JP2004133417A - コレステリック液晶カラーフィルターを利用した反射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＣＦのカラー具現範囲増加を容易に調節して、高輝度特性を有するＣＣＦ反射型液晶表示装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】対向している第１基板、第２基板と；第１基板、第２基板間に介在した液晶層１５０と；第２基板内部面にサブピクセル単位で形成されたスイッチング素子Ｔ及びスイッチング素子Ｔと連結した画素電極１３２と；第２基板の外部面に順序通り形成された位相差板１３４及び偏光板１３６と；第１基板内部面にサブピクセル単位で赤、緑、青カラーを相互に対応するよう配置し、該波長帯の光だけを選択的に反射させる第１ＣＬＣ層１１６と第２ＣＬＣ層１２０からなる二重層構造のＣＣＦと；第１ＣＬＣ層１１６下部に第１配向膜１１４が、第１ＣＬＣ層１１６と第２ＣＬＣ層１２０の間に第２配向膜１１８が形成されていて、第２配向膜１１８と接触される第１ＣＬＣ層１１６の上部表面は改質処理される反射型液晶表示装置。
【選択図】図４

Description

　本発明は反射型液晶表示装置に係り、さらに詳細にはコレステリック液晶カラーフィルター（Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｃｏｌｏｒ　Ｆｉｌｔｅｒ；ＣＣＦ）を含む反射型液晶表示装置に関する。

　最近、液晶表示装置は、消費電力が低く、携帯に容易な技術集約的であり付加価値が高い次世代先端ディスプレー（ｄｉｓｐｌａｙ）素子として脚光を浴びている。
　このような液晶表示装置のうち、各画素（ｐｉｘｅｌ）別に電圧のオン／オフを調節することができるスイッチング素子が備わったアクティブマトリックス型液晶表示装置が解像度及び動映像具現能力が優れていて最も注目を浴びている。
　一般的に、液晶表示装置は、スイッチング素子及び画素電極を形成するアレイ基板製造工程とカラーフィルター及び共通電極を形成するカラーフィルター基板製造工程を通じて、各々アレイ基板及びカラーフィルター基板を形成して、この両基板間に液晶を介在する液晶セル工程を経て完成される。
　そして、前記液晶表示装置は、非発光素子であるために、別途の光源であるバックライトを通じて供給される光を利用して画面を具現する透過型液晶表示装置が主流を形成している。
　しかし、前記バックライトから生成された光は、液晶表示装置の各セルを通過しながら実際画面上では７%程度だけ透過されて、高輝度の液晶表示装置を提供するためにはバックライトをさらに明るくしなければならないので、電力消耗量が大きくなって充分な電源供給のためにバッテリー（ｂａｔｔｅｒｙ）を備える場合にも使用時間に制限がある短所がある。

　このような透過型液晶表示装置の光効率問題を改善するために、別途のバックライトを省略して外部光を反射光源として利用する反射型液晶表示装置が提示された。
　このような反射型液晶表示装置としては、既存の透過型液晶表示装置でのように顔料または染料で構成された吸収型カラーフィルター及び別途の反射層を通じて外部光を反射光として用いる方式、または光を選択的に反射及び透過させる特性を有するコレステリック液晶（ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ　ｌｉｑｕｉｄ　ｃｒｙｓｔａｌ、以下「ＣＬＣ」と言う）をカラーフィルター及びこれを反射層兼用として利用する方式を挙げることができる。後者方式の場合ＣＬＣ自体から光を選択的に反射及び透過させるによって色純度特性が優れて、別途の反射層を省略できるために画質特性及び工程効率上注目を浴びている。

　前記ＣＬＣの液晶分子等の特徴は、回転されている一種の螺旋構造ということができる。このような螺旋構造から現れる２種の構造的特徴は螺旋の回転方向と螺旋の反復周期であるピッチ（ｐｉｔｃｈ）である。ピッチは液晶層が再び同一な配列に回ってくる時までの距離で理解することができてこのピッチがＣＬＣの色相を決定する変数である。
　すなわち、反射される中心波長は、前記に記述したピッチとＣＬＣ液晶の平均屈折率の関数（λ=ｎ（ａｖｇ）・ｐｉｔｃｈ）である。[ｎ（ａｖｇ）；平均屈折率]
　例えば、平均屈折率が１．５であるＣＬＣ液晶のピッチが４３０ｎｍである場合に中心反射波長は大体６５０ｎｍになって赤色を帯びるようになる。その他に緑色と青色に対しては適しているＣＬＣ液晶のピッチを与えることによって具現することができる。

　以下、説明の便宜上ＣＬＣカラーフィルター（Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｃｏｌｏｒ　Ｆｉｌｔｅｒ）を「ＣＣＦ」と略称して説明する。

　図１は、既存のＣＣＦ反射型液晶表示装置の一部領域に対する断面を概略的に示した断面図である。
　図示したように、相互に一定間隔離隔されるように対向して第１基板１０、第２基板３０が配置されていて、第１基板１０、第２基板３０間に液晶層５０が介在している構造において、第２基板３０の透明基板１内部面には画面を具現する最小単位であるサブピクセル単位で電圧をオン／オフ（ｏｎ／ｏｆｆ）するスイッチング素子である薄膜トランジスタＴと、薄膜トランジスタＴと連結した画素電極３２が形成されている。
　第１基板１０の透明基板１内部面にはサブピクセル単位で赤、緑、青ＣＬＣ１６ａ、１６ｂ、１６ｃが逐次配列されてＣＣＦ16を形成しており、ＣＣＦ１６を覆う基板全面には共通電極１８が形成されている。
　そして、前記ＣＣＦ１６と第１基板１０の透明基板１間区間にはＣＣＦ１６の容易な配向のためのＣＬＣ用配向膜１４及びＣＣＦ１６から選択的に光を吸収する光吸収層１２が順序通り形成されている。
　また、第２基板３０の透明基板１外部面には位相差補償素子である位相差板３４及び偏光板３６が順序通り配置されている。
　一般的に、前記位相差板３４は、λ／４だけの位相差を与えるＱＷＰ（Ｑｕａｔｅｒ　Ｗａｖｅ　Ｐｌａｔｅ）で構成されて、前記偏光板３６は偏光軸と一致する光だけを透過させる線偏光板で構成される。
　前記ＣＣＦ１６は、色彩を表現する役割だけでなく、光を反射させる反射板役割も兼ねるようになるので、反射型液晶表示装置ではＣＬＣの反射特性に依存して画面の輝度を決定する。

