KR20040080348A

KR20040080348A - 컬러 액정 표시 장치와 그 제조방법, 및 컬러 필터 기판의제조방법

Info

Publication number: KR20040080348A
Application number: KR1020040016073A
Authority: KR
Inventors: 후쿠치다카카즈
Original assignee: 세이코 인스트루먼트 가부시키가이샤
Priority date: 2003-03-11
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2004-09-18
Also published as: US20040183971A1; US20060028599A1; US6999143B2; CN1530710A; TW200419260A; JP2004295090A

Abstract

반투과형의 컬러 액정 표시 장치에 있어서, 투과시와 반사시의 색 재현성을 높게 하고 또한 반사 휘도를 향상시키는 것을 목적으로 하는 것으로서, 반투과형의 컬러 액정 표시 장치에 사용되고 있는 컬러 필터 기판의 표시 화소 중, 반사부 상에 형성하는 컬러 필터층의 막 두께를 얇게 하고, 투과부에 형성된 컬러 필터의 막 두께를 두껍게 하는 구성으로 하고, 반사부에 형성되는 금속 반사막의 막 두께를 0.2㎛ 이상으로 하였다. 또한, 반사부 상에 형성하는 컬러 필터층과 투과부에 형성하는 컬러 필터층을 동시에 형성하여, 연속된 컬러 필터층으로 되는 구성으로 하였다.

Description

컬러 액정 표시 장치와 그 제조방법, 및 컬러 필터 기판의 제조방법{COLOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND METHOD FOR MANUFACTURING COLOR FILTER SUBSTRATE}

본 발명은, 휴대전화나 전자수첩 등의 휴대 정보 기기, 퍼스널 컴퓨터 등에 사용되는 컬러 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히, 반사형과 투과형을 겸용하는 반투과형의 컬러 액정 표시 장치, 및 그 제조방법에 관한 것이다.

휴대전화나 휴대용 정보 기기 등의 표시 장치에 사용되는 컬러 액정 표시 장치에는, 투과형, 반사형, 반투과형의 3개의 유형이 이용되고 있다. 이하, 종래의 3개의 유형의 컬러 액정 표시 장치에 대해서, 도면을 이용하여 간단히 설명한다. 도 1은 종래의 투과형 컬러 액정 표시 장치의 단면도이다. 하측 투명 기판(1A)의 표면에는 차광막(4)과, 컬러 필터(3)가 형성되어 있다. 컬러 필터(3)는 광의 3원색인 적색(R), 녹색(G), 청색(B)이 패턴 형성되어 있다. 즉, 컬러 필터(3)에는 적색, 녹색, 청색의 착색부가 스트라이프, 모자이크 등 임의의 패턴으로 형성된다. 각 착색부의 사이에는, 필요에 따라 차광막(4)이 형성되어 있다. 이들의 표면 상에는 투명한 평탄막(5)이 형성되고, 또한 그 위에 투명 전극(2A)이 소망의 패턴으로 형성된다. 패시브 타입의 컬러 액정 표시 장치의 경우, 이 투명 전극(2A)은, 컬러 필터의 착색층(3R, 3G, 3B)과 교차하는 패턴, 즉, 공통 라인으로 형성된다.액티브 타입의 액정 표시 장치의 경우에는, 투명 전극(2A)은 패터닝하지 않고, 막형성용 마스크를 이용하여 막형성한 그대로의 상태의 전극 형상으로 된다. 이들 각 층을 총합하여 컬러 필터 기판(6)이라고 부른다.

도시하는 바와 같이, 대향 기판인 투명 기판(1B)과 컬러 필터 기판(6)은, 시일재(7)와 스페이서(9)에 의해 그 간극이 균일하게 유지되고, 그 간극에 액정(10)이 봉입되어 있다. 이와 같이 구성된 표시 패널이 한쌍의 편향판(12, 13)에 개재되어 있다. 또한, 투명 전극(2A 및 2B)의 표면에는 도시하지 않은 배향막이 형성되어 있다(예를 들면, 비특허 문헌 1 참조).

도 2는 종래의 반사형 컬러 액정 표시 장치의 단면도이다. 도 1에서 설명한 투과형 컬러 액정 표시 장치와 중복되는 설명은 생략한다. 도시하는 바와 같이, 외광을 반사시키기 위한 금속 반사판(11)이 투명 기판(1A)과 컬러 필터(3) 사이에 형성되어 있다. 이 때문에, 도 1에 도시한 투과형 표시 장치와 달리, 편향판(12)은 불필요하다. 이 경우, 편향판(13)에는, 금속 반사막(11)에서 반사하여 위상이 어긋난 광을 되돌리기 위한 1/4 파장판과, 금속 반사막(11)에서 정 반사한 광의 눈부심을 방지하기 위해서 산란 기능을 갖는 층을 부가하는 경우가 많다(예를 들면, 비특허 문헌 1 참조).

도 3은 종래의 반투과형 컬러 액정 표시 장치의 단면도이다. 여기서는 전술한 컬러 액정 표시 장치와 중복되는 설명은 생략한다. 도시하는 바와 같이, 투명 기판(1A)과 컬러 필터(3) 사이에 형성한 금속 반사막(11)의 일부를 제거하고 있다. 이것에 의해 1화소 내에 반사부와 투과부 양쪽의 기능이 갖춰져 있다. 그리고, 투명 기판(1A)의 외측에는 편향판(12)이 형성되어 있다 (예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

다음에, 종래의 반투과형 컬러 액정 표시 장치의 제조방법을 간단히 설명한다. 우선 처음에, 도 4(a)에 도시하는 용으로, 투명 기판(1A)의 표면에 금속 반사막(11)을 스퍼터링 또는 진공 증착법 등의 진공 제막법에 의해, 광을 통과시키지 않는 레벨의 막 두께로 형성한다. 충분한 차광성을 얻기 위한 금속 반사막의 막 두께는 0.10㎛ 이상이다. 금속 반사막(11)이 알루미늄 혹은 알루미늄 합금인 경우에는 막 두께는 0.125㎛ 정도, 은 혹은 은 합금인 경우에는 막 두께는 0.10㎛ 정도로 하는 것이 일반적이다. 다음에, 도 4(b)에 도시하는 바와 같이, 이 금속 반사막(11)을 포토리소그래피법에 의해 패터닝한다. 표시 패널의 표시 화면의 화소마다, 반사부와 투과부가 형성되도록 패터닝된다. 도 4(b)에서 금속 반사막(11)이 남아 있는 곳이 반사부이고, 삭제된 부분이 투과부로 된다. 패터닝에 의해 반사부와 투과부의 비율은 임의로 설정할 수 있다.

