KR20050087365A - 반사형 액정표시장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

반사형 액정표시장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

편광판, 컬러필터 및 반사판을 하나로 통합한 반사형 액정표시장치 및 그 제조방법이 개시된다.
본 발명의 반사형 액정표시장치의 제조방법은, 각 화소별로 서로 상이한 광결정 주기를 갖는 광학소자를 형성하는 단계; 제1 기판, 액정층, 제2 기판 및 상기 제2 기판 상에 형성된 편광판으로 이루어지는 액정표시소자를 형성하는 단계; 및 상기 액정표시소자의 제1 기판 하부에 상기 광학소자를 부착하는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 기존에 별도로 구비된 편광판, 반사판 및 컬러필터를 광결정 구조를 갖는 하나의 광학소자로 통합함으로써, 두께를 최소화할 수 있고 구조가 단순해지며 공정 비용을 절감할 수 있다.

Description

반사형 액정표시장치 및 그 제조 방법{Reflective liquid crystal display and manufacturing method thereof}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 편광판, 컬러필터 및 반사판을 하나로 통합한 반사형 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어, 액정표시장치(LCD : Liquid crystal display)는 휴대폰, 노트북, PDA, TV 등에 활발하게 적용되어 사용되고 있다.
액정표시장치는 통상적으로 투과형과 반사형으로 구분된다.
투과형 액정표시장치는 백라이트 등의 내부 광원으로부터 생성된 빛이 컬러필터를 통과하면서 소정의 컬러가 구현되게 된다. 이때, 액정의 제어에 의해 컬러필터를 통과하는 광량이 조절되어 컬러의 계조가 결정되게 된다.
반사형 액정표시장치는 외부 광원(예컨대, 자연광)이 입사되어 반사판에 의해 반사된 다음, 컬러필터를 통과하면서 소정의 컬러가 구현되게 된다. 물론, 이때에도 컬러의 계조는 액정의 제어에 의해 조절될 수 있다.
도 1은 종래의 반사판이 구비된 반사형 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 반사판이 구비된 반사형 액정표시장치는 하부기판(101)과 상부기판(105) 사이에 순차적으로 반사판(102), 액정층(103) 및 컬러필터(104)가 구비되고, 또한 상기 상부 기판(105) 상에 편광판(106)이 구비되게 된다.
따라서, 상기 편광판(106)으로 입사된 빛은 소정 방향으로 편광된 광만이 투과되어 상기 컬러필터(104) 및 액정층(103)을 경유하여 반사판(102)에 입사되게 된다. 이때, 반사판(102)에 의해 반사된 빛은 다시 액정층(103)을 경유하여 컬러필터(104)를 통과하면서 소정의 컬러 광으로 변환되게 된다. 그리고, 이와 같이 변환된 컬러 광이 상기 편광판(106)을 통해 외부로 방출되게 된다.
하지만, 도 1과 같은 반사형 액정표시장치의 구조에서는 반사판(102)이 추가로 구비되어야 하므로 그만큼 공정이 복잡해지고 부품의 개수가 증가되며, 또한 액정표시장치의 전체적인 두께가 증가되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 광결정 구조를 이용하여 편광판, 컬러필터 및 반사판을 하나로 통합함으로써, 두께를 최소화할 수 있고 구조가 단순해지며 공정 비용을 절감할 수 있는 반사형 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 반사형 액정표시장치는, 제1 기판, 액정층, 제2 기판 및 상기 제2 기판 상에 형성된 편광판으로 이루어진 액정표시소자; 및 상기 액정표시소자의 상기 제1 기판 하부에 부착되며, 각 화소별로 서로 상이한 광결정 주기를 갖는 광학소자를 포함한다.
상기 광학소자는, 각 화소별로 서로 상이한 주기로 패턴화된 광학기판; 및 상기 패턴화된 광학기판 상에 서로 상이한 굴절률을 갖는 물질들이 교대로 적층되어 형성되는 광결정층을 포함할 수 있다.
