KR101609830B1 - 반사투과형 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 제 1 기판 상에 서로 교차하여 그 내부에 반사부와 투과부를 갖는 다수의 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와; 상기 데이터 배선 및 상기 박막트랜지스터를 덮으며 형성된 제 1 보호층과; 상기 제 1 보호층 위로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되며 상기 다수의 화소영역에 형성된 화소전극과; 상기 화소전극 위로 상기 화소영역을 노출시키는 화소콘택홀을 구비하며 형성된 제 2 보호층과; 상기 제 2 보호층 상부로 상기 반사부에 대응하여 상기 화소콘택홀을 통해 상기 화소전극과 접촉하며 형성되며, 그 표면이 평탄한 구조를 갖는 제 1 영역과 그 표면이 요철구조를 갖는 제 2 영역으로 구성된 반사판과; 상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판의 내측면에 형성된 컬러필터층과; 상기 컬러필터 패턴 하부로 상기 반사부에 대응하여 형성된 오버코트층과; 상기 오버코트층을 덮으며 상기 제 2 기판 전면에 형성된 공통전극과; 상기 공통전극 하부로 상기 반사부에 대응하여 기둥 형태로 형성되며 상기 어레이 기판에 구비된 상기 반사판의 상기 제 1 영역과 그 끝단이 접촉하는 컬럼 스페이서와; 상기 반사판과 공통전극 사이에 개재된 액정층을 포함하는 반사투과형 액정표시장치를 제공한다.

반사투과형, 액정표시장치, 반사판, 컬럼스페이서, 빛샘, 터치

Description

반사투과형 액정표시장치{Transflective type liquid crystal display device}

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 터치시 컬럼 스페이서 주변의 빛샘 현상을 최소화 할 수 있는 반사투과형 액정표시장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정표시장치는 전압인가에 따라 배열을 달리하는 액정분자의 특성을 이용한 표시장치로서, 음극선관에 비하여 낮은 전력으로 구동이 가능하며, 소형화, 박형화에 더욱 유리한 장점을 지니므로 컴퓨터의 모니터와 텔레비전 등의 평판표시장치로서 각광을 받고 있으며, 나아가 경량 박형의 특성에 의해 휴대성이 용이하므로 노트북 또는 개인 휴대 단말기 등의 표시소자로서 이용되고 있다.

이러한 액정표시장치는 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 상기 두 전극이 서로 마주 대하도록 배치하고, 상기 두 기판 사이에 액정을 개재하여 상기 두 전극에 인가되는 전압차에 의해 생성되는 전기장에 의해 액정분자의 움직임을 조절 함으로써 이에 따라 달라지는 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표현하는 장치이다.

한편 액정표시장치는 일반적으로 스스로 빛을 발하지 못하는 수동형 소자이므로 별도의 광원이 필요하다. 따라서, 상기 두 기판과 액정층으로 구성된 액정 패널(panel) 이외에 이의 배면에 빛을 공급하는 백라이트(backlight)를 배치하고 상기 백라이트로부터 나오는 빛을 상기 액정 패널에 입사시켜, 액정의 배열에 따라 빛의 양을 조절함으로써 화상을 표시한다.

이러한 액정표시장치를 투과형(transmission type) 액정표시장치라고 하는데, 투과형 액정표시장치는 백라이트와 같은 인위적인 광원을 사용하므로 어두운 외부 환경에서도 밝은 화상을 구현할 수 있으나, 백라이트로의 전력 공급이 이루어져야 하므로 휴대용 장치의 표시소자로 이용되는 경우 상대적으로 큰 전력소비(power consumption)가 단점이 되고 있다.

따라서, 이와 같은 단점을 보완하기 위해 백라이트의 사용없이 외부광원을 이용하는 반사형(reflection type) 액정표시장치가 제안되었다.

이 반사형 액정표시장치는 외부의 자연광이나 인조광을 이용하여 동작하므로, 백라이트가 소모하는 전력량을 대폭 감소시키기 때문에 전력소비가 상기 투과형 대비 상대적으로 적어 장시간 휴대상태에서 사용이 가능하여 PDA(Personal Digital Assistant)등의 휴대용 장치의 표시소자로 주로 이용되고 있다.

하지만, 이러한 반사형 액정표시장치는 광원을 따로 구비하지 않으므로 소비전력이 낮은 장점이 있으나, 외부광이 약하거나 없는 곳에서는 사용할 수 없는 단점이 있다.

따라서, 최근에는 반사형 액정표시장치와 투과형 액정표시장치의 장점만을 수용한 반사투과형(Transflective type) 액정표시장치가 제안되었다.

도 1은 종래의 반사투과형 액정표시장치의 하나의 화소영역 내의 반사영역 일부를 도시한 평면도이며, 도 2는 종래의 반사투과형 액정표시장치의 컬럼 스페이서가 형성된 부분에 대한 간략한 단면도로서 어레이 기판에 있어서는 그 표면에 요철구조를 갖는 보호층과 그 상부에 위치하는 반사판만을 간략히 도시하였다.

종래의 반사투과형 액정표시장치(5)를 살펴보면, 우선 어레이 기판에 있어서는 제 1 방향으로 연장하며 다수의 게이트 배선(11)이 형성되어 있고, 상기 다수의 게이트 배선(11)과 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하며 다수의 데이터 배선(31)이 형성되어 있다. 이때 각 화소영역(P)은 외부로부터 들어온 빛을 반사시키는 역할을 하는 반사판(52)이 형성된 반사부(RA)와, 반사판(52)이 형성되지 않은 투과부(TA)로 나뉘어지고 있으며, 도면에 있어서는 상기 투과부(TA)가 상기 화소영역(P) 내부의 상측에 상기 반사부(RA)가 하측에 위치하고 있다.

