KR100208025B1 - 표시장치의 패널 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 표시장치의 패널은 액정과 편광판을 전혀 사용하지 않고 구동기판의 단위화소의 투광성 도전층에 압전물질로 이루어진 운동부를 기둥형태로 복수개 설치하고, 운동부의 상부에 투광성의 마이크로렌즈들을 형성하고, 칼라필터기판을 칼라마이크로렌즈들로 형성하고, 칼라필터기판과 구동기판사이에 일정한 간격을 유지시켜 주도록 구성되어 있다.

본 발명은 단위화소의 스위칭소자인 TFT를 스위칭하여 운동부를 길이 가변운동 즉, 수축시키거나 팽창시켜 백라이트용 광원의 광을 구동기판의 마이크로렌즈를 통과한 후 칼라필터기판의 마이크로렌즈에 초점을 형성하거나 형성하지 않도록 함으로써 원하는 정보를 표시한다.

따라서, 본 발명은 광원의 광을 액정과 편광판을 통과시키지 않고 구동기판의 빈공간과, 구동기판과 칼라필터기판 사이의 빈공간과 마이크로렌즈들을 통과시키므로 그만큼 광의 손실을 줄여 광효율이 높고 시야각이 넓은 효과를 갖는다.

Description

표시장치의 패널 및 그 제조방법

본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구동기판의 마이크로렌즈와 칼라필터기판의 칼라마이크로렌즈 사이의 거리를 가변시켜 높은 광효율과 넓은 시야각을 얻도록 한 표시장치의 패널에 관한 것이다.

일반적으로 널리 사용되고 있는 표시장치들중의 하나인 CRT(cathode ray tube)는 TV를 비롯해서 계측기기, 정보 단말기기 등의 모니터에 주로 이용되고 있으나, CRT 자체의 큰 무게나 크기로 인하여 전자 제품의 소형화, 경량화의 요구에 적극 대응할 수 없었다.

이러한 CRT를 대체하기 위해 소형화, 경량화의 장점을 갖고 있는 액정표시장치(LCD : Liquid Cristal Display)가 활발하게 개발되어 왔고, 최근에는 평판 표시장치로서의 역할을 충분히 수행할 수 있을 정도로 개발되었다.

도 1은 종래 기술에 의한 액정표시장치의 패널 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도시된 바와 같이, 종래의 액정표시장치의 패널은 구동기판(1)과, 칼라필터기판(3)과, 상기 구동기판(1)과 칼라필터기판(3)의 사이에 충전된 액정(5)으로 이루어져 있다. 또한, 상기 구동기판(1)과 칼라필터기판(3)의 외곽층에 편광판(2),(4)이 각각 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 종래의 액정표시장치의 패널에서는 구동기판(1)의 스위칭소자인 TFT 소자들(도시 안됨)이 외부의 드라이버 IC에 의해 선택적으로 구동되면, 상기 구동된 TFT소자에 대응하는 단위화소위에 있는 부분의 액정(5)이 배향한다.

이때, 구동기판(1)의 후방부에 설치된 백라이이트용 광원(7)으로부터 방출된 광이 구동기판(1)의 편광판(2)과, 상기 배향된 액정(5)과, 칼라필터기판(3)의 칼라필터(도시 안됨)과 편광판(4)을 통과함에 따라 원하는 정보, 즉 문자, 도형, 기호 등이 표시된다.

그러나, 종래의 액정표시장치에서는 액정과 편광판이 광의 차단수단으로서 작용하므로 광원으로 방출된 광이 액정과 편광판을 거치는 동안 광양이 상당히 손실되어 광 효율이 낮은 문제점이 있었다. 또한, 종래의 액정표시장치에서는 시야각이 좁은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 높은 광효율과 넓은 시야각을 갖는 표시장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 기술에 의한 액정표시장치의 패널 구조를 개략적으로 나타낸 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 표시장치의 패널 구조를 개략적으로 나타낸 구성도.