상기 광결정층의 광결정 주기는 상기 패턴화된 광학기판 상에 형성된 패턴의 주기와 일치하는 것이 바람직하다.
상기 서로 상이한 굴절률을 갖는 물질들은 유전체 물질들로 이루어질 수 있다.
상기 광결정층의 두께는 10㎚~100㎛이고, 상기 광결정층에 형성되는 적층의 각 두께는 5㎚~10㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 반사형 액정표시장치의 제조방법은, 각 화소별로 서로 상이한 광결정 주기를 갖는 광학소자를 형성하는 단계; 제1 기판, 액정층, 제2 기판 및 상기 제2 기판 상에 형성된 편광판으로 이루어지는 액정표시소자를 형성하는 단계; 및 상기 액정표시소자의 제1 기판 하부에 상기 광학소자를 부착하는 단계를 포함한다.
상기 반사형 액정표시장치의 제조방법에 따르면, 상기 광학소자를 형성하는 단계는, 광학기판 상에 각 화소별로 서로 상이한 주기를 갖는 1차원 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 패턴이 형성된 광학기판 상에 서로 상이한 굴절률을 갖는 물질들을 교대로 적층하여 이루어지는 광결정층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 1차원 패턴은 홀로그램 리소그래피, 포토 리소그래피 또는 이빔 리소그래피 중 하나를 이용하여 형성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
본 발명을 설명하기 전에 본 발명에 적용되는 광결정(photonic crystal) 구조에 대해 설명한다.
광결정 구조는 빛의 파장 방향으로 주기적으로 패턴된 인공적인 광학 물질로 이루어지어, 입사되는 빛 중에서 특정 파장 대역의 빛은 반사시키고, 특정 파장 이외의 빛은 모두 투과시키는 성질을 갖는 광학 이성질체이다.
이를 위해 상기 광학 결정 구조는 주기적인 패턴을 갖는 광학기판 상에 서로 상이한 굴절률을 갖는 유전체 물질을 교대로 적층시키게 된다. 이때, 패턴의 주기에 따라 반사될 수 있는 특정 파장이 결정되어지게 된다.
일반적으로, 패턴의 주기가 클수록 반사되는 빛의 파장이 길어지게 된다.
또한, 이러한 광결정 구조에 의해 입사되는 빛은 편광되게 된다. 즉, 빛이 광결정 구조에 입사되면, 광결정 구조에 의해 해당 빛은 TE(Transverse Electric) 모드의 빛과 TM(Transverse Magnetic) 모드의 빛으로 나뉘어지게 된다. 이때, 상기 TE 모드의 빛은 반사되게 되고, 상기 TM 모드의 빛은 투과되게 된다.
본 발명에서는 이상에서 설명한 바와 같은 광결정을 이용하여 기존의 편광판, 반사판 및 컬러필터를 하나로 통합할 수 있는 반사형 액정표시장치를 제안하였다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반사형 액정표시장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 반사형 액정표시장치는 제1 기판(11)과 제2 기판(14) 사이에 액정들을 주입하여 액정층(12)을 형성하고, 상기 제2 기판(14) 상에 편광판(16)이 형성된다.
여기서, 설명의 편의상, 상기 제1 기판(11), 상기 액정층(12), 상기 제2 기판(14) 및 편광판(16)을 모두 합하여 액정표시소자(10)라 명명한다.
또한, 상기 제1 기판(11) 하부에 광학 결정 구조로 이루어진 광학소자(19)가 부착된다.
상기 광학소자(19)는 각 화소별로 상이한 주기로 패턴화된 광학기판(17)과, 상기 광학기판(17) 상에 서로 상이한 굴절률을 갖는 물질들이 교대로 적층 형성되는 광결정층(18)으로 구성된다.
