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KR100320884B1 - 투명 화소 전극을 구비한 반사형 액정 표시 장치 및 그제조 방법 - Google Patents

투명 화소 전극을 구비한 반사형 액정 표시 장치 및 그제조 방법 Download PDF

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KR100320884B1
KR100320884B1 KR1019990051016A KR19990051016A KR100320884B1 KR 100320884 B1 KR100320884 B1 KR 100320884B1 KR 1019990051016 A KR1019990051016 A KR 1019990051016A KR 19990051016 A KR19990051016 A KR 19990051016A KR 100320884 B1 KR100320884 B1 KR 100320884B1
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crystal display
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사까모또미찌아끼
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가네꼬 히사시
닛본 덴기 가부시끼가이샤
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Abstract

투과형 액정 표시 장치와 동일한 제조 공정으로 반사형 액정 표시 장치를 제조하기 위해, 게이트 전극(22)과 반사층(23) 모두를 형성할 수 있는 포토리소그래피 마스크, 및 게이트 전극(22)만을 형성할 수 있는 포토리소그래피 마스크가 마련되어, 두 마스크 중의 어느 하나를 사용함으로써, 게이트 전극(22)과 반사층(23) 모두가 투명 절연 기판(21) 상에 형성되는 반사형 액정 표시 장치, 및 단지 게이트 전극(22)만이 형성되는 투과형 액정 표시 장치가 선택적으로 제조된다.

Description

투명 화소 전극을 구비한 반사형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법{REFLECTION TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY PROVIDED WITH TRANSPARENT PIXEL ELECTRODE AND MANUFACTURE METHOD THEREOF}
본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 박막 트랜지스터를 구비한 반사형 액정 표시 장치(reflection type liquid crystal display) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
박막 트랜지스터 등의 스위칭 소자를 구비한 소위 액티브 매트릭스형(active matrix type) 액정 표시 장치는, 복수의 박막 트랜지스터가 매트릭스 형태로 배열된 박막 트랜지스터 기판 (이하 “TFT 기판”이라 함)과, 투명 공통 전극을 구비하고 액정층을 개재하여 TFT 기판에 대향 배치된 대향 기판으로 구성된다. 컬러 액정 표시 장치에서, 컬러 필터층은 TFT 기판 또는 대향 기판 중의 어느 하나 위에 형성된다.
또한, 컬러 액정 표시 장치는 불투명한 반사 금속으로 형성된 TFT 기판 측의 화소 전극을 사용하는 반사형 액정 표시 장치와, 투명한 화소 전극을 사용하는 투과형(transmission type) 액정 표시 장치로 크게 분류된다.
컬러 필터층이 TFT 기판 측에 형성되면, TFT의 중첩 마진과 대향 기판이 불필요하여, 개구비가 증가될 수 있고, 디스플레이의 휘도가 향상될 수 있어, 컬러 필터층이 대향 기판 측에 형성된 경우에 비해 바람직하다. TFT 기판 측 상에 컬러필터층을 형성한 예는, 일본 특허 출원 공개 공보 72473/1995호에 개시된 투과형 액정 표시 장치와, 일본 특허 출원 공개 공보 254696/1996호에 개시된 반사형 액정 표시 장치를 포함한다.
화소 전극이 투명한 전자의 투과형 액정 표시 장치에서, 컬러 필터층이 TFT 기판 측에 배치된다 하더라도, 투명 화소 전극은 액정 측 상에 배치될 수 있다. 따라서, 액정에 적용된 전계에 미치는 영향은 거의 없다. 그러나, 후자의 반사형 액정 표시 장치에서는, 반사형 화소 전극이 컬러 필터층 아래에 형성되기 때문에, 대향 기판 측의 공통 전극과 화소 전극 간의 간격이 컬러 필터층의 두께만큼 넓어지고, 액정에 적용된 전계가 약해져서, 액정 구동 효율이 낮아지는 문제를 야기한다.
또한, 투과형 액정 표시 장치와 반사형 액정 표시 장치는 화소 전극의 구성 조건뿐만 아니라 화소 전극이 형성되는 위치도 다르다. 층 구조 차이 등의 이유로 제조 공정이 다른 액정 표시 장치가 동일한 제조 라인에서 제조된다면, 성막 또는 에칭 등의 최적 조건들도 변하게 되어, 제조 장치의 설정을 변경시켜야만 한다. 설정 변경은 많은 시간을 필요로 하기 때문에, 제조 효율이 현저히 떨어진다. 또한, 액정 표시 장치의 제조 장치가 매우 고가이기 때문에, 설정 변경은 제거하기 위한 제조 장치를 부가하면 제조 비용을 상승시키게 된다.
또한, 특별한 예로서, 일본 출원 공개 공보 제 29787/1996호에 개시된 바와 같이, 투과형 및 반사형 모두에 적용될 수 있는 액정 표시 장치가 제안되었다. 이 안은 종래의 컬러 필터보다 밝은 컬러 필터를 얻기 위해 형광 재료를 포함하는 컬러 현상층을 채용하여, 반사형에서도 반사층 상에 컬러 현상층을 형성하고, 컬러 현상층 상에 투명 화소 전극을 형성하는 공정을 포함한다.
그러나, 이러한 반사형 액정 표시 장치에서도, 반사층은 각각의 공정에서 박막 트랜지스터의 배선 금속과는 다른 금속을 사용하여 새로이 배치되며, 동일한 제조 라인을 사용하여 반사형 액정 표시 장치와 투과형 액정 표시 장치를 제공하는 것은 전혀 고려되지 않는다.
