50:50의 중량비까지 다양하게 변경하여 준비하였다. 각각의 준비된 색소를 포토리쏘그라피 공정을 사용하여 녹색 컬러필터 패턴을 제작하였다. 녹색 컬러필터 패턴의 두께는 2.5 ㎛이었다.
비교예 1: 종래 녹색 컬러필터 패턴 제작
녹색 컬러필터를 구현하기 위한 색소로서 Green 7과 Yellow 129가 50:50의 중량비로 배합된 색소를 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 녹색 컬러필터 패턴을 제작하였다.
실시예 3: 녹색 컬러필터 패턴의 투과율 및 발광 피크 측정
실시예 2 및 비교예 1에서 각각 제작된 녹색 컬러필터 패턴에 대한 투과율 및 발광 피크를 측정하였다. Green 59, Green 7, Yellow 129가 60:20:20의 중량비로 배합된 녹색 컬러필터 패턴에 대한 측정 결과는 비교예의 컬러필터 패턴에 대한 측정 결과와 함께 도 5a에 도시되어 있고, Green 59, Green 7 및 Yellow 129가 58:21:21 및 62:19:19의 중량비로 배합된 녹색 컬러필터 패턴에 대한 측정 결과는 도 5b에 도시되어 있다. 본 발명의 실시예에 따라 Green 59를 녹색 색소의 주 소재로 사용한 컬러필터 패턴에서 투과율이 상승하였으며, 발광 피크는 전체적으로 적색 영역으로 shift된 것을 확인하였다. 특히, 조성 비율에 따라 470 nm와 530 nm부근에서 피크의 변동이 발생한 것을 알 수 있다.
실시예 4: LED 광원 형광체의 설계
실시예 3의 결과를 토대로 새로운 녹색 컬러필터 패턴에 최대 스펙트럼 파장대(530 nm)에 적합한 광원을 설계하였다. 청색 LED 칩으로서 446~452 nm 범위의 발광 피크를 가지는 GaN을 사용하였으며, 적색 형광체로서 KSF(K2SiF6:Mn4+)를 사용하였으며, 녹색 형광체로서 535 nm의 파장에서 발광 피크를 가지는 질화물계 형광체인 SiAlON:Eu2+를 사용하였다.
비교예 2: LED 광원 형광체의 설계
비교예 1에서 사용된 Green 7과 Yellow 129가 50:50으로 배합된 녹색 컬러필터 패턴에 대응하는 LED 광원 형광체를 사용하였다. 청색 LED 칩으로서 GaN을 사용하였으며, 적색 형광체로서 660 nm 파장의 발광 피크를 갖는 질화물계 CaAlSiN:Eu2+를, 녹색 형광체로서 521 nm 파장의 발광 피크를 갖는 규소계 SiAlON:Eu2+를 각각 사용하였다.
실시예 5: LED 광원의 발광 특성 측정
실시예 4와 비교예 2에서 각각 제조된 LED 광원을 구성하는 청색 LED 칩을 여기 광원으로 하여, 녹색 형광체와 적색 형광체의 발광 피크를 측정하였다. 측정 결과는 도 6에 도시되어 있다. 본 발명의 녹색 형광체의 발광 피크는 비교에의 녹색 형광체의 발광 피크에 비하여 장파장 영역으로 shift된 것을 확인할 수 있다.
실시예 6: 표시장치의 제작
실시예 2에서 제작된 녹색 컬러필터 패턴과, 실시예 4에서 제작된 LED 광원을 적용하여 표시장치를 제작하였다. 적색 컬러필터 패턴을 위한 안료로서 R254와 R177이 50:50의 중량비로 배합된 색소를 사용하였으며, 청색 컬러필터 패턴을 위한 안료로서 B15:6을 사용하였다.
비교예 3: 표시장치의 제작
비교예 1에서 제작된 녹색 컬러필터 패턴과, 비교예 2에서 제작된 LED 광원을 적용하여 표시장치를 제작하였다.
실시예 7: 컬러필터 패턴과 LED 광원이 적용된 표시장치의 중첩비 측정
실시예 6과 비교예 3에서 각각 제작된 표시장치를 대상으로 Adobe 색좌표 규격에 대한 중첩비, DCI 색좌표 규격에 대한 중첩비 및 휘도를 측정하였다.
도 7은 Green 59, Green 7, Yellow 129를 100:0:0부터 0:50:50까지 순차적으로 배합한 모든 녹색 컬러필터 패턴을 사용한 경우의 Adobe 색좌표의 중첩비와 DCI 중첩비를 표시하고 있다.
도 8a는 Green 59, Green 7, Yellow 129를 각각 100:0:0부터 0:50:50까지 순차적으로 배합한 경우의 녹색 영역의 색좌표 값을 Adobe 규격과 DCI 규격과 비교하여 표시하였다. 도 8b는 Green 59, Green 7, Yellow 129가 58:21:21 내지 62:19:19의 중량비로 배합된 경우의 녹색 영역의 색좌표 값을 Adobe 규격과 DCI 규격과 비교하여 표시하였다. 한편, 도 9는 비교예 3에 따라 녹색 안료가 배합된 컬러필터와 LED 광원을 사용한 경우의 색좌표 상의 면적과 중첩비를 도시한 그래프이다. Green 7과 Yellow 129가 50:50의 중량비로 배합된 경우의 녹색 영역의 색좌표 값을 Adobe 규격과 DCI 규격과 비교하여 표시하였다.
하기 표 3은 특히 Green 59, Green 7, Yellow 129가 58:21:21부터 62:19:19의 중량비로 배합된 녹색 컬러필터를 적용한 경우의 Adobe 색좌표와의 중첩비, DCI 색좌표와의 중첩비 및 휘도를 표시하였다.
Adobe 중첩비, DCI 중첩비 및 휘도
녹색 컬러필터
색소 조성		 G59/G7/Y129
(58:21:21)		 G59/G7/Y129
(60:20:20)		 G59/G7/Y129
(62:19:19		 G7/Y129
(50:50
광원
(녹색 피크)		 B-rg
(535 nm)		 B-rg
(535 nm)		 B-rg
(535 nm)		 B-rg
(521 nm)
Gx 0.193 0.192 0.191 0.202
Gy 0.670 0.666 0.662 0.713
Adobe 중첩비 100% 100% 100% 100%
DCI 중첩비 99.3% 99.3% 99.3% 97.8%
녹색 휘도 28.1 28.1 28.1 26.7
표 3 및 도 7-9에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따라 제작된 표시장치는 Adobe 규격에 따른 색좌표와의 중첩비가 100%이고, DCI 규격에 따른 색좌표와의 중첩비가 99%이었다. 반면, 종래 사용된 표시장치는 Adobe 규격은 충족하지만 DCI 규격에 따른 색좌표가 97.8%에 불과하였다.
또한, 본 발명에 사용된 녹색 컬러필터 패턴을 적용하였을 경우, 종래 녹색 컬러필터 패턴에 비하여 휘도는 5.2% 향상되었다. 아울러, 종래 사용되었던 녹색 컬러필터인 G7과 Y129를 배합하여 본 발명과 같은 색좌표 값을 충족하려면 컬러필터 패턴의 두께가 4.0 ㎛를 초과하여야 하므로, 공정성이 저하되고, 레지스트 공정 수행이 어렵다는 것을 또한 확인하였다.
상기에서는 본 발명의 예시적인 실시형태 및 실시예에 기초하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 전술한 실시형태 및 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다. 오히려 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 실시형태 및 실시예에 기초하여 다양한 변형과 변경을 용이하게 추고할 수 있다. 하지만, 이러한 변형과 변경은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다는 사실은 첨부하는 특허청구의 범위를 통하여 더욱 분명해질 것이다.
100: 액정표시장치 110: 액정패널
112: 어레이기판 114: 컬러필터기판
132: 블랙매트릭스 134: 컬러필터 패턴
220: 백라이트 유닛 229: LED 어셈블리
229a: LED P: 화소영역

