KR100233992B1 - 반사형 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

전기장의 왜곡에 의한 액정배향의 왜곡 및 과다한 산란에 의한 색번짐 등을 방지하여 시야각 특성 및 밝기 특성이 우수한 액정표시장치를 제공한다.

액정표시장치는 두 장의 상/하 기판 사이에 색을 구현하는 칼라필터층, 인가되는 전압에 의해 빛의 투과량을 조절하는 액정층, 입사된 빛을 반사하는 반사층 및 산란효과를 일으키는 확산층으로 구성된다.

Description

반사형 액정표시장치 및 그 제조방법

본 발명은 반사형 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 확산층을 이용하는 반사형 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 널리 사용되고 있는 액정표시장치는 수광형 액정표시소자이므로 외부 광원으로서 백라이트(back light)를 필요로 한다. 그러나, 이러한 백라이트는 액정표시장치의 소형화에 장애가 될 뿐만 아니라 소비전력면에서도 매우 불리하여 생산가격면에서도 큰 부담으로 작용하며, 또한 사용자는 전원이 없는 곳에서는 백라이트를 사용할 수 없으므로, 액정표시장치의 사용 자체가 불가능하게 된다는 단점을 갖고 있었다. 이와 같은 백라이트가 내장된 액정표시장치의 단점들을 극복하고자 최근에는 백라이트를 사용하지 않고, 광원으로서 외부로부터의 빛을 사용하는 반사형 액정표시장치에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

대표적인 반사형 액정표시장치로는 액정층에 이색성 색소를 첨가하여 빛의 투과량을 조절하면서 편광판을 필요로 하지 않는 게스트 호스트 모드 액정표시장치(Guest-Host mode Liquid Crystal Display)가 있다. 실제로 눈에 들어오는 빛의 양을 크게 하기 위해서 거친 반사판의 산란을 이용하는 액정표시장치와 거친 반사판 대신에 산란필름을 이용하는 액정표시장치로 나뉘어 지는데, 이들은 모두 빛의 산란을 이용한다는 점에서 유사한 구성을 갖는다.

먼저, 거친 반사판을 이용하는 액정표시장치는 도 1a에 나타내듯이, 투명한 상판(1)과 하판(2) 사이에 액정층(3), 칼라필터층(4)이 형성되고 하판(2) 위에는 반사판의 역할을 하는 전극(5)이 요철형상으로 형성되어 있고, 이에 상응하는 투명전극(미도시)이 액정층(3)과 상판(1) 사이에 형성되어 있다.

상기한 구성을 갖는 액정표시장치의 제조방법은 먼저, 투명한 기판(2) 위에 표면이 거친(요철을 갖는) TFT층(Thin Film Transistor)(미도시)을 형성하고, 알루미늄(Al)과 같은 물질을 증착하여 전극(5)을 형성한다. 또한 이와는 별개로 상기 기판(2)과 상응하는 다른 기판(1) 위에 상기 전극(5)과 상응하는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 물질로 이루어진 투명전극(미도시)을 형성한 후, 칼라필터층(4)을 형성한다(칼라필터층을 형성한 후 투명전극을 형성하여도 무관). 계속해서, 액정 및 이색성 색소를 혼합하여 액정층(3)을 형성하여 액정표시장치를 완성한다. 여기서 보호막 형성 과정 등의 일부 공지 기술은 생략하였다.

이하, 상기한 거친 반사판을 이용하는 액정표시장치의 동작을 동일한 도면을 참조하여 설명한다.

액정표시장치에 전압이 인가되지 않으면 외부로부터의 빛은 액정층에 첨가되는 이색성 색소에 의해 차단되어 전극(5)까지 도달하지 못하게 되고 결과적으로 장치는 어둡게 된다. 이와는 반대로 액정표시장치에 전압이 인가되면 상판(1)을 통하여 입사된 빛은 칼라필터층(4) 및 액정층(3)을 통과한 후, 하판(2) 상에 형성된 전극(5)에서 반사된다. 이때, 반사되는 빛은 기하학적으로 미세 구조를 갖는 요철형상의 거친 반사판에 의해 산란되고, 이러한 빛의 산란에 의해 최초의 입사광 보다 밝은 반사광이 액정층(3), 칼라필터층(4) 및 상판(1)을 순서대로 통과하여 출사되므로 시야각과 밝기의 증가를 가져온다. 그러나 이러한 액정표시장치는 미세한 요철구조의 반사판을 만드는 공정이 매우 까다로울 뿐만 아니라, 반사판의 표면이 균일하지 않으므로 전압인가시 두 투명전극 사이에 형성되는 전기장이 왜곡되어, 결과적으로 균일한 액정배향이 이루어지지 않아, 시야각과 밝기가 증가한다는 장점에도 불구하고 올바른 상을 얻을 수 없다는 단점이 있었다. 또한, TFT층에 거칠기를 주는 공정이 추가되므로 TFT의 수율이 떨어질 수도 있었다.