본 발명의 목적은 투과형 액정 표시 장치의 제조 라인과 동일한 제조 라인 상에서 제조될 수 있어, 제조 효율을 향상시킬 수 있는 반사형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은, 컬러 필터와 블랙 매트릭스가 박막 트랜지스터 기판 상에 형성되고, 반사층이 금속 배선을 형성할 때 동시에 형성되어, 반사형 액정 표시 장치가 투과형 액정 표시 장치의 제조 공정과 동일한 제조 공정으로 제조될 수 있는 반사형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 반사형 액정 표시 장치는 반사층을 구비한다는 점에서 투과형 액정 표시 장치와는 구조적으로 다르고, 반사층 이외의 구조는 동일하다.
게이트 전극은 통상 포토리소그래피 기술을 사용하고 금속층을 패터닝함으로써 형성된다. 유사하게, 반사층은 포토리소그래피 기술을 사용하여 금속층을 패터닝함으로써 형성된다. 이러한 이유로, 상부에 형성된 반사층이 없는 패턴을 갖는 포토리소그래피 마스크와 상부에 반사층이 형성된 패턴을 갖는 포토리소그래피 마스크가 마련되는 경우, 이들 두 종류의 마스크 중 어느 하나를 선택적으로 사용함으로써, 반사층이 상부에 형성되어 있는 액정 표시 장치 또는 반사층이 상부에 형성되어 있지 않은 액정 표시 장치 (즉, 투과형 액정 표시 장치)가 필요에 따라 제조될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 반사형 액정 표시 장치에 따르면, 패턴이 서로 다른 두 종류의 마스크를 간단히 마련함으로써, 투과형 액정 표시 장치의 제조 공정과 동일한 제조 공정으로 반사형 액정 표시 장치를 제조할 수 있다.
반사층은 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성된다.
알루미늄 또는 알루미늄 합금은 높은 반사율을 갖기 때문에, 반사층으로서 적합하다.
알루미늄 합금으로서, 알루미늄 네오디뮴의 합금이 선택될 수 있다.
반사층 아래에 확산 방지층을 배치하여, 알루미늄이 하부층으로 확산되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 알루미늄은 실리콘과 직접 접촉하는 경우 실리콘 내로 확산되는 특성을 갖는다. 이러한 이유로, 알루미늄의 반사층 아래에 확산 방지층을 배치하여 알루미늄이 확산되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
확산 방지층으로서, 예를 들면, 티타늄층을 사용할 수 있다.
요철부가 제1 투명 절연 기판 또는 게이트 절연막 상에 형성되고, 반사층이 바람직하게는 요철부를 덮도록 형성된다.
예를 들어, 금속으로 된 반사층이 사용되는 경우, 주위의 재료, 관찰자의 얼굴 등이 미러에서와 같이 반사층 내로 반사되어, 다소 화질이 저하된다. 한편, 요철부가 배치되면, 반사층은 스캐터링 방지층으로서 기능하여, 미러 현상을 억제할 수 있다.
이 요철부는 다양한 재료로 형성될 수 있다.
예를 들어, 후속의 가열 공정에서 변형되지 않고, 액정 표시 장치에 악영향을 끼치는 고농도의 불순물을 포함하지 않는 재료를 선택하는 것이 바람직하다. 이러한 재료의 예로 감광성 레지스트를 포함한다.
또한, 요철부는 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 요철부는 질화 실리콘막 등으로 된 절연막을 형성하고 이 절연막을 패터닝함으로써 형성될 수 있다.
또 다른 방법으로서, 제1 투명 절연 기판 또는 게이트 절연막의 표면을 절단함으로써 요철부를 형성할 수 있다.
제1 투명 절연 기판 또는 게이트 절연막 상에 요철부가 형성되면, 반사층이 평탄한 면 상에 형성되는 경우에 비해, 요철부 상에 형성된 반사층의 표면적이 넓어진다. 따라서, 반사 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구성을 도시하는 단면도.
도 3은 제1 및 제2 실시예에서와 동일한 공정으로 제조될 수 있는 투과형 액정 표시 장치의 구성을 도시하는 단면도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구성을 도시하는 단면도.
도 5는 제3 실시예에서와 동일한 공정으로 제조될 수 있는 투과형 액정 표시 장치의 구성을 도시하는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
60 : TFT 기판
61 : 대향 기판
21, 35 : 투명 절연 기판
23 : 반사층
25 : 반도체층
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 액정층(33)은, 그 상부에 박막 트랜지스터가 형성된 박막 트랜지스터 기판 (TFT 기판: 60)과, 이 기판(60)에 대향하여 배치된 대향 기판(61)과의 사이에 배치된다.
TFT 기판(60)의 경우, 게이트 전극(22) 및 반사층(23)이 유리판과 같은 제1 투명 절연 기판(21) 상에 동일한 재료로 동시에 형성된다. 예를 들어, 알루미늄 또는 알루미늄-네오디뮴 합금과 같은 알루미늄 합금이 사용된다. 게이트 전극(22) 및 반사층(23)이 동일한 평탄한 면 상에 형성된다 하더라도, 이들은 전기적으로 분리된다. 게이트 절연막(24)이 이 기판(21) 상에 형성되어 게이트 전극(22) 및 반사층(23)을 덮는다. 게이트 전극(22) 상에는, 게이트 절연막(24) 상에 형성된 반도체층(25), 및 반도체층(25)과 접촉하여 게이트 절연막(24) 상에 형성된 소스 전극(26) 및 드레인 전극(27)이 배열되어 있다. 패시베이션막(28)이 형성되어 반도체층(25), 소스 전극(26), 드레인 전극(27) 및 게이트 절연막(24)을 공통으로 덮는다. 블랙 매트릭스(29) 및 컬러 필터(30)가 패시베이션막(28) 상에 상호 인접하여 배치된다. 오버코트층(32)이 형성되어 블랙 매트릭스(29)와 컬러 필터(30)를 공통으로 덮으며, 접촉 홀(26a)을 통해 소스 전극(26)에 접속된 투명 화소 전극(31)이 오버코트층(32) 상에 형성된다. 액정 배향층(36)이 화소 전극(31) 상에 형성되어 화소 전극(31)을 덮는다. 또한, 반사층(23)은 전체 컬러 필터(30)를 덮기에 충분히 크다.
