KR101117977B1 - 반사투과형 액정표시장치의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반사전극의 뒤로 입사되는 광원을 효율적으로 사용함으로써 투과부의 휘도를 향상시키도록 한 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 투과영역과 반사영역으로 정의된 제 1 유리기판상에 형성되는 투명전극과, 상기 제 1 유리기판의 반사영역에 형성되는 반사전극과, 상기 제 1 유리기판과 일정한 갭을 갖고 형성되는 제 2 유리기판과, 상기 제 2 유리기판상에 형성되는 공통전극과, 상기 반사전극과 대응되게 상기 제 1 유리기판의 배면에 광반응성 폴리이미드로 형성되는 마이크로렌즈와, 상기 제 1 유리기판과 제 2 유리기판 사이에 형성되는 액정과, 상기 마이크로렌즈가 형성된 제 1 유리기판의 배면에 배치되어 광원을 조사하는 백라이트를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

마이크로렌즈, 반사투과형, 투명전극, 반사전극, 백라이트

Description

반사투과형 액정표시장치의 제조방법{method for fabricating trans-reflective liquid crystal display device}

도 1은 종래의 반사투과형 컬러 액정표시장치를 도시한 분해 사시도

도 2는 종래의 반사투과형 액정표시장치를 도시한 단면도

도 3은 본 발명에 의한 반사투과형 액정표시장치를 나타낸 단면도

도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 의한 반사투과형 액정표시장치의 제조방법을 나타낸 공정 단면도

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 반사투과형 액정표시장치에서 마이크로렌즈의 형성방법을 나타낸 공정단면도

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 반사투과형 액정표시장치에서 마이크로렌즈를 나타낸 측면도 및 정면도

도 7은 본 발명의 반사투과형 액정표시장치에서 마이크로렌즈의 여러 형태를 나타낸 도면

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

101 : 하부기판 102 : 투명전극

103 : 보호막 104 : 반사전극

105 : 투과홀 106 : 마이크로렌즈

201 : 상부기판 202 : 공통전극

300 : 액정 400 : 백라이트

본 발명은 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히 투과부의 휘도를 향상시키는데 적당한 반사투과형 액정표시장치의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 사용되고 있는 표시장치들 중의 하나인 CRT(Cathode Ray Tube)는 텔레비전(TV)을 비롯해서 계측기기, 정보 단말기기 등의 모니터에 주로 이용되고 있으나, CRT의 자체 무게와 크기로 인해 전자 제품의 소형화, 경량화의 요구에 적극적으로 대응할 수 없었다.

따라서 각종 전자제품의 소형, 경량화되는 추세에서 CRT는 무게나 크기 등에 있어서 일정한 한계를 가지고 있으며 이를 대체할 것으로 예상되는 것으로, 전계 광학적인 효과를 이용한 액정표시장치(LCD ; Liquid Crystal Display), 가스방전을 이용한 플라즈마 표시소자(PDP ; Plasma Display Panel) 및 전계 발광 효과를 이용한 EL 표시소자(ELD ; Electro Luminescence Display) 등이 있으며, 그 중에서 액정표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이러한, CRT를 대체하기 위해서 소형, 경량화 및 저소비전력 등의 장점을 갖는 액정표시장치는, 최근에 평판 표시장치로서의 역할을 충분히 수행할 수 있을 정도로 개발되어 랩탑형 컴퓨터의 모니터뿐만 아니라 데스크탑형 컴퓨터의 모니터 및 대형정보 표시장치 등에 사용되고 있어 액정표시장치의 수요는 계속적으로 증가되고 있는 실정이다.

한편, 액정표시장치는 사용하는 광원에 따라 투과형(transmission type)과 반사형(reflection type)으로 나눌 수 있으며, 상기 투과형 액정표시장치는 액정패널의 뒷면에 부착된 배면광원인 백라이트(back-light)로부터 나오는 인위적인 빛을 액정에 입사시켜 액정의 배열에 따라 빛의 양을 조절하여 색을 표시하는 형태이다.

