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KR101283367B1 - 액정표시장치와 그 제조방법 - Google Patents

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KR101283367B1
KR101283367B1 KR1020110095571A KR20110095571A KR101283367B1 KR 101283367 B1 KR101283367 B1 KR 101283367B1 KR 1020110095571 A KR1020110095571 A KR 1020110095571A KR 20110095571 A KR20110095571 A KR 20110095571A KR 101283367 B1 KR101283367 B1 KR 101283367B1
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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보상필름과 내장형 위상자의 패터닝이 필요없이, 선경사각(Pretilt angle) 조절에 의해 반사영역과 투과영역의 위상차 제어가 가능한 액정표시장치와 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 보상필름과 내장형 위상자의 패터닝 공정없이도 고화질, 광시야각이 확보되는 효과가 있다. FFS(Fringe Field Switching) 모드를 사용하기 때문에 화소전극 위에 위치한 액정 분자들이 인접한 액정 분자들과의 탄성토크(elastic torque)로 인하여 회전할 수 있게 되어 고투과율의 특성도 갖는다. 또한 반사영역에 코팅된 절연층 두께 조절에 의해 단일감마특성을 맞출 수 있으며, 액정의 선경사각(Pretilt angle) 제어를 통한 광학특성 세팅(setting)이 가능하여 제조공정이 용이한 단일 셀갭의 형태로 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

액정표시장치와 그 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보상필름과 내장형 위상자의 패터닝이 필요없이, 선경사각(Pretilt angle) 조절에 의해 반사영역과 투과영역의 위상차 제어가 가능한 액정표시장치와 그 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 사용하는 광원에 따라 투과형과 반사형 액정표시모드로 나뉠 수 있다. 투과형 액정표시모드는 액정 패널의 뒷면에 부착된 배면광원인 백라이트(backlight)로부터 나오는 인위적인 빛을 액정에 입사시켜 액정의 배열에 따라 빛의 양을 조절하여 정보를 표시하는 형태이고, 반사형 액정표시모드는 외부의 자연광이나 인조 광을 반사시켜 액정의 배열에 따라 빛의 투과율을 조절함으로써 정보를 표시하는 형태이다. 투과형 액정표시모드는 인위적인 배면광원을 사용하므로 어두운 외부 환경에서도 밝은 화상을 구현할 수 있으나 소비전력이 높고 주변 환경이 밝으면 디스플레이의 시인성이 떨어지는 단점이 있다. 반면, 반사형 액정표시모드는 빛의 대부분을 외부의 자연광이나 인조광원에 의존하는 구조이므로 투과형 액정표시모드에 비해 얇고 가벼우며, 소비전력이 낮은 장점이 있다. 다만, 주변 환경이 어두운 곳에서는 시인성이 떨어지며 고화질을 구현하기 어려운 단점을 가지고 있다.
최근에는 이러한 두 형태의 액정표시모드들의 단점을 극복하고 장점만을 구현하기 위해서 두 가지 모드를 필요한 상황에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있는 장치인 반투과형 액정표시장치가 주로 사용되고 있는 추세이다. 이러한 반투과형 액정표시장치는 반사부와 투과부의 초기 위상차 값과 on-off 위상지연 변화가 달라 하나의 화소에 두가지 모드를 조합하기 위하여 일반적으로 다양한 보상필름을 이용한 이중 셀갭 구조로 사용되고 있다. 그러나 보상필름을 사용하면 투과영역의 화질특성이 떨어질 뿐만 아니라 제품의 두께가 증가하고 제조비용이 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 또한 이중 셀갭 구조를 위한 추가적인 제조공정은 비용 상승의 요인이 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, FFS(Fringe Field Switching)모드와 LTN(Low Twisted Nematic)모드를 사용함으로써 광시야각을 확보하고 선명한 화질을 표현하며 비용 상승의 문제를 개선할 수 있는 액정표시장치를 제공한다.
또한 본 발명은 다량의 보상필름과 내장형 위상자의 패터닝 공정이 요구되는 않는 상기 액정표시장치의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 액정표시장치는,
투과영역과 반사영역이 정의된 제 1 기판 및 제 2 기판; 상기 제 1 기판 상에 순차로 형성된 공통전극 및 하부 절연체층; 상기 하부 절연체층 상에 형성되며, 투과영역에서는 격자형상 및 반사영역에서는 플레인(plain) 형상으로 형성된 화소전극; 상기 반사영역의 화소전극 상에 형성된 반사층; 상기 제 2 기판 하부의 반사영역에 형성된 상부 공통전극; 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성되며, 투과영역에서는 액정이 비틀림각(Twist angle) 없이 배향되고, 및 반사영역에서는 액정이 소정의 비틀림각(Twist angle) 및 선경사각(Pretilt angle)을 구비하여 배향되는 액정층을 포함한다.