또한, 각 화소영역(P) 내의 반사부(RA)에는 상기 게이트 배선(11)과 연결된 게이트 전극(15)과 게이트 절연막(미도시)과 반도체층(20)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(32, 34)으로 구성된 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다.

또한, 상기 각 화소영역(P)에는 상기 박막트랜지스터(Tr)의 상기 드레인 전극(34)과 드레인 콘택홀(40)을 통해 연결되며 투명 도전성 물질로 이루어진 화소전극(42)이 형성되어 있다.

상기 화소전극(42)을 덮으며 상기 반사부(RA)에 대응해서는 그 표면이 요철 구조를 가지며 투과부(TA)에 대응해서는 평탄한 표면을 갖는 보호층(48)이 형성되어 있다. 이때 상기 보호층(48)은 상기 화소전극(42)을 노출시키는 화소 콘택홀(50)이 구비되고 있으며, 상기 화소 콘택홀(50)을 통해 상기 화소전극(42)과 접촉하며 상기 반사부(RA)에 대응하여 그 하부에 위치한 상기 보호층(48)의 표면 형태를 그대로 반영하여 그 표면이 요철구조를 갖는 반사판(52)이 형성되고 있다.

이러한 구성을 갖는 어레이 기판에 대응하여 이와 마주하며 위치하는 컬러필터 기판(65)의 구성을 살펴보면, 각 화소영역(P)의 경계 즉, 상기 게이트 및 데이터 배선(11, 30)에 대응해서는 블랙매트릭스(미도시)가 형성되고 있으며, 상기 화소영역(P)에 대응하여 순차 반복되는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(적, 미도시, 미도시)을 포함하는 컬러필터층(69)이 형성되고 있으며, 상기 반사부(RA)에 대응하여 액정층(90)의 두께 조절을 위해 오버코트층(73)이 형성되고 있으며, 상기 오버코트층(73)과 컬러필터층(69)을 덮으며 전면에 공통전극(76)이 형성되어 있다. 또한, 상기 반사부(RA)에 상기 공통전극 하부로 어레이 기판(미도시)과 컬러필터 기판(65) 간의 일정한 이격간격을 유지시키기 위한 컬럼 스페이서(80)가 형성되고 있다. 이때, 상기 컬럼 스페이서(80)의 끝단은 상기 어레이 기판(미도시)의 최상층에 구비된 구성요소 도면에 있어서는 반사판(52)과 접촉하고 있는 것이 특징이다.

또한, 이러한 구성을 갖는 어레이 기판(미도시)과 컬러필터 기판(65) 사이에는 액정층(90)이 개재되어 있다.

하지만, 전술한 구성을 갖는 종래의 반사투과형 액정표시장치(5)는 최근에 터치 스크린 기능이 구비되어 터치 패널로 사용되고 있는 실정이다. 이렇게 터치 시 이에 반응하여 구동하게 되는 터치패널로 반사투과형 액정표시장치가 이용되는 경우, 화상을 표시하는 표시영역은 사용자에 의해 터치 구동을 실시하기 위해 많은 접촉이 이루어지게 되며, 사용자의 손가락 등에 의해 표면에 터치가 발생 시 외부로부터 소정의 압력이 가해지게 되는데, 이 경우 상기 컬럼 스페이서가(80) 요철 구조를 갖는 반사판(52)의 표면에서 유동하게 됨으로써 빛샘이 발생하고 있다.

특히, 상기 컬럼 스페이서(80)의 끝단이 상기 반사판(52)의 요철의 요(凹)부에 위치하게 되는 경우, 상기 요(凹)부에 의해 지지됨으로써 어느 정도 외부 압력에 의한 유동이 방지될 수 있다. 하지만, 상기 컬럼 스페이서(80)가 철(凸)부에 위치하게 되는 경우, 외부 압력에 의해 밀림이 발생하고, 이 경우 상기 컬럼 스페이서(80)가 제자리로 돌아오는 시간이 길어짐에 따라 액정층(90)의 두께가 변화되고 이로인해 액정층(90) 내의 액정분자의 미세한 흐름이 발생하여 배열 상태가 변함으로써 빛샘이 발생되고 있는 실정이다.

