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KR19980023974A - 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치 - Google Patents

반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치 Download PDF

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KR19980023974A
KR19980023974A KR1019970009036A KR19970009036A KR19980023974A KR 19980023974 A KR19980023974 A KR 19980023974A KR 1019970009036 A KR1019970009036 A KR 1019970009036A KR 19970009036 A KR19970009036 A KR 19970009036A KR 19980023974 A KR19980023974 A KR 19980023974A
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KR
South Korea
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layer
liquid crystal
substrate
reflective
pixel
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1019970009036A
Other languages
English (en)
Inventor
히데오 가따오까
노부유끼 시게노
마사끼 무나까따
데쯔오 우라베
Original Assignee
이데이 노부유끼
소니 가부시끼가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP8265577A external-priority patent/JPH09146124A/ja
Application filed by 이데이 노부유끼, 소니 가부시끼가이샤 filed Critical 이데이 노부유끼
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

본 발명은, 편광판이 불필요하며 화면이 밝은 칼라 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치를 제공한다.
칼라 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 상측 기판(1)에는 투명 전극(3)이 헝성되어 있다. 하측 기판(2)에는 반사 전극(4)이 형성되어 있음과 동시에, 양기판의 간극에는 전기 광학체(5)가 유지되어 있으며, 인가 전압에 응답하여 광변조를 행한다. 전기 광학체(5)는 이색성 색소(8)를 함유하며 투명 전극(3)을 따라 동일하게 배향된 게스트 호스트형 액정층(6)과, 소정의 광학 이방축을 가지며 반사 전극(4)을 따라 성막된 위상차판층(7)을 따라 성막된 위상차판층(7)을 포함하는 적층 구조를 가진다. 투명 전극(3)과 반사 전극(4)은 서로 대면하여 복수의 화소를 규정한다. 칼라 필터(13)는 각 화소에 대하여 다른 파장의 입사광을 할당한다. 위상차판층(7)은 화소 마다 분할되며, 대응하는 파장에 응답하여 그 두께가 조정되고 있따. 또, 본 액정 표시 장치를 액티브 매트릭스형으로 한 경우, 칼라 필터를 대향 기판측이 아니라 스위칭 소자나 화소 전극이 형성된 구동 기판측에 설치함으로써, 화소 개구율을 개선할 수 있다.

Description

반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치
본 발명은 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 위상차판을 내장함과 동시에 편광판을 제거함으로써 입사광의 이용 효율을 개선하는 기술에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 칼라 표시를 행하는 경우에, 내장된 위상차판의 파장 의존성을 제거하여 표시 품위를 개선하는 기술에 관한 것이다. 또, 칼라 표시에 필요한 마이크로 칼라 필터의 구조 및 제조에 관한 것이다
액정 표시 장치에는 여러가지의 모드가 있고, 현재 트위스트 배향 또는 수퍼 트위스트 배향된 네마틱 액정을 사용한 TN 모드 또는 STN 모드가 주류가 되고 있다. 그러나, 이것들의 모드는 동작 원리상 한 쌍의 편광판이 필요하며, 광 흡수가 있기 때문에 투과율이 낮아 밝은 표시 화면을 얻을 수 없다. 이것들의 모드 이외에, 이색성 색소를 이용한 게스트 호스트 모드도 개발되고 있다. 게스트 호스트 모드의 액정 표시 장치는 액정에 첨가한 이색성 색소의 흡수 계수의 이방성을 이용하여 표시를 행하는 것이다. 막대기 형상 구조의 이색성 색소를 사용하면, 색소 분자는 액정 분자에 평행하게 배향되는 성질이 있기 때문에, 전계를 인가하여 액정의 분자 배향을 변화시키면, 색소의 배향 방향도 변화한다. 이 색소는 방향에 의하여 착색되거나 되지 않거나 하기 때문에, 전압을 인가함으로써 액정 표시 장치의 착색, 무색을 전환할 수 있다.
도 6 은 헤일메이어(Heilmeier)형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 구조를 도시하고 있고, (A)는 전압 무인가 상태를 나타내며, (B)는 전압 인가 상태를 나타내고 있다. 이 액정 표시 장치는 p형 색소와 유전 이방성이 정(正)인 네마틱 액정(NP액정)을 사용하고 있다. p형의 이색성 색소는 분자축에 대략 평행한 흡수축을 가지고 있고, 분자축에 평행한 편광 성분(Lx)을 강하게 흡수하며, 그것에 수직인 편광성분(Ly)은 거의 흡수하지 않는다. (A)에 도시한 전압 무인가 상태에서는, 입사광에 포함되는 편광 성분(Lx)이 P형 색소에 의하여 강하게 흡수되며, 액정 표시 장치는 착색된다. 예를 들면, 이색성의 흑색 색소를 사용한 경우에는 검게 착색된다. 이것에 대하여, (B)에 도시된 전압 인가 상태에서는, 유전 이방성이 정인 NP액정이 전계에 응답하여 일어서고, 이것에 맞추어 p형 색소도 수직방향으로 정렬된다. 이 때문에, 편광 성분(Lx)은 거의 흡수되지 않고 액정 표시 장치는 무색을 나타낸다. 입사광에 함유되는 다른 방향의 편광 성분(Ly)은 전압 인가 상태 및 전압 무인가 상태 중의 어느 것이어도 이색성 색소에 의하여 흡수되지 않는다. 따라서, 헬리메이어형 게스트 호스트 액정 표시 장치에서는, 미리 1매의 편광판을 개재시켜, 다른 방향의 편광 성분(Ly)을 제거하고 있다.
네마틱 액정을 이용한 게스트 호스트 액정 표시 장치는, 게스트로서 첨가하는 이색성 색소가 네마틱 액정과 동일하게 배향된다. 액정의 배향 방향과 평행한 편광 성분은 흡수되지만, 이것과 직교하는 편광 성분은 흡수되지 않는다. 따라서, 충분한 콘트라스트를 얻기 위하여, 액정 표시 장치의 입사측에 1 매의 편광판을 배치하고, 입사광의 편광 방향을 액정의 배향 방향과 일치시키고 있다. 그러나, 이와 같이 하면, 편광판에 의하여 원리적으로는 입사광의 50%(실제로는 40%정도)가 소실되므로, 표시가 TN모드와 같이 어두워져 버린다. 이 문제를 개선하는 방법으로서, 단지 편광판을 제거한 것만으로는 흡수도의 온 오프비가 현저히 저하되므로 적당하지 않아, 여러가지의 개선책이 제안되고 있다. 예를 들면, 입사측의 편광판을 제거 하는 한편, 출사측에 4분의 1 파장판(위상차판) 및 반사판을 설치한 구조가 제안되고 있다. 이 방식에서는, 서로 직교하는 2개의 편광 성분이, 4 분의 1 파장판에 의하여 왕복로에서 편광 방향이 90°회전되며, 편광 성분의 교체가 행해진다. 따라서 오프 상태(흡수 상태)에서는, 각 편광 성분이 입사 광로나 반사 광로 중의 어느 하나에서 흡수된다.
그러나, 이 구조에서는 4 분의 1 파장판 및 반사판을 외부에 설치하기 위해서, 액정 표시 장치 자체는 투과형으로 할 필요가 있다. 특히, 고 정밀도이며 또한 동화상 표시도 가능하게 하기 위하여, 액티브 매트릭스형의 구조를 사용한 경우, 기판상에 화소 전극 구동용 박막 트랜지스터를 집적 형성하기 때문에, 투과형에서는 화소 개구율이 낮아 입사광의 상당 부분이 차단된다. 따라서, 편광판을 제거하여도 표시 장치의 화면을 현저히 밝게 할 수는 없다고 하는 문제가 있다.
