KR19990031146A - Liquid Crystal Display and Manufacturing Method Thereof - Google Patents

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최필모
문국철
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윤종용
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Abstract

액정 표시 장치의 컬러 필터가 형성되어 있는 상판에 미세한 오목 렌즈들을 형성하여 액정 표시 장치의 시야각을 확장한다. 미세 오목 렌즈들은 각 화소당 2개씩 배열된다. 미세 오목 렌즈를 형성하는 방법에는 사진 식각 기술을 이용하는 방법, 사진공정(photolithography)을 거친 다음 이온 교환액에 유리 기판을 접촉시켜 평면 렌즈를 형성하는 방법이 있다. 이렇게 하면 오목 렌즈가 액정을 통과해 나온 빛을 넓은 각도로 퍼져 나가도록 하여 액정 표시 장치의 시야각을 확장할 수 있다.Fine concave lenses are formed on the upper plate where the color filter of the liquid crystal display is formed to extend the viewing angle of the liquid crystal display. Two fine concave lenses are arranged for each pixel. The method of forming the fine concave lens is a method using a photolithography technique, a photolithography and then contacting the glass substrate with the ion exchange liquid to form a flat lens. In this way, the concave lens spreads the light passing through the liquid crystal at a wide angle, thereby extending the viewing angle of the liquid crystal display.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법Liquid Crystal Display and Manufacturing Method Thereof

본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal display device and a manufacturing method thereof.

이하에서는 TN 모드를 채용한 종래의 액정 표시 장치에 대하여 설명한다.Hereinafter, a conventional liquid crystal display device employing the TN mode will be described.

종래의 액정 표시 장치에서는 컬러 필터(color filter)와 블랙 매트릭스(black matrix)가 형성되어 있는 평평한 상판과, 박막 트랜지스터와 화소 전극이 형성되어 있는 하판이 마주보고 있고, 이들 상판과 하판 사이에는 액정이 주입되어 접착제로 밀봉되어 있다.In a conventional liquid crystal display device, a flat upper plate on which a color filter and a black matrix are formed, and a lower plate on which a thin film transistor and a pixel electrode are formed face to face, and liquid crystal is disposed between the upper and lower plates. It is injected and sealed with an adhesive.

그런데, 이러한 구조의 액정 표시 장치에서는 시야 각도 변화에 대해 지연값(retardation value)의 변화폭이 커서 시야각이 좁고, 보는 각도에 따라 계조 반전이 일어나는 문제점이 있다.However, the liquid crystal display having such a structure has a problem in that the change in retardation value is large with respect to the change in the viewing angle, so that the viewing angle is narrow, and gray scale inversion occurs according to the viewing angle.

본 발명의 과제는 간단한 수단과 저렴한 비용으로 넓은 시야각을 가지는 액정 표시 장치를 제조하는 데 있다.An object of the present invention is to manufacture a liquid crystal display device having a wide viewing angle with simple means and low cost.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고,1 is a cross-sectional view of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 상판의 평면도로서 화소와 미소 오목 렌즈의 배열을 나타낸 그림이고,FIG. 2 is a plan view of an upper plate for a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention, and illustrates an arrangement of pixels and a micro concave lens.

도 3은 사진 식각 기술을 이용하여 상판에 오목 렌즈를 형성하는 공정의 일부를 나타낸 단면도이고,3 is a cross-sectional view showing a part of a process of forming a concave lens on the upper plate using a photolithography technique,

도 4는 이온 교환 침투법을 이용하여 상판에 오목 렌즈를 형성하는 공정의 일부를 나타낸 단면도이고,4 is a cross-sectional view showing a part of the process of forming a concave lens on the upper plate using the ion exchange penetration method,

도 5는 빛이 미세 오목 렌즈에 의하여 굴절되는 경로를 나타낸 그림이며,5 is a diagram illustrating a path in which light is refracted by a fine concave lens,

도 6은 빛이 미세 오목 렌즈에 의하여 굴절되는 정도를 나타낸 표이다.6 is a table showing the degree to which light is refracted by the fine concave lens.

