KR20050074612A - 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

액정 표시 장치의 반사 표시시의 화면을 밝게 하는 동시에, 컬러 필터 기판 표면의 평탄성을 높여 표시 품질을 향상시킨다. 본 발명의 액정 표시 장치는, 컬러 필터의 착색층과 액정층 사이에 반사막을 형성하는 구성으로 하였다. 이에 의해, 반사 표시시의 입사광이 착색층을 통과하지 않도록 한다. 따라서, 투과 표시시에는 컬러 표시, 반사 표시시에는 흑백 표시로 되고, 반사 표시시에는 착색층을 통과하지 않는 빛을 관찰하게 되므로, 반사 표시시의 밝기가 확보된다. 또, 반사막은 얇게 형성할 수 있기 때문에, 컬러 필터 기판 표면의 평탄성도 향상시킬 수 있게 된다.

Description

액정 표시 장치 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY UNIT}

본 발명은, 사용 환경의 빛인 외광을 이용하는 반사형 표시와, 백라이트 등의 조명광을 이용하는 투과형 표시의 양방의 표시가 가능한 액정 표시 장치에 관한 것이다. 액정 표시 장치에 사용되는 액정 표시 소자는 자발광형이 아닌 표시 소자이고, 박형이며 저소비전력이라는 장점이 있다. 그 때문에, 시계, 워드프로세서나 PC 등의 OA 기기, 전자수첩이나 휴대전화 등의 휴대기기, AV 기기 등의 전자기기에 널리 사용되고 있다.

최근, 밝은 곳에서나 어두운 곳에서나 표시를 관찰할 수 있도록, 자연광 또는 실내광 등의 외광을 이용하는 반사형 표시와, 백라이트로부터의 조명광을 이용하는 투과형 표시의, 양방의 표시 모드로 관찰이 가능한 액정 표시 장치가 요망되고 있다. 종래부터, 이러한 투과 반사 양용형의 컬러 액정 표시 장치로서, 구멍이 형성된 반사막 위에 착색층을 형성하는 구성이 알려져 있다 (예를 들어 일본 공개특허공보 평 11-052366 호 참조). 이와 같은 구성에서, 투과 표시를 관찰하는 경우에는, 반사막이 없는 구멍부 (투과 영역) 를 통과하는 조명광이 관측자에게 도달하게 된다. 이 때에는, 백라이트로부터의 조명광이 착색층을 한번만 통과하기 때문에 비교적 밝은 표시를 얻을 수 있다. 한편, 이와 같은 구성에서, 반사 표시를 관찰하는 경우에는, 반사막 부분 (반사 영역) 에서 반사된 외광이 관측자에게 도달하게 된다. 이 때에는, 한번 착색층을 통과한 빛이 반사막에서 반동되어 다시 착색층을 통과하게 된다. 즉, 투과율이 낮은 착색층을 2 회 통과하기 때문에, 표시가 어두워진다.

따라서, 반사시의 어두운 표시 화면을 밝게 개선하기 위해, 반사 영역의 착색층을 일부 제거하여 착색층을 통과하지 않는 부위를 형성하는 구성이 개시되어 있다 (예를 들어 일본 공개특허공보 2000-111902 호 참조). 이 구성의 경우, 반사 영역의 일부에 착색층을 형성하지 않기 때문에, 착색층에 의한 빛의 손실이 없어진다. 따라서, 착색층이 없는 부분으로의 입사광은 반사막에 닿은 후에도 거의 어두워지지 않고 관찰자측으로 되돌아가, 반사시의 표시를 밝게 하는 효과를 얻을 수 있다.

