KR100707035B1 - 광 투과 영역 조절 방법 및 이를 이용한 반투과형 액정표시 장치 - Google Patents

광 투과 영역 조절 방법 및 이를 이용한 반투과형 액정표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광 투과 영역 형성 방법에 관한 것으로서, 광 위한 동일한 크기의 창을 각각 가지며 일정한 순서로 배열되어 색상을 구현하는 적색, 녹색, 청색의 컬러필터를 형성한 후, 상기 창을 통한 광의 투과량을 조절하기 위해 상기 창과 서로 다른 정도로 오버랩되는 블랙 매트릭스를 형성한다. 상기 블랙 매트릭스는 상기 컬러 필터의 상부면 또는 하부면에 형성되거나, 상기 컬러 필터와 이격되도록 형성될 수 있다.

Description

광 투과 영역 조절 방법 및 이를 이용한 반투과형 액정 표시 장치{METHOD FOR ADJUSTING LIGHT TRANSMISSION FIELD AND TRANSFLECTIVE TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY USING THE SAME}
도 1은 종래 기술에 따른 컬러 필터의 구조를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 컬러 필터를 형성하기 위한 마스크들이다.
도 5는 본 발명에 따른 광 투과 영역 조절 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 투과형 컬러 필터를 형성하기 위한 마스크이다.
도 7 및 도 8은 블랙 매트릭스를 형성하기 위한 마스크이다.
도 9는 컬러 필터와 블랙 매트릭스의 오버랩을 나타내는 개략적인 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치를 나타내는 개략적인 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
102 : 제1 기판 104 : 제2 기판
106 : 액정층 110 : 하부 유리기판
120 : 절연막 130 : 박막 트랜지스터
140 : 보호막 150 : 화소 전극
160 : 상부 유리기판 170 : 컬러 필터
180 : 제1 블랙 매트릭스 190 : 제2 블랙 매트릭스
195 : 공통 전극
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반사 모드와 투과 모드를 선택적으로 사용할 수 있는 반투과형 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치는 액정 패널의 하부에 위치한 백라이트(backlight)라는 광원으로부터 방출되는 빛에 의해 영상을 표현한다. 그러나, 실제로 액정표시장치를 투과하는 빛의 양은 백라이트에서 생성된 빛의 약 7% 정도에 불과하므로 빛의 손실이 심하며 그 결과 백라이트에 의한 전력 소모가 크다.
이러한 전력 소모의 문제점을 해결하기 위하여 백라이트를 사용하지 않는 반사형 액정 표시장치가 활발하게 연구되고 있다. 반사형 액정표시장치에는 자연광을 이용하여 백라이트가 소모하는 전력량을 대폭 감소하는 효과가 있기 때문에 장시간 휴대 상태에서 사용이 가능하다.
상기 반사형 액정 표시장치는 기존의 투과형 액정 표시장치와는 달리 화소영역에 불투명의 반사 특성이 있는 물질을 사용함으로써 외부광을 반사시키는 구조로 되어 있다.
그러나 자연 광원 또는 인조 광원이 항상 존재하는 것은 아니기 때문에 상기 반사형 액정 표시장치는 자연 광원이 존재하는 낮이나 인조 광원이 존재하는 건물 내부에서만 사용이 가능하고, 어두운 환경에서는 상기 반사형 액정 표시장치를 사용할 수 없는 단점이 있다.
따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위해 외부광을 사용하는 반사형 액정 표시장치와 백라이트를 사용하는 투과형 액정 표시장치의 장점을 결합한 반투과형 액정 표시장치가 연구, 개발되었다. 상기 반투과형 액정 표시장치는 사용자의 의지에 따라 반사 모드와 투과 모드로의 전환이 자유롭다.
그리고, 반투과형 액정표시장치는 투과형 액정표시장치와 반사형 액정표시장치의 기능을 동시에 지닌 것으로, 백라이트의 빛과 외부의 자연 광원 또는 인조 광원을 모두 이용할 수 있어 주변환경에 제약을 받지 않고, 전력소비를 줄일 수 있는 장점이 있다.
언급한 바와 같은, 반투과 기능을 갖는 액정 표시 장치는 외부의 광이 입사되면 반사판을 이용하여 반사하므로 사람이 보게 되는 빛은 컬러 필터를 두 번 통과한 빛이다. 따라서 투과 영역과 반사 영역에서 나온 빛은 각각 색재현성과 투과율이 다르다. 상기 투과 영역과 반사 영역이 동일한 색재현성을 갖기 위해서는 일반적으로 반투과 영역 내에 창을 형성하여 빛의 투과량을 조절한다.
