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KR100311530B1 - 반사형액정표시소자및그제조방법 - Google Patents

반사형액정표시소자및그제조방법 Download PDF

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KR100311530B1
KR100311530B1 KR1019980000242A KR19980000242A KR100311530B1 KR 100311530 B1 KR100311530 B1 KR 100311530B1 KR 1019980000242 A KR1019980000242 A KR 1019980000242A KR 19980000242 A KR19980000242 A KR 19980000242A KR 100311530 B1 KR100311530 B1 KR 100311530B1
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Abstract

본 발명에 따른 반사형 액정표시소자는 제1기판 및 제2기판과, 상기 제1기판 위에 형성되고 게이트전극, 게이트절연막, 반도체층 및 소스/드레인전극으로 구성된 박막트랜지스터와, 서로 종횡으로 형성되어 상기 제1기판을 복수의 화소영역으로 나누고 각각 상기 게이트전극과 상기 소스전극과 연결되는 복수의 데이터배선 및 게이트배선과, 상기 박막트랜지스터 위로 기판 전체에 형성되며 저유전율의 절연막으로 이루어진 보호막과, 상기 보호막 위에 형성되고 상기 데이터배선 및 게이트배선과 오버랩되도록 형성된 반사전극과, 상기 제2기판 또는 상기 반사전극 위에 형성되며 적어도 한층의 투명산란층으로 이루어진 투명산란판과, 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어진다.