종래의 투과 반사 양용형의 컬러 액정 표시 장치에서는, 전술한 바와 같이 착색층에 구멍을 뚫어 반사막을 노출시켜, 반사 표시시의 밝기를 확보할 수 있는 구조를 사용하고 있기 때문에, 착색층이 있는 영역과 없는 영역에서는 착색층의 막두께만큼 단차가 생기게 된다. 일반적으로, 액정 표시 장치에서는, 컬러 필터 기판 표면을 평탄화하기 위해, 착색층을 형성한 후에 평탄화막의 도포 공정이 설정되어 있다. 그러나, 착색층의 막두께는 통상 1㎛ 전후이기 때문에, 평탄화막의 도포 공정을 설정하더라도 평탄성이 높은 표면을 얻기는 어렵고, 0.2㎛ 정도의 단차 (요철) 가 남게 된다.

이와 같이 컬러 필터 기판 표면에 단차가 있는 경우, 장소에 따라 대향 기판과의 사이에 갭의 차이가 생긴다. 갭이 다르면, 간극에 주입되어 있는 액정 분자의 배향이 달라져 콘트라스트가 나빠지는 등의 표시 품질 저하를 일으키게 된다. 이 단차는, 특히 STN 액정을 사용한 컬러 표시 장치에 있어서, 표시 품질을 저하시키는 요인이 되고 있다.

따라서, 본 발명은 밝은 반사 표시가 가능하고, 표시 편차가 없는, 표시 품질이 높은 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명에 의한 액정 표시 장치의 구성의 개요를 모식적으로 나타내는 도면이고,

도 2 는 본 발명에 의한 다른 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.

발명의 개시

따라서, 본 발명에 의한 액정 표시 장치는, 컬러 필터를 구성하는 착색층과 액정층 사이에, 착색층보다 작은 면적의 반사막을 형성하는 것으로 하였다. 또는, 컬러 필터가 형성된 컬러 필터 기판과, 컬러 필터 기판과 액정층을 사이에 두고 대향하는 대향 기판을 구비하고, 컬러 필터를 구성하는 착색층 위에 이 착색층보다 작은 면적의 반사막을 형성하는 것으로 하였다. 이러한 구성에 의해, 투과 표시시에는 컬러 표시, 반사 표시시에는 흑백 표시로 되고, 반사 표시시에는 착색층을 통과하지 않는 빛을 관찰하게 되므로, 반사 표시시의 밝기가 종래에 비해 향상된다.

또한, 착색층과 반사막의 밀착성을 향상시키기 위해, 착색층과 반사막 사이에 투명 절연막을 형성하는 것으로 하였다.

또는, 컬러 필터가 형성된 컬러 필터 기판과, 컬러 필터 위에 형성된 평탄화막과, 평탄화막 위에 컬러 필터를 구성하는 착색층보다 작은 면적으로 형성된 반사막과, 이 컬러 필터 기판과 액정층을 사이에 두고 대향하도록 형성된 대향 기판을 구비하는 것으로 하였다.

또한, 상기 기술한 구성에서는, 반사막의 두께를 0.1∼0.2㎛ 로 하는 것이 용이하기 때문에, 컬러 필터 기판 표면의 평탄성을 향상시킬 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하에 본 발명의 실시형태를 설명한다.

본 발명에 의한 액정 표시 장치는, 투과 영역에 착색층을 형성하고, 반사 영역이 되는 반사막 위에는 착색층을 형성하지 않는 구조를 취한다. 그 때문에, 컬러 필터를 구성하는 착색층과 액정층 사이에, 착색층보다 작은 면적의 반사막을 형성하는 것으로 하였다. 즉, 컬러 필터가 형성된 컬러 필터 기판과 대향 기판이 액정층을 사이에 두고 대향하는 액정 표시 장치에서, 컬러 필터를 구성하는 착색층 위에 이 착색층보다 작은 면적의 반사막을 형성하는 것으로 하였다.

