KR100772947B1

KR100772947B1 - 요철 패턴을 갖는 반사막을 포함하는 ｌｃｄ 장치

Info

Publication number: KR100772947B1
Application number: KR1020050069828A
Authority: KR
Inventors: 미치아키 사카모토
Original assignee: 엔이씨 엘씨디 테크놀로지스, 엘티디.
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2007-11-02
Also published as: TWI291053B; US20060023144A1; JP2006039351A; US7701535B2; TW200612142A; JP4215690B2; CN1727950A; CN100480800C; KR20060048973A

Abstract

반사형 LCD 장치가 요철 패턴을 갖는 반사막 (20) 을 포함하고, 이 요철 패턴은 공통 패턴을 갖고 각각 복수 (N) 의 피겨 엘리먼트 (31) 를 포함하는 복수의 패턴 그룹을 포함한다. 복수의 기준 피겨 엘리먼트를 포함하는 기준 패턴 내 대응하는 피겨 엘리먼트를 랜덤화하여 각 피겨 엘리먼트 (31) 를 획득한다. 랜덤화에서, 반사된 입사광의 회절에 의해 발생한 밝은 지점의 이산화 각도를 0.01 도 이하로 추정한다. 밝은 지점의 이산화 각도 (

) 는,

로 규정되고, 여기서 λ_A 및 Ls 는 각각 입사광과 기준 패턴의 피치의 평균 파장이다.

LCD 장치

Description

요철 패턴을 갖는 반사막을 포함하는 ＬＣＤ 장치 {LCD DEVICE INCLUDING A REFLECTIVE FILM HAVING A CONVEX AND CONCAVE PATTERN}

도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 LCD 장치의 단면도.

도 2 는 도 1 에 나타낸 반사막의 패턴의 개략적인 평면도.

도 3 은 도 2 에 나타낸 반사막의 패턴을 설계하기 위한 프로세스의 플로우챠트.

도 4 는 반사막 상에 형성되고 기준 패턴으로 이용되는 균등 (wqual) 패턴의 샘플의 평면도.

도 5 는 도 4 의 균등 패턴으로부터 반사되는 입사광 반사에 의해 투영되는 스크린의 카메라 이미지.

도 6 은 도 4 에 나타낸 반사막의 패턴에 대하여 간략화한 모델의 단면도.

도 7a 는 도 6 의 모델의 패턴의 피치 "L" 에 기초한 회절 패턴이며, 도 7b 는 도 6 의 모델의 유효 반사면의 폭 "1" 에 기초한 회절 패턴이고, 도 7c 는 도 7a 의 회절 패턴과 도 7b 의 회절 패턴의 곱에 의해 획득되는 회절 패턴.

도 8 은 녹색 레이저광과 적색 레이저광의 회절 패턴의 개략적인 도면으로서, 도 7c 의 회절 패턴에 기초한 분석 결과를 나타내는 도면.

도 9 는 본 실시형태의 기준 피겨 엘리먼트의 반사점으로부터 반사점을 이동 시킴으로써 피겨 엘리먼트의 랜덤화를 나타내는 도면.

도 10 은 본 실시형태의 LCD 장치의 반사막 상에 형성되는 요철 패턴의 샘플의 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

13 : 액정 (LC) 층

14 : 유리 기판부

15 : 게이트 절연막

16a : 게이트 전극

16b 및 16d : 소오스/드레인 전극

16c : 반도체 활성층

16e : 저항 접촉층

20 : 반사막

31 : 피겨 엘리먼트

32 : 볼록부

38 : 오목부

본 발명은 LCD 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, LCD 장치 외부로부터 입사되는 광을 관찰자에게 반사하는 반사막을 갖는 반사형 LCD 장치 또는 투과반사 형 LCD 장치에 관한 것이다.

LCD 장치는 이미지 표시를 위한 광 투과를 화소 대 화소로 제어하기 위한 광 스위치로서 작용하는 LCD 패널을 포함한다. 이 LCD 패널은 액정층 (LC), 이 LC 층 사이에 개재되는 한 쌍의 기판, 및 기판들 중 대응하는 하나의 주변에 각각 배치되는 한 쌍의 편광막을 포함한다. LC 층은 광의 편광을 제어하고, 편광막은 광의 편광 방향에 기초하여 이를 통과하는 광의 투과를 제어한다.

일반적으로, LCD 장치는 투과형, 반사형 및 투과반사형의 3 가지 타입으로 분류된다. 투과형 LCD 장치는 이미지의 표시를 위하여 LCD 패널의 배면에 배치되는 광원을 이용한다. 반사형 LCD 장치는 LC 층의 전면으로부터 입사되어 이미지의 표시를 위해 LC 층을 다시 통과하는 광을 반사시키기 위하여 LC 층의 배면에 배치되는 반사막을 포함한다. 투과반사형 LCD 는 화소 어레이 각각에 투과형 LCD 장치의 기능과 유사한 기능을 갖는 투과부 및 반사형 LCD 장치의 기능과 유사한 기능을 갖는 반사부를 포함한다.

반사투과형 LCD 장치와 같이 반사형 LCD 는 투과형 LCD 장치에 비하여 낮은 전력 소모의 이점을 가지므로, 핸드폰과 PDA 와 같은 휴대용 단말장치에 일반적으로 이용된다. 이하에서는, 특별한 언급이 없다면 편의상 용어 "반사형 LCD 장치" 는 투과반사형 LCD 장치를 포함한다.