상기 반사영역에서 액정의 비틀림각(Twist angle)은 50~70도일 수 있다.
상기 반사영역의 액정은 상기 투과영역의 액정보다 큰 선경사각(Pretilt angle)을 가질 수 있다.
상기 반사영역 액정의 선경사각(Pretilt angle)은 상기 반사영역의 위상지연 값이 λ/4 를 만족시키는 각이 되도록 제어될 수 있다.
상기 액정표시장치는 상기 투과영역과 상기 반사영역의 셀갭이 같을 수 있다.
상기 투과영역의 화소전극은 폭을 1~10㎛, 화소전극 간 간격을 1.5~20㎛로 패턴할 수 있다.
상기 액정표시장치는 상기 반사영역의 상부 공통전극 하부 및 상기 투과영역의 제 2 기판 하부에 상부 절연층 또는 컬러필터층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 액정표시장치는 상기 반사영역의 위상지연 값이 λ/4를 만족할 수 있도록 상기 반사영역의 상부 공통전극 하부에 상부 절연층 또는 컬러필터층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 액정표시장치는 초기에 상기 투과영역에서의 액정 방향자는 하부편광판의 투과축과 평행하게 배향되고, 상기 반사영역에서의 액정 방향자는 소정 선경사각(Pretilt angle)과 비틀림각(Twist angle)을 구비하여 배향됨에 따라 전압이 인가되면 상기 투과영역과 상기 반사영역의 액정 위상 지연값은 각각 λ/2, λ/4일 수 있다.
본 발명에 따른 액정표시장치 제조방법은,
투과영역과 반사영역이 정의된 제 1 기판 및 제 2 기판을 제공하는 단계; 상기 제 1 기판 상에 순차로 공통전극 및 하부 절연체층을 형성하는 단계; 투과영역에서는 격자형상 및 반사영역에서는 플레인(plain) 형상으로 화소전극을 상기 하부 절연체 층상에 형성하는 단계; 상기 반사영역의 화소전극 상에 반사층을 형성하는 단계; 상기 제 2 기판 하부의 반사영역에 상부 공통전극을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하되, 투과영역에서는 액정이 비틀림각(Twist angle) 없이 배향하고, 반사영역에서는 액정이 소정의 비틀림각(Twist angle) 및 선경사각(Pretilt angle)을 구비하도록 배향하는 액정층 형성단계를 포함한다.
상기 액정층 형성단계는 광배향 방법을 사용하거나 이온 빔(Beam)을 조사하거나 액정을 러빙하는 방법에 의해 상기 비틀림각(Twist angle)을 제어하는 것을 포함할 수 있다.
상기 액정층 형성단계는 광배향 방법을 사용하거나 이온 빔(Beam)을 조사하거나 반응성 메조겐(Reactive mesogen, RM)을 도핑한 액정에 자외선을 조사하는 방법에 의해 선경사각(Pretilt angle)을 제어하는 것을 포함할 수 있다.
상기 액정층 형성단계는 상기 비틀림각(Twist angle)을 50~70도로 제어하고, 상기 반사영역의 위상지연 값이 λ/4를 갖도록 상기 선경사각(Pretilt angle)을 제어하는 것을 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 반사영역의 상부 공통전극 하부 및 상기 투과영역의 제 2 기판 하부에 상부 절연층 또는 컬러필터층을 추가로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 반사영역의 상부 절연층 또는 컬러필터층의 두께를 조절하여 액정표시장치를 단일 구동회로로 구동하는 것일 수 있다.
상기 방법은 상기 반사영역의 상부 공통전극 하부에 상부 절연층 또는 컬러필터층을 추가로 형성하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 상기 반사영역의 상부 절연층 또는 컬러필터층의 두께를 조절하여 상기 반사영역의 위상지연 값을 λ/4이 되도록 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면, 보상필름과 내장형 위상자의 패터닝 공정없이도 고화질, 광시야각이 확보되는 효과가 있다. FFS(Fringe Field Switching) 모드를 사용하기 때문에 화소전극 위에 위치한 액정 분자들이 인접한 액정 분자들과의 탄성토크(elastic torque)로 인하여 회전할 수 있게 되어 고투과율의 특성도 갖는다. 또한 반사영역에 코팅된 절연층 두께 조절에 의해 단일감마특성을 맞출 수 있으며, 액정의 선경사각(Pretilt angle) 제어를 통한 광학특성 세팅(setting)이 가능하여 제조공정이 용이한 단일 셀갭의 형태로 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 반사영역에 LTN(Low twisted nematic)액정을 사용한 단일 셀갭 액정표시장치의 단면도이다.
