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KR100690515B1 - 반사형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

반사형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR100690515B1
KR100690515B1 KR1020010065293A KR20010065293A KR100690515B1 KR 100690515 B1 KR100690515 B1 KR 100690515B1 KR 1020010065293 A KR1020010065293 A KR 1020010065293A KR 20010065293 A KR20010065293 A KR 20010065293A KR 100690515 B1 KR100690515 B1 KR 100690515B1
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layer
light
crystal display
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오무로가츠후미
고이케요시오
다시로구니히로
고토다케시
하마다데츠야
하야시게이지
스즈키도시히로
고바야시데츠야
나카무라기미아키
스가와라마리
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샤프 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 소정의 막 두께를 갖는 감광성 수지층의 표면에 노광 에너지를 갖는 광을 조사해서, 감광성 수지층의 두께 방향(또는, 평면 방향)에서의 열적 변형 특성의 분포를 형성한 후, 열처리를 수행하여 감광성 수지층의 표면에 랜덤한 요철(미세한 홈 또는 미세한 주름)을 형성하는, 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
액정, 감광성 수지층, 산란층, 반사층, 요철

Description

반사형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법{REFLECTION TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
도 1은 본 실시예가 적용되는 액정 표시 장치의 회로도의 예.
도 2는 본 실시예가 적용되는 반사형 액정 표시 장치의 단면도의 예를 나타낸 도면.
도 3은 본 실시예의 반사형 액정 표시 장치의 제조 공정의 일부를 나타낸 단면도.
도 4는 감광성 수지층(20)의 막 두께와 UV 조사 에너지를 변화시켜 형성된 반사 패널의 미세한 홈의 표면 형상의 현미경 사진을 나타낸 도면이다.
도 5는 감광성 수지층(20)의 막 두께와 UV 조사 에너지를 변화시켜 형성된 반사 패널의 미세한 홈의 표면 형상의 현미경 사진을 나타낸 도면이다.
도 6은 감광성 수지층(20)의 막 두께와 UV 조사 에너지를 변화시켜 형성된 반사 패널의 미세한 홈의 표면 형상의 현미경 사진을 나타낸 도면이다.
도 7은 감광성 수지층(20)의 막 두께와 UV 조사 에너지를 변화시켜 형성된 반사 패널의 미세한 홈의 표면 형상의 현미경 사진을 나타낸 도면이다.
도 8은 3개의 반사 패널 샘플의 AFM상(image)을 나타낸 도면.
도 9는 확산 광원에 대한 반사막의 평균 경사각과 반사율간의 관계를 나타낸 그래프.
도 10은 도 8의 3개의 샘플에 대한 레지스트 막 두께와 반사율간의 관계를 나타낸 그래프.
도 11은 본 실시예에 의해 형성된 수지층의 미세한 홈의 요철 형상을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 12는 본 실시예에 의해 형성된 미세한 홈의 평면 패턴예를 나타낸 도면이다.
도 13은 미세한 홈을 형성하기 위해 필요한 UV 조사예를 나타낸 도면이다.
도 14는 제 1 샘플의 제조 공정을 나타낸 단면도.
도 15는 제 1, 제 2, 제 3 샘플에서의 적분 구(sphere)의 확산 광원의 반사율을 비교한 그래프.
도 16은 감광성 수지층의 분리를 나타낸 도면.
도 17은 감광성 수지층의 분리선을 형성하는 공정을 나타낸 단면도.
도 18은 분리선을 형성한 경우와 형성하지 않는 경우의 미세한 홈의 현미경 사진을 나타낸 도면이다.
도 19는 본 실시예가 상정하는 반사형 액정 표시 장치가 사용되는 실제 환경을 나타낸 도면.
도 20은 입사각 θi와 방위각 φi를 나타낸 도면.
도 21은 반사형 표시 장치에 광이 입사해 반사하는 경우를 나타낸 도면.
도 22는 반사판에 입사하는 광의 강도 f(θi')와 입사각 θi'간의 관계를 나타낸 도면.
도 23은 도 22의 입사광 강도가 최대가 되는 입사각 θi'와 매체의 굴절율 n간의 관계를 나타낸 도면.
도 24는 반사 요철의 경사면에 대한 입사각, 반사각 및 경사각간의 관계를 나타낸 도면.
도 25는 도 22의 입사광 강도 분포에 대응한 경사각의 존재 확률의 분포를 나타낸 도면.
도 26은 반사 특성의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.
도 27은 실제 프로토타입(prototype) 샘플을 사용해 적분 구의 균일한 확산광에 대한 반사율을 측정한 결과를 나타낸 도면.
도 28은 반사판 프로토타입의 형성 방법을 나타낸 단면도.
도 29는 반사판의 요철을 형성하기 위한 마스크(64)의 패턴예를 나타낸 도면.
도 30은 적분 구의 확산광에 대해서 높은 반사율을 얻을 수 있는 반사판의 요철의 경사각 분포를 나타낸 도면.
도 31은 반사형 액정 표시 장치가 노트북 퍼스널 컴퓨터의 모니터로서 탑재된 상태를 나타낸 도면.
도 32는 반사형 액정 표시 장치가 노트북 퍼스널 컴퓨터의 표시 장치로서 이 용되는 경우에, 높은 반사율을 갖는 XY면 방향 및 XZ면 방향의 경사각의 분포를 나타낸 도면.
도 33은 도 32의 경사각 분포를 경사각 0˚을 중심으로 접은 분포를 나타낸 도면.
도 34는 반사판 샘플의 형성 방법을 나타낸 단면도.
도 35는 도 34의 마스크 패턴의 예를 나타낸 도면.
도 36은 도 34의 볼록부의 일례를 나타낸 평면도 및 단면도.
도 37은 반사판 프로토타입의 경사각 분포의 측정 결과의 도면.
도 38은 반사판 프로토타입을 이용해 작성한 반사형 액정 표시 장치의 개략 단면도.
도 39는 도 38의 반사형 액정 표시 장치의 반사율의 측정 결과를 나타낸 도면.
도 40은 반사형 액정 표시 장치의 경사각과 액정층의 굴절율에 대한 존재 확률이 최대가 되는 경사각 범위를 나타낸 도면.
도 41은 화소 영역 내에 혼재하는 2개의 반사 요철 형상을 나타낸 단면도.
도 42는 본 실시예에서의 화소 영역 PK의 평면도.
도 43은 도 42의 반사용 요철을 형성하는 제조 공정을 나타내는 단면도.
도 44는 종래의 레지스트의 원형 패턴예를 나타낸 도면.
도 45는 본 실시예에서의 레지스트의 원형 패턴예를 나타낸 도면.
도 46은 도 45의 원형 패턴을 설명하기 위한 도면.
도 47은 본 실시예에서의 레지스트의 다각형 패턴예를 나타낸 도면.
도 48은 본 실시예에서의 레지스트의 다각형 패턴예를 나타낸 도면.
도 49는 종래 제안된 프런트 라이트(front light)를 갖는 반사형 액정 표시 패널의 구성을 나타낸 도면이다.
도 50은 프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 패널의 제 1 예를 나타낸 도면.
도 51은 프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 패널의 제 2 예를 나타낸 도면.
도 52는 프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 패널의 제 3 예를 나타낸 도면.
도 53은 프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 패널의 제 4 예를 나타낸 도면.
도 54는 프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 패널의 제 5 예를 나타낸 도면.
도 55는 프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 패널의 제 6 예를 나타낸 도면.
도 56은 프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 패널의 제 7 예를 나타낸 도면.
도 57은 요철 형성 방식에 대한 종래의 제조 공정과 본 발명의 제조 공정을 나타낸 단면도.
도 58은 요철 형성 방식에 대한 종래의 마스크 패턴과 본 발명의 마스크 패턴을 나타낸 단면도.
도 59는 하프 노광에 의해 구획 분리가 형성된 때의 미세한 홈 형성의 일례를 나타낸 현미경 사진이다.
도 60은 제작예 4에서 형성된 미세한 홈을 나타낸 현미경 사진이다.
도 61은 AL 전극을 스퍼터링 및 포토리소그래피함으로써 화소 전극이 형성된 TFT 기판과 CF 기판을 이용해 제작한 1매 편광판 방식의 TFT 구동 반사형 액정 장치의 현미경 사진이다.
도 62는 게이트 전극, Cs 전극, 데이터 전극 등의 전극층 및 층간절연막층의 배치와 형상을 제어함으로써, 미세한 홈의 형상을 제어하는 상태를 나타내는 평면도이다.
도 63은 드레인 전극과 반사 전극을 전기적으로 접합하는 콘택트 홀의 크기, 형상, 배치, 갯수에 의해 반사 전극 표면의 요철 형상을 제어하는 상태를 나타낸 평면도.
도 64는 제작예 1의 수지층의 개략 구성을 나타낸 단면도.
도 65는 제작예 2의 수지층의 개략 구성을 나타낸 단면도.
도 66은 제작예 3의 수지층의 개략 구성을 나타낸 단면도.
도 67은 제작예 4의 수지층의 개략 구성을 나타넨 단면도.
도 68은 제작예 1의 수지층의 개략 구성을 나타낸 모식도.
도 69는 수축률이 요철 형상에 미치는 영향을 나타낸 모식도.
도 70은 노볼락의 산화에 의한 가교예를 나타낸 모식도.
도 71은 레지스트 표면의 현미경 사진.
도 72는 레지스트 표면에 요철이 발생하는 상태를 조사한 결과를 나타낸 특성도.
도 73은 UV 조사 전 및 UV 조사 후에 베이킹(baking) 온도를 변화시킨 경우에 요철이 발생하는 상태를 조사한 결과를 나타낸 특성도.
도 74는 레지스트에 기포(bubbles)가 발생한 상태를 나타낸 현미경 사진.
도 75는 레지스트 표면을 나타낸 현미경 사진.
도 76은 반사율의 측정 결과를 나타낸 특성도.
도 77은 제작한 액정 셀의 개략 구성을 나타낸 단면도.
도 78은 적분 구를 이용해 인가 전압을 변화시킨 경우의 반사율을 측정한 결과를 나타낸 특성도.
도 79는 베이킹 후에 패터닝된 기판을 나타내는 현미경 사진.
도 80은 80mJ/cm2 및 35mJ/cm2를 조사한 기판을 나타낸 현미경 사진이다.
도 81은 유리 기판을 나타낸 사시도.
도 82는 베이킹 후에 발생한 미세 형상을 나타낸 현미경 사진.
도 83은 제작예 1의 확산 반사판 패턴을 나타낸 평면도.
도 84는 반사 특성의 측정 결과를 나타낸 특성도.
도 85는 액정층의 트위스트각과 반사율의 관계를 조사한 결과를 나타낸 특성 도.
도 86은 반사형 게스트-호스트 액정의 밝은 상태와 어두운 상태의 시각(시 특성을 조사한 결과를 나타낸 특성도이다.
도 87은 180˚트위스트시킨 게스트-호스트 액정을 나타낸 모식도.
도 88은 편광판의 반사 특성을 나타낸 특성도.
도 89는 제작된 1매 편광판 방식의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도.
도 90은 제작예 1의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도.
도 91은 제작예 2의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도.
도 92는 제작예 3의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도.
도 93은 제작예 3의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도.
도 94는 제작예 4의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도.
도 95는 제작예 5의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도.
도 96은 제작예 6의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도.
도 97은 제작예 6의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도.
도 98은 산란 지향성 요소의 구조를 나타낸 단면도.
도 99는 제작예 6의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도.
도 100은 제작예 6의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도.
도 101은 비교예의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도.
도 102는 종래의 프런트 라이트 구조를 갖는 반사형 액정 표시 장치를 나타 낸 단면도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
10: 절연 기판
15: 게이트 전극
16: 절연층
17: 드레인 전극
18: 소스 전극
19: 반도체 층
20: 감광성 수지층
22: 반사 전극
50: 분리선
51: 노광 마스크
52: 투명 기판
본 발명은 반사형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 간단한 공정으로 높은 반사율을 갖는 산란 반사판 구조를 갖는 반사형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
근래, 액티브 매트릭스를 이용한 액정 패널에 있어서, 경량, 박형, 저소비 전력화를 실현할 수 있는 반사형 액정 표시 장치가 주목되고 있다. 반사형 액정 표시 장치는 외부로부터의 광을 표시 패널 내에 입사시켜 배면 측에 설치한 반사판에 의해 반사시킴으로써, 백 라이트를 불필요하게 하기 때문에, 저소비 전력화를 도모할 수 있다. 따라서, 휴대 정보 단말기나 휴대 전화의 표시 장치로서 유용하다.
외부의 광은 표시 장치가 사용되는 환경에 따라 다르다. 따라서, 표시 패널 내에 설치된 반사판은 랜덤한 방향으로부터 들어가는 광을 랜덤한 방향으로 반사시키는 광 산란 반사 구조를 갖는 것이 바람직하다.
이러한 반사형 액정 표시 장치로서, 요철 형상의 막 상에 화소 전극을 형성하여, 요철을 갖는 화소 전극에 의해 외부 광을 난반사시키는 구조가 제안되었다. 예를 들면, 일본특개평 제 5-232465호, 일본특개평 제 8-338993호 등에서 이러한 구조를 제안하였다. 이 공보들에 개시된 반사형 액정 표시 장치는, 화소 전극에 요철을 형성하기 위해서 마스크 패턴을 사용하는 포토리소그래피 공정을 이용하거나, 연마 공정과 에칭 공정을 조합하여 이용하였다.
이들 종래예에 있어서는, 반사 전극에 임의의 요철 패턴을 형성함으로써 높은 반사율을 얻을 수 있다. 그러나, 포토리소그래피를 이용해 반사 전극의 형상을 제어하게 되면 공정이 복잡해진다. 또한, 노광 조건에 의해 형상이 변화하면, 반사 특성이 크게 변화하기 때문에, 제조 공정의 마진이 작아진다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로서, 일본특개평 제 5-80327호는 반 사 전극과 열팽창율이 다른 박막 수지층을 이용하는 공정을 간략화하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이러한 방법에서는, 유기막을 형성한 후에 가열 스퍼터링법으로 금속막을 형성하여 화소 전극의 표면에 요철을 형성한다. 이 방법은 진공 중의 가열 공정 중에 유기막으로부터 가스 이탈이 발생하여, 반사막의 막질 변화가 일어나거나, 반사막에 반사 특성을 저하시키는 미소한 요철이 형성되어, 실용적인 공정이 아니다.
일본특개평 제 2000-193807호는 주 사슬(main chain)에 플루오린 알리파틱 링(fluorine aliphatic ring) 구조를 갖는 불소-함유 수지를 이용하여 유기막에 미세한 요철을 형성하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은 특수한 수지를 사용해야 하며 350˚C의 고온으로 베이킹(baking)하는 공정을 필요로 한다. 또한, 공지예로 나타낸 바와 같이, 이 수지 자체에 감광성이 없기 때문에, 박막 트랜지스터에 접속되는 화소 전극에 요철을 형성하는 경우, 별도로 수지를 코팅하여 포토리소그래피 공정으로 콘택트 홀을 형성할 필요가 있어서, 공정이 복잡해지게 된다.
또한, 일본특개평 제 10-253977호에는, 간섭광(coherent light)을 조사했을 때에 생기는 반점(speckles)의 강도 분포를 이용해서 깊이 방향의 변이 분포를 갖는 요철을 형성하여, 랜덤한 요철 분포를 갖는 반사판을 형성하는 것이 기재되어 있다. 그러나, 이 방법에서는 특수한 노광 장치가 필요해서, 노광 장치 자체가 거대해지고 고비용이 되어, 이 방법은 현실적인 의미를 갖지 못한다.
상술한 바와 같이, 산란 반사 전극을 화소 전극에 이용하는 반사형 액정 표 시 장치가 여러 가지 제안되었지만, 어느 경우도 간단한 제조 공정으로 충분한 반사율을 갖는 산란 반사 전극을 형성할 수 없었다. 최적의 반사 전극 구조를 형성 하기 위해서는, 예를 들면 요철의 평균 경사각이나 경사각 분포 등을 최적의 범위로 제어하는 것이 필요하지만, 양호한 재형성을 가지면서 최적의 반사 전극 구조를 갖도록 평균 경사각이나 경사각 분포를 제어할 수 있는 제조 공정은 제안되어 있지 않다.
또한, 종래의 반사형 액정 표시 장치에서의 반사판의 요철의 경사각은 특정한 방향으로부터의 입사광에 대해서 최대의 반사율을 얻을 수 있도록 선택되었다. 종래의 반사판은, 요철의 경사각을 예를 들면 10˚∼20˚로 설정하는 것 (일본특개평 제 11-259018호), 반사판의 요철 경사각을 5˚∼25˚범위의 균일인 각도로 설정하는 것(일본특개평 제 08-227071호), 반사판의 요철 평균 경사각이 30˚이하인 것(일본특개소 제 56-156865호), 요철의 높이가 가우스(Gaussian) 분포이고 이때의 요철 평균 경사각이 1O˚인 것(Tohru Koizumi and Tatsuo Uchida, Proceedings of the SID, vol.29, p.157, 1988), 및 반사판 표면이 매끄러운 요철면을 갖고 요철의 평균 경사각이 4˚∼15˚인 것(일본특개평 제6-175126호) 등이 필요했었다.
그러나, 이러한 종래예들에서는, 표시 패널에 대해서 모든 방향으로부터 외부의 광이 입사하는 경우에, 어떤 반사율이 가장 높은가에 대하여 검토하지 않았다. 따라서, 종래예에는 여러 가지의 환경 하에서도 높은 반사율로 외부광이 반사해서 밝게 되는 반사형 액정 표시 장치가 제안되어 있지 않았다.
또한, 종래예에는 노트북 컴퓨터의 표시 패널에 입사되는 외부 광이 소정 방 향에서는 전체 방향이고, 이와 다른 방향에서는 특정한 방향인 경우를 가정하여, 반사율을 높게 하는 요철 형상에 대해서 제안되어 있지 않다.
레지스트 막을 형성하고, 소정의 마스크 패턴으로 노광 및 현상한 후에, 베이킹 공정에 의해 레지스트 막의 단면 구조를 완만하게 하여, 소망하는 경사면을 형성하는 반사판 구조가 제안되었다. 그러나, 이러한 제조 공정에서, 최적의 패턴 형상에 대해서는 제안되어 있지 않다. 동일한 화소 영역 내에 지향성과 산란성을 겸비한 반사용 요철 형상의 형성 방법에 대해서도 제안되어 있지 않다.
또한, 반사형 액정 표시 장치는 외부의 광을 이용하므로, 어두운 장소에서 사용하기 위해서는 광원을 필요로 하였다. 그러나, 이 광원으로부터의 광을 산란 시켜 표시 패널측에 입사시키는 구조를 채용하면, 그 산란 구조에 의해 표시 화상이 흐려지고, 콘트라스트가 나쁘게 된다.
백 라이트를 사용하지 않는 반사형 액정 표시 장치는 뱍형, 경량 및 저소비 전력화가 가능하다.
반사형 액정 표시 장치는 크게 나누어 광 셔터층, 채색층 및 광 반사층의 3개의 층으로 구성되지만, 주위 광을 효율 좋게 이용해 밝은 표시를 얻는 것이 가장 중요하다. 상기 3개의 층들 중 광 반사층은 특히 광의 이용 효율뿐만 아니라 시각 특성에도 큰 영향을 준다. 따라서, 광 반사층의 최적화가 밝은 반사형 액정 표시 장치를 실현하는데 있어서 가장 중요해져서, 밝은 광 반사층을 얻기 위한 검토가 이루어지고 있다.
또한, 조명 장치로서 프런트 라이트 구조를 구비한 반사형 액정 표시 장치가 개발되고 있다.
또한, 광 셔터층에 2색성 색소를 혼입한 게스트-호스트 방식 또는 편광판을 1매 사용한 1매의 편광판 방식을 채용함으로써, 밝은 상태에서는 전자에서 매우 밝은 표시, 후자에서는 매우 높은 콘트라스트 표시를 각각 얻을 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 측면은 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 소정의 막 두께를 갖는 감광성 수지층의 표면에 노광 에너지를 갖는 광을 조사해서, 감광성 수지층의 두께 방향(또는, 평면 방향)으로 열적 변형 특성의 분포를 형성한 후, 열처리를 수행해 감광성 수지층의 표면에 랜덤한 요철(미세한 홈(grooves) 또는 미세 주름(wrinkles))을 형성한다.
또한, 1매 확산 반사판과 1매 편광판 방식을 조합하여 표시를 행하면, 이 때 어두운 상태에서는 양호한 표시가 얻어지지만, 밝은 상태에서는 편광판에 의한 광 흡수 때문에 밝기가 불충분해진다.
조명 장치로서 프런트 라이트 구조를 갖는 반사형 액정 표시 장치의 경우, 액정 기판과 프런트 라이트 구조의 도광판과의 사이에 계면이 많아서, 도광판으로 도광시킨 광이나 외부로부터 직접 입사한 광이 액정 기판에 이르지 않고 상기 계면에서 반사된다. 이러한 액정 표시에 기여하지 않는 광의 반사는 표시 품질, 특히 콘트라스트의 저하를 일으킨다. 또한, PDA에 주로 이용되는 반사형 액정 표시 장치는 통상 표면에 터치 패널을 구비한다. 이 터치 패널을 구비하는 경우, 또한 터치 패널과 도광판 사이에 계면이 있어서, 상술한 콘트라스트의 저하가 현저하게 된다. 따라서, 프런트 라이트와 터치 패널을 모두 구비한 반사형 액정 패널을 실현 하는 것이 어려웠었다. 이 대책으로서 프런트 라이트 구조의 도광판과 터치 패널을 일체화시켜 반사 계면을 줄이는 구조가 고려되었지만, 도광판과 조합한 경우, 터치 패널에 이용되는 투명 도전막이 도광판으로 도광되는 광의 특정 대역(청색과 적색, B, R)을 흡수해서, 화면에 녹색이 지배적으로 된다.
또한, 프리즘형 도광판의 경우, 도광판으로부터 관찰자 측에 직접 출사하는 누설 광 성분이 발생하여, 콘트라스트를 저하시키고, 프리즘의 표면에 부착된 입자를 더 두드러지게 한다. 이것은 도광판의 프리즘 면 중 급경사면 측으로부터 투과되는 성분이어서 어느 정도 차광될 수 있지만, 이 도광판의 프리즘면은 패널 조명 광을 생성하는 면이어서, 누설 광 방지를 위한 차광과 패널 조명을 모두 실시하는 것이 곤란했다.
이와 같이, 반사형 액정 표시 장치는 박형, 경량 및 저소비 전력화가 가능한 이점을 갖고 있지만, 한편 제조 공정의 번잡화나 제조 공정 마진이 좁아져서, 반사 특성을 향상시키는 것이 곤란한 심각한 문제점이 있다.
이러한 관점에서, 본 발명의 목적은, 제조 공정의 단순화, 수율 향상, 제조 비용의 삭감을 실현하며, 안정적으로 높은 반사 특성을 실현할 수 있는 반사판을 형성 할 수 있는 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 여러 방향으로부터 외부 광이 입사해도 높은 반사율을 갖는 반사판을 구비한 반사형 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 노트북 퍼스널 컴퓨터의 표시 화면에서 높은 반 사율을 갖는 반사판을 구비한 반사형 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 반사용 요철을 형성하기 위해 최적인 레지스트 막의 패턴 형상을 갖는 반사형 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 어두운 장소에서 사용될 수 있는 동시에, 통상적인 사용 중에 흐릿해지는 표시 화면을 없애 콘트라스트를 향상시킨 프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.
이러한 관점에서, 본 발명의 목적은, 진정한 공정의 간략화, 수율 향상, 제조 비용의 삭감을 실현하며, 안정적으로 높은 반사 특성을 실현할 수 있는 반사층을 형성하여, 신뢰성이 높은 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 높은 반사 특성을 갖는 반사층을 구비하여 명도가 높은 표시를 가능하게 한 신뢰성이 높은 반사형 액정 표시 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1 측면은 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 소정의 막 두께를 갖는 감광성 수지층의 표면에 노광 에너지를 갖는 광을 조사해서, 감광성 수지층의 두께 방향(또는, 평면 방향)으로 열적 변형 특성의 분포를 형성한 후, 열처리를 수행해 감광성 수지층의 표면에 랜덤한 요철(마이크로 홈(grooves) 또는 미세 주름(wrinkles))을 형성한다.
감광성 수지층에 예를 들면 원자외선(Deep Ultraviolet: DUV) 방사 등의 노광 에너지를 갖는 광을 조사하여, 부분적으로 감광시켜서 감광성 수지층을 부분적 으로 변질시킨다. 이로서, 감광성 수지층의 두께 방향(또는, 평면 방향)으로 열적 변형 특성의 분포를 형성할 수 있게 된다. 이 후, 유리 전이 온도 이상에서 열처리를 행하는 것에 의해, 감광성 수지층의 표면에 랜덤한 요철을 형성 할 수 있다.
DUV 조사는 감광성 수지층의 깊이 방향의 표면 측 일부만이 감광할 정도의 에너지 조사로 제어되는 것이 바람직하다. 그 결과, 감광성 수지층의 표면 측의 일부의 소정의 깊이까지가 가교/분해 반응에 의해 변질되고, 표면 측 영역과 배면 측 영역에서 다른 열적 변형 특성을 갖게 된다. 따라서, 그 후의 열처리 시에 감광성 수지층의 표면 측과 배면 측 사이의 열적 변형 특성의 차이에 따라서 감광성 수지층의 표면 측에 랜덤한 요철이 형성된다.
[미세한 홈의 형성 방법]
이 랜덤한 요철 형상의 홈이나 능선(ridge)의 피치나 높낮이 차(요철의 거칠음(roughness)/세밀함(fineness))는 감광성 수지층의 막 두께와 조사 에너지에 의해 재현성 좋게 제어될 수 있다. 또한, 에너지 광 조사 전의 감광성 수지층의 프리(pre) 열처리 온도나 시간에 의해서도 요철 형상을 제어할 수 있다.
수지층(20)의 막 두께는 표면에 형성되는 미세한 홈의 요철의 거칠기(높낮이 차, 피치 길이)에 영향을 주므로, 적절한 막 두께가 선택된다. 후술하는 바와 같이, 감광성 수지층(20)의 막 두께가 커짐에 따라, 요철은 보다 거칠게 되어(높낮이 차가 크고, 피치 길이가 길어짐), 막 두께가 작아질수록, 요철은 보다 세밀하게 된다(높낮이 차가 작고, 피치 길이가 작아짐).
상기 조건을 선택함으로써, 랜덤한 요철 형상을 소망하는 형상이 되도록 가공할 수 있다. 이 공정은 에너지 광을 조사하고 그 후 열처리를 행하는 지극히 간단한 공정이어서 매우 실용적이다.
본 발명의 감광성 수지층은 화소 전극을 구동하기 위한 박막 트랜지스터의 소스 전극과 화소 전극간의 절연막으로서 이용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 화소 전극과 소스 전극을 접속하기 위한 콘택트 홀을 형성할 필요나 있으며, 감광성 수지층에 포토리소그래피 공정을 수행한 후, 부분적으로 노광 및 현상함으로써 콘택트 홀을 형성할 수 있게 된다. 그리고, 이 감광성 수지층에 상술한 에너지 광의 조사와 그 후에 열처리를 수행함으로써, 표면에 소망하는 랜덤한 요철 형상을 형성 할 수 있다. 이러한 감광성 수지층 상에 화소 전극을 형성함으로써, 소망하는 랜덤한 요철을 갖는 반사형 화소 전극을 형성할 수 있다.
상술한 감광 에너지를 갖는 광의 조사에 대신해, 산, 알칼리 용액, 4급 암모늄염 용액, HMDS(Hexa-methyl-di-silazane) 중의 어느 약액(chemical)에 의한 습식 처리를 이용할 수도 있다. 이러한 약액에 감광성 수지층을 담금으로써, 감광성 수지층의 표면에 화학반응을 일으켜서, 다른 열적 변형 특성을 갖는 물질로 변질시킬 수 있다.
