KR20030070674A - 반사투과형 액정표시장치용 컬러필터기판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반사투과형 컬러 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 반사부와 투과부의 색차를 줄이는 동시에, 휘도를 개선하기 위한 반사투과형 액정표시장치의 컬러필터기판과 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 컬러필터 기판의 구성은 상기 반사부와 투과부의 색차를 출이기 위해, 반사부에 해당하는 부분에 버퍼층을 형성하고, 상기 버퍼층을 포함하는 기판의 상부에 컬러필터를 형성하여 반사부와 투과부에 대응하는 컬러필터의 두께를 각각 d와 2*d가 되도록 한다.

또한, 상기 버퍼층을 형성하는 투명 유기 절연막에 빛을 산란(scattering)시키는 산란물질을 혼합하여 사용한다.

이와 같이 하면, 반사부와 투과부에 따른 색차를 줄일 수 있고 입사된 빛을 난 반사하는 효과가 있어 광시야각을 구현할 수 있을 뿐 아니라, 휘도(brightness)를 개선할 수 있다.

Description

반사투과형 액정표시장치용 컬러필터기판 및 그 제조방법{A color filter for transflective LCD and method for fabricating thereof}

본 발명은 액정표시장치(liquid crystal display device)에 관한 것으로, 특히 반사모드(reflect mode)와 투과모드(transmit mode)를 선택적으로 사용할 수 있고, 높은 휘도와 색순도 특성을 가지고 있는 반사투과형 액정표시장치(Transflective liquid crystal display device)에 관한 것이다.

일반적으로, 반사투과형 액정표시장치는 투과형 액정표시장치와 반사형 액정표시장치의 기능을 동시에 지닌 것으로, 백라이트(back light)의 빛과 외부의 자연광원 또는 인조광원을 모두 이용할 수 있으므로 주변환경에 제약을 받지 않고, 전력소비(power consumption)를 줄일 수 있는 장점이 있다.

이하, 도 1을 참조하여 반사투과형 액정표시장치의 구성과 동작을 설명한다.

도 1은 일반적인 반사투과형 컬러 액정표시장치를 도시한 분해 사시도이다.

도시한 바와 같이, 일반 적인 반사투과형 액정표시장치(11)는 블랙매트릭스(16)와 서브 컬러필터(17)를 포함하는 컬러필터(18)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 어레이배선이 형성된하부기판(21)으로 구성되며, 상기 상부기판(15)과 하부기판(21) 사이에는 액정(23)이 충진 되어 있다.

상기 하부기판(21)은 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 일반적인 반사투과형 액정표시장치를 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 개략적인 반사투과형 액정표시장치(11)는 공통전극(13)과 컬러필터(18)가 구성된 컬러필터 기판인 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 백라이트(41)로 구성된다.

이러한 구성에서, 상기 컬러필터(18)는 특정색에 해당하는 부근의 파장에선 광흡수 계수가 작고, 그 외의 색에 해당하는 파장에선 광 흡수계수가 큰 물질을 의미한다. 따라서, 안료에 따라 적, 녹, 청의 색상을 띄게된다.

전술한 구성에서 상기 반사판(19b)에 의해 반사되는 빛(L2)과, 하부의 백라이트(41)로부터 상기 투과홀(A)을 통과하는 빛(L1)은 서로 다른 색차를 보인다.

즉, 외부에서 입사한 빛(L2)은 컬러필터를 두 번 통과하여 출사하는 반면, 상기 백라이트(41)로부터 나온 빛(L1)은 컬러필터(18)를 한번만 통과하여 외부로 출사하게 되는데, 이때 상기 반사판에 반사된 빛(L2)이 상기 투과홀(A)로부터 출사한 빛에 비해 색순도가 높다.

따라서, 투과부(L)와 반사부(M)에 따른 색차가 발생하는 문제가 있다.

또한, 전술한 구성으로 제작된 반사 투과형 액정표시장치를 반사모드로 사용할 경우에는 외부의 빛에 의존하기 때문에 대체로 투과모드로 사용할 경우보다 휘도가 낮고, 거울 효과 때문에 시야각이 좁은 문제가 있다.

전술한 문제 중 휘도와 시야각을 개선하기 위해, 종래에는 상기 반사부에서의 빛의 산란 특성을 크게 하기 위한 다양한 시도가 있어왔다.

이하, 도 3과 4를 참조하여 설명한다.

