KR20030054808A - 반사형 액정 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

엘코스(LCOS) 패널 프로젝션 시스템에 적합하도록 미소한 셀 갭을 유지하여 액정의 응답 시간을 단축시키며, 균일한 셀 갭 제어를 통해 높은 콘트라스트 비를 구현하는 반사형 액정 디스플레이를 제공한다.
상기 반사형 액정 디스플레이는 다수의 박막 트랜지스터를 구비하는 반도체 하부 기판과; 연결 전극을 통해 각자의 박막 트랜지스터와 연결되어 액정 제어에 필요한 전압을 공급받는 다수의 반사 전극과; 반도체 하부 기판에 대향 배치되는 투명한 상부 기판과; 반사 전극과 마주하는 상부 기판의 일면에 형성되는 반사 전극과의 조합으로 화소를 구성하는 다수의 투명 전극과; 반사 전극과 투명 전극 사이에 균일하게 분포하여 셀 갭을 제어하는 다수의 마이크로-필러와; 반도체 하부 기판과 상부 기판 사이에 형성되는 액정층을 포함한다.

Description

반사형 액정 디스플레이 {REFLECTIVE TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 반사형 액정 디스플레이에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 기판 위에 액정 셀을 형성한 이른바 엘코스(LCOS; Liquid Crystal On Silicon, 이하 'LCOS'라 칭한다)로 불리우는 반사형 액정 디스플레이에 관한 것이다.
상기 LCOS는 반도체 공정의 특성상 각 픽셀의 구성 요소와 스위칭 회로를 고집적으로 배치하여 대략 1인치 정도의 소형 크기로 엑스지에이(XGA)급 이상의 고해상도를 실현할 수 있다. 이로서 상기 LCOS는 광학 렌즈계를 이용하여 디스플레이의 영상을 확대 투사하는 프로젝션 시스템의 디스플레이로 사용되고 있다.
상기 LCOS를 이용한 프로젝션 시스템에는 R, G, B 광에 대응하는 세개의 LCOS 패널을 구비하고, 각자의 LCOS 패널이 구현한 R, G, B 영상을 하나의 영상으로 조합하는 3-패널 방식과, 광원에서 방출된 백색광을 R, G, B 광으로 순차 변환하여 하나의 LCOS 패널을 시분할 구동하는 1-패널 방식이 있다.
LCOS를 이용한 프로젝션 시스템에서 동영상을 구현하기 위해서는 액정의 빠른 응답 시간이 필수적이다. 특히 1-패널 방식의 경우 프로젝션 시스템을 소형화하고, 제작 비용 절감에 유리한 장점이 있으나, 1-패널 방식을 구현하기 위해서는 LCOS가 1ms 이하의 빠른 응답 시간과 높은 콘트라스트 비를 가져야 한다.
한편, LCOS에서 Δn×d(여기서, Δn은 액정의 장축 굴절율과 단축 굴절율의 차이, d는 LCOS의 셀 갭을 나타낸다)는 화면의 콘트라스트 비와 응답 시간을 결정하는 중요한 인자로서, 특히 셀 갭이 작아질수록 액정의 응답 시간이 단축된다는 것이 잘 알려져 있다. 이로서 통상의 LCOS에서는 셀 갭을 작게 제어하여 액정의 응답 시간 단축을 도모하고 있다.
상기한 결과로 통상의 액정 디스플레이가 2∼5 ㎛의 셀 갭을 갖는 것과 달리, LCOS는 1∼2 ㎛ 정도의 작은 셀 갭을 가지며, 특히 도 4에 도시한 바와 같이 반도체 기판(1)과 글래스 기판(3)을 접합시키는 메인 실란트(5)에 의해 유효 영역(active area) 바깥에서 상기한 셀 갭을 유지한다. 이 때, 상기 메인 실란트(5) 내부에는 셀 갭 유지를 위한 스페이서(7)가 위치할 수 있다.