따라서, 상기 투과형 액정표시장치는 인위적인 배면광원을 사용하므로 전력소비(power consumption)가 큰 단점이 있는 반면, 반사형 액정표시장치는 빛의 대부분을 외부의 자연광이나 인조광원에 의존하는 구조를 하고 있으므로, 상기 투과형 액정표시장치에 비해 소비전력이 적다. 그러나, 상기 반사형 액정표시장치는 어두운 장소나, 날씨가 흐릴 경우에는 외부광을 이용할 수 없다는 제약이 있다.

따라서, 상기 두 가지 모드를 필요한 상황에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있는 장치의 필요성으로, 반사 및 투과겸용 액정표시장치가 제안되고 있다.

이하, 도면을 참조하여 종래의 반사투과형 액정표시장치를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 반사투과형 컬러 액정표시장치를 도시한 분해 사시도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 일반적인 반사투과형 액정표시장치(11)는 블랙매트릭스(16)를 포함하는 컬러필터(17)와 컬러필터 상에 투명한 공통전극(13)이 형성된 상부기판(15)과, 화소영역(P)과 화소영역에 투과부(A)와 반사부(C)가 동시에 형성된 화소전극(19)과 스위칭소자(T)와 어레이 배선이 형성된 하부기판(21)으로 구 성되며, 상기 상부기판(15)과 하부기판(21) 사이에는 액정(23)이 충진되어 있다.

상기 하부기판(21)은 TFT 어레이기판이라고도 하며, 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T)가 매트릭스 형태(matrix type)로 위치하고, 이러한 다수의 박막트랜지스터를 교차하여 지나가는 게이트배선(25)과 데이터배선(27)이 형성된다.

이때, 상기 화소영역(P)은 상기 게이트배선(25)과 데이터배선(27)이 교차하여 정의되는 영역이다.

이와 같은 구성을 갖는 반사투과형 액정표시장치의 동작특성을 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 종래의 반사투과형 액정표시장치를 도시한 단면도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 개략적인 반사투과형 액정표시장치(11)는 공통전극(13)이 형성된 상부기판(15)과, 투과홀(A)을 포함한 반사전극(19b)과 투과전극(19a)으로 구성된 화소전극(19)이 형성된 하부기판(21)과, 상기 상부기판(15)과 하부기판(21)의 사이에 충진된 액정(23)과, 상기 하부기판(21)의 하부에 위치한 백 라이트(41)로 구성된다.

한편, 상기 화소전극(19)은 투명전극(19a)과 반사전극(19b)으로 구분되고, 상기 투명전극(19a)과 반사전극(19b)의 사이에는 보호막(20)이 형성되어 있다.

이러한 구성을 갖는 반사투과형 액정표시장치(11)를 반사모드(reflective mode)로 사용할 경우에는 빛의 대부분을 외부의 자연 광원을 사용하게 된다.

전술한 구성을 참조로 반사 모드일 때와 투과 모드일 때의 액정표시장치의 동작을 설명한다.

반사모드일 경우, 액정표시장치는 외부의 자연광원을 사용하게 되며, 상기 액정표시장치의 상부기판(15)으로 입사된 빛(B)은 상기 반사전극(19b)에 반사되어 상기 반사전극(19b)과 상기 공통전극(13)의 전계에 의해 배열된 액정(23)을 통과하게 되고, 상기 액정(23)의 배열에 따라 액정을 통과하는 빛(B)의 양이 조절되어 이미지(image)를 구현하게 된다.

반대로, 투과모드(transmission mode)로 동작할 경우에는, 광원을 상기 하부기판(21)의 하부에 위치한 백라이트(41)의 빛(F)을 사용하게 된다. 상기 백라이트(41)로부터 출사한 빛은 상기 투명전극(19a)을 통해 상기 액정(23)에 입사하게 되며, 상기 투과홀 하부의 투명전극(19a)과 상기 공통전극(13)의 전계에 의해 배열된 액정(23)에 의해 상기 백라이트(41)로부터 입사한 빛의 양을 조절하여 이미지를 구현하게 된다.