　以下、図２は既存の単一層構造ＣＣＦの赤、緑、青サブピクセルの反射スペクトラムグラフを示した図面である。
　図示したように、ＣＣＦ反射型液晶表示装置において、赤、緑、青カラー別中心波長Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃは逐次大体６５０ｎｍ、５５０ｎｍ、４５０ｎｍであり、ＣＬＣ物質の制限された屈折率差（約０．１５）によって各カラー別中心波長を基準に反射波長幅は最大５０ｎｍであって、吸収型カラーフィルターを含む反射型液晶表示装置の反射波長帯１００ｎｍと比較してみる時、非常に狭くて反射率低下の原因になる。

　前述した吸収型カラーフィルターでは、カラーフィルターの厚さが透過率とは半比例して、色純度とは比例関係を有するために、その厚さ値調節を通じて色純度及び透過率値をある程度調節することができたが、ＣＣＦでは該波長帯の光に対して設計時カラー別ピッチが調節されるので、前記吸収型カラーフィルターのような方法により色純度及び透過率を調節することが容易でない。
　すなわち、前記ＣＣＦにおける赤、緑、青カラーは、各サブピクセルに該当するＣＬＣのピッチ大きさと屈折率差により調節及び具現されるが、屈折率差は大きいほど反射波長領域が広くなって該反射波長帯域における反射度の調節で要求される色純度及び輝度を具現する。しかし、屈折率差が大きいＣＬＣ物質の開発が容易でなくて、屈折率差が大きいほど材料費用が上昇する問題点があった。

　前記問題点を解決するために、本発明においてはＣＣＦのカラー具現範囲増加を容易に調節して、高輝度特性を有するＣＣＦ反射型液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
　これのために、本発明においてはＣＣＦを該カラー別中心波長を中心に前／後波長帯域を有するＣＣＦを二重層で構成して、カラー別反射波長帯域を拡張しようとする。

　前記技術的課題を解決するための前提条件を下の図面を通じて説明する。
　図３は、人間の目の視感特性グラフを示した図面である。
　図示したように、本グラフは波長別目の視感特性度に対するものであって、人間が目で見られる波長領域は４００〜７００ｎｍ間であり、この時目の視感特性度は５００〜６００ｎｍ間で最も高い数値を示す。
　すなわち、本発明においては前記目の視感特性度の中心波長に近接した波長帯値の範囲内で色の波長帯を拡大することを前提とする。

　前記目的を達成するために、本発明の第１特徴では相互に一定間隔離隔されるように対向していて複数のサブピクセルが定義された第１基板、第２基板と；前記第１基板、第２基板間に介在した液晶層と；前記第２基板内部面に画面を具現する最小単位であるサブピクセル（ｓｕｂ−ｐｉｘｅｌ）単位で形成されたスイッチング素子及び前記スイッチング素子と連結した画素電極と；前記第２基板の外部面に順序通り形成された位相差板及び偏光板と；前記第１基板内部面にサブピクセル単位で二個ずつの赤、緑、青カラーを相互に対応するよう配置し、該波長帯の光だけを選択的に反射させる二重層構造のＣＣＦと；前記ＣＣＦを覆う基板全面に形成された共通電極と；前記二重層構造のＣＣＦは第１ＣＬＣ層、第２ＣＬＣ層の積層構造で構成されて、前記第１ＣＬＣ層下部には第１配向膜が形成されていて、第１ＣＬＣ層、第２ＣＬＣ層間区間には第２配向膜が形成されていて、前記第２配向膜と接触される第１ＣＬＣ層の上部表面は改質処理されていることを特徴とする反射型液晶表示装置を提供する。

　前記ＣＣＦの該カラーの二個積層されたＣＣＦのそれぞれの中心波長は、該カラー範囲内で相異なるように形成されて該カラーの反射波長領域を広げることを特徴とする。また、前記第１ＣＬＣ層は第１反射波長帯だけを反射して第２ＣＬＣ層は第２反射波長帯だけを反射し、前記第１反射波長帯は前記第２反射波長帯と中心波長の差が５０ｎｍ以下であるものを特徴とする反射型液晶表示装置を提供する。前記第１反射波長帯は５００から５５０ｎｍの波長帯を形成して、第２反射波長帯は５５０から６００ｎｍの波長帯を形成することを特徴とし、前記第１ＣＬＣ層はサブピクセル単位で各々第１反射波長帯を反射する第１赤、緑、青色のＣＬＣカラーフィルムを含み、前記第２ＣＬＣ層もサブピクセル単位で各々第２反射波長帯を反射する第２赤、緑、青色のＣＬＣカラーフィルムを含む反射型液晶表示装置を提供する。

