JP2006030965A - 位相遅延素子とその製造方法、これを有する基板とその製造方法、これを用いた光供給方法、及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 位相遅延素子とその製造方法、これを有する基板及びその製造方法、これを用いた光供給方法及び液晶表示装置が開示される。
【解決手段】 位相遅延素子は、底部と、底部に一体で形成され、反射層に対向する対向部を含み、底部に入射される第１光の波長を１／４位相遅延させた第２光を対向部を通じて反射層に供給し、反射層によって反射され対向部に入射される第３光の波長を１／４位相遅延させた第４光を底部を通じて出射する。これによって、背面光のうち、透過窓に印加されない光、特に、反射層によって反射されながら損失される光を効率的に用いることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は液晶表示装置に関し、より詳細には、光効率を向上させる位相遅延素子とその製造方法、これを有する基板及びその製造方法、これを用いた光供給方法、及び液晶表示装置に関する。

一般に、反射型液晶表示装置（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｔｙｐｅ ＬＣＤ）は、外部から入射する自然光を使用するので、暗い場所では光量の減少によって表示が暗くなって、表示される画像をよく見ることができないという短所がある。
又、透過型液晶表示装置（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ ｔｙｐｅ ＬＣＤ）は、バックライト等の装置から入射する人工光を使用するので、明るい場所でも、暗い場所でも表示される画像を認識することができるが、光源の分量だけ電力消費が大きくなり、特に電池によって動作する携帯用表示装置等には適合しないという短所がある。

このような短所を解決するために、前述した反射型液晶表示装置と透過型液晶表示装置を併用する反射−透過型液晶表示装置（Ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ ｔｙｐｅ ＬＣＤ）がある。
図１は、一般的な反射−透過型液晶表示装置を説明するための概略図である。特に、反射層に印加される背面光の損失を説明するための図である。

図１に示すように、一般的な反射−透過型液晶表示装置は、ランプ１、ランプ反射板２、下部偏光板３、位相遅延フィルム４、反射層５、液晶層６、カラーフィルター７、及び上部偏光板８を含む。
ランプ１は背面に配置され、人工光を下部偏光板３に提供する。下部偏光板３は水平方向となる光軸を具備し、背面側から人工光が供給されると水平偏光成分の光のみを通過させて正面側に出射し、正面側から人工光が供給されると水平偏光成分の光のみを通過させて背面側に出射する。

位相遅延フィルム４は、入射する光の位相をλ／４だけ遅延させて出射するλ／４位相遅延フィルムで構成される。位相遅延フィルム４は、背面側から水平偏光成分の光が入射すると、位相をλ／４遅延させて右円偏光成分の光を正面側に出射し、正面側から右円偏光成分の光が入射すると、位相をλ／４遅延させて水平偏光成分の光を背面側に出射する。

反射層５は液晶層６の背面に配置され、垂直偏光成分の光が入射すると、これを反射する。反射層５の一部に透過窓が形成されており、透過窓に位置する部分では背面側からの光が透過し、透過窓が形成されていない反射部分においては背面側からの光は反射される。液晶層６は、背面から提供される垂直偏光成分の光がカラーフィルター７に入射することを調整する。例えば、両端間に印加される電位差に応答して液晶分子が配列し、垂直偏光成分の光を全然通過させないか、あるいは１００％通過させる。

カラーフィルター７は、液晶層６を経由する垂直偏光成分の光のうち、特定波長帯の光のみを通過させる。
上部偏光板８は水平方向となる光軸を具備し、背面側から人工光が供給されると垂直偏光成分の光のみを通過させて正面側に出射する。又、正面側から自然光やフロント光のような人工光が供給されると、垂直偏光成分の光のみを通過させてカラーフィルター７に出射する。

しかし、透過モードにおいてバックライトから提供される光の利用効率は低い。具体的に、透過モードの動作時、ランプ１から出射した人工光のうち、偏光板３を通じて通過する光は直線偏光のみであり、位相遅延フィルム４を通過することにより楕円偏光（右円偏光）に変更する。反射層５が形成されていない透過窓を通過した光は、液晶層６を通過する。液晶層６に対する電圧の印加の有無が光の位相変化の有無を発生する。

その結果、位相遅延フィルム４に背面側から入射した光は円偏光成分を含む光に変換されて出射されることとなるが、液晶層６を透過する際の位相変化によって、フロント側に位置する上部偏光板８の透過軸と同じ光が透過され、９０°位相遅延された光は透過されない。
一方、背面側から位相遅延フィルム４を通過した光のうち、反射層５が存在する反射部分に入射する光は、反射層５により反射される。反射層５により反射された光は、位相遅延フィルム４を通過して更に下部偏光板３に到達するが、位相遅延フィルム４を２回通過することによって下部偏光板３の光軸と９０°異なる光軸となっている。したがってこのように下部偏光板３の光軸と９０°異なる光軸を有する光は、全部吸収されてしまう。即ち、ランプ１からの光のうち透過窓以外の光は、全て使用されないこととなる。

単位ピクセルの全体面積で表示有効領域が８０％を占め、そのうち、透過窓が３０％を占める場合、配線部分を含んだ残り７０％の領域に対応する光は全部損失されるという問題点がある。

本発明の技術的課題は、このような従来の問題点を解決するためのものであって、本発明の第１目的は、輝度を向上させる位相遅延素子を提供することにある。
本発明の第２目的は、前記した位相遅延素子の製造方法を提供することにある。
本発明の第３目的は、前記した位相遅延素子を有する基板を提供することにある。
本発明の第４目的は、前記した位相遅延素子を有する基板の製造方法を提供することにある。

本発明の第５目的は、前記した位相遅延素子を用いた光供給方法を提供することにある。
本発明の第６目的は、前記した位相遅延素子を具備して反射領域に対応する背面光を再活用して、光効率を向上させるための液晶表示装置を提供することにある。

前記した本発明の第１目的を実現するために、本発明の一実施例による位相遅延素子は、底部、及び前記底部に一体で形成され、反射層に対向する対向部を含み、前記底部に入射する第１光の波長を１／４位相遅延させた第２光を前記対向部を通じて前記反射層に供給し、前記反射層によって反射され前記対向部に入射する第３光の波長を１／４位相遅延させた第４光を前記底部を通じて出射することを特徴とする。

前記した本発明の第２目的を実現するために、本発明の一実施例による位相遅延素子の製造方法は、（ａ）転写用フィルムに感光性付与剤を有する液晶層を配向させる段階、（ｂ）前記配向された液晶層にＵＶ光を印加する段階、（ｃ）前記ＵＶ光によって硬化された液晶層の表面を基板に密着させて転写する段階、（ｄ）前記転写用フィルムを剥離し、所望するパターン形態に硬化させて輝度向上層を形成する段階、及び（ｅ）前記輝度向上層の表面に凸凹を形成する段階を含む。

前記した本発明の第２目的を実現するために、本発明の他の実施例による移送遅延素子の製造方法は、（ａ）凸凹面を有する感光性フィルムに配向膜を形成する段階、（ｂ）前記配向膜上に液晶層を形成し、ＵＶ光を印加する段階、（ｃ）前記ＵＶ光によって硬化された液晶層の表面を基板に密着させて転写する段階、及び（ｄ）前記感光性フィルムを剥離し、所望するパターン形態に硬化させて輝度向上層を形成する段階を含む。

前記した本発明の第２目的を実現するために、本発明の更に他の実施例による移送遅延素子の製造方法は、（ａ）基板に形成された配向膜上に液晶層を形成する段階、（ｂ）所望するパターン形態に前記液晶層を硬化させて輝度向上層を形成する段階、及び（ｃ）前記輝度向上層の表面に凸凹を形成する段階を含む。
前記した本発明の第２目的を実現するために、本発明の更に他の実施例による移送遅延素子の製造方法は、（ａ）反射領域と透過領域を有する基板に感光性配向剤を塗布する段階、（ｂ）前記反射領域に形成された感光性配向剤を配向処理する段階、（ｃ）配向処理された反射領域に液晶層を形成して反射領域を配向させる段階、（ｄ）前記反射領域に形成された液晶層を硬化させて輝度向上層を形成する段階、及び（ｅ）前記輝度向上層の表面に凸凹を形成する段階を含む。

前記した本発明の第３目的を実現するために、本発明の一実施例による位相遅延素子を有する基板は、反射領域と透過窓とに区分される画素領域を有する絶縁基板、前記画素領域に形成されたスイッチング素子、前記スイッチング素子に接続された画素電極、前記反射領域に形成され、一側から入射するフロント光を前記一側に反射し、他側から入射する背面光を前記他側に反射する反射層、及び前記反射層の下に形成され、前記他側から入射する背面光を前記反射層に供給し、前記反射層によって反射された光を前記他側に出射する輝度向上層を含む。

前記した本発明の第３目的を実現するために、本発明の他の実施例による移送遅延素子を有する基板は、反射領域と透過窓とに区分される画素領域を具備する絶縁基板、前記画素領域に形成された色画素、前記色画素をカバーしながら前記画素領域に形成された共通電極層、前記反射領域に形成され、一側から入射するフロント光を前記一側に反射し、他側から入射する背面光を前記他側に反射する反射層、及び前記反射層の下に形成され、前記他側から入射する背面光を前記反射層に供給し、前記反射層によって反射された光を前記他側に出射する輝度向上層を含む。