그리하여, 상기한 거친 반사판을 이용하는 방식의 단점을 보완할 목적으로 정면산란필름(front scattering film)(후면산란양은 0.01% 이하)을 이용하는 정면산란 방식이 도입되었는데, 이러한 액정표시장치는 도 1b에 나타내듯이, 투명한 상판(1)과 하판(2) 사이에 액정층(3), 칼라필터층(4)이 형성되고, 하판(2) 상에는 반사판의 역할을 하는 균일한 표면을 갖는 전극(5)이 형성되어 있고, 이에 상응하는 투명전극(미도시)이 액정층(3) 위에 형성되고, 상판(1)에는 정면산란필름(이하, 필름)(6)이 피복되어 있다.

상기한 구성을 갖는 액정표시장치의 제조방법은 먼저, 투명한 기판(2) 위에 TFT층(미도시)을 형성하고, 알루미늄과 같은 물질을 증착하여 표면이 균일한 전극(5)을 형성한다. 계속해서, 이와는 별개로 상기 기판(2)과 상응하는 다른 기판(1) 위에 상기 전극(5)과 상응하는 ITO와 같은 물질로 이루어진 투명전극(미도시)을 형성한 후, 칼라필터층(4)을 형성한다. 계속해서, 기판(1)을 기준으로 칼라필터층(4)과 반대 위치에 필름(6)을 피복한 후, 액정 및 이색성 색소를 혼합하여 액정층(3)을 형성하면 액정표시장치가 완성된다.

이하, 상기한 정면산란필름을 이용하는 액정표시장치의 동작을 동일한 도면을 참조하여 설명한다.

액정표시장치에 전압이 인가되지 않으면 외부로부터의 빛은 액정에 첨가되는 이색성 색소에 의해 차단되어 전극(5)까지 도달하지 못하게 되고 결과적으로 장치는 어둡게 된다. 이와는 반대로 액정표시장치에 전압이 인가되면 필름(6)을 통하여 확산 입사된 빛은 상판(1), 칼라필터층(4) 및 액정층(3)을 통과한 후, 전극(5)에서 반사된다. 반사된 빛은 액정층(3), 칼라필터층(4), 상판(1) 및 필름(6)을 순서대로 통과하여 출사되는데, 이때 필름(6)을 통과한 빛은 산란된 빛으로 거친 반사판을 이용하는 경우에서와 같이 시야각과 밝기의 증가를 가져온다. 이러한 정면산란필름을 이용하는 방식은 구조가 매우 단순하기 때문에 이전의 거친 반사판을 이용하는 경우에 비하여 제작 공정이 간단한 반면에, 산란 특성이 최종 출사광(도면에서 점선으로 표시)의 성질을 변화시키는 요인이 되므로 이에 따른 문제점을 갖는다. 즉, 사용자는 상판, 필름을 순서대로 통과한 최종 출사광을 보게 되는 것이므로, 투명전극으로부터 반사된 빛이 상판을 통과할 때 판두께에 따라 색번짐이 나타날 수도 있다는 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 전기장의 왜곡에 의한 액정배향의 왜곡 및 과다한 산란에 의한 색번짐 등을 방지하므로써 시야각 및 밝기가 한층 증가된 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정표시장치는 두 장의 상/하 기판 사이에 색을 구현하는 칼라필터층, 인가되는 전압에 의해 빛의 투과량을 조절하기 위한 콜레스테릭 액정과 이색성 색소가 혼합된 액정층, 입사된 빛을 반사하기 위한 알루미늄 등의 물질로 이루어지는 반사층 및 산란효과를 일으키는 액정에 고분자가 분산된 물질로 이루어진 확산층으로 구성된다.