이러한 구성에 의해, 투과 표시시에는 컬러 표시, 반사 표시시에는 흑백 표시로 되고, 반사 표시시에는 착색층을 통과하지 않는 빛을 관찰하게 되므로, 반사 표시시의 밝기가 확보된다. 여기서, 반사막 (4) 에는 Al 이나 은을 포함한 금속막을 사용할 수 있다. 그 두께는 1000∼2000Å 정도가 바람직하다. 지나치게 얇으면 반사막을 투과하는 빛이 증가하여, 반사율이 저하되므로 1000 옹스트롬 이상의 막두께가 바람직하다. 또, 지나치게 두꺼우면, 표면의 평탄성이 손상되기 때문에 2000 이하의 막두께가 바람직하다. 또한, 착색층과 반사막의 밀착성을 향상시키기 위해, 착색층과 반사막 사이에 투명 절연막을 형성하면 된다. 투명 절연막에는 SiO₂ 나 TiO₂ 등을 사용할 수 있다.

또한, 종래에는 1㎛ 전후의 착색층의 두께에 의존하였던 표면의 요철 (평탄성) 이, 0.1∼0.2㎛ 정도로 얇게 형성할 수 있는 착색층 상방의 반사막의 두께에 의존하게 되어, 컬러 필터 기판 표면의 평탄성이 향상된다.

반사막은 착색층 표면의 적합한 위치에 임의의 형상으로 형성된다. 이 때, 각 화소 사이에서의 반사막 형상을 통일할 필요는 없다.

또, 반사막을 형성하는 장소로서 착색층 표면 이외에도 고려할 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터가 형성된 컬러 필터 기판과, 컬러 필터 위에 형성된 평탄화막과, 평탄화막 위에 컬러 필터를 형성하는 착색층보다 작은 면적으로 형성된 반사막과, 이 컬러 필터 기판과 액정층을 사이에 두고 대향하도록 형성된 대향 기판을 구비하는 구성으로 하였다.

본 발명의 액정 표시 장치는, 일반적인 컬러 필터 기판의 제조방법으로 착색층을 형성한 후, 착색층 표면의 적합한 위치에 임의의 형상으로 반사막을 형성함으로써 제조할 수 있다. 그 후, 컬러 필터 기판의 표면을 평탄화하기 위해 평탄화막을 형성한다. 이 때, 반사막은 얇게 형성할 수 있기 때문에, 평탄화막 도포 공정에 의해 용이하게 높은 표면 평탄성을 실현할 수 있다.

또는, 일반적인 컬러 필터 기판의 제조방법을 사용하여 평탄화막 형성까지 실시한 후, 평탄화막 표면의 적합한 위치에 임의의 형상으로 반사막을 형성하는 것으로도 제조할 수 있다. 또한, 반사막은 얇게 형성할 수 있기 때문에, 평탄화막을 더 형성하지 않더라도 높은 표면 평탄성을 유지할 수 있다.

이와 같이, 어느 경우라도 일반적인 반사 또는 반투과형 액정 표시 장치의 제조방법과 비교하여, 공정수의 증가 없이 본 발명의 액정 표시 장치의 제조가 가능하다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 관해 설명한다.

(실시예 1)

본 실시예의 액정 표시 장치에 사용되는 액정 표시 소자의 개략을 도 1 에 모식적으로 나타낸다. 본 실시예에서는, 패시브형의 컬러 액정 표시 장치의 경우를 설명한다. 도 1(A) 는, 본 실시예의 단면 구성을 나타내는 도면이다. 도시하는 바와 같이, 컬러 필터 기판 (1) 과 투명 기판 (9) 은 액정층 (8) 을 사이에 두고 서로 대향하고 있다. 각 기판의 한 쪽 표면에는, 원하는 패턴을 가진 투명 전극 (6) 이 형성되어 있다. 컬러 필터 기판은, 유리 기판 위에 컬러 필터를 형성하는 착색층이 형성된 구성이다. 구체적으로는, 컬러 필터 기판의 표면에는 원하는 패턴을 가진 차광막 (블랙 매트릭스; 2) 과, 빛의 삼원색인 Red (3R), Green (3G), Blue (3B) 의 착색층이 1㎛ 전후의 두께로 형성되어 있다. 그리고, 착색층의 표면의 일부분에 반사막 (4) 이 형성되어 있다. 이와 같이, 반사막 (4) 이 착색층의 표면 (관찰자측) 에 형성되어 있기 때문에, 반사 표시시에는 반사 영역에 입사되어 온 빛은 착색층을 통과하지 않고 표시부 전면에 반사되어 흑백 표시로서 관찰된다. 이 때, 종래 착색층 (3R, 3G, 3B) 에 의해 흡수되었던 빛이 그대로 관측자측으로 되돌아오기 때문에 밝은 표시가 얻어지게 된다. 한편, 투과 표시시에는, 관찰방향과는 반대측으로부터의 입사광이 반사막 (4) 이 형성되지 않은 부분의 착색층을 통과하여 관찰자에게 도달하기 때문에 컬러표시가 관찰된다.