前記した本発明の第４目的を実現するために、本発明の一実施例による位相遅延素子を有する基板の製造方法は、（ａ）反射領域と透過領域とに区画される画素領域を有する絶縁基板にスイッチング素子を形成する段階、（ｂ）前記反射領域上に有機絶縁層を形成する段階、（ｃ）前記反射領域に対応する前記有機絶縁層の表面に背面光の波長を１／４位相遅延させる輝度向上層を形成する段階、（ｄ）前記輝度向上層の上部及び前記透過領域に連続して画素電極を形成する段階、及び（ｅ）前記反射領域に反射層を形成する段階を含む。

前記した本発明の第４目的を実現するために、本発明の他の実施例による位相遅延素子を有する基板の製造方法は、（ａ）反射領域と透過領域とに区画される画素領域を有する絶縁基板に背面光の波長を１／４位相遅延させる輝度向上層を形成する段階、（ｂ）前記輝度向上層が形成された絶縁基板上にスイッチング素子を形成する段階、（ｃ）前記反射領域上に有機絶縁層を形成する段階、（ｄ）前記輝度向上層の上部及び前記透過領域に連続して画素電極を形成する段階、及び（ｅ）前記反射領域に反射層を形成する段階を含む。

前記した本発明の第４目的を実現するために、本発明の更に他の実施例による位相遅延素子を有する基板の製造方法は、（ａ）反射領域と透過領域とに区画される画素領域を有する絶縁基板にスイッチング素子を形成する段階、（ｂ）前記スイッチング素子をカバーしながら、前記反射領域に背面光の波長を１／４位相遅延させる輝度向上層を形成する段階、（ｃ）前記輝度向上層上に有機絶縁層を形成する段階、（ｄ）前記有機絶縁層の上部及び前記透過領域に連続して画素電極を形成する段階、及び（ｅ）前記反射領域に反射層を形成する段階を含む。

前記した本発明の第４目的を実現するために、本発明の更に他の実施例による位相遅延素子を有する基板の製造方法は、（ａ）反射領域と透過領域とに区画される画素領域を有する絶縁基板に背面光の波長を１／４位相遅延させる輝度向上層を形成する段階、（ｂ）前記輝度向上層上に反射層を形成する段階、及び（ｃ）前記反射層の表面及び前記透過領域に連続して色画素層を形成する段階を含む。

前記した本発明の第５目的を実現するために、本発明の一実施例による位相遅延素子を用いた光供給方法は、一側から供給される光の特性を変更して液晶層に供給する光供給方法において、前記一側から第１光が供給されると、前記第１光のうち、水平偏光成分の第２光を通過する段階、前記第２光を円偏光成分の第３光に変更する段階、前記第３光を垂直偏光成分の第４光に変更する段階、前記第４光のうちの一部は反射し、残りは前記液晶層に供給する段階、前記反射された第４光を円偏光成分の第５光に変更する段階、前記第５光を水平偏光成分の第６光に変更する段階、及び前記第６光を前記一側に供給する段階を含む。

前記した本発明の第６目的を実現するために、本発明の一実施例による液晶表示装置は、 画像を表示する液晶層、一側から供給される人工光から水平偏光成分の光を抽出して他側に出力し、他側から水平偏光成分の光が入射すると一側に透過する第１偏光板、一側から供給される前記水平偏光成分の光を円偏光成分の光に変更して他側に出力し、他側から円偏光成分の光が入射すると水平偏光成分の光に変更して一側に出力する第１λ／４位相遅延部、一側から供給される前記円偏光成分の光を垂直偏光に変更して他側に出力し、他側から垂直偏光成分の光が入射すると円偏光成分の光に変更して一側に出力する第２λ／４位相遅延部、及び一側から前記垂直偏光成分の光が入射すると、前記第２λ／４位相遅延部に反射する反射部を含む。

このような位相遅延素子とその製造方法、これを有する基板及びその製造方法、これを用いた光供給方法、及び液晶表示装置によると、背面光のうち、透過窓に印加されない光、特に、反射層によって反射されて損失する光に対してλ／４位相差板を用いて効率的に用いることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例をより詳細に説明する。図面において、層（又は、膜）及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示した。明細書全般にかけて類似な部分には、同じ図面番号を付与した。全体的に、図面を説明する時、観察者の観点で説明し、層、膜、領域、板等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」ある場合のみならず、その中間に更に他の部分がある場合も含む。逆に、各部分が他の部分の「すぐ上に」あるとする場合には、中間に他の部分がないことを意味する。

図２は、本発明による液晶表示装置を説明するための概略図である。特に、反射層の下に別の輝度向上層を形成した例である。
図２に示すように、本発明による液晶表示装置は、ランプ１０、下部偏光板２０、位相遅延フィルム３０、輝度向上層４０、反射層５０、ランプ反射板６０、液晶層７０、カラーフィルター８０、及び上部偏光板（又は、検光子）９０を含む。説明の便宜のために、観察者が観察する図面の下部を背面と定義し、図面の上部を正面と定義する。

ランプ１０は背面に配置され、人工光を下部偏光板２０に提供する。前述の人工光は偏光されない光である。
下部偏光板２０は水平方向の光軸を具備し、背面側から人工光が供給されると、水平偏光成分の光のみを通過させて正面側に出射し、正面側から人工光が供給されると、水平偏光成分の光のみを通過させて背面側に出射する。

位相遅延フィルム３０は、入射する光の位相をλ／４だけ遅延させて出射する。位相遅延フィルム３０は、背面側から前記水平偏光成分の光が入射すると、位相をλ／４遅延させて右円偏光成分の光を正面側に出射し、正面側から右円偏光成分の光が入射されると、位相をλ／４遅延させて水平偏光成分の光を背面側に出射する。
輝度向上層４０は、入射する光の位相をλ／４遅延させて出射する。即ち、輝度向上層４０は、背面側から右円偏光成分の光が入射されると、位相をλ／４遅延させて垂直偏光成分の光を正面側に出射し、正面側に位置する反射層５０により反射された垂直偏光成分の光が入射されると、位相をλ／４遅延させて右円偏光成分の光を背面側に出射する。輝度向上層４０の具体的な例としては、ポリカボネートやポリビニルアルコール、ポリスチレンやポリメチルメタクリレート、ポリプロピレンやその他のポリオレフィン、ポリアリレートやポリアクリレート、ポリアミドのような適当なポリマーからなるフィルムを延伸した複屈折性フィルムや、液晶ポリマーの配向フィルム、液晶ポリマーの配向層をフィルムで支持したことものを挙げることができる。

一方、輝度向上層４０は、図３に示すように、ＵＶ硬化性液晶高分子物質であるコレステリック（Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ）液晶を用いることが好ましい。
図３は、コレステリック液晶の分子構造を概略的に説明するための図である。
図３に示すように、方向子が螺旋型軸に沿って漸次変化する。螺旋型構造は、回転周期（ｐ）と共にコレステリック相が特徴である。そして、螺旋型の軸は光軸と一致する。即ち、ネマチック相（Ｎｅｍａｔｉｃ ｐｈａｓｅ）をなす分子のうち、分子構造内に所定の対称軸に関して螺旋型を有するキラル（ｃｈｉｒａｌ）構造を有する場合、螺旋構造のネマチック相を示す場合があるが、これをコレステリック液晶という。コレステリック液晶は、局所的にはネマチック相のように液晶分子が一方向に向かうが、巨視的には方向子に垂直な螺旋軸があり、この軸を基準として方向子は一定に回転する特徴がある。

一方、反射層５０は液晶層７０の背面に配置され、垂直偏光成分の光が入射されると、これを反射する。この際、入射する光と反射する光の位相は変更されない。
ランプ反射板６０はランプ１０の下部に配置され、ランプ１０から人工光が入射されると、人工光を正面側に反射し、正面側から水平偏光成分の光が入射されると、水平偏光成分の光を正面側に反射する。この際、入射する光と反射する光の位相は変更されない。人工光は、ランプ１０から直接出射した光であり、水平偏光成分の光は反射層５０によって反射され、輝度向上層４０、位相遅延フィルム３０、下部偏光板２０を経由する光である。

液晶層７０は、背面から提供される垂直偏光成分の光がカラーフィルター８０に入射することを調整する。例えば、両端間に印加される電位差に応答して、液晶分子は配列され、垂直偏光成分の光を全然通過しないか、あるいは１００％通過する。液晶層７０の厚さは、セルギャップと定義されるが、反射領域に対応するセルギャップと透過領域に対応するセルギャップとは異なる。好ましくは、透過領域に対応するセルギャップは、前記反射領域に対応するセルギャップの２倍であることが好ましい。

カラーフィルター８０は、液晶層７０を経由する垂直偏光成分の光のうち、特定波長帯の光のみを通過させる。例えば、レッドフィルターは約６５０ｎｍ帯域近傍の光のみを通過させ、グリーンフィルターは約５５０ｎｍ帯域近傍の光のみを通過させ、ブルーフィルターは約４５０ｎｍ帯域近傍の光のみを通過させる。図面上では、カラーフィルター８０を液晶層７０の正面に配置している例を示したが、カラーフィルター８０を液晶層７０の背面に配置することもできる。