도 3은 종래의 제 1 예에 따른 반사 투과형 컬러 액정표시장치의 반사부에 해당하는 일부 단면을 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 종래의 제 1 예에 따른 반사 투과형 액정표시장치(20)는 투명한 제 1 화소전극(19a)과, 제 1 화소전극(19a)의 상부에 요철형상인 반사판(19b)으로 구성된 제 1 기판(21)과, 제 1 기판과 소정간격 이격되어 위치하고 컬러필터(18)와 공통전극(13)이 구성된 제 2 기판(15)으로 구성된다.

전술한 구성 중, 상기 반사판(19b)을 요철 형상으로 구성하게 되면, 액정표시장치의 외부로부터 입사된 빛(L3)이 정반사(正反射)되는 것을 최소화하고, 난반사(亂反射) 되도록 하는 효과가 있다.

빛이 난반사 되면 넓은 시야각을 확보 할 수 있도록 할 뿐 아니라 전체적으로 휘도가 개선되는 효과가 있다.

그러나, 종래의 제 1 예의 구성은 상기 반사판(19b)을 요철 형상으로 구성하기 위해 복잡한 공정을 거쳐야 하기 때문에 수율(yield)을 저하하는 문제가 있다.

이를 해결하기 위한 방법으로 별도의 산란층을 형성하는 방법이 제시되었다.

이하, 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4는 종래의 제 2 예에 따른 반사 투과형 컬러 액정표시장치의 반사부에 해당하는 일부 단면을 도시한 도면이다.

종래의 제 2 예에 따른 반사 투과형 컬러 액정표시장치(30)는, 투명한 제 1 화소전극(19a)과, 제 1 화소전극(19a)의 상부에 반사판(19b)이 구성된 제 1 기판(21)과, 상기 제 1 기판(21)과 소정간격 이격 되어 형성되고 컬러필터(18)와 투명한 공통전극(13)이 형성된 제 2 기판(15)으로 구성되며, 상기 제 1 기판(21)과 마주보지 않는 제 2 기판(15)의 일 면에는 편광판(22)과 제 2 기판(15) 사이에 산란층(16)을 형성한다.

이러한 구성은 종래의 제 1 예와 같이 반사판(19b)을 요철형상으로 형성하는 것보다는 공정이 간단하나, 상기 산란층(16)이 투과부(미도시)의 상부에도 구성된다. 이러한 경우에는 반사판(19b)에 반사되어 편광된 빛(L4)이 상기 산란층에서 깨어지기 때문에 컨트라스트(contrast)가 낮아져 화질이 저하되는 문제가 있다.

따라서, 전술한 바와 같은 반사부와 투과부에 따른 색순도 차에 의한 문제와저 휘도 및 좁은 시야각 문제는 반사투과형 액정패널의 화질을 저하하는 원인이 되었다.

전술한 문제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 반사투과형 컬러필터 기판의 구성은 첫째 반사부와 투과부의 색순도 차이를 해결하기 위해, 반사판에 대응하는 영역에 투명한 버퍼층을 형성한 후, 버퍼층의 상부에 컬러수지를 코팅하여 반사부와 투과부에 대응하는 컬러필터의 두께가 다르도록 구성하였다.

또한, 상기 반사부에서 난반사를 유도하기 위해 상기 버퍼층에 산란구를 혼합하여 버퍼층을 산란층 겸용으로 사용한다.

본원 발명은 전술한 바와 같은 구성을 통해 고 화질과 광 시야각을 구현할 수 있는 반사투과형 액정표시장치를 제작하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 반사투과형 액정표시장치의 일부를 개략적으로 도시한 분해 사시도이고,

도 2는 반사투과형 액정표시장치의 단면을 개략적으로 도시한 도면이고,

도 3은 종래의 제 1 예에 따른 반사 투과형 액정표시장치의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이고,

도 4는 종래의 제 2 예에 따른 반사 투과형 액정표시장치의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이고,

도 5a와 도 5b는 컬러필터 두께가 d일 경우와, 2*d일 경우에 따른 투과율을 각각 도시한 그래프이고,

도 6a 내지 도 6c는 반사 투과형 컬러필터 기판을 본 발명의 공정 순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 기판 102 : 블랙매트릭스

104 : 버퍼층 108 : 레드 컬러필터

110 : 그린 컬러필터 112 : 블루 컬러필터

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반사투과형 컬러 액정표시장치용 컬러필터 기판은 투과영역과 반사영역으로 구성된 다수의 화소가 정의된 투명 기판과; 상기 각 화소의 경계에 패턴된 블랙매트릭스와; 상기 반사영역의 상부에 구성되고, 산란구가 혼합된 투명한 버퍼층과; 상기 버퍼층이 형성된 다수의 화소에 각각 형성된 적색과 녹색과 청색의 서브 컬러필터를 포함한다.

