컬러 필터의 구

컬러 필터란

컬러 필터는 화상이나 영상의 「색」을 만들어내는 필터입니다. 필터를 투과시켜서 빛에 색 정보를 부여합니다. 주로 얇은 박형 TV나 컴퓨터, 스마트폰 등에 사용되고, 평판 디스플레이（FPD）의 색 재현에 필요한 구성부품입니다. 최근에는 액정 디스플레이뿐만 아니라 전자 종이나 유기 EL 디스플레이 등의 다양한 패널 애플리케이션에 이용되고 있습니다.

컬러 필터의 기본 구조

컬러 필터는 얇은 유리 기판과 컬러 레지스트로 구성됩니다. 유리 기판 위에는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3색 컬러 레지스트로 구성되는 패턴이 형성되어 있습니다. 또, 각 컬러 레지스트는 서로 인접하는 컬러 레지스트끼리 색이 섞이는 것을 막기 위하여, 블랙 매트릭스（ＢＭ）로 경계가 격자 모양으로 나뉘어져 있습니다. 이 블랙 매트릭스에는, 흑색을 표시할 때 화면에서 빛이 새어나오는 것을 막는 역할도 합니다.

컬러 필터의 패턴에는 주로 「스트라이프 배열」과 「모자이크 배열」의 2개（위의 그림）가 있습니다. 스트라이프 배열은 같은 색의 컬러 레지스트를 종렬로 배치하여 ＲＧＢ를 스트라이프 모양으로 나열한 것으로서, 선이나 도형, 문자 등, 직선적인 모델을 표시하는 데에 우수합니다. 한편, 모자이크 배열은 같은 색의 컬러 레지스트를 경사지게 비스듬히 배치한 것으로서, 복잡하게 색을 섞어서 미세한 색 표현이 가능하기 때문에, 화상을 표시하는 데에 우수합니다.

개발 당시, 스트라이프 배열은 설계상 블랙 매트릭스에 의한 세로선이 눈에 띄는 등의 결점이 있었습니다. 하지만, 최근에는 컬러 필터의 높은 정밀화가 진행되어, 거의 신경 쓰이지 않는 수준에 달했고, 그 외에도 스트라이프 배열이 제조 비용이 저렴하며 동작 시의 문제점도 적다는 이점이 많기 때문에, 현재 제조되는 컬러 필터의 대부분이 스트라이프 배열을 채택하고 있습니다.

디스플레이의 색 표현

FPD를 포함하는 대부분의 디스플레이는 「빛의 3원색」（가색 혼합）으로 모든 색을 표현합니다. 빛의 3원색이란, 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 3가지 색의 빛（RGB）을 말하고, 컬러 필터（컬러 레지스트）의 색 구성도 이 3색（플러스 흑색）으로 이루어져 있습니다. 황색을 표현하고 싶은 경우에는, RGB를 1：1：0로 조합하고, 또 마젠타（자홍색）를 표현하고 싶은 경우에는, RGB를 1：0：1으로 조합하는 등, 3색의 빛의 조합이나 밝기를 조절함으로써, 무수한 색채를 표현할 수 있습니다.

단, 실제로는 각 제품에 따라서 컬러 필터（컬러 레지스트）의 색이나 광원의 강도에 편차가 있기 때문에, 재현할 수 있는 색의 범위도 달라집니다. 이 RGB로 표현할 수 있는 색의 범위를 「색역」이라고 합니다. 색역에는 여러 가지 규격이 있고, 컴퓨터 관련 제품에는 「sRGB」「Adobe RGB」「NTSC」의 3가지가 주로 채택됩니다. 통상적으로, 색역은 「xy색도도」 위에 삼각형으로 표시됩니다（오른쪽 그림）. 이 삼각형은 「컬러 트라이앵글」이라고 불리며, 각 정점은 그 규격（「sRGB」「Adobe RGB」등）으로 표시할 수 있는 RGB의 한계치를 나타냅니다. 따라서, 컬러 트라이앵글의 면적이 클 수록, 더욱 많은 색을 표현할 수 있게 됩니다. 이것을 디스플레이에 적용해서 생각하면, 큰 컬러 트라이앵글을 그리는 규격에 대응한 제품일 수록, 더욱 선명한 색 표현이 가능하다고 할 수 있습니다.

컬러 필터의 제조 공정

컬러 필터의 제조방법은 여러 가지가 있지만, 대부분은 컬러 레지스트를 유리 기판상에 도포하여 노광이나 현상에 의해 정착시키는 「포토리소그래피」라는 방법으로 만들어집니다.