최근 반사형 LCD 장치는 그 기본 구성으로서 TN (twisted nematic) LC 층, LC 층을 화소 대 화소로 구동하기 위한 스위칭 엘리먼트의 어레이, 및 LCD 패널 외부 또는 내부에 배치되는 반사막을 포함한다. 일반적으로 반사형 LCD 장치는 능동-매트릭스-구동 방식으로 구동되며, 보다 높은 해상도와 보다 높은 이미지 품질을 달성하기 위하여 박막 트랜지스터 또는 MIM (metal-insulator-metal) 다이오드를 스위칭 엘리먼트로서 이용한다. 일반적으로, 하부 전극, 즉, 각각의 화소의 스위칭 엘리먼트에 접속되는 화소 전극은 반사막의 일부분으로서 이용된다.

일본 특허 공보 2825713 호에서는 화소 전극으로서 이용되는 반사막을 갖는 반사형 LCD 장치를 개시한다. 반사막의 표면은 각각의 화소에 대응되고 복수의 점 또는 볼록부를 포함하는 요철 패턴을 가지며, 주기적으로 배치되고 오목부로부터 돌출된다. 이 공보에서는, 각각의 점이 다양한 방향으로부터 입사되는 광을 LCD 패널에 수직한 방향으로 반사함으로써, 휘도를 개선하고, LCD 패널의 이미지 품질을 개선하는 것을 언급하고 있다.

다음에 설명된 바와 같은 공정을 통해 반사막을 제조한다. 하부막 상에 감광성 유기막을 형성하고, 마스크 패턴을 사이에 두고 광을 노출시키며, 에칭하여 포토리소그래피 및 에칭 단계를 이용하여 패턴화한다. 획득된 감광성 유기막은 불연속 점, 즉, 서로 분리되어 있는 점을 갖는다. 불연속점 및 하부막 상에 층간 유전막 및 반사막을 형성함으로써, 반사막의 표면이 매끄럽게 되며, 점들의 위치에 대응하여 볼록부를 갖게 된다.

전술한 바와 같은 반사막에 의해 반사되는 광은 광의 간섭을 유발하는 반사막의 규칙적인 패턴으로 인하여 무지개색을 띠게 된다. 무지개색은 LCD 장치의 이미지 품질의 열화 문제를 발생시킨다.

일본 특허 공보 제 3012596 호는 LCD 장치의 반사광의 무지개색의 문제의 해 결을 개시하고 있는데, 반사막의 표면 상의 점들을 각각의 화소에 랜덤하게 배치함으로써 광의 간섭을 억제하는 것이다. 이 공보에서는, 마스크 패턴을 형성하는 작업량을 감소시키기 위해 점들의 패턴이 모든 화소에 공통적이다.

비록 일본 특허 공보 3012596 호에 개시된 구성을 통해 무지개색의 문제를 억제하였으나, 이 해결방안은 최근 LCD 장치에 필요한 이미지 품질면에서 불충분하다. 전술한 문제를 보다 억제하기 위하여, 전방 기판과 편광막 사이에, 비드 (bead) 의 굴절율과 상이한 굴절율을 갖는 접착제에 대량의 비드를 분산시킴으로써 형성되는 비드 접착층을 이용하는 방안이 고려될 수도 있다. 그러나, 비드 접착층은 노이즈 광인 광을 반사하여, 흑색 이미지 표시시의 휘도를 상승시킴으로써 LCD 장치의 콘트라스트비를 저하시킨다.

일본 특허 공보 제 3066192 호는 무지개색을 억제하기 위한 상이한 높이를 갖는 점들을 형성함으로써 반사광의 무지개색을 억제하는 방안을 제안한다. 그러나, 이 구성은 특히 각각의 화소에 작은 면적의 반사막을 갖는 투과반사형 LCD 장치에서, 작은 영역들이 점들의 주기성을 강화시켜 (intensify) 무지개색을 강화시키므로, 무지개색을 충분히 억제하지 못한다.

복수의 화소 영역을 포함하는 영역에서 점들의 위치를 랜덤화함으로서 무지개색을 억제하는 것을 고려할 수도 있다. 그러나, 이러한 넓은 면적에서의 점들의 위치 랜덤화는 일반적으로 많은 량의 작업을 필요로 하므로 현실적이지 못하다. 또한, 본 기술분야에서는 유용한 정도의 무지개색 억제 달성과 점들의 랜덤도 사이의 관계가 알려져 있지 않다.

전술한 종래 기술의 문제점의 관점에서, 본 발명의 목적은 반사형 LCD 장치의 반사막의 요철면에 의해 발생되는 무지개색을 억제할 수 있는 반사형 LCD 장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 액정 (LC) 층, 및 LC 층을 투과하는 입사광을 반사하여 입사광이 LC 층을 다시 통과하게 하는 반사막을 포함하고, 반사막이 그 상부에 요철 패턴을 갖고, 요철 패턴이 공통 패턴을 갖고 주기적으로 배열된 복수의 패턴 그룹을 포함하며, 패턴 그룹 각각이 복수 (N) 의 피겨 엘리먼트를 포함하고, 피겨 엘리먼트 각각이 0.4 이하의 최대 이동량 내에서 복수의 기준 피겨 엘리먼트를 포함하는 기준 패턴 내 기준 피겨 엘리먼트의 대응하는 반사점 (apex) 으로부터 랜덤하게 이동된 반사점을 갖는 액정 디스플레이 (LCD) 장치로서,

