KR20040085789A - 반투과형 액정표시장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

반투과형 액정표시장치 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 박막 트랜지스터 영역의 제1 기판 상에 게이트 전극, 게이트 절연막, 액티브 패턴 및 소오스/드레인 전극이 순차적으로 형성된다. 반사 영역의 제1 기판 상에 그 표면에 다수의 엠보싱을 포함하는 유기 절연막이 형성된다. 상기 유기 절연막 상에 소오스 전극 또는 드레인 전극 중의 어느 하나와 연결되는 반사 전극이 형성된다. 상기 반사 전극의 상부 및 투과 영역의 제1 기판 상에, 유기 절연막이 형성된 반사 영역에서는 제1 두께를 갖고 상기 유기 절연막이 형성되지 않은 투과 영역에서는 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는 컬러 필터가 형성된다. 상기 컬러 필터를 포함한 제1 기판 상에, 상기 반사 전극의 일부분을 노출하는 콘택홀을 갖는 유기 보호막이 형성된다. 상기 유기 보호막 상에 상기 콘택홀을 통해 반사 전극과 접촉되는 투명 전극이 형성된다. 컬러 필터와 박막 트랜지스터를 동일한 어레이 기판에 형성하는 COA 구조를 적용하여 화소의 개구율을 극대화하고, 엠보싱용 유기 절연막의 단차를 이용하여 반사 영역의 컬러 필터 두께를 투과 영역에 비해 감소시킴으로써 반사 모드와 투과 모드의 색 순도 차이를 줄인다. 또한, 투과 영역의 셀 갭을 반사 영역의 셀 갭보다 두껍게 형성하여 투과율을 극대화시킬 수 있다.

Description

반투과형 액정표시장치 및 그 제조 방법{Transflective type liquid crystal display device and method of manufacturing the same}
본 발명은 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 컬러필터-온-어레이(Color filter-On-Array; 이하 "COA"라 한다) 구조를 갖는 반투과형 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 액정층에 걸리는 전압으로 액정의 분자 배열을 조절하는데, 그 구동 방법에 따라 주사선에 연결된 모든 화소에 동시에 신호 전압을 걸어주는 라인 어드레싱(line addressing)을 하면서 신호선과 주사선에 걸린 전압의 차이의 자승평균평방근(root-mean-square; rms) 값을 이용하여 화소를 구동하는 패시브 매트릭스(passive matrix)형과 각각의 화소에 MIM(metal-insulator-metal) 소자나 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT) 등의 스위칭 소자를 달아 화소를 구동하는 액티브 매트릭스(active matrix)형으로 구분된다.
또한, 액정표시장치는 액정 셀의 배면에 위치한 백라이트를 이용하여 화상을 표시하는 투과형 액정표시장치와 외부의 자연광을 이용한 반사형 액정표시장치로 크게 구분할 수 있다. 박막 트랜지스터-액정표시장치에 있어서, 각 화소마다 형성되는 화소 전극은 반사형의 경우 알루미늄 또는 은과 같은 반사율이 높은 금속으로 이루어지고 박막 트랜지스터의 드레인 전극(또는 경우에 따라 소오스 전극일 수도 있다)과 전기적으로 연결되어 반사판의 역할을 한다. 투과형 액정표시장치의 화소 전극은 빛이 화소 전극을 통과하여 사용자의 눈에 들어오게 되므로 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide; IZO)와 같은 투명 도전막으로 형성한다.
투과형 액정표시장치의 대표적인 예로 노트북 컴퓨터를 들 수 있으나, 최근 무선 인터넷의 보급으로 야외에서 노트북 컴퓨터를 사용하는 등의 사용 환경의 변화가 이루어지고 있다. 그러나, 투과형 액정표시장치의 경우, 건물 밖 등 주위의 조도가 높은 곳에서는 표시소자 자체의 내장 광원, 즉 백라이트의 밝기가 태양 광과 같은 외부 광에 비해 현저히 낮기 때문에 그 밝기가 어둡게 보여 콘트라스트가 낮아지게 된다. 이에 따라, 시인성이 저하되어 표시특성이 매우 나빠지게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 액정을 구동하기 위한 화소부를 투과 영역과 반사 영역으로 나눔으로써, 실내나 외부 광원이 존재하지 않는 어두운 곳에서는 표시소자 자체의 내장 광원을 이용하여 디스플레이하는 투과 표시모드로 작동하고 실외의 고조도 환경에서는 외부의 입사광을 반사시켜 디스플레이하는 반사 표시모드로 작동하는 반투과형 액정표시장치가 개발되었다.
이러한 반투과형 액정표시장치는 일반적인 액정표시장치와 마찬가지로 박막 트랜지스터와 화소 전극이 배열된 하부의 어레이 기판을 제조하는 공정과 컬러 필터 및 공통 전극을 포함하는 상부의 컬러 필터 기판을 제조하는 공정, 그리고 두 개의 기판 사이에 액정층을 형성하는 액정 셀 공정에 의해 형성된다.
여기서, 두 기판의 배치는 두 기판 중 어느 하나의 기판에 씰 패턴(seal pattern)을 형성하고 동일 기판이나 다른 기판에 두 기판 사이의 간격을 유지하기 위한 스페이서를 산포한 다음, 컬러 필터와 화소 전극이 일대일 대응되도록 두 기판을 배치하고 상기 씰 패턴을 가압 경화하여 합착함으로써 이루어진다. 상기 컬러 필터는 적(R), 녹(G), 청(B)의 세 가지 색으로 이루어지며, 하나의 색이 하나의 화소 전극과 대응된다.