따라서 통상의 LCOS는 액정이 위치하여 실제 영상이 구현되는 유효 영역에서는 셀 갭을 일정하게 유지하기 위한 어떠한 수단도 구비하고 있지 않으므로, 유효 영역에서 셀 갭 차이가 발생하게 되며, 이러한 셀 갭 차이는 화면의 품질 저하로 이어진다.
특히 텔레비젼으로 사용되는 프로젝션 시스템에는 응답 시간이 빠른 이씨비(ECB; Electrically Controlled Birefringence) 모드가 주로 사용되는데, 상기 ECB 모드는 셀 갭 차이에 따라 액정셀 내부에서 전기장이 다르게 작용하기 때문에, 셀 갭의 편차가 적어도 700Å 이하로 제한되어야 한다.
이와 같이 LCOS는 액정의 응답 시간을 고려하여 셀 갭은 더욱 줄이면서 셀 갭의 편차를 최소화하는 것이 중요하며, 유효 영역의 셀 갭을 균일하게 제어하기 위한 방안이 요구된다.
한편, LCOS 내부에 통상의 액정 디스플레이에 사용되는 도트 스페이서를 적용하는 방법을 고려할 수 있겠으나, 통상의 액정 디스플레이가 스페이서를 형성하는 방법은 어느 한 기판에 형성된 배향막 위로 다수의 도트 스페이서를 불균일하게 분산시키는 것으로 이루어진다.
이러한 도트 스페이서는 불균일하게 분포하는 특성상 LCOS의 셀 갭 차이를 유발하여 균일한 셀 갭 확보에 어려움이 있으며, 시간이 흐름에 따라 스페이서들이 뭉쳐 이 뭉친 부분이 디스플레이에 악영향을 미치고, LCOS가 구현하고자 하는 미세한 셀 갭 특성을 만족할 수 있는 문제가 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 셀 갭을 용이하게 제어하여 액정의 응답 시간을 단축시키면서 균일한 셀 갭 제어를 통해 높은 콘트라스트 비를 구현함으로써 엘코스(LCOS) 패널을 이용한 프로젝션 시스템에 사용 적합한 반사형 액정 디스플레이를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 의한 반사형 액정 디스플레이의 부분 단면도.
도 2는 반도체 하부 기판의 부분 확대도.
도 3은 마이크로-필러의 전자 현미경 사진.
도 4는 종래 기술에 의한 반사형 액정 디스플레이의 부분 단면도.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
다수의 박막 트랜지스터를 구비하는 반도체 하부 기판과, 연결 전극을 통해 각자의 박막 트랜지스터와 연결되는 다수의 반사 전극과, 반도체 하부 기판에 대향 배치되는 투명한 상부 기판과, 반사 전극과 마주하는 상부 기판의 일면에 형성되는 다수의 투명 전극과, 반사 전극과 투명 전극 사이에 균일하게 분포하여 셀 갭을 제어하는 다수의 마이크로-필러와, 반도체 하부 기판과 상부 기판 사이에 형성되는 액정층을 포함하는 반사형 액정 디스플레이를 제공한다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반사형 액정 디스플레이(이하, 편의상 'LCOS'라 칭한다)의 단면도이고, 도 2는 박막 트랜지스터를 설명하기 위한 반도체 하부 기판의 부분 확대도이다.
도시한 바와 같이 LCOS는 다수의 반사 전극(2)과 하부 배향막(4)을 구비하는 반도체 하부 기판(6)과, 다수의 투명 전극(8)과 상부 배향막(10)을 구비하는 투명한 상부 기판(12)이 메인 실란트(14)에 의해 일체로 접합된 구조로 이루어지며, 상부 배향막(10)과 하부 배향막(4) 사이에는 다수의 마이크로-필러(16)가 균일하게 분포하여 LCOS의 셀 갭을 제어한다.
상기 반사 전극(2)과 투명 전극(8)은 각각 알루미늄과 같은 고반사 금속과 인듐 틴 옥사이드(ITO)와 같은 투명 도전막으로 이루어진다. 통상의 경우 하나의화소를 구성하는 반사 전극(2)과 투명 전극(8)은 대략 11.4㎛×11.4㎛의 크기를 가지며, 반사 전극(2)과 투명 전극(8)에 인가된 전압 차에 따라 액정 분자들의 배열을 변화시켜 화소별로 광 투과율을 변화시킨다.
