KR20060107941A - 반투과형 액정 표시 소자용 기판 및 상기 기판을 구비하는반투과형 액정 표시 소자 - Google Patents

반투과형 액정 표시 소자용 기판 및 상기 기판을 구비하는반투과형 액정 표시 소자 Download PDF

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KR1020060032679A
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마사히로 이카다이
에쓰오 오기노
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닛폰 이타가라스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 반투과형 액정 표시 소자용 기판은, 반투과형 액정 표시 소자의 표시 불균일의 발생을 억제할 수 있다. 반사 거울은 투명 기판 상에 한개 이상의 제1 투명 유전체막 및 한 개 이상의 제2 투명 유전체막이 교대로 적층하여 형성된다. 제1 및 제2 투명 유전체막은 서로 굴절률이 상이하다. 반사 거울은 반투과형 액정 표시 소자의 액정부와 투명 기판 사이에 형성되고, 제1 투명 유전체막은 실질적으로 광촉매 불활성인 화합물로 만들어진다.
반투과형 액정 표시 소자, 투명 기판, 투명 유전체막, 산화니오브

Description

반투과형 액정 표시 소자용 기판 및 상기 기판을 구비하는 반투과형 액정 표시 소자{SUBSTRATE FOR SEMI-TRANSMITTING TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY ELEMENT AND SEMI-TRANSMITTING TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY ELEMENT INCLUDING THE SUBSTRATE}
도 1은 본 발명의 구현예에 따른 반투과형 액정 표시 소자의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 반투과형 액정 표시 소자용 기판의 상세한 단면도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 반투과형 액정 표시 소자용 기판의, 광의 파장과 광 투과율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 2에 나타낸 반투과형 액정 표시 소자용 기판의, 광의 파장과 광 반사율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 발명은 반투과형 액정 표시 소자용 기판, 및 상기 기판을 포함하는 반투과형 액정 표시 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 굴절률이 상이한 두개 의 투명 유전체막이 교대로 적층하여 형성된 반사 거울을 포함하는, 반투과형 액정 표시 소자용 기판, 및 상기 기판을 포함하는 반투과형 액정 표시 소자에 관한 것이다.
휴대 전화의 표시부에 사용되는 액정 표시 소자는 종래, 백라이트, 투명 유전체막에 의해 형성된 다층막, 및 다층막 상에 형성된 컬러 필터(컬러 화소)를 포함하는 반투과형(semi-transmissive/transreflective) 액정 표시 소자가 제안되어 있다(예를 들면, 일본특허 제3255638호 공보 참조).
반투과형 액정 표시 소자는, 백라이트가 사용되지 않는 경우에는, 다층막의 제공으로 인한 적절한 반사율을 가지고, 소비 전력를 억제하면서 태양광 또는 형광하에서 충분한 표시를 제공할 수 있는 반면, 백라이트를 사용하는 경우에는, 적당한 투과율을 가진다.
다층막은, 유리 기판 상에 교대로 적층되는 고굴절률 투명막 및 저굴절률 투명막에 의해 형성된 반사 거울을 포함한다. 소수성이고, 자외선으로 조사할 경우 광촉매 활성(photocatalytically active)으로 되는, 이산화티탄(TiO2)은, 종종 고굴절률 투명막의 기재(基材)로서 사용된다. 또한, 이산화규소(SiO2)는 종종 저굴절률 투명막의 기재로서 사용된다. 다층막의 이산화티탄이 광촉매 활성이기 때문에, 컬러 필터가 다층막 상에 형성되기 전에 이산화티탄 상에 자외선을 조사함으로써, 다층막 표면 상의 유기물이 분해되어 쉽게 제거될 수 있다.
또, 종래에 반사형 액정 표시 소자는, 다층 투명 유전체막에 의해 형성된 반 사 증가막(reflection increasing film), 상기 반사 증가막 상에 형성된, 금속으로 된 반사 막, 상기 반사 막 상에 형성된 컬러 필터(컬러 화소)를 포함하고, 파장이 400 내지 800 ㎚인 광에 대한 반사율이 90 % 이상으로 설정된 것이 제안되어 있다(예를들면, 일본 특허 공개 제2004-78204호 공보 참조).
그러나, 반투과형 액정 표시 소자의 다층막에 사용되는 이산화티탄은 소수성이기 때문에, 수용성의 세정액으로 다층막을 세정하는 데에는 적절하지 않다. 이점을 고려해서, 막 두께가 10 ㎚이하인 친수성 막은 다층막의 가장 바깥쪽 표면 상에 형성되는 것이 요구된다.{일본 특허 제3255638호 공보 (단락[0045]) 참조}.
또, 이산화티탄이 광촉매 활성이므로, 다음과 같은 문제를 일으킨다: 수광(受光)에 의해, 그의 습윤성은 고도의 친수성으로 변화될 수 있고; 이산화티탄과 기재 사이에서 접촉시 큰 상호작용이 생길 수 있어서 친화성 및 접착성에 불리하게 영향을 미치고; 이산화티탄과 접촉하는 기재를 형성하는 수지 성분을 구성하는 유기물을 분해하여, 열화시킨다(초킹: chalking). 이로써, 이산화티탄 막과 이산화티탄의 밑면에 접촉하는 유리 기판 사이, 및 이산화티탄 막과 이산화티탄 막의 상면 상에 형성된 컬러 화소 사이의 접착성을 저하시킨다.
상기 수지 성분은 이산화티탄에 도포되는 포토리소그래피(photolithography)용 레지스트를 포함한다. 레지스트의 습윤성이 이산화티탄의 광촉매 활성에 의해서 불안정하게 되는 경우, 또는 레지스트와 이산화티탄 사이의 접착성이 레지스트의 분해에 의해서 저하되는 경우, 다층막의 패터닝 공정에 사용되는 레지스트 패턴의 균일성을 확보하는 것이 불가능하다.
