(57)【要約】 【課題】  ＥＢＵ規格の高い色再現性を有するＴＶ用液晶表示装置及びこれに用いられるカラーフィルター表示板の提供。【解決手段】  赤色、緑色、及び青色カラーフィルターが形成されている画素がマトリックス状に配列されているので、赤色及び緑色カラーフィルターが形成されている赤色画素及び緑色画素よりも青色カラーフィルターが形成されている青色画素のコントラスト比が高い。この時、青色画素のコントラスト比は、赤色画素または緑色画素のコントラスト比よりも２倍以上高いのが好ましく、青色画素のコントラスト比は、１，０００以上であるのが好ましい。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤色、緑色、及び青色カラーフィルターが各々形成されている赤色、緑色、及び青色画素を有する液晶表示装置であって、
前記青色画素のコントラスト比が前記赤色画素または緑色画素のコントラスト比よりも高いことを特徴とする、液晶表示装置。
【請求項２】
前記青色画素のコントラスト比は、前記赤色画素または緑色画素のコントラスト比よりも２倍以上高い、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記青色画素のコントラスト比は１，０００以上である、請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記青色カラーフィルターに含まれている顔料粒子の平均サイズは、１２０−１８０nmの範囲である、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶表示装置は、前記赤色、緑色、及び青色カラーフィルターが各々形成されている第１表示板及び前記第１表示板と対向する第２表示板を有し、
前記第１表示板または第２表示板には、前記画素に各々形成されている画素電極、前記画素電極と電気的に連結されている薄膜トランジスタ、前記画素電極と共に液晶を駆動するための電界を形成する共通電極が形成されている、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記第１表示板及び第２表示板のうちの一方には、前記画素電極及び前記薄膜トランジスタが形成されており、もう一方には、共通電極が形成されている、請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記画素電極及び前記薄膜トランジスタは、前記第１表示板に形成されている、請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記共通電極は、前記第１表示板に形成されている、請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記第１表示板及び第２表示板のうち少なくとも一つは、ドメイン分割手段を有する、請求項５に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記ドメイン分割手段は、前記画素電極及び／または前記共通電極に形成されている切開部である、請求項９に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記液晶表示装置は、ＴＶ用表示装置である、請求項１に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーフィルター表示板及びこれを含む液晶表示装置に関し、赤色、緑色、及び青色カラーフィルターを有するカラーフィルター表示板及びこれを含む液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、一般に、電場を生成する電極を有する二つの基板間に液晶物質を注入し、二つの電極に互いに異なる電位を印加することによって電界を形成して液晶分子の配向を変え、これにより光の透過率を調節し、画像を表示する装置である。
【０００３】
このような液晶表示装置は、画素電極、及び赤色（R）、緑色（G）、及び青色（B）カラーフィルターが形成されている複数の画素を有し、配線を通じて印加される信号によって各画素が駆動されて、表示動作が行われる。配線には、走査信号を伝達するゲート線（または走査信号線）、画像信号を伝達するデータ線（または画像信号線）がある。各画素には、一つのゲート線及び一つのデータ線と連結されている薄膜トランジスタが形成されており、これにより、画素に形成されている画素電極に伝達される画像信号が制御される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
液晶表示装置は、画像を表示するモニターやＴＶとして使用されるが、モニター用液晶表示装置をＴＶ用液晶表示装置として使用する場合には多くの問題点が発生する。すなわち、ＴＶ用表示装置に適用される色再現性の規格は、ＥＢＵ（European Broadcasting Union）規格を主に適用しているが、この規格は、モニター用表示装置に適用される色再現性の規格に比べて高い水準である。モニター用液晶表示装置をＴＶ用表示装置に適用するために色再現性を高める方法として、カラーフィルターの膜厚を厚く形成する方法が試みられている。しかし、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）を基準とした表示素子の色再現性に対するモニター用液晶表示装置の色再現性がＥＢＵ規格の条件に合わなかったり、青色及び赤色のＣＩＥ（Commission Internationale de l´Eclairage）色座標が違いすぎるために発生する問題点がある。
