KR100848298B1 - 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 콜레스테릭 액정 컬러필터를 이용한 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
콜레스테릭 액정 컬러필터는 관찰하는 각도에 따라 콜레스테릭 액정 컬러필터의 두께가 다르므로, 입사된 빛이 경험하는 콜레스테릭 액정의 피치 크기가 달라져, 액정 표시 장치를 보는 시야각에 따라 색반전이 발생한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 콜레스테릭 액정 컬러필터 하부에 범프나 홈 또는 요철과 같은 단차 수단을 형성하여, 콜레스테릭 액정 컬러필터의 두께를 관찰하는 각도에 따라 일정하게 유지함으로써, 시야각에 따른 색반전을 방지할 수 있다.
콜레스테릭 액정 컬러필터, 색반전, 범프, 요철

Description

액정 표시 장치 및 그의 제조 방법{liquid crystal display device and manufacturing method of the same}
도 1은 일반적인 액정 표시 장치의 단면도이고,
도 2는 콜레스테릭 액정 컬러필터를 이용한 투과형 액정 표시 장치의 단면도이고,
도 3은 콜레스테릭 액정 컬러필터를 이용한 반사형 액정 표시 장치의 단면도 이고,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 투과형 액정 표시 장치의 단면도 이고,
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 컬러필터를 포함하는 기판의 제조 과정을 도시한 단면도 이고,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 투과형 액정 표시 장치의 단면도 이고,
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반사형 액정 표시 장치의 단면도 이고,
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 반사형 액정 표시 장치의 단면도 이 고,
도 9는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 반사형 액정표시장치용 어레이기판의 한 화소를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ`를 따라 절단한 단면도이고,
도 11a 내지 도 11d는 도 10의 Ⅹ-Ⅹ`를 따라 절단하여 본 발명의 공정 순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 제 1 기판 111 : 화소전극
121 : 범프 122 : 콜레스테릭 액정 컬러필터
123 : 공통 전극 130 : 액정층
141, 142 : 편광판 T4 : 박막트랜지스터
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 콜레스테릭 액정 컬러필터를 이용한 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시 장치(flat panel display)의 필요성이 대두 되었는데, 이중 액정 표시 장치가 해상도, 컬러표시, 화질 등이 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터에 활발하게 적용되고 있다.
일반적으로 액정 표시 장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 일반적인 액정 표시 장치의 구조에 대하여 설명한다.
도 1은 일반적인 액정 표시 장치의 단면을 일부 도시한 것으로서, 도시한 바와 같이 액정 표시 장치는 소정간격을 가지고 제 1 기판(10)과 제 2 기판(20)이 배치되어 있다. 하부의 제 1 기판(10) 상에는 게이트 전극(11)과 소스 및 드레인 전극(15a, 15b)으로 이루어진 박막 트랜지스터(T1)가 형성되어 있고, 박막 트랜지스터(T1)는 액티브층(13)과 오믹 콘택층(14)을 더 포함한다. 여기서, 게이트 전극(11) 상부에는 게이트 절연막(12)이 형성되어 있다.
이어, 박막 트랜지스터(T1) 상부에는 보호층(16)이 형성되어 박막 트랜지스터(T1)를 덮고 있으며, 보호층(16)은 드레인 전극(15b)을 드러내는 콘택홀(16c)을 가진다. 다음, 보호층(16) 상부에는 화소 전극(17)이 형성되어 있어, 콘택홀(16c)을 통해 드레인 전극(15b)과 연결되어 있다.
한편, 제 2 기판(20)의 안쪽면에는 박막 트랜지스터(T1)와 대응하는 위치에 블랙 매트릭스(21)가 형성되어 있고, 그 하부에 적(R), 녹(G), 청(B)의 색이 순차적으로 반복되어 있는 컬러필터(22a, 22b)가 형성되어 있으며, 그 하부에는 투명 도전 물질로 이루어진 공통 전극(23)이 형성되어 있다. 여기서, 컬러필터(22a, 22b)는 하나의 색이 하나의 화소 전극(17)과 대응한다.
다음, 화소 전극(17)과 공통 전극(23) 사이에는 액정층(30)이 주입되어 있으며, 액정층(30)의 액정 분자는 화소 전극(17)과 공통 전극(23)에 전압이 인가되었을 때, 두 전극(17, 23) 사이에 생성된 전기장에 의해 배열 상태가 변화된다. 이때, 도시하지 않았지만 화소 전극(17) 상부와 공통 전극(23) 하부에는 각각 배향막이 형성되어 있어, 액정 분자의 초기 배열 상태를 결정한다.
다음, 두 기판(10, 20)의 바깥쪽 즉, 제 1 기판(10) 하부와 제 2 기판(20) 상부에는 광 투과축에 평행한 방향의 빛만 통과시켜 자연광을 선편광으로 변환시키는 제 1 및 제 2 편광판(41, 42)이 배치되어 있다. 여기서, 제 1 편광판(41)의 광 투과축은 제 2 편광판(42)의 광 투과축과 90도를 이룬다.