각 피겨 엘리먼트 내 반사점들의 랜덤 이동이,

로 정의되는 밝은 지점의 이산화 각도 (

) 를 0.01 도 이하로 추정하고, 밝은 지점이 반사막에 의해 반사된 입사광의 회절로 인해 발생하며, λ_A 가 입사광의 평균 파장이고, Ls 가 기준 패턴의 피치인 LCD 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 액정 (LC) 층, 및 LC 층을 투과하는 입사광을 반사하여 입사광이 LC 층을 다시 통과하게 하는 반사막을 갖고, 반사막이 그 상부에 요철 패턴 을 갖고, 요철 패턴이 공통 패턴을 갖고 주기적으로 배열된 복수의 패턴 그룹을 포함하며, 각 패턴 그룹이 복수 (N) 의 피겨 엘리먼트를 포함하는 액정 디스플레이 (LCD) 장치를 설계하는 방법으로서,

상기 방법은, 0.4 이하의 최대 이동량 내에서 복수의 기준 피겨 엘리먼트를 포함하는 기준 패턴 내 기준 피겨 엘리먼트의 반사점을 랜덤하게 이동하여,

각 피겨 엘리먼트 내 반사점들의 랜덤 이동이

로 정의되는 밝은 지점의 이산화 각도 (

) 를 0.01 도 이하로 추정하는 단계를 포함하고,

밝은 지점이 반사막에 의해 반사된 입사광의 회절로 인해 발생하고, λ_A 가 입사광의 평균 파장이며, Ls 가 기준 피겨 엘리먼트의 피치인 LCD 장치의 설계 방법을 제공한다.

본 발명의 전술한 그리고 다른 목적, 특성 및 이점은, 첨부된 도면을 참조로 하는 다음의 상세한 설명으로부터 보다 명확하게 된다.

본 발명의 실시형태를 설명하기 전에, 본 발명의 보다 나은 이해를 위하여 본 발명의 원리를 설명한다. 외부광을 이용하는 반사형 LCD 장치에서, 무지개색광은 반사막으로부터 반사되는 광의 회절로부터 발생되는 것으로 고려되며, 볼록부는 동일한 패턴 또는 유사한 패턴으로부터 짧은 공간 주기에서 주기적으로 반복된다. 본 발명자는 반사된 광의 무지개색과 볼록부의 주기성 사이의 관계를 연 구하기 위하여 다음의 설명에서와 같은 실험을 수행하였다.

첫번째 실험은 동일한 패턴을 갖는 반사막의 모델을 이용하여 수행되었다. 도 4 는 갭 (gap) 없이 배열되는 피겨 엘리먼트 (figure element)(31) 의 배열을 포함하고, 각각 삼각형의 외면을 구성하는 볼록부 (32) 와 삼각형의 내부를 구성하는 오목부 (38) 를 갖는 모델의 동일한 패턴 (30) 을 나타낸다. 삼각형의 높이는 동일한 패턴의 피치 (L) 에 대응하며, 20 ㎛ 이였다.

670.5 nm 의 파장을 갖는 적색 레이저광을 패턴 표면에 직교하는 방향으로 동일한 패턴 (30) 상으로 입사하여, 동일한 패턴에 의해 반사되는 적색 레이저광을 관찰하였다. 도 5 는 경사진 방향으로 동일한 패턴 (30) 에 대항하도록 배치되는 스크린 상에 투영되는 반사광의 패턴을 나타낸다. 반사광의 패턴은 중심의 밝은 부분과, 중심의 밝은 부분으로부터 서로로부터 60 도로 떨어져 연장되는 다수의 방사형의 밝은 부분을 포함하며, 이러한 밝은 부분 각각은 불연속이면서 규칙적으로 복수의 밝은 지점을 포함한다. 이러한 패턴을 형성하는 불연속의 밝은 지점의 사실은 반사광의 회절 발생의 사실을 지지하는 것으로 고려된다.

회절을 발생시키는 원인은 도 6 을 참조하여 상세하게 설명하는 사실로부터의 발생되는 것으로 추정된다. 도 6 은 도 4 의 선 Ⅵ-Ⅵ 에 따른 것으로, 도 4 의 동일한 패턴을 갖는 반사막의 개략적인 모델을 나타낸다. 도 6 에 나타낸 개략적인 모델에서, 도 4 의 볼록부 (32) 는 폭 "l" 과 반사막의 면 (39) 으로부터의 경사각 (θ) 을 갖는 유효 반사면 (33) 을 갖는다. 유효 반사면 (33) 은 피치 "L" 로 배열된다. 스크린 상의 반사광의 패턴은, 유효 반사면 (33) 의 피 치 "L" 로부터 발생되는 회절 패턴과, 유효 반사면 (33) 의 폭 "l" 로부터 발생되는 회절 패턴의 곱인 것으로 예측된다.

도 4 의 모델에서, 유효 반사면 (33) 의 피치 (L) 에 기초한 회절 패턴의 밝은 지점을 제공하는, 입사광 (Li) 에 대한 반사광 (Lr) 의 각 (φ_B), 이하, "반사각" 은, 반사면 (33) 중 서로 인접하는 둘 사이의 레이저의 경로 길이차가 입사광 (Li) 의 파장 (λ) 의 내적이라는 조건 하에서 유도된다. 이와 같이 유도되는 반사각 (φ_B) 은 다음의 공식 (1) 으로부터 표현된다.

여기서, m 은 정수이다.