도 3(A) 내지 도 3(G)는 본 발명에 의한 표시장치의 패널 제조방법을 나타낸 공정도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 구동기판 2, 4 : 편광판 3 : 칼라필터기판 5 : 액정 7 :광원

10 : 구동기판 11 :구동부 11a : 투광성 기판 11b : 스위칭소자 11c : 투광성전극

12 : 금속층 13 : 운동부 14 : 빈 공간 15 : 마이크로렌즈 30 : 칼라필터기판 31: 투광성기판 32 : 블랙매트릭스 33 : 칼라마이크로렌즈 40 : 간겨유지수단 41 : 빈 공간 50 : 광원

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 표시장치는 구동기판과 칼라필터기판의 사이에 일정한 거리를 유지하는 간격유지수단이 설치되어 상기 양자사이에 빈 공간이 존재하고, 상기 구동기판은 투광성기판위에 단위 화소들이 형성된 구동부와, 상기 단위화소위에 일정한 거리를 두고 형성된 마이크로렌즈와, 상기 구동기판의 마이크로렌즈와 상기 구동부 사이에 상기 구동기판과 상기 칼라필터기판 사이의 거리를 가변시켜 주는 기둥형태의 압전물질로 이루어진 운동부를 가지고, 상기 킬라필터패널은 칼라 마이크로렌즈들을 가지고 있고, 상기 운동부의 수축, 팽창과 같은 가변 운동에 따라 구동기판의 마이크로렌즈를 거친 백라이트용 광원의 광을 칼라필터기판의 마이크로렌즈들에 초점을 형성하거나 형성하지 않는 것에 의해 원하는 정보를 표시하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 표시장치의 제조방법은 구동부의 단위화소의 상측부에 기둥 형태의 압전물질로 이루어진 운동부를 형성하는 단계와, 상기 운동부위에 투광성 도전물질로 이루어진 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 갖는 구동기판의 제조단계와, 투광성 기판에 칼라 마이크로렌즈들을 형성하는 칼라필터기판의 제조단계 와, 상기 구동기판과 칼라필터기판 사이의 간격을 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 표시장치의 패널을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 표시장치의 패널 구조를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 표시장치의 패널은 구동기판(10)과 칼라필터기판(30)이 간격유지수단(40)에 의해 일정한 간격으로 유지되는 구조로 이루어져 있다.

구동기판(10)은 구동부(11)와, 구동부(11)의 단위화소의 가장자리에 소정의 간격으로 유지하며 복수개 형성된 운동부(13)와, 운동부(13)위에 지지되어 상기 단위화소를 커버하는 마이크로렌즈들(15)을 갖는 마이크로렌즈 어레이로 이루어진다.

구동부(11)는 투광성 기판(11a)과, 투광성 기판(11a)의 단위화소 영역에 형성된 스위칭소자(11b)와 투광성전극(11c)을 갖는다. 스위칭소자(11b)와 투명성전극(11c)은 전기적으로 연결되어 있다. 상기 투광성 기판(11a)은 유리기판이고, 스위칭소자(11b)는 TFT이고, 투광성전극(11c)은 ITO 또는 MgO와 같은 물질로 이루어진 것이다. 상기 단위화소의 투광성전극(11c)과 마이크로렌즈들(15)의 사이에 빈 공간(14)이 존재한다. 운동부(13)는 기둥형태의 압전물질로 이루어진 것이다.

칼라필터기판(30)은 투광성 기판(31)과, 상기 단위화소들에 대응하여 투광성 기판(31)의 전, 후 양면에 감광물질로 형성된 적, 청, 녹색의 칼라마이크로렌즈들(33)로 구성된 마이크로렌즈어레이와, 각각의 칼라마이크로렌즈들(33)을 구분하기 위한 블랙매트릭스(32)로 이루어져 있다.

구동기판(10)과 칼라필터기판(30)의 사이에 간격유지수단(40)가 설치되어 빈 공간(41)이 존재한다.

이와 같이 구성되는 표시장치의 패널 제조방법을 도 3(A) 내지 도 3(G)를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같은 구동기판(10)을 준비한다. 설명의 편의상 단위화소의 영역에 한하여 기술한다.

도 3(A)에 도시된 바와 같이, 통상적인 방법을 이용하여 구동부(11)를 형성한다. 이를 좀 더 상세히 언급하면, 유리기판과 같은 투광성 기판(11a)의 단위화소를 위한 영역위에 TFT와 같은 스위칭소자(11b)와, 스위칭소자(11b)에 전기적으로 연결된 투광성 전극(11c)을 각각 형성한다.

이어서, 상기 스위칭 소자(11b)와 투광성 전극(11c)의 전면에 식각되기 쉬운 금속층(12), 예를 들어 알루미늄(Al), 몰리브데늄(Mo) 또는 PVA(polyvinyl alcohol)를 소정의 두께만큼 형성한다.

