KR100490176B1

KR100490176B1 - 액정 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR100490176B1
Application number: KR10-2002-0049443A
Authority: KR
Inventors: 이케노히데노리; 스즈키마사요시; 무라야마요우이치; 사카모토미치아키; 마츠노후미히코; 킼카와히로노리; 야마구치유이치
Original assignee: 엔이씨 엘씨디 테크놀로지스, 엘티디.
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2005-05-17
Anticipated expiration: 2022-08-21
Also published as: JP5093709B2; US7245337B2; KR20030017379A; US20030038907A1; US7015995B2; CN1293406C; US6977698B2; TW548480B; US20040218120A1; CN1402056A; US20060038940A1; JP2003057638A

Abstract

반사 전극은 요철 형상을 가지며 그 법선 방향이 소정의 방위각으로 치우쳐 분포되며 그 반사광 강도는 상기 방위각에 의존한다. 0도 내지 2도 및/또는 10도 이상의 경사각을 갖는 반사 전극의 영역에 개구가 형성된다. 액정층의 리타데이션은 상기 개구와 상기 반사 전극에서 액정 분자 배향 모드를 상이하게 함으로써 변경되며, 그 결과 출사광의 강도는 투과 모드뿐만 아니라 반사 모드에서도 증가된다. 투과 모드에서 디스플레이되는 색의 밸런스는 각 칼라의 픽셀 내의 개구의 면적을 결정함으로써 결정되며, 색 온도는 반사 모드보다 투과 모드에서 더 높게 설정된다. 이를 통해, 투과 모드뿐만 아니라 반사 모드에서도 시인성이 우수한 액정 디스플레이 장치를 제공하게 된다.

Description

액정 디스플레이 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

기술분야

본 발명은, 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히 외부로부터의 입사광을 반사하여 디스플레이 광원으로 하는 동시에, 이면(back)의 광원으로부터의 광을 투과시키는 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.

종래 기술

종래, 장치 내부에 반사판을 갖고, 이 반사판에 의해 외부로부터의 입사광을 반사하여 디스플레이 광원으로 함으로써, 광원으로서의 백라이트를 구비할 필요가 없는 반사형의 액정 디스플레이 장치(liquid crystal display: LCD), 및 광원으로서 백라이트를 구비한 투과형 액정 디스플레이 장치가 알려져 있다.

반사형 액정 디스플레이 장치는 투과형 액정 디스플레이 장치보다 저소비 전력화, 박형화, 경량화를 달성할 수 있기 때문에, 주로 휴대 단말용으로서 이용되고 있다. 그 이유는, 외부로부터 입사광을 장치 내부의 반사판에서 반사시킴으로써 디스플레이 광원으로서 이용할 수 있기 때문에, 백라이트가 불필요해지기 때문이다. 한편, 투과형 액정 디스플레이 장치는 주변 광이 어두운 경우에 있어서 반사형 액정 디스플레이 장치보다 시인성이 좋다는 특성을 갖는다.

반사형 액정 디스플레이 장치의 휘도를 향상시키는 반사판으로서, 예를 들면, 포토리소그래피 공정에 의해 유기 절연막을 남기고 반사판의 표면에 고립된 볼록부를 형성하고, 이 볼록부의 위에 층간막을 마련하고, 볼록부로 이루어지는 산(山)의 부분과 그 밖의 골짜기의 부분으로 이루어지는 매끄러운 요철 형상으로 하여, 반사판의 표면에 요철 패턴을 형성한 것이 있다(특허 2825713호 공보 참조).

도 29는, 종래의 반사판에 형성된 요철 패턴의 예를 도시한 평면도이다. 도 29에 도시한 바와 같이, 요철 패턴은 돌출 패턴 또는 베이스 패턴으로서 평면 형상이 원형 모양인 다수의 볼록부(2)를 고립 상태로 반사판(1)의 표면상에 배치하여 형성되어 있다. 요철 패턴에 의해 입사광이 난반사되고, 액정 디스플레이 장치의 휘도가 향상한다.

현재의 액정 디스플레이 장치의 기본 구조는, TN(트위스트네마틱) 방식, 1장 편광판 방식, STN(슈퍼 트위스트 네마틱) 방식, GH(게스트-호스트)방식, PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal; 고분자 분산 액정) 방식, 콜레스테릭 방식 등을 이용한 액정과, 이것을 구동하기 위한 스위칭 소자와, 액정 셀 내부 또는 외부에 마련된 반사판 또는 백라이트로 구성되어 있다. 이러한 일반적인 액정 디스플레이 장치는, 박막 트랜지스터(TFT) 또는 금속/절연막/금속 구조 다이오드(MIM)를 스위칭 소자로서 이용하여 고정밀 및 고화질을 실현할 수 있는 액티브 매트릭스 구동 방식을 채용하고, 이것에 반사판 또는 백라이트가 부수된 구조로 되어 있다.

종래의 반사형 액정 디스플레이 장치와 투과형 액정 디스플레이 장치의 이점을 갖는 액정 디스플레이 장치로서, 도 30에 도시한 바와 같이, 액티브 매트릭스 기판의 픽셀 전극(3)의 주위를 통하여 서로 직교하도록 게이트 배선(4)과 소스 배선(5)이 마련되고, 픽셀 전극(3)에 박막 트랜지스터(6)가 마련되고, 박막 트랜지스터(6)의 게이트 전극 및 소스 전극에 게이트 배선(4) 및 소스 배선(5)이 접속되고, 픽셀 전극(3)에 금속막으로 된 반사 영역(7)과 ITO로 된 투과 영역(8)이 형성된 반투과형 액정 디스플레이 장치가 개시되어 있다(특허 제 2955277호 공보 참조).

상기와 같이, 픽셀 전극에 투과 영역과 반사 영역이 마련되어 있기 때문에, 주변 광이 밝은 경우에는 백라이트를 꺼 액정 디스플레이 장치가 반사형 액정 디스플레이 장치로서 사용될 수 있기 때문에, 저소비 전력이라는 반사형 액정 디스플레이 장치의 특성을 나타낸다. 또한, 주변 광이 어두운 경우에 백라이트를 점등시켜 투과형 액정 디스플레이 장치로서 사용하면, 주위가 어두운 경우에서의 시인성 향상이라는 투과형 액정 디스플레이 장치의 특성이 나타난다. 이하, 반사형 액정 디스플레이 장치 및 투과형 액정 디스플레이 장치로서 사용될 수 있는 액정 디스플레이 장치를 반투과형 액정 디스플레이 장치로 칭할 것이다.

그러나 특허 제 2955277호 공보에 기재된 액정 디스플레이 장치에서는, 도 31에 도시된 바와 같이, 액티브 매트릭스 기판에 형성된 요철을 일부분 제거하여 평탄하게 하고, 액티브 매트릭스 기판의 평탄한 부분에 픽셀 전극상의 투과 영역을 형성하고 있다. 액티브 매트릭스 기판에 형성된 요철은 주변 광을 효율적으로 이용자측에 반사시키기 위해 마련된 것이다. 그러나, 투과 영역을 형성하기 위해 요철 면적이 감소되고, 액정 디스플레이 장치가 백라이트를 끈 반사형 액정 디스플레이 장치로서 이용된 경우에는, 휘도가 저하된다는 문제가 발생한다.

또한, 상술한 ２개의 종래 기술을 조합시켜서, 반사판의 표면에 고립된 볼록부를 형성하고, 반사판의 표면에 요철 패턴을 형성하고, 요철 패턴의 정점(頂点) 부분과 저면 부분에 개구를 형성함으로써, 개구를 투과 영역으로서 이용하는 반사판이 특개2001-75091호 공보에 기재되어 있다. 그러나, 볼록부가 고립된 원형이기 때문에 모든 방향으로부터의 입사광을 동등하게 반사시키고, 지향성이 없는 반사판이기 때문에, 디스플레이 휘도가 저하되어 버린다는 문제가 있다.

또한, 특허 제 2955277호 공보에 기재된 액정 디스플레이 장치에서는, 투과 영역과 반사 영역의 구분이 단순하기 때문에, 영역별로 다른 두께의 칼라 필터를 대향 기판에 형성하는 것은 용이하였다. 그러나, 특개2001-75091호 공보에 기재된 반사판에서는, 투과 영역과 반사 영역이 픽셀 중에 혼재하고 있기 때문에, 영역별로 다른 두께의 칼라 필터를 대향 기판에 형성하는 것은 곤란하고, 칼라 필터의 두께를 영역별로 조정하는 것은 불가능하였다. 이로 인해, 반사 모드에서는 대향 기판에 형성된 칼라 필터를 2회 통과하는데 비하여, 투과 모드에서는 1회 밖에 통과하지 않기 때문에, 투과 모드와 반사 모드에서의 색조가 변화하여 버리고, 휘도의 저하와 색조가 변화에 의해 시인성이 저하된다는 문제가 있다.

따라서 본원 발명은, 반사 모드에 있어서도 투과 모드에 있어서도 시인성이 양호한 반투과형 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 액정 디스플레이 장치는,

배선, 박막 트랜지스터 및 축적 커패시터(storage capacitors)가 상부에 형성된 소자 기판과;

상기 소자 기판에 대향하여 배치되는 대향 기판과;

상기 소자 기판 및 대향 기판 사이에 끼인 액정층과;

상기 장치 기판 상에 마련되고, 요철 형상을 가지며, 그 법선 방향이 소정의 방위각으로 치우쳐 분포되고, 그 반사광 강도가 상기 방위각에 의존하게 되는 반사 전극; 및

상기 반사 전극의 비유효 영역에 마련된 개구를 포함한다.