또한, 이산화티탄이 광촉매 활성을 가지기 때문에, 백라이트에 함유되는 자외선에 의해 광유도 전하 분리(photo-induced charge separation)를 일으켜, 액정 표시 소자의 표시 불균일을 발생시킨다.
한편, 상기 반사형 액정 표시 소자에서는, 금속으로 된 반사 막에 크고, 안정적인 부유 용량(stray capacity)이 발생한다. 따라서, 광촉매 활성을 가진 이산화티탄이 사용되는 경우라도, 이산화티탄에서 발생하는 광유도 전하 분리의 불리한 영향, 즉, 액정 표시 소자의 표시 불균일은 허용범위 내로 감소한다. 그러나, 금속으로 된 반사 막은 반사 증가 막 상에 형성되어야 한다.
본 발명의 목적은, 반투과형 액정 표시 소자에 발생하는 표시 불균일의 발생을 억제할 수 있는, 반투과형 액정 표시 소자용 기판, 및 상기 기판을 포함하는 반투과형 액정 표시 소자를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 태양에서, 투명 기판, 및 투명 기판 상에 굴절률이 서로 상이한 한 개 이상의 제1 투명 유전체막과 한 개 이상의 제2 투명 유전체막이 교대로 적층하여 형성된 반사 거울을 포함하며, 상기 반사 거울은 상기 반투과형 액정 표시 소자의 액정부와 상기 투명 기판 사이에 형성되고, 상기 제1 투명 유전체막은 실질적으로 광촉매 불활성인 화합물로 되어 있는 반투과형 액정 표시 소자용 기판이 제공된다.
본 발명의 제1 태양에 따라, 반투과형 액정 표시 소자용 기판의 배열에 의하 면, 반투과형 액정 표시 소자의 액정부와 투명 기판 사이에 형성된 반사 거울의 한개 이상의 제1 투명 유전체막은 실질적으로 광촉매 불활성인 화합물로 되어있다. 따라서, 반투과형 액정 표시 소자에 발생하는 표시 불균일의 발생을 억제할 수 있다.
바람직하게, 상기 화합물은 산화니오브를 포함한다.
이 바람직한 구현예의 배열에 의하면, 제1 투명 유전체막을 형성하는 화합물은 산화니오브를 포함한다. 따라서, 표시 불균일의 발생을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
보다 바람직하게, 산화니오브는 오산화니오브(niobium pentoxide) 또는 그의 산소 결핍체를 포함한다.
이 바람직한 구현예의 배열에 의해, 산화니오브는 오산화니오브(Nb2O5) 또는 그의 산소 결핍체를 포함한다. 그러므로, 표시 불균일의 발생을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
보다 바람직하게, 산화니오브는 400 내지 800 ㎚의 파장을 갖는 광에 대해서 2.2 내지 2.5 범위의 굴절률을 가진다.
이 바람직한 구현예의 배열에 의하면, 400 내지 800 ㎚의 파장을 갖는 광에 대해서 2.2 내지 2.5 범위의 굴절률을 가진다. 그러므로, 제1 투명 유전체막의 굴절률과 제2 투명 유전체막의 굴절률의 차이를 확실하게 크게 할 수 있다.
바람직하게, 제1 투명 유전체막은 400 내지 800 ㎚의 파장을 갖는 광에 대하 여 제2 투명 유전체막의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 가지고, 투명 기판으로부터 가장 멀리 떨어진 반사 거울의 표면은 제1 투명 유전체막으로 되어 있다.
이 바람직한 구현예의 배열에 의하면, 투명 기판으로부터 가장 멀리 떨어진 반사 거울의 표면은 제2 투명 유전체막의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 가진 제1 투명 유전체막에 의해서 형성된다. 그러므로, 반사 거울과, 반사 거울 상에 형성된 기재, 예를 들면 반투과형 액정 표시 소자의 컬러 화소 사이의 접착성을 개선시킬 수 있다.
바람직하게, 제1 투명 유전체막은 400 내지 800 ㎚의 파장을 갖는 광에 대하여 제2 투명 유전체막의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 가지고, 상기 제1 투명 유전체막은 투명 기판과 접촉하고 있다.
이 바람직한 구현예의 배열에 의하면, 투명 기판은 제2 투명 유전체막의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 가진 제1 투명 유전체막과 접촉하고 있다. 그러므로, 반사 거울과 투명 기판 사이의 접착성을 개선시킬 수 있다.
바람직하게, 반사 거울의 제1 및 제2 투명 유전체막은 3개 또는 4개의 층으로 형성되고, 반사 거울은 가시 광선 영역 안의 파장을 갖는 광에 대한 투과율이 80 % 이상이고, 상기 광에 대한 반사율이 20 % 이하인 광학 특성을 가진다.
이 바람직한 구현예의 배열에 의해, 3개 또는 4개의 층으로 형성된 제1 및 제2 투명 유전체막으로 이루어진 반사 거울은, 가시 광선 영역 안의 파장을 갖는 광에 대한 투과율은 80 % 이상이고, 상기 광에 대한 반사율이 20 % 이하인 광학 특성을 가진다. 그러므로, 반사 거울이 가시 광선 안의 파장을 갖는 광을 받는 경우 표시 불균일의 발생을 억제할 수 있다.
바람직하게, 반사 거울의 제1 및 제2 투명 유전체막은 5개 또는 6개의 층으로 형성되고, 반사 거울은, 400 내지 600 ㎚의 파장을 갖는 광에 대한 투과율은 60 내지 75 %이고, 상기 광에 대한 반사율은 25 내지 40 %이며, 600 내지 750 ㎚의 파장을 갖는 광에 대한 투과율은 60 내지 85 %이고, 상기 광에 대한 반사율은 15 내지 40 %인 광학 특성을 가진다.