Claims (10)

  1. 박막트랜지스터가 구비된 제 1 기판과, 하기 표시된 Green 59 안료 58-62 중량부, 하기 표시된 Green 7 안료 19-21 중량부 및 하기 표시된 Yellow 129 안료 19-21 중량부가 배합된 녹색 색소를 함유하는 녹색 컬러필터 패턴을 포함하는 제 2 기판을 포함하는 액정패널과;
    상기 액정패널의 하부에 위치하는 반사판과, 상기 반사판 상에 배열되며, 청색 LED 칩과, 녹색 형광체와, 적색 형광체를 포함하는 LED와, 상기 LED의 상부에 위치하는 광학시트로 이루어지는 백라이트 유닛
    을 포함하는 액정표시장치.
    Green 59
    Figure 112022049491993-pat00015

    Green 7
    Figure 112022049491993-pat00016

    Yellow 129
    Figure 112022049491993-pat00017

  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 600~660 nm 범위의 피크 파장을 가지는 적색 형광체를 포함하는 액정표시장치.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 KSF(K2SiF6:Mn4+), KTF(K2TiF6:Mn4+), Ca2Si5N8:Eu2+, Sr2Si5N8:Eu2+, Ba2Si5N8:Eu2+, CaAlSiN3:Eu2+, SrS:Eu2+, CaS:Eu2+ 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 액정표시장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 녹색 형광체는 530~540 nm 사이의 피크 파장을 가지는 녹색 형광체인 액정표시장치.
  6. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 녹색 형광체는 SiAlON:Eu2+, SrSi2O2N2:Eu2+ 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 액정표시장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 기판은 적색 색소를 함유하는 적색 컬러필터 패턴과, 청색 색소를 포함하는 청색 컬러필터 패턴을 더욱 포함하는 액정표시장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 청색 LED칩은 440~460 nm의 피크 파장을 갖는 액정표시장치.
  9. 제 1항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 청색 LED칩은 GaN, InGaN, InGaN/GaN, BaMgAl10O7:Eu2+, CaMgSi2O6:Eu2+ 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 소재를 포함하는 액정표시장치.
  10. 하기 표시된 Green 59 안료 58-62 중량부, 하기 표시된 Green 7 안료 19-21 중량부 및 하기 표시된 Yellow 129 안료 19-21 중량부가 배합된 녹색 색소를 함유하는 액정 표시장치용 녹색 컬러필터 패턴.
    Green 59
    Figure 112022049491993-pat00018

    Green 7
    Figure 112022049491993-pat00019

    Yellow 129
    Figure 112022049491993-pat00020
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