【０００５】
最近は、カラーフィルターの顔料の混合比率を適切に調節して、ＥＢＵ規格のＴＶ用液晶表示装置が開発されている。図１のように、モニター用液晶表示装置は、ＮＴＳＣを基準として６０−６５％の範囲の色再現率を示しており、赤色及び青色のＹ軸の色座標は０．３４５及び０．１００程度であり、色温度（°Ｋ）は６，５００程度である。これに比べて、顔料の混合比率を調節したＴＶ用液晶表示装置は、ＮＴＳＣを基準として７２％程度の色再現率を確保することができ、赤色及び青色のＹ軸の色座標は０．３３０及び０．０６０程度で良好なものであり、色温度（°Ｋ）は１０，０００程度である。
【０００６】
しかしながら、このようなＴＶ用液晶表示装置を利用して暗い色を表示すると、全体的に青色を帯びる黒い青色化（black bluish）現象が著しく発生する問題点がある。
【０００７】
本発明は前記問題点を解決するためのものであって、ＥＢＵ規格の高い色再現性を有するＴＶ用液晶表示装置及びこれに用いられるカラーフィルター表示板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するための本発明の実施例によるカラーフィルター表示板及び液晶表示装置においては、赤色及び緑色カラーフィルターが形成されている赤色画素または緑色画素に比べて、青色カラーフィルターが形成されている青色画素のコントラスト比が高い。ＥＢＵ規格の高い色再現性の画質を実現することができる。
【０００９】
この時、青色画素のコントラスト比は、赤色画素または緑色画素のコントラスト比の２倍以上であるのが好ましく、青色画素のコントラスト比は、１，０００以上であるのが好ましい。暗い色を表示する時に青色波長帯の光の透過量を最少化することができる。
【００１０】
また、青色カラーフィルターに含まれている顔料粒子の平均サイズは、１２０−１８０nmの範囲であるのが好ましい。透過する光の波長より顔料粒子のサイズが大きいので、透過する光の反射や散乱を最少にして透過する光の位相変化を最少に抑えることができ、これによってコントラスト比を極大化することができる。
【００１１】
このような液晶表示装置は、前記赤色、緑色及び青色カラーフィルターが各々形成されている第１表示板及び第１表示板と対向する第２表示板を有し、第１表示板または第２表示板には、画素に各々形成されている画素電極、画素電極と電気的に連結されている薄膜トランジスタ、画素電極と共に液晶を駆動するための電界を形成する共通電極が形成されている。
【００１２】
この時、第１表示板及び第２表示板のうちの一つには、画素電極及び薄膜トランジスタが形成され、もう一つには、共通電極が形成されることができ、画素電極及び薄膜トランジスタは、第１表示板に形成されることができ、共通電極が、第１表示板に形成されることもできる。
【００１３】
第１表示板及び第２表示板のうちの少なくとも一つは、ドメイン分割手段を有するのが好ましく、ドメイン分割手段は、画素電極または共通電極に形成されている切開部であり得る。画素電極や共通電極に形成した切開部により、液晶分子を分割配向するためのドメインを形成し、広い視野角を得ることができる。
【００１４】
本発明の一実施例によるカラーフィルター表示板は、赤色、緑色、及び青色カラーフィルターが各々形成されている赤色、緑色、及び青色画素を有しているが、青色カラーフィルターに含まれている顔料粒子の平均サイズは、１２０-１８０nmの範囲である。透過する光の波長より顔料粒子のサイズが大きいので、透過する光の反射や散乱を最少にして透過する光の位相変化を最少に抑えることができ、これによってコントラスト比を極大化することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による液晶表示装置は、他の色の画素よりも高いコントラスト比の青色画素を備えることによって、優れた色再現性を有するＥＢＵ規格のＴＶ用液晶表示装置として使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
添付した図面を参照して、本発明の実施例に対して、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な形態で実現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。
【００１７】
図面は、各種層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示している。明細書全体を通じて類似した部分については同一な図面符号を付けている。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上に”あるとする時、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合に限らず、その中間に更に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるとする時、これは中間に他の部分がない場合を意味する。
