KR20020054937A - 콜레스테릭 액정 컬러필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 콜레스테릭 액정 컬러필터를 채용한 반사형 액정표시장치에 관한 것으로 특히, 콜레스테릭 액정 컬러필터의 블랙매트릭스 형성방법에 관한 것이다.
좀더 상세히 설명하면, 적, 녹, 청의 각 서브 컬러필터 영역 사이에 별도의 블랙매트릭스를 형성하거나, 상기 각 서브 컬러필터 사이의 콜레스테릭 액정 영역을 장파장대로 쉬프트 시켜 블랙을 표현하는 방법으로 블랙매트릭스(black matrix)를 정의한다.
이와 같이 하면 좀더 선명한 화질을 제공하는 반사형 컬러 액정표시장치를 제작할 수 있다.

Description

콜레스테릭 액정 컬러필터{A cholesteric liquid crystal color filter }
본 발명은 반사형 컬러필터를 갖는 반사형 액정표시장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 콜레스테릭 액정 컬러필터(이하,"CLC"라 칭함)의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 빛을 이용하는 방식에 따라 투과형(transmission type)과 반사형(reflection type)으로 나눌 수 있으며, 상기 투과형 액정표시장치는 액정패널의 뒷면에 부착된 배면광원으로부터 나오는 인위적인 빛을 액정에 입사시켜 액정의 배열에 따라 빛이 흡수되거나 통과하여 블랙 또는 화이트를 표시하는 형태이다.
따라서, 상기 투과형 액정표시장치는 인위적인 배면광원을 사용함으로 전력소비가 큰 단점이 있는 반면, 반사형 액정표시장치는 빛의 대부분을 외부의 자연광이나 인조광원에 의존하는 구조를 하고 있다.
따라서, 상기 투과형 액정표시장치에 비해 전력소비가 적다는 장점이 있다. 이러한 장점으로 인해 상기 반사형 액정표시장치의 필요성이 대두되고 있다.
그러나, 상기 반사형 컬러 액정표시장치는 투과형 액정표시장치에 비해 액정패널에 입사되었다가 반사된 빛이 컬러필터를 착색하여 색감을 인지하게 되는 방식임으로, 빛의 손실이 크다.
또한, 상기 컬러필터는 별도로 제작되며 적, 녹, 청의 서브컬러필터가 일정한 순서로 배열되어 있고, 각 서브컬러필터는 감광성 안료의 도포와, 노광, 패턴 공정을 거쳐 완성된다.
따라서, 공정이 복잡할 뿐 아니라, 재료비 또한 증가하는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 콜레스테릭 액정(cholesteric LC)을 컬러필터로 사용하는 CLC컬러필터가 제안되고 있다.
상기 콜레스테릭 액정은 나선구조를 가지고 있으며, 우선성 나선구조를 가지는 콜레스테릭 액정은 좌원편광과 우원편광이 절반씩 혼재되어 있는 비편광이 입사되면 우원편광 성분은 반사되고 좌원편광 성분만 투과하게 되는 특징이 있다.
물론, 좌선성 나선구조일 때는 좌원편광 성분은 반사하고, 우원편광 성분을 흡수한다. 이때 액정의 나선구조는 특정한 파장대를 반사 또는 투과할 수 있도록 제어가 가능하다.
이와 같은 콜레스테릭 액정을 이용한 CLC컬러필터는 상기 CLC액정에 광 폴리머를 혼합 형성한다.
상기 혼합용액에 먼저, 소정의 열을 가하여 특정한 파장대의 빛만을 반사하도록 상기 액정의 피치를 조절하고 연속하여 자외선을 조사하여, 광반응에 의해 액정의 광특성이 일정한 상태로 고정되도록 한다.
도 1은 CLC 컬러필터 기판을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, CLC 컬러필터 기판(30)을 형성하기 위해 기판(32)과 상기 기판(32)상에 흡수층(34)을 구성하고, 상기 흡수층(34)상에 배향막(36)을 형성한다. 연속하여, 상기 배향막(36) 상에 CLC 컬러필터(38)를 형성한다.
상기 CLC 컬러필터(38)는 적색, 녹색, 청색을 각각 표시하는 서브컬러 필터(38a,38b,38c)로 정의되며, 각 영역에 해당하는 CLC 컬러필터(38)는 상기 각 서브 컬러필터(38a,38b,38c)의 표시색에 대응하는 파장을 반사하도록 그 핏치(pitch)를 제어하여 구성한다.