그런 다음에 통상적인 방법에 의해 도 3(C)의 운동부(13)를 위한 영역들, 즉 투광성전극(11c)의 가장자리를 따라 소정의 간격으로 떨어진 영역들의 금속층(12)만을 선택적으로 식각한다.

도 3(B)에 도시된 바와 같이, 상기 남은 금속층(12)의 전면에 운동부(13)를 위한 압전물질, 예를 들어 PZT로 이루어진 압전층을 소정의 두께로 형성한다.

그런 다음에 이방성 식각 특성을 갖는 반응성 이온식각법을 이용하여 상기 압전층을 금속층(12)의 상면이 노출될 때까지 식각하여 기둥 형태의 운동부(13)를 상기 투광성전극(11c)의 가장자리에 복수개 형성한다. 이때, 상기 금속층(12)의 측면은 운동부(13)에 의해 일부만 가려지고 대부분이 노출된다.

도 3(C)에 도시된 바와 같이, 상기 금속층(12)과 운동부(13)의 상부면에 eh 3(D)의 마이크로렌즈(15)를 위한 투광성 도전층(16)을 형성하고 나서 투광성 도전층(16)의 상부면에 마이크로렌즈(15)를 위한 볼록렌즈 형태의 막(17)를 형성한다.

이를 좀 더 상세히 언급하면, 투광성 도전층(16)위에 마이크로렌즈(15)를 위한 막(17), 예를 들어 감광막을 코팅하고 나서 상기 감광막을 투광성 도전층(16)위에만 위치하도록 패터닝한다. 그런 다음에 상기 패터닝된 감광막을 어닐링(annealing)하여 볼록 렌즈 형태의 막(17)을 형성한다.

도 3(D)에 도시된 바와 같이, 이방성 식각 특성을 갖는 반응성 이온식각법을 이용하여 상기 볼록 렌즈 형태의 막(17)을 완전히 식각하여 볼록 렌즈 형태의 투광성 도전층(16)으로 이루어진 마이크로렌즈들(15)을 형성한다.

이를 종 더 상세히 언급하면, 막(17)의 가장자리 쪽으로 갈수록 막(17)의 두께가 얇아지므로 중앙부의 두꺼운 막(17)이 완전히 식각되는 동안 가장자리의 막(17)은 이미 식각완료되어 가장자리의 투광성 도전층(16)이 노출되기 시작한다. 따라서, 상기 볼록렌즈 형태의 막(17)에 대응하는 볼록 렌즈 형태의 마이크로렌즈(15)를 형성한다.

상기 마이크로렌즈를 형성하는 기술은 미국 특허번호 제 5,466,926 등에 이미 개시된 바와 같이 공지되어 있어 설명의 편의상 이에 대해 더 이상 기술하지 않기로 한다.

마지막으로, 대부분의 측면부가 노출된 상기 금속층(12)을 식각하여 도 2의 구동기판(10)을 완성한다. 상기 마이크로렌즈(15)는 전적으로 운동부(13)에 의해 구동부(10)의 투광성 전극(11c)에 지지되고, 운동부(13)와 마이크로렌즈(15)의 사이에 상기 금속층(12)에 해당하는 빈공간(14)이 생성된다.

한편, 도 3(F)에 도시된 바와 같이, 상기 구동기판(10)과는 별도로 칼라필터기판(30)을 준비한다. 이를 좀 더 상세히 언급하면, 투광성 기판(31), 예를 들어 유리기판의 상면에 칼라마이크로렌즈(33)를 위한 막, 예를 들어 제 1색으로 착색된 감광막을 코팅하고나서 상기 제 1색의 감광막을 제 1색의 마이크로렌즈들을 위한 패턴으로 패터닝한다. 상기 패터닝된 제 1색의 감광막을 어닐링하여 제 1색의 칼라마이크로렌즈들(33a)을 형성한다.

이와 같은 방법을 이용하여 상기 기판(31)의 상면에 제 2 색, 제 3색의 칼라마이크로렌즈들(33b),(33c)을 각각 형성한다. 상기 제 1, 제 2, 제 3색은 적색, 녹색, 청색중 하나씩 선택된 것이다.

이후, 이와 동일한 방법을 이용하여 상기 기판(31)의 하면에 칼라마이크로렌즈(35)를 형성한다. 이를 좀 더 상세히 언급하면, 상기 마이크로렌즈들(33a),(33b),(33c)의 아래에 마이크로렌즈들(33a),(33b),(33c)의 색과 동일한 색의 감광막의 마이크로렌즈들(35a),(35b),(35c)을 각각 형성한다.