반사 전극에 개구가 마련되어 있기 때문에, 투과 모드에서는 소자 기판의 액정층과 반대측으로부터 백라이트 등에 의해 광이 조사되고, 이에 의해 액정층에 광을 투과시켜 액정 디스플레이를 행하여 주위가 어두운 상황에 있어서도 디스플레이를 인식 가능하게 된다. 또한, 반사 전극의 법선 방향이 특정한 방위각 방향으로 치우쳐져 분포되어 있기 때문에, 반사판 표면의 요철 형상이 이방성을 갖고 형성되어 반사광 강도가 방위각에 의존하게 되고, 이 때문에 특정한 방위각에서는 극각(polar angle) 0도인 반사판의 법선 방향의 반사광 강도를 크게 하는 것이 가능하다. 이로 인해 관찰자에 대해 반사하는 광의 양이 증가하고, 이 반사판을 사용한 장치의 시인성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따른 액정 디스플레이 장치는:

배선, 박막 트랜지스터 및 축적 커패시터가 상부에 형성된 소자 기판과;

상기 소자 기판에 대향하여 배치되는 대향 기판과;

상기 소자 기판 및 대향 기판 사이에 끼인 액정층과;

상기 대향 기판 상에 형성된 제 1의 칼라 필터와;

상기 박막 트랜지스터 상에 형성된 제 2의 칼라 필터와;

요철 형상을 가지며 상기 제 2의 칼라 필터 상에 형성된 반사 전극; 및

상기 반사 전극의 비유효 영역에 마련된 개구를 포함한다.

대향 기판과 소자 기판에 칼라 필터가 형성되기 때문에, 반사 모드에서는 대향 기판측의 칼라 필터를 광이 2번 통과하고, 투과 모드에서는 소자 기판과 대향 기판의 칼라 필터를 광이 한번씩 통과한다. 이로 인해, 양 모드에서의 칼라의 변화를 저감하는 것이 가능해진다. 또한, 투과 모드와 반사 모드에서의 색조를 각각 설정하는 것도 가능해진다.

또한, 상기 액정 디스플레이 장치는, 상기 반사 전극의 표면에서의 법선 방향이 특정한 방위각으로 치우쳐져 분포되고, 상기 특정한 방위각에서의 반사광 강도의 극각 분포에 2 이상의 극대치가 있도록 구성될 수 있다.

따라서, 반사판 표면의 요철 형상이 이방성을 가지고 형성되고, 반사광 강도가 방위각에 의존하며, 반사광 강도의 극각 분포에 2 이상의 극대치가 나타남에 의해, 특정한 방위각에서는 극각 0도인 반사판의 법선 방향에 있어서 반사광 강도를 크게 하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 요철 형상은, 복수의 선모양 형상의 볼록 패턴에 의해 폐도형(closed figure) 형상의 오목부를 형성하도록 설계될 수 있다.

요철 형상을 볼록 패턴과 절연막층으로 형성하고, 볼록 패턴의 선 폭·선 길이· 막두께나 절연막층의 막두께를 변경함으로써, 반사판의 이방성과 법선 방향으로의 반사광 강도를 최대로 하도록 요철 형상의 설계를 행하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 액정 디스플레이 장치는, 상기 반사 전극의 비유효 영역에 개구를 마련하여 투과 영역으로 하고, 상기 반사 전극의 유효 영역은 반사 영역으로 하고, 상기 소자 기판의 상기 액정층과 접하는 면과 상기 대향 기판의 상기 액정층과 접하는 면에 인가되는 구동 전압의 전위차가, 상기 투과 영역보다 상기 반사 영역에서 작게 되는 것을 특징으로 한다.

투과 영역의 액정층에 인가되는 구동 전압보다도, 반사 전극의 액정층에 인가되는 구동 전압이 작기 때문에, 반사 영역에서의 액정층의 복굴절율 변화가 투과 영역에서의 액정층의 복굴절율의 변화보다 작아진다. 이 때문에, 반사 모드와 투과 모드에 각각 최적인 복굴절율의 변화로 하는 것이 가능해지고, 양 모드에서의 출사광 강도를 최적화하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 액정 디스플레이 장치는, 상기 비유효 영역이, 예를 들면, 0도 내지 2도의 경사각 및/또는 10도 이상의 경사각을 갖는 것을 특징으로 한다.

개구를 형성한 비유효 영역이, 경사각 0도 내지 2도 및 10도 이상의 영역이기 때문에, 비유효 영역은 대향 기판에서의 입사광을 효율적으로 관찰자측으로 반사할 수 없게 된다. 따라서, 대향 기판에서 입사광을 반사 전극에서 반사하여 액정 디스플레이를 행하는 반사 모드에 있어서도, 휘도의 현저한 저하를 야기하는 일은 없게 된다.

또한, 상기 액정 디스플레이 장치는, 상기 소자 기판의 광을 투과하는 영역과 중첩하는 상기 반사 전극의 영역에만 상기 개구가 마련된 것을 특징으로 한다.

소자 기판의 광을 투과하는 영역에만 개구를 마련함으로써, 광을 투과하지 않는 개구의 수를 감소시키고, 그 결과 광의 반사 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 상기 액정 디스플레이 장치는, 상기 반사 전극의 상기 배선, 상기 박막 트랜지스터 및 상기 축적 커패시터와 중첩하는 영역에는, 상기 개구를 마련하지 않는 것을 특징으로 한다.

배선, 박막 트랜지스터 및 축적 커패시터는, 불투명한 재질로 형성되어 있기 때문에, 배선, 박막 트랜지스터 및 축적 커패시터와 중첩하는 반사 전극의 영역에 개구를 형성하더라도, 백라이트로부터의 광을 투과하는 것이 불가능하여, 해당 영역에 개구를 형성하여 버린다면 배선, 박막 트랜지스터 및 축적 커패시터가 반사한 광에 의해, 액정의 디스플레이 색이 변화하여 버린다. 이 때문에, 해당 영역에는 개구를 형성하지 않음으로써, 액정 디스플레이 색의 변화를 방지하는 것이 가능하다.

픽셀 내의 개구의 수는 각각의 디스플레이 색에 대해 설정될 수 있다.

디스플레이 색마다 픽셀중의 개구 수를 다르도록 액정 디스플레이 장치를 형성함으로써, 투과 모드 디스플레이에서의 색 밸런스를 변화시킬 수 있고, 반사 모드와 투과 모드에서 최선의 색 밸런스가 다른 경우에, 반사 모드와 투과 모드의 색 밸런스를 변화시키는 것이 가능해지고, 양 모드에 있어서 최선의 색 밸런스가 되도록 액정 디스플레이를 행할 수 있다.

또한, 픽셀중의 상기 개구의 면적은 디스플레이 색마다 설정될 수 있다.

디스플레이 색마다 픽셀중의 개구 면적을 다르도록 액정 디스플레이 장치를 형성함으로써, 투과 모드 디스플레이에서의 색 밸런스를 변화시킬 수 있고, 반사 모드와 투과 모드에서 최선의 색 밸런스가 다른 경우에, 반사 모드와 투과 모드의 색 밸런스를 변화시키는 것이 가능해지고, 양 모드에 있어서 최선의 색 밸런스가 되도록 액정 디스플레이를 행할 수 있다.

또한, 상기 액정층의 액정 분자 배향의 모드는 호모지니어스형(homogeneous type), 호메오트로픽형(homeotropic type), TN형, HAN(Hybrid Aligned Nematic)형, OCB(Optically Compensated Bend)형 중 어느 하나가 될 수 있다.

액정층의 액정 분자 배향의 모드에 관계 없이, 반사 모드 및 투과 모드의 액정 디스플레이의 휘도를 높이는 것이 가능하기 때문에, 용도나 제조 비용에 응하여 액정 모드의 선택을 행할 수 있다.

또한, 상기 반사 전극이 존재하는 영역과 상기 개구 영역에서, 영역마다 상기 액정층의 액정 분자 배향 모드가 설정될 수 있다.

반사 모드와 투과 모드에서 액정 분자 배향을 다른 모드로 함으로써, 반사 모드와 투과 모드의 액정층의 리타데이션(retardation)을 변화시킬 수 있고, 양 모드에 있어서 출사광 강도를 높이는 것이 가능해진다.

또한, 상기 액정 디스플레이 장치는, 상기 소자 기판에 투명 전극이 형성되고 상기 액정층측에 상기 반사 전극이 상기 투명 전극에 접하여 형성되도록 구성될 수 있다.

투명 전극상에 반사 전극이 형성되기 때문에, 개구 주변의 전계 방향을 안정시키는 것이 가능해지고, 액정 분자 배향의 혼란을 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 대향 기판의 상기 액정층측에 4분의1 파장판이 마련될 수 있다.

4분의1 파장판을 대향 기판의 액정층측에 마련함으로써, 자외선이나 습도 등의 외적 요인에 의한 4분의1 파장판의 열화를 막는 것이 가능해지고, 액정 디스플레이 장치의 수명을 길게 하는 것이 가능해진다. 또한, 4분의1 파장판 그 자체가, 액정성을 나타내는 재료가 배향되어 형성되어 있기 때문에, 액정을 배향시키기 위한 배향막 도포 및 러빙 공정이 불필요하게 되고, 제조 시간의 단축 및 제조 비용의 삭감을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 액정 디스플레이 장치는, 상기 개구와 대향하는 상기 4분의1 파장판의 영역에 제 2의 개구가 형성되도록 구성될 수 있다.

반사 모드에 최적화된 액정층의 두께로서는, 4분의1 파장판을 사용한 투과 모드보다 4분의1 파장판을 사용하지 않는 투과 모드의 쪽이, 높은 출사광 강도를 얻을 수 있기 때문에, 4분의1 파장판의 개구와 대향하는 영역에 제 2의 개구를 형성함으로써, 투과 모드에서는 4분의1 파장판이 없는 디스플레이로 할 수 있고, 투과 모드의 휘도를 높이는 것이 가능해진다.

또한, 상기 소자 기판의 상기 액정층의 반대측에 콜레스테릭 액정이 마련될 수 있다.

콜레스테릭 액정은, 편광판과 4분의1 파장판을 합한 특성을 나타내기 때문에, 편광판과 4분의1 파장판 대용으로 콜레스테릭 액정을 사용함으로써, 제조 시간의 단축 및 제조 비용의 삭감을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 소자 기판의 상기 액정층측에 제 2의 4분의1 파장판이 마련될 수 있다.

4분의1 파장판을 소자 기판의 액정층측에 마련함으로써, 자외선이나 습도 등의 외적 요인에 의한 4분의1 파장판의 열화를 막는 것이 가능해지고, 액정 디스플레이 장치의 수명을 길게하는 것이 가능해진다. 또한, 4분의1 파장판 그 자체가, 액정성을 나타내는 재료가 배향하여 형성되어 있기 때문에, 액정을 배향시키기 위한 배향막 도포 및 러빙 공정이 불필요하게 되고, 제조 시간의 단축 및 제조 비용의 삭감을 도모하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 소자 기판의 상기 액정층의 반대측에 콜레스테릭 액정을 마련하고, 상기 콜레스테릭 액정과 상기 소자 기판 사이에 제 2의 4분의1 파장판을 마련할 수도 있다.

