KR20040053429A - 강유전성 액정 컬러필터와 그 제조방법 및 이를 이용한액정표시장치 - Google Patents

강유전성 액정 컬러필터와 그 제조방법 및 이를 이용한액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광효율을 높이도록 한 강유전성 액정 컬러필터에 관한 것이다.
이 강유전성 액정 컬러필터는 수직 배향되며 나선축을 따라 배열되는 강유전성 액정을 구비하며, 상기 나선축의 피치가 가시광 파장 대역 내에서 결정되어 그 피치에 대응하는 파장의 빛을 반사한다.

Description

강유전성 액정 컬러필터와 그 제조방법 및 이를 이용한 액정표시장치{FERROELECTRIC LIQUID CRYSTAL COLOR FILTER AND FABRICATING METHOD THEREOF AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY USING THE SAME}
본 발명은 평판디스플레이소자에 관한 것으로, 특히 광효율을 높이도록 한 강유전성 액정 컬러필터와 그 제조방법 및 이를 이용한 액정표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치는 소형 및 박형화와 저전력 소모의 장점을 가지는 평판 표시장치로서, 노트북 PC와 같은 휴대용 컴퓨터, 사무 자동화 기기, 오디오/비디오 기기 등으로 이용되고 있다.
액정표시장치는 비디오 신호에 대응하여 액정층에 인가되는 전계를 제어함으로써 변화되는 액정층을 통과하는 광의 투과율을 비디오 신호에 따라 조절함으로써 화상을 표시한다.
액정표시장치는 일렉트로 루미네센스(Electro-luminescence : EL), 음극선관(Cathod Ray Tube : CRT), 발광 다이오드(Light Emitting Diode : LED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel : PDP) 등과 같이 스스로 광을 발생하는 자발광 표시소자들과 달리, 외부광을 이용하여 화상을 표시하는 피발광 표시소자이다.
이러한 액정표시장치는 광을 이용하는 방식에 따라 크게 투과형과 반사형으로 대별된다.
투과형 액정표시장치는 도 1과 같이 액정패널(31)에 빛을 조사하기 위한 백라이트 유닛(34)을 구비한다. 액정패널(31)의 상판(31)은 상부 유기판(18)의 전면 상에 형성된 상부 편광판(19)과, 상부 유리기판(18)의 배면 상에 적층된 컬러필터(16), 블랙매트릭스(15), 공통전극(15) 및 도시하지 않은 배향막을 포함한다. 상부 편광판(19)은 상부 유리기판(18)을 경유하여 입사되는 빛에서 특정 선편광 예를 들면, 수평 선편광을 투과시키고 그 이외의 편광성분을 차단하는 역할을 한다. 컬러필터(16)는 적색, 녹색 및 청색광 중 어느 하나를 투과시키고 그 이외의 파장대역을 가지는 빛을 흡수한다. 블랙매트릭스(17)는 인접한 액정셀들 사이에 형성되어 자신에게 입사되는 빛을 흡수한다. 액정패널(33)의 하판(32)은 하부 유리기판(12)의 배면에 형성된 하부 편광판(11), 하부 유리기판(12)의 전면 상에 형성된 화소전극(13) 및 도시하지 않은 배향막을 포함한다. 하부 편광판(11)은 상부 편광판(19)을 통과하는 선편광과 광축이 직교하는 선편광 예를 들면, 수직 선편광을 투과시키고 그 이외의 편광성분을 차단하는 역할을 한다. 상판(31)과 하판(32)에 각각 형성된 배향막은 액정의 프리틸트각을 결정한다. 화소전극(13)과 공통전극(15)은 투명도전성 물질로 이루어진다. 액정패널(33)의 상판(31)과 하판(42) 사이에는 액정층(14)이 형성된다.
투과형 액정표시장치는 노말리 화이트 모드(Normally white mode)로 가정할 때, 액정층(14)에 전계가 인가되지 않으면 도 2에서 알 수 있는 바 백라이트 유닛(34)으로부터 발생되고 하부 편광판(11)을 경유하여 액정층(14)에 입사된 선편광이 액정의 배열상태에 의하여 그 광축이 90°회전함으로써 상부 편광판(34)의 광축과 일치하는 광축의 선편광으로 변환되어 상부 편광판(34)을 통과하게 된다.