도 1(B) 는, 도 1(A) 에서 나타낸 액정 표시 소자를 관찰 방향에서 본 모식도로, 1 화소분을 발췌한 것이다. 여기서는, 레드의 1 화소분을 확대하여 예시하고 있다. 도면 중에서 착색층 3R 로 되어 있는 장소가 투과 영역이고, 반사막 (4) 이 형성된 부분이 반사 영역이다. 본 실시예에서는, 착색층을 100㎛×300㎛ 로 구성하고, 그 위에 착색층의 10% 이상 50% 이하의 면적으로 반사층을 형성하였다. 반사막 (4) 의 면적을 변경함으로써 투과 표시시의 색농도나 반사 표시시의 밝기를 조정할 수 있다. 투과시의 컬러 표시와 반사시의 흑백 표시의 특성을 양립시키기 위해, 반사층은 착색층의 10% 이상 50% 이하의 면적인 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에서는 반사 모드에서는 관찰광이 착색층을 투과하지 않기 때문에, 종래에 비하여 반사막의 면적이 작더라도 높은 반사율 (LCD 로의 입광에 대한 반사광의 비율) 이 얻어지고, 반사막의 면적이 작은만큼 투과 모드로 착색층을 통과하는 광량이 커진다. 이 때문에, 반사막의 착색층 면적의 10% 이상이면 충분한 반사 특성이 얻어진다. 반사막의 면적이 더욱 작아지면, 반사시의 밝기를 얻을 수 없게 되므로 바람직하지 않다. 한편, 반사막의 면적이 커지면, 반사시의 밝기는 향상되지만, 관찰자측으로부터 외광이 입사하는 환경에서 투과 모드 (컬러 표시) 를 관찰하는 경우에, 이 외광이 반사막에 의해 관찰자에게 도달하여 표시색에 영향을 주게 된다. 그 때문에, 반사막은 착색층 면적의 50% 이하의 면적인 것이 바람직하다.

또, 본 실시예에서는, 컬러 필터 기판의 전극과 대향 기판의 전극으로 구성하는 화소의 크기와 동일한 크기로 개개의 착색층을 형성하고 있지만, 다소 크기가 다르더라도 실질적으로 문제는 없다. 따라서, 1 화소의 크기와 착색층의 크기가 동일하면, 반사막의 면적을 화소 전극의 크기의 10% 이상 50% 이하로 표현할 수 있다.

또한, 도 1(B) 에서는, 착색층의 대략 중앙부에 대응하는 위치에 반사막은 형성되어 있지만, 반사막의 착색층 위에서의 위치, 즉 반사막을 착색층 위의 어느 부위에 형성할지는 임의로 설정할 수 있다.

본 실시예에서는, 반사막으로서 두께 1500Å 의 Al-Nd 막을 사용하고 있다. 또한, 착색층 (3R, 3G, 3B) 과 반사막 (4) 의 밀착성을 향상시키기 위해, 착색층과 반사막 사이에 SiO₂ 나 TiO₂ 등의 투명 절연막을 150∼200Å 의 두께로 형성해도 된다.