上部偏光板９０は垂直方向の光軸を具備し、背面側から人工光が供給されると、垂直偏光成分の光のみを通過して正面側に出射する。又、上部偏光板９０は正面側から入射する自然光や液晶表示装置内の正面側に収容される光源からのフロント光のような人工光が供給されると、垂直偏光成分の光のみを通過してカラーフィルター８０に出射する。上部偏光板９０の光軸は、平面で観察する時、下部偏光板２０の光軸と垂直であることが好ましい。自然光は、液晶表示装置の外側から供給される光として、太陽光や、室内照明光等であり、フロント光は、液晶表示装置の内側に収容され、液晶表示装置のユーザ側から液晶表示装置に光を供給する光源からの光である。

一方、反射領域に対応する光が再活用される過程を簡略に説明すると、次のようである。
即ち、ランプ１０から出射した人工光は偏光板２０を通過することにより、直線偏光（又は、Ｐ波）に変更され、変更された直線偏光は、位相遅延フィルム３０を通過することにより、右円偏光に変更される。その後、変更された右円偏光は、輝度向上層４０を通過することにより、直線偏光（又は、Ｓ波）に変更され、変更された直線偏光は反射層５０に入射し、反射又は散乱反射される。

反射又は散乱反射された直線偏光は、もう一度輝度向上層４０を通過することにより、右円偏光に変更される。その後、変更された右円偏光は、位相遅延フィルム３０を通過することにより、直線偏光（又は、Ｐ波）に変更された後、変更された直線偏光は偏光板２０を通過してランプ反射板６０に入射する。ランプ反射板６０に入射した直線偏光（又は、Ｐ波）は反射されて再活用される。

以上では、反射領域にのみ輝度向上層を形成することを図示したが、反射領域及び透過領域全体に輝度向上層を形成することもできる。
前述した輝度向上層４０は、２つの基板と液晶層７０によって定義される液晶セル内に形成することもでき、液晶セルの外側、好ましくは下部基板の背面に形成することもできる。下部基板の背面に形成される輝度向上層は、フィルム上に形成して付着することが好ましい。

以下では、液晶セル内に輝度向上層を形成する製造工程について説明する。

輝度向上層の製造工程
液晶層のセルギャップは、液晶材料の屈折率異方性（Δｎ）によって決定されるが、透過領域に対応する液晶層のセルギャップが約４〜６μｍである。従って、反射領域に対応するセルギャップは２．０〜３．０μｍである。反射領域に対応して輝度向上層を製造するためには、２．０〜３．０μｍ以下の厚さでλ／４輝度向上層を実現する。λ／４輝度向上層は、ポリカボネート等のようなフィルムを延伸し、結晶性分子を特定の方向に配向して複屈折特性を付与することにより、λ／４位相遅延機能を付与する。

しかし、このような方式で得ることができる屈折率異方性（Δｎ）は約０．００１程度であり、これを用いてλ／４輝度向上層（即ち、５６０ｎｍの基準光波長を基準として１４０ｎｍ）を製造すると、厚さは（ｄ）は１４０μｍである（Δｎ×ｄ＝輝度向上層の厚さ）。液晶セルの厚さを薄くするという観点からすると、１４０μｍの厚さを有するλ／４輝度向上層を液晶セル内に採用することは困難である。

本発明による最適条件が２μｍ程度であれば、輝度向上層の複屈折材料のΔｎは、０．１前後が必要とする。これを実現する材料としては、液晶性高分子を用いる方法が好ましい。しかし、延伸による位相遅延フィルムの厚さが数μｍ程度の製品が輝度向上層４０として、本発明に採用することもできる。
また、輝度向上層の複屈折軸の制御のみならず、透過窓の光学性能を最適化するために、透過窓に対応しては輝度向上層を除去することが好ましい。

図４〜図９は、第１実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。
図４に示すように、転写用基板フィルム２１０に配向膜２１１を形成した後、ＵＶ硬化性液晶高分子物質をコーティングして液晶層２１１を配向する。ＵＶ硬化性液晶高分子物質は、前述した図３に図示されたコレステリック液晶である。
図５に示すように、配向された液晶層２１１にＵＶ光を照射して半硬化（又は、半固定）させる。これによって、半硬化された液晶層２１３は、二軸性フィルム（Ｂｉａｘｉａｌ ｆｉｌｍ）機能や一軸性フィルム（Ｕｎｉａｘｉａｌ ｆｉｌｍ）機能を有する。例えば、偏光ＵＶ光を前記コレステリック液晶に照射すると、二軸性フィルムが形成され、非偏光ＵＶ光を前記コレステリック液晶に照射すると、Ｃ−プレートフィルムが形成される。

ここで、二軸性フィルムは、ｘ方向の屈折率（ｎｘ）とｙ方向の屈折率（ｎｙ）とｚ方向の屈折率（ｎｚ）が互いに異なる屈折率特性を有する。一方、一軸性フィルムは、Ａ−プレートフィルムとＣ−プレートフィルムとに区分される。Ａ−プレートフィルムは、ｙ方向の屈折率（ｎｙ）とｚ方向の屈折率（ｎｚ）が同じであり、これら屈折率がｘ方向の屈折率（ｎｘ）よりは小さい屈折率特性（ｎｙ＝ｎｚ＜ｎｘ）を有する。Ｃ−プレートフィルムは、Ａ−プレートフィルムの屈折率特性を有するＵＶ硬化性液晶が、ｘ−ｙ平面上で不規則に配列され、このＵＶ硬化性液晶はその厚さがあればｘ方向の屈折率（ｎｘ）とｙ方向の屈折率（ｎｙ）とが同じであり、これら屈折率がｚ方向の屈折率（ｎｚ）よりは大きな屈折率特性（ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚ）を有する。

その後、図６に示すように、反射領域ＲＡと透過領域ＴＡを有するガラス基板２１４の表面に半硬化された液晶層２１３が対応するように重ねて結合した後、熱や圧力を加える。その後、図７に示すように、転写用フィルム２１０を剥離して半硬化された液晶層２１３をガラス基板２１４の表面に形成する。
その後、図８に示すように、透明基板２１５の反射領域に形成された不透明部材２１６を有するレチクルを整列させた後、ＵＶ光を照射して得ようとするパターン形態に液晶層２１３を硬化させ、現像工程を通じて不必要な部分を除去して反射領域に輝度向上層パターンを形成する。図面上では、不透明部材２１６が存在する領域に対応する液晶層を残留し、存在しない領域を通じては液晶層２１３を除去することを図示したが、液晶層２１３の感光剤の特性によって前述した不透明部材２１６が存在する領域と存在しない領域を変更することができる。

その後、図９に示すように、輝度向上層パターンの表面に反射散乱用凸凹部を形成して、互いに異なる厚さを有する輝度向上層２１７を形成する。
図１０〜図１４は、第２実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。
図１０に示すように、凸凹表面を有する感光性フィルム２２０の凸凹面に配向膜２２１を形成し、配向膜２２１上に液晶層２２１を形成する。

その後、図１１に示すように、反射領域ＲＡと透過領域ＴＡを有するガラス基板２２３の表面に液晶層２２１の表面を密着させた後、ＵＶ光を照射して半硬化（又は、半固定）させる。これによって、半硬化された液晶層２１３は、二軸性フィルム機能や一軸性フィルム機能を有する。例えば、偏光ＵＶ光をコレステリック液晶に照射すると、二軸性フィルムが形成され、非偏光ＵＶ光をコレステリック液晶に照射すると、Ｃ−プレートフィルムが形成される。

その後、図１２に示すように、感光性フィルム２２０を剥離する。
その後、図１３に示すように、透明基板２２４の反射領域に形成された不透明部材２２５を有するレチクルを整列させた後、ＵＶ光を照射して得ようとするパターン形態に液晶層２２１を硬化させ、現像工程を通じて不必要な部分を除去して、反射領域に輝度向上層パターンを形成する。図面上では、不透明部材２２５が存在する領域に対応する液晶層を残留し、存在しない領域を通じては液晶層２２５を除去することを図示したが、液晶層の感光剤の特性によって前述した不透明部材２２１が存在する領域と存在しない領域を変更することができる。

その後、図１４に示すように、輝度向上層パターンの表面に反射散乱用凸凹部を形成し、互いに異なる厚さを有する輝度向上層２２６を形成する。
図１５〜図１９は、第３実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。
図１５及び図１６に示すように、反射領域ＲＡと透過領域ＴＡを有する基板２３０上に配向膜２３１を形成し、配向膜２３１上に液晶層２３２を形成する。

図１７に示すように、図１６の結果物上に透明基板２３４の反射領域ＲＡに形成された不透明部材２３５を有するレチクルを整列させた後、ＵＶ光を照射して得ようとするパターン形態に液晶層２３２を硬化させる。レチクルは、透明基板２３４上に不透明部材２３５、例えば、クロム等をパターンの形状によって形成することによって製作することができる。図面上では、不透明部材２３５が存在する領域に対応する液晶層を残留し、存在しない領域を通じては液晶層２３２を除去することを図示したが、液晶層の感光剤の特性によって前述した不透明部材２３５が存在する領域と存在しない領域を変更することができる。