다음에, 도 4(c)에 도시하는 바와 같이 차광막(4)이 형성된다. 이 차광막(4)은, 흑색 안료를 포함한 액상(液狀) 포토레지스트를 표면 전체에 도포한 후, 포토리소그래피법에 의해 소망의 형상으로 패터닝한다. 일반적으로는 매트릭스 형상으로 형성되기 때문에 블랙 매트릭스라고 불린다. 최근에는 컬러 액정 표시 장치의 반사광량을 높이기 위해, 스트라이프 형상(블랙 스트라이프)으로 형성하는 것이나, 컬러 액정 표시 장치 주위의 테두리부에만 차광막(4)을 형성하고 표시영역에는 형성하지 않는 경우도 있다.

다음에, 도 4(d)에 도시하는 바와 같이 컬러 필터를 구성하는 착색부(3R)가 형성된다. 이 적색 컬러 필터는, 적색의 안료를 포함한 액상의 포토레지스트를 투명 기판(1A)의 표면 전체에 도포한 후, 포토리소그래피법으로 소망의 패턴으로 형성된다. 통상은 차광막(4)의 매트릭스를 따라 스트라이프 형상으로 형성된다. 마찬가지로 착색층(3G)(녹색), (3B)(청색)도 순차 형성되고, 도 4(e)에 도시한 바와 같은 형상으로 된다. 여기서 액상의 컬러 레지스트를 도포하여 얻어지는 착색층(3R, 3G, 3B)은, 금속 반사막(11) 상(즉, 반사부)의 막 두께와 금속 반사막(11)이 제거된 투명 기판(1A) 상(즉, 투과부)의 막 두께가 거의 차이가 없다. 이는 금속 반사막(11)의 막 두께가 0.10㎛ 정도의 얇은 막이고, 액상의 포토레지스트가 표면 형상을 따라 막 형성되기 때문이다.

다음에, 이러한 착색부가 형성된 컬러 필터(3)에는, 도 4(f)에 도시하는 바와 같이, 투명 수지로 이루어지는 평탄화막(5)이 형성된다. 이 평탄화막(5)은, 액상의 재료이고 일반적으로는 스피너에 의해 도포 막형성된다. 도 4(g)에 도시하는 바와 같이, 평탄화막(5)의 표면에 이어서 투명 전극(2A)이 형성된다. 평탄화막(5)은 투명 전극(2A)의 밀착성이나 패터닝 내성 등을 구비하고 있다. 투명 전극(2A)은 통상 스퍼터링법으로 소망의 막 두께, 저항값 특성으로 형성된다. 일반적으로는 인듐(In)과 주석(Sn)의 합금을 불완전 산화시킨 도전 재료가 사용된다.

이렇게 하여, 도 4(h)에 도시하는 평면 개략의 컬러 필터 기판(6)이 형성된다. 이 컬러 필터 기판(6)을 사용하여, 전술한 바와 같이, 도 3에 도시한 종래의 반투과형 컬러 액정 표시 소자가 형성된다. 이하에 액정 표시 소자의 제조방법에대해서 간단히 기술한다. 컬러 필터 기판(6)과 대향 기판(8)의 각각의 표면에 형성된 배향막은 일반적으로 오프셋 인쇄법에 의해 형성된다. 컬러 필터 기판(6)과 대향 기판 사이에 형성된 스페이서(9)는 산포법에 의해 균일하게 분포하고 있다. 시일재(7)는 통상 스크린 인쇄법에 의해 형성된다. 이 컬러 필터 기판(6)과 대향 기판(8)을 맞붙이고, 이어서 컬러 필터 기판(6)과 대향 기판(8)의 간극에 형성된 공간에 액정(10)을 주입한다.

또한 최근, 반사부의 컬러 필터의 두께에 비해 투과부의 컬러 필터의 막 두께를 두껍게 하여, 투과시의 색 재현성을 향상시키는 기술도 출현하고 있다(예를 들면 특허 문헌 2 참조). 이 기술에 대해서 도 5, 도 6을 이용하여 간단히 설명한다. 우선, 도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 투명 기판(1A)의 표면에 감광성의 투명 수지를 도포하고, 포토리소그래피법에 의해 수지층(14)을 형성한다. 이 수지층(14)은, 포스트 베이크로 멜트 플로우하는 성질을 갖는 포지티브형 포토레지스트를 소망의 패턴으로 형성한 후 포스트 베이크에 의해 표면을 요철 형상으로 하고, 다시 포지티브형 포토레지스트를 도포하여 상기 표면 요철 부분을 덮어 2중의 포토레지스트에 의해 2회의 포토리소그래피법을 이용하는 매우 복잡한 방법이다(예를 들면, 특허 문헌 3 참조). 이 수지층(14)은 전술한 종래의 반투과형 컬러 액정 표시 장치의 경우에 설명한 금속 반사막(11)의 패턴과 마찬가지로, 1화소 내에 반사부와 투과부가 형성되는 형상이다. 다음에 이 투명 기판(1A)의 전체 표면에 금속 반사막(11)을 스퍼터링 등으로 막형성한 후, 포토리소그래피법에 의해 수지층(14)의 표면 상 겹치는 패턴을 갖는 금속 반사막(11)을 형성한다. 그 후는도 5(c)에 도시하는 바와 같이, 차광막(4)을 형성한다. 컬러 필터의 착색 부분은, 반사부와 투과부를 각각 따로따로 네거티브형 컬러 레지스트를 이용하여 6회의 포토리소그래피법에 의해 적색 착색부(3R, 3R2), 녹색 착색부(3G, 3G2), 청색 착색부(3B, 3B2)를 형성한다(도 5(f)). 이 컬러 필터 기판(6)을 사용하여, 전술과 같이, 도 6에 도시한 것과 같은 다른 종래의 반투과형 컬러 액정 표시 장치를 얻는다.

