KR100565735B1 - 반사형 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 반사형 액정표시장치에서는 자외선의 조사방향 및 광량을 조절하여 영역마다 서로 다른 배향방향과 서로 다른 프리틸트각을 갖는 배향막을 형성한다. 이렇게 불규칙(random)하게 결정된 배향방향과 프리틸트각에 의해 액정의 배열이 불규칙한 방향 및 서로 상이한 프리틸트각을 갖게 되고, 불규칙한 액정의 배열에 의해 액정층을 통과하는 외부의 입사광이 불규칙하게 산란반사하게 되는 반사판효과를 가지게 되어, 결국 시야각이 넓어지게 된다. 또한, 반사전극의 표면을 평탄하게 형성하기 때문에 셀갭이 균일해지고, 콘트라스트비가 증가하며, 액정층에 인가되는 전기장이 균일하게 된다.

Description

반사형 액정표시장치 및 그 제조방법{Reflective type liquid crystal display device and method of manufacturing thereof}
본 발명은 반사형 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 배향막에 조사하는 UV의 광량 및 조사방향을 조절하여 배향막이 불규칙한 배향방향 및 프리틸트각을 갖도록 하여, 액정의 불규칙한 배열에 의해 외부광을 산란시키는 반사판 효과를 가지게 한 반사형 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 동작모드에 따라, 개략적으로 TN(Twisted Nematic)형, GH(Guest Host)형, ECB(Electrically Controlled Birefringence)형 및 OCB(Optically Compensated Birefringence)형 등으로 나눌 수 있고, 광원의 이용방법에 따라, 백라이트를 이용하는 투과형 액정표시장치와 외부의 광원을 이용하는 반사형 액정표시장치의 두 종류로 분류할 수 있다. 근래에는 백라이트(back light)를 광원으로 사용하는 투과형 액정표시장치가 널리 이용되고 있으나, 이러한 백라이트의 사용은 액정표시장치의 무게와 부피를 증가시킬 뿐만 아니라, 소비전력이 높다는 문제점을 가진다. 백라이트가 내장된 액정표시장치의 상기한 문제점들을 극복하고자, 최근에는 백라이트를 사용하지 않는 반사형 액정표시장치에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
도 1은 일반적인 반사형 액정표시장치의 단위화소를 나타낸 단면도로서, 제1기판(1) 위에 게이트전극(5), 게이트절연막(7), 반도체층(8), 소스전극(5), 및 드레인전극(9)으로 구성된 박막트랜지스터(10)가 형성되고, 박막트랜지스터(10) 위에 보호막(11b)이 형성되며, 게이트절연막(7) 위의 화소영역에는 요철층(11a)이 형성되고, 요철층(11a) 위에는 드레인전극(9)과 연결되고 금속재질로 이루어진 반사전극(12)이 형성되며, 반사전극(12) 위에는 제1배향막(16)이 형성된다.
제2기판(2) 위에는 편광자(14), 블랙메트릭스(15), 공통전극(13), 및 제2배향막(18)이 형성되고, 제1기판(1)과 제2기판(2) 사이에는 액정층(17)이 형성된다.
반사전극(12)이 형성된 부분을 화소영역이라 정의하면, 화소영역 내에 있는 액정분자는 반사전극(12)에 인가된 데이터전압에 따라 분자배열이 조절되며, 이렇게 조절된 액정의 분자배열에 의해 반사전극(12)에서 반사되는 빛의 반사율이 조절된다.
일반적인 반사형 액정표시장치는 시야각을 넓히기 위해, 도면에 나타낸 바와 같이, 요철층(11a)을 형성하여 반사전극(12)의 표면을 요철모양이 되도록 한다. 이에 따라, 제2기판(2)을 통해 반사전극(12)에 입사한 외부광은 여러방향으로 산란 반사되어 시야각이 넓어지게 된다. 일반적으로 요철층(11a)의 모양은 반사된 빛의 간섭현상을 방지할 목적으로 불규칙(random)한 패턴을 갖도록 형성하는데, 이러한 요철층의 불규칙한 제작은 그 형상의 설계가 어렵고 수율이 낮아서 양산성에 문제가 있다. 또한, 요철층(11a)을 불규칙하게 형성하면 원하는 반사특성을 얻기가 힘들다는 문제가 있다.
