KR101778297B1 - 위상지연층을 구비하는 액정표시장치 및 상기 위상지연층 형성방법 - Google Patents

위상지연층을 구비하는 액정표시장치 및 상기 위상지연층 형성방법 Download PDF

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Abstract

위상지연층을 구비하는 액정표시장치 및 위상지연층 제조방법을 제공한다. 액정표시장치를 제공한다. 상기 액정표시장치는 하부 기판 및 상부 기판을 구비한다. 상기 하부 기판은 하부 베이스 기판, 상기 하부 베이스 기판의 상부면 상에 위치하는 박막트랜지스터, 상기 박막트랜지스터에 전기적으로 연결된 화소 전극을 구비한다. 상기 상부 기판은 상부 베이스 기판의 하부면 상에 배치되고 상기 화소 전극에 대향하는 대향 전극을 구비한다. 상기 화소 전극과 상기 대향 전극 사이에 액정층이 위치한다. 상기 액정표시장치의 광경로 상에 위상지연층이 배치된다. 상기 위상지연층은 표면 내에 형성된 요부와 상기 요부에 의해 정의된 철부를 갖는 광학층, 및 상기 요부를 채우는 위상지연패턴을 구비한다.

Description

위상지연층을 구비하는 액정표시장치 및 상기 위상지연층 형성방법 {Liquid crystal display device including phase retardation layer, and method for fabricating the phase retardation layer}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 평판 표시 장치의 한 종류로서, 얇고, 가벼우며, 소비전력이 낮은 장점으로 인해 다른 평판 표시 장치에 비해 널리 사용되고 있다.
이러한 액정 표시 장치에서 편광 변환, 광경로 보상, 및 색 이동 현상 보완등을 위해 위상지연층을 사용할 수 있다. 그러나, 기존의 위상지연층은 제조공정이 다소 복잡할 수 있고, 또한 표면에 단차가 발생할 수 있어 광학특성의 불균일을 초래할 수 있는 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 표면 단차가 크게 저감된 위상지연층을 구비하는 액정표시장치 및 상기 위상지연층의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 액정표시장치를 제공한다. 상기 액정표시장치는 하부 기판 및 상부 기판을 구비한다. 상기 하부 기판은 하부 베이스 기판, 상기 하부 베이스 기판의 상부면 상에 위치하는 박막트랜지스터, 상기 박막트랜지스터에 전기적으로 연결된 화소 전극을 구비한다. 상기 상부 기판은 상부 베이스 기판의 하부면 상에 배치되고 상기 화소 전극에 대향하는 대향 전극을 구비한다. 상기 화소 전극과 상기 대향 전극 사이에 액정층이 위치한다. 상기 액정표시장치의 광경로 상에 위상지연층이 배치된다. 상기 위상지연층은 표면 내에 형성된 요부와 상기 요부에 의해 정의된 철부를 갖는 광학층, 및 상기 요부를 채우는 위상지연패턴을 구비한다.
상기 광학층은 광학적 등방성 물질층일 수 있다. 상기 위상지연패턴은 액정 고분자(liquid crystalline polymer)를 함유할 수 있다.
상기 광학층은 상기 하부 베이스 기판 또는 상기 상부 베이스 기판일 수 있다. 이와는 달리, 상기 위상지연층은 상기 하부 베이스 기판의 하부면 또는 상기 상부 베이스 기판의 상부면에 인접하여 배치된 별도의 층일 수 있다.
상기 액정표시장치는 좌안용 이미지를 표시하는 제1 화소 그룹과, 우안용 이미지를 표시하는 제2 화소 그룹을 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 위상지연패턴은 상기 제1 및 제2 화소 그룹들 중 어느 하나의 그룹에 위치하고, 상기 광학층의 철부는 상기 제1 및 제2 화소 그룹들 중 나머지 하나 의 그룹에 위치할 수 있다.
상기 액정표시장치는 복수개의 화소들을 구비하고, 상기 각 화소는 광반사영역과 광투과영역을 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 위상지연패턴은 상기 광반사영역과 상기 광투과영역 중 어느 하나에 위치하고, 상기 광학층의 철부는 상기 광반사영역과 상기 광투과영역 중 나머지 하나에 위치할 수 있다.
상기 액정표시장치는 적색 화소, 청색 화소, 및 녹색 화소를 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 위상지연패턴은 상기 각 화소 내에 위치하되, 상기 적색 화소 내에 위치한 위상지연패턴의 두께는 상기 녹색 화소 내에 위치한 위상지연패턴의 두께에 비해 크고, 상기 녹색 화소 내에 위치한 위상지연패턴의 두께는 상기 청색 화소 내에 위치한 위상지연패턴의 두께에 비해 클 수 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 위상지연층의 제조방법을 제공한다. 먼저, 광학층의 표면 내에 요부를 형성하여 철부를 정의한다. 상기 요부를 채우는 위상지연패턴을 형성한다.