또한 특허 문헌 2에서는 다른 컬러 필터의 형성 방법으로서, 반사부와 투과부의 컬러 필터를 동시에 형성하는 방법에 대해서도 기재되어 있는데, 투과부의 컬러 필터의 막 두께를 반사부의 2배로 하는 구체적인 방법에 관해서는 설명이 없고, 투과 영역에서 반사 영역의 2배의「두께가 되도록 도포한다」라고 밖에 기재되어 있지 않다. 본 발명자는 전술의 6회의 포토리소그래피법에 의해 반사부와 투과부의 막 두께를 변화시키는 것은 이해할 수 있지만, 구체적 설명이 없는 「반사부와 투과부의 컬러 필터를 동시에 형성하는」방법은 간단히 이해할 수 없다고 생각하고 있다.

[비특허 문헌 1]

內田龍男 저 「차세대 액정 디스플레이 기술」 공업 조사회 출판, 1994년 11월 1일, p.167-174

[특허 문헌 1]

일본국 특개평 11-52366호 공보(제2∼4항, 도 1)

[특허 문헌 2]

일본국 특개 2002-303861호 공보(제2∼4항, 도 1)

[특허 문헌 3]

일본국 특개평 6-11711호 공보(제2∼3페이지, 도 4)

지금까지 기술한 바와 같이, 반사시와 투과시의 색의 밸런스를 취하기 위해서, 도 5 및 도 6을 이용하여 설명한 투과부의 막 두께가 반사부의 막 두께보다 두꺼운 컬러 필터를 갖는 반투과형 컬러 액정 표시 장치가 고안되었다. 그러나, 이러한 반투과형 컬러 액정 표시 장치에는 이하와 같은 과제가 있다. 즉, 컬러 필터의 각 색의 착색부는, 각각 1회의 포토리소그래피 공정에 의해 형성되므로, 어느 영역에서나 각각이 거의 같은 막 두께의 컬러 필터(3)가 형성된다. 이 때문에, 표시 영역의 전체에서 컬러 필터가 기능하는 색의 농도나 밝기도 동일한 레벨을 갖고 있다. 또한, 반사막(11)의 생산성의 관계로부터, 반사막(11)의 두께는 0.10㎛ 정도이고, 착색부는 이 반사막(11) 상에 액체의 컬러 레지스트를 이용하여 스피너법에 의해 형성되므로, 그 반사부와 투과부에서 막 두께의 차이는 거의 없다. 따라서, 컬러 필터가 기능하는 색의 농도나 밝기도 모든 표시 영역에서 차이가 거의 없다. 즉, 반투과형 컬러 액정 표시 장치의 표시색을 짙게 하려고 컬러 필터의 막 두께를 두껍게 하면, 컬러 필터의 투과율이 저하하고, 투과부 및 반사부의 밝기가 어두워진다는 문제가 있었다. 반대로, 표시 화상의 휘도를 중시하여 컬러 필터의 막 두께를 얇게 하면, 표시색의 농도를 충분히 얻을 수 없는 과제가 있었다. 또한, 반사부에서는, 외광이 컬러 필터층을 투과한 후, 금속 반사막에서 반사하고,이 반사광이 다시 컬러 필터층을 투과하여 되돌아오므로, 이 컬러 필터층의 2회의 통과에 의해 입사광량은 대폭 저하된다. 이 때문에, 컬러 액정 표시 장치로서의 시인성(視認性)이 나빠진다는 과제가 있었다.

또한, 이 구조와는 별도로, 컬러 필터의 막 두께를 얇게 형성한 후에, 다시 투과부(12)에만 컬러 필터를 형성한 구조의 것도 생각할 수 있는데, 이 구조에서는 컬러 필터의 포토리소그래피 공정을 2배인 6회로 늘리는 등의 생산성이나 불량 수가 증가하는 등의 공업적 ·경제적인 부담이 커진다. 미세한 컬러 필터 형상을 갖는 컬러 액정 표시 장치에 사용하는 컬러 필터의 경우에는, 전술한 포토리소그래피법에 의해 고도의 위치 맞춤이 필요해지므로, 매우 번잡한 제조공정이 필요해지는 동시에 생산성이 크게 저하하고, 제품 수율이 저하하는 등 공업적 ·경제적인 과제를 피할 수 없다.

또, 전술의 특허 문헌 2에 개시되어 있는 바와 같은 동시 형성에 의해 투과부의 컬러 필터의 막 두께를 반사부에 대해 두껍게 하는 방법에 대해서도, 수지층(14)을 형성하기 위한 매우 번잡한 방법이 전제 조건으로 되어 있는 것을 지적해 둔다.

본 발명은 전술한 반투과형 컬러 액정 표시 장치가 안고 있는 다음과 같은 과제에 착안한 것이다.

도 1은 종래의 투과형 컬러 액정 표시 장치의 구성을 모식적으로 도시한 단면도,

도 2는 종래의 반사형 컬러 액정 표시 장치의 단면도,

도 3은 종래의 반투과형 컬러 액정 표시 장치의 단면도,

도 4는 종래의 반투과형 컬러 액정 표시 장치의 제조방법,

도 5는 다른 종래의 반투과형 컬러 액정 표시 장치의 제조방법,

도 6은 다른 종래의 반투과형 컬러 액정 표시 장치의 단면도,

도 7은 본 발명의 반투과형 컬러 액정 표시 장치의 부분 확대도,

도 8은 본 발명의 반투과형 컬러 필터 기판의 부분 단면도,

도 9은 본 발명의 반투과형 컬러 액정 표시 장치의 단면도,

도 10은 본 발명의 반투과형 컬러 액정 표시 장치의 제조방법이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