그러나, 화소 전극과 컬러 필터가 대응되도록 기판을 배치하는 과정에서 오정렬(misalign)이 발생하면 구동시 빛샘과 같은 불량이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 상부의 컬러 필터 기판에 형성되는 블랙 매트릭스의 폭을 넓게 형성할 수 있는데, 이 경우 개구율이 낮아지는 문제가 있다.
또한, 기존의 반투과형 액정표시장치는 반사 모드를 기준으로 설계하고 있기 때문에, 전압을 인가하지 않았을 때 투과 모드의 투과율이 반사 모드 투과율의 50% 정도 밖에 되지 않는다. 이에 따라, 투과 모드의 액정층 두께를 반사 모드의 액정층 두께보다 두껍게 하여 반사 모드와 투과 모드의 투과율을 동일하게 만드는 다중 셀 갭(cell gap) 구조가 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 제1의 목적은 컬러 필터를 박막 트랜지스터가 형성되는 어레이 기판에 형성하여 개구율을 향상시키고, 반사 모드와 투과 모드의 색순도 차이를 줄일 수 있는 반투과형 액정표시장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제2의 목적은 컬러 필터를 박막 트랜지스터가 형성되는 어레이 기판에 형성하여 개구율을 향상시키고, 반사 모드와 투과 모드의 색순도 차이를 줄일 수 있는 반투과형 액정표시장치의 제조방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 의한 반투과형 액정표시장치의 어레이 기판을 도시한 평면도이다.
도 2a는 도 1의 AA'선에 따른 반사 영역의 반투과형 액정표시장치를 도시한 단면도이다.
도 2b는 도 1의 BB'선에 따른 투과 영역의 반투과형 액정표시장치를 도시한 단면도이다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명에 의한 반투과형 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 유기 블랙 매트릭스를 형성하기 위한 포토 마스크의 레이아웃도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4의 마스크 패턴을 이용하여 유기 블랙 매트릭스를 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 제1 기판 102 : 게이트 전극
104 : 게이트 절연막 106 : 액티브 패턴
108 : 오믹 콘택 패턴 110 : 소오스 전극
112 : 드레인 전극 115 : 박막 트랜지스터 영역
116 : 버퍼 절연막 118 : 제1 콘택홀
120 : 유기 절연막 121 : 엠보싱
122 : 반사 전극 124 : 컬러 필터
126 : 유기 블랙 매트릭스 128 : 유기 보호막
130 : 제2 콘택홀 132 : 투명 전극
150 : 제2 기판 152 : 공통 전극
160 : 스페이서 170 : 액정층
상술한 본 발명의 제1의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 화소부가 박막 트랜지스터 영역, 반사 영역 및 투과 영역으로 구분되는 반투과형 액정표시장치에 있어서, 상기 박막 트랜지스터 영역의 제1 기판 상에 형성된 게이트 전극; 상기 게이트 전극을 포함한 제1 기판 상에 형성된 게이트 절연막; 상기 게이트 전극 위의 게이트 절연막 상에 형성된 액티브 패턴; 상기 액티브 패턴 상에 형성된 소오스/드레인 전극; 상기 반사 영역의 제1 기판 상에 형성되고, 그 표면에 다수의 엠보싱을 포함하는 유기 절연막; 상기 유기 절연막 상에 형성되고, 상기 소오스 전극 또는 드레인 전극 중의 어느 하나와 연결되는 반사 전극; 상기 반사 전극의 상부 및 상기 투과 영역의 제1 기판 상에 형성되고, 상기 유기 절연막이 형성된 반사 영역에서는 제1 두께를 갖고 상기 유기 절연막이 형성되지 않은 투과 영역에서는 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는 컬러 필터; 상기 컬러 필터를 포함한 제1 기판 상에 형성되고, 상기 반사 전극의 일부분을 노출하는 콘택홀을 갖는 유기 보호막; 및 상기 유기 보호막 상에 형성되고, 상기 콘택홀을 통해 상기 반사 전극과 접촉되는 투명 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 유기 보호막의 하부에 상기 컬러 필터를 둘러싸도록 형성된 유기 블랙 매트릭스를 더 구비한다.
또한, 상기 유기 블랙 매트릭스와 상기 액티브 패턴과의 직접 접촉을 방지하기 위하여 상기 소오스/드레인 전극과 상기 유기 절연막 사이에 형성된 버퍼 절연막을 더 구비할 수 있다. 바람직하게는, 상기 버퍼 절연막을 실리콘 질화물로 이루어진다.
