KR100439650B1 - 콜레스테릭 액정 컬러필터를 이용한 반사형 액정표시장치 - Google Patents

콜레스테릭 액정 컬러필터를 이용한 반사형 액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는, 서로 일정간격 이격되게 대향되어 있는 제 1, 2 기판과; 상기 제 1, 2 기판 사이에 개재된 액정층과; 상기 제 2 기판 내부면에 화면을 구현하는 최소단위인 서브픽셀(sub-pixel)단위로 형성된 스위칭 소자 및 상기 스위칭 소자와 연결된 화소 전극과; 상기 제 2 기판의 외부면에 차례대로 형성된 위상차판 및 편광판과; 상기 제 1 기판 내부면에 서브픽셀 단위로 적, 녹, 청 컬러가 서로 대응되게 위치하며, 해당 파장대의 빛만을 선택적으로 반사시키는 이중층 구조의 CCF(Cholesteric Liquid Crystal Color Filter)와; 상기 CCF를 덮는 기판 전면에 형성된 공통 전극을 포함하며, 상기 이중층 구조의 CCF는 제 1, 2 CLC층의 적층구조로 이루어지며, 상기 제 1 CLC층 하부에는 제 1 배향막이 형성되어 있고, 제 1, 2 CLC층 사이 구간에는 제 2 배향막이 형성되어 있고, 상기 제 2 배향막과 접촉되는 제 1 CLC층의 상부 표면은 개질처리되는 반사형 액정표시장치를 제공함으로써, 첫째, CCF의 반사파장 범위를 용이하게 조절할 수 있고, 둘째, CLC층 상부에 형성되는 배향막의 코팅특성을 향상시켜, 생산수율을 높일 수 있으며, 셋째, 고색순도 특성 및 고휘도 특성이 부가된 제품의 개발을 통해, 시장경쟁력을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.

Description

콜레스테릭 액정 컬러필터를 이용한 반사형 액정표시장치{Reflective Liquid Crystal Display Device using a Cholesteric Liquid Crystal Color Filter and method of manufacturing the same}
본 발명은 반사형 액정표시장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 콜레스테릭 액정 컬러필터(Cholesteric Liquid Crystal Color Filter)를 포함하는 반사형 액정표시장치에 관한 것이다.
최근에 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술집약적이며 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다.
이러한 액정표시장치중에서도, 각 화소(pixel)별로 전압의 온/오프를 조절할 수 있는 스위칭 소자가 구비된 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목받고 있다.
일반적으로, 액정표시장치는 스위칭 소자 및 화소 전극을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과 컬러필터 및 공통 전극을 형성하는 컬러필터 기판 제조 공정을 통해, 각각 어레이 기판 및 컬러필터 기판을 형성하고, 이 두 기판 사이에 액정을 개재하는 액정셀 공정을 거쳐 완성된다.
그리고, 상기 액정표시장치는 비발광 소자이기 때문에, 별도의 광원인 백라이트를 통해 공급되는 빛을 이용하여 화면을 구현하는 투과형 액정표시장치가 주류를 이루고 있다.
그러나, 상기 백라이트에서 생성된 빛은 액정표시장치의 각 셀을 통과하면서 실제로 화면 상으로는 7% 정도만 투과되어, 고휘도의 액정표시장치를 제공하기 위해서는 백라이트를 더욱 밝게 해야 하므로, 전력소모량이 커지게 되고 충분한 전원공급을 위해 배터리(battery)를 구비할 경우에도 사용시간에 제한이 있는 단점이 있다.
이러한 투과형 액정표시장치의 광효율 문제를 개선하기 위하여, 별도의 백라이트를 생략하고 외부광을 반사광원으로 이용하는 반사형 액정표시장치가 제시되었다.
이러한 반사형 액정표시장치로는, 기존의 투과형 액정표시장치에서와 같이 안료 또는 염료로 이루어진 흡수형 컬러필터 및 별도의 반사층을 통해 외부광을 반사광으로 방식 또는 빛을 선택적으로 반사 및 투과시키는 특성을 가지는 CLC를 컬러필터 및 반사층 겸용으로 이용하는 방식이 들 수 있으며, 후자 방식의 경우 CLC 자체에서 빛을 선택적으로 반사 및 투과시킴에 따라 색순도 특성이 뛰어나고, 별도의 반사층을 생략할 수 있기 때문에 화질 특성 및 공정 효율상 주목받고 있다.