포스트-베이킹 처리 온도가 높아지고 시간이 길어짐에 따라, 잔류 용제의 양이 적어지고, 미세한 홈의 요철이 세밀하게 되고, 온도가 낮아지고 시간이 길어짐에 따라, 미세한 홈의 요철이 거칠어진다. 따라서, 최적인 미세한 홈의 형상이 형성될 수 있도록 포스트-베이킹 처리의 조건이 선택된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다. 그러나, 이 실시예들은 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
UV 조사의 에너지도 미세한 홈의 형상에 영향을 미친다. 에너지가 너무 낮다면, 미세한 홈이 형성되지 않지만, 소정의 문턱치를 넘는 에너지가 조사되면, 미세한 홈이 형성된다. 이 경우, 조사 에너지(단위 시간당의 에너지×조사 시간)가 낮아짐에 따라, 미세한 홈이 세밀하게 되고, 조사 에너지가 높아짐에 따라, 미세한 홈이 거칠어진다. 따라서, 최적인 미세한 홈 형상에 따라 조사 에너지량이 선택된다.
다음에, 도 3d에 나타낸 바와 같이, 레지스트(20)에 대하여 최종 베이킹을 수행한다. 이 열처리는, 예를 들면 온도 200˚C에서 약 40분 동안 수행된다. 최종 베이킹 시의 열처리 온도는, UV 조사 전의 가열 처리(포스트-베이킹) 시의 온도보다 높아야 한다. 그리고, 최종 베이킹의 열처리를 행함으로써, 수지층(20)의 표면에는 예시한 바와 같이 랜덤한 미세한 홈(MG)이 형성된다.
절연 기판(10) 상에는 도시하지 않은 주사선에 접속되는 게이트 전극(15)과, 절연층(16)과, 반도체층(19) 및 데이터선에 접속되는 드레인 전극(17)과 소스 전극(18)이 형성되어 있다. 또한, 층간절연막으로 된 수지층(20) 상에는 화소 전극인 반사 전극(22)이 형성되고, 이 반사 전극(22)은 콘택트 홀(CH)을 통해 소스 전극(18)과 접속된다. 수지층(20) 및 반사 전극(22) 상에는 폴리이미드로 구성된 배향막(23)이 형성된다. 수지층(22)의 표면에는 입사광을 난반사하기 위한 랜덤한 요철이 형성되며, 또한 그 위에 배치된 화소 전극(반사 전극)(22)의 표면에도 랜덤한 요철이 형성된다.
표시 측의 투명 기판(30)의 전면에는 ITO(인듐 산화물을 주성분으로 하는 재료)로 구성된 투명 전극(31)과 배향막(32)이 한편에 형성되고, 편광판(33)이 다른 한편에 형성된다. 표시 측의 배향막(32)과 배면 측의 배향막(23) 사이에는 액정층(34)이 삽입된다. 액정층(34)의 액정 분자의 배향 방향은 배향막(32, 23)의 표면 형상 및 그 특성에 의존한다.
미세한 홈이 형성되는 이유는 아직도 확실하지 않지만, 발명자 등의 소견에 의하면, DUV 조사에 의해 수지층(20)의 표층 부분이 변질하고, 최종 베이킹의 열처리 중에 수지층(20)의 표면 측과 배면 측이 다른 열적 변형을 행하고, 수지층(20)의 상층과 하층간의 응력에 기인해 표면에 미세한 홈(미세 홈) 또는 마이크로 주름(미세 주름)이 형성된다. 예를 들면, 수지층(20)의 배면 측의 수축에 의해 표면 측에 미세한 홈이 형성된다. 이것은, UV 조사로 인해 수지층의 두께 방향에서의 수지의 가교 반응 레벨이 다른 것에 기인한다.
발명자들의 실험에 의하면, 이와 같이 하여 형성된 미세한 홈이 입사되는 외부 광을 난반사하는데 필요한 랜덤한 요철을 갖음이 확인되고 있다.
상술한 공정에서의 UV 조사는, 수지층(20)의 전체 표면 대신에 소정의 마스크 패턴을 이용하여 평면 방향으로 수지층(20)의 일부 영역에만 행하여도 좋다. 그 결과, 수지층(20)에는 평면 방향에서 일부 변질되고, 평면 방향으로 열적 변형 특성의 분포가 형성된다. 이러한 수평 방향의 열적 변형 특성의 분포에 의해, 최종 베이킹에서의 열처리에서와 같은 미세한 홈이 형성된다.
이 후, 온도 약 90˚C에서 30분간 프리-베이킹(pre-baking) 처리를 행한다. 이 프리-베이킹 처리에서는 레지스트가 반응할 정도로 온도가 높지 않아서, 용제만이 제거된다. 이로서, 후술하는 포스트-베이킹(post-baking) 시에 레지스트 층이 열에 의해 처지는 것(sagging)을 방지한다.
본 실시예에서, 미세한 홈의 거칠기는 수지층(20)의 막 두께와 UV 조사 에너지에 의해서 제어된다. 도 4 내지 도 7은 감광성 수지층(20)의 막 두께와 UV 조사 에너지를 변화시켜 형성된 미세한 홈의 표면 형상의 현미경 사진(약 20배)을 나타낸 도면이다. 이 현미경 사진의 반사 패널의 샘플은 다음의 공정에 의해 제작된 프로토타입이다:
콘택트 홀(CH)의 형성 후, 감광성 수지층(20) 상에 포스트-베이킹 처리가 수행된다. 포스트-베이킹 처리는, 예를 들면 120˚C에서 40분 동안의 열처리이고, 감광성 수지의 용제를 충분히 제거하는 것이 목적이다. 포스트-베이킹 처리의 온도는 감광성 수지의 감광제가 반응하는 온도(예를 들면, 약 200˚C)보다 낮아서, 포스트-베이킹 처리 시에 감광제가 반응하지 않게 하여야 한다. 포스트-베이킹 처리 온도는 유리 전이 온도(예를 들면, 약 160˚C)보다 낮아서, 수지가 경화하지 않게 하여야 한다.
도 4는 감광성 수지층(20)의 막 두께를 2.0μm로 하고, UV 조사 에너지를 5200mJ/cm2, 3900mJ/cm2, 2600mJ/cm2, 1300mJ/cm2 및 제로(zero)로 했을 때의 5개의 샘플의 현미경 사진을 나타낸다. UV 조사를 행하고 있지 않은 경우나, 또는 조사 에너지가 13OOmJ/cm2 정도로 작은 경우, 수지층의 표면에는 미세한 홈이 형성되지 않는다. 그러나, 조사 에너지가 13OOmJ/cm2보다 큰 경우에는, 수지층의 표면에 미세한 홈이 형성된다. 이 경우, 미세한 홈의 높낮이 차나 피치 길이(거칠기)는, UV 조사 에너지가 높을수록 거칠어지고(높낮이 차가 커지고, 피치 길이가 커짐), 조사 에너지나 낮을수록 세밀하게 된다(높낮이 차가 작아지고, 피치 길이가 작아짐).
수지층(20)의 표면에 형성된 미세한 홈의 형상은 랜덤하다. 그 형상은 사진에에 나타나는 바와 같이, 완만한 만곡 형상, 날카로운 각도의 굴곡 형상, 폐루프 형상, Y자 모양의 분기 형상 중 적어도 2개 이상이 혼재한다. 본 실시예의 미세한 홈은 종래의 인위적으로 작성했던 소정의 마스크 패턴을 이용하는 리소그래피 공정에 의해서 발생된 요철에서는 얻어질 수 없는 형상이다.
이 미세한 홈의 거칠기를 제어함으로써 요철의 평균 경사각과 경사각 분포를 적절히 제어할 수 있다.
도 5는 감광성 수지층(20)의 막 두께를 1.7μm로 하고, UV 조사 에너지를 5200mJ/cm2, 3900mJ/cm2, 2600mJ/cm2, 1300mJ/cm2 및 제로로 하였을 때의 5개 샘플의 현미경 사진을 나타낸다. 레지스트 층의 두께를 도 4의 샘플보다 작게 하였기 때문에, 형성되는 미세한 홈이 보다 세밀하게 된다. UV 조사 에너지가 너무 낮으면, 미세한 홈이 형성되지 않음은 도 4의 샘플과 같다.
도 6은 감광성 수지층(20)의 막 두께를 1.4μm로 하고, UV 조사 에너지를 5200mJ/cm2, 3900mJ/cm2, 2600mJ/cm2, 1300mJ/cm2 및 제로로 하였을 때의 5개 샘플의 현미경 사진을 나타낸다. 이 경우, 미세한 홈이 더욱 세밀하게 된다.
도 7은 감광성 수지층(20)의 막 두께를 1.0μm로 하고, UV 조사 에너지를 5200mJ/cm2, 3900mJ/cm2, 2600mJ/cm2, 1300mJ/cm2 및 제로로 하였을 때의 5개 샘플의 현미경 사진을 나타낸다. 이 경우, 미세한 홈이 더욱 세밀하게 되지만, UV 조사 에너지가 2600mJ/cm2에서도 미세한 홈의 형성이 충분하지 않게 된다.
상기 20개의 샘플의 표면 사진으로부터 명확히 나타낸 바와 같이, UV 조사 에너지나 낮아짐에 따라 요철 형상이 세밀하게 된다. 또한, 소정의 기준치 이상의 조사 에너지가 공급되지 않으면, 미세한 홈이 형성되지 않는다. 미세한 홈의 요철 형상은 또한 최종-베이킹 후의 레지스트의 막 두께에 의존하여, 막 두께가 얇을수록 미세한 홈의 요철 형상이 세밀하게 된다.
발명자들의 실험에 의하면, 이와 같이 하여 형성된 마이크로 홈이 입사되는 외부 광을 난반사하는데 필요한 랜덤한 요철을 갖음이 확인되고 있다.
도 8a에 나타낸 바와 같이, 감광 수지층인 레지스트 막의 막 두께를 1.7μm로 한 샘플의 경우, 표면의 미세한 홈의 형상이 거칠어지는데, 이 때 요철의 높낮이 차는 1.3μm이고, 그 평균 경사 각도는 13˚이다.
도 8b에 나타낸 바와 같이, 감광 수지층인 레지스트 막의 막 두께를 1.4μm로 한 샘플의 경우, 표면 상의 미세한 홈의 형상은 다소 세밀하게 되는데, 이 때 요철의 높낮이 차는 1.1μm이고, 평균 경사 각도는 11˚이다.
도 8c에 나타낸 바와 같이, 감광 수지층인 레지스트 막의 막 두께를 1.Oμm로 한 샘플의 경우, 표면 상의 미세한 홈의 형상은 더 세밀하게 되는데, 이 때 요철의 높낮이 차는 0.5μm이고, 그 평균 경사 각도는 8˚이다.
도 8의 관찰 결과로부터 명확히 나타낸 바와 같이, 미세한 홈 형상의 크기에 따라서 요철의 평균 경사각이 변화한다. 즉, 레지스트 막의 두께가 얇아짐에 따라, 요철의 높낮이 차와 그 평균 경사각이 작아진다. 따라서, 본 실시예의 제조 공정에 의하면, 평균 경사각을 제어할 수도 있다. 평균 경사각은 반사 패널의 반사율을 높이기 위한 중요한 요인이다. 따라서, 본 실시예의 제조 공정에 의해 그 평균 경사각을 제어할 수 있음은 실용적인 면에서 중요한 의미를 갖는다.
도 4는 감광성 수지층(20)의 막 두께를 2.0μm로 하고, UV 조사 에너지를 5200mJ/cm2, 3900mJ/cm2, 2600mJ/cm2, 1300mJ/cm2 및 제로(zero)로 했을 때의 5개의 샘플의 현미경 사진을 나타낸다. UV 조사를 행하고 있지 않은 경우나, 또는 조사 에너지가 13OOmJ/cm2 정도로 작은 경우, 수지층의 표면에는 마이크로 홈이 형성되지 않는다. 그러나, 조사 에너지가 13OOmJ/cm2보다 큰 경우에는, 수지층의 표면에 마이크로 홈이 형성된다. 이 경우, 마이크로 홈의 높낮이 차나 피치 길이(거칠기)는, UV 조사 에너지가 높을수록 거칠어지고(높낮이 차가 커지고, 피치 길이가 커짐), 조사 에너지나 낮을수록 세밀하게 된다(높낮이 차가 작아지고, 피치 길이가 작아짐).
수지층(20)의 표면에 형성된 마이크로 홈의 형상은 랜덤하다. 그 형상은 사진에에 나타나는 바와 같이, 완만한 만곡 형상, 날카로운 각도의 굴곡 형상, 폐루프 형상, Y자 모양의 분기 형상 중 적어도 2개 이상이 혼재한다. 본 실시예의 마이크로 홈은 종래의 인위적으로 작성했던 소정의 마스크 패턴을 이용하는 리소그래피 공정에 의해서 발생된 요철에서는 얻어질 수 없는 형상이다.
이 마이크로 홈의 거칠기를 제어함으로써 요철의 평균 경사각과 경사각 분포 를 적절히 제어할 수 있다.
도 5는 감광성 수지층(20)의 막 두께를 1.7μm로 하고, UV 조사 에너지를 5200mJ/cm2, 3900mJ/cm2, 2600mJ/cm2, 1300mJ/cm2 및 제로로 하였을 때의 5개 샘플의 현미경 사진을 나타낸다. 레지스트 층의 두께를 도 4의 샘플보다 작게 하였기 때문에, 형성되는 마이크로 홈이 보다 세밀하게 된다. UV 조사 에너지가 너무 낮으면, 마이크로 홈이 형성되지 않음은 도 4의 샘플과 같다.
도 6은 감광성 수지층(20)의 막 두께를 1.4μm로 하고, UV 조사 에너지를 5200mJ/cm2, 3900mJ/cm2, 2600mJ/cm2, 1300mJ/cm2 및 제로로 하였을 때의 5개 샘플의 현미경 사진을 나타낸다. 이 경우, 마이크로 홈이 더욱 세밀하게 된다.
도 7은 감광성 수지층(20)의 막 두께를 1.0μm로 하고, UV 조사 에너지를 5200mJ/cm2, 3900mJ/cm2, 2600mJ/cm2, 1300mJ/cm2 및 제로로 하였을 때의 5개 샘플의 현미경 사진을 나타낸다. 이 경우, 마이크로 홈이 더욱 세밀하게 되지만, UV 조사 에너지가 2600mJ/cm2에서도 마이크로 홈의 형성이 충분하지 않게 된다.
도 11은 본 실시예에 의해 형성된 수지층의 미세한 홈의 요철 형상을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 11a에 나타낸 바와 같이, 요철이 거친 경우는, 수지층(20)의 표면의 파도(waveness)가 크고, 피치 길이(L)가 길고, 요철의 높낮이 차(H)도 크게 된다. 그 결과, 경사각(k)도 커지는 경향으로 된다. 도 11b에 나타낸 바와 같이, 요철이 세밀한 경우에는, 수지층(20)의 표면의 파도가 작고, 피치 길이(L)가 짧고, 요철의 높낮이 차(H)도 작게 된다. 그 결과, 경사각(k)도 작아지는 경향으로 된다.
도 12는 본 실시예에 의해 형성되는 미세한 홈의 평면 패턴예를 나타낸 도면이다. 상술한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 도 12a의 만곡 패턴, 도 12b의 굴곡 패턴, 도 12c의 루프 패턴 및 도 12d의 분기 패턴이 혼재한 미세한 홈이 수지막의 표면 상에 형성된다.
도 13은 미세한 홈을 형성하기 위해 필요한 UV 조사예를 나타낸 도면이다. 도 13a의 예는 수지층(20)의 전체 표면에 UV가 조사되는 경우이며, 이 경우에는 표면으로부터 깊이 방향의 일정한 깊이를 사선으로 나타낸 영역이 UV 조사에 의한 감광 반응에 의해 변질된다. 따라서, 그 후의 최종-베이킹의 가열 처리에 의해 표면 상에 미세한 홈이 형성되는데, 그 이유는 변질층과 비변질층간의 열변형 특성의 차에 의해 열 응력이 발생하고, 이 응력이 표면에 영향을 미치기 때문이다.
한편, 도 13b의 경우에, 수지층(20)에 마스크를 이용한 UV 조사에 의해 사선으로 나타낸 영역이 변질된다. 그 결과, 횡방향으로 변질층과 비변질층의 분포가 형성된다. 따라서, 그 후의 최종-베이킹의 가열 처리에 의해 표면 상에 미세한 홈이 형성되는데, 그 이유는 변질층과 비변질층간의 열변형 특성의 차에 의해 열 응력이 발생하고, 이 응력이 표면에 영향을 미치기 때문이다. 어느 방법으로도 수지층 표면에 미세한 홈이 형성될 수 있지만, 도 13a의 공정쪽이 UV 조사 공정에 마스크를 필요로 하지 않기 때문에 유리하다.
도 8c에 나타낸 바와 같이, 감광 수지층인 레지스트 막의 막 두께를 1.Oμm로 한 샘플의 경우, 표면 상의 마이크로 홈의 형상은 더 세밀하게 되는데, 이 때 요철의 높낮이 차는 0.5μm이고, 그 평균 경사 각도는 8˚이다.
도 8의 관찰 결과로부터 명확히 나타낸 바와 같이, 마이크로 홈 형상의 크기에 따라서 요철의 평균 경사각이 변화한다. 즉, 레지스트 막의 두께가 얇아짐에 따라, 요철의 높낮이 차와 그 평균 경사각이 작아진다. 따라서, 본 실시예의 제조 공정에 의하면, 평균 경사각을 제어할 수도 있다. 평균 경사각은 반사 패널의 반사율을 높이기 위한 중요한 요인이다. 따라서, 본 실시예의 제조 공정에 의해 그 평균 경사각을 제어할 수 있음은 실용적인 면에서 중요한 의미를 갖는다.
제 1 샘플에는 포스트-베이킹의 후 본 실시예의 UV 조사(예를 들면, 5200mJ/cm2)가 전체 표면 상에 행해져서 표면이 변질된다. 그리고, 상술한 최종-베이킹이 실행된 후, 도 14c에 나타낸 바와 같이, 레지스트 막(20)의 표면에는, 하프 노광에 의한 패턴에 대응한 요철의 파도와, UV 조사 및 포스트-베이킹에 의해 미세한 홈이 형성된다.
제 3 샘플에는 도 14b의 현상 공정 후, 미세한 홈이 형성되지 않을 정도로 낮은 에너지로 전체 표면 상에 UV를 조사한다(예를 들면, 13OOmJ/cm2). 이 후, 최종 베이킹이 수행되면, 도 14c에 나타낸 바와 같이, 미세한 홈이 형성되어 있지 않은 요철이 표면 상에 발생된다. 상술한 저 에너지의 UV 조사에 의해 레지스트 막(20)의 표면만이 변질되어, 최종-베이킹의 가열 공정 중에 레지스트 막의 요철이 처짐으로 평탄화되는 것이 방지된다. 단, UV 조사 에너지가 작기 때문에, 미세한 홈은 형성되지 않는다.
도 8에 나타낸 3개의 샘플은 모두 평균 경사각이 8˚∼13˚의 범위 내에 있다. 따라서, 본 실시예의 제조 공정을 이용해 평균 경사각을 높은 반사율의 범위에서 제어할 수 있음은 자명하다.
도 10은 도 8의 3개의 샘플에 대해서, 포스트-베이킹을 행한 경우(흑색 점)와 포스트-베이킹을 행하지 않은 경우(백색 점)의 레지스트 막 두께와 반사율간의 관계를 나타낸 그래프이다. 이 경우의 확산광은 적분 구에 의한 것이다. 도 8의 3개의 샘플에 대하여 설명한 바와 같이, 포스트-베이킹을 수행한 경우에 대해서 보면, 종래의 공정에 의해 요철을 형성한 때의 반사율의 최고 데이터에 비해서 레지스트 막 두께가 1.7μm, 1.4μm, 1.0μm인 본 실시예에 따른 모든 샘플들이 높은 반사율을 갖게 된다. 즉, 도 9의 이론값에 나타낸 바와 같이, 평균 경사각이 8˚∼15˚ 범위를 갖도록 형성된 샘플은 종래예의 최고 데이터보다 높은 반사율을 갖게 된다.
본 실시예의 미세한 홈은 가능한한 랜덤한 요철이 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명자들의 실험에 의하면, 감광성 수지층 표면에 UV 조사해서 최종-베이킹을 실행하는 경우, 다양한 장소에 두꺼운 홈 또는 능성이 긴 형상으로 형성됨이 관찰되었다. 이 경우, 이러한 요철은 예를 들면 반사 방향이 일정 방향으로 집중하기 때문에, 반사 전극의 난반사 기능으로서는 바람직하지 않게 된다. 그래서, 미세한 홈의 방향 및 길이를 어느 정도 제어할 수 있는 방법이 요구된다.
반사 전극으로서 본 실시예에서는 화소 전극을 이용하고 있다. 화소 전극은 화소마다 분리하여 형성되고, 독립적으로 전압이 인가된다. 여기서, 본 발명자들은 감광성 수지층을 화소 단위 혹은 구획 분리선 단위로 분리함으로써, 두꺼운 홈이나 능선이 긴 형상으로 형성되는 것이 방지되며, 이렇게 함으로써 화소 전극 내에 더 균일성을 갖는 미세한 홈을 형성할 수 있음을 발견했다. 감광성 수지층의 분리는 완전하게 분리해도 좋고, 표면에 일정한 깊이의 홈을 형성하여 분리해도 좋고, 또한 층의 일부가 얇게 되도록 수지층을 형성하여 분리해도 좋다. 그러나, 화소 전극은 데이터선, 주사선 및 게이트 전극과의 사이의 용량이 소정 범위로 되도록 설계되기 때문에, 이러한 조건을 충족하는 범위로 감광성 수지층을 분리할 필요가 있다.
도 11은 본 실시예에 의해 형성된 수지층의 마이크로 홈의 요철 형상을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 11a에 나타낸 바와 같이, 요철이 거친 경우는, 수지 층(20)의 표면의 파도(waveness)가 크고, 피치 길이(L)가 길고, 요철의 높낮이 차(H)도 크게 된다. 그 결과, 경사각(k)도 커지는 경향으로 된다. 도 11b에 나타낸 바와 같이, 요철이 세밀한 경우에는, 수지층(20)의 표면의 파도가 작고, 피치 길이(L)가 짧고, 요철의 높낮이 차(H)도 작게 된다. 그 결과, 경사각(k)도 작아지는 경향으로 된다.
도 12는 본 실시예에 의해 형성되는 마이크로 홈의 평면 패턴예를 나타낸 도면이다. 상술한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 도 12a의 만곡 패턴, 도 12b의 굴곡 패턴, 도 12c의 루프 패턴 및 도 12d의 분기 패턴이 혼재한 마이크로 홈이 수지막의 표면 상에 형성된다.
도 13은 마이크로 홈을 형성하기 위해 필요한 UV 조사예를 나타낸 도면이다. 도 13a의 예는 수지층(20)의 표면 전면에 UV가 조사되는 경우이며, 이 경우에는 표면으로부터 깊이 방향의 일정한 깊이를 사선으로 나타낸 영역이 UV 조사에 의한 감광 반응에 의해 변질된다. 따라서, 그 후의 최종-베이킹의 가열 처리에 의해 표면 상에 마이크로 홈이 형성되는데, 그 이유는 변질층과 비변질층간의 열변형 특성의 차에 의해 열 응력이 발생하고, 이 응력이 표면에 영향을 미치기 때문이다.
그 후, 현상 공정을 실행하면, 도 17b에 나타낸 바와 같이, 감광성 수지층(20)에는 소스 전극(18)에 대응하는 위치에 수지층을 관통하는 콘택트 홀(CH)이 형성되고, 수지층 표면에 일정한 깊이를 갖는 홈이 분리선(50)으로서 형성된다. 콘택트 홀(CH)은 좁은 영역에만 형성되어, 수지층(20)을 분리하는 기능을 갖지 않는다. 그러나, 분리선(50)은 적어도 수지층(20)의 표면을 분리하므로, UV 조사하여 최종 베이킹하는 공정에 의해 형성된 미세한 홈에 길게 뻗은 홈이나 능선이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명자는 종래의 마스크를 이용한 하프 노광에 의한 요철 형성 공정에 본 실시예의 UV 조사 및 최종-베이킹 공정을 수행한 경우에 대해서, 비교를 하였다. 즉, (1)하프 노광에 의한 요철을 표면 상에 형성하고, UV 조사하여 최종-베이킹하는 제 1 샘플과, (2)하프 노광을 하지 않고 UV 조사하여 최종-베이킹하는 제 2 샘플과, (3)종래의 하프 노광에 의해 요철을 형성하고, UV 조사는 하지 않는 제 3 샘플을 시험 제작하고, 각 반사율을 비교하였다.
분리선(50)을 반드시 수지층(20)의 표면 측에 형성할 필요는 없다. 예를 들면, 분리선(50)을 이면측에 형성하는 것도 가능하다. 그 경우, 절연층(16) 상에 형성되는 데이터선(D)이 분리선(50)의 기능을 갖게 된다. 이것은, 데이터선(D)이 존재하는 부분에서 수지층(20)의 두께가 일부 얇게 되기 때문이다. 이로서, 미세한 홈의 형성이 분단되어, 길게 뻗은 홈이나 능선의 형성이 방지된다.
제 1 샘플에는 포스트-베이킹의 후 본 실시예의 UV 조사(예를 들면, 5200mJ/cm2)가 전체 표면 상에 행해져서 표면이 변질된다. 그리고, 상술한 최종-베이킹이 실행된 후, 도 14c에 나타낸 바와 같이, 레지스트 막(20)의 표면에는, 하프 노광에 의한 패턴에 대응한 요철의 파도와, UV 조사 및 포스트-베이킹에 의해 마이크로 홈이 형성된다.
도 18은 분리선을 형성한 경우와 형성하지 않은 경우의 미세한 홈의 현미경 사진을 나타낸다. 이 샘플은 상술한 도 6 내지 9의 샘플과 같은 반사판에 분리선을 형성한 것과 형성하지 않은 것이다. 도 18a는 분리선을 형성한 경우의 미세한 홈의 예이며, 도 18b는 분리선을 형성하지 않은 경우의 미세한 홈의 예이다.
이 현미경 사진으로부터 알 수 있는 바와 같이, 분리선을 형성하지 않는 도 18b의 예에서는 일부에 길게 뻗은 홈이나 능선이 존재하지만, 반면 분리선을 형성한 도 18a의 예에서는 이렇게 뻗은 홈이나 능선이 존재하지 않아서, 미세한 홈을 보다 균일하게 할 수 있다.
상기의 실시예의 샘플에서는, 감광성 수지층으로서 시플리사 제의 범용 레지스트 LP200을 이용했다. 상술한 감광성 수지 대신에 그 이외의 감광성 수지로서, 클래리언트 재팬사 제의 AFP 750 레지스트를 이용해도, 마찬가지로 미세한 홈이 형성되는 것이 확인된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 감광성 수지층에, UV 조사에 의해 일부 변질 영역을 형성하고, 그 후 열처리를 행하는 간단한 공정으로 그 표면에 랜덤한 요철을 갖는 미세한 홈을 형성할 수 있다. 또한, 그 미세한 홈의 형상이나 방향을 여러 가지의 공정 조건에 의해 비교적 용이하게 제어하는 것도 가능하다. 따라서, 이러한 미세한 홈을 갖는 수지층 상에 반사층을 형성함으로써, 반사형 액정 표시 장치에 유효한 반사 기능을 실현할 수 있다. 반사층에 화소 전극을 이용함으로써, 보다 간단한 반사형 액정 표시 장치를 실현할 수 있다.
[미세한 홈의 변형 공정 1]
본 실시예의 요지는 미세한 홈을 형성할 때에 감광성 수지의 열적 변형 특성의 분포를 조절하여, 감광성 수지의 요철 형상을 소망하는 대로 제어하는데 있다.
도 16c~16f는 감광성 수지층을 분리하기 위한 분리선의 예를 나타낸다. 도 16c는 주사선(S)과 데이터선(D)을 따라 분리선(50)이 형성되고, 감광성 수지층이 화소 단위로 분리되는 예이다. 도 16d는 분리선(50)이 데이터선 D를 따라 형성되고, 감광성 수지층이 데이터선 단위로 분리되는 예이다. 16e는 분리선(50)이 데이터선(D)을 따라 형성되며, 분리선(50)은 그것과 직교하는 방향에도 형성된다. 이 경우, 감광성 수지층의 분리 단위는 화소 전극과는 관계가 없다. 도 16f는 분리선(50)이 주사선(S)을 따라 형성되는 예이다.