바람직하게, 반사 거울의 제1 및 제2 투명 유전체막은 7개 내지 14개의 층으로 형성되고, 반사 거울은, 400 내지 600 ㎚의 파장을 갖는 광에 대한 투과율은 55 내지 70 % 이고, 상기 광에 대한 반사율은 30 내지 45 %이며, 600 내지 750 ㎚의 파장을 갖는 광에 대한 투과율은 55 내지 80 %이고, 상기 광에 대한 반사율은 20 내지 45 %인 광학 특성을 가진다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제2 태양에서, 상기 액정 표시 소자는, 본 발명의 제1 태양에 따른 반투과형 액정 표시 소자용 기판, 및 반사 거울 상에 형성된 컬러 화소를 포함하며, 액정부는 컬러 화소 상에 형성되는 반투과형 액정 표시 소자가 제공된다.
본 발명의 제2 태양에 따른 반투과형 액정 표시 소자의 배열에 의하면, 상기 소자는 제1 태양에 따른 반투과형 액정 표시 소자용 기판, 반사 거울 상에 형성된 컬러 화소, 및 컬러 화소 상에 형성된 액정부를 포함하고 있다. 이로써, 표시 불균일의 발생을 억제할 수 있다.
바람직하게, 제1 투명 유전체막은 400 내지 800 ㎚의 파장을 갖는 광에 대하 여 제2 투명 유전체막의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 가지고, 제1 투명 유전체막은 컬러 화소와 접촉하고 있다.
이 바람직한 구현예의 배열에 의하면, 제2 투명 유전체막의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 가진 제1 투명 유전체막은 컬러 화소에 접촉하고 있다. 따라서, 반사 거울과 컬러 화소 사이의 접착성을 개선시킬 수 있다.
바람직하게, 반투과형 액정 표시 소자는, 400 내지 800 ㎚의 파장을 갖는 광에 대한 투과율이 45 내지 80 %의 범위로 설정된 반투과형 액정 표시 소자이거나, 400 내지 800 ㎚의 파장을 갖는 광에 대한 반사율이 5 내지 45 %의 범위로 설정된 투과형 액정 표시 소자 중 어느 하나로 형성된다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 유리한 점은 첨부하는 도면과 함께 하기의 상세한 설명으로부터 더 명확해질 것이다.
바람직한 실시예의 상세한 설명
본 발명자는, 상기 목적을 달성하기 위해 연구한 결과, 투명 기판, 및 막의 굴절률이 서로 상이한, 한 개 이상의 제1 투명 유전체막과 한 개 이상의 제2 투명 유전체막을 투명 기판 상에 교대로 적층하여 형성된 반사 거울을 포함하는, 반투과형 액정 표시 소자용 기판에 있어서, 반투과형 액정 표시 소자의 액정부와 투명 기판 사이에 형성된 반사 거울 중 한 개 이상의 제1 투명 유전체막이 실질적으로 광촉매 불활성인 화합물로 이루어지는 경우, 반투과형 액정 표시 소자에 발생하는 표시 불균일을 억제할 수 있다는 것을 발견했다.
본 발명은 상기 연구의 결과에 기초하여 이루어진 것이다.
이하, 본 발명의 구현예는 도면을 참고하면서 상세하게 설명한다.
도 1은 구현예에 따른 반투과형 액정 표시 소자의 개략적인 단면도이다.
본 발명의 구현예에 따른 반투과 액정 표시 소자(100)는, 백라이트(10), 편광판(20), 위상차판(30), 도 2를 참고하여 후술되는, 반투과형 액정 표시 소자용 기판(40), 액정부(50), 확산판(60), 위상차판(70), 및 편광판(80)으로 이루어지며, 도 1에서 도시된 바와 같이 아래로부터 언급된 순서대로 층이 형성된다. 반투과형 액정 표시 소자(100)는, 45 내지 80 %의 범위로 설정된 광 반사율을 가지며, 상기 반사율은, 0 °인 입사각으로 액정 표시 소자(100)의 한쪽 면에 조사된, 가시 광선 영역의 400 내지 800 ㎚의 파장을 갖는 광에 대해서 측정되었다(이하, 간단히 "반사율"이라고 함).
반사율(%)은, 적색에 해당하는 640 ㎚의 파장, 녹색에 해당하는 530 ㎚의 파장, 및 청색에 해당하는 460 ㎚의 파장을 포함하는 가시 광선 영역에서의 400 내지 800 ㎚의 파장을 갖는 광이 반사한 비율을 나타내고, 투과율(%)은, 적색에 해당하는 640 ㎚의 파장, 녹색에 해당하는 530 ㎚의 파장, 청색에 해당하는 460 ㎚의 파장을 포함하는 가시 광선 영역에서의 400 내지 750 ㎚의 파장을 갖는 광이 투과한 비율을 나타낸다.
액정부(50)는, 유전체 다층막 반사 거울 상에 모자이크식으로 배열된 적색, 녹색, 및 청색의 셀에 의해 형성된 컬러 화소(51), 컬러 화소(51)를 보호하기 위한 오버코트(52), ITO(인듐 주석 산화물: indium tin oxide)로 만들어진 투명 도전 막(53), 투명 기판(54), 투명 기판(54)의 밑면에 형성된, 예를 들면 ITO로 만들어진 복수 개의 투명 도전막(55), 투명 도전막(53)과 복수 개의 투명 도전막(55)에 의해 협지(挾持)된, 550 ㎚의 파장을 갖는 광에 대한 굴절률(이하, 간단히 "굴절률"이라 함)이 1.50 내지 1.52의 범위인 액정으로 이루어진 액정 층(56), 및 상기 액정이 외부로 누출되지 않도록 액정 층(56)의 주위에 배열된 밀봉재(sealing member)(57)로 이루어진다.