또한, 컬러 필터 기판을 덮도록 평탄화막 (5) 이 형성되고, 그 위에 액정층에 전압을 인가하기 위한 투명 전극 (6) 이 형성되어 있다. 평탄화막은, 그 표면에 투명 전극을 형성하기 때문에 평탄성과 절연성이 필요하다. 평탄화막은 2㎛ 정도의 두께로 형성되어 있고, 금속막 (4) 이 매우 얇게 형성되어 있기 때문에, 평탄성을 높이는 것이 용이하다.

다음으로, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조방법을 설명한다. 처음에, 유리 기판 위에 컬러 필터를 구성하는 착색층이 형성된다. 구체적으로는, 컬러 필터 기판의 표면에 원하는 패턴을 가진 차광막 (블랙 매트릭스; 2), 빛의 삼원색인 Red, Green, Blue 의 착색층 (3R, 3G, 3B) 이 1㎛ 전후의 두께로 형성되어 있다. 이들은 모두 포토리소그래피법에 의한 안료 분산법이라 불리는 제조방법으로 형성된다.

그 후, 착색층 (3R, 3G, 3B) 표면에 적합한 면적이 되도록 반사막 (4) 을 임의의 형상으로 형성한다. 이 반사막 (4) 에는 일반적으로 Al 이나 은계의 금속막이 사용되고, 이들 금속막을 스퍼터법 등에 의해 1000∼1500Å 정도의 두께로 형성한다. 착색층과 반사막 (4) 의 밀착성을 향상시키기 위해, 착색층과 반사막 사이에 SiO₂ 나 TiO₂ 등의 투명 절연막을 형성해도 된다. 투명 절연막은 반사막 (4) 과의 연속 막형성이 가능하기 때문에, 워크의 이동이나 챔버의 변경 등의 공정을 늘릴 필요가 없다.

다음으로, 블랙 매트릭스 (2), 착색층 (3R, 3G, 3B) 및 반사막 (4) 의 표면을 평탄하게 하기 위해, 평탄화막 (5) 을 2㎛ 전후의 두께로 도포한다. 전술한 바와 같이 금속막은 매우 얇게 형성하는 것이 가능하므로, 평탄화막 도포 공정에 있어서, 평탄화막의 평탄성을 높이는 것은 용이하다.

또한, 평탄화막 (5) 위에 투명 전극 (6) 을 형성한다. 투명 전극 (6) 은 포토리소그래피법에 의해 원하는 패턴을 형성할 수 있다. 투명 전극 (6) 은 주석 Sn 을 불순물에 함유한 인듐 In 을 산화시킨 ITO 라 불리는 투명 도전막이며, 원하는 저항치를 설정할 수 있다. ITO 는 저저항의 반도체 물질이기 때문에, 그 저항치는 시트 저항으로 10Ω/□ 내지 100Ω/□ 인 것이 가장 범용 레벨이다. 통상 ITO 는 스퍼터링법이나 증착법이라 불리는 진공 제막법으로 형성한다. 또한, 대향 유리 기판 (9) 위에도 동일한 방법으로 투명 전극을 형성한다.

그 후, 셀갭을 목적치로 하기 위한 스페이서를 살포하고, 다음으로 컬러 필터 기판 (1) 및 대향 유리 기판 (9) 의 표면 위에 액정 (8) 을 배향시키기 위한 배향막을 형성한다. 계속해서 컬러 필터 기판 (1) 과 대향 유리 기판 (9) 의 어느 한 쪽에 시일재 (7) 를 도포하고 두 기판을 대치시켜 셀 구조를 형성한다. 일반적으로, 시일재 (7) 는 열경화성 수지를 사용하여 열압착법으로 실시한다. 그 후, 셀갭 중에 액정을 주입함으로써 액정 표시 소자가 얻어진다.