상기 CLC의 액정 분자들의 회전은 일종의 나선(螺旋)구조로 볼 수 있다. 이러한 나선 구조에서 나타나는 두 가지 구조의 특징은 나선의 회전 방향과 나선의 반복 주기인 피치(pitch)이다. 피치는 액정층이 다시 동일한 배열로 돌아올 때까지의 거리로 이해할 수 있고 이 피치가 CLC의 색상을 결정하는 변수이다.
즉, 반사되는 중심파장은 상기에 기술한 피치와 CLC 액정의 평균굴절률의 함수(λ= n(avg)·pitch)이다. (n(avg) ; 평균굴절률)
예를 들어, 평균굴절률이 1.5인 CLC 액정의 피치가 430nm인 경우에 중심반사 파장은 대략 650nm가 되어 적색을 띠게 된다. 그외에 녹색과 청색에 대해서는 적합한 CLC 액정의 피치를 줌으로써 구현할 수 있다.
이하, 설명의 편의상 CLC 컬러필터를 CCF(Cholesteric Liquid Crystal Color Filter)로 약칭하여 설명한다.
도 1은 기존의 CCF 반사형 액정표시장치의 일부 영역에 대한 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 서로 일정간격 이격되게 대향되어 제 1, 2 기판(10, 30)이 배치되어 있고, 제 1, 2 기판(10, 30) 사이에 액정층(50)이 개재되어 있는 구조에서, 제 2 기판(30)의 투명 기판(1) 내부면에는 화면을 구현하는 최소 단위인 서브픽셀 단위로 전압을 온/오프하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T)와, 박막트랜지스터(T)와 연결된 화소 전극(32)이 형성되어 있다.
제 1 기판(10)의 투명 기판(1) 내부면에는 서브픽셀 단위로 적, 녹, 청 CCF(16a, 16b, 16c)가 순서대로 배열되어 CCF(16)를 이루고 있고, CCF(16)를 덮는 기판 전면에는 공통 전극(18)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 CCF(16)와 제 1 기판(10)의 투명 기판(1) 사이 구간에는 CCF(16)의 용이한 배향을 위한 CLC용 배향막(14) 및 CCF(16)로부터 선택적으로 빛을 흡수하는 광흡수층(12)이 차례대로 형성되어 있다.
또한, 제 2 기판(30)의 투명 기판(1) 외부면에는 위상차 보상 소자인 위상차판(34) 및 편광판(36)이 차례대로 배치되어 있다.
일반적으로, 상기 위상차판(34)은 λ/4만큼의 위상차를 주는 QWP(Quarter Wave Plate)로 이루어지고, 상기 편광판(36)은 편광축과 일치하는 빛만을 투과시키는 선편광판으로 이루어진다.
상기 CCF(16)는 색채를 표현하는 역할뿐 아니라, 빛을 반사시키는 반사판 역할도 겸하게 되므로, 반사형 액정표시장치에서는 CLC의 반사특성에 의존하여 화면의 휘도를 결정하게 된다.
이하, 도 2는 기존의 단일층 구조 CCF의 적, 녹, 청 서브픽셀의 반사 스펙트럼 그래프를 나타낸 도면이다.
도시한 바와 같이, CCF 반사형 액정표시장치에 있어서, 적, 녹, 청 컬러별 중심파장(Ia, Ib, Ic)은 순서대로 대략 650 nm, 550 nm, 450 nm이며, CLC 물질의 제한된 굴절율차(약 0.15)로 인해 각 컬러별 중심파장을 기준으로 반사파장폭은 최대 50 nm으로서, 흡수형 컬러필터를 포함하는 반사형 액정표시장치의 반사파장대 100 nm와 비교해볼 때, 매우 좁아 반사율 저하의 원인이 된다.
전술한 흡수형 컬러필터에서는, 컬러필터의 두께가 투과율과는 반비례하고, 색순도와는 비례관계를 가지기 때문에, 그 두께치 조절을 통해 색순도 및 투과율값을 어느 정도 조절할 수 있었으나, CCF에서는 해당 파장대의 빛에 대해서 설계시 컬러별 피치가 조절되므로, 상기 흡수형 컬러필터와 같은 방법에 의해 색순도 및 투과율을 조절하기 용이하지 않다.