이하, 도면을 참조하여 CLC 컬러필터의 제조방법을 설명한다.
도 2a 내지 도 2b는 종래의 CLC 컬러필터의 공정을 도시한 공정 단면도이다.
( 편의상 서브컬러필터는 적, 녹, 청의 순으로 형성된다고 가정한다.)
먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이, 다수의 영역으로 정의된 기판(32)을 준비한다.
다음으로, 상기 기판(32)상에 블랙수지를 도포하여 흡수층(34)을 형성한다.
연속하여, 흡수층(34)상부에 CLC와 광 폴리머를 혼합한 혼합 CLC를 도포하여 CLC층(37)을 형성한다.
상기 CLC층(37)은 다수의 영역으로 정의되어, 각 영역별로 적, 녹, 청을 표시할 수 있도록 CLC층의 파장특성을 제어한다. 상기 CLC층(37)의 파장특성은 나선구조로 배열된 액정의 피치를 조절하는 방식으로 달성된다.
이때, 상기 나선구조의 피치를 조절할 수 있는 방식은 온도를 조절하여 피치를 조절하는 제 1 방식과, 자외선을 조사하여 피치를 조절하는 제 2 방식이다. (여기서 피치(pitch)란, 액정배열이 연속적으로 반복되는 구조에서 반복되는 부분의 길이를 말한다.)
상기 제 1 방식은 먼저, 온도를 이용하여 피치를 조절한 후 이를 고정하기위해 각 CLC층(37)의 영역별로 마스크(40)를 이용한 별도의 자외선 조사 공정을 행한다.
상기 제 2 방식은 제 1 파장대를 가지는 자외선을 이용하여 액정의 피치를 조절하고, 이를 고정하기 위해 산소 또는 질소 분위기에서 제 2 파장대를 가지는 자외선을 조사하는 방법이다.
전술한 제 1 방식 또는 제 2 방식을 이용하여 각 표시색 마다 공정을 반복하여 CLC 컬러필터(38)를 형성할 수 있다.
이와 같이 하면, 기판(32)의 전 면적에 대해 적색을 표시하는 서브컬러 필터만이 구성된다.
이와 같은 공정을 녹색과 청색의 서브컬러필터를 만드는 공정에도 반복하여 정의하면 도 2b에 도시한 바와 같이, 단일 기판의 전면에 적, 녹, 청을 표시하는 CLC 컬러필터(38)를 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 CLC 컬러필터(38)상에 보호막(42)을 형성한다.
전술한 공정으로 제작된 컬러필터의 광 특성을 간략히 설명하면 아래와 같다.
상기 CLC 컬러필터의 나선구조가 좌선상 구조라 한다면, 상기 컬러필터를 입사한 빛은 적색파장대의 좌원편광은 반사하게 되고, 나머지 빛은 CLC 컬러필터를 투과하여 상기 흡수층에 흡수된다. 따라서 관찰자는 빨간색을 가시할 수 있게된다.
이와 같은 광학적 특성으로 상기 CLC 액정은 컬러를 표시하게 된다.
그러나, 종래와 같은 CLC 컬러필터의 구조는 적,녹,청 각 서브컬러필터의 경계에서 두 색이 혼합되는 영역이 발생하게되며, 이로 인해 화질이 선명하게 표현되지 않는다.
따라서, 본 발명은 상기 각 서브컬러필터사이에 블랙매트릭스를 소정의 방법으로 구성하여, 컨트라스트가 개선된 반사형 컬러액정표시장치를 제작하는데 그 목적이 있다.
도 1은 컬러필터를 포함한 종래의 컬러액정표시장치의 단면을 도시한 단면도이고,
도 2a 내지 도 2b는 종래의 콜레스테릭 액정 컬러필터의 제조공정을 도시한 단면도이고,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 콜레스테릭 액정 컬러필터의 제조공정을 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예의 구성에서 변형된 예를 도시한 단면도이고,
도 도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 제 2 실시예에 다른 콜레스테릭 액정 컬러필터의 제조공정을 도시한 단면도이다.
<도면의 부호에 대한 간단한 설명>
100 : 기판 102 : 흡수층
104 : 배향막 106 : CLC 컬러필터
110 : 보호막 112 : 블랙매트릭스
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 특징에 따른 CLC 컬러필터 기판은 블랙 기판과; 상기 블랙 기판 상부에 형성된 배향막과; 상기 배향막의 상부에 형성된 적색, 녹색, 청색을 표시하는 다수의 서브 컬러필터로 구성된 CLC 컬러필터와; 상기 각 서브컬러필터의 경계영역 상부에 위치한 블랙매트릭스를 포함한다.