Description

반사형 액정표시소자 및 그 제조방법{A REFLECTOR OF REFLECTIVE-TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 반사형 액정표시소자에 관한 것으로, 한층 이상의 투명산란층으로구성된 투명산란판을 구비하여 반사판의 요철형성에 따른 문제점 없이 우수한 시야 각특성을 갖고, 저유전율의 절연막으로 보호막을 형성하여 반사전극을 데이터배선 및 게이트배선과 오버랩(overlap)되도록 형성함으로써 개구율이 향상된 반사형 액정표시소자에 관한 것이다.
액정표시소자는 동작모드에 따라, 개략적으로 TN(Twisted Nematic)형, GH(Guest Host)형, ECB(Electrically Controlled Birefringence)형 및 OCB(Optically Compensated Birefringence)형 등으로 나눌 수 있고, 광원의 이용방법에 따라, 백라이트를 이용하여 투과형 액정표시소자와 외부의 광원을 이용하는 반사형 액정표시소자의 두 종류로 분류할 수 있다. 근래에는 백라이트(back light)를 광원으로 사용하는 투과형 액정표시소자가 널리 이용되고 있으나, 이러한 백라이트의 사용은 액정표시소자의 무게와 부피를 증가시킬 뿐만 아니라, 소비전력이 높다는 문제점을 가진다. 백라이트가 내장된 액정표시소자의 상기한 문제점들을 극복하고자, 최근에는 백라이트를 사용하지 않는 반사형 액정표시소자에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
도 1은 종래의 반사형 액정표시소자의 반사판을 나타낸 도면으로서, 제1기판 (1)과, 제1기판(1) 위에 형성되고 게이트전극(2), 게이트절연막(3), 반도체층(4), 오믹콘택층(5), 및 소스/드레인전극(6,7)으로 이루어진 박막트랜지스터(8)와, 감광성수지로 이루어진 보호막부 겸 요철부(9)와, 요철부(9) 위에 형성되고 콘택홀(11)을 통하여 드레인전극과 연결된 반사전극(12)과, 반사전극(12) 위로 제1기판 전체에 걸쳐 형성된 제1배향막(13)으로 이루어진다. 도면에는 표시하지 않았지만 제1기판(1) 위에 게이트배선 및 데이터배선이 종횡으로 형성되어 제1기판(1)을 복수의 화소영역으로 나누고, 게이트배선은 외부의 주사신호회로에 연결되어 게이트전극(2)에 주사신호전압을 전달하며, 데이터배선은 외부의 데이터신호회로에 연결되어 주사신호에 따라 소스전극(6)에 데이터신호전압을 인가하고, 주사신호전압에 따라 반사전극(12)에 데이터신호전압이 전달된다. 요철부(9)는 반사전극(12)에 입사되는 빛을 여러각도로 산란시켜 시야각특성을 향상시키기 위해 형성되며, 감광성수지를 도포한 후 패터닝하고 열처리하여 형성한다.
도 2는 종래의 반사형 액정표시소자를 나타낸 도면으로서, 도 1에서와 같은구조의 반사판(20)과, 제2기판(21)과, 제2기판(21) 위에 형성된 편광판(22)과, 제2기판(21) 아래에 형성된 투명전극(23)과, 투명전극(23) 아래에 형성된 제2배향막 (24)으로 이루어진다. 상기한 구조의 반사형 액정표시소자는 반사전극(12)에 인가 된 데이터신호전압에 따라 액정층(25)에 전기장이 인가되고, 그에 따라 액정분자의 배열이 바뀌게 된다. 편광판(22)을 통과하여 특정방향으로 편광된 빛은 액정분자의 배열에 따라 편광방향이 바뀌게 되고 반사전극(12)에 의해 반사된 후 편광판(22)에 재 입사되어 결과적으로 데이터신호에 따른 반사율로 빛이 반사되게 된다.
상기와 같은 구조의 반사판은 우수한 산란특성을 갖지만, 도 2에 나타낸 바와 같이, 액정표시소자의 셀갭(cell gap)이 균일하지 않기 때문에 콘트라스트비 (contrast ratio)가 저하되며, 액정층에 인가되는 전기장이 왜곡되고, 요철면에 의한 단차로 인하여 배향처리에 의한 효과가 배향막 전체에 균일하게 미치지 못하며, 프리틸트 각도를 원하는 각으로 균일하게 할 수 없는 등의 여러 가지 문제점이 있다.
또한, 개구율을 향상시키기 위해 반사전극을 게이트배선 및 데이터배선과 오버랩(overlap)하여 형성하면 크로스트크(crosstalk)가 발생하거나 요철부의 오목면을 통해 반사전극과 데이터배선 사이에 단락이 발생할 수 있으며, 이러한 문제점을 제거하기 위해 반사전극 아래에 보호막(passivation layer)을 추가로 형성하면 제조공정이 복잡해지고 비용이 증가하는 문제점을 가진다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서,
본 발명의 제1목적은 굴절률차를 이용하여 빛을 산란시키는 투명산란판을 구비하여 우수한 시야각특성을 가질 뿐만 아니라, 반사판의 표면이 평탄하여 셀갭(cell gap)이 일정하고, 액정층에 인가되는 전기장의 왜곡이 없으며, 균일한 배향특성을 갖는 반사형 액정표시소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2목적은 반사전극 아래에 저유전율 물질로 이루어진 보호막을 형성하고 반사전극을 데이터배선 및 게이트배선과 오버랩되도록 형성하여 개구율이 향상된 반사형 액정표시소자를 제공하는 것이다.
상기한 제1목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반사형 액정표시소자는 제1기판 및 제2기판과, 상기 제1기판 위에 형성된 반사수단과, 상기 제2기판 또는 상기 반사수단 위에 형성되며 적어도 한층의 투명산란층으로 이루어진 투명산란판과, 상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 구성된다.
상기한 제2목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반사형 액정표시소자는 제1기판 및 제2기판과, 상기 제2기판에 형성되며 적어도 한층의 투명산란층으로 이루어진 투명산란판과, 상기 제1기판 위에 형성되고 게이트전극, 게이트절연막, 반도체층 및 소스/드레인전극으로 구성된 박막트랜지스터와, 서로 종횡으로 형성되어 상기 제1기판을 복수의 화소영역으로 나누고 각각 상기 게이트전극과 상기 소스전극과 연결되는 복수의 데이터배선 및 게이트배선과, 상기 박막트랜지스터 위로 기판 전체에 형성되며 저유전율의 절연막으로 이루어진 보호막과, 상기 보호막 위에 형성되고 상기 데이터배선 및 게이트배선과 오버랩되도록 형성된 반사전극과, 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 이루어진다.
상기 보호막의 재질인 BCB는 저유전율을 갖는 유기물로서 크로스토크를 방지하고 스핀코팅에 의해 표면이 평탄하게 형성된다.
도 1은 종래기술의 반사형 액정표시소자를 나타낸 도면.