화소전극(13)과 공통전극(15)에 액정의 구동에 필요한 전압이 인가되어 액정층(14)에 전계가 인가되면 도 3에서 알 수 있는 바 액정의 배열이 변하면서 하부 편광판(11)을 투과한 선편광이 그 광축을 그대로 유지하여 액정층(14)을 통과하고 상부 편광판(18)에서 차단된다.
이러한 투과형 액정 표시장치는 광원 역할을 하는 백라이트 유닛(34)을 포함하기 때문에 비교적 외부환경에 거의 영향을 받지 않고 비교적 밝은 휘도로 화상을 표시할 수 있는 장점이 있는 반면에, 백라이트 유닛(34)의 부피, 무게로 인하여 박형화와 경량화에 어려움이 있으며, 백라이트 유닛의 과도한 소비전력이 단점이 있다.
반사형 액정표시장치는 도 4와 같이 백라이트 유닛이 설치되지 않고 외부광이나 주변광을 반사시켜 화상을 표시한다. 반사형 액정표시장치의 상판(41)은 상부 유리기판(27)의 전면 상에 적층된 산란필름(28), 위상차판(29) 및 편광판(30)을 포함한다. 산란필름(28)은 입사광을 산란시킴으로써 시야각을 넓혀 주는 역할을 한다. 위상차판(29)은 일반적으로 λ/4 판으로 이루어지며 선편광을 원편광으로 변환하는 역할을 한다. 편광판(30)은 외부광에서 특정 선편광을 투과시키고 그 이외의 편광성분을 차단한다. 또한, 반사형 액정표시장치의 상판(41)은 상부 유리기판(27)의 배면 상에 적층된, 컬러필터(16), 블랙매트릭스(17) 및 공통전극(15)을 포함한다. 공통전극(15)은 투명 전도성 물질로 이루어진다. 반사형 액정표시장치의 하판(42)은 하부 유리기판(21) 상에 형성된 반사전극(22)을 포함한다. 반사전극(22)은 화소전극으로 이용되며 빛을 반사시키기 위하여 금속으로 이루어진다. 반사형 액정표시장치의 상판(41)과 하판(42) 사이에는 액정층(23)이 형성된다.
반사형 액정표시장치는 노말리 화이트 모드로 가정할 때, 반사전극(22)과 공통전극(24)에 전압이 인가되지 않으면 도 5에서 알 수 있는 바 편광판(30)을 투과한 외부광의 선편광은 위상차판(29)을 통과하면서 우원편광으로 변환되고, 그 우원편광은 액정을 통과하면서 편광판(30)의 광축과 직교하는 광축의 선편광으로 변환된다. 그리고 노말리 화이트 모드에서 반사전극(22)과 공통전극(24)에 전압이 인가되지 않으면 액정층(23)을 통과한 선편광은 반사전극(22)에서 반사되고 그 반사광이 액정층(23)을 통과하면서 좌원편광으로 변환된 다음, 위상차판(29)에 의해 편광판(30)의 광축과 나란한 광축의 선편광으로 변환되어 편광판(30)을 통과하게 된다.
반사전극(22)과 공통전극(24)에 액정의 구동에 필요한 전압이 인가되어 액정층(23)에 전계가 인가되면 도 6에서 알 수 있는 바 액정의 배열이 변하면서 액정층(23)에 입사된 우원편광이 광축을 그대로 유지하여 액정층(23)을 통과하여 반사전극(22) 상에서 반사되고 그 우원편광이 위상차판(29)을 통과하면서 편광판(30)의 광축과 직교하는 광축의 선편광으로 변환하여 편광판(30)을 통과하지 못한다.
이러한 반사형 액정표시장치는 투과형 표시장치에 비하여 저소비전력으로 구동되고 경박단소에 유리한 장점이 있지만 외부광이나 주변광이 충분하지 않은 환경에서 휘도가 낮아지거나 화상을 표시할 수 없는 단점이 있다.
액정표시장치에 적용되고 있는 컬러필터는 일반적으로 불필요한 광을 흡수하고 특정 파장 대역의 광만을 투과시키는 흡수형 컬러필터가 이용되고 있다. 이러한 흡수형 컬러필터는 일반적으로 아크릴계수지를 주성분으로 하며 인쇄법, 염색법, 고분자 전착법, 안료분산법 등의 제조공정으로 형성된다.