또한, 셀갭(cell gap)이 균일하지 않기 때문에 콘트라스트비(contrast ratio)가 저하되며, 액정층(17)에 인가되는 전기장이 왜곡되는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 우수한 산란반사특성을 가지며, 시야각이 넓고, 셀갭이 균일하여 전기장의 왜곡이 없고, 높은 콘트라스비를 갖는 반사형 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것으로 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반사형 액정표시장치는 제1기판 및 제2기판과, 상기한 제1기판 위에 형성된 반사전극과, 상기한 반사전극 위에 형성되며 각각 서로 다른 배향방향과 서로 다른 프리틸트각을 갖는 복수의 산란영역으로 이루어진 제1배향막과, 상기한 제1기판과 상기한 제2기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성되어, 각 산란영역으로 입사되는 빛이 서로 다른 각으로 산란되도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라, 상기한 제2기판 위에 제2배향막을 추가로 형성하고, 동일한 산란영역에 있는 상기한 제2배향막 및 제1배향막의 두 배향방향 사이의 경사각이 모든 산란영역에서 동일하도록, 제2배향막의 배향방향을 결정하는 것도 가능하다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반사형 액정표시장치의 제조방법은 금속막을 도포한 후 패터닝하여 반사전극을 형성하는 단계와, 상기한 반사전극 위로 제1배향막을 도포하는 단계와, 상기한 제1배향막에 영역마다 서로 다른 광량 및 서로 다른 조사방향으로 자외선을 조사하여 서로 다른 배향방향 및 서로 다른 프리틸트각을 갖는 복수의 산란영역을 형성하는 단계와, 상기한 제1기판과 또 다른 제2기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따라 상기한 제2기판 위에 제2배향막을 도포하는 단계와, 동일한 산란영역에 있는 상기한 제2배향막 및 제1배향막의 두 배향방향 사이의 경사각이 모든 산란영역에서 동일하도록 상기한 제2배향막의 배향방향을 결정하는 단계를 추가로 포함하는 것도 가능하다.
본 발명에 따라 제조된 반사형 액정표시장치는 자외선의 조사방향 및 광량을 조절하여 임의의 배향방향 및 프리틸트각을 갖도록 형성된 배향막에 의해 액정의 배열이 불규칙한 방향 및 서로 상이한 프리틸트각을 갖게 된다. 이러한 불규칙한 액정의 배열에 의해 액정층을 통과하는 외부의 입사광이 불규칙하게 산란반사하게 되는 반사판효과를 가지게 되어 시야각이 넓어지게 되며, 반사전극의 표면을 평탄하게 형성하기 때문에 셀갭이 균일해지고, 콘트라스트비가 증가하며, 액정층에 균일한 전기장이 인가된다.
이하, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예를 나타낸 단면도로서, 제1기판(21) 위에 게이트전극(25), 게이트절연막(27), 반도체층(28), 소스전극(25), 및 드레인전극(29)으로 구성된 박막트랜지스터(30)가 형성되고, 박막트랜지스터(30) 위에 보호막(31)이 형성되며, 보호막(31) 위에는 드레인전극(9)과 연결되고 금속재질로 이루어진 반사전극(12)이 형성되며, 반사전극(12) 위에는 제1배향막(16)이 형성된다.
제2기판(22) 위에는 편광자(34), 블랙메트릭스(35), 공통전극(33), 및 제2배향막(38)이 형성되고, 제1기판(21)과 제2기판(22) 사이에는 액정층(37)이 형성된다.
도 3a 및 도 3b는 제1배향막(36)에 인접한 액정분자의 배열을 나타낸 도면으로서, 도 3b에서 화살표는 액정분자(41)의 장축방향을 나타낸다. 도면에 나타낸 바와 같이, 제1배향막(36)은 하나의 화소영역이 제1산란영역(I), 제2산란영역(Ⅱ), 및 제3산란영역(Ⅲ)으로 나뉘며, 각 산란영역(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)은 서로 다른 배향방향과, 서로 다른 프리틸트각을 갖는다. 제1배향막(36)에 인접한 액정분자(41)는 각 산란영역(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)에 결정된 배향방향 및 프리틸트각에 따라 배열된다. 제1배향막(36)의 제1산란영역(Ⅰ)은 X축과 반대방향인 배향방향과 제1프리틸트각(θ
1)을 가지며, 제2산란영역(Ⅱ)은 Y축과 평행한 배향방향과 제2프리틸트각(θ2)을 갖고, 제3산란영역(Ⅲ)은 X축과 45o 경사진 배향방향과, 제3프리틸트각(θ3)을 갖는다. 상기 세 프리틸트각은 서로 다른 각이 되도록 불규칙(random)하게 결정된다.