(실시예 2)

본 실시예의 액정 표시 장치에 사용되는 액정 표시 소자의 개략을 도 2 에 모식적으로 나타낸다. 본 실시예는 반사막 (4) 을 평탄화막 (5) 위에 형성한 점에서 실시예 1 과 상이하다. 실시예 1 과 중복되는 설명은 적절히 생략한다. 도 2(A) 는, 본 실시예의 액정 표시 소자의 단면 구성을 나타내는 도면이다. 도 2(B) 는 도 2(A) 로 나타낸 표시 소자를 관찰 방향에서 본 모식도로, 1 화소분을 발췌한 것이다. 여기서는, 레드의 1 화소분을 확대하여 예시하고 있다. 즉, 컬러 필터 기판 (1) 은, 차광막 (블랙 매트릭스; 2) 과 착색층 (3R, 3G, 3B) 으로 구성된 컬러 필터가 유리 기판 위에 형성된 구조이다. 통상, 컬러 필터는 1㎛ 전후의 두께로 형성되어 있다. 이 컬러 필터 위에 평탄화막 (5) 이 형성되고, 이 평탄화막 (5) 위에 반사막 (4) 이 형성된다. 필요에 따라, 평탄화막 (5) 위에 투명성 절연막을 형성하고, 그 위에 반사막 (4) 을 형성한다. 여기서, 반사막 (4) 은 착색층 (3R, 3G, 3B) 의 위치에 대응하도록 형성되어 있다. 도 2(B) 에는, 반사막 (4) 이 착색층의 중앙 위치에 대응하는 부위에 형성된 예를 나타내고 있다. 따라서, 실시예 1 과 마찬가지로, 반사막이 형성된 반사 영역에 입사되어 온 빛은 착색층을 통과하지 않고 표시부 전면으로 반사되게 되어 착색층에 의해 빛이 흡수되지 않고 관측자측으로 되돌아온다. 그 때문에, 밝은 표시가 얻어진다. 즉, 반사 모드에서의 관찰시에 밝은 표시를 실현할 수 있다.

이와 같이 반사막이 형성된 컬러 필터 기판 위에는, 액정층에 전압을 인가하기 위한 투명 전극이 형성된다. 보다 평탄성을 높이고 싶다면, 반사막 위에 다시 평탄화막을 형성하고, 그 위에 투명 전극을 형성하면 된다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치에 의하면, 반사 표시시에 입사광이 착색층 (3R, 3G, 3B) 을 통과하지 않기 때문에, 밝은 표시를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 반사막 (4) 은 1000∼2000Å 로 매우 얇게 형성할 수 있으므로, 후에 평탄화막을 도포하는 경우에 높은 평탄성을 얻을 수 있다. 또한, 후에 평탄화막을 도포하지 않는 경우라도, 반사막 자체의 막두께가 얇기 때문에 표면의 요철은 작아도 된다. 따라서, 표시 품질 저하를 방지하는 것이 가능해진다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 투과 반사 양용형의 액정 표시 장치는, 밝은 반사 표시가 가능하고, 표시 편차가 없는, 높은 표시 품질의 실현에 적합하다.

Claims (10)

1. 컬러 필터가 형성된 컬러 필터 기판과, 상기 컬러 필터 기판과 액정층을 사이에 두고 대향하는 대향 기판을 구비하고, 상기 컬러 필터를 구성하는 착색층과 상기 액정층 사이에, 상기 착색층보다 작은 면적의 반사막이 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 반사막이 상기 착색층 위에 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 착색층과 상기 반사막 사이에 투명 절연막이 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 반사막이 금속 반사막이고, 상기 투명 절연막이 규소 산화물 또는 티탄 산화물인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 금속 반사막이 알루미늄 또는 은을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사막을 덮도록 평탄화막이 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 컬러 필터 위에 평탄화막이 형성되는 동시에, 상기 평탄화막의 위에 상기 반사막이 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사막의 면적은 상기 착색층의 면적에 대하여 10%∼50% 인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 기판 위에 형성된 투명 전극과 상기 대향 기판에 형성된 대향 전극으로 구성되는 화소 전극의 면적에 대하여, 상기 반사막의 면적은 10%∼50% 인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사막의 두께가 0.1∼0.2㎛ 인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.