상기 블랙기판은 기판 상부에 입사하는 빛을 흡수하는 흡수층을 구성하여 형성할 수 있다.
상기 흡수층은 블랙수지로 구성한다.
상기 블랙매트릭스는 감광성 블랙수지로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 CLC컬러필터 상부에 투명 유기절연막인 보호층을 더욱 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기 블랙기판은 가시광선 파장대(380nm ∼780nm)를 모두 흡수하는 금속이온이 기판 내에 포함되어 형성될 수 있다.
본 발명의 제 2 특징에 따른 CLC 컬러필터 기파은 블랙 기판과; 상기 블랙기판 상부에 형성된 배향막과; 상기 배향막의 상부에 형성된 적색, 녹색, 청색을 표시하는 다수의 서브 컬러필터와, 각 서브컬러필터의 경계영역은 장파장의 빛을 반사하도록 구성된 CLC 컬러필터를 포함한다.
상기 장파장은 적외선 파장대 이상의 파장을 의미한다.
상기 블랙기판은 기판 상부에 입사하는 빛을 흡수하는 흡수층을 더욱 구성하여 형성한다.
상기 블랙기판은 가시광선 파장대(380nm ∼780nm)를 모두 흡수하는 금속이온이 기판 내부에 포함하여 형성할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반사형 컬러 액정표시장치에 대해 알아보도록 한다.
-- 제 1 실시예--
본 발명의 제 1 실시예는 CLC 컬러필터를 구성하는 각 서브컬러 필터의 경계에 별도의 블랙매트릭스를 형성하는 방법을 제안한다.
이하, 도 3a 내지 도 3c의 공정 단면도를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 CLC 컬러필터의 제조공정을 설명한다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 다수의 영역으로 정의된 기판(100) 상에 블랙수지(black resin)를 도포하여 흡수층(102)을 형성한 후, 폴리이미드(PI)계열의 배향막(104)을 연속하여 형성한다.
다음으로 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 배향막(104)이 형성된 기판(100)의 전면에 감광성 물질이 혼합된 CLC를 도포하여 CLC층(106)을 형성한다.
다음으로, 상기 CLC층(106)에 소정의 온도를 가하거나, 자외선을 조사하여 적, 녹, 청 삼색 중 임의의 색에 대응하는 파장대를 반사할 수 있도록 나선구조의 피치를 조절하여 준다. (편의상 적색이라 가정하고, 경화되기 전의 CLC층과 경화한 후의 CLC 컬러필터는 동일한 부호를 사용한다.)
다음으로, 상기 CLC층(106)의 상부에 정렬한 마스크(108)를 통해, 기판(100)에 정의된 적색 서브컬러필터(106a)영역에만 자외선(UV)을 조사하여 피치가 조절된 CLC층을 경화한다.
전술한 바와 같은 공정을 반복하여, 도 3c에 도시한 바와 같이, 기판(100)의 전면에 적, 녹, 청 서브컬러필터(106a,106b,106c)를 형성할 수 있다.
다음으로 CLC 컬러필터(106)의 전면에 유기절연물질을 도포하여 보호막(110)을 형성한다.
다음으로, 상기 보호막(110)의 상부에 감광성 블랙수지를 도포한 후, 노광-현상-경화-패턴공정을 거쳐 블랙매트릭스(112)를 형성한다.
상기 패턴된 블랙매트릭스(112)는 기판(100)의 전면에 대해 적, 녹, 청 각 서브 컬러필터의 경계에 소정면적으로 구성한다.
이와 같이 하면, 상기 블랙매트릭스가 각 서브컬러필터의 색 혼합영역을 가리는 구성이 되기 때문에 보다 선명한 색감을 얻을 수 있다.
전술한 제 1 예와는 다른 변형예를 이하 도 4를 참조하여 설명한다.
도시한 바와 같이, 상기 배향막(104)상부에 CLC 컬러필터를 형성한 후, 보호막(도 3c의 110)을 형성하지 않고 연속하여 블랙매트릭스(112)를 형성할 수도 있다.
-- 제 2 실시예 --
본 발명의 제 2 실시예는 제 1 실시예와는 달리 별도의 블랙매트릭스를 구성하지 않고, 상기 각 서브컬러필터의 경계영역을 가공하여 블랙을 표현할 수 있도록 하는 방법을 제안한다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 1 예의 공정 단면도이다.
