KR100433594B1 - 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 어레이 기판과 대향기판과의 사이에 끼워진 액정층을 구비하고, 어레이 기판은 대향기판 및 액정층을 통해 입사된 광을 반사하는 반사화소전극을 구비하고 있으며, 이 반사화소전극은 각 화소영역(PX)에 요철을 갖고 있고, 인접하는 볼록부의 화소영역 내에 있어서 서로 인접하는 볼록부의 정부(頂部)간격이 5 내지 15㎛ 범위내에서 분포하고, 이 중 가장 존재율이 높은 정부간격을 중심으로 하여 ±0.5㎛ 범위의 정점 간격의 존재율이 40% 이상 80% 이하이고, 이 화소영역 내에 있어서 어레이 기판 주면에 대한 경사각이 4.5°이하가 되는 반사판의 정반사면이 상기 화소영역에 대해 면적비 35% 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정표시장치에 관련된 것으로서, 특히 반사기능을 가진 액정표시장치에 관한 것이다.

근래에 액정표시장치는 예를 들면 퍼스널 컴퓨터, 텔레비전, 워드 프로세서, 휴대전화와 같은 여러가지 기기의 표시장치로서 이용되고 있다. 이와 같이 액정표시장치의 이용범위가 넓어지는 한편, 보다 한층의 소형, 전력절약, 저비용 등과 같은 고기능화의 요망도 높아지고 있다.

한편 반사형 액정표시장치가 개발되고 있다. 이 반사형 액정표시장치는 외광을 이용하여 화상표시를 실행하기 때문에, 백 라이트와 같은 내부광원을 필요로 하지 않는다. 따라서, 반사형 액정표시장치는 상기한 바와 같은 요망을 달성할 수 있는 가능성을 갖고 있다.

그런데, 이 반사형 액정표시장치는 외광이 반사판으로 반사되고 액정층에서 광학변조되는 것에 의해 화상으로서 표시면에 표시된다. 외광의 밝기는 액정표시장치의 설치환경에 의존하고, 백 라이트광과 같이 안정되어 있지 않다. 따라서, 외광의 광강도를 될 수 있는 한 감쇠시키지 않는 것이 밝은 화상을 표시하기 위해 중요하다. 특히, 반사판의 반사특성은 광강도의 감쇠에 크게 영향을 준다. 이 때문에, 모든 각도에서 입사하는 외광을 효율적으로 반사하는 반사특성을 얻기 위한 최적화가 시도되고 있다.

그래서, 본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은양호한 표시품위의 화상을 표시할 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것에 있다.

본 문서에 첨부되어 본 명세서의 일부를 구성하는 도면은 본 발명의 선호되는 실시예를 도시하며, 상기 주어진 일반적인 설명과 더불어 아래에 주어진 선호되는 실시예의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는데 기여한다.

도 1은 본 발명의 한 실시형태에 관련된 반사형 액정표시장치의 화소 주변의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도,

도 2는 도 1에 나타낸 화소주변의 구조를 개략적으로 나타낸 평면도,

도 3은 도 2에 나타낸 Ⅲ-Ⅲ선을 따른 구조를 개략적으로 나타낸 단면도,

도 4는 종래의 요철부를 갖는 반사판의 구성을 개략적으로 나타낸 평면도,

도 5는 이상적인 경사각도분포를 나타낸 도면,

도 6은 종래의 요철부를 갖는 반사판에 있어서 경사각도분포를 나타낸 도면,

도 7은 서로 다른 간격으로 배치된 볼록부를 갖는 반사판의 구성을 개략적으로 나타낸 평면도,

도 8은 도 7에 나타낸 영역 A에 있어서 볼록부의 경사각도분포를 나타낸 도면,

도 9는 도 7에 나타낸 영역 B에 있어서 볼록부의 경사각도분포를 나타낸 도면,

도 10은 도 7에 나타낸 영역 C에 있어서 볼록부의 경사각도분포를 나타낸 도면,

도 11의 (a)는 도 7에 나타낸 영역 A에 있어서 볼록부의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 11의 (b)는 도 7에 나타낸 영역 B에 있어서 볼록부의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 11의 (c)는 도 7에 나타낸 영역 C에 있어서 볼록부의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도,

도 12는 종래의 요철부를 갖는 반사판에 있어서 볼록부의 정부간의 간격분포를 나타낸 도면,

도 13은 도 1에 나타낸 반사형 액정표시장치에 적용되는 반사판의 요철부 패턴을 개략적으로 나타낸 평면도,

도 14는 도 13에 나타낸 반사판에 있어서 볼록부의 정부간의 간격분포를 나타낸 도면,

도 15의 (a) 내지 (f)는 도 1에 나타낸 반사형 액정표시장치에 적용되는 어레이 기판의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도면,

도 16은 도 13에 나타낸 반사판에 있어서 볼록부의 경사각도분포를 나타낸 도면,

도 17은 도 1에 나타낸 반사형 액정표시장치에 적용가능한 다른 반사판에 있어서 볼록부의 경사각도분포를 나타낸 도면 및

도 18은 다른 실시형태에 관련된 반투과형 액정표시장치의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 어레이 기판(제 1 기판) 11: 대향기판(제 2 기판)

12: 액정층 13: 절연기판(어레이 기판)

14: 신호선 15: 주사선

16: 반도체층 16S: 소스영역

16D: 드레인 영역 17: 게이트 절연막

18: 게이트 전극 19: 소스전극

20: 드레인 전극 21, 22: 콘택트 홀

23: 화소전극 23c: 볼록부(볼록 패턴)

23d: 오목부 24: 박막 트랜지스터(TFT)