도 17은 감광성 수지층의 분리선을 형성하는 공정을 나타내는 단면도이다. 도 17a는 절연 기판(10) 상에 게이트 전극(15), 절연막(16), 반도체층(19), 드레인/소스 전극(17, 18)을 형성하고, 또 레지스트로 이루어지는 감광성 수지층(20)을 스핀 코팅하고 프리 베이킹한 상태를 나타낸다. 이 상태에서, 감광성 수지층(20)에 콘택트 홀을 형성하기 위한 노광 공정이 행해진다. 그 때의 노광 마스크(51)는 콘택트 홀에 대응하는 영역(53)이 광을 완전하게 투과하고, 분리선에 대응하는 영역(55)은 광을 일부 투과하고, 그 이외의 영역(54)은 광을 완전하게 차 단하는 마스크 패턴을 투명 기판(52) 상에 형성한 것이다. 예를 들면, 영역(54)은 크롬으로 이루어진 차광막으로 형성되고, 영역(55)은 몰리브덴 실리사이드로 이루어진 하프 노광막으로 형성될 수 있다. 이러한 노광 마스크를 이용하여 노광이 실행되면, 감광성 수지층(20)의 콘택트 홀의 위치는 완전하게 노광되고, 분리선에 대응하는 영역은 하프 노광된다.
그 후, 현상 공정을 실행하면, 도 17b에 나타낸 바와 같이, 감광성 수지층(20)에는 소스 전극(18)에 대응하는 위치에 수지층을 관통하는 콘택트 홀(CH)이 형성되고, 수지층 표면에 일정한 깊이를 갖는 홈이 분리선(50)으로서 형성된다. 콘택트 홀(CH)은 좁은 영역에만 형성되어, 수지층(20)을 분리하는 기능을 갖지 않는다. 그러나, 분리선(50)은 적어도 수지층(20)의 표면을 분리하므로, UV 조사하여 최종 베이킹하는 공정에 의해 형성된 마이크로 홈에 길게 뻗은 홈이나 능선이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 도 57f 내지 57h에 나타낸 바와 같이, 레지스트와 같은 감광성 수지(123)를 코팅한 후, 포토리소그래피 공정에 의해 콘택트 홀(CH)을 형성한 후, 160˚C미만의 온도에서 포스트-베이킹한다. 이 후, 콘택트 홀(CH)을 형성하기 위한 통상 노광 조건 이상의 조사 에너지의 UV광(바람직하게는 DUV(Deep UV))광을 조사하여 감광성 수지(123)의 열적 변형 특성을 분포시킨 후, 포스트-베이킹 온도 이상의 열처리를 행함으로써 감광성 수지(123)의 표면에 주름 같은 요철(미세한 홈)(128)을 형성한다. 지금까지의 공정은 도 3의 공정과 같다. 이 후, A1로 이루어진 반사 전극(126)을 형성한다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 도 58b에 나타낸 바와 같이, 1회의 수지 형성 공정과 1회의 포토리소그래피만을 행하면 충분하며, 따라서 제조 공정을 현저히 단축 할 수 있으며, 요철 형성용의 포토마스크도 필요로 하지 않는다. 또한, 수지 막 두께, 베이킹 조건 및 UV 경화 조건을 포함한 공정 조건을 제어함으로써, 미세한 홈의 평균 경사 각도를 제어할 수 있다. 따라서, 종래 기술보다도 높은 반사 특성을 갖는 반사형 액정 표시 장치를 실현하는 것이 가능해진다. 그 반사율 특성은 도 9, 도 10 및 도 15에 나타내었다.
도 17b에 나타낸 바와 같이, 분리선(50)은 수지층(20) 상에 형성되는 화소 전극(22)(도 17b에서는 점선으로 나타냈음)의 분리 영역에 형성된다. 이 때문에, 화소 전극(22)과 게이트 전극(15) 또는 다른 전극과의 사이의 기생 용량으로의 영향을 최소한으로 할 수 있다.
도 18은 분리선을 형성한 경우와 형성하지 않은 경우의 마이크로 홈의 현미경 사진을 나타낸다. 이 샘플은 상술한 도 6 내지 9의 샘플과 같은 반사판에 분리선을 형성한 것과 형성하지 않은 것이다. 도 18a는 분리선을 형성한 경우의 마이크로 홈의 예이며, 도 18b는 분리선을 형성하지 않은 경우의 마이크로 홈의 예이다.
이 현미경 사진으로부터 알 수 있는 바와 같이, 분리선을 형성하지 않는 도 18b의 예에서는 일부에 길게 뻗은 홈이나 능선이 존재하지만, 반면 분리선을 형성한 도 18a의 예에서는 이렇게 뻗은 홈이나 능선이 존재하지 않아서, 마이크로 홈을 보다 균일하게 할 수 있다.
상기의 실시예의 샘플에서는, 감광성 수지층으로서 시플리사 제의 범용 레지스트 LP200을 이용했다. 상술한 감광성 수지 대신에 그 이외의 감광성 수지로서, 클래리언트 재팬사 제의 AFP 750 레지스트를 이용해도, 마찬가지로 마이크로 홈이 형성되는 것이 확인된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 감광성 수지층에, UV 조사에 의해 일부 변질 영역을 형성하고, 그 후 열처리를 행하는 간단한 공정으로 그 표면에 랜덤한 요철을 갖는 마이크로 홈을 형성할 수 있다. 또한, 그 마이크로 홈의 형상이나 방향을 여러 가지의 공정 조건에 의해 비교적 용이하게 제어하는 것도 가능하다. 따라서, 이러한 마이크로 홈을 갖는 수지층 상에 반사층을 형성함으로써, 반사형 액정 표시 장치에 유효한 반사 기능을 실현할 수 있다. 반사층에 화소 전극을 이용함으로써, 보다 간단한 반사형 액정 표시 장치를 실현할 수 있다.
[마이크로 홈의 변형 공정 1]
본 실시예의 요지는 마이크로 홈을 형성할 때에 감광성 수지의 열적 변형 특성의 분포를 조절하여, 감광성 수지의 요철 형상을 소망하는 대로 제어하는데 있다.
구체적으로, 바람직한 방법으로는 감광성 수지 상에 노광될 조사 에너지를 조절하는 방법, 이 때에 임의의 마스크 패턴을 사용하는 방법, 예를 들면 TFT 기판에 설치되는 구성요소들 중 적어도 하나를 형성할 때에, 해당 구성요소(예를 들면, 게이트 전극, CF 전극, 화소 전극, 콘택트 홀)를 이용하여, 해당 구성요소의 개수, 형상 및 배치 중 적어도 하나를 소망하는 값으로 설정하는 방법, 기판의 표면을 선택적으로 에칭하여 상기 기판에 요철 패턴을 형성하는 방법이 있고, 이들 방법에 의해 수지층의 열적 변형 특성의 분포를 조절하고, 수지층의 요철 형상을 제어한다.
여기에서는 먼저, 감광성 수지를 노광할 때의 조사 에너지를 조절하는 방법에 대해서 예시한다. 도 57은 요철 형성 방식에 대한 종래의 제조 공정과 본 발명 의 제조 공정을 나타낸다.
도 57의 좌측에 나타낸 바와 같은 종래의 형성 공정에서는, 도 57a 내지 57e에 나타낸 바와 같이, TFT 소자(121)가 형성된 TFT 기판(122) 상에 돌기 형성용 수지인 레지스트(123)를 코팅한 후, 포토리소그래피에 의해 돌기(124)를 형성한다. 그 후, 평탄화 수지(125)를 형성하여 요철(125)의 평균 경사 각도를 최적화하고, 포토리소그래피에 의해 콘택트 홀(CH)을 형성하고, A1로 이루어진 반사 전극(126)을 형성한다. 이와 같이, 종래에는 도 58a에 나타낸 바와 같이, 2회의 수지 형성 공정 및 포토리소스래피가 각각 필요했었다.
한편, 본 발명에 따르면, 도 57f 내지 57h에 나타낸 바와 같이, 레지스트와 같은 감광성 수지(123)를 코팅한 후, 포토리소그래피 공정에 의해 콘택트 홀(CH)을 형성한 후, 160˚C미만의 온도에서 포스트-베이킹한다. 이 후, 콘택트 홀(CH)을 형성하기 위한 통상 노광 조건 이상의 조사 에너지의 UV광(바람직하게는 DUV(Deep UV))광을 조사하여 감광성 수지(123)의 열적 변형 특성을 분포시킨 후, 포스트-베이킹 온도 이상의 열처리를 행함으로써 감광성 수지(123)의 표면에 주름 같은 요철(마이크로 홈)(128)을 형성한다. 지금까지의 공정은 도 3의 공정과 같다. 이 후, A1로 이루어진 반사 전극(126)을 형성한다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 도 58b에 나타낸 바와 같이, 1회의 수지 형성 공정과 1회의 포토리소그래피만을 행하면 충분하며, 따라서 제조 공정을 현저히 단축 할 수 있으며, 요철 형성용의 포토마스크도 필요로 하지 않는다. 또한, 수지 막 두께, 베이킹 조건 및 UV 경화 조건을 포함한 공정 조건을 제어함으로써, 마이 크로 홈의 평균 경사 각도를 제어할 수 있다. 따라서, 종래 기술보다도 높은 반사 특성을 갖는 반사형 액정 표시 장치를 실현하는 것이 가능해진다. 그 반사율 특성은 도 9, 도 10 및 도 15에 나타내었다.
[구체적인 제작예]
[제작예 1]
이하의 제작 조건은 감광성 수지를 하프 노광한 후, 패턴을 열 처짐 시킴으로써 소망하는 반사 특성을 갖는 반사 전극을 형성하는 것이다. 이 방식을 TFT 기판에 채용하는 경우, 노광은 2회 필요하지만, 수지 형성은 1회만으로 이루어질 수 있다. 그러나, 반사 특성이 노광 조건 및 열 처짐 조건에 크게 의존하는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여, 하프 노광 공정에 미세한 홈 형성 공정을 부가하는 방식을 고안했다. 제작 조건은 다음과 같다:
감광성 수지 :LC-200 (시플리사 제의 범용 레지스트)
스피너를 사용하고, 상술한 감광성 수지 재료를 350rpm으로 3초간 회전하고, 그 후 800rpm으로 20초간 회전시켜 수지층을 형성했다.
프리-베이킹: 90˚C에서 30분간
포토마스크(팔각형, 사각형, 십자형, 오각형, 도너츠, 삼각형, 타원형, 부채형, 8자형, 패턴이 없는 영역을 갖음. 여기서, 패턴이 없는 영역은 미세한 홈만을 형성하는 영역임)에 의해, 대형 노광기를 사용하여 콘택트 노광하였다(노광 조건은 동일함).
포스트-베이킹: 120˚C에서 40분간
UV 경화 : ORC제의 UV 조사 장치를 이용해 5200mJ/cm2(ORC제의 UV25 센서로 측정)에서 수지층 전면에 UV를 조사했다.
UV 경화 : 520OmJ/cm2(미세한 홈 형성 조건)
UV 경화 : 1300mJ/cm2(미세한 홈 비형성 조건: 열 처짐 방지), 하프 노광 조건 하에서 최적화
상술한 조건 하에서 제작한 반사 전극을 이용해 액정 패널을 제작하고, 적분 구를 이용해 반사 특성을 평가했다. 그 결과, 도 9에 나타낸 바와 같이, 종래 기술보다도 뛰어난 반사 특성을 갖는 반사형 액정 패널을 실현할 수 있음이 판명되었 다.
[제작예 2]
상술한 조건 하에서 형성한 반사 전극을 이용해 액정 패널을 제작하고, 적분 구를 이용해 반사 특성을 평가하였다. 그 결과, 도 15에 나타낸 바와 같이, 하프 노광 방식에 미세한 홈 형성 조건을 부가함으로써, 안정하며 높은 반사 특성을 갖는 반사 패널을 제작할 수 있음이 판명되었다. 그러나, 최고의 반사 특성을 나타내는 것은 패턴 형성이 없는 부분 상에 미세한 홈만이 형성된 영역뿐이다.
이하의 제작 조건은 감광성 수지를 하프 노광한 후, 패턴을 열 처짐 시킴으로써 소망하는 반사 특성을 갖는 반사 전극을 형성하는 것이다. 이 방식을 TFT 기판에 채용하는 경우, 노광은 2회 필요하지만, 수지 형성은 1회만으로 이루어질 수 있다. 그러나, 반사 특성이 노광 조건 및 열 처짐 조건에 크게 의존하는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여, 하프 노광 공정에 마이크로 홈 형성 공정을 부가하는 방식을 고안했다. 제작 조건은 다음과 같다:
제작예 3에서는, 도 18에 나타낸 바와 같이, 평탄 기판에 미세한 홈을 형성하는 경우, 하프 노광에 의해 구획으로 분리하는 쪽이, 구획 분리를 하지 않는 쪽에 비해서 매크로로 보았을 때의 균일성이 향상됨을 발견하였다.
도 59는 하프 노광에 의해 구획 분리를 수행한 경우의 미세한 홈 형성의 일례의 현미경 사진을 나타낸다.
도 59에 나타낸 바와 같이, 미세한 홈의 주름은 구획 내로 한정된다. 즉, 하프 노광에 의해 미세한 홈들을 분리할 수 있음을 알았다. 구획 형상 및 분리 깊이(노광 조건)에 의해 미세한 홈의 형상을 제어할 수 있음을 발견하였다.
포토마스크(팔각형, 사각형, 십자형, 오각형, 도너츠, 삼각형, 타원형, 부채형, 8자형, 패턴이 없는 영역을 갖음. 여기서, 패턴이 없는 영역은 마이크로 홈만을 형성하는 영역임)에 의해, 대형 노광기를 사용하여 콘택트 노광하였다(노광 조건은 동일함).
제작예 3에서 나타낸 구획 분리에 관해서는, 반드시 하프 노광에 의해 수지층의 표면에 구획 분리를 형성할 필요는 없지만, 기판 표면에 요철을 형성하여 감광성 수지에 막 두께 분포를 부여함으로써, 미세한 홈을 분리하여 그 형상의 제어가 가능함을 발견하였다. 즉, 도 16 및 도 17에 나타낸 기판 위의 데이터 버스선, 게이트선, 보조 전극 Cs선에 의해, 감광성 수지층에 막 두께 분포가 형성되어, 미세한 홈의 구획이 분리된다.
도 60은 제작예 4에서 형성된 미세한 홈을 나타낸 현미경 사진이다.
여기에서는, TFT 기판에 AFP 750(클래리언트 재팬사 제품)을 코팅하고, 프리-베이킹을 수행한 후, 스테퍼를 이용하여 콘택트 홀을 노광하고, 레지스트를 현상하고, 포스트-베이킹을 135˚C에서 80분간 수행한 후, UV 경화를 위해 260OmJ/cm2를 조사한 후, 200˚C에서 60분간 레지스트를 최종-베이킹하여, 미세한 홈을 형성했다.
도 60에 나타낸 바와 같이, 기판 위의 구성요소인 데이터 버스선, 게이트선 및 Cs선 위에는 미세한 홈이 분리되어 있다. 이것은, 데이터 버스선, 게이트선 및 Cs선 상에서 레지스트 막의 두께가 얇게 되고, 미세한 홈이 분리되기 때문이다.
레지스트 최종-베이킹: 200˚C에서 40분간
도 61에 나타낸 바와 같이, 데이터 버스, 게이트선 및 Cs선뿐만 아니라 콘택트 홀 근방에서 미세한 홈이 변형된다. 이것은, 콘택트 홀의 크기, 형상, 배치 및 갯수에 의해 반사 전극 표면의 요철 형상을 제어할 수 있음을 나타낸다.
상술한 조건 하에서 형성한 반사 전극을 이용해 액정 패널을 제작하고, 적분 구를 이용해 반사 특성을 평가하였다. 그 결과, 도 15에 나타낸 바와 같이, 하프 노광 방식에 마이크로 홈 형성 조건을 부가함으로써, 안정하며 높은 반사 특성을 갖는 반사 패널을 제작할 수 있음이 판명되었다. 그러나, 최고의 반사 특성을 나타내는 것은 패턴 형성이 없는 부분 상에 마이크로 홈만이 형성된 영역뿐이다.
[제작예 3]
제작예 3에서는, 도 18에 나타낸 바와 같이, 평탄 기판에 마이크로 홈을 형성하는 경우, 하프 노광에 의해 구획으로 분리하는 쪽이, 구획 분리를 하지 않는 쪽에 비해서 매크로로 보았을 때의 균일성이 향상됨을 발견하였다.
도 59는 하프 노광에 의해 구획 분리를 수행한 경우의 마이크로 홈 형성의 일례의 현미경 사진을 나타낸다.
도 59에 나타낸 바와 같이, 마이크로 홈의 주름은 구획 내로 한정된다. 즉, 하프 노광에 의해 마이크로 홈들을 분리할 수 있음을 알았다. 구획 형상 및 분리 깊이(노광 조건)에 의해 마이크로 홈의 형상을 제어할 수 있음을 발견하였다.
TFT 기판에서의 구성요소인 게이트 전극, Cs 전극(게이트 전극과 동일한 층) 및 데이터 전극으로 된 전극층과 층간절연막층의 배치와 형상을 제어함으로써, 미세한 홈의 형상을 제어할 수 있다.
도 62는 그 일례의 TFT 기판의 평면도를 나타낸다. 도 62a는 게이트 전극(131), Cs 전극(132), 데이터 전극(133), TFT 소자(134)가 형성되는 통상의 TFT 기판을 나타낸다. 도 62b는 통상의 TFT 구조에 부가하여 게이트 전극(131) 및 Cs 전극(132)의 패터닝 시에 경사 방향으로 선 형상의 구조물(136)을 2개 형성한 경우의 예이다. 도 62c는 도 62b와 마찬가지로 원형 구조물(137)을 n개 형성한 경우의 예이고, 도 62d는 데이터 전극(133)과 평행하게 선 형상 구조물(136)을 2개 형성한 경우의 예이고, 도 62e는 도 62c와 마찬가지로 원형 구조물(137)을 2개 형성한 경우의 예이고, 도 62f는 데이터 전극(133)과 평행하게 n개의 선 형상 구조물(136)과, 게이트 전극(131)과 평행하게 n개의 선 형상 구조물(136)을 형성한 경우의 예이고, 도 62g는 대각선 경사 방향에 선 형상 구조물(136)을 4개 형성한 경우의 예이다. 상술한 평면도에 나타낸 구조 위에 감광성 수지층을 형성하고, 표면에는 미세한 홈을 형성하였다.
도시한 바와 같이, 게이트 전극(131), Cs 전극(132)(게이트 전극(131)과 동일한 층임), 데이터 전극(133)의 각 구성요소 형성 시에, 화소 영역 내에 단차를 형성할 수 있도록 이 재료들을 이용해 구조물을 형성하여, 감광성 수지 표면에 발생하는 미세한 홈의 주름 형상을 제어할 수 있다. 이 경우, 각 구성요소와 동시에 구조물을 패터닝함으로써, 공정수는 변하지 않게 된다. 이 때문에, 반사 특성에 지향성을 갖도록 하거나, 미세한 홈 방위에서의 액정의 배향을 제어하는 것이 가능하게 된다.
여기에서는, TFT 기판에 AFP 750(클래리언트 재팬사 제품)을 코팅하고, 프리-베이킹을 수행한 후, 스테퍼를 이용하여 콘택트 홀을 노광하고, 레지스트를 현상하고, 포스트-베이킹을 135˚C에서 80분간 수행한 후, UV 경화를 위해 260OmJ/cm2를 조사한 후, 200˚C에서 60분간 레지스트를 최종-베이킹하여, 마이크로 홈을 형성했다.
TFT 기판을 선택적으로 에칭하여 제작예 5의 단차 형상을 형성하여도 마찬가지로 미세한 홈을 제어할 수 있다.
도 61은 Al전극을 스퍼터링하여 형성하고, 포토리소그래피에 의한 분리에 의해 화소 전극을 형성한 TFT 기판 및 CF 기판을 이용해 제작한 1매 편광판 방식의 TFT 구동 반사형 액정 장치의 현미경 사진을 나타낸다.
TFT 기판의 드레인 전극(데이터 전극과 동일한 층)과 반사 전극을 전기적으로 접합하는 콘택트 홀의 크기, 형상, 배치, 갯수에 의해 반사 전극 표면의 요철 형상을 제어할 수 있다. 즉, 복수의 콘택트 홀을 화소 내에 소정의 형상으로 형성함으로써, 감광성 수지층에 요철을 형성하고, 그 표면에 형성되는 미세한 홈의 주름 형상을 제어할 수도 있다.
도 63은 일례를 나타낸다. 도 63a는 게이트 전극(131), Cs 전극(132), 데이터 전극(133), TFT 소자(134) 및 콘택트 홀(138)이 형성된 통상의 TFT 기판의 평면도를 나타낸다. 도 63b, 63e, 63f는 콘택트 홀(138)의 갯수를 바꾼 예이고, 도 63c, 63d, 63g, 63h는 콘택트 홀(138)의 형상을 바꾼 예이다. 이들 예에서는, 도 2에 나타낸 소스 전극(18)을 화소 구획의 전체 면에 형성하고, 그 위에는 복수의 콘택트 홀(CH)을 형성한다. 이 콘택트 홀(CH)을 중심으로 하여 미세한 홈의 주름 형상이 형성된다.
도 63에 나타낸 바와 같이, 콘택트 홀(138)의 크기, 형상, 배치 및 갯수를 제어함으로써, 감광성 수지의 표면에 발생되는 미세한 홈을 제어할 수 있다.
타사 제품인 반사형 LCD와의 반사율 비교(100% 백색 표시의 반사판)
측정 방식 A사 B사 본 발명
30°입사 18 18 35
적분 구 11 14 16
액정이 본 발명의 미세한 홈을 형성한 반사 전극의 표면 상의 홈을 따라 배향됨이 확인되었고, 이 특성을 사용함으로써, 수평 배향, 수직 배향 및 하이브리드 배향(HAN)에서 배향막에 러빙 처리 같은 특별한 배향 처리를 수행하지 않고, 랜덤한 배향형의 반사 액정 표시 장치를 실현할 수 있어서, 패널 형성 공정을 간략화할 수도 있다.
[제작예 5]
[미세한 홈의 변형 공정 2]
도 62는 그 일례의 TFT 기판의 평면도를 나타낸다. 도 62a는 게이트 전극(131), Cs 전극(132), 데이터 전극(133), TFT 소자(134)가 형성되는 통상의 TFT 기판을 나타낸다. 도 62b는 통상의 TFT 구조에 부가하여 게이트 전극(131) 및 Cs 전극(132)의 패터닝 시에 경사 방향으로 선 형상의 구조물(136)을 2개 형성한 경우의 예이다. 도 62c는 도 62b와 마찬가지로 원형 구조물(137)을 n개 형성한 경우의 예이고, 도 62d는 데이터 전극(133)과 평행하게 선 형상 구조물(136)을 2개 형성한 경우의 예이고, 도 62e는 도 62c와 마찬가지로 원형 구조물(137)을 2개 형성한 경우의 예이고, 도 62f는 데이터 전극(133)과 평행하게 n개의 선 형상 구조물(136)과, 게이트 전극(131)과 평행하게 n개의 선 형상 구조물(136)을 형성한 경우의 예이고, 도 62g는 대각선 경사 방향에 선 형상 구조물(136)을 4개 형성한 경우의 예이다. 상술한 평면도에 나타낸 구조 위에 감광성 수지층을 형성하고, 표면에는 마이크로 홈을 형성하였다.
본 실시예의 요지는 수지층에 열처리를 수행하여 수지층의 표면에 요철을 형성할 때에, 수지층에 해당 수지와 열적 변형 특성이 다른 부분을 설치하거나, 또는 수지층에 해당 수지와 열적 변형 특성이 다른 재료를 혼입함으로써, 상기 미세한 홈의 요철 형상을 소망하는 형상으로 제어하는데 있다.
[제작예 6]
TFT 기판을 선택적으로 에칭하여 제작예 5의 단차 형상을 형성하여도 마찬가지로 마이크로 홈을 제어할 수 있다.
[제작예 7]
TFT 기판의 드레인 전극(데이터 전극과 동일한 층)과 반사 전극을 전기적으로 접합하는 콘택트 홀의 크기, 형상, 배치, 갯수에 의해 반사 전극 표면의 요철 형상을 제어할 수 있다. 즉, 복수의 콘택트 홀을 화소 내에 소정의 형상으로 형성함으로써, 감광성 수지층에 요철을 형성하고, 그 표면에 형성되는 마이크로 홈의 주름 형상을 제어할 수도 있다.
도 63은 일례를 나타낸다. 도 63a는 게이트 전극(131), Cs 전극(132), 데이터 전극(133), TFT 소자(134) 및 콘택트 홀(138)이 형성된 통상의 TFT 기판의 평면도를 나타낸다. 도 63b, 63e, 63f는 콘택트 홀(138)의 갯수를 바꾼 예이고, 도 63c, 63d, 63g, 63h는 콘택트 홀(138)의 형상을 바꾼 예이다. 이들 예에서는, 도 2에 나타낸 소스 전극(18)을 화소 구획의 전체 면에 형성하고, 그 위에는 복수의 콘택트 홀(CH)을 형성한다. 이 콘택트 홀(CH)을 중심으로 하여 마이크로 홈의 주름 형상이 형성된다.
도 63에 나타낸 바와 같이, 콘택트 홀(138)의 크기, 형상, 배치 및 갯수를 제어함으로써, 감광성 수지의 표면에 발생되는 마이크로 홈을 제어할 수 있다.
[제작예 8]
액정이 본 발명의 마이크로 홈을 형성한 반사 전극의 표면 상의 홈을 따라 배향됨이 확인되었고, 이 특성을 사용함으로써, 수평 배향, 수직 배향 및 하이브리 드 배향(HAN)에서 배향막에 러빙 처리 같은 특별한 배향 처리를 수행하지 않고, 랜덤한 배향형의 반사 액정 표시 장치를 실현할 수 있어서, 패널 형성 공정을 간략화할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 공정의 간략화, 수율 향상, 제조 비용의 삭감을 실현할 수 있고, 안정적으로 높은 반사 특성을 실현할 수 있는 반사 전극을 형성하며, 명도가 높은 표시를 가능하도록 한 신뢰성이 높은 반사형 액정 표시 장치를 실현할 수 있게 된다.
[마이크로 홈의 변형 공정 2]
본 실시예의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성은 도 2에 나타낸 것과 마찬가지이다.
본 실시예의 요지는 수지층에 열처리를 수행하여 수지층의 표면에 요철을 형성할 때에, 수지층에 해당 수지와 열적 변형 특성이 다른 부분을 설치하거나, 또는 수지층에 해당 수지와 열적 변형 특성이 다른 재료를 혼입함으로써, 상기 마이크로 홈의 요철 형상을 소망하는 형상으로 제어하는데 있다.
구체적으로, 바람직한 방법으로는, 수지층 내에 열적 변형 특성이 다른 미립자를 분산하는 방법, 상기 수지층 내에 열적 변형 특성이 다른 또 다른 수지층을 적층함으로써 상술한 부분을 형성하는 방법, 수지층 내에 열적 변형 특성이 다른 또 다른 수지층을 소정 형상으로 패턴 형성함으로써 상술한 부분을 형성하는 방법, 및 수지층에 부분적 처리(예를 들면, 수지층에 선택적으로 에너지선을 조사하거나, 또는 상기 에너지선의 조사 강도를 변화시키는 처리)를 시행하여 열적 변형 특성이 다른 부분을 형성하는 방법을 포함한다. 수지층의 요철 형상은 그 능선 형상이, 직선 형상, 곡선 형상, 루프 형상 및 분기 형상 중 적어도 하나로 되도록 제어된다.
[미세한 홈의 변형 공정 3]
[제작예 1]
도 64에 나타낸 바와 같이, 유리 기판(101) 상에 직경 약 1μm인 SiO2 미립자(103)를 분산시킨 노볼락계의 감광성 수지(102)를 코팅하고, 160˚C에서 포스트-베이킹 한 후, 이미지 노광 조건 이상의 조사 에너지로 UV 조사하여, 감광성 수지(102)내에 열적 변형 특성이 다른 영역을 형성한다. 이 후, 포스트-베이킹 온도 이상의 온도에서 열처리를 시행하여, 열적 변형 특성이 다른 미립자(103)가 핵이 되어 감광성 수지(102)의 표면에 세밀하게 주름진 요철(104)을 형성한다. 그리고, 감광성 수지(102) 상에 A1과 같은 반사층(미도시)을 형성하여, 요철(104)의 형상을 반영한 표면을 갖는 반사판을 제작한다.