상기한 구성을 갖는 본 발명을 따르는 액정표시장치는, 반사판의 표면이 균일하며 장치외부로부터의 빛이 입사되는 상판의 바깥쪽이 아닌 안쪽에 확산층이 형성된다는 점에서 종래 기술과 구별된다.

상기한 구성을 갖는 액정표시장치에 의하면, 확산층을 TFT층의 반대편(상판쪽)에 설치하므로써 TFT의 수율에 영향을 미치지 않을 뿐더러(종래에는 거친 반사판을 만들기 위해 TFT층에 거칠기를 주는 공정이 필요하였다.), 반사판의 역할을 하는 투명전극이 균일한 표면을 갖고 형성되므로 종래 기술에서 나타날 수 있었던 전기장의 왜곡에 의한 액정배향의 왜곡을 방지할 수 있고, 상판의 아래에 확산층을 형성하여 색번짐을 방지하므로써 시야각 및 밝기가 한층 증가된 액정표시장치를 간단한 공정에 의해 제공한다.

도 1a는, 종래의 거친 반사판을 이용한 액정표시장치의 단면도.

도 1b는, 종래의 정면산란필름을 이용한 액정표시장치의 단면도.

도 2는, 본 발명을 따르는 확산층을 이용한 액정표시장치의 단면도.

도 3은, 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 도면.

도 4는, 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 도면.

도 5는, 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 도면.

도 6은, 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 도면.

- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

11 : 상판12 : 하판

13 : 액정층14 :칼라필터층

15 : 투명전극16 : 전극

17 : 확산층18 : 통합층

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1실시예를 나타내는 도면으로서, 투명한 상판(11)과 하판(12) 사이에는 투명전극(15)과 이에 상응하며 반사판의 역할을 하는 전극(16)이 형성되어 있으며, 입사광 및 출사광을 확산시키기 위한 확산층(17), 색을 구현하는 칼라필터층(14), 빛의 투과량을 조절하는 액정층(13)이 형성되어 있다.

상기한 구성을 갖는 액정표시장치의 제조방법은 먼저, 투명한 기판(12) 위에 TFT층(미도시)을 형성하고, 알루미늄과 같은 물질을 증착하여 표면이 균일한 전극(16)을 형성한 후, 이와는 별개로 상기 기판(12)과 상응하는 다른 기판(11) 위에 상기 전극(16)과 상응하는 ITO와 같은 물질로 이루어진 투명전극(15)을 형성한 후, 액정에 고분자가 분산된 물질로 확산층(17)을 형성한다. 계속해서 칼라필터층(14)을 형성한 후, 콜레스테릭 액정 및 이색성 색소를 주입하여 액정층(3)을 형성하면 액정표시장치가 완성된다.

이하, 상기한 확산층을 이용하는 액정표시장치의 동작을 동일한 도면을 참조하여 설명한다.

액정표시장치에 전압이 인가되지 않으면 외부로부터 입사되는 빛은 액정에 첨가되는 이색성 색소분자에 의해 차단되어 전극(16)까지 도달하지 못하게 되고 결과적으로 장치는 어둡게 된다. 이와는 반대로 액정표시장치에 전압이 인가되면 외부로부터 상판(11)을 통해 입사된 빛은 투명전극(15)을 통과한 후, 확산층(17)을 통과하면서 확산된다. 계속해서, 확산된 빛은 칼라필터층(14), 액정층(13)을 통과하여 하판(12) 위에 형성된 전극(16)에서 반사된다. 반사된 빛은 상기한 과정을 역행하여 최종 출사되는데, 이렇게 하여 출사된 빛은 최초 입사광 보다 밝기가 증가되고 시야각 특성 또한 우수하게 된다. 더불어, 전극(16)이 균일한 표면을 가지고 있으므로 전기장의 왜곡에 의한 액정배향의 왜곡이 방지된다. 결국, 본 발명의 액정표시장치에 의하면 간단한 공정으로 액정표시장치를 제작할 수 있으며 이것에 의해 고화질의 상을 얻을 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2실시예를 나타내는 도면으로서, 제2실시예가 제1실시예와 다른 점은 확산층(17)이 상판(11)과 투명전극(15) 사이에 형성된다는 점이다.