소자 기판의 액정층의 반대측에 콜레스테릭 액정과 4분의１ 파장판을 배치함으로써, 반사 모드에 있어서도 투과 모드에 있어서도 액정 디스플레이 장치의 출사광 강도를 높이는 것이 가능해진다.

이하, 첨부된 도면과 연계하여 본 발명의 실시예가 설명될것이다. 도 1은 본 발명의 제 1의 실시예에 따른 반투과형 액정 디스플레이 장치의 부분 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 반투과형 액정 디스플레이 장치(10)는, 장치 내부에, 하부측 기판(11), 하부측 기판(11)에 대향하여 배치된 대향 기판(12), 및 하부측 기판(11)과 대향 기판(12) 사이에 끼워 넣어진 액정층(13)을 구비하고 있다.

이 반투과형 액정 디스플레이 장치(10)는, 예를 들면, 박막 트랜지스터(thin film transistor: TFT)를 스위칭 소자로 하여 각 픽셀마다 마련한 액티브 매트릭스 방식을 채용하고 있다.

하부측 기판(11)은 절연성 기판(14), 절연 보호막(15), TFT(16), 제 1의 절연층(17), 볼록 패턴(18), 제 2의 절연층(19) 및 반사 전극(20)을 구비하고 있다. 절연성 기판(14)의 위에는 절연 보호막(15)이 적층되고, 절연 보호막(15)의 위에는 TFT(16)가 형성되어 있다. 각각의 TFT(16)는, 절연성 기판(14)상의 게이트 전극(16a), 드레인 전극(16b), 반도체층(16c) 및 소스 전극(16d)을 구비하며, 상기 드레인 전극(16b), 반도체층(16c) 및 소스 전극(16d)은 상기 게이트 전극(16a)을 피복하는 절연 보호막(15)에 위에 있다.

절연 보호막(15) 및 TFT(16)의 위에는, 제 1의 절연층(17) 또는 TFT(16)의 소스 전극(16d)을 사이에 두고 볼록 패턴(18)이 형성되어 있다. 이 볼록 패턴(18), 제 1의 절연층(17) 및 소스 전극(16d)을 덮는 제 2의 절연층(19)이 적층되고, 제 2의 절연층(19)에는 소스 전극(16d)에 달하는 콘택트홀(21)이 뚫려 있다.

또한, 콘택트홀(21)과 함께 제 2의 절연층(19)을 덮는 반사 전극(20)이 적층되어 있다. 반사 전극(20)은 TFT(16)의 소스 전극(16d)에 접속되고, 반사판 및 픽셀 전극으로서의 기능을 갖는다. 볼록 패턴(18) 및 제 2의 절연층(19)에 의해 반사 전극(20)은 요철 표면으로 되어 있다, 반사 전극(20)의 요철 표면에서 정점 부분과 저면 부분에 해당하는 비유효 영역은, 반사 전극(20)이 제거되고 개구(27)가 제 2의 절연층(19)상에 형성되어 있다. 여기서 말하는 "비유효 영역"이란, 반사 전극(20)의 요철 표면에서, 외부로부터의 광을 관찰자측으로 효율적으로 반사하는 것이 곤란한 영역이다.

또한, 하부측 기판(11)의 주변부에 마련된 단자 영역에는, 절연성 기판(14)상의 게이트 단자부(22)와 함께, 게이트 단자부(22)를 덮는 절연 보호막(15)상의 드레인 단자부(23)가 형성되어 있다.

대향 기판(12)은, 액정층(13) 측으로부터 순번대로 적층된, 투명 전극(24), 칼라 필터(25) 및 절연성 기판(26)을 구비하고 있다. 이 절연성 기판(26)으로부터 대향 기판(12)에 입사한 입사광(Li)은, 대향 기판(12)으로부터 액정층(13)을 경유하여 하부측 기판(11)에 도달하고, 반사 전극(20)에서 반사되어 반사광(Lr)으로 되고, 재차 액정층(13)을 경유하여 투명 전극(24)으로부터 대향 기판(12)의 밖으로 출사된다.

도 2는 도 1에 도시한 반투과형 액정 디스플레이 장치의 제조 공정에 있어서의 반사 전극 제조 공정을 도시한 설명도이다. 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 우선, 스위칭 소자로서 TFT(16)가 형성된다.

절연성 기판(14)의 위에 게이트 전극(16a)을 형성하고 절연 보호막(15)을 적층한다. 그 다음, 절연 보호막(15)의 위에, 드레인 전극(16b), 반도체층(16c) 및 소스 전극(16d)을 각각 형성한다. 또한, TFT(16)을 덮는 제 1의 절연층(17)을 적층한다.

또한, 스위칭 소자로서는 TFT(16)에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, 다이오드 등, 그 밖의 스위칭 소자의 기판을 형성하여도 좋다.

다음에, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 제 1의 절연층(17)의 위에 유기 수지를 도포한 후, 노광·현상 처리를 행하고, 볼록 패턴 형성 마스크에 의해, 반사 전극(20)의 표면에 요철 패턴을 형성하기 위한 복수의 볼록 패턴(18)을 형성한다.

그 후, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 유기 수지의 열소성을 행한다. 열 소성에 의해 유기 수지의 각 부분이 둥글게 된다.

다음에, 볼록 패턴(18)을 덮도록, 유기 수지로 된 층간막을 도포하고, 매끄러운 요철 형상으로 한 후, 노광·현상 처리를 행하여 콘택트홀(21)을 형성한다. 그 후, 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이 층간막의 열소성을 행하여 제 2의 절연층(19)을 형성한다.

다음에, 도 2의 (e)에 도시된 바와 같이, 반사 전극(20)의 형성 위치에 대응시켜, 콘택트홀(21)과 제 2의 절연층(19)을 덮는 알루미늄(Al) 박막인 반사 전극(20)을 형성한다.

그 후, 도 2의 (f)에 도시된 바와 같이, 반사 전극(20)의 요철 표면의 정점 부분과 저면 부분의 영역에 해당하는 마스크를 이용하여, 포토레지스트에 의해 노광·현상 처리를 행하여 반사 전극(20)의 정점 부분과 저면 부분을 제거하여 개구(27)를 형성한다.

또한, 반사 전극(20)의 재료는 Al에 제한되는 것이 아니라, Ag 등의 도전성 재료에 의해 형성하여도 좋다. 또한 개구(27)를 형성할 때에 이용되는 마스크의 패턴은, 볼록 패턴(18)의 패턴에 의해 반사 전극(20)의 요철 표면 형상이 결정되어지기 때문에, 도 2의 (b)에서 이용한 볼록 패턴 형성 마스크에 의거하여 작성된다.

이 반사 전극 제조 공정에 있어서는, Al막과 TFT 기판의 사이의 유기 층간막(요철 층)을 2층으로 만드는 대신 1층으로 만들어도 좋다. 또한, 도 2의 (f)에서. 개구(27)를 형성할 때에, 개구(27) 주변의 제 2의 절연층(19)을 에칭하여 부분적으로 제거함으로써, 백라이트(28)로부터의 광을 효율적으로 투과하는 것이 가능해진다.

다음에, 개구(27)를 형성하는 영역에 관해 설명한다. 도 3의 (a)는 개구(27)가 형성되지 않는 반사판(1)에 입사하는 입사광(Li) 및 반사하여 관찰자가 시인하는 반사광(Lr)에 관하여 예시적으로 도시한 것이다. 입사광(Li) 및 반사광(Lr)이 반사판(1)의 법선 방향과 이루는 각을 각각 입사각(Ti) 및 반사각(Tr)이라고 하자. 입사광(Ti)은 볼록 패턴(18) 및 절연막층으로 요철로 형성되는 Al층에서 반사되기 때문에, 입사각(Ti)과 반사각(Tr)은 다른 값이 된다.

도 3의 (b)는 요철이 있는 Al층의 한 점(A)에 입사한 광의 반사에 관해 예시적으로 도시한 도면이다. 도 3의 (b)는, 편의상, Al층의 표면 형상과 반사판(1)만을 도시하고 있다. 입사광(Li)이 요철의 A점에 입사한 경우, A점에서의 Al층의 접평면에서의 반사로 되기 때문에, 반사광(Lr)은 A점에서의 법선 방향을 대칭축으로 한 반사로 된다. 여기서, A점에서의 Al층의 접평면과 반사판(1)이 이루는 각을 A점에 있어서의 경사각(θ)이라고 정의하면, 반사광(Li)의 반사 방향의 분포는 Al층 요철의 경사각(θ)의 분포에 의존하는 것으로 된다. 이 때문에, 관찰자(P)가 반사판(1)의 휘도에 관하여 주관적 평가를 행하고, 밝은 반사라고 인식하도록 경사각(θ)의 분포를 설계하는 것이 중요하게 된다.

다음에, 볼록 패턴(18)과 제 2의 절연막층(19)에 의해 반사판(1) 표면에 형성되는 요철의 패턴의 설계에 관해 설명한다. 도 4는 반사판에 형성된 볼록 패턴을 평면적으로 도시한 것으로서, 도면 중 사선 부분이 볼록 패턴(18)이 형성되어 있는 영역이다. 실제, 다수의 돌출 패턴은 어느 정도의 혼잡을 갖고 배열되어, 삼각형의 레이아웃을 나타낸다. 여기서는 복수의 삼각형의 변을 볼록 패턴이 형성한 예를 나타냈지만, 요철 패턴으로서는 복수의 선모양 볼록 패턴에 의해 사각형이나 타원 등의 폐도형이 형성되는 것이면 좋다.

도 5은 도 4의 2점간의 단면도를 예시적으로 도시한 것이다. 볼록 패턴(18)의 중심간 거리를 L로 하고, 볼록 패턴(18)의 폭을 W로 하고, 볼록 패턴(18)의 높이를 D로 하고, 제 2의 절연막층(19)의 높이가 극소로 되는 높이를 d로 하고, 제 2의 절연막층(29)의 높이가 최대로 되는 점과 최소로 되는 점의 높이 차를 △D라고 한다. 제 2의 절연막층(19)의 윗면에 도포된 Al막(반사 전극(20))은 상당히 얇기 때문에, 그 두께는 무시하고 도시하지 않는다.