상기 컬럼 스페이서(80)가 반사판(52) 표면의 요철에 대응하여 요(凹)부에 위치하도록 설계되고 있지만, 상기 요철은 불규칙한 배열 상태를 가지며, 상기 어레이 기판(미도시)과 컬러필터 기판(65)의 합착 오차 등으로 인해 컬럼 스페이서(80)의 끝단이 반사판(52) 표면의 철(凸)부에 대응하여 배치됨으로써 전술한 바와 같은 터치 시 빛샘이 발생하는 문제를 야기시키고 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 터치 시 어레이 기판과 접촉하는 컬럼 스페이서의 끝단의 유동을 최소화하고, 외력이 제거된 후에는 바로 복원될 수 있는 구성을 이루도록 하여 컬럼 스페이서의 유동에 기인한 빛샘 현상을 억제할 수 있는 반사투과형 액정표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치는, 제 1 기판 상에 서로 교차하여 그 내부에 반사부와 투과부를 갖는 다수의 화소영역을 정의하며 형성된 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결되며 형성된 박막트랜지스터와; 상기 데이터 배선 및 상기 박막트랜지스터를 덮으며 형성된 제 1 보호층과; 상기 제 1 보호층 위로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되며 상기 다수의 화소영역에 형성된 화소전극과; 상기 화소전극 위로 상기 화소영역을 노출시키는 화소콘택홀을 구비하며 형성된 제 2 보호층과; 상기 제 2 보호층 상부로 상기 반사부에 대응하여 상기 화소콘택홀을 통해 상기 화소전극과 접촉하며 형성되며, 그 표면이 평탄한 구조를 갖는 제 1 영역과 그 표면이 요철구조를 갖는 제 2 영역으로 구성된 반사판과; 상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판의 내측면에 형성된 컬러필터층과; 상기 컬러필터 패턴 하부로 상기 반사부에 대응하여 형성된 오버코트층과; 상기 오버코트층을 덮으며 상기 제 1 기판 전면에 형성된 공통전극과; 상기 공통전극 하부로 상기 반사부에 대응하여 기둥 형태로 형성되며 상기 어 레이 기판에 구비된 상기 반사판의 상기 제 1 영역과 그 끝단이 접촉하는 컬럼 스페이서와; 상기 반사판 공통전극 사이에 개재된 액정층을 포함한다.

이때, 제 2 보호층은 유기절연물질로 이루어지며, 상기 반사부의 제 2 영역에 대응해서는 그 표면에 올록볼록한 요철구조를 가지며, 상기 반사부의 제 1 영역 및 상기 투과부에 대응해서는 그 표면이 평탄한 구조를 갖는 것이 특징이다.

또한, 상기 화소전극과 상기 제 2 보호층 사이에는 무기절연물질로 이루어진 제 3 보호층이 형성될 수 있으며, 상기 제 2 보호층과 상기 반사판 사이에는 상기 제 2 보호층의 표면상태를 그대로 반영하며 무기절연물질로 이루어진 제 4 보호층이 형성될 수 있다.

또한, 상기 컬럼 스페이서의 끝단의 직경 또는 폭은 8㎛ 내지 12㎛이며, 상기 제 1 영역은 상기 제 1 및 제 2 기판과의 합착 마진을 고려하여 상기 컬럼 스페이서 끝단의 직경 또는 폭보다 6㎛ 내지 10㎛ 더 큰 14㎛ 내지 22㎛ 인 것이 특징이다.

또한, 상기 컬러필터층은 상기 각 화소영역 별로 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴이 순차 반복하는 형태를 이루는 것이 특징이며, 상기 각 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴은 상기 반사부에 대응하여 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴이 제거된 투과홀이 구비된 것이 특징이다.

또한, 상기 오버코트층은 그 두께가 상기 투과부에 대응하는 액정층의 두께의 1/2인 것이 바람직하다.

또한, 상기 화소전극은 상기 화소영역을 정의하는 게이트 배선 중 그 상측에 위치한 전단의 게이트 배선과 중첩 형성됨으로써 상기 중첩된 화소전극과 게이트 배선이 스토리지 커패시터를 형성하는 것이 특징이다.

또한, 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 그 테두리를 따라 씰패턴이 형성되며, 상기 제 2 기판의 내측면에 상기 게이트 및 데이터 배선에 대응하여 블랙매트릭스가 형성된 것이 특징이다.

본 발명은 반사부 내에 컬럼스페이서이 끝단이 위치하는 부분에 대응해서는 요철이 구성되지 않고 그 표면이 평탄한 상태를 갖는 반사판을 구비함으로써 터치 시 어레이 기판과 접촉하는 컬럼 스페이서의 끝단의 유동을 최소화하는 동시에, 외력이 제거된 후에는 바로 복원되도록 함으로써 컬럼 스페이서의 유동에 기인한 빛샘 현상을 억제시키는 효과가 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치의 평면도로서 액정표시장치를 이루는 어레이 기판과 컬러필터 기판의 중요 구성요소를 동시에 도시한 도면이며, 도 4는 도 3을 절단선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도이다. 설명의 편의를 위해 다수의 화소영역을 포함하여 화상을 표시하는 영역을 비표시영 역, 각 화소영역 내에 반사판이 구비된 영역을 반사부, 반사판이 형성되지 않은 영역을 투과부라 정의한다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치(105)에 있어서, 어레이 기판(107)에는 제 1 방향으로 다수의 게이트 배선(111)이 연장 형성되어 있으며, 이러한 다수의 게이트 배선(111)과 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하며 제 2 방향으로 연장하며 다수의 데이터 배선(131)이 형성되어 있다.

또한, 상기 다수의 게이트(111) 및 데이터 배선(131)의 교차지점에는 게이트 전극(115)과, 게이트 절연막(118)과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층(130a)과 서로 이격하는 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(130b)으로 이루어진 반도체층(120)과, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(132, 134)을 포함하는 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다. 또한, 상기 박막트랜지스터(Tr)를 덮으며 상기 어레이 기판(107) 전면에 무기절연물질로 이루어진 제 1 보호층(138)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제 1 보호층(138)에는 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(134)을 노출시키는 드레인 콘택홀(140)이 구비되고 있다.

또한, 각 화소영역(P)에는 상기 제 1 보호층(138) 위로 상기 박막트랜지스터(Tr)와 드레인 콘택홀(140)을 통해 연결되며 상기 투명도전성 물질로 이루어진 화소전극(142)이 형성되어 있다. 이때, 상기 화소전극(142)은 전단의 게이트 배선(111)과 중첩 형성되고 있으며, 서로 중첩된 상기 게이트 배선(111)과 화소전극(142)은 스토리지 커패시터(StgC)를 이루고 있다.