종래의 흡수형 컬러필터는 도 7에서 알 수 있는 바 컬러필터(70R,70G,70B)에 입사된 광 중에서 특정 파장 대역의 광만이 컬러필터(70R,70G,70B)를 통과하고 나머지 파장대역의 광은 컬러필터(70R,70G,70B)에서 흡수된다. 따라서, 종래의 흡수형 컬러필터는 입사광 대비 대략 3/1 이하의 광만을 투과시키므로 광효율이 낮은 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 광효율을 높이도록 한 강유전성 액정 컬러필터와 그 제조방법 및 이를 이용한 액정표시장치를 제공함에 있다.
도 1은 종래의 투과형 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 액정표시장치에 있어서 화상이 표시될 때의 각 층을 통과하는 편광성분을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 액정표시장치에 있어서 화상이 표시되지 않을 때의 각 층을 통과하는 편광성분을 나타내는 도면이다.
도 4는 종래의 반사형 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 액정표시장치에 있어서 화상이 표시될 때의 각 층을 통과하는 편광성분을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 액정표시장치에 있어서 화상이 표시되지 않을 때의 각 층을 통과하는 편광성분을 나타내는 도면이다.
도 7은 종래의 흡수형 컬러필터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 강유전성 액정 컬러필터의 제조공정을 단계적으로 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 강유전성 액정 컬러필터의 배열 구조와 나선 축 피치를 나타내는 도면이다.
도 10a 내지 도 10f는 본 발명의 실시예에 다른 강유전성 액정 컬러필터의 제조공정에서 2 층 구조의 컬러필터의 제조공정을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
도 11은 2층 구조를 가지는 본 발명의 실시예에 따른 강유전성 액정 컬러필터의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 반사형 액정표시장치를 나타내는 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
2a,2b : 수직 배향막 또는 계면 활성제 4,6 : 플라스틱 기판
7a,7b,7c,7d : 마스크 3,5 : 강유전성 액정 컬러필터의 액정층
11,19,30,128 : 편광판 12,21,121 : 하부 유리기판
13,125 : 화소전극 14,23,124 : 광제어용 액정층
15,24,123 : 공통전극 16,25 : 컬러필터
17,26 : 블랙매트릭스 18,27,1,126 : 상부 유리기판
22 : 반사전극 28 : 산란필름
29,127 : 위상차판 122 : 강유전성 액정 컬러필터
129 : 박막트랜지스터
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 강유전성 액정 컬러필터는 수직 배향되며 나선축을 따라 배열되는 강유전성 액정을 구비한다.
상기 나선축의 피치가 가시광 파장 대역 내에서 결정되어 그 피치에 대응하는 파장의 빛이 상기 강유전성 액정 컬러필터에서 반사되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 강유전성 액정 컬러필터의 제조방법은 기판들 각각에 액정분자를 수직배향시키기 위한 물질을 도포하는 단계와; 강유전성 액정에 광중합제와 광중합 개시제가 혼합된 혼합물을 기판들 사이에 주입하는 단계와; 강유전성 액정의 나선축 피치를 가시광 파장 대역 내에서 결정된 피치로 조정하는 단계와; 강유전성 액정의 피치가 조정된 혼합물을 노광시켜 혼합물을 경화시키는 단계를 포함한다.
상기 강유전성 액정은 키럴 도펀트(Chiral dopants)가 첨가된 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 액정인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 강유전성 액정 컬러필터의 제조방법에 있어서, 상기 액정분자를 수직배향시키기 위한 물질은 수직 배향막 및 계면 활성제 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 강유전성 액정 컬러필터의 제조방법은 강유전성 액정에 가해지는 온도를 조절하여 강유전성 액정의 나선축 피치를 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 강유전성 액정 컬러필터의 제조방법은 강유전성 액정에 가해지는 전계의 세기를 조절하여 강유전성 액정의 나선축 피치를 조정하는 것을 특징으로 한다.
상기 강유전성 액정 컬러필터는 기판 상에 단층으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 강유전성 액정 컬러필터는 기판 상에 2층으로 적층되는 것을 특징으로 한다.
상기 2층으로 적층된 강유전성 액정 컬러필터들 각각의 나선축 피치는 서로 다른 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 수직 배향되며 나선축을 따라 배열되며 나선축의 피치가 가시광 파장 대역 내에서 결정되어 그 피치에 대응하는 파장의 빛을 반사시키는 강유전성 액정 컬러필터와; 강유전성 액정 컬러필터에 입사되는 광을 제어하기 위한 액정층과; 액정층에 전계를 인가하기 위한 전극들을 구비한다.