상기 위상지연패턴을 형성하기 전에, 상기 요부의 바닥면을 배향처리할 수 있다. 상기 위상지연패턴을 형성하는 단계는 상기 배향처리된 요부 내에 액정 고분자층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 액정 고분자층을 형성하는 단계는 상기 배향처리된 요부 내에 반응성 메조겐층을 형성하는 단계와 상기 반응성 메조겐층을 중합시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 위상지연패턴은 광학층의 표면 내에 형성된 요부를 채우고, 상기 위상지연패턴의 두께 조절은 상기 요부의 두께 조절에 의해 이루어질 수 있으므로, 상기 위상지연패턴의 상부면은 철부의 상부면과 실질적으로 동일 레벨에 위치할 수 있다. 따라서, 상기 위상지연패턴으로 인해 단차가 발생하지 않을 수 있다. 이 경우, 광학특성 불균일이 발생할 확률이 감소하므로 화질이 개선될 수 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1h는 본 발명의 실시예들에 따른 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도들이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상지연층 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예들에 따른 위상지연층의 요부의 단면 형상을 나타낸 단면도들이다.
도 3e 내지 도 3f는 본 발명의 실시예들에 따른 위상지연층의 요부의 상면 형상을 나타낸 상면도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 하부 기판을 나타낸 레이아웃도이다.
도 5는 도 4의 절단선 I-I'를 따라 취해진 단면과 이에 대응하는 상부 기판의 단면을 함께 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 하부 기판을 나타낸 레이아웃도이다.
도 7은 도 6의 절단선 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 취해진 단면과 이에 대응하는 상부 기판의 단면을 함께 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 단면을 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 실시예들에서 "하부"와 "상부"는 편의를 위해 붙여진 용어로서, 서로 바뀔 수도 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 액정표시장치는 하부 기판(100), 상부 기판(200), 상기 상부 및 하부 기판들(100, 200) 사이에 위치하는 액정층(300)을 포함한다.
상기 하부 기판(100)은 하부 베이스 기판(101)을 포함한다. 상기 하부 베이스 기판(101)은 광투과 기판으로서, 유리 기판일 수 있다. 상기 하부 베이스 기판(101)의 상부면 상에 박막트랜지스터(미도시)를 형성할 수 있다. 상기 박막트랜지스터 상에 상기 박막트랜지스터를 덮는 층간절연막(105)을 형성할 수 있다. 상기 층간절연막(105)은 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 등의 무기 절연막, 수지 등의 유기 절연막, 또는 이들의 다중층일 수 있다.
상기 층간절연막(105) 상에 화소 전극(140)을 형성할 수 있다. 상기 화소 전극(140)은 상기 층간절연막(105)를 관통하여 상기 박막트랜지스터에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 화소 전극(140)은 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명한 도전막일 수 있다. 상기 화소 전극(140) 상에 하부 배향막(150)을 형성할 수 있다.
상기 상부 기판(200)은 상부 베이스 기판(201)을 포함한다. 상기 상부 베이스 기판(201)은 광투과 기판으로서, 유리 기판일 수 있다. 상기 상부 베이스 기판(201)의 하부면 상에 차광 패턴들(미도시) 및 칼라 필터들(미도시)을 형성할 수 있다. 상기 칼라 필터들 상에 보호막(205)을 형성할 수 있다. 상기 보호막(205)은 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 등의 무기 절연막, 수지 등의 유기 절연막, 또는 이들의 다중층일 수 있다.
상기 보호막(205) 상에 대향 전극(240)을 형성할 수 있다. 상기 대향 전극(240) 또한 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명한 도전막일 수 있다. 상기 대향 전극(240) 상에 상부 배향막(250)을 형성할 수 있다. 상기 상부 배향막(250)과 상기 하부 배향막(150)은 서로에 관계없이 폴리 아믹산(poly-amic acid), 폴리 이미드(poly-imide), 레시틴(lecithin), 나일론(nylon), 또는 PVA(polyvinylalcohol)를 사용하여 형성될 수 있다. 또한 상기 상부 배향막(250)과 상기 하부 배향막(150)은 서로에 관게없이 물리적 러빙법, 광배향법 또는 그루브 패터닝법에 의해 배향된 막일 수 있으며, 방위각 및/또는 선경사를 가져 액정을 정렬시킬 수 있다. 상기 상부 배향막(250)과 상기 하부 배향막(150)은 서로에 관계없이 수평배향막, 수직배향막 또는 이들의 이중층일 수 있다. 또한, 복수 개의 도메인을 형성하는 경우에, 각 도메인 별로 액정에 부여하는 방위각을 달리할 수 있으며, 또한, 상기 복수 개의 도메인에서 수직배향막과 수평배향막의 조합을 달리하여 각 도메인 별로 액정에 부여하는 선경사를 달리할 수 있다. 이 경우, 멀티 도메인 구조를 실현할 수 있다.
상기 하부 베이스 기판(101)의 하부면에 인접하여 하부 편광 필름(410)이 배치될 수 있고, 상기 상부 베이스 기판(201)의 상부면에 인접하여 상부 편광 필름(420)이 배치될 수 있다. 상기 하부 편광 필름(410)과 상기 상부 편광 필름(420)은 투과축이 서로 직교하도록 배치될 수 있다.
상기 하부 편광 필름(410)의 하부에 백라이트 유닛(500)이 배치될 수 있다.