또, 액티브 매트릭스형의 액정 표시 장치에서 칼라 표시를 행하는 경우에는, 각 화소에 적·녹·청의 3원색 성분의 어느 것인가가 주기적으로 할당되고 있다. 이 3원색 성분의 할당을 행하기 위하여 칼라 필터 등이 사용되고 있다. 칼라 필터는 각 화소에 할당된 3원색 성분에 대응하는 파장을 선택적으로 투과한다. 그러나, 칼라 표시를 행하는 경우, 4분의 1 파장판(위상차판)을 사용하여 흑색 표시를 강조하는 방법을 채용하면, 위상차판의 파장 의존성이 표시 품위에 악영향을 준다고 하는 문제가 있다. 이 때문에, 전압 오프시에 있어서의 흑색 표시 때 착색의 영향이 나타난다. 또, 위상차판의 편광 변화 효과가 전 파장 영역에 걸쳐 균일하지 않기 때문에, 콘트라스트의 저하를 초래한다.
더욱이, 액티브 매트릭스형의 액정 표시 장치로 칼라 표시를 행하는 경우에는, 각 화소에 대응하여 적·녹·청의 3원색 성분으로 평면 분할된 마이크로 칼라 필터를 형성할 필요가 있다. 액티브 매트릭스형의 액정 표시 장치는 화소 전극이나 스위칭용 박막 트랜지스터가 집적 형성된 구동 기판과, 대향 전극이 형성된 대향 기판을 서로 접합하고, 양자의 간극에 액정층을 유지한 구성으로 되어 있다. 종래의 액티브 매트릭스형 칼라 액정 표시 장치에서는, 마이크로 칼라 필터가 대향 기판측에 형성되어 있다. 그러나, 이러한 구조에서는, 구동 기판과 대향 기판을 서로 붙이는 경우, 양자의 중첩 정밀도에 어느 정도의 마진을 마련할 필요가 있고, 그 만큼 화소의 개구율이 희생되어 버린다. 백 라이트를 사용하지 않은 반사형 풀칼라 액정 표시 장치에서는 밝은 화면을 얻기 위해서는 화소의 개구율을 가능한한 크게 할 필요가 있다. 그러나, 마이크로 칼라 필터를 대향 기판에 설치하는 종래의 구조에서는 양자의 중첩 정밀도에 의하여 개구율이 제한되어 버린다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제를 해결하고자, 본 발명의 제 1 측면에서는, 다음의 구성을 갖는 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치를 제안하는 바이다. 즉, 본 발명에 관한 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치는 기본적인 구성으로서, 입사측에 위치하고, 대향 전극을 구비한 투명 기판; 반사측에 위치하고, 복수의 화소 전극과, 각각의 화소 전극을 구동하는 스위칭 소자와, 개개의 화소 전극과 정합하여 평면 분할적으로 패터닝된 칼라 필터층을 구비한 반사 기판, 상기 투명 기판 및 반사 기판의 사이에 유지되며, 이색성 색소가 첨가된 게스트 호스트형 액정층; 및 상기 반사 기판과 상기 액정층과의 사이에 위치하며, 입사광에 대하여 4분의 1 파장분의 위상차를 발생시키는 위상차판층(phase shifter)을 구비한다. 이 때, 상기 위상 차판층이, 개개의 화소 전극에 대응하여 평면적으로 분할되고, 대응하는 화소 전극에 할당된 입사광에 대하여 4분의 1 파장분의 위상차를 부여하도록 위상차판층의 두께가 화소 전극마다 조정되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 반사 기판은, 아래로부터 순서대로 광 반사층, 칼라 필터층, 위상차판층 및 화소 전극이 적층되어 있고, 각각 평면 분할된 칼라 필터층 및 위상차판층의 총 두께는 전 화소에 걸쳐 일정하게 유지되어 있음과 동시에, 각 화소 전극별로 칼라 필터층과 위상차판층의 두께의 비를 변화시킴으로써 위상차판층의 두께가 화소 전극별로 조정되어 있다는 것이 유리하다.
상술한 본 발명의 제 1 측면은 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 제조 방법을 포함한다. 이러한 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 제조 방법은, 제 1 기판에 스위칭 소자 및 광 반사층을 형성하는 공정; 화소 전극과 정합하도록, 상기 광 반사층의 위에 평면 분할된 칼라 필터층을 형성하는 공정; 상기 칼라 필터층의 위에 평면 분할된 위상차판층을 형성하는 공정; 상기 칼라 필터층의 각각과 정합하여 상기 위상차판층의 위에 화소 전극을 형성함과 동시에, 이 화소 전극에 대응하는 스위칭 소자에 접속하는 공정; 대향 전극이 형성된 제 2 기판을 상기 제 1 기판에 소정의 간극을 개재하여 접합하는 공정; 대향 전극이 형성된 제 2 기판을 상기 제 1 기판에 소정의 간극을 개재하여 접합하는 공정; 상기 간극에 게스트 호스트 액정층을 도입하는 공정을 포함한다. 상기 칼라 필터층 형성 공정은, 개개의 화소 전극마다 두께를 변화시켜 칼라 필터층을 형성하며, 상기 위상차판 형성 공정은, 전 화소 전극에 걸쳐 표면이 평탄해지도록 상기 칼라 필터층의 위에 위상차판층을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 측면에 의하면, 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치는 내면에 투명 전극이 형성되어 입사광을 받아들이는 제 1 기판; 상기 투명 전극과 서로 대면하여 복수의 화소를 규정하는 반사 전극이 내면에 형성되며, 상기 제 1 기판과 대향 배치된 제 2 기판; 각 화소에 대하여 다른 파장의 입사광을 할당하는 칼라 필터; 및 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 유지되고, 상기 투명 전극과 반사 전극과의 사이에 인가되는 전압에 응답하여 광변조를 행하며, 이색성 색소를 함유하고 상기 투명 전극에 따라 동일하게 배향된 게스트 호스트 액정층과, 소정의 광학축을 가지고 상기 반사 전극에 따라 성막되며 화소마다 분할되고 대응하는 파장에 응답하여 그 두께가 조정되어 있는 위상차판층을 포함하는 적층 구조를 갖는 전기 광학체를 포함한다. 상기 칼라 필터는, 대응하는 파장 성분의 입사광을 선택적으로 투과하도록, 화소마다 분할된, 색소를 포함하는 위상차판층인 것이 바람직하다.
상술한 본 발명의 제 2 측면은, 투명 전극 기판과, 이것에 소정의 간극을 개재하여 접합된 반사 전극 기판과, 상기 간극의 투명 전극 기판측에 유지된 게스트 호스트 액정층과, 상기 간극의 반사 전극 기판측에 유지되고 3원색의 화소마다 분할된 위상차판층을 구비한 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 제 1 색의 파장에 대응한 두께로 위상차판층을 반사 전극 기판의 표면에 성막한 후, 제 1 색이 할당된 화소만에 남도록 패터닝하는 공정; 제 2 색의 파장에 대응한 두께로 위상차판층을 반사 전극 기판의 표면에 성막한 후, 제 2 색이 할당된 화소만에 남도록 패터닝하는 공정; 제 3 색의 파장에 대응한 두께로 위상차판층을 반사 전극 기판의 표면에 성막한 후, 제 3 색이 할당된 화소만에 남도록 패터닝하는 공정을 포함하는 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 제조 방법을 포함한다.