한편, 상기 화소전극(142) 위로 표시영역 전면에 유기절연물질로 이루어지 며, 상기 화소전극(142)을 노출시키는 화소 콘택홀(150)을 구비하며, 반사부(RA)에 있어서는 그 표면이 엠보 처리됨으로써 랜덤한 형태로 올록볼록한 요철이 형성되고 있으며, 투과부(TA) 전면에 있어서는 평탄한 표면을 갖는 제 2 보호층(148)이 형성되고 있다. 이러한 구성을 갖는 제 2 보호층(148)에 있어서 가장 특징적인 것으로 상기 요철구조를 갖는 표면의 일부 즉, 컬러필터 기판(165)에 형성된 컬럼 스페이서(180)의 끝단과 대응하는 부분에 대해서는 상기 요철이 제거되어 상기 투과부(TA)에서와 같이 평탄한 표면을 갖도록 형성되고 있는 것이 특징이다. 이후, 설명의 편의를 위해 상기 제 2 보호층(148)에 있어 반사부(RA) 내에서 평탄한 표면을 갖는 부분을 제 1 영역(A1)이라 칭한다.

또한, 각 화소영역(P)의 반사부(RA) 중 제 1 영역(A1) 이외의 영역에 대해서는 그 하부에 형성된 상기 제 2 보호층(148)의 표면 상태를 그대로 반영하여 그 표면이 올록볼록한 요철구조를 갖는 가지며, 상기 제 1 영역(A1)에 대응해서는 평탄한 표면을 가지며 불투명하며 반사효율이 뛰어난 금속물질 예를들면 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(AlNd)으로써 반사판(152)이 형성되어 있다. 이때, 상기 반사판(152)은 상기 화소 콘택홀(150)을 통해 상기 화소전극(142)과 접촉하며 형성되고 있다.

따라서, 상기 반사부(RA) 내에서 상기 제 1 영역(A1)은 컬러필터 기판(165)에 형성된 컬럼 스페이서(180)의 끝단 면적보다 큰 면적을 가지며, 상기 어레이 기판(107)과 컬러필터 기판(165)의 합착 마진을 고려하여 합착 오차가 발생한다 하더라도 항상 상기 컬럼 스페이서(180)의 끝단이 상기 제 1 영역(A1)에 위치하도록 충 분히 큰 면적을 갖는 것이 특징이다. 컬러필터 기판(165)과 어레이 기판(107)의 합착 오차는 통상 3㎛ 내지 5㎛이며, 기둥 형태를 갖는 컬럼 스페이서(180)의 끝단의 폭 또는 직경은 8㎛ 내지 12㎛ 정도가 되므로 상기 제 1 영역(A1)의 폭 내지 직경은 14㎛ 내지 22㎛인 것이 바람직하다. 이때 상기 제 1 영역(A1)은 상기 컬럼 스페이서(180)가 사각기둥 형태인 경우는 사각형 형태가 되며, 상기 컬럼 스페이서(180)가 원기둥 형태인 경우 원 형태를 이루는 것이 특징이다.

한편, 이러한 구조를 갖는 어레이 기판(107)과 마주하여 위치하는 컬러필터 기판(165)의 경우, 상기 어레이 기판(107)의 게이트 배선(111) 및 데이터 배선(131)에 대응하여 블랙매트릭스(167)가 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(167) 사이로 노출되며 상기 어레이 기판(107)의 각 화소영역(P)에 대응되는 개구에 대해서는 순차 반복하며 적, 녹 ,청색 컬러필터 패턴(적, 미도시, 청)으로 구성된 컬러필터층(169)이 형성되고 있다. 이때, 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(적, 미도시, 청)에는 상기 각 반사부(RA)에 대응하여 투과홀(172)이 형성되고 있다. 상기 투과홀(172)은 상기 각 컬러필터 패턴(적, 미도시, 청)이 제거됨으로써 컬러필터 기판(165)의 베이스 기판을 노출시키는 부분을 지칭하며, 상기 투과홀(172)은 평면적으로 원, 타원 또는 다각형 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.

그리고, 상기 투과홀(172)을 포함하는 컬러필터층(169)을 덮으며 상기 반사부(RA)에 대응하여 오버코트층(174)이 형성되어 있다. 이렇게 반사부(RA)에 대응해서만 형성되고 있는 오버코트층(174)은 액정층(190)의 두께 조절을 하기 위함이다. 즉, 상기 오버코트층(174)은 투과부(TA) 및 반사부(RA)에 대해 액정층(190)의 두 께(d1, d2)가 달리 하도록 하여 더욱 정확히는 반사부(RA)의 액정층(190)의 두께가 투과부(TA)의 액정층(190)의 두께대비 1/2정도의 두께를 갖도록 하여 반사부(RA)와 투과부(TA)에서의 광투과율의 균형을 맞추기 위함이다. 따라서, 상기 오버코츠층(174)은 상기 액정층(190) 두께의 1/2 정도의 두께를 갖도록 형성되고 있는 것이 특징이다.

다음, 상기 오버코트층(174)과 이의 외측으로 노출된 컬러필터층(169)을 덮으며 투명 도전성 물질로 이루어진 공통전극(176)이 표시영역 전면에 형성되고 있으며, 상기 공통전극(176)과 접촉하며 동시에 그 끝단이 어레이 기판(107) 상의 최상층 구성요소인 반사판(152) 표면과 접촉하며 컬럼 스페이서(180)가 형성되어 있다.