도 2는 반사영역에서 액정의 비틀림각(Twist angle)에 따른 초기 빛샘을 나타내는 그래프이다.
도 3은 반사영역과 투과영역의 셀갭이 4㎛로 동일할 때, 반사영역에서 액정의 선경사각(Pretilt angle)에 따른 초기 빛샘을 나타내는 그래프이다.
도 4는 반사영역에서 컬러필터층의 두께와 전압 인가에 따른 투과율 곡선 및 반사율 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 5는 반사영역에서 컬러필터층의 두께가 3㎛일 때의 전압 인가에 따른 노말라이즈된 투과율 곡선 및 반사율 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 6은 입사광의 파장이 550nm일 때의 등-명암대비율 곡선을 나타낸 것이다. (a)는 투과영역, (b)는 반사영역을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 액정표시장치는 제 1 기판(10), 제 1기판(20), 공통전극(30), 하부 절연체층(40), 화소전극(50, 50′), 반사층(60), 상부 공통전극(70), 및 액정층(80)을 포함한다.
본 발명은 제 1 기판(10) 및 제 2 기판(20) 사이에서 투과영역과 반사영역이 정의된 반투과형 액정표시 장치에 적용될 수 있다.
반투과형 액정 표시장치는 실내와 같이 어두운 환경에서는 투과형으로 디스플레이를 표현하며, 태양광이 있는 밝은 옥외 환경에서는 반사형으로 디스플레이를 표현한다. 따라서 낮이나 밝은 곳에서는 휴대폰의 백라이트를 켜지 않고도 태양이나 주변광을 반사하여 액정 화면을 볼 수 있고, 어두운 곳에서만 휴대폰의 백라이트를 켜서 액정 화면을 볼 수 있도록 함으로써 전력소모를 크게 줄일 수 있어 휴대폰이나 PDA 등의 휴대용 정보통신기기에 널리 쓰이고 있다.
도1은 본 발명의 일 구현예에 따른 액정표시장치의 단면도이다.
제 1기판(10), 공통전극(30) 및 하부 절연체층(40)이 형성된다. 본 발명에 사용되는 기판은 일반적으로 유리나 플라스틱판을 사용할 수 있다. 다른 공지된 방법, 재료, 기술도 사용할 수 있으며 이에 대한 어떠한 제한이 있는 것은 아니다.
공통전극(30)은 액정 셀에서 액정을 구동시키기 위한 화소전극에 대응되는 것으로 기준전압을 유지하는 역할을 한다.
하부 절연층(40)은 산화실리콘, 질화실리콘 등으로 구성될 수 있고, 다른 공지된 방법, 재료, 기술도 사용할 수 있으며 이에 대하여 어떠한 제한이 있는 것은 아니다.
하부 절연체층(40) 상에 화소전극(50, 50′)이 형성된다. 화소전극(50, 50′)은 투과영역에서는 소정의 간격이 이격되어 엇갈려 형성된 격자형상으로, 반사영역에서는 플레인(plain)형상으로 형성된다.
상기 투과영역의 전극 구조는 공통전극(30)과 화소전극(50′)이 모두 제1기판에 위치하여 프린지(Fringe) 전기장으로 구동되는 FFS(fringe field switching)모드이다.
상기 반사영역은 상부에 공통전극(70)이 추가되어 전압을 인가하면 수직전기장에 의해 구동되는 LTN(Low Twisted Nematic)모드를 사용한다.
상기 반사영역의 화소전극(50) 상에 반사층(60)이 형성된다. 반사층(60)에 의해 입사한 외부 광을 반사시킬 수 있다.
반사층(60)의 표면에는 광의 반사 효율을 높이기 위하여 다수의 곡면으로 이루어진 복수 개의 엠보싱 형상이 형성될 수 있다.
상기 엠보싱의 형성방법으로는 예컨대, 감광성 수지층 등으로 이루어지는 수지 기재의 표면에 마스크 패턴을 통해 광을 조사하고, 현상처리에 의해 인접하는 다수의 미세한 구면형상 오목부를 형성하며, 이러한 구면형상 오목부가 다수 형성된 수지 기재의 표면에 알루미늄이나 은 등을 증착 또는 도금하여 엠보싱 형상을 갖는 반사층을 형성할 수 있다.
본 발명의 상기 반사영역은 상부에 공통전극(70)이 형성된다. 따라서 전압을 인가하면 수직전기장에 의해 구동될 수 있다.