도 2는, 도 1에서의 반투과형 액정 표시 소자용 기판(40)의 상세한 단면도이다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 반투과형 액정 표시 소자용 기판(40)은, 도 1에서의 위상차판(30)에 형성된 투명 기판(41), 및 투명 기판(41) 상에 형성된 반사 거울(42)로 이루어진다. 이것은, 반사 거울(42)이 투명 기판(41)과 액정부(50) 사이에 형성되는 것을 의미한다.
투명 기판(41)은 대략 1.53 내지 1.55 범위의 굴절률을 가지는 소다 석회 실리케이트 유리로 만들어진다. 투명 기판(41)은 실리카 유리, 실리케이트계 유리, NH Techno Glass Corp.에 의해 제조된 "NA 35 Glass"(상품명), 또는 Asahi Glass Co. Ltd.에 의해 제조된 "AN Glass"(상품명)와 같은, 무알칼리 유리(no-alkali glass), 저알칼리 유리, 투명 플라스틱 기판 등으로 만들어질 수 있다.
반사 거울(42)은, 소정의 적층 수 m (m은 양의 정수), 예를 들면 광 흡수가 적은 4층의 유전체로 이루어진 유전체 다층막에 의해 형성된다. 유전체 다층막은, 예를 들면 고굴절률 재료로 된 고굴절률 투명막(43a, 43b) 및 저굴절률 재료로 된 저굴절률 투명막(44a, 44b)으로 만들어진 각 쌍을, 2층으로 적층해서 형성되고, 광을 반사하는 반사막으로서 기능한다. 이하, 고굴절률 투명막(43a, 43b)의 한쪽 또는 양쪽은 참조 부호 43으로 나타내고, 저굴절률 투명막(44a,44b)의 한쪽 또는 양쪽은 참조 부호 44로 나타내는 경우가 있다. 유전체 다층막은 고굴절률 투명막(43)과 저굴절률 투명막(44) 사이의 굴절률의 차이가 클수록 보다 적합하다.
고굴절률 투명막(43)은, 투명 기판(41) 상에 형성된, 두께가 예를 들어 63.9 ㎚인 고굴절률 투명막(43a) 및 두개의 저굴절률 투명막(44) 사이에 협지된, 두께가 예를 들어 5.7 ㎚인 고굴절률 투명막(43b)에 의해 형성된다.
고굴절률 투명막(43a, 43b)을 형성하는 고굴절률 재료는 광촉매성이 실질적으로 불활성인 유전체 화합물로 이루어진다. 이로써, 유전체 화합물이 자외선 등을 수광하는 경우에 액정 표시 소자(100) 내에서 생기는 광유도 전하 분리에 의해서 야기되는 반투과형 액정 표시 소자(100)의 표시 불균일의 발생을 억제할 수 있다.
실질적으로 광촉매 불활성인 유전체 화합물로서는, 굴절률이 2.2 내지 2.5인 오산화니오브(Nb2O5), 및 굴절률이 2.2 내지 2.5인 오산화니오브의 산소 결핍체를 사용할 수 있다. 불순물 등이 없고, 고순도이며 결함이 적은 오산화니오브는 용이하게 입수할 수 있고, 형성된 고굴절률 투명막(43a, 43b) 내에 생기는 결함을 감소시킬 수 있다.
이상으로부터, 이산화티탄과 같은, 광촉매 활성이 높은 화합물은 고굴절률 재료로서 사용되지 못하기 때문에, 고굴절률 투명막(43a, 43b)과, 상기 막(43a, 43b)과 접촉하는 기재로서 수지 성분 사이의 상호작용을 감소시킬 수 있고, 수지 성분에 대한 막(43a, 43b)의 친화성 및 접착성을 개선할 수 있다.
또한, 저굴절률 투명막(44)은, 고굴절률 투명막(43a) 위에 형성된, 두께가 52.3 ㎚인 저굴절률 투명막(44a), 및 고굴절률 투명막 (43b) 위에 형성된, 두께가 12.0 ㎚인 저굴절률 투명막(44b)에 의해 형성된다. 컬러 화소(51)는 저굴절률 투명막(44b) 상에 형성된다.
저굴절률 투명 필름(44a, 44b)을 형성하기 위한 저굴절률 재료로는, 예를 들면, 굴절률이 1.45 내지 1.46의 범위인 이산화규소(SiO2)를 포함한다. 불순물 등이 없고, 고순도이며 결함이 적은 이산화규소를 쉽게 입수할 수 있기 때문에, 고굴절률 투명막(43a, 43b) 내에 생기는 결함을 감소시킬 수 있다.
저굴절률 재료는 이산화규소에 한정되지 않고, 광촉매성이 실질적으로 불활성이면서 임의의 적합한 유전체를 사용할 수 있다. 그 결과, 저굴절률 재료로서 높은 광촉매 활성을 가지는 화합물을 사용하는 것을 억제할 수 있어서, 높은 광촉매 활성을 가지는 화합물이 자외선 등에 수광되는 경우에 광유도 전하 분리에 의해 야기되는 액정 표시 소자(100)의 표시 불균일의 발생을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 저굴절률 투명막(44a, 44b)과, 상기 막(44a, 44b)에 접촉하는 기재로서 수지 성분 사이의 상호작용을 감소시킬 수 있는 동시에, 수지 성분에 대한 막(44a, 44b)의 친화성 및 접착성을 개선할 수 있다.
또, 저굴절 재료는, 굴절률이 1.5 이하인 것이 바람직하다. 이로써, 고굴절률 투명막(43)의 굴절률과 저굴절률 투명막(44)의 굴절률간의 차이를 확실하게 증가시킬수 있다. 저굴절률 재료는, 소량의 산화알루미늄 등을 함유할 수 있고, 이로써 저굴절률 투명막(44)이 고굴절률 투명막(43)과 교대로 형성되어 다층막을 형성하는 경우에, 다층막의 뒤틀림을 감소시킬 수 있고, 다층막의 화학적 내구성을 향상시킬수 있다.
