KR101041612B1 - 마이크로랜즈를 가지는 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

마이크로랜즈를 가지는 액정표시장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마이크로랜즈를 구비하여 백라이트 광의 이용 효율을 극대화하기 위한 장치와 그 방법을 제시한다.
이는 백라이트 광이 액정패널로 입사되는 광로에 광반응성 수지를 이용한 마이크로랜즈를 구비하고 있으며, 이때 구성되는 상기 광반응성 수지를 이용한 마이크로랜즈는 자외선 노출량에 따라 굴절률이 변화되는 특징이 있어 원하는 굴절률 조절이 가능한 것이 특징이다.
또한 별도 제작공정을 통해 굴절률이 형성된 마이크로랜즈를 결합하는 것이 아니라 결합된 광반응성 수지와 블랙매트릭스를 이용하여 원하는 위치에 원하는 굴절률을 형성하므로 간단하게 구성 가능한 장점이 있다.

Description

마이크로랜즈를 가지는 액정표시장치 및 그 제조방법{LCD having micro-lens and method fabricating the same}
도 1은 통상적인 투과형 액정표시장치의 하부 기판 단면도
도 2는 도 1의 구조에 따른 백라이트 유닛 출사광의 진행경로를 도시한 도면
도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치의 실시예 구성을 도시한 단면도
도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법을 설명한 흐름도
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
110 : 제2기판 120 : 제1기판
122 : 블랙 매트릭스 132 : 상부편광판
134 : 하부편광판 140 : 액정층
150 : 마이크로랜즈 160 : 백라이트 유닛
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 투과형 또는 반사-투과형 액정표시장치의 백라이트 유닛에서 액정패널로 입사되는 광량의 극대화를 실현할 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.
오늘날과 같은 정보화 사회에 있어서 전자 디스플레이 장치(Electronic display device)의 역할은 갈수록 중요해지며, 각종 전자 디스플레이 장치가 다양한 산업 분야에 광범위하게 사용되고 있다.
일반적으로 전자 디스플레이 장치란 다양한 정보를 시각을 통해 인간에게 전달하는 장치를 말한다. 즉, 전자 디스플레이 장치란 각종 전가 기기로부터 출력되는 전기적 정보 신호를 인간의 시각으로 인식 가능한 광 정보 신호로 변환하는 전자 장치라고 정의할 수 있으며, 인간과 전자 기기를 연결하는 가교적 역할을 담당하는 장치로 정의될 수도 있다.
이러한 전자 디스플레이 장치에 있어서, 광 정보 신호가 발광 현상에 의해 표시되는 경우에는 발광형 표시(emissive display) 장치로 불려지며, 반사, 산란, 간섭 현상 등에 의해 광 변조를 표시되는 경우에는 수광형 표시(non-emissive display) 장치로 일컬어진다. 능동형 표시 장치라고도 불리는 상기 발광형 표시 장치로는 음극선관(cathode ray tube; CRT), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel; PDP), 발광 다이오드(light emitting diode; LED) 및 일렉트로 루미네슨트 디스플레이(electroluminescent display; ELD) 등을 들 수 있다. 또한, 수동형 표시 장치인 상기 수광형 표시 장치에는 액정표시장치(liquid crystal display; LCD), 전기화학 표시장치(electrochemical display; ECD) 및 전기 영동 표시장치(electrophoretic image display; EPID) 등이 해당된다.
텔레비전이나 컴퓨터용 모니터 등과 같은 화상표시장치에 사용되는 음극선관(CRT)은 표시 품질 및 경제성 등의 면에서 가장 높은 점유율을 차지하고 있으나, 무거운 중량, 큰 용적 및 높은 소비 전력 등과 같은 많은 단점을 가지고 있다.
그러나, 반도체 기술의 급속한 진보에 의해 각종 전자 장치의 고체화, 저 전압 및 저 전력화와 함께 전자 기기의 소형 및 경량화에 따라 새로운 환경에 적합한 전자 디스플레이 장치, 즉 얇고 가벼우면서도 낮은 구동 전압 및 낮은 소비 전력의 특징을 갖춘 평판 패널(flat panel)형 디스플레이 장치에 대한 요구가 급격히 증대하고 있다.