전술한 볼록 패턴(18)의 파라미터인 L 및 W 및 D 및 d 및 △D의 수치를 다양하게 변화시켜서 반사판(1)을 작성하고, 개구(27)가 형성되지 않은 반사형 액정 디스플레이 판에 이용하여 관찰자가 휘도 및 간섭에 관하여 주관적 평가를 행하였다. 주관적 평가의 결과가 양호하였던 반사판 및 결과가 불량이었던 반사판의 각각에 관하여, 경사각의 분포를 조사한 결과를 도 6에 도시한다. A로 도시되는 그래프는 결과가 양호하였던 경우의 경사각(θ)의 분포이고, 2 내지 10도 범위의 경사각이 50% 이상을 차지하고 있다. B로 도시되는 그래프는 결과가 불량인 경우의 경사각의 분포이고, 경사각이 0도인 면적이 15% 이상으로 되어 있다.

따라서 전술한 D, W, △D, d 및 L의 파라미터를 설정하고, 경사각(θ)의 분포를 제어함으로써, 광의 반사 방향에 지향성을 갖는 반사형 액정 디스플레이 장치에 있어서, 관찰자(P) 방향으로의 휘도를 향상시키는 것이 가능해진다.

반사 전극(20)에 있어서 경사각(θ)이 0 내지 2도의 범위에 있는 영역은, 반사판(1)의 법선 방향으로부터 입사광을 법선 방향으로 반사하여 버리기 때문에, 광 반사에 의해 관찰자(P)의 화상을 비추게 된다. 이 영역은 액정 디스플레이 장치의 휘도 향상에는 그다지 기여하지 않는다. 또한, 경사각(θ)이 10도 이상의 범위에 있는 영역에서는, 외부로부터의 입사광을 관찰자(P)에 대하여 반사하는 확률이 낮고, 액정 디스플레이 장치의 휘도 향상에는 그다지 기여하지 않는다. 이후의 설명에 있어서, 경사각(θ)이 0 내지 2도 및 10도 이상의 영역을 비유효 영역이라고 한다.

비유효 영역의 반사 전극(20)을 제거하고 개구(27)를 형성함으로써, 개구(27)를 통하여 백라이트(28)로부터의 광을 투과시킨다. 이 경우, 제 1의 절연층(17), 볼록 패턴(18) 및 제 2의 절연층(19)은 투명한 재질을 사용하여 형성된다.

경사각(θ)이 0 내지 2도의 범위에 있는 영역은 요철면의 정점 부분과 저면 부분에 해당하고, 10도 이상의 영역은 요철의 변극 부분(polar changing portions)에 해당한다. 따라서, 비유효 영역은 도 5와 같이 전술한 D, W, △D, d 및 L의 파라미터로 결정되기 때문에, 도 2의 (b)에서 이용한 볼록 패턴 형성 마스크의 패턴을 기본으로 하여, 비유효 영역에 대응하는 마스크 패턴을 작성하는 것이 가능하다.

도 4에 도시한 바와 같은 볼록 패턴 형성 마스크를 이용하여 볼록 패턴(18)이 형성되면, 비유효 영역은 도 7의 사선부로 도시한 것으로 된다. 따라서 반사판(1)에 도 7의 사선부 형상의 마스크를 시행하고, 포토레지스트 및 에칭을 행함으로써, 반사 전극(20)의 비유효 영역을 제거하고 개구(27)를 형성한다. 에칭에 의한 반사 전극(20)의 제거는, 에칭 조건에 따라서는 과에칭되어, 제거 영역이 확대할 가능성이 있다. 이러한 관점에서, 도 7의 사선부 형상의 마스크는, 경사각 0 내지 2 및 10도 이상의 영역을 대상으로 하는 것이 바람직하다.

개구(27)에는 액정층(13)에 전계를 발생시키기 위한 전극이 존재하지 않기 때문에, 액정층(13)의 개구(27) 주변 영역에서의 전계에 혼란이 생기게 된다. 그러나, 개구(27)의 크기는 몇㎛ 정도이기 때문에, 도 8에 도시한 바와 같이, 개구(27) 부근의 전계(29) 방향은 생성된 전계가 반사 전극(20)의 단부와 대향 기판(12)의 투명 전극(24) 사이에서 유효하게 작용하는 방향이다. 따라서, 비유효 영역에 개구(27)를 형성함으로써 반투과형 액정 디스플레이 장치의 디스플레이 특성이 현저하게 열화되는 일은 없다.

다음에 개구(27)의 평면적 분포에 관해 기술한다. 도 9는 반투과형 액정 디스플레이 장치의 1픽셀을 확대하여 예시적으로 도시한 평면도이고, 게이트 배선(4), 드레인 배선(37), TFT(16) 및 축적 커패시터(30)를 갖고 반투과형 액정 디스플레이 장치의 1픽셀이 형성되어 있는 것을 도시하고 있다. 축적 커패시터(30)는 축적 커패시터 배선과 드레인 전극(16b)을 절연 보호막(15)을 사이에 두고 대향하도록 배치하여 형성된 용량 성분으로서, 액정과 병렬로 들어감으로써 전압 변동을 억제하는 작용을 행한다. 도 8에 도시한 픽셀 영역상에 제 1의 절연층(17), 볼록 패턴(18), 제 2의 절연층(19) 및 반사 전극(20)이 형성되어 있다. 또한, 도 9는 공통 기억형(common storage type)으로 기재하였지만, 게이트 스토리지층 등 다른 배치라도 문제는 생기지 않는다.

게이트 배선(4), 드레인 배선(37), TFT(16) 및 축적 커패시터(30)를 구성하는 축적 커패시터 배선과 드레인 전극(16b)은 일반적으로는 투명한 재질로서 형성되어 있지 않기 때문에, 백라이트(28)로부터의 광을 투과하는 것은 불가능하다. 따라서, 반사 전극(20)이 게이트 배선(4), 드레인 배선(37), TFT(16) 및 축적 커패시터(30)에 중첩되는 영역에 개구(27)를 형성하더라도, 광의 투과량은 증가하지 않는다. 이 때문에, 게이트 배선(4), 드레인 배선(37), TFT(16) 및 축적 커패시터(30)에 중첩되는 영역에는 개구(27)를 형성하지 않도록 마스크 패턴을 작성하고, 포토레지스트 및 에칭을 행한다. 단, 축적 커패시터(30)를 ITO 등의 투명한 재료로 형성한 경우에는 이에 제한되는 것은 아니다.

일반적으로, 대향 기판(12)의 칼라 필터(25)에 픽셀마다에 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B)의 필터를 이용함으로써, 액정 디스플레이 장치는 RGB를 표현하여 칼라 디스플레이를 행한다. 상술한 반투과형 액정 디스플레이 장치에 있어서는, 백라이트(28)를 끄고 반사광에 의해 디스플레이를 행하는 반사 모드를 기준으로 하여, RGB 각 색의 강도 밸런스를 결정한다. 픽셀중에 형성한 개구(27)의 면적이 RGB 각 색에 있어서 같은 경우에는, 백라이트(28)을 점등하고 투과광에 의해 디스플레이를 행하는 투과 모드에서 각각의 색의 강도 밸런스는 반사 모드와 마찬가지로 된다.

그러나, 반사 모드는 주위가 밝은 경우에 이용하고, 투과 모드는 주위가 어두운 경우에 이용하는 것처럼, 양 모드의 사용 환경은 다르다. 그 때문에, 양 모드를 동일한 RGB 강도 밸런스로 설정한 것보다도, 도 10의 색 좌표에 도시한 바와 같이, 반사 모드 밸런스보다 투과 모드 밸런스의 색 온도가 높아지도록 청색(B)의 강도를 강하게 설정하면, 관찰자(P)가 액정 디스플레이 장치를 시인한 때의 피로감을 감소시킬 수 있다.

따라서 개구(27)를 형성할 때에, 대향 기판(12)에 청색(B) 칼라 필터(25)를 배치하는 픽셀의 반사 전극(20)에는, １개의 개구(27)의 면적을 크게 하거나, 픽셀중의 개구(27)의 수를 증가하여, 투과시키는 백라이트(28)로부터의 광량을 조정하여 색 온도를 높게 한다. 이 때 마찬가지로 하여, 액정 디스플레이 장치의 사용 환경에 응하여 적색(R), 녹색(G)의 강도를 조정하는 것도 가능하고, 청색(B)을 강하게 하는 경우와 본질적인 차는 없다.

반사형 액정 디스플레이 장치의 반사 특성을 결정하는 방법으로서, 도 11에 도시한 바와 같이 반사판의 법선 방향에서 30도의 각도로부터 광을 입사시키고, 반사판의 법선 방향과 이루는 각을 극각으로 하고, 반사판의 법선 방향을 중심으로 한 각을 방위각이라 하는 경우에, 극각과 반사광 강도의 관계를 측정하는 방법을 채용하는 것이 업계 내에서 표준으로 되어 있다. 이용시의 액정 디스플레이 장치의 시인성 향상이라는 점에서, 상기 조건하에 있어서 극각이 0도(법선 방향)에서의 반사광 강도를 높게 하도록 반사판을 설계할 것이 요구되게 되었다.

도 7에 도시한 바와 같은, 삼각형을 기본 도형으로 한 볼록 패턴(18)을 형성한 반사판에, 극각 30도 방향으로부터 광을 조사하고 방위각과 반사광 강도의 관계를 조사하면, 도 12에 도시한 바와 같이 주기적으로 반사광 강도가 변화하는 것이 밝혀진다. 이하, 방위각에 의해 반사광 강도가 변화하는 볼록 패턴을 갖는 반사판을 이방적 반사판(anisotropic reflector)이라고 부르고, 방위각에 의해 반사광 강도가 변화하지 않는 볼록 패턴을 갖는 반사판을 등방적 반사판(isotropic reflector)이라고 칭한다. 이방적 반사판이 특정 방향에 대한 반사광 강도를 증가시키는 이유는, 반사판 표면의 요철에서의 법선 방향의 분포에 치우침이 있기 때문이다.