(CLC 컬러필터 제조공정은 상기 제 1 실시예의 제조공정과 같으므로 생략한다.)
먼저, 도 5a에 도시한 바와 같이, 기판(100)위에 흡수층(102)과 배향막(104)과 CLC 컬러필터(106)를 차례로 구성한다.
다음으로, 상기 CLC 컬러필터(106) 상부에 컬러필터의 각 경계에 대응하는 부분이 소정면적 투과영역(108a)으로 패턴된 마스크(108)를 배열한 후 자외선을 조사한다.
이와 같이 하여, 상기 각 서브 컬러필터(106a,106b,106c)사이의 경계영역에자외선을 조사하여 장파장의 빛만을 반사시키도록 액정을 조절한다.
결과적으로, 도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 각 서브 컬러필터(106a,106b,106c)사이의 경계영역(120)은 눈에 보이지 않는 적외선 대역의 파장을 반사하기 때문에 관찰자의 눈에는 검은색으로 표현된다.
따라서, 상기 컬러필터의 경계영역은 블랙매트릭스의 기능을 하게된다.
다음으로, 상기 CLC 컬러필터 상에 투명 유기수지를 도포하여 보호막(122)을 형성한다.
이때, 상기 보호막은 필요에 따라 형성하지 않을 수도 있다.
전술한 제 1 실시예와 제 2 실시예에서 사용되는 기판은 투명한 기판을 사용할 수도 있고, 가시광선 파장대(380 ∼780nm)를 모두 흡수하는 금속이온을 포함하는 블랙기판을 사용할 수 있다.
상기 금속이온을 포함하여 구성한 기판을 사용하게 되면, 상기 흡수층을 사용하지 않아도 되는 장점이 있다.
도시하지는 않았지만, 상기 CLC 컬러필터 기판에 투명기판을 합착한 후, 상기 두 기판의 사이에 액정을 주입하여 반사형 컬러 액정표시장치를 제작할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 CLC컬러필터는 각 서브컬러 필터사이에 블랙매트릭스를 형성하여, 컨트라스트비가 개선된 반사형 액정표시장치를 제작할 수 있는 효과가 있다.
또한, CLC 컬러필터 내에 블랙매트릭스를 형성하는 방법은, 별도의 블랙매트릭스를 형성하는 것보다 공정단순화 효과와 함께 저 비용 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 블랙 기판과;
    상기 블랙 기판 상부에 형성된 배향막과;
    상기 배향막의 상부에 형성된 적색, 녹색, 청색을 표시하는 다수의 서브 컬러필터로 구성된 CLC 컬러필터와;
    상기 각 서브컬러필터의 경계영역 상부에 위치한 블랙매트릭스
    를 포함하는 반사형 액정표시장치용 CLC 컬러필터 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랙기판은 기판 상부에 입사하는 빛을 흡수하는 흡수층을 더욱 구성하는 반사형 액정표시장치용 CLC 컬러필터 기판.
  3. 제 2 항에 있어서.
    상기 흡수층은 블랙수지로 구성된 반사형 액정표시장치용 CLC 컬러필터 기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스는 감광성 블랙수지로 형성되는 반사형 액정표시장치용 CLC 컬러필터 기판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 CLC컬러필터 상부에 투명 유기절연막인 보호층을 더욱 구성하는 반사형 액정표시장치용 CLC 컬러필터 기판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랙기판은 가시광선 파장대(380nm ∼780nm)를 모두 흡수하는 금속이온이 기판 내에 포함되어 형성되는 액정표시장치용 CLC 컬러필터 기판.
  7. 블랙 기판과;
    상기 블랙기판 상부에 형성된 배향막과;
    상기 배향막의 상부에 형성된 적색, 녹색, 청색을 표시하는 다수의 서브 컬러필터와, 각 서브컬러필터의 경계영역은 장파장의 빛을 반사하도록 구성된 CLC 컬러필터
    를 포함하는 반사형 액정표시장치용 CLC 컬러필터 기판.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 장파장은 적외선 파장대 이상의 파장을 가지는 반사형 액정표시장치용 CLC 컬러필터 기판.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 블랙기판은 기판 상부에 입사하는 빛을 흡수하는 흡수층을 더욱 구성하는 반사형 액정표시장치용 CLC 컬러필터 기판.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 블랙기판은 가시광선 파장대(380nm ∼780nm)를 모두 흡수하는 금속이온이 기판 내에 포함되어 형성되는 액정표시장치용 CLC 컬러필터 기판.
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