상기 강유전성 액정 컬러필터는 액정표시장치의 상판 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 강유전성 액정 컬러필터는 액정표시장치의 하판 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 도 8 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 강유전성 액정 컬러필터의 제조방법은 수직 배향막이나 액정분자를 수직으로 배향할 수 있도록 액정과의 계면상태를 설정하기 위한 계면활성제를 두 개의 기판들 상에 각각 형성한다.(S1)
이어서, 어느 일측 기판 상에 실런트가 도포되고 그 실런트에 의하여 기판들이 합착된 후, 그판들 사이에 강유전성 액정에 광중합체와 광중합 개시제가 혼합된 혼합물이 주입된다. 강유전성 액정은 스멕틱 액정 중에서 키럴 도펀트(Chiral dopants)가 첨가된 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 액정이다. 키럴 스멕틱 C(Sm C*)상의 액정은 도 9와 같이 층 구조를 이루면서 액정분자들이 키럴 도펀트에 의하여 각 층들의 액정분자들이 나선 축을 따라 배열되고 자발분극을 가지게 된다. 액정의 배열이 즉, 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 액정분자들 나선구조(Helix)로 배열된다. 이러한 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 액정층은 자신의 나선방향과 같은 원편광 중에서 자신의 나선 피치와 같은 피치와 같은 파장 대역의 원편광을 반사하고 그 이외의 파장대역을 가지는 빛을 투과하는 선택 반사 또는 브래그 반사(Bragg)의 광학적 특성을 가진다.
키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 액정분자들은 수직배향막이나 계면활성제에 의하여 수직으로 배열되어 있기 때문에 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 강유전성 액정의 나선 축은 입사광과 평행하게 된다. 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 액정 재료는 온도 변화에 반응하여 나선 피치(P)가 변하는 재료나 온도 변화에 관계없이 피치가 일정하게 유지되는 재료에서 선택될 수 있다. 또한, 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 액정분자들에 전계가 인가되면 액정분자들의 자발분극에 의하여 액정분자들의 나선축 피치(P)가 조절될 수 있다.
원하는 가시광 파장 대역(400∼700nm)의 빛을 반사시키기 위하여, 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 강유전성 액정은 온도처리되거나 외부에서 전계가 인가된다.(S31,S32) 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 강유전성 액정은 일반적으로 외부 온도가 낮을수록 그 피치가 작아진다. 따라서, 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 강유전성 액정은 온도제어에 의하여 그 피치가 조정된다. 또한, 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 강유전성 액정은 외부 전계의 세기가 높아지면 그 피치가 길어진다. 컬러필터 구현을 위하여, 온도나 전계의 세기 조절에 의하여 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 강유전성 액정의 피치는 가시광 대역의 파장과 동일하게 되어야 한다. 적색광 반사 컬러필터 역할을 하기 위한 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 강유전성 액정은 그 피치가 대략 650nm 부근이어야 하며, 녹색광 반사 컬러필터 역할을 하기 위한 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 강유전성 액정은 그 피치가 대략 550nm 부근이어야 한다. 그리고 청색광 반사 컬러필터 역할을 하기 위한 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 강유전성 액정은 그 피치가 대략 450nm 부근이어야 한다.
S31 단계나 S32 단계에 의하여 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 강유전성 액정의 피치가 조정되면 노광공정이 실시되어 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 강유전성 액정에는 자외선이 조사된다.(S4) 이 때 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 강유전성 액정과 혼합된 광중합체와 광중합 개시제가 자외선에 반응하면서 경화되고 그 결과, 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 강유전성 액정의 나선 구조 배열과 나선 피치(Helical pitch)가 고정된다.
도 10a 내지 도 10f는 도 8의 제어수순 하에서 실시되는 본 발명의 실시예에 따른 강유전성 액정 컬러필터의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.