그런데, 이와 같은 액정 표시 장치는 스스로 빛을 발하지 못하므로 별도의 광원이 필요하다.
이러한 액정 표시 장치는 광원의 위치에 따라 투과형(transmission type)과 반사형(reflection type)으로 나누어진다. 투과형 액정 표시 장치는 액정 패널 뒷면 즉, 도 1의 제 1 편광판(41) 하부에 백라이트(backlight)를 배치하고 백라이트로부터 나오는 빛을 액정 패널에 입사시켜, 액정의 배열에 따라 빛의 양을 조절함으로써 화상을 표시한다. 이때, 액정 표시 장치의 전계 생성 전극인 화소 전극(17) 과 공통 전극(23)은 투명 도전 물질로 형성되고, 두 기판(10, 20) 또한 투명 기판으로 이루어져야 한다.
반면, 반사형 액정 표시 장치는 외부의 자연광이나 인조광을 반사시킴으로써 액정의 배열에 따라 빛의 투과율을 조절하는 형태이다. 이러한 반사형 액정 표시 장치는 하부의 화소 전극(17)을 반사가 잘 되는 도전 물질로 형성하고, 상부의 공통 전극(23)은 외부광을 투과시키기 위해 투명 도전 물질로 형성하며, 하부의 제 1 편광판(41)은 생략한다. 이때, 제 1 기판(10)은 불투명하거나 투과도가 낮은 재질로 이루어질 수 있다.
투과형 액정 표시 장치는 백라이트와 같은 인위적인 배면광원을 사용하므로 어두운 외부 환경에서도 밝은 화상을 구현할 수 있으며, 반사형 액정 표시 장치는 외부 광원을 이용하므로 전력소비가 적은 장점이 있다.
그런데, 이러한 액정 표시 장치에서 사용되는 상부 기판의 컬러필터는 일반적으로 흡수형 컬러필터로서, 빛이 컬러필터를 투과할 때 광 손실이 많이 발생하게 되어, 액정 표시 장치의 휘도가 저하된다.
이에 따라, 최근에는 콜레스테릭 액정의 특성을 이용하여 콜레스테릭 액정(cholesteric LC) 컬러필터(color filter)를 사용한 액정 표시 장치가 연구 및 개발되고 있는데, 이러한 콜레스테릭 액정 컬러필터를 투과형 액정 표시 장치에 이용할 경우 흡수형 컬러필터를 사용할 때에 비해 휘도를 향상시킬 수 있으며, 반사형 액정 표시 장치에 이용할 경우에는 색 재현률 및 대비비(contrast ratio)를 높일 수 있다.
콜레스테릭 액정 컬러필터는 콜레스테릭 액정의 선택반사(selective reflection) 특성을 이용하여 만들어진다.
콜레스테릭 액정은 나선(helix) 구조를 이루는 각각의 액정층이 완벽한 배향을 이루었을 때, 반사 거울의 기능을 갖게 된다. 다시 말하면, 콜레스테릭 액정의 나선축(helical axis)이 모두 기판에 수직인 방향으로 배열될 경우, 입사된 빛을 반사면에 수직인 법선에 대해 입사각과 반사각이 같게 반사시키는 정반사(正反射:거울반사) 기능을 가진다.
그런데, 콜레스테릭 액정은 입사된 모든 빛을 반사시키는 것이 아니라 회전피치(helical pitch)에 따라 어느 특정 파장만을 주로 반사시키는 선택반사 특성을 가진다. 따라서, 회전피치를 영역별로 조절하면 반사되는 빛의 색상이 R이나 G, 또는 B의 색을 띠게 된다. 한편, 이러한 콜레스테릭 액정 컬러필터는 반사되는 광의 편광상태도 결정한다. 예를 들면, 액정분자들이 회전축을 따라 반시계 방향으로 회전하며 꼬인구조(즉, left-handed structure)를 가질 때는 좌원편광된 광만 해당 색상에서 반사하게 된다.
이러한 콜레스테릭 액정 컬러필터를 이용한 투과형 액정 표시 장치의 단면을 도 2에 도시하였는데, 이때의 액정 표시 장치는 컬러필터를 제외하고 앞선 도 1의 액정 표시 장치와 동일한 구조를 가지므로, 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도시한 바와 같이, 제 1 및 제 2 기판(50, 60)이 일정 간격을 가지고 배치되어 있으며, 제 1 기판(50) 상부에는 박막 트랜지스터(T2)와 화소 전극(57)이 형성되어 있고, 상부의 제 2 기판(60) 하부에는 블랙 매트릭스(61)와 콜레스테릭 액정 컬러필터(62a, 62b, 62c), 그리고 공통 전극(63)이 차례로 형성되어 있다.
여기서, 콜레스테릭 액정 컬러필터(62a, 62b, 62c)는 서로 다른 파장대의 빛을 반사시키는 이중층으로 이루어지며, 도시하지 않았지만 콜레스테릭 액정 컬러필터(62a, 62b, 62c)와 블랙 매트릭스(61) 사이에는 콜레스테릭 액정 컬러필터(62a, 62b, 62c)의 액정 분자를 배열시키기 위한 배향막이 더 형성되어 있다.