대향 기판(61)에서, 투명 대향 전극(34)이 유리판과 같은 제2 투명 절연 기판(35) 상에 형성된다. 액정 배향층(36)이 대향 전극(34) 상에 형성되어 대향 전극(34)을 덮는다.
TFT 기판(60) 및 대향 기판(61)은 액정 배향층(36)이 상호 마주보도록 배치되고, 액정층(33)은 대향하는 액정 배향층(36)들 사이에 유지된다.
다음으로, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명한다.
알루미늄이 스퍼터링에 의해 제1 투명 절연 기판(21) 상에 막으로 형성되고, 포토리소그패피 기술을 사용하여 패터닝함으로써, 게이트 전극(22)과 반사층(23)이 동시에 형성된다.
알루미늄은 매우 높은 반사율을 가지며, 반사층으로서 적합한 재료이다.
이 경우, 순수한 알루미늄은 힐록(hillock)을 쉽게 발생시키고, 액정 표시 장치의 수율을 저하시키기 때문에, 알루미늄에 수 % 의 네오디뮴을 혼합한 알루미늄-네오디늄 합금을 사용하는 것이 바람직하다.
그 다음, 화학적 기상 성장법 (이하, “CVD”라 함)에 의해, 게이트 절연막(24)을 형성하기 위한 질화 실리콘막이 표면 전체에 형성된다.
또한, 게이트 절연막 상에, 논도프트 비정질 실리콘 (이하, “a-Si”라 함) 및 n+형으로 도핑된 비정질 실리콘 (이하, “n+형 a-Si”라 함)이 CVD에 의해 막 형태로 형성되며, 이러한 막들은 패터닝되어 반도체층(25)을 형성한다. n+형 a-Si는 드레인 전극(27) 및 소스 전극(26)과 a-Si간의 옴 접촉을 확보한다.
반도체층(25) 상에 스퍼터링에 의해 크롬 막이 형성되고, 그 크롬 막이 패터닝되어 드레인 전극(27) 및 소스 전극(26)을 형성한다.
그 다음, n+형 a-Si를 에칭하기 위한 가스 시스템을 이용하여 드라이 에칭을 수행함으로써, 드레인 전극(27)과 소스 전극(26) 간의 n+형 a-Si을 제거한다. 이것은, 소스 전극(26)과 드레인 전극(27) 사이에서 n+형 a-Si를 통해 전류가 직접적으로 흐르는 것을 방지한다.
그 다음, CVD에 의해 질화 실리콘막이 형성되고, 그 질화 실리콘막을 패터닝하여, 패시베이션막(28)을 형성한다. 패시베이션막(28)은 이온 등의 불순물이 반도체층(25)으로 혼입하는 것을 방지하며, 박막 트랜지스터가 동작 불량을 일으키지 않게 한다.
전술한 바와 같이, 제1 투명 절연 기판(21) 상에 박막 트랜지스터(TFT)가 형성된다.
상기에서와 같이 제조된 박막 트랜지스터 영역 상에, 아크릴계 감광성 폴리머 내에 흑색 색소가 분산되어 있는 블랙 레지스트를 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝하여, 블랙 매트릭스(29)를 형성한다.
절연성이 높은 블랙 레지스트가 사용된다. 블랙 레지스트의 절연성이 낮으면, 박막 트랜지스터 상의 블랙 매트릭스(29)는 일정한 전위를 갖고, 박막 트랜지스터의 백 채널(back channel)이 활성화되며, 우수한 디스플레이를 실현할 수 없다.
적색(R), 녹색(G), 청색(B) 색소가 분산되어 있는 아크릴계 감광성 폴리머 재료를 3회의 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝하여, 블랙 매트릭스(29)에 인접한 칼라 필터(30)를 형성한다.
그 다음, 투과율이 높은 아크릴계 감광성 폴리머를 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝하여, 블랙 매트릭스(29)와 칼라 필터(30)의 오버코트층(32)을 형성한다. 오버코트층(32)은 칼라 필터(30)로부터 용출된 이온과 같은 불순물들이 액정층(33)에 혼입하는 것을 방지하고, 액정층(33)의 두께를 균일하게 제어하여 TFT 기판(60)을 평탄화하며, 디스크리션(discretion)의 발생을 억제하고, 우수한 디스플레이 실현에 기여한다.
칼라 필터(30) 및 오버코트 층(32)에 대해, 계속되는 가열 공정을 충분히 견딜 수 있도록 200도 이상의 온도에서 변질되지 않는 재료를 선택한다.
또한, 본 실시예에서, 오버코트 층(32)의 재료로서 아크릴계 폴리머가 이용되지만, 투명하고 스핀 코팅(spin coating)에 의해 형성될 수 있기만 하다면, 폴리실러잔(polysilazane) 등의 임의의 절연막이 사용될 수 있다.