반사 거울(42)의 투과율 및 반사율은, 고굴절률 투명막(43)의 두께 및 저굴절률 투명막(44)의 두께와, 필요에 따라 상기 막(43, 44)의 상기 적층 수 m의 값을 적당히 변경해서 원하는 값으로 설정된다.
적층 수 m의 값은 3 내지 14인 것이 바람직하다. 적층 수 m을 작은 값인, 예를 들어 3 내지 4로 설정함으로써, 적층에 필요한 시간을 짧게 해서 양산성을 향상시킬 수 있다. 적층 수 m의 값을 크게 함으로써, 반사 거울(42)에 의한 반사로 생기는 착색을 억제하는 효과를 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 적층 수 m의 값이 6 이상인 경우, 반사 곡선을 보다 평탄하게 만들어서, 착색 억제 효과를 보다 증가시킬 수 있다. 이것이 보다 바람직하다. 적층 수 m의 값이 12 이상인 경우, 양산성을 향상시키기가 어렵다. 그러므로, 상기 값은 12 이하인 것이 바람직하다.
또, 고굴절률 투명막(43) 및 저굴절률 투명막(44)의 막 두께는 투명 기판(41)으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 각 층마다 점차 감소되더라도, 이것은 제한적인 것은 아니고, 막(43, 44)의 두께는 투명 기판(41)으로부터의 거리가 멀어짐에 따라 각 층마다 점차 증가될 수 있고, 또는 막(43)의 두께만이 투명 기판(41)로 부터의 거리가 멀어짐에 따라 각 층마다 점차 증가되거나 감소될 수 있다. 또한, 막(44)의 두께만이 투명 기판(41)로부터의 거리가 멀어짐에 따라 각 층마다 점차 증가되거나 감소될 수 있다. 이와 같이 고굴절률 투명막(43) 및 저굴절률 투명막(44)을 배열함으로써, 가시 광선 영역에서의 반사 거울(42)의 반사율의 최대값과 최소값의 차이를 감소시켜 원하는 평탄한 광학 특성을 실현할 수 있고, 반사 거울(42)로부터의 반사에 의한 착색을 억제할 수 있다.
이하, 고굴절률 투명막(43) 및 저굴절률 투명막(44)을 형성하는 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
본 막형성(film-forming) 방법에서는, 예를 들면 인라인형 스퍼터링 장치(inline sputtering system)가 사용되고, 오산화니오브 및 이산화규소가 투명 기판(41) 상에 교대로 적층됨으로써, 각각, 고굴절률 투명막(43) 및 저굴절률 투명막(44)을 형성한다. 캐러셀형 스퍼터링 장치(carrousel-type suttering system)가 사용될 수도 있다. 스퍼터링 장치의 타겟으로서는, 도전성인 오산화니오브 및 실리카 유리가 사용된다.
또, 본 막형성 방법에 의해서 고굴절률 투명막(43)을 형성하는 오산화니오브는 산소 결핍체로서 적층되며, 따라서, 오산화니오브로 형성된 산소 결핍체의 굴절률의 값이 산소가 결핍되지 않은 오산화니오브의 굴절률보다 더 커서, 오산화니오브의 굴절률과 이산화규소의 굴절률의 차이를 크게 할 수 있다. 이로써, 막의 두께를 필요 이상으로 두껍게 하거나, 상기 적층 수 m의 값을 필요 이상으로 크게 하는, 광학 설계상의 제한을 없앰으로써, 원하는 광학 특성을 반사 거울(42)에 용 이하게 부여할 수 있어, 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
보다 상세하게, 인라인형 스퍼터링 장치를 사용하고, 소정의 막형성 조건 하에서, 투명 기판(41) 상에 고굴절률 투명막(43a)을 형성하고, 상기 고굴절률 투명막(43a) 상에 저굴절률 투명막(44a)을 형성하고, 상기 저굴절률 투명막(44a) 상에 고굴절률 투명막(43b)을 형성하고, 상기 고굴절률 투명막(43b) 상에 저굴절률 투명막(44b)를 형성함으로써, 적층 수 m의 값이 4인 다층막을 포함하는 반투과형 액정 표시 소자용 기판(40)이 제조된다.
반투과형 액정 표시 소자용 기판(40)의 시험편은, 예를 들면 다음과 같이 제작된다.
먼저, 주요 성분으로, 72 질량%의 SiO2, 13 질량%의 Na2O, 8 질량%의 CaO, 1.8 질량%의 Al2O3, 및 0.9 질량%의 K2O를 함유하는, 크기가 370 ㎜×300 ㎜×0.7 ㎜(두께)인 소다 석회 유리가 투명 기판으로서 사용된다.
다음에, 반사 거울은 투명 기판 상에 인라인형 스퍼터링 장치를 사용하여, 예를 들면 이하에 설명하는 막형성 방법에 의해 형성된다. 스퍼터링 장치의 막형성 조건은 다음과 같다: 투명 기판(41)의 반송속도는 0.2 m/min이고, 트랜스퍼 S31(Transfer S31)에서의 막형성 온도는 200 ℃이고, 버퍼 S41(Buffer S41)에서의 막형성 온도는 250 ℃이다. 60 ㎝ × 12 ㎝인 한 개 또는 복수 개의 타켓이 스퍼터링 장치에 사용된다. 도전성 오산화니오브는 고굴절률 투명 필름(43a, 43b)을 형성하는 데 사용되고, 실리카 유리는 저굴절률 투명 필름(44a, 44b)을 형성하는 데 사용된다.