본 예에서는, 감광성 수지층 내에 열적 변형 특성이 다른 이산화 실리콘 입자를 분산시키고, UV 노광에 의해 감광성 수지층 내에도 열적 변형 특성이 다른 분포를 형성한다. 따라서, 그 후에 열처리를 행하면, 이산화 실리콘 입자를 분산시키지 않은 경우에 비해서 보다 세밀한 주름 형상이 형성됨을 발견하였다.
[제작예 2]
유리 기판(201) 상에 수축률이 다른 레지스트를 수지층으로서 적층하고, 200˚C에서 60분간 베이킹 한 후, 레지스트 표면에 요철(미세한 홈)이 발생하는 상태를 조사하였다. 도 68에 나타낸 바와 같이, 수축률이 큰 층(202) 위에 수축률이 작은 층(203)을 형성한 경우에는, 표면에 요철(미세한 홈)이 발생하였지만, 수축률이 작은 층(203) 위에 수축률이 큰 층(202)을 형성한 경우에는 요철(미세한 홈)이 발생하지 않았음이 시험으로 나타났다.
그 이유는 다음과 같다. 도 69에 나타낸 바와 같이, 하층의 수축률이 큰 층(202)에서 발생한 응력이 상층의 수축률이 작은 층(203)에 영향을 미치기 때문에, 상층의 수축률이 작은 층(203)에서 변형이 발생한다. 수축률이 작은 층(203)이 하부에 있는 경우, 응력이 거의 발생하지 않아서 상부의 수축률이 큰 층(202)에 영향을 미치지 않기 때문에, 열처리에 의한 변형이 발생하지 않아서, 미세한 홈이 형성되지 않는다.
도 66에 나타낸 바와 같이, 기판(101) 상에 감광성 수지(102)와 열적 변형 특성이 다른 수지(106)를 패터닝하여 형성하고, 감광성 수지층(102)으로 피복한다. 패턴 형상은 회절을 방지하기 위해서 랜덤한 것이 바람직하다. 160˚C에서 포스트-베이킹 한 후, 이미지 노광 조건 이상의 조사 에너지로 UV를 조사하여, 감광성 수지(102) 내에 감광성 수지(102)와 열적 변형 특성이 다른 영역을 형성한다. 이 후, 포스트-베이킹 온도 이상의 온도에서 열처리를 수행하면, 그 결과 각 층의 열적 변형 특성이 다르기 때문에, 감광성 수지(102)의 표면에 더 세밀하게 주름진 요철(104)이 형성된다. 이 후, 감광성 수지(102) 상에 A1 같은 반사층(미도시)을 형성하여, 요철(104)의 형상을 반영한 표면을 갖는 반사판을 제작한다.
[제작예 4]
도 67에 나타낸 바와 같이, 감광성 수지에 선택적으로 UV를 조사하여, 열적 변형 특성이 다른 영역(107)을 형성한다. 160˚C에서 포스트-베이킹 한 후, 이미 지 노광 조건 이상의 조사 에너지로 UV를 전체 면에 조사하여, 감광성 수지(102) 내에 열적 변형 특성이 다른 영역을 형성한다. 이 후, 포스트-베이킹 온도 이상의 온도에서 열처리를 실행하면, 그 결과 각 층의 열적 변형 특성이 다르기 때문에, 감광성 수지(102)의 표면에 더 세밀하게 주름진 요철(104)이 형성된다. 이 후, 감광성 수지(102) 상에 A1 같은 반사층(미도시)을 형성하여, 요철(104)의 형상을 반영한 표면을 갖는 반사판을 제작한다.
따라서, 유리 기판 위에 노볼락계 포토레지스트 층을 형성하고, 표면 전체에 UV 조사하여 표면의 레지스트를 가교 반응시킴으로써, 상층은 수축률이 작고, 하층은 수축률이 큰 구조를 형성할 수 있다. 이 후, 열처리를 행함으로써 표면에 미세한 홈을 형성할 수 있다.
상기 예에서, 감광성 수지층 내에 열적 변형 특성이 다른 재료를 혼입하여 적층 또는 분포시키면, 전체 면을 UV 조사하는 공정을 생략해도 좋다.
[마이크로 홈의 변형 공정 3]
도 71에 나타낸 바와 같이, 260OmJ/cm2 이상의 에너지로 UV를 조사함으로써 레지스트 표면에 요철(미세한 홈)이 발생한다.
UV 조사 전의 베이킹 온도(시간은 30분간으로 고정시킴) 및 UV 조사량을 변화시켜서, 레지스트 표면에 요철이 발생하는 상태를 조사하였다. 그 결과는 도 72에 나타내었다. 흑색 점은 미세한 홈이 발생한 경우를 나타내고, X는 미세한 홈이 발생하지 않은 경우를 나타낸다.
[구체적인 제작예]
[제작예 1]
유리 기판(201) 상에 수축률이 다른 레지스트를 수지층으로서 적층하고, 200˚C에서 60분간 베이킹 한 후, 레지스트 표면에 요철(마이크로 홈)이 발생하는 상태를 조사하였다. 도 68에 나타낸 바와 같이, 수축률이 큰 층(202) 위에 수축률이 작은 층(203)을 형성한 경우에는, 표면에 요철(마이크로 홈)이 발생하였지만, 수축률이 작은 층(203) 위에 수축률이 큰 층(202)을 형성한 경우에는 요철(마이크로 홈)이 발생하지 않았음이 시험으로 나타났다.
표 2는 UV 조사 전의 베이킹 온도와 기포의 발생 상황에 대해서 조사한 결과를 나타낸다. 표 2에 나타낸 바와 같이, UV 조사 전의 베이킹 온도가 90˚C 이상이면, 기포가 발생하지 않는다. 따라서, 90∼135˚C의 온도 범위에서 베이킹을 행함으로써 기포의 발생으로 의한 결함이 없는 균일한 요철(미세한 홈)을 형성할 수 있음이 판명되었다. 이 온도가 150˚C를 넘어가면, 유리 전이 온도 이상으로 되어, 미세한 홈이 형성되지 않는다.
따라서, 열수축률이 다른 2종류의 감광성 수지층을 적층하는 경우에는, 열수축률이 높은 레지스트를 하층에, 열수축률이 낮은 레지스트를 상층에 형성할 필요가 있다.
[제작예 2]
유리 기판 위에 코팅한 노볼락계 포토레지스트에 400OmJ/cm2의 UV를 조사하여, 표면 부근의 레지스트를 가교 반응시킨다. 레지스트 표면 부근의 노볼락계 수지는 도 70에 나타낸 바와 같이 산화 반응에 의해 고분자화 된다. 이 고분자화 된 노볼락은 고분자화 되지 않은 노볼락보다도 수축률이 작기 때문에, 레지스트 표면에서는 수축률이 작고, 레지스트 내부에서는 수축률이 높게 되도록 수축률의 분포를 형성할 수 있다.
도 75는 상술한 바와 같이 제작한 요철(미세한 홈)의 현미경 사진을 나타낸다.
[제작예 3]
0.7mm 두께의 유리 기판 위에 레지스트 AFP 750(클래리언트 재팬사 제품)을 3μm 두께로 코팅하고, 클린 오븐을 이용해 90˚C에서 30분간 베이킹함으로써 레지스트 안의 용매를 증발시켰다. 이 후, UV를 0~6500mJ/cm2으로 조사하였다. UV 조사 후, 클린 오븐을 이용해 레지스트를 200˚C에서 60분간 베이킹 한 경우에, 레지스트의 형상을 현미경 관찰한 결과를 도 71로 나타낸다.
도 71에 나타낸 바와 같이, 260OmJ/cm2 이상의 에너지로 UV를 조사함으로써 레지스트 표면에 요철(마이크로 홈)이 발생한다.
UV 조사 전의 베이킹 온도(시간은 30분간으로 고정시킴) 및 UV 조사량을 변 화시켜서, 레지스트 표면에 요철이 발생하는 상태를 조사하였다. 그 결과는 도 72에 나타내었다. 흑색 점은 마이크로 홈이 발생한 경우를 나타내고, X는 마이크로 홈이 발생하지 않은 경우를 나타낸다.
도 72에 나타낸 바와 같이, 특정한 조건 하에서, 즉 UV 조사 전의 베이킹 온도가 135˚C 이하이고, UV 조사량이 100OmJ/cm2 이상일 때, 요철이 발생하였다.
도 73에는 UV 조사량을 390OmJ/cm2로 고정하고, UV 조사 전 및 UV 조사 후의 베이킹 온도를 변화시킨 경우에, 요철이 발생하는 상태를 조사한 결과를 나타내었다.
그 결과는, UV 조사 전의 베이킹 온도를 135˚C 이하로 하고, UV 조사 전보다도 UV 조사 후의 베이킹 온도를 높게 함으로써, 요철이 발생하였음을 나타낸다. 그러나, UV 조사 전의 베이킹 온도를 90˚C 이하로 설정하면, 도 74의 현미경 사진 같이 기포가 발생하였음이 나타난다. 이것은 레지스트 안의 용매를 완전하게 증발 시키지 않았기 때문이다.
표 2는 UV 조사 전의 베이킹 온도와 기포의 발생 상황에 대해서 조사한 결과를 나타낸다. 표 2에 나타낸 바와 같이, UV 조사 전의 베이킹 온도가 90˚C 이상이면, 기포가 발생하지 않는다. 따라서, 90∼135˚C의 온도 범위에서 베이킹을 행함으로써 기포의 발생으로 의한 결함이 없는 균일한 요철(마이크로 홈)을 형성할 수 있음이 판명되었다. 이 온도가 150˚C를 넘어가면, 유리 전이 온도 이상으로 되어, 마이크로 홈이 형성되지 않는다.
UV 조사 전의 베이킹 온도 및 기포 발생 상황
온도 기포의 발생 비고
25℃ 발생
30℃ 발생
50℃ 발생
70℃ 발생
80℃ 발생
90℃ 없음
105℃ 없음
120℃ 없음
135℃ 없음
150℃ 없음 요철 발생 없음

[제작예 4]
레지스트 막 두께를 변화시킨 경우의 요철에 대해서 조사하였다. 회전수를 800∼5000rpm 범위 내에서 변화시키면서 유리 기판 위에 레지스트 AFP 750(점도 30cP)을 코팅하고, 90˚C에서 30분간 베이킹 하였다. 베이킹 후, UV를 3900mJ/cm2로 조사하고, 최종적으로 베이킹을 2O0˚C에서 1시간동안 행하였다.
도 75는 상술한 바와 같이 제작한 요철(마이크로 홈)의 현미경 사진을 나타낸다.
0.7mm 두께의 유리 기판 위에 레지스트 AFP 750을 3μm 두께로 코팅하고, 90˚C에서 30분간 베이킹한 후, 직경 10μm의 원형의 패턴이 랜덤하게 배치된 마스크를 이용해 UV를 32mJ/cm2로 조사했다. UV 조사 후에, 레지스트 막을 MF 319 현상액에 담가서(soaking) 원형 패턴을 형성했다. 기판을 120˚C에서 40분간 베이킹하여 레지스트 안의 현상액을 완전하게 증발시킨 후, UV를 130OmJ/cm2 및 260OmJ/cm2로 조사했다. 그 후, 200˚C에서 1시간동안 베이킹하여 요철을 형성시켰다.
레지스트 표면에 형성한 요철 상에 알루미늄(Al)을 200nm의 막 두께로 증착 시켜 반사판을 제작했다. 반사판과 0.7mm 두께의 유리 기판을 이머션(immersion) 오일(굴절율 1. 53)로 광학적으로 접촉시키고, 적분 구를 이용해 반사 특성을 측정했다. 액정과 유리 기판의 굴절율은 모두 약 1.5이기 때문에, 반사판 위에 유리 기판을 광학적으로 접촉시킴으로써 반사형 액정 표시 장치를 구성할 수 있었다.
도 76은 반사율의 측정 결과를 나타낸다.
표 3에 나타낸 바와 같이, 최초의 패터닝을 60mJ/cm2 이하의 노광 에너지로 실행하면, 패터닝된 요철에 미세한 주름진 형상이 발생한다. 이것은, 패터닝 때의 하프 노광의 노광 에너지가 너무 높다면, 이에 의해서 형성된 요철이 깊게 되고, 표면에 미세한 홈이 용이하게 형성되지 않음을 의미한다. 따라서, 비교적 낮은 노광 에너지로 얕은 요철을 형성함으로써, 그 표면에 효과적으로 미세한 홈을 형성할 수 있다.
패터닝 중의 UV 조사량과 미세 요철(미세한 홈) 발생간의 관계
UV 조사량(mJ/cm2) 미세 요철의 발생
10 발생
20 발생
30 발생
35 발생
40 발생
45 발생
50 발생
60 발생
70 발생 없음
80 발생 없음
100 발생 없음
레지스트 LC-200 및 S1808(모두 시플리사 제품)을 이용하여 요철 발생의 유무를 조사한 결과, 제작예 1의 결과와 같은 결과가 얻어졌다. LC-200, S1808 및 AFP 750의 경우, 레지스트 안의 노볼락 수지의 구조가 다르더라도, 미세한 요철이 발생하기 때문에, 레지스트가 노볼락 수지계이면 요철이 실현될 수 있음을 확인하였다.
감광제를 없앤 AFP 750을 이용해 같은 실험을 행하였지만, 감광제가 없는 레지스트를 이용해도 요철이 발생하였다. 이로서, 레지스트 안의 감광제는 요철의 발생에 필요하지 않으며, 노볼락 수지에 의해서 요철이 발생함을 확인할 수 있었다.
도 82는 베이킹 후에 발생하는 미세한 미세한 홈 형상의 현미경 사진을 나타낸다.
도 82에는 비교를 위해서 레지스트 막 아래에 요철이 형성되지 않은 경우의 미세한 미세한 홈 형상의 현미경 사진도 또한 나타낸다. 레지스트 막 아래에 요철이 존재하면, 레지스트 표면에 단차를 형성할 수 있어서, 레지스트 내부에 적용되는 응력이 다르기 때문에, 미세한 미세한 홈 형상이 주변 영역과 다른 형태가 된다.
액정은 칫소(Chisso)사 제인 FT-5045를 이용하여, 도 77에 나타낸 바와 같이 0.7mm두께의 유리 기판 전면에 편광판 및 1/4 파장판을 붙였다. 이 액정 셀을 실내에서 관찰한 결과, 양호한 광 표시을 얻을 수 있음이 밝혀졌다.
전압을 인가한 경우, 어두움 상태가 얻어지고, 밝은 상태와 어두운 상태의 콘트라스트가 큰 것을 확인할 수 있었다. 도 78은 적분 구를 이용해 인가 전압을 변화시킨 경우의 반사율을 측정한 결과를 나타낸다. 도 78에서, 횡축은 셀에 인가된 전압이고, 상기 셀에 인가된 전압을 변화시킴으로서, 백색 표시가 흑색 표시로 변화된다. 도 78에 나타낸 바와 같이, 높은 반사율(30%)과 높은 콘트라스트(18)를 갖는 양호한 표시를 얻을 수 있임이 확인되었다.
[제작예 7]
0.7mm 두께의 유리 기판 위에 레지스트 AFP 750을 3μm 두께로 코팅하고, 90˚C에서 30분간 베이킹한 후, 직경 10μm의 원형의 패턴이 랜덤하게 배치된 마스크를 이용해 UV를 32mJ/cm2로 조사했다. UV 조사 후에, 레지스트 막을 MF 319 현상액에 담거서 원형 패턴을 형성했다. 기판을 120˚C에서 40분간 베이킹하여 레지스트 안의 현상액을 완전하게 증발시킨 후, UV를 130OmJ/cm2 및 260OmJ/cm2로 조사했다. 그 후, 200˚C에서 1시간동안 베이킹하여 요철을 형성시켰다.
도 79는 베이킹 후의 패터닝된 레지스트 기판의 현미경 사진을 나타낸다. 사진에서 나타낸 바와 같이, UV 조사에 의해 원형 패턴 상에 미세하게 주름진 요철이 발생된다. 그러나, 원형 패턴을 형성할 때의 UV 조사량을 80mJ/cm2까지 상승시켜 동일한 실험을 행한 경우, 미세한 요철이 발생하지 않았음이 판명되었다..
그래서, 패터닝 중에 UV 조사량과 미세 패턴 발생 상황에 대해서 조사하였다. 표 3은 그 결과를 나타내며, 도 80은 80mJ/cm2 및 35mJ/cm2으로 각각 조사했을 때의 기판의 현미경 사진을 나타낸다.
표 3에 나타낸 바와 같이, 최초의 패터닝을 60mJ/cm2 이하의 노광 에너지로 실행하면, 패터닝된 요철에 미세한 주름진 형상이 발생한다. 이것은, 패터닝 때의 하프 노광의 노광 에너지가 너무 높다면, 이에 의해서 형성된 요철이 깊게 되고, 표면에 마이크로 홈이 용이하게 형성되지 않음을 의미한다. 따라서, 비교적 낮은 노광 에너지로 얕은 요철을 형성함으로써, 그 표면에 효과적으로 마이크로 홈을 형 성할 수 있다.
패터닝 중의 UV 조사량과 미세 요철(마이크로 홈) 발생간의 관계
UV 조사량(mJ/cm2) 미세 요철의 발생
10 발생
20 발생
30 발생
35 발생
40 발생
45 발생
50 발생
60 발생
70 발생 없음
80 발생 없음
100 발생 없음

[제작예 8]
도 81에 나타낸 바와 같이, 유리 기판(301) 상에 스트라이프형의 요철(303)(높이: 0. 5μm, 폭: 15μm)을 형성하고, 그 위에 레지스트 층(304)(AFP 750)을 코팅했다. 90˚C에서 30분간 베이킹 한 후, 390OmJ/cm2의 UV를 조사하고, 200˚C에서 1시간동안 레지스트를 베이킹했다.
ds = (r·sinθi·dφi)·r·dφi (2)
도 82에는 비교를 위해서 레지스트 막 아래에 요철이 형성되지 않은 경우의 미세한 마이크로 홈 형상의 현미경 사진도 또한 나타낸다. 레지스트 막 아래에 요철이 존재하면, 레지스트 표면에 단차를 형성할 수 있어서, 레지스트 내부에 적용 되는 응력이 다르기 때문에, 미세한 마이크로 홈 형상이 주변 영역과 다른 형태가 된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 공정의 간략화, 수율 향상, 제조 비용의 삭감을 실현할 수 있고, 안정적으로 높은 반사 특성을 실현할 수 있는 반사 전극을 형성함으로써 명도가 높은 표시를 가능하도록 한 신뢰성의 높은 반사형 액정 표시 장치를 실현하는 것이 가능해진다.
[반사판의 경사각 분포의 제어]
도 19는 본 실시예에 기초한 반사형 액정 표시 장치가 사용되는 실제 환경을 나타낸 도면이다. 반사형 액정 표시 장치를 사용하는 환경에서는, 여러 장소에 광원이 존재한다. 따라서, 여러 가지 사용 환경을 고려하면, 도 19에 나타낸 바와 같이 반사형 액정 표시 장치가 반구 내에 배치된 균일한 확산 광원 아래에 놓여진 경우를 가정하는 것이 필요하다. 이러한 사용 환경 하에서는, 표시 패널에는 반구의 입체각 내에 존재하는 모든 입사광이 조사된다.
반사형 액정 표시 장치에 입사하는 광강도 L을 구하기 위해서, 도 20에 나타낸 바와 같이, X-Y-Z 축, 입사각 θi 및 방위각 φi가 정의된다. 입사각 θi 는 Z축과 입사광 사이의 각이고, 방위각 φi는 입사광과 X축 사이의 각이다. 만약, 도 19에 나타낸 반구(이하, 적분 구)의 단위 면적 당의 광 강도를 I(θi, φi)로 하면, 그 광강도 dL은 다음과 같이 주어진다
dL = I(θi, φi)· dω
=I(θi, φi)· dS/ r2
여기서, ω는 입체각이고, ds는 적분 구의 구면 단위 면적이고, r은 적분 구의 반경이며, 만약 적분 구가 균일한 확산광이면, 상술한 광 강도 I는 상수로 된다.
또한, 입사광은 입사각 θi만큼 경사 방향으로부터 표시 패널에 조사되므로, 표시 패널에 조사되는 광 강도는 sinθi만큼 감쇠한 것으로 되고,
dL = I(θi, φi)·sinθi·ds/r2 (1)
로 된다. 도 20에 나타낸 바와 같이, 단위 면적 ds는 다음과 같이 주어진다.
ds = (r·sinθi·dφi)·r·φi (2)
따라서, 식 1에 식 2를 대입하여, 광강도 dL를 입사각 θi를 0-π/2,방위각 φi를 0∼2π의 범위에서 적분하면, 표시 패널의 입사 광 강도(L)는 다음과 같이 주어진다.
Figure 112001027140593-pat00001
(3)
따라서, 극각 θi 방향으로부터 입사하는 광 강도 f(θi)는 식 3의 적분내의 함수로 표시되고, 다음과 같이 주어진다.
f(θi) = I(θi, φi)·sinθi·cosθi (4)
이 식 4의 sinθi는 단위 입사각 θi마다의 적분 구의 확산 광원의 면적에 기인하는 것이며, 이것은 표시 패널의 바로 위(입사각 θi=0)로부터의 입사광의 광원 면적은 좁고(sinθi=0), 표시 패널의 횡방향(입사각 θi=π/2)으로부터의 입사광의 광원 면적이 넓다(sinθi=1 )는 것을 의미한다. 식 4의 cosθi는 입사각으로 인한 감쇠 성분이고, 표시 패널의 바로 위(입사각 θi=O)로부터의 입사광의 감쇠도는 거의 없고(cosθi=1), 표시 패널의 횡방향(입사각 θi=π/2)으로부터의 입사광의 감쇠도는 크다(cosθi=0 )는 것을 의미한다.
도 21은 반사형 표시 장치에 광이 입사해 반사하는 경우를 나타내는 도면이다. 도 2에 나타낸 반사형 액정 표시 장치의 경우, 표시측 유리 기판 및 액정층의 굴절율 n은 대략 1.5이고, 따라서 도 21에 나타낸 바와 같이, 도 21에 나타낸 반사 전극을 갖는 기판으로 이루어진 반사판(60)을 그 위에 형성된 액정층이나 표시 측 기판으로 구성된 굴절율 n을 갖는 매체(61)가 덮는 구조로 가정할 수 있다. 이 때, 공기층으로부터 입사각 θi로 입사된 입사광은 매체(61) 내에서 입사각 θi'를 갖고, 반사판(60)에서 반사각 θo'로 반사하고, 공기층에서 반사각 θo로 나가게 된다.
공기층으로부터 매체(61)로 광이 들어갈 때, 그 광의 일부가 반사광 R로 되 어 매체 내에 입사되지 않기 때문에, 이것을 고려하면 입사각 θi'로 반사판(61)에 입사하는 광의 강도 f(θi')는 다음과 같이 주어진다.
f(θi') = [1-R(θi)]·f(θi)
= [1-R(θi)]·I(θi,φi)sinθicosθi (5)
여기서, R(θi)은 상술한 공기층과 굴절율 n을 갖는 매체(61)의 계면에서 반사하는 광의 반사율이다. 그리고, 공기층에서의 입사각 θi와 매체(61) 내에서의 입사각 θi'의 사이에는 다음과 같은 관계가 성립된다.
sinθi = n sinθi' (6)
여기서, 공기층의 굴절율은 1, 유리 및 액정의 굴절율은 n이다. θi는 공기층에서의 입사각이고, θi'는 액정층 내에서의 입사각이다.
도 22는 반사판(61)에 입사하는 광의 강도 f(θi')과 입사각 θi'와의 관계를 나타낸 도면으로서, 식 5에 식 6을 대입하여 계산된다. 여기서, 광 강도는 I(θi, φi)=1로서 계산된다. 도 22에 나타낸 바와 같이, 적분 구로부터의 균일한 확산광을 가정한 경우, 반사판(60)에 대해서는 입사각 θi'=0으로부터의 입사각이 증대함에 따라 입사 광 강도가 증대하고, 소정 입사각 θi'의 범위에서 입사 광 강도가 최대로 되고, 입사각 45˚부근에서 입사 광 강도가 크게 감쇠한다. 즉, 입사 광 강도가 최대가 되는 입사각 θi'가 존재하고, 매체의 굴절율 n에 따라서 그 입사각이 달라진다.
도 23은 도 22의 입사 광 강도가 최대가 되는 입사각 θi'와 매체의 굴절율 n과의 관계를 나타낸 도면이다. 도 23에 나타낸 바와 같이, 액정의 굴절율 n이 커질수록, 입사 광 강도가 최대로 되는 입사각 θi'가 작아진다. 전형적인 액정의 굴때율은 1.4∼1.8정도이기 때문에, 입사 광 강도가 최대가 되는 입사각 θi'는 약 30~38˚로 된다.
반사용 요철의 다른 형성예로서, 도 3 내지 6에 나타낸 바와 같이 UV 조사하여 열변형 특성의 분포를 형성하고, 그 후 최종-베이킹에 의해 미세한 홈을 형성하는 공정을 채용할 수 있다. 미세한 홈의 요철 형상은 상술한 공정 조건에 의해 제어될 수 있으므로, 존재 확률이 최대가 되는 경사각 ξp이 15∼19˚부근이 되도록 그 요철 형상을 제어할 수 있다.
2ξ=θi'+θo' (7)
일반적으로는, 표시 패널에 수직인 방향으로부터 표시를 관찰한다. 따라서, 요철을 갖는 반사판에 입사각 θi'로 입사하는 광을 0˚방향으로 반사시키면, 식 7은 ξ=θi'/2로 된다. 즉, 경사각 ξ을 입사각 θi'의 1/2로 하면, 표시 패널에 수직인 방향으로 광을 반사시킬 수 있다.
도 22에 나타낸 바와 같이, 적분 구의 확산광에 대해서 반사판의 요철면에 입사하는 입사광의 분포는 입사각 0∼45˚의 영역인 피크를 갖는다. 따라서, 반사판의 요철면의 경사면 분포도 도 22의 광 강도 분포에 대응한 분포로 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 광 강도가 높은 입사각에 대응하는 경사각의 존재 확률을 높게 하고, 광 강도가 낮은 입사각에 대응하는 경사각의 존재 확률을 낮게 하여, 전체적으로 반사 광 강도를 높이는 것이 바람직하다.
도 25는 도 22의 입사 광 강도 분포에 대응한 경사각의 존재 확률의 분포를 나타낸 도면이다. 도 25의 예는 도 22의 굴절율 n=1.5의 경우를 나타내고, 확률의 총합이 1이 되도록 규격화된다. 횡축이 반사 요철면의 경사각 ξ을 나타내고, 종축이 존재 확률(%)을 나타낸다. 여기서, 도 25에 나타낸 경사각의 존재 확률 분포를 갖는 샘플에서, 존재 확률이 최대가 되는 경사각을 변화시킨 경우의 반사율을 구한다. 도 26은 이러한 반사 특성의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 구체적으로는, 도 25에 나타낸 분포의 폭 W를 변화시켜 존재 확률이 최대가 되는 경사각을 변화시켜서, 그 때의 반사율 Y를 연산한다.
도 26에 나타낸 바와 같이, 존재 확률이 최대가 되는 경사각 ξ(=θi'/2)의범위는 ξ=약 15∼19˚(θi' = 약 30∼38˚)의 영역에서 반사율이 가장 높게 되는 범위이다. 즉, 도 22에 나타낸 입사 광 강도가 피크값을 갖는 입사각 θi'=30~38˚의 입사광을 표시 패널에 수직인 방향으로 반사할 수 있는 경사각 ξ=15∼19˚의 존재 확률을 최대로 하는 것이, 전체의 반사율을 높이기 위해서 바람직하다.
따라서, 표시 패널에 수직인 방향을 따른 XZ면 방향의 입사광에서 입사각도 α∼90˚(또는, α+β˚∼90˚)의 각도로부터 입사하는 광이 거의 존재하지 않는다. 따라서, 표시 패널의 XZ면 방향으로 배열된 미세 경면(미러면)의 경사각에는 이 각도 범위로부터 입사하는 광을 표시 패널의 법선(0˚) 방향으로 반사시키는 경사각이 필요없게 된다.
도 27은 실제로 프로토타입 샘플을 사용하여 적분 구의 균일한 확산광에 대한 반사율을 측정한 결과를 나타낸다. 시작된 반사판에서 존재 확률이 최대인 때의 경사각 ξp와 측정된 반사율간의 관계를 나타낸다.