특히 반사 전극(2)은 도 2에 도시한 바와 같이 반도체 하부 기판(6)에 형성된 각자의 박막 트랜지스터(18)와 전기적으로 연결되어 상기 박막 트랜지스터(18)로부터 액정 제어에 필요한 전류를 공급받는다.
보다 구체적으로, 상기 박막 트랜지스터(18)는 소스(20)와 드레인(22) 및 이들 사이에 배치되는 게이트 전극(24)으로 이루어지며, 상기 드레인(22)은 연결 전극(26)에 의해 반사 전극(2)과 연결되고, 게이트 전극(24)의 하단으로 캐패시터(28)가 배치된다. 여기서, 상기 소스(20)와 드레인(22), 게이트 전극(24) 및 캐패시터(28)는 절연층에 의해 상호 접촉하지 않도록 분리된다.
그리고 상기 투명 전극(8)과 반사 전극(2) 표면에는 액정 배향을 위한 각자의 상부 배향막(10)과 하부 배향막(4)이 형성되는데, 상기 배향막은 일례로 폴리이미드(polyimide)로 이루어지며, 배향막 형성후 표면을 러빙 처리하여 액정 배열에 필요한 골을 형성한다.
여기서, 본 실시예에 의한 LCOS는 도 2에 도시한 바와 같이, 메인 실란트(14)에 의해 둘러싸이고 액정층(30)이 위치하는 유효 영역 내부, 보다 구체적으로 상부 배향막(10)과 하부 배향막(4) 사이에 다수의 마이크로-필러(16)를 형성하여 LCOS의 셀 갭을 균일하게 제어한다.
즉, 마이크로-필러(16)는 통상의 액정 디스플레이보다 화소 크기가 작은LCOS 특성을 고려하여, 개개의 마이크로-필러(16)가 대략 0.4~1.0㎛2정도의 작은 단면적을 갖도록 형성된다. 이로서 마이크로-필러(16) 주위에서 액정의 배향이 흐트러지는 것을 억제하여 마이크로-필러(16)가 LCOS의 화면 특성에 영향을 미치지 않도록 한다.
그리고 상기 마이크로-필러(16)는 액정의 고속 응답을 위해 LCOS에 요구되는 셀 갭을 확보할 수 있도록 상기한 셀 갭과 유사한 높이로 형성되며, 바람직하게 마이크로-필러(16)의 높이는 대략 1∼1.5㎛ 정도로 이루어진다.
보다 구체적으로 상기 마이크로-필러(16)는 기둥 형상으로서, 그 일단이 상부 배향막(10) 또는 하부 배향막(4)에 고정되어 액정층(30) 내부에서 마이크로-필러(16)의 움직임을 억제하며, 이로서 마이크로-필러(16)의 이동에 의한 뭉침 현상과 이로 인한 화면 품질 저하를 사전에 예방할 수 있다.
한편, 마이크로-필러(16)를 상부 배향막(10)과 하부 배향막(4) 사이에 형성하는 것은 상기 마이크로-필러(16) 표면에 배향막을 코팅하는 경우, 마이크로-필러(16) 주위에서 배향막의 두께에 편차가 발생하므로 바람직하지 않기 때문이다.
또한 마이크로-필러(16)는 다수개가 균일한 패턴으로 나란히 형성되어, 유효 영역 전체에서 LCOS의 셀 갭을 균일하게 제어하고, 셀 갭의 편차를 최소화한다. 이러한 마이크로-필러(16)는 바람직하게 액정 물질과 반응하지 않는 광 벤조시클로부텐(photo BCB), 네가티브 포토레지스트(negative PR) 또는 포지티브 포토레지스트(positive PR)로 이루어진다.
