KR20020041213A - 반사투과형 액정표시장치와 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 특히 반사투과형 액정표시장치에 관한 것이다.

상기 반사투과형 액정표시장치용 어레이기판의 화소영역 상에 반사전극과 투명전극이 평면적으로 겹쳐 형성되는 반투과 화소전극 중 상기 반사전극을 구성할 때, 상기 어레이기판에 수직으로 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트배선과 데이터배선의 상부로 연장하여 구성한다.

이와 같이 하면, 상부기판인 컬러필터기판에 형성하는 블랙매트릭스는 종래와는 달리 상기 게이트배선과 데이터배선에 대응하는 위치에는 형성하지 않고, 상기 어레이기판에 구성되는 스위칭 소자에 대응하는 위치에만 아일랜드 형태로 구성할 수 있다.

따라서, 상기 블랙매트릭스로 가려지는 부분이 감소하기 때문에 액정패널의 개구율을 높여 휘도와 컨트라스트가 개선된 액정표시장치용 어레이기판을 제작할 수 있다.

Description

반사투과형 액정표시장치와 그 제조방법{a method for fabricating transflective liquid crystal display device and the same}

본 발명은 액정표시장치(liquid crystal display device)에 관한 것으로 특히, 반사모드와 투과모드를 선택적으로 사용할 수 있는 반사투과형 액정표시장치(Transflective liquid crystal display device)에 관한 것이다.

상기 반사투과형 액정표시장치는 백라이트(back light)의 빛과 외부의 자연광원 또는 인조광원을 모두 이용할 수 있으므로, 주변환경에 제약을 받지 않고 전력소비(power consumption)를 줄일 수 있는 장점이 있다.

이하, 도 1을 참조하여, 반사투과형 액정표시장치의 구조를 설명한다.

도 1 은 일반적인 반사투과형 컬러액정표시장치를 도시한 분해 사시도이다.

도시한 바와 같이, 일반적인 반사투과형 액정표시장치(11)는 블랙매트릭스(16)를 포함하는 컬러필터(17)와 컬러필터 상에 투명한 공통전극(13)이 형성된 상부기판(15)과, 화소영역(P)과 화소영역에 투과부(A)와 반사부(C)를 동시에 정의하는 화소전극(19)과 스위칭소자(T)와 어레이배선이 형성된 하부기판(21)으로 구성되며, 상기 상부기판(15)과 하부기판(21) 사이에는 액정(23)이 충진되어 있다.

상기 하부기판(21)은 어레이기판이라고도 하며, 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T)가 매트릭스 형태(matrix type)로 위치하고, 이러한 다수의 박막트랜지스터를 교차하여 지나가는 게이트배선(25)과 데이터배선(27)이 형성된다.

이때, 상기 화소영역(P)은 상기 게이트배선(25)과 데이터배선(27)이 교차하여 정의되는 영역이다.

이하, 도 2는 종래의 반사투과형 액정표시장치용 어레이기판의 일부 평면도이다.

도시한 바와 같이, 반사 투과형 액정표시장치는 도 1에서 설명한 바와 같이, 반사모드와 투과모드로 모두 동작할 수 있도록 한 화소영역(P)에 투과부(A)와 반사부(C)가 동시에 존재하는 구조이다.

상기 게이트배선(25)과 데이터배선(27)사이의 교차지점에 위치하는 스위칭 소자는 게이트전극(32)과 소스전극(33) 및 드레인 전극(35)으로 구성되는 박막트랜지스터(T)가 형성된다.

이와 같은 구성에서, 상기 화소영역(P) 상에 구성되는 반투과 화소전극(19)은 전술한 바와 같이, 반사전극(또는 반사판)(19a)과 이와는 평면적으로 겹쳐지는 투명 화소전극(19b)으로 구성되는데, 상기 각 반투과 화소전극(19)과 상기 데이터배선(27)사이에 위치한 액정은 상기 화소영역 상에 위치한 액정과는 달리 비정상적인 배향을 하게 되며, 상기 이상(異狀)배향 한 액정사이로 빛이 투과되는 빛샘현상이 발생한다.

따라서, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 빛샘현상이 액정패널에 표시되는 것을 차단하기 위해, 상기 도 1에서 설명한 바와 같이, 상기 비 구동영역에 대응한 위치의 상부기판(15)에 블랙매트릭스(Black matrix : BM)(16)를 형성한다. 상기 블랙매트릭스는 상기 게이트배선(도 2의 25)과 데이트배선(도 2의 27)과 박막트랜지스터(도 2의 T)에 대응하는 위치에 구성되며, 상기 블랙매트릭스 사이의 영역(L)은 상기 하나의 화소영역(도 2의 P)과 대응하며, 적(R), 녹(G), 청(B)을 가지는 서브 컬러필터(17)가 각각 형성된다.