즉, 상기 CCF에서의 적, 녹, 청 컬러는 각 서브픽셀에 해당하는 CLC의 피치 크기와 굴절률차에 의해 조절 및 구현되는데, 굴절률 차는 클수록 반사파장 영역이 넓어지고 해당 반사파장대역에서의 반사도의 조절로 요구되는 색순도 및 휘도를 구현하게 된다. 그러나, 굴절률차가 큰 CLC 물질의 개발이 용이하지 않아, 굴절률차가 클수록 재료 비용이 상승하는 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 CCF의 컬러구현 범위 증가를 용이하게 조절하여, 고휘도 특성을 가지는 CCF 반사형 액정표시장치 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명에서는 CCF를 해당 컬러별 중심파장을 중심으로 전, 후 파장대역를 가지는 CCF를 이중층으로 구성하여, 컬러별 반사파장대역을 확장하고자 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 전제조건을 하기 도면을 통해 설명한다.
도 3은 인간의 눈의 시감특성 곡선 그래프를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 상기 그래프에서는 파장별 눈의 시각특성도에 대한 것으로, 인간이 눈으로 볼 수 있는 파장영역은 400∼700㎚ 사이이며, 이때 눈의 시각특성도는 500~600nm 사이에서 가장 높은 수치를 나타낸다.
즉, 본 발명에서는 상기 눈의 시감특성도의 중심파장에 근접한 파장대값 범위내에서 색의 파장대를 확대함을 전제로 한다.
도 1은 기존의 CCF 반사형 액정표시장치의 일부 영역에 대한 단면을 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 기존의 단일층 구조 CCF의 적, 녹, 청 서브픽셀의 반사 스펙트럼 그래프를 나타낸 도면.
도 3은 인간의 눈의 시감특성 곡선 그래프를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 CCF 반사형 액정표시장치에 대한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 이중층 구조 CCF의 제조 단계를 단계별로 나타낸 공정흐름도.
도 6은 본 발명에 표면개질 처리를 거친 CLC층과 배향막 용액간의 접촉각 특성 그래프를 나타낸 도면.
도 7a, 7b는 본 발명에 따른 표면개질을 위한 플라즈마 처리 후 CCF의 투과도 특성 그래프를 나타낸 도면으로서, 도 7a는 수소 플라즈마 처리전, 후 CCF 투과도 특성 그래프이고, 도 7b는 산소 플라즈마 처리전, 후 CCF 투과도 특성 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 CCF의 제조방법에 의해 형성된 이중층 구조 CCF의 적, 녹, 청 서브픽셀 단위 반사 스펙트럼 그래프를 나타낸 도면.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 특징에서는 서로 일정간격 이격되게 대향되어 있는 제 1, 2 기판과; 상기 제 1, 2 기판 사이에 개재된 액정층과; 상기 제 2 기판 내부면에 화면을 구현하는 최소단위인 서브픽셀(sub-pixel)단위로 형성된 스위칭 소자 및 상기 스위칭 소자와 연결된 화소 전극과; 상기 제 2 기판의 외부면에 차례대로 형성된 위상차판 및 편광판과; 상기 제 1 기판 내부면에 서브픽셀 단위로 적, 녹, 청 컬러가 서로 대응되게 위치하며, 해당 파장대의 빛만을 선택적으로 반사시키는 이중층 구조의 CCF(Cholesteric Liquid Crystal Color Filter)와; 상기 CCF를 덮는 기판 전면에 형성된 공통 전극을 포함하며, 상기 이중층 구조의 CCF는 제 1, 2 CLC층의 적층구조로 이루어지며, 상기 제 1 CLC층 하부에는 제 1 배향막이 형성되어 있고, 제 1, 2 CLC층 사이 구간에는 제 2 배향막이 형성되어 있고, 상기 제 2 배향막과 접촉되는 제 1 CLC층의 상부 표면은 개질처리되어 있으며, 상기 CCF의 해당컬러의 두 개의 적층된 CCF의 각각의 중심파장은 해당컬러범위 내에서 서로 다르게 형성되어 해당 컬러의 반사파장 영역을 넓힘을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치를 제공한다.
상기 서로 다른 두층 간의 중심파장의 차이가 50 nm보다 이하인 것을 특징으로 하고, 상기 CCF를 이루는 제 1 배향막 하부에는 광흡수층을 추가로 포함하며, 상기 제 1 CLC층의 상부 표면 개질 처리는, 플라스마(plasma) 처리에 의해 이루어지고, 상기 플라스마 처리에 이용되는 반응가스는 수소(H2) 가스인 것을 특징으로한다.