상기 버퍼층은 벤조사이클로 부텐(BCB)과 아크릴계 수지를 포함한 투명한 유기 절연물질그룹 중 선택된 하나로 구성한다.

상기 산란구는 빛을 난반사 시키는 역할을 하게 된다.

본 발명의 특징에 따른 반사투과형 컬러 액정표시장치용 컬러필터 기판 제조방법은 기판에 투과영역과 반사영역으로 구성된 다수의 화소를 정의하는 단계와; 각 화소의 경계에 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 블랙매트릭스가 형성된 기판의 전면에 산란구가 혼합된 투명한 절연물질을 도포한 후 패터닝하여, 상기 반사영역의 상부에 버퍼층을 형성하는 단계와; 상기 버퍼층이 형성된 기판의 전면에 감광성 컬러수지를 도포한 후 패터닝하여, 상기 다수의 화소에 대응하여 순차적으로 적색 서브 컬러필터와 녹색 서브 컬러필터와, 청색서브 컬러필터를 형성하는 단계를 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예들을 설명한다.

-- 실시예 --

본 발명에 따른 반사투과형 컬러필터 기판의 특징은 산란구가 혼합된 별도의 버퍼층을 반사판에 대응하는 영역에 형성하여, 반사부와 투과부에 대응하는 컬러필터의 두께를 달리하는 동시에 상기 버퍼층을 산란층 겸용으로 사용하는 것이다.

먼저, 컬러필터의 두께를 달리하여 색차를 줄일 수 있다는 사실은 아래 도 5a와 도 5b를 통해 알 수 있다.

도 5a와 도 5b는 각각 컬러필터의 두께에 따라 컬러필터를 통과하는 빛의 파장과 투과율의 특성을 도시한 도면이다.(적색 컬러필터를 예를 들어 설명하도록한다.)

도 5a에 도시한 바와 같이, 임의의 두께 d로 구성된 적색컬러필터를 통과하는 빛을 조사해 보면, 적색에 해당하는 파장대(F)의 빛은 거의 1에 가까운 투과율을 보이고 있다. 그러나, 그 외의 색에 해당되는 파장대(G)의 빛은 완전한 흡수특성을 가지지 못하고 있음을 알 수 있다.(즉, 0.1이상의 투과율(H)을 보이고 있다.)

즉, 적색에 해당하는 파장대의 빛에 섞여 적색이외의 파장대(G ; 녹색파장)에 해당하는 빛도 미소하게 투과되고 있는 것을 알 수 있다.

이와 같은 특성을 가지는 컬러필터는 색순도가 떨어지는 문제를 가지고 있으므로 선명한 화질을 가진 액정패널을 제작하기 어렵다.

반면, 상기 반사형 컬러필터의 두께를 2*d로 제작하였을 경우, 도 5b에 도시한 바와 같이, 적색에 해당하는 파장대(F)의 빛의 투과율의 변화는 거의 없으나, 500∼560nm의 파장대(G)의 빛의 투과율(I)은 거의 0에 가까운 값을 가짐을 알 수 있다.

즉, 상기 반사형 컬러필터의 두께를 두 배로 하면 좀더 색순도가 향상된 액정패널을 제작할 수 있다.

전술한 바와 같은 도 5a와 도 5b의 컬러필터의 두께에 대한 파장대 투과율을 특성을 이용하여 컬러필터의 두께를 달리하는 방법으로 색순도를 조절할 수 있다는 결론을 얻을 있다.

이를 반사 투과형 컬러 액정표시장치에 적용하게 되면, 상기 반사부(도 1의 M)에 대응하여 위치하는 컬러필터의 두께에 비해 상기 투과부(도 1의 L)에 해당하는 컬러필터의 두께를 좀더 두껍(이상적으로는 두배가 되도록.)게 구성하는 것이다.

이와 같이 하면, 상기 반사부(도 1의 M)를 투과하는 빛의 착색정도와 상기 투과부(도 1의 L)를 통과하는 빛의 착색정도가 실질적으로 동일하기 때문에 동일한 색순도를 표현하는 것이 가능하다.

이를 위해, 상기 투과부(도 1의 L)가 상기 반사부(도 1의 M)에 대해 아래로 함몰되도록 구성하여, 상기 투과부(L)와 반사부(M)의 경계에 단차를 구성한다.

이와 같이 구성된 기판(미도시)에 컬러수지를 코팅하게 되면, 상기 투과부에 해당하는 부분의 컬러수지의 두께는 상기 반사부에 해당하는 부분에 구성되는 컬러수지의 두께보다 두껍게 형성되는 결과를 얻을 수 있다.

이하, 도 6a 내지 도 6c를 참조하여, 본 발명에 따른 투과 반사형 컬러 액정표시장치용 컬러필터 기판의 제조방법을 설명한다.