상기 하부 베이스 기판(101)은 그의 상부 표면 내에 요부(cc)와 상기 요부(cc)에 의해 정의된 철부(cv)를 구비할 수 있다. 상기 하부 베이스 기판(101)은 앞서 설명한 바와 같이 광투과 기판이면서 광학적 등방성 물질층일 수 있다. 앞서 설명한 유리기판의 경우 광학적 등방성 물질층이다. 상기 요부(cc)를 채우는 위상지연패턴(RT)이 제공될 수 있다. 상기 위상지연패턴(RT)은 액정 고분자(liquid crystalline polymer)를 함유할 수 있다. 상기 액정 고분자는 반응성 메조겐을 중합하여 형성한 것으로서, 광학적 이방성을 가질 수 있다.
상부 표면 내에 상기 요부(cc)와 상기 철부(cv)를 구비하는 상기 하부 베이스 기판(101)과, 상기 위상지연패턴(RT)은 위상지연층을 구성할 수 있다. 이러한 위상지연층은 상기 백라이트 유닛(500)으로부터 방출된 광의 진행 경로 상에 위치하며, 상기 위상지연패턴(RT)을 통과한 제1광(L1)과 상기 철부(cv)를 통과한 제2광(L2)은 하기 수학식을 만족하는 광경로차를 나타낼 수 있다.
[수학식]
Λ = dΔn
상기 수학식에서, Λ는 제1광(L1)과 제2광(L2) 사이의 광경로차, d는 상기 위상지연패턴(R)의 두께, Δn은 상기 위상지연패턴(R) 예를 들어 상기 액정 고분자의 광학적 이방성 또는 굴절율 이방성 값이다.
상기 위상지연패턴(RT)은 상기 요부(cc)를 채우고, 상기 위상지연패턴(RT)의 두께 조절은 상기 요부(cc)의 두께 조절에 의해 이루어질 수 있으므로, 상기 위상지연패턴(RT)의 상부면이 상기 철부(cv)의 상부면과 실질적으로 동일 레벨에 위치할 수 있다. 따라서, 상기 위상지연패턴(RT)으로 인해 단차가 발생하지 않을 수 있다. 이 경우, 광학특성 불균일이 발생할 확률이 감소하므로 화질이 개선될 수 있다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 액정표시장치는 후술하는 것을 제외하고는 도 1a를 참조하여 설명한 액정표시장치와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 하부 베이스 기판(101)은 그의 하부 표면 내에 요부(cc)와 상기 요부(cc)에 의해 정의된 철부(cv)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 하부 베이스 기판(101)과 상기 요부(cc)를 채우는 위상지연패턴(RT)은 위상지연층을 구성할 수 있다.
도 1c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 액정표시장치는 후술하는 것을 제외하고는 도 1a를 참조하여 설명한 액정표시장치와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 1c를 참조하면, 하부 기판(100) 내에 구비된 층간절연막(105)은 그의 상부 표면 내에 요부(cc)와 상기 요부(cc)에 의해 정의된 철부(cv)를 구비할 수 있다. 상기 층간절연막(105)은 광투과 절연막으로서 광학적 등방성 물질층일 수 있다. 앞서 설명한 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 등의 무기 절연막, 수지 등의 유기 절연막의 경우 광학적 등방성 물질층이다. 또한, 상기 층간절연막(105)과 상기 요부(cc)를 채우는 위상지연패턴(RT)은 위상지연층을 구성할 수 있다.
도 1d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 액정표시장치는 후술하는 것을 제외하고는 도 1a를 참조하여 설명한 액정표시장치와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 1d를 참조하면, 상부 베이스 기판(201)은 그의 하부 표면 내에 요부(cc)와 상기 요부(cc)에 의해 정의된 철부(cv)를 구비할 수 있다. 상기 상부 베이스 기판(201)은 앞서 설명한 바와 같이 광투과 기판이면서 광학적 등방성 물질층일 수 있다. 앞서 설명한 유리기판의 경우 광학적 등방성 물질층이다. 또한, 상기 상부 베이스 기판(201)과 상기 요부(cc)를 채우는 위상지연패턴(RT)은 위상지연층을 구성할 수 있다.
도 1e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 액정표시장치는 후술하는 것을 제외하고는 도 1a를 참조하여 설명한 액정표시장치와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 1e를 참조하면, 상부 베이스 기판(201)은 그의 상부 표면 내에 요부(cc)와 상기 요부(cc)에 의해 정의된 철부(cv)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 상부 베이스 기판(201)과 상기 요부(cc)를 채우는 위상지연패턴(RT)은 위상지연층을 구성할 수 있다.
도 1f는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 액정표시장치는 후술하는 것을 제외하고는 도 1a를 참조하여 설명한 액정표시장치와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 1f를 참조하면, 하부 기판(200) 내에 구비된 보호막(205)은 그의 표면 내에 요부(cc)와 상기 요부(cc)에 의해 정의된 철부(cv)를 구비할 수 있다. 상기 보호막(205)은 광투과 절연막으로서 광학적 등방성 물질층일 수 있다. 앞서 설명한 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 등의 무기 절연막, 수지 등의 유기 절연막의 경우 광학적 등방성 물질층이다. 또한, 상기 보호막(205)과 상기 요부(cc)를 채우는 위상지연패턴(RT)은 위상지연층을 구성할 수 있다.