현재 개발된 여러 가지 평판 디스플레이 장치 중에서 액정표시장치는 다른 디스플레이 장치에 비해 얇고 가벼우며, 낮은 소비 전력 및 낮은 구동 전압을 갖추고 있을 뿐만 아니라, 음극선관에 가까운 화상 표시가 가능하기 때문에 다양한 전자 장치에 광범위하게 사용되고 있다.
액정표시장치는 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어지며, 상기 전극에 전압을 인가하여 상기 액정층의 액정 분자들을 재배열시켜 투과되는 빛의 양을 조절하여 디스플레이 하는 장치이다. 상기 두 장의 기판에는 각각 전극이 형성되며, 각 전극에 인가되는 전압을 스위칭하기 위한 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT)가 두 장의 기판 중 하나의 기판에 형성된다.
한편, 액정표시장치는 인조 광원을 더욱 이용하여 화상을 표시하는 투과형 액정표시장치와 인조 광원 및 자연광을 더욱 이용한 반사형 액정표시장치로 구분될 수 있다. 시계나 계산기와 같이 전력 소모를 극소화해야 하는 전자 기기에서는 반사형 액정표시장치를 많이 사용하지만, 대화면 고품위의 화상표시를 요구하는 노트북 컴퓨터에는 투과형 액정표시장치를 사용하는 것이 일반적이다.
도 1은 통상적인 투과형 액정표시장치의 하부 기판 단면도이다.
도 1을 참조하면, 유리, 석영 또는 사파이어로 이루어진 투명 기판(10) 상에 크롬(Cr), 알루미늄(Al) 또는 몰리브덴 텅스텐(MoW) 등으로 이루어진 게이트 배선이 형성된다. 상기 게이트 배선은 박막 트랜지스터의 게이트 전극(12) 및 상기 게이트 전극(12)에 연결되어 제1 방향으로 신장되는 게이트 라인(도시하지 않음)을 포함한다.
상기 게이트 배선 및 기판(10) 상에는 실리콘 질화물로 이루어진 게이트 절연막(14)이 형성된다. 상기 게이트 전극(12)에 대응되는 게이트 절연막(14) 상에는 비정질실리콘으로 이루어진 액티브층(16) 및 n+로 도핑된 비정질실리콘으로 이루어진 오믹 콘택층(18)이 형성된다.
또한, 상기 게이트 절연막(14) 상에는 상기 게이트 라인과 교차하여 제2 방향으로 신장되는 데이터 라인(도시하지 않음)과, 상기 데이터 라인으로부터 분기되어 상기 액티브층(16)의 양쪽 가장자리와 각각 중첩되는 제1 전극(소스 전극 또는 드레인 전극)(20a) 및 제2 전극(드레인 전극 또는 소스 전극)(20b)을 포함하는 데이터 배선이 형성된다.
상기 데이터 배선 및 게이트 절연막(14) 상에 실리콘 질화물과 같은 무기 절연물질로 이루어진 층간 절연막(22)이 형성된다. 상기 층간 절연막(22)을 관통하여 상기 제2전극(20b)을 노출시키는 콘택홀(24)이 형성된다.
상기 콘택홀(24) 및 층간 절연막(22) 상에 ITO(indium-tin-oxide) 또는 IZO(indium-zinc-oxide)와 같은 투명 도전막으로 이루어진 화소 전극(26)이 형성된다. 상기 화소 전극(26)은 상기 콘택홀(24)을 통해 제2전극(20b)과 연결되며, 게이트 라인과 데이터 라인으로 둘러싸인 화소부 내에 형성된다. 상기 화소 전극(26) 및 층간 절연막(22) 상에는 폴리이미드(polyimide)로 이루어진 배향막(orientation layer)(28)이 형성된다.