이는 도 2의 액정 표시 장치가 투과형이므로, 제 1 기판(50)의 하부면쪽에 백라이트(도시하지 않음)를 배치하여 빛이 제 2 기판(60)의 상부면쪽으로 출력되는데, 콜레스테릭 액정은 회전피치에 따라 입사된 빛 중 특정 파장대의 빛을 반사시키므로, 원하는 색깔의 빛을 출력하기 위해서는 해당 색깔 이외의 빛을 반사시켜야 하기 때문이다. 즉, 적색 빛을 출력시키기 위해서는 청색과 녹색 파장대의 빛을 반사시키는 콜레스테릭 액정 컬러필터를 각각 형성하여, 제 1 콜레스테릭 액정 컬러필터로 입사된 빛 중 청색 파장대의 빛은 반사되고 나머지 빛만 투과되어 제 2 콜레스테릭 액정 컬러필터로 입사되며, 이어 제 2 콜레스테릭 액정 컬러필터에서 녹색 파장대의 빛은 반사되고 나머지 적색 파장대의 빛만 투과되므로, 원하는 적색 빛만 출력시킬 수 있다.
한편, 도 3에는 콜레스테릭 액정 컬러필터를 이용한 반사형 액정 표시 장치의 단면을 도시하였다. 여기서, 박막 트랜지스터는 도 1 및 도 2에 도시한 박막 트랜지스터의 구조와 같으므로 간략하게 도시하였다.
도시한 바와 같이, 하부의 제 1 기판(91) 상부에는 광흡수층(92)이 형성되어 있고, 그 위에 콜레스테릭 액정 컬러필터(93a, 93b, 93c)가 형성되어 있는데, 콜레스테릭 액정 컬러필터(93a, 93b, 93c)는 영역별로 적, 녹, 청에 해당하는 파장의 빛을 반사시켜 각각 적, 녹, 청의 색을 순차적으로 나타낸다. 이어, 콜레스테릭 액정 컬러필터(93a, 93b, 93c) 상부에는 투명한 공통 전극(94)이 형성되어 있다. 여기서, 콜레스테릭 액정 컬러필터는 컬러필터의 역할뿐만 아니라 반사판의 역할도 하므로 별도의 반사판이 필요하지 않다.
다음, 제 1 기판(91) 상부에 일정 간격을 가지고 제 2 기판(95)이 배치되어 있으며, 제 2 기판(95) 하부에는 박막 트랜지스터(T3)와 투명한 화소 전극(96)이 각각 형성되어 있다.
다음, 공통 전극(94)과 화소 전극(96) 사이에는 액정층(97)이 주입되어 있으며, 제 2 기판(95) 상부에는 편광판(98)이 배치되 있다.
여기서, 도시하지 않았지만 광흡수층(92) 상부와 공통 전극(94) 상부, 그리고 화소 전극(96) 하부에는 각각 배향막이 형성되어 있다. 또한, 편광판(98)과 제 2 기판(95) 사이에는 λ/4의 위상차값을 가지는 위상차판(도시하지 않음)이 더 배치되어 있을 수 있다.
그런데, 이러한 콜레스테릭 액정 컬러필터는 입사광의 입사각에 따라 콜레스테릭 액정 컬러필터의 두께가 다르므로, 빛이 경험하는 콜레스테릭 액정의 피치 크기가 달라져 반사되는 빛의 파장이 변하게 된다. 따라서, 액정 표시 장치를 보는 시야각에 따라 반사되는 빛의 색이 달라지는 색반전(color shift)이 발생한다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 시야각에 따른 색반전을 방지할 수 있는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 상부면에 라운드 형태의 단차 수단을 가지는 제 1 기판의 상부에, 화소 영역별로 적, 녹, 청의 색을 각각 구현하는 콜레스테릭 액정 컬러필터가 형성되어 있고, 그 위에 제 1 전극이 형성되어 있다. 이어, 제 1 기판 상부에는 제 2 기판이 이격되어 배치되어 있고, 제 2 기판 하부에는 제 2 전극이 형성되어 있다. 다음, 제 1 및 제 2 전극 사이에는 액정층이 주입되어 있다.
여기서, 단차 수단은 화소 영역별로 적어도 하나 이상 형성되어 있으며, 단차 수단은 유기 물질로 이루어진 범프이거나, 또는 제 1 기판의 표면을 식각하여 이루어진 홈일 수도 있다.
이때, 콜레스테릭 액정 컬러필터는 서로 다른 피치를 가지는 이중층으로 이루어질 수 있고, 제 2 기판은 상기 제 2 전극과 연결되는 박막 트랜지스터를 더 포함할 수도 있다.