【００１８】
以下、本発明の実施例によるカラーフィルター表示板及び液晶表示装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図２は本発明の実施例による液晶表示装置の構造を示した断面図である。
【００２０】
本発明の実施例による液晶表示装置は、下部表示板１００、これと対向している上部表示板２００、下部表示板１００と上部表示板２００との間に充填され、所定の方向に配向されている液晶分子を含む液晶層３００、上、下部偏光板１２、２２、上、下部補償板１３、２３、及びバックライトユニット３５０などからなっている。液晶分子は、電界の印加によって配向が変わるが、配向が変わる程度によって光の透過量が変わる。この時、上、下部偏光板１２、２２の透過軸は互いに垂直または平行に配置されることができる。液晶層３００の液晶分子が垂直に配向されている垂直配向モードの場合には、透過する光を完全に遮断してコントラスト比を極大化するために、上部及び下部偏光板の透過軸が垂直になるよう、偏光板１２，２２を配置する。
【００２１】
下部表示板１００は、ガラスなどの透明な絶縁物質からなる下部基板１１０、その内側の上に形成されている薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、薄膜トランジスタと連結されており、ＩＴＯ（indium tin oxide）またはＩＺＯ（indium zinc oxide）などの透明な導電物質からなる画素電極１９０を含む。この時、薄膜トランジスタは、画素電極１９０に印加される画像信号電圧をスイッチングする。
【００２２】
上部表示板２００は、ガラスなどの透明な絶縁物質からなる上部基板２１０、その下面に形成され、マトリックス状に画素を定義するブラックマトリックス２２０、ブラックマトリックス２２０が定義する画素に形成されている赤色、緑色、及び青色カラーフィルター２３０R、２３０G、２３０B、及びＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明な導電物質からなる基準電極２７０を含む。
【００２３】
ここで、ブラックマトリックス２２０が定義する画素には、赤色、緑色、及び青色カラーフィルター２３０R、２３０G、２３０Bが繰返し形成されている。この時、赤色、緑色、及び青色カラーフィルター２３０R、２３０G、２３０Bが形成されている赤色画素、緑色画素、及び青色画素が画素行に沿って順に繰返し配列される。本発明の実験例では、ＥＢＵ規格のＴＶ用液晶表示装置に適用され、暗い色を表示する時に発生する青色化現象を除去するために、赤色、緑色、及び青色カラーフィルター２３０R、２３０G、２３０B各々に対してコントラスト比を調節し、青色カラーフィルター２３０Bが形成されている画素のコントラスト比を、赤色カラーフィルター２３０Rまたは緑色２３０Gが形成されている画素のコントラスト比よりも高くした時に、ＥＢＵ規格の高い色再現性の画質を実現することができることが分かった。
【００２４】
この時、青色カラーフィルター２３０Bの画素のコントラスト比は１，０００以上であるのが好ましく、より好ましくは１，２００以上であり、赤色カラーフィルター２３０Rまたは緑色カラーフィルター２３０Gの画素のコントラスト比の２倍以上であるのが好ましい。高いコントラスト比の青色カラーフィルター２３０Bの画素を有する液晶表示装置は、明るい色を表示する時に青色波長帯の光に対して高い透過度を有するものではなく、暗い色を表示する時に青色波長帯の光の透過量を最少化したものである。
【００２５】
本発明の実施例では、青色カラーフィルター２３０Bの画素のコントラスト比を向上させるための一つの方法として、青色カラーフィルターに含まれている青色の顔料粒子のサイズが青色波長よりも小さいものを使用する。フィルターに含まれている顔料はほとんどの光を吸収し、該当する波長帯の光だけを透過させる。この時、透過する光の波長より顔料粒子のサイズが大きければ、透過する光の反射や散乱を最少にして透過する光の位相変化を最少に抑えることができ、これによってコントラスト比を極大化することができる。つまり、本発明の実施例では、青色カラーフィルター２３０Bの青色の顔料粒子のサイズが平均１２０-１８０nmの範囲のものを使用して、青色カラーフィルター２３０Bを透過する時の青色波長帯の光の位相変化を最少に抑えた。このようにすれば、偏光軸が互いに垂直に配置されている偏光板１２、２２が付着されている液晶表示装置で、暗い色を表示する時に青色波長帯の光の位相変化がほとんどなく、二つの偏光板１２、２２によってほぼ完全に遮断されて青色化現象が発生しない。
【００２６】