25: 보호절연막 26: 유기절연막

26c: 볼록부 26d: 오목부

29, 30: 콘택트 홀 31: 배향막(어레이기판)

32: 층간절연막 33: 확장 소스전극

34: 포토마스크 36: 절연기판(대향기판)

37: 착색층 38: 대향전극

39: 배향막(대향기판) 40, 40A, 40B: 편광판

50: 백라이트 유닛

본 발명의 양태에 의한 액정표시장치는

한쌍의 제 1 기판과 제 2 기판과의 사이에 끼워진 액정층을 구비하고,

상기 제 1 기판은 상기 제 2 기판 및 상기 액정층을 통해 입사된 광을 반사하는 반사판을 포함하고,

상기 반사판은 각 화소영역에 복수의 요철부를 갖고,

상기 화소영역 내에 있어서 서로 인접하는 볼록부의 정부간격이 5 내지 15㎛ 범위 내에서 분포하고, 이 중 가장 존재율이 높은 정부간격을 중심으로 하여 ±0.5㎛ 범위의 정점간격의 존재율이 40% 이상 80% 이하이고,

상기 화소영역 내에 있어서 상기 제 1 기판 주면에 대한 경사각이 4.5°이하가 되는 상기 반사판의 정반사면이 상기 화소영역에 대해 면적비 35% 이하인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 태양에 의한 액정표시장치는

한쌍의 제 1 기판과 제 2 기판과의 사이에 끼워진 액정층을 구비하고,

상기 제 1 기판은 상기 제 2 기판 및 상기 액정층을 통해 입사된 광을 반사하는 반사판을 포함하고,

상기 반사판은 각 화소영역에 복수의 요철부를 갖고,

상기 화소영역 내에 있어서 서로 인접하는 볼록부의 정부간격이 5 내지 15㎛ 범위 내에서 분포하고, 이 중 가장 존재율이 높은 정부간격을 중심으로 하여 ±0.5㎛ 범위의 정점간격의 존재율이 40% 이상 80% 이하이고,

상기 요철부에 있어서 오목부의 바닥부에서 볼록부의 정부까지의 평균 높이는 0.1㎛ 이상 1.2㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 액정표시장치에 입사한 외광 중, 표시의 밝기에 기여하지 않는 정반사 성분을 저감하고, 또한 볼록부의 배치에 적절한 분포를 초래하는 것에 의해 반사광에 의한 간섭호의 발생을 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 이상적인 반사특성에 가까운 반사기능을 실현할 수 있고, 매우 밝고 균일성이 우수한 양호한 표시품위의 화상을 표시할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적 및 이점은 다음에서 설명될 것이며, 일부는 그 설명으로 명확하게 되고, 또는 본 발명의 실시예에 의해 설명될 것이다. 본 발명의 목적과 이점은 특히 뒤에 설명되는 것에 의해 알게 될 것이다.

이하, 본 발명의 한 실시형태에 관련된 액정표시장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 액정표시장치는 제 1 기판으로서의 어레이 기판(10)과, 제 2 기판으로서의 대향기판(11)과, 어레이기판(10) 및 대향기판(11) 간에 끼워진 액정층(12)을 구비하여 구성된다.

어레이 기판(10)은 유리 등의 절연기판(13), 화소전극(23), 복수의 신호선(14), 복수의 주사선(15), 복수의 스위칭 소자로서의 화소용 박막 트랜지스터(TFT)(24), 배향막(31) 등을 구비하여 구성된다. 화소전극(23)은 절연기판(13) 상에 매트릭스형상으로 배치되고, 광반사성을 가진 금속재료에 의해 형성된다. 신호선(14)은 화소전극(23)의 열에 따라 배치된다. 주사선(15)은 화소전극(23)의 행에 따라 배치된다. TFT(24)는 각각 대응주사선(15) 및 대응신호선(14)의 교차위치 근방에 배치된다. 배향막(31)은 복수의 화소전극(23)을 덮도록 배치된다.

대향기판(11)은 광투과성을 가진 유리 등의 절연기판(36), 컬러 필터로서의 착색층(37), 대향전극(38), 배향막(39) 등을 구비하여 구성된다. 착색층(37)은 절연기판(36)을 덮도록 배치된다. 이 착색층(37)은 예를 들면 적색, 녹색, 청색의 각각의 광성분을 투과하는 수지층에 의해 형성된다. 대향전극(38)은 착색층(37)을 덮도록 배치되고, 광투과성을 가진 금속재료에 의해 형성된다. 배향막(39)은 대향전극(38)을 덮도록 배치된다. 또, 편광판(40)은 착색층(37)과는 반대쪽 절연기판(36) 상에 접착된다.

이 반사형 액정표시장치에서는 액정층(12)이 복수의 반사화소전극(23)에 각각 대응하여 복수의 화소영역(PX)으로 구획된다. 각 화소영역(PX)은 각각 2개의 인접 주사선(15)과 2개의 인접 신호선(14)과의 사이에 배치된다. 각 박막 트랜지스터(24)는 대응주사선(15)에서 공급되는 주사펄스에 응답하여 도통(導通)하고, 대응신호선(14)의 전위를 대응 반사화소전극(23)에 공급한다. 각 반사화소전극(23)은 대응신호선(14)의 전위를 화소전위로서 액정층(12)의 대응화소영역(PX)에 인가한다. 화소영역(PX)의 투과율은 화소전위와 대향전극(38)의 전위와의 전위차에 기초하여 제어된다.