이어서, 상기 마이크로렌즈들(35a),(35b),(35c)의 경계지점의 기판(31)에 블랙매트랙스(32)의 패턴을 형성하여 칼라필터기판(30)을 완성한다.

도 3(G)에 도시된 바와 같이, 상기 구동기판(10)과 칼라필터기판(30)을 준비하고 나서 간격유지수단(40)을 이용하여 구동기판(10)과 칼라필터기판(30)을 일정한 간격을 유지하며 서로 고정한다.

이를 좀 더 상세히 언급하면, 구동기판(10)의 마이크로렌즈들(15)의 경계지점에 간격유지수단(40), 예를 들어 스페이서를 형성한 후 구동기판(10)의 마이크로렌즈들(15)과 칼라필터기판(30)의 마이크로렌즈들(35)을 대응하여 칼라필터기판(30)의 블랙매트릭스(32)를 간격유지수단(40)에 고정한다. 이때, 구동기판(10)과 칼라필터기판(30)의 사이에 빈 공간(41)이 존재하게 된다.

또는 상기 스페이서의 대신에 레진을 사용하거나 상기 스페이서를 사용하면서 상기 구동기판(10)의 가장자리를 따라 레진(도시 안됨)을 형성하여 양측 패널들(10),(30)사이의 간격을 일정하게 유지할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 표시장치의 패널을 도 2에 도시된 바와 같이, 완성한다.

이와 같이 제조되는 본 발명의 표시장치의 패널의 작용을 간단히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 구동기판(10)의 구동부(11)의 스위칭소자(11b), 예를 들어 TFT를 스위칭하기 위한 신호가 스위칭소자(11b)에 인가된다.

이때, 스위칭소자(11b)가 온되면, 복수개의 기둥 형태로 형성된 운동부(13)가 길이방향으로 수축하고 스위칭소자(11b)가 오프되면, 운동부(13)가 길이방향으로 팽창하여 운동부(13)의 길이가 가변하게 된다.

따라서, 스위칭소자(11b)가 온되었을 때, 구동기판(10)의 후면부에 설치된 백라이트용 광원(50)의 광이 구동부(11)의 마이크로렌즈(15)를 통과함에 따라 칼라필터기판(30)의 마이크로렌즈(33),(35)에 초점이 형성되어 실상이 생긴다. 반대로 스위칭소자(11b)가 오프되었을 때, 광원(50)의 광이 마이크로렌즈(15)를 통과함에 따라 칼라필터기판(30)의 마이크로렌즈(33),(35)에 초점이 형성되지 않아 실상이 생기지 않는다. 이때, 광원(50)의 광이 빈 공간(14),(41)을 거치게 되므로 그만큼 광 손실이 감소된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 액정과 편광판을 전혀 사용하지 않고 운동부를 수축하거나 팽창시켜 백라이트용 광원의 광을 구동기판의 마이크로렌즈를 통과한 후 칼라필터기판의 마이크로렌즈에 초점을 형성하거나 형성하지 않도록 함으로써 원하는 정보를 표시할 수 있다.

또한, 본 발명은 광원의 광을 액정과 편광판을 통과시키지 않고 구동기판의 빈공간과, 구동기판과 칼라필터기판 사이의 빈공간을 통과시키므로 그만큼 광의 손실을 줄여 광효율이 높고 시야각이 넓은 효과를 갖는다.

Claims (30)

1. 투광성 기판과 상기 투광성기판위에 형성된 각 단위화소의 스위칭소자및 투광성전극을 갖는 구동부와, 상기 각 단위화소위에 형성되어 길이 가변운동하는 운동부와, 상기 운동부위에 지지되며 상기 단위화소에 각각 대응하는 마이크로렌즈들을 포함하는 구동기판과;

   상기 구동기판의 각 마이크로렌즈들에 대응하여 칼라마이크로렌즈들을 갖는 칼라필터기판과;