상술한 본 발명의 제2의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 화소부가 박막 트랜지스터 영역, 반사 영역 및 투과 영역으로 구분되는 반투과형 액정표시장치의 제조방법에 있어서, 상기 박막 트랜지스터 영역의 제1 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 포함한 제1 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극 위의 게이트 절연막 상에 액티브 패턴을 형성하는 단계; 상기 액티브 패턴 상에 소오스/드레인 전극을 형성하는 단계; 상기 반사 영역의 제1 기판 상에 그 표면에 다수의 엠보싱을 포함하는 유기 절연막을 형성하는 단계; 상기 유기 절연막 상에 상기 소오스 전극 또는 드레인 전극 중의 어느 하나와 연결되는 반사 전극을 형성하는 단계; 상기 반사 전극의 상부 및 상기 투과 영역의 제1 기판 상에, 상기 유기 절연막이 형성된 반사 영역에서는 제1 두께를 갖고 상기 유기 절연막이 형성되지 않은 투과 영역에서는 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를갖도록 컬러 필터를 형성하는 단계; 상기 컬러 필터를 포함한 제1 기판 상에 유기 보호막을 형성하는 단계; 상기 유기 보호막을 식각하여 상기 반사 전극의 일부분을 노출하는 콘택홀을 형성하는 단계; 및 상기 유기 보호막 상에 상기 콘택홀을 통해 상기 반사 전극과 접촉되는 투명 전극을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 유기 보호막을 형성하는 단계 전에, 상기 컬러 필터를 둘러싸도록 유기 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 더 구비한다. 상기 유기 블랙 매트릭스는 상기 컬러 필터에 대한 오버랩을 최소화하기 위하여 슬릿 노광 공정으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유기 절연막을 형성하는 단계 전에, 상기 유기 블랙 매트릭스와 상기 액티브 패턴과의 직접 접촉을 방지하기 위한 버퍼 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 버퍼 절연막을 식각하여 상기 소오스 전극 또는 드레인 전극 중의 어느 하나를 노출하는 단계를 더 구비할 수 있다. 상기 버퍼 절연막을 식각할 때, 투과율을 증대시키기 위하여 투과 영역의 버퍼 절연막 및 게이트 절연막을 제거하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 컬러 필터와 박막 트랜지스터를 동일한 어레이 기판에 형성하는 COA 구조를 적용하고 낮은 유전율을 갖는 유기 보호막을 사용하여 화소 전극을 데이터 전극과 오버랩되도록 형성함으로써, 액정 조립 공정을 단순화하고 화소의 개구율을 극대화할 수 있다.
또한, 엠보싱용 유기 절연막의 단차를 이용하여 반사 영역의 컬러 필터 두께를 투과 영역에 비해 감소시킴으로써 반사 모드와 투과 모드의 색순도 차이를 줄일 수 있으며, 이에 따라 투과 영역의 셀 갭을 반사 영역의 셀 갭보다 두껍게 형성하여 투과율을 극대화시킬 수 있다.
또한, 투과 영역의 높은 굴절률을 갖는 게이트 절연막 및 버퍼 절연막을 제거함으로써 광 손실을 줄이고 투과율을 증대시킬 수 있다.
또한, 반사판으로 제공되는 반사 전극과 컬러 필터 간에 이격 거리가 존재하지 않으므로 반사 모드시 광 손실 또는 혼색 발생을 방지할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 의한 반투과형 액정표시장치의 어레이 기판을 나타낸 평면도이다. 도 2a는 도 1의 AA'선에 따른 반사 영역의 반투과형 액정표시장치를 도시한 단면도이고, 도 2b는 도 1의 BB'선에 따른 투과 영역의 반투과형 액정표시장치를 도시한 단면도이다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 유리 또는 석영과 같은 절연 물질로 이루어진 제1 기판(100) 상에 크롬(Cr)/알루미늄-네오디뮴(AlNd)과 같은 제1 금속막으로 이루어진 게이트 배선이 형성되어 있다. 상기 게이트 배선은 제1 방향으로 신장되는 게이트 라인(도시하지 않음), 상기 게이트 라인으로부터 분기된 게이트 전극(102) 및 상기 게이트 라인의 끝단에 연결되어 게이트 전극(102)에 주사 전압을 인가하기 위한 게이트 패드(도시하지 않음)를 포함한다.
상기 게이트 배선을 포함한 기판(100) 상에는 무기 절연물질, 예컨대 실리콘질화물로 이루어진 게이트 절연막(104)이 형성되어 있다. 상기 게이트 전극(102) 위의 게이트 절연막(104) 상에는 비정질실리콘으로 이루어진 액티브 패턴(106) 및 n+로 도핑된 비정질실리콘으로 이루어진 오믹 콘택 패턴(108)이 순차적으로 적층되어 있다.
상기 오믹 콘택 패턴(108) 및 게이트 절연막(104) 상에는 크롬(Cr), 크롬-알루미늄(Cr-Al) 또는 크롬-알루미늄-크롬(Cr-Al-Cr)과 같은 제2 금속막으로 이루어진 데이터 배선이 형성되어 있다. 상기 데이터 배선은 상기 게이트 라인과 교차하는 제2 방향으로 신장되어 상기 게이트 라인과 함께 화소부를 구획하는 데이터 라인(도시하지 않음), 상기 데이터 라인으로부터 분기되어 액티브 패턴(106)의 제1 영역과 중첩되는 제1 전극(소오스 전극 또는 드레인 전극)(110) 및 상기 제1 영역과 대향되는 제2 영역과 중첩되는 제2 전극(드레인 전극 또는 소오스 전극)(112), 그리고 상기 데이터 라인의 끝단에 연결되어 상기 제1 전극으로 신호 전압을 인가하기 위한 데이터 패드(도시하지 않음)를 포함한다. 이하, 상기 제1 전극(110)을 소오스 전극이라 하고, 상기 제2 전극(112)을 드레인 전극이라 한다. 따라서, 기판(100) 상의 박막 트랜지스터 영역(115)에는 게이트 전극(102), 게이트 절연막(104), 액티브 패턴(106), 오믹 콘택 패턴(108), 소오스 전극(110) 및 드레인 전극(112)을 포함한 박막 트랜지스터가 형성된다.