어레이 기판(10)에 있어서, 각 TFT(24)는 반도체층(16), 게이트 전극(18)과, 소스전극(19) 및 드레인 전극(20)에 의해 구성된다. 반도체층(16)은 절연기판(13)상에 배치되고, 아몰퍼스(amorphous) 실리콘 또는 폴리 실리콘에 의해 형성된다. 이 반도체층(16)은 절연기판(13)과 함께 게이트 절연막(17)에 의해 덮여진다. 게이트 전극(18)은 이 게이트 절연막(17)에 의해 반도체층(16)에서 절연되고, 이 게이트 절연막(17) 상에서 대응주사선(15)과 일체적으로 형성된다. 게이트 전극(18) 및 주사선(15)은 게이트 절연막(17)과 함께 층간절연막(32)에 의해 덮여진다.

소스전극(19) 및 드레인 전극(20)은 각각 게이트 전극(18)의 양쪽에 있어서 반도체층(16)에 콘택트 홀(contact hole)(21, 22)을 통해 콘택트하고, 대응 반사화소전극(23) 및 대응 신호선(14)에 각각 접속된다. 즉, 콘택트 홀(21, 22)은 게이트 전극(18)의 양쪽에 있어서 반도체층(16) 내에 형성되는 소스영역(16S) 및 드레인 영역(16D)을 노출하도록 층간절연막(32) 및 게이트 절연막(17)에 형성된다.

소스전극(19)은 층간절연막(32) 상에 배치되고, 콘택트 홀(21)을 통해 반도체층(16)의 소스영역(16S)에 콘택트한다. 또, 이 소스전극(19)은 층간절연막(32) 상에서 확장 소스전극(33)과 일체적으로 형성된다. 드레인 전극(20)은 층간절연막(32) 상에 배치되고, 콘택트 홀(22)을 통해 반도체층(16)의 드레인 영역(16D)에 콘택트한다. 또, 이 드레인 전극(20)은 층간절연막(32) 상에서 대응신호선(14)과 일체적으로 형성된다. 소스전극(19), 확장 소스전극(33), 드레인 전극(20) 및 신호선(14)은 층간절연막(32)과 함께 보호절연막(25)에 의해 덮여진다.

이 보호절연막(25)은 확장소스전극(33)을 부분적으로 노출하는 콘택트 홀(29)을 갖고, 유기절연막(26)에 의해 덮여진다. 유기절연막(26)은 보호절연막(25)의 콘택트 홀(29)에 대응하여 확장소스전극(33)을 부분적으로 노출하는 콘택트 홀(30)을 가진다. 반사화소전극(23)은 유기절연막(26) 상에 배치되고, 콘택트 홀(29, 30)에 있어서 확장소스전극(33)에 콘택트한다. 이 반사화소전극(23)은 배향막(31)에 의해 덮여진다.

유기절연막(26)은 각 화소영역(PX)에 있어서 복수의 위치에서 융기하는 돌기형상을 구비한 상부 표면을 가진다. 즉, 이 돌기형상은 이 화소영역(PX)의 범위에 있어서 랜덤하게 배치되는 복수의 반구형상 볼록부(26c)와, 이들 볼록부(26c)를 둘러싸는 오목부(26d)로 구성된다.

반사화소전극(23)은 대향기판(11)쪽에서 액정층(12)을 통해 입사한 광을 높은 반사율로 산란시키는 반사판으로서의 기능을 갖고, 예를 들면 은, 알루미늄, 니켈, 크롬 또는 이들 합금과 같은 재료에 의해 형성된다. 이 반사화소전극(23)은 유기절연막(26)의 상부 표면에 따라 소정 두께로 형성된다. 이 때문에, 반사화소전극(23)은 화소영역(PX)에 있어서 유기절연막(26)의 볼록부(26c)에 대응한 볼록부(23c) 및 유기절연막(26)의 오목부(26d)에 대응한 오목부(23d)로 구성된 요철부를 가진다.

그런데, 이와 같은 반사형 액정표시장치에서는 어느 정도 주위의 외광을 효율적으로 이용하여 표시면을 밝게 할 수 있는지가 중요하다. 이 때문에, 이 액정표시장치에 탑재되는 반사판의 해야 할 역할은 매우 크고, 모든 각도에서 입사하는 외광을 효율적으로 이용할 수 있는 것이 요구되고 있다. 이와 같이, 최적 반사특성을 갖는 반사판의 검토가 이루어지고 있다.

예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 반사화소전극(23)의 표면에 볼록패턴(23c)을 랜덤하게 배치하는 것에 의해 산란광을 일정범위 내의 영역에 집광하거나, 특정방향에서 관찰한 경우의 산란광강도를 높이는 등의 시도가 이루어지고 있다. 이상적인 요철부의 경사각도분포는 도 5에 나타낸 바와 같고, 일본 특개평 11-326615호 공보에서 이론적으로 검토되고 있다. 또, 이 경사각도분포는 어레이 기판의 주면에 대한 소정의 경사각도(0°, 1°, 2°, 3°…)에 대해 ±0.5°범위에서의 요철부의 경사각도의 존재율(화소영역에 대한 당해 경사각의 면의 점유율)로서 규정되고 있고, 이하의 설명에서도 마찬가지이다. 도 5에 나타낸 바와 같은 경사각도분포를 가진 반사판에서는 광의 산란각 전체에 걸쳐 균일한 광밀도를 얻을 수 있는데다, 산란방향을 한정하는 것에 의해 밝기를 향상하는 것이 가능해지고, 매우 밝고 균일성이 뛰어난 표시품위를 얻을 수 있다.