그러나 상기와 같은 종래의 반사투과형 액정표시장치는 투과모드시 백라이트 를 통해 반사부의 반사전극 뒤로 입사되는 광원은 백라이트내의 반사 반복으로 인하여 소광되어 광원을 효율적으로 사용하지 못하여 휘도가 떨어진다는 문제를 가지고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 반사전극의 뒤로 입사되는 광원을 효율적으로 사용함으로써 투과부의 휘도를 향상시키도록 한 반사투과형 액정표시장치의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

삭제

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반사투과형 액정표시장치의 제조방법은 반사영역과 투과영역으로 정의된 제 1 유리기판상에 투명전극을 형성하는 단계, 상기 투명전극상의 반사영역에 반사전극을 형성하는 단계, 상기 반사전극과 대응되게 상기 제 1 유리기판의 배면에 유기 절연막을 형성하는 단계, 상기 반사영역과 대응되는 유기 절연막상에 일정한 간격을 갖는 반구형의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴 및 유기 절연막을 전면 식각하여 형성하여 복수개의 요철로 이루어진 마이크로렌즈를 형성하는 단계, 상기 제 1 유리기판과 일정한 갭을 갖도록 공통전극이 형성된 제 2 유리기판을 합착하는 단계, 상기 제 1 유리기판과 제 2 유리기판 사이에 액정을 주입하는 단계, 상기 마이크로렌즈가 형성된 제 1 유리기판의 배면에 백라이트를 형성하는 단계를 포함하여 형성하고, 상기 마이크로렌즈는 상기 반사영역과 대응되는 제 1 유리기판의 배면을 표면으로부터 소정깊이를 갖도록 선택적으로 제거하여 형성하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 의한 반사투과형 액정표시장치를 나타낸 단면도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 화소영역이 투과영역과 반사영역으로 정의된 하부 기판(101)상에 형성되는 투명전극(102)과, 상기 하부기판(101)의 반사영역에 형성되는 보호막(103)과, 상기 보호막(103)상에 형성되는 반사전극(104)과, 상기 하부기판(101)과 일정한 갭을 갖고 형성되는 상부기판(201)과, 상기 상부기판(201)상에 형성되는 공통전극(202)과, 상기 반사전극(104)과 대응되게 상기 하부기판(101)의 배면에 형성되는 마이크로렌즈(106)와, 상기 하부기판(101)과 상부기판(201) 사이에 형성되는 액정(300)과, 상기 마이크로렌즈(106)가 형성된 하부기판(101)의 배면에 배치되어 광원을 조사하는 백라이트(400)를 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기 투명전극(102)은 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)가 포함되는 투명 도전성 금속그룹 중 하나로 이루어져 있다.

또한, 상기 반사전극(104)은 저항이 작고 반사율이 뛰어난 알루미늄(Al)계열 또는 그와 유사한 특성을 가지는 불투명 도전성 금속으로 이루어져 있다.

또한, 상기 마이크로렌즈(106)는 상기 반사영역에 대응되는 부분에 굴절율이 서로 다른 광반응성 폴리이미드로 이루어져 있다.

여기서, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 하부기판(TFT 어레이 기판)(101)에는 일정 간격을 갖고 일 방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과, 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호를 상기 각 화소전극에 전달하는 복수개의 박 막트랜지스터로 구성된다.

그리고 상기 상부기판(칼라필터 어레이 기판)(201)에는 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층과, 칼라 색상을 표현하기 위한 R, G, B 칼라 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성된다.

상기와 같은 상부기판(201)과 하부기판(101)은 스페이서(spacer)에 의해 일정 공간을 갖고 액정 주입구를 갖는 실(seal)재에 의해 합착되어 상기 두 기판 사이에 액정(300)이 주입된다.

또한, 상기 백 라이트(400)는 액정표시장치의 대부분은 외부에서 들어오는 광원의 양을 조절하여 화상을 표시하는 수광성 소자이기 때문에 액정패널에 광을 조사하기 위한 것으로서, 램프 유닛이 설치되는 위치에 따라 에지방식과 직하방식으로 구분된다.

먼저, 에지방식의 백라이트 유닛은 빛을 안내하는 도광판의 측면에 램프 유닛이 설치되는 것으로, 램프 유닛은 빛을 발산하는 램프, 램프의 양단에 삽입되어 램프를 보호하는 램프 홀더 및 램프의 외주면을 감싸고 일측면이 도광판의 측면에 끼워져 램프에서 발산된 빛을 도광판 쪽으로 반사시켜 주는 램프 반사판을 구비한다.