대안으로, 스퍼터링 또는 CVD에 의해 형성된 절연막을 폴리싱하여 평탄한 막을 형성할 수 있다. 이 방법에 따르면, 매우 평탄한 막 표면을 형성할 수 있기 때문에, 고정밀 패터닝이 수행될 수 있으며, 내열성이 우수한 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.
화소 전극(31)은, 오버코트층(32) 상에 ITO(Indium-Tin-Oxide)막을 스퍼터링에 의해 형성하고, 그 막을 패터닝함으로써 형성된다.
대향 기판(61)을 형성하는 제2 투명 절연 기판(35) 상에, ITO막이 스퍼터링에 의해 형성되어, 대향 전극(34)을 형성한다.
상기와 같이 형성된 TFT 기판(60) 및 대향 기판(61) 상에, 폴리이미드로 이루어진 액정 배향층(36)이 각각 형성된다.
흑색의 2색성 색소가 첨가되어 있는 키랄제를 함유하는 네마틱 액정 (이하, GH 네마틱 액정으로 칭함)이 270도의 각도로 트위스트되어 배향되도록 기판(60, 61)을 러빙 처리한 후, 갭에 꼭 맞는 직경을 가지는 폴리머 비드가 표면 전체에 스페이서로서 분포된다.
본 실시예에서는 GH 네마틱 액정이 액정층으로 사용되지만, 폴리머 분산형 액정, 하나의 편광판을 이용하는 45도 트위스트/배향 네마틱 액정 등도 반사형 액정층으로서 사용될 수 있다.
본 실시예의 반사형 액정 표시 장치는 전술한 바와 같이 제조된다.
본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 효과가 설명될 것이다.
우선, 본 실시예의 액정 표시 장치에서, 칼라 필터(30) 및 블랙 매트릭스(29)가 박막 트랜지스터 기판(60)을 구성하는 구성 요소로서 형성되기 때문에, 박막 트랜지스터 기판(60)과 대향 기판(61)의 오버랩 편차를 고려하여 마진을 제공할 필요가 없다.
따라서, 본 실시예의 액정 표시 장치에서, 개구비가 높아질 수 있고, 더 밝은 디스플레이가 실현될 수 있다.
도 3은 투과형 액정 표시 장치의 단면을 도시하는 단면도이다. 도 1 및 도 3을 비교해보면 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 액정 표시 장치는 반사층(23)이 제공되어 있다는 점에서만 도 3의 투과형 액정 표시 장치와 상이하다. 반사층(23)을 제외하면, 본 실시예의 액정 표시 장치의 구성은 투과형 액정 표시 장치의 구성과 동일하다.
게이트 전극(22)은 통상적으로 포토리소그래피 기술을 이용하여 금속층을 패터닝함으로써 형성된다. 마찬가지로, 반사층(23)은 포토리소그래피 기술을 이용하여 금속층을 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 이러한 이유로, 반사층(23)이 없는패턴을 가지는 포토리소그래피 마스크 및 반사층(23)이 그 위에 형성되어 있는 패턴을 가지는 포토리소그래피 마스크가 마련되고, 필요에 따라 두 가지 마스크 중의 어느 하나를 선택적으로 사용하여, 반사층(23)이 형성되어 있는 액정 표시 장치 (즉, 반사형 액정 표시 장치) 또는 반사층(23)이 형성되어 있지 않은 액정 표시 장치 (즉, 투과형 액정 표시 장치)를 제조할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 반사형 액정 표시 장치에 따르면, 패턴이 상이한 두 가지 종류의 마스크를 마련함으로써, 투과형 액정 표시 장치와 동일한 제조 공정에 의해 반사형 액정 표시 장치를 제조할 수 있다.
층 구조의 차이 등에 의해 제조 공정이 상이해지는 액정 표시 장치가 동일한 제조 라인 상에서 제조되는 경우, 막 형성 또는 에칭 수행 등에 대한 최적의 조건이 달라지고, 제조 장치의 설정도 변경되어야 한다. 설정 변경은 많은 시간을 필요로 하기 때문에, 제조 효율은 상당히 저하된다. 또한, 액정 표시 장치의 제조 장치는 매우 고가이기 때문에, 설정 변경을 위해 제조 장치를 추가하면 제조 단가가 상승하게 된다.
본 실시예에 따르면, 반사형 액정 표시 장치와 투과형 액정 표시 장치의 제조 공정이 동일하기 때문에, 투과형 액정 표시 장치의 제조 라인을 변경시키지 않고서도 반사형 액정 표시 장치를 제조할 수 있다.
알루미늄 또는 알루미늄 합금은 높은 반사율을 가지므로, 반사층으로서 적절한 재료이다. 그러나, 알루미늄은 실리콘과 직접 접촉하면 실리콘으로 확산되어, 트랜지스터의 동작을 방해한다. 따라서, 알루미늄과 실리콘 사이에 확산 방지막이형성되어, 알루미늄이 실리콘 내로 확산되는 것을 방지한다.
도 1에 도시된 실시예에서는, 게이트 절연막(24)이 확산 방지막의 역할을 하기 때문에, 새로운 확산 방지막을 형성할 필요가 없다. 특히, 반사율이 높고 휘도가 큰 액정 표시 장치가 제조 공정의 증가 없이 제조될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
제2 실시예의 액정 표시 장치는, 오목/볼록부 또는 요철부(100)가 제1 투명 절연 기판(21) 상에 형성된다는 점에서 제1 실시예의 액정 표시 장치와 상이하다. 요철부(100)의 형성을 제외하면, 제2 실시예의 액정 표시 장치는 제1 실시예의 액정 표시 장치와 동일한 구성을 가진다.