도 7a 는 식 (1) 에 기초한 반사광의 회절 패턴을 나타낸다.

그 반면, 도 4 의 모델에서, 유효 반사면 (33) 의 폭 "l" 에 기초하여 회절 패턴에서 어두운 지점을 제공하는 반사각 (φ_D) 은, 유효 반사면 (33) 의 양 에지들 사이의 레이저의 경로 길이차가 입사광 (Li) 의 반파장 (λ) 의 홀수배인 조건으로부터 유도된다. 이와 같이 유도되는 반사각 (φ_D) 은 다음의 식으로 표현된다.

여기서, n 은 정수이다.

식 (2) 에 따른 회절 패턴을 도 7b 에 나타내고, 도 7c 는 도 7a 의 회절 패턴과 도 7b 의 회절 패턴의 곱을 나타낸다. 도 7c 의 점선은 유효 반사면 (33) 의 폭 "l" 에 기초하여 발생하는 도 7b 의 회절 패턴에 대응한다.

이하, 도 5 를 이용하여 반사각의 원인을 설명한다. 서로로부터 60 도 방향으로 연장되는 방사형의 밝은 부분의 분포는 도 4 의 동일한 패턴 (30) 의 저정삼각형 피겨 엘리먼트 (31) 의 주기적인 배열로 반사한다. 이러한 사실에 기초하여, 중심의 밝은 부분이 반사각 (2θ) 에 대응되며, 방사형의 밝은 부분과 각각의 방사형의 밝은 부분의 결합된 어두운 부분을 포함하는 패턴은 도 7c 에 나타낸 회절 패턴의 스펙트럼 도면과 일치한다는 것을 알 수 있다. 도 7c 의 스펙트럼 도면은 0 차 회절광, ±1 차 회절광, 및 ±2 차 회절광 등을 포함한다. 따라서, 도 5 에 나타낸 반사광의 패턴은 명확하게 될 수 있다.

543.5 nm 의 파장을 갖는 녹색 레이저광은 적색 레이저광과 함께 반사막의 동일한 패턴 (30) 상에 입사되는 것으로 가정한다. 도 8 은 도 7c 의 스펙트럼 도면의 분석으로 획득되는 적색 및 녹색 레이저광의 회절 패턴의 밝은 지점의 반사각을 나타낸다. 여기서, 유효 반사면 (33) 의 평균 경사각 (θ) 은 16.2 도로 추정된다.

식 (1) 및 식 (2) 로부터 알 수 있는 바와 같이, 반사각 (φ_B, φ_D) 은 레이저광의 파장 (λ) 에 의존하며, 적색 레이저광의 밝은 지점의 반사각은 녹색 레이저광의 밝은 부분의 반사각과 약간 상이하다. 다양한 파장을 갖는 광이 반사막의 동일한 패턴 (30) 상에 입사된다면, 색 분산이 반사광에 발생되는 것으로 추측할 수 있다. 따라서, 요철 패턴으로부터 반사된 광에서 생성되는 무지개색은, 반사광이 이산화 각도에 의해 서로로부터 이격되는 밝은 지점을 포함한다는 사실에 의해 발생되며, 반사각이 적, 녹, 청색광들 사이에서 약간 상이하게 되어, 색 분산을 생성한다는 것으로 결론된다.

전술한 바와 같은 반사광의 색분산은 피치 "L" 에 기초한 밝은 지점의 타입과, 유효 반사면 (33) 의 폭 "l" 에 기초한 다른 밝은 지점의 타입을 포함하는 2 가지의 상이한 타입의 밝은 지점을 생성한다. 이들 사이에서, 유효 반사면 (33) 의 피치 "L" 은 밝은 지점에 의해 발생되는 색분산에 보다 영향을 준다.

여기서,

는 동일한 패턴의 피치 L 에 의해 발생되는 2 개의 근접하는 밝은 지점들 사이의 각도이며, 여기서는 밝은 지점의 이산화 각도라 한다. 동일한 패턴으로부터 반사광의 밝은 지점의 이산화 각도 (

) 는 다음의 공식으로 표현된다.

식 (1) 에서, m=1 로 치환함으로써

가 획득된다.

녹색 레이저광이 동일한 패턴상으로 입사되는 경우, 식 (3) 에서 λ 와 L 을 545 nm 및 20 ㎛ 로 치환함으로써 이산화 각도 (

) 가 1.6 도로 계산된다.

여기서, 반사막은, 공통 패턴을 갖고 주기적으로 배열되며 도 4 의 31 과 같은 피겨 엘리먼트의 고정된 수 (N) 를 각각 포함하는 복수의 그룹을 포함하고 피겨 엘리먼트의 형상이 각각의 그룹의 기준 피겨 엘리먼트로부터 랜덤화되는 패턴을 갖는 것으로 고려된다. 도 9 는 많은 수의 기준 피겨 엘리먼트 (34) 를 포함하는 기준 패턴의 기준 피겨 엘리먼트 (34) 의 반사점으로부터 반사점을 이동시킴으 로써 피겨 엘리먼트의 랜덤화 방법을 나타낸다. 각각의 기준 피겨 엘리먼트 (34) 는 도 4 에 나타낸 피겨 엘리먼트의 정삼각형과 유사한 형상을 갖는다. 기준 피겨 엘리먼트 (34) 는 20 ㎛ 의 기준 피치 Ls 로 배열되며, 유효 반사면 (33) 에 대하여 3 ㎛ 의 폭 "l" 을 갖는다.