도 1g는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 액정표시장치는 후술하는 것을 제외하고는 도 1a를 참조하여 설명한 액정표시장치와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 1g를 참조하면, 하부 베이스 기판(101)의 하부면과 상기 하부 편광 필름(410) 사이에 별도의 위상지연층이 배치될 수 있다. 상기 위상지연층은 광투과 기판이면서 광학적 등방성 물질층인 광학층(600)과 위상지연패턴(RT)을 구비할 수 있다. 상기 광학층(600)은 그의 상부 표면 또는 하부 표면 내에 요부(cc)와 상기 요부(cc)에 의해 정의된 철부(cv)를 구비할 수 있으며, 상기 위상지연패턴(RT)은 상기 요부(cc)를 채울 수 있다.
도 1h는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 액정표시장치는 후술하는 것을 제외하고는 도 1a를 참조하여 설명한 액정표시장치와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 1h를 참조하면, 상부 베이스 기판(201)의 상부면과 상기 상부 편광 필름(420) 사이에 별도의 위상지연층이 배치될 수 있다. 상기 위상지연층은 광투과 기판이면서 광학적 등방성 물질층인 광학층(700)과 위상지연패턴(RT)을 구비할 수 있다. 상기 광학층(700)은 그의 상부 표면 또는 하부 표면 내에 요부(cc)와 상기 요부(cc)에 의해 정의된 철부(cv)를 구비할 수 있으며, 상기 위상지연패턴(RT)은 상기 요부(cc)를 채울 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상지연층 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 2a를 참조하면, 광학층(OL)이 제공된다. 상기 광학층(OL)은 광학적 등방성 물질층(optically isotropic material layer)일 수 있고, 구체적으로는 도 1a, 도 1b, 도 1d, 도 1e, 도 1g 및 도 1h를 참조하여 설명한 실시예들에서와 같이 유리 기판일 수 있고, 또는 도 1c 및 도 1f를 참조하여 설명한 실시예들에서와 같이 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 또는 유기절연막 등의 절연층일 수 있다.
상기 광학층(OL) 내에 요부(cc)를 형성한다. 상기 요부(cc)를 형성할 때, 철부(cv)가 정의될 수 있다. 상기 요부(cc)는 포토리소그라피법 및 식각법, 몰딩법, 또는 팁을 사용한 스크래치법을 사용하여 형성할 수 있다.
상기 요부(cc)의 단면 형태를 직사각형으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 도 3a 내지 도 3d에 나타낸 바와 같이 측벽의 적어도 일부에 기울기가 있는 형태일 수 있다. 구체적으로, 상기 요부(cc)의 단면 형태는 도 3a에 나타낸 바와 같이 원형일 수 있고, 도 3b에 나타낸 바와 같이 양측 측벽이 기울어진 형태 예를 들어 삼각형 형태일 수 있고, 도 3c에 나타낸 바와 같이 양측 측벽의 일부가 기울어진 즉, 테이퍼진 형태일 수 있고, 도 3d에 나타낸 바와 같이 양측 측벽들 중 하나만 기울어진 형태일 수 있다. 또한, 상기 요부(cc)의 상면 형태는 도 3e에 나타낸 바와 같이 스트라이프 형태, 또는 도 3f에 나타낸 바와 같이 아일랜드 형태일 수 있다.
다시 도 2a를 참조하면, 상기 요부(cc)의 바닥면을 배향처리할 수 있다. 구체적으로, 상기 요부(cc)의 바닥면 상에 배향층(미도시)을 형성한 후, 물리적 러빙법, 광배향법 또는 그루브 패터닝법, 특히 광배향법을 사용하여 배향시킬 수 있다.
도 2b를 참조하면, 상기 요부(cc)가 형성된 광학층(OL) 상에 액정 고분자층(liquid crystalline polymer layer; LCP)를 형성할 수 있다. 상기 액정 고분자층(LCP)은 상기 요부(cc)가 형성된 광학층(OL) 상에 반응성 메소겐(reactive mesogen)층을 형성한 후, 상기 반응성 메소겐층을 중합하여 형성할 수 있다.
상기 반응성 메소겐은 액정성을 나타내는 모노머 또는 올리고머인 메소겐과 이에 결합된 중합가능한 말단기들을 함유할 수 있다. 막대 모양 또는 판모양을 가진 메소겐은, "캘라미틱(calamitic)" 메소겐일 수 있고, 디스크 모양을 가진 메소겐은 또한 "디스코틱" 메소겐일 수 있다.
상기 반응성 메소겐층은 상기 반응성 메소겐을 적절한 용제 내에 분산시킨 반응성 메소겐과 용제의 혼합물을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 용제는 PGMEA (propylene glycol methyl ether acetate) 또는 톨루엔(toluene), 크실렌(xylene)과 같은 방향족 용제일 수 있다. 상기 반응성 메소겐층을 형성하기 위한 반응성 메소겐과 용제의 혼합물에는 중합 개시제가 더 함유될 수 있다. 상기 중합 개시제는 메틸에틸케톤퍼록시드 이외에, 예를 들면 벤조일퍼록시드, 큐멘히드로퍼록시드, t-부틸퍼옥토에이트, 디큐밀퍼록시드나, 벤조일알킬에테르계, 아세토페논계, 벤조페논계, 크산톤계 벤조인에테르계, 벤질케탈계의 중합 개시제일 수 있다.