위와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 미세한 오목 렌즈를 상판 위에 형성한다. 미세 오목 렌즈는 각 화소당 2개씩 배치되며, 그 제작 방법으로는 사진 식각 기술이나 이온 교환 침투법이 이용된다.In order to solve the above problems, in the present invention, a fine concave lens is formed on the upper plate. Two fine concave lenses are arranged for each pixel, and a photolithography technique or an ion exchange penetration method is used as the fabrication method.

이제 첨부한 도면을 참고로 하여, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1과 도 2를 참고로 하여 설명한다.First, a description will be given with reference to FIGS. 1 and 2.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도를 나타낸 그림으로서, 하판(1)과, 컬러 필터(5)가 형성되어 있는 상판(3) 사이에 액정이 주입되어 접착제(7)로 밀봉되어 있고, 상판(3)의 상면에는 오목하게 반구형 홈(4)들이 패여 있어서 상판(3)의 홈 부분이 오목 렌즈 역할을 하도록 되어 있다. 상판 위에는 보상판(6)이 있다. 여기서, 보상판(6)은 하판(1)의 아래 등 다른 곳에 위치시킬 수도 있다. 도 2는 각 화소(8)마다 2개씩의 홈(4)이 상판(3)에 패여 있음을 나타낸다.1 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to an exemplary embodiment of the present invention, in which liquid crystal is injected between the lower plate 1 and the upper plate 3 on which the color filter 5 is formed, and thus the adhesive agent 7 is used. It is sealed, and the upper surface of the upper plate 3 is recessed with hemispherical grooves 4 so that the groove portion of the upper plate 3 serves as a concave lens. On the top plate is a compensation plate 6. Here, the compensation plate 6 may be located elsewhere, such as under the lower plate 1. FIG. 2 shows that two grooves 4 are recessed in the upper plate 3 for each pixel 8.

이렇게 하면, 도 1에 화살표로 나타낸 바와 같이, 컬러 필터를 통과할 때는 거의 평행한 광선이더라도 상판의 오목 렌즈부를 통과하는 과정에서 굴절되어, 넓은 각도로 퍼져나가는 광선이 된다.In this way, as shown by the arrow in FIG. 1, even when it passes through a color filter, even if it is a substantially parallel light beam, it will be refracted in the process of passing through the concave lens part of an upper board, and it will become a light ray which spreads at a wide angle.

이제, 도 3과 4를 참고하여 도 1과 2에 나타낸 상판의 제조 방법에 대하여 설명한다.Now, the manufacturing method of the upper board shown in FIGS. 1 and 2 is demonstrated with reference to FIGS.

먼저, 사진 식각 기술에 의하여 상판에 오목 렌즈를 형성하는 방법을 설명한다.First, a method of forming a concave lens on the upper plate by a photolithography technique will be described.

평평한 상판(3) 위에 감광제(photoresist)를 도포하고, 각 화소당 2개씩 배열되도록 뚫린, 미세한 원형 구멍이 있는 마스크(mask)를 덮은 다음, 노광하고 현상한다. 이렇게 하면, 상판(3) 위에 도포되어 있는 감광제층(20)의 노광되었던 부분에 구멍(40)이 뚫려 상판(3)이 노출된다. 이 때, 구멍(40)은 형성하려는 미세 오목 렌즈 보다 약간 작은 직경을 가지도록 만든다. 유리인 상판(3)의 노출된 부분을 불산(HF) 용액으로 부식시키면, 구멍(40)보다 약간 큰 직경을 가지는 반구형의 홈이 상판(3) 위에 형성되어, 상판(3)의 홈 부분은 오목 렌즈로서 작용하게 된다.A photoresist is applied on the flat top plate 3, covered with a mask having fine circular holes, perforated so as to be arranged two per pixel, and then exposed and developed. In this way, the hole 40 is drilled in the exposed part of the photosensitive agent layer 20 applied on the top plate 3, and the top plate 3 is exposed. At this time, the hole 40 is made to have a diameter slightly smaller than the fine concave lens to be formed. When the exposed portion of the upper plate 3, which is glass, is corroded with hydrofluoric acid (HF) solution, a hemispherical groove having a diameter slightly larger than the hole 40 is formed on the upper plate 3, and the groove portion of the upper plate 3 It acts as a concave lens.