기본 도형 삼각형의 볼록 패턴(18)을 형성한 반사판에, 극각 30도·방위각 0도 방향으로부터 광을 조사하고, 광원에 대하여 횡방향인 방위각 90도와, 광원에 정면으로 대하는 방위각 180도에 있어서, 극각과 반사광 강도의 관계를 "Otsuca Electronics사"의 분광 측정기 IMUC(LCD7000)를 사용하여 측정하였다. 이때, 기본 도형인 삼각형의 하나의 정점으로부터 광을 입사시키고, 삼각형의 한 변은 분광 측정기에 대하고 수평이 되도록 배치하였다. 방위각 180도 방향에서의 측정 결과를 도 13의 (a), 방위각 90도에서의 측정 결과를 도 13의 (b)에 도시한다. 방위각 90도 방향에서의 측정 결과에서는, 극각 30도를 극대로 하는 반사광 강도의 분포가 되고, 방위각 180도 방향에서의 측정 결과에서는, 극각 30도와 극각 5도 부근을 극대로 하는 반사광 강도의 분포로 되어 있고, 극각 0도에서의 반사광 강도는, 방위각 180도 쪽이 방위각 90도보다 크게 되어 있는 것이 밝혀진다. 이것은, 방위각 180도에서의 측정에서는 도 7에 도시한 이방적인 반사 특성에 의해, 극각 5도 부근에 반사광 강도의 극대치가 나타나는 것이 원인이라고 생각된다.

상술한 바와 같이, 이방적인 볼록 패턴에 의해 반사광 강도가 방위각에 의존하기 때문에 등방적 반사판과는 달리 반사광 강도의 극각 의존성이 복수의 극대치를 취하고, 그 극대치가 극각 0 내지 10도 부근에 나타남에 의해 극각 0도의 반사광 강도가 향상하는 것이 확인되었다.

도 14는 본 발명의 제 2의 실시예에 따른 반투과형 액정 디스플레이 장치의 부분 단면도이다. 도 14에 도시한 바와 같이, 반투과형 액정 디스플레이 장치(10)는, 장치 내부에, 하부측 기판(11), 하부측 기판(11)에 대향하여 배치된 대향 기판(12), 및 하부측 기판(11)과 대향 기판(12) 사이에 끼워 넣어진 액정층(13)을 갖고 있다.

하부측 기판(11)은 절연성 기판(14), 절연 보호막(15), TFT(16), 제 1의 절연층(17), 볼록 패턴(18), 제 2의 절연층(19), 반사 전극(20) 및 투명 전극(31)을 갖고 있다. 절연성 기판(14)의 위에는 절연 보호막(15)이 적층되고, 절연 보호막(15)의 위에는 TFT(16)가 형성되어 있다. TFT(16)는 절연성 기판(14)상의 게이트 전극(16a), 게이트 전극(16a)을 덮는 절연 보호막(15)상의 드레인 전극(16b), 반도체층(16c) 및 소스 전극(16d)을 갖고 있다.

절연 보호막(15) 및 TFT(16)의 위에는 제 1의 절연층(17) 또는 TFT(16)의 소스 전극(16d)을 사이에 두고 볼록 패턴(18)이 형성되어 있다. 이 볼록 패턴(18), 제 1의 절연층(17) 및 소스 전극(16d)을 덮는 제 2의 절연층(19)이 적층되고, 제 2의 절연층(19)에는 소스 전극(16d)에 달하는 콘택트홀(21)이 개공되어 있다.

또한, 콘택트홀(21)과 함께 제 2의 절연층(19)을 덮는 투명 전극(31) 및 반사 전극(20)이 적층되어 있다. 반사 전극(20)은 TFT(16)의 소스 전극(16d)에 접속되고, 반사판 및 픽셀 전극으로서의 기능을 갖는다. 투명 전극(31)은 ITO 등의 투명한 전기 도체로서, 반사 전극(20)과 전기적으로 접속되어 있기 때문에, 픽셀 전극으로서의 기능을 갖는다. 볼록 패턴(18) 및 제 2의 절연층(19)에 의해 반사 전극(20)은 요철 표면으로 되어 있다, 반사 전극(20)의 요철 표면에서 정점 부분과 저면 부분에 해당하는 비유효 영역은 반사 전극(20)이 제거되고 개구(27)가 투명 전극(30)상에 형성되어 있다. 여기서 말하는 비유효 영역이란, 반사 전극(20)의 요철 표면에서, 외부로부터의 광을 관찰자측으로 효율적으로 반사하는 것이 곤란한 영역이다.

대향 기판(12)은, 액정층(13) 측으로부터 순번대로 적층된 투명 전극(24), 칼라 필터(25) 및 절연성 기판(26)을 갖고 있다. 이 절연성 기판(26)으로부터 대향 기판(12)에 입사한 입사광(Li)은, 대향 기판(12)으로부터 액정층(13)을 경유하여 하부측 기판(11)에 달하고, 반사 전극(20)에서 반사되어 반사광(Lr)으로 되고, 재차 액정층(13)을 경유하여 투명전극(24)으로부터 대향 기판(12)의 밖으로 출사된다.

도 15는 도 14에 도시한 반투과형 액정 디스플레이 장치의 제조 공정에 있어서의 반사 전극 제조 공정을 도시한 설명도이다. 도 15의 (a)에 도시한 바와 같이, 우선, 스위칭 소자로서의 TFT(16)의 기판을 형성한다.

절연성 기판(14)의 위에 게이트 전극(16a)을 형성하여 절연 보호막(15)을 적층하고, 절연 보호막(15의)상에 드레인 전극(16b), 반도체층(16c) 및 소스 전극(16d)을 각각 형성한다. 또한, TFT(16)를 덮는 제 1의 절연층(17)을 적층한다.

또한, 스위칭 소자는 TFT(16)에 제한되는 것이 아니라, 예를 들면, 다이오드 등, 그 밖의 스위칭 소자의 기판을 형성하여도 좋다.

다음에, 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이, 제 1의 절연층(17)의 위에 유기 수지를 도포한 후, 노광·현상 처리를 행하고, 볼록 패턴 형성 마스크에 의해, 반사 전극(20)의 표면에 요철 패턴을 형성하기 위한 복수의 볼록 패턴(18)을 형성한다.

그 후, 도 15의 (c)에 도시된 바와 같이, 유기 수지의 열 소성을 행한다. 열 소성에 의해 유기 수지의 각 부분이 둥글게 된다.

다음에, 볼록 패턴(18)을 덮도록, 유기 수지로 이루어지는 층간막을 도포하여, 매끄러운 요철 형상으로 한 후, 노광·현상 처리를 행하여 콘택트홀(21)을 연다. 그 후, 도 15의 (d)에 도시된 바와 같이, 층간막의 열 소성을 행하여 제 2의 절연층(19)을 형성한다.

다음에, 도 15의 (e)에 도시된 바와 같이, 반사 전극(20)의 형성 위치에 대응시켜, 제 2의 절연층(19)상에 ITO의 투명 전극(31)을 형성한 후, 콘택트 홀(21)과 함께 제 2의 절연층(19)을 덮는 알루미늄(Al) 박막인 반사 전극(20)을 형성한다.

그 후, 도 15의 (f)에 도시된 바와 같이, 반사 전극(20)의 요철 표면의 정점 부분과 저면 부분의 영역에 해당하는 마스크를 이용하고, 포토레지스트에 의해 노광·현상 처리를 행하여 반사 전극(20)의 정점 부분과 저면 부분을 제거하고, 제 1의 실시예와 마찬가지로 개구(27)를 형성한다.

개구(27)에는 픽셀 전극으로서의 기능을 갖는 투명 전극(31)이 노출되어 있기 때문에, 액정층(13)의 개구(27) 주변 영역에 있어서도 전계의 혼란이 발생하지 않고, 반투과형 액정 디스플레이 장치의 디스플레이 특성이 열화되는 일은 없다.

도 16은 본원 발명의 다른 실시예에 따른 반투과형 액정 디스플레이 장치의 부분 단면도이다. 도 16에 도시한 바와 같이, 반투과형 액정 디스플레이 장치(10)는, 장치 내부에, 하부측 기판(11), 하부측 기판(11)에 대향하여 배치된 대향 기판(12), 및 하부측 기판(11)과 대향 기판(12)의 사이에 끼워 넣어진 액정층(13)을 갖고 있다. 이 반투과형 액정 디스플레이 장치(10)는, 예를 들면, 박막 트랜지스터(thin fi1m transistor: TFT)를 스위칭 소자로서 각 픽셀마다 마련한 액티브 매트릭스 방식을 채용하고 있다.

하부측 기판(11)은, 절연성 기판(14), 절연 보호막(15), TFT(16), 제 1의 절연층(17), 볼록 패턴(18), 제 2의 절연층(19), 반사 전극(20) 및 칼라 필터(25)를 갖고 있다. 절연성 기판(14)의 위에는 절연 보호막(15)이 적층되고, 절연 보호막(15)의 위에는 TFT(16)가 형성되어 있다. TFT(16)는 절연성 기판(14)상의 게이트 전극(16a), 게이트 전극(16a)을 덮는 절연 보호막(15)상의 드레인 전극(16b), 반도체층(16c) 및 소스 전극(16d)을 갖고 있다.

절연 보호막(15) 및 TFT(16)의 위에는, 제 1의 절연층(17) 또는 TFT(16)의 소스 전극(16d)을 사이에 두고 칼라 필터(25)가 적층되고, 칼라 필터(25)에 볼록 패턴(18)이 형성되어 있다. 이 볼록 패턴(18), 제 1의 절연층(17), 소스 전극(16d) 및 칼라 필터(25)를 덮는 제 2의 절연층(19)이 적층되고, 제 2의 절연층(19) 및 칼라 필터(25)에는 소스 전극(16d)에 달하는 콘택트 홀(21)이 개공되어 있다.