도 28은 그 반사판 프로토타입 형성 방법을 나타내는 단면도이다. 도 28a에 나타낸 바와 같이, 유리 기판(62) 상에 레지스트(시플리사 제의 LC-200)(63)를 1000∼2000rpm으로 20초간 스핀 코팅한다. 그리고, 90˚C에서 30분간 프리-베이킹 한 후, 도 28b에 나타낸 바와 같이, 마스크(64)를 이용해 UV 노광을 행한다. 다음에, 현상액(시플리사 제의 MF 319)를 이용하여 현상을 수행해서, 도 28c에 나타낸 바와 같이 유리 기판 위에 볼록부를 형성한다. 다음에, 도 28d에 나타낸 바와 같이, 120∼200˚C에서 60분간의 포스트-베이킹을 실행하여, 볼록부를 라운딩시킨다. 그 후, 도 28e에 나타낸 바와 같이, 알루미늄 층(65)을 200nm 증착하여 반사판을 제작했다.
상기와 같이 형성한 반사판과 유리 기판과의 사이에 액정층을 형성하고, 도 28f에 나타낸 바와 같이 반사형 액정 표시 장치를 제작했다. 여기서, 액정층은 머크사(Merck) 제의 액정 재료 MJ 961213를 사용하고, 그 두께를 3.5μm 직경의 스페이서로 제어한다. 이 후, 이와 같이 제작된 반사형 액정 표시 장치의 프로토타입 에 적분 구를 사용해 확산광을 입사시킨 경우의 반사율을 측정한다. 또한, 그 프로토타입의 반사판의 요철의 경사각 분포를 측정하고, 존재 확률이 최대가 되는 경사각 ξp도 구했다. 도 27은 그 결과를 나타낸다.
이 실험 결과에 따르면, 존재 확률이 최대가 되는 경사각 ξp를 16∼19˚부근으로 설정함으로써, 최대의 반사율을 얻을 수 있다. 이 실험 결과는 도 26에 나타낸 시뮬레이션 결과를 대체로 뒷받침하고 있다. 종래에 최적값으로 인정되었던 경사각이 10˚인 경우와 비교해도, 존재 확률이 최대가 되는 경사각 ξp를 16∼19˚부근으로 한 샘플이 보다 높은 반사율을 갖는다.
도 29는 반사판의 요철을 형성하기 위한 마스크(64)의 패턴예를 나타낸 도면이다. 도 29a는 사이즈가 다른 원형 패턴을 혼재시킨 예이고, 도 29b는 삼각형, 사각형, 육각형, 팔각형 등의 다각형을 혼재시킨 예이다. 그러나, 본 발명은 이러한 패턴으로 한정되는 것이 아니다.
반사용 요철의 다른 형성예로서, 도 3 내지 6에 나타낸 바와 같이 UV 조사하여 열변형 특성의 분포를 형성하고, 그 후 최종-베이킹에 의해 마이크로 홈을 형성하는 공정을 채용할 수 있다. 마이크로 홈의 요철 형상은 상술한 공정 조건에 의해 제어될 수 있으므로, 존재 확률이 최대가 되는 경사각 ξp이 15∼19˚부근이 되도록 그 요철 형상을 제어할 수 있다.
본 실시예에서는, 반사판의 요철에 의한 경사각은 적어도 0˚∼25˚의 범위로 분포하고, 15∼19˚부근에서 그 존재 확률이 최대가 됨으로써, 다양한 환경에서 보다 높은 반사율을 갖는 반사형 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
[반사판의 경사각 분포의 제어(2)]
도 30은 상술한 적분 구의 확산광에 대해서 높은 반사율을 얻을 수 있는 반사판의 요철의 경사각 분포를 나타낸 도면이다. 횡축이 경사각 ξ을, 종축은 그 존재 확률을 나타낸다. 상술한 바와 같이, 경사각의 존재 확률은 반사판으로의 입사 강도가 높은 입사각의 입사광을 보다 많이 표시 패널에 수직인 방향으로 반사 시키도록 분포되는 것이 바람직하다. 도 3O에는 +15~19˚부근의 경사각과 -15~19˚ 부근의 경사각의 존재 확률이 최대가 되는 분포를 나타낸다. 플러스측과 마이너스측이 존재하는 것은, 표시 패널의 일정 방향을 따라 경사각을 본 경우에, 한 방향으로부터의 입사광에 대응한 경사각을 플러스측에 나타내고, 반대 방향으로부터의 입사광에 대응한 경사각을 마이너스측에 나타냈기 때문이다. 따라서, 도 30의 분포도를 경사각 0˚을 중심으로 접으면, 도 25에 나타낸 바와 같은 경사각 분포가 된다.
액정 표시 장치는 노트북형 퍼스널 컴퓨터의 표시 패널로서 사용되는 경우가 많다. 도 31은 반사형 액정 표시 장치가 노트북형 퍼스널 컴퓨터의 모니터로서 탑재된 상태를 나타낸 도면이다. 도 31에 나타낸 바와 같이, 반사형 액정 표시 장치(70)가 수평 방향에 대해서 각도 α만큼 기울인 상태에서 사용되는 경우가 많다. 이 경우, 도 31에 나타낸 바와 같이, 표시 장치(70)는 지면에 수직인 면이다. 도시한 바와 같이, X, Y 및 Z 축의 방향을 정의한다.
표시 장치(70)로의 입사광을 검토하면, 좌표의 XY면을 따른 입사각 θi 분포는 아무것도 입사광을 차단하지 않기 때문에, θi = -90~90˚이 된다. 한편, 좌표의 XZ면을 따른 입사각 분포는 키보드 부분에 의해 입사광이 차단될 수 있으므로, 반드시 θi = -90∼90˚로는 되지 않는다. 즉, 표시 장치(70)의 가장 높은 위치(70A)와 가장 낮은 위치(70B) 사이에서 입사각 범위는 다르다. 가장 높은 위치(70A)가 가장 넓은 입사각 범위에서 θi = -90 ∼α+β˚로 되고, 가장 낮은 위치(70B)가 가장 좁은 입사각 범위에서 θi = -90∼α˚이 된다.
따라서, 표시 패널에 수직인 방향을 따르는 XZ면 방향의 입사광에서 입사각도 α∼90˚(또는, α+β˚∼90˚)의 각도로부터 입사하는 광이 거의 존재하지 않는다. 따라서, 표시 패널의 XZ면 방향으로 배열된 미세 경면(미러면)의 경사각에는 이 각도 범위로부터 입사하는 광을 표시 패널의 법선(0˚) 방향으로 반사시키는 경사각이 필요없게 된다.
예를 들면, 표시 패널의 경사각 α=30˚ 및 액정층과 유리 기판의 굴절률 nLC=1.5이면, 30∼90˚로 입사되는 광을 0˚방향으로 반사시키는 경사각은 상술한 식 6 및 식 7에 의해 10∼21˚가 된다. 즉, 표시 패널의 수직 방향(XZ면 방향)을 향한 요철의 경사 분포에는 10∼21˚의 경사각이 필요없다.
따라서, XY면 방향 및 XZ면 방향의 경사각의 분포는 도 32에 나타내는 바와 같이 하는 것이 바람직하다. 즉, XY면 방향의 경사각 분포는 도 30에 나타낸 것과 동일한 분포로서, XZ면 방향의 경사각 분포는 마이너스측은 도 30과 동일하고, 플러스측은 10∼21˚의 범위에 존재하지 않는 분포로 된다. 도 32의 분포를 경사각 0˚를 중심으로 접으면, 도 33과 같이 된다.
도 33은 반사판의 요철에 의해 형성된 경사각 분포, 즉, XY면 방향의 경사면의 분포와 XZ면 방향의 경사면의 분포를 나타낸 것이다. 도 33에 나타낸 바와 같이, 노트북형 퍼스널 컴퓨터가 기울어서 사용되는 경우에는, 표시 패널에서의 수평 방향의 경사면의 분포는 경사각 15∼19˚의 범위에서 존재 확률이 최대로 되도록 하고, 표시 패널의 수직 방향의 경사면의 분포는 경사각 8∼10˚의 범위와 경사각 15∼19˚의 범위에서 존재 확률이 피크를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 표시 패널의 방향에 따라 반사 요철에 의한 경사면의 각도 분포를, 하나의 방향은 1개의 존재 확률의 피크를 갖고, 다른 방향은 2개의 존재 확률의 피크를 갖도록 설정하면, 입사광 방향에 이방성이 있는 환경 하에서 사용되더라도 최대의 반사율을 실현할 수 있다.
본 발명자들은 상기한 경사면 분포의 반사판 프로토타입을 제작해서, 그 반사율을 확인하였다. 도 34는 상기 샘플 반사판의 형성 방법을 나타낸 단면도이다. 우선, 도 34a에 나타낸 바와 같이, 유리 기판(62) 상에 레지스트(예를 들면, 시플리사 제의 LC-200)(63)를 1000rpm으로 20초간 스핀 코팅하여 형성한다. 그리고, 90℃에서 20분간 프리 베이킹 한 후, 도 34b에 나타낸 바와 같이 마스크(64)를 이용하여 자외선 노광을 실행한다. 다음에, 현상액(예를 들면, 시플리사 제의 MF319)을 이용하여 현상을 실행하고, 도 34c에 나타낸 바와 같이 유리 기판 상에 레지스트에 의해 볼록부를 형성한다. 도 34a∼도 34c의 공정을 도 35에 나타낸 마스크 패턴(a)∼(d)를 순차 사용하여 4회 반복하고, 도 34d와 같은 경사각이 다른 볼록부를 형성한다. 다음에, 도 34e에 나타낸 바와 같이, 2O0℃에서 80분간의 포스트-베이킹을 실행하여, 볼록부를 라운딩시킨다. 그 후, 도 34f에 나타낸 바와 같이 알루미늄(66)을 200nm 증착해서 반사판을 제작했다.
도 36은 상기와 같이 형성된 반사판의 볼록부의 평면 형상 및 단면 형상을 나타낸 도면이다. 볼록부(67)의 평면 형상은 기판(62)의 수직 방향 V에 대해서는 다른 경사면을 갖고, 기판(62)의 수평 방향 H에 대해서는 동일한 경사면을 갖는다. 도 36에 나타낸 평면도에는 볼록부(67)에 등고선을 나타내어 그 경사면 형상이 표시된다. 포스트-베이킹에 의해 볼록부는 라운딩시켰기 때문에, 그 경사각 분포는 약 0∼20˚의 범위로 분포한다. 그리고, 기판의 수직 방향 V에서는 경사면(ξ1>ξ2)이 다르므로, 도 33에 나타낸 바와 같이 존재 확률이 피크로 되는 영역이 2개 있고, 기판의 수평 방향 H에서는 경사면(ξ1)이 좌우 대칭이므로, 도 33에 나타낸 바와 같이 존재 확률이 피크로 되는 영역이 1개 존재하게 된다.
이상과 같이, 반사용 요철의 형상을 수평 방향과 수직 방향에서 다르게 함으로써, 수평 방향의 경사각의 분포와 수직 방향의 경사각의 분포를 다르게 할 수 있다. 그리고, 도 36에 나타낸 바와 같이 반원형과 반타원형을 조합한 형상으로 함으로써, 수평 방향의 경사각과 수직 방향의 경사각의 분포를 각각 다르게 할 수 있다.
본 발명자들은 히시코사 제의 비접촉 3차원 형상 측정 장치인 nh-3을 이용하 여 형상을 측정하고, 반사판 프로토타입의 경사 분포를 구했다. 도 37은 그 반사판 프로토타입의 경사각 분포의 측정 결과를 나타낸다. 도 37에 나타낸 바와 같이, 반사판 프로토타입은 절대치로 8˚와 18˚에서 최대 존재 확률을 갖게 된다. 비교를 위해서, 도 37에는 최대 존재 확률이 0˚ 및 10˚에 있는 반사판의 경사각 분포를 나타내고, 또한 각각 종래예 1 및 종래예 2의 경사각 분포도 나타내고 있다.
도 38은 상술한 반사판 프로토타입을 이용하여 작성한 반사형 액정 표시 장치의 개략적인 단면도이다. 액정층(예를 들면, 머크사 제의 액정 재료 MJ 961213)을 3.5㎛ 직경의 스페이서로 두께를 제어하면서, 반사판과 유리 기판 사이에 주입하였다. 그 반사형 액정 표시 장치를 수직 방향으로부터 30˚기울인 상태로 고정하고, 적분 구의 균일한 확산광을 조사함으로써, 휘도 미터(예를 들면, 탑콘(Topcon)사 제의 BM-5)를 이용하여 반사율을 측정했다. 도 39는 그 반사율의 측정 결과를 나타낸 도면이다. 도 39에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 반사판을 이용하면 반사율이 61%로 되고, 종래예 1, 2의 31%, 53%에 비해서 10∼25%의 반사율 향상이 실현되고 있는 것이 확인되었다.
도 33에는 이상적인 경사각 분포를 나타냈지만, 액정층이나 유리 기판의 굴절률 n을 1.5로 하고, 반사형 액정 표시 장치의 수평선에 대한 각도(도 31에 나타낸 경사각 α)를 α=30˚로 한다. 액정층의 굴절률 nLC와 반사형 액정 표시 장치의 경사각α를 변화시킨 경우에, 이상적인 반사용 요철에서 존재 확률이 최대가 되는 경사각 범위를 각각 조사하였다.
도 40은 반사형 액정 표시 장치가 경사각 α와 액정층의 굴절률에 대한 존재 확률이 최대가 되는 경사각 범위를 나타낸 도면이다. 전형적인 액정 재료의 굴절률 nLC이 1.4∼1.8 정도이므로, 굴절률 nLC을 1.4∼1.8 범위로 변화시켰다. 일반적인 사용 상태에서는 반사형 액정 표시 장치의 사이즈가 작을수록 경사각 α가 커지는 경향에 있어, 표시 패널의 경사각 α를 0∼45˚의 범위로 변화시키는 것으로 했다.
표시 패널의 경사각 α가 30˚인 경우는 도 32 및 도 33에 나타낸 바와 같이, 한쪽에서 15∼19˚의 범위에서 요철의 경사각의 존재 확률이 최대가 되고, 다른 쪽에서는 8∼10˚의 범위와 15∼19˚의 범위의 2개의 범위에서 요철의 경사각의 존재 확률이 최대가 되는 것이 바람직하다. 표시 패널의 경사각 α가 0˚인 경우는 표시 패널이 수직으로 설정된 경우로서, 표시 패널의 수직 방향의 경사각 ξ은, 주로 위쪽으로부터의 입사광을 수직 방향으로 반사시키기 때문에 15∼19˚의 범위에서 요철의 경사각의 존재 확률이 최대가 되고, 아래쪽으로부터의 입사광은 거의 없기 때문에 아래쪽을 향하는 경사면은 필요없다. 표시 패널의 경사각 α가 90˚인 경우는 표시 패널이 수평으로 설정된 경우로서, 도 40에는 나타내지 않았지만, 15∼19˚의 범위에서 요철의 경사각의 존재 확률이 최대가 되는 것이 바람직하다. 표시 패널이 수평인 경우에는 도 30에 나타낸 분포예와 같다.
도 40에 나타낸 바와 같이, 표시 패널의 경사각 α가 0˚∼45˚의 범위이면, 반사용 요철에서의 존재 확률이 최대가 되는 한쪽의 경사각이 0∼16˚, 다른 쪽의 경사각이 14∼19˚의 범위 내에 존재하면, 반사율을 최대로 할 수 있다. 굴절률 nLC가 작을수록 최대가 되는 경사각은 커지는 경향이 있다.
노트북형 퍼스널 컴퓨터는 사용자의 기호에 따라서 그 표시 패널의 경사각이 다르다. 그래서, 복수의 경사각에서 최대의 반사율을 실현할 수 있도록, 화소 영역 내에 반사용 요철의 경사각의 존재 확률이 최대가 되는 복수의 영역을 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 40에 나타낸 바와 같이, 표시 장치의 경사각 α가 30˚와 40˚인 경우에 대응해서 구해진 존재 확률이 최대가 되는 경사각 영역으로서, 8∼10˚와 15∼19˚의 제 1 편성과 10∼12˚와 15∼19˚의 제 2 편성을 동일한 화소 영역 내에 병존시킨다. 또는, 표시 장치의 경사각α가 30˚, 35˚, 40˚인 경우에 대응해서 구해진 3개의 조합의 영역을 병존시킨다. 또는, 3종류의 볼록 패턴을 병존시킨다. 이로서, 표시 패널의 경사각이 어느 정도 달라도 비교적 큰 반사율을 실현할 수 있다.
이상 설명한 반사용 요철의 경사각 분포를 갖는 반사 전극을 화소 전극에 이용해서, 도 2에 나타낸 구조의 반사형 액정 표시 장치를 형성하고, 액정층(34)에 화소 전극과 표시 측의 투명 전극으로부터 소정의 전계를 인가함으로써, 상기 액정층(34)에 복굴절 작용을 갖게 해서 원하는 표시를 실행할 수 있다. 즉, 액정층(34)이 전계 효과 복굴절 모드로 구동된다. 또한, 액정층(34)에 색소를 포함시켜 게스트-호스트형의 액정 표시 장치로 할 수도 있다.
[다른 지향성이 혼재하는 반사용 요철의 예]
일본특개평 11-295750호 공보에는 화소 전극을 반사 전극으로서 이용하는 반사형 액정 표시 장치가 기재되어 있다. 이 공보에 따르면, 화소 전극 내를 2개의 영역으로 분할하고, 한쪽의 영역에 지향성이 강한 반사 특성을 갖는 요철 형상을 형성하고, 다른 쪽의 영역에는 확산성이 강한 반사 특성을 갖는 요철 형상을 형성한다.
그러나, 더욱 고정밀도의 액정 표시 장치의 경우에는 화소 영역이 더 좁아져서, 상기 종래예에서 알 수 있는 바와 같이 화소 영역을 2개의 영역으로 나누어 다른 요철 형상을 각각에 형성하는 것은 더 곤란하게 될 것으로 예상된다.
따라서, 본 발명에서는 화소 영역 내에 지향성이 강한 반사 특성을 갖는 요철 형상과 확산성이 강한 반사 특성을 갖는 요철 형상을 혼재시키도록 한다. 도 41은 이러한 화소 영역 내에 혼재하는 2개의 반사 요철 형상을 나타낸 단면도이다. 요철 A는 막 두께가 얇고 완만한 경사면을 가지며, 상면이 비교적 평평하게 되어 있으므로, 반사광의 방향은 수직 방향으로 지향성을 갖는다. 그리고, 요철 B는 막 두께가 두껍고 급한 경사면을 가지며 상면이 돌기 형상으로 되어 있으므로, 반사광이 넓게 확산된다.
도 42는 본 실시예에서의 화소 영역 PX의 평면도이다. 도시된 바와 같이, 화소 영역 PX 내에 도 41에 나타낸 요철 A와 요철 B가 혼재된다.
도 43은 도 42의 반사용 요철을 형성하는 제조 공정을 나타낸 단면도이다. 우선, 도 43a에 나타낸 바와 같이, 유리 기판(62) 상에 감광성 수지인 레지스트(예 를 들면, 시플리사 제의 LC-200)를 2000rpm으로 20초간 스핀 코팅한다. 90℃에서 20분간 프리 베이킹한 후, 도 43b에 나타낸 마스크(64A)를 이용하여 UV 노광을 실행한다. 다음에, 현상액(예를 들면, 시플리사 제의 MF 319)을 이용하여 현상을 수행하여, 도 43c에 나타낸 바와 같이 유리 기판(62) 상에 요철 A에 대응하는 볼록부를 형성한다. 그 후, 도 43d에 나타낸 바와 같이, 200˚에서 80분간의 포스트-베이킹을 실행하고, 볼록부를 라운딩시켜서 요철 A를 형성한다.
다음에, 도 43e에 나타낸 바와 같이, 상기 레지스트를 1000rpm으로 20초간 스핀 코팅한다. 이로서, 상술한 레지스트보다 더 두꺼운 레지스트층을 형성할 수 있다. 그리고, 90℃에서 20분간 프리 베이킹한 후, 도 43f에 나타낸 바와 같이, 마스크(64B)를 이용하여 UV 노광을 실행한다. 다음에, 상술한 현상액을 이용하여 현상을 실행하고, 도 43g에 나타낸 바와 같이 유리 기판에 요철 B에 대응하는 볼록부를 형성한다. 이 후, 도 43h에 나타낸 바와 같이, 200℃에서 80분간의 포스트-베이킹을 실행하여, 볼록부를 라운딩시키고 요철 B를 형성한다. 이 포스트-베이킹은 요철 A를 형성하는 것보다 낮은 온도에서 수행되기 때문에, 두꺼운 레지스트막의 가열에 의한 처짐의 정도가 적어, 더 확산성이 강한 요철 B가 형성된다.
그 후, 도 43i에 나타낸 바와 같이, 알루미늄(64)을 200nm 증착해서 반사판(화소 전극)을 제작한다. 상술한 바와 같이, 요철 A와 요철 B 사이에서 레지스트의 막 두께 및 포스트-베이킹 온도를 변경함으로써 요철의 거칠기를 변경할 수 있어, 산란시의 지향성이 다른 요철이 혼재하는 반사면을 구성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 반사형 액정 표시 장치의 반사판은 다양한 방향으로부터 의 입사광을 표시면과 수직인 방향으로 반사하는 것이 바람직하다. 따라서, 레지스트층을 패터닝해서 베이킹에 의해 라운딩하여 경사면을 형성하는 경우, 경사면이 360˚의 방향을 향하는 것이 바람직하다. 따라서, 레지스트막의 패턴으로서, 원형 패턴이 제안되어 있다. 예를 들면, 일본특개평 11-337935호, 일본특개평 11-337964호, 일본특개평 5-281533호에 일례가 개시되어 있다. 이들 공보에는 원형의 패턴을 랜덤하게 형성해서 반사광의 간섭에 의한 모아레(moire) 패턴이 형성되는 것을 방지하거나, 또는 반경이 큰 도너츠형 패턴과 반경이 작은 원형 패턴을 랜덤하게 형성해서 반사 특성을 개선하는 것이 제안되어 있다.
일본특개평 5-281533호는 큰 원형 패턴과 작은 원형 패턴을 랜덤하게 혼재시켜 형성하는 것이 개시되어 있다. 예를 들면, 도 44에 나타낸 바와 마찬가지이다. 그러나, 반경이 큰 원형 패턴을 랜덤하게 배치하면, 근접하는 레지스트 패턴이 노광·현상 후의 포스트-베이킹 공정 시에 가열에 의한 단면 형상의 처짐에 의해 합체하는 현상이 발생한다. 도 44의 사선으로 나타낸 원형 패턴은 너무 근접하여 베이킹 시에 합체해 버린 상태를 나타낸다.
그래서, 본 실시예에서는 도 45에 나타낸 바와 같이 레지스트 패턴을 반경이 큰 원형 패턴과 반경이 작은 원형 패턴으로 혼재시키고, 또한 큰 원형 패턴과 작은 원형 패턴의 거리가 큰 원형 패턴끼리의 거리보다 항상 작게 되도록 배치한다. 즉, 큰 원형 패턴에 대해서 다른 큰 원형 패턴을 근접시키는 것을 금지하게 한다. 가능하다면, 큰 원형 패턴의 주위에 작은 원형 패턴을 배치하여, 큰 원형 패턴끼리 서로 근접하는 일이 없도록 한다. 이로서, 경사면의 밀도를 높게 함과 동시에 베 이킹 시에 패턴끼리 합체하는 영역을 저감시킬 수 있다.
도 46은 본 실시예의 레지스트의 패턴을 설명하는 도면이다.
도 46a는 비교적 큰 원형 패턴을 배치한 예이다. 화소 영역 PX 내에 큰 원형 패턴 P1이 4개 배치된다. 레지스트 패턴은 어느 정도의 크기를 갖는 것이 필요하다. 패턴이 너무 작으면, 포스트-베이킹 시의 단면 형상의 처짐 때문에 경사 각도가 충분한 크기로 되지 않는다. 그러나, 도 46a의 패턴에서는 형성되는 경사면의 밀도가 낮기 때문에, 반사율을 높일 수 없다.
도 46b에 나타낸 바와 같이, 큰 원형 패턴 P1의 밀도를 높게 할 수 있다. 그러나, 큰 원형 패턴 P1이 서로 근접하면, 포스트-베이킹 시의 열에 의한 처짐 때문에, 사선으로 나타낸 바와 같이 원형 패턴의 가장자리부가 합체하는 경우가 있다. 이러한 합체는 설계대로의 경사면의 면적을 감소시키기 때문에 바람직하지 않다.
그래서, 본 실시예에서는, 도 45에서 설명하고 도 46c에 나타내는 바와 같이, 비교적 큰 원형 패턴 P1의 밀도는 도 46a에 나타낸 바와 같이 조밀하지 않게 하고, 패턴 P1간의 거리 L1을 비교적 큰 상태로 유지하고, 그 큰 원형 패턴 P1의 간극(틈)에 비교적 작은 원형 패턴 P2를 배치하여, 경사면 밀도를 높인다. 이로서, 비교적 큰 원형 패턴 서로간의 합체가 적어지고, 합체가 발생하더라도, 이것이 큰 원형 패턴 P1과 작은 원형 패턴 P2 사이(도 46c 중의 사선 영역)의 공간에만 한정되도록 한다. 이러한 합체의 영역은 큰 원형 패턴 P1끼리의 합체 영역에 비해 좁아져서, 경사면 영역의 감소를 최소한으로 억제할 수 있다.
도 46c에 나타낸 바와 같이, 큰 원형 패턴 P1 사이의 거리 L1은 합체가 발생하지 않을 정도로 충분히 길게 하고, 이 원형 패턴 P1 사이의 영역에 작은 원형 패턴 P2를 배치한다. 그 결과, 큰 원형 패턴 P1과 이 P1에 가장 근접하는 작은 원형 패턴 P2 사이의 거리 L2는 큰 원형 패턴 P1과 이것에 가장 근접하는 큰 원형 패턴 P1 사이의 거리 L1보다 항상 짧아진다.
도 47은 다른 레지스트 패턴을 나타낸 도면이다. 상기한 예는 반사용 요철의 경사면이 360˚의 방향을 향하도록 원형 패턴을 이용했지만, 원형이 아니더라도 각 변의 방향이 복수개, 바람직하게는 3개 이상 존재하는 다각형이더라도 마찬가지로 높은 반사율을 실현할 수 있다.
미세한 홈의 주름 패턴에 대하여 0.7㎜ 두께의 유리 기판에 레지스트 AFP 750을 3㎛ 두께로 코팅하고, 3900mJ/cm2의 노광 에너지를 갖는 UV를 조사했다. UV 조사 후, 135℃에서 90분간 베이킹을 수행하여 레지스트 표면에 미세한 주름을 발생시켰다. 그 후, 최종 베이킹을 200℃에서 1시간동안 수행하고, 레지스트 상에 Al을 약 200㎚ 두께로 진공 증착해서 반사판을 제작했다.
이러한 마스크 패턴을 이용하여 레지스트층을 노광해서 현상하고 포스트-베이킹을 실행함으로써, 단면 형상이 열에 의해 처져서 적어도 3개의 방향으로 향하는 경사면을 갖는 반사용 요철을 형성할 수 있다.
도 48은 다른 레지스트 패턴을 나타낸 도면이다. 도 48의 예에서, 화소 영역 내에 6각형이 아닌 복수의 정삼각형을 각 변이 평행하게 근접하도록 배치한다. 이 경우도, 레지스트층을 노광 및 현상하여 포스트-베이킹을 실행함으로써, 단면 형상이 열에 의해 처져서 경사면이 적어도 3개의 방향으로 향하는 반사용 요철을 형성할 수 있다. 본 실시예는 다른 다각형 형상이더라도 마찬가지로 고밀도의 경사면을 갖는 반사용 요철을 형성할 수 있다.
도 45, 도 47 및 도 48의 패턴을 이용하는 반사용 요철의 형성 공정은 도 28에 나타낸 공정과 동일하다. 레지스트 층의 노광 공정의 마스크(64)에 도 45, 도 47 및 도 48의 패턴이 이용된다. 이로서, 패턴끼리 합체하지 않고 고밀도의 경사면 분포를 형성할 수 있어서, 반사판의 반사율을 높일 수 있다.
[게스트-호스트 액정층의 실시예]
본 실시예의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성은 도 2와 동일하다. 그러나, 본 실시예에서는 액정에 2색성 색소를 혼입한 게스트-호스트 액정층을 이용한다.