요철부(100) 또는 비평탄부의 제조 공정이 설명될 것이다. 요철부(100) 형성 공정 이외의 공정은 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에서와 동일하다.
우선, 질화 실리콘막이 CVD에 의해 투명 절연 기판(21) 상에 형성되고 패터닝되어, 요철부(100)를 형성한다.
CVD에 의해 형성된 질화막이 요철부(100)의 재료로서 사용되지만, 이후의 가열 공정에서 변형되지 않고 액정 표시 장치에 악영향을 주는 고농도의 불순물을 함유하고 있지만 않다면, 다른 재료도 사용될 수 있다. 예를 들어, 감광성 레지스트가 사용되면, 높고 큰 요철부(100)를 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 요철부(100)는 투명 절연 기판(21)의 표면을 절단함으로서 형성될 수 있다.
후속 공정들은 제1 실시예에서와 동일하다.
제2 실시예의 액정 표시 장치에 따르면, 제1 실시예의 액정 표시 장치에 의해 얻을 수 있는 효과 이외에도 다음과 같은 효과을 얻을 수 있다.
예를 들어, 금속 등의 반사층이 반사형 액정 표시 장치에서 사용되면, 몇몇 경우에서는 주위의 재료들, 관찰자의 얼굴 등이 거울에서처럼 반사되어, 화질을 저하시킨다. 반면, 제2 실시예에서는 요철부(100)가 배치되기 때문에, 반사층(23)이 산란 방지층의 역할을 하여, 미러 현상(mirroring phenomenon)을 방지한다.
따라서, 제2 실시예에 따르면, 미러 현상이 없는 고휘도의 반사형 액정 표시 장치를 제조할 수 있다.
요철부를 가지는 반사층이 제공된 반사형 액정 표시 장치는 일본 특허 출원 공개 공보 제146087/1997호에도 개시되어 있지만, 전술한 반사형 액정 표시 장치에서와 같이, 투과형 액정 표시 장치와 동일한 제조 라인에서 제조되도록 구성되어 있지 않다.
도 3은 투과형 액정 표시 장치의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 2 및 도 3을 비교해보면 분명히 알 수 있듯이, 제2 실시예의 액정 표시 장치는, 요철부(100)와 반사층(23)이 제공되어 있다는 점에서 도 3에 도시되어 있는 액정 표시 장치와 상이하다. 요철부(100) 및 반사층(23)을 제외하면, 제2 실시예의 액정 표시 장치의 구성은 투과형 액정 표시 장치의 구성과 동일하다.
따라서, 제1 실시예에서와 마찬가지로, 반사층(23)이 없는 패턴을 가지는 포토리소그래피 마스크와 반사층(23)이 있는 패턴을 가지는 포토리소그래피 마스크가마련되면, 필요에 따라 두 가지 마스크 중의 어느 하나를 선택적으로 사용하여, 반사층(23)이 형성되어 있는 액정 표시 장치 (즉, 반사형 액정 표시 장치) 또는 반사층(23)이 형성되어 있지 않은 액정 표시 장치 (즉, 투과형 액정 표시 장치)를 제조할 수 있다.
특히, 요철부(100)와 반사층(23)을 모두 구비하는 액정 표시 장치가 제조되는 경우, 요철부(100)를 제조하기 위한 공정이 반사층(23) 제조 공정 이전에 추가될 뿐이며, 후속 제조 공정들은 투과형 액정 표시 장치의 제조 공정에서와 동일하다.
전술한 바와 같이, 제2 실시예의 반사형 액정 표시 장치에 따르면, 요철부 형성 공정만을 추가함으로써, 투과형 액정 표시 장치와 동일한 제조 공정 하에서 반사형 액정 표시 장치를 제조할 수 있다.
제2 실시예에 따르면, 반사형 액정 표시 장치가 제조 공정에서 투과형 액정 표시 장치와 동일하기 대문에, 제조 장치의 설정을 바꾸지 않고 투과형 액정 표시 장치와 동일한 제조 라인을 사용하여, 미러링 현상(mirroring phenomenon)을 방지할 수 있는 반사형 액정 표시 장치가 제조될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
반사형 액정 표시 장치에서, 액정층(33)은 박막 트랜지스터가 형성되는 박막 트랜지스터(TFT) 기판(60)과 대향 기판(61) 사이에 유지되어 있다.
TFT 기판에 대해, 우선, 게이트 전극(22)은 유리판과 같은 제1 투명 절연 기판(21) 상에, 알루미늄 혹은 알루미늄-네오다이늄 합금과 같은 알루미늄 합금으로 형성되고, 게이트 절연막(24)은 제1 투명 절연 기판(21)상에 형성되어 게이트 전극(22)을 덮는다. 게이트 전극(22) 위에, 게이트 절연막(24) 상에 형성된 반도체층(25), 및 반도체층(25)과 접촉해서 게이트 절연막(24) 상에 형성된 소스 전극(26)과 드레인 전극(27)이 배열된다. 반사층(23)은 소스 전극과 완전하게 결합하고, 게이트 절연막(24) 상으로 확장한다. 패시베이션막(28)이 형성되어 반도체층(25), 소스 전극(26), 드레인 전극(27) 및 컬러 필터(30)를 모두 덮는다. 블랙 매트릭스(29)와 컬러 필터(30)가 패시베이션막(28) 상에서 서로 인근에 배치되어 있다. 오버코트층(32)이 형성되어 블랙 매트릭스(29)와 컬러 필터(30)를 모두 덮는다. 콘택트 홀(contact hole)을 통해 소스 전극(26)에 연결된 화소 전극(31)이 오버코트층(32) 상에 형성된다.