또한, 콘택트홀(21)과 함께 제 2의 절연층(19)을 덮는 반사 전극(20)이 적층되어 있다. 반사 전극(20)은 TFT(16)의 소스 전극(16d)에 접속되고, 반사판 및 픽셀 전극으로서의 기능을 갖는다. 볼록 패턴(18) 및 제 2의 절연층(19)에 의해 반사 전극(20)은 요철 표면으로 되어 있다, 반사 전극(20)의 요철 표면에서 정점 부분과 저면 부분에 해당하는 비유효 영역은 반사 전극(20)이 제거되어, 개구(27)가 제 2의 절연층(19)상에 형성되어 있다. 여기서 말하는 비유효 영역이란, 반사 전극(20)의 요철 표면에서, 외부로부터의 광을 관찰자측으로 효율적으로 반사하는 것이 곤란한 영역이다. 또한, 하부측 기판(11)의 주변부에 마련된 단자 영역에는, 절연성 기판(14)상의 게이트 단자부(22)와 함께, 게이트 단자부(22)를 덮는 절연 보호막(15)상의 드레인 단자부(23)가 형성되어 있다.

대향 기판(12)은, 액정층(13) 측으로부터 순번대로 적층된, 투명 전극(24), 칼라 필터(25) 및 절연성 기판(26)을 갖고 있다. 이 절연성 기판(26)으로부터 대향 기판(12)에 입사한 입사광(Li)은, 대향 기판(12)으로부터 액정층(13)을 경유하여 하부측 기판(11)에 달하고, 반사 전극(20)에서 반사되어 반사광(Lr)으로 되고, 재차 액정층(13)을 경유하여 투명 전극(24)으로부터 대향 기판(12)의 밖으로 출사된다.

도 17은 도 16에 도시한 반투과형 액정 디스플레이 장치의 제조 공정에 있어서의 반사 전극 제조 공정을 도시한 설명도이다. 도 17의 (a)에 도시한 바와 같이, 우선, 스위칭 소자로서의 TFT(16)의 기판을 형성한다. 절연성 기판(14) 위에, 게이트 전극(16a)을 형성하고 절연 보호막(15)을 적층하고, 절연 보호막(15)의 위에, 드레인 전극(16b), 반도체층(16c) 및 소스 전극(16d)을 각각 형성한다. 또한, TFT(16)을 덮는 제 1의 절연층(17)을 적층한다. 그 후, 제 1의 절연층(17)상에 칼라 필터(25)를 적층한다. 또한, 스위칭 소자는 TFT(16)에 제한되는 것이 아니라, 예를 들면, 다이오드 등, 그 밖의 스위칭 소자의 기판을 형성하여도 좋다.

다음에, 도 17의 (b)에 도시된 바와 같이, 칼라 필터(25) 위에 유기 수지를 도포한 후, 노광·현상 처리를 행하고, 볼록 패턴 형성 마스크에 의해, 반사 전극(20)의 표면에 요철 패턴을 형성하기 위한 복수의 볼록 패턴(18)을 형성한다.

그 후, 도 17의 (c)에 도시된 바와 같이, 유기 수지의 열 소성을 행한다. 열 소성에 의해 유기 수지의 각 부분이 둥글게 된다.

다음에, 볼록 패턴(18)을 덮도록, 유기 수지로 된 층간막을 도포하고, 매끄러운 요철 형상으로 한 후, 노광·현상 처리를 행하고 콘택트 홀(21)을 개공한다. 그 후, 도 17의 (d)에 도시된 바와 같이, 층간막의 열 소성을 행하여 제 2의 절연층(19)을 형성한다.

다음에, 도 17의 (e)에 도시된 바와 같이, 반사 전극(20)의 형성 위치에 대응시켜, 콘택트 홀(21)과 함께 제 2의 절연층(19)을 덮는 알루미늄(Al) 박막인 반사 전극(20)을 형성한다.

그 후, 도 17의 (f)에 도시된 바와 같이, 반사 전극(20)의 요철 표면의 정점 부분과 저면 부분의 영역에 해당하는 마스크를 이용하여, 포토레지스트에 의해 노광·현상 처리를 행하여 반사 전극(20)의 정점 부분과 저면 부분을 제거하고 개구(27)를 형성한다. 또한, 반사 전극(20)의 재료는 Al에 제한되는 것이 아니라, Ag 등의 도전성 재료에 의해 형성하여도 좋다. 또한 개구(27) 형성의 때에 사용된 마스크의 패턴은 볼록 패턴(18)의 패턴에 의해 반사 전극(20)의 요철 표면 형상이 결정되어지기 때문에, 도 17의 (b)에서 이용한 볼록 패턴 형성 마스크에 기초하여 작성된다.

상기 반사 전극 제조 공정에 있어서는, Al막과 TFT 기판 사이의 유기 층간막(요철 층)을 2층으로 만드는 대신 1층으로 만들어도 좋다. 또한, 도 17의 (f)에서 개구(27)를 형성할 때에, 개구(27) 주변의 제 2의 절연층(19)을 에칭하여 부분적으로 제거함으로써, 백라이트(28)로부터의 광을 효율 좋게 투과하는 것이 가능해진다.

반사 모드의 디스플레이에서는, 대향 기판(12)으로부터 입사된 광이 출사광으로 되기까지, 대향 기판(12)에 마련된 칼라 필터(25)를 2회 통과하고, 투과 모드의 디스플레이에서는, 백라이트(28)로부터의 광이 출사광으로 되기까지, 하부측 기판(11)에 마련된 칼라 필터(25)와, 대향 기판(12)에 마련된 칼라 필터(25)를 통과한다. 양 모드에 있어서, 칼라 필터를 2회 통과함으로써, 제 3의 실시예의 액정 디스플레이 장치는, 반사 모드와 투과 모드에 있어서 색 표현을 동일하게 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 투과 모드와 반사 모드에서 독립적으로 디스플레이의 색 밸런스를 결정하는 것도 가능해진다.

제 1의 실시예 및 제 2의 실시예의 액정층(13)으로서, ECB(전계 제어 굴절형)형, 호모지니어스형, 호메오트로픽형, TN(twisted nematic)형, HAN(hybrid aligned nematic)형, OCB(optica11y compensated bend)형 등을 이용하게 된다.

도 18의 (a) 내지 (e)는 각각의 액정 모드에서의 액정 분자의 배향 방향을 도시한 예시도이다. 이러한 액정 모드는 통상, 하부측 전극(13)의 패턴 형성을 행한 후에 배향막을 하부측 기판(13)에 도포하고, 천 등으로 배향막을 한 방향으로 문지르는 러빙을 행하는 것이나 배향막의 종류를 선택하는 것 등에 의해, 액정 분자의 배향 방향이나 프리틸트 각(pretilt angle)의 제어를 행함으로써 얻어진다.

본 발명과 같이 반사 전극(20)에 의한 광의 반사와 개구(27)에 의한 광의 투과를 병용하는 경우, 반사부(반사 전극(20)이 있는 영역)에서는 입사광이 반사판에 의해 반사되어 출사광으로 되기까지, 액정층(13)의 두께(d)의 2배의 거리인 2d, 투과부(개구(27)가 형성된 영역)에서는 입사광이 출사광으로 되기까지 액정층(13)의 두께(d)의 거리만큼 액정층(13)을 전파하는 것으로 된다. 이 반사부와 투과부의 광의 경로차에 의해, 반사 모드와 투과 모드의 리타데이션에 차가 생긴다. 액정 분자의 배향 방향이 다르기 때문에 전술한 액정 모드는 굴절율이 각각 다르다. 이것을 이용하여, 반사 전극(20)과 개구(27)의 액정 분자의 배향 방향을 다르게 함으로써, 반사 모드와 투과 모드의 리타데이션의 차를 상쇄한다.

도 19는 반사 전극(20)과 개구(27)에서 액정 분자의 배향 방향을 구별하는 액정 디스플레이 장치의 제조 방법을 예시적으로 도시한 도면이다. 도 19의 (a)에 도시된 바와 같이, 하부측 기판(11)의 반사 전극(20) 및 개구(27)에, 90도 가까운 프리틸트 각을 발현하는 폴리이미드 배향막(32)을 동시에 도포하여, 가열 건조시키고, 하부측 기판(11)으로부터 자외선을 조사한다. 반사 전극(20)이 존재하기 때문에, 개구(27)상의 폴리이미드 배향막(32)에만 자외선이 조사하는 것으로 되고, 폴리이미드 배향막(32)의 장쇄 알킬기(long-chain alkyl group)가 자외선 조사에 의해 분해되어 액정의 프리틸트 각을 발현하고 있는 부분이 소실되기 때문에, 개구(27)의 프리틸트 각이 작아진다. 또한, 자외선 조사로 프리틸트 각이 변화하는 배향막은, 러빙 후에 자외선을 조사하여도 효과는 같기 때문에, 자외선을 조사하기 전에 러빙을 행하여도 좋다.

도 19의 (b)에 도시된 바와 같이, 자외선 조사를 한 후, 액정을 배향시키고 싶은 방향으로 러빙을 행한다. 반사 전극(20)상의 폴리이미드 배향막(32)에는 자외선이 조사되지 않아서, 프리틸트 각은 90도 가까운 상태이고, 러빙에 의해 프리틸트 각이 크게 변하는 일은 없기 때문에 수직 배향으로 된다. 개구(27)상의 폴리이미드 배향막(32)은 자외선 조사에 의해 프리틸트 각이 작아지고 있기 때문에, 러빙에 의해 수평 배향으로 된다.

도 19의 (c)에 도시된 바와 같이, 대향 기판(12)을 수평 배향되는 배향막으로 처리하고 러빙을 행하여 수평 배향으로 함으로써, 수평 배향의 부분이 호모지니어스 배향 또는 TN 배향, 수직 배향의 부분이 HAN 배향으로 된다.

상기한 도 19와 같은 방법을 사용하여, 반사 전극(20)과 개구(27)에서의 액정 모드를 변화시킴으로써, 액정 모드에 의한 굴절율의 차이를 이용하여 리타데이션(△n·d)의 값을 변화시켜, 거의 같은 셀 두께라 하더라도, 반사 모드, 투과 모드에서 극대의 밝기를 얻는 것이 가능하다.

제 1의 실시예 및 제 2의 실시예의 반투과형 액정 디스플레이 장치에 있어서, 액정층(13)의 모드가 TN형인 경우, 편광판 및 4분의1 파장판을 하부측 기판(11) 및 대향 기판(12)에 배치한다. 도 20에 제 5의 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치의 단면도를 도시한다.