도 4는 종래의 액정표시장치를 도시한 단면도로서, 하부기판은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ`를 따라 절단한 단면도이고, 상부기판은 상기 도 3의 Ⅳ-Ⅳ`를 따라 절단한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 하부기판(21)에 형성된 박막트랜지터(T)는 게이트전극(32)상부에 절연층(41)을 사이에 두고, 소스전극(33)및 드레인전극(35)이 형성되며, 상기 게이트 전극(32)의 상부에 위치하고, 상기 소스전극(33)및 드레인 전극(35)과 소정면적 겹쳐형성되는 액티브층(34)으로 구성된다.

상기 박막트랜지스터(T)의 상부에는 유기절연물질 또는 무기절연물질이 증착 또는 도포되어 제 1 보호층(42)을 형성하며, 상기 제 1 보호층(42)을 마스크 노광공정으로 패턴하여, 상기 드레인 전극(35)을 노출하는 드레인 콘택홀(43)을 형성하고, 상기 화소영역(P)의 투과부(A)에 대응하는 위치의 일부 제 1 보호층(42)을 표면으로부터 소정면적 식각하여 식각홈(59)을 형성한다.

상기 식각홈(59)은 상기 투과부(A)에 단차를 부여하는 역할을 한다. 이렇게 구성하면, 상기 반사부(C)를 통과하는 빛의 경로와 상기 투과부(A)를 통과하는 빛의 경로가 거의 동일하기 때문에 투과모드와 반사모드의 색차를 방지 할 수 있다.

전술한 바와 같이 패턴된 제 1 보호층(42) 상부에는 상기 드레인 콘택홀(43)을 통해 상기 드레인 전극(35)과 접촉하고, 상기 식각홈(59)에 대응한 위치에는 투과홀(도 3의 45)을 가지는 반사전극(19a)을 형성한다.

다음으로, 상기 반사전극(19a)상부에 제 2 보호층(47)을 개재하고, 상기 반사전극(19a)과 평면적으로 겹쳐지는 투명 화소전극(19b)을 형성한다.

이와 같은 개략적인 구성을 가지는 종래의 반사투과형 액정표시장치는 상기 투명 화소전극(19b)과 반사전극(19a)으로 구성된 반투과 화소전극(19)과 상기 데이터배선(27)사이에 소정의 간격(D)을 두어 구성하였다.

이와 같은 구성은, 상기 어레이기판과 합착되는 상부 컬러필터 기판과의 합착 마진을 고려하여 설계된 구조이다.

그러나 종래와 같은 구조에서, 상기 반투과 화소전극(19)과 상기 데이터배선 (27)사이의 영역(D)에 액정은 존재하나 비정상적으로 구동하기 때문에, 전압을 인가하게 되면, 하부 백라이트의 빛이 상기 화소영역과 다른 편광상태로 출사하는 빛샘현상이 발생한다.

따라서, 이를 차단하기 위해, 상기 게이트배선(미도시)과 데이터배선(27)과 상기 박막트랜지스터(T)에 대응하여, 상기 상부 컬러필터 기판(15)에 구성된 각 서브 컬러필터(17) 사이에 블랙매트릭스(16)를 구성한다.

이와 같은 구성 때문에 종래의 액정표시장치는 약 60%정도의 낮은 개구율을 가지는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기 반투과 화소전극 중 상기 반사부를 구성하는 불투명 수단을 반사판으로 하고, 이를 상기 게이트배선과 데이터배선의 상부로 연장 형성하는 방법을 사용하여, 고개구율의 반사투과형 액정표시장치를 제작하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 반사투과형 액정표시장치를 도시한 분해 사시도이고,