도 10a를 참조하면, 유리기판(1)과 얇은 투명한 제1 플라스틱기판(4)상에 수직 배향막 또는 액정분자들을 수직으로 배향하기 위한 계면 활성제(2a,2b)가 전면 인쇄된다. 제1 플라스틱기판(4)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate : PET) 필름이나 유리기판으로 대신될 수 있다. 그리고 유리기판(1)과 제1 플라스틱기판(4)은 수직 배향막이나 계면 활성제들(2a,2b)가 대향하도록 실런트에 의해 합착된다. 이어서, 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 액정에 광중합체와 광중합 개시제가 혼합된 혼합물이 실런트의 일측에 형성된 주입구를 통하여 기판들(1,4) 사이에 주입된다. 혼합물이 주입된 후에, 주입구는 봉지된다. 그리고 외부 온도의 조절이나 제1 액정층(3)에 인가되는 전계 세기의 조절에 의하여 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 액정은 그 나선피치가 청색광의 파장 예컨데 450nm 부근으로 조정된다. 제1 액정층(3)에 전계를 인가하기 위하여 제1 액정층(3)의 양측면에는 각각 전압이 인가되는 전극(도시하지 않음)이 형성된다. 제1 액정층(3)의 양측에 형성된 전극들은 제1 액정층(3)에 횡전계를 인가한다.
피치 조정 후, 도 10b와 같이 적색셀 영역에 대응하여 투과부가 형성되고 그 이외의 녹색과 청색셀 영역에 대응하여 차단부가 형성된 마스크(7a)가 제1 플라스틱 기판(4) 상에 정렬된 후, 그 마스크(7a)의 개구부와 제1 플라스틱 기판(4)를 통하여 자외선(UV)이 제1 액정층(3) 상에 조사된다. 그러면 적색셀 영역의 제1 액정층(3)은 광중합체가 경화되면서 그 내부의 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 액정의 나선구조와 450nm 부근의 나선 피치가 고정된다. 그 결과, 적색셀 영역에는 청색광의 파장으로 피치가 결정되어 청색광만을 반사시키는 청색광 반사 컬러필터(B)가 형성된다.
이어서, 외부 온도의 조절이나 제1 액정층(3)에 인가되는 전계 세기의 조절에 의하여 제1 액정층(3)의 미경화된 녹색셀과 청색셀에 포함된 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 액정은 그 나선피치가 적색광의 파장 예컨데 650nm 부근으로 조정된 후, 도 10c와 같이 녹색셀 영역과 청색셀 영역에 대응하여 투과부가 형성되고 적색셀영역에 대응하여 차단부가 형성된 마스크(7b)가 제1 플라스틱 기판(4) 상에 정렬된다. 그리고 그 마스크(7b)의 개구부와 제1 플라스틱 기판(4)를 통하여 자외선(UV)이 제1 액정층(3) 상에 조사된다. 그러면 녹색셀 영역과 청색셀 영역의 액정층(3)은 광중합체가 경화되면서 그 내부의 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 액정의 나선구조와 650nm 부근의 나선 피치가 고정된다. 그 결과, 녹색셀 영역과 청색셀 영역에는 적색광의 파장으로 피치가 결정되어 적색광만을 반사시키는 적색광 반사 컬러필터(R)가 형성된다.
도 10d를 참조하면, 제1 액정층(3)이 경화된 후에 제1 액정층(3)과 제2 플라스틱기판(6) 상에 수직 배향막 또는 계면활성제(2c,2d)가 형성된다. 제2 플라스틱기판(6)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름이나 유리기판으로 대신될 수 있다. 그리고 실런트를 이용하여 소정의 셀갭만큼 이격되도록 제1 액정층(3) 상에 제2 플라스틱기판(6)이 접착된다. 이어서, 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 액정에 광중합체와 광중합 개시제가 혼합된 혼합물이 실런트의 일측에 형성된 주입구를 통하여 제1 액정층(3)과 제2 플라스틱기판(6) 사이에 주입됨으로써 제2 액정층(5)이 형성된다. 혼합물이 주입된 후에, 주입구는 봉지된다. 그리고 외부 온도의 조절이나 제2 액정층(5)에 인가되는 전계 세기의 조절에 의하여 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 액정은 그 나선피치가 녹색광의 파장 예컨데 550nm 부근으로 조정된다. 제2 액정층(5)에 전계를 인가하기 위하여 제2 액정층(5)의 양측면에는 각각 전압이 인가되는 전극(도시하지 않음)이 형성된다. 제2 액정층(5)의 양측에 형성된 전극들은 제2 액정층(5)에 횡전계를 인가한다.