그러나, 실제로는 도 5에 나타낸 바와 같은 경사각도분포를 실현하는 것이 곤란하다. 즉, 반사판의 요철형상은 하지(下地)의 절연막의 표면형상을 반영한 것이 되는데, 일반적으로 하지막의 요철표면은 등방성 에칭에 의해 얻고 있기 때문에, 경사각도의 존재율을 임의로 제어하는 것이 곤란하기 때문이다.

즉 하지막의 표면형상은 주지의 포토리소그래피 프로세스에 의해 얻을 수 있고, 하지막을 패터닝할 때의 레지스트 패턴에 의해 볼록부의 배치의 규칙성 또는 불규칙성이 도입된다. 이 때, 요철의 규칙성을 높이면, 반사광성분이 서로 간섭하는 것에 의해 간섭호가 발생하고, 표시에 농담이 생겨 표시품위가 저하되는 것을 알 수 있었다. 한편 이것을 막기 위해 요철의 배치를 랜덤하게 하면, 인접 볼록부의 정점간격이 넓은 부분 또는 좁은 부분에 비교적 평탄한 정반사면이 만들어지기때문에, 정반사성분이 증대하는 것의 지견을 얻을 수 있었다.

즉 레지스트 패턴끼리 떨어진 영역(이것에 의해 제작되는 볼록부의 정점간격이 넓은 영역)에서는 볼록부간의 하지막이 거의 제거되고, 반사판의 형상에는 더욱 하지의 평탄면 형상이 반영되게 되며, 한편 레지스트 패턴끼리 매우 근접한 영역(이것에 의해 제작되는 볼록부의 정점간격이 좁은 영역)에는 하지막이 약간 에칭되는 정도이고, 거의 경사각이 초래되지 않는다.

예를 들면 도 4에 나타낸 바와 같은 랜덤하게 요철부를 배치한 경우, 경사각도분포는 도 6에 나타낸 바와 같이, 정반사에 기여하는 경사각도의 존재율이 매우 많아, 표시품위가 충분하다고는 할 수 없다. 즉, 외광 중의 정반사성분이 많은 경우, 표시화면에 광원이 비친다. 이 때문에, 관찰자는 광원을 시야밖으로 쫓기 때문에, 실제로는 정반사성분은 표시의 밝기에 기여하지 않는다. 결과적으로 관찰자에 있어서 충분한 밝기를 얻을 수 없어, 표시화면이 어둡게 느껴진다.

발명자들의 검토결과, 실용에 충분한 밝기를 확보할 수 있는 반사판을 형성하기 위해서는 정반사에 기여하는 영역, 즉 어레이 기판에 대한 경사각도가 0°이상 4.5°이하의 반사면의 존재율을 35% 이하, 보다 바람직하게는 0°이상 2.0°이하 면의 존재율을 20% 이하로 저하시키는 것이 필요하다는 것을 알 수 있었다.

발명자들은 볼록부 배치의 최적화를 꾀하는 것에 의해 이와 같은 문제를 해결하는 것을 시도했다. 즉, 볼록부의 정점간격이 5~15㎛ 범위에서 대략 정규분포적이 되도록 레지스트를 노광하는 마스크 패턴을 제작했다. 이 마스크 패턴은 볼록부에 대응하는 원형의 투과구멍을 갖고, 이 투과구멍의 중심간격은 0.5㎛ 마다제어할 수 있다. 환언하면 볼록부의 정점간격은 0.5㎛ 마다 제어할 수 있다.

이 때, 상기한 바와 같이 반사판의 표면에 형성된 요철부의 경사각도분포는 인접하는 볼록부(23c)의 정부간격(L)에 의존한다.

예를 들면, 도 7에 나타낸 바와 같이 인접하는 볼록부(23c)의 정부간격(L)이 약 10㎛ 정도의 영역 A, 인접하는 볼록부(23c)의 정부간격이 약 8㎛의 영역 B, 인접하는 볼록부(23c)의 정부간격이 약 12㎛의 영역 C와, 3가지 영역으로 나뉘도록 한다. 도 7의 영역 A의 단면에서는 도 11의 (a)에 나타낸 바와 같이, 인접하는 볼록부(23c) 사이에 정반사부(경사각도가 0°의 평탄부분)가 거의 없다. 이 때문에, 도 8에 나타낸 바와 같이 영역 A의 경사각도분포는 이상적인 경사각도분포(도 5)에 가까운 형상이 된다.

이에 대해 도 11의 (b)에 나타낸 바와 같이, 영역 B와 같이 인접하는 볼록부(23c)의 정부간격이 약 8㎛로 좁은 경우에는 볼록부(23c)의 일부 즉 볼록부의 아래부분이 서로 겹쳐진다. 이 때문에, 경사각도는 완만하게 된다. 따라서, 도 9에 나타낸 바와 같이, 영역 B의 경사각도분포에 있어서는 0°이상 4.5°이하의 정반사에 기여하는 경사각도의 존재율이 증가한다.

또, 도 11의 (c)에 나타낸 바와 같이, 영역 C와 같이 인접하는 볼록부(23c)의 정부간격이 약 12㎛로 넓은 경우에는 볼록부(23c) 사이에 평탄한 부분, 즉 정반사부가 형성된다. 이 때문에, 도 10에 나타낸 바와 같이, 영역 C의 경사각도분포에 있어서는 정반사에 기여하는 경사각도의 존재율이 존재한다.