図１８に示すように、現像工程を通じて不必要な部分を除去して、反射領域に輝度向上層パターンを形成する。
図１９に示すように、図１８の結果物上に透明基板２３６の反射領域ＲＡにスリットパターンが形成された不透明部材２３５を有するレチクルを整列させた後、ＵＶ光を照射する。これによって、反射領域に対応する液晶層の表面には、互いに異なるレベルのＵＶ光が入射し、透過領域全体には同じレベルのＵＶ光が入射し、図２０に示すような結果物が得られる。

図２１〜図２５は、第４実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。
図２１に示すように、反射領域ＲＡと透過領域ＴＡを有する基板２４０上に感光性配向膜２４１を形成する。
図２２に示すように、図２１の結果物上に透明基板２４２の透過領域ＴＡに形成された不透明部材２４３を有するレチクルを整列させた後、ＵＶ光を照射して、反射領域を配向処理して該当反射領域に形成された感光性配向膜のみを残留させる。図面上では、不透明部材２４３が存在する領域に対応する感光性配向膜２４１を残留し、存在しない領域を通じては感光性配向膜２４１を除去することを図示したが、感光性配向膜２４１の感光剤の特性によって前述した不透明部材２４３が存在する領域と存在しない領域を変更することができる。

図２３に示すように、反射領域に形成された感光性配向膜をカバーし、透過領域をカバーするように液晶層を形成する。
図２４に示すように、反射領域にＵＶ光を照射して反射領域に形成された液晶層２４５を硬化させて輝度向上層パターンを定義する。
図２５に示すように、輝度向上層パターンの表面に反射散乱用凸凹部を形成して、互いに異なる厚さを有する輝度向上層２４６を形成する。

液晶表示装置の実施例−１
図２６は、本発明の第１実施例による液晶表示装置の概略図である。特に、トップＩＴＯ構造を有する反射−透過型アレイ基板の反射領域に対応する有機絶縁層の表面に輝度向上層を形成した例である。

図２６に示すように、本発明の第１実施例による液晶表示装置は、アレイ基板１００、カラーフィルター基板２００、アレイ基板１００とカラーフィルター基板２００との間に形成された液晶層３００、下部フィルムアセンブリ４１０、及び上部フィルムアセンブリ４２０を含む。
アレイ基板１００は、透明基板１０５上に形成されたゲート電極１１０と、ゲート電極１１０及び透明基板１０５上に形成されたゲート絶縁膜１１２と、半導体層１１４と、オームコンタクト層１１６と、ソース電極１２０及びドレイン電極１３０を含むスイッチング素子ＴＦＴと、スイッチング素子ＴＦＴを覆い、ドレイン電極１３０の一部と反射領域に対応するゲート絶縁膜１１２を露出するように厚薄で形成された有機絶縁層１４０と、輝度向上層１５０と、画素電極１６０と、反射層１７０とを含む。

また、アレイ基板１００は、有機絶縁層１４０の表面に形成された輝度向上層１５０を含む。ここで、輝度向上層１５０は、厚さの異なる部分が混在するような構成とすることが好ましい。有機絶縁層１４０の表面にランドとグルーブを形成して厚さの異なる部分が混在するように輝度向上層１５０を形成することもでき、フラットな有機絶縁層１４０上にランドとグルーブを有する輝度向上層１５０を形成して、輝度向上層１５０の厚さの異なる部分が混在するように形成することもできる。好ましくは、後に形成される反射層１７０による反射効率を向上させるために、輝度向上層１５０の表面に多数のランドとグルーブを形成する。輝度向上層１５０の背面に入射された後、反射層１７０によって反射され、輝度向上層１５０の背面を通じて出射される光は、このような輝度向上層１５０の厚さの異なる部分によって互いに異なる光経路を有することとなり、互いに異なるΔｎｄ値を有することとなる。

また、アレイ基板１００は、輝度向上層１５０と有機絶縁層１４０によって露出されたゲート絶縁膜１１２をカバーしながらドレイン電極１３０に連結される画素電極１６０と、この画素電極１６０上に形成された反射層１７０を含む。反射層１７０が形成された領域を反射領域と定義し、反射層１７０が形成されない領域を透過窓と定義する。
画素電極１６０は、光を透過する透明電極が採用され、たとえば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）やスズ酸化物（ＴＯ）又はインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）が用いられる。図示していないが、画素電極１６０を形成する前にスイッチング素子ＴＦＴから一定距離離間する領域に別のキャパシタ配線を形成して、このキャパシタ配線と画素電極をストレージキャパシタＣｓｔと定義する。図面上では、反射層１７０が画素電極１６０上に形成されることを図示したが、その中間に層間絶縁膜を形成して電気的に絶縁することもできる。

一方、カラーフィルター基板２００は、透明基板２０５上にＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの画素領域を定義するブラックマトリックス層２１０と、ブラックマトリックス層２１０によって定義される領域に形成された色画素層２２０と、ブラックマトリックス層２１０と色画素層２２０を保護するために塗布された表面保護層２３０と、表面保護層２３０をカバーする共通電極層２４０を含む。勿論、前述したブラックマトリックス層２１０を形成しなくても隣接する色画素層２２０を互いにオーバーラップさせる方式を通じてブラックマトリックス機能を付与することもできる。

一方、液晶層３００は、アレイ基板１００とカラーフィルター基板２００との間に形成され、アレイ基板１００の画素電極１５０に印加される電源とカラーフィルター基板２００の共通電極層２４０に印加される電源に応答して、カラーフィルター基板２００を経由するフロント光を透過するか、透過窓を経由する背面光を透過する。
液晶層３００は、反射領域のうち、コンタクトホール１４１が形成された領域に対応する液晶層と、コンタクトホール１４１が形成されない領域に対応する液晶層と、透過領域に対応する液晶層とにそれぞれ区分することができ、区分されるそれぞれの液晶層は、互いに異なるセルギャップを有する。ここで、コンタクトホール１４１が形成された領域に対応する液晶層のセルギャップをｄ１と定義し、コンタクトホール１４１が形成されない領域に対応する液晶層のセルギャップをｄ２と定義し、透過窓１７０に対応する液晶層のセルギャップをｄ３と定義する時、ｄ２＜ｄ１≦ｄ３の条件を満足する。

特に、液晶層３００を構成する液晶分子の異方性屈折率をΔｎとし、セルギャップをｄとする時、反射領域のうち、コンタクトホール１４１が形成された領域には、有機絶縁層が形成されないので、液晶層３００はΔｎｄ１の特性を有し、コンタクトホール１４１が形成されない領域には、より厚い厚さの有機絶縁層が形成されるので、液晶層３００はΔｎｄ２の特性を有し、透過領域にはより厚さが薄い有機絶縁層が形成されるので、透過領域に対応する液晶層３００はΔｎｄ３の特性を有する。

反射領域と透過領域に対する最適のセルギャップは、液晶層３００を形成する液晶分子や液晶層３００の上下両側に設けられる光学フィルムの条件によって異なるが、反射領域に対応するセルギャップｄ２は１．７μｍより小さく、透過領域に対応するセルギャップｄ３は３．３μｍより小さいことが好ましい。また、液晶層３００に存在する液晶は、ホモジーニアス配向処理を行って液晶分子のツイスト角を０°に設計する。

このように、ツイスト角を０°に設計するためには、アレイ基板１００に設けられる配向膜（図示せず）を右側方向でラビング処理し、カラーフィルター基板２００に設けられる配向膜（図示せず）を左側方向でラビング処理する。
以上では、アレイ基板１００に画素電極１６０を、カラーフィルター基板２００に共通電極層２４０を形成して、液晶層３００の両端間に電源を印加する方式を説明したが、カラーフィルター基板２００に共通電極層を形成しない場合には、アレイ基板の同じ平面上に互いに異なる電源を印加する方式を通じて、フロント光や背面光を透過させるように構成できる。

下部フィルムアセンブリ４１０は、アレイ基板１００の下に配置された下部λ／４位相差フィルム４１２と、下部λ／４位相差フィルム４１２の下に配置された下部偏光板４１４を含む。
具体的に、下部λ／４位相差フィルム４１２は、下部偏光板４１４から供給される水平偏光成分の光をλ／４位相遅延させた右円偏光成分の光に変更して下部偏光板４１４に出力し、下部偏光板４１４から右円偏光成分の光が入射されると、λ／４位相遅延した水平偏光成分の光に変更して、下部偏光板４１４に出力する。

下部偏光板４１４は第１光軸を有し、下部から提供される光のうち、第１光軸に平行な光のみを下部λ／４位相差フィルム４１２に提供し、下部λ／４位相差フィルム４１２を通過した光のうち、光軸に平行な光のみを通過させて下部に出力する。例えば、第１光軸が水平光軸であれば、下部偏光板４１４は下部から供給される人工光から水平偏光成分の光を抽出して、下部λ／４位相差フィルム４１２に出力し、下部λ／４位相差フィルム４１２から入射される水平偏光成分の光を透過させる。