본 발명의 제 2 특징에서는, 화면을 구현하는 최소 단위인 서브픽셀이 정의된 기판 상에 제 1 배향막을 형성하는 단계와; 상기 제 1 배향막 상부에, 서브픽셀 단위로 적, 녹, 청 컬러가 배열된 제 1 CLC층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 CLC층 상부 표면을 개질처리하는 단계와; 상기 개질처리된 제 1 CLC층 상부에 제 2 배향막을 형성하는 단계와; 상기 제 2 배향막 상부에 위치하며, 상기 제 1 CLC층 컬러와 대응되게 배열되는 적, 녹, 청 컬러를 가지는 제 2 CLC층을 형성하는 단계를 포함하는 이중층 구조 CCF의 제조방법을 제공한다.
상기 제 1, 2 배향막을 각각 형성하는 단계에서는, 기판 상에 배향액을 500 Å ~ 2,000 Å 두께로 코팅(coating) 및 소성(塑性)처리를 거쳐 배향막을 형성하는 단계와, 상기 배향막 표면을 일정 각도로 배향처리 하는 단계를 포함하고, 상기 제 1, 2 CLC층을 각각 형성하는 단계에서는, 네마틱(Nematic) 액정과 카이럴 도펀트(Chiral dopants)를 1 : 1 내지 10 : 1의 비율로 혼합하여, 상기 혼합 액정물질의 초기 상태의 반사 중심 파장을 200 nm ~ 400 nm으로 결정하는 단계와, 상기 혼합 액정물질에 365nm의 UV 조사선의 노광량을 100 mJ ~ 700 mJ으로 하여 조사하여, 적, 녹, 청 컬러를 가지는 CLC층으로 형성하는 단계와, 상기 CLC층에 405nm의 UV 조사선 노광량을 100 mJ ~ 30,000 mJ으로 하여 조사하여, 상기 CLC층을 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 405nm의 UV 조사선 노광량은 600 mJ ~ 18,000 mJ이고, 상기 제 1 CLC층 상부 표면을 개질처리하는 단계는, 플라즈마 처리를 통해 이루어지며, 상기 플라즈마 처리 단계에 이용되는 반응가스는 수소 가스이고, 상기 플라스마 처리시간은 60초인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 CLC층의 상부표면 개질 처리단계는, 상기 제 1 CLC층과 제 2 배향막간의 접촉각 크기를 15 °미만으로 하는 단계이고, 상기 기판 상에 제 1 배향막을 형성하는 단계 전에, 광흡수층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 CCF 반사형 액정표시장치에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 서로 일정간격 이격되게 대향되어 제 1, 2 기판(110, 130)이 배치되어 있고, 제 1, 2 기판(110, 150) 사이에 액정층(150)이 개재되어 있는 구조에서, 제 2 기판(130)의 투명 기판(100) 내부면에는 서브픽셀 단위로 박막트랜지스터(T) 및 박막트랜지스터(T)와 연결된 화소 전극(132)가 형성되어 있다.
도면으로 제시하지는 않았지만, 상기 박막트랜지스터(T)는 게이트 신호전압이 인가되는 게이트 전극 및 데이터 신호전압이 인가되는 소스 전극 및 드레인 전극으로 구성된다.
그리고, 상기 제 1 기판의 투명 기판(100) 내부면에는 광흡수층(112) 및 이중층 구조의 CCF(125)가 차례대로 형성되어 있다.
상기 CCF(125)는 하부층을 이루는 제 1 CLC층(116)과, 제 1 CLC층(116)의 상부층을 이루는 제 2 CLC층(120)의 적층구조로 이루어지며, 제 1 CLC층(116)의 하부에는 제 1 배향막(114)을 더욱 포함하고, 상기 제 1 CLC층(116)과 제 2 CLC층(120)이 접촉계면에는 제 2 배향막(118)을 더욱 포함한다.
상기 제 1 CLC층(116)은 서브픽셀 단위로 제 1 적, 녹, 청 CLC층(116a, 116b, 116c)으로 이루어지고, 상기 제 2 CLC층(120)은 상기 제 1 적, 녹, 청 CLC층(116a, 116b, 116c)과 컬러별 대응되게 위치하는 제 2 적, 녹, 청 CLC층(120a, 120b, 120c)으로 이루어진다.
상기 광흡수층(112)는 CCF(125)를 이루는 물질 또는 제품 특성에 따라 생략할 수도 있다.
도면으로 제시하지는 않았지만, 상기 액정층(150)과 접하는 제 1, 2 기판(110, 130)의 내부면에는 배향처리된 제 1, 2 배향막을 더욱 포함한다.
본 발명에서는, 제 1, 2 CLC층의 반사파장대역이 컬러별 중심파장으로 기준으로 전반부와 후반부로 나뉘어져, 전체 컬러별 반사파장대역을 기존의 2배 수준으로 향상시키는 것을 특징으로 한다.