흡수 상태에 있어서의 액정층의 배향 방향에 따라 진동 성분은 동일한 방향으로 배향되어 있는 이색성 색소에 의하여 흡수된다. 그러나, 이것과 직교하는 진동 성분은 색소 분자의 배향 방향과 교차하고 있기 때문에 거의 흡수되지 않는다. 바꾸어 말하면, 거의 광변조를 받지 않는다. 그러나, 본 발명에 의하면 이 진동 성분의 액정층을 통과한 후 위상차판층에 입사되며, 다시 반사 전극에서 반사된 후 다시 위상차판층을 통과한다. 따라서, 이 진동 성분은 4분의 1 파장판으로서 기능하는 위상차판층을 2회 통과하게 되어, 그 진동 방향(편광 방향)이 90°회전한다. 그러면, 흡수 상태에 있는 액정의 배향 방향과 일치하기 때문에, 이 전동 성분은 흡수된다. 이와 같이 하여, 입사광에 포함되는 모든 진동 성분은 왕복로 중의 어느 쪽에서 반드시 흡수되므로, 외부에 붙이는 편광판은 불필요해진다. 따라서, 편광판을 제거하여도 편광판이 부착된 투과형 게스트 호스트 액정 표시 장치와 대략 동등한 콘트라스트를 얻을 수 있다.
그런데, 위상차판층은 소정의 광학 이방축을 가지며 소위 굴절율 이방성을 갖고 있다. 이 위상차판층이 4분의 1 파장판으로서 가능하기 위해서는, 특정의 파장(λ)과 굴절율 이방성의 정도를 표현하는n 과의 사이에n·d = λ/4의 관계가 성립되지 않으면 안된다. 여기서 d는 위상차판층의 두께를 표현하고 있다. 그래서, 본 발명의 제 1 측면에서는, 각 화소를 투과하는 파장 성분에 맞추어 지연률(retardation)n·d가 λ/4가 되도록, 위상차판층의 두께 d를 조정하고 있다.
또, 본 발명의 제 2 측면에서는, 칼라 필터를 대향 전극이 형성된 입사측의 기판이 아니라, 화소 전극과 스위칭 소자가 집적 형성된 반사측의 기판에 설치되고 있다. 마이크로 칼라 필터와 화소 전극이 동일 기판상에 형성되어 있기 때문에, 양자를 고 정밀도로 서로 얼라인먼트할 수가 있다. 따라서, 종래와 같이 입사측의 기판과 반사측의 기판을 접합할 때 중첩 정밀도에 여분의 마진을 포함시킬 필요가 없게 되어, 그 정도 화소의 개구율을 개선할 수 있다.
도 1 은 본 발명에 관한 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 제 1 실시예를 도시한 단면도 및 평면도.
도 2 는 도 1 에 반사된 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 동작 설명에 제공되는 단면도.
도 3 은 도 1 에 도시된 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치에 조립되는 위상차판층의 형성 방법을 도시한 공정도.
도 4 는 본 발명에 관한 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 제 2 실시예를 도시한 모식적인 부분 단면도.
도 5 는 도 4 에 도시된 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 제조 방법을 도시한 공정도.
제 6 은 종래의 게스트 호스트 액정 표시 장치의 일 예를 도시한 단면도.
도 7 은 본 발명에 관한 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 제 3 실시예를 도시한 모식적인 부분 단면도.
도 8 은 본 발명에 관한 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 제 4 실시예를 도시한 모식적인 부분 단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 상측 기판2 : 하측 기판
3 : 투명 전극4 : 반사 전극
5 : 전기 광학체6 : 액정층
7 : 위상차판층(phase shifter)8 : 이색성 색소
9 : 네마틱 액정 분자10, 11 : 배향막
13 : 칼라 필터
도 1 은 본 발명에 관한 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 제 1 실시예를 도시하고 있다. (A)에 도시된 바와 같이, 본 장치는 상측 기판(투명 전극 기판)(1)과 하측 기판(반사 전극 기판)(2)을 사용하여 조립되어 있다. 상측 기판(1)은 유리등으로 이루어지고 투명 전극(3)이 형성되어 입사광을 받아들인다. 이 투명 전극(3)은 예를 들면 행방향을 따라 스트라이프 형상으로 패터닝되어 있다. 하측 기판(2)에는 반사 전극(4r, 4g, 4b)이 형성되어 있다. 이 반사 전극은 열방향을 따라 스트라이프 형상으로 패터닝되어 있다. 따라서, 투명 전극(3)과 반사 전극(4r, 4g, 4b)은 행렬 형상으로 교차되어 화소를 규정하며 단순 매트릭스형의 액정 표시 장치를 얻을 수 있다. 본 표시 장치는 칼라 표시를 행하기 3원색간에 적·녹·청 3원색 중의 어느 하나가 주기적으로 할당되어 있다. 구체적으로는, 반사전극(4r, 4g, 4b)의 위에 칼라 필터(13)가 형성되어 있고, 각 화소에 대응하여 적·녹·청에 대응한 다른 파장의 입사광을 할당한다. 하측 기판(2)은 소정의 간극을 개재하여 상측 기판(1)에 대향 배치되어 있다. 이 간극에는 전기 광학체(5)가 유지되어 있고, 투명 전극(3)과 반사 전극(4r, 4g, 4b)(이하, 특별히 3원색간에 구별을 요하지 않을 때에는 반사 전극(4)으로 함)의 사이에 인가되는 전압에 응답하여 입사광의 광변조를 행한다. 전기 광학체(5)는 게스트 호스트형의 액정층(6)과 위상차판층(7)을 포함하는 적층 구조를 가진다. 액정층(6)은 예를 들면 흑색의 이색성 색소(8)를 함유함과 동시에, 투명 전극(3)을 따라 동일하게 배향되어 있다. 위상차판층(7)은 소정의 광학 이방축을 가지며, 칼라 필터(13)의 위를 따라 성막되어 있다. 이 위상차판층(7)의 표면은 배향막(11)으로 피복되어 있다. 마찬가지로, 상측 기판(1)의 표면에 형성된 투명 전극(3)도 배향막(10)으로 피복되어 있다.
액정층(6)은 인가 전압에 응답하여 흡수 상태와 투과 상태로 변화한다. (A)는 흡수 상태를 도시하고 있으며, 입사광에 포함되는 제 1 진동 성분(X)을 거의 흡수하는 한편, 이것과 직교하는 제 2 진동 성분(Y)을 거의 투과한다. 반대로, 투과 상태에서는 양 진동 성분(X, Y)을 거의 투과한다. 도시된 바와 같이, 흡수 상태에서는 네마틱 액정 분자(9)는 수평 배향되어 있으며, 이것에 응답하여 이색성 색소(8)도 수평 배향되어 있다. 본 예에서는 전압 무인가 상태에서 흡수 상태를 실현하고 있으며, 전압 인가 상태에서 투과 상태로 변화한다. 이 때문에, 네마틱 액정 분자(9)는 정의 유전 이방성을 가지며 또한 미리 상하 한 쌍의 배향막(10, 11)에 의하여 수평 배향(호모지니어스 배향)으로 제어되고 있다. 반대로, 전압 인가 상태에서 도시된 흡수 상태를 실현하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 네마틱 액정 분자(9)는 부의 유전 이방성을 갖는 것을 사용한다. 이러한 구성에서, 위상차판층(7)은 반사 전극(4)에서 반사되는 제 2 진동 성분(Y)의 왕복로 중에 개재되어, 제 2 진동 성분(Y)을 제 1 진동 성분(X)으로 변환하여, 흡수 상태에 있는 액정층(6)에 재입사한다.