一方、それぞれの赤色、緑色、及び青色画素に赤色（R）、緑色（G）、及び青色（B）カラーフィルター２３０R、２３０G、２３０Bを多様に配列して様々な色を表示することができるが、配列方法としては、同一色のカラーフィルターを画素列単位で配列するストライプ（stripe）型、列方向及び行方向に赤色（R）、緑色（G）、及び青色（B）カラーフィルターを順に配列するモザイク（mosaic）型、列方向に単位画素を交差するようにジグザグに配列して赤色（R）、緑色（G）、及び青色（B）カラーフィルターを順に配列するデルタ（delta）型などがある。デルタ型の場合には、赤色（R）、緑色（G）、及び青色（B）カラーフィルターを含む三つの単位画素を一つのドット（dot）として画像表示する時に、円形や対角線の表示において有利な表示能力がある。
【００２７】
［第１実験例］
次に、図３を参照して、本発明の実験例によって得られる効果について具体的に説明する。
【００２８】
図３は本発明の第１実験例によるカラーフィルター表示板を含む液晶表示装置の特性を示した表である。図４は本発明の第１実験例による青色カラーフィルターのコントラスト比を示したグラフである。
【００２９】
第１実験例では、下記のステップ（ａ）〜（ｃ）により、カラーフィルター表示板を作成した。
（ａ）ブラックマトリックスが形成されている絶縁基板の上部に赤色の顔料、緑色の顔料、及び青色の顔料のうちの一つを含む感光性物質を塗布してカラーフィルター用感光膜を形成。
（ｂ）カラーフィルター用感光膜の形成後、マスクを使用してカラーフィルター用感光膜を露光及び現像。
（ｃ）次いで、他の二つの顔料を含む感光性物質を順に塗布し、カラーフィルター用感光膜を露光及び現像して、赤色、緑色、及び青色カラーフィルターを順に形成。
【００３０】
この時、青色カラーフィルターのコントラスト比は５００、１，１００、及び１，２００であり、赤色カラーフィルター及び緑色カラーフィルターのコントラスト比は５００及び７００である液晶表示装置用カラーフィルター表示板を製造し、液晶表示装置の特性として、コントラスト比による色座標及び色温度の特性を測定した。
【００３１】
このようなカラーフィルター表示板を適用した製品は、３２インチＴＶ用液晶表示装置であり、液晶表示装置は、少なくとも一つの表示板が液晶分子を分割配向するためにドメイン分割手段を有するＰＶＡ（pattern vertically alligned）方式の液晶表示装置を利用した。ドメイン分割手段を有する液晶表示装置の構造については、後に図面を参照して具体的に説明する。
【００３２】
図３のように、青色カラーフィルターが形成されている画素のコントラスト比が１，１００及び１，２００であるカラーフィルター表示板を含む液晶表示装置を利用して暗い色を表示した時の黒色の色座標ｘ及びｙは０．２８１-０．２８５の範囲で良好なものであり、色温度も約９０００−１１，０００°Kの範囲で良好なものであった。しかしながら、青色カラーフィルターの画素のコントラスト比が５００であるカラーフィルター表示板を含む液晶表示装置を利用して暗い色を表示した時の黒色の色座標ｘ及びｙは０．２４２−０．２５６の範囲で青色化現象が発生するものと測定され、色温度も約２２，０００−３２，０００°Kの範囲で青色化現象が発生するものと測定された。
【００３３】
［第２実験例］
第２実験例では、第１実験例と同一な方法でカラーフィルター表示板を製造した。青色カラーフィルターのコントラスト比のみを調整して色座標ｙを測定した結果を図４に示す。ここで、Ａは一般的な５００−７００の範囲のコントラスト比の青色カラーフィルターであり、Ｂは本発明の実験例により形成した１，１００以上のコントラスト比の青色カラーフィルターである。
【００３４】
図４のように、一般的な青色カラーフィルターＡは５００−７００の範囲のコントラスト比を有し、色座標ｙは０．０７５−０．１０５の範囲と測定された。これに比べて、本発明の実験例による青色カラーフィルターＢは１，１００−１，２００の範囲のコントラスト比を有し、色座標ｙは０．０７５−０．０９０の範囲で良好なものと測定された。また、コントラスト比が１，３００以上である場合には、色座標ｙが増加し、色座標ｙが０．１０５以下の範囲での青色カラーフィルターのコントラスト比は１，４００程度であった。
［ドメイン分割手段を有する液晶表示装置］
次に、前記のように二つの表示板のうちの一つがドメイン分割手段を有する液晶表示装置について説明する。
【００３５】
図５は本発明の他の実施例による液晶表示装置の構造を示した断面図である。
【００３６】
まず、カラーフィルター表示板２００は、ガラスなどの透明な絶縁物質からなる上部基板２１０、その下面に形成され、マトリックス状に画素を定義するブラックマトリックス２２０、ブラックマトリックス２２０が定義する画素に形成されている赤色、緑色、及び青色カラーフィルター２３０R、２３０G、２３０B、カラーフィルター２３０R、２３０G、２３０Bを覆っているオーバーコート膜２５０、及びＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明な導電物質からなり、切開部２７１を有する基準電極２７０を含む。この時、切開部２７１は、液晶分子を分割配向するためにフリンジフィールドを形成するためのドメイン分割手段である。
【００３７】