   상기 구동기판과 칼라필터기판을 소정의 간격으로 유지, 고정시키는 간격유지수단을 포함하는 표시장치의 패널.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 운동부가 압전물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 운동부가 상기 단위화소의 투광전극위에 기둥 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 운동부가 상기 투광성전극의 가장자리를 따라 소정의 간격을 두고 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 구동기판의 구동부와 마이크로렌즈사이에 빈 공간이 존재하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 칼라마이크로렌즈들은 투광성기판에 형성된 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 칼라마이크로렌즈들은 상기 투광성기판의 양면에 형성되는 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 간격유지수단은 상기 구동기판의 마이크로렌즈들의 경계지점과 상기 칼라필터기판의 칼라마이크로렌즈들의 경계지점 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 간격유지수단은 상기 구동기판의 마이크로렌즈들의 경계지점과 상기 칼라필터기판의 칼라마이크로렌즈들의 경계지점 사이에 형성되고 또한 상기 구동기판의 가장자리를 따라 형성된 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 간격유지수단은 상기 구동기판의 가장자리를 따라 형성된 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널.
11. 제 8 항 내지 제 10 항에 있어서, 상기 간격유지수단은 스페이서인 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널.
12. 제 8 항 내지 제 10 항에 있어서, 상기 간격유지수단은 레진인 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 구동부의 마이크로렌즈들이 투광성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 마이크로렌즈들이 ITO, MgO, PVA(polyvinyl alcohol)중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 구동기판과 상기 칼라필터기판 사이에 빈 공간이 존재하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널.
16. 투광성기판위에 각 단위화소의 스위칭소자및 투광성전극이 형성된 구동부를 마련하는 단계와, 상기 구동부위에 길이 가변운동하는 운동부를 형성하는 단계와, 상기 단위화소에 각각 대응하도록 상기 운동부위에 마이크로렌즈들을 각각 형성하는 단계를 포함하는 구동기판의 제조단계와;

    상기 구동기판의 마이크로렌즈들에 대응하여 칼라마이크로렌즈들을 갖는 칼라필터기판을 형성하는 단계와;

    간격유지수단을 개재하여 상기 구동기판과 칼라필터기판을 소정의 간격으로 유지, 고정시키는 단계를 포함하는 표시장치의 패널 제조방법.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 운동부를 형성하는 단계는 상기 구동부위에 금속층을 형성하는 단계와, 상기 운동부를 위한 영역의 상기 금속층을 식각하는 단계와, 상기 식각된 금속층의 영역에 상기 운동부를 위한 소정 물질의 층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널 제조방법.
18. 제 17 항에 있어서, 상기 소정 물질의 층을 형성하는 단계는 상기 금속층의 전면에 상기 소정 물질의 층을 형성하는 단계와, 상기 금속층의 상부면위의 상기 소정 물질의 층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널 제조방법.
19. 제 16 항에 있어서, 상기 운동부는 압전물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 운동부는 PZT의 압전물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널.
21. 제 16 항에 있어서, 상기 구동기판의 마이크로렌즈들을 형성하는 단계는 상기 운동부를 포함한 상기 구동부의 상면에 상기 마이크로렌즈를 위한 소정 물질의 층을 형성하는 단계와, 상기 소정 물질의 층위에 마이크로렌즈 형태의 막을 형성하는 단계와, 상기 막을 식각하여 상기 마이크로렌즈들을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널 제조방법.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 형태의 막은 이방성식각하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널 제조방법.
23. 제 21 항에 있어서, 상기 마이크로렌즈 형태의 막은 감광막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널 제조방법.
24. 제 16 항에 있어서, 상기 구동기판의 마이크로렌즈들은 투광성 금속층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널 제조방법.
25. 제 24 항에 있어서, 상기 마이크로렌즈들은 ITO, MgO 중 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널 제조방법.
26. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 식각된 금속층을 전부 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널 제조방법.
27. 제 16 항에 있어서, 상기 칼라필터기판의 제조단계는 상기 칼라마이크로렌즈들을 기판의 양면에 형성하는 단계와, 상기 구동기판에 대향하는 상기 투광성기판의 면에 상기 칼라마이크로렌즈들을 구분하는 블래매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널 제조방법.
28. 제 27 항에 있어서, 상기 칼라마이크로렌즈들은 투광성기판위에 형성하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널 제조방법.
29. 제 27 항에 있어서, 상기 간격유지수단은 상기 구동기판의 마이크로렌즈들의 경계지점과 상기 칼라마이크로렌즈들의 경계지점에 형성하는 것을 특징으로 하는 표시장치의 패널 제조방법.
30. 제 27 항에 있어서, 상기 간격유지수단은 상기 구동기판의 마이크로렌즈들의 경계지점과 상기 칼라마이크로렌즈들의 경계지점에 형성하는 것을 표시장치의 패널 제조방법.