상술한 구조를 갖는 투과형의 액정표시장치는 액정 패널의 후면에 구성된 백라이트 유닛에서 제공되는 외부 광원을 이용하는데, 도 2에 상기 백라이트 유닛에서 출사된 광이 진행되는 경로를 도시한 도면을 참조하여 설명한다.
도시된 도면을 보면, 먼저 전술한 바와 같은 구성을 가지는 하부기판(10)과, 픽셀간 경계를 구분하는 블랙 매트릭스(BM)(32)와 컬러필터(C/F)가 형성된 상부기판(30) 및 상기 각 기판 사이에 채워지는 액정층(40)이 도시되어 있으며, 상기 각 기판을 감싸는 상부편광판(52)과 하부편광판(54)이 도시되고 있다.
또한 상기 하부편광판(54)의 하부에는 백라이트 램프와, 상기 램프에서 출사된 선광원을 면광원으로 변환시키기 위한 도광판과, 상기 도광판을 통해 출사되는 광을 상기 하부기판측(10)으로 모아주는 반사판을 포함하여 구성되는 백라이트 유닛(60)이 위치한다.
상기와 같은 구성에서 상기 백라이트 유닛(60)을 통해 출사되어 기판(10)(30)을 투과하는 광은 도시된 바와 같이, 상기 블랙 매트릭스(32)에 의해 일부 차단되어 반사되고 있다.
즉, 상기와 같이 블랙 매트릭스(32)에 의해 차단되지 않은 부분에 대한 순수 개구율이 50%일 경우, 상기 기판(10)(30)을 직접 투과하지 못하는 나머지 50%의 광은 상기 블랙 매트릭스(32)에 의해 흡수되어 손실되거나 또는 반사 및 산란되어 상기 개구부를 통과하기까지 순환하는 현상이 일어난다.
본 발명은 상기와 같이 블랙 매트릭스에 의해 반사 및 산란되거나 또는 흡수되어 손실되는 백라이트 광에 대한 사용 효율을 극대화할 수 있는 액정표시장치를 제시한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 블랙 매트릭스가 형성된 제1기판과, 상기 제1기판과 이격되어 마주보며 스위칭소자와 다수의 배선이 형성된 제2기판을 구비하고, 상기 제1기판과 제2기판 사이에 액정층이 형성된 액정패널과; 상기 제2기판의 하부에 위치하는 마이크로랜즈와; 상기 마이크로랜즈 하부에 위치하는 백라이트 유닛을 포함하고, 상기 마이크로랜즈는 둘 이상의 서로 다른 굴절률을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치를 제안한다.
상기 마이크로랜즈와 백라이트 유닛 사이에 편광판이 더욱 구성되는 것을 특 징으로 한다.
상기 마이크로랜즈의 소재는 광반응성 수지인 것을 특징으로 한다.
상기 광반응성 수지는 자외선에 반응하여 경화되는 것을 특징으로 한다.
상기 광반응성 수지는 자외선의 노광정도에 따라 굴절률이 각각 달라지는 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로랜즈는 도포용 수지 또는 접착용 필름인 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명은 블랙 매트릭스가 형성된 제1기판과, 상기 제1기판과 이격되어 마주보며 스위칭소자가 형성된 제2기판과, 상기 제1기판과 제2기판사이에 액정층이 포함되는 액정패널을 형성하는 단계와; 상기 제2기판의 하부에 광반응성 수지층을 형성하는 단계와; 상기 제1기판의 블랙매트릭스 및 다수의 배선을 마스크로 하여 상기 광반응성 수지에 서로 다른 굴절률을 가지도록 자외선을 조사하는 단계를 포함하는 액정표시장치 제조방법을 제시한다.
삭제
여기서 상기한 방법은 상기 제1기판과 광반응성 수지층의 외면에 하나 이상의 편광판을 구성하는 단계를 더욱 포함한다.
또한 상기 광반응성 수지층은 도포되거나 또는 접착되는 방법으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치와 그 제조방법에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치의 실시예 구성을 도시한 단면도로서, 컬러필터(C/F)와 공통전극 및 블랙 매트릭스(BM)(122)가 형성되는 제1기판(120)과, 상기 제1기판(120)과 대향되어 위치하고 박막트랜지스터(TFT)를 이용한 스위칭소자가 구성된 제2기판(110) 사이에 액정층(140)이 형성되어 있는 액정패널의 단면 구조이다.