위상차판층(7)은 4분의 1 파장판으로서 가능하다. (B)에 도시된 바와 같이, 그 광학 이방축은 흡수 상태에 있는 액정층의 배향 방향과 45°의 각도로 교차되어 있다. 흡수 상태를 투과한 제 2 진동 성분(Y)(직선 편광 성분)의 진동 방향은 배향 방향과 직교하고 있다. 또, 이 제 2 진동 성분(Y)은 광학 이방축과 45°의 각도로 교차되어 있다. 제 2 진동 성분(Y)(직선 편광 성분)은 4분의 1 파장판을 통과하면 원편광으로 변환된다. 이 원편광은 반사 전극에서 반사된 후 다시 4분의 1 파장판에 입사되면 제 2 진동 성분(Y)과 직교하는 직선 편광(제 1 진동 성분(X))으로 변환된다. 이렇게 변환된 제 1 진동 성분(X)은 흡수 상태에 있는 액정층(6)에 의하여 흡수되게 된다.
상술한 바와 같이, 본 표시 장치는 칼라 표시를 행하기 위하여, 행 형상의 투명 전극(3)과 열 형상의 반사 전극(4)은 서로 대면하여 복수의 화소를 규정하고, 각 화소에 대하여 다른 파장의 입사광(적·녹·청)을 할당하는 칼라 필터(13)가 형성되어 있다. 본 발명의 특징 사항으로서, 위상차판층(7)은 각 화소마다 분할되며, 대응하는 파장에 응답하여 그 두께가 조정되고 있다. (A)에 도시된 바와 같이, 위상차판층(7)은 화소에 대응하여 구분되어 있으며, 아래의 화소의 색에 따라 두께가 달라 있다. 두께(d)는 각 화소에 할당된 반사광 파장에 맞추며 지연률n·d가 λ/4가 되도록 조정되어 있다. 예를 들면, 굴절율 이방성n이 0.2인 광학 재료를 위상차판층(7)에 사용한 경우, 적색 화소에 대응하는 부분의 적당한 두께는 λ=700nm로 하면, d=875nm가 된다. 마찬가지로, 녹색 화소에 대응한 부분은 λ=546nm로 하면, 적당한 두께는 d=685nm가 된다. 다시,청색 화소에 대응하는 부분은 λ=436nm로 하면, 적당한 두께는 d=545nm가 된다. 이상과 같이, 본 발명에서는 위상차판층(7)의 두께를 화소마다 제어함으로써, 전 파장 영역에 걸쳐 양호한 콘트라스트를 얻을 수 있다.
도 2 는 액정층(6)의 투과 상태를 도시하고 있으며, 네마틱 액정 분자(9)는 수직 배향되어 있다. 이것에 맞추어, 이색성 색소(8)도 수직 배향되어 있다. 따라서, 제 1 진동 성분(X) 및 제 2 진동 성분(Y) 모두 액정층(6)을 거의 전면적으로 투과한다. 반사공은 제 1 진동 성분과 제 2 진동 성분이 서로 교체할 뿐이며, 아무런 광변조를 받지 않는다. 유전 이방성이 정인 네마틱 액정 분자(9)는 인가 전압에 응답하여 일어서며, 수직 배향으로 변화된다. 또한, 전술한 바와 같이 전압 무인가 상태에서 네마틱 액정 분자(9)의 수직 배향을 실현하는 것도 가능하다. 즉, 배향막(10, 11)의 재료등을 적당히 선택함으로써, 네마틱 액정 분자(9)를 수직 배향(호메오트로픽 배향)할 수가 있다. 이 경우에는, 유전 이방성이 부인 네마틱 액정 분자(9)를 사용하고, 전압 인가에 응답하여 수직 배향로 전환된다. 이때, 수평 배향 방향을 일정하게 하기 위하여, 수직 배향 상태에서 미리 네마틱 액정 분자(9)에 프리틸트를 설정해둔다.
다음에 도 1 및 도 2 를 참조하며, 제 1 실시예의 구체적인 구성을 상세히 설명한다. 본 액정 표시 장치에서, 액정층(6)은 네마틱 액정 분자(9)로 이루어지며, 이 중에는 흑색의 이색성 색소(8)가 첨가되어 있다. 이색성 색소(8)를 혼입한 액정층(6)은 수평 배향 또는 수직 배향되어 있다. 반사 전극(4)은 알루미늄, 은 등 반사율이 높은 금속막으로 구성되어 있으며, 따라서 본 표시 장치는 반사형 디스플레이로 되어 있다. 반사 전극(4)의 위에는 칼라 필터(13)가 형성되어 있으며, 각 화소에 대하여 다른 파장의 입사광을 할당한다. 이 칼라 필터(13)는 예를 들면 인쇄법에 의하여 형성된다. 칼라 필터(13)의 위에는 가시역(400~700nm)의 파장에 대하여, λ/4의 위상차를 부여할 수 있는 투명한 위상차판층(7)이 형성되어 있다. 적·녹·청의 3원색 마다의 파장에 대하여 정확히 λ/4의 위상차를 부여하기 위하여, 위상차판층(7)은 화소마다 구분되며 그 두께가 파장에 응답하여 제어되고 있다. 위상차판층(7)의 광학 이방축은, 액정층(6)이 수평 배향되어 있는 경우, 그 배향 방향과 45°의 각도를 이루도록 설정되어 있다. 액정층(6)이 미리 수직 배향되어 있는 경우에는, 프리틸트각을 갖는 액정 분자(9)의 여현(余弦)방향에 대하여 45°의 각도를 갖도록, 광학 이방축이 설정되어 있다. 위상차판층(7)은 광학 이방축을 따라 일축 배향된 액정 분자를 포함하는 고분자 액정 재료로 형성되어 있다. 예를 들면, 고분자 액정 재료(액정성 고분자인 방향족 폴리에스테르, 시로키센 수지등)를 사용하여, 이것을 네마틱상 또는 스메틱 A상의 온도에서 기판상에 배치시켜 두고 나서, 실온으로 되돌려 고정함으로써, 일축 이방성의 위상차판층(7)을 얻을 수 있다. 굴절율 이방성(n)이 높은 고분자 액정 재료를 사용하여 λ/4층을 형성하면, 그 막 두께를 충분히 얇게 할 수 있다. 따라서, 칼라 필터(13)의 위에 λ/4층을 코팅 형성할 수 있으므로, 표시 장치의 제조 프로세스는 간략화 가능하다. 이 위상차판층(7)과 액정층(6)의 사이에는 패시베이션층을 겸한 배향막(11)이 개재되어 있다. 배향막(11)으로서는 감광성 재료를 사용할 수 있으며, 노광 현상에 의하여 패턴화가능하도록 되어 있다. 감광성 재료로서는 예를 들면 폴리비닐알콜(PVA)의 수용액에 광가교(光架橋)반응을 일으키기 위한 중크롬산 암모늄을 미량 첨가한 것을 사용할 수 있으며, 스핀 코팅등에 의하여 기판상에 도포 가능하다. PVA는 액정층(6)에 대하여 우수한 배향성을 가지고 있으며, 패시베이션을 겸한 배향막(11)으로서 바람직하다.