이때, 상기 컬럼 스페이서(180)는 반사부(RA)에 있어서 요철이 형성되지 않아 그 표면이 평탄한 형태를 이루는 제 1 영역(A1)에 대응하여 형성되고 있는 것이 특징이다.

종래의 반사투과형 액정표시장치(도 2의 5)의 경우, 컬럼 스페이서(도 2의 80)가 반사부(도 2의 RA)에 대응하여 형성되고 있지만, 반사부(도 2의 RA) 전면에 대해 반사판(도 2의 52)은 그 표면에 올록볼록한 요철이 랜덤하게 형성된 구성을 가짐으로써 컬럼 스페이서(도 2의 80)가 상기 요철 중 볼록한 철부 상에 위치하게 되는 경우도 발생된다. 이러한 경우, 사용자에 표시영역에 터치가 발생하게 되면, 철(凸)부와 철(凸)부 사이의 요(凹)부 측으로 밀림이 발생하고, 상기 컬럼 스페이선(180)는 상기 철부의 측면과 접촉한 상태를 이루게 되며, 컬럼 스페이서(도 2의 80)의 휨에 의해 발생한 탄성력과 철부와의 마찰력의 작용에 의해 상기 컬럼 스페이서(도 2의 80)가 본래 위치해야 하는 상기 철(凸)부 상부로 복원되는 시간이 매우 길어지거나 또는 아예 복원되지 않게 됨으로써 상기 컬럼 스페이서(도 2의 80) 주변 또는 전술한 문제가 발생한 화소영역(P)에 액정층(190)의 두께 차이가 발생하게 되어 빛샘이 발생하고 있다.

하지만, 본원 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치(105)는 반사부(RA)에 있어 상기 컬럼 스페이서(180)와 접촉하게 되는 제 1 영역(A1)에 대응해서는 평탄한 표면을 가지며 그 외의 영역에 대응해서 올록볼록한 요철 구조를 갖는 반사판(152)이 구비됨으로써 터시 시 가해지는 외부 압력에 의해 상기 컬럼 스페이서(180)가 철부 상부에서 밀려 나는 등의 문제를 방지할 수 있다. 따라서, 외부 압력이 제거되었을 경우 컬럼 스페이서(180)의 복원력에 의해 빠르게 복원될 수 있으므로 복원 속도가 느려짐으로써 액정층(190)의 두께차이에 의해 발생하는 빛샘을 억제할 수 있는 것이 특징이다.

한편, 이렇게 구성된 상기 어레이 기판(107)과 컬러필터 기판(165) 사이에는 액정층(190)이 형성되며, 상기 두 기판(107, 165)의 테두리를 따라 액정이 새는 것을 방지하며 두 기판(107, 165)이 패널상태를 유지시키기 위해 씰패턴(미도시)이 형성됨으로써 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치(105)가 완성되고 있다.

또한, 도면에는 나타나지 않았지만, 상기 유기절연물질로 이루어진 제 2 보호층(148)과 상기 화소전극(142) 사이 및 상기 제 2 보호층(148)과 상기 반사판(152) 사이에는 각각 무기절연물질로 이루어진 제 3 및 제 4 보호층(미도시)이 더욱 형성될 수도 있다. 이렇게 무기절연물질로 제 3 및 제 4 보호층(미도시)을 형성하는 것은 상기 화소전극(142)과 상기 제 2 보호층(148), 상기 반사판(152)과 제 2 보호층(148) 간의 접합력 향상을 위함이다. 금속물질(또는 투명도전성 물질)과 유기절연물질과의 접합력보다는 유기절연물질과 무기절연물질, 무기절연물질과 금속물질(또는 투명도전성 물질)간의 접합력이 우수하므로, 무기절연물질로 이루어진 상기 제 3 보호층(미도시)을 상기 화소전극(142)과 상기 제 2 보호층(148) 사이에 개재시키고, 동시에 상기 반사판(152)과 제 2 보호층(148) 사이에 상기 제 4 보호층(미도시)을 개재시킴으로써 상기 화소전극(142)과 상기 제 2 보호층(148)과의 접합력과, 상기 제 2 보호층(148)과 상기 반사판(152)간의 접합력을 향상시킬 수 있다.

이후에는 전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 특징적인 구성은 어레이 기판에 있으므로 어레이 기판의 제조 방법 위주로 설명한다.

도 5a 내지 도 5f는 도 3을 절단선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절단한 부분에 대한 제조 단계별 공정 단면도로서, 반사판을 구비한 어레이 기판만을 도시한 것이다.

도 5a에 도시한 바와 같이, 투명한 기판(107) 상에 금속물질을 증착하여 제 1 금속층(미도시)을 형성하고, 포토레지스트의 도포, 노광 마스크를 이용한 노광, 현상, 식각 및 등 일련의 단위 공정을 포함하는 마스크 공정을 실시하여 패터닝함으로써 일방향으로 연장하는 게이트 배선(111)을 형성하고, 동시에 각 화소영역(P) 내의 반사부(RA)에 상기 게이트 배선(111)에서 분기한 게이트 전극(115)을 형성한다.

다음, 도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 배선(111)과 게이트 전극(115) 위로 상기 기판(107) 위로 전면에 무기절연물질인 산화실리콘(SiO₂) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 게이트 절연막(118)을 형성하고, 연속하여 상기 게이트 절연막(118) 위로 순수 비정질 실리콘과 불순물 비정질 실리콘 및 금속물질을 연속 증착하여 순수 비정질 실리콘층(미도시)과, 불순물 비정질 실리콘층(미도시)과 제 2 금속층(미도시)을 형성한다.