　第１赤色ＣＬＣカラーフィルム、第２赤色ＣＬＣカラーフィルムは同じサブピクセルに対応するように形成されて、第１緑色ＣＬＣカラーフィルム、第２緑色ＣＬＣカラーフィルムも同じサブピクセルに対応するように形成され、第１青色ＣＬＣカラーフィルム、第２青色ＣＬＣカラーフィルムも同じサブピクセルに対応するように形成され、前記第１赤、緑、青色カラーフィルム、第２赤、緑、青色カラーフィルムは一つのピクセルを形成する。本発明は前記二重層構造のＣＣＦにより反射されるそれぞれの赤、緑、青色は１００ｎｍの波長帯幅を有していることを特徴とし、前記第１配向膜、第２配向膜の厚さは５００から２０００Åのうちいずれか一つである反射型液晶表示装置を提供する。

　前記ＣＣＦを形成する第１配向膜下部には光吸収層をさらに含み、前記位相差板はλ／４だけの位相差を与えるＱＷＰで構成されて、前記偏光板は偏光軸と一致する光だけを透過させる線偏光板である反射型液晶表示装置を提供する。前記第１ＣＬＣ層の上部表面改質処理は、プラズマ（ｐｌａｓｍａ）処理により行われ、前記プラズマ処理に利用される反応ガスは水素（Ｈ_２）または酸素（Ｏ_２）ガスであるものを特徴とする反射型液晶表示装置を提供する。また、本発明において前記第１ＣＬＣ層の上部表面改質処理は、イオンビーム（ｉｏｎ−ｂｅａｍ）処理により行われることを特徴とする反射型液晶表示装置を提供する。

　本発明の第２特徴では、画面を具現する最小単位であるサブピクセルが定義された基板上に第１配向膜を形成する段階と；前記第１配向膜上部に、第１反射波長帯を反射してサブピクセル単位で第１赤、緑、青カラーフィルムを含む第１ＣＬＣ層を形成する段階と；前記第１ＣＬＣ層上部表面を改質処理する段階と；前記改質処理された第１ＣＬＣ層上部に第２配向膜を形成する段階と；前記第２配向膜上部に位置し、前記第１ＣＬＣ層カラーと対応して第２反射波長帯を反射して第２赤、緑、青カラーフィルムを有する第２ＣＬＣ層を形成する段階を含み、前記第２赤、緑、青カラーフィルムは前記第１赤、緑、青カラーフィルムと同じサブピクセルに同じ色が対応するように形成することを特徴とする二重層構造ＣＣＦの製造方法を提供する。

　また、前記第１、２赤、緑、青カラーフィルムは、一つのピクセルを構成して、前記第１反射波長帯は前記第２反射波長帯と中心波長の差が５０ｎｍ以下であるものを特徴とする二重層構造ＣＣＦの製造方法を提供する。前記第１反射波長帯は５００から５５０ｎｍの波長帯を形成して、第２反射波長帯は５５０から６００ｎｍの波長帯を形成することを特徴とし、前記二重層構造のＣＣＦにより反射されるそれぞれの赤、緑、青色は１００ｎｍの波長帯幅を有していることを特徴とする。

　また、本発明において前記第１配向膜、第２配向膜を各々形成する段階では、基板上に配向液を５００Å〜２，０００Å厚さにコーティング（ｃｏａｔｉｎｇ）して焼成処理を経て配向膜を形成する段階と、前記配向膜表面を一定角度に配向処理する段階を含むことを特徴とし、前記第１配向膜を形成する配向液物質はポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）またはポリアミック酸（ｐｏｌｙａｍｉｃ　ａｃｉｄ）系ＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄ　ｎｅｍａｔｉｃ）用配向液物質のうちいずれか一つであるものを特徴とする。

　また、本発明は前記第１配向膜の配向処理は、ローラ（ｒｏｌｌｅｒ）を利用した機械的な摩擦を通じて一定角度にラビング処理するものであってＣＬＣ液晶分子とのプリチルト角（ｐｒｅｔｉｌｔ　ａｎｇｌｅ）が１０゜以下に形成する二重層構造ＣＣＦの製造方法を提供する。

　また、本発明の前記第１ＣＬＣ層、第２ＣＬＣ層を各々形成する段階では、ネマティック（Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶とキラルドーパント（Ｃｈｉｒａｌ　ｄｏｐａｎｔｓ）を１：１ないし１０：１の比率に混合して、前記混合液晶物質の初期状態の反射中心波長を２００ｎｍ〜４００ｎｍに決定する段階と；前記混合液晶物質に露光量が１００ｍＪ〜７００ｍＪである第１ＵＶ照射線を照射して赤、緑、青カラーフィルターを有するＣＬＣ層を形成する段階と；前記ＣＬＣ層に露光量が１００ｍＪ〜３０，０００ｍＪである第２ＵＶ照射線を照射して前記ＣＬＣ層を硬化させる段階を含むことを特徴とする。

　前記ネマティック液晶とキラルドーパントの混合物は、３５％ないし５５％の溶液になるように溶媒に溶かした後０．２ｍｍ以下のフィルターでろ過してパーティクル（ｐａｒｔｉｃｌｅ）を除去することを特徴とし、前記溶媒としてはトルエン（Ｔｏｌｕｅｎｅ）、キシレン（Ｘｙｌｅｎｅ）、ＮＭＰ（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）のうちいずれか一つから選択されたことを特徴とする。

　また、前記第１ＵＶ照射線は、３００から４００ｎｍのうち一つの波長を有しており、前記第２ＵＶ照射線は４００から４５０ｎｍのうち一つの波長を有することを特徴とする。共に、本発明は前記第１ＵＶ照射線は３６５ｎｍの波長を有することができ、前記第２ＵＶ照射線は４０５ｎｍの波長を有することができる二重層構造ＣＣＦの製造方法を提供する。