상기 반응성 메소겐층 내의 메소겐은 상기 배향막에 부여된 방위각 및/또는 선경사각에 따라 정렬될 수 있다. 이어서, 상기 광학층(OL)을 열처리함으로써, 상기 반응성 메소겐층 내의 용제를 제거할 수 있다. 그러나, 상기 용제를 제거하는 공정은 생략될 수도 있다. 상기 용제를 제거하는 공정을 생략하는 경우에, 상기 반응성 메소겐막 내의 반응성 메소겐은 상기 배향막에 부여된 방위각 및/또는 선경사각에 따라 더 잘 정렬될 수 있다.
이 후, UV 등의 광을 상기 반응성 메소겐층에 조사하여, 상기 반응성 메소겐층 내의 반응성 메소겐을 중합함으로써, 상기 액정 고분자층(LCP)을 형성할 수 있다.
도 2c를 참조하면, 상기 철부(cv) 상에 형성된 잔여 액정 고분자를 제거하여, 상기 요부(cc)를 채우는 위상지연패턴(RT)을 형성한다. 상기 잔여 액정 고분자를 제거하는 것은 에치백 등의 공정 또는 나이프 등을 사용하여 수행할 수 있다. 그 결과, 상기 위상지연패턴(RT)의 상부면은 상기 철부(cv)의 상부면과 실질적으로 동일 레벨에 위치할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 하부 기판을 나타낸 레이아웃도이다. 도 5는 도 4의 절단선 I-I'를 따라 취해진 단면과 이에 대응하는 상부 기판의 단면을 함께 나타낸 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 액정 표시 장치는 하부 기판(100), 상부 기판(200), 상기 상부 및 하부 기판들(100, 200) 사이에 위치하는 액정층(300)을 포함한다. 상기 액정 표시 장치는 풀칼라 표시장치로서, 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 및 청색 화소(B)를 포함할 수 있다.
상기 하부 기판(100)은 하부 베이스 기판(101)을 포함한다. 상기 하부 베이스 기판(101)은 광투과 기판으로서, 유리 기판일 수 있다. 상기 하부 베이스 기판(101)의 상부면 상에 일 방향으로 배열된 게이트 라인들(110)과 상기 게이트 라인들(110)에 교차하는 방향으로 배열된 데이터 라인들(130)이 배치된다. 상기 게이트 라인들(110)과 상기 데이터 라인들(130)의 교차에 의해 상기 화소들(R, G, B)이 정의될 수 있으며, 또한 상기 교차 지점에 박막트랜지스터(TFT)가 배치된다.
구체적으로, 상기 게이트 라인(110)으로부터 게이트 전극(112)이 돌출될 수 있다. 상기 게이트 전극(112) 상에 상기 게이트 전극(112)의 상부를 가로지르는 반도체층(120)이 배치될 수 있다. 상기 게이트 전극(112)과 상기 반도체층(120) 사이에 게이트 절연막(115)이 배치될 수 있다. 상기 반도체층(120)의 양단에 제1 및 제2 소오스/드레인 전극들(131, 132)이 각각 전기적으로 접속할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 소오스/드레인 전극들(131, 132) 사이에 상기 반도체층(120)이 노출될 수 있다. 상기 반도체층(120)과 상기 소오스/드레인 전극들(131, 132) 사이에 오믹 콘택 패턴들(125, 126)이 각각 개재될 수 있다. 상기 제1 소오스/드레인 전극(131)은 상기 데이터 라인(130)으로부터 돌출될 수 있다.
상기 박막트랜지스터(TFT) 상에 상기 박막트랜지스터(TFT)를 덮는 층간절연막(105)이 배치될 수 있다. 상기 층간절연막(105) 상에 화소 전극(140)이 배치될 수 있다. 상기 층간절연막(105)은 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 등의 무기 절연막, 수지 등의 유기 절연막, 또는 이들의 다중층일 수 있다. 상기 화소 전극(140)은 상기 층간절연막(105)를 관통하여 상기 제2 소오스/드레인 전극(132)에 전기적으로 접속할 수 있다. 상기 화소 전극(140)은 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명한 도전막일 수 있다. 상기 화소 전극(140) 상에 하부 배향막(150)을 형성할 수 있다.
상기 상부 기판(200)은 상부 베이스 기판(201)을 포함한다. 상기 상부 베이스 기판(201)은 광투과 기판으로서, 유리 기판일 수 있다. 상기 상부 베이스 기판(201)의 하부면 상에 상기 게이트 라인(110), 상기 데이터 라인(130) 및 상기 박막트랜지스터(TFT)가 형성된 영역에 대응하여 형성된 차광 패턴들(202)이 배치될 수 있다. 상기 차광 패턴들(202) 사이에 칼라 필터들(204)이 배치될 수 있다. 상기 적색 화소(R)에는 적색 칼라 필터가, 상기 녹색 화소(G)에는 녹색 칼라 필터가, 그리고 상기 청색 화소(B)에는 청색 칼라 필터가 배치될 수 있다.