한 예로, 청색 CCF의 경우 중심파장 550 nm를 기준으로 제 1 청색 CLC층은 500 nm ~ 550 nm, 제 2 청색 CLC층은 550 nm ~ 600 nm의 반사파장대역을 가지도록 하여, 전체 청색 CCF의 반사파장대역을 100 nm 수준으로 높이는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는 상기 제 1 CLC층(116)의 상부 표면개질(surface reforming) 처리을 통해 제 1 CLC층(116)과 제 2 배향막(118)간에 접촉특성을 향상시킨 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 CLC층(116)의 표면개질은 플라스마를 이용하는 것이 바람직하며, 반응가스로는 표면개질 전, 후로 해서 접촉특성 및 CLC의 투과도 특성이 양호하게 나타나는 H2로 하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 이중층 구조 CCF는 별도의 오버코트층없이 CLC용 배향막을 포함하여 CLC층을 연속적으로 적층하는 구조를 제공할 수 있는 것을 특징으로 하며, 이러한 이중층 구조 CCF의 제조 방법을 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 이중층 구조 CCF의 제조 단계를 단계별로 나타낸 공정흐름도이다.
ST1은, 기판 상에 제 1 배향막을 형성하는 단계이다.
이 단계에서는, 기판 상에 배향액을 500 Å ~ 2,000 Å 두께로 코팅(coating), 소성하여 제 1 배향막을 형성하는 단계와, 제 1 배향막 표면을 일정 각도로 배향처리 하는 단계를 포함한다.
상기 제 1 배향막의 배향처리는, 롤러(roller)를 이용한 기계적인 마찰을 통해 일정 각도로 러빙처리하는 방법을 선택할 수 있으며, CLC 액정분자와의 프리틸트각(pretilt angle)이 10°이하인 것이 바람직하다.
상기 제 1 배향막을 이루는 배향액 물질은 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리아믹산(polyamic acid)계 TN(twisted nematic)용 배향액 물질 중 어느 하나에서 다양하게 선택될 수 있다.
ST2에서는, 상기 제 1 배향막 상부면에 제 1 CLC층을 형성하는 단계이다.
이 단계에서는, 단분자 물질 또는 고분자 물질에서 선택된 네마틱(Nematic) 액정과 카이럴 도펀트(Chiral dopants)를 1 : 1 내지 10 : 1의 비율로 혼합하여 초기 상태의 반사 중심 파장을 200 nm ~ 400 nm으로 결정하는 단계를 거쳐, 제 1 CLC층을 형성한다.
상기 혼합된 액정물질은 요구되는 막 두께를 고려하여, 35 % 내지 55 %의 용액이 되도록 용매에 녹인 뒤 0.2 mm 이하의 필터로 걸러 파티클(particle)을 제거한다. 사용되는 용매로는 톨루엔(Toluene), 자일렌(Xylene), NMP(N-methyl-2-pyrrolidone) 중 어느 하나에서 선택될 수 있다.
상기 혼합 액정물질을 이용하여, ST1 단계를 거쳐 형성된 제 1 배향막 상에 한 예로 스핀 코팅(sping coating) 방법에 의해 2 mm ~ 5 mm 두께로 형성하여, 상기 혼합 액정물질이 단분자 물질에서 선택된 경우, 전체 용액의 0.2 % ~ 5.0 %의 광개시제를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1.0 % ~ 2.0 %로 포함하는 것이다.
상기 ST2 단계를 거쳐 형성된 제 1 CLC층은 365 nm 근처의 자외선(UV)를 흡수하며, 그 흡광량에 따라 CLC가 형성하는 나선(helix) 구조의 회전 주기 길이로 정의되는 피치의 크기, 즉 반사 파장이 변하는 특성을 갖고 있으므로, 이 단계에서는 365nm의 UV 조사선 노광량이 100 mJ ~ 700 mJ이 되도록 조절하여, 상기 1차적으로 형성한 제 1 CLC층에 조사하여, 제 1 적, 녹, 청 CLC층으로 구성되는 제 1 CLC층을 완성한다.
본 발명에 이용되는 CLC 물질은 365nm의 UV에서 구조가 변하는 분자구조를가지고 있으며, UV 조사에 따라 CLC의 피치가 증가함으로써 파장 변화를 갖는다.
상기 제 1 적, 녹, 청 CLC층을 형성한 다음, 상기 CLC층 물질을 안정하게 경화시키기 위하여 405nm의 UV 조사선 노광량이 100 mJ ~ 30,000 mJ이 되도록 조절하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 600 mJ ~ 18,000 mJ로 하는 것이다.