또는, 콜레스테릭 액정 컬러필터 하부에 광흡수층을 더 포함할 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 기판의 제조 방법에서는 화소영역이 정의된 기판을 구비하고, 기판 상에 유기 물질로 이루어지고 라운드 형태를 가지는 범프를 형성한다. 이어, 범프가 형성된 기판 상에 화소 영역별로 회전 피치가 다른 콜레스테릭 액정 컬러필터를 형성한 후, 그 위에 투명한 물질로 전극을 형성한다.
본 발명에 따른 다른 액정 표시 장치용 기판의 제조 방법에서는 기판을 구비하고, 기판의 상부면을 식각하여 라운드 형태를 가지는 홈을 형성한다. 이어, 홈이 형성된 기판 상에 화소 영역별로 회전 피치가 다른 콜레스테릭 액정 컬러필터를 형성한 다음, 콜레스테릭 액정 컬러필터 상부에 투명한 물질로 전극을 형성한다.
여기서, 홈을 형성하는 단계는 식각액을 이용한 등방성 식각 방법으로 이루어질 수 있으며, 이때 기판은 유리로 이루어지고, 식각액은 HF를 포함하는 물질일 수 있다.
본 발명 따른 액정표시장치용 어레이기판은 기판 상에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선과; 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차지점에 위치하고, 게이트 전극과 액티브층과 소스 전극과 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터가 구성된 기판의 전면에 구성되고, 상기 화소영역에 대응하는 부분이 요철형상인 보호막과; 상기 보호막의 상부에 구성되어 화소영역에 대응하는 부분이 요철형상이고, 특정한 파장대의 빛을 반사하는 콜레스테릭액정 컬러필터와; 상기 콜레스테릭액정 컬러필터의 상부에 구성되고, 상기 드레인 전극과 접촉하는 투명한 화소전극을 포함한다.
상기 콜레스테릭액정 컬러필터는 화소영역 별로 적, 녹, 청색의 빛을 반사하도록 회전 피치를 달리하여 구성된다.
상기 보호막과 콜레스테릭 액정 컬러필터 사이에 광 흡수층을 더욱 구성한다.
본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판 제조방법은 기판 상에 게이트 전극과 게이트 배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선과 게이트 전극이 형성된 기판의 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극 상부의 게이트 절연막 상에 액티브층과 오믹 콘택층을 형성하는 단계와; 상기 오믹 콘택층과 접촉하면서 서로 이격된 소스 전극과 드레인 전극과, 소스 전극과 접촉하면서 상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 소스 및 드레인 전극 등이 형성된 기판의 전면에 투명한 유기 절연막을 도포하고, 상기 화소영역에 대응하는 부분이 요철형상이 되도록 보호막을 형성하는 단계와; 상기 보호막 상에 보호막을 따라 구성되어 화소영역에 대응하는 부분이 요철형상이고 특정한 파장대의 빛을 반사하는 콜레스테릭액정 컬러필터를 형성하는 단계와; 상기 드레인 전극과 접촉하면서 상기 콜레스테릭액정 컬러필터 상에 위치하는 투명 화소전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 액정표시장치는 서로 이격되어 구성된 제 1 기판과, 제 2 기판과; 상기 제 2 기판과 마주보는 제 1 기판의 일면에 구성된 투명한 공통전극과; 상기 제 2 기판의 상부에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선과; 상기 두 배선의 교차지점에 구성된 스위칭 소자와; 상기 스위칭 소자가 구성된 기판의 전면에 형성되고, 상기 화소영역에 대응하는 부분이 요철형상인 보호막과; 상기 보호막 상부에 구성되어 화소영역에 대응하는 부분이 요철형상 이고 특정 파장대의 빛을 반사하는 콜레스테릭 액정 컬러필터와; 상기 콜레스테릭 액정컬러필터의 상부에 구성되고, 상기 스위칭 소자와 연결된 투명한 화소전극을 포함한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 콜레스테릭 액정 컬러필터 하부에 범프나 홈 그리고 요철과 같은 단차 수단을 형성하여, 관찰하는 각도에 따라 콜레스테릭 액정 컬러필터의 두께를 동일하게 함으로써, 시야각에 따른 색반전을 방지할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 콜레스테릭 액정 컬러필터를 이용한 투과형 액정 표시 장치의 단면을 도시한 것이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 하부의 제 1 기판(110) 상에는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(T4)가 형성되어 있고, 화소 영역에는 박막 트랜지스터(T4)와 연결되어 있는 화소 전극(111)이 형성되어 있다. 여기서, 박막 트랜지스터(T4)의 구조는 앞서 설명한 바와 같은 구조로 이루어질 수 있으며, 이에 대한 설명은 생략한다.
이어, 제 1 기판(110) 상부에는 소정 간격 이격되어 제 2 기판(120)이 배치되어 있으며, 제 2 기판(120) 하부에는 라운드(round) 형태의 범프(bump)(121)가 형성되어 있다. 범프(121) 하부에는 서로 다른 색에 해당하는 파장대의 빛을 반사시키는 이중층으로 이루어진 콜레스테릭 액정 컬러필터(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f)가 형성되어 있으며, 그 하부에 투명 도전 물질로 이루어진 공통전극(123)이 형성되어 있다.