상기 칼라 필터들(204) 상에 보호막(205)이 배치될 수 있다. 상기 보호막(205)은 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 등의 무기 절연막, 수지 등의 유기 절연막, 또는 이들의 다중층일 수 있다.
상기 보호막(205) 상에 대향 전극(240)이 배치될 수 있다. 상기 대향 전극(240) 또한 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명한 도전막일 수 있다. 상기 대향 전극(240) 상에 상부 배향막(250)이 배치될 수 있다. 상기 상부 배향막(250)과 상기 하부 배향막(150)은 서로에 관계없이 폴리 아믹산(poly-amic acid), 폴리 이미드(poly-imide), 레시틴(lecithin), 나일론(nylon), 또는 PVA(polyvinylalcohol)를 사용하여 형성될 수 있다. 또한 상기 상부 배향막(250)과 상기 하부 배향막(150)은 서로에 관게없이 물리적 러빙법, 광배향법 또는 그루브 패터닝법에 의해 배향된 막일 수 있으며, 방위각 및/또는 선경사를 가져 액정을 정렬시킬 수 있다. 상기 상부 배향막(250)과 상기 하부 배향막(150)은 서로에 관계없이 수평배향막, 수직배향막 또는 이들의 이중층일 수 있다. 또한, 복수 개의 도메인을 형성하는 경우에, 각 도메인 별로 액정에 부여하는 방위각을 달리할 수 있으며, 또한, 상기 복수 개의 도메인에서 수직배향막과 수평배향막의 조합을 달리하여 각 도메인 별로 액정에 부여하는 선경사를 달리할 수 있다. 이 경우, 멀티 도메인 구조를 실현할 수 있다.
상기 하부 베이스 기판(101)의 하부면에 인접하여 하부 편광 필름(410)이 배치될 수 있고, 상기 상부 베이스 기판(201)의 상부면에 인접하여 상부 편광 필름(420)이 배치될 수 있다. 상기 하부 편광 필름(410)과 상기 상부 편광 필름(420)은 투과축이 서로 직교하도록 배치될 수 있다.
이러한 액정표시장치의 광경로 상에, 표면 내에 형성된 요부(cc)와 상기 요부(cc)에 의해 정의되는 철부(cv)를 구비하는 광학층, 및 상기 요부(cc)를 채우는 위상지연패턴(RTR, RTG, RTB)을 구비하는 위상지연층이 배치될 수 있다. 상기 광학층은 도시된 바와 같이 상기 상부 베이스 기판(201)일 수 있고, 상기 요부(cc) 및 상기 철부(cv)는 상기 상부 베이스 기판(201)의 하부면 상에 형성될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 상기 광학층은 도 1a 내지 도 1c, 및 도 1e 내지 도 1h에 도시된 바와 같이, 다양한 위치에 배치될 수 있다. 또한, 상기 요부(cc)의 단면 형상은 도 3a 내지 도 3d에 도시된 것들 중 어느 하나로 변형될 수 있으며, 상면 형상은 도 3e 및 도 3f에 도시된 것들 중 어느 하나일 수 있다.
상기 위상지연패턴(RTR, RTG, RTB)은 상기 화소전극(140)에 대응하는 위치에 각각 형성될 수 있다. 또한, 상기 위상지연패턴(RTR, RTG, RTB)의 두께(dR, dG, dB)는 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 청색 화소(B)에 따라 서로 다르게 형성될 수 있다. 일 예로서, 상기 적색 화소(R) 내에 형성된 위상지연패턴(RTR)의 두께(dR)는 상기 녹색 화소(G) 내에 형성된 위상지연패턴(RTG)의 두께(dG)에 비해 크고, 상기 녹색 화소(G) 내에 형성된 위상지연패턴(RTG)의 두께(dG)는 상기 청색 화소(B) 내에 형성된 위상지연패턴(RTB)의 두께(dB)에 비해 클 수 있다. 일 예로서, 상기 적색 화소(R), 상기 녹색 화소(G), 및 상기 청색 화소(B)로부터 630nm, 550nm 및 430nm의 적색, 녹색, 및 청색광들(LR, LG, LB)이 추출되고 상기 위상지연패턴(RTR, RTG, RTB)의 광학 이방성 값(Δn)이 0.1일 때, 상기 위상지연패턴들(RTR, RTG, RTB)의 두께들은 3.15um, 2.75um, 2.15um로 형성될 수 있다. 이 경우, 각 화소의 파장에 적절하게 위상지연패턴의 두께를 구현할 수 있으므로, 하나의 화소에 위상지연패턴의 두께가 맞추어진 경우에 비해 색이동이 저감될 수 있다.