피치 조정 후, 도 10e와 같이 적색셀 영역과 청색셀 영역에 대응하여 투과부가 형성되고 그 이외의 녹색셀 영역에 대응하여 차단부가 형성된 마스크(7c)가 제2 플라스틱 기판(6) 상에 정렬된 후, 그 마스크(7c)의 개구부와 제2 플라스틱 기판(6)을 통하여 자외선(UV)이 제2 액정층(5) 상에 조사된다. 그러면 적색셀 영역과 청색셀 영역의 제2 액정층(5)은 광중합체가 경화되면서 그 내부의 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 액정의 나선구조와 550nm 부근의 나선 피치가 고정된다. 그 결과, 적색셀 영역와 청색셀영역에는 녹색광의 파장으로 피치가 결정되어 녹색광만을 반사시키는 녹색광 반사 컬러필터(G)가 형성된다.
이어서, 외부 온도의 조절이나 제2 액정층(5)에 인가되는 전계 세기의 조절에 의하여 제2 액정층(5)의 미경화된 녹색셀에 포함된 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 액정은 그 나선피치가 청색광의 파장 예컨데 450nm 부근으로 조정된 후, 도 10f와 같이 녹색셀 영역에 대응하여 투과부가 형성되고 적색셀 영역과 청색셀 영역에 대응하여 차단부가 형성된 마스크(7d)가 제2 플라스틱 기판(6) 상에 정렬된다. 그리고 그 마스크(7d)의 개구부와 제2 플라스틱 기판(6)을 통하여 자외선(UV)이 제2 액정층(5) 상에 조사된다. 그러면 녹색셀의 제2 액정층(5)은 광중합체가 경화되면서 그 내부의 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 액정의 나선구조와 650nm 부근의 나선 피치가 고정된다. 그 결과, 녹색셀에는 청색광의 파장으로 피치가 결정되어 청색광만을 반사시키는 청색광 반사 컬러필터(B)가 형성된다.
한편, 액정층(3,5)에 전계를 인가하기 위하여 액정층(3,5)의 측면에 형성된 전극은 컬러필터 제조공정 후에 제거될 수 있으며, 다른 용도 예를 들면, 정전기방지용 전극으로 이용될 수도 있다.
이와 같이 제조된 컬러필터는 도 1과 같은 투과형 액정표시장치의 상판에 적용되거나 도 4와 같은 반사형 액정표시장치의 상판에 적용될 수 있다.
도 11을 결부하여 본 발명의 실시예에 따른 강유전성 액정 컬러필터의 동작을 설명하면 다음과 같다.
이 강유전성 액정 컬러필터에는 도시하지 않은 광학매질 예컨데 위상차판에 의해 원편광이 입사된다. 강유전성 액정 컬러필터에 입사되는 원편광은 강유전성 액정의 나선 방향과 동일한 방향의 원편광이다.
강유전성 액정 컬러필터의 강유전성 액정이 왼나사 방향으로 꼬여져 좌원편광을 반사하는 것으로 가정하여 강유전성 액정 컬러필터의 동작을 설명하기로 한다.
이 강유전성 액정 컬러필터의 적색셀에는 청색광 반사 컬러필터(B)와 녹색광 반사 컬러필터(G)가 적층되어 있다. 이 적색셀에 입사되는 좌원편광 중에서 녹색광 파장 대역의 좌원편광은 녹색광 반사 컬러필터(G)에서 반사되고 청색광 파장 대역의 좌원편광은 청색광 반사 컬러필터(B)에서 반사된다. 따라서, 적색셀에 입사된 좌원편광 중에서 적색광 파장 대역의 좌원편광만이 적색셀을 투과하여 관찰자 쪽으로 진행한다.
녹색셀에는 적색광 반사 컬러필터(R)와 청색광 반사 컬러필터(B)가 적층되어 있다. 이 녹색셀에 입사되는 좌원편광 중에서 적색광 파장 대역의 좌원편광은 적색광 반사 컬러필터(R)에서 반사되고 청색광 파장 대역의 좌원편광은 청색광 반사컬러필터(B)에서 반사된다. 따라서, 녹색셀에 입사된 좌원편광 중에서 녹색광 파장 대역의 좌원편광만이 녹색셀을 투과하여 관찰자 쪽으로 진행한다.