그리고, 직하방식의 백라이트 유닛은 액정표시장치의 크기가 20인치 이상으로 대형화되기 시작하면서 중점적으로 개발되기 시작한 것으로, 확산판의 하부면에 복수개의 램프를 일렬로 배열시켜 액정패널의 전면으로 빛을 직접 조광하는 것이다.

또한, 상기 상부기판(201)과 하부기판(101)의 배면에는 각각 제 1, 제 2 편광판(도시되지 않음)이 부착되어 있다.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 의한 반사투과형 액정표시장치의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.

도 4a에 도시한 바와 같이, 화소영역이 반사영역과 투과영역으로 정의된 투명한 유리 재질로 이루어진 하부기판(101)상에 투명한 금속물질을 증착하고 선택적으로 제거하여 투명전극(102)을 형성하고, 상기 투명전극(102)을 포함한 하부기판(101)의 전면에 보호막(103) 및 반사전극용 금속물질을 차례로 증착한다.

여기서, 상기 하부기판(101)에는 일정 간격을 갖고 일방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 각 화소영역에 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호를 상기 각 화소전극에 전달하는 복수개의 박막트랜지스터가 구비되어 있다.

또한, 상기 투명전극(102)은 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되어 있다.

이어, 포토 및 식각 공정을 통해 상기 반사전극용 금속물질 및 보호막(103)을 선택적으로 제거하여 투과홀(105) 및 반사전극(104)을 형성한다.

한편, 화소전극은 투명전극(102)과 반사전극(104)으로 구분되고, 상기 투명전극(102)과 반사전극(104)의 사이에는 보호막(103)이 형성되어 있다.

여기서 상기 투명전극(102)과 반사전극(104) 사이에 보호막(103)을 구성함으로써 투과부와 반사부의 셀 갭을 다르게 구성할 수 있다.

도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 하부기판(101)의 배면에 광반응성 폴리이미드(photosensitive Polyimide)를 도포한다.

여기서, 상기 광반응성 폴리이미드(photosensitive Polyimide)는 자외선 조사 여부에 따라서 굴절율에 차이가 발생하는 모든 광반응성 물질로 대체 가능하다.

이어, 상기 광반응성 폴리이미드를 선택적으로 패터닝한 후 열처리하여 상기 반사영역에 대응된 하부기판(101)의 배면에만 일정한 간격을 갖는 복수개의 마이크로렌즈(106)를 형성한다.

도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 마이크로렌즈(106)가 형성된 하부기판(101)과 칼라필터 어레이가 구비된 상부기판(201)을 일정한 갭을 갖도록 합착한다.

여기서, 상기 상부기판(201)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층과, 칼라 색상을 표현하기 위한 R, G, B 칼라 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통전극(202)이 형성되어 있다.

그리고 상기 합착된 하부기판(101)과 상부기판(201) 사이에 광학적 이방성을 갖는 액정(300)을 형성한다.

여기서, 상기 액정(300)은 상부기판(201)과 하부기판(101)에 대해 수평배열 하는 호모지니어스 액정(homogeneous LC) 또는 트위스트 네마틱액정(TN : twisted nematic), ECB 액정 중에서 어느 하나를 사용할 수 있다.

도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 마이크로렌즈(106)가 형성된 하부기판(101) 의 배면에 백라이트(400)를 조립한다.

한편, 상기 하부기판(101)과 상부기판(201)의 배면에 각각 편광판(도시되지 않음)을 부착할 수도 있다.

따라서 본 발명에 의한 반사투과형 액정표시장치는 하부기판(101)의 반사영역과 대응된 배면에 마이크로렌즈(106)를 선택적으로 형성함으로써, 종래의 반사투과형 액정표시장치에서 반사전극(104)의 입사되는 백라이트(400)의 광원(F)을 투과영역쪽으로 경로를 변경해 줄 수 있으므로 손실되는 광을 최소화시킬 수 있다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 반사투과형 액정표시장치에서 마이크로렌즈의 형성방법을 나타낸 공정단면도이다.

도 5a에 도시한 바와 같이, 하부기판(101)의 전면에 유기 절연막(106a)을 형성한다.