이후, 상기 제 2 금속층(미도시) 위로 제 1 두께를 갖는 제 1 포토레지스트 패턴(미도시)과, 상기 제 1 두께보다 작은 제 2 두께를 갖는 제 2 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성하고, 이를 이용하여 그 하부에 위치한 상기 제 2 금속층(미도시)과 불순물 및 순수 비정질 실리콘층(미도시)을 순차적으로 패터닝함으로써 게이트 배선(111)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)을 형성하고, 동시에 상기 반사부(RA)에는 상기 게이트 전극(115)에 대응하여 상기 게이트 절연막(118) 위로 순수 비정질 실리콘의 액티브층(130a)과 불순물 비정질 실리콘패턴(미도시)과 소스 드레인 패턴(미도시)을 형성한다.

이후, 애싱(ashing)을 진행하여 상기 제 2 두께를 갖는 제 2 포토레지스트 패턴(미도시)을 제거하고, 상기 제 2 포토레지스트 패턴(미도시)이 제거됨으로써 노출된 상기 소스 드레인 패턴(미도시)과 그 하부의 불순물 비정질 실리콘 패턴(미 도시)을 패터닝함으로써 상기 액티브층(130a) 상부로 서로 이격하는 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(130b)과, 상기 오믹콘택층(130b)과 각각 접촉하며 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(132, 134)을 형성한다. 이때 상기 소스 전극(132)은 상기 데이터 배선(미도시)과 연결되도록 형성한다.

한편, 상기 반사부(RA)에 순차적층 된 상기 게이트 전극(115)과, 게이트 절연막(118)과, 액티브층(130a)과 오믹콘택층(130b)으로 이루어진 반도체층(130)과 소스 및 드레인 전극(132, 134)은 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.

이후, 스트립(strip)을 진행하여 상기 제 1 포토레지스트 패턴(미도시)을 제거한다.

다음, 도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 박막트랜지스터(Tr) 위로 상기 기판(107) 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO₂) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 제 1 보호층(138)을 형성하고, 이를 패터닝함으로써 상기 드레인 전극(134)을 노출시키는 드레인 콘택홀(140)을 형성한다.

다음, 도 5d에 도시한 바와같이, 상기 드레인 콘택홀(140)을 갖는 제 1 보호층(138) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 상기 기판(107) 전면에 증착하여 투명 도전성 물질층(미도시)을 형성하고, 이를 패터닝함으로써 상기 드레인 콘택홀(140)을 통해 상기 드레인 전극(134)과 접촉하며 각 화소영역(P) 별로 독립된 형태의 화소전극(142)을 각 화소영역(P) 내에 형성한다. 이 경우 상기 화소전극(142)은 그 일끝단이 전단의 게이트 배선(111)과 중첩하도록 형성함으로써 서로 중첩하는 상기 전단 게이트 배선(111)과 화소전극(142)과 이들 두 구성요소 사이에 개재된 상기 게이트 절연막(118)과 제 1 보호층(138)을 유전체층으로 하여 스토리지 커패시터(StgC)를 이루도록 한다.

다음, 도 5e에 도시한 바와같이, 상기 화소전극(142) 위로 유기절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)을 도포함으로써 제 2 보호층(148)을 형성한다.

이후, 상기 제 2 보호층(148)에 대해 평탄한 부분을 갖는 영역 즉, 반사부(RA) 중 제 1 영역(A1)과 투과부(TA) 전 영역에 대해서는 반투과영역(미도시)이 대응되도록, 그리고 반사부(RA) 중 철부가 형성되어야 할 부분에 대응해서는 투과영역(미도시)이 그리고, 상기 화소전극(148)을 노출시키는 화소 콘택홀(150)이 형성될 부분에 대응해서는 차단영역(미도시)이 대응되도록 이들 투과영역(미도시)과 차단영역(미도시) 및 반투과영역(미도시)을 갖는 노광마스크(미도시)를 위치시키고 이를 이용하여 하프톤 노광 또는 회절노광을 실시한다.

이후, 하프톤 노광 또는 회절노광을 실시한 상기 제 2 보호층(148)에 대해 현상을 실시하면, 노광 공정시 빛을 받지 않은 부분에 대해서는 상기 제 2 보호층(148)이 완전히 제거됨으로써 상기 화소전극(142)을 노출시키는 화소 콘택홀(150)이 형성되고, 반투과영역(미도시)에 대응하여 투과영역(미도시) 대비 빛에 상대적으로 적게 노출된 부분은 소정두께가 제거됨으로써 그 높이가 줄어들게 되며, 투과영역(미도시)에 대응하여 빛에 완전히 노출된 부분은 그 높이가 줄어들지 않고 최초 형성된 두께를 유지한 재로 남아있게 됨으로써 그 표면에 철부를 형성하 게 된다.

이후, 상기 현상된 제 2 보호층(148)을 구비한 기판(107)에 대해 열처리를 실시하면 상기 철부의 측면이 완만한 상태를 이루게 됨으로써 상기 반사부(RA)에 있어서 상기 제 2 보호층(148)은 제 1 영역(A1)을 제외하고는 그 표면이 올록볼록한 요철 형태를 갖게 된다. 또한, 상기 반사부(RA) 중 제 1 영역(A1)과 투과부(TA)에 있어서는 상기 제 2 보호층(148)은 그 표면이 평탄한 상태를 이루게 된다.