이와 더불어서, 상기 위상지연패턴들(RTR, RTG, RTB)은 상기 요부(cc)를 채우고, 상기 위상지연패턴들(RTR, RTG, RTB)의 두께 조절은 상기 요부(cc)의 두께 조절에 의해 이루어질 수 있으므로, 상기 위상지연패턴들(RTR, RTG, RTB)의 상부면이 상기 철부(cv)의 상부면과 실질적으로 동일 레벨에 위치할 수 있다. 따라서, 상기 위상지연패턴들(RTR, RTG, RTB)으로 인해 단차가 발생하지 않을 수 있다. 이 경우, 광학특성 불균일이 발생할 확률이 감소하므로 화질이 개선될 수 있다.
이상 상기 적색 화소(R), 상기 녹색 화소(G), 및 상기 청색 화소(B)가 스트라이프 형상으로 배열된 것을 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 적색 화소(R), 상기 녹색 화소(G), 및 상기 청색 화소(B)는 델타 배열, 또는 모자이크 배열을 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 하부 기판을 나타낸 레이아웃도이다. 도 7은 도 6의 절단선 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 취해진 단면과 이에 대응하는 상부 기판의 단면을 함께 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 액정표시장치는 후술하는 것을 제외하고는 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 액정표시장치와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 액정표시장치는 좌안용 이미지를 표시하는 제1 화소 그룹(RG1)과 우안용 이미지를 표시하는 제2 화소 그룹(RG2)을 구비할 수 있고, 각 화소 그룹은 적색 화소(R), 녹색 화소(G), 청색 화소(B)를 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 화소 그룹(RG1)과 상기 제2 화소 그룹(RG2)은 스트라이프 형상으로 교대로 배열될 수 있다.
이러한 액정표시장치의 광경로 상에, 표면 내에 형성된 요부(cc)와 상기 요부(cc)에 의해 정의되는 철부(cv)를 구비하는 광학층, 및 상기 요부(cc)를 채우는 위상지연패턴(RT)을 구비하는 위상지연층이 배치될 수 있다. 상기 광학층은 도시된 바와 같이 상기 상부 베이스 기판(201)일 수 있고, 상기 요부(cc) 및 상기 철부(cv)는 상기 상부 베이스 기판(201)의 하부면 상에 형성될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 상기 광학층은 도 1a 내지 도 1c, 및 도 1e 내지 도 1h에 도시된 바와 같이, 다양한 위치에 배치될 수 있다. 또한, 상기 요부(cc)의 단면 형상은 도 3a 내지 도 3d에 도시된 것들 중 어느 하나로 변형될 수 있으며, 상면 형상은 도 3e 및 도 3f에 도시된 것들 중 어느 하나일 수 있다.
상기 요부(cc) 및 상기 위상지연패턴(RT)은 상기 제1 화소 그룹(RG1) 내에 배치될 수 있고, 상기 철부(cv)는 상기 제2 화소 그룹(RG2) 내에 배치될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 상기 요부(cc) 및 상기 위상지연패턴(RT)은 상기 제2 화소 그룹(RG2) 내에 배치될 수 있고, 상기 철부(cv)는 상기 제1 화소 그룹(RG1) 내에 배치될 수 있다. 상기 위상지연패턴(RT)의 두께는, 안경식 3차원 디스플레이를 구현할 수 있도록, 상기 제1 화소 그룹(RG1)과 상기 제2 화소 그룹(RG2)으로부터 추출되는 광의 경로차가 λ/2 또는 λ/4가 되도록 조절할 수 있다. 구체적으로, 상기 위상지연패턴(RT)의 광학 이방성 값(Δn)이 0.1일 때, 상기 위상지연패턴(RT)의 두께는 5λ(광경로차가 λ/2일 때) 또는 2.25λ(광경로차가 λ/4일 때)로 형성될 수 있다.
이와 같이, 상기 위상지연패턴(RT)은 상기 요부(cc)를 채우고, 상기 위상지연패턴(RT)의 두께 조절은 상기 요부(cc)의 두께 조절에 의해 이루어질 수 있으므로, 상기 위상지연패턴(RT)의 상부면은 상기 철부(cv)의 상부면과 실질적으로 동일 레벨에 위치할 수 있다. 따라서, 상기 위상지연패턴(RT)으로 인해 단차가 발생하지 않을 수 있다. 이 경우, 광학특성 불균일이 발생할 확률이 감소하므로 화질이 개선될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치의 단면을 나타낸 단면도로서, 하나의 화소에 한정하여 나타낸다. 본 실시예에 따른 액정표시장치는 후술하는 것을 제외하고는 도 4 및 도 5을 참조하여 설명한 액정표시장치와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 8을 참조하면, 화소전극(140)의 일부는 투명도전막(141)의 단일막으로 형성되고, 나머지 일부는 투명도전막(141)과 반사막(142)의 이중층으로 형성될 수 있다. 상기 화소전극(140)이 상기 투명도전막(141)의 단일막으로 형성된 부분은 광투과영역을 형성할 수 있고, 상기 화소전극(140)이 상기 투명도전막(141)과 반사막(142)의 이중층으로 형성된 부분은 광반사영역을 형성할 수 있다. 이 경우, 액정표시장치는 반투과형 표시장치로 구현될 수 있다.
상기 광반사영역의 경우 입사된 전면광이 상기 반사막(142)에 의해 반사되어 외부로 추출되고(제1광, L1), 상기 광투과영역의 경우 백라이트 등의 후면광이 상기 투명도전막(141)을 투과하여 외부로 추출되므로(제2광, L2), 상기 제1광(L1)과 상기 제2광(L2)의 광경로는 서로 다르다.