　また、前記赤、緑、青カラーフィルムの形成は、前記第１ＵＶ照射線の露光量により決定され、前記赤、緑、青カラーフィルムを硬化する段階の前記第２ＵＶ照射線の露光量は６００ｍＪ〜１８０００ｍＪであるものを特徴とする。

　前記第１ＣＬＣ層上部表面を改質処理する段階は、プラズマ処理を通じて行われて、前記プラズマ処理段階に利用される反応ガスは水素及び酸素ガスのうち一つであることを特徴とする。また、前記プラズマ処理時間は６０秒である二重層構造ＣＣＦの製造方法を提供する。

　また、前記第１ＣＬＣ層上部表面を改質処理する段階は、イオンビーム処理を通じて行われて、同一エネルギーのパーティクルだけろ過する過程を含むことを特徴とする。
　また、本発明においては前記第１ＣＬＣ層の上部表面改質処理段階は、前記第１ＣＬＣ層と第２配向膜間の接触角大きさを１５゜未満とし、前記基板上に第１配向膜を形成する段階前に光吸収層を形成する段階を含むことを特徴とする。

　本発明によるＣＣＦ反射型液晶表示装置及びその製造方法によれば次のような効果を有する。
　第一に、ＣＣＦの反射波長範囲を容易に調節することができる。
　第二に、ＣＬＣ層上部に形成される配向膜のコーティング特性を向上させて、生産収率を高めることができる。
　第三に、高色純度特性及び高輝度特性が付加された製品の開発を通じて、市場競争力を向上させることができる。

　以下、本発明による望ましい実施例を図面を参照して説明する。
　図４は、本発明によるＣＣＦ反射型液晶表示装置に対する断面図である。
　図示したように、相互に一定間隔離隔されるように対向して第１基板１１０、第２基板１３０が配置されていて、第１基板１１０、第２基板１３０間に液晶層１５０が介在している構造において、第２基板１３０の透明基板１００内部面にはサブピクセル単位で薄膜トランジスタＴ及び薄膜トランジスタＴと連結した画素電極１３２が形成されている。
　図面に提示しなかったが、前記薄膜トランジスタＴは、ゲート信号電圧が印加されるゲート電極及びデータ信号電圧が印加されるソース電極及びドレイン電極で構成される。
　また、第２基板１３０の透明基板１００外部面には位相差補償素子である位相差板１３４及び偏光板１３６が順序通り配置されている。
　一般的に、前記位相差板１３４は、λ／４だけの位相差を与えるＱＷＰで構成されて、前記偏光板１３６は偏光軸と一致する光だけを透過させる線偏光板で構成される。
　そして、前記第１基板１１０の透明基板１００内部面には光吸収層１１２及び二重層構造のＣＣＦ　１２５が順序通り形成されている。
　前記ＣＣＦ　１２５は、下部層を形成する第１ＣＬＣ層１１６と、第１ＣＬＣ層１１６の上部層を形成する第２ＣＬＣ層１２０の積層構造で構成されて、第１ＣＬＣ層１１６の下部には第１配向膜１１４をさらに含んで、前記第１ＣＬＣ層１１６と第２ＣＬＣ層１２０間接触界面には第２配向膜１１８をさらに含む。第２ＣＬＣ層１２０を覆って共通電極１２２が形成される。
　前記第１ＣＬＣ層１１６は、サブピクセル単位で第１赤、緑、青ＣＬＣ層１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃで構成されて、前記第２ＣＬＣ層１２０は第２赤、緑、青ＣＬＣ層１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃで構成される。前記第２ＣＬＣ層１２０の第２赤、緑、青ＣＬＣ層１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは前記第１赤、緑、青ＣＬＣ層１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃとカラー別に対応するよう配置して形成される。
　前記光吸収層１１２は、ＣＣＦ　１２５を形成する物質または製品特性によって省略することができる。
　図面に提示しなかったが、前記液晶層１５０と接する第１基板１１０、第２基板１３０の内部面には配向処理された第１配向膜、第２配向膜をさらに含む。

　本発明においては、第１ＣＬＣ層、第２ＣＬＣ層の反射波長帯域がカラー別中心波長を基準に前半部と後半部に分けられて全体カラー別反射波長帯域を既存の２倍水準に向上させることを特徴とする。
　一例として、緑色ＣＣＦの場合中心波長５５０ｎｍを基準に第１緑色ＣＬＣ層は、５００ｎｍ〜５５０ｎｍ、第２緑色ＣＬＣ層は５５０ｎｍ〜６００ｎｍの反射波長帯域を有するようにして、全体緑色ＣＣＦの反射波長幅を１００ｎｍ水準に高めることを特徴とする。
　また、本発明においては前記第１ＣＬＣ層１１６の上部表面を表面改質（ｓｕｒｆａｃｅ　ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）処理を通じて第１ＣＬＣ層１１６と第２配向膜１１８間に接触特性を向上させたことを特徴とする。
　前記第１ＣＬＣ層１１６の表面改質は、プラズマを利用することが望ましく、反応ガスとしては表面改質前／後にして接触特性及びＣＬＣの透過度特性が良好に示されるＨ_２にすることがさらに望ましい。

　本発明による二重層構造ＣＣＦは、別途のオーバーコート層なくＣＬＣ用配向膜を含んでＣＬＣ層を連続的に積層する構造を提供することができるものを特徴とし、このような二重層構造ＣＣＦの製造方法は次の通りである。

　図５は、本発明による二重層構造ＣＣＦの製造段階を段階別に示した工程フローチャートである。

　ＳＴ１は、基板上に第１配向膜を形成する段階である。
　この段階では、基板上に配向液を５００Å〜２，０００Å厚さにコーティングして焼成して第１配向膜を形成する段階と、第１配向膜表面を一定角度に配向処理する段階を含む。
　前記第１配向膜の配向処理は、ローラを利用した機械的な摩擦を通じて一定角度にラビング処理する方法を選択でき、ＣＬＣ液晶分子とのプリチルト角が１０゜以下であるものが望ましい。
　前記第１配向膜を形成する配向液物質は、ポリイミドまたはポリアミック酸系ＴＮ用配向液物質のうちいずれか一つから選択されることができる。