그래서, 볼록부의 정부간격분포를 여러가지로 바꾸어 표시품위의 평가를 실행했다. 볼록부의 정부간격이 5~15㎛ 범위 중에서 대략 정규분포적으로 이루어지도록 랜덤하게 배치한다. 정부간격이 5~15㎛에 걸쳐 분포하고 있을 때는 가장 존재율이 높은 정부간격은 10㎛이다. 그러나, 항상 가장 존재율이 높은 정점간격이 10㎛라고는 할 수 없고, 정부간격이 5~15㎛ 범위 중, 예를 들면 6~13㎛ 범위에서 분포하고 있다면 약 9.5㎛가 가장 존재율이 높은 정부간격이 된다. 어떻든 간에 가장 존재율이 높은 정점간격은 실제측정에 의해 구할 수 있다.

이 때, 가장 존재율이 높은 정부간격(d)을 중심으로 하여 ±0.5㎛의 존재율이 40% 이상이라면, 표시화면에 광원 등의 비침은 없어, 실용상 충분한 밝기를 달성할 수 있다는 지견을 얻었다. 또 이 정부간격의 존재율은 후술하는 바와 같이 정부간격의 히스토그램을 0.5㎛ 마다 제작하여, 가장 존재율이 높은 정부간격을 중심으로 하여 ±0.5㎛ 영역의 면적을 분포 전체의 영역 면적에서 뺀 값으로 구할 수 있다. 또 볼록부의 정부은 일반적으로 그 볼록부의 가장 높은 점으로 간주할 수 있지만, 본 예와 같이 등방에칭에 의해 볼록부를 제작한 경우는 볼록부의 중심으로 간주할 수 있다.

더 상세하게 검토하기 위해 상기한 조건으로 제작된 반사판 표면형상의 경사각도분포를 구했다. 또 이 경사각도란 임의영역의 반사판 표면이 어레이 기판 주면에 대해 이루어지는 각도를 의미한다. 이 때, 경사각도가 0°~4.5°의 면이 화소영역에 대해 35% 이하가 되는 것이 판명되었다. 경사각도 4.5°이하의 면은 특히 정반사에 기여하는 정반사면을 이루기 때문에, 이 영역이 35% 이하가 되는 것이 비침을 없애는 것에 크게 기여하는 것을 알 수 있었다.

또 별도의 관점에서 검토하면, 볼록부의 가장 존재율이 높은 정부간격(d)을 중심으로 하여 ±0.5㎛의 존재율을 40% 이상으로 하고, 또한 볼록부 높이(볼록부의 정부에서 오목부의 정부까지의 피크 투 피크(peak to peak) 값)의 평균값을 0.1㎛ 이상 1.2㎛ 이하로 하는 것에 의해 광원 등의 비침을 나타내는 것을 인가할 수 없는 것을 알 수 있었다. 즉, 볼록부의 높이가 극단적으로 작은 경우는 볼록부의 가장 존재율이 높은 정부간격(d)을 중심으로 하여 ±0.5㎛의 존재율을 40% 이상으로 해도 볼록부간의 경사가 완만하게 되어 정반사 영역이 증대하고, 반대로 볼록부의 높이가 극단적으로 커진 경우는 유효한 확산반사가 생기기 어렵게 되어 실용상 충분한 밝기를 달성할 수 없다. 볼록부 높이를 상기 범위로 하는 것에 의해 외광의 비침도 없이 충분한 밝기를 얻을 수 있었다. 이는 정부간격의 분포와 볼록부 높이를 상기 범위로 하는 것에 의해 정반사면의 비율을 35% 이하로 억제할 수 있는 것으로 예상된다.

한편, 가장 존재율이 높은 정부간격(d)을 중심으로 하여 ±0.5㎛의 존재율의 최적값으로는 상한이 있는 것도 알 수 있었다. 이 존재율이 과도하게 커지면, 표시화면에 간섭호가 발생하고, 표시품위가 현저하게 열화되는 현상이 인식되었다. 이는 볼록부 배열의 규칙성이 강해지기 때문에, 반사광성분의 간섭이 강해진 결과 간섭호가 인식되는 것으로 생각할 수 있다.

이 존재율의 상한에 대해 검토한 결과, 가장 존재율의 높은 정부간격(d)을 중심으로 하여 ±0.5㎛의 존재율을 80%로 하면, 간섭호가 나타나는 것이 인가되지 않았다. 즉, 볼록부의 배치에 적절한 불규칙성이 도입된 결과, 반사광성분의 간섭이 충분히 약해진다고 생각할 수 있다.

이하에 본 발명의 구체적인 예를 설명한다.

즉, 도 15의 (a)에 나타낸 바와 같이, 우선 유리판이나 석영판 등의 절연기판(13)을 준비한다. 그리고, 이 절연기판(13) 상에 폴리실리콘에 의해 형성된 반도체층, 산화 실리콘막에 의해 형성된 게이트 절연막, Ta, Cr, Al, Mo, W 및 Cu 등의 단체(單體) 또는 그 적층막 또는 합금막에 의해 형성된 게이트 전극 및 주사선, 산화 실리콘막에 의해 형성된 층간절연막, Ta, Cr, Al, Mo, W, Cu 등의 단체 또는 그 적층막 또는 합금막에 의해 형성된 신호선, 소스전극, 확장 소스전극, 질화 실리콘막에 의해 형성된 보호절연막 등이 형성된다. 여기에서는 상세한 적층구조의 도시는 생략한다.

이어서, 도 15의 (b)에 나타낸 바와 같이, 포지(posi)형 감광성 수지를 스핀코트법 등에 의해 1㎛에서 4㎛정도의 두께로 도포하고, 기판 전체를 프리베이크(pre-bake)한다. 이것에 의해 유기절연막(26)이 형성된다.