정삼각형의 반사점 (35) 은 그 좌표에 따라 고정된다. 기준 피겨 엘리먼트 (34) 의 랜덤화는 각각의 피겨 엘리먼트 (34) 의 반사점을 랜덤하게 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 여기서는, 이와 같이 랜덤화된 피겨 엘리먼트의 형상은 다음의 공식으로 나타낼 수도 있다.

여기서, "l" 은 볼록부의 유효 반사면의 폭이며, r 은 결합 기호이며, Ls 는 기준 패턴의 피치 (기준 피치) 이고, rnd P 는 P 보다 작은 디지트 (digit) 를 갖고 반사점의 이동량을 정의하는 랜덤수이다. P 는, 정삼각형의 반사점이 기준 피겨 엘리먼트의 반사점으로부터 랜덤하게 이동되는 범위 내에서의 반사점의 최대 이동량이라 한다. 랜덤수는 랜덤수 생성기에 의해 생성될 수 있다.

식 (4) 에서, 반사점의 최대 이동량 (P) 은 서브젝트 피겨 엘리먼트의 반사점이 기준 피겨 엘리먼트의 반사점으로부터 이동한 지수이다. 이동량 (rnd P) 을 "0" 으로 추정한 경우, 반사점은 이동하지 않고, 이동량 (rnd P) 을 "1" 로 추정한 경우, 서브젝트 피겨 엘리먼트의 반사점이 이동하여, 반사점의 원점과 기준 피겨 엘리먼트의 반사점에 인접한 각 반사점 사이의 중앙 지점에 도달한다. 도 9 에서 "X(P=1)" 으로 나타낸 점선은, 원점 (0, 0) 에서 점선 화살표를 따라 이동 하는 서브젝트 반사점 (35) 에 대한 최대 이동량을 도시한다. 랜덤화에서 최대 이동량 (P) 에 대한 더 큰 값은 더 많이 변형된 피겨 엘리먼트에 대응한다.

피겨 엘리먼트에서 반사점의 랜덤 이동은 기준 피치로부터 상이한 피치 값을 제공한다. 피치 (L) 가 기준 피치 (Ls) 로부터 편차 (△L) 를 갖고 △Lmax 가 편차 (△L) 에 대한 최대값인 경우, △Lmax/Ls 는 반사점에 대한 최대 이동량 (P) 과 일치한다. 여기서, 피치 (L) 의 편차는 밝은 지점의 반사각 (φ_B) 의 편차를 제공한다. 밝은 지점의 반사각 (φ_B) 이 이상적인 랜덤 양으로 변화하는 경우, 밝은 지점의 이산화 각도 (

) 는 N 으로 균등 분할되고, 하기 식으로 표현된다.

가시광 파장의 개략적인 편차 범위는 하기 식으로 계산한다.

△(λ(적색광)-λ(청색광))/λ(녹색광).

식 (5) 에서, 파장 λ(적색광), λ(청색광), 및 λ(녹색광) 을 각각 670 nm, 450 nm, 및 545 nm 로 대체하고, 입사광 파장의 개략적인 편차 범위로 0.4 의 값을 제공한다. 계산된 편차 0.4를 목표값으로 이용하면서 반사점에 대한 최대 이동량 (P) 을 0.4 이상으로 설정하여, 밝은 지점의 위치가 실질적으로 동일하게 변화할 수 있는 것으로 간주한다. 실제의 LCD 장치에서, 100×300 ㎛ 크기의 직사각형 형상을 갖는 각 화소는 약 60 개의 피겨 엘리먼트를 포함한다. 피겨 엘리먼트 형상의 평균 랜덤화로, 1.6 도/60 의 계산 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 밝은 지점에 대해 약 0.03 도의 이산화 각도 (

) 가 제공된다.

상기 분석에 기초하여, 각각 60 개의 랜덤화된 피겨 엘리먼트를 포함하고 주기적으로 배열된 복수의 피겨 엘리먼트 그룹을 포함하는 비교 샘플로서 반사막을 제조하였다. 이러한 피겨 엘리먼트들은 기준 피겨 엘리먼트로부터 그들 형상을 평균 랜덤화하였다. 도 10 은 이와 같이 제조된 비교예의 반사막의 패턴을 개략적으로 나타낸다. 반사막 (37) 은, "1" , Ls, 및 P 가 각각 3 (㎛), 20 (㎛), 및 0.4 인, 즉 3 r 20 rnd 0.4 인 식 (4) 로 나타낸 피겨 엘리먼트의 형상을 갖는다.

도 10 에 나타낸 반사막 (37) 은 태양 광선으로 조사하였고, 반사광을 육안으로 관찰하여, 반사광에 무지개 색이 존재함을 밝혀냈다. 무지개 색의 존재는, 각 그룹 내 60 개의 피겨 엘리먼트가 기준 피겨 엘리먼트로부터 랜덤화되었음에도 불구하고, 인간의 눈에는 밝은 지점이 여전히 불균일 지점으로 관찰되었다는 사실에 의한 것으로 고려되었다. 보다 상세하게는, 반사광 내 무지개 색을 억제하기 위하여, 각 그룹 내 피겨 엘리먼트의 큰 수 (N) 를 이용하여 밝은 지점의 작은 이산화 각도 (

) 에 요구되는 0.03 도의 이산화 각도를 획득하기에 불충분하다.