또한, 이 단계에서는 405nm에서 가장 반응성이 높은 광개시제를 선택하는 것이 바람직하며, 이를 위해서는 광개시제의 종류 및 농도를 조절하는 방법이 있다.
이 단계에서는, 380 nm 이하를 차단하는 필터를 사용하여 365nm에서 일어나는 CLC 피치변화를 제외하고 광경화 반응만을 효과적으로 수행시키도록 한다. 또한, 경화도를 높히기 위해 질소(N2), 아르곤(Ar) 등의 가스를 제거(purging)하면서 광경화 반응을 진행하는 것이 더욱 바람직하다.
다음, ST3에서는 상기 제 1 CLC층 상부면에 형성되는 제 2 배향막의 코팅성을 향상시키기 위해, 제 2 배향막을 형성하기 전에 제 1 CLC층의 상부 표면을 개질하는 단계이다.
상기 표면개질 처리하는 방법으로는, 상기 제 1 CLC층의 상부 표면을 기계적인 러빙처리를 통해 표면 거칠기(roughness)를 증가시키거나, 적정 농도의 알칼리 용액으로 표면의 극성을 개질하는 방법을 사용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 플라스마(Plasma) 또는 이온빔(ion-beam) 처리방법을 이용하는 것이다.
상기 플라스마 또는 이온빔 처리방법은 CLC층에 손상을 적게 주고, 표면의 거칠기 증가에 의한 빛의 산란도를 최소화하면서, 코팅성 및 접착성을 조절하기에가장 적절한 방법이다.
이 중에서, 상기 플라스마 처리는 산소, 수소, 아르곤 등의 반응가스를 플라스마 상태로 만들고, 에너지가 높아진 플라스마 상태의 가스가 전기장에 의해 CLC층 표면을 공격하여 CLC층의 표면분자와 반응함으로써, 표면 특성을 변화시키는 방법이다.
그리고, 상기 이온빔 처리는 플라스마 처리와 동일한 공정을 적용할 수 있으나, 단지 플라스마 형성 뒤 동일 에너지의 파티클만 거르는 과정이 추가된다. 이때 개질된 제 1 CLC층의 표면은 그 에너지 상태 즉, 표면장력이 변하여 그 위에 형성될 물질에 대한 친화력이 변하게 되고, 따라서 코팅 특성에도 변화를 주게된다.
친화력의 정량적 척도는 제 1 CLC층 표면과 코팅 용액간의 접촉각으로 표현될 수 있는데, 상기 제 1 CLC층의 표면개질 단계는 상기 제 1 CLC층과 제 1 CLC층 상부에 형성되는 제 2 배향막간의 접촉각을 작게하는 단계로서, 그 접촉각이 작을수록 코팅의 젖음성(wettability)이 증가되므로, 결과적으로 제 1 CLC층 표면에 접촉하는 물질간의 친화력을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명에 표면개질 처리를 거친 CLC층과 배향막 용액간의 접촉각 특성 그래프를 나타낸 도면이다.
도시한 바와 같이, 표면개질 처리단계를 거치기 전, 제 1 CLC층 표면의 접촉각은 배향막 용액에 대해서 45°이상의 값을 가지는데 반해, 수소 및 산소 플라스마 처리에 의한 표면개질 처리후에는 15 °미만의 값을 가지는 것을 알 수 있다.
상기 표면개질 단계에 이용되는 반응가스 종류 및 플라스마 챔버(chamber)의조건, 처리 시간에 따라 표면 개질의 정도는 달라지고, 그 중에서 코팅성, 접착성 면에서 유리한 조건을 찾는 것이 중요하다.
하기 표 1은 본 발명에 따른 표면개질을 위한 플라스마 처리 조건 및 반응 가스별 피표면개질 처리된 CLC층의 반사 중심파장의 변화정도를 측정한 데이터에 관한 것이다.
<표 1>
도 7a, 7b는 본 발명에 따른 표면개질을 위한 플라즈마 처리 후 CCF의 투과도 특성 그래프를 나타낸 도면으로서, 도 7a는 수소 플라즈마 처리전, 후 CCF 투과도 특성 그래프이고, 도 7b는 산소 플라즈마 처리전, 후 CCF 투과도 특성 그래프이며, 상기 표 1 데이터 결과와 연계하여 설명하면, 수소 및 산소 가스를 동일한 파워, 압력, 시간 조건 하에서 반응가스로 이용하여 플라스마 처리하였을 때, 수소 플라스마 처리의 경우 시간 조건을 60초로 한 경우, 수소 플라스마 처리된 CLC층의 경우 플라즈마 처리 전, 후 파장의 변화(△λ)가 거의 없었으나, 산소 플라스마 처리의 경우 수소 플라스마 처리와 동일한 조건 하에서, 파장의 변화(△λ)가 심하게 나타났다.