[하프 노광에 의한 요철의 형성]
본 실시예의 요지는, 반사층 표면의 요철 형상을 제어하기 위하여, 반사층의 전면에 광흡수성이 방위에 의존하는 광흡수층을 형성함으로써, 평행광을 입사시켰을 때의 입사면 내에서의 반사광 산란 폭이 입사광의 방위에 의존하도록 반사층을 구성하고, 상기 반사광 산란 폭이 최대인 때의방위와 상기 광흡수층의 광흡수가 최대 또는 최소로 되는 방위가 대략 일치하도록 조절함으로써, 반사층 표면의 요철 형상을 제어하는 점에 있다.
[구체적 구성]
[제작예 1]
도 83에 나타낸 바와 같이, (a) 원형 패턴, (b) 타원 패턴, (c) 사다리꼴 패턴, (d) 고치형(cocoon-shaped) 패턴, 및 (e) 주름 패턴으로 이루어진 확산 반사판을 제작했다.
원, 타원, 사다리꼴형 및 고치형 패턴은 다음과 같이 제작했다. 0. 7㎜ 두께의 유리 기판 상에 레지스트 AFP 750(시플리사 제품)을 3㎛ 두께로 코팅하고, 원, 타원, 사다리꼴형 또는 고치형 패턴이 랜덤하게 배치된 마스크 패턴을 이용하여, 80mJ/cm2의 노광 에너지로 하프 노광한다. 이 하프 노광 및 현상 후에 135℃에서 40분간 베이킹을 수행함으로써, 각 패턴을 열로 완만하게 하여 경사를 제어했다. 그 후, 200℃에서 1시간동안 베이킹을 수행하여 레지스트를 완전하게 경화시키고, 레지스트에 Al을 약 200㎚ 두께로 진공 증착해서 반사판을 제작했다.
마이크로 홈의 주름 패턴에 대하여 0.7㎜ 두께의 유리 기판에 레지스트 AFP 750을 3㎛ 두께로 코팅하고, 3900mJ/cm2의 노광 에너지를 갖는 UV를 조사했다. UV 조사 후, 135℃에서 90분간 베이킹을 수행하여 레지스트 표면에 미세한 주름을 발생시켰다. 그 후, 최종 베이킹을 200℃에서 1시간동안 수행하고, 레지스트 상에 Al을 약 200㎚ 두께로 진공 증착해서 반사판을 제작했다.
주름 패턴을 특정 방향으로 많이 발생시키기 위해, 유리 기판 상에 장방형의 ITO(Indium Tin Oxide)로 된 투명 전극을 형성했다.
이러한 패턴을 이용함으로써, ITO의 장방형 변과 평행한 방향(방위 0∼180˚ 및 90∼270˚방향)으로 주름이 많이 발생한다.
이들 반사판에 평행광을 입사시켜 입사각을 변화시켜서, 0˚방향의 반사 특성을 측정했다.
도 84는 반사 특성의 측정 결과를 나타낸다. 이것은 입사광의 극각(polar angle)(횡축의 입사각)과 방위각을 변화시켰을 때의 반사율을 세로축에 나타낸 것이다.
도 84에 나타낸 바와 같이, 원 패턴의 경우 반사 특성이 방위(장방형으로 도시됨)에 의존하지 않지만, 타원, 사다리꼴형, 고치형 및 주름 패턴의 경우 방위에 따라 반사 특성이 크게 변화한다. 즉, 타원, 사다리꼴형 및 고치형 패턴의 경우 장축 방향보다도 단축 방향의 산란 폭이 커지고, 주름 패턴의 경우 ITO의 장방형의 변과 평행한 방향의 산란 폭이 그 이외의 방향보다 커진다. 따라서, 액정 표시 패널의 사용 용도에 따라 최적의 패턴을 선택하는 것이 바람직하다.
[제작예 2]
n형 액정 MJ 95785(머크사 제품)에 2색성 색소 MA 981103(미츠비시 케미컬사 제품)을 혼입하고, 콘트라스트 5를 얻기 위해서 색소 농도를 변화시켜서, 액정층의 트위스트각과 반사율간의 관계를 조사하였다.
도 85는 이 결과를 나타낸다.
도 85에 나타낸 바와 같이, 셀 두께가 얇아질수록 밝은 반사율이 얻어지고, 180˚트위스트 또는 330˚트위스트로 최대의 반사율이 얻어진다. 그러나, 330˚트위스트를 실현하면 전압 반사율 특성이 히스테리시스를 갖기 때문에, 일반적으로는 트위스트각을 240˚ 이하로 해야만 한다. 그래서, 게스트-호스트 액정을 셀 두께를 3㎛로 하고, 상하 기판의 방위 0˚방향으로 병렬 러빙 처리를 수행함으로써 180˚트위스트 구조로 한 경우의 반사형 게스트-호스트 액정의 밝은 상태와 어두운 상태의 시각 특성을 조사했다.
도 86은 그 결과를 나타낸다.
밝은 상태에서는 방위 0˚방향과 방위 90˚방향 사이에서 반사 특성이 변화하지 않기 때문에, 반사 특성이 방위에 의존하지 않지만, 어두운 상태에서는 방위 0˚방향과 방위 90˚방향 사이에서 특성이 크게 다르다. 즉, 어두운 상태에서는 광흡수 특성이 방위에 의존하여, 방위 90˚보다 방위 0˚쪽이 큰 입사각에서의 흡수가 크게 되어 있다.
예를 들면, 제작예 1에서 제작한 타원 패턴에서는 반사 특성이 방위각에 의존한다.
도 87에 나타낸 바와 같이, 180˚트위스트시킨 게스트-호스트 액정을 고려한다. 입사각 θ, 방위각 φ로 입사하는 광강도를 I0(θ, φ), 입사각θ, 방위각φ로 입사하는 광의 게스트-호스트층 투과율을 T(θ, φ), 입사각θ, 방위각φ의 광이 0˚방향으로 반사할 때의 반사판의 반사율을 R(θ, φ)로 한다. 반사형 게스트-호스트에 입사각 θ, 방위각φ로 입사하는 광이 0˚방향으로 반사될 때의 광강도 I(θ, φ)는 다음의 수학식으로 표시된다.
I(θ,φ) = I0(θ,φ)·T(θ,φ)·R(θ,φ)·T(θ=0˚,φ=0˚) ....(11)
반사형 액정 표시 장치를 사용하는 환경은 여러 가지 방향으로부터 광이 입사하기 때문에, 입사각 θ로 입사하는 광이 실제로 전체 방위로부터 입사하는 것을 가정할 필요가 있다.
입사각 θ의 광이 전체 방위로부터 입사하는 경우, 전체 방위에 걸쳐 식 1을 적분하면 좋지만, 근사적으로는 방위 φ와 이것과 직교하는 방위 φ+90˚의 평균값으로 나타낼 수 있다(값을 더 정확하게 구하기 위해서는 방위의 수를 늘려 이 값을 평균화하면 좋다).
예를 들면, 타원의 경우, 방위 0˚와 180˚, 90˚와 270˚는 거의 동일하기 때문에, 식 12에 나타낸 바와 같이 방위 0˚방향과 방위 90˚방향의 합으로 전체 방위로부터의 광을 근사화시킬 수 있다.
I(θ,φ)≒(1/2)I0(θ,φ=0˚)·T(θ=0˚,φ=0˚)·[T(θ=0˚,φ=0˚)·R(θ,φ=0˚)+T(θ,φ=90˚)·R(θ,φ=90˚)] ...(12)
그래서, 타원 패턴의 확산 반사판과 게스트-호스트 액정을 조합한 경우에 대해서, 식 12에 기초하여 반사율을 예측했다. 타원의 장축과 러빙 방향을 동일하게 한 경우(케이스 1), 타원의 단축과 러빙 방향을 동일하게 한 경우(케이스 2), 및 원형 반사판을 이용한 경우(케이스 3)에 대해서, 식 12로부터 반사율을 계산한 결과를 표 4에 나타낸다. 표 4에 나타낸 바와 같이, 타원 패턴 쪽이 원형 패턴보다 콘트라스트가 높아지고, 특히 케이스 2의 조건 하에서는 콘트라스트가 대폭적으로 증가한다.
반사율 평가 결과
밝은 상태 어두운 상태 콘트라스트
θ=30° 45° 60° θ=30° 45° 60 θ=30° 45° 60
케이스 1 74.7% 32.9% 3.6% 16.2% 5.9% 0.9% 4.6 5.6 4.0
케이스 2 74.7% 32.9% 3.6% 16.1% 5.3% 0.2% 4.6 6.2 18.0
케이스 3 75.2% 32.9% 3.5% 16.4% 8.4% 1.3% 4.6 4.3 2.7

즉, 도 87에 나타낸 바와 같이, 타원의 단축과 러빙 방향을 동일하게 함으로써 대폭적인 콘트라스트 증가를 얻을 수 있다.
각 케이스 1∼3의 경우에 대해서 실제로 셀을 제작하였다. 액정 MJ 95785에 2색성 색소 MA 981103을 4.3wt%로 혼합하고, 비틀림 피치가 8㎛로 되도록 카이럴 재료 CB-15(머크사 제품)의 혼입량을 조절했다. 이 게스트-호스트 액정을 4㎛ 직경의 스페이서를 이용하여 셀에 봉입함으로써 셀을 실현했다.
반사형 액정 표시 장치를 사용하는 환경을 고려해서 적분 구를 사용하여 반사 특성 및 콘트라스트를 측정했다. 표 5는 이 결과를 나타낸다. 표 5에 나타낸 바와 같이, 케이스 2에서와 같이 실제 셀을 구성함으로써, 종래 행하여진 케이스 3의 경우보다 콘트라스트가 높아지는 것을 확인할 수 있었다.
적분 구 측정 결과
반사율 콘트라스트
케이스 1 44.2% 5.3
케이스 2 44.2% 6.2
케이스 3 45.2% 5.1
확산 반사판의 요철 패턴으로서 사다리꼴형, 고치형 및 주름 패턴을 이용한 경우도 마찬가지의 결과가 얻어지고, 게스트-호스트 액정의 축과 반사판의 방위를 양호하게 조합함으로써 높은 콘트라스트 특성을 얻을 수 있었다.
[제작예 3]
도 88은 편광판 G 1220 DU(니토 덴코사 제품)의 입사 광 각도 특성을 측정한 결과를 나타낸다. 방위 0˚는 편광판의 흡수축 방향으로 하고, 방위 90˚는 투과축의 방향으로 한다.
도 88에 나타낸 바와 같이, 투과축 방향(방위 90˚)은 넓은 각도 범위에서 흡수축 방향(방위 0˚)보다 높은 투과율을 갖는다. 그래서, 상기 편광판을 타원 패턴과 광학적으로 접촉시키고, 적분 구를 이용해서 반사율을 측정했다.
표 6은 그 측정 결과를 나타낸다. 타원 패턴의 장축 방향과 편광판의 흡수축 방향을 일치시킨 경우를 케이스 1, 타원 패턴의 단축 방향과 편광판 투과축 방향을 일치시킨 경우를 케이스 2로 하였다. 표 6에 나타낸 바와 같이, 케이스 1 쪽이 케이스 2보다 높은 반사율을 실현할 수 있음을 확인할 수 있었다.
편광판 G 1120 DU와 타원형 반사판을 조합한 경우의 반사 특성(적분 구)
반사율
케이스 1 38.2%
케이스 2 36.5%

따라서, 도 89에 나타낸 바와 같이, 확산 반사판(401) 상에 액정층(402) (FT-5045LE(칫소(Chisso)사 제품)), λ/4판(403), λ/2판(404) 및 편광판(405)(G 1220 DU)을 적층해서, 1매 편광판 방식의 반사형 액정 표시 장치를 제작하였다. 표 7은 적분 구를 이용해서 측정한 반사율 및 콘트라스트 특성을 나타낸다.
1매의 편광판 방식의 반사율 및 콘트라스트(적분 구)
반사율 콘트라스트
케이스 1 35.3% 17.5
케이스 2 34.1% 17.1
케이스 3 35.1% 17.2

여기서는, 타원 패턴의 장축 방향과 편광판 흡수축 방향을 일치시킨 경우를 케이스 1, 타원 패턴의 단축 방향과 편광판 투과축 방향을 일치시킨 경우를 케이스 2, 원형 패턴 확산 반사판을 이용한 경우를 케이스 3으로 하였다. 표 7에 나타낸 바와 같이, 종래예에 대응하는 케이스 3에 비해서 케이스 1에서 반사율이 약간 증가한다. 즉, 편광판을 이용한 방식에 있어서도 편광판의 축과 반사판의 방위를 양호하게 조합함으로써 반사율을 개선한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 안정하게 높은 반사 특성을 실현할 수 있는 반사 전극을 형성하고, 명도가 높은 표시를 가능하게 한 신뢰성이 높은 게스트-호스트 방식 및 1매 편광판 방식의 반사형 액정 표시 장치를 실현할 수 있다.
[프런트 라이트 구조]
반사형 액정 표시 장치는 백 라이트를 배치하지 않고 외부 광을 반사시켜서 표시면을 밝게 한다. 따라서, 소비 전력이 적고, 휴대용 정보 단말, 휴대 전화 등 의 표시 패널로서 유용하다. 그러나, 외부 광을 이용하기 때문에, 밝은 장소에서의 사용에만 한정되었다. 그래서, 어두운 곳에서 사용할 때에만 점등시키는 프런트 라이트를 갖는 액정 표시 장치가 제안되어 왔다.
도 49는 종래 제안된 프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 패널의 구성도이다. 도 49에 나타낸 바와 같이, 반사형 액정 표시 패널(73)의 표시 측에 프런트 라이트(70)가 설치된다. 반사형 액정 표시 패널(73)에는 반사판 구조를 갖는 배면측 기판(73B)과 표시측 기판(73A) 사이에 도시하지 않은 액정층이 삽입된다. 그리고, 표시측 기판(73A) 상에는 프런트 라이트(70)가 설치되고, 이 프런트 라이트(70)는 광원(71)과, 이 광원으로부터의 광을 표시면 전체 면으로 안내하고, 표면에 형성된 산란층 또는 프리즘층을 이용하여 표시 패널(73)측으로 광을 산란시키는 투명 기판(72)을 갖는다. 투명 기판(72)의 표면에 형성된 산란층 또는 프리즘층과 공기층 사이의 굴절률의 차이에 따라 광원(71)의 광이 산란되고, 그 산란된 광의 일부가 표시 패널(73)측으로 산란된다.
그러나, 도 49와 같이 구성된 반사형 액정 표시 장치의 경우, 투명 기판(72)의 표면에 산란층 또는 프리즘층이 형성되어 있고, 관찰자는 이 산란층이나 프리즘층을 거쳐서 표시 패널(73)의 문자나 화상을 보게 된다. 따라서, 산란층이나 프리즘층에 의해 문자나 화상이 변형(왜곡)되거나 희미해지거나 하여, 화질의 저하를 초래하게 된다.
그래서, 본 실시예에서는 광원이 점등했을 때만 광을 안내하는 투명 기판에 산란성을 부여하고, 광원이 점등하지 않았을 때에는 투명 기판의 산란성이 없어지 도록 하는 프런트 라이트 구조를 갖는다. 이러한 구성을 이용함으로써, 외부 광을 이용하는 통상의 사용시에는 프런트 라이트 구조가 산란 기능을 갖지 않기 때문에, 관찰되는 표시 패널의 문자나 화상의 변형, 희미해짐이 없어진다. 한편, 어두운 장소에서 사용할 때 등의 한정된 경우에는 프런트 라이트 구조가 산란 특성을 통해 광원으로부터의 광을 인가함으로써, 문자나 화상에 약간의 변형이나 희미해짐이 발생하더라도 표시 패널을 밝게 하여 표시 패널로서의 최저한의 기능을 확보할 수 있다.
도 50은 프런트 라이트의 제 1 예를 나타낸 도면이다. 도 50에 나타낸 프런트 라이트(70)는, 예를 들면 아크릴로 이루어진 투명 기판의 표면을 샌드 블레스트 가공하여 표면에 산란층(75)을 형성한 투명 기판(74)과, 아크릴재 투명 기판(76)과, 이들 기판 사이에 충전되는 실리콘 오일 등의 유동체(77)와, 유동체 펌프(78) 및 유동체 탱크(79)를 갖는다. 프런트 라이트(70)는 냉음극 형광관으로 이루어진 선형 광원(71)을 더 포함한다. 기판(74, 76) 사이에는 유동체 탱크(79)에 수납되어 있는 유동체가 유동체 펌프(78)에 의해 충전되거나 빼내지거나 한다. 이 유동체(77)의 굴절률은 투명 기판(74, 76)과 대략 동일한 n=1.5이다.
도 50a에 나타낸 바와 같이, 밝은 장소에서 반사형 액정 표시 패널을 사용하는 경우에는 광원(71)이 오프 상태에 있고, 투명 기판(74, 76)의 간극에 유동체(77)가 충전된다. 이로서, 산란층(75)은 유동체(77)와 굴절률에 차이가 없기 때문에, 관찰자 측에서는 보이지 않는다. 따라서, 밝은 장소에서 사용될 때에는 표시 패널(73)의 문자나 화상이 희미해지거나 변형되는 일이 없다.
한편, 도 50b에 나타낸 바와 같이, 어두운 장소에서 반사형 표시 패널을 사용하는 경우에는 광원이 온 상태로 되고, 유동체(77)는 양 투명 기판(74, 76)의 간극으로부터 유동체 펌프(78)에 의해 빼내어지고, 기판의 간극에는 공기층이 충전되어 있다. 따라서, 산란층(75)에서는 투명 기판 재료로 된 아크릴(굴절률 약 1.5)과 공기(굴절률 1.0) 사이에 굴절률 차가 발생하여, 산란층 본래의 기능이 나타난다. 그래서, 투명 기판(74, 76)의 단부에 있는 광원(71)으로부터 내부 반사를 반복해서 도광되어 온 광은 상기 산란층(75)에 의해 산란되어 반사형 액정 표시 패널(73)을 조명한다. 그 결과, 어두운 장소라고 하더라도 밝은 표시 패널을 실현할 수 있다.
관찰자측에서 이 프런트 라이트(70)를 바라보면 투명 기판(74)의 산란층(75)이 보이고, 반사형 액정 표시 패널(73)의 표시는 변형된다. 그러나, 이러한 변형은 종래의 프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 패널과 동등하다.
상술한 바와 같이, 밝은 장소에서 사용될 때에는 프런트 라이트가 없는 반사형 표시 패널과 동일한 표시가 얻어지고, 또 어두운 장소에서 사용될 때에는 광원으로부터의 광을 반사형 액정 표시 패널의 조명에 사용할 수 있어, 밝은 표시를 실현할 수 있다.
도 51은 본 실시예에 따른 프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 패널의 제 2 예를 나타낸 도면이다. 본 예에서는 유리로 이루어진 2매의 투명 기판(74, 76)의 표면에 인듐 산화물을 주성분으로 하는 투명 전극(ITO)(81)을 형성하고, 투명 기판의 간극에 전계에 따라 상태가 변화하는 액정층(80)을 배치한다. 스위치 SW에 의하여 투명 전극(81)간에 전압 V1이 인가되거나 인가되지 않는다. 통상, 이러한 액정층(80)은 투명 전극간에 전압 V1을 인가한 경우에 투명 상태로 되고, 투명 전극간의 전압을 0으로 한 경우에 산란 상태로 된다. 따라서, 밝은 장소에서는 스위치 SW를 온으로 하여 액정층(80)을 투명하게 하고, 어두운 장소에서는 스위치 SW를 오프로 하여 액정층(80)을 산란 상태로 한다.
산란 상태와 투과 상태를 전환할 수 있는 액정 재료로서는, (1) 동적 산란 효과를 이용한 액정, (2) 콜레스테릭 상과 네마틱 상 사이의 상전이 효과를 이용한 액정, (3) 폴리머 분산형 액정 및 이들중 어느 하나의 액정을 이용할 수 있다.
도 51에서의 예의 경우, 도 50의 예에 비해서 산란층을 부착한 투명 기판, 펌프 및 탱크가 불필요하여, 유동체를 충전하거나 빼내는 시간이 절약된다. 또한, 폴리머 분산형 액정의 경우에는, 폴리머 내의 구형 액정체의 굴절률 이방성의 정도를 인가 전압에 의해 조정할 수 있다. 따라서, 인가 전압을 조정함으로써 액정층(80)의 산란도를 조정할 수 있고, 광원(71)으로부터의 광에 대한 산란도를 증가시켜 밝게 할지, 또는 광의 산란도를 감소시켜 표시 화면의 변형을 억제할지를 관찰자의 기호에 따라 조정시킬 수 있다.
도 51의 예에서도 광원(71)이 턴 온되고 액정층(80)이 산란성을 갖고 있을 때에는, 반사형 액정 표시 패널의 표시가 마치 젖빛(불투명) 유리(frosted glass)를 통과한 것처럼 보이지만, 이것은 종래의 프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 패널과 동등하다. 그리고, 광원(71)이 오프인 밝은 상태에 있는 경우, 액정층(80)이 투명하게 되어, 표시가 희미해지거나 변형되는 일은 없다. 즉, 본 예는 프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 패널이지만, 프런트 라이트 미점등 시에는 프런트 라이트를 갖지 않는 반사형 액정 표시 패널과 동등한 표시 품질을 가능하게 하고, 프런트 라이트 점등 시에는 통상의 프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 패널과 동등한 표시 품질을 가능하게 한다.
도 52는 프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 패널의 제 3 예를 나타낸 도면이다. 본 예에서는, 유리 등의 투명 기판(74, 76)의 내면에 투명 전극(81)을 형성하고, 또한 투명 기판(74)의 내측에 프리즘 형상의 미세한 요철을 갖는 프리즘층(82)을 형성한다. 그리고, 투명 기판(74, 76) 내에 굴절률 이방성을 갖는 액정층(80)을 봉입한다. 굴절률 이방성을 갖는 액정 분자는 전계에 의해서 분자의 배향 방향이 변화하고, 굴절률 이방성의 방향이 변화된다. 여기서, 굴절률 이방성을 갖는 액정층(80)의 한쪽의 굴절률에 프리즘층(82)의 굴절률을 일치시킨다.
도 52a에 나타낸 바와 같이, 밝은 장소에서 표시 패널을 사용하는 경우에는, 액정층(80)에 전압을 인가하거나 또는 전압을 인가하지 않는 것으로 하여, 표시측에서 반사형 표시 패널(73)로 향하는 방향에서 프리즘층(82)의 굴절률과 액정층(80)의 굴절률을 일치시킨다. 이 상태에서는, 표시측에서 반사형 표시 패널(73)로 향하는 방향에서 프리즘층(82)의 굴절률과 액정층(80)의 굴절률이 일치함으로써, 프리즘층(82)에 의해 발생된 산란 상태가 없어져서, 프런트 라이트 구조는 투명하게 된다. 그 결과, 프런트 라이트가 없는 반사형 액정 표시 패널과 동일한 상태가 되어, 표시 화면이 희미해지거나 변형되는 일이 없어진다.
한편, 도 52b에 나타낸 바와 같이, 어두운 장소에서 사용하기 위해서는, 액 정층(80)에 전압 무인가 상태 또는 인가 상태로 하여, 표시측에서 반사형 표시 패널(73)로 향하는 방향에서 프리즘층(82)의 굴절률과 액정층(80)의 굴절률을 다르게 한다. 이 때문에, 프리즘층(82)과 액정층(80)의 계면에서 굴절률차가 발생하여 광원(71)으로부터의 광이 굴절된다. 이 굴절광은 반사형 액정 표시 패널(73)의 조명광으로 되어 밝은 표시를 실현할 수 있다.
본 예에서는, 투명 기판(74)의 표면에 프리즘 형상을 형성하고 있지만, 샌드 블래스트 공정에 의해 투명 기판(74)의 표면에 산란층을 형성해도 마찬가지의 효과를 기대할 수 있다.
본 구조를 적용함으로써, 상기 예 2와 같은 효과를 얻을 수 있고, 또한 액정층(80)의 성질로 인한 투과 상태와 산란 상태의 전환 속도를 한층 더 높일 수 있다. 또한, 상기 예 2의 폴리머 분산형 액정과 비교하면, 액정층(80)에 직접 전압을 인가할 수 있으므로, 폴리머 분산형 액정을 이용하는 것보다 액정층(80)에 인가되는 전압을 더 낮게 할 수 있다. 그리고, 액정층(80)으로 전압을 인가하지 않은 상태에서, 액정층의 굴절률을 프리즘층(82)의 굴절률과 일치시킴으로써, 밝은 장소에서의 사용 시에는 광원(71)과 투명 전극(81)으로 전압을 인가할 필요가 없어져서, 한층 더 저 전력화를 도모할 수 있다.
도 53은 프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 패널의 제 4 예를 나타낸 도면이다. 본 예에서는, 프런트 라이트(70)의 도광판인 투명 기판(74)에 형성된 투명 전극(81A)을 스트립 형상으로 분할하여, 각 스트립에 대하여 전압 인가(81A-1), 전압 무인가(81A-2)를 선택할 수 있다. 그리고, 투명 기판(74, 76) 사이에 전 압의 인가 여부에 따라 상태가 변화하는 액정층이 충전된다. 도 53a는 단면 구조를 나타내며, 도 53b은 분할된 투명 전극(81A)의 평면 구조를 나타낸다.
이 구조를 이용하면, 전압을 인가하는 투명 전극(81A)의 개수를 변경함으로써, 산란 상태로 되는 액정층의 면적을 적절히 변경할 수 있어서, 조명 광량을 어느 정도 조정할 수 있다. 따라서, 본 구성에서는 산란도의 조정이 불가능한 산란형 액정, 동적 산란 효과를 이용한 액정, 콜레스테릭 상과 네머틱 상 사이의 상 전이 효과를 이용한 액정 등을 액정층(80)에 이용하더라도 전압을 인가하는 투명 전극을 선택함으로써 그 산란도를 조정할 수 있다.
프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 패널은 프런트 라이트의 액정층에 의한 산란도가 크면, 광원(71)으로부터의 광을 매우 양호하게 산란하고, 반사형 액정 표시 패널(73)을 매우 양호하게 조명할 수 있기 때문에, 반사형 액정 표시 패널의 휘도를 증가시킬 수 있다. 그러나, 관찰자와 반사형 액정 표시 패널 사이에 산란층이 존재하기 때문에, 표시 화상이 흐려져(뿌옇게 보여) 해상도가 저하해 보인다. 따라서, 산란도의 조정이 가능하면, 이것을 관찰자가 조정해서 관찰자에게 최적인 표시 품질로 할 수 있다.
도 54는 프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 패널의 제 5 예를 나타낸 도면이다. 본 예의 프런트 라이트(70)에서는 도 52로 나타낸 제 2 예와 마찬가지로 투명 기판(74, 76)의 내측에 투명 전극(81)이 형성되고, 이들 사이에 액정층(80)이 충전되어 있다. 이 액정층(80)은 폴리머 분산형 액정으로서 폴리머에 굴절률 이방성 수지가 이용되고, 액정 입자(90)의 정상 광굴절률과 이상 광굴절 률이 투명 전극간에 전압이 인가되지 않는 상태에서 폴리머의 2방향의 굴절률과 일치하도록 구성되어 있다.
폴리머 분산형 액정의 상세가 도 54의 우측에 도시된다. 폴리머 분산형 액정 A의 경우 굴절률 이방성이 없는 폴리머 내에 굴절률 이방성을 갖는 액정 입자(90)가 분산되어 있으며, 폴리머 분산형 액정 B의 경우 굴절률 이방성이 있는 폴리머 내에 굴절률 이방성을 갖는 액정 입자(90)가 분산되어 있다.
결정 입자(90)에서는 투명 전극간에 전압을 인가하지 않은 상태에서 프런트 라이트(70)의 두께 방향으로 분자가 배열되어, 프런트 라이트의 두께 방향의 굴절률이 폴리머(92)와 투명 기판(74, 76)과 일치하고, 투명 전극간에 전압을 인가한 상태에서 상기 굴절률이 불일치로 된다고 가정한다.
이 경우, 폴리머 분산형 액정 A에서는 액정 입자(90)의 수직 방향의 굴절률이 폴리머(92)와 투명 기판(74, 76)과 일치하고, 수직 방향의 광선은 굴절률차가 없으므로, 굴절 및 산란이 발생하지 않는다. 그러나, 폴리머(92)와 액정 입자(90) 사이에는 수평 방향의 굴절률에 차가 있기 때문에, 수평의 광뿐만 아니라 비스듬한 광에서도, 즉 광선의 수평 방향 벡터 성분에 대해서 굴절이 생긴다. 따라서, 비스듬하게 상기 반사형 액정 표시 패널(73)을 본 경우, 이 굴절로 인해 프런트 패널(70)이 흐리게 보인다.