3 : 컬러 필터 4 : 차광막

7 : 시일재 9 : 스페이서

10 : 액정 1A : 투명 기판

2A, 2B : 투명 전극 11 : 금속 반사막

14 : 수지층

이 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 컬러 액정 표시 장치는, 표시 화소 중, 반사부 상에 형성하는 컬러 필터층의 막 두께를 얇게 하고, 투과부에 형성된컬러 필터의 막 두께를 두껍게 하는 구성으로 하고, 반사부에 형성되는 금속 반사막의 막 두께를 0.2㎛ 이상으로 하였다. 또한, 본 발명의 컬러 액정 표시 장치는, 표시 화소 내에 반사부와 투과부를 형성하기 위해서 금속 반사막이 표시 화소의 영역 내에 부분적으로 형성되고, 착색층은 금속 반사막 상과, 표시 화소 내의 금속 반사막이 형성되어 있지 않은 투과부에 일체적으로 형성되고, 금속 반사막의 두께와 금속 반사막 상의 착색층의 두께의 합이, 투과부의 착색층의 두께보다 큰 구성이다. 또한, 금속 반사막의 두께와 금속 반사막 상의 착색층의 두께의 합이，투과부의 착색층의 두께보다 0.15㎛∼0.30㎛ 커지도록 하였다.

또한, 본 발명의 컬러 액정 표시 장치는, 투명 기판 상에, 금속 반사막, 착색층, 및 투명 전극이 형성된 컬러 필터 기판과, 투명 전극과 대향하여 표시 화소를 형성하는 대향 전극이 형성된 대향 기판과, 컬러 필터 기판과 대향 기판 사이에 형성된 액정층을 구비하고 있고, 금속 반사막은, 0.2㎛ 이상의 막 두께로 표시 화소의 영역 내에 부분적으로 형성되고, 착색층은, 금속 반사막 상과, 표시 화소 내의 금속 반사막이 형성되어 있지 않은 영역에 일체적으로 형성되어 있다.

또한, 각 착색층의 사이에 차광막을 형성하였다. 이 차광막은 금속 반사막 상에 또는 투명 기판 상의 금속 반사막이 형성되어 있지 않은 영역에 형성하였다.

또한, 본 발명에 의한 컬러 액정 표시 장치의 제조방법은, 막 두께가 0.2㎛ 이상인 금속 반사막을, 투명 기판 상의 표시 화소를 구성하는 부위에 부분적으로 형성함으로써, 반사부와 투과부를 형성하는 단계와, 반사부와 투과부 상에, 동시에 착색층을 형성하는 착색층 형성 단계와, 착색층 형성 단계를 색마다 반복하여 컬러필터 기판을 형성하는 단계와, 소망의 패턴을 갖는 상기 투명 전극을 컬러 필터 기판에 형성하는 단계와, 소망의 패턴을 갖는 대향 전극을 대향 기판 상에 형성하는 단계와, 컬러 필터 기판과 대향 기판을, 투명 전극과 대향 전극이 대향하도록 배치하고, 이들의 간극에 액정층을 형성하는 단계를 구비하고 있다.

또한, 착색층 형성 단계 전에, 금속 반사막의 일부에 차광막을 형성하는 단계를 구비하는 것으로 하였다. 혹은, 착색층 형성 단계 전에, 투명 기판의 금속 반사막이 형성되어 있지 않은 부분의 일부에 차광막을 형성하는 것으로 하였다. 또한, 착색층 형성 단계에서, 차광막으로 둘러싸인 소정의 영역에 액상 컬러 레지스트를 공급함으로써 착색층을 형성하는 것으로 하였다. 또한, 액상 컬러 레지스트가 공급되고, 액상 그대로 1분간 이상 유지시킨 후에 건조시켰다.

또한, 금속 반사막의 막 두께를 0.4㎛∼0.6㎛로 하였다. 또한, 반사부의 착색층의 두께를 0.4㎛∼0.8㎛로 하였다.

또한, 본 발명에 의한 컬러 필터 기판의 제조방법은, 막 두께가 0.2㎛ 이상인 금속 반사막을, 투명 기판 상에 부분적으로 형성함으로써, 반사부와 투과부를 형성하는 단계와, 반사부와 투과부 상에, 동시에 착색층을 형성하는 착색층 형성 단계와, 착색층 형성 단계를 색마다 반복하여 컬러 필터를 형성하는 단계를 구비하는 것으로 하였다. 또한, 착색층 형성 단계에서, 금속 반사막 상의 착색층을 0.4∼0.9㎛의 두께로 형성하는 동시에, 투과부의 착색층을 0.55㎛∼1.0㎛의 두께로 형성하는 것으로 하였다.

이하, 본 발명의 반투과형 컬러 액정 표시 장치를 도면에 기초하여 설명한다. 도 7은 컬러 액정 표시소자의 픽셀을 부분적으로 확대한 평면도이다. 여기서는, 각각에 컬러 필터를 구성하는 착색부(R, G, B)가 형성된 3개의 화소로 하나의 픽셀이 형성되는 것을 나타내고 있다. 또한, 각 화소 사이에는 차광막(4)이 형성되어 있다. 도면 중의 선 A-A선에서의 단면, 즉, 적색의 착색부가 형성된 화소의 단면에 대응하는 컬러 필터 기판의 단면 구성을 도 8에 모식적으로 도시한다. 도시하는 바와 같이, 투명 기판(1A)의 표면 상에는 금속 반사막(11)과 적색의 착색층(3R)이 형성되어 있다. 화소 내에서, 착색층(3R)에는, 금속 반사막 상에 형성되어 있는 부분(반사부)과 금속 반사막을 통하지 않고 투명 기판 상에 형성되어 있는 부분(투과부)이 있다. 즉, 금속 반사막에 형성된 구멍 부분이, 투과부에 대응하게 된다. 여기서, 투과부의 착색층과 반사부의 착색층은 연속된 층으로 형성되어 있다. 또한, 금속 반사막(11) 상의 일부에는, 차광막(4)이 형성되어 있다. 차광막(4)은 표시 화소를 둘러싸도록, 매트릭스 형상으로 형성되어 있다. 이 차광막(4)은 표시 화면을 보기좋게 조절하기 위해서, 표시 화면 전체 영역의 외주부, 소위 테두리에도 형성되어 있다. 이들의 표면 상에는 평탄화를 위해 투명한 수지층(이하, 투명 평탄화막이라고 칭함)이 형성되어 있다. 또한, 이 투명 평탄화막(5)의 표면에는 포토리소그래피법에 의해 소망의 패턴으로 형성된 투명 도전막(2A)이 형성되어 있다.