즉, 수소 플라스마 처리가 배향막의 코팅성 및 배향막 형성후 CLC층의 투과도 특성에 영향을 끼치지 않는 가장 좋은 결과를 주는 것을 알 수 있다.
그러나, 산소 플라스마 처리후에는 CLC층에 손상을 주어 플라스마 처리 전, 후로 투과 스펙트럼이 변화하여 CLC층의 설계된 중심파장을 이동시키는 것을 알 수 있다.
결론적으로, 반응가스의 종류 및 처리 조건에 따라 다양하게 CLC층의 표면을 개질시킬 수 있으므로, 개질하고자 하는 물질의 종류 또는 상태에 따라 적정한 조건을 찾는 것이 바람직하다.
ST4에서는, 상기 표면개질 처리된 제 1 CLC층 상부에 제 2 배향막을 형성하는 단계이다.
상기 제 2 배향막을 형성하는 단계는, 상기 ST1의 단계를 적용할 수 있다.
즉, 상기 표면개질 처리된 제 1 CLC층 상부에 배향액 물질을 코팅, 소성하여 제 2 배향막을 형성하는 단계와, 상기 제 2 배향막 표면을 배향처리하는 단계를 거친다.
본 발명에서는, 상기 ST3 단계를 거쳐 제 2 배향막과 접하는 제 1 CLC층의 표면개질 단계를 거쳤기 때문에, 상기 제 1 CLC층과 제 2 배향막간의 접촉특성을 향상시킬 수 있다.
ST5에서는, 상기 제 2 배향막 상부에 제 2 CLC층을 형성하여, 제 1, 2 CLC층으로 이루어진 CCF를 완성하는 단계이다.
이 단계는, 상기 ST2의 제 1 CLC층을 형성하는 단계를 적용할 수 있으며, 상기 제 1 CLC층과 컬러별 대응되게 제 2 CLC층을 형성하는 것이 중요하다.
이 단계에서는, 이중층 구조 CCF를 더욱 굳히기 위해 경화처리하는 단계를 포함하며, 한 예로 150 ℃ ~ 250 ℃의 오븐에서 1 ~ 2 시간 열경화시킬 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 CCF의 제조방법에 의해 형성된 이중층 구조 CCF의 적, 녹, 청 서브픽셀 단위 반사 스펙트럼 그래프를 나타낸 도면이다.
도시한 바와 같이, 적, 녹, 청 CCF는 순서대로 660 nm, 550 nm, 450 nm 부근에서 중심파장(IIa, IIb, IIc)을 가지며, 컬러별 반사파장대역은 각각 100 nm 수준인 것을 알 수 있다.
이와 같이, 기존에 비해 2배 수준으로 반사휘도가 향상된 것은, 컬러별 중심파장을 중심으로 제 1 CLC층이 전반부 반사파장대를 이루고, 제 2 CLC층이 후반부 반사파장대를 이루어, 제 1, 2 CLC층의 반사파장대의 합이 전체 반사파장대역을 이루도록 하여, 제 1, 2 CLC층의 적층구조로 이루어진 CCF는 결론적으로 기존보다 2배 수준으로 향상된 반사휘도를 가진게 된다.
즉, 본 발명에 따른 CCF를 포함하는 반사형 액정표시장치는, 기존의 흡수형 컬러필터를 이용한 반사형 액정표시장치와 비교할 때 CLC 액정의 고색순도 특성을 그대로 유지하면서, CLC의 제한된 굴절률 특성을 개선하여 고휘도 특성을 부여함에 따라 고화질, 고휘도 반사형 액정표시장치를 제공할 수 있다.
그러나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 취지에 어긋나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시하여도 무방하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 CCF 반사형 액정표시장치 및 그의 제조방법에 의하면 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, CCF의 반사파장 범위를 용이하게 조절할 수 있다.
둘째, CLC층 상부에 형성되는 배향막의 코팅특성을 향상시켜, 생산수율을 높일 수 있다.