상기 박막 트랜지스터를 포함한 제1 기판(100) 상에는 그 위에 형성되는 유기 블랙 매트릭스(126)와 상기 액티브 패턴(106)이 직접 접촉하여 상기 유기 블랙매트릭스(126) 내의 이온 불순물들이 액티브 패턴(106)의 채널 영역으로 침투하는 것을 방지하기 위한 버퍼 절연막(116)이 형성된다. 바람직하게는, 상기 버퍼 절연막(116)은 실리콘 질화물로 이루어진다. 상기 버퍼 절연막(116)을 관통하여 반사판으로 제공되는 반사 전극(122)과 상기 드레인 전극(112)을 전기적으로 연결시키기 위한 제1 콘택홀(118)이 형성된다.
일반적으로 투과율은 빛이 통과하는 매질들의 굴절률에 의해 좌우되는데, 빛이 동일한 굴절률을 갖는 매질들을 통과할 경우에는 빛의 왜곡 현상이 발생하지 않는다. 그러나, 굴절률의 차이가 큰 서로 다른 매질들이 두껍게 적층되어 있을 경우에는 빛이 상기 매질들을 통과하면서 상쇄 간섭, 반사 또는 흡수되어 광 손실이 발생하게 된다. 실리콘 질화물은 높은 굴절률을 갖기 때문에 제1 기판(100)의 후면에 위치한 백 라이트로부터 제1 기판(100)으로 방출된 빛이 실리콘 질화물로 이루어진 게이트 절연막(116) 및 버퍼 절연막(118)을 통과하면서 상쇄 간섭, 반사 또는 흡수에 의해 광 손실이 발생하게 된다. 따라서, 투과 영역의 게이트 절연막(116) 및 버퍼 절연막(118)을 제거하면, 제1 기판(100)을 통과한 빛이 곧바로 상기 제1 기판(100)과 유사한 굴절률을 갖는 유기 절연막(120)을 통과하기 때문에 광 손실을 줄여 투과율을 증대시킬 수 있다.
반사 영역의 제1 기판(100), 바람직하게는 박막 트랜지스터 영역(115) 및 투과 영역을 제외한 제1 기판(100) 상에는 그 표면에 다수의 엠보싱(121)을 포함하는 유기 절연막(120)이 형성되어 있다.
상기 유기 절연막(120) 상에는 상기 제1 콘택홀(118)을 통해 드레인전극(112)과 연결되고 반사판 및 화소 전극으로 사용되는 반사 전극(122)이 형성되어 있다. 바람직하게는, 상기 반사 전극(122)은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy)으로 이루어진다.
상기 반사 전극(122)의 상부 및 상기 투과 영역의 제1 기판(100) 상에는 적(R), 녹(G), 청(B)의 세 가지 색으로 이루어지고 하나의 색이 하나의 화소 전극과 대응되는 컬러 필터(124)들이 형성된다. 상기 컬러 필터(124)는 엠보싱용 유기 절연막(120)이 형성되어 있는 반사 영역에서는 얇은 제1 두께를 갖고 상기 엠보싱용 유기 절연막(120)이 형성되지 않은 투과 영역에서는 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는다.
반투과형 액정표시장치에 있어서, 반사 모드의 빛은 컬러 필터를 두 번 통과하는 반면 투과 모드의 빛은 컬러 필터를 한번만 통과하게 된다. 이에 따라, 착색되는 정도가 달아 반사 모드와 투과 모드에서 색순도의 차이가 발생하게 된다. 즉, 컬러 필터를 두 번 통과하는 반사 모드는 어둡고 진한 색순도를 갖는 반면, 컬러 필터를 한 번 통과하는 투과 모드는 밝고 연한 색순도를 갖게 된다. 통상적으로 컬러 필터는 감광성 컬러 수지로 형성되는데, 이러한 액상 유기 물질들은 경화시 하부 패턴의 단차를 따라 평탄화된다. 본 발명에 의하면 도 2b에 도시한 바와 같이, 엠보싱용 유기 절연막(120)의 단차에 의해 반사 영역에 형성되는 컬러 필터(124)의 두께가 투과 영역에 형성되는 컬러 필터(124)의 두께보다 얇아지게 된다. 따라서, 반사 영역의 컬러 필터(124) 두께를 감소시킴으로써 투과 모드와 반사 모드의 색순도 차이를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 각각의 컬러 필터(124)들은 유기 블랙 매트릭스(126)로 둘러싸여 있다. 상기 유기 블랙 매트릭스(126)는 화소 이외의 영역에서 빛이 새는 것을 방지하고 컬러 필터(124)의 색을 구분하는 역할을 한다.
상기 컬러 필터(124), 유기 블랙 매트릭스(126) 및 제1 기판(100) 상에는 유기 보호막(128)이 형성되어 있다. 실리콘 질화물과 같은 높은 유전율을 갖는 무기물로 보호막을 형성하면, 데이터 배선과 화소 전극과의 사이에 기생 캐패시턴스가 형성되어 커플링이 발생하게 되므로 화소 전극과 데이터 배선을 중첩시키지 못하여 개구율을 증대시키는데 한계가 있다. 이에 반하여, 보호막을 낮은 유전율의 유기 물질로 형성하면, 화소 전극과 데이터 배선과의 사이에 기생 캐패시턴스의 생성을 억제하여 화소 전극을 게이트 배선 및 데이터 배선과 중첩되도록 형성할 수 있으므로 높은 개구율의 박막 트랜지스터-액정표시장치를 구현할 수 있다.