먼저, 도 6a에 도시한 바와 같이, 반사부(M)와 투과부(L)로 정의된 투명한 유리기판(100)상에 블랙수지를 도포한 후 패터닝하여, 블랙매트릭스(102)를 형성한다.

다음으로, 도 6b에 도시한 바와 같이, 상기 블랙매트릭스(102)가 형성된 기판(100)의 전면에 투명한 아크릴(acryl)계 수지(resin)와 벤조사이클로부텐(BCB) 으로 구성된 투명한 절연물질그룹 중 선택된 하나를 도포 또는 증착하고 패터닝하여, 투과부(L)에 대응하는 부분은 식각되고 상기 반사부(M)에 대응하는 부분만 존재하는 버퍼층(104)을 형성한다.

이때, 상기 버퍼층(104)을 형성하는 물질에 반사구(106)를 혼합하여 사용한다.

상기 반사구(106)는 빛을 난반사 시키는 효과가 있기 때문에 시야각을 넓히는 효과와 함께 휘도를 개선하는 효과가 있다.

다음으로, 도 6c에 도시한 바와 같이, 상기 버퍼층(104)에 형성된 기판(100)에 감광성 컬러수지를 코팅한 후 패터닝하여, 적색(RED)과 녹색(GREEN)과 청색(BLUE)을 나타내는 서브 컬러필터(108)(110)(112)를 각각 순차적으로 형성한다.

상기 버퍼층의 높이에 따라 상기 투과부(L)와 반사부(M)에 대응하여 위치한 컬러필터(108,110,112)의 두께는 다르게 구성되며 이상적으로는 d와 2*d가 되도록 구성된다.

이때, 상기 투과부(L)와 반사부(M)의 경계에서 발생하는 컬러필터(108,110,112)의 단차(K)는 바람직하게는 작을수록 좋다.

전술한 바와 같은 공정으로 본 발명에 따른 반사투과형 컬러 액정표시장치용컬러필터 기판을 제작할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따라 제작된 컬러필터기판을 적용한 반사투과형 액정표시장치는 아래와 같은 특징이 있다.

첫째, 투과부에 대응하여 형성된 컬러필터가 반사부에 대응하여 형성된 컬러필터보다 두배의 두께로 형성되었기 때문에, 반사부와 투과부를 통과한 빛의 착색정도가 동일하다.

즉, 반사부와 투과부에 따른 색순도의 차이가 발생하지 않아 화질이 개선되는 효과가 있다.

둘째, 반사부에 형성된 버퍼층에 산란구가 혼합되었기 때문에, 반사부를 통과한 빛은 상기 산란구에 의해 난반사 된다.

따라서, 거울효과를 방지할 수 있으므로 시야각을 넓히는 효과와 함께 휘도를 개선하는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 투과영역과 반사영역으로 구성된 다수의 화소가 정의된 투명 기판과;

   상기 각 화소의 경계에 패턴된 블랙매트릭스와;

   상기 반사영역의 상부에 구성되고, 산란구가 혼합된 투명한 버퍼층과;

   상기 버퍼층이 형성된 다수의 화소에 각각 형성된 적색과 녹색과 청색의 서브 컬러필터

   를 포함한 반사 투과형 액정표시장치용 컬러필터기판.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 버퍼층은 벤조사이클로 부텐(BCB)과 아크릴계 수지를 포함한 투명한 유기 절연물질그룹 중 선택된 하나로 구성한 반사 투과형 액정표시장치용 컬러필터 기판.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 산란구는 빛을 난반사 시키는 반사 투과형 액정표시장치용 컬러필터 기판.
4. 기판에 투과영역과 반사영역으로 구성된 다수의 화소를 정의하는 단계와;

   각 화소의 경계에 블랙매트릭스를 형성하는 단계와;

   상기 블랙매트릭스가 형성된 기판의 전면에 산란구가 혼합된 투명한 절연물질을 도포한 후 패터닝하여, 상기 반사영역의 상부에 버퍼층을 형성하는 단계와;

   상기 버퍼층이 형성된 기판의 전면에 감광성 컬러수지를 도포한 후 패터닝하여, 상기 다수의 화소에 대응하여 순차적으로 적색 서브 컬러필터와 녹색 서브 컬러필터와, 청색서브 컬러필터를 형성하는 단계

   를 포함하는 컬러필터 기판 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 버퍼층을 형성하는 투명한 절연물질은 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지를 포함한 투명한 유기절연 물질 그룹 중 선택된 하나인 반사 투과형 액정 표시장치용 컬러필터 기판 제조방법.