앞서 언급한 바와 같이 콜레스테릭 액정 컬러필터(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f)는 입사된 빛의 선택반사를 유발하는데, 이러한 선택반사는 콜레스테릭 액정 분자의 회전피치로써 결정되므로, 각 화소에 회전피치의 분포가 서로 다른 두 층을 형성하여, 투과된 빛이 각각 적, 녹, 청의 색을 띠도록 한다.
다음, 화소 전극(111)과 공통 전극(123) 사이에는 액정층(130)이 주입되어 있으며, 두 기판(110, 120)의 바깥쪽에는 편광판(141, 142)이 각각 배치되어 있다.
여기서, 범프(121)는 콜레스테릭 액정 컬러필터(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f)가 단차를 가지도록 하기 위한 단차 수단으로서, 콜레스테릭 액정 컬러필터(122a, 122b, 122c, 122d, 122e, 122f)의 두께를 관찰하는 각도에 따라 일정하게 유지함으로써, 종래의 두께 차이에 의해 색반전이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다.
이러한 본 발명에 따른 콜레스테릭 액정 컬러필터를 포함하는 기판의 제조 과정을 도 5a 내지 도 5d에 도시하였다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 기판(120) 상에 유기 물질로 라운드 형태의 범프(121)를 형성한다. 이때, 범프(121)는 유기 물질을 도포하고 사진식각공정에 의해 패터닝한 다음, 열처리를 실시함으로써 형성한다. 열처리되는 온도의 조건에 따라 범프(121)의 라운드 정도가 달라지는데, 일반적으로 온도가 높을수록 라운드되는 정도가 커진다. 앞서 언급한 바와 같이, 하나의 화소 영역에 하나의 범프(121)가 위치하도록 하는 것이 좋다.
다음, 도 5b에 도시한 바와 같이 콜레스테릭 액정을 형성한 다음, 자외선(UV)을 조사하여 각 화소 영역별로 피치를 조절함으로써 제 1 콜레스테릭 액정 컬러필터(122a, 122b, 122c)를 형성한다.
다음, 도 5c에 도시한 바와 같이 제 1 콜레스테릭 액정 컬러필터(122a, 122b, 122c) 상부에 콜레스테릭 액정을 형성한 다음, 자외선을 조사하여 각 화소 영역별로 제 1 콜레스테릭 액정 컬러필터(122a, 122b, 122c)와 다른 피치를 가지도록 피치를 조절함으로써 제 2 콜레스테릭 액정 컬러필터(122d, 122e, 122f)를 형성한다.
이어, 도 5d에 도시한 바와 같이 제 2 콜레스테릭 액정 컬러필터(122d, 122e, 122f) 상부에 투명한 도전 물질로 공통 전극(123)을 형성한다.
이와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에서는 범프를 형성하여 콜레스테릭 액정의 두께가 관찰하는 각도에 따라 동일하도록 하였으나, 기판(120)을 식각하여 같은 효과를 나타낼 수도 있다.
이러한 본 발명의 제 2 실시예에 액정 표시 장치의 단면도를 도 6에 도시하였다.
도 6에 도시한 바와 같이, 하부의 제 1 기판(210) 상에는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(T5)가 형성되어 있고, 화소 영역에는 박막 트랜지스터(T5)와 연결되어 있는 화소 전극(211)이 형성되어 있다.
이어, 제 1 기판(210) 상부에는 소정 간격 이격되어 제 2 기판(220)이 배치되어 있는데, 제 2 기판(220)은 라운드 형태의 홈(221)을 가진다. 다음, 제 2 기판(220) 하부에는 서로 다른 파장대의 빛을 반사시키는 이중층으로 이루어진 콜레스테릭 액정 컬러필터(222a, 222b, 222c, 222d, 222e, 222f)가 형성되어 있으며, 그 하부에 투명 도전 물질로 이루어진 공통전극(223)이 형성되어 있다.
다음, 화소 전극(211)과 공통 전극(223) 사이에는 액정층(230)이 주입되어 있으며, 두 기판(210, 220)의 바깥쪽에는 편광판(241, 242)이 각각 배치되어 있다.
여기서, 홈(221)은 기판을 등방성 식각(isotropic etch)함으로써 형성할 수 있으며, 제 2 기판(220)을 유리와 같은 물질로 형성할 경우 HF를 포함하는 식각액을 이용하여 습식 식각함으로써 형성할 수 있다.
이와 같이, 기판(220) 상에 홈(221)을 형성하여 콜레스테릭 액정 컬러필터(222a, 222b, 222c, 222d, 222e, 222f)의 두께를 관찰하는 각도에 따라 일정하게 유지할 수 있다.
한편, 앞선 제 1 및 제 2 실시예에서는 투과형 액정 표시 장치에 대하여 설명하였으나, 이는 콜레스테릭 액정 컬러필터를 가지는 반사형 액정 표시 장치에도 적용할 수 있다.
이러한 제 3 및 제 4 실시예에 대한 반사형 액정 표시 장치에 대하여 도 7 및 도 8에 도시하였다.