상기 유기 보호막(128) 상에는 각각의 컬러 필터(124) 및 유기 보호막(128)을 관통하여 반사 전극(122)을 노출하는 제2 콘택홀(130)을 통해 상기 반사 전극(122)과 접촉하는 투명 전극(132)이 형성된다. 바람직하게는, 상기 투명 전극(132)은 ITO 또는 IZO로 이루어진다.
반사 전극(122) 및 투명 전극(132)으로 이루어진 화소 전극은 박막 트랜지스터로부터 화상 신호를 받아 상부 기판(즉, 제2 기판)(150)의 공통 전극(152)과 함께 전기장을 생성하는 역할을 하므로, 박막 트랜지스터의 드레인 전극(112)과 전기적으로 연결되어야 한다. 본 발명에 의하면, 상기 투명 전극(132)을 드레인 전극(112)과 연결되어 있는 반사 전극(122)과 접촉시킴으로써, 상기 투명전극(132)을 드레인 전극(112)과 전기적으로 연결시킨다.
상기 투명 전극(132) 상에는 제1 배향막(orientation layer)(도시하지 않음)이 적층된다.
상기 제1 기판(100)에 대향하는 제2 기판(150)은 그 하면에 공통 전극(152)을 구비한다. 상기 공통 전극(152)의 하부에는 제2 배향막(도시하지 않음)이 형성된다. 상기 제2 배향막은 제1 기판(100)의 제1 배향막과 함께 액정층(170)의 액정 분자들을 소정 각도로 프리틸팅 시키는 기능을 수행한다. 또한, 도시하지는 않았으나, 상기 제2 기판(150)의 상면에는 위상차판 및 편광판이 순차적으로 형성된다.
상기 제1 기판(100)과 제2 기판(150) 사이에는 복수개의 스페이서(160)가 산포되어 제1 기판(100)과 제2 기판(150)과의 사이에 소정의 공간이 형성된다. 이와 같은 제1 기판(100)과 제2 기판(150) 사이의 공간에는 액정층(170)이 형성된다.
본 발명에 의하면, 엠보싱용 유기 절연막(120)에 의한 단차로 인하여 투과 영역의 액정층 두께, 즉 셀 갭이 반사 영역의 셀 갭보다 두껍게 형성되는데, 바람직하게는 투과 영역의 셀 갭이 반사 영역의 셀 갭의 두 배가 되도록 형성한다. 따라서, 투과 모드의 투과율을 증대시킬 수 있으므로, 정상적인 화이트 모드시 반사 영역과 투과 영역의 휘도를 균일하게 할 수 있다.
또한, 컬러 필터가 상부 기판(즉, 제2 기판)에 형성되는 기존의 반투과형 액정표시장치에서는 반사 전극과 컬러 필터가 3㎛ 정도의 셀 갭에 의해 이격되어 있다. 따라서, 반사 모드시 상기 셀 갭에 의한 반사각에 의해 예를 들어 적색 컬러 필터를 통과한 빛이 녹색 컬러 필터로 반사되어 적색과 녹색이 혼색되는 문제가 발생하게 된다. 이에 반하여, 본 발명의 반투과형 액정표시장치에 의하면 컬러 필터가 어레이 기판(즉, 제1 기판)(100)에 형성되고 반사 전극(122)과 컬러 필터(124) 사이에 이격 거리가 존재하지 않으므로, 반사 모드시 광 경로에 따른 광 손실이나 혼색 발생을 방지할 수 있다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명에 의한 반투과형 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들로서, 도 1의 AA'선에 따른 반사 영역을 나타낸다.
도 3a를 참조하면, 유리 또는 석영과 같은 절연 물질로 이루어진 제1 기판(100) 상에 약 500Å의 크롬(Cr) 및 약 2500Å의 알루미늄-네오디뮴(AlNd)으로 이루어진 제1 금속막을 증착한 후, 사진식각 공정으로 상기 제1 금속막을 패터닝하여 제1 방향으로 신장되는 게이트 라인(도시하지 않음), 상기 게이트 라인으로부터 분기된 게이트 전극(102) 및 상기 게이트 라인의 끝단에 연결되어 게이트 전극(102)에 주사 전압을 인가하기 위한 게이트 패드(도시하지 않음)를 포함하는 게이트 배선을 형성한다.
상기 게이트 배선이 형성된 제1 기판(100)의 전면에 실리콘 질화물을 플라즈마 화학기상증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD) 방법에 의해 약 4500Å의 두께로 증착하여 게이트 절연막(104)을 형성한다.
상기 게이트 절연막(104) 상에 액티브층으로서, 예컨대 비정질실리콘막을 PECVD 방법에 의해 약 2000Å의 두께로 증착하고, 그 위에 오믹 콘택층으로서, 예컨대 n+도핑된 비정질실리콘막을 PECVD 방법에 의해 약 500Å의 두께로 증착한다.이때, 상기 액티브층 및 오믹 콘택층은 PECVD 설비의 동일 챔버 내에서 인-시튜(in-situ)로 증착한다. 이어서, 사진식각 공정으로 상기 막들을 패터닝하여 게이트 전극(102) 위의 게이트 절연막(104) 상에 비정질실리콘막으로 이루어진 액티브 패턴(106) 및 n+도핑된 비정질실리콘막으로 이루어진 오믹 콘택 패턴(108)을 형성한다.