도면에는 나타내지 않았지만, 제2배향막(38)의 배향방향은 마주하는 제1배향막(36)의 배향방향과 트위스트각(예를 들면 90o) 만큼 경사지도록 결정된다. 이때, 액정의 트위스트각도가 모든 산란영역(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)에서 동일하게 되도록 제2배향막(38)의 배향방향을 결정한다.
외부로부터 제2기판(22)을 통해 입사한 빛은 액정층(37)을 통과한 후 반사전극(36)에 반사되며, 다시 액정층(37)을 통과한 후 제2기판(22)을 통해 외부의 관찰자에게 도달하게 된다. 이때, 액정층(37)이 각 산란영역(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)마다 서로 다른 프리틸트각을 가지고 있기 때문에, 액정층을 통과하는 빛은 각 산란영역(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)마다 서로 다른 굴절률을 경험하게 되며, 이에 따라, 산란영역(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)마다 서로 다른 각으로 산란반사하게 되는 반사판효과를 가지게 되어, 결국 시야각이 넓어지게 된다.
상기한 구조의 반사형 액정표시장치를 제조하기 위해서는 다음과 같은 공정을 거친다.
우선, 제1기판(21) 위에 게이트전극(26), 게이트절연막(27), 반도체층(28), 소스전극(25), 및 드레인전극(29)으로 이루어진 박막트랜지스터(30)를 형성한다.
이어서, BCB(BenzoCycloButene) 및 아크릴(Acryl) 등과 같은 유기절연막, 또는 SiNx 및 SiOx 등과 같은 무기절연막을 도포하여 보호막(31)을 형성한 후, 드레인전극(29) 영역의 보호막을 식각하여 콘택홀(39)을 형성한다.
이어서, 알루미늄과 같은 금속막을 스퍼터링법으로 적층한 후, 패터닝하여 반사전극(32)을 형성한다.
이어서, 반사전극(32) 위에 폴리이미드(Polyimide), 폴리아미드(Polyamide), 또는 폴리아믹산(Polyamic acid) 등의 배향물질을 도포한다. 또는, 폴리실록산(Polysiloxane), 또는 셀룰로오스씬나메이트(Cellulose Cinnamate)와 같은 광반응성 배향물질을 도포한다.
이어서, 도 4a에 나타낸 바와 같이 마스크(도시하지 않음)를 이용하여 제1배향막(36)의 제1산란영역(Ⅰ)만을 노출시킨 후, 얻고자하는 프리틸트방향과 비교적 평행한 방향으로 자외선(UV)을 조사하며, 조사하는 자외선의 광량을 조절하여 제1산란영역(Ⅰ)의 프리틸트각이 얻고자하는 제1프리틸트각(θ1)이 되도록 한다. 이때, 상기한 프리틸트방향은 배향막과 인접한 액정분자의 장축방향으로 정의된다.
이어서, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 마스크(도시하지 않음)를 이용하여 제1배향막(36)의 제2산란영역(Ⅱ) 만을 노출시킨 후, 얻고자하는 프리틸트방향과 비교적 평행한 방향으로 자외선을 조사하며, 조사하는 자외선의 광량을 조절하여 제2산란영역(Ⅱ)의 프리틸트각이 얻고자하는 제2프리틸트각(θ2)이 되도록 한다.
이어서, 도 4c에 나타낸 바와 같이, 마스크(도시하지 않음)를 이용하여 제1배향막의 제3산란영역(Ⅲ) 만을 노출시킨 후, 얻고자하는 프리틸트방향과 비교적 평행한 방향으로 자외선을 조사하며, 조사하는 자외선의 광량을 조절하여 제3산란영역(Ⅲ)의 프리틸트각이 얻고자하는 제3프리틸트각(θ3)이 되도록 한다.
제2기판(22) 위에는, 도면에 나타내지 않았지만, 화소영역마다 R, G, B가 반복되도록 칼라필터층을 형성하며, 그 위에 게이트 및 데이터배선(도시하지 않음) 및 박막트랜지스터(30) 영역으로 빛이 새는 것을 방지하기 위한 블랙메트릭스(35)를 형성한다. 블랙메트릭스(35)는 Cr이나 CrOx 등과 같은 금속이나, 블랙수지를 적층하여 형성한 후 패터닝하여 형성한다. 또한, 상기한 컬러필터층 위에는 평탄성을 향상시키기 위해 오버코트층(overcoat layer)을 형성할 수도 있다.