도 1은 종래 기술에 따른 반투과 컬러 필터의 구조를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 1을 참조하면, 반투과 컬러 필터(10)는 적색 컬러 필터(11), 녹색 컬러 필터(12), 청색 컬러 필터(13)로 구성된다. 적색 컬러 필터(11), 녹색 컬러 필터(12), 청색 컬러 필터(13)는 각각 투과 영역(10a)과 반사 영역(10b)으로 구분되며, 상기 각각의 반사 영역(10b)에 제1 창(14), 제2 창(15), 제3 창(16)이 형성된다. 일반적으로 녹색의 색재현성이 높기 때문에 제2 창(15)이 가장 크며, 제3 창(16) 이 가장 작다.
상기와 같은 반투과 컬러 필터(10)를 제작하기 위해서는 상기 창(14, 15, 16)의 면적을 각각 다르게 형성해야 하므로 투과 컬러 필터를 형성하는 경우와 달리 한 장의 마스크를 공통으로 사용할 수 없다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 컬러 필터를 형성하기 위한 마스크들이다.
구체적으로, 도 2는 적색 필터를 형성하기 위한 마스크를 나타내고, 도 3은 녹색을 형성하기 위한 마스크를 나타내고, 도 4는 청색을 형성하기 위한 마스크를 나타낸다.
그러므로, 언급한 바와 같이, 반투과 컬러 필터(10)를 형성하기 위해서는 3장의 마스크가 필요하므로 마스크 제작에 소요되는 비용이 증가하고, 각각의 컬러 필터 형성시 마스크를 교체해야 하므로 공정 시간이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 마스크 사용을 최소화할 수 있는 광 투과량 조절 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 광 투과량 조절 방법을 적용한 반투과형 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 광 투과량 조절 방법은, 광을 투과시키기 위한 동일한 크기의 창(window)을 각각 가지며 일정한 순서로 배열되어 색상을 구현하는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 컬러필터를 형성한 후, 상기 창을 통한 광의 투과량을 조절하기 위해 상기 창과 서로 다른 정도로 오버랩되는 블랙 매트릭스를 형성한다.
상기 블랙 매트릭스는 상기 컬러 필터의 상부면 또는 하부면에 형성되거나 상기 컬러 필터와 이격되도록 형성될 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예는 다수의 화소 영역을 정의하며 박막 트랜지스터를 포함하는 제 1 기판과 이와 대향하는 제 2 기판과, 제 1, 2 기판 사이에 형성되는 액정층으로 이루어지는 반투과형 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제2 기판은 광을 투과시키기 위한 동일한 크기의 창을 각각 가지며, 일정한 순서로 배열되어 색상을 구현하는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 컬러필터 및 상기 창들의 크기를 조절하기 위해 상기 창들과 각각 서로 다른 정도로 오버랩되는 블랙 매트릭스를 포함하는 반투과형 액정 표시 장치를 제공한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예는 다수의 화소 영역을 정의하며 박막 트랜지스터를 포함하는 제 1 기판과 이와 대향하는 제 2 기판과, 제 1, 2 기판 사이에 형성되는 액정층으로 이루어지는 반투과형 액정 표시 장치에 있어서, 상기 제2 기판은 광을 투과시키기 위한 동일한 크기의 창을 각각 가지며, 일정한 순서로 배열되어 색상을 구현하는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 컬러필터를 포함하고, 상기 제1 기판은 상기 창들의 크기를 조절하기 위해 상기 창들과 각각 서로 다른 정도로 오버랩되는 블랙 매트릭스를 포함하는 반투과형 액정 표시 장치를 제공한다.