상기 오믹 콘택 패턴(108) 및 게이트 절연막(104) 상에 크롬(Cr), 크롬-알루미늄(Cr-Al) 또는 크롬-알루미늄-크롬(Cr-Al-Cr)과 같은 제2 금속막을 약 1500∼4000Å의 두께로 증착한 후, 사진식각 공정으로 제2 금속막을 패터닝하여 데이터 배선을 형성한다. 상기 데이터 배선은 상기 게이트 라인에 직교하는 데이터 라인(도시하지 않음), 상기 데이터 라인으로부터 분기되는 소오스 전극(110) 및 드레인 전극(112), 그리고 상기 데이터 라인의 끝단에 연결되어 상기 소오스 전극(110)에 신호 전압을 인가하기 위한 데이터 패드(도시하지 않음)를 포함한다.
그런 다음, 상기 소오스 전극(110)과 드레인 전극(112) 사이의 노출된 오믹 콘택 패턴(108)을 반응성 이온 식각(reactive ion etching; RIE) 방법에 의해 제거해낸다. 그러면, 상기 소오스 전극(110)과 드레인 전극(112) 사이의 노출된 액티브 영역이 박막 트랜지스터(115)의 채널 영역으로 제공된다.
도 3b를 참조하면, 상기 박막 트랜지스터(115)가 형성된 제1 기판(100)의 전면에 실리콘 질화물을 약 500Å의 두께로 증착하여 버퍼 절연막(116)을 형성한다. 상기 버퍼 절연막(116)은 후속 공정에서 형성되어질 유기 블랙 매트릭스가 상기 액티브 패턴(106)에 직접 접촉하여 상기 유기 블랙 매트릭스 내의 이온 불순물들이 액티브 패턴(106)의 채널 영역으로 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다.
이어서, 사진식각 공정으로 상기 버퍼 절연막(116)을 식각하여 상기 드레인 전극(112)을 노출하는 제1 콘택홀(118)을 형성한다. 이와 동시에, 투과 영역의 버퍼 절연막(116) 및 게이트 절연막(104)을 제거하여 투과율을 증대시킨다.
도 3c를 참조하면, 상기 제1 콘택홀(118), 버퍼 절연막(116) 및 제1 기판(100) 상에 감광성 유기물질을 도포하여 유기 절연막(120)을 형성한다. 1차 노광 공정으로 상기 유기 절연막(120)의 표면을 렌즈 노광한 후, 박막 트랜지스터 영역(115) 및 투과 영역의 유기 절연막(120)을 2차 노광한다.
이어서, 테트라메틸-수산화암모늄(TMAH) 현상액을 이용하여 상기 유기 절연막(120)을 현상한다. 그러면, 상기 유기 절연막(120)의 표면에 광 산란을 위한 다수의 엠보싱(121)이 형성됨과 동시에, 박막 트랜지스터 영역(115) 및 투과 영역의 유기 절연막(120)이 제거된다. 즉, 상기 유기 절연막(120)은 반사 영역의 제1 기판(100) 상에만 남아있게 된다. 바람직하게는, 상기 엠보싱(121)은 약 5∼15°의 주경사도를 갖는다.
도 3d를 참조하면, 상술한 바와 같이 유기 절연막(120)이 형성된 제1 기판(100) 상에 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy)과 같이 높은 반사율을 갖는 금속을 증착하고 사진식각 공정으로 이를 패터닝하여 반사판 및 화소 전극으로 제공되는 반사 전극(122)을 형성한다. 상기 반사 전극(122)은 제1 콘택홀(118)을 통해 박막 트랜지스터의 드레인 전극(112)과 전기적으로 연결된다.
도 3e를 참조하면, 상기 반사 전극(122)이 형성된 제1 기판(100) 상에 적(R), 녹(G), 청(B)의 세 가지 색으로 이루어지고 하나의 색이 하나의 화소 전극과 대응되는 컬러 필터(124)들을 형성한다. 컬러 필터(124)는 여러 가지 방법으로 형성할 수 있으나, 공정 편의를 위해 감광성 수지가 포함된 절연성의 안료나 염료와 같은 착색층을 제1 기판(100) 상에 도포하고 패터닝을 통해 해당 화소에 패턴을 남기는 방식으로 적(R), 녹(G), 청(B)의 세 개의 색상별로 형성한다.
본 발명에 의하면, 엠보싱용 유기 절연막(120)의 단차에 의해 반사 영역에 형성되는 컬러 필터(124)의 두께가 투과 영역에 형성되는 컬러 필터(124)의 두께보다 얇아지게 된다. 따라서, 반사 영역의 컬러 필터(124) 두께를 감소시킴으로써 투과 모드와 반사 모드의 색순도 차이를 줄일 수 있다.
도 3f를 참조하면, 상기 컬러 필터(124)가 형성된 제1 기판(100) 상에 감광성 유기물질, 예를 들어 블랙 포토레지스트막을 도포한 후, 슬릿 노광 공정 및 현상 공정을 통해 각각의 컬러 필터(124)를 둘러싸는 유기 블랙 매트릭스(126)를 형성한다. 이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 유기 블랙 매트릭스(126)의 형성 공정을 상세히 설명하고자 한다.