이때, 상기 광학기판(19)에 형성된 패턴의 주기는 각 화소별로 상이하다. 즉, 적색 화소(20R)에 형성되는 패턴의 주기가 가장 크고, 이어서 녹색 화소(20G) 및 청색 화소(20B)의 순서로 패턴의 주기가 작아지게 된다.
이와 같이 패턴화된 광학기판(17) 상에 서로 상이한 굴절률을 갖는 물질들을 순차적으로 적층시켜 광결정을 형성하게 된다. 이때, 상기 광학기판(17) 상에 패턴된 격자는 사각 형상인데 비해, 상기 광학기판(17) 상에 형성된 적층은 삼각 형상으로 형성된다.
일반적으로, 사각 형상으로 패턴된 광학기판 상에 적층을 하게 되면, 적층의 형상도 사각 형상으로 형성되게 된다.
하지만, 나노(nano)나 마이크로(micro) 단위의 공정을 수행하게 되면, 설사 광학기판 상에 사각 형상으로 패턴이 형성된다 하더라고, 그 위에 적층된 형상은 삼각 형상으로 이루어지게 된다.
상기 광결정의 주기는 상기 광학기판(17) 상에 형성된 패턴의 주기에 일치하게 된다. 즉, 적색 화소(20R)의 광결정의 주기가 가장 크고, 이어서 녹색 화소(20G) 및 청색 화소(20B)의 순서로 광결정의 주기가 작아지게 된다.
이상과 같은 구성에 따라 상기 광학소자(19)는 도 3에 나타낸 바와 같이 입사광을 특정 편광된 특정 파장의 빛을 반사시키게 된다.
예를 들면, 상기 광학소자(19)는 상기 입사광을 TE 모드와 TM 모드로 편광시키고, 이 중에서 TE 모드의 편광을 반사시킬 수 있다.
또한, 도 4에 나타낸 바와 같이 적색 파장에 상응하는 광결정의 주기를 갖는 적색 화소(20R)에 입사된 빛은 적색 파장으로 반사되고, 녹색 파장에 상응하는 광결정의 주기를 갖는 녹색 화소(20G)에 입사된 빛은 녹색 파장으로 반사되며, 청색 파장에 상응하는 광결정의 주기를 갖는 청색 화소(20B)에 입사된 빛은 청색 파장으로 반사되게 된다.
이때, 상기 광결정층(18)의 두께는 10㎚~100㎛인 것이 바람직하고, 이때 상기 광결정층(18)의 각 적층의 두께는 5㎚~10㎛인 것이 바람직하다.
도 2에서 미설명 부호 22는 각 화소(20R, 20G, 20B)에서 발생된 편광된 컬러광이 인접 화소에 영향을 주는 것을 차단하기 위한 격벽 부재이다.
이하, 상기와 같이 구성된 반사형 액정표시장치를 제조하기 위한 방법을 설명한다.
홀로그램 리소그래피(holographic lithography)를 이용하여 광학기판(31) 상에 각 화소별로 서로 상이한 주기를 갖는 패턴을 형성한다(도 5a, 도 5b, 도 5c). 여기서, 상기 광학기판(31)은 금속 물질(Al, Cr 등) 또는 유전체 물질(Si, SiO2, Ta2O5 등)로 이루어질 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같이, 패턴을 형성할 화소(예컨대, 적색 화소) 영역에 마스크(32)를 얼라인시킨 후, 두 개의 적색 레이저를 조사하여 1차원 적색 홀로그램 패턴을 형성한다.
또한, 마스크(32)를 다음 패턴을 형성할 화소(예컨대, 녹색 화소) 영역으로 이동시킨 후, 두 개의 녹색 레이저를 조사하여 1차원 녹색 홀로그램 패턴을 형성한다. 이어서 마스크(32)를 다음 패턴을 형성할 화소(예컨대, 청색 화소) 영역으로 이동시킨 후, 두 개의 청색 레이저를 조사하여 1차원 청색 홀로그램 패턴을 형성한다.