또한 상기한 구성에 더하여 상기 제1기판(120)의 외면에는 상부편광판(132)이 구성되고, 상기 액정패널의 제2기판(110)측 하부에는 광원인 백라이트 유닛(160)이 위치한다.
상기 백라이트 유닛(160)은 도시되지는 않았지만 통상 램프와, 상기 램프를 감싸고 광의 일방향 전사를 위한 램프 하우징과, 상기 램프로부터 출사된 광을 면광원으로 전환시켜주는 도광판과, 상기 도광판의 하면에 위치하여 상기 액정패널측으로 광을 반사시켜 주는 반사판을 구비하고 있다.
상기 제2기판(110)은 외면에 마이크로랜즈(150)가 구성되는데, 상기 마이크로랜즈(150)는 그 소재가 투명 광반응성 수지(Photosensitive Polyimide)이며, 상기 제2기판(110)의 외면에 도포되거나 또는 필름 형태로써 부착되어 진다.
여기서 상기 마이크로랜즈(150)로 이용되는 광반응성 수지는 자외선에 반응하여 노광된 정도에 따라 경화의 정도가 국부적으로 달라지는데, 이는 곧 굴절률의 부분 변화를 초래하여 투명한 수지를 이용할 경우 다수의 서로 다른 굴절률 영역이 존재하는 투명 마이크로랜즈(150)로 이용할 수 있는 것이다.
상기와 같이 광반응성 수지를 이용하여 마이크로랜즈(150)를 구성할 경우, 도시된 바와 같이, 영역 (A)의 경우 하부 백라이트 유닛(160)에서 출사된 광이 직진하여 관통할 수 있도록 굴절률을 형성하고 또한 블랙 매트릭스(122) 하단 부분의 영역(B)에서는 상기 블랙 매트릭스(122)에 의해 광로가 차단되지 않은 개구부 방향으로 광이 굴절할 수 있도록 굴절률을 변화시켜 주게 되는데, 이럴 경우 상기 블랙매트릭스(122)에 의해 반사되거나 산란되어 상기 액정패널을 통과하지 못하고 손실되는 광을 활용할 수 있게 되어 휘도증가의 효과가 있으며, 아울러 동일 휘도를 구현하기 위해 드는 전력의 소비량을 줄일 수 있는 장점이 있다.
아울러 상기 마이크로랜즈(150)의 구성 위치는 상기 마이크로랜즈에 의해 굴절된 광의 초점거리 확보를 위해 상기 제2기판(110)의 외면에 구성하는 것이 바람직하다.
상기 제2기판(110)의 외면에 구성되는 마이크로랜즈(150)의 하면에는 하부편광판(134)이 더욱 구성된다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법을 설명한 흐름도로서, 먼저, 컬러필터(C/F)와 공통전극, 블랙 매트릭스(122)가 구성된 제1기판(120)을 구비하고, 상기 제1기판(120)과 이격되어 대향하고 있으며 박막트랜지스터(TFT)를 이용하여 스위칭소자가 구성되어 있는 제2기판(110)을 구비하여 액정패널을 구성한다.(S1)
다음으로 상기 액정패널의 제2기판(110)의 외면에 광반응성 수지층을 형성한 다.(S2) 이때 상기 제2기판(110)의 하면에 구성되는 광반응성 수지는 자외선에 반응하여 경화되는 투명 수지 또는 필름일수도 있으며, 마이크로랜즈(150)의 역할을 하게 된다.