다시 도 1 및 도 2 를 참조하면서 본 발명에 관한 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 동작을 상세히 설명한다. 도 1 의 (A)에 도시된 수평 배향 상태에서, 외부로부터 빛이 입사된 경우를 살펴본다. 우선, 입사광은 서로 직교하는 편광 성분인 제 1 진동 성분(X)과 제 2 진동 성분(Y)으로 나누어 생각할 수 있다. 제 1 진동 성분(X)은 액정층(6)의 배향 방향과 동일하기 때문에, 동일한 방향으로 배향되어 있는 흑색의 이색성 색소(8)에 의하여 흡수된다. 그러나, 제 2 진동 성분(Y)은 색소 분자의 배향 방향과 직교하고 있기 때문에 전혀 흡수되지 않는다. 따라서, 제 2 진동 성분(Y)은 액정층(6)을 통과하고, 다시 4분의 1 파장판으로서 기능하는 위상차판층(7)에 진입한다. 또한, 칼라 필터(13)를 개재한 후 반사 전극(4)에서 반사되며, 다시 위상차판층(7)을 통과한다. 제 2 진동 성분(Y)은 위상차판층(7)을 왕복 2회 통과하게 되고, 편광 방향이 90°회전한다. 그러면, 이번에는 액정층(6)의 배향 방향과 일치하기 때문에, 빛이 흡수된다. 이와 같이 하여, 입사광에 포함되는 모든 진동 성분이 왕복로 중의 어느 쪽인가에서 흡수되기 때문에, 편광판이 없어도 얻을 수 있다. 한편 투과 상태에서는 칼라 필터(3)에 의하여 3원색에 응답한 화소마다의 파장 선택이 행해져, 원하는 칼라 표시가 가능해진다.
도 3 을 참조하여 화소마다 두께를 변화시킨 위상차판층(7)의 성막 방법을 상세히 설명한다. 우선 공정(a)에서, 유리등으로 이루어지는 기판(2)을 세정한 후 그 표면에 스퍼터링법 또는 진공 증착법으로 금속막을 성막한다. 이 금속막을 소정의 형상으로 패터닝하여 반사 전극(4)으로 가공한다. 여기에서는, 적·녹·청이 각각 할당되는 반사 전극을 서로 구별하기 위하여, 도면 참조 번호(4r, 4g, 4b)를 사용하고 있다. 본 예에서는, 예를 들면 녹색이 할당되는 반사 전극(4g)의 위에 일정 두께를 갖는 위상차판층(7)을 선택적으로 형성하는 예를 설명한다. 반사 전극(4)을 형성한 후, 그 위에 칼라 필터(13)를 형성한다. 이 칼라 필터(13)는 반사 전극(4r, 4g, 4d)에 대응하여 적·녹·청으로 착색되어 있고, 예를 들면 주지의 인쇄법 등에 의하여 형성가능하다. 이 칼라 필터(13)를 소정의 방향을 따라 베드(下地) 러빙 처리한다. 그리고, 칼라 필터(13) 위에 고분자 액정 재료를 도포한다. 이 고분자 액정 재료는, 예를 들면 안식향산(安息香酸) 에스테르계의 메소겐을 펜던트로 한 측쇄(側鎖)형 고분자 액정이다. 이 고분자 액정을 시크로 헥산과 메틸 에틸 케톤을 8:2의 비율로 혼합한 용액에, 3~5중량%로 용해시킨다. 이 용액을 예를 들면 스핀 코팅하고, 유리 기판(2)상에 고분자 액정을 성막한다. 이 때, 스핀 코팅의 회전 속도를 조정함으로써, 고분자 액정 재료의 두께를 최적화한다. 이후 기판 가열을 행하고, 일단 고분자 액정을 광학적으로 등방성 상태까지 가온한다. 계속해서 가열 온도를 서서히 하강시키고 네마틱상을 거쳐 실온 상태까지 되돌린다. 네마틱상에서 고분자 액정은 칼라 필터(13)의 베드 러빙 방향을 따라 배열되며, 원하는 바의 일측 배향성을 얻을 수 있다. 이 일축 배향 상태는 기판(2)을 실온으로 되돌림으로써 고정된다. 이와 같은 아닐링 처리에 의하여, 고분자 액정 재료에 포함되는 액정 분자는 일축 배향되며, 원하는 바의 위상차판층(7)을 얻을 수 있다.
공정(b)로 진행하며, 위상차판층(7)의 위에 감광성 재료(11a)를 도포한다. 예를 들면, PVA의 수용액(0.1~5wt%)을 스핀 코팅한다. 이 때 수용액에 PVA의 광가교 반응을 일으키기 위하여 예를 들면 중크롬산 암모늄을 미량 첨가하여 둔다. 다음에 공정(c)로 진행하여, 원하는 바의 마스크(M)를 사용하여 수은 램프 또는 크세논 램프에서 노광 처리를 행한다. 다시 공정(d)로 진행하여, 수세 처리를 실시하면 노광되지 않았던 감광성 재료(11a)의 부분이 물에 용해되고, 패턴화된 PVA의 폴리머로 이루어지는 배향막(11)이 형성된다. 최후에 공정(e)에서, 이 배향막(11)을 마스크로 하여 기판(2)을 n-부타논으로 침지하면, 배향막(11)에 의하여 피복되어 있지 않은 위상차판층(7)의 부분이 용해되고, 반사 전극(4g)에 정합되어 팬턴화되게 된다. 이와 같이 하여, 파장에 응답한 두께를 갖는 위상차판층(7)이 화소마다 선택적으로 형성할 수 있다. 이후 배향막(11)을 소정의 방향을 따라 러빙 처리함으로써, 그 위에 접하는 게스트 호스트 액정층의 수평 배향을 실현함과 동시에, 고분자 액정과 게스트 호스트 액정과의 사이에 개재하는 양자의 블록킹층(패시배이션층)으로서 기능한다.
도 4 는 본 발명에 관한 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 제 2 실시예를 도시하는 모식적인 부분 단면도이다. 기본적으로는 도 1 에 도시된 제 1 실시예와 같은 구성을 가지고 있고, 대응하는 부분에는 대응하는 참조 번호를 부여하여 이해를 용이하게 하고 있다. 도시된 바와 같이, 상측의 기판(1)은 전면적으로 형성된 투명 전극으로 이루어지는 대향 전극(3a)을 가지고, 하측의 기판(2)은 매트릭스 형상으로 세분화된 반사 전극으로 이루어지는 화소 전극(4a)을 가지고 있다. 즉, 앞의 예가 단순 매트릭스형인 것에 대하여, 본 실시예는 액티브 매트릭스형이다. 개개의 화소 전극(4a)은 적·녹·청의 3원색의 어느것인가가 할당되어 있다. 하측 기판(2)의 내표면에는 매트릭스 형상으로 패터닝된 화소 전극(4a)에 더하여, 이것에 대응하여 박막 트랜지스터(TFT)도 집적 형성되어 있다. 이 TFT는 화소 전극(4a)을 각각 구동하는 스위칭 소자가 된다. 즉, 이 TFT를 선택적으로 온/오프 제어하여 대응하는 화소 전극(4a)에 신호 전압을 기입한다. TFT의 드레인 영역(D)은 화소 전극(4a)에 접속되고, 소스 영역(S)은 신호 라인(21)에 접속되어 있다. TFT의 게이트 전극(G)은 게이트 라인에 접속되어 있다. 또, 각 화소 전극(4a)에 대응하여 유지 용량(Cs)도 형성되어 있다. 화소 전극(4a)은 평탄화막(22)에 의하여, 이러한 TFT, 유지 용량(Cs), 신호 라인(21)으로부터 전기적으로 분리되어 있다. 한편, 상측 기판(1)의 내표면에는 대향 전극(3a)이 전면적으로 형성되어 있다. 서로 소정의 간극을 개재하여 대향 배치된 양 기판(1, 2)의 간극에는 전기 광학체(5)가 유지되어 있다. 화소 전극(4a)에 신호 전압이 기입되면, 대면하는 대향 전극(3a)과의 사이에 전위차가 발생하고, 전기 광학체(5)는 흡수 상태와 투과 상태의 사이에서 변화된다. 이 광학 변화는 화소 전극마다 나타나기 때문에, 원하는 바의 화상 표시를 행할 수가 있다. 화소 전극(4a)의 하부에 TFT, 유지 용량(Cs), 신호 라인(21) 등이 배치되어 있다. 이것들의 구성 요소는 입사 광로중에 개재되지 않기 때문에, 화소 개구율에 영향을 미치지 않는다. 바꾸어 말하면, 화소 전극(4a)의 전 면적이 그대로 화소 개구로서 이용가능하며, 극히 밝은 표시가 가능하다.