하부측 기판의 절연성 기판(14)과 백라이트 사이에 편광판(33)을 배치하고, 절연성 기판(1)과 제 2의 절연층(19) 사이에 4분의1 파장판(34)을 배치한다. 또한, 대향 기판의 절연성 기판(26)의 액정층(13) 측에 4분의1 파장판(34)을 배치하고, 절연성 기판(26)의 액정층(13)과 반대측에 편광판(33)을 배치한다. 또한, 하부측 기판의 편광판(33)과 대향 기판의 편광판(33)의 편광 방향은 직교하도록 배치되어 있다. 도시도진 않았지만, 도 1 및 도 2와 마찬가지로, 하부측 기판의 4분의1 파장판(34)상에는, TFT(16), 절연 보호막(15), 게이트 단자부(22) 및 드레인 단자부(23)가 형성되고, 대향 기판의 4분의1 파장판(34)과 액정층(13) 사이에는 투명 전극(24) 및 칼라 필터(25)가 형성되어 있다.

반사 모드의 뒤틀림 배향시에는, 대향 기판의 외측으로부터 입사한 광이 편광판(33)을 통과하여 직선 편광으로 되고, 반사 전극(20)에 의해 반사된 직선 편광의 반사광은 뒤틀림 배향의 액정층(13)을 통하여 우원 편광으로 된다, 우원 편광으로 되어 있는 반사광은 4분의1 파장판(34)을 통과하여 직선 편광으로 되어 출사광으로 된다.

반사 모드의 수직 배향시에는, 대향 기판의 외측으로부터 입사한 광이 편광판(33)을 통과하여 직선 편광으로 되고, 직선 편광이 4분의1 파장판(34)을 통과하여 우원 편광으로 된다. 우원 편광의 입사광은 수직 배향의 액정층(13)을 통과하고 반사 전극(20)에 의해 반사되어, 반대 회전의 좌원 편광의 반사광으로 된다. 좌원 편광의 반사광은 수직 배향의 액정층(13)을 통과하고 4분의1 파장판(34)을 통과하여 직선 편광으로 되지만, 편광판(33)의 편광 방향과는 다른 편광이기 때문에 반사광은 편광판(33)을 통과하지 않는다.

투과 모드의 뒤틀림 배향시에는, 백라이트(28)로부터 입사한 광이 편광판(33)을 통과하여 직선 편광으로 되고, 직선 편광이 4분의1 파장판(34)을 통과하여 좌원 편광으로 된다. 좌원 편광의 입사광은 뒤틀림 배향의 액정층(13)을 통과하여 반대 회전의 우원 편광의 투과광으로 되고, 우원 편광의 투과광은 대향 기판의 4분의1 파장판(34)을 통과하여 직서 편광으로 되고 그 후 출사광으로 된다.

투과 모드의 수직 배향시에는, 백라이트(28)로부터 입사한 광이 편광판(33)을 통과하여 직선 편광으로 되고, 직선 편광이 4분의1 파장판(34)을 통과하여 좌원 편광으로 된다. 좌원 편광의 입사광은 수직 배향의 액정층(13)을 통과하고, 대향 기판의 4분의1 파장판(34)을 통과하여 직선 편광으로 되지만, 편광판(33)의 편광 방향과는 다른 편광이기 때문에 투과광은 편광판(33)을 통과하지 않는다.

도 20에 도시한 바와 같이, 4분의1 파장판(34)이 절연성 기판(14) 및 절연성 기판(26)보다 액정층(13) 측에 배치되기 때문에, 한 번 제조된 액정 디스플레이 장치는 자외선 및 습도의 영향을 받지 않게 되고, 내후성(weather durability)에 바람직한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 자외선은 편광판(33)뿐만 아니라, 두터운 유리 또는 플라스틱 기판인 절연성 기판에 흡수되어, 4분의1 파장판(34)에 도달하는 자외선은 거의 없어진다. 이 때문에 액정층(13)의 반대측에 4분의1 파장판(34)이 배치된 경우에 비해, 자외선에 의한 열화를 현저하게 막을 수 있다. 또한, 습도의 영향은 받지 않게 된다.

또한, 편광판과 4분의1 파장판을 접착하는 접착제는, 습도에 의해 벗겨지는 등의 문제가 생기는 경우가 있었지만, 액정층(13) 측에 4분의1 파장판(34)이 배치됨으로써, 편광판(33)과 4분의1 파장판(34) 사이의 접착부가 불필요해지기 때문에, 이 문제는 해결된다. 따라서, 4분의1 파장판(34)의 재료 선택의 폭이 늘어나고, 투과율 등 다른 성능을 향상시키는 것이 용이해진다.

또한, 4분의1 파장판(34) 그 자체가, 액정성을 나타내는 재료가 배향하여 형성되어 있기 때문에, 액정재를 배향시키는 효과가 있다. 따라서 투명 전극(24)이나 반사 전극(20)보다 액정층(13) 측에 4분의1 파장판(34)을 배치함으로써, 액정을 배향시키기 위한 배향막 도포 및 러빙 공정이 불필요하게 된다, 특히, 90도 트위스트 구조라면 하부측 기판 및 대향 기판에서의 배향 처리가 불필요하게 된다. 또한, HAN형에서도 액정을 배향시키기 위한 러빙 공정은 불필요하게 된다.

편광판(33)을 액정층(13) 측에 배치하는 것도 가능하다. 절연성 기판은 0.7mm 정도의 두께이기 때문에, 인접하는 픽셀로부터 절연성 기판을 통하여 출사광이 나와버릴 가능성이 있다. 편광판(33)을 액정층(13) 측에 배치함으로써, 비표시 상태(non-display state)의 픽셀의 광이 절연성 기판에 도달하는 일이 없기 때문에, 인접한 픽셀의 광을 시인할 가능성이 감소하고, 시인성이 향상된다. 도 21의 (a) 내지 (i)에, 편광판(33) 및 4분의1 파장판(34)과 절연성 기판과의 배치 관계의 조합을 도시한다. 여기서는 절연성 기판과의 위치 관계만을 나타내고, 액정 디스플레이 장치의 다른 구성 요소는 도시하지 않는다.

제 1의 실시예 및 제 2의 실시예의 반투과형 액정 디스플레이 장치에 있어서, 액정층(13)의 모드가 TN형인 경우, 편광판 및 4분의1 파장판을 대향 기판(12)에 배치하고, 편광판을 하부측 기판(11)에 배치한다. 대향 기판의 투과부에 대응하는 영역에서는 4분의1 파장판을 제거한다. 도 22에 실시의 형태 5에 관한 액정 디스플레이 장치의 단면도를 도시한다.

하부측 기판의 절연성 기판(14)과 백라이트 사이에 편광판(33)을 배치한다. 또한, 대향 기판의 절연성 기판(26)의 액정층(13) 측에 4분의1 파장판(34)을 배치하고, 절연성 기판(26)의 액정층(13)과 반대측에 편광판(33)을 배치한다. 또한, 하부측 기판의 편광판(33)과 대향 기판의 편광판(33)의 편광 방향은 직교하도록 배치되어 있다. 도시되지 않았지만, 도 1 및 도 2와 마찬가지로, 하부측 기판의 4분의1 파장판(34)상에는, TFT(16), 절연 보호막(15), 게이트 단자부(22) 및 드레인 단자부(23)가 형성되고, 대향 기판의 4분의 1 파장판(34)과 액정층(13) 사이에는 투명 전극(24) 및 칼라 필터(25)가 형성되어 있다.

여기서, 대향 기판에 배치하는 4분의1 파장판(34)은, 반사 전극(20)에 개구(27)를 형성할 때에 이용한 마스크를 이용하고, 감광성 수지 공정 및 에칭 공정에 의해 개구(27)와 대응하는 영역이 제거되어 있다.

백라이트로부터의 광이 하부측 기판의 편광판 및 4분의1 파장판을 통과하고, 액정층을 통과하고 대향 기판의 4분의1 파장판 및 편광판을 통과한 경우의 출사광의 강도(I_λ)는, 광의 파장을 λ로 하고, 액정층의 리타데이션을 △n·d로 하고, 액정 분자가 비틀림각(φ)으로 일정하게 비틀려 있다고 하고, Γ= 2π△n·d/λ, X= {φ²+ (Γ/2)²}^1/2라고 하면, I_λ= 1/2{(Γ/2)(1/X·sinX)} ² 로 표시된다.

한편, 4분의1 파장판을 투과하지 않고, 백라이트로부터의 광이 하부측 기판의 편광판을 통과하고, 액정층을 통과하여 대향 기판의 편광판을 통과한 경우의 출사광의 강도(I_P)는,

I_P= (1/2)(1/X·sinX)²[φ²·cos²φ+sin²φ(Γ/2) ²] + sin²φcos²X - φsin2φcosX(1/X·sinX )라고 표시된다.

도 23은 액정층의 두께에 의거하여, 투과 모드에서의 4분의1 파장판을 투과한 출사광의 강도(I_λ)와, 4분의1 파장판을 투과하지 않은 출사광의 강도(I_P)를 계산한 결과를 도시한 그래프이다. 반사 모드에서 출사광의 강도가 극대로 되는 복굴절율(△nd)은 270nm이다. 액정의 굴절율을 0.09라고 하면, 반사 모드에서의 액정층의 두께는 3㎛ 정도가 된다. 반사 모드를 기준으로 하여 액정 디스플레이 장치의 설계를 행하면, 액정 층 두께가 3㎛ 정도로 되기 때문에, 투과 모드에서는 4분의1 파장판이 존재하는 투과광((I_λ)보다, 편광판만을 통과하는 출사광의 강도(I_P) 쪽이 커지는 것이 밝혀진다.

따라서 도 22에 도시한 바와 같이, 하부측 기판에는 4분의1 파장판을 배치하지 않고, 대향 기판에 배치한 4분의1 파장판의 투과부와 대향하는 영역을 제거함으로써, 반사 모드에 있어서도 투과 모드에 있어서도 액정 디스플레이 장치의 출사광 강도를 높이는 것이 가능해진다.