이어서, 액정부(50)에 광학적으로 등가이고, 굴절률이 1.50 내지 1.60의 범위, 예를 들면 1.52인 가상적인 층에 의해서 형성된 매칭 층(matching layer)은 반사 거울 상에 형성된다.
적층 수 m이 4인 다층막을 포함하는, 반투과형 액정 표시 소자용 기판(40)에서, 반사 거울(42)의 제1층인 고굴절률 투명막(43a)은 저항값이 약 1 Ω㎝인 도전성의 오산화니오브 타켓을 사용하고, 아르곤(Ar)과 산소(O2)의 유량비(流量比)가 Ar : O2 = 184 sccm : 6 sccm이고, 막형성의 압력이 0.6 Pa인 처리 분위기에서, 전력 밀도가 41.6 kW/㎡인 직류 전류(DC)를 타겟에 인가함으로써 형성된다. 이렇게 해서 얻어지는 고굴절률 투명막(43a)의 막 두께는, 예를 들면 63.9 ㎚이다. 이로써 얻어지는 오산화니오브는, 화학량론적 조성(Nb2O5)에 대해서 산소가 약간 결핍한 산소 결핍체라는 것을 알아야 한다.
다음에, 반사 거울(42)의 제2층인 저굴절률 투명막(44a)은 이산화규소의 석영 타겟을 4개 사용하고, 유량비가 Ar : O2 = 64 sccm : 52 sccm이고, 막형성의 압력이 0.4 Pa인 처리 분위기에서, 전력 밀도가 15.6 kW/㎡인 직류 전류를 타겟에 인가함으로써 형성된다. 이로써 얻어지는 저굴절률 투명막(44a)의 두께는, 예를 들면 52.3 ㎚이다.
반사 거울(42)의 제3층인 고굴절률 투명막(43b)은, 상기 오산화니오브 타겟 과 동일한 도전성의 오산화니오브를 사용하고, 유량비가 Ar : O2 = 315 sccm : 10 sccm이고, 막형성의 압력은 1.1 Pa인 처리 분위기에서, 전력 밀도가 12.7 kW/㎡인 직류 전류를 타겟에 인가함으로써 형성된다. 이로써 얻어진 고굴절률 투명막(43b)의 두께는, 바람직하게 5.7 ㎚이다.
반사 거울(42)의 제4층인 저굴절률 투명막(44b)은, 상기 석영 타겟과 동일한 석영 타겟을 2개 사용하고, 유량비가 Ar : O2 = 168 sccm : 137 sccm이고, 막형성의 압력이 1.1 Pa인 처리 분위기에서, 전력 밀도가 6.9 kW/㎡인 직류 전류를 타겟에 인가함으로써 형성된다. 이로써 얻어진 저굴절률 투명막(44b)의 두께는, 예를 들면 12.0 ㎚이다.
또한, 동일하게 제조된, 적층 수 m이 3 내지 7인 다층막을 포함하는 기판(40) 각각의 실시예를, 그의 막형성 조건 및 그의 막 두께와 함께 표 1, 도 3 및 도 4에 나타낸다.
Figure 112006025022472-PAT00001
도 3 및 도 4는, 도 2에 나타낸, 반투과형 액정 표시 소자용 기판(40)의 실시예의 광학 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 적층 수 m이 3 또는 4인 다층막을 포함하는, 반투과형 액정 표시 소자용 기판(40)의 실시예는, 가시 광선 영역에서의 400 내지 750 ㎚의 파장을 갖는 광에 대한 기판의 투과율이 80 % 이상, 보다 상세하게, 80 내지 90 %의 범위이고, 상기 광에 대한 반사율이 20 % 이하, 보다 상세하게, 10 내지 20 %인 광학 특성을 가진다. 상기 광학 특성에 따라, 적색(640 ㎚), 녹색(530 ㎚), 청색(460 ㎚)에 대응하는 파장 영역에서의, 투과율 및 반사율의 최대값과 최소값의 차이가, 모두 10 % 이하여서, 광학 스펙트럼에서 리플(ripple)이 생기지 않고, 기판(40)의 평탄한 특성을 나타낸다. 이로써, 적색, 녹색, 및 청색에 대응하는 컬러 화소(51)의 표시 불균일의 발생을 억제할 수 있다.
또, 적층수 m이 5 또는 6인 다층막을 포함하는, 반투과형 액정 표시 소자용 기판(40)의 실시예는, 400 내지 600 ㎚의 파장을 갖는 광에 대한, 기판(40)의 투과율이 60 내지 75 %의 범위이며, 반사율이 25 내지 40 %의 범위이고, 600 내지 750 ㎚의 파장을 갖는 광에 대한, 기판(40)의 투과율이 60 내지 85 %의 범위이며, 반사율이 15 내지 40 %의 범위인, 광학 특성을 가진다. 이로써, 적층수 m이 5 또는 6인 다층막을 포함하는 기판(40)은 적층수 m이 3 또는 4인 다층막을 포함하는 기판(40)보다 더 큰 반사율을 가질 수 있다.
또, 적층수 m이 7 내지 14의 범위인 다층막을 포함하는 기판(40)의 실시예는, 400 내지 600 ㎚의 파장을 갖는 광에 대한, 기판(40)의 투과율은 55 내지 70 %의 범위이며, 반사율은 30 내지 45 %의 범위이고, 600 내지 750 ㎚의 파장을 갖는 광에 대한, 기판(40)의 투과율은 55 내지 80 %이며, 반사율은 20 내지 45 %의범위인 광학 특성을 가진다. 이로써, 적층수 m이 7 내지 14의 범위인 다층막을 포함하는 기판(40)은 적층수 m가 5 또는 6인 다층막을 포함하는 기판(40)보다 더 큰 반사율을 가질 수 있다.