　ＳＴ２では、前記第１配向膜上部面に第１ＣＬＣ層を形成する段階である。
　この段階では、単分子物質または高分子物質から選択されたネマティック液晶とキラルドーパントを１：１ないし１０：１の比率に混合して初期状態の反射中心波長を２００ｎｍ〜４００ｎｍに決定する段階を経て、第１ＣＬＣ層を形成する。
　前記混合された液晶物質は、要求される膜厚さを考慮して、３５％ないし５５％の溶液になるように溶媒に溶かした後０．２ｍｍ以下のフィルターでろ過してパーティクルを除去する。用いられる溶媒としてはトルエン（Ｔｏｌｕｅｎｅ）、キシレン（Ｘｙｌｅｎｅ）、ＮＭＰ（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）のうちいずれか一つから選択されることができる。
　ＳＴ１段階を経て形成された第１配向膜上に前記混合液晶物質をスピンコーティング（ｓｐｉｎ　ｃｏａｔｉｎｇ）方法により２ｍｍ〜５ｍｍ厚さに形成する。前記混合液晶物質が単分子物質である場合には、全体溶液の０．２％〜５．０％の光開始剤を含むことが望ましく、さらに望ましくは１．０％〜２．０％を含むものである。
　前記ＳＴ２段階を経て形成された第１ＣＬＣ層は、３００〜４００ｎｍ近くの紫外線（ＵＶ）を吸収する。前記ＣＬＣは螺旋構造の回転周期長さで定義されるピッチを持っていて、ピッチの長さすなわち反射波長はＵＶ吸光量によって変わる特性を有する。一例として、３６５ｎｍのＵＶ照射線の露光量を１００ｍＪ〜７００ｍＪになるように調節して第１ＣＬＣ層に所望する量だけ３６５ｎｍのＵＶを照射する方法で第１赤、緑、青ＣＬＣ層を形成してこれらで構成された第１ＣＬＣ層を完成する。
　すなわち、この段階では３６５ｎｍのＵＶ照射線露光量が１００ｍＪ〜７００ｍＪになるように調節して、前記１次的に形成した第１ＣＬＣ層に照射して、第１赤、緑、青ＣＬＣ層で構成される第１ＣＬＣ層を完成する。
　本発明に利用されるＣＬＣ物質は、３００〜４００ｎｍのＵＶで構造が変わる分子構造を持っており、ＵＶ照射量によってＣＬＣのピッチが変わることによって波長変化を有する。
　前記第１赤、緑、青ＣＬＣ層を形成した次に、前記ＣＬＣ層物質を安定に硬化させるために４００〜４５０ｎｍのＵＶ照射線を露光量が１００ｍＪ〜３０，０００ｍＪになるように調節することが望ましく、さらに望ましくは６００ｍＪ〜１８，０００ｍＪにする。望ましくはＵＶの波長を４５０ｎｍにする。
　また、この段階は、４００〜４５０ｎｍで最も反応性が高い光開始剤を選択することが望ましく、これのためには光開始剤の種類及び濃度を調節する方法がある。
　この段階では、４００ｎｍ以下を遮断するフィルターを用いて３００〜４００ｎｍで起こるＣＬＣピッチ変化を除いて光硬化反応だけを效果的に遂行させるようにする。また、硬化度を高めるために窒素（Ｎ_２）、アルゴン（Ａｒ）などのガスを除去（ｐｕｒｇｉｎｇ）しながら光硬化反応を進行することがさらに望ましい。

　次に、ＳＴ３では前記第１ＣＬＣ層上部面に形成される第２配向膜のコーティング性を向上させるために、第２配向膜を形成する前に第１ＣＬＣ層の上部表面を改質（ｓｕｒｆａｃｅ　ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）する段階である。

　前記表面改質処理する方法としては、前記第１ＣＬＣ層の上部表面を機械的なラビング処理を通じて表面粗さ（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）を増加させたり、適正濃度のアルカリ溶液で表面の極性を改質する方法を用いることができ、最も望ましくはプラズマまたはイオンビーム処理方法を利用するものである。

　前記プラズマまたはイオンビーム処理方法は、ＣＬＣ層に損傷を少なく与えて、表面の粗さ増加による光の散乱度を最少化しながら、コーティング性及び接着性を調節することに最も適切な方法である。

　このうちから、前記プラズマ処理は酸素、水素、アルゴンなどの反応ガスをプラズマ状態に作って、エネルギーが高まったプラズマ状態のガスが電界によりＣＬＣ層表面にぶつかりＣＬＣ層の表面分子と反応することによって、表面特性を変化させる方法である。

　そして、前記イオンビーム処理は、プラズマ処理と同一な工程を適用できるが、但しプラズマ形成後同一エネルギーのパーティクルだけろ過する過程が追加される。この時改質された第１ＣＬＣ層の表面はそのエネルギー状態すなわち、表面張力が変わってその上に形成される物質に対する親和力が変わるようになって、したがってコーティング特性にも変化を与えるようになる。

　親和力の定量的尺度は、第１ＣＬＣ層表面とコーティング溶液間の接触角で表現することができるが、前記第１ＣＬＣ層の表面改質段階は前記第１ＣＬＣ層と第１ＣＬＣ層上部に形成される第２配向膜間の接触角を小さくする段階であって、その接触角が小さいほどコーティングの湿潤性（ｗｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）が増加されるので、結果的に第１ＣＬＣ層表面に接触する物質間の親和力を向上させることができる。