(실시예)
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 광 투과량 조절 방법 및 반투과형 액정 표시 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 광 투과 영역 조절 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 6은 투과형 컬러 필터를 형성하기 위한 마스크이며, 도 7 및 도 8은 블랙 매트릭스를 형성하기 위한 마스크이고, 도 9는 컬러 필터와 블랙 매트릭스의 오버랩을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 9를 참조하면, 도 6에 도시된 마스크로 제1 창(174)을 갖는 적색 컬러 필터(171)를 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성한다. 상기 마스크를 이동하여 제3 창(176)을 갖는 청색 컬러 필터(173)를 동일한 방법으로 형성한다. 상기 마스크를 다시 이동하여 제2 창(175)을 갖는 녹색 컬러 필터(172)를 동일한 방법으로 형성한다. 상기 창들(174, 175, 176)은 각각 투과 영역(170a)이 아닌 반사 영역(170b)에 형성한다. 이때 상기 창들(174, 175, 176)은 서로 동일한 크기를 가지며, 기존 공정에서 녹색 컬러 필터에 형성되는 창의 크기와 동일하다. 따라서 반투과 컬러 필터(170)를 형성한다.(S110)
다음으로 도 7에 도시된 사각 형태의 패턴이 형성된 마스크 또는 도 8에 도시된 꺽쇠 형태의 패턴이 형성된 마스크를 이용하여 블랙 매트릭스(190)를 형성한다.(S120)
상기 블랙 매트릭스(190)는 상기 컬러 필터(170)의 상부면이나 하부면에 바로 형성될 수 있다. 또한 상기 블랙 매트릭스(190)는 상기 컬러 필터(170)와 이격되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 블랙 매트릭스(190)와 컬러 필터(170) 사이에 다른 구조물이 개재될 수 있다.
상기 블랙 매트릭스(190)는 청색의 컬러 필터(173)에 형성된 제3 창(176)과 가장 많이 오버랩되며, 녹색의 컬러 필터(172)에 형성된 제2 창(175)과 가장 적게 오버랩되도록 형성된다.
상기 블랙 매트릭스(190)는 박막 트랜지스터의 광 누설을 줄이기 위해 상기 박막 트래지스터 위치를 중심으로 형성될 수 있다. 상기 박막 트랜지스터가 리플렉터의 하부에 형성될 경우에는 상기 블랙 매트릭스(190)를 임의의 위치에 형성할 수 있다. 또한 상기 블랙 매트릭스(190)는 상기 컬러 필터(170)가 형성되기 전에 형성될 수도 있고, 상기 컬러 필터(170)가 형성된 후에 형성될 수 있다.
따라서 상기 광 투과량 조절 방법을 이용하면 컬러 필터(170) 제조시 마스크 비용을 줄일 수 있으며, 마스크 교체 시간을 줄여 공정 시간을 빠르게 할 수 있다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반투과형 액정 표시 장치를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 10을 참조하면, 반투과형 액정 표시 장치(100)는 크게 제1 기판(102), 제 2 기판(104) 및 제1 기판(102)과 제2 기판(104) 사이에 개제되는 액정층(104)으로 구성된다.
상기 제1 기판(102)은 하부기판(110), 절연막(120), 화소 전극(125), 박막 트랜지스터(130), 보호막(140) 및 반사전극(150)을 포함한다. 상기 하부기판(110)의 내측면 상에는 절연막(120)이 형성되며, 상기 박막 트랜지스터(130)는 상기 절연막(120)을 포함하며 게이트 전극, 액티브층 및 소스 전극으로 구성된다. 상기 화소 전극(125)은 상기 박막 트랜지스터(130)가 형성되지 않은 절연막(120) 상에 형성된다. 상기 박막 트랜지스터(130)와 화소 전극(125)의 상부면에는 보호막(140) 및 반사 전극(150)이 적층되어 있으며, 보호막(140) 및 반사 전극(150)은 화소 전극(125)의 일부를 노출시키는 투과홀(145)을 포함한다.
상기 박막 트랜지스터(130)는 상기 절연막(120) 상에 형성된 수 개의 게이트라인과 데이터라인이 교차하는 지점에 형성된다.
상기 제2 기판(104)은 상부 기판(160), 컬러 필터(160), 제1 블랙 매트릭스(180), 제2 블랙 매트릭스(190) 및 공통 전극(195)을 포함한다. 상기 상부기판(160)의 내측면 상에는 컬러 필터(170)의 단위 화소를 구획하기 위한 제1 블랙 매트릭스(180)가 배치된다. 컬러 필터(170)는 상기 상부 기판(160)의 내측면에 형성되며 상기 제1 블랙 매트릭스(180)에 의해 컬러 필터들 간의 갭이 조절된다.