도 4는 유기 블랙 매트릭스(126)를 형성하기 위한 포토 마스크(200)의 레이아웃도로서, 참조 부호 210은 각각의 컬러 필터(124)에 대응되는 마스크 패턴을 나타내고 참조 부호 220은 컬러 필터(124)와 유기 블랙 매트릭스(126)와의 오버랩을 최소화하기 위한 슬릿 패턴을 나타낸다.
도 5a를 참조하면, 도 4에 도시한 패턴 레이아웃을 갖는 포토 마스크(200)를 이용하여 상기 블랙 포토레지스트막(125)을 노광한다. 바람직하게는, 상기 블랙 포토레지스트막(125)은 네거티브 감광성 막으로서, 빛을 받은 부분이 남아 있고 빛을 받지 않은 부분이 현상액으로 제거된다. 이러한 네거티브 포토레지스트막은 노광 에너지를 적게 받는 영역에서 부분 반응이 일어나 상기 영역이 현상액에 의해 제거되는 특성을 갖는다. 따라서, 유기 블랙 매트릭스(126)가 컬러 필터(124R, 124G, 124B)의 가장자리에 약간 오버랩되도록 포토 마스크(200)의 마스크 패턴(210)을 설계하고 상기 오버랩되는 영역에 슬릿 패턴(220)을 형성함으로써, 컬러 필터와 유기 블랙 매트릭스가 오버랩되는 영역의 블랙 포토레지스트막이 슬릿 노광에 의해 노광 에너지를 적게 받도록 한다. 그러면, 도 5b에 도시한 바와 같이 현상 공정을 진행할 때 슬릿 노광된 부분이 현상액에 의해 제거되므로, 최종적으로 제1 기판(100) 상에 형성되는 유기 블랙 매트릭스(126)와 컬러 필터(124R, 124G, 124B)와의 오버랩을 최소화하여 개구율을 높일 수 있다.
바람직하게는, 상기 슬릿 패턴(220)은 바(bar)와 스페이스(space)의 비율이 2:2 내지 2:5(㎛) 정도가 되도록 형성함으로써, 컬러 필터(124R, 124G, 124B)와의 경계면에서 블랙 포토레지스트막의 경화도 차이로 인하여 경계면의 기울기를 완만하게 만들 수 있다.
한편, 상기 도 3g로 환원하여, 상술한 바와 같이 유기 블랙 매트릭스(126)를 형성한 다음, 결과물의 전면에 감광성 유기 물질을 도포하여 유기 보호막(128)을 형성한다. 상기 유기 보호막(128)은 그 하부의 데이터 배선과 화소 전극과의 사이에 기생 캐패시턴스의 생성을 억제하므로, 화소 전극을 게이트 배선 및 데이터 배선과 중첩되도록 형성하여 높은 개구율의 박막 트랜지스터-액정표시장치를 구현할 수 있다.
이어서, 각각의 컬러 필터(124) 및 유기 보호막(128)을 선택적으로 제거하여 각 화소의 반사 전극(122)을 노출하는 제2 콘택홀(130)들을 형성한다.
그런 다음, 상기 제2 콘택홀(130)들이 형성된 결과물의 전면에 ITO 또는 IZO와 같은 투명 도전막을 증착한 후, 사진식각 공정으로 상기 투명 도전막을 패터닝하여 도 3h에 도시한 바와 같이, 상기 제2 콘택홀(130)을 통해 반사 전극(122)과 접촉하는 화소 전극용 투명 전극(132)을 형성한다. 따라서, 상기 투명 전극(132)은 반사 전극(122)을 통해 박막 트랜지스터의 드레인 전극(112)과 전기적으로 연결된다.
이어서, 도시하지는 않았으나, 상기 투명 전극(132)이 형성된 제1 기판(100) 상에 레지스트를 도포하고 러빙(rubbing) 처리 등을 통해 액정층 내의 액정 분자들을 선택된 각으로 프리틸팅시키는 제1 배향막을 형성한다.
계속해서, 상기 제1 기판(100)과 동일한 물질로 구성된 제2 기판(도 2a의 참조부호 150) 상에 공통 전극(도 2a의 참조부호 152) 및 제2 배향막(도시하지 않음)을 순차적으로 형성하여 제2 기판(150)을 완성한다.
이어서, 상기 제2 기판(150)이 제1 기판(100)에 대향하도록 배치하고 제1 기판(100)과 제2 기판(150) 사이에 복수개의 스페이서(도 2a의 참조부호 160)를 산포하여 접합함으로써, 제1 기판(100)과 제2 기판(150) 사이에 소정의 공간이 형성되도록 한다. 그런 다음, 제1 기판(100)과 제2 기판(150) 사이의 공간에 진공 주입 방법을 이용하여 액정 물질을 주입하여 액정층(도 2a의 참조부호 170)을 형성하면, 본 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치가 완성된다. 또한, 필요에 따라서, 제2 기판(150)의 전면에 편광판 및 위상차판이 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 컬러 필터와 박막 트랜지스터를 동일한 어레이 기판에 형성하는 COA 구조를 적용하고 낮은 유전율을 갖는 유기 보호막을 사용하여 화소 전극을 데이터 전극과 오버랩되도록 형성함으로써, 액정 조립 공정을 단순화하고 화소의 개구율을 극대화할 수 있다.
또한, 엠보싱용 유기 절연막의 단차를 이용하여 반사 영역의 컬러 필터 두께를 투과 영역에 비해 감소시킴으로써 반사 모드와 투과 모드의 색순도 차이를 줄일 수 있으며, 이에 따라 투과 영역의 셀 갭을 반사 영역의 셀 갭보다 두껍게 형성하여 투과율을 극대화시킬 수 있다.