도 7에 도시한 바와 같이, 제 1 및 제 2 기판(310, 320)이 일정 간격을 가지고 배치되어 있다. 여기서, 제 2 기판(320)은 투명한 절연 물질로 이루어지며, 제 1 기판(310)은 투명한 물질로 이루어질 수도 있고, 빛의 투과도가 낮은 물질로 이루어질 수도 있다.
제 1 기판(310) 상에는 유기 절연 물질로 이루어진 범프(311)가 형성되어 있고, 그 위에 빛을 흡수하기 위한 광흡수층(312)이 형성되어 있다. 광흡수층(312) 상부에는 일정한 파장의 빛을 화소 영역별로 반사시키는 콜레스테릭 액정 컬러필터(313a, 313b, 313c)가 형성되어 있으며, 그 위에 투명 도전 물질로 이루어진 공통 전극(314)이 형성되어 있다.
다음, 상부의 제 2 기판(320) 하부에는 박막 트랜지스터(T6)와 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(321)이 형성되어 있다.
다음, 공통 전극(314)과 화소 전극(321) 사이에는 액정층(330)이 주입되어 있으며, 제 2 기판(320) 상부에는 편광판(340)이 배치되어 있다.
여기서, 범프(311)의 형성은 앞서 도 5a에 도시한 것과 같은 방법으로 형성할 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예에서는 하부에 위치한 제 1 기판(310)에 공통 전극(314)을 형성하고, 상부에 위치한 제 2 기판(320)에 박막 트랜지스터(T6) 및 화소 전극(321)을 형성하였으나, 공통 전극(314)을 상부에 위치한 제 2 기판(320)에 형성하고, 박막 트랜지스터(T6)와 화소 전극(321)을 콜레스테릭 액정 컬러필터(313a, 313b, 313c)와 함께 하부에 위치한 제 1 기판(310)에 형성할 수도 있다.
다음, 본 발명의 제 4 실시예에서는 도 8에 도시한 바와 같이, 상부면에 홈(411)을 가지는 제 1 기판(410) 위에 광흡수층(412)이 형성되어 있고, 그 위에 화소 영역별로 다른 피치를 가져 서로 다른 빛을 반사시키는 콜레스테릭 액정 컬러필터(413a, 413b, 413c)가 형성되어 있다. 이어, 그 위에 투명 도전 물질로 이루어진 공통 전극(414)이 형성되어 있다.
이어, 상부의 제 2 기판(420) 하부에는 박막 트랜지스터(T7)와 화소 전극(421)이 각각 형성되어 있다.
다음, 화소 전극(421)과 공통 전극(414) 사이에는 액정층(430)이 주입되어 있고, 제 2 기판(420)의 상부에는 광 투과축에 평행한 방향의 빛만 통과시키는 편광판(440)이 형성되어 있다.
여기서, 제 1 기판(410) 상의 홈(411)은 앞선 제 2 실시예에서와 마찬가지로 등방성 식각 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
이하, 제 5 실시예는 상기 범프 형상의 적용범위를 넓힌 것으로, 어레이기판의 상부에 콜레스테릭액정 컬러필터를 구성하되 단일 화소에 대해 상기 콜레스테릭액정 컬러 필터를 요철형상으로 구성하는 것을 특징으로 한다.
-- 제 5 실시예--
본 발명의 특징은 상기 제 1 내지 제 4 실시예와는 달리 상기 컬러필터층을 박막트랜지스터의 상부에 구성하되, 화소영역에 대응하는 부분의 컬러필터층을 요철형상으로 구성하는 것이다.
이하, 도 9와 10을 참조하여 본 발명에 따른 반사형 액정표시장치의 구성을 개략적으로 설명한다.
도 9는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 반사형 액정표시장치용 어레이기판의 한 화소를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ`를 따라 절단한 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.
도시한 바와 같이, 제 1 기판(500)상에 서로 교차하여 화소영역(P1, P2, P3)을 정의하는 게이트 배선(502)과 데이터 배선(518)을 구성한다.
상기 게이트 배선(502)과 데이터 배선(518)의 교차지점에는 액티브층(508)과 게이트 전극(504)과 소스 전극(512)과 드레인 전극(514)을 포함하는 박막트랜지스터(T8)를 구성하고, 박막트랜지스터(T8)가 구성된 기판(500)의 전면에는 투명한 유기 절연막(520)을 구성한다.
상기 유기 절연막(520)중 화소영역(P1,P2,P3)에 대응하는 부분을 요철형상(A)으로 구성하고, 유기 절연막(520)의 상부에는 블랙 백그라운층인 광흡수층(522)과 콜레스테릭액정 컬러필터층(524a, 524b, 524c)을 적층하여 구성한다.
결과적으로, 상기 광흡수층(522)과 콜레스테릭액정 컬러필터층(524a, 524b, 524c)은 상기 유기 절연막(520)의 요철형상(A)에 대응하는 부분이 요철형상(A)으로 구성된다.