도 4는 본 발명의 제3실시예를 나타내는 도면으로서, 제3실시예가 제1 및 제2실시예와 다른 점은 확산층(17)이 상판(11)과 칼라필터층(14) 사이에 형성된다는 점이다.

도 5는 본 발명의 제4실시예를 나타내는 도면으로서, 상판(11)과 하판(12) 사이에 투명전극(15), 칼라필터층(14), 액정층(13) 및 전극(16)이 형성되어 있다.

상기한 구성을 갖는 액정표시장치의 제조방법은, 투명한 기판(12) 위에 TFT층(미도시)을 형성하고, 알루미늄과 같은 물질을 증착하여 표면이 균일한 전극(16)을 형성한 후, 이와는 별개로 상기 기판(12)과 상응하는 다른 기판(11) 위에 칼라필터층(14)을 형성하고, 그 위에 상기 전극(16)과 상응하는 ITO와 같은 물질로 이루어진 투명전극(15)을 형성한 후, 콜레스테릭 액정 및 이색성 색소를 주입하여 액정층(3)을 형성하면 액정표시장치가 완성된다. 이때 칼라필터층(14)은 산란을 유발하는 액정에 고분자가 분산된 물질을 포함하여 상기 확산층의 역할도 겸하게 된다.

상기한 구성을 갖는 액정표시장치의 동작은 먼저, 액정표시장치에 전압이 인가되지 않으면 외부로부터 입사되는 빛은 액정에 첨가되는 이색성 색소분자에 의해 차단되어 전극(16)까지 도달하지 못하게 되고 결과적으로 장치는 어둡게 된다. 이와는 반대로 액정표시장치에 전압이 인가되면 외부로부터 상판(11)을 통해 입사된 빛은 산란을 유발하는 물질이 포함된 칼라필터층(14) 및 투명전극(15)을 통과하면서 산란된다. 계속해서, 산란된 빛은 액정층(13)을 통과하여 하판(12) 위에 형성된 전극(16)에서 반사된다. 반사된 빛은 상기한 과정을 역행하여 최종 출사되는데, 이렇게 하여 출사된 빛은 본 발명의 제1실시예와 마찬가지의 효과를 불러온다.

도 6은 본 발명의 제5실시예를 나타내는 도면으로서, 상판(11)과 하판(12) 사이에 액정층(13), 전극(16)이 형성되고, 확산층, 칼라필터층 및 투명전극의 역할을 겸하는 통합층(18)이 형성된 구조를 갖는다.

상기한 구성을 갖는 액정표시장치의 제조방법은, 투명한 기판(12) 위에 TFT층(미도시)을 형성하고, 알루미늄과 같은 물질을 증착하여 표면이 균일한 전극(16)을 형성한 후, 이와는 별개로 상기 기판(12)과 상응하는 다른 기판(11) 위에 확산층, 칼라필터층 및 투명전극을 겸하는 통합층(18)을 형성한 후, 콜레스테릭 액정 및 이색성 색소를 주입하여 액정층(3)을 형성하면 액정표시장치가 완성된다.

상기한 구성을 갖는 액정표시장치의 동작은 먼저, 액정표시장치에 전압이 인가되지 않으면 외부로부터 입사되는 빛은 액정에 첨가되는 이색성 색소분자에 의해 차단되어 전극(16)까지 도달하지 못하게 되고 결과적으로 장치는 어둡게 된다. 이와는 반대로 액정표시장치에 전압이 인가되면 외부로부터 상판(11)을 통해 입사된 빛은 산란을 유발하는 물질을 포함하고, 칼라필터층과 투명전극의 역할을 겸하는 통합층(18)을 통과하면서 산란된다. 계속해서, 산란된 빛은 액정층(13)을 통과하여 하판(12) 위에 형성된 전극(16)에서 반사된다. 반사된 빛은 상기한 과정을 역행하여 최종 출사되는데, 이렇게 하여 출사된 빛은 본 발명의 제1 및 제5실시예와 마찬가지의 효과를 불러온다.