　図６は、本発明の表面改質処理を経たＣＬＣ層と配向膜溶液間の接触角特性グラフを示した図面である。
　図示したように、表面改質処理段階を経る前、第１ＣＬＣ層表面の接触角は配向膜溶液に対して４５゜以上の値を有するに反し、水素及び酸素プラズマ処理による表面改質処理後には１５゜未満の値を有することが分かる。
　前記表面改質段階に利用される反応ガス種類及びプラズマチャンバー（ｃｈａｍｂｅｒ）の条件、処理時間によって表面改質の程度は変わって、そのうちからコーティング性、接着性面で有利な条件を探すことが重要である。

　下記表１は、本発明による表面改質のためのプラズマ処理条件及び反応ガス別に表面改質処理されたＣＬＣ層の反射中心波長の変化程度を測定したデータに関する。

　図７Ａ、図７Ｂは、本発明による表面改質のためのプラズマ処理後ＣＣＦの透過度特性グラフを示した図面であって、図７Ａは水素プラズマ処理前／後のＣＣＦ透過度特性グラフであって、図７Ｂは酸素プラズマ処理前／後のＣＣＦ透過度特性グラフである。前記表１データ結果と連係して説明すれば、水素及び酸素ガスを同一なパワー、圧力、時間条件下で反応ガスを利用してプラズマ処理した時、水素プラズマ処理の場合時間条件を６０秒にした場合、水素プラズマ処理されたＣＬＣ層の場合プラズマ処理前／後波長の変化（△λ）がほとんどなかったが、酸素プラズマ処理の場合水素プラズマ処理と同一な条件下で波長の変化（△λ）が甚だしく現れた。
　すなわち、水素プラズマ処理が配向膜のコーティング性及び配向膜形成後ＣＬＣ層の透過度特性に影響をおよぼさない最も良い結果を与えることが分かる。
　しかし、酸素プラズマ処理後にはＣＬＣ層に損傷を与えてプラズマ処理前、後に透過スペクトラムが変化してＣＬＣ層の設計された中心波長を移動させることが分かる。
　結論的に、反応ガスの種類及び処理条件によって多様にＣＬＣ層の表面を改質させることができるので、改質しようとする物質の種類または状態によって適正な条件を探すことが望ましい。

　ＳＴ４では、前記表面改質処理された第１ＣＬＣ層上部に第２配向膜を形成する段階である。
　前記第２配向膜を形成する段階は、前記ＳＴ１の段階を適用できる。
　すなわち、前記表面改質処理された第１ＣＬＣ層上部に配向液物質をコーティングして、焼成して第２配向膜を形成する段階と、前記第２配向膜表面を配向処理する段階を経る。
　本発明においては、前記ＳＴ３段階を経て第２配向膜と接する第１ＣＬＣ層の表面改質段階を経たために、前記第１ＣＬＣ層と第２配向膜間の接触特性を向上させることができる。

　ＳＴ５では、前記第２配向膜上部に第２ＣＬＣ層を形成して、第１ＣＬＣ層、第２ＣＬＣ層で構成されたＣＣＦを完成する段階である。
　この段階は、前記ＳＴ２の第１ＣＬＣ層を形成する段階を適用でき、前記第１ＣＬＣ層とカラー別に対応するように第２ＣＬＣ層を形成することが重要である。
　この段階では、二重層構造ＣＣＦをさらに固めるために硬化処理する段階を含み、一例に１５０℃〜２５０℃のオーブンで１〜２時間熱硬化させることができる。

　図８は、本発明によるＣＣＦの製造方法により形成された二重層構造ＣＣＦの赤、緑、青サブピクセル単位反射スペクトラムグラフを示した図面である。
　図示したように、赤、緑、青ＣＣＦは、逐次６６０ｎｍ、５５０ｎｍ、４５０ｎｍ附近で中心波長ＩＩａ、ＩＩｂ、ＩＩｃを有して、カラー別反射波長幅は各々１００ｎｍ水準であることが分かる。

　このように、既存に比べて２倍水準に反射輝度が向上したことは、カラー別中心波長を中心に第１ＣＬＣ層が前半部反射波長帯を形成して、第２ＣＬＣ層が後半部反射波長帯を形成して、第１ＣＬＣ層、第２ＣＬＣ層の反射波長帯の合計が全体反射波長帯域を形成するようにして、第１ＣＬＣ層、第２ＣＬＣ層の積層構造で構成されたＣＣＦは結論的に既存より２倍水準に向上した反射輝度を有するようになる。

　すなわち、本発明によるＣＣＦを含む反射型液晶表示装置は、既存の吸収型カラーフィルターを利用した反射型液晶表示装置と比較する時ＣＬＣ液晶の高色純度特性をそのまま維持しながら、ＣＬＣの制限された屈折率特性を改善して高輝度特性を附与するによって高画質／高輝度反射型液晶表示装置を提供することができる。
　しかし、本発明は前記実施例に限定されなくて、本発明の趣旨に外れない限度内で多様に変更して実施しても構わない。

既存のＣＣＦ反射型液晶表示装置の一部領域に対する断面を概略的に示した断面図である。 既存の単一層構造ＣＣＦの赤、緑、青サブピクセルの反射スペクトラムグラフを示した図面である。 人間の目の視感特性グラフを示した図面である。 本発明によるＣＣＦ反射型液晶表示装置に対する断面図である。 本発明による二重層構造ＣＣＦの製造段階を段階別に示した工程フローチャートである。 本発明の表面改質処理を経たＣＬＣ層と配向膜溶液間の接触角特性グラフを示した図面である。 本発明による表面改質のためのプラズマ処理後ＣＣＦの透過度特性グラフを示した図面であって、図７Ａは水素プラズマ処理前／後のＣＣＦ透過度特性グラフである。 本発明による表面改質のためのプラズマ処理後ＣＣＦの透過度特性グラフを示した図面であって、図７Ｂは酸素プラズマ処理前／後のＣＣＦ透過度特性グラフである。 本発明による製造方法により形成された二重層構造ＣＣＦの赤、緑、青サブピクセル単位反射スペクトラムグラフを示した図面である。