상기 실험 및 추가적인 분석에 기초하여, 각 피겨 엘리먼트 그룹 내, 50, 100, 1000, 및 10,000 을 포함하는 상이한 수 (N) 의 피겨 엘리먼트를 갖는 샘플로서 복수의 반사막을 제조하였다. 이렇게 제조된 샘플을 태양 광선으로 조사하였고, 반사광은 반사광 내 무지개 색의 존재 여부에 대하여 육안으로 관찰하였다. 본 실험의 결과 및 샘플의 밝은 지점의 이산화 각도를 하기 표 1에 나타낸다.

표 1 에서 부분적으로 알 수 있는 바와 같이, 밝은 지점에 대한 0.01 도 이하의 이산화 각도 (

) 가 특정 각도 이하로 무지개 색을 억제하고, 0.001 도 이하의 이산화 각도는 무지개 색을 보다 효과적으로 억제함을 실험에서 확인하였다.

상기 샘플에 이용된 구성을, 오목부가 피겨 엘리먼트의 주변측을 형성하는 다른 구조, 또한 볼록부가 피겨 엘리먼트의 주변측을 형성하는 상기 실시형태의 구조에 적용할 수 있다. 구성을 피겨 엘리먼트가 서로 간격을 두고 배치되고, 피겨 엘리먼트가 삼각형 이외에 다각형이나 원형과 같은 다른 형상을 갖는 다른 구조에 적용할 수도 있다. 피겨 엘리먼트가 상이한 형상을 갖는 구조에서, 기준 피겨 엘리먼트에 인접한 중앙 지점들 사이의 간격을 기준 피치 (Ls) 로 이용할 수 있고, 이 간격을 식 (5) 에서 기준 피치 (Ls) 로 대체한다.

따라서, 본 발명은 LCD 장치에, 반사막의 표면에 요철 패턴을 포함하는 반사막을 이용한다. 반사막은 주기적으로 배열된 공통 패턴을 갖는 복수의 그룹과 피치 (L) 에 배열된 랜덤화된 고정된 수 (N) 의 피겨 엘리먼트를 각각 포함하는 전체적인 패턴을 갖는다. 랜덤화에서 피치 (N) 및 피치 (L) 를 결정하여, 밝은 지점의 이산화 각도를 0.01 도 이하, 보다 바람직하게는 0.001 도 이하로 추정한다. 밝은 지점의 이산화 각도를 계산하는 파장 (λ) 은 일반 입사광의 평균 또는 표준 파장 (λ_A) 이 될 수 있다. 또한, 밝은 지점의 이산화 각도의 적절한 편차를 달성하기 위하여, 반사점에 대한 최대 이동량은 0.4 이상으로 설정해야 한다.

이제, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 반사형 LCD 장치의 화소를 나타낸다. LCD 장치 (10) 는 각 화소에 스위칭 엘리먼트를 포함하는 활성 매트릭스 구동형 LCD 장치이다. LCD 장치 (10) 는 TFT 기판 (11), 카운터 기판 (12), 및 TFT 기판 (11) 과 카운터 기판 (12) 사이에 개재되는 TN-모드 LC 층 (13) 을 포함한다. LCD 장치 (10) 는 이러한 TFT 기판 (11), 카운터 기판 (12), 및 LC 층 (13) 사이에 개재되는 한 쌍의 편광막 (미도시) 도 포함한다.

TFT 기판 (11) 은 유리 기판부 (14), 및 그 위에 형성되고 각각 TFT (16) 를 포함하는 복수의 화소를 포함한다. TFT (16) 는 유리 기판부 (14) 상에 형성된 게이트 전극 (16a), 게이트 전극 (16a) 상에 형성된 게이트 절연막 (15), 무정형 실리콘으로 만들어진 반도체 활성층 (16c), 반도체 활성층 (16c) 의 양 단부 상에 형성된 한 쌍의 저항 접촉층 (16e), 및 각 저항 접촉층 (16e) 과 접촉하여 배치된 소스/드레인 전극 (16b 및 16e) 을 포함한다.

제 1 유전체층 (17) 은 소스/드레인 전극 (16b 및 16d), 반도체 활성층 (16c) , 및 저항 접촉층 (16c) 을 포함하는 TFT (16) 위에 위치한다. 유기 절연층으로 형성된 복수의 돌출부 (18) 는 제 1 유전체막 (17) 상에 배치된다. 돌출부 (18) 는 약 2 내지 4 ㎛의 높이를 갖는다. 제 2 유전체막 (19) 은 돌출부 (18), 제 1 유전체막 (17), 및 소스/드레인 전극 (16d) 의 표면을 포함하는 표면 전체 상에 형성된다. 제 2 유전체막 (19) 은 관통 구멍 (21) 을 갖고, 이 관통 구멍 (21) 을 통해 제 2 유전체막 (19) 상에 형성된 알루미늄 (Al) 반사막 (20) 이 드레인 전극 (16d) 과 접촉한다. 반사막 (20) 은 하부의 돌출부 (18) 및 제 2 유전체막 (17) 의 윤곽을 따르는 요철 표면을 갖는다. 반사막 (20) 은 화소 전극으로 작용한다.