도 2는 종래의 반사투과형 액정표시장치의 일부 화소를 도시한 평면도이고,

도 3은 종래의 반사투과형 액정표시장치에서, 하부기판에 대응하여 상부기판에 형성되는 블랙매트릭스의 평면도이고,

도 4는 종래의 반사투과형 액정표시장치의 개략적인 단면도이고,

도 5 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치용 어레이기판의 일부 평면도이고,

도 6은 본 발명의 반사투과형 액정표시장치용 어레이기판에 대응하여 블랙매트릭스가 구성된 상부기판 일부의 개략적인 평면도이고,

도 7a 내지 도 7d는 도 5의 Ⅵ-Ⅵ`를 따라 절단하여 공정순서에 따라 도시한 공정 단면도이고,

도 8은 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

T : 박막트랜지스터 P : 화소영역

114 : 액정 116 : 블랙매트릭스

117 : 컬러필터 127 : 데이터배선

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치는 투명한 제 1 기판과; 상기 제 1 기판과 소정간격 이격된 투명한 제 2 기판과; 상기 제 1 기판 상에 형성된 게이트배선과; 상기 게이트배선과 수직으로 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선과; 상기 게이트배선과 데이터배선의 교차지점에 위치한 스위칭 소자와; 상기 화소영역 상에 위치하고, 상기 게이트배선과 데이터배선의 상부로 연장 형성되는 투과홀을 포함한 반사판과; 상기 스위칭 소자와 연결되고, 상기 반사전극과 절연막을 사이에 두고 상기 화소영역 상에 구성되며, 상기 게이트배선과 데이터배선 상부로 소정면적 겹쳐 형성된 투명 화소전극과; 상기 스위칭 소자와 마주보는 위치의 상기 제 2 기판 상부에 아일랜드 형태로 구성된 블랙매트릭스와; 상기 제 2 기판 상부의 상기 블랙 매트릭스를 제외한 영역에위치하고, 상기 화소영역에 대응한 위치에 형성된 서브 컬러필터와; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 충진된 액정을 포함한다.

바람직하게는 상기 투명 화소전극은 상기 게이트배선 및 데이터배선의 1/3만큼 겹쳐 형성한다.

상기 반사판은 반사율이 뛰어난 알루미늄과 알루미늄계 합금으로 구성된 도전성 금속그룹 중 선택된 하나로 형성한다.

본 발명의 특징에 따른 반사투과형 액정표시장치용 어레이기판을 제작하는 방법은 투명한 제 1 기판, 제 2 기판을 준비하는 단계와; 상기 제 1 기판 상에 게이트배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트배선과 절연막을 사이에 두고 수직으로 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선을 형성하는 단계와; 상기 두 배선의 교차지점에 스위칭 소자를 형성하는 단계와; 상기 화소영역 상에 위치하고, 상기 게이트배선과 데이터배선 상부로 연장 형성되며 투과홀을 포함한 반사판을 형성하는 단계와; 상기 스위칭 소자와 연결되고 상기 화소영역 상에 구성되며, 상기 게이트배선과 데이터배선 상부로 소정면적 겹쳐 형성된 투명 화소전극을 형성하는 단계와; 상기 스위칭 소자와 대응하는 위치의 상기 제 2 기판 상부에 아일랜드 형태의 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 제 2 기판 상부의 상기 블랙매릭스를 제외한 영역에 위치하고, 상기 화소영역에 대응하여 서브컬러필터를 형성하는 단계와; 상기 투명 화소전극과 상기 서브컬러필터가 서로 마주보도록 제 1 기판과 제 2 기판을 소정갭을 두고 합착하는 단계와; 합착된 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 액정을 충진하는 단계를 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 설명한다.

-- 실시예 --

도 5는 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치용 어레이기판의 일부 화소를 도시한 평면도이다.

도시한 바와 같이, 게이트배선(125)과 데이터배선(127)이 수직으로 교차하여 화소영역(P)을 정의하며, 상기 두 배선의 교차지점에는 스위칭 소자(T)가 위치한다.

상기 스위칭 소자로 게이트전극(132)과 소스전극(133)및 드레인전극(135)으로 구성되는 박막트랜지스터(T)를 형성한다.

상기 화소영역 상에는 투과홀(145)을 가지는 반사판(119a)이 구성되며, 상기 반사판(119a)과 절연막(미도시)을 사이에 두고 평면적으로 겹쳐지고, 상기 드레인전극(133)과 접촉하는 투명 화소전극(119b)을 형성한다.

상기 반사판(119a)은 상기 화소영역(P)을 정의하는 게이트배선(125)과 데이터배선(127)의 상부로 연장하여 형성한다.

이때, 바람직하게는 상기 투명 화소전극(119b)은 상기 데이터배선(127)과 게이트배선(125)으로 연장하여 각 배선폭의 약 1/3정도로 겹쳐지는 범위 내에서 형성한다.

이와 같이 구성하면, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 화소영역(P)은 액정이 비정상적으로 구동하는 영역이 최소화 되므로, 종래와 같이 상기 상부기판(115)에구성된 서브 컬러필터(117)사이 즉, 상기 하부기판의 게이트배선(도 5의 125)과 데이터배선(도 5의 127)에 대응하는 위치에 블랙매트릭스(black matrix : BM)를 형성하지 않아도 된다.