청색셀에는 적색광 반사 컬러필터(R)와 녹색광 반사 컬러필터(G)가 적층되어 있다. 이 청색셀에 입사되는 좌원편광 중에서 적색광 파장 대역의 좌원편광은 적색광 반사 컬러필터(R)에서 반사되고 녹색광 파장 대역의 좌원편광은 녹색광 반사 컬러필터(G)에서 반사된다. 따라서, 청색셀에 입사된 좌원편광 중에서 청색광 파장 대역의 좌원편광만이 청색셀을 투과하여 관찰자 쪽으로 진행한다.
이러한 강유전성 액정 컬러필터가 적용되는 액정표시장치는 종래의 흡수형 컬러필터가 적용된 경우에 비하여 반사된 광을 재이용함으로써 컬러필터의 광흡수로 인한 광손실이 최소화되고 그 만큼 광효율이 증대된다.
본 발명의 실시예에 따른 컬러필터는 전술한 2 층 구조뿐만 아니라 1 층 구조만으로 구현될 수 있다. 이 경우에 반사형 액정표시장치에 적용될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 반사형 액정표시장치를 나타낸다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반사형 액정표시장치는 박막트랜지스터 어레이(Thin Film Transisor Array : 이하 'TFT 어레이'가 형성된 상판(131)과, 강유전성 액정 컬러필터(122)가 하부 유리기판(121) 상에 형성된 하판(132)을 구비한다.
상판(131)에는 도시하지 않은 다수의 데이터라인들과 다수의 게이트라인들이 교차되도록 상부 유리기판(126) 상에 형성되며, 그 교차부에 TFT가 상부 유리기판(126) 상에 형성된다. 상부 유리기판(126)의 전면에는 편광판(128)과 위상차판(127)이 형성되고, 상부 유리기판(126)의 배면 상에는 TFT의 드레인전극에 접속되는 화소전극(125)이 형성된다. 그리고 상부 유리기판(126)의 배면에는 이웃한 셀들 사이의 경계에 위치하는 블랙매트릭스(129)가 형성된다. 편광판(128)은 외부광에서 특정 선편광을 투과시키고 그 이외의 편광성분을 차단함과 아울러 위상차판(127)을 경유하여 입사되는 반사광의 선편광을 편광방향에 따라 투과 또는 차단시킨다. 위상차판(127)은 일반적으로 λ/4 판으로 이루어지며 선편광을 원편광으로 변환한다. 화소전극(125)은 투명 전도성 물질 예를 들면, ITO로 이루어진다.
하판(132)의 강유전성 액정 컬러필터(122) 상에는 공통전극(123)이 형성된다. 공통전극(123)은 투명 도전성 물질로 이루어진다. 강유전성 액정 컬러필터(122)의 하부층에는 도시하지 않은 광흡수층이 형성될 수 있다. 여기서, 광흡수층은 강유전성 액정 컬러필터(122)를 투과한 광을 흡수하여 표시화상의 선명도를 높이는 역할을 한다.
강유전성 액정 컬러필터(122)는 도 10a 내지 도 10c와 같은 제조공정을 3회 반복하여 형성되며 적색광 반사 컬러필터(R), 녹색광 반사 컬러필터(G) 및 청색광 반사 컬러필터(B)를 포함한다. 이 강유전성 액정 컬러필터(122)는 액정층(124)을 경유하여 입사되는 광을 반사시키는 반사판 역할과 입사광의 파장대역을 필터링하는 컬러필터 역할을 겸한다.
본 발명의 실시예에 따른 반사형 액정표시장치의 동작을 노말리 화이트 모드로 가정하여 설명하기로 한다. 화소전극(125)과 공통전극(123)에 전압이 인가되지 않으면 편광판(128)을 투과한 외부광의 선편광은 위상차판(127)을 통과하면서 우원편광으로 변환되고, 그 우원편광은 액정을 통과하면서 편광판(128)의 광축과 직교하는 광축의 선편광으로 변환된다. 그리고 강유전성 액정 컬러필터(122)에 액정층(124)으로부터 선편광이 입사되면 강유전성 액정 컬러필터(122)는 각 셀에 따라 적색광, 녹색광 및 청색광을 반사시킨다. 강유전성 액정 컬러필터(122)에서 반사된 반사광은 액정층(124)을 통과하면서 좌원편광으로 변환된 다음, 위상차판(127)에 의해 편광판(128)의 광축과 나란한 광축의 선편광으로 변환되어 편광판(128)을 통과하게 된다.