본 발명은 제 1 기판(10)과 제 2 기판(20) 사이에 형성되는 액정층(80)을 포함한다. 액정층(80)은 상기 투과영역에 형성된 화소전극(50′) 상부와 상기 반사영역에 형성된 반사층(60) 상부에는 수평배향된다.
상기 반사영역의 액정층(80)은 소정의 비틀림각(Twist angle) 및 선경사각(Pretilt angle)을 갖도록 배향하고, 상기 투과영역의 액정층(80)은 비틀림각(Twist angle)없이 배향한다. 즉 하부 편광필름의 투과축과 평행하게 배향된다
상기 비틀림각(Twist angle)은 비틀려 있는 네마틱 셀의 두장의 지지판 중 한쪽 표면의 방향자들이 다른쪽 지지판에 투영된 방향자 사이의 방향각을 의미한다.
상기 반사영역 액정의 비틀림각(Twist angle)은 90도 보다 작게 형성될 수 있고, 바람직하게는 50-70도, 가장 바람직하게는 64도 부근이다. 상기 반사영역의 액정은 상기 비틀림각(Twist angle)을 가지면서 하부에서 상부로 꼬이도록 배향될 수 있다. 즉 상기 반사영역에서는 하부 액정 배열방향을 상부 편광판의 투과축 기준으로 20~40도로 배향되게 하면 상부 액정 배열방향은 하부 편광판의 투과축과 일치하게 되어 결국 50~70도 비틀려있는 상태로 배향될 수 있다.
도 2에서 보는 바와 같이, 상기 액정의 비틀림각(Twist angle)이 50~70도 범위를 벗어날수록 초기 어둠상태의 빛샘이 증가함에 따라 명암대비비가 감소하여 화질이 저하되므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 투과영역과 상기 반사영역 하부의 액정 배열방향을 다르게 하기 위해서는 광배향 방법이나 이온 빔(Beam)을 조사하는 방법 또는 액정을 러빙(rubbing)하는 방법을 이용할 수 있다.
상기 선경사각(pretilt angle)이란 지지판 면과 인접한 액정 방향자 사이의 각을 의미한다. 본 발명에서, 상기 반사영역의 액정의 선경사각(pretilt angle)은 상기 투과영역의 액정의 선경사각(pretilt angle)보다 클 수 있다.
좀 더 구체적으로 살펴보면, 상기 반사영역의 위상지연 값이 λ/4를 만족시키는 각이 되도록 상기 반사영역의 액정의 선경사각(pretilt angle)을 상기 투과영역의 액정의 선경사각(pretilt angle)보다 크게 조절하면, 제 1 기판(10)과 제 2 기판(20)사이 반사영역과 투과영역의 셀갭이 동일한 단일 셀갭 액정표시장치의 광학상태를 맞출 수 있게 된다.
즉 반투과형 액정표시장치에서 반사영역과 투과영역의 서로 다른 광학적 특성을 보상하는 복잡한 공정이 필요없이 투과영역 액정의 선경사각(Pretilt angle) 제어라는 용이한 공정으로 반투과형 액정표시장치의 광학상태를 맞출 수 있게 된다.
상기 액정표시장치에 있어서, 상기 투과영역에서의 초기 액정 방향자는 하부편광판의 투과축과 평행하게 배향되고, 반사영역에서의 액정 방향자가 소정의 선경사각(Pretilt angle)과 비틀림각(Twist angle)을 구비하여 배향됨에 따라 전압이 인가되면 상기 투과영역과 상기 반사영역의 액정은 각각 λ/2, λ/4의 위상지연 값을 가질 수 있다.
상기 반사영역의 위상차(dΔn)가 상기 투과영역의 위상차(dΔn) 절반이 되도록 하기 위하여 광배향 방법이나 이온 빔을 조사하는 방법 또는 반응성 모조겐(Reactive mosegen, RM)을 도핑한 액정에 자외선을 조사하는 방법을 이용하여 상기 반사영역의 액정의 선경사각(pretilt angle)을 조절할 수 있다. (d는 셀갭, Δn은 액정의 복굴절 값)
또한 상기 반사영역 액정의 선경사각(Pretilt angle)을 조절하여 화질을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 반사영역과 투과영역의 셀갭을 4㎛로 동일하게 했을 때, 상기 반사영역 액정의 선경사각(pretilt angle)은 바람직하게는 40~48도, 더욱 바람직하게는 44도 부근으로 조절하는 좋다. 도 3에 나타난 바와 같이, 40~48도를 벗어난 범위에서는 초기 어둠 상태의 빛샘이 증가하기 때문이다.