이어서, 도 15의 (c)에 나타낸 바와 같이, 상기한 바와 같은 정부간격분포 및 경사각도분포를 고려하여 어느 정도 랜덤하게 배치된 원형의 차광부를 갖는 포토마스크(34)를 이용하여 화소영역(PX)에 있어서 유기절연막(26)을 노광한다. 유기절연막(26)의 표면에 형성되는 요철의 형상이나 밀도는 포토마스크(34)의 차광부 및 개구부의 형상, 밀도, 노광량 등에 의해 제어된다. 여기에서는 포토마스크(34)의 차광부 패턴은 직경이 5㎛정도의 원형이고, 인접하는 원형차광부의 중심간격이 9.5㎛~10.5㎛ 범위에 있어서 존재율이 52%가 되도록 랜덤하게 배치되어 있다. 또,노광량은 필요로 하는 볼록부의 높이(오목부의 깊이)에 따라 결정되어, 10mJ~200mJ의 범위 내의 값으로 했다.

이어서, 도 15의 (d)에 나타낸 바와 같이 유기절연막(26)을 현상하는 것에 의해 상기한 노광공정에서 노광된 부분이 제거된다. 이것에 의해 유기절연막(26)의 표면에 복수의 미세한 볼록부(26c') 및 이들 볼록부(26c') 사이에 오목부(26d')가 형성된다. 또, 이 실시형태에서는 포토마스크(34)를 이용한 노광에서는 노광량이 10~200mJ의 범위 내의 값으로 했기 때문에, 오목부(26d')의 바닥이 유기절연막(26)의 하지가 되는 보호절연막에 도달하는 일 없이, 유기절연막(26)의 상부 표면부근에 머무른다.

이어서, 도 15의 (e)에 나타낸 바와 같이, 기판 전체를 가열한다. 이것에 의해 유기절연막(26)의 표면이 멜트(melt)하고, 볼록부(26c') 및 오목부(26d')가 각각 모가 없어진 매끄러운 대략 반구형상의 볼록부(26c) 및 이 볼록부(26c)를 둘러싸는 오목부(26d)가 형성된다.

이어서, 도 15의 (f)에 나타낸 바와 같이, Al, Ni, Cr, Ag 등의 금속막을 스퍼터(sputter)법에 의해 1000nm 정도의 두께로 유기절연막(26) 상에 성막한 후, 포토 에칭법으로 소정 형상으로 패터닝한다. 이것에 의해 반사화소전극(23)이 형성된다.

다른 한편, 대향기판(11)을 제조한다. 즉, 유리판이나 석영판 등이 광투과성의 절연기판(36)으로서 이용된다. 그리고, 안료 등을 분산시킨 착색층(37)이 절연기판(36) 상에 형성된다. 그리고, 광투과성의 대향전극(38)은 예를 들면 ITO를스퍼터법으로 착색층(37) 상에 성막하는 것에 의해 형성된다.

이들 어레이 기판(10) 및 대향기판(11)은 배향막(31) 및 배향막(39)의 형성 후에 일체화된다. 배향막(31)은 저온 큐어(cure)형의 폴리미드(polyimide)를 인쇄에 의해 반사화소전극(23) 및 유기절연막(26)을 덮도록 도포하고, 이를 러빙(rubbing)처리하는 것에 의해 형성한다. 또, 배향막(39)은 저온 큐어형의 폴리이미드를 인쇄에 의해 대향전극(38)을 덮도록 도포하고, 이를 러빙처리하는 것에 의해 형성된다.

상기한 공정에 의해 얻을 수 있는 어레이 기판(10) 및 대향기판(11)은 각각의 배향막(31) 및 배향막(39)이 서로 안쪽으로 마주보도록 배치하고, 소정의 갭(gap)을 남겨 주위테두리 시일(seal)재에 의해 맞붙는다. 액정층(12)은 어레이 기판(10)과 대향기판(11)간의 갭에 네마틱 액정과 같은 액정조성물을 주입하여 봉지하는 것에 의해 얻을 수 있다. 편광판(40)은 착색층(37)과는 반대쪽 바깥면에 있어서 절연기판(36)에 접착된다. 반사형 액정표시장치는 상기한 바와 같이 하여 완성된다.

이 실시형태에 관련딘 액정표시장치는 반사화소전극(23)이 반사판을 구성하고, 이 반사판은 각 화소영역(PX)에 랜덤하게 배치된 복수의 대략 반구형상 볼록부(23c)와, 이들 볼록부(23c)를 둘러싸는 오목부(23d)로 구성된 반사면을 가진다.

다음에 이와 같이 하여 제조된 도 13에 나타낸 바와 같은 요철부를 갖는 반사판과, 도 4에 나타낸 바와 같은 요철부를 갖는 종래의 반사판과의 반사특성을 비교한다.

도 4에 나타낸 바와 같은 종래의 반사판에 있어서 요철부는 도 12에 나타낸 바와 같은 정부간격분포를 가진다. 또, 이 정부간격분포는 소정의 정부간격(0㎛, 1㎛, 2㎛, 3㎛…)에 대해 ±0.5°의 범위에서의 볼록부의 정부간격의 존재율로서 규정되어 있고, 이하의 설명에서도 마찬가지이다.

도 12에 나타낸 바와 같이, 종래의 반사판에서는 인접하는 볼록부의 정부간격분포는 넓이를 갖고 있고, 볼록부는 여러 간격으로 배치되어 있는 것을 알 수 있다. 즉, 요철부에 있어서 볼록부의 정부간격이 4.5 내지 15.5㎛ 범위내에 존재하고, 또한 최대의 존재율을 갖는 소정 범위의 정부간격(도 12에 나타낸 예에서는 10±0.5㎛ 범위)에서의 존재율이 26% 정도에 지나지 않는다.