전기 광학체(5)를 구성하는 게스트 호스트형의 액정층(6)과 위상차판층(7)은 배향막(1)에 의하여 서로 분리되어 있다. 배향막(11)은 감광성 재료로 이루어지며, 노광 현상 처리에 의하여 화소 전극(4a)에 정합되어 패턴화되어 있다. 위상차판층(7)은 이 패턴화된 배향막(11)을 마스크로 하여 동일하게 화소 전극(4a)마다 패턴화 되어 있다. 본 예에서는 패턴화된 위상차판층(7)은 적·녹·청으로 나누어진 착색 영역(7r, 7g, 7b)을 포함하며, 각 착색 영역별로 대응하는 화소 전극(4a)과 정합하여 칼라 필터를 구성하고 있다. 즉, 본 예의 칼라 필터는 화소마다 분할된 위상차판층(7) 자체에 도입된 색소로 이루어지며, 대응하는 파장 성분의 입사광을 선택적으로 투과하고 있다. 또, 화소마다 분할된 위상차판층(7)의 착색 영역(7r, 7g, 7b)은 도시된 바와 같이 대응하는 파장에 응하여 그 두께가 조정되고 있다.
도 5 는, 도 4에 도시된 칼라 필터의 제조 방법을 도시한 공정도이다. 우선 공정(a)에서 기판(2)의 화소 전극(4a)을 패터닝형성한다. 그 표면을 배향 처리한 후 위상차판층(7R)을 구성한다. 본 예에서는 적·녹·청의 3원색으로 이루어지는 칼라 필터를 형성하기 위해서, 위상차판층(7R)은 미리 적색으로 착색된 것을 사용한다. 예를 들면, 위상차판층을 구성하는 고분자 재료의 측쇄에 적색 파장 성분을 흡수하는 치환기를 도입한다. 또는, 액정 분자 재료중에 이색성을 나타내지 않는 통상의 적색 색소를 혼입시켜도 좋다. 이와 같이 미리 적색으로 착색하여 둔 위상차판층(7R)을 기판(2)의 위에 최적의 두께로 성막한다. 이 구체적인 성막 방법은 도 3에 도시된 성막 방법과 동일하다. 다음에 공정(b)에서, 적색 위상차판층(7R)의 위에 감광성 재료(11a)를 도포한다. 공정(c)에서 마스크(M)를 개재하여 감광성 재료(11a)를 노광 처리한다. 공정(d)에서 기판(2)을 수세하고 감광성 재료(11a)의 미 감광 부분을 용해 제거하며 현상 처리를 행한다. 이것에 의하여, 특정의 화소 전극(4a)에 정합되어 패턴화된 배향막(11)이 형성된다. 공정(e)에서, 이 배향막(11)을 마스크로 하여 적색 위상차판층(7R)을 에칭하고, 화소 전극(4a)에 정합된 적색 영역(7r)으로 가공한다. 이하 동일하게 하여, 적색 영역 및 청색 영역을 각각 대응하는 화소 전극(4a)의 위에 원하는 두께로 형성할 수 있다.
다음에, 도 7을 참조하여 본 발명에 관한 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 제 3 실시예를 상세히 설명한다. 기본적으로는, 도 4에 도시된 제 2 실시예와 마찬가지로 액티브 매트릭스형이며, 대응하는 부분에는 대응하는 참조 번호를 부여하여 이해를 용이하게 하고 있다. 도면중, 2는 TFT 등이 형성된 반사측의 기판을 나타내며, 1은 대향 전극(3a)이 형성된 입사측의 유리 기판을 나타내며, 4b는 ITO등의 투명 전도막으로 이루어지는 상층 화소 전극을 나타내고 있다. 한편, 4a는 알루미늄 등의 반사성 금속막으로 이루어지는 하층 화소 전극을 나타내고 있다. 각각 대응하는 상층 화소 전극(4b)과 하층 화소 전극(4a)은 동 전위로 유지되어 있다. 양 화소 전극(4b, 4a)의 사이에 칼라 필터(13) 및 위상차판층(7)이 유지되어 있다. 박막 트랜지스터(TFT)는 소스 영역(S), 드레인 영역(D), 게이트 전극(G)를 구비하고 있다. 드레인 영역(D)은 전술한 상층 화소 전극(4b) 및 하층 화소 전극(4a)에 전기 접속되어 있다. 25는 게이트 전극(G)에 정합된 에칭 스톱퍼이다. 6은 흑색의 이색성 색소(8)를 포함한 게이트 호스트형 액정층이다. 이와 같이, 본 액정 표시 장치는, 입사측에 위치되며 대향 전극(3a)을 구비한 투명 기판(1)과, 반사측에 위치되며 화소 전극(4b, 4a) 및 이것을 구동하는 박막 트랜지스터(TFT)를 집적적으로 구비한 반사 기판(2)과, 소정의 간극을 개재하여 서로 접합된 투명 기판(1) 및 반사 기판(2)의 사이에 유지되며 이색성 색소(8)가 첨가된 게스트 호스트형의 액정층(6)과, 반사 기판(2)과 액정층(6)의 사이에 개재되며 입사광에 대하여 4분의 1 파장분의 위상차를 발생시키는 위상차판층(7)을 구비한다. 반사 기판(2)에는 개개의 화소 전극(4b, 4a)에 정합하여 평면 분할적으로 패터닝된 칼라 필터층(13r, 13g, 13b)이 형성되어 있고, 각 화소 전극(4b, 4a)에 대하여 다른 파장의 입사광을 할당하여 칼라 표시를 가능케 하고 있다. 도면에서는, 칼라 필터층(13r)이 적색으로 착색되고, 칼라 필터층(13g)이 녹색으로 착색되며, 칼라 필터층(13b)이 청색으로 착색되어 있다.
도 7 로부터 명확해지듯이, 본 실시예의 특징은 칼라 필터층(13r, 13g, 13b)을 각 화소 전극(4b, 4a)에 정합시켜, 반사측의 기판(2)에 설치한 것이다. 이 결과, 화소 전극과 칼라 필터층을 각 색마다 정밀하게 중첩시키는 것기 가능해지고, 화소의 개구율이 현저히 개선될 수 있다. 이것에 대하여, 종래의 구조에서는 칼라 필터가 입사측의 기판(1)에 형성되어 있었다. 이 경우, 양 기판(1, 2)을 서로 접합하여 패널에 조립할 때, 칼라 필터를 형성한 대향측의 유리 기판과 TFT 등을 집적 형성한 구동측의 기판과의 중첩 정밀도를 고려하여, 마진을 갖는 설계를 할 필요가 있었다. 이 때문에, 패널의 화소 개구는 화소 전극보다 작게 하지 않을 수 없다.