본 발명의 액정표시장치에 의하면, 상/하 기판 사이에 칼라필터층, 액정층, 표면이 균일한 반사층 및 산란효과를 일으키는 확산층을 구성하므로써, 전기장의 왜곡에 의한 액정배향의 왜곡 및 과다한 산란에 의한 색번짐 등을 방지하여 시야각 특성 및 밝기 특성이 우수한 액정표시장치를 제공하는 것이 가능하다.

Claims (34)

1. 제1 및 제2기판과,

   상기 제1기판 위에 형성된 확산층과,

   상기 제1기판 위에 형성된 투명전극 및 칼라필터층과,

   상기 제2기판 위에 형성된 전극과,

   상기 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 확산층은 액정에 고분자가 분산된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 투명전극을 구성하는 물질이 ITO(Indium Tin Oxide)인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 전극이 반사판인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 전극을 구성하는 물질이 알루미늄인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 알루미늄전극은 표면이 균일하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 확산층이 상기 투명전극과 상기 칼라필터층 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 확산층이 상기 제1기판과 상기 투명전극 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 확산층이 상기 제1기판과 상기 칼라필터층 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 액정층은 액정에 이색성색소가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 액정은 콜레스테릭 액정인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
12. 제1 및 제2기판과,

    상기 제1기판 위에 형성된 확산층과,

    상기 제1기판 위에 형성된 투명전극과,

    상기 제2기판 위에 형성된 전극과,

    상기 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 확산층은 액정에 고분자가 분산된 물질과 염료가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
14. 제12항에 있어서, 상기 투명전극을 구성하는 물질이 ITO(Indium Tin Oxide)인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
15. 제12항에 있어서, 상기 전극이 반사판인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
16. 제12항에 있어서, 상기 전극을 구성하는 물질이 알루미늄인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 알루미늄전극은 표면이 균일하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
18. 제12항에 있어서, 상기 확산층이 상기 투명전극과 상기 제1기판 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
19. 제12항에 있어서, 상기 확산층이 상기 투명전극과 상기 액정층 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
20. 제12항에 있어서, 상기 액정층은 액정에 이색성색소가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
21. 제20항에 있어서, 상기 액정은 콜레스테릭 액정인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
22. 제1 및 제2기판과,

    상기 제1기판 위에 형성된 확산층과,

    상기 제2기판 위에 형성된 전극과,

    상기 제1기판과 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
23. 제22항에 있어서, 상기 확산층은 액정에 고분자가 분산된 물질 및 염료가 혼합된 투명한 금속인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
24. 제22항에 있어서, 상기 전극이 반사판인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
25. 제22항에 있어서, 상기 전극을 구성하는 물질이 알루미늄인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
26. 제22항에 있어서, 상기 알루미늄전극은 표면이 균일하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
27. 제22항에 있어서, 상기 액정층은 액정에 이색성 색소가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
28. 제27항에 있어서, 상기 액정은 콜레스테릭 액정인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
29. 제1 및 제2기판을 제공하는 단계와,

    상기 제1기판 위에 확산층을 형성하는 단계와,

    상기 제1기판 위에 투명전극 및 칼라필터층을 형성하는 단계와,

    상기 제2기판 위에 전극을 형성하는 단계와,

    상기 제1기판과 제2기판 사이에 액정층을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치의 제조방법.
30. 제29항에 있어서, 상기 확산층은 액정에 고분자가 분산된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치의 제조방법.
31. 제1 및 제2기판을 제공하는 단계와,

    상기 제1기판 위에 확산층을 형성하는 단계와,

    상기 제1기판 위에 투명전극을 형성하는 단계와,

    상기 제2기판 위에 전극을 형성하는 단계와,

    상기 제1기판과 제2기판 사이에 액정층을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
32. 제31항에 있어서, 상기 확산층은 액정에 고분자가 분산된 물질과 염료가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치의 제조방법.
33. 제1 및 제2기판을 제공하는 단계와,

    상기 제1기판 위에 확산층을 형성하는 단계와,

    상기 제2기판 위에 전극을 형성하는 단계와,

    상기 제1기판과 제2기판 사이에 액정층을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치의 제조방법.
34. 제33항에 있어서, 상기 확산층은 액정에 고분자가 분산된 물질 및 염료가 혼합된 투명한 금속인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치의 제조방법.

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