통상, 투과 기능을 갖게 하기 위해서 일부에 구멍이 뚫린 금속 반사막(11)은 0.12㎛∼0.15㎛ 정도의 막 두께이다. 이것은, 스퍼트링 등의 진공 제막법으로 형성되는 금속 반사막에 핀홀 등의 광을 투과시키는 요인을 없애고 광을 완전히 차광하기 위해 필요한 막 두께이기도 하다. 본 발명에서는 이 금속 반사막(11)을 0.2㎛ 이상 1.0㎛ 이하의 막 두께로 하고 있다. 금속 반사막(11)의 막 두께가 두꺼우면 두꺼울수록, 투과부의 착색층의 막 두께를 증대시킬 수 있다. 즉, 투과부와 반사부의 착색층의 막 두께차를 크게 할 수 있다. 이것은, 착색층을 형성하기 위해서 액상의 컬러 레지스트를 도포하면, 금속 반사막에 형성된 구멍 부분(투과부)에 액상의 컬러 레지스트가 흘러 들어간다는, 액체에 의한 표면 요철의 평탄화 작용이 발생하기 때문이라고 생각된다. 단, 반사부와 투과부의 착색층이 완전히 평평한 상태로 되는 것은 한정되지 않는다. 투과부의 두께(착색층의 두께)쪽이 반사부의 두께(금속 반사막과 착색층의 두께)보다 작아진다. 이 차이가 0.15㎛∼0.30㎛ 정도가 되도록, 금속 반사막과 반사부의 착색층의 두께의 총 합을 설정하는 것이 바람직하다. 반사부의 두께(금속 반사막과 착색층의 두께)가 커지면 투과부의 두께(착색층의 두께)도 커지지만, 반사부의 두께의 증가에 비해 투과부의 두께는 증가하지 않으므로, 반사부의 두께가 커질수록 반사부와 투과부의 단차도 커진다. 반사부의 두께는 금속 반사막과 착색층의 총 두께이고, 개개의 두께를 선택함으로써 총 두께를 조정할 수 있다.

또한, 금속 반사막의 막 두께가 커지면 내부 응력의 증가에 의한 박리 등이 발생하기 쉬워져, 신뢰성이 저하할 가능성이 있으므로, 금속 반사막의 막 두께는 0.6㎛ 이하가 바람직하다. 한편, 투과부와 반사부에서의 색의 농도나 밝기를 최적으로 하기 위해서는, 착색층의 막 두께차가 어느 정도 필요하므로, 금속 반사막도 어느 정도의 두께가 필요해진다. 따라서, 금속 반사막의 두께는 0.4㎛∼0.6㎛가바람직하다.

또한, 이 금속 반사막 상부에 형성되는 착색층의 막 두께는, 반사 관찰시의 색도, 색 재현성을 확보하기 위해서 0.4㎛ 이상 필요하다. 한편, 관찰시의 밝기를 확보하기 위해서 투과부의 착색층의 두께를 1.0㎛ 이하로 하고 싶으므로, 전술의 단차를 고려하면 반사부의 총 두께는 0.8∼1.3㎛가 바람직하다. 따라서, 반사부(금속 반사막 상)의 착색층은 0.4∼0.9㎛가 바람직하다.

예를 들면, 금속 반사막을 0.4㎛, 금속 반사막 상의 착색층을 0.4㎛∼0.8㎛로 하고, 반사부의 총 두께를 0.8㎛∼1.2㎛로 한 경우에, 투과부의 착색층은 0.55㎛∼0.90㎛로 되었다. 또한, 금속 반사막을 0.4㎛, 금속 반사막 상의 착색층을 0.4㎛로 하고, 반사부의 총 두께를 0.8㎛로 한 경우는, 투과부의 착색층 두께는 0.55㎛∼0.65㎛로 되었다.

전술의 액체 컬러 레지스트의 평탄화 작용을 증대시키는 요인은, 컬러 레지스트의 점도, 컬러 레지스트를 투명 기판(1A) 상에 도포하고 나서 건조시키기 까지의 액체 상태에서의 유지 시간, 및, 컬러 레지스트에 사용되고 있는 유기 용매의 비점 등이다. 통상 사용되고 있는 컬러 레지스트의 점도는 5cp∼15cp 정도인데, 평탄화 작용을 강화시키기 위해서는 저 점도가 바람직하다. 또한, 컬러 레지스트에 통상 사용되고 있는 유기 용매는 PGMEA(프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트)를 주성분으로 한 혼합 용매이고, 비점은 140℃ 정도이다. 평탄화 작용을 향상시키기 위해서는 비점을 높게 하는 것이 바람직하다. 또한, 컬러 레지스트를 도포하고 나서 프리 베이크를 행할때 까지의 시간, 즉, 도포 후의 컬러 레지스트를 액체 상태 그대로 두는 시간은, 길수록 컬러 레지스트가 평탄화되므로 바람직하다. 컬러 레지스트의 점도나 사용되는 유기 용제의 비점에 따라 최적의 시간은 변하지만, 컬러 레지스트를 평탄화시키기 위해서는 1분간 이상의 유지 시간은 필요하다. 그러나, 유기 용매가 증발할때 까지 방치하는 것은 의미가 없으므로, 바람직하게는 3분간 내지 10분간 정도이다. 그러나, 이들 요인에는 각각 제약이 있는 동시에 상호 관계가 있으므로, 컬러 필터의 막 두께의 균일성, 작업성, 생산성 등의 품질이나 경제성을 고려할 필요가 있다.