다음에, 도 7에 도시된 제 3 실시예의 동작 원리를 간단히 설명한다. 게이트 전극(G)의 전위가 로우 레벨인 경우, 드레인 영역(D)과 접속되어 있는 반사 화소 전극(4a) 및 투명 화소 전극(4b)에는 신호 전압이 인가되지 않기 때문에, 호모지니어스 배향된 액정층(6)에는 변화가 없다. 대향측의 유리 기판(1)으로부터 입사된 빛은 일방향의 직선 편광 성분이 게스트 호스트 액정층(6)에 의하여 흡수되며, 이것과 직교하는 다른 방향의 직선 편광 성분이 통과한다. 다른 방향의 직선 편광 성분은 위상 차판층(7)을 통과함으로써 원편광이 된다. 다시, 반사 화소 전극(4a)에 의하여 반사되며, 귀로 위상 차판층(7)을 통과한 빛은 직선 편광이 된다. 이 경우, 그 위상이 90°선회되어 있으므로, 게스트 호스트 액정층(6)에 의하여 흡수되어 버린다. 이상에 의하여 흑색 표시를 얻을 수 있다. 이것에 대하여, 게이트 전극(G)의 전위가 하이 레벨인 경우, 반사 화소 전극(4a) 및 투명 화소 전극(4b)에 신호 전압이 인가되므로, 대향 전극(3a)과의 사이에 전위차가 발생하며, 액정층(6)에 포함되는 액정 분자의 장축 방향은 전계에 평행하게 정렬된다. 이 경우, 대향측의 유리 기판(1)으로부터 입사된 빛은 액정층(6)에 의하여 직선 편광이 되지 않으므로, 모두 반사 화소 전극(4a)에 의하여 반사되며, 대향측의 유리 기판(1)으로 되돌아간다. 따라서 백색 표시를 얻을 수 있다. 이상의 설명은, 유전 이방성이 정인 액정을 사용한 경우에 대해서 이지만, 유전 이방성이 부인 액정을 사용하고 초기 배향을 호메오트로픽으로 하여도 상관없다.
계속하여 도 7을 참조하여, 제 3 실시예에 관한 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명한다. 전술한 바와 같이, 본 액정 표시 장치는 스위칭 소자가 되는 TFT, 광반사층이 되는 반사 화소 전극(4a), 칼라 필터층(13), 위상차판층(7), 투명 화소 전극(4b), 게스트 호스트 액정층(6) 및 대향 전극(3a)을 집적적으로 내장한 반사형 액티브 매트릭스 구조를 가지고 있다. 이 액정 표시 장치는 이하의 공정에 의하여 제조된다. 우선, 제 1 공정에서, 하측의 기판(2)에 TFT 및 반사 화소 전극(4a)을 형성한다. 제 2 공정에 진행하여, 미리 투명 화소 전극(4b)과 정합할 수 있도록 평면 분할하여 칼라 필터층(13r, 13g, 13b)을 각 반사 화소 전극(4a)의 위에 형성한다. 구체적으로는, 우선 적색 안료를 분산시킨 포토 레지스트를 기판(2)위에 도포한다. 이것을 노광 현상하여 반사 화소 전극(4a)에 정합한 칼라 필터(13r)로 가공한다. 마찬가지의 노광 현상 처리를, 녹색 안료를 분산시킨 포토 레지스트 및 청색 안료를 분산시킨 포토 레지스트에 대해서도 행하며, 각각 녹색 칼라 필터층(13g) 및 청색 칼라 필터층(13b)으로 가공한다. 계속해서 제 3 공정으로 진행하여, 각 칼라 필터응(13r, 13g, 13b)의 위에 동일하게 평면 분할적으로 위상차판층(7)을 형성한다. 이 위상차판층(7)의 평면 분할은 포토리소그래피 및 에칭에 의하여 행할 수 있다. 제 4 공정으로 진행하여, 평면 분할된 칼라 필터층(13r, 13g, 13b)의 각각과 정합하여 위상차판층(7)의 위에 투명 화소 전극(4b)을 형성한다. 이 투명 화소 전극(4b)은 대응하는 TFT의 드레인 영역(D)에 접속된다. 이와 같이, 본 실시예에서는 반사 화소 전극(4a)위에 투명 화소 전극(4b)을 사용하고 있으며, 액정층(6)에 직접 접촉하는 형으로 대향 전극(3a)과의 사이에 신호 전압을 인가할 수 있다. 이것에 의하여, 액정층(6)에 인가되는 실효 신호 전압의 값이 커진다. 한편, 반사 화소 전극(4a)과 투명 화소 전극(4b)을 동 전위로 함으로써, 양자의 사이에 개재하는 위상차판층(7) 및 칼라 필터층(13)에 대하여 악영향을 미치지 않는다. 제 5 공정으로 진행하여, 미리 대향 전극(3a)이 형성된 다른 방향의 기판(1)을 일 방향의 기판(2)에 소정의 간극을 개재하여 접합한다. 최후에 제 6 공정을 행하여, 양 기판(1, 2)의 간극에 게스트 호스트 액정층(6)을 도입한다. 이상에 의하여, 액티브 매트릭스 구조의 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치를 완성시킬 수 있다.
도 8은, 본 발명에 관한 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 제 4 실시예를 도시한 부분 단면도이다. 도 7에 도시된 제 3 실시예와 대응하는 부분에는 대응하는 참조 번호를 부여하여 이해를 용이하게 하고 있다. 제 3 실시예와 마찬가지로 위상차판층(7)도 개개의 화소 전극(4a)에 대응하여 평면 분할되어 있다. 특징 사항으로서, 이 평면 분할된 위상차판층(7)은 대응하는 화소 전극(4a)에 할당된 각 색의 입사광에 대하여 정확히 4분의 1 파장분의 위상차를 부여하도록, 위상차판층(7)의 두께가 화소 전극별로 조정되어 있다. 구체적으로는, 반사측의 기판(2)에는, 아래로부터 순서대로 반사 화소 전극(4a), 칼라 필터층(13), 위상차판층(7) 및 투명 화소 전극(4b)이 적층되어 있으며, 각각 평면 분할된 칼라 필터층(13) 및 위상차판층(7)의 총 두께는 전 화소 전극에 걸쳐 일정하게 유지되고 있다. 그리고, 각 화소 전극별로 칼라 필터층(13r, 13g, 13b)과 위상차판층(7)의 두께의 비를 변화함으로써, 위상차판층(7)의 두께를 화소 전극별로 조정하고 있다. 즉, 적·녹·청 각 색에 대응한 위상차판층(7)의 막 두께가 다르게 해 두고, 각 막 두께는 대응하는 화소의 반사광 파장에 맞추어, 위상차가 λ/4가 되도록 조정하고 있다. 이 4/λ 위상차판으로서는 예를 들면 액정 고분자를 사용할 수 있다. 예를 들면 굴절율 이방성이n = 0.2인 액정 고분자 재료르 사용한 경우, 적·녹·청 각각에 대응한 적당한 액정 고분자 재료의 막 두께는, λ = 700 nm의 적색 성분에 대하여 875 nm로 계산되고, λ = 546 nm의 적색 성분에 대하여 685nm로 계산되며, λ = 436 nm의 청색 성분에 대하여 545 nm로 설정된다.