이후에 설명되듯이, 반사층(23)은 소스 전극과 동일한 재료로써 동시에 형성된다. 반사층(23)은 컬러 필터(30)의 전 영역을 덮기에 충분한 크기를 갖고 있다. 게다가, 액정 배향층(36)은 화소 전극(31) 상에 형성되어 화소 전극을 덮는다.
대향 기판(61)에 대해, 액정 배향층(36)이 형성되어 유리판과 같은 투명 절연층(35) 상에 형성된 대향 전극(34)을 덮는다.
TFT 기판(60)과 대향 기판(61)은 액정 배향층(36)들이 서로 마주보도록 배치되며, 액정층(33)은 마주 보는 액정 배향층(36) 사이에 유지된다.
이제, 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법이 설명될 것이다.
제1 투명 절연 기판(21) 상에 스퍼터링에 의해 알루미늄막이 형성되고, 패터닝을 수행하기 위해 포토리소그라피 기술이 사용되어, 게이트 전극(22)이 형성된다.
그 후에, CVD에 의해 전 표면 상에 질화 실리콘로 된 게이트 절연막(24)이 형성된다. 게이트 절연막(24) 상에, 도핑되지 않은 a-Si막과 n+형 a-Si막이 CVD에 의해 연속적으로 형성되고, 이 막들은 패터닝되어 반도체층(25)을 형성한다.
n+형 a-Si막은 a-Si막을 갖는 드레인 전극(27)과 소스 전극(26)의 옴 접촉을 보장한다.
다음에, 티타늄막(27a)과 알루미늄막(27b)이 스퍼터링에 의해 반도체층(25)과 게이트 절연막(24) 상에 형성되고, 이 막들(27a, 27b)은 패터닝되어 드레인 전극(27), 소스 전극(26), 및 반사층(23)을 형성한다.
알루미늄막이 a-Si막에 확산되는 것과 트랜지스터 동작을 교란하는 것을 방지하기 위해, 티타늄막이 알루미늄막 아래에 배치된다.
그 후에, n+형 a-Si막이 에칭될 수 있는 가스 시스템에서, 드라이 에칭이 행해져서 드레인 전극(27)과 소스 전극(26)간의 n+형 a-Si막을 제거한다. 이것은 전류가 n+형 a-Si막을 통해 드레인 전극(27)과 소스 전극(26)간에 흐르는 것을 방지한다.
다음에, 질화 실리콘가 CVD에 의해 막으로 형성되고, 패시베이션막(28)이 패터닝에 의해 형성된다. 패시베이션막(28)은 철과 같은 불순물이 반도체층(25)으로 혼입되는 것을 방지하고, 박막 트랜지스터가 동작 불량을 일으키는 것을 방지한다.
전술한 바와 같이, 박막 트랜지스터는 제1 투명 절연 기판(21) 상에 형성된다.
다음에, 아크릴계 감광성 폴리머에 분산된 흑색 색소를 가진 블랙 레지스트는 포토리소그래피 공정에 의해 패시베이션막(28) 상에 패터닝되어, 블랙 매트릭스(29)를 형성한다.
고절연성을 가진 블랙 레지스트가 사용된다. 블랙 레지스트의 절연성이 낮으면, 박막 트랜지스터 상의 블랙 매트릭스(29)는 일정한 전위를 갖게 되고, 레지스트의 백 채널이 활성화되며, 우수한 디스플레이가 실현될 수 없다.
다음에, 삼원색인 적색(R),녹색(G), 청색(B)의 색소가 분산된 아크릴계 감광성 폴리머 재료가 세번의 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝되어, 패시베이션막(28) 상의 블랙 매트릭스(29)에 인접한 컬러 필터(30)를 형성한다. 다음에, 높은 투명도를 가진 아크릴계 감광성 폴리머는 포토리소그래피 공정에 의해 패터닝되어, 블랙 매트릭스(29)와 컬러 필터 상에 오버코트층(32)을 형성한다.
오버코트층(32)은 컬러 필터(30)를 통해 용출된 이온과 같은 불순물들이 액정층(33)에 섞이는 것을 방지하고, 액정층(33)의 두께를 일정하게 제어하여 TFT 기판(60)의 표면을 평활하게 하며, 디스크리션의 발생을 억제하고, 우수한 액정 표시장치의 실현에 기여한다.
컬러 필터(30)와 오버코트층(32)에 대해, 후속의 가열 공정에 충분히 견디기 위해 200도 이상의 온도에도 그 성질이 변하지 않는 재료가 선택된다.
제3 실시예에서, 아크릴계 폴리머는 오버코트층(32)의 재료로써 사용되며,투명하고 스핀 코팅에 의해 형성될 수 있는 한, 모든 절연막이 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리실리잔 등이 사용될 수 있다.
대안으로, 스퍼터링 또는 CVD에 의해 형성되는 절연막이 폴리싱되어 평탄한 막을 형성할 수 있다.
이 방법에 따르면, 매우 평탄한 막 표면이 형성될 수 있기 때문에, 고정도의 패터닝이 가능하고, 우수한 내열성이 얻어진다.
다음에, ITO(Indium-Tin-Oxide)가 스퍼터링에 의해 오버코트층(32) 상의 막으로 형성되고, 이 막은 패터닝되어 화소 전극(31)을 형성한다.
TFT 기판(60)이 위에 상술한 것처럼 형성된다.
제2 투명 절연 기판(35) 상에, ITO는 스퍼터링에 의해, 막으로 형성되어, 대향 전극(34)을 형성하고, 그 결과 대향 기판(61)이 얻어진다.