다만, 상기 박막트랜지스터(도 5의 T)에 대응하는 부분에만 아일랜드 형태로 블랙매트릭스(116)를 형성하여 주면 된다.

이때, 상기 블랙매트릭스는 일반적으로 반사율이 적은 불투명한 고분자 물질을 도포하여 형성하거나, 크롬(Cr)과 같은 저반사율의 불투명 금속을 증착하여 형성한다.

전술한 바와 같은 구성에서, 상기 각 서브 컬러필터(117)는 액정표시장치를 평면적으로 보았을 경우, 상기 게이트배선(고 5의 125)과 데이터배선(도 5의 127)으로 연장하여 구성하는 것이 바람직하다.

이하, 도 7a 내지 도 7d를 참조하여 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치의 제조공정을 설명한다.

도 7a 내지 도 7d는 도 5의 Ⅵ-Ⅵ`을 따라 절단하여 공정순서대로 도시한 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치용 어레이기판의 공정 단면도이다.

먼저, 도 7a 에 도시한 바와 같이, 기판(111)상에 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 텅스텐(W), 크롬(Cr)등을 포함하는 도전성금속 그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 게이트배선(도 5의 125)과 게이트전극(132)을 형성한다.

이때, 상기 게이트전극(132)과 게이트배선(도 5의 125)을 알루미늄으로 구성할 경우에는 상기 알루미늄배선을 보호하는 다른 도전성 금속을 적층하는 구조를 취할 수 도 있다.

다음은 상기 게이트배선(도 5의 125)과 게이트전극(132)이 구성된 기판(111)의 전면에 실리콘 산화막(SiO₂)과 실리콘 질화막(SiN_x)으로 구성된 무기절연물질 그룹과, 경우에 따라서는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)과 아크릴(Acryl)계수지(resin)등으로 구성된 유기절연 물질 그룹 중 선택된 하나를 증착 또는 도포하여 게이트 절연막(141)을 형성한다.

상기 게이트 절연막(141) 상에 순수 비정질 실리콘층(a-Si:H)과 불순물 비정질 실리콘층(n+ a-Si:H)을 적층하고 패턴하여, 상기 게이트 전극(132) 상부에 아일랜드 형상으로 반도체층(134)을 형성한다.

다음으로, 상기 반도체층(134)이 형성된 기판(111)의 전면에 전술한 바와 같은 도전성 금속물질을 증착한 후 패턴하여, 상기 게이트배선(도 5의 125)과는 수직으로 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(127)과, 상기 데이터배선(127)에 연결된 소스전극(133)과 이와는 소정간격 이격된 드레인 전극(135)을 형성한다.

결과적으로, 기판(111)상에 게이트배선(도 5의 125)과 데이터배선(127)이 구성되고, 상기 두 배선이 교차하는 지점에 박막트랜지스터(T)가 형성된 구조를 얻을 수 있다.

다음으로, 도 7b에 도시한 바와 같이, 상기 박막트랜지스터(T)가 형성된 기판(111)의 전면에 절연물질인 제 1 보호층(142)을 형성한다.

상기 제 1 보호층(142)은 바람직하게는 투명한 고분자 물질인 BCB 또는 아크릴(Acryl)계 수지를 사용한다.(도시한 바와 같이, 상기 제 1 보호층은 도 5에서 설명한 반사부와의 색차를 줄이기 위해, 상기 화소영역에 대응하는 위치에 식각홈(159)을 형성할 수 있다.)

다음으로, 상기 제 1 보호층(142)상부에 반사율이 뛰어난 알루미늄(Al)과 알루미늄합금과 같은 도전성 금속물질을 증착하고 패턴하여, 상기 드레인 전극(135)에 대응하는 부분을 소정면적 식각하여 콘택홀(151)과, 상기 화소영역(P)에 대응하는 위치에 임의의 면적을 가지는 투과홀(153)을 가지는 반사판(119a)을 형성한다.

이때, 상기 반사판(119a)은 상기 게이트배선(도 5의 125)과 데이터배선(127)상부로 연장하여 형성되며, 다른 방법으로는 기판(111)의 전 면적에 대해 일체화된 반사판(119a)을 사용할 수도 있다.

다음으로, 도 7c에 도시한 바와 같이, 상기 패턴된 반사판(119a)상부에 전술한 바와 같은 절연물질을 증착 또는 도포하여 제 2 보호층(147)을 형성한다.