여기서 상기 유기 절연막(106a)은 포토 아크릴 수지, 폴리이미드, BCB(Benzo Cyclo Butene) 중에서 어느 하나를 사용할 수 있고, 그 두께는 1 ~ 5㎛로 형성한다.

도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 유기 절연막(106a)상에 포토레지스트를 도포한다.

이어, 노광 및 현상공정으로 상기 포토레지스트를 패터닝하여 반구형의 포토레지스트 패턴(106b)을 형성한다.

도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 포토레지스트 패턴(106b)을 포함한 하부 기판(101)의 전면 식각을 통해 상기 포토레지스트 패턴(106b)을 전사(轉寫)시킴과 동 시에 상기 유기 절연막(106a)을 선택적으로 제거하여 반사영역에 대응된 하부기판(101)에 복수개의 요철로 이루어진 마이크로렌즈(106)를 형성한다.

여기서 상기 전면 식각은 SF₆ + O₂ + He 가스를 이용하여 실시한다.

한편, 상기 마이크로렌즈(106)는 건식 식각을 통해 형성되는데, 상기 전면 식각을 통해 포토레지스트 패턴(106b)이 제거되면서 포토레지스트 패턴(106b)이 형성되어 있던 영역 하부의 유기 절연막(106a)은 볼록한 형상을 갖게 된다.

그 밖에도 상기 반사영역과 대응되는 하부기판(101)의 배면을 선택적으로 제거하여 복수개의 요철을 형성하여 마이크로렌즈(106)의 기능을 할 수도 있다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 반사투과형 액정표시장치에서 마이크로렌즈를 나타낸 측면도 및 정면도이다.

도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이, 반사영역과 대응되게 하부기판(101)의 배면에 형성되는 상기 마이크로렌즈(106)는 구형 또는 타원 형태로 이루어지고, 상기 마이크로렌즈(106)의 X축(a) 및 Y축(b)에 따른 반경은 서로 동일하거나 다를 수 있다.

도 7은 본 발명의 반사투과형 액정표시장치에서 마이크로렌즈의 여러 형태를 나타낸 도면이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 반사영역과 대응되어 하부기판(106)의 배면에 형성되는 마이크로렌즈(106)는 일정한 크기를 갖는 반구형의 형태(a), 또는 서로 다른 크기를 갖는 반구형의 형태(b 내지 d)로 구성할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 반사투과형 액정표시장치의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 반사부와 대응되게 하부기판의 배면에 마이크로 렌즈를 형성하여 반사부에 사용되지 않는 백라이트의 광원을 투과부로 유도시킴으로써 투과부를 통해 입사되는 광원의 입광량을 증가시키어 투과부의 휘도를 상승시킬 수 있다.

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 반사영역과 투과영역으로 정의된 제 1 유리기판상에 투명전극을 형성하는 단계;

   상기 투명전극상의 반사영역에 반사전극을 형성하는 단계;

   상기 반사전극과 대응되게 상기 제 1 유리기판의 배면에 유기 절연막을 형성하는 단계;

   상기 반사영역과 대응되는 유기 절연막상에 일정한 간격을 갖는 반구형의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 포토레지스트 패턴 및 유기 절연막을 전면 식각하여 형성하여 복수개의 요철로 이루어진 마이크로렌즈를 형성하는 단계;

   상기 제 1 유리기판과 일정한 갭을 갖도록 공통전극이 형성된 제 2 유리기판을 합착하는 단계;

   상기 제 1 유리기판과 제 2 유리기판 사이에 액정을 주입하는 단계;

   상기 마이크로렌즈가 형성된 제 1 유리기판의 배면에 백라이트를 형성하는 단계를 포함하여 형성하고,

   상기 마이크로렌즈는 상기 반사영역과 대응되는 제 1 유리기판의 배면을 표면으로부터 소정깊이를 갖도록 선택적으로 제거하여 형성하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
6. 삭제
7. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 유리기판과 상기 제 2 유리기판의 배면에 각각 제 1, 제 2 편광판을 부착하는 단계를 더 포함하여 형성함을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 5 항에 있어서, 상기 액정은 제 1 유리기판과 제 2 유리기판에 대해 수평배열 하는 호모지니어스 액정 또는 트위스트 네마틱 액정, ECB 액정 중에서 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.

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