또한, 투과 영역의 높은 굴절률을 갖는 게이트 절연막 및 버퍼 절연막을 제거함으로써 광 손실을 줄이고 투과율을 증대시킬 수 있다.
또한, 반사판으로 제공되는 반사 전극과 컬러 필터 간에 이격 거리가 존재하지 않으므로 반사 모드시 광 손실 또는 혼색 발생을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 화소부가 박막 트랜지스터 영역, 반사 영역 및 투과 영역으로 구분되는 반투과형 액정표시장치에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터 영역의 제1 기판 상에 형성된 게이트 전극;
    상기 게이트 전극을 포함한 제1 기판 상에 형성된 게이트 절연막;
    상기 게이트 전극 위의 게이트 절연막 상에 형성된 액티브 패턴;
    상기 액티브 패턴 상에 형성된 소오스/드레인 전극;
    상기 반사 영역의 제1 기판 상에 형성되고, 그 표면에 다수의 엠보싱을 포함하는 유기 절연막;
    상기 유기 절연막 상에 형성되고, 상기 소오스 전극 또는 드레인 전극 중의 어느 하나와 연결되는 반사 전극;
    상기 반사 전극의 상부 및 상기 투과 영역의 제1 기판 상에 형성되고, 상기 유기 절연막이 형성된 반사 영역에서는 제1 두께를 갖고 상기 유기 절연막이 형성되지 않은 투과 영역에서는 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는 컬러 필터;
    상기 컬러 필터를 포함한 제1 기판 상에 형성되고, 상기 반사 전극의 일부분을 노출하는 콘택홀을 갖는 유기 보호막; 및
    상기 유기 보호막 상에 형성되고, 상기 콘택홀을 통해 상기 반사 전극과 접촉되는 투명 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유기 보호막의 하부에 상기 컬러 필터를 둘러싸도록 형성된 유기 블랙 매트릭스를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유기 블랙 매트릭스와 상기 액티브 패턴과의 직접 접촉을 방지하기 위하여 상기 소오스/드레인 전극과 상기 유기 절연막 사이에 형성된 버퍼 절연막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 버퍼 절연막을 실리콘 질화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  5. 제1항에 있어서, 투과율을 증대시키기 위하여 상기 게이트 절연막은 상기 투과 영역을 제외한 기판 상에 형성된 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  6. 제1항에 있어서, 복수개의 스페이서에 의해 상기 제1 기판과 소정 간격으로 이격되고, 공통 전극을 갖는 제2 기판; 및
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 형성된 액정층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 반사 영역에 형성된 유기 절연막에 의해 상기 투과 영역의 액정층 두께가 상기 반사 영역의 액정층 두께보다 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  8. 화소부가 박막 트랜지스터 영역, 반사 영역 및 투과 영역으로 구분되는 반투과형 액정표시장치의 제조방법에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터 영역의 제1 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;
    상기 게이트 전극을 포함한 제1 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계;
    상기 게이트 전극 위의 게이트 절연막 상에 액티브 패턴을 형성하는 단계;
    상기 액티브 패턴 상에 소오스/드레인 전극을 형성하는 단계;
    상기 반사 영역의 제1 기판 상에 그 표면에 다수의 엠보싱을 포함하는 유기 절연막을 형성하는 단계;
    상기 유기 절연막 상에 상기 소오스 전극 또는 드레인 전극 중의 어느 하나와 연결되는 반사 전극을 형성하는 단계;
    상기 반사 전극의 상부 및 상기 투과 영역의 제1 기판 상에, 상기 유기 절연막이 형성된 반사 영역에서는 제1 두께를 갖고 상기 유기 절연막이 형성되지 않은 투과 영역에서는 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖도록 컬러 필터를 형성하는 단계;
    상기 컬러 필터를 포함한 제1 기판 상에 유기 보호막을 형성하는 단계;
    상기 유기 보호막을 식각하여 상기 반사 전극의 일부분을 노출하는 콘택홀을 형성하는 단계; 및
    상기 유기 보호막 상에 상기 콘택홀을 통해 상기 반사 전극과 접촉되는 투명 전극을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 유기 보호막을 형성하는 단계 전에, 상기 컬러 필터를 둘러싸도록 유기 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 유기 블랙 매트릭스는 상기 컬러 필터에 대한 오버랩을 최소화하기 위하여 슬릿 노광 공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 유기 절연막을 형성하는 단계 전에,
    상기 유기 블랙 매트릭스와 상기 액티브 패턴과의 직접 접촉을 방지하기 위한 버퍼 절연막을 형성하는 단계; 및
    상기 버퍼 절연막을 식각하여 상기 소오스 전극 또는 드레인 전극 중의 어느 하나를 노출하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 버퍼 절연막을 실리콘 질화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 버퍼 절연막을 식각하여 상기 소오스 전극 또는 드레인 전극 중의 어느 하나를 노출하는 단계에서, 투과율을 증대시키기 위하여 상기 투과 영역의 버퍼 절연막 및 게이트 절연막을 제거하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 투명 전극을 형성하는 단계 후,
    공통 전극을 갖는 제2 기판을 복수개의 스페이서에 의해 상기 제1 기판과 소정 간격으로 이격되도록 대향시키는 단계; 및
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 반사 영역에 형성된 유기 절연막에 의해 상기 투과 영역의 액정층은 상기 반사 영역에 비해 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
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