상기 선경사각(Pretilt angle)의 제어는 상기 반사영역의 dΔn값을 λ/4로 맞추기 위함인바, 셀갭(d)이 커질수록 액정의 복굴절 값(Δn)은 감소되므로 결국 선경사각(Pretilt angle)값은 증가되는 관계에 있게 된다.
상기 투과영역의 화소전극(50′)은 폭을 1~10㎛, 화소전극 간 간격을 1.5~20㎛로 패터닝할 수 있다. 화소전극(50′)은 각각의 화소 아래쪽에 위치한 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어진 투명전극으로 액정층에 전기장을 인가하는 역할을 한다. 화소전극(50′)에 패터닝하는 것은 공통전극과 화소전극간 전계를 인가해 주어 액정방향자를 컨트롤하기 위함이다. 상기 범위를 벗어나 패터닝하는 경우 액정방향자 컨트롤이 어려워 질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 액정표시장치는 상기 반사영역의 상부 공통전극(70) 하부 및 상기 투과영역의 제 2 기판(20) 하부에 상부 절연층 또는 컬러필터층(100)을 추가로 포함할 수 있다. 상부 절연층 또는 컬러필터층(100)에 의해 상기 반사영역과 상기 투과영역의 단일감마특성을 구현할 수 있다.
즉 상기 반사영역의 제 2 기판(20)에는 상부 공통전극(70)이 존재하고 제 1 기판(10)에는 화소전극(50)이 존재하여 전압을 인가했을 때 상부 절연층 또는 컬러필터층(100)이 수직 전기장에 영향을 미치게 된다. 따라서 액정 방향자가 느끼는 전기장의 영향이 덜 미치게 되므로 전압인가에 따른 반사율 그래프의 문턱전압과 구동전압 및 반사율에 영향을 주게 된다. 즉, 상부 절연층 또는 컬러필터층(100)의 두께를 조절함으로써 상기 반사영역과 상기 투과영역의 단일감마특성을 맞출 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 액정표시장치는 상기 반사영역의 위상지연 값이 λ/4를 만족할 수 있도록 반사영역의 상기 상부 공통전극 하부에 상부 절연층을 추가로 포함할 수 있다. 즉 상기 상부 절연층을 추가하는 것은 반사영역의 dΔn이 투과영역의 절반이 되도록 하여 반사영역과 투과영역의 광학상태를 맞춰주기 위함이다. (d는 셀갭, Δn은 액정의 복굴절 값)
상기 절연층 대신 컬러필터층도 이용할 수 있다. 컬러필터는 절연체 역할뿐 만아니라, 제품의 두께를 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 반사영역은 빛이 컬러필터층을 두번 지나고 투과영역은 한번 통과되기 때문에 색재현성 측면에서도 장점을 갖는다.
상기 투과영역의 액정층(80) 상부와 상기 반사영역의 상부 공통전극(70) 상부에 제 2 기판(20)이 형성되고 그 상부에 편광필름(90)이 형성될 수 있다. 제 1 기판(10) 하부에도 편광필름이 형성될 수 있다. 제 1 기판(10) 하부의 편광필름과 제 2 기판(20) 상부의 편광필름의 투과축은 서로 90도의 차이를 가진다.
상기 투과영역에서는, 전압 인가 전 초기 수평방향으로 배열된 액정들의 러빙(rubbing) 방향이 편광필름의 투과축과 일치하기 때문에 초기 어둠상태 (Normally Dark)를 유지한다. 전압을 인가하면 화소전극(50′)과 공통전극(30) 간에 프린지 전기장으로 인하여 액정들은 회전하게 되어 밝음 상태를 구현하게 된다.
상기 반사영역에서 한 장의 편광필름과 반사층 사이 액정의 초기 위상지연 값이 λ/4 또는 π/2 일 때 반사율 공식은 다음과 같다.
R ∝ cos2δ(V)
여기서 δ는 액정 분자의 장축 방향으로 진동하는 빛과 장축 방향에 수직하는 방향으로 진동하는 빛 사이의 위상차로써 δ = 2πdΔneff/λ로 정의 된다. d는 셀 갭, Δneff은 전압에 따른 액정의 실효 복굴절 값, λ는 입사광의 파장을 나타낸다. 따라서 액정 층의 초기 상태인 δ가 π/2일 때 반사율 값이 0이 됨으로써 어둠상태를 나타내고, 전압을 인가하면 액정 분자들이 기판에 수직으로 일어나게 되어 액정 층의 δ가 0이 되므로 입사된 광이 액정 층을 지날 때 위상지연의 변화 없이 반사되어 나오므로 밝음 상태를 구현하게 된다.