다음으로, 상기 제 2 보호층(147)을 패턴하여, 상기 반사판(119a)의 콘택홀(도 7b의 151)을 통해 상기 제 1 보호층(142)과 제 2 보호층(147)을 식각하여, 상기 드레인전극(135)을 노출하는 드레인 콘택홀(143)을 형성한다.

다음으로, 도 7d에 도시한 바와 같이, 상기 패턴된 제 2 보호층(142) 상부에 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 구성된 투명도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 상기 드레인 전극(135)과 접촉하고, 상기 화소영역(P)상에서 상기 게이트배선(도 5의 125)과데이터배선(127)의 상부로 연장하여 투명 화소전극(119b)을 형성한다.

바람직하게는, 상기 투명한 화소전극은 이웃하는 전극 간의 전기적인 영향을 방지하기 위해, 상기 게이트배선과 데이터배선의 각 배선폭에 1/3만큼 겹쳐 형성한다.

또한, 상기 투명 화소전극(119b)은 상기 반사판(119a)과 평면적으로 겹쳐 형성된다.

도 8은 전술한 바와 같이, 구성된 본 발명에 따른 어레이기판(111)과, 본 발명에 따른 컬러필터기판(115)을 합착한 합착 단면도이다. (상부기판은 상기 도 6의 Ⅶ-Ⅶ`을 따라 절단하여 도시한 단면이다.)

상기 어레이기판(111)과 상기 컬러필터 기판(115)을 합착한 후, 액정(114)을 충진하여 액정패널을 구성한다.

도시한 바와 같이, 상기 화소영역(P)을 정의하는 게이트배선과 데이터배선(127)에 대응하는 상부에는 블랙매트릭스(116)를 구성하지 않고, 상기 박막트랜지스터(T) 상부에만 아일랜드형태로 패턴된 블랙매트릭스를(BM)(116) 형성하여, 상기 박막트랜지스터만(T)을 빛으로부터 차폐한다.

상기 블랙매트릭스(116)를 제외한 영역에, 상기 화소영역(P)에 대응하여 적, 녹, 청의 색감을 지니는 컬러수지를 도포하여 서브 컬러필터(117)를 형성한다.

이때, 상기 각 서브 컬러필터(117)는 평면적으로 보아 상기 화소영역(P)상에서 상기 게이트배선과 데이터배선(127)의 상부로 연장 형성하여 구성하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 방법으로 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치를 제작할 수 있다.

이와 같은 구성은 종래의 구조와는 달리 상기 반투과 화소전극과 데이터배선 또는 게이트배선 사이의 비 구동영역이 존재하지 않으므로, 그 만큼의 개구율이 증가하게 된다.

따라서, 높은 휘도특성과 컨트라스트비를 가지는 개선된 반사투과형 액정표시장치를 제작할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 투명한 제 1 기판과;

   상기 제 1 기판과 소정간격 이격된 투명한 제 2 기판과;

   상기 제 1 기판 상에 형성된 게이트배선과;

   상기 게이트배선과 수직으로 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선과;

   상기 게이트배선과 데이터배선의 교차지점에 위치한 스위칭 소자와;

   상기 화소영역 상에 위치하고, 상기 게이트배선과 데이터배선의 상부로 연장 형성되는 투과홀을 포함한 반사판과;

   상기 스위칭 소자와 연결되고, 상기 반사전극과 절연막을 사이에 두고 상기 화소영역 상에 구성되며, 상기 게이트배선과 데이터배선 상부로 소정면적 겹쳐 형성된 투명 화소전극과;

   상기 스위칭 소자와 마주보는 위치의 상기 제 2 기판 상부에 아일랜드 형태로 구성된 블랙매트릭스와;

   상기 제 2 기판 상부의 상기 블랙 매트릭스를 제외한 영역에 위치하고, 상기 화소영역에 대응한 위치에 형성된 서브 컬러필터와;

   상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 충진된 액정을

   포함하는 반사투과형 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사판은 반사율이 뛰어난 알루미늄과 알루미늄계 합금으로 구성된 도전성 금속그룹 중 선택된 하나로 형성된 반사투과형 액정표시장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 스위칭 소자는 게이트전극과, 소스전극 및 드레인전극과, 액티브층으로 구성된 박막트랜지스터인 반사투과형 액정표시장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 서브컬러필터는 각각 적색, 녹색, 청색의 색감을 가지는 컬러수지인 반사투과형 액정표시장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 투명 화소전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 구성된 투명 도전성 금속그룹 중 선택된 하나인 반사투과형 액정표시장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 투명 화소전극은 상기 게이트배선과 데이터배선의 1/3만큼 겹쳐 형성한 액정표시장치용 어레이기판.