또, 도 4에 나타낸 바와 같은 반사판의 요철부는 도 6에 나타낸 바와 같은 경사각도분포를 갖고 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이 정반사에 기여하는 경사각도 0°이상 4.5°이하의 존재율이 42%나 달한다.

이와 같은 반사판에서는 최대의 존재율을 갖는 정부간격을 정반사 성분을 낮게 억제하도록 최적의 값(예를 들면 10±0.5㎛)으로 설정한다고 해도, 정부간격분포가 넓어져 최대의 존재율에서조차 40%가 채 되지 않는다. 이 때문에, 경사각도분포에 있어서 정반사에 기여하는 경사각도의 존재율을 35% 이하로 억제할 수 없고, 도 5에 나타낸 바와 같은 이상적인 경사각도분포를 얻을 수 없다. 이는 반사형 액정표시장치에 있어서 주변 외광의 이용효율이 불충분하다는 것을 의미하는 것이다.

한편, 상기한 제조방법에 의해 제조된 반사판은 도 13에 나타낸 요철부를 갖는다. 이와 같이 하여 형성된 요철부는 이하에 나타낸 바와 같은 구조를 갖고 있다. 즉, 이 실시형태에 관련된 액정표시장치에서는 도 13에 나타낸 바와 같이 볼록부(23c)를 랜덤하게 배치하면서, 인접하는 볼록부(23c)와의 정부간격(L)을 대략 일정하게 갖춰서 형성된다. 여기에서는 가장 존재율이 높은 정부간격(L)을 10㎛±0.5㎛로 설정하고 있다.

도 13에 나타낸 바와 같은 반사판의 요철부는 도 14에 나타낸 바와 같은 정부간격분포를 갖고 있다. 도 14에 나타낸 바와 같이 요철부에 있어서 볼록부의 정부간격이 5 내지 15㎛ 범위 내에 존재하고, 또한 소정의 정부간격에 대해 ±0.5㎛ 범위에서의 존재율이 40% 이상 80% 이하이다. 이 실시형태에서는 볼록부의 정부간격이 7.5㎛ 내지 12.5㎛ 범위 내에 존재하고, 또한 10㎛±0.5㎛ 범위에서 40% 이상이고, 보다 정확하게는 52%가 된다.

또, 도 13에 나타낸 바와 같은 반사판의 요철부는 도 16에 나타낸 바와 같은 경사각도분포를 갖고 있다. 도 16에 나타낸 바와 같이 요철부에 있어서 2.0°이하의 경사각도의 존재율은 20% 이하가 된다. 이 실시형태에서는 정반사에 기여하는 경사각도 0°이상 4.5°이하의 존재율이 42%인 것이 26%정도로 억제할 수 있었다.

또, 볼록부의 평균 높이는 0.1 내지 1.2㎛ 범위 내의 값이 되고, 이 실시형태에서는 0.7㎛였다.

이와 같은 반사판에서는 최대의 존재율을 갖는 정부간격을 정반사성분을 낮게 억제하도록 최적의 값(예를 들면 10±0.5㎛)으로 설정하고, 또 최대의 존재율을40% 이상으로 하고 있다. 이것에 의해 경사각도분포에 있어서 정반사에 기여하는 경사각도의 존재율을 35% 이하로 억제할 수 있고, 종래보다도 도 5에 나타낸 바와 같은 이상적인 경사각도분포에 가까워질 수 있다. 또, 최대의 존재율을 80% 이하로 하는 것에 의해 정부간격을 어느 정도 랜덤하게 분포시켜 반사광에 의한 간섭호의 발생을 억제할 수 있다.

따라서, 이상적인 반사특성에 가깝고 반사기능을 실현할 수 있으며, 또한 표시의 밝기에 기여하지 않는 정반사 부근의 성분을 종래보다도 작게 억제할 수 있고, 밝고 균일성이 우수한 양호한 표시품위를 갖는 반사판을 얻는 것이 가능해진다.

또, 상기한 실시형태에서는 최대의 존재율을 얻을 수 있는 소정 범위의 정부간격을 10㎛±0.5㎛로 하고, 이 때의 존재율을 52%로 한 경우에 대해 설명했는데, 존재율이 40%가 되는 경우에 있어서도 충분히 이상적인 경사각도분포에 가까워지는 것이 가능하다.

즉, 도 17에는 소정 범위의 정부간격에 있어서 최대의 존재율이 40%인 경우의 경사각도분포가 나타나 있다. 이 경우에 있어서도 정반사부근의 경사각도 0°이상 4.5°이하의 존재율을 충분히 낮게 억제할 수 있고, 또 도 5에 나타낸 바와 같은 이상적인 경사각도분포에 가까워질 수 있다. 따라서, 상기한 실시형태와 같이 주변 외광의 이용효율을 충분히 향상할 수 있기 때문에, 밝고 균일성이 우수한 양호한 표시품위를 갖는 반사판을 얻는 것이 가능하게 된다.

또, 상기한 실시형태에서는 반사형 액정표시장치를 예로 설명했는데, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 18에 나타낸 바와 같이, 한 화소영역(PX)에 반사기능을 가진 영역과 투과기능을 가진 영역을 겸비한 액정표시장치에 적용할 수도 있다. 즉, 이와 같은 구조의 액정표시장치는 어레이 기판(10)의 외면에 편광판(40A)을 구비하고 있는 동시에, 대향기판(11)의 외면에 편광판(40B)을 구비하고 있다. 또, 이 액정표시장치는 어레이 기판(10)의 배면을 조명하는 백 라이트 유닛(50)을 구비하고 있다.