다음으로, 이온 교환 침투 방법에 의하여 오목 렌즈를 형성하는 방법을 설명한다.Next, a method of forming a concave lens by an ion exchange penetration method will be described.

사진 식각 기술에 있어서와 같은 방법으로 사진 공정을 거쳐, 도 4에 나타낸 바와 같이, 감광제층(21)에 뚫린 고리 모양의 구멍(41)을 통해 상판(3)이 노출되도록 한다. 이 상판(3)을 이온 교환액과 접촉시켜, 노출된 부분에 이온을 교환 침투시킨다. 이 때, 침투되는 이온의 밀도는 이온 교환액과 직접 접촉되는 고리 모양의 구멍 부분이 가장 높고, 직접 접촉되는 부분에서 멀어질수록 낮아진다. 이렇게 하면, 빛이 상판을 통과하는 과정에서 이온의 밀도가 높은쪽으로 굴절되므로, 상판은 평평함에도 불구하고 오목 렌즈와 같은 기능을 하게 된다.Through the photolithography process in the same manner as in the photolithography technique, as shown in FIG. 4, the upper plate 3 is exposed through the annular hole 41 drilled in the photosensitive agent layer 21. The upper plate 3 is brought into contact with the ion exchange liquid to exchange ions through the exposed portion. At this time, the density of the penetrating ions is highest in the ring-shaped hole portion in direct contact with the ion exchange liquid, and lowers as it moves away from the portion in direct contact. In this way, since light is refracted toward the higher density of ions in the course of passing through the top plate, the top plate functions as a concave lens despite being flat.

이제, 도 5를 참고로 하여 미세 오목 렌즈의 역할을 설명한다.Now, the role of the fine concave lens will be described with reference to FIG. 5.

유리인 상판의 굴절률(n₁)은 1.51이고, 공기의 굴절률(n₂)은 1이다. 빛이 상판을 통과하여 공기로 입사할 때 입사각이 θ₁이라면, 굴절각(θ₂)은 스넬(snell)의 법칙에 의하여The refractive index (n₁) of the upper plate which is glass is 1.51, and the refractive index (n2) of air is 1. If the angle of incidence is θ₁ when light enters the air through the top plate, the angle of refraction θ₂ is determined by Snell's law.

sinθ2=1.51sinθ1 sinθ 2 = 1.51sinθ 1

θ2=sin-1(1.51sinθ1)θ 2 = sin -1 (1.51sinθ 1 )

이 된다. 이처럼 빛이 굴절되면, 입사한 빛에 비하여 굴절되는 빛은 효과각(θ₂-θ₁) 만큼 더 퍼져 나가게 된다. 그런데, 상기 식에서 입사각(θ₁)이 41°를 초과하면 굴절각(θ₂)이 90°이상이 되어 전반사가 일어나게 되므로, 입사각(θ₁)은 41°이하가 되어야 한다. 따라서, 최대 효과각(θ₂-θ₁)은 입사각(θ₁)이 41°일 때 얻을 수 있는데, 약 41.2°가 된다.Becomes When the light is refracted as described above, the light refracted by the incident light spreads out by the effect angle (θ₂-θ 비). However, when the incident angle θ₁ exceeds 41 °, the total reflection occurs because the refractive angle θ₂ becomes 90 ° or more, and therefore, the incident angle θ₁ should be 41 ° or less. Therefore, the maximum effect angle θ₂−θ₁ can be obtained when the incident angle θ₁ is 41 °, which is about 41.2 °.