한편, 폴리머 분산형 액정 B를 투명 기판(74, 76) 사이에 충전하면, 투명 전극간에 전압을 인가하지 않는 상태에서 프런트 라이트의 두께 방향으로 액정 분자가 배열되어, 액정 입자(90)의 굴절률 이방성의 방향과 폴리머(92)의 굴절률 이방 성의 방향이 일치한다. 따라서, 이 상태에서는 액정 입자(90)와 폴리머(92)간의 굴절률차가 어느 방향으로부터도 전혀 발생하지 않아, 프런트 라이트는 모든 방향에서 투명하게 된다. 따라서, 폴리머 분산형 액정 A를 이용하는 경우에 비해서, 패널이 도 54a의 밝은 곳에서 사용될 때 비스듬한 방향에서 보여지는 화상의 변형 및 흐려짐을 방지할 수 있다.
어두운 장소에서 사용하는 경우, 도 54b와 같이 투명 전극간에 전압을 인가하면, 액정 입자(90)의 굴절률 이방성의 방향이 폴리머(92)의 굴절률 이방성의 방향과 불일치 상태로 된다. 이것은 폴리머(92)의 이방성 방향이 전계에 의해 변화하지 않기 때문이다. 따라서, 프런트 라이트(70)는 산란 상태로 되고, 광원(71)으로부터의 광이 반사형 액정 표시 패널(73)측으로 산란되어, 액정 표시면을 밝게 한다. 그러나, 액정층(80)이 엷은 황색(크림색)으로 되어, 표시 화면에 흐려짐이나 변형이 발생한다.
이 경우, 투명 전극간에 인가되는 전압을 조정함으로써, 액정 입자(90)의 굴절률 이방성의 방향을 조정할 수 있다. 즉, 인가 전압을 증가시키면, 액정층에서의 산란도가 커지고, 반사형 액정 표시 패널(73)로의 입사광이 많아져서 화면이 밝아지지만, 화면이 지나치게 백색으로 되어 거의 보기 어렵게 된다. 한편, 인가 전압을 감소시키면, 액정층에서의 산란도가 작아져 화면이 어두워지지만, 화면의 투명도가 증가하게 된다. 그래서, 이 인가 전압을 조정함으로써, 화면의 휘도의 정도와 콘트라스트의 정도를 관찰자의 기호에 따라 설정할 수 있다.
도 55는 프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 패널의 제 6 예를 나타낸 도면이다. 도 50∼도 54의 종전의 예에서는 광원(71)으로부터의 광을 2매의 투명 기판 내로 도광시키고 있다. 이에 반해, 도 55의 예에서는 2매의 투명 기판 중, 표시면측의 기판(74)의 측면에 광원(71)을 배치하고, 그 표시면측 기판(74) 내에 주로 광을 도광시킨다. 이 기판(74)의 반사형 액정 표시 패널(73) 측면에 배치한 프리즘 형상의 요철(82)에 의해 광을 산란시켜서, 반사형 액정 표시 패널(73)을 조명한다. 투명 기판(74, 76)에는 도시하지 않은 투명 전극이 형성되고, 이 기판 사이에는 액정층(80)이 충전되어 있다.
도 50∼도 54에 나타낸 바와 같이, 상하 2매의 투명 기판(74, 76)에 광을 도광시킨 경우, 프리즘 형상의 요철(82)에는 상하의 투명 기판으로부터 도광되는 광이 맞닿는다. 이 경우, 위쪽의 투명 기판(74)으로부터의 광은 굴절 산란되어 아래쪽으로 투과되고, 아래쪽의 투명 기판(76)으로부터의 광은 반사 산란되어 역시 아래쪽으로 반사되는 것이 바람직하다. 그러나, 실제로 광은 굴절 산란해서 투과하는 쪽이 반사 산란해서 아래쪽을 향하는 경우보다 많아서, 아래쪽의 기판으로부터의 광을 효율적으로 반사 산란시키는 것이 곤란하다.
이에 반해, 도 55의 구성의 경우, 프리즘층(82)이 광원으로부터의 광을 전달하는 투명 기판(74)의 표시 패널(73)측에 배치되어 있다. 따라서, 프리즘층(82)에 조사되는 광은 위쪽의 투명 기판(74)을 통해 전달된 광으로서, 프리즘층(82)을 통해 굴절 산란해서 더 많은 광이 반사형 액정 표시 패널(73) 측에 입사한다. 따라서, 프리즘 형상의 요철(82)을 굴절 산란 형상으로 하면 좋고, 형상의 간단화와 조명 효율의 향상을 도모할 수 있다.
산란성을 갖는 액정층(80)을 봉입한 경우에도, 그 액정층(80)에 대해서 위쪽으로부터 더 많은 광이 산란되어 아래쪽으로 통과하여, 반사 산란되는 광의 양은 적게 된다. 따라서, 상기한 구조쪽이 조명 효율을 더 높일 수 있다. 광원(71)으로부터의 광은 1매의 투명 기판(74)만을 도광하기 때문에 광원으로부터의 입사광량이 감소하지만, 투명 기판(74)의 두께를 두껍게 함으로써 광원(71)으로부터의 광의 입사량을 개선할 수 있다.
도 56은 프런트 라이트를 갖는 반사형 액정 표시 패널의 제 7 예를 나타낸 도면이다. 도 56의 구성은 도 55의 구성을 개량한 것이다. 즉, 도 56은 측면에 광원(71)을 배치한 투명 도광판(94)과, 2매의 투명 기판(74, 76)간에 산란성을 발현하는 요소를 봉입한 기판을 접착시킨 구조이다. 구체적으로는, 유리로 이루어진 투명 기판(74, 76) 사이에 프리즘층(82)을 형성하고, 전계에 따라 굴절률 상태가 변화하는 액정층(80)을 충전한 산란용 기판이 투명한 도광판(94)에 광학 접착부(96)에 의해 접착된다. 이 구조의 경우, 산란성을 발현하는 요소를 봉입한 2매의 투명 기판(74, 76)의 제조와, 광원을 갖는 도광판(94)의 제조를 분리할 수 있어서, 제조 공정 스텝이 서로 분리되어, 수율을 향상시키게 된다. 액정층(80)이 삽입되는 유리 기판(74, 76)은, 예를 들면 0.5∼0.7㎜로 박형으로 하고, 상기 광원(71)을 배치한 투명 도광판(94)의 판 두께를 두껍게 하여, 광원으로부터의 광의 입사 효율을 개선하게 된다.
이상, 본 실시예의 프런트 라이트 구조는 어두운 장소에서 광원을 점등해서 사용할 때만 광원으로부터의 조사광을 산란시켜 반사형 액정 표시 패널측에 입사시 키고, 광원을 점등하지 않는 통상 사용시에는 산란성이 없어진다. 따라서, 통상 사용시의 표시 화면의 문자나 화상의 흐려짐이나 변형을 없앨 수 있어, 콘트라스트를 향상시킬 수 있다. 또한, 어두운 장소에서도 밝은 표시 화면을 실현할 수 있다.
[프런트 라이트 구조를 갖는 반사형 액정 표시 장치의 변형예]
본 실시예에서는, 조명 장치로서 프런트 라이트 구조를 갖는 반사형 액정 표시 장치를 예시한다.
도 102는 종래의 프런트 라이트 구조를 갖는 반사형 액정 패널의 단면도이다. 내부에 반사막과 액정층을 갖는 액정 패널(505)의 표면에 편광판(504)이 형성되고, 그 프런트에 광원(501), 반사판(502) 및 도광판(503)으로 이루어진 프런트 라이트 구조가 적층된다. 편광판(504)과 도광판(503) 사이에는 공기층이 개재된다.
광원으로부터의 광은 어느 정도의 확산(spreading)을 갖는 입사 광선(507A)으로서 도광판(503) 내에 입사된다. 도광판(503)은 급경사면(503A)과 완만한 경사면(503B)이 조합된 프리즘이고, 입사 광선(507A)은 완만한 경사면(503B)이나 액정 패널측의 면(503C)을 전반사하면서 도광판(503) 내를 도광한다. 완만한 경사면(503B)에서 전반사된 상기 광선은 또한 급경사면(503A)에서 전반사되어 액정 패널(505)측으로 진행하고, 액정 패널 내의 반사면에서 반사되어 표시측으로 광선(507P)으로서 방사된다. 이 광선(507P)에 의해, 외부 광이 없는 어두운 곳에서도 반사형 액정 표시 패널을 사용할 수 있게 된다.
그러나, 실제로 도광판(503)과 공기층의 계면(503C)이나 편광판(504)과 공기층의 계면(504B)에서 반사가 발생하고, 액정 패널(505)을 통과하지 않는 광(507Q)이 표시측으로 누설되어 버린다. 또한, 도광판(503)의 급경사면(503A)에서 반사된 광도 계면(503C나 504B)에서 반사된다. 액정 패널(505) 내에서 반사된 광이 계면(503C나 504B)에서 재차 반사되어, 액정 패널(505) 내에서 반사되는 경우가 있는데, 그 광(507S)이 표시의 고스트 상의 원인으로 된다. 통상의 외부광도 액정 패널(505)을 통과하지 않고 계면(503C 나 504B)에서 반사되어 광(507V)으로서 표시측으로 누설되어 버린다.
이와 같이, 종래의 프런트 라이트 구조의 반사형 액정 표시 패널의 경우, 액정 패널을 통과하지 않고 표시에 기여하지 않는 반사광 성분이 많아서, 콘트라스트의 저하가 현저하였다.
따라서, 본 실시예의 제 1 특징은, 프런트 라이트의 도광판과 편광판 사이에 저비용으로 형성 가능한 저굴절률 재료를 배치하여, 도광성분을 남기면서 액정 패널 내로 입사하는 정규의 성분이 표시측에 반사되지 않도록 하는 점에 있다.
제 2 특징은, 터치 패널과 프런트 라이트의 도광판 사이에 저비용으로 형성 가능한 저굴절률 재료를 배치하여, 반사율을 충분히 억제하면서 도광이 투명 도전막에 입사하지 않도록 하는 점에 있다.
또한. 제 3 특징은, 도광판의 프리즘면 중 급경사면측에 저굴절률 층을 개입시켜 차광층을 형성함으로써, 도광판으로서의 기능을 손상시키지 않고 누설 광을 차단할 수 있도록 하는 점에 있다.
[구체적 구성예]
[제작예 1]
도 90은 제작예 1의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도이다. 본 예는 상기 제 1 특징을 갖는 것으로서, 도면 중 (501)은 냉음극관, (502)는 리플렉터, (503)은 도광판, (504)는 원형 편광판, (505)는 반사형 액정 패널, (506)은 저굴절률 층이다.
도광판(503)은 굴절률 n=1.49의 아크릴 수지를 프레스 성형해서 제작하였다. 도광판(503)의 표면은 평탄면으로부터 또는 평탄면과 평행한 면으로부터 제 1 각도로 상승하는 제 1 경사면(503B)과, 제 1 경사면(503B)과 인접해서 형성되고 제 1 각도보다 큰 제 2 각도로 하강하는 제 2 경사면(503A)으로 구성된다. 도 90에 나타낸 바와 같이, 입사면(503D)과 면(503C)(상기 평탄면에 상당함)은 서로 대략 수직이고, 면(503C)과 제 1 경사면(503B)은 2˚, 면(503C)과 제 2 경사면(503A)은 45˚의 각도를 갖는다. 또한, 면(503C)과 제 1 경사면(503B)은 평행(0˚)하게 해도 좋다.
원형 편광판(504)은 도광판(503)측으로부터 편광판과 λ/4 판(위상차 막)을 적층시켜 구성된다.
본 예에서는, 도광판(503)과 액정 패널의 편광판(504) 사이에 불소 수지 재료로 이루어진 저굴절률 층(506)을 형성하여, 도광판(503), 편광판(504) 및 액정 패널(505)을 공기층을 개재시키지 않고 일체로 형성된다. 이 불소 수지 재료로 이루어진 저굴절률 층(506)은, 예를 들면 아사히 유리사 제의 사이톱(sitop)을 사용 하며, 이 재료는 굴절률 n=1.34이다. 이 불소 수지 재료는 액상의 재료 탱크 내에 프레스 성형으로 형성한 아크릴 수지로 이루어진 도광판(503)을 담금으로써 저비용으로 간단하게 형성할 수 있다. 이것은 종래 제안되어 있던 스퍼터링법에 의해 AR코팅하는 제법에 비해서 훨씬 저비용화 할 수 있다.
냉음극관(501)으로부터 출사된 광은 리플렉터(502)를 개입시켜 도광판(503)의 입사면(503D)에 입사된다. 도광판 내로 입사된 광선(507A)은 면(503D)의 법선, 즉 면(503C)에 대해서 ±42˚의 광선으로서 도광판 내로 진행한다. 상기 광 중 완만한 경사면(503B)에 입사된 성분은 전반사되어, 급경사면(503A) 및 계면(503C)을 향하는 성분(507B, 507C)으로 된다. 광선(507B)은 급경사면(503A)에서도 전반사되어, 대략 수직으로 액정 패널(505)로 진행한다. 이 경우, 도광판(503)의 계면(503C)과 편광판(504)의 계면(504B) 사이에 저굴절률 층(n=1.34)이 형성되어 있으므로, 그들 계면에서의 반사광이 대폭으로 저감되어, 수직으로 향하는 광의 대부분의 성분이 액정 패널(505)로 입사하여 표시에 이용되는 광의 성분으로 된다. 따라서, 콘트라스트가 향상한다.
광선(507C) 중, 계면(503C)으로의 입사각이 64˚이상인 성분은 전반사되어, 재차 도광판 내로 진행한다. 광선(507A) 중 직접 계면(503C)으로 향하는 성분은 광선(507C)과 등가이므로, 입사각에 따라 도광하는 성분과 액정 패널(505)로 입사하는 성분으로 나뉘어진다. 따라서, 도광판(503)의 계면(503C)이 종래의 공기층(n=1) 대신에 저굴절률 층(506)(n=1.34)을 배치하더라도 도광판(503)의 도광 기능에 거의 영향을 미치지 않고, 도광판 내의 광이 액정 패널에 입사하지 않고 표 시측으로 누설되어 콘트라스트를 떨어뜨리는 것이 억제된다.
입사광에서 직접 계면(503C)을 향하는 성분 중, 계면(503C)으로의 입사각이 64˚이하인 광의 성분은 저굴절률 층(506) 및 원형 편광판(504)을 거쳐서 액정 패널(505)에 입사한다. 그러나, 이 성분은 그다지 많지 않다. 그리고, 이러한 성분은 액정 패널 및 편광판의 특성으로 인해 미광(迷光)으로 되어 표시에는 기여하지 않는다.
외부 조명광(507D)은 도광판(503)으로부터 입사해서 액정 패널(505)을 조명하지만, 도광판(503), 원형 편광판(504) 및 반사형 액정 패널(505)은 저굴절률 층(506)을 개입시켜 서로 밀착된다. 저굴절률 층(506)의 굴절률은 n=1.34이라서 공기층의 n=1보다 높기 때문에, 그 계면에서의 반사율을 저하시킬 수 있다. 따라서, 종래 구조에서 문제점으로 되었던 도광판 계면(503C)과 편광판 계면(504B)에 의한 반사를 대폭으로 저감할 수 있다. 따라서, 본 제작예에서 이용되는 액정 패널의 경우, 액정 패널만이 이용될 때는 콘트라스트 20, 종래 구조의 프런트 라이트가 이용될 때는 콘트라스트 5, 본 발명의 프런트 라이트가 이용될 때는 콘트라스트 12로 대폭적인 콘트라스트 향상이 얻어졌다.
[제작예 2]
도 91은 제작예 2의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도이다. 이 장치도 상술한 제 1 특징을 갖는 것으로서, 도 91에서 제작예 1과 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이며, 그 설명은 생략한다.
제작예 1에서는 모든 부재를 밀착시킴으로써 계면 반사를 제어하였지만, 본 제작예에서는 도광판부와 액정 패널쌍을 분리하고, 제작예 1과 동등한 효과를 얻을 수 있다.
도시한 바와 같이, 도광판(503)에는 저굴절률 층(506)을 개입시켜 원형 편광판(504)이 밀착해서 배치되어 있다. 이 부분에서의 도광 기능과 반사율 억제 기능은 제작예 1과 동일하다. 그러나, 계면(503A)에서 반사된 후 수직에 가까운 각도로 도광판에서 출사되는 광성분(507B) 및 외부로부터의 조명 성분(507D)은 원형 편광판 계면(504B)과 액정 패널 계면(505A)을 통과할 때, 사이의 공기층으로 인해 종래예와 같은 반사 성분을 가진다.
그러나, 본 제작예에서는 계면(507B, 507D)의 광은 모두 원형 편광판을 통과한 후에 계면(504B, 505A)에서 반사되어, 재차 원형 편광판(504)에 입사된다. 이 때, 상기 원형 편광판(504)으로 재입사된 입사광은 원형 편광판에 의해 흡수됨으로써, 표시측으로 반사광이 누설되는 일이 없어, 종래예와 같이 콘트라스트를 저하시키는 일은 없다.
또한, 본 제작예에서는 편광판과 λ/4 판(위상차 막)을 접합시킨 원형 편광판을 이용한다. λ/4 판(위상차 막)으로는 통상의 λ/4 판(위상차 막)과 λ/2 판(위상차 막)을 조합한 것이라도 좋다. 이 경우, 상기 조합은 λ/4 판(위상차 막)의 공차, 파장 의존성 및 입사각 의존성을 λ/2 판(위상차 막)에 의해 보상할 수 있기 때문에 더 효과적이다.
[제작예 3]
도 92는 제작예 3의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도이 다. 본 예는 상술한 제 2 특징을 갖는다.
본 예에서는, 투명 도전막(508)이 도광판(503)의 표면 전체에 형성되어 있다. 이 투명 도전막(508)에서 그 주변부에 전위 측정용 단자가 부착되어 있어서(미도시), 각 점에서의 전위 변화에 따라 좌표 입력을 실행하는 터치 패널로서 기능하게 된다. 이 터치 패널의 동작 및 원리에 대한 상세한 설명은 본 발명의 원리와는 관계가 없기 때문에 생략한다. 다른 부재들은 제작예 1과 거의 동일하고, 제작예 1과 동일한 참조부호를 붙였기 때문에, 그 설명은 생략한다.
터치 패널과 반사형 액정 표시 장치를 일체화할 때, 투명 도전막(508)에 의해서 도광판을 도광하는 광의 특정 대역의 광이 흡수되는 문제점이 있다. 즉, 투명 도전막(508)이 청색이나 적색의 광성분을 흡수해서, 표시면에는 녹색이 지배하게 된다. 그러나, 프런트 라이트의 도광판과 터치 패널은 모두 액정 패널 위(관찰자측)에 배치되어야 하고, 또한 표시 품위의 저하를 방지하기 위해서 광학적으로 독립된 구성을 취할 수 없었다.
본 발명자들은 표시광 및 외부 조명광의 반사를 제어하면서 도광판 내를 반사해나가는 광선이 투명 도전막 내부를 통과하지 않도록 하는 구조에 대해서 검토한 결과, 제작예 1, 2와 마찬가지로 도광판(503)과 투명 도전막(508) 사이에 저굴절률 층(506A)을 밀착해서 배치하는 것을 발명하였다. 이러한 구성을 이용함으로써, 도광 성분을 유지하면서 표시광 및 외부 조명광에 의한 반사를 억제할 수 있다. 본 제작예에서는, 도광판(503) 상에 불소 수지 코팅을 행하여 저굴절률 층(506A)을 형성하고, 그 후에 ITO 막을 증착에 의해 형성해서 투명 전극막(508)을 형성하고 있다. 이와 같이 제작한 도광판에서는 광원으로부터 도광판 내로 입사된 성분이 그의 일부가 저굴절율층(506A)을 통과해서 ITO층(508)에 도달한다. 그러나, 도광판(503)과 저굴절률 층(506A)간의 계면에서 대부분의 성분이 전반사된다. 따라서, 투명 전극인 ITO층(508)으로 누설되는 광성분은 작아지고, 종래 문제로 되었던 ITO층(508)에서의 청색이나 적색의 광성분의 흡수의 문제도 대폭적으로 개선되어, 프런트 라이트와 터치 패널의 일체화가 가능해진다.
그러나, 대형 표시 장치의 경우, 본 제작예의 구성에서도 ITO막에서의 청색이나 적색의 광성분의 흡수가 문제점으로 될 수 있었다. 이것은 상술한 바와 같이, 광원으로부터 입사된 광선 중 일부가 계면(503A)을 통과해서 ITO층(508)에 도달하기 때문이다. 따라서, 본 발명자들은 그 대책으로서 다음의 구성을 발명하였다. 그 일례를 도 93에 나타낸다.
도 93에 나타낸 바와 같이, 저굴절율층(506A)과 투명 전극층(508) 사이에 안료층(511)을 개재시킨다. 그 이외의 부분들은 도 92와 동일하다. 안료층(511)은 도시한 바와 같이 저굴절율층(506A)과 투명 도전막층(508) 사이에 밀착해서 배치되어 있다. 투명 전극층인 ITO층(508)은 B대역을 15%, R대역을 25% 흡수하기 때문에, 안료층(511)은 이것을 보상하기 위해 G대역을 25%, B대역을 5∼10% 흡수하도록 그 재료가 선택된다. 이로서, 안료층(511)과 ITO층(508)에 의해 RGB의 모든 대역 성분을 균등하게 흡수할 수 있다. 따라서, 표시면에서 녹색이 지배하는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 구성함으로써, 투명 도전막층에 도달하는 광선이 상기 투명 도전막의 흡수에 의해 색 밸런스가 깨지더라도 안료층(511)에 의해 보정될 수 있어서, 상기 깨진 밸런스가 안료층(511)에 의해서 보상되며, 표시 품질을 떨어뜨리지 않고 대형 터치 패널 일체형의 표시 장치를 실현할 수 있다.
또한, 이 터치 패널 일체형의 프런트 라이트는 제작예 1, 2와 마찬가지로 원형 편광판 및 액정 패널과의 일체화를 행함으로써 더 높은 표시 품질을 얻을 수 있다.
스페이서와 대향 ITO 기판을 추가하면 반사막 방식의 터치 패널도 가능하게 됨은 물론이다.
[제작예 4]
도 94는 제작예 4의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도이다. 이 예도 역시 상술한 제 2 특징을 갖는다. 그러나, 본 예는 제작예 3보다 간편하게 제작될 수 있다.
본 예에서, 도광판(503)의 표면측에 형성되는 투명 전극층과 저굴절율층은 미리 ITO층(508)을 증착시킨 투명 PET막(509)을 굴절율 n=1.3의 밀봉형 아교(glue)에 의해 도광판(503)의 표면에 접합시킴으로써 형성된다. 도 94에서, PET막(509) 상에 ITO층(508)이 증착되어 있고, PET막(509)의 ITO층(508)과 반대측에는 굴절율 1.3의 밀봉형 아교(이하, 저굴절율 아교라 함)가 전체 표면에 코팅되어 있다. 이 PET막을 도광판(503)의 표면측에 접합시키면, 계면(503B)이 상술한 바와 같이 거의 수평이기 때문에, PET막(509)과 계면(503B)은 저굴절율 아교(506A)를 개재해서 밀착된다.
계면(503A)은 급경사면으로서 급준하게 높이가 변화하고 있기 때문에, 계면(503B)처럼은 밀착하여 접착될 수 없으므로, 도광판(503)의 계면(503A)과 저굴절율 층(506A) 사이에 공극(공기층)이 삽입된다. 이 때문에, 도광판(503)의 아크릴 재료(n=1. 5)와 공기층(n=1)간의 계면(503A)에서는 PFET막이 저굴절율층(506A)과 밀착하는 경우에 비해서 더 많은 광이 반사되므로, 도광판(503) 내의 광을 더 효율좋게 액정 패널(505)측으로 배광(配光)할 수 있다.
ITO 층(508)을 평탄한 PET막(509) 상에 형성한 후에 PET막을 도광판(503)에 간단히 접착킴으로써, 도광판(503) 표면에 ITO 층(509)을 증착하는 방법에 비해서 공정이 간단하며, 공정 수율이 향상된다.
[제작예 5]
도 95a는 제작예 5의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도이다. 본 예는 상술한 제 3 특징에 관한 것이다. 도시한 바와 같이, PET막(509) 상에 저굴절률 층(506A)이 형성된 후, 차광층(510)이 형성되고, 이것이 도광판(503)의 표면에 접착되어 있다. 이외의 부분은 상술한 제작예와 동일하므로, 그 설명은 생략한다.
도 101에 나타낸 바와 같이, 도광판(503) 상의 계면(503A)에 저굴절률 층(506A)을 개입시켜 차광층(510)을 배치한 경우에는, 차광층(510)을 형성하기 위해서 비스듬한 노광에 의한 패터닝을 행할 필요가 있다. 이 제작법에서는, 정밀도 좋게 차광층(510)을 형성할 수 있으나, 제조에 걸리는 시간이 길어서 고비용을 초래하고 있었다. 따라서, 저비용으로 동등한 효과를 얻을 수 있는 방법으로서 본 제작예가 발명되었다.
본 제작예에서는, 저굴절률 층(506A)을 개입시켜 차광층(510)을 배치하는 수단으로서, 제작예 4에서와 마찬가지로 PET막을 접착시킨다.
도 95b는 PET막의 단면도를 나타낸다. PET막(509) 상에는 저굴절률 접착층(506A)과 차광층(510)이 순차로 형성되어 있다. 차광층(510)은 인쇄에 의해 형성된 흑색 잉크이다. 종래의 발명과는 달리, PET막(509)의 평면 상에 차광막(510)을 형성하기 때문에, 종래의 인쇄법이 사용될 수 있었다. 이 시트는 도광판(503) 상에 접착된다. 이 때, 차광층(510)이 계면(503A) 상에 위치하도록 위치 맞춤의 공정이 필요하게 되지만, 이 위치 맞춤을 종래의 비스듬한 노광 및 패터닝 공정에 비해서 매우 단시간에 간편한 설비로 실현할 수 있기 때문에, 저비용화를 도모할 수 있다.
도시한 바와 같이, 차광층(510)과 계면(503A)은 서로 밀착되지 않고, 이들 사이에는 공기층이 존재한다. 따라서, 계면(503A)에 입사된 광선은 종래의 프런트 라이트의 경우와 마찬가지로 전반사에 의해 액정 패널(505)측에 배광된다. 한편, 계면(503A)을 투과하는 누설 광 성분은 계면(503A)으로부터 출사된 후에 차광층(510)에 입사되어 흡수되기 때문에, 누설광이 관찰자측으로 출사하여 표시 품위를 저하시키는 문제점도 방지된다. 액정 패널(505)로부터 반사된 표시광도 또한 차광되지만, 경사면(503A)과 경사면(503B)은 그 크기가 30배 이상 다르기 때문에, 거의 문제점이 없다. 관찰자자 측에서 본 경우, 차광층(510) 자체는 매우 좁은 영역에만 존재하기 때문에 관찰자의 주의를 끌지 못하며, 차광층이 또한 흑색 휘도를 저감시키는 기능도 있기 때문에 콘트라스트가 향상될 수 있다.
또, 차광층(510)으로서 반사체, 흡수체 또는 반사층과 흡수층의 적층물을 이용할 수 있다. 차광층(510)으로서 반사체를 이용하면, 종래의 누설광을 표시 패널(505)을 향하게 하여 조명광으로서 재활용할 수 있어서 더 밝은 표시가 가능해진다. 도광판(503)의 표면측에 반사층, 관찰자측에 흡수층을 배치한 적층 구조의 경우, 도광판으로부터의 누설광은 액정 패널측에 반사되고, 외부로부터의 광은 흡수되므로, 밝은 표시와 높은 콘트라스트를 동시에 실현할 수 있어 매우 효과가 높다. 이 경우에도, 본 제작예의 방법에 의하면, 인쇄할 잉크를 변경하는 것만으로 상기 효과를 실현할 수 있다.