上部フィルムアセンブリ４２０は、カラーフィルター基板２００上に配置された上部λ／４位相差フィルム４２２と、上部λ／４位相差フィルム４２２上に配置された上部偏光板４２４を含む。
具体的に、上部λ／４位相差フィルム４２２は、カラーフィルター基板２００を通過した光の位相をλ／４遅延させて上部偏光板４２４に出力し、上部偏光板４２４を通過した光の位相をλ／４遅延させてカラーフィルター基板２００に出力する。

上部偏光板４２４は第２光軸を有し、上部λ／４位相差フィルム４２２を通過した光のうち、第２光軸に平行な光のみを通過させ、外部から提供される光のうち、第２光軸に平行な光のみを上部λ／４位相差フィルム４２２に提供する。例えば、第２光軸が垂直光軸であれば、上部偏光板４２４は上部λ／４位相差フィルム４２２から供給される光から水平偏光成分の光を抽出して外部に出力し、外部から提供される光のうち、水平偏光成分の光を抽出して上部λ／４位相差フィルム４２２に提供する。

動作時、ランプ（図示せず）から出射した光は、下部偏光板４１４を通過することにより直線偏光（Ｐ波）に変更され、下部λ／４位相差フィルム４１２を通過することにより楕円偏光に変更される。その後、この光は輝度向上層１５０を通過することによりＳ波直線偏光に変更され、反射層１７０で散乱反射される。
さらに、光はもう一度輝度向上層１５０を通過することにより楕円偏光に変更され、下部λ／４位相差フィルム４１２を通過することによりＰ波直線偏光された後、下部偏光板４１４を通過する。

その後、Ｐ波直線偏光は、バックライトアセンブリに設けられるランプ反射板（図示せず）で反射され、前述した反射層１７０までの経路を反復するか、透過窓を通じて出射される。従って、ランプから出射した光は損失することなく、透過窓を通じて出射されるので、消費電力を増加しなくても透過輝度を向上することができ、逆に透過輝度を維持した状態で消費電力を減少することができる。

図２７〜図３１は、図２６のアレイ基板の製造方法を説明するための図である。
まず、図２７に示すように、ガラスやセラミック、石英等の絶縁物質からなる基板１０５上に、タンタル（Ｔａ）、チタニウム（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、またはタングステン（Ｗ）等の金属を蒸着した後、蒸着された金属をパターニングして、横方向で伸張され縦方向で配列される多数のゲートライン（図示せず）とゲートラインから延長されたゲート電極１１０を形成する。ゲート電極１１０を形成する時、ストレージ電極ラインを更に形成する。

その後、ゲート電極１１０を含む基板の全面に窒化シリコンをプラズマ化学気相蒸着法で積層して、ゲート絶縁膜１１２を形成した後、ゲート絶縁膜上にアモルファスシリコン膜及びインシチュ（ｉｎｓｉｔｕ）ドーピングされたｎ＋アモルファスシリコン膜をパターニングして、ゲート絶縁膜のうち、下にゲート電極１１０が位置した部分上に半導体層１１４及びオームコンタクト層１１６を順に形成する。

その後、タンタル（Ｔａ）、チタニウム（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、又はタングステン（Ｗ）等の金属を蒸着した後、蒸着された金属をパターニングして縦方向に伸張するソースライン（図示せず）とソースラインから延長されたソース電極１２０及びソース電極１２０から一定間隔離間するドレイン電極１３０を形成する。全面的にパジベーション膜を更に形成することもできる。

その後、図２８に示すように、図２７による結果物が形成された基板上にレジストをスピンコーティング方法で積層して、有機絶縁膜１４０を厚薄で形成した後、ドレイン電極１３０を露出させるコンタクトホール１４１と、透過領域に対応する領域のゲート絶縁膜１１２を露出させる。有機絶縁膜１４０を熱硬化性アクリル系樹脂で構成する場合、ポジティブ型フォトレジストの一種として別のフォトレジストを必要とせず、フォト工程によってＵＶ光の入射を受ける部位が現像工程で除去され、ＵＶ光の入射を受けない部位が残留してコンタクトホール１４１を形成できる。

その後、図２９に示すように、図２８による結果物が形成された有機絶縁膜１４０の表面にコレステリック液晶のようなＵＶ硬化型液晶性高分子物質をコーティング及び配向させた後、ＵＶ光の照射を通じて配向状態を固定して、輝度向上層１５０を形成する。輝度向上層１５０は、異なる厚さの部分が交互に配列された構成とすることが好ましい。輝度向上層１５０は、多様な方法で形成することができる。輝度向上層１５０は、照射されるＵＶ光によって二軸性フィルム機能を有するものを用いることができ、一軸性フィルム機能を有するものを用いることもできる。前述したＵＶ光が偏光ＵＶ光であれば、輝度向上層１５０は二軸性フィルム機能を有するものを用い、前述したＵＶ光が非偏光ＵＶ光であれば、輝度向上層１５０はＣ−プレートフィルム機能を有するものを用いる。

その後、図３０に示すように、図２９による結果物が形成された基板上でゲートラインとソースラインによって定義される各画素に画素電極を定義するＩＴＯ層１６０を形成し、予め形成されたコンタクトホール１４１を通じてドレイン電極１３０と連結する。ＩＴＯ層１６０は、全面塗布した後、各画素領域に対応するＩＴＯ層のみが残留するようにパターニングすることもでき、各画素領域にのみ形成されるように部分塗布することもできる。

その後、図３１に示すように、図３０による結果物が形成された基板の反射領域に対応して反射層１７０を形成する。図示していないが、液晶分子に一定の先傾斜角を誘発するための配向膜を更に形成する。
図２７〜図３１の過程を通じてアレイ基板１００が完成し、カラーフィルター基板２００と対向結合し、アレイ基板１００とカラーフィルター１００との間に液晶層３００を介在することにより、液晶パネルが完成される。

図３２〜図３５は、本発明による輝度向上層の多様な例を説明するための図である。特に、多様な厚さを有する輝度向上層の例について説明する。
図３２に示すように、本発明による輝度向上層が同じ厚さｄ１を有し、上部面に拡散層（図示せず）が存在する例である。
これによって、下部から提供される背面光の光経路は約２ｄ１を経由するので、輝度向上層は約２×Δｎｄ１の光学特性を有する。

図３３に示すように、本発明による輝度向上層がランドとグルーブを具備するが、ランドは互いに同じ厚さｄ１を有し、グルーブは互いに同じ厚さｄ２を有し、上部面に反射層が存在する例である。
これによって、下部から提供されランドを経由する背面光の光経路は、概ね２×ｄ１を経由するので、輝度向上層は概ね２×Δｎｄ１の光学特性を有する。また、下部から提供され溝を経由する背面光の光経路は概ね２×ｄ２を経由するので、輝度向上層は概ね２×Δｎｄ２の光学特性を有する。

図３４に示すように、本発明による輝度向上層は、ランドとグルーブを具備するが、ランドは一定偏差（Δｄ１）を有して互いに異なる厚さで形成され、グルーブは一定偏差（Δｄ２）を有して互いに異なる厚さで形成された例である。
これによって、下部から提供されランドを経由する背面光の光経路は概ね２×ｄ１〜２×ｄ３を経由するので、輝度向上層は概ね２×Δｎｄ１〜２×Δｎｄ３の光学特性を有する。また、下部から提供されグルーブを経由する背面光の光経路は概ね２ｄ２〜２ｄ４を経由するので、輝度向上層は概ね２×Δｎｄ２〜２×Δｎｄ４の光学特性を有する。

図３５に示すように、本発明による輝度向上層はランドとフラット面を具備するが、ランドは一定偏差（Δｄ３）を有して互いに異なる厚さで形成され、フラット面は同じ厚さを有して、上部面に反射層が存在する例である。
これによって、下部から提供されランドを経由する背面光の光経路は概ね２ｄ１〜２ｄ６を経由するので、輝度向上層は概ね２×Δｎｄ１〜２×Δｎｄ６の光学特性を有する。また、下部から提供されフラット面を経由する背面光の光経路は概ね２×Δｎｄ５の光学特性を有する。

液晶表示装置の実施例−２
図３６は、本発明の第２実施例による液晶表示装置の概略図である。特に、透明基板とスイッチング素子との間に輝度向上層を形成した例である。

図３６に示すように、本発明の第２実施例による液晶表示装置は、アレイ基板５００、カラーフィルター基板２００、アレイ基板５００とカラーフィルター基板２００との間に形成された液晶層３００、下部フィルムアセンブリ４１０、及び上部フィルムアセンブリ４２０を含む。前述した図２６と比較する時、同じ構成要素には同じ図面符号を付与して、その重複説明は省略する。

アレイ基板５００は、透明基板５０５上に形成された輝度向上層５５０、ゲート電極５１０、ゲート電極５１０及び透明基板５０５上に形成されたゲート絶縁膜５１２、半導体層５１４、オームコンタクト層５１６、ソース電極５２０、及びドレイン電極５３０を含むスイッチング素子ＴＦＴと、スイッチング素子ＴＦＴを覆い、ドレイン電極５３０の一部と反射領域に対応する領域のゲート絶縁膜５１２を露出する厚薄で形成された有機絶縁層５４０を含む。