도 2 는 반사막 (20) 의 개략 상면도를 나타낸다. 반사막 (20) 은 각각 복수의 (10×20=200) 세그먼트 (27) 를 포함하는 복수의 피겨 그룹 (36) 을 갖는다. 반사막 (20) 의 각 세그먼트 (27) 는 화소 전극을 형성하고, 그 안에 50 개의 피겨 엘리먼트 (31) 를 포함한다. 따라서, 각 그룹은 기준 피겨 엘리먼트 (30) 로부터 랜덤화된 10,000 개의 피겨 엘리먼트 (31) 를 포함한다. 모든 피겨 그룹은 랜덤화된 동일한 패턴을 갖는다. 즉, LCD 장치 내 반사막은 모든 피겨 그룹에 대하여 고정된 패턴을 갖는다.

각 피겨 엘리먼트 (31) 는 내부 오목부를 둘러싸는 볼록부로 형성된 3 개의 측면을 갖는 삼각형의 피겨 엘리먼트이다. 각 피겨 엘리먼트 (31) 는 기준 패턴을 도 4에 나타낸 바와 같이 랜덤화하고 복수의 정삼각형 (31) 을 포함하여 형성된다. 기준 피겨 엘리먼트는 3 ㎛의 폭 "1" 을 갖는 유효 반사면을 형성하는 주변 볼록부 및 볼록부 (32) 로 둘러싸인 볼록부를 포함한다. 기준 패턴의 피치 (Ls) 는 26 ㎛이다. 본 실시예에서, 정삼각형의 랜덤화의 반사점에 대한 최대 이동량 (P) 은 0.5 로 설정한다.

피겨 엘리먼트 (31) 의 구성은 하기 식으로 나타낸다.

3r26rnd0.5

식 (5) 에서, Ls, N, 및 λ 를 Ls=26, N=10,000, 및 λ(녹색)=545 nm 로 대체하고, 밝은 지점의 이산화 각도 (

) 를 계산하여,

=0.00012 도의 값을 획득한다.

다시 도 1 에서, 카운터 기판 (12) 은 유리 기판부 (26), 유리 기판부 (26) 에 형성된 컬러 필터 (25), 및 투명 카운터 전극 (24) 을 포함한다. 카운터 기판 (12) 으로 입사하는 입사광 (Li) 은 카운터 기판 (12) 및 LC 층 (13) 을 통과하여, 반사막 (20) 의 표면에 도달한다. 반사막 (20) 의 표면에 의해 반사된 반사광 (Lr) 은 LC 층 (13) 및 카운터 기판 (12) 을 통과하여, LCD 장치 (10) 밖으로 방출된다.

본 실시형태의 LCD 장치에 따르면, 반사점에 대한 최대 이동량 (P) 을 0.4 이상으로 설정하고, 밝은 지점의 이산화 각도 (

) 를 0.001 도 이하로 설정하여, 반사광 (Lr) 에서 무지개 색이 관찰되지 않아, 우수한 이미지 품질을 달성한다. 본 실시형태의 LCD 장치는 비드 점착층을 이용하지 않고 일반적인 점착층을 이용하기 때문에, 콘트라스트비의 열화를 억제한다. 또한, 각 화소의 반사막의 크기에 상관 없이 무지개 색을 억제한다.

본 실시형태의 LCD 장치의 제조 방법을 이하 도 1을 참조하여 설명한다. 공지의 기술을 이용하여, 보호 절연층 (15), TFT (16), 및 제 1 유전체막 (17) 을 유리 기판부 (14) 상에 형성한다. 그 다음, 그 위에 유기 절연막으로 포토레지스트 아크릴막을 2 내지 4 ㎛의 두께로 형성하고, 포토마스크를 이용하여 포토리소그래피 단계를 수행하며, 유기 절연막 (18) 을 선택적으로 노출하여, 패터닝한다.

포토마스크의 패턴은 도 2 에 나타낸 요철 패턴이고, 삼각형 패턴 (31) 의 볼록부 (32) 에 대응하는 광 투과 영역과 오목부 (38) 에 대응하는 광 차폐 영역을 갖는다. 광 투과 영역은 효과적인 반사면에 대응하는 3 ㎛의 폭을 갖는다. 유기 절연막을 노출하여, 포토마스크의 패턴을 유기 절연막 상으로 이동시킨다. 포토리소그래피 단계 후 열처리를 수행하고, 유기 절연막의 경화된 부분을 선택적으로 에칭하여, 유기 절연체로 만들어진 복수의 돌출부 (18) 를 획득한다.

그 다음, 유전체막을 표면 전체 상에 형성하고, 레지스트 패턴을 이용하여 포토리소그래피 프로세스로 패터닝하여, 관통 구멍 (21) 을 갖는 제 2 유전체막 (19) 을 획득한다. 그 다음, 제 2 유전체막 (19) 상에 Al 을 스퍼터링하여 알루미늄 (Al)막을 증착하고, 패터닝하여, 각각 화소 내 화소 전극으로 작용하는 복수의 보호막 (20) 의 부분을 형성한다. 보호막 (20) 은 하부 돌출부 (18) 의 윤곽을 따르는 요철 표면을 갖는다.