계속해서 도 8을 참조하여, 제 4 실시예에 관한 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명한다. 특징점은, 개개의 화소 마다 두께를 변화하여 칼라 필터층(13r, 13g, 13b)를 형성하고, 그 후 전 화소에 걸쳐 표면이 평탄해지도록 각 칼라 필터층(13r, 13g, 13b)의 위에 위상차판층(7r, 7g, 7b)를 형성하고 있다. 즉, 위상차판층(7)의 아래에 형성하는 칼라 필터층(13)의 막 두께를 각 색마다 적당히 제어함으로써, 칼라 필터층(13)의 위에 도포되는 위상차판층(7)의 막 두께를 자동적으로 설정한다. 전술한 바와 같이, 적·녹·청의 칼라 필터층(13r, 13g, 13b)은 예를 들면 안료를 분산시킨 감광성 포토 레지스트를 사용하여 형성할 수 있다. 이 경우, 각 칼라 필터층(13r, 13g, 13b)은 각각 따로따로 형성된다. 도포 방법으로서, 예를 들면 스피터를 사용하는 경우, 스피터의 회전수를 조정함으로써, 적·녹·청 각각의 칼라 필터층의 막 두께를 용이하게 제어하는 것이 가능하다. 적당히 제어된 막 두께의 칼라 필터층(13r, 13g, 13b)의 위에 액정 고분자 재료로 이루어지는 가능하다에 의하여 도포한다. 이 경우, 각 칼라 필터층(13r, 13g, 13b)의 표면 단차가 자동적으로 평탄화되므로, 도 8에 도시된 바와 같이 적·녹·청 각 색에 대응한 위상차판층(7r, 7g, 7b)의 막 두께를 상호 변환할 수 있다. 각 색 마다 위상차판층(7)의 막 두께를 변화함으로써, 화이트 밸런스가 무너지는 문제가 염려되지만, 포토 레지스트에 분산시키는 안료의 농도를 색 마다 조정하면 이 문제는 해결가능하다. 이상과 같이, 위상차판층(7)의 막 두께를 각 색마다 제어함으로써 가시광 영역의 전 파장 영역에 걸쳐 양호한 표시 콘트라스트를 얻을 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 게스트 호스트 액정 표시 장치의 내부에 반사 전극을 형성하여 반사형으로 함과 동시에, 이 반사 전극의 위에 4분의 1 파장판으로서 가능하는 위상차판층을 형성하고 있다. 그 광학 이방축(광학 주축)을 게스트 호스트 액정의 배향 방향에 대하여 45°기울어지도록 설정하고 있다. 이러한 구성에 의하여, 편광판이 불필요하며 또한 고 콘트라스트의 밝은 반사형 액정 표시 장치가 가능하게 된다. 특히, 칼라 표시를 행하는 경우 위상차판층은 화소 마다 분할되어 대응하는 3원색의 파장에 응답하여 그 두께가 조정되고 있다. 즉, 위상차판층의 두께를 3원색 화소마다 제어함으로써 전 파장 영역에 걸쳐 양호한 콘트라스트를 얻을 수 있음과 동시에 흑색 표시 때의 착색 등이 억제가능하다. 또, 마이크로 칼라 필터를 대향 기판측이 아니라 TFT가 형성된 구동 기판측에 설치함으로써, 화소 개구율을 향상시킬 수 있으며, 콘트라스트 등 화질이 개선될 수 있다.

Claims (9)

  1. 입사측에 위치하고, 대향 전극을 구비한 투명 기판;
    반사측에 위치하고, 복수의 화소 전극과, 각각의 화소 전극을 구동하는 스위칭 소자와, 개개의 화소 전극과 정합하여 평면 분할적으로 패터닝된 칼라 필터층을 구비한 반사 기판;
    상기 투명 기판 및 반사 기판의 사이에 유지되며, 이색성 색소가 첨가된 게스트 호스트형 액정층; 및
    상기 반사 기판과 상기 액정층과의 사이에 위치하며, 입사광에 대하여 4분의 1의 파장분의 위상차를 발생시키는 위상차판층(phase shifter)
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 위상 차판층이 개개의 화소 전극에 대응하여 평면적으로 분할되고, 대응하는 화소 전극에 할당된 입사광에 대하여 4분의 1 파장분의 위상차를 부여하도록 위상차판층의 두께가 화소 전극마다 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 반사 기판은 아래로부터 순서대로 광 반사층, 칼라 필터층, 위상차판층 및 화소 전극이 적층되어 있고, 각각 평면 분할된 칼라 필터층 및 위상차판층의 총 두께는 전 화소에 걸쳐 일정하게 유지되어 있음과 동시에, 각 화소 전극별로 칼라 필터층과 위상차판층의 두께의 비를 변화시킴으로써 위상차판층의 두께가 화소 전극별로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치.
  4. 제 1 기판에 스위칭 소자 및 광 반사층을 형성하는 공정;
    화소 전극과 정합하도록, 상기 광 반사층의 위에 평면 분할된 칼라 필터층을 형성하는 공정;
    상기 칼라 필터층의 위에 평면 분할된 위상차판층을 형성하는 공정;
    상기 칼라 필터층의 각각과 정합하여 상기 위상차판층의 위에 화소 전극을 형성함과 동시에, 이 화소 전극에 대응하는 스위칭 소자에 접속하는 공정;
    대향 전극이 형성된 제 2 기판을 상기 제 1 기판에 소정의 간극을 개재하여 접합하는 공정; 및
    상기 간극에 게스트 호스트 액정층을 도입하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 칼라 필터층 형성 공정은, 개개의 화소 전극마다 두께를 변화시켜 칼라 필터층을 형성하는 것을 특징으로 하는 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 위상차판 형성 공정은, 전 화소 전극에 걸쳐 표면이 평탄해지도록 상기 칼라 필터층의 위에 위상차판층을 형성하는 것을 특징으로하는 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 제조 방법.
  7. 내면에 투명 전극이 형성되어 입사광을 받아들이는 제 1 기판;
    상기 투명 전극과 서로 대면하여 복수의 화소를 규정하는 반사 전극이 내면에 형성되며, 상기 제 1 기판과 대향 배치된 제 2 기판;
    각 화소에 대하여 다른 파장의 입사광을 할당하는 칼라 필터; 및
    상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 유지되고, 상기 투명 전극과 반사 전극과의 사이에 인가되는 전압에 응답하여 광변조를 행하며, 이색성 색소를 함유하고 상기 투명 전극에 따라 동일하게 배향된 게스트 호스트 액정층과, 소정의 광학축을 가지고 상기 반사 전극에 따라 성막되며 화소마다 분할되고 대응하는 파장에 응답하여 그 두께가 조정되어 있는 위상차판층을 포함하는 적층 구조를 갖는 전기 광학체
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 칼라 필터는, 대응하는 파장 성분의 입사광을 선택적으로 투과하도록, 화소마다 분할된, 색소를 포함하는 위상차판층인 것을 특징으로 하는 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치.
  9. 투명 전극 기판과, 이것에 소정의 간극을 개재하여 접합된 반사 전극 기판과, 상기 간극의 투명 전극 기판측에 유지된 게스트 호스트 액정층과, 상기 간극의 반사 전극 기판측에 유지되고 3원색의 화소마다 분할된 위상차판층을 구비한 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서,
    제 1 색의 파장에 대응한 두께로 위상차판층을 반사 전극 기판의 표면에 성막한 후, 제 1 색이 할당된 화소만에 남도록 패터닝하는 공정;
    제 2 색의 파장에 대응한 두께로 위상차판층을 반사 전극 기판의 표면에 성막한 후, 제 2 색이 할당된 화소만에 남도록 패터닝하는 공정; 및
    제 3 색의 파장에 대응한 두께로 위상차판층을 반사 전극 기판의 표면에 성막한 후, 제 3 색이 할당된 화소만에 남도록 패터닝하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치의 제조 방법.
KR1019970009036A 1996-09-13 1997-03-17 반사형 게스트 호스트 액정 표시 장치 Withdrawn KR19980023974A (ko)

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Comment text: Patent Application

Patent event date: 19970317

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