한편, 이러한 액정표시장치의 광경로 상에, 표면 내에 형성된 요부(cc)와 상기 요부(cc)에 의해 정의되는 철부(cv)를 구비하는 광학층, 및 상기 요부(cc)를 채우는 위상지연패턴(RT)을 구비하는 위상지연층이 배치될 수 있다. 상기 광학층은 도시된 바와 같이 상기 상부 베이스 기판(201)일 수 있고, 상기 요부(cc) 및 상기 철부(cv)는 상기 상부 베이스 기판(201)의 하부면 상에 형성될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 상기 광학층은 도 1a 내지 도 1c, 및 도 1e 내지 도 1h에 도시된 바와 같이, 다양한 위치에 배치될 수 있다. 또한, 상기 요부(cc)의 단면 형상은 도 3a 내지 도 3d에 도시된 것들 중 어느 하나로 변형될 수 있으며, 상면 형상은 도 3e 및 도 3f에 도시된 것들 중 어느 하나일 수 있다.
상기 요부(cc) 및 상기 위상지연패턴(RT)은 상기 광투과영역 내에 배치될 수 있고, 상기 철부(cv)는 상기 광반사영역 내에 배치될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 상기 요부(cc) 및 상기 위상지연패턴(RT)은 상기 광반사영역 내에 배치될 수 있고, 상기 철부(cv)는 상기 광투과영역 내에 배치될 수 있다. 상기 위상지연패턴(RT)의 두께(d)는, 상기 제1광(L1)과 상기 제2광(L2)의 광경로 차이를 보상할 수 있을 정도로 형성될 수 있다. 따라서, 광경로 보상을 위해 상기 광반사영역과 상기 광투과영역에 액정 모드를 달리하거나, 또는 셀 갭을 달리하는 등의 복잡한 공정의 필요성이 감소될 수 있다.
또한, 상기 위상지연패턴(RT)은 상기 요부(cc)를 채우고, 상기 위상지연패턴(RT)의 두께 조절은 상기 요부(cc)의 두께 조절에 의해 이루어질 수 있으므로, 상기 위상지연패턴(RT)의 상부면은 상기 철부(cv)의 상부면과 실질적으로 동일 레벨에 위치할 수 있다. 따라서, 상기 위상지연패턴(RT)으로 인해 단차가 발생하지 않을 수 있다. 이 경우, 광학특성 불균일이 발생할 확률이 감소하므로 화질이 개선될 수 있다. 그 결과, 반투과형 액정표시장치를 간단한 공정을 통해 구현하면서도 화질의 개선을 이룰 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.

Claims (11)

  1. 하부 베이스 기판, 상기 하부 베이스 기판의 상부 표면 상에 위치하는 박막트랜지스터, 및 상기 박막트랜지스터에 전기적으로 연결된 화소 전극을 구비하는 하부 기판;
    상부 베이스 기판, 및 상기 상부 베이스 기판의 하부 표면 상에 배치되고 상기 화소 전극에 대향하는 대향 전극을 구비하는 상부 기판; 및
    상기 화소 전극과 상기 대향 전극 사이에 위치하는 액정층을 포함하되,
    상기 하부 베이스 기판의 상부 또는 하부 표면 또는 상기 상부 베이스 기판의 상부 또는 하부 표면 내에 형성된 요부, 상기 요부에 의해 정의된 철부, 및 상기 요부를 채우는 중합된 반응성 메소겐을 구비하는 위상지연패턴을 구비하고,
    상기 위상지연패턴의 상부면은 상기 철부의 상부면과 동일 레벨에 위치하는액정표시장치.
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  6. 제1항에 있어서,
    상기 액정표시장치는 좌안용 이미지를 표시하는 제1 화소 그룹과, 우안용 이미지를 표시하는 제2 화소 그룹을 구비하고,
    상기 요부 내의 위상지연패턴은 상기 제1 및 제2 화소 그룹들 중 어느 하나의 그룹에 위치하고, 상기 철부는 상기 제1 및 제2 화소 그룹들 중 나머지 하나의 그룹에 위치하는 액정표시장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 액정표시장치는 복수개의 화소들을 구비하고, 상기 각 화소는 광반사영역과 광투과영역을 구비하고,
    상기 요부 내의 위상지연패턴은 상기 광반사영역과 상기 광투과영역 중 어느 하나에 위치하고, 상기 철부는 상기 광반사영역과 상기 광투과영역 중 나머지 하나 에 위치하는 액정표시장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 액정표시장치는 적색 화소, 청색 화소, 및 녹색 화소를 구비하고,
    상기 요부 내의 위상지연패턴은 상기 각 화소 내에 위치하되, 상기 적색 화소 내에 위치한 위상지연패턴의 두께는 상기 녹색 화소 내에 위치한 위상지연패턴의 두께에 비해 크고, 상기 녹색 화소 내에 위치한 위상지연패턴의 두께는 상기 청색 화소 내에 위치한 위상지연패턴의 두께에 비해 큰 액정표시장치.
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