반사기능을 가진 영역은 상기한 바와 같은 반사화소전극(23)을 구비하여 구성된다. 즉, 편광판(40B)을 투과한 후에 대향기판(11)을 통해 입사한 입사광은 액정층(12)을 통과하는 차이로 변조되고, 반사화소전극(23)에 의해 반사된다. 이 반사광은 다시 액정층(12)을 통과할 때에 변조되고, 편광판(40B)에 의해 선택적으로 투과된다. 이것에 의해 화상이 표시된다.

또, 투과기능을 가진 영역은 반사화소전극(23)에 형성된 개구부(23X)에 의해 구성된다. 즉, 백 라이트 유닛(50)에서 출사된 출사광은 편광판(40A)을 투과한 후에 어레이 기판(10)을 통해 입사되고, 개구부(23X)를 투과한다. 이 투과광은 액정층(12)을 통과할 때에 변조되고, 편광판(40B)에 의해 선택적으로 투과된다. 이것에 의해 화상이 표시된다.

이와 같은 구성의 액정표시장치에 있어서도 반사화소전극(23)의 요철부를 상기한 실시형태와 같이 구성하는 것에 의해 같은 효과를 얻는 것이 가능해진다. 또, 개구부(23X)는 반사화소전극(23)의 평탄한 부분, 즉 정반사에 기여하는 경사각도를 갖는 부분에 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 반사표시를 실행할 때에 불필요하게 되는 반사화소전극(23)의 일부를 투과표시를 실행할 때에 효과적으로 이용할 수 있다. 이것에 의해 반사판의 반사특성을 향상할 수 있는 동시에, 투과표시기능도 겸비하는 것이 가능해진다.

인접하는 볼록부의 정부심(心)간의 간격분포의 폭이 종래보다도 좁아지기 때문에, 분포가 최대가 되는 간격을 최적 경사각도분포를 얻을 수 있는 볼록부 간격에 맞추는 것에 의해 종래보다도 최적의 경사각도분포를 갖는 반사판을 얻을 수 있다. 따라서, 표시의 밝기에 기여하지 않는 정반사 부근의 성분을 작게 억제할 수 있어, 매우 밝고 균일성이 우수한 양호한 표시품위를 실현할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 상기한 바와 같은 구조의 액정표시장치에 의하면, 이상적인 반사특성에 가까운 반사기능을 갖는 동시에, 양호한 표시품위의 화상을 표시할 수 있다.

추가적인 이점과 변조가 상기 기술분야의 숙련된 기술을 가진 사람들에게는 쉽게 나타날 수 있다. 그러므로, 보다 넓은 영역에서 본 발명은 본 문서에 도시되고 설명된 한정된 상세한 설명과 나타난 실시예에 제한되지 않는다. 따라서, 첨부된 청구범위와 그에 동등한 것에 의해 정의된 일반적인 본 발명의 개념의 취지 또는 영역에서 벗어나지 않고 다양한 변조가 있을 수 있다.

본 발명은 밝고 균일성이 우수한 양호한 표시품위를 갖는 반사판을 얻어서, 이상적인 반사특성에 가까운 반사기능을 갖는 동시에 양호한 표시품위의 화상을 표시할 수 있다.

Claims (10)

1. 한쌍의 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 끼워진 액정층을 구비하고,

   상기 제 1 기판은 상기 제 2 기판 및 상기 액정층을 통해 입사된 광을 반사하는 반사판을 포함하고,

   상기 반사판은 각 화소영역에 복수의 요철부를 갖고,

   상기 화소영역 내에 있어서 서로 인접하는 볼록부의 정부(頂部)간격이 5 내지 15㎛ 범위 내에서 분포하고, 이 중 가장 존재율이 높은 정부간격을 중심으로 하여 ±0.5㎛ 범위의 정점간격의 존재율이 40% 이상 80% 이하이며,

   상기 화소영역 내에 있어서 상기 제 1 기판 주면에 대한 경사각이 4.5°이하가 되는 상기 반사판의 정반사면이 상기 화소영역에 대해 면적비 35% 이하인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사판은 광반사성을 갖는 금속재료에 의해 형성된 상기 복수의 화소전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 기판은 상기 반사판의 하지로서 절연층을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 절연층은 유기절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 유기절연층은 감광성 수지에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 기판은 상기 제 2 기판 및 상기 액정층을 통해 입사되는 광을 산란시키는 반사판이 형성된 반사기능을 갖는 영역과, 상기 제 1 기판을 통해 입사되는 광을 투과하는 투과기능을 갖는 영역을 구비한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 요철부에 있어서 오목부의 바닥부에서 볼록부의 정부까지의 평균 높이는 1.2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 요철부에 있어서 평균 높이는 0.1㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 정부간격분포에 있어서, 상기 요철부에 있어서 볼록부의 정부간격이 7.5 내지 12.5㎛ 범위 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
10. 한쌍의 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 끼워진 액정층을 구비하고,

    상기 제 1 기판은 상기 제 2 기판 및 상기 액정층을 통해 입사한 광을 반사하는 반사판을 포함하고,

    상기 반사판은 각 화소영역에 복수의 요철부를 갖고,

    상기 화소영역 내에 있어서 서로 인접하는 볼록부의 정부간격이 5 내지 15㎛ 범위 내에서 분포하고, 이 중 가장 존재율이 높은 정부간격을 중심으로 하여 ±0.5㎛ 범위의 정점간격의 존재율이 40% 이상 80% 이하이고,

    상기 요철부에 있어서 오목부의 바닥부에서 볼록부의 정부까지의 평균 높이는 0.1㎛ 이상 1.2㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.