다음, 도 5f에 도시한 바와 같이, 상기 반사부(RA)에 올록볼록한 요철 형태의 표면을 갖는 상기 제 2 보호층(148) 위로 불투명하며 반사효율을 높은 금속물질 예를들면 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(AlNd)을 증착함으로써 제 3 금속층(미도시)을 형성한다. 이때, 상기 제 3 금속층(미도시)은 증착 특성 상 그 하부에 위치한 상기 제 2 보호층의 표면 상태를 그대로 반영하여 형성되게 된다. 따라서, 반사부(RA) 중 제 1 영역(A1)을 제외한 영역에 대해서는 그 표면이 올록볼록 한 요철 형태를 갖게되며, 상기 제 1 영역(A1) 및 투과부(TA)에 대해서는 그 표면이 평탄한 상태를 이루게 된다. 이때, 상기 제 3 금속층(미도시)은 상기 화소콘택홀(150)을 통해 상기 화소전극과 접촉한 상태가 된다.

이후, 상기 제 3 금속층(미도시)을 패터닝하여 상기 투과부(TA)에 형성된 부분과 각 화소영역(P)의 경계에 대응해서 제거함으로써 상기 반사부(RA)에 대해서만 상기 화소콘택홀(150)을 통해 상기 화소전극(142)과 접촉하는 반사판(152)을 형성한다. 이때 상기 반사판(152)은 상기 제 1 영역(A1)에 대응해서는 평탄한 표면을 가지며, 그 외의 반사부(RA)에 대응해서는 올록볼록한 요철 상태의 표면을 이루는 것이 특징이다.

한편, 변형예로서 상기 화소전극(142)을 형성 후, 상기 제 2 보호층(148)을 형성을 위한 유기절연물질의 도포전에 무기절연물질을 증착하여 제 3 보호층(미도시)을 형성하고, 상기 제 3 보호층(미도시) 위로 상기 제 2 보호층(148)을 형성 할 수도 있다.

또한, 상기 반사판(152)을 형성 전에 무기절연물질을 증착하고 이를 패터닝하여 상기 화소 콘택홀(150)을 구비한 제 4 보호층(미도시)을 형성하고 이후 상기 제 4 보호층(미도시) 위로 상기 반사판(152)을 형성할 수도 있다.

한편, 도 4를 참조하여 전술한 바와 같이 제조된 어레이 기판(107)에 대응하여 구성되는 컬러필터 기판(165)의 제조 방법에 대해 간단히 설명하면, 투명한 절연기판(165)의 상기 어레이 기판(107)과 마주하는 내측면에 블랙레진을 도포하거나 또는 크롬(Cr) 또는 산화크롬(CrOx)을 증착하여 블랙 물질층(미도시)을 형성하고, 이를 패터닝함으로써 상기 게이트 배선(111)과 데이터 배선(미도시)에 대응하여 블랙매트릭스(167)를 형성한다.

다음, 상기 블랙매트릭스(167)를 덮으며 상기 블랙매트릭스(167) 사이로 노출된 상기 기판(165)의 하부에 적색 컬러레지스트를 도포하여 적색 레지스트층(미도시)을 형성하고 이를 패터닝함으로써 일부 화소영역(P)에 대응하여 적색 컬러필터 패턴(적)을 형성한다. 이후, 상기 적색 컬러필터 패턴(적)을 형성한 동일한 방법을 진행하여 일부 화소영역(P)에 대응하여 녹색 및 청색 컬러필터 패턴(미도시, 청)을 형성함으로써 각 화소영역(P)에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(적, 미도시, 청)이 순차 반복하는 형태로 컬러필층(169)을 형성한다. 이때 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(적, 미도시, 청)을 형성 시 상기 적, 녹 ,청색 컬러필터 패턴(적, 미도시, 청)이 형성되는 화소영역(P)의 반사부(RA)의 중앙부에 대응하여 상기 젓, 녹 ,청색 컬러필터 패턴(적, 미도시, 청)이 제거되도록 함으로써 투과홀(172)을 형성할 수도 있다.

다음, 상기 컬러필터층(169) 하부로 투명한 유기절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)을 도포하고 이를 패터닝함으로써 상기 어레이 기판(107)의 반사부(RA)에 대응하여 액정층(190)의 두께 조절의 역할을 하는 오버코트층(174)을 형성한다. 이때 투과부(TA)에 있어서는 상기 오버코트층(174)이 제거됨으로써 상기 컬러필터층(169)이 노출되게 된다.

다음, 상기 오버코트층(174)과 이의 외측으로 노출된 컬러필터층(169) 하부로 투명도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착함으로써 상기 기판(165) 전면에 공통전극(176)을 형성한다.

이후, 상기 공통전극(176) 위로 유기물질을 도포하고 이를 패터닝함으로써 상기 어레이 기판(107)의 제 1 영역(A1)에 대응하여 원기둥 또는 사각 기둥형태의 컬럼 스페이서(180)를 형성함으로써 컬러필터 기판(165)을 완성한다.

다음, 전술한 바와 같이 제조된 어레이 기판(107)과 컬러필터 기판(165)을 상기 화소전극(142)과 공통전극(176)이 마주하도록 위치시킨 후, 상기 어레이 기판(107) 또는 컬러필터 기판(165) 중 어느 하나의 기판의 표시영역 외측의 테두리를 따라 씰패턴(미도시)을 형성하고, 상기 씰패턴(미도시)으로 둘러싸인 표시영역 에 대응하여 액정층(190)을 개재시킨 후, 상기 컬럼 스페이서(180)의 끝단이 상기 어레이 기판(107)의 반사부(RA) 내의 평탄한 표면을 갖는 제 1 영역(A1)에 위치하도록 정렬시킨 상태에서 상기 컬러필터 기판(165)과 어레이 기판(107)을 합착함으로써 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치(105)를 완성할 수 있다.