도 2는 종래기술의 반사형 액정표시소자를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 제1실시예를 나타낸 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2실시예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 제 3실시예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 제 4실시예를 나타낸 도면.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
30a:제1기판 30b:제2기판
31:반사전극 50:반사판
51:투명산란판 52:편광판
53:액정층
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3a는 본 발명의 제1실시예에 따른 반사형 액정표시소자를 나타낸 도면으로서, 제1기판(30a) 및 반사수단으로서의 반사전극(31)으로 이루어진 반사판(50) 과, 제2기판(30b)과, 제2기판(30b) 위에 형성되며 표면이 요철형상인 투명산란판(51)과, 투명산란판(51) 위에 형성된 편광판(52)과, 제2기판(30b)과 반사판(50) 사이에 형성된 액정층(53)으로 이루어진다. 투명산란판(51)은 감강성수지, 폴리머, SiNx 및 SiOx 등의 투명재질을 제2기판(30b) 위에 도포한 후 식각하고 열처리하여 형성하며, 필요에 따라 투명산란판(51) 위에 아크릴수지, SiNx 또는 SiOx로 보호막 층을 도포한다. 도면에 나타낸 바와 같이, 빛이 입사할 때와 반사될때 투명산란판(51) 표면의 굴곡에 의해 빛이 산란되게 되며, 반사판(50)의 표면이 평탄하게 형성되므로 셀갭이 균일하게 되고 액정층에 인가되는 전기장이 왜곡되지 않으며 배향특성이 향상된다.
도 3b는 상기한 반사판(50)의 단위화소를 단면도 및 평면도로 나타낸 도면으로서, 제1기판(30a)과, 제1기판(30a) 위에 형성되고 게이트전극(32), 게이트절연막 (33), 반도체층(34), 오믹콘택층(35) 및 소스/드레인전극(36,37)으로 이루어진 박막트랜지스터(38)와, 제1기판(30a) 전체에 종횡으로 형성되어 제1기판(30a)을 복수 의 화소영역으로 나누고 각각 게이트전극(32) 및 소스전극(36)과 연결된 게이트배선(39) 및 데이터배선(40)과, 제1기판(30a) 전체에 형성되고 콘택홀(42)을 갖는 보호막(41)과, 콘택홀(42)을 통하여 드레인전극(37)과 연결되며 데이터배선(40) 및 게이트배선(39)과 오버랩 되어 형성된 반사전극(31)과, 반사전극(31) 위로 제1기판 (30a) 전체에 형성된 배향막(43)으로 이루어진다. 보호막(41)은 저유전율(2∼3 εο)을 갖는 유기물인 BCB(BenzoCycloButene)을 스핀코팅으로 표면이 평탄하도록 도포하여 형성한다. 종래의 요철면을 갖는 반사판에서는 개구율 향상을 위해 반사전극을 데이터배선 및 게이트배선과 오버랩하여 형성하면 크로스토크(crosstalk) 및 단락의 문제가 발생될 수 있지만, 본 발명은 BCB(Benzo Cyclo Butene)와 같은 저유전율 물질로 보호막(41)을 형성하여 평탄하게 함으로써 상기한 문제점이 없이 오버랩되도록 형성하는 것이 가능하며 반사판(31)의 표면이 평탄해진다.
도 3c는 빛이 투명산란판에 수직으로 입사할 때 빛의 최대굴절각을 나타낸 도면으로서, 입사각이 최대일때의 입사각과 투과각을 각각 θ,φ라고 할 때,
요철구조의 h와 S를 적절히 조절하므로써 원하는 값의 산란특성을 갖는 투명산란판을 얻을 수 있다.
도 4a, 도 4b는 본 발명의 제2실시예르 나타낸 도면으로서, 투명산란판(60) 의 양쪽면이 평탄하도록 제1투명산란층(61) 및 제2투명산란층(62)으로 이루어지며, 반사전극(31) 위의 임의의 위치에 형성하는 것이 가능하고, 제1투명산란층(61)과 제2투명산란층(62) 사이의 요철면에서 빛이 산란되게 된다. 제1투명산란층(61)은 제1실시예의 투명산란판(51)과, 같은 방법으로 형성되며, 제2투명산란층(62)은 제1투명산란층(61)과 다른 굴절률을 가지는 감광성수지 또는 폴리머 등의 투명유리물을 제1투명산란층(61) 위에 평탄한 표면을 가지도록 스핀코팅하여 형성된다.
도 5는 본 발명의 제3실시예를 나타낸 도면으로서, 투명산란판(70)이 제1투명산란층(71)과, 보호막(72)과, 제2투명산란층(73)으로 이루어지며, 적어도 한층 은 나머지 층과 다른 굴절률을 갖는 재질로 이루어진다. 본 실시예에서는 제1투명산란층(71) 및 제2투명산란층(73)과 보호막층(72) 사이의 두 요철면에서 산란이 일어나기 때문에 산란특성이 향상되고 보호막층(72)에 의해 요철면의 형태가 보호된 다. 이때, 제1투명산란층(71)과 제2투명산란층(73)은 굴절률이 같은 재질로 형성하여도 상기 두 경계면에서 광산란이 일어난다. 제1투명산란층(71)은 제1실시예의 투명산란판(51)과 같은 방법으로 형성되며, 보호막층(72)은 제1투명산란층(71) 위에 아크릴수지, SiNx 또는 SiOx 등의 투명재질을 도포하여 형성되고, 제2투명산란층(73)은 제2실시예의 제2투명산란층(62)과 같은 방법으로 형성된다.
도 6은 본 발명에 따른 반사형 액정표시소자의 제4실시예를 나타낸 도면으로서, 한층으로 이루어진 투명산란판(81)이 제2기판(30b) 아래에 형성되고, 칼라필터 (82)가 투명산란판(81)의 요철면 위에 표면이 평탄하도록 형성되며, 투명산란판 (81)은 칼라필터(82)와 굴절률이 다른 투명한 재질로 이루어진다. 투명산란판(81)은 제1실시에의 투명산란판(51)과 같은 방법으로 형성되고, 칼라필터(82)는 칼라레지스트(color resist)를 투명산란판(81)의 요철면 위에 평탄한 표면을 갖도록 스핀코팅으로 도포하여 형성되며, 도면에는 나타내지 않았지만, 투명산란판(81)과 칼라 필터(82) 사이에 아크릴수지, SiNx 또는 SiOx로 보호막층을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 반사형 액정표시소자는 종래의 요철면을 갖는 반사판과 달리 반사판의 표면이 평탄하게 형성되기 때문에 액정표시소자의 셀갭(cell gap)이 균일 하게 되어 콘트라스트비(contrast ratio)가 저하되지 않고, 액정층에 인가되는 전기장이 왜곡되지 않으며, 배향처리에 의한 효과가 기판 전체에 균일하게 미치는 등의 장점을 가진다. 또한, 보호막을 저유전율을 갖고 유기물인 BCB로 형성하기 때문에 크로스토크 없이 반사전극을 데이터배선 또는 게이트배선과 오버랩(overlap)되 도록 형성하여 개구율이 향상되며, 스핀코팅에 의해 도포하여 반사판의 표면을 더욱 평탄하게 할 수 있다.