본 발명을 이하의 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

도 9는 본 실시예의 반투과형 컬러 액정 표시 장치의 개략 단면도를 도시한다. 투명 기판(1A)의 표면에는 일부에 개구부(투과부)가 형성된 막 두께 0.5㎛의 알루미늄 합금의 금속 반사막(11)이 형성되어 있다. 금속 반사막(11)과 그 개구부 표면에는 적색, 녹색, 청색의 3원색의 착색층(3R, 3G, 3B)이 형성되어 있다. 여기서, 반사부의 착색층의 막 두께는 0.6㎛, 투과부의 착색층의 막 두께는 0.9㎛이다. 따라서, 반사부에서는 금속 반사막(11)의 막 두께 0.5㎛와 착색층의 막 두께 0.6㎛로 합계 1.1㎛의 총 두께로 된다. 한편, 투과부에서는 컬러 필터의 막 두께 0.9㎛가 그대로 총 두께로 된다. 따라서, 반사부와 투과부의 단차는 0.2㎛이다. 모든 착색층(3R, 3G, 3B)에서 동일하게 형성되어 있다. 이들 착색층(3R, 3G, 3B)의 표시 화소의 주위에는, 차광막(4)이 금속 반사막(11)의 표면상에 0.6㎛의 막 두께로 매트릭스 형상으로 형성되어 있다. 이들 착색층(3R, 3G, 3B)과 차광막(4)의 표면에는 투명 평탄화막(5)이 2.5㎛의 막 두께로 형성되어 있다. 착색층의 반사부와 투과부의 0.2㎛의 단차는 이 투명 평탄화막(5)에 의해 해소된다. 이 때문에, 평탄한 표면(표면 요철 ±0.03㎛ 이하)이 얻어진다. 투명 평탄화막(5)의 표면에는 패터닝된 투명 전극(2A)이 형성되어 있다. 이와 같이, 컬러 필터 기판(6)이 형성되어 있다.

한편, 투명 전극(2B)이 형성된 대향 기판(8)은 컬러 필터 기판(6)에 대향하도록 형성되어 있다. 컬러 필터 기판(6)과 대향 기판(8) 사이에는, 시일재(7), 스페이서(9)가 설치되어, 액정층의 두께를 제어하고 있다. 또한, 도시되어 있지 않지만, 컬러 필터 기판(6)과 대향 기판(8)의 내측 표면에는 배향막이 형성되어 있다. 컬러 필터 기판(6)과 대향 기판(8)의 외측에는, 편광판(12, 13)이 형성되어 있고, 편광판은 1/4 파장판, 편광판(13)에는 1/4 파장판과 광 확산 필름이 각각 조합되어 있다.

이러한 구성의 반투과형 컬러 액정 표시 장치와 종래의 반투과형 컬러 액정 표시 장치에 대해서, 색 재현성 및 반사 휘도의 데이터 비교를 표 1에 나타내었다. 비교한 종래의 반투과형 컬러 액정 표시 장치는, 금속 반사막(11)의 막 두께가 0.1㎛이고, 컬러 필터의 막 두께는 반사부, 투과부 모두 0.6㎛인 것(종래예 1)과, 0.9㎛인 것(종래예 2)의 2종류를 준비하였다. 즉, 반사부와 투과부에서 컬러 필터의 막 두께가 동일하고, 컬러 필터 기판의 표면이 평탄하게 되어 있는 것을 사용하였다. 또한, 금속 반사막(11)과 컬러 필터 막 두께 이외의 구성은 본 실시예와 동일한 구성으로 하였다. 적색, 녹색, 청색 모두 사용한 컬러 레지스트는 동일하고,막 두께 0.9㎛일 때 색 농도 NTSC비가 30%로 되는 것이다. 평가는, 투과시는 동일한 백라이트 광원이고, 반사시는 동일한 백색 광원을 사용하여 분광 광도계(미놀타 CS-1000)에 의해 측정하였다.

[표 1] 본 발명과 종래의 반투과형 컬러 액정 표시 장치의

색 재현성과 반사 휘도 비교(1)

표 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예는, 투과시의 색 재현성은 표시 장치에서 NTSC비 25%로 되어 종래예 2와 같은 정도에 달하고, 또한 반사시의 색 재현은 NTSC비로 24%, 반사 휘도는 25%로 종래예 1과 같은 정도이며, 투과, 반사의 색 재현성이 높아 밸런스가 좋고 반사 휘도가 높았다.

다음에, 본 발명의 반투과형 컬러 액정 표시 장치의 제조방법에 대해서 도 10을 이용하여 설명한다. 도 10(a)는 투명 기판(1A)의 표면에 알루미늄 합금의 반사 금속막(11)을 스퍼터링에 의해 막형성한 상태를 도시하고 있다. 막 두께는 막형성 시간에 따라 조정 가능하다. 최근의 인-라인형의 스퍼터링 장치에서는 알루미늄 합금의 재료 타겟을 다수대 장착하는 것이 가능하고, 본 발명에서 사용되는반사 금속막이, 종래의 반투과형 컬러 액정 표시 장치에 사용되는 0.1㎛ 두께의 반사 금속막보다 두꺼운 0.5㎛ 정도의 막 두께이어도, 막형성 시간에 큰 차이가 발생하지 않는다. 이 때문에, 생산성은 거의 변하지 않는다.

다음에, 이 알루미늄 합금의 금속 반사막(11)을 포토리소그래피법 및 에칭에 의해 도 8과 같이 표시 화소의 일부를 제거하여, 도 10(b)와 같이 구성한다. 금속 반사막(11)을 제거하는 비율이나 형상은 임의로 가능하다. 제거 면적이 크면 투과부의 면적이 넓어져 투과시의 표시 휘도를 밝게 하고, 반대로 제거 면적이 작으면 반사시의 표시 휘도를 밝게 할 수 있다. 금속 반사막(11)에 사용하는 금속은, 반사율이 높은 알루미늄 단체라도 가능하지만, 반사율을 저하시키지 않고 내약품성을 강화하기 위해서 95% 정도의 알루미늄에 대해 5% 정도의 네오디뮴을 함유시켜 알루미늄 합금으로서 일반적으로 사용하고 있다. 혼입율은 어느 것이나 원자 농도이다.