입사각의 변화에 따른 굴절각 및 효과각의 변화를 도 6의 표에 나타내었다.The change in the refractive angle and the effect angle according to the change of the incident angle is shown in the table of FIG. 6.

이온 교환 침투법에서는 침투시키는 이온의 종류를 달리함으로써 굴절되는 정도를 조절할 수 있다.In the ion-exchange permeation method, the degree of refraction can be adjusted by changing the kind of ions to be penetrated.

본 발명의 실시예에 따라 액정 표시 장치용 상판을 제조하게 되면, 액정 표시 장치의 화면에서 나오는 빛이 넓은 각도로 퍼지게 되어서, 용이하게 시야각을 확대할 수 있다. 특히, 본 발명은 그 실시를 위해서 새로운 장비나 재료 또는 공정 기술을 필요로 하지 않는다는 이점이 있다.When the upper plate for the liquid crystal display device is manufactured according to the exemplary embodiment of the present invention, the light emitted from the screen of the liquid crystal display device is spread at a wide angle, thereby easily enlarging the viewing angle. In particular, the present invention has the advantage that it does not require new equipment, materials or process technology for its implementation.

Claims (8)

상면에 오목 렌즈부를 가지는 액정 표시 장치용 기판.A liquid crystal display substrate having a concave lens portion on its upper surface. 제1항에서,In claim 1, 상기 오목 렌즈부는 상기 기판에 형성되어 있는 반구형의 홈인 액정 표시 장치용 기판.And said concave lens portion is a hemispherical groove formed in said substrate. 제1항에서,In claim 1, 상기 오목 렌즈부는 상기 기판에 형성되어 있는 이온 침투부인 액정 표시 장치용 기판.And said concave lens portion is an ion permeation portion formed in said substrate. 제1항, 제2항 또는 제3항에서,The method of claim 1, 2 or 3, 상기 오목 렌즈부가 한 화소당 2개씩 배열되어 있는 액정 표시 장치용 기판.A substrate for a liquid crystal display device wherein two concave lens portions are arranged per pixel. 제4항에서,In claim 4, 상기 기판의 하면에 형성되어 있는 컬러 필터를 더 포함하는 액정 표시 장치용 기판.A liquid crystal display substrate further comprising a color filter formed on the bottom surface of the substrate. 오목 렌즈부가 형성되어 있는 기판,A substrate on which a concave lens portion is formed, 상기 기판의 바깥쪽에 부착되어 있는 보상판을 포함하는 액정 표시 장치.And a compensation plate attached to an outer side of the substrate. 기판 위에 감광제를 도포하는 단계,Applying a photosensitizer onto the substrate, 상기 기판 위에 원형 구멍이 뚫린 마스크를 덮고 노광하는 단계,Covering and exposing a mask having a circular hole on the substrate, 상기 기판을 현상하여, 상기 감광제의 노광된 부분을 제거하는 단계,Developing the substrate to remove the exposed portion of the photosensitizer, 상기 기판을 불산 용액에 접촉시켜 식각하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치용 기판의 제조 방법.And etching the substrate by contacting the substrate with a hydrofluoric acid solution. 기판 위에 감광제를 도포하는 단계,Applying a photosensitizer onto the substrate, 상기 기판 위에 고리 모양의 구멍이 뚫린 마스크를 덮고 노광하는 단계,Covering and exposing a mask having a ring-shaped hole formed on the substrate, 상기 기판을 현상하여, 감광제의 노광된 부분을 제거하는 단계,Developing the substrate to remove the exposed portion of the photosensitizer, 상기 기판을 이온 교환 침투액에 접촉시키는 단계를 포함하는 액정 표시 장치용 기판의 제조 방법.A method for manufacturing a substrate for a liquid crystal display device comprising the step of contacting the substrate with an ion exchange penetration liquid.
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