이하, 상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치 제조방법을 설명한다.
본 발명의 제조방법은 제 1 , 2 기판 제공단계, 공통전극/하부절연층 형성단계, 화소전극 형성단계, 반사층 형성단계, 상부 공통전극 형성단계 및 액정층 형성단계를 포함한다.
먼저, 투과영역과 반사영역이 정의된 제 1 기판(10)과 제 2 기판(20)을 제공한다. 제 1 기판 상에 순차로 공통전극(30)과 하부 절연체층(40)을 형성한다. 하부 절연체층(40) 상에 화소전극(50, 50′)을 형성한다. 화소전극(50, 50′)은 상기 투과영역에서는 격자형상으로, 상기 반사영역에서는 플레인(plain) 형상으로 형성한다. 상기 투과영역의 격자형상은 화소전극 폭을 1~10㎛, 화소전극 간 간격을 1.5~20㎛로 패턴할 수 있다.
상기 반사영역의 화소전극(50) 상에 반사층(60)을 형성한다. 반사층(60)은 외부로부터 입사된 외부 광을 반사시키는 역할을 한다. 반사층(60)의 표면에는 광의 반사효율을 높이기 위하여 다수의 곡면으로 이루어진 복수 개의 엠보싱 형상이 형성될 수 있다. 상기 엠보싱의 형성방법으로는 예컨대, 감광성 수지층 등으로 이루어지는 수지 기재의 표면에 마스크 패턴을 통해 광을 조사하고, 현상처리에 의해 인접하는 다수의 미세한 구면형상 오목부를 형성하며, 이러한 구면형상 오목부가 다수 형성된 수지 기재의 표면에 알루미늄이나 은 등을 증착 또는 도금하여 엠보싱 형상을 갖는 반사층을 형성할 수 있다.
그 다음, 제 2 기판(20) 하부의 반사영역에 상부 공통전극(70)을 형성한다. 그리고 제 1 기판(10)과 제 2 기판(20) 사이에 액정층(80)을 형성한다.
상기 투과영역에서는 액정을 비틀림각(Twist angle) 없이 배향하고, 및 반사영역에서는 액정이 소정의 비틀림각(Twist angle) 및 선경사각(Pretilt angle)을 구비하도록 배향한다.
액정층(80) 형성단계는 광배향 방법을 사용하거나 이온 빔(Beam)을 조사하거나 액정을 러빙(rubbing)하는 방법에 의해 상기 비틀림각(Twist angle)을 제어할 수 있다.
또한, 광배향 방법을 사용하거나 이온 빔(Beam)을 조사하거나 반응성 메소겐(Reactive mesogen, RM)을 도핑한 액정에 자외선(uv)을 조사하여 상기 선경사각(Pretilt angle)을 제어할 수 있다.
상기 광배향 방법은 빛을 쬐어 배향을 제어한다. 광배향은 광민감성을 갖는 분자단의 이성체 구조를 이용하거나 폴리이미드를 부분 광분해하는 방법, 시나메이트나 쿠마린과 같은 광활성 분자단을 갖는 물질을 부분적으로 다량체화하는 방법, 또는 광흡수에너지로 회절무늬를 만들어(SRG) 표면구조를 바꾸어주면 상기 비틀림각(Twist angle) 및 선경사각(Pretilt angle)을 제어할 수 있다.
상기 이온 빔(Beam) 조사는 이온빔 조사각, 이온빔 에너지, 이온빔 전류밀도 및 이온빔 조사 시간 중에서 어느 하나 이상을 조절하여 상기 비틀림각(Twist angle) 및 선경사각(Pretilt angle)을 제어할 수 있다.
액정층에 반응성 메소젠(reactive mesogen, RM)을 도핑한 후 자외선을 조사하는 방법에 있어서, 메소젠(mesogen)은 액정 성질의 메소젠기(mesogen group)를 포함하는 광가교성 고분자 공중합체를 지칭하는 것으로 사용된다. 편광된 자외선이 상기 메소젠에 조사되면 상기 메소젠의 이방성이 유도되며, 이후 열처리를 함으로써 액정의 방향성을 향상시킨다. 상기 메소젠기는 일정 온도 범위나 용액 상태에서 액정성을 나타내는 고분자 재료이다. 상기 반응성 메소젠(RM)은 액정 상 반응을 유도할 수 있는 막대형, 바나나형, 보드형, 디스크형 등의 물질 또는 화합물을 포함할 수 있다. 상기 반응성 메소젠(RM)은, 예를 들어, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 에폭시, 옥세탄, 비닐-에테르, 스티렌, 티오렌 그룹 등을 반응기로 포함할 수 있다. 상기 반응성 메소젠은 액정층 전체 중량에 대하여 0.1~10 중량%, 바람직하게는 1.5~2.5중량%가 적당하다. 상기 범위를 벗어나는 경우는 상기 반사영역 액정의 위상지연 값을 제어하는 데 어려울 수 있기 때문이다.