透明基板５０５は反射領域と透過領域を有し、輝度向上層５５０は反射領域をカバーするように形成される。ここで、有機絶縁層５５０の表面にランドとグルーブを形成して、輝度向上層５５０が厚さの異なる部分が交互に配列するように形成することが好ましい。このような輝度向上層５５０の厚さの異なる部分によって輝度向上層５５０の背面に入射した後、反射層１７０によって反射され輝度向上層５５０の背面を通じて出射される光は互いに異なる光経路を有することになって、互いに異なるΔｎｄ値を有する。図面上では、スイッチング素子ＴＦＴを含む反射領域に輝度向上層を形成することを図示したが、スイッチング素子を除いた反射領域に輝度向上層を形成することもできる。

また、アレイ基板５００は、有機絶縁層５４０によって露出されたゲート絶縁膜５１２をカバーしながらドレイン電極５３０に接続される画素電極５６０と、画素電極５６０上に形成された反射層５７０を含む。反射層５６０が形成された領域を反射領域と定義し、反射層５７０が形成されない領域を透過窓と定義する。図示していないが、画素電極５６０を形成する前にスイッチング素子ＴＦＴから一定距離離間する領域に、別のキャパシタ配線を形成して、キャパシタ配線と画素電極とをストレージキャパシタＣｓｔとして定義する。図面上では、反射層５７０が画素電極５６０上に形成されることを図示したが、その中間に層間絶縁膜を形成して電気的に絶縁することもできる。

以上で説明したように、反射層によって反射されるバックライト光を効率的に用いるのみならず、金属層で構成されるゲートラインや、ソースライン及びキャパシタ等によって反射されるバックライト光も反射層と同様に効率的に利用が可能である。

液晶表示装置の実施例−３
図３７は、本発明の第３実施例による液晶表示装置の概略図である。特に、反射領域に対応してスイッチング素子の表面に輝度向上層を形成した例である。

図３７に示すように、本発明の第３実施例による液晶表示装置は、アレイ基板６００、カラーフィルター基板２００、アレイ基板６００とカラーフィルター基板２００との間に形成された液晶層３００、下部フィルムアセンブリ４００、及び上部フィルムアセンブリ４２０を含む。前述した図２６と比較する時、同じ構成要素には同じ図面符号を付与し、その重複説明は省略する。

アレイ基板６００は、透明基板６０５上に形成されたゲート電極６１０、ゲート電極６１０、及び透明基板６０５上に形成されたゲート絶縁膜６１２、半導体層６１４、オームコンタクト層６１６、ソース電極６２０、及びドレイン電極６３０を含むスイッチング素子ＴＦＴと、スイッチング素子ＴＦＴのドレイン電極６３０の一部を露出させながら反射領域に形成された輝度向上層６５０と、ドレイン電極６３０の一部と透過領域に対応するゲート絶縁膜６１２を露出させながら厚薄に形成された有機絶縁層６４０を含む。

透明基板６０５は反射領域と透過領域を有し、輝度向上層６５０は反射領域をカバーするように形成される。ここで、有機絶縁層６５０の表面にランドとグルーブを形成して、輝度向上層６５０を厚さの異なる部分が交互に整列するように形成することが好ましい。このような輝度向上層６５０の厚さの異なる部分によって、輝度向上層６５０の背面に入射した後、反射層６７０によって反射され輝度向上層６５０の背面を通じて出射される光は、互いに異なる光経路を有することになって、互いに異なるΔｎｄ値を有する。図面上では、スイッチング素子ＴＦＴを含む反射領域に輝度向上層を形成したことを図示したが、スイッチング素子を除いた反射領域に輝度向上層を形成することもできる。

また、アレイ基板６００は、有機絶縁層６４０によって露出されたゲート絶縁膜６１２をカバーしながらドレイン電極６３０に接続される画素電極６６０と、画素電極６６０上に形成された反射層６７０を含む。反射層６７０が形成された領域を反射領域と定義し、反射層６７０が形成されない領域を透過窓と定義する。図示していないが、画素電極６６０を形成する前にスイッチング素子ＴＦＴから一定距離離間する領域に別のキャパシタ配線を形成させて、キャパシタ配線と画素電極をストレージキャパシタＣｓｔと定義する。図面上では、反射層６７０が画素電極６６０上に形成されることを図示したが、その中間に層間絶縁膜を形成して電気的に絶縁することもできる。

液晶表示装置の実施例−４
図３８は、本発明の第４実施例による液晶表示装置の概略図である。特に、ＣＯＲ（Ｃｏｌｏｒ ｆｉｌｔｅｒ Ｏｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｅｒ）構造の液晶表示装置の反射領域に対応して、色画素の下部に輝度向上層を形成した例である。

図３８に示すように、本発明の第４実施例による液晶表示装置は、カラーフィルター基板７００、アレイ基板８００、カラーフィルター基板７００とアレイ基板８００との間に形成された液晶層３００、下部フィルムアセンブリ４１０、及び上部フィルムアセンブリ４２０を含む。前記カラーフィルター基板７００は下部に配置され、アレイ基板８００は上部に配置される。

カラーフィルター基板７００は、透明基板７０５の反射領域に形成された輝度向上層７１０と、輝度向上層７１０上に形成された反射層７２０と、反射層７２０をカバーしながらＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの画素領域に形成された色画素層７３０と、色画素層７３０を保護するために塗布された表面保護層７４０と、表面保護層７４０をカバーする共通電極層７５０を含む。輝度向上層７１０は、厚さが異なる部分が交互に整列するように形成することが好ましい。後に形成される反射層７２０による反射効率を高めるために輝度向上層７１０の表面に多数のランドとグルーブを形成する。

反射層７２０が形成された領域を反射領域と定義し、反射層７２０が形成されない領域を透過窓と定義する。
輝度向上層７１０の互いに異なる厚さによって輝度向上層７１０の背面に入射した後、反射層７２０によって反射され輝度向上層７１０の背面を通じて出射される光は、互いに異なる光経路を有することになって、互いに異なるΔｎｄ値を有する。

一方、アレイ基板８００は、透明基板８０５の下に形成されたゲート電極８１０、ゲート電極８１０、及び透明基板８０５の下に形成されたゲート絶縁膜８１２、半導体層８１４、オームコンタクト層８１６、ソース電極８２０、及びドレイン電極８３０を含むスイッチング素子ＴＦＴと、スイッチング素子ＴＦＴを覆い、ドレイン電極１３０の一部と反射領域に対応するゲート絶縁膜１１２を露出させながら厚薄に形成された有機絶縁層８４０を含む。

また、アレイ基板８００は、有機絶縁層８４０によって露出されたゲート絶縁膜８１２をカバーしながらドレイン電極８３０に接続される画素電極８５０を含む。
画素電極８５０は光を透過する透明電極で構成でき、たとえば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）やスズ酸化物（ＳｎＯ₂）またはインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）が用いられる。図示していないが、画素電極８５０を形成する前にスイッチング素子ＴＦＴから一定距離離間する領域に別のキャパシタ配線を形成して、このキャパシタ配線と画素電極をストレージキャパシタＣｓｔと定義することができる。

一方、液晶層３００は、カラーフィルター基板７００とアレイ基板８００との間に形成され、カラーフィルター基板７００の共通電極層７５０に印加される電源とアレイ基板８００の画素電極８５０に印加される電源に応答して、アレイ基板８００を経由するフロント光または自然光を透過するか、カラーフィルター基板７００の透過窓を経由する背面光を透過する。

液晶層３００は、反射領域のうち、コンタクトホール８４１が形成された領域に対応する液晶層と、コンタクトホール８４１が形成されない領域に対応する液晶層と、透過領域に対応する液晶層とにそれぞれ区分することができ、区分されるそれぞれの液晶層は互いに異なるセルギャップを有する。ここで、コンタクトホール８４１が形成された領域に対応する液晶層のセルギャップをｄ１と定義し、コンタクトホール８４１が形成されない領域に対応する液晶層のセルギャップをｄ２と定義し、透過窓に対応する液晶層のセルギャップをｄ３と定義する時、ｄ２＜ｄ１≦ｄ３の条件を満足する。

特に、液晶層３００を構成する液晶分子の異方性屈折率をΔｎとし、セルギャップをｄとする時、反射領域のうち、コンタクトホール８４１が形成された領域には、有機絶縁層８４０が形成されないので、液晶層３００はΔｎｄ１の特性を有し、コンタクトホール８４１が形成されない領域には、より大きな厚さの有機絶縁層８４０が形成されるので、液晶層３００はΔｎｄ２の特性を有し、透過領域には反射領域に対応する表面保護層７４０より低い段差の表面保護層７４０が形成されるので、透過領域に対応する液晶層３００はΔｎｄ３の特性を有する。