한편, 메인 실란트(14) 내부에도 전술한 마이크로-필러(16)가 위치할 수 있으며, 이 경우 실란트 경화시 발생하는 LCOS의 셀 갭 변화를 억제하여 의도한 셀 갭을 용이하게 확보할 수 있다.
상기한 구성의 마이크로-필러(16)는 다음과 같은 방법으로 제작이 가능하다.
먼저, 투명 전극(8) 또는 반사 전극(4) 위에 폴리이미드를 코팅하고 대략 230℃ 분위기에서 경화시켜 400∼500nm 두께의 배향막을 형성한 다음, 공지의 러빙 장치를 이용하여 배향막 표면을 러빙 처리한다.
그리고 배향막 위에 광 벤조시클로부텐(photo BCB) 또는 네가티브 포토레지스트를 주성분으로 하는 감광성 수지막을 1∼1.5㎛ 높이로 형성하고, 마이크로-필러(16) 형성 위치에 빛을 제공하여 감광성 수지막을 부분적으로 경화시킨 다음, 경화되지 않은 감광성 수지막을 제거하여 마이크로-필러(16)를 완성한다.
이 때, 감광성 수지막이 포지티브 포토레지스트를 주성분으로 하는 경우, 마이크로-필러 형성 위치를 제외한 부분에 빛을 제공하여 이 부분을 제거함으로써 마이크로-필러(16)를 완성한다.
도 3은 전술한 제조 방법을 이용하여 제작된 마이크로-필러를 촬영한 전자현미경 사진으로서, 다수의 마이크로-필러가 균일한 형상과 균일한 패턴으로 배향막 위에 형성됨과 아울러 개개의 마이크로-필러의 일단이 배향막 위에 견고하게 부착되어 있음을 알 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 의한 LCOS는 전술한 마이크로-필러(16)에 의해 LCOS에 요구되는 미소한 셀 갭을 안정적으로 확보하여 액정의 응답 시간을 단축시키며, 셀 갭의 편차를 최소화하여 콘트라스트 비 향상에 유리한 장점을 갖는다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
이와 같이 본 발명에 따르면, LCOS에 요구되는 미소한 셀 갭을 안정적으로 확보하여 액정의 응답 시간을 단축시키고, 셀 갭의 편차를 최소화하여 높은 콘트라스트 비를 구현할 수 있다. 따라서 LCOS 패널을 이용한 프로젝션 시스템을 용이하게 실현할 수 있다.

Claims (8)

  1. 다수의 박막 트랜지스터를 구비하는 반도체 하부 기판과;
    연결 전극을 통해 각자의 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되어 상기 박막 트랜지스터를 통해 전압을 공급받는 다수의 반사 전극과;
    상기 반도체 하부 기판에 대향 배치되는 투명한 상부 기판과;
    상기 반사 전극과 마주하는 상부 기판의 일면에 형성되어 상기 반사 전극과의 조합으로 화소를 구성하는 다수의 투명 전극과;
    상기 반사 전극과 투명 전극 사이에 균일하게 분포하여 셀 갭을 제어하는 다수의 마이크로-필러; 및
    상기 반도체 하부 기판과 상부 기판 사이에 형성되는 액정층을 포함하는 반사형 액정 디스플레이.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반사 전극과 투명 전극이 각자의 배향막으로 덮여지고, 상기 마이크로-필러가 상기 배향막 사이에 위치하는 반사형 액정 디스플레이.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 마이크로-필러가 어느 하나의 배향막에 일단이 고정되는 기둥 형상으로 이루어지는 반사형 액정 디스플레이.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로-필러가 0.4∼1.0㎛2의 단면적을 갖는 반사형 액정 디스플레이.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로-필러가 1∼1.5㎛의 높이로 이루어지는 반사형 액정 디스플레이.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로-필러가 광 벤조시클로부텐(photo BCB)으로 이루어지는 반사형 액정 디스플레이.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로-필러가 네가티브 포토레지스트로 이루어지는 반사형 액정 디스플레이.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로-필러가 포지티브 포토레지스트로 이루어지는 반사형 액정 디스플레이.
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