전술한 구현예에서, 인라인형 스퍼터링 장치가 사용되지만, 캐러셀형 스퍼터링 장치가 사용될 수 있다.
또, 전술한 구현예에서, 타겟에 적용되는 전력이 직류 전류이지만, 이것이 제한인 것은 아니고, 전력은 예를 들면 13.56 ㎒인 고주파(RF), 또는 아킹(arcing: 비정상적인 방전)을 방지하는 DC 펄스일 수도 있다.
또, 도전성의 오산화니오브와 같은, 도전성 화합물로 된 타겟을 사용하는 DC 스퍼터링 방법이, 고굴절률 재료의 막형성 방법으로서 사용되지만, 이것이 제한적인 것은 아니고, 니오븀 원소로 된 타겟을 사용하는 반응성 스퍼터링 방법, 및 비도전성인 타겟, 예를 들면 절연성 오산화니오브로 된 타겟을 사용하는 RF 스퍼터링 방법이 사용될 수 있다. 상기 막형성 방법 외에, DC 스퍼터링 방법은, 니오븀 원소 또는 절연성 오산화니오브보다 활성화 에너지가 더 높은 도전성 오산화니오브를 타겟으로서 사용하기 때문에, 타겟의 전이 영역(transition region)을 활용할 수 있어서, 다른 막형성 방법에서보다 막형성의 속도를 높게 하여, 제조 효율을 향상시킬 수가 있다.
저굴절률 재료로 된 막형성 방법으로서는, 도전성 이산화규소와 같은, 도전성 화합물로 된 타겟을 사용하는 반응성 DC 스퍼터링 방법을 사용할 수 있다.
본 구현예에서, 반투과형 액정 표시 소자(100)가 45 내지 80 %의 범위로 설정된 반사율의 값을 가지는 것으로 가정했지만, 이는 제한적이지 않고, 액정 표시 소자가 5 내지 45 %의 범위로 설정된 반사율의 값을 가지는, 투과형 액정 표시 소자일 수도 있다. 투과형 액정 표시 소자는, 90 % 이상의 범위로 설정된 반사율의 값을 가지는 반사형 액정 표시 소자보다 더 어두운 환경에서 주로 사용된다. 따라서, 기판(40)의 투과율 및 반사율은 액정 표시소자의 설계상의 요구된 사양(용도 등)에 따라 설정된다.
또, 상기 구현예에서, 주성분으로서 이산화규소를 함유하고, 막 두께가 10 ㎚ 이하인 친수성 막은, 반사 거울(42)의 가장 바깥 층의 상면에 형성될 수도 있다. 이로써, 수용성인 세정액으로 반사 거울(42)를 용이하게 세정할 수 있다.
또, 주로 이산화규소로 이루어진 기초 막은 투명 기판(41)과 고굴절률 투명막(43a) 사이에 형성될 수 있다. 기초 막을 형성함으로써, 투명 기판(41)과 고굴절률 투명막(43a) 사이의 접착성을 향상시킬수 있고, 소다 석회 실리케이트 유리의 내부로부터 용출(leaching)되는 나트륨 이온에 의한 오염을 방지할 수 있다. 또, 투명 기판(41)이 투명 플라스틱 기판에 의해 형성되는 경우, 폴리오르가노실록산(polyorganosiloxanes)으로 된 하드 코팅은 기초 막과 투명 기판(41) 사이에 설치되는 것이 바람직하다. 이로써, 투명 기판(41)의 내부로부터 수분이 용출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 기초 막과 투명 기판(41)의 사이에, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 또는 에폭시 수지 등과 같은 열강화성 수지로 만들어지고, 그 표면상에 형성된 미세한 요철이 있는 투명 요철 산란층이 형성될 수 있다. 이로써, 투명 기판(41)의 내부를 통과하는 반사광을 산란시켜 액정 표시 소자(100)가 사용되는 경우, 외관에서의 눈부심(glaring)을 억제할 수 있다. 이와 관련하여, 투명 요철 산란층의 굴절률은 투명 기판(41)의 굴절률과 대략 동일한 것이 바람직하다.
다음에, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 설명한다.
표시 불균일의 발생을 억제하기 위해, 본 발명자는 반투과형 액정 표시 소자(100)의 실험편을 제작하고, 고굴절률 투명막(43a, 43b)의 광촉매성이 반투과형 액정 표시 소자(100)에 미치는 영향에 대하여 연구하였다.
보다 상세하게, 고굴절률 투명막(43a, 43b)으로서 오산화니오브를 사용하는, 도 1 및 표 1에서 나타낸 바와 같은 적층수 m이 4인 다층막을 포함하는 반투과형 액정 표시 소자(100)(실시예 1), 및 실시예 1과 동일한 구성을 가지는, 오산화니오브 대신에 광촉매 활성인 이산화티탄을 고굴절률 투명막으로서 사용하는 액정 표시 소자(비교예 1)를 제작하였다. 그런 다음에, 반사 거울과 컬러 화소 사이의 접착성을 평가하였다.
또한, 비교예 1에서도, 반사 거울은, 이산화티탄이 고굴절률 투명막(43a, 43b)으로서 사용된 것 이외에는, 실시예 1에서 적용된 것과 동일한 막형성 방법에 의해 형성된다.