다음에, 도 10(c)와 같이, 차광막(4)을 금속 반사막(11)의 표면 상에 소망의 패턴으로 형성하였다. 이 차광막(4)은, 투명 감광성 수지 중에 미세한 카본 입자나 티탄 블랙을 분산 혼합한 것으로, 막 두께는 0.6㎛이다. 스피너를 사용하여 투명 감광성 수지를 도포한 후, 포토리소그래피법에 의해 패터닝하여 차광막(4)을 형성하였다. 차광막(4)은, 광을 통과시키지 않는 막 두께 0.5㎛의 금속 반사막(11) 상에 형성되어 있으므로, 막 두께가 0.6㎛로 얇아도 차광성에는 전혀 문제없다. 차광막(4) 아래의 금속 반사막(11)을 제거하여, 막 두께 1A㎛의 차광막을 기판 상에 형성해도 된다.

다음에, 도 10(d)에 도시하는 바와 같이, 적색의 착색층(3R)을 화소 상에 형성한다. 이 때문에, 점도 8cp로 조정한 PGMEA를 주성분으로 한 비점 140℃ 정도의 유기 용매인 적색의 액체 컬러 레지스트를 스피너에 의해 도포하고, 금속 반사막(11) 상에서의 막 두께가 0.6㎛로 되도록 하였다. 액상 컬러 레지스트의 평탄화 작용을 충분히 발휘시키기 위해, 가건조까지의 시간을 5분간 유지하고 나서 포토리소그래피법에 의해 패터닝하였다. 이 때, 투과부의 적색 착색부(3R)의 막 두께는 0.9㎛이었다. 마찬가지로 하여, 반사부의 착색층의 막 두께(금속 반사막(11) 상에서의 막 두께)가 0.6㎛로 되도록, 점도 8cp로 조정한 PGMEA를 주성분으로 한 유기 용매의 녹색 및 청색의 액체 컬러 레지스트를 스피너에 의해 도포하였다. 이와 같이, 도 10(e)에 도시하는 녹색, 청색의 착색층(3G, 3B)을 형성한 바, 양 색 모두 투과부의 막 두께는 0.9㎛이었다.

그 후, 열경화형의 고분자 수지로 이루어지는 투명 평탄화막(5)을 막 두께가 2.5㎛로 되도록 스피너를 사용하여 도포하고, 230℃에서 1시간 열경화시켰다. 이 투명 평탄화막(5)의 표면에 투명 도전막을 스퍼터링에 의해 막형성하고, 포토리소그래피법 및 에칭법에 의해 소망의 패턴의 투명 전극(2A)을 형성하여, 도 10(f)에 도시하는 컬러 필터 기판이 얻어진다. 이와 같이 제조된 컬러 필터 기판(6)과 대향 기판(8)을 조합하여, 도 9에 도시한 본 발명의 반투과형 컬러 액정 표시 장치로 하였다.

또한, 여기서는, 표시 화소의 중앙부에 투과부를 형성한 예로 설명하고 있는데, 표시 화소의 중앙부에 반사부(금속 반사막)를 형성해도 된다. 이 경우에, 차광막은 투명 기판 상에서 반사막이 형성되지 않는 부분(즉, 투과부)에 형성된다. 또한, 1화소 내에서 투과부를 일 개소만으로 할 필요도 없고, 작은 투과부를 1화소 내에 다수개 설치하는 것도 가능하다. 또한, 반사막을 형성하는 경우에, 도 7∼도 9에서는, 하나의 화소를 둘러싸도록 차광막이 형성되어 있는데, 경우에 따라 주위의 일부에 차광막을 형성하지 않는 경우도 있다. 도 8에서 가로 방향의 차광막을 형성하지 않고 세로 방향의 차광막만을 설치하여, 스트라이프 형상의 컬러 필터를 형성하는 것도 가능하다.

[실시예 2]

다음에, 실시예 1과 마찬가지로 도 9, 도 10을 이용하여 실시예 2를 설명한다. 실시예 1과 기본적인 구성은 같으므로, 제조방법을 중심으로 설명하고, 중복하는 설명은 적절히 생략한다.

본 실시예에서는 금속 반사막(11)을 은 합금 재료로 하였다. 본 재료는 은을 주성분으로 하는 합금이고, 은의 반사율을 저하시키지 않고 내약품성을 향상시키기 위해서, 은 96%에 대해 네오디뮴 3%·동 1%를 더하여 합금화한 재료이다. 혼입율은 어느 것이나 원자 농도이다. 이 은 합금을 실시예 1과 마찬가지로 인-라인 스퍼터 장치를 사용하여 막 두께 0.4㎛로 막형성한다. 그 후, 포토리소그래피법과 에칭법에 의해 소망의 패턴의 금속 반사막(11)을 형성한다(도 10b). 다음에, 금속 반사막 상에 0.5㎛ 두께의 차광막(4)을 소망의 패턴으로 형성하였다(도 10c).

적색, 녹색, 청색 모두 0.8㎛이고 색 농도 NTSC비 40% 얻어지는 액상의 카비톨아세테이트를 주성분으로 한 비점 약 180℃의 유기 용매를 사용한 컬러 레지스트를 점도 10cp로 조정하고, 반사부의 막 두께가 0.5㎛로 되도록 스피너를 사용하여 도포하고, 건조까지의 시간을 7분간으로 하여 착색층(3R, 3G, 3B)을 순차 형성하였다(도 10e). 이 때, 각 착색층의 투과부의 막 두께는 0.8㎛로 되었다. 이와 같이 제조된 컬러 필터 기판을 사용하여 실시예 1과 마찬가지로 반투과형 컬러 액정 표시 장치를 제조하였다.

이렇게 하여 얻어진 본 발명의 반투과형 컬러 액정 표시 장치를, 종래예와 비교 평가한 결과를 표 2에 나타낸다. 비교한 종래의 반투과형 컬러 액정 표시 장치는, 금속 반사막(11)의 막 두께가 0.1㎛, 컬러 필터의 막 두께는 반사부·투과부 모두 0.5㎛(종래예 3), 또는, 0.8㎛(종래예 4)의 2종류이다.