상기 액정표시장치 제조방법은 상기 반사영역의 상부 공통전극(70) 하부 및 상기 투과영역의 제 2 기판(20) 하부에 상부 절연층 또는 컬러필터층(100)을 추가로 형성하는 단계를 포함하여 형성될 수 있다. 상부 절연층 또는 컬러필터층(100)에 의해 상기 반사영역과 상기 투과영역의 단일감마특성을 구현할 수 있다.
이하, 상기와 같은 구조를 갖는 액정표시장치의 전기광학적 특성을 설명한다.
상기 전기광학적 특성을 연구하기 위하여 2 X 2 존스 익스텐디드 매트릭스(Jones extended matrix) 방법에 의해 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였다. 액정 분자들의 표면 배향력은 스트롱 앵커링 에너지(strong anchoring energy)로 가정하였다. 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 반사영역과 투과영역의 셀갭은 4μm로 하여 단일 셀갭 구조로 적용하였다. 투과영역과 반사영역에 있는 액정의 선경사각은 각각 2도와 44도로 적용하였다. 투과영역의 초기 액정 분자의 배열방향은 하부 편광필름의 투과축과 평행하고, 반사영역에서는 하부 액정 배열방향은 상부 편광필름의 투과축을 기준으로 26도 이고 상부 액정 배열방향은 하부 편광필름의 투과축과 일치하여 결국 64도 비틀려 있는 상태로 하였다. 또한 반사영역과 투과영역의 단일 감마 특성을 맞추기 위하여 반사영역에 있는 상부 공통전극(70) 밑에 컬러필터층(100)을 코팅하여 그 두께를 조절하면서 시뮬레이션을 실시하였다. 편광필름 한 장의 투과율은 41%이고 편광필름 두장의 투과율은 35%로 가정한다.
도 4는 반사영역에 있는 컬러필터층의 두께(I)를 0~3.5μm 로 형성하면서 전압에 따른 투과율 및 반사율을 나타낸 그래프이다. 여기서 반사영역의 상부 공통전극에 코팅하는 물질은 절연체층 대신 컬러필터층(100)을 이용하였다. 컬러필터는 절연체 역할뿐 만 아니라, 제품의 두께를 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 반사영역은 빛이 컬러필터층을 두번 지나고 투과영역은 한번 통과되기 때문에 색재현성 측면에서도 장점을 갖는다.
컬러필터층(100)의 영향에 대해서 살펴보면, 투과영역은 제 2 기판(20)에 컬러필터층(100)이 존재해도 제 2 기판(20)에 전극이 위치하지 않기 때문에 컬러필터층(100)의 영향을 받지 않는다. 그러나 반사영역은 제 2 기판(20)에 평면형태의 공통전극(70)이 존재하고 제 1 기판(10)에 화소전극(50)이 존재함으로써, 전압을 인가했을 때 상부에 위치하는 컬러필터층(100)이 수직 전기장의 세기에 영향을 미친다. 따라서 액정 방향자가 느끼는 전기장의 영향이 덜 미치게 되므로 전압 인가에 따른 반사율 그래프의 문턱전압과 구동전압 및 반사율에 영향을 준다. 따라서 반사영역의 상부에 위치하는 컬러필터의 두께를 조절함으로써 반사영역과 투과영역의 단일 감마 특성을 맞출 수 있다.
도 4에서 보는 바와 같이, 반사영역에 있는 상부 컬러필터의 두께 (I)가 0μm 에서 3μm로 증가될 때, 전압에 따른 투과율과 반사율 그래프가 단일 감마 곡선의 형태를 갖추는 것을 확인할 수 있다.(투과영역에서의 액정의 장축과 화소전극의 슬릿 각도사이의 차이 α= 10도 일 때) 투과 영역과 반사영역의 문턱전압은 모두 1.5V미만이며, 구동전압은 4.2V 부근에서 형성되는 것을 볼 수 있다.