다시, 도 9를 참조하면, 상기 컬러 필터(170)는 제1 창(174)을 갖는 적색 컬러 필터(171), 제2 창(175)을 갖는 녹색 컬러 필터(172) 및 제3 창을 갖는 청색의 컬러 필터(176)로 구성된다. 상기 제1 창(174), 제2 창(175) 및 제3 창(176)의 크 기는 동일하다. 상기 창들(174, 175, 176)의 재질은 투명 레진(resin)이다.
상기 제2 블랙 매트릭스(190)는 상기 창들(174, 175, 176)과 오버랩되도록 배치된다. 상기 제2 블랙 매트릭스(190)는 제3 창(176)과 가장 많이 오버랩되며, 제2 창(175)과 가장 적게 오버랩되도록 배치된다. 상기 제2 블랙 매트릭스(190)는 빛을 흡수하는 유기막이나 시야각 밖으로 빛을 산란시킬 수 있는 금속막일 수 있다.
한편 상기 제2 블랙 매트릭스(190)는 상기 제1 블랙 매트릭스(180)와 마찬가지로 상기 컬러 필터(170)와 상기 상부기판(160) 사이에 배치될 수도 있다. 상기 컬러 필터(170) 및 상기 제2 블랙 매트릭스(190)는 상기 광 투과량 조절 방법을 이용하여 형성되는 것이 바람직하다. 상기 공통 전극(195)은 상기 제2 블랙 매트릭스(190) 및 컬러 필터(170) 상에 배치된다.
또한, 도시하지는 않았으나, 본 발명의 투과형 액정 표시 장치(100)는 상기 하부 기판(110)과 상부기판(150)의 대향면 뒷면 각각에는 편광축이 서로 교차하도록 편광판이 부착된다.
따라서 상기 투과형 액정 표시 장치(110)는 상기 창들(174, 175, 176)과 제2 블랙 매트릭스(190)의 오버랩에 의해 광 투과량을 조절한다. 따라서 상기 투과형 액정 표시 장치(100)의 제조 비용 및 제조 시간을 단축할 수 있다.
언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 광 투과량 조절 방법 및 투과형 액정 표시 장치는 컬러 필터와 블랙 매트릭스를 오버랩하여 반사 영역에서 광이 투과되는 창의 크기를 조절한다. 따라서 컬리 필터 형성시 마스크 비용 및 마스크 교체 시간을 줄일 수 있다. 그러므로 투과형 액정 표시 장치의 제조 비용을 줄이고 제조 시간을 단축할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 광을 투과시키기 위한 동일한 크기의 창(window)을 각각 가지며 일정한 순서로 배열되어 색상을 구현하는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 컬러필터를 형성하는 단계; 및
    상기 창을 통한 광의 투과량을 조절하기 위해 상기 창과 서로 다른 정도로 오버랩되는 블랙 매트릭스를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 투과 영역 형성 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 상기 컬러 필터의 상부면 또는 하부면에 형성되는 것을 특징으로 하는 광 투과 영역 형성 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 상기 컬러 필터와 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광 투과 영역 형성 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 컬러 필터는 각각 투과영역 및 반사 영역을 가지며, 상기 창들은 상기 반사 영역 상에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광 투과 영역 형성 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 청색의 컬러 필터에 형성된 창과 가장 많이 오버랩되며, 녹색의 컬러 필터에 형성된 창과 가장 적게 오버랩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광 투과 영역 형성 방법.
  6. 다수의 화소 영역을 정의하며 박막 트랜지스터를 포함하는 제 1 기판과 이와 대향하는 제 2 기판과, 제 1, 2 기판 사이에 형성되는 액정층으로 이루어지는 반투과형 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 제2 기판은 광을 투과시키기 위한 동일한 크기의 창을 각각 가지며, 일정한 순서로 배열되어 색상을 구현하는 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue)의 컬러필터; 및
    상기 적색, 녹색, 및 청색의 컬러필터들의 각 창의 크기를 조절하기 위해 상기 창들과 오버랩되는 면적이 각각 다르게 배치되는 블랙 매트릭스들을 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 컬러 필터는 각각 투과영역 및 반사 영역을 포함하며, 상기 창들은 상기 반사 영역 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 블랙 매트릭스들 중 청색의 컬러 필터에 형성된 창과 오버랩되는 블랙 매트릭스의 오버랩 면적이 가장 크고, 녹색의 컬러 필터에 형성된 창과 오버랩되는 블랙 매트릭스의 오버랩 면적이 가장 작음을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 창은 투명 레진인 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 장치.
  10. 삭제
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