이때, 상기 콜레스테릭액정 컬러필터(524a, 524b, 524c)는 각 화소영역(P1,P2,P3)마다 특정파장대의 빛을 반사하도록 회전 피치가 조절된다.
상기 요철형상의 상부에는 상기 드레인 전극(514)과 접촉하는 투명 화소전극(528)을 형성한다.
상기 제 1 기판(500)과 소정간격 이격하여 제 2 기판(600)을 구성하고, 상기 제 2 기판(600) 중 제 1 기판(500)과 마주보는 면에는 투명한 공통전극(602)을 형성한다.
상기 제 2 기판(600)의 바깥면에는 편광판(604)을 구성한다.
전술한 바와 같이 컬러필터층(524a, 524b, 524c)을 요철 형상(A)으로 구성하게 되면, 콜레스테릭액정 컬러필터는 수직으로 입사하는 빛만이 아니라 기울어지게 입사하는 빛이 콜레스테릭액정 컬러필터에 반사할 때 나타나는 색차를 줄일 수 있다.
따라서, 시야각을 개선할 수 있는 구조이다.
전술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 반사형 액정표시장치용 어레이기판의 제조공정을 이하 공정 단면도를 참조하여 설명한다.
도 11a 내지 도 11d는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 반사형 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법을 공정 순서대로 도시한 공정 단면도이다.
도 11a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연 기판(500)상에 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 텅스텐(W), 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta)등을 포함하는 도전성 금속 그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여 게이트 배선(도 9의 502)과, 게이트 전극(504)을 형성한다.
연속하여, 상기 게이트 전극(504)과 게이트 배선(도 9의 502)이 형성된 기판(500)의 전면에 질화 실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기 절연 물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 제 1 절연막인 게이트 절연막(506)을 형성한다.
상기 게이트 절연막(506)상에 비정질 실리콘층(a-Si:H)과 불순물 비정질 실리콘(n+a-Si:H)층을 적층한 후 패턴하여, 게이트 전극(504)상부에 액티브층(508)과 오믹 콘택층(510)을 형성한다.
다음으로, 도 11b에 도시한 바와 같이, 상기 액티브층(508)과 오믹 콘택층(510)이 형성된 기판(500)의 전면에 전술한 바와 같은 도전성 금속을 증착하고 패턴하여, 상기 오믹 콘택층(510)과 접촉하는 소스 전극(512)과 드레인 전극(514)과, 소스 전극(512)과 접촉하는 동시에 상기 게이트 배선(도 9의 502)과 교차하여 화소영역(P1,P2,P3)을 정의하는 데이터 배선(516)을 형성한다.
다음으로, 도 11c에 도시한 바와 같이, 상기 소스 및 드레인 전극(512,514)등이 형성된 기판(500)의 전면에 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)를 포함한 투명한 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 제 2 절연막인 보호막(520)을 형성한다.
상기 보호막(520)은 앞서 설명한 바와 같이, 사진식각 공정에 의해 패터닝한 다음, 열처리를 실시함으로써 형성한다. 열처리되는 온도의 조건에 따라 요철형상(A)의 라운드 정도가 달라지는데, 일반적으로 온도가 높을수록 라운드되는 정도가 커진다.
다음으로, 상기 보호막(520)의 상부에 블랙 백그라운드(black background)층인 광 흡수층(522)과 콜레스테릭액정 컬러필터층(524a,524b,524c)을 형성한 후, 상기 드레인 전극(514)상부의 보호막(520) 일부를 노출하는 공정을 진행한다.
이때, 상기 콜레스테릭액정 컬러필터층(524a, 524b, 524c)은 각 화소(P1,P2,P3)에 대응하여 특정한 파장대의 빛(적, 녹, 청)을 반사하도록 서로 다른 회전 피치를 가진다.
연속하여, 상기 노출된 유기 절연막(520)을 식각하여 상기 드레인 전극(514)의 일부를 노출하는 드레인 콘택홀(526)을 형성한다.
상기 드레인 콘택홀(526)을 형성하는 공정은 건식식각 공정으로 동시에 이루어 진다.
다음으로, 도 11d에 도시한 바와 같이, 상기 유기절연막(520)의 전면에 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명 도전성 금속물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 상기 드레인 전극(514)과 접촉하는 투명 화소전극(528)을 형성한다.
전술한 바와 같은 공정을 통해 화소영역(P1,P2,P3)에 대응하여 요철형상(A)으로 형성된 콜레스테릭액정 컬러필터층(524a,524b,524c)을 형성할 수 있다.
이와 같은 구성은 컬러필터층이 박막트랜지스터의 상부에 구성된 형상이므로 COT(color filter on thin film transistor)구조라 한다.