반사막의 패턴을 설계하는 프로세스를 도 3 을 참조하여 이하에 설명한다. 프로세스는 기준 피겨 패턴을 결정한 뒤, 기준 피겨 엘리먼트의 반사점에 대한 최대 이동량 (P) 을 0.4 이상으로 결정하는 단계 (단계 S1) 를 포함한다. 그 다음, 기준 피치 (Ls), 및 피겨 엘리먼트의 각 그룹 내 피겨 엘리먼트수를 규정하는 엘리먼트수 "N" 을 추정한다 (단계 S2). 그 후, 밝은 지점의 이산화 각도 (

) 를 추정된 값을 이용하여 식 (5) 에 기초하여 계산한다 (단계 S3). 계산된 이산화 각도 (

) 의 값이 0.01 도 이하 인지의 여부를 판단한다 (단계 S4). 단계 S4 에서 계산된 이산화 각도 (

) 의 값을 0.01 이하로 판단하면, 프로세스는 추정된 기준 피치 (Ls) 및 엘리먼트수 (N) 를 고정하는 단계 S5 로 진행한다. 따라서, 기준 피겨 엘리먼트를 포함하는 기준 패턴을 획득한다. 그 후, 기준 피겨 엘리먼트의 반사점들을 랜덤하게 이동시키는 랜덤수 생성기를 이용하여 랜덤수를 생성하여 그룹의 피겨 패턴을 획득하고 (단계 S7), 패턴 설계 프로세스를 종료한다. 이렇게 획득된 그룹의 패턴을 정기적으로 배열하여, 반사막의 요철 패턴에 대한 마스크를 형성한다.

단계 S4 에서, 이산화 각도 (

) 를 0.01 도 초과로 판단하면, 프로세스는 단계 S6 으로 진행하여, 추정된 기준 피치 (Ls) 및/또는 엘리먼트수 (N) 를 증가시키고, 밝은 지점의 이산화 각도 (

) 를 계산하고 검사하는 단계 S3 및 S4 로 돌아간다.

기준 피겨 엘리먼트의 반사점이 패턴의 랜덤화에서 이동하더라도, 반사면의 폭이 랜덤화되는 피겨 엘리먼트의 각 종횡으로 변경될 수 있다.

상기 실시형태는 예로서 설명한 것으로, 본 발명은 상기 실시형태에 제한하지 않고, 당업자에 의해 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변경을 행할 수 있다.

본 발명의 LCD 장치 및 본 발명의 방법에 의해 제조되는 LCD 장치에 따르면, 밝은 지점에 대한 0.01 도 이하의 이산화각은 반사광의 색분산을 억제할 수 있으므로, 반사광의 무지개색을 억제할 수 있게 된다.

Claims

액정 (LC) 층 (13), 및 상기 LC 층 (13) 을 투과하는 입사광을 반사하여 상기 입사광이 상기 LC 층 (13) 을 다시 통과하게 하는 반사막 (20) 을 포함하고,

상기 반사막 (20) 이 그 상부에 요철 패턴을 갖고, 상기 요철 패턴이 동일한 패턴을 갖고 주기적으로 배열된 복수의 패턴 그룹을 포함하며, 상기 패턴 그룹 각각이 복수 (N) 의 피겨 (figure) 엘리먼트 (31) 를 포함하고, 상기 피겨 엘리먼트 (31) 각각이 0.4 이상의 정점의 최대 이동량 내에서 복수의 기준 피겨 엘리먼트를 포함하는 기준 패턴 내 기준 피겨 엘리먼트의 대응하는 반사점 (apex) 으로부터 랜덤하게 이동된 반사점을 갖는 액정 디스플레이 (LCD) 장치로서,

상기 각 피겨 엘리먼트 (31) 내 반사점들의 상기 랜덤 이동으로 인해서,

로 정의되는 밝은 지점의 이산화 각도 (
) 는 0.01 도 이하를 갖고, 상기 밝은 지점이 상기 반사막 (20) 에 의해 반사된 상기 입사광의 회절로 인해 발생하며, 상기 λ_A 가 상기 입사광의 평균 파장이고, 상기 Ls 가 상기 기준 패턴의 피치인, LCD 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 밝은 지점의 상기 이산화 각도가 0.001 도 이하인, LCD 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 패턴 그룹에 대응하는 상기 반사막 (20) 의 일부분이, 카운터 전극과 함께 상기 LC 층 (13) 의 편광을 제어하는 복수의 화소 전극에 의해 형성된, LCD 장치.
액정 (LC) 층 (13), 및 상기 LC 층 (13) 을 투과하는 입사광을 반사하여 상기 입사광이 상기 LC 층 (13) 을 다시 통과하게 하는 반사막 (20) 을 갖고, 상기 반사막 (20) 이 그 상부에 요철 패턴을 갖고, 상기 요철 패턴이 동일한 패턴을 갖고 주기적으로 배열된 복수의 패턴 그룹을 포함하며, 상기 각 패턴 그룹이 복수 (N) 의 피겨 엘리먼트 (31) 를 포함하는 액정 디스플레이 (LCD) 장치를 설계하는 방법으로서,

0.4 이상의 정점의 최대 이동량 내에서 상기 복수의 기준 피겨 엘리먼트를 포함하는 기준 패턴 내 기준 피겨 엘리먼트의 반사점을 랜덤하게 이동하여,

상기 각 피겨 엘리먼트 (31) 의 반사점들의 상기 랜덤 이동으로 인하여,

로 정의되는 밝은 지점의 이산화 각도 (
) 가 0.01 도 이하로 추정되도록 하는 단계를 포함하고,

상기 밝은 지점이 상기 반사막 (20) 에 의해 반사된 상기 입사광의 회절로 인해 발생하고, 상기 λ_A 가 상기 입사광의 평균 파장이며, 상기 Ls 가 상기 기준 패턴의 피치인, LCD 장치의 설계 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 밝은 지점의 상기 이산화 각도를 0.001 도 이하로 추정하도록 상기 N 및 상기 Ls 를 결정하는, LCD 장치의 설계 방법.