符号の説明

１００　透明基板
１１０　第１基板
１１２　光吸収層
１１４　第１配向膜
１１６　第１ＣＬＣ層
１１６ａ　第１赤ＣＬＣ層
１１６ｂ　第１緑ＣＬＣ層
１１６ｃ　第１青ＣＬＣ層
１１８　第２配向膜
１２０　第２ＣＬＣ層
１２０ａ　第２赤ＣＬＣ層
１２０ｂ　第２緑ＣＬＣ層
１２０ｃ　第２青ＣＬＣ層
１２２　共通電極
１２５　ＣＣＦ
１３０　第２基板
１３２　画素電極
１３４　位相差板
１３６　偏光版
１５０　液晶層
Ｔ　薄膜トランジスタ

Claims (37)

1. 　相互に一定間隔離隔されるように対向していて複数のサブピクセルが定義された第１基板、第２基板と；
   　前記第１基板、第２基板間に介在した液晶層と；
   　前記第２基板内部面に画面を具現する最小単位であるサブピクセル単位で形成されたスイッチング素子及び前記スイッチング素子と連結した画素電極と；
   　前記第２基板の外部面に順序通り形成された位相差板及び偏光板と；
   　前記第１基板内部面にサブピクセル単位で二個ずつの赤、緑、青カラーを相互に対応するよう配置し、該波長帯の光だけを選択的に反射させる二重層構造のＣＣＦと；
   　前記ＣＣＦを覆う基板全面に形成された共通電極と；
   　前記二重層構造のＣＣＦは、第１ＣＬＣ層、第２ＣＬＣ層の積層構造で構成され、前記第１ＣＬＣ層下部には第１配向膜が形成されていて、第１ＣＬＣ層、第２ＣＬＣ層間区間には第２配向膜が形成されていて、前記第２配向膜と接触される第１ＣＬＣ層の上部表面は改質処理されていることを特徴とする反射型液晶表示装置。
2. 　前記ＣＣＦの該カラーの二個の積層されたＣＣＦのそれぞれの中心波長は、該カラー範囲内で相異なるように形成されて該カラーの反射波長領域を広げることを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
3. 　前記第１ＣＬＣ層は、第１反射波長帯だけを反射して第２ＣＬＣ層は第２反射波長帯だけを反射することを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
4. 　前記第１反射波長帯は、前記第２反射波長帯と中心波長の差が５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の反射型液晶表示装置。
5. 　前記第１反射波長帯は、５００から５５０ｎｍの波長帯を形成して、第２反射波長帯は５５０から６００ｎｍの波長帯を形成することを特徴とする請求項４に記載の反射型液晶表示装置。
6. 　前記第１ＣＬＣ層は、サブピクセル単位で各々第１反射波長帯を反射する第１赤、緑、青色のＣＬＣカラーフィルムを含み、前記第２ＣＬＣ層もサブピクセル単位で各々第２反射波長帯を反射する第２赤、緑、青色のＣＬＣカラーフィルムを含むことを特徴とする請求項４に記載の反射型液晶表示装置。
7. 　第１赤色ＣＬＣカラーフィルム、第２赤色ＣＬＣカラーフィルムは同じサブピクセルに対応するように形成されて、第１緑色ＣＬＣカラーフィルム、第２緑色ＣＬＣカラーフィルムも同じサブピクセルに対応するように形成され、第１青色ＣＬＣカラーフィルム、第２青色ＣＬＣカラーフィルムも同じサブピクセルに対応するように形成されることを特徴とする請求項６に記載の反射型液晶表示装置。
8. 　前記第１赤、緑、青色カラーフィルム、第２赤、緑、青色カラーフィルムは一つのピクセルを形成することを特徴とする請求項７に記載の反射型液晶表示装置。
9. 　前記二重層構造のＣＣＦにより反射されるそれぞれの赤、緑、青色は、１００ｎｍの波長帯幅を有していることを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
10. 　前記第１配向膜、第２配向膜の厚さは、５００から２０００Åのうちいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
11. 　前記ＣＣＦを形成する第１配向膜下部には光吸収層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
12. 　前記位相差板は、λ／４だけの位相差を与えるＱＷＰで構成されて、前記偏光板は偏光軸と一致する光だけを透過させる線偏光板であることを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
13. 　前記第１ＣＬＣ層の上部表面改質処理は、プラズマ処理により行われたことを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
14. 　前記プラズマ処理に利用される反応ガスは、水素（Ｈ_２）ガスであることを特徴とする請求項１３に記載の反射型液晶表示装置。
15. 　前記プラズマ処理に利用される反応ガスは、酸素（Ｏ_２）ガスであることを特徴とする請求項１３に記載の反射型液晶表示装置。
16. 　前記第１ＣＬＣ層の上部表面改質処理は、イオンビーム処理により行われたことを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
17. 　画面を具現する最小単位であるサブピクセルが定義された基板上に第１配向膜を形成する段階と；
    　前記第１配向膜上部に、第１反射波長帯を反射してサブピクセル単位で第１赤、緑、青カラーフィルムを含む第１ＣＬＣ層を形成する段階と；
    　前記第１ＣＬＣ層上部表面を改質処理する段階と；