폴리이미드로 된 액정 배향층들이(36) TFT 기판(60) 및 위에 상술한 대로 형성된 대향 기판(61) 상에 각각 형성된다. 양 기판(60, 61)들이 러빙(rubbing) 처리된 후에, 흑색의 2색성 색소가 첨가된 키랄(chiral)제가 포함된 네마틱 액정(GH nematic liquid chrystal)은 뒤틀리고 270도로 배향되며. 간극에 알맞은 폴리머 비드(bead)들이 스페이서(spacer)로서 전 표면에 산포된다. 다음에, 양 기판(60, 61)이 겹쳐지고 접착되어 액정 배향층(36)들이 서로 마주보며, GH 네마틱 액정은 기판들(60, 61) 사이로 주입된다.
제3 실시예에서, GH 네마틱 액정은 액정층(33)으로 사용되지만, 폴리머 분산형 액정, 1매의 편광판을 사용하는 45도로 트위스트되고/배향된 네마틱 액정 등은반사형 액정층으로 사용될 수 있다.
제3 실시예의 반사형 액정 표시 장치가 위에 상술한 대로 제조된다.
제3 실시예에 따른 반사형 액정 표시 장치의 효과가 이후로 설명된다.
우선, 제3 실시예의 반사형 액정 표시 장치에서, 컬러 필터(30)와 블랙 매트릭스(29)가 박막 트랜지스터 기판(60)의 구성 요소로서 형성되기 때문에, 박막 트랜지스터(60)와 대향 기판(61)의 오버랩 편차를 고려한 마진은 불필요하다.
그 결과, 제3 실시예의 반사형 액정 표시 장치에서, 개구율이 높아지고, 휘도가 높은 디스플레이가 실현된다.
도 5는 투과형 액정 표시 장치의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 4와 도 5의 비교에서 명확하듯, 제3 실시예의 반사형 액정 표시 장치는, 단지 반사층(23)을 구비하고 있다는 점에서 도 5에 도시된 투과형 액정 표시 장치와 다르다. 반사층(23)을 제외한 제3 실시예의 반사형 액정 표시 장치의 구성은 투과형 액정 표시 장치의 구성과 같다.
통상, 드레인 전극(27)과 소스 전극(26)은 포토리소그래피 기술을 사용하고 금속층을 패터닝하여 형성된다. 유사하게, 반사층(23)도 포토리소그래피 기술이 사용하고 금속층을 패터닝하여 형성된다. 이러한 이유로, 반사층(23)이 없는 포토리소그래피 마스크와 반사층(23)이 있는 포토리소그래피 마스크가 마련될 때, 이 두 유형의 마스크를 선택적으로 사용하여, 반사층을 구비한 액정 표시 장치 (즉, 투과형 액정 표시 장치)나 반사층(23)이 없는 액정 표시 장치 (즉, 투과형 액정 표시 장치)가 필요에 따라 제조될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제3 실시예의 반사형 액정 표시 장치에 따라, 단지 양식이 다른 두 종류의 마스크를 마련해서, 반사형 액정 표시 장치가 투과형 액정 표시 장치와 동일한 제조 공정으로 제조될 수 있다.
제3 실시예에 따라, 반사형 액정 표시 장치가 제조 공정이 투과형 액정 표시 장치와 동일하기 때문에, 반사형 액정 표시 장치는 제조 장치의 설정을 바꾸지 않고서 투과형 액정 표시 장치와 동일한 제조 라인을 사용하여 제조될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따라, 컬러 필터와 블랙 매트릭스가 박막 트랜지스터 기판 상에 형성되는 반사형 액정 표시 장치에서, 반사층은 설치시의 금속 배선과 동일한 재료로써 동시에 형성된다. 이런 이유에서, 고반사율의 알루미늄 반사층은 제조 공정을 바꾸지 않고서 투과형 액정 표시 장치와 동일한 방법에 의해 제조될 수 있기 때문에, 고성능 반사형 액정 표시 장치가 낮은 비용으로 생산될 수 있다.