화소전극(125)과 공통전극(123)에 액정의 구동에 필요한 전압이 인가되어 액정층(124)에 전계가 인가되면 액정의 배열이 변하면서 액정층(124)에 입사된 우원편광이 광축을 그대로 유지하여 액정층(124)을 통과하여 강유전성 액정 컬러필터(122) 상에서 반사되고 그 우원편광이 위상차판(127)을 통과하면서 편광판(128)의 광축과 직교하는 광축의 선편광으로 변환하여 편광판(128)을 통과하지 못한다.
결과적으로 본 발명의 실시예에 따른 반사형 액정표시장치는 강유전성 액정 컬러필터를 채용함으로써 별도의 반사전극이나 반사판이 불필요하며 흡수형 컬러필터가 없으므로 광손실이 최소화된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 강유전성 액정 컬러필터와 그 제조방법은 강유전성 액정에 키럴 도펀트를 첨가하고 그 강유전성 액정을 수직배향시킴으로써자발적으로 나선구조로 꼬여지게 하고 나선 축의 피치를 반사하고자 하는 광의 파장으로 설정하여 빛을 선택적으로 반사시킨다. 그 결과, 본 발명에 따른 강유전성 액정 컬러필터와 그 제조방법과 이를 이용한 액정표시장치는 종래의 흡수형 컬러필터에 비하여 광흡수에 의한 광손실이 최소화되므로 그 만큼 광효율을 높일 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예컨대, 본 발명에 따른 강유전성 액정 컬러필터는 액정표시장치뿐만 아니라 다른 평판표시장치에도 동일하게 적용되어 그 평판표시장치의 광효율을 높일 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (12)

  1. 수직 배향되며 나선축을 따라 배열되는 강유전성 액정을 구비하며;
    상기 나선축의 피치가 가시광 파장 대역 내에서 결정되어 그 피치에 대응하는 파장의 빛을 반사시키는 것을 특징으로 하는 강유전성 액정 컬러필터.
  2. 기판들 각각에 액정분자를 수직배향시키기 위한 물질을 도포하는 단계와;
    강유전성 액정에 광중합제와 광중합 개시제가 혼합된 혼합물을 상기 기판들 사이에 주입하는 단계와;
    상기 강유전성 액정의 나선축 피치를 가시광 파장 대역 내에서 결정된 피치로 조정하는 단계와;
    상기 강유전성 액정의 피치가 조정된 상기 혼합물을 노광시켜 상기 혼합물을 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강유전성 액정 컬러필터의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 강유전성 액정은 키럴 도펀트(Chiral dopants)가 첨가된 키럴 스멕틱 C(Sm C*) 상의 액정인 것을 특징으로 하는 강유전성 액정 컬러필터의 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    액정분자를 수직배향시키기 위한 물질은 수직 배향막 및 계면 활성제 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 강유전성 액정 컬러필터의 제조방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 나선축 피치를 조정하는 단계는,
    상기 강유전성 액정에 가해지는 온도를 조절하여 상기 강유전성 액정의 나선축 피치를 조정하는 것을 특징으로 하는 강유전성 액정 컬러필터의 제조방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 나선축 피치를 조정하는 단계는,
    상기 강유전성 액정에 가해지는 전계의 세기를 조절하여 상기 강유전성 액정의 나선축 피치를 조정하는 것을 특징으로 하는 강유전성 액정 컬러필터의 제조방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 강유전성 액정 컬러필터는 상기 기판 상에 단층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 강유전성 액정 컬러필터의 제조방법.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 강유전성 액정 컬러필터는 상기 기판 상에 2층으로 적층되는 것을 특징으로 하는 강유전성 액정 컬러필터의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 2층으로 적층된 강유전성 액정 컬러필터들 각각의 나선축 피치는 서로 다른 것을 특징으로 하는 강유전성 액정 컬러필터의 제조방법.
  10. 수직 배향되며 나선축을 따라 배열되며 상기 나선축의 피치가 가시광 파장 대역 내에서 결정되어 그 피치에 대응하는 파장의 빛을 반사시키는 강유전성 액정 컬러필터와;
    상기 강유전성 액정 컬러필터에 입사되는 광을 제어하기 위한 액정층과;
    상기 액정층에 전계를 인가하기 위한 전극들을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 강유전성 액정 컬러필터는 상기 액정표시장치의 상판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 강유전성 액정 컬러필터는 상기 액정표시장치의 하판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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