    　前記改質処理された第１ＣＬＣ層上部に第２配向膜を形成する段階と；
    　前記第２配向膜上部に位置し、前記第１ＣＬＣ層カラーと対応して第２反射波長帯を反射して第２赤、緑、青カラーフィルムを有する第２ＣＬＣ層を形成する段階を含み、前記第２赤、緑、青カラーフィルムは前記第１赤、緑、青カラーフィルムと同じサブピクセルに同じ色が対応するように形成することを特徴とする二重層構造ＣＣＦの製造方法。
18. 　前記第１、２赤、緑、青カラーフィルムは、一つのピクセルを構成することを特徴とする請求項１７に記載の二重層構造ＣＣＦの製造方法。
19. 　前記第１反射波長帯は、前記第２反射波長帯と中心波長の差が５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１７に記載の二重層構造ＣＣＦの製造方法。
20. 　前記第１反射波長帯は、５００から５５０ｎｍの波長帯を形成して、第２反射波長帯は５５０から６００ｎｍの波長帯を形成することを特徴とする請求項１９に記載の二重層構造ＣＣＦの製造方法。
21. 　前記二重層構造のＣＣＦにより反射されるそれぞれの赤、緑、青色は、１００ｎｍの波長帯幅を有していることを特徴とする請求項１７に記載の反射型液晶表示装置。
22. 　前記第１配向膜、第２配向膜を各々形成する段階では、基板上に配向液を５００Å〜２，０００Å厚さにコーティングして焼成処理を経て配向膜を形成する段階と、前記配向膜表面を一定角度に配向処理する段階を含むことを特徴とする請求項１７に記載の二重層構造ＣＣＦの製造方法。
23. 　前記第１配向膜を形成する配向液物質は、ポリイミドまたはポリアミック酸系ＴＮ用配向液物質のうちいずれか一つであることを特徴とする請求項２２に記載の二重層構造ＣＣＦの製造方法。
24. 　前記第１配向膜の配向処理は、ローラを利用した機械的な摩擦を通じて一定角度にラビング処理することであってＣＬＣ液晶分子とのプリチルト角が１０゜以下に形成することを特徴とする請求項２２に記載の二重層構造ＣＣＦの製造方法。
25. 　前記第１ＣＬＣ層、第２ＣＬＣ層を各々形成する段階では、ネマティック液晶とキラルドーパントを１：１ないし１０：１の比率に混合して、前記混合液晶物質の初期状態の反射中心波長を２００ｎｍ〜４００ｎｍに決定する段階と；
    　前記混合液晶物質に露光量が１００ｍＪ〜７００ｍＪである第１ＵＶ照射線を照射して赤、緑、青カラーフィルターを有するＣＬＣ層を形成する段階と；
    　前記ＣＬＣ層に露光量が１００ｍＪ〜３０，０００ｍＪである第２ＵＶ照射線を照射して前記ＣＬＣ層を硬化させる段階とを含むことを特徴とする請求項１７に記載の二重層構造ＣＣＦの製造方法。
26. 　前記ネマティック液晶とキラルドーパントの混合物は、３５％ないし５５％の溶液になるように溶媒に溶かした後０．２ｍｍ以下のフィルターでろ過してパーティクルを除去することを特徴とする請求項２５に記載の二重層構造ＣＣＦの製造方法。
27. 　前記溶媒としてはトルエン（Ｔｏｌｕｅｎｅ）、キシレン（Ｘｙｌｅｎｅ）、ＮＭＰ（Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−２−ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）のうちいずれか一つから選択されたことを特徴とする請求項２６に記載の二重層構造ＣＣＦの製造方法。
28. 　前記第１ＵＶ照射線は、３００から４００ｎｍのうち一つの波長を有しており、前記第２ＵＶ照射線は４００から４５０ｎｍのうち一つの波長を有していることを特徴とする請求項２５に記載の二重層構造ＣＣＦの製造方法。
29. 　前記第１ＵＶ照射線は、３６５ｎｍの波長を有しており、前記第２ＵＶ照射線は４０５ｎｍの波長を有していることを特徴とする請求項２５に記載の二重層構造ＣＣＦの製造方法。
30. 　前記赤、緑、青カラーフィルムの形成は、前記第１ＵＶ照射線の露光量により決定されることを特徴とする請求項２５に記載の二重層構造ＣＣＦの製造方法。
31. 　前記赤、緑、青カラーフィルムを硬化する段階の前記第２ＵＶ照射線の露光量は、６００ｍＪ〜１８０００ｍＪであることを特徴とする請求項２５に記載の二重層構造ＣＣＦの製造方法。
32. 　前記第１ＣＬＣ層上部表面を改質処理する段階は、プラズマ処理を通じて行われることを特徴とする請求項１７に記載の二重層構造ＣＣＦの製造方法。
33. 　前記プラズマ処理段階に利用される反応ガスは水素及び酸素ガスのうち一つであることを特徴とする請求項３２に記載の二重層構造ＣＣＦの製造方法。
34. 　前記プラズマ処理時間は、６０秒であることを特徴とする請求項３２に記載の二重層構造ＣＣＦの製造方法。
35. 　前記第１ＣＬＣ層上部表面を改質処理する段階は、イオンビーム処理を通じて行われて、同一エネルギーのパーティクルだけろ過する過程を含むことを特徴とする請求項１７に記載の二重層構造ＣＣＦの製造方法。
36. 　前記第１ＣＬＣ層の上部表面改質処理段階は、前記第１ＣＬＣ層と第２配向膜間の接触角大きさを１５゜未満とすることを特徴とする請求項１７に記載の二重層構造ＣＣＦの製造方法。
37. 　前記基板上に第１配向膜を形成する段階前に、光吸収層を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１７に記載の二重層構造ＣＣＦの製造方法。
    

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