Claims (24)

  1. 반사형 액정 표시 장치에 있어서,
    액정을 개재하여 서로 대향 배치된 한 쌍의 기판,
    상기 한 쌍의 기판의 일 표면 상에 형성된 복수의 스위칭 소자,
    상기 스위칭 소자를 구성하는 재료와 동일한 재료로 구성되며, 상기 스위칭 소자의 형성 시에 동시에 형성되는 반사층, 및
    상기 반사층 상에 절연층을 개재하여 형성되며, 상기 스위칭 소자를 구성하는 하나의 전극에 접속되는 투명 화소 전극
    을 포함하는 반사형 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 박막 트랜지스터이고,
    상기 반사층은, 상기 박막 트랜지스터의 게이트 전극의 재료와 동일한 재료로 형성되며, 상기 게이트 전극의 평면과 동일한 평면 상에 구성되는 반사형 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 박막 트랜지스터이고,
    상기 반사층은, 상기 박막 트랜지스터의 소스/드레인 전극의 재료와 동일한 재료로 형성되며, 상기 소스/드레인 전극의 평면과 동일한 평면 상에 형성되는 반사형 액정 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반사층과 상기 투명 화소 전극간에 컬러 필터층이 배치되는 반사형 액정 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자의 영역 상에 차폐층이 배치되는 반사형 액정 표시 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 박막 트랜지스터는,
    주사선에 전기적으로 접속된 게이트 전극,
    상기 게이트 전극을 덮도록 형성된 게이트 절연막,
    상기 게이트 절연막 상에 형성된 반도체층,
    신호선에 전기적으로 접속된 드레인 전극, 및
    상기 투명 화소 전극에 전기적으로 접속된 소스 전극
    을 포함하며,
    상기 반사층은 상기 게이트 전극으로부터 전기적으로 분리되는 반사형 액정 표시 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 박막 트랜지스터는,
    주사선에 전기적으로 접속된 게이트 전극,
    상기 게이트 전극을 덮도록 형성된 게이트 절연막,
    상기 게이트 절연막 상에 형성된 반도체층,
    신호선에 전기적으로 접속된 드레인 전극, 및
    상기 투명 화소 전극에 전기적으로 접속된 소스 전극
    을 포함하며,
    상기 반사층은, 상기 게이트 절연막 상에 형성되고, 상기 드레인 전극을 구성하는 재료와 동일한 재료로 구성되며, 상기 드레인 전극의 형성 시에 동시에 형성되고, 상기 드레인에 전기적으로 접속되는 반사형 액정 표시 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 반사층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되는 반사형 액정 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 알루미늄과 네오디뮴의 합금인 반사형 액정 표시 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 반사층의 아래에 확산 방지층이 배치되어, 상기 알루미늄이 하부층으로 확산되는 것을 방지하는 반사형 액정 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 확산 방지층은 티타늄으로 형성되는 반사형 액정 표시 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 반사층의 하부층에 요철부(rough portion)가 형성되고,
    상기 반사층은 상기 요철부를 덮도록 형성되는 반사형 액정 표시 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 요철부는, 나중에 수행될 가열 공정에서 변형되지 않으며 상기 액정 표시 장치에 악영향을 미치는 고농도의 불순물을 포함하지 않는 재료로 형성되는 반사형 액정 표시 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 요철부는, 절연막을 형성하고 상기 절연막을 패터닝함으로써 형성되는 반사형 액정 표시 장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 요철부는 상기 반사층의 하부층의 표면을 절단함으로써 형성되는 반사형 액정 표시 장치.
  16. 반사형 액정 표시 장치를 제조하는 방법에 있어서,
    액정 표시 패널 기판의 일 표면 상에 복수의 스위칭 소자를 형성하는 단계,
    상기 복수의 스위칭 소자 형성 단계에서 상기 스위칭 소자를 구성하는 재료와 동일한 재료로 반사층을 형성하는 단계,
    상기 반사층 상에 절연층을 형성하는 단계, 및
    상기 스위칭 소자를 구성하는 전극에 전기적으로 접속되도록 상기 절연층 상에 투명 화소 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 반사형 액정 표시 장치 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 박막 트랜지스터이고,
    상기 반사층은, 상기 게이트 전극의 재료와 동일한 재료로 형성되고, 상기 박막 트랜지스터의 게이트 전극을 형성하는 단계에서 상기 게이트 전극의 평면과 동일한 평면 상에 형성되는 반사형 액정 표시 장치 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 박막 트랜지스터이고,
    상기 반사층은, 소스/드레인 전극의 재료와 동일한 재료로 형성되며, 상기 박막 트랜지스터의 소스/드레인 전극 형성 단계에서 상기 소스/드레인 전극이 형성되는 평면과 동일한 평면 상에 형성되는 반사형 액정 표시 장치 제조 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 반사층 형성 단계 이전에 상기 기판 상에 요철부를 형성하는 단계를 포함하여, 상기 반사층이 상기 요철부를 덮도록 형성되게 하는 반사형 액정 표시 장치 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 반사층 형성 단계 이전에 상기 게이트 절연막 상에 요철부를 형성하는 단계를 포함하여, 상기 반사층이 상기 요철부를 덮도록 형성되게 하는 반사형 액정 표시 장치 제조 방법.
  21. 제16항에 있어서, 상기 투명 화소 전극 형성 단계 이전에 상기 절연층 상에 컬러 필터층을 형성하는 단계를 포함하여, 제2 절연층이 상기 컬러 필터층 상에 형성되어 상기 투명 화소 전극을 형성하게 하는 반사형 액정 표시 장치 제조 방법.
  22. 제16항에 있어서, 상기 투명 화소 전극 형성 단계 이전에 상기 스위칭 소자 상에 차폐막을 형성하는 단계를 포함하는 반사형 액정 표시 장치 제조 방법.
  23. 제17항에 있어서, 상기 기판 상에 상기 게이트 전극과 반사층을 동시에 형성하는 패턴을 갖는 포토리소그래피용 제1 마스크, 및 상기 기판 상에 상기 게이트 전극만을 형성하는 패턴을 갖는 포토리소그래피용 제2 마스크를 마련하는 단계, 및
    상기 제1 마스크와 상기 제2 마스크 중의 어느 하나를 사용하여, 상기 기판 상에 상기 게이트 전극과 상기 반사층 모두를 형성하거나 또는 상기 게이트 전극만을 형성하는 단계
    를 포함하는 반사형 액정 표시 장치 제조 방법.
  24. 제18항에 있어서, 상기 게이트 절연막 상에 상기 소스/드레인 전극 및 상기 반사층을 형성하는 패턴을 갖는 포토리소그래피용 제1 마스크, 및 상기 게이트 절연막 상에 상기 소스/드레인 전극만을 형성하는 패턴을 갖는 포토리소그래피용 제2 마스크를 마련하는 단계, 및
    상기 제1 마스크와 상기 제2 마스크 중의 어느 하나를 사용하여, 상기 게이트 절연막 상에 상기 소스/드레인 전극과 상기 반사층 모두를 형성하거나 또는 상기 소스/드레인 전극만을 형성하는 단계
    를 포함하는 반사형 액정 표시 장치 제조 방법.
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