Claims (23)

  1. 제1기판 및 제2기판과,
    상기 제1기판 위에 형성된 반사수단과,
    상기 제2기판의 내측에 형성되며 적어도 한층의 요철면을 갖는 투명산란층으로 이루어진 투명산란판과,
    상기 제1기판과 상기 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 구성된 반사형 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투명산란판의 한쪽면이 요철면을 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 투명산란판이 한층의 투명산란층으로 이루어지며 상기 제2기판의 내측에 형성된 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  4. 제2항에 있어서, 상기 투명산란판이 상기 제2기판의 내측에 형성되고, 상기 투명산란판의 요철면을 따라 형성되며 상기 투명산란판과 마주하지 않는 면이 평탄하게 형성된 칼라필터가 추가로 구성된 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 칼라필터가 스핀코팅(spin coating)에 의해 표면이 평탄하게 형성된 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  6. 제4항에 있어서, 상기 칼라필터와 상기 투명산란판 사이에 보호막층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 투명산란판이 적어도 두층의 투명산란층으로 이루어지고 적어도 한층의 투명산란층이 나머지 투명요철층과 굴절률이 다른 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  8. 제7항에 있어서, 상기 투명산란판의 양쪽면이 평탄한 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  9. 제7항에 있어서, 상기 투명산란층 사이에 보호막층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  10. 제1항에 있어서, 상기 투명산란판이
    서로 마주하지 않는 면이 평탄한 두층의 투명산란층과,
    상기 두층의 투명산란층 사이에 형성된 보호막층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 두층의 투명산란층이 같은 재질로 이루어지며 상기 보호막층과 다른 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  12. 제6항, 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 보호막층이 아크릴 수지, SiNx 또는 SiOx로 이루어진 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한항에 있어서, 상기 투명산란층이 투명유기물로 이루어진 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  14. 제13항에 있어서, 상기 투명유기물이 감광성수지 또는 폴리머인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  15. 제13항에 있어서, 상기 투명유기물이 스핀코팅에 의해 도포되는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  16. 제1기판 및 제2기판을 준비하는 단계와,
    상기 제2기판의 내측에 제1투명유기물을 스핀코팅하여 도포하는 단계와,
    상기 제1투명유기물을 식각하고 열처리하여 요철면을 갖는 제1투명산란층을 형성하는 단계와,
    상기 제1기판 및 제2기판 사이에 액정층을 형성하는 단계로 이루어진 반사형 액정표시소자의 제조방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1투명산란층 위에 제2투명유기물을 스핀코팅하여 표면이 평탄한 제2투명산란층을 형성하는 단계가 추가로 포함된 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자의 제조방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제1투명산란층의 요철면 위에 칼라레지스트(color resist)를 스핀코팅하여 표면이 평탄한 칼라필터를 형성하는 단계가 추가로 포함된 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자의 제조방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 제1투명산란층의 요철면 위에 아크릴 수지, SiNx 또는 SiOx를 스퍼터링 방법으로 도포하여 보호막층을 형성하는 단계가 추가로 포함된 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자의 제조방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 제1기판 위에 게이트전극, 게이트절연막, 반도체층 및 소스/드레인전극으로 구성된 박막트랜지스터를 형성하는 단계와,
    상기 제1기판 전체에 보호막을 형성하는 단계가 추가로 포함된 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자의 제조방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 보호막이 저유전율 절연막인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자의 제조방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 보호막의 유전율이 2∼3ε0인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자의 제조방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 보호막이 스핀코팅에 의해 표면이 평탄하도록 형성된 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자의 제조방법.
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