전술한 공정에서, 상기 요철형상(A)의 유기 절연막(520)에 의해 광흡수층(522)과 콜레스테릭액정 컬러필터층(524a, 524b, 524c)을 요철형상으로 구성함으로써, 앞서 설명한 바와 같이, 수직으로 입사하는 빛만이 아니라 기울어지게 입사하는 빛이 콜레스테릭액정 컬러필터에 반사할 때 나타나는 색차를 줄일 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 콜레스테릭 액정 컬러필터를 이용하는데 있어서, 콜레스테릭 액정 컬러필터 하부에 범프나 홈 그리고 요철과 같은 단차 수단을 형성하여, 콜레스테릭 액정 컬러필터의 두께를 관찰하는 각도에 따라 일정하게 유지함으로써, 시야각의 증가에 따른 색반전을 방지할 수 있다.

Claims (17)

  1. 상부면에 라운드 형태의 단차 수단을 가지는 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판 상부에 형성되어 있으며, 화소 영역별로 적, 녹, 청의 색을 각각 구현하는 콜레스테릭 액정 컬러필터와;
    상기 콜레스테릭 액정 컬러필터 상부의 제 1 전극과;
    상기 제 1 기판 상부에 이격되어 배치되어 있는 제 2 기판과;
    상기 제 2 기판 하부에 형성되어 있는 제 2 전극과;
    상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 주입되어 있는 액정층
    을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단차 수단은 화소 영역별로 일대일 대응하도록 형성되어 있는 액정 표시 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 단차 수단은 유기 물질로 이루어진 범프인 액정 표시 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 단차 수단은 상기 제 1 기판의 표면을 식각하여 이루어진 홈인 액정 표시 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정 컬러필터는 서로 다른 피치를 가지는 이중층으로 이루어진 액정 표시 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 기판은 상기 제 2 전극과 연결되는 박막 트랜지스터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정 컬러필터 하부에 광흡수층을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 화소 영역이 정의된 기판을 구비하는 단계;
    상기 기판 상에 유기 물질로 이루어지고 라운드 형태를 가지는 범프를 형성하는 단계;
    상기 범프가 형성된 기판 상에 상기 화소 영역별로 회전 피치가 다른 콜레스테릭 액정 컬러필터를 형성하는 단계;
    상기 콜레스테릭 액정 컬러필터 상부에 투명한 물질로 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 액정 표시 장치용 기판의 제조 방법.
  9. 기판을 구비하는 단계;
    상기 기판의 상부면을 식각하여 라운드 형태를 가지는 홈을 형성하는 단계;
    상기 홈이 형성된 기판 상에 화소 영역별로 회전 피치가 다른 콜레스테릭 액정 컬러필터를 형성하는 단계;
    상기 콜레스테릭 액정 컬러필터 상부에 투명한 물질로 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 액정 표시 장치용 기판의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 홈을 형성하는 단계는 식각액을 이용한 등방성 식각 방법으로 이루어지 는 액정 표시 장치용 기판의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기판은 유리로 이루어지고, 상기 식각액은 HF를 포함하는 물질인 액정 표시 장치용 기판의 제조 방법.
  12. 기판 상에 서로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선과;
    상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차지점에 위치하고, 게이트 전극과 액티브층과 소스 전극과 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터가 구성된 기판의 전면에 구성되고, 상기 화소영역에 대응하는 부분이 요철형상인 보호막과;
    상기 보호막의 상부에 구성되어 화소영역에 대응하는 부분이 요철형상이고, 특정한 파장대의 빛을 반사하는 콜레스테릭액정 컬러필터와;
    상기 콜레스테릭액정 컬러필터의 상부에 구성되고, 상기 드레인 전극과 접촉하는 투명한 화소전극을 포함하는 액정표시장치용 어레이기판.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 콜레스테릭액정 컬러필터는 화소영역 별로 적, 녹, 청색의 빛을 반사하도록 회전 피치를 달리한 액정표시장치용 어레이기판.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 보호막과 콜레스테릭 액정 컬러필터 사이에 광 흡수층이 더욱 구성된 액정표시장치용 어레이기판.
  15. 기판 상에 게이트 전극과 게이트 배선을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 배선과 게이트 전극이 형성된 기판의 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 전극 상부의 게이트 절연막 상에 액티브층과 오믹 콘택층을 형성하는 단계와;
    상기 오믹 콘택층과 접촉하면서 서로 이격된 소스 전극과 드레인 전극과, 소스 전극과 접촉하면서 상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터 배선을 형성하는 단계와;
    상기 소스 및 드레인 전극 등이 형성된 기판의 전면에 투명한 유기 절연막을 도포하고, 상기 화소영역에 대응하는 부분이 요철형상이 되도록 보호막을 형성하는 단계와;
    상기 보호막 상에 보호막을 따라 구성되어 화소영역에 대응하는 부분이 요철형상이고 특정한 파장대의 빛을 반사하는 콜레스테릭액정 컬러필터를 형성하는 단계와;
    상기 드레인 전극과 접촉하면서 상기 콜레스테릭액정 컬러필터 상에 위치하는 투명 화소전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 콜레스테릭액정 컬러필터는 화소영역 별로 적, 녹, 청색의 빛을 반사하도록 회전 피치를 달리한 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 보호막과 콜레스테릭 액정 컬러필터 사이에 광 흡수층을 더욱 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
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