도 5c에 나타낸 바와 같이, 각 화소(20R, 20G, 20B)별로 1차원 홀로그램 패턴을 모두 형성될 수 있다. 여기서, 각 화소(20R, 20G, 20B)별로 형성된 1차원 홀로그램 패턴의 주기는 적색 화소(20R)가 가장 크고, 이어서 녹색 화소(20G) 및 청색 화소(20B)의 순서로 패턴의 주기가 작아지게 된다.
본 발명에서는 홀로그램 리소그패피를 이용하여 광학기판(31) 상에 서로 상이한 주기를 갖는 패턴을 형성하였지만, 이러한 홀로그램 리소그래피 이외에 다른 리소그래피, 즉 포토 리소그래피(photolithography) 또는 이빔 리소그래피(electron-beam lithography) 등을 이용하여 패턴을 형성할 수도 있다.
도 5d에 나타낸 바와 같이, 1차원 패턴이 형성된 광학기판(31) 상에 서로 상이한 굴절률을 갖는 유전체 물질들을 도포한다.
이러한 서로 상이한 굴절률을 갖는 유전체 물질들은 도 5e에 나타낸 바와 같이 일정한 두께가 될 때까지 지속적으로 적층 형성된다. 이에 따라 서로 상이한 굴절률을 갖는 적층된 광결정층(34)이 형성되게 된다.
여기서, 일정한 두께는 대략 두께는 10㎚~100㎛인 것이 바람직하다. 이때 상기 광결정층(34)의 각 적층의 두께는 5㎚~10㎛ 사이에서 형성될 수 있다.
이와 같이 광결정층(34)을 형성함과 동시에 인접화소에 영향을 주기 않도록 하기 위한 격벽 부재(37)가 별도로 형성될 수 있다. 만일 인접화소에 별 영향을 주지 않는다면, 상기 격벽 부재(37)는 형성하지 않아도 무방하다.
이때, 상기 광결정층(34)의 주기는 상기 광학기판 상에 형성된 패턴의 주기와 동일하게 결정될 수 있다.
따라서, 적색 화소(20R)의 광결정층(34)의 주기가 가장 크고, 이어서 녹색 화소(20G) 및 청색 화소(20B)의 순서로 광결정층(34)의 주기가 작아지게 된다.
이에 따라, 상기 패턴된 광학기판(31)과 그 위에 형성된 광결정층(34)으로 이루어진 광학소자(36)가 형성되게 된다.
한편, 별도의 공정을 통해 제1 기판, 액정층, 제2 기판 및 편광판으로 이루어진 액정표시소자(38)가 마련된다.
이에 따라, 도 도 5f에 나타낸 바와 같이, 상기 액정표시소자(38)의 제1 기판 하부에 상기 광학소자(36)를 부착시켜 최종적인 반사형 액정표시장치가 제조되게 된다.
이에 따라, 상기 제2 기판을 통해 입사되어 상기 액정층을 경유하여 상기 광학소자(36)로 입사된 빛은 편광되고, 각 화소(20R, 20G, 20B)별로 그에 상응하는 파장의 편광으로 반사되게 된다.
예를 들어, 상기 광학소자(36)의 적색 화소(20R)로 입사된 빛은 편광되어 적색 화소(20R)에 상응하는 파장(즉, 적색 파장)의 편광으로 반사되고, 녹색 화소(20G)로 입사된 빛은 편광되어 녹색 화소(20G)에 상응하는 파장(즉, 녹색 파장)의 편광으로 반사되며, 청색 화소(20B)로 입사된 빛은 편광되어 청색 화소(20B)에 상응하는 파장(즉, 청색 파장)의 편광으로 반사될 수 있다.
이에 따라, 각 화소(20R, 20G, 20B)별로 반사된 적색, 녹색 및 청색 파장의 혼합으로 자연색이 구현될 수 있다.