反射領域と透過領域に対する最適のセルギャップは、液晶層３００を形成する液晶分子や液晶層３００の上下両側に具備される光学フィルムの条件によって異なるが、反射領域に対応するセルギャップｄ２は１．７μｍより小さく、透過領域に対応するセルギャップｄ３は３．３μｍより小さいことが好ましい。
また、液晶層３００に具備される液晶は、ホモジーニアス配向処理して液晶分子のツイスト角を０°に設計する。

このようにツイスト角を０°に設計するためには、アレイ基板８００に設けられる配向膜（図示せず）を右側方向にラビング処理し、カラーフィルター基板７００に設けられる配向膜（図示せず）を左側方向にラビング処理する。
以上では、アレイ基板８００に画素電極８５０を、カラーフィルター基板７００に共通電極層７５０を形成して、液晶層３００の両端間に電源を印加する方式を説明したが、カラーフィルター基板７００に共通電極層を形成しない場合には、アレイ基板８００の同じ平面上に互いに異なる電源を印加する方式を通じてフロント光や背面光を透過させることもできる。

下部フィルムアセンブリ４１０は、カラーフィルター基板７００の下に配置された下部λ／４位相差フィルム４１２と、下部λ／４位相差フィルム４１２の下に配置された下部偏光板４１４を含む。
具体的に、下部λ／４位相差フィルム４１２は、下部偏光板４１４から供給される水平偏光成分の光を、λ／４位相遅延した右円偏光成分の光に変更して下部偏光板４１４に出力し、下部偏光板４１４から右円偏光成分の光が入射すると、λ／４位相遅延した水平偏光成分の光に変更して下部偏光板４１４に出力する。

下部偏光板４１４は第１光軸を有し、下部から提供される光のうち、第１光軸に平行な光のみを下部λ／４位相差フィルム４１２に提供し、下部λ／４位相差フィルム４１２を通過した光のうち、光軸に平行な光のみを通過させて下部に出力する。例えば、第１光軸が水平光軸であれば、下部偏光板４１４は下部から供給される人工光から水平偏光成分の光を抽出して下部λ／４位相差フィルム４１２に出力し、下部λ／４位相差フィルム４１２から入射する水平偏光成分の光を透過する。

上部フィルムアセンブリ４２０は、アレイ基板８００上に配置された上部λ／４位相差フィルム４２２と、上部λ／４位相差フィルム４２２上に配置された上部偏光板４２４を含む。
具体的に、上部λ／４位相差フィルム４２２は、アレイ基板８００を通過した光の位相をλ／４遅延して上部偏光板４２４に出力し、上部偏光板４２４を通過した光の位相をλ／４遅延してアレイ基板８００に出力する。

上部偏光板４２４は第２光軸を有し、上部λ／４位相差フィルム４２２を通過した光のうち、第２光軸に平行な光のみを通過し、外部から提供される光のうち、第２光軸に平行な光のみを上部λ／４位相差フィルム４２２に提供する。例えば、第２光軸が垂直光軸であれば、上部偏光板４２４は上部λ／４位相差フィルム４２２から供給される光から水平偏光成分の光を抽出して外部に出力し、外部から提供される光のうち、水平偏光成分の光を抽出して上部λ／４位相差フィルム４２２に提供する。

液晶表示装置の実施例−５
図３９は、本発明の第５実施例による液晶表示装置の概略図である。特に、液晶表示装置の背面の反射領域に対応して輝度向上層を形成した例である。

図３９に示すように、本発明の第５実施例による液晶表示装置は、アレイ基板１００、カラーフィルター基板２００、アレイ基板１００とカラーフィルター基板２００との間に形成された液晶層３００、下部フィルムアセンブリ４１０、及び上部フィルムアセンブリ４２０を含む。前述した図２６と比較する時、同じ構成要素には同じ参照符号を付与し、その詳細な説明は省略する。

前述した図２６では、輝度向上層を反射領域に対応する有機絶縁膜の表面に形成したが、前述した図３９では輝度向上層１８０を反射領域に対応するアレイ基板１００の背面に形成する。ここで、輝度向上層１８０は、厚さの異なる部分が交互に配列するように形成することが好ましい。輝度向上層１５０の厚さの異なる部分によって、輝度向上層１５０の背面に入射した後、反射層１７０によって反射され輝度向上層の背面を通じて出射される光は、互いに異なる光経路を有することになって、互いに異なるΔｎｄ値を有する。

前述した図３９では、輝度向上層をアレイ基板の背面に一体型で形成したことを図示したが、別のフィルムに輝度向上層を形成した後、アレイ基板の背面に配置することもできる。
以上で説明したように、反射層によって反射されるバックライト光を効率的に用いるのみならず、金属層で構成されるゲートラインや、ソースライン、及びキャパシタ等によって反射されるバックライト光も反射層と同様に効率的に利用が可能である。

以上で説明したように、本発明によると、反射領域と透過領域を有するアレイ基板の透明基板の反射領域に対応する領域に輝度向上層を形成することにより、反射領域に入射した背面光が入射しても、入射した光を再活用することができる。即ち、同じ背面光を出射しても、反射層によって損失される光を再活用することができ、輝度を向上することができる。また、均一な輝度を勘案すると、背面光を出射するランプアセンブリが必要とする消費電力を低減することができる。

以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。

一般的な反射−透過型液晶表示装置を説明するための概略図である。 本発明による液晶表示装置を説明するための概略図である。 コレステリック液晶の分子構造を概略的に説明するための図である。 第１実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第１実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第１実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第１実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第１実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第１実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第２実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第２実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第２実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第２実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第２実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第３実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第３実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第３実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第３実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第３実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第３実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第４実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第４実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第４実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第４実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 第４実施例による輝度向上層の製造工程を説明するための図である。 本発明の第１実施例による液晶表示装置の概略図である。 図２６のアレイ基板の製造方法を説明するための図である。 図２６のアレイ基板の製造方法を説明するための図である。 図２６のアレイ基板の製造方法を説明するための図である。 図２６のアレイ基板の製造方法を説明するための図である。 図２６のアレイ基板の製造方法を説明するための図である。 本発明による輝度向上層の多様な例を説明するための図である。 本発明による輝度向上層の多様な例を説明するための図である。 本発明による輝度向上層の多様な例を説明するための図である。 本発明による輝度向上層の多様な例を説明するための図である。 本発明の第２実施例による液晶表示装置の概略図である。 本発明の第３実施例による液晶表示装置の概略図である。 本発明の第４実施例による液晶表示装置の概略図である。 本発明の第５実施例による液晶表示装置の概略図である。

符号の説明

１０ ランプ
２０、９０ 偏光板
３０ 位相遅延フィルム
４０ 輝度向上層
５０ 反射層
６０ ランプ反射板
７０ 液晶層
８０ カラーフィルター
１００ アレイ基板
２００ カラーフィルター基板
３００ 液晶層
４１０ 下部フィルムアセンブリ
４２０ 上部フィルムアセンブリ

Claims (39)