[제작예 6]
도 96은 제작예 6의 반사형 액정 표시 장치의 개략 구성을 나타낸 단면도이다. 본 예에서는 광원(501)과 도광판(503) 사이에 슬릿 형상의 산란층(512)을 개재 시켜서, 입사광의 각도를 계면(503C)과 더 평행하게 하고 있다. 그 이외의 부분은 이전의 제작예와 동일하므로, 그 설명은 생략한다. 상기 제작예 1에서는, 도광판 입사면(503D)으로부터 입사된 광선 중 일부의 성분이 도광되지 않고 편광판(504)측으로 출사된다. 상술한 바와 같이, 이들 성분은 표시 품질을 현저하게 떨어뜨리지 않지만, 미광으로서 불필요하기 때문에, 조명계로서 효율이 나쁘고, 특히 소비 전력을 저감할 필요가 있는 경우에는 문제가 있다. 따라서, 본 제작예에서는 도광판 내로 입사되는 광선을 슬릿 형상의 산란층(512)에 의해 계면(503C)과 평행하게 정형함으로써, 광의 효율 향상을 향상시킬 수 있다.
도시한 바와 같이, 슬릿 형상의 산란층(512)은 아크릴계 수지 내로 TiO2 미립자를 분산시킨 산란층(512A)과 투명한 아크릴 수지층(512B)을 교대로 적층시켜 이루어져서, 계면(503D)으로부터 입사된 광선을 도 96에서의 우측 방향으로 향하는 성분이 많은 광선으로 변환한다. 즉, 입사광은 산란층(512A)에서 산란되고, 계면(503C)과 평행한 성분만이 아크릴층(512B)을 통과한다.
이로서, 종래의 구성에서 도광판(503)의 계면(503C)에서 전반사되지 않고 투과되었던 성분을 전반사할 수 있는 성분으로 변환할 수 있어, 광원의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 97에 나타낸 바와 같이, 이러한 구성은 도광판(503)의 입사면(503D)과 밀착시키지 않고 슬릿 형상의 산란층(512)을 배치한 구조에서도 실현될 수 있다. 슬릿 형상의 산란층 대신에 도 98에 나타낸 산란 지향성 요소를 배치해도 좋다. 이 경우, 산란 지향성 요소가 공기 중에 배치되고, 지향성을 강화한 후에 도광판(503)의 입사면(503D) 내에 광이 입사되기 때문에, 상술한 지향성 요소의 부여는 더 작아질 수 있어서, 구조의 간단화가 가능해진다.
도 98은 상기 산란 지향성 요소의 단면예를 나타낸다. 이것은 아크릴 수지층(512B) 상에 TiO2 미립자(512A)를 인쇄해서 형성한다. 인쇄된 미립자층(512A)의 단면 구조는 도시한 바와 같이 완만한 볼록 형상으로 된다. 아크릴 수지층(512B)측으로부터 입사된 광은 미립자(512A)에 의해 산란되고, 도광판측으로 평행광으로 되어 방출된다.
도 99에 나타낸 바와 같이, 도광판(503)의 입사측 형상을 (503E)와 같이 변형할 수도 있다. 상기 도광판(503)과 저굴절률 층(506) 사이의 계면(503C)에서 전반사되지 않고 투과된 성분은 도광판 계면(503C)에 대한 입사 각도가 작은 성분이다. 따라서, 이 성분들은 광원에 가까운 장소에서 계면(503C 및 503B)에 입사된다. 이 계면이 도면에 (503E)로 나타낸 바와 같이 부채꼴 형상을 갖는 경우, 반사 후의 광선은 계면(503C)과 평행에 가까운 각도가 된다. 따라서, 이 부채꼴 형상의 부분을 적절하게 배치함으로써, 도광판(503)으로의 입사광을 저굴절률 층(506)을 투과하는 성분이 적은 광선으로 변형할 수 있다.
상술한 구성에서도 상기 제작예와 마찬가지로 도광판과 일체화할 필요는 없다. 예를 들면, 도 100에 나타낸 바와 같이 부채꼴 형상 부분(515)을 도광판(503)의 입사측에 배치할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 프런트 라이트를 구비한 반사형 액정 패널의 성능 향상에 큰 효과를 발휘할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 반사형 액정 표시 장치의 반사용 요철을 간단한 공정으로 형성할 수 있고, 또한 소망하는 요철의 경사면 분포를 제어성 좋게 형성할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 최적인 반사용 요철에 의한 경사면 분포를 얻을 수 있어, 반사율을 향상시킬 수 있다.

Claims (74)

  1. (a) 수지층의 두께 방향 또는 평면 방향에 변형 특성의 분포를 형성하는 공정, 및
    (b) 상기 감광성 수지층의 표면에 요철을 형성하는 공정
    을 갖는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  2. (a) 소정의 막 두께를 갖는 감광성 수지층의 표면 상에 노광 에너지를 갖는 광을 조사하여, 상기 감광성 수지층의 두께 방향 또는 평면 방향에 열적 변형 특성의 분포를 형성하는 공정, 및
    (b) 그 후, 열처리를 실행하여 상기 감광성 수지층의 표면에 요철을 형성하는 공정
    을 갖는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  3. (a) 소정의 막 두께를 갖는 감광성 수지층을 산, 알칼리 용액, 4급 암모늄염 용액, HMDS 중의 어느 하나를 갖는 약액(chemical liquid)에 담가서(soaking), 감광성 수지층의 두께 방향 또는 평면 방향에 열적 변형 특성의 분포를 형성하는 공정과,
    (b) 그 후, 열처리를 실행하여 감광성 수지층의 표면에 요철을 형성하는 공정
    을 갖는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 공정(a)에서 상기 노광 에너지를 갖는 광은 원자외선(far-ultraviolet)인 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 공정(a)에서 상기 노광 에너지를 갖는 광을 감광성 수지층의 전체 표면에 조사하여 표면을 변질시킴으로써, 감광성 수지층의 두께 방향에 열적 변형 특성의 분포를 형성하는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 공정(a)에서 상기 노광 에너지를 갖는 광을 감광성 수지층의 표면 일부의 영역에 조사하여 표면을 변질시킴으로써, 감광성 수지층의 평면 방향에 열적 변형 특성의 분포를 형성하는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  7. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 감광성 수지층에 그 막 두께가 작은 분리선들을 형성하는 공정을 더 포함하는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  8. (a) 표면에 트랜지스터가 형성된 기판 상에 소정의 막 두께를 갖는 감광성 수지층을 형성하는 공정과,
    (b) 상기 감광성 수지층을 일부 노광하여 현상하는 포토리소그래피 공정에 의해 상기 트랜지스터의 전극으로의 콘택트 홀을 형성하는 공정과,
    (c) 상기 감광성 수지층을 제 1 온도로 가열하는 포스트-베이킹(post-baking) 공정과,
    (d) 상기 감광성 수지층의 표면에 노광 에너지를 갖는 광을 조사해서, 감광성 수지층의 두께 방향 또는 평면 방향에 열적 변형 특성의 분포를 형성하는 공정과,
    (e) 그 후, 상기 제 1 온도보다 높은 제 2 온도에서 열처리를 실행하여, 상기 감광성 수지층의 표면에 요철을 형성하는 최종 베이킹 공정
    을 포함하는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 공정 (e) 후에, 상기 감광성 수지층상에 상기 콘택트 홀을 통해 상기 트랜지스터의 전극과 접속된 화소 전극을 형성하는 공정을 더 포함하는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 공정 (c) 전에, 상기 감광성 수지층을 소정의 패턴으로 노광 또는 하프 노광하여 현상함으로써, 상기 감광성 수지층을 분리하는 분리선들을 형성하는 공정을 더 포함하는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 요철의 평균 경사각은, 상기 공정 (a)에서는 감광성 수지층의 막 두께, 상기 공정 (c)에서는 포스트 베이킹 시간 및 온도, 및 상기 공정 (d)에서는 조사 에너지량을 제어함으로써, 0°~ 15°로 설정되는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 화소 전극 형성 공정 후에, 배향막을 형성하고, 표시측 기판과 배향막 사이에 액정층을 형성하는 공정을 더 포함하는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  13. 액정층이 형성된 기판을 포함하는 반사형 액정 표시 장치로서,
    상기 기판의 액정층 측에 형성되는 반사용 요철의 경사각이 적어도 0˚∼20˚의 범위에 있고,
    상기 경사각의 존재 확률이 15˚∼19˚의 범위에서 피크로 되는
    반사형 액정 표시 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 반사용 요철의 평면 패턴은 원형, 다각형, 스트라이프형 또는 그 조합을 포함하는 반사형 액정 표시 장치.
  15. 액정층이 형성된 기판을 포함하는 반사형 액정 표시 장치로서,
    상기 기판의 액정층 측에 형성되는 반사용 요철의 경사각이 제 1 방향을 따라 그 존재 확률이 1개인 피크를 갖고, 상기 제 1 방향과 다른 제 2 방향을 따라 그 존재 확률이 2개인 피크를 갖도록 분포되는
    반사형 액정 표시 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 반사형 액정 표시 장치의 표시면은 경사지게 배치되고,
    상기 제 1 방향은 수평 방향이며,
    상기 제 2 방향은 수직 방향인 반사형 액정 표시 장치.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 방향을 따른 존재 확률이 15°~19°범위에서 1개의 피크를 갖고,
    상기 제 2 방향을 따른 존재 확률이 15°~19°의 범위 및 0°~14°의 범위에서 각각 피크를 갖는 반사형 액정 표시 장치.
  18. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 표시면의 화소 영역 각각에서, 상기 제 1 영역에서는 상기 제 2 방향을 따른 존재 확률이 제 1 각도 범위 및 제 2 각도 범위에서 피크를 갖고,
    상기 제 2 영역에서는 상기 제 2 방향을 따른 존재 확률이 상기 제 1 각도 범위 및 제 3 각도 범위에서 피크를 갖는 반사형 액정 표시 장치.
  19. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 사이에 상기 액정층을 개재하는 표시측 기판과 이 표시측 기판의 표시측에 형성된 편광판을 갖고,
    상기 액정층은 전계 효과 복굴절 모드로 구동되는 반사형 액정 표시 장치.
  20. 기판 상에 반사용 요철을 포함하는 반사형 액정 표시 장치로서,
    단일의 화소 영역 내에, 반사광에 대해서 제 1 지향성과 제 1 산란성을 갖는 제 1 볼록부와, 상기 반사광에 대해서 상기 제 1 지향성보다 약한 제 2 지향성과 상기 제 1 산란성보다 강한 제 2 산란성을 갖는 제 2 볼록부가 랜덤하게 혼재하는
    반사형 액정 표시 장치.
  21. 기판 상에 반사용 요철을 포함하는 반사형 액정 표시 장치로서,
    상기 요철은 감광성 수지층에 의해 형성되고,
    제 1 원형 패턴이 서로 제 1 거리 이상 떨어져서 배치되고,
    상기 제 1 원형 패턴보다 작은 제 2 원형 패턴이 상기 제 1 원형 패턴으로부터 상기 제 1 거리 미만의 거리에 배치되는
    반사형 액정 표시 장치.
  22. 기판 상에 반사용 요철을 포함하는 반사형 액정 표시 장치로서,
    상기 요철은 감광성 수지막에 의해 형성되고,
    복수의 다각형 패턴이, 인접하는 다각형의 변들이 서로 평행하게 되도록 배치되는
    반사형 액정 표시 장치.
  23. 반사형 액정 표시 패널과,
    상기 반사형 액정 표시 패널 상에 배치되고, 도광판, 상기 도광판의 가장자리에 배치된 광원, 및 상기 광원이 점등했을 때에 상기 도광판에 전달되는 광에 대해서 광산란성을 발현하고 상기 광원의 비점등시에 상기 광산란성이 감소하는 광산란 수단을 갖는 프런트 라이트를 포함하는
    반사형 액정 표시 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 도광판 및 광산란 수단은 투명 기판 쌍, 상기 투명 기판의 대향면 상에 형성된 투명 전극들 및 상기 투명 기판 쌍 사이에 형성된 액정층을 포함한 액정 패널을 갖고,
    상기 액정층은 상기 투명 전극들 사이에 인가되는 전계에 따라 광산란성을 발현하는 반사형 액정 표시 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 투명 기판 쌍 중 표시측의 투명 기판의 측면에 배치되고,
    상기 액정층은 상기 표시측의 투명 기판과 상기 반사형 액정 표시 패널측의 투명 기판 사이에 배치되는 반사형 액정 표시 장치.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 광산란 수단은 투명 기판 쌍, 상기 투명 기판들의 대향면 상에 형성된 투명 전극들 및 상기 투명 기판 쌍 사이에 형성된 액정층을 더 포함하며,
    상기 액정층은 상기 투명 전극간에 인가되는 전계에 따라 광산란성을 발현하고,
    상기 투명 기판 쌍은 상기 도광판과 접합되는(glued) 반사형 액정 표시 장치.
  27. 제 24 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정층의 굴절률 이방성의 방향은 인가되는 전계에 따라 변화하고,
    투명 프리즘 형상의 요철층은 상기 투명 기판들 중 하나와 상기 액정층 사이에 배치되며,
    상기 요철층의 굴절률은 상기 액정층의 한 굴절률과 일치하는 반사형 액정 표시 장치.
  28. 제 24 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투명 전극들은 복수의 부분들로 분리되고,
    전압이 상기 분리된 투명 전극에 선택적으로 인가되어, 상기 액정층의 광산란도를 조절하는 반사형 액정 표시 장치.
  29. 제 24 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정층은 동적 산란 효과를 이용하는 액정 재료, 콜레스테릭 상과 네마틱 상 사이의 상 전이 효과를 이용한 액정 재료, 폴리머에서 굴절률 이방성을 갖는 액정 입자들을 갖는 제 1 폴리머 분산형 액정 재료, 및 굴절률 이방성을 갖는 폴리머에서 굴절률 이방성을 갖는 액정 입자들을 갖는 제 2 폴리머 분산형 액정 재료 중 하나인 반사형 액정 표시 장치.
  30. 기판 상에 수지층을 통하여 반사층이 형성되는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법으로서,
    상기 수지층의 두께 방향 및 평면 방향 중의 적어도 한쪽 방향에 열적 변형 특성을 분포시키는 공정과,
    상기 수지층에 열처리를 실행하여 상기 수지층의 표면에 요철을 형성하는 공정과,
    상기 수지층 상에 이 수지층의 상기 요철을 반영한 표면 형상으로 상기 반사층을 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 수지층의 열적 변형 특성의 분포를 조절하여 상기 수지층의 상기 요철 형상을 소망하는 형상으로 제어하는
    반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 수지층의 상기 요철은 주름진(wrinkled) 형상인 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  32. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서,
    상기 수지층의 열적 변형 특성의 분포를 조정할 때 임의의 마스크 패턴을 이용하여 상기 수지층을 노광하는 노광 시간을 조절함으로써, 상기 수지층의 막 두께를 분포시키고 상기 수지층의 상기 요철 형상을 제어하는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  33. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서,
    상기 기판의 표면 상에 배치되는 적어도 한 타입의 구성요소들이 형성될 때에, 상기 구성요소들을 이용하여 상기 구성요소들의 개수, 형상 및 배치 중 적어도 하나를 소망하는 값으로 설정함으로써, 상기 수지층의 열적 변형 특성의 분포가 조절되고, 상기 수지층의 상기 요철 형상이 제어되는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  34. 기판 상에 수지층을 통하여 형성된 반사층을 포함하는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법으로서,
    상기 수지층의 두께 방향 및 평면 방향 중의 적어도 한쪽 방향에 열적 변형 특성을 분포시키는 제 1 공정과,
    상기 수지층에 열처리를 실시해서 상기 수지층의 표면에 요철을 형성하는 제 2 공정과,
    상기 수지층 상에 이 수지층의 상기 요철을 반영한 표면 형상을 갖는 상기 반사층을 형성하는 제 3 공정을 포함하고,
    상기 제 3 공정에서의 상기 수지층의 상기 요철 형상이, 상기 수지층의 수지와 열적 변형 특성이 다른 부분을 형성함으로써 제어되는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 수지층의 상기 요철은 그 능선 형상이 선형, 곡선형, 루프형 및 분기형 중 적어도 하나로 되도록 형성되는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  36. 제 34 항 또는 제 35 항에 있어서,
    상기 수지층 내에 열적 변형 특성이 다른 소정 형상을 갖는 수지층을 형성함으로써 상기 부분이 형성되는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  37. 제 34 항 또는 제 35 항에 있어서,
    상기 열적 변형 특성이 다른 부분은 상기 수지층 상에 부분 처리를 실시하여 형성되는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  38. 기판 상에 수지층을 통하여 형성된 반사층을 포함하는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법으로서,
    상기 수지층에 열적 변형 특성을 분포시키는 제 1 공정과,
    상기 수지층에 열처리를 실시하여 상기 수지층의 표면에 요철을 형성하는 제 2 공정과,
    상기 수지층 상에 이 수지층의 상기 요철을 반영한 표면 형상을 갖는 상기 반사층을 형성하는 제 3 공정을 포함하고,
    상기 제 1 공정에서, 상기 수지층의 표면에 소정의 노광 에너지를 갖는 광을 조사함으로써 상기 수지층의 두께 방향에 수축률이 분포되고, 상기 제 3 공정에서 형성된 상기 수지층의 상기 요철 형상이 제어되는
    반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 소정의 노광 에너지는 1000mJ/cm2 이상의 값을 갖는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  40. 제 38 항 또는 제 39 항에 있어서,
    상기 제 1 공정 전에 상기 수지층에 열처리를 실시하는 제 4 공정을 더 포함하는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  41. 제 38 항 또는 제 39 항에 있어서,
    상기 수지층은 상기 제 1 공정 전에 패터닝되는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  42. 제 38 항 또는 제 39 항에 있어서,
    상기 요철 패턴은 상기 제 1 공정 전에 상기 기판 상에 형성되는 반사형 액정 표시 장치의 제조 방법.
  43. 기판과,
    상기 기판 상에 형성되며, 두께 방향과 평면 방향 중의 적어도 한쪽 방향에 다른 분포를 갖는 영역을 구성하도록 제어되는 요철을 갖는 수지층과,
    상기 수지층 상에 형성되며, 상기 수지층의 상기 요철을 반영한 표면 형상을 갖는 반사층
    을 포함하는 반사형 액정 표시 장치.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 수지층의 상기 요철은 주름 형상인 반사형 액정 표시 장치.
  45. 제 43 항 또는 제 44 항에 있어서,
    상기 기판의 표면 상에 배치된 구성 요소들의 개수, 형상 및 배치 중 적어도 하나가 소망하는 값으로 설정되고,
    상기 설정에 대응하여 상기 요철의 다른 분포를 갖는 영역이 형성되는 반사형 액정 표시 장치.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 기판은 박막 트랜지스터(TFT)가 형성된 기판이고,
    상기 수지층의 상기 요철 형상을 제어하기 위해 이용되는 상기 구성요소들은 상기 TFT 기판 상에 형성된 금속층, 절연층 및 반도체 층 중 어느 하나 이상인 반사형 액정 표시 장치.
  47. 제 45 항에 있어서,
    상기 기판은 박막 트랜지스터(TFT)가 형성된 기판이고,
    상기 수지층의 상기 요철 형상을 제어하기 위해 이용되는 상기 구성요소는 상기 기판 상의 전극과 상기 반사층을 접속하는 콘택트 홀인 반사형 액정 표시 장치.
  48. 제 45 항에 있어서,
    상기 수지층의 상기 요철의 평균 경사각은 8°와 13°사이의 값인 반사형 액정 표시 장치.
  49. 기판과,
    상기 기판 상에 형성된 수지층으로서, 이 수지와 열적 변형 특성이 다른 부분, 및 상기 수지 및 상기 부분의 열적 변형 특성으로 제어되는 두께 방향 및 평면 방향 중의 적어도 한쪽 방향에 대해서 형성된 요철을 갖는 수지층과,
    상기 수지층 상에 형성되며, 상기 수지층의 상기 요철을 반영한 표면 형상을 갖는 반사층
    을 포함하는 반사형 액정 표시 장치.
  50. 제 49 항에 있어서,
    상기 수지층의 상기 요철은 그 능선 형상이 선형, 곡선형, 루프형 및 분기형 중 적어도 하나로 되도록 형성되는 반사형 액정 표시 장치.
  51. 제 49 항 또는 제 50 항에 있어서,
    상기 부분은 상기 수지층 내에 열적 변형 특성이 다른 입자들로 구성되는 반사형 액정 표시 장치.
  52. 제 49 항 또는 제 50 항에 있어서,
    상기 부분은 상기 수지층 내에 적층된 열적 변형 특성이 다른 또 다른 수지층으로 구성되는 반사형 액정 표시 장치.
  53. 제 49 항 또는 제 50 항에 있어서,
    상기 부분은 상기 수지층 내에 소정 형상으로 형성된 열적 변형 특성이 다른 또 다른 수지층으로 구성된 반사형 액정 표시 장치.
  54. 기판과,
    상기 기판 상에 형성되며 그 표면에 요철을 갖는 수지층, 및
    상기 수지층 상에 형성되며 상기 수지층의 상기 요철을 반영한 표면 형상을 갖는 반사층을 포함하고,
    상기 수지층의 표면에 소정의 노광 에너지의 광을 조사하여 상기 수지층의 두께 방향에 대해서 수축률의 분포를 형성하고,
    상기 수지층의 상기 요철은 상기 수축률의 분포에 대응하여 형성되는
    반사형 액정 표시 장치.
  55. 기판과,
    상기 기판 상에 형성되며 그 표면에 요철을 갖는 수지층, 및
    상기 수지층 상에 형성되며 상기 수지층의 상기 요철을 반영한 표면 형상을 갖는 반사층을 포함하고,
    상기 반사층은 그 앞면에 광흡수성이 방위에 의존하는 광흡수층을 갖고,
    평행광을 입사시켰을 때의 입사면 내에서의 반사광 산란 폭은 입사광의 방위에 의존하며,
    상기 반사광 산란 폭이 최대인 방위와 상기 광흡수층의 광흡수가 최대 또는 최소로 되는 방위가 대략 일치하는
    반사형 액정 표시 장치.
  56. 제 55 항에 있어서,
    상기 광흡수층은 게스트-호스트 액정으로 구성되고,
    배향 처리는 상기 반사광 산란 폭이 최대인 방위로 실시되는 반사형 액정 표시 장치.
  57. 제 55 항에 있어서,
    액정층 및 하나 이상의 위상차층이 상기 반사층과 상기 광흡수층 사이에 배치되는 반사형 액정 표시 장치.
  58. 제 55 항 내지 제 57 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사층의 상기 요철 형상은 4각형, 타원형, 사다리꼴, 고치형(cocoon-shaped) 및 주름형 또는 그 조합 중 하나를 포함하는 반사형 액정 표시 장치.
  59. 평탄면으로부터 또는 평탄면과 평행하게 제 1 각도로 상승하는 제 1 경사면과, 상기 제 1 경사면과 인접해서 형성되고 상기 제 1 각도보다 큰 제 2 각도로 하강하는 제 2 경사면을 포함한 복수의 볼록부를 구비한 도광판과,
    상기 도광판의 측면에 배치된 광원을 구비한 조명 장치와,
    상기 도광판과 대향하여 상기 도광판의 하부에 배치된 반사형 액정 패널과,
    상기 도광판과 상기 반사형 액정 패널의 액정층 사이에 배치된 편광판, 및
    상기 편광판과 상기 도광판 사이에 배치되며 상기 도광판보다 굴절률이 낮은 저굴절률 층을 포함하고,
    상기 도광판, 상기 저굴절률 층, 상기 편광판 및 상기 반사형 액정 패널이 각각 공극을 사이에 두지 않고 배치되는
    반사형 액정 표시 장치.
  60. 평탄면으로부터 또는 평탄면과 평행하게 제 1 각도로 상승하는 제 1 경사면과, 상기 제 1 경사면과 인접해서 형성되고 상기 제 1 각도보다 큰 제 2 각도로 하강하는 제 2 경사면을 포함한 복수의 볼록부를 구비한 도광판과,
    상기 도광판의 측면에 배치된 광원을 구비한 조명 장치와,
    상기 도광판과 대향하여 상기 도광판의 하부에 배치된 반사형 액정 패널과,
    상기 도광판과 상기 반사형 액정 패널의 액정층 사이에 배치된 편광판, 및
    상기 편광판과 상기 도광판 사이에 배치되며 상기 도광판보다 굴절률이 낮은 저굴절률 층을 포함하고,
    상기 편광판과 상기 반사형 액정 패널이 공극을 사이에 두어 배치되고,
    상기 도광판, 상기 저굴절률 층 및 상기 편광판이 각각 공극을 사이에 두지 않고 배치되는
    반사형 액정 표시 장치.
  61. 제 59 항 또는 제 60 항에 있어서,
    상기 원형 편광판은 원형 편광판인 반사형 액정 표시 장치.
  62. 제 61 항에 있어서,
    상기 편광판은 선형 편광판 및 λ/4 파장의 위상차 판을 포함하는 반사형 액정 표시 장치.
  63. 제 59 항 또는 제 60 항에 있어서,
    광의 지향성을 향상시키는 광학 부재가 상기 도광판에 배치되는 반사형 액정 표시 장치.
  64. 제 63 항에 있어서,
    광의 지향성을 향상시키는 상기 광학 부재는 상기 광원과 상기 도광판 사이에 배치되고,
    광의 지향성을 향상시키는 상기 도광판 및 상기 광학 부재는 서로 광학적으로 분리되어 배치된 반사형 액정 표시 장치.
  65. 도광판과,
    상기 도광판의 측면에 배치된 광원과,
    상기 도광판의 표면에 형성된 저굴절률 층, 및
    상기 저굴절률 층의 상기 도광판과 반대측에 배치된 투명 도전막
    을 포함하는 조명 장치.
  66. 도광판과,
    상기 도광판의 측면에 배치된 광원과,
    상기 도광판의 표면에 형성된 투명 도전막, 및
    상기 도광판과 상기 투명 도전막 사이에 배치되며 특정한 파장 대역의 광을 흡수하는 광흡수층
    을 포함하는 조명 장치.
  67. 도광판과,
    상기 도광판의 측면에 배치된 광원과,
    상기 도광판의 표면 상에 형성된 저굴절률 층과,
    상기 저굴절률 층의 상기 도광판과 반대측에 형성되며 특정한 파장 대역의 광을 흡수하는 광흡수층과,
    상기 광흡수층의 상기 도광판과 반대측에 형성된 투명 도전막
    을 포함하는 조명 장치.
  68. 제 66 항 또는 제 67 항에 있어서,
    상기 투명 도전막은 InO 및 SnOx를 포함한 막이고,
    상기 광흡수층의 흡수율은, R, G 및 B가 상기 투명 도전막의 흡수율과 조합할 때 거의 동일하도록 조절되는 조명 장치.
  69. 제 65 항 또는 제 67 항에 있어서,
    상기 저귤절률 층과 상기 투명 도전막은 상기 도광판의 관찰자측에 배치된 투명 부재의 도광판 측면에 형성되고,
    상기 저굴절률 층과 상기 도광판은 적어도 일부 영역에서 서로 밀착하는 조 명 장치.
  70. 제 67 항에 있어서,
    상기 저굴절률 층, 상기 투명 도전막 및 상기 광흡수층은 상기 도광판의 관찰자측에 배치된 투명 부재의 상기 도광판 측면에 배치되고,
    상기 저굴절률 층 및 상기 도광판은 적어도 일부 영역에서 서로 밀착하는 조명 장치.
  71. 평탄면으로부터 또는 평탄면과 평행하게 제 1 각도로 상승하는 제 1 경사면과, 상기 제 1 경사면과 인접해서 형성되고 상기 제 1 각도보다 큰 제 2 각도로 하강하는 제 2 경사면을 포함한 복수의 볼록부를 구비한 도광판과,
    상기 도광판의 측면에 배치된 광원과,
    적어도 일부의 영역에서 밀착해서 상기 도광판 상에 배치된 투명 부재와,
    상기 도광판의 상기 제 2 경사면 근방에 배치된 차광층
    을 포함하는 조명 장치.
  72. 제 71 항에 있어서,
    서로 밀착하지 않고 상기 투명 부재와 상기 도광판 사이에 배치된 저굴절률 층을 더 포함하는 조명 장치.
  73. 제 67 항 또는 제 71 항에 있어서,
    광의 지향성을 향상시키는 광학 부재는 상기 도광판 내에 배치되는 조명 장치.
  74. 제 73 항에 있어서,
    상기 광의 지향성을 향상시키는 광학 부재는 상기 소스와 상기 도광판 사이에 배치되고, 상기 광의 지향성을 향상시키는 상기 도광판 및 상기 광학 부재는 광학적으로 서로 분리 배치되는 조명 장치.
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