상기 제2기판(110)의 하면에 구성된 광반응성 수지에 자외선(UV)을 조사하는데, 이때는 상기 제1기판(120) 측에서 상기 블랙 매트릭스(122)와 불투명의 금속소재를 마스크로 하여 액정패널을 통해 상기 광반응성 수지에 조사한다.(S3)
자외선에 반응하는 광반응성 수지는 입사한 자외선 광량에 따라 경화되는 정도가 달라지기 때문에, 상기 블랙 매트릭스(122) 하부 영역 (B)와 상기 개구된 영역 (A)는 경화의 정도가 달라져 서로 다른 굴절률을 가지게 된다.
따라서 상기 자외선 조사시간과 광의 세기는 상기 마이크로랜즈(150)로 사용될 광반응성 수지의 종류와 형성 두께 및 원하는 굴절률 정도에 따라 각각 다르게 조절할 수 있는 것이 특징이다.
즉, 본 발명에 따른 액정표시장치는 상기 광반응성 수지로의 자외선 조사를 통해 상기 백라이트 유닛(160)에서 출사된 광의 액정패널 입사방향을 원하는데로 조절할 수 있는 마이크로랜즈를 구비하고 있는 장점이 있으며, 이는 곧 상기 백라이트 광의 효율적인 사용을 가능하게 하여 휘도 증가와 백라이트 유닛(160)에 의한 전력소비량을 절감할 수 있는 장점이 있다.
상기와 같이 원하는 굴절률을 얻기 위한 자외선 조사과정이 수행되면, 상기 마이크로랜즈(150)와 상기 제1기판(120)의 외면에 상부 및 하부편광판(132)(134)을 구성하게 된다.(S4)
상기와 같이 설명한 본 발명에 따른 액정표시장치는 백라이트 광의 효율적 사용을 위해 광반응성 수지를 이용한 마이크로랜즈를 구비하고 있는데, 이는 자외선 노출량에 따라 굴절률이 변화되는 특징이 있어 원하는 굴절률 조절이 가능한 것이 특징이다.
또한 종래의 기술과는 달리 굴절률이 형성된 마이크로랜즈를 결합하는 것이 아니라 결합된 광반응성 수지와 블랙매트릭스를 이용하여 원하는 위치에 원하는 굴절률을 형성하므로 별도의 마이크로랜즈 제작공정이 필요 없이 간단하게 구성 가능한 방법을 제시하고 있다.

Claims (10)

  1. 블랙 매트릭스가 형성된 제1기판과, 상기 제1기판과 이격되어 마주보며 스위칭소자와 다수의 배선이 형성된 제2기판을 구비하고, 상기 제1기판과 제2기판 사이에 액정층이 형성된 액정패널과;
    상기 제2기판의 하부에 위치하는 마이크로랜즈와;
    상기 마이크로랜즈 하부에 위치하는 백라이트 유닛
    을 포함하고, 상기 마이크로랜즈는 둘 이상의 서로 다른 굴절률을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 청구항 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로랜즈와 백라이트 유닛 사이에 편광판이 더욱 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 청구항 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로랜즈의 소재는 광반응성 수지인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 청구항 제 3 항에 있어서,
    상기 광반응성 수지는 자외선에 반응하여 경화되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 청구항 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 광반응성 수지는 자외선의 노광정도에 따라 굴절률이 각각 달라지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 삭제
  7. 청구항 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로랜즈는 도포용 수지 또는 필름인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 블랙 매트릭스가 형성된 제1기판과, 상기 제1기판과 이격되어 마주보며 스위칭소자가 형성된 제2기판과, 상기 제1기판과 제2기판 사이에 액정층이 포함되는 액정패널을 형성하는 단계와;
    상기 제2기판의 하부에 광반응성 수지층을 형성하는 단계와;
    상기 제1기판의 블랙매트릭스 및 다수의 배선을 마스크로 하여 상기 광반응성 수지에 서로 다른 굴절률을 가지도록 자외선을 조사하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치 제조방법.
  9. 청구항 제 8 항에 있어서,
    상기 제1기판과 광반응성 수지층의 외면에 하나 이상의 편광판을 구성하는 단계
    를 더욱 포함하는 액정표시장치 제조방법.
  10. 청구항 제 8 항에 있어서,
    상기 광반응성 수지층은 도포되거나 또는 접착되는 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
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