이어서, ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명도전물질을 스퍼터링방법으로 도포하여 공통전극(33)을 형성한다.
이어서, 폴리이미드(Polyimide), 폴리아미드(Polyamide), 및 폴리아믹산(Polyamic acid) 등의 배향물질, 또는 폴리실록산(Polysiloxane) 및 셀룰로오스씬나메이트(Cellulose Cinnamate)와 같은 광반응성 배향물질로 이루어진 제2배향막(38)을 도포한 후, 제1배향막(36)에서와 같은 방법으로 자외선의 조사방향 및 광량을 조절하여, 모든 산란영역(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)에서 제1배향막(36)의 배향방향과 정해진 트위스트각 만큼 경사지도록 제2배향막(38)의 배향방향을 결정한다.
이어서, 제1기판(21)과 제2기판(22)을 합착한 후 진공상태에서 액정을 주입하여 액정층(37)을 형성한다.
이어서, 제2기판(22)의 외측면에 편광판(34)을 부착한다.
상기한 실시예에서는 하나의 화소영역을 세 개의 산란영역(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)으로 나누었지만, 두 개 또는 네 개 등 복수의 산란영역으로 나누는 것도 가능하며, 이때, 각 산란영역은 서로 다른 배향방향 및 서로 다른 프리틸트각을 갖도록 한다.
또한, 제1기판을 화소영역과 다른 면적의 영역으로 분할한 후, 상기한 영역을 복수의 산란영역으로 나누고, 복수의 산란영역이 서로 다른 배향방향과 서로 다른 프리틸트각을 갖도록 하는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 반사형 액정표시장치는 자외선의 조사방향 및 광량을 조절하여 임의의 배향방향 및 프리틸트각을 갖도록 형성된 배향막에 의해 액정의 배열을 불규칙한 방향 및 서로 상이한 프리틸트각을 갖게 한다. 이러한 불규칙한 액정의 배열에 의해 액정층을 통과하는 외부의 입사광이 불규칙하게 산란반사하게 되는 반사판효과를 가지게 되어, 결국 시야각이 넓어지게 된다. 또한, 반사전극의 표면을 평탄하게 형성하기 때문에 셀갭이 균일해지고, 콘트라스트비가 증가하며, 액정층에 균일한 전기장이 인가된다.
도 1은 종래의 반사형 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 반사형 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.
도 3a는 본 발명에서 제1배향막에 인접한 액정분자의 배열을 나타낸 단면도이다.
도 3b는 도 3a에서의 액정분자의 배향방향 및 프리틸트각을 나타낸 도면이다.
도 4a, 4b, 및 4c는 본 발명에 따라 자외선의 조사에 의해 배향막의 배향방향을 결정하는 단계를 나타낸 도면이다.

Claims (4)

  1. 제1기판 및 제2기판과,
    상기한 제1기판 위에 형성된 반사전극과,
    상기한 반사전극 위에 형성되며, 각각 서로 다른 배향방향과 서로 다른 프리틸트각을 갖는 복수의 산란영역으로 이루어진 제1배향막과,
    상기한 제1기판과 상기한 제2기판 사이에 형성된 액정층을 포함하여 구성된 반사형 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 제2기판 위에 제2배향막이 추가로 형성되고, 동일한 산란영역에 있는 상기한 제1배향막 및 제2배향막의 두 배향방향 사이의 경사각이 모든 산란영역에서 동일하도록, 상기한 제2배향막의 배향방향이 결정된 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
  3. 제1기판 위에, 금속막을 도포한 후 패터닝하여 반사전극을 형성하는 단계와,
    상기한 반사전극 위로 제1배향막을 도포하는 단계와,
    상기한 제1배향막에 영역마다 서로 다른 광량 및 서로 다른 조사방향으로 자외선을 조사하여, 서로 다른 배향방향 및 서로 다른 프리틸트각을 갖는 복수의 산란영역을 형성하는 단계와,
    상기한 제1기판과 또 다른 제2기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 반사형 액정표시장치의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기한 제2기판 위에 제2배향막을 도포하는 단계와,
    동일한 산란영역에 있는 상기한 제1배향막 및 제2배향막의 두 배향방향 사이의 경사각이 모든 산란영역에서 동일하도록, 상기한 제2배향막의 배향방향을 결정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치의 제조방법.
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