1. 底部と、
   前記底部に一体で形成され、反射層に対向する対向部を含み、
   前記底部に入射する第１光の波長を１／４位相遅延させた第２光を前記対向部を通じて前記反射層に供給し、前記反射層によって反射され前記対向部に入射する第３光の波長を１／４位相遅延させた第４光を前記底部を通じて出射することを特徴とする位相遅延素子。
2. 前記第１光は円偏光成分の光であり、前記第２光及び第３光は垂直偏光成分の光であり、前記第４光は前記第１光と同じ方向の円偏光成分の光であることを特徴とする請求項１記載の位相遅延素子。
3. 前記対向部は、互いに異なる高さを有することを特徴とする請求項１記載の位相遅延素子。
4. 前記底部は、互いに異なる高さを有することを特徴とする請求項１記載の位相遅延素子。
5. 前記底部と対向部は、硬化されたコレステリック液晶であることを特徴とする請求項１記載の位相遅延素子。
6. 前記対向部のグルーブとランドは、断面が円弧状の表面を備えることを特徴とする請求項１記載の位相遅延素子。
7. 前記対向部のグルーブは平坦であり、前記対向部のランドは断面が円弧状の表面を備えることを特徴とする請求項１記載の位相遅延素子。
8. （ａ）転写用フィルムに感光性付与剤を有する液晶層を配向させる段階と、
   （ｂ）前記配向された液晶層にＵＶ光を印加する段階と、
   （ｃ）前記ＵＶ光によって硬化された液晶層の表面を基板に密着させて転写する段階と、
   （ｄ）前記転写用フィルムを剥離し、所望するパターン形態に硬化させて輝度向上層を形成する段階と、
   （ｅ）前記輝度向上層の表面に凸凹を形成する段階と、を含む位相遅延素子の製造方法。
9. （ａ）凸凹面を有する感光性フィルムに配向膜を形成する段階と、
   （ｂ）前記配向膜上に液晶層を形成し、ＵＶ光を印加する段階と、
   （ｃ）前記ＵＶ光によって硬化された液晶層の表面を基板に密着させて転写する段階と、
   （ｄ）前記感光性フィルムを剥離し、所望するパターン形態に硬化させて輝度向上層を形成する段階と、を含む位相遅延素子の製造方法。
10. （ａ）基板に形成された配向膜上に液晶層を形成する段階と、
    （ｂ）所望するパターン形態に前記液晶層を硬化させて輝度向上層を形成する段階と、
    （ｃ）前記輝度向上層の表面に凸凹を形成する段階と、を含む位相遅延素子の製造方法。
11. （ａ）反射領域と透過領域を有する基板に感光性配向剤を塗布する段階と、
    （ｂ）前記反射領域に形成された感光性配向剤を配向処理する段階と、
    （ｃ）配向処理された反射領域に液晶層を形成して反射領域を配向させる段階と、
    （ｄ）前記反射領域に形成された液晶層を硬化させて輝度向上層を形成する段階と、
    （ｅ）前記輝度向上層の表面に凸凹を形成する段階と、を含む位相遅延素子の製造方法。
12. 反射領域と透過窓とに区分される画素領域を有する絶縁基板と、
    前記画素領域に形成されたスイッチング素子と、
    前記スイッチング素子に連結された画素電極と、
    前記反射領域に形成され、一側から入射するフロント光を前記一側に反射し、他側から入射する背面光を前記他側に反射する反射層と、
    前記反射層の下に形成され、前記他側から入射する背面光を前記反射層に供給し、前記反射層によって反射された光を前記他側に出射する輝度向上層と、
    を含む基板。
13. 前記輝度向上層は、前記背面光の位相を遅延させて前記反射層に供給し、前記反射層によって反射された光の位相を遅延させて前記他側に出射して輝度を向上させることを特徴とする請求項１２記載の基板。
14. 前記輝度向上層は、前記背面光の波長を１／４位相遅延させて前記反射層に供給し、前記反射層によって反射された光の波長を１／４位相遅延させて前記他側に出射して輝度を向上させることを特徴とする請求項１２記載の基板。
15. 前記輝度向上層は、同じ厚さを有することを特徴とする請求項１２記載の基板。
16. 前記輝度向上層は、底部と、互いに異なる高さを有して前記底部と一体で形成され前記反射層に対向する対向部で構成されることを特徴とする請求項１２記載の基板。
17. 前記輝度向上層は、前記絶縁基板とスイッチング素子との間に介在されることを特徴とする請求項１２記載の基板。
18. 前記輝度向上層は、前記スイッチング素子と画素電極との間に介在されることを特徴とする請求項１２記載の基板。
19. 前記スイッチング素子のドレイン電極を露出させながら前記反射領域に対応して前記スイッチング素子上に形成され、前記透過窓に対応して前記基板を露出させる有機絶縁層と、
    前記有機絶縁層上に形成され、前記ドレイン電極と接続された前記画素電極上に形成された保護層を更に含み、前記反射層は前記保護層の上部領域のうち、前記反射領域に対応する領域に形成されることを特徴とする請求項１２記載の基板。
20. 前記輝度向上層は、前記有機絶縁層の表面に形成されることを特徴とする請求項１９記載の基板。
21. 反射領域と透過窓とに区分される画素領域を具備する絶縁基板と、
    前記画素領域に形成された色画素と、
    前記色画素をカバーしながら前記画素領域に形成された共通電極層と、
    前記反射領域に形成され、一側から入射するフロント光を前記一側に反射し、他側から入射する背面光を前記他側に反射する反射層と、
    前記反射層の下に形成され、前記他側から入射する背面光を前記反射層に供給し、前記反射層によって反射された光を前記他側に出射する輝度向上層と、を含む基板。
22. 前記輝度向上層は、前記背面光の位相を遅延させて前記反射層に供給し、前記反射層によって反射された光の位相を遅延させて前記他側に出射して輝度を向上させることを特徴とする請求項２１記載の基板。
23. 前記輝度向上層は、前記背面光の波長を１／４位相遅延させて前記反射層に供給し、前記反射層によって反射された光の波長を１／４位相遅延させて前記他側に出射して輝度を向上させることを特徴とする請求項２１記載の基板。
24. 前記輝度向上層は、前記基板と反射層との間に介在されることを特徴とする請求項２１記載の基板。
25. 前記輝度向上層は前記透過窓の下に形成され、前記他側から入射する背面光の波長を１／４位相遅延させて前記透過窓に供給することを特徴とする請求項２１記載の基板。
26. 前記輝度向上層は、底部と、前記底部に一体で形成されるが、表面に凸凹を有する対向部で構成されることを特徴とする請求項２１記載の基板。
27. 前記輝度向上層は、硬化されたコレステリック液晶であることを特徴とする請求項２１記載の基板。
28. （ａ）反射領域と透過領域とに区画される画素領域を有する絶縁基板にスイッチング素子を形成する段階と、
    （ｂ）前記反射領域上に有機絶縁層を形成する段階と、
    （ｃ）前記反射領域に対応する前記有機絶縁層の表面に背面光の波長を１／４位相遅延させる輝度向上層を形成する段階と、
    （ｄ）前記輝度向上層の上部及び前記透過領域に連続して画素電極を形成する段階と、
    （ｅ）前記反射領域に反射層を形成する段階と、
    を含む基板の製造方法。
29. （ａ）反射領域と透過領域とに区画される画素領域を有する絶縁基板に背面光の波長を１／４位相遅延させる輝度向上層を形成する段階と、
    （ｂ）前記輝度向上層が形成された絶縁基板上にスイッチング素子を形成する段階と、
    （ｃ）前記反射領域上に有機絶縁層を形成する段階と、
    （ｄ）前記輝度向上層の上部及び前記透過領域に連続して画素電極を形成する段階と、
    （ｅ）前記反射領域に反射層を形成する段階と、を含む基板の製造方法。
30. （ａ）反射領域と透過領域とに区画される画素領域を有する絶縁基板にスイッチング素子を形成する段階と、
    （ｂ）前記スイッチング素子をカバーしながら、前記反射領域に背面光の波長を１／４位相遅延させる輝度向上層を形成する段階と、
    （ｃ）前記輝度向上層上に有機絶縁層を形成する段階と、
    （ｄ）前記有機絶縁層の上部及び前記透過領域に連続して画素電極を形成する段階と、
    （ｅ）前記反射領域に反射層を形成する段階と、を含む基板の製造方法。
31. （ａ）反射領域と透過領域とに区画される画素領域を有する絶縁基板に背面光の波長を１／４位相遅延させる輝度向上層を形成する段階と、
    （ｂ）前記輝度向上層上に反射層を形成する段階と、
    （ｃ）前記反射層の表面及び前記透過領域に連続して色画素層を形成する段階と、を含む基板の製造方法。
32. （ｄ）前記色画素層上にオーバーコート層を形成する段階と、
    （ｅ）前記オーバーコート層上に共通電極を形成する段階と、を更に含むことを特徴とする請求項３１記載の基板の製造方法。
33. 一側から供給される光の特性を変更して液晶層に供給する光供給方法において、
    前記一側から第１光が供給されると、前記第１光のうち、水平偏光成分の第２光を通過させる段階と、
    前記第２光を円偏光成分の第３光に変更する段階と、
    前記第３光を垂直偏光成分の第４光に変更する段階と、
    前記第４光のうちの一部は反射し、残りは前記液晶層に供給する段階と、
    前記反射された第４光を円偏光成分の第５光に変更する段階と、
    前記第５光を水平偏光成分の第６光に変更する段階と、
    前記第６光を前記一側に供給する段階と、
    を含む光供給方法。
34. 前記第３光は、一方向に回転する円偏光成分の光であり、前記第５光は前記一方向に回転する円偏光成分の光であることを特徴とする請求項３３記載の光供給方法。
35. 画像を表示する液晶層と、
    一側から供給される人工光から水平偏光成分の光を抽出して他側に出力し、他側から水平偏光成分の光が入射すると一側に透過する第１偏光板と、
    一側から供給される前記水平偏光成分の光を円偏光成分の光に変更して他側に出力し、他側から円偏光成分の光が入射するにつれて水平偏光成分の光に変更して一側に出力する下部λ／４位相遅延部と、
    一側から供給される前記円偏光成分の光を垂直偏光に変更して他側に出力し、他側から垂直偏光成分の光が入射すると円偏光成分の光に変更して一側に出力する輝度向上部と、
    一側から前記垂直偏光成分の光が入射するにつれて、前記輝度向上部に反射する反射部と、
    を含む液晶表示装置。
36. 前記液晶層は、前記輝度向上部を経由して入射する垂直偏光成分の光に応答して画像を表示することを特徴とする請求項３５記載の液晶表示装置。
37. 前記反射部が形成された領域は反射領域と定義され、前記反射部が形成されない領域は透過領域と定義され、
    前記輝度向上部は、前記反射領域に形成されることを特徴とする請求項３５記載の液晶表示装置。
38. 前記反射部が形成された領域は反射領域と定義され、前記反射部が形成されない領域は透過領域と定義され、
    前記輝度向上部は、前記反射領域と透過領域に形成されることを特徴とする請求項３５記載の液晶表示装置。
39. 前記液晶層の他側に配置され、前記液晶層を経由する光の波長を１／４位相遅延させて出力する上部λ／４位相遅延部と、
    前記上部λ／４位相遅延部を経由するλ／４位相遅延された光のうち、光軸に満足する光を透過させる上部偏光板と、を更に含むことを特徴とする請求項３５記載の液晶表示装置。

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