이와 같이 제작된 실시예 1 및 비교예 1의 액정 표시 소자에 있어서, 반사 거울과 컬러 화소 사이의 접착성의 평가 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure 112006025022472-PAT00002
표 2에서, "반사 거울과 컬러 화소 사이의 접착성"은, 셀로판 접착 테이프를 컬러 화소의 표면에 접착하고, 그것으로부터 박리시키는 테이프 시험을 광 조사 중 및 후에 행함으로써, 실시예 1 및 비교예 1의 각각의 반사 거울과 컬러 화소의 계면에서의 접착성을 4개의 종류로 평가한 것이다. 표 2에서, "좋음(Good)"은 컬러 화소가 반사 거울으로부터 박리되지 않은 것을 나타내며, "나쁨(Poor)"은 컬러 화소가 반사 거울으로부터 박리되는 박리 영역이 전체 접착 면적의 0 내지 3 %인 것을 나타낸다. 또, "표시 불균일"에서 "발생(Occurred)"은 광 조사하는 중에 표시 불균일이 발생되는 것을 나타내며, "발생 안됨(Not Occurred)"은 광 조사하는 중에 표시 불균일이 발생되지 않는 것을 나타낸다.
표 2로부터, 오산화니오브이 이산화티탄 대신에 고굴절률 투명막으로서 사용되는 경우, 고굴절률 투명막과 수지 성분 사이의 상호작용이, 이산화티탄이 사용되는 경우에 비해 감소되고, 친화성 및 접착성이 향상되어서, 고굴절률 투명막과 저굴절률 투명막 사이의 접착성을 개선할 수 있고, 이에 따라서, 반사 거울과 컬러 화소 사이의 접착성을 개선할 수 있다. 또, 반사 거울의 가장 바깥 표면이 고굴절률 투명막으로서 사용되는 경우, 반사 거울과 컬러 화소 사이의 접착성이 더욱 개선될 수 있는 것으로 이해된다.
또, 표 2로부터, 실시예 1에서는, 비교예 1의 이산화티탄의 광촉매 활성에 의해 발생하는 광유도 전하 분리에 기인하는, 광 조사하는 동안의 표시 불균일의 발생을 억제할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 구형예에 따른 반투과형 액정 표시 소자용 기판은, 반투과형 액정 표시 소자, 투과형 액정 표시 소자 등에 적용될 수 있다.
따라서, 본 발명에 의한 반투과형 액정 표시 소자용 기판, 및 상기 기판을 포함하는 반투과형 액정 표시 소자는 반투과형 액정 표시 소자에 발생하는 표시 불균일의 발생을 억제할 수 있다.

Claims (12)

  1. 반투과형 액정 표시 소자용 기판으로서,
    투명 기판; 및
    상기 투명 기판 상에, 굴절률이 서로 상이한 한 개 이상의 제1 투명 유전체막 및 한 개 이상의 제2 투명 유전체막을 교대로 적층하여 형성된 반사 거울
    을 포함하며,
    상기 반사 거울은 상기 반투과형 액정 표시 소자의 액정부와 상기 투명 기판 사이에 형성되고,
    상기 제1 투명 유전체막은 실질적으로 광촉매 불활성인 화합물로 되어 있는 반투과형 액정 표시 소자용 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화합물은 산화니오브를 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 소자용 기판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 산화니오브는 오산화니오브 또는 그의 산소 결핍체를 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 소자용 기판.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 산화니오브는 400 내지 800 ㎚의 파장을 갖는 광에 대하여 2.2 내지 2.5 범위의 굴절률을 갖는 것을 특징으로하는 반투과형 액정 표시 소자용 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투명 유전체막은 400 내지 800 ㎚의 파장을 갖는 광에 대하여 제2 투명 유전체막의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 가지며, 상기 투명 기판으로부터 가장 멀리 떨어진 반사 거울의 표면은 제1 투명 유전체막으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 소자용 기판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투명 유전체막은 400 내지 800 ㎚의 파장을 갖는 광에 대하여 제2 투명 유전체막의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 가지며, 상기 제1 투명 유전체막은 상기 투명 기판과 접촉한 상태에 있는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 소자용 기판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반사 거울의 상기 제1 및 제2 투명 유전체막은 3개 또는 4개의 층으로 형성되고,
    상기 반사 거울이, 가시광선 영역의 파장을 갖는 광에 대하여, 투과율은 80 % 이상이고, 반사율은 20 % 이하인 광학 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 소자용 기판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반사 거울의 상기 제1 및 제2 투명 유전체막은 5개 또는 6개의 층으로 형성되고,
    상기 반사 거울이, 400 내지 600 ㎚의 파장을 갖는 광에 대하여, 투과율은 60 내지 75 %이고, 반사율은 25 내지 40 %이며, 600 내지 750 ㎚의 파장을 갖는 광에 대하여, 투과율은 60 내지 85 %이고, 반사율은 15 내지 40 %인 광학 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 소자용 기판.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반사 거울의 상기 제1 및 제2 투명 유전체막은 7개 내지 14개의 층으로 형성되고,
    상기 반사 거울이, 400 내지 600 ㎚의 파장을 갖는 광에 대하여, 투과율은 55 내지 70 %이고, 반사율은 30 내지 45 %이며, 600 내지 750 ㎚의 파장을 갖는 광에 대하여, 투과율은 55 내지 80 %이고, 반사율은 20 내지 45 %인 광학 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 소자용 기판.
  10. 반투과형 액정 표시 소자로서,
    제1항의 반투과형 액정 표시 소자용 기판, 및 상기 반사 거울 상에 형성된 컬러 화소를 포함하고,
    상기 액정부가 상기 컬러 화소 상에 형성되는
    반투과형 액정 표시 소자.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 투명 유전체막은 400 내지 800 ㎚의 파장을 갖는 광에 대하여 제2 투명 유전체막의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 가지며, 상기 제1 투명 유전체막은 상기 컬러 화소에 접촉한 상태에 있는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 소자.
  12. 제10항에 있어서,
    400 내지 800 ㎚의 파장을 갖는 광에 대한 반사율이 45 내지 80 %의 범위로 설정된 반투과형 액정 표시 소자, 또는 400 내지 800 ㎚의 파장을 갖는 광에 대한 반사율이 5 내지 45 %의 범위로 설정된 투과형 액정 표시 소자 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 반투과형 액정 표시 소자.
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