[표 2] 본 발명과 종래의 반투과형 컬러 액정 표시 장치의

색 재현성과 반사 휘도 비교(2)

표 2로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 반투과형 컬러 액정 표시 장치의 색 재현성과 반사 휘도는 비교한 종래예 3, 4에 비해 투과시와 반사시 모두 매우 밸런스 좋은 결과로 되어 있다.

또, 전술한 실시예에서는 단순 매트릭스형의 반투과형 컬러 액정 표시 장치에 대해서 설명했는데, 대향 기판(8) 또는 컬러 필터 기판(6)에 TFT 등의 액티브 소자를 설치한 경우에도 적용할 수 있다. 금속 반사막(11)에도 알루미늄 합금과 은 합금 이외의 다른 금속 내지는 그 합금에 대해서도 적용할 수 있다.

이상과 같이, 컬러 필터의 두께를 반사부와 투과부에서 변화시킴으로써, 새로운 제조공정을 늘리지 않고, 반사시의 색 재현성에 필적하는 투과시의 색 재현성과 반사시의 휘도 상승을 동시에 실현할 수 있다. 또한, 새로운 제조공정을 늘리지 않으므로, 수율 저하 등의 공업적·경제적 손실을 늘리지 않고, 저렴하고 고품질이며 또한 생산성이 높은 반투과형 컬러 액정 표시 장치의 제조방법을 실현할 수 있다.

Claims

투명 기판 상에, 금속 반사막, 착색층, 및 투명 전극이 형성된 컬러 필터 기판과,

상기 투명 전극과 대향하여 표시 화소를 형성하는 대향 전극이 형성된 대향 기판과,

상기 컬러 필터 기판과 상기 대향 기판 사이에 형성된 액정층을 구비하는 컬러 액정 표시 장치에 있어서,

표시 화소 내에 반사부와 투과부를 형성하기 위해서, 상기 금속 반사막은 상기 표시 화소의 영역 내에 부분적으로 형성되고,

상기 착색층은, 상기 금속 반사막 상과, 표시 화소 내의 상기 금속 반사막이 형성되어 있지 않은 투과부에, 일체적으로 형성되고,

상기 금속 반사막의 두께와 상기 금속 반사막 상의 착색층의 두께의 합이, 상기 투과부의 착색층의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 금속 반사막의 두께와 상기 금속 반사막 상의 착색층의 두께의 합이, 상기 투과부의 착색층의 두께보다 0.15㎛∼0.30㎛ 큰 것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치.
투명 기판 상에, 금속 반사막, 착색층, 및 투명 전극이 형성된 컬러 필터 기판과,

상기 투명 전극과 대향하여 표시 화소를 형성하는 대향 전극이 형성된 대향 기판과,

상기 컬러 필터 기판과 상기 대향 기판 사이에 형성된 액정층을 구비하는 컬러 액정 표시 장치에 있어서,

상기 금속 반사막은, 0.2㎛ 이상의 막 두께로, 상기 표시 화소의 영역 내에 부분적으로 형성되고,

상기 착색층은, 상기 금속 반사막 상과, 표시 화소 내의 상기 금속 반사막이 형성되어 있지 않은 영역에, 일체적으로 형성된 것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 착색층의 사이에 차광막이 형성된 것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차광막이 상기 금속 반사막 상에 형성된 것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치.
제4항에 있어서, 상기 차광막이, 상기 투명 기판 상의 상기 금속 반사막이 형성되어 있지 않은 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치.
액정층을 사이에 끼고 형성된 투명 전극과 대향 전극에 의해, 표시 화소를 구성하는 컬러 액정 표시 장치의 제조방법에 있어서,

막 두께가 0.2㎛ 이상인 금속 반사막을, 투명 기판 상의 표시 화소를 구성하는 부위에 부분적으로 형성함으로써, 반사부와 투과부를 형성하는 단계와,

상기 반사부와 상기 투과부 상에, 동시에 착색층을 형성하는 착색층 형성 단계와,

상기 착색층 형성 단계를 색마다 반복하여 컬러 필터 기판을 형성하는 단계와,

소망의 패턴을 갖는 상기 투명 전극을 컬러 필터 기판에 형성하는 단계와,

소망의 패턴을 갖는 상기 대향 전극을 대향 기판 상에 형성하는 단계와,

상기 컬러 필터 기판과 상기 대향 기판을, 상기 투명 전극과 상기 대향 전극이 대향하도록 배치하고, 이들의 간극에 액정층을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 착색층 형성 단계 전에, 상기 금속 반사막의 일부에 차광막을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 착색층 형성 단계 전에, 상기 투명 기판의 상기 금속 반사막이 형성되어 있지 않은 부분의 일부에 차광막을 형성하는 단계를 구비하는것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치의 제조방법.
제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 착색층 형성 단계에서, 상기 차광막으로 둘러싸인 소정의 영역에 액상(液狀) 컬러 레지스트를 공급함으로써 착색층을 형성하는 것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 액상 컬러 레지스트가 공급된 후, 액상 그대로 1분간 이상 방치시키고 나서 건조시킨 것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 금속 반사막의 막 두께가 0.4㎛∼0.6㎛인 것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치의 제조방법.
제7항 또는 제12항에 있어서, 상기 반사부의 착색층의 두께가 0.4㎛∼0.8㎛인 것을 특징으로 하는 컬러 액정 표시 장치의 제조방법.
막 두께가 0.2㎛ 이상인 금속 반사막을, 투명 기판 상에 부분적으로 형성함으로써, 반사부와 투과부를 형성하는 단계와,

상기 반사부와 상기 투과부 상에, 동시에 착색층을 형성하는 착색층 형성 단계와,

상기 착색층 형성 단계를 색마다 반복하여 컬러 필터를 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판의 제조방법.
제14항에 있어서, 상기 착색층 형성 단계에서, 상기 금속 반사막상의 착색층을 0.4∼0.9㎛의 두께로 형성하는 동시에, 상기 투과부의 착색층을 0.55㎛∼1.0㎛의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 컬러 필터 기판의 제조방법.