셋째, 고색순도 특성 및 고휘도 특성이 부가된 제품의 개발을 통해, 시장경쟁력을 향상시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 서로 일정간격 이격되게 대향되어 있는 제 1, 2 기판과;
    상기 제 1, 2 기판 사이에 개재된 액정층과;
    상기 제 2 기판 내부면에 화면을 구현하는 최소단위인 서브픽셀(sub-pixel)단위로 형성된 스위칭 소자 및 상기 스위칭 소자와 연결된 화소 전극과;
    상기 제 2 기판의 외부면에 차례대로 형성된 위상차판 및 편광판과;
    상기 제 1 기판 내부면에 서브픽셀 단위로 적, 녹, 청 컬러가 서로 대응되게 위치하며, 해당 파장대의 빛만을 선택적으로 반사시키는 이중층 구조의 CCF(Cholesteric Liquid Crystal Color Filter)와;
    상기 CCF를 덮는 기판 전면에 형성된 공통 전극
    을 포함하며, 상기 이중층 구조의 CCF는 제 1, 2 CLC층의 적층구조로 이루어지며, 상기 제 1 CLC층 하부에는 제 1 배향막이 형성되어 있고, 제 1, 2 CLC층 사이 구간에는 제 2 배향막이 형성되어 있고, 상기 제 2 배향막과 접촉되는 제 1 CLC층의 상부 표면은 개질처리되어 있으며, 상기 CCF의 해당컬러의 두 개의 적층된 CCF의 각각의 중심파장은 해당컬러범위 내에서 서로 다르게 형성되어 해당 컬러의 반사파장 영역을 넓힘을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서로 다른 두층 간의 중심파장의 차이가 50 nm보다 이하인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 CCF를 이루는 제 1 배향막 하부에는 광흡수층을 추가로 포함하는 반사형 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 CLC층의 상부 표면 개질 처리는, 플라스마(plasma) 처리에 의해 이루어진 반사형 액정표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 플라스마 처리에 이용되는 반응가스는 수소(H2) 가스인 반사형 액정표시장치.
  6. 화면을 구현하는 최소 단위인 서브픽셀이 정의된 기판 상에 제 1 배향막을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 배향막 상부에, 서브픽셀 단위로 적, 녹, 청 컬러가 배열된 제 1 CLC층을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 CLC층 상부 표면을 개질처리하는 단계와;
    상기 개질처리된 제 1 CLC층 상부에 제 2 배향막을 형성하는 단계와;
    상기 제 2 배향막 상부에 위치하며, 상기 제 1 CLC층 컬러와 대응되게 배열되는 적, 녹, 청 컬러를 가지는 제 2 CLC층을 형성하는 단계
    를 포함하는 이중층 구조 CCF의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 배향막을 각각 형성하는 단계에서는, 기판 상에 배향액을 500 Å ~ 2,000 Å 두께로 코팅(coating) 및 소성(塑性)처리를 거쳐 배향막을 형성하는 단계와, 상기 배향막 표면을 일정 각도로 배향처리 하는 단계를 포함하는 이중층 구조 CCF의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 CLC층을 각각 형성하는 단계에서는, 네마틱(Nematic) 액정과 카이럴 도펀트(Chiral dopants)를 1 : 1 내지 10 : 1의 비율로 혼합하여, 상기 혼합 액정물질의 초기 상태의 반사 중심 파장을 200 nm ~ 400 nm으로 결정하는 단계와, 상기 혼합 액정물질에 365nm의 UV 조사선의 노광량을 100 mJ ~ 700 mJ으로 하여 조사하여, 적, 녹, 청 컬러를 가지는 CLC층으로 형성하는 단계와, 상기 CLC층에 405nm의 UV 조사선 노광량을 100 mJ ~ 30,000 mJ으로 하여 조사하여, 상기 CLC층을 경화시키는 단계를 포함하는 이중층 구조 CCF의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 405nm의 UV 조사선 노광량은 600 mJ ~ 18,000 mJ인 이중층 구조 CCF의 제조방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 CLC층 상부 표면을 개질처리하는 단계는, 플라즈마 처리를 통해 이루어지는 이중층 구조 CCF의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리 단계에 이용되는 반응가스는 수소 가스인 이중층 구조 CCF의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 플라스마 처리시간은 60초인 이중층 구조 CCF의 제조방법.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 CLC층의 상부표면 개질 처리단계는, 상기 제 1 CLC층과 제 2 배향막간의 접촉각 크기를 15 °미만으로 하는 단계인 이중층 구조 CCF의 제조방법.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 기판 상에 제 1 배향막을 형성하는 단계 전에, 광흡수층을 형성하는 단계를 포함하는 이중층 구조 CCF의 제조방법.
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