薄膜トランジスタ表示板は、ガラスなどの透明な絶縁物質からなる下部基板１１０、その上に形成されている薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、薄膜トランジスタと連結され、ＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明な導電物質からなる画素電極１９０を含む。この時、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、画素電極１９０に印加される画像信号電圧をスイッチングする。画素電極１９０は切開部１９１を有し、これは共通電極２７０の切開部２７１と共に液晶分子を分割配向するためのドメイン分割手段である。
【００３８】
より具体的には、薄膜トランジスタ表示板は、絶縁基板１１０上に形成されているゲート電極１２３、ゲート電極１２３を覆っているゲート絶縁膜１４０、ゲート絶縁膜１４０上に形成されている非晶質シリコン層１５４、非晶質シリコン層１５４上に形成されている抵抗性接触層１６３、１６５、抵抗性接触層１６３、１６５上に形成されているソース電極１７３及びドレーン電極１７５、ソース電極１７３及びドレーン電極１７５を覆っている保護膜１８０、保護膜１８０が有する接触孔１８１を通じてドレーン電極１７５と連結されている画素電極１９０などから構成される。図示されてはいないが、ゲート電極１２３と連結されて走査信号を伝達するゲート線、及びソース電極１７３と連結されて画像信号を伝達するデータ線も形成されている。共通電極２７０は、画素電極１９０や薄膜トランジスタと同様に下部表示板１００上に形成することもできるし、上部表示板２００上に形成しても良い。
【００３９】
一方、薄膜トランジスタ表示板を製造する過程には複数の写真エッチング工程が含まれるが、これを減らすための努力が進められている。そのうちの一つとして、前記で言及したように透明領域、反透過領域、及び不透明領域を有する光マスクを使用して厚い部分及び薄い部分を有する感光膜パターン形成し、これを利用していくつかの層が異なるパターンを有するようにエッチングする方法がある。その代表的なものが、非晶質シリコン層、抵抗性接触層、及びデータ線及びドレーン電極を一つの感光膜パターンを使用してエッチングする４枚の光マスク工程である。通常、ゲート線をパターニングする時に１回、非晶質シリコン層及び抵抗性接触層をパターニングする時に１回、データ線及びドレーン電極をパターニングする時に１回、保護膜をパターニングする時に１回、画素電極をパターニングする時に１回の全５回の写真エッチング工程があり、これを５枚の光マスク工程というが、４枚の光マスク工程は、非晶質シリコン層、抵抗性接触層、及びデータ金属層を１枚の光マスクで同時にパターニングすることにより、光マスクの数を１枚減らしたものである。この場合、データ線及びドレーン電極と抵抗性接触層とが実質的に同一な平面パターンを有するようになり、非晶質シリコンの半導体層もチャンネル部を除いた部分では、データ線及びドレーン電極と実質的に同一な平面パターンを有する。
【００４０】
以上のような構造の薄膜トランジスタ表示板及びカラーフィルター表示板を整列して結合し、その間に液晶物質を注入して垂直配向すれば、本発明による液晶表示装置の基本構造が形成される。画素領域は、画素電極１９０の切開部１９１と基準電極２７０の切開部２７１とによって複数の小ドメインに分割され、各小ドメインはその内部に含まれている液晶分子が電界により配向される方向によって４種類に分けられる。切開部１９１、２７１は広い視野角を得るために形成される。
【００４１】
一方、本発明の他の実施例による液晶表示装置では、薄膜トランジスタ表示板に赤色、緑色、及び青色カラーフィルターを配列することができるが、このような実施例で、赤色、緑色、及び青色カラーフィルターは薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と保護膜１８０との間に形成されるのが好ましい。
【００４２】
以上で、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の種々な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】モニター用液晶表示装置及びＴＶ用液晶表示装置の一般的な特性を示した表である。
【図２】本発明の第１実施例による液晶表示装置の構造を示した断面図である。
【図３】本発明の実験例によって得られた液晶表示装置の特性を示した表である。
【図４】本発明の実験例における青色カラーフィルターのコントラスト比及び色座標を示したグラフである。
【図５】本発明の第２実施例による液晶表示装置の構造を示した断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００  薄膜トランジスタ表示板（下部表示板）
１１０ 下部基板
１９０ 画素電極
２００  カラーフィルター表示板（上部表示板）
２１０ 上部基板
２２０ ブラックマトリックス
２３０ カラーフィルター
２５０ オーバーコート膜
２７０ 基準電極
３００  液晶層
３５０  バックライトユニット
１２  下部偏光板
２２  上部偏光板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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