따라서, 본 발명의 광학소자(36)는 빛을 편광시키므로 기존의 편광판을 대치하고, 빛을 반사시키므로 기존의 반사판을 대치하며, 또한 빛 중에서 측정 파장의 빛만을 반사시켜 해당 컬러를 구현하므로 기존의 컬러필터를 대치할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 기존에 별도로 구비된 편광판, 반사판 및 컬러필터를 광결정 구조를 갖는 하나의 광학소자로 통합함으로써, 두께를 최소화할 수 있고 구조가 단순해지며 공정 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 종래의 반사판이 구비된 반사형 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반사형 액정표시장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 반사형 액정표시장치에서 광학소자에서 빛이 반사되는 모습을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 반사형 액정표시장치에서 광학소자의 각 화소별로 빛이 반사되는 모습을 도시한 도면.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반사형 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 명칭>
10 : 액정표시소자 11, 14 : 기판
12 : 액정층 16 : 편광판
17 : 광학기판 18 : 광결정층
19 : 광학소자 20R, 20G, 20B : 화소

Claims (15)

  1. 제1 기판, 액정층, 제2 기판 및 상기 제2 기판 상에 형성된 편광판으로 이루어진 액정표시소자; 및
    상기 액정표시소자의 상기 제1 기판 하부에 부착되며, 각 화소별로 서로 상이한 광결정 주기를 갖는 광학소자
    를 포함하는 반사형 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학소자는,
    각 화소별로 서로 상이한 주기로 패턴화된 광학기판; 및
    상기 패턴화된 광학기판 상에 서로 상이한 굴절률을 갖는 물질들이 교대로 적층되어 형성되는 광결정층
    을 포함하는 반사형 액정표시장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광결정층의 광결정 주기는 상기 패턴화된 광학기판 상에 형성된 패턴의 주기와 일치하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 서로 상이한 굴절률을 갖는 물질들은 유전체 물질들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 광결정층의 두께는 10㎚~100㎛인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 광결정층에 형성되는 적층의 각 두께는 5㎚~10㎛인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
  7. 제1항 또는 3항에 있어서, 상기 광결정 주기는 적색 화소, 녹색 화소 및 청색 화소의 순서로 작아지는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 광학소자는 각 화소별 광결정 주기에 상응하는 파장의 편광으로 반사되는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치.
  9. 각 화소별로 서로 상이한 광결정 주기를 갖는 광학소자를 형성하는 단계;
    제1 기판, 액정층, 제2 기판 및 상기 제2 기판 상에 형성된 편광판으로 이루어지는 액정표시소자를 형성하는 단계; 및
    상기 액정표시소자의 제1 기판 하부에 상기 광학소자를 부착하는 단계
    를 포함하는 반사형 액정표시장치의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 광학소자를 형성하는 단계는,
    광학기판 상에 각 화소별로 서로 상이한 주기를 갖는 1차원 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 패턴이 형성된 광학기판 상에 서로 상이한 굴절률을 갖는 물질들을 교대로 적층하여 이루어지는 광결정층을 형성하는 단계
    를 포함하는 반사형 액정표시장치의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 1차원 패턴은 홀로그램 리소그래피, 포토 리소그래피 또는 이빔 리소그래피 중 하나를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 서로 상이한 굴절률을 갖는 물질들은 유전체 물질들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치의 제조방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 광결정층의 광결정 주기는 상기 패턴이 형성된 광학기판 상에 형성된 패턴의 주기와 일치하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치의 제조방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 광결정층의 두께는 10㎚~100㎛인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치의 제조방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 광결정층에 형성되는 적층의 각 두께는 5㎚~10㎛인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시장치의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100430758C (zh) * 2006-09-05 2008-11-05 友达光电股份有限公司 彩色滤光片及其制造方法
KR101037618B1 (ko) * 2008-01-08 2011-05-30 세이코 엡슨 가부시키가이샤 액정 표시 장치 및 전자기기

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CN100430758C (zh) * 2006-09-05 2008-11-05 友达光电股份有限公司 彩色滤光片及其制造方法
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