도 5는 상부 컬러필터의 두께 (I)가 3μm일 때, 투과영역과 반사영역의 전압에 따른 투과율 및 반사율 곡선을 보정시킨 (Normalized) 그래프이다. 반사영역과 투과영역의 구동전압은 4.2V로 서로 일치하고 전압 인가에 따른 반사율과 투과율 곡선이 서로 유사하다. 각 영역의 감마커브가 거의 일치하기 때문에 단일 구동 회로로 구동시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치에 있어서, 투과영역과 반사영역의 명암 대비율 곡선을 나타낸 것이다. 투과영역은 명암 대비율이 10:1인 영역이 전 방향기준으로 극각(polar angle) 60도 이상이고, 반사영역은 명암 대비율이 5:1인 영역이 전 방향기준으로 극각(polar angle) 40도 이상이다. 시야각 특성은 주로 투과영역에 의해 결정되므로 본 발명의 실시예에 따른 상기 액정표시장치는 우수한 광시야각 특성을 보여준다.
지금까지 본 발명에 대한 구체적인 실시예를 살펴보았다. 개시된 실시예는 한정적 관점이 아닌 설명적 관점으로 고려되어야 하는 바, 본 발명은 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있다.
10 : 제 1 기판 20 : 제 2 기판
30 : 공통전극 40 : 하부 절연체층
50, 50′ : 화소전극 60 : 반사층
70 : 상부 공통전극 80 : 액정층
90 : 제 2 기판 100 : 컬러필터층

Claims (14)

  1. 투과영역과 반사영역이 정의된 제 1 기판 및 제 2 기판;
    상기 제 1 기판 상에 순차로 형성된 공통전극 및 하부 절연체층;
    상기 하부 절연체층 상에 형성되며, 상기 투과영역에서는 격자형상 및 상기 반사영역에서는 플레인(plain) 형상으로 형성된 화소전극;
    상기 반사영역의 화소전극 상에 형성된 반사층;
    상기 제 2 기판 하부의 반사영역에 형성된 상부 공통전극; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성되며, 투과영역에서는 액정이 비틀림각(Twist angle) 없이 배향되고, 및 반사영역에서는 액정이 소정의 비틀림각(Twist angle) 및 선경사각(Pretilt angle)을 구비하여 배향되는 액정층을 포함하는 액정표시장치로서, 상기 액정표시장치는 상기 투과영역과 상기 반사영역의 셀갭이 같고, 상기 반사영역에서 액정의 비틀림각(Twist angle)은 50~70도이고, 상기 반사영역에서의 액정은 위상지연 값이 λ/4를 만족하는 소정 각도의 선경사각(Pretilt angle)을 갖되, 상기 반사영역 액정의 선경사각이 투과영역 액정의 선경사각보다 큰 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 투과영역의 화소전극은 폭을 1~10㎛, 화소전극 간 간격을 1.5~20㎛로 패턴하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 액정표시장치는 상기 반사영역의 상부 공통전극 하부 및 상기 투과영역의 제 2 기판 하부에 상부 절연층 또는 컬러필터층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 삭제
  8. 투과영역과 반사영역이 정의된 제 1 기판 및 제 2 기판을 제공하는 단계;
    상기 제 1 기판 상에 순차로 공통전극 및 하부 절연체층을 형성하는 단계;
    상기 투과영역에서는 격자형상 및 상기 반사영역에서는 플레인(plain) 형상으로 화소전극을 상기 하부 절연체 층상에 형성하는 단계;
    상기 반사영역의 화소전극 상에 반사층을 형성하는 단계;
    상기 제 2 기판 하부의 반사영역에 상부 공통전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하되, 투과영역에서는 액정이 비틀림각(Twist angle) 없이 배향하고, 반사영역에서는 액정이 소정의 비틀림각(Twist angle) 및 선경사각(Pretilt angle)을 구비하도록 배향하는 액정층 형성단계를 포함하는 액정표시장치 제조방법으로서,
    상기 제조방법은 상기 투과영역과 상기 반사영역의 셀 갭을 같도록 형성하고,
    상기 액정층 형성단계는 상기 비틀림각(Twist angle)을 50~70도로 제어하고, 상기 반사영역의 위상지연 값이 λ/4를 갖도록 상기 선경사각(Pretilt angle)을 제어하되, 상기 반사영역 액정의 선경사각을 투과영역 액정의 선경사각보다 크게 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 액정층 형성단계는 광배향 방법을 사용하거나 이온 빔(Beam)을 조사하거나 액정을 러빙(rubbing)하는 방법에 의해 상기 비틀림각(Twist angle)을 제어하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 액정층 형성단계는 광배향 방법을 사용하거나 이온 빔(Beam)을 조사하거나 반응성 메조겐(Reactive mesogen, RM)을 도핑한 액정에 자외선을 조사하는 방법에 의해 선경사각(Pretilt angle)을 제어하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
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