본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.

도 1은 종래의 반사투과형 액정표시장치의 하나의 화소영역 내의 반사영역 일부를 도시한 평면도.

도 2는 종래의 반사투과형 액정표시장치의 컬럼 스페이서가 형성된 부분에 대한 간략한 단면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치의 평면도로서 액정표시장치를 이루는 어레이 기판과 컬러필터 기판의 중요 구성요소를 동시에 도시한 도면.

도 4는 도 3을 절단선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.

도 5a 내지 도 5f는 도 3을 절단선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 절단한 부분에 대한 제조 단계별 공정 단면도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

105 : 반사투과형 액정표시장치 107 : 어레이 기판

111 : 게이트 배선 115 : 게이트 전극

118 : 게이트 절연막 130 : 반도체층

130a : 액티브층 130b : 오믹콘택층

131 : 데이터 배선 132 : 소스 전극

134 : 드레인 전극 140 : 드레인 콘택홀

142 : 화소전극 148 : 제 2 보호층

150 : 화소 콘택홀 152: 반사판

165 : 컬러필터 기판 167 : 블랙매트릭스

169 : 컬러필터층 172 : 투과홀

174 : 오버코트층 176 : 공통전극

180 : 컬럼 스페이서 190 : 액정층

A1 : 제 1 영역 P : 화소영역

RA : 반사부 StgC : 스토리지 커패시터

TA : 투과부 Tr : 박막트랜지스터

Claims (10)

1. 제 1 기판 상에 서로 교차하여 그 내부에 반사부와 투과부를 갖는 다수의 화소영역을 정의하며 구비된 게이트 배선 및 데이터 배선과;

   상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결되며 구비된 박막트랜지스터와;

   상기 데이터 배선 및 상기 박막트랜지스터를 덮으며 구비된 제 1 보호층과;

   상기 제 1 보호층 위로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 연결되며 상기 다수의 화소영역에 구비된 화소전극과;

   상기 화소전극 위로 상기 화소전극을 노출시키는 화소콘택홀을 구비하며 구비된 제 2 보호층과;

   상기 제 2 보호층 상부로 상기 반사부에 대응하여 상기 화소콘택홀을 통해 상기 화소전극과 접촉하며 구비되며, 그 표면이 평탄한 구조를 갖는 제 1 영역과 그 표면이 요철구조를 갖는 제 2 영역으로 구성된 반사판과;

   상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판의 내측면에 구비된 컬러필터층과;

   상기 컬러필터층 하부로 상기 반사부에 대응하여 구비된 오버코트층과;

   상기 오버코트층을 덮으며 상기 제 2 기판 전면에 구비된 공통전극과;

   상기 공통전극 하부로 상기 반사부에 대응하여 기둥 형태로 구비되며 상기 제1 기판에 구비된 상기 반사판의 상기 제 1 영역과 그 끝단이 접촉하는 컬럼 스페이서와;

   상기 반사판과 공통전극 사이에 개재된 액정층

   을 포함하고,

   상기 컬러필터층은 상기 각 화소영역 별로 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴이 순차 반복하는 형태를 이루며,

   상기 각 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴은 상기 반사부에 대응하여 상기 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴이 제거된 투과홀이 구비되고,

   상기 투과홀은 상기 화소콘택홀 바로 위에 위치하는 반사투과형 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   제 2 보호층은 유기절연물질로 이루어지며, 상기 반사부의 제 2 영역에 대응해서는 그 표면에 올록볼록한 요철구조를 가지며, 상기 반사부의 제 1 영역 및 상기 투과부에 대응해서는 그 표면이 평탄한 구조를 갖는 것이 특징인 반사투과형 액정표시장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 화소전극과 상기 제 2 보호층 사이에는 무기절연물질로 이루어진 제 3 보호층이 구비된 반사투과형 액정표시장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 2 보호층과 상기 반사판 사이에는 상기 제 2 보호층의 표면상태를 그대로 반영하며 무기절연물질로 이루어진 제 4 보호층이 구비된 반사투과형 액정표시장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 컬럼스페이서의 끝단의 직경 또는 폭은 8㎛ 내지 12㎛이며,

   상기 제 1 영역은 상기 제 1 및 제 2 기판과의 합착 마진을 고려하여 상기 컬럼 스페이서 끝단의 직경 또는 폭보다 6㎛ 내지 10㎛ 더 큰 14㎛ 내지 22㎛ 인 것이 특징인 반사투과형 액정표시장치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 오버코트층은 그 두께가 상기 투과부에 대응하는 액정층의 두께의 1/2 인 것이 특징인 반사투과형 액정표시장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 화소전극은 상기 화소영역을 정의하는 게이트 배선 중 그 상측에 위치한 전단의 게이트 배선과 중첩됨으로써 상기 중첩된 화소전극과 게이트 배선이 스토리지 커패시터를 구성하는 것이 특징인 반사투과형 액정표시장치.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 그 테두리를 따라 씰패턴이 더욱 구비되며,

    상기 제 2 기판의 내측면에 상기 게이트 및 데이터 배선에 대응하여 블랙매트릭스가 구비된 반사투과형 액정표시장치.

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