도 24는 본원 발명의 다른 실시예를 도시한 도면으로서, 하부측 기판의 액정층과 반대측에 콜레스테릭 액정을 배치한 것이다. 콜레스테릭 액정은, 나선의 주기 구조를 갖는 분자 배열을 갖는 액정으로서, 나선 주기= P의 분자 배열을 갖고 있는 경우, 나선축에 평행하게 입사된 광 중 파장 λ= nP(여기서 n은 액정의 평균 굴절율)를 중심으로 한 파장 폭 △λ= P△n(△n= 굴절율의 이방성)의 광만이 선택적으로 반사되고, 그 밖의 파장대의 광은 투과한다. 왼쪽으로 감겨지는 콜레스테릭 액정에서는 파장 조건을 만족하는 광이 우원 편광과 좌원 편광으로 분할되고, 전자만이 반사되고, 후자는 그대로 투과한다. 오른쪽으로 감겨지는 콜레스테릭 액정에서는 그 반대이다.

하부측 기판의 절연성 기판(14)과 백라이트 사이에 콜레스테릭 액정(35)을 배치한다. 또한, 대향 기판의 절연성 기판(26)의 액정층(13) 측에 4분의1 파장판(34)을 배치하고, 절연성 기판(26)의 액정층(13)과 반대측에 편광판(33)을 배치한다. 여기서는 도면에 도시하지 않지만 도 1 및 도 2와 마찬가지로, 하부측 기판상에는, TFT(16), 절연 보호막(15), 게이트 단자부(22) 및 드레인 단자부(23)가 형성되고, 대향 기판의 4분의1 파장판(34)과 액정층(13) 사이에는 투명 전극(24) 및 칼라 필터(25)가 형성되어 있다. 콜레스테릭 액정(35)은 RGB 각 색의 파장에 대응한 나선 주기를 갖는 3층으로 되고, 3층 모두 동일 방향의 원편광을 반사한다.

제 5의 실시예에 있어서, 하부측 기판에 편광판(33) 및 4분의1 파장판(34)을 배치하는 대신에, 콜레스테릭 액정(35)을 배치함으로써, 제 4의 실시예와 같은 효과를 얻는 것이 가능하다.

도 25는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면으로서, 하부측 기판의 액정층과 반대측에 4분의1 파장판 및 콜레스테릭 액정을 배치하고, 대향 기판에 편광판 및 4분의1 파장판을 배치한 것이다. 대향 기판의 4분의1 파장판은, 반사 전극(20)의 개구(27)와 대향하는 영역을 제거하고 있다.

하부측 기판의 절연성 기판(14)과 백라이트(28) 사이에 콜레스테릭 액정(35)을 배치한다. 백라이트(28)와 콜레스테릭 액정(35) 사이에 4분의1 파장판(34)을 배치한다. 또한, 대향 기판의 절연성 기판(26)의 액정층(13) 측에 4분의1 파장판(34)을 배치하고, 절연성 기판(26)의 액정층(13)과 반대측에 편광판(33)을 배치한다. 도시되진 않았지만, 도 1 및 도 2와 마찬가지로, 하부측 기판의 4분의1 파장판(34)상에는, TFT(16), 절연 보호막(15), 게이트 단자부(22) 및 드레인 단자부(23)가 형성되고, 대향 기판의 4분의1 파장판(34)과 액정층(13) 사이에는 투명 전극(24) 및 칼라 필터(25)가 형성되어 있다.

대향 기판에 배치한 4분의1 파장판(34)은, 반사 전극(20)에 개구(27)를 형성할 때에 이용한 마스크를 이용하고, 포토레지스트 공정 및 에칭 공정에 의해 개구(27)와 대응하는 영역이 제거되어 있다.

하부측 기판에 편광판(33)을 배치하는 대신에, 콜레스테릭 액정(35)과 4분의1 파장판(34)을 배치함으로써, 제 5의 실시예와 마찬가지로, 반사 모드에 있어서도 투과 모드에 있어서도 액정 디스플레이 장치의 출사광 강도를 높이는 것이 가능해진다.

본 발명의 다른 실시예를 이하에 도시한다. 도 26은 본 발명의 제 9의 실시예의 하부측 기판의 구조를 일부에 관해 간략하게 도시한 것이다. 절연층(17)에는, TFT(16)의 소스 전극(16d)에 달하는 콘택트 홀(21)이 개공되어 있다. 또한, 콘택트 홀(21)과 절연층(17)을 덮는 투명 전극(31), 절연막(36) 및 반사 전극(20)이 적층되어 있다. 투명 전극(31)은, TFT(16)의 소스 전극(16d)에 접속되고 픽셀 전극으로서의 기능을 갖는다. 투명 전극(31)과 반사 전극(20) 사이에는, SiO₂ 등의 투명한 절연막(36)이 적층되어 있다. 반사 전극(20)은 투명 전극(31)과 절연막(36)을 통하여 전기적으로 접속되고, 반사판 및 픽셀 전극으로서의 기능을 갖는다.

절연층(17)은 요철 표면을 형성하고 있고, 절연층(17)의 위에 적층된 투명 전극(31) 및 반사 전극(20)도 요철 표면을 형성한다. 또한, 반사 전극(20)의 요철 표면의 정점 영역과 바닥 영역에서는, 반사 전극(20) 및 절연막(36)이 제거되고, 투명 전극(31)이 액정층(13)과 접한 상태가 되도록 개구(27)가 형성되어 있다.

또한, 도시하지 않았지만 반사 전극(20) 및 투명 전극(31)을 덮고 액정 분자를 배향시키기 위한 폴리이미드 등의 배향막이 적층되고, 러빙이 시행됨으로써 액정층(13)의 액정 분자의 배향 방향이 결정된다. 투명 전극(31)은 TFT(16)의 소스 전극(16d)과 콘택트홀(21)을 통하여 전기적으로 접속되어 있기 때문에, TFT(16)가 공급하는 전위와 투명 전극(31)의 전위는 같아진다. 그러나, 반사 전극(20)은 절연막(36)을 통하여 투명 전극(31)과 접속되어 있기 때문에, 반사 전극(20)의 전위는 투명 전극(31)의 전위보다 낮게 된다. 이 때, 반사 전극(20)과 투명 전극(31)과 절연막(36)에 의해 커패시터가 형성된 상태로 된다.

제 9의 실시예의 액정 디스플레이 장치를 등가 회로로서 도시하면, 도 27에 도시한 것과 같이 된다. 하부측 기판(11)과 대향 기판(12)으로 액정층(13)을 끼워 넣는 구조로 되어 있는 양태를 커패시터로 간주하고, 개구(27)에 있어서의 투명 전극(31)과 대향 기판(12)의 조합을 CLC1, 반사 전극(20)과 대향 기판(12)의 조합을 CLC2, 반사 전극(20)과 투명 전극(31)이 절연막(36)을 통하여 접하여 있는 것을 C1이라고 하자. 반사 전극(20)의 영역에서는 CLC2와 C1의 ２개의 커패시터가 직렬로 접속되어 있기 때문에, TFT(16)에 의해 인가되는 전압은 용량 분할되고, 액정층(13)에 가하여지는 전압은 투명 전극(31)의 영역에서의 CLCl에만 인가되는 전압보다 낮게 된다.

디스플레이에 사용되는 광의 파장을 λ라고 하면, 반사형 액정 소자에서 가장 높은 강도의 출사광을 얻을 수 있는 것은 액정층(13)의 복굴절율(리타데이션)이 λ/4인 경우이고, 투과형 액정 소자에서는 λ/2인 것이 알려져 있다. 또한, 액정층(13)에 인가되는 전압을 증가하면, 액정층(13)의 복굴절율은 단조롭게 증가하는 것도 알려져 있다. 이 때문에, 도 27에 도시한 등가 회로가 되도록 투명 전극(31)상에 절연막(36)을 적층함으로써, 투명 전극(19)의 표면과 반사 전극(20)과의 표면에 전위차가 생기도록 하고, 투과 모드와 반사 모드에 있어서 액정층(13)의 복굴절율을 최적의 상태로 조정하는 것이 가능해진다. 여기서, 절연막(36)의 재질로서는 SiN, SiO₂, 아크릴이나 아톤 등의 유기 재료 등이 이용 가능하지만, 액정층(13)의 재질 및 두께에 의해 도 27의 CLC1 및 CLC2의 용량이 변화하고, 인가 전압과 복굴절율의 관계도 액정층(13)의 재질에 따라 다르기 때문에, 절연막(36)의 재질 및 두께는 적절히 조정을 행할 필요가 있다.

도 28은 도 26에 도시한 반투과형 액정 디스플레이 장치의 제조 공정에 있어서의 하부측 기판의 제조 공정을 도시한 설명도이다. 우선, 도 28의 (a)에 도시된 바와 같이, 절연성 기판(14)의 위에 게이트 전극(16a)을 형성하고 절연 보호막(15)을 적층하고, 절연 보호막(15)의 위에 드레인 전극(16b), 반도체층(16c) 및 소스 전극(16d)을 각각 형성하고, 스위칭 소자로서의 TFT(16)의 기판을 형성한다. 또한, 스위칭 소자로서는 TFT(16)에 제한되는 것이 아니라, 예를 들면, 다이오드 등, 그 밖의 스위칭 소자의 기판을 형성하여도 좋다.

또한, TFT(16)를 덮는 절연층(17)을 적층하고, 절연층(17)에 요철 표면을 형성하기 위해, 평탄한 절연층(17)을 적층한 후에 마스킹을 시행하고, 포토레지스트에 의해 절연층(17)에 단차를 생기게 한다. 그 후에 열처리를 행하여 절연층(17)의 단차 부분의 각을 둥글게 어닐링하여, 매끄러운 표면의 요철을 갖는 절연층(17)을 형성한다.

그 후, 도 28의 (b)에 도시된 바와 같이, 소스 전극(16d)까지 통하는 콘택트 홀(21)을 절연층(17)에 형성한다. 다음에, 도 28의 (c)에 도시된 바와 같이, 스퍼터링법을 이용하여 절연층(17)을 덮는 ITO 투명 전극(31)을 적층하고, 콘택트홀(21)을 통하여 소스 전극(16d)과 투명 전극(31)을 전기적으로 접촉시킨다. 또한, 도 28의 (d)에 도시된 바와 같이, 투명 전극(31)상에 CVD법을 이용하여 SiO₂의 절연막(36)을 적층한다. 그 후, 도 28의 (e)에 도시된 바와 같이, 절연막(36)상에 진공 증착에 의해 Al막인 반사 전극(20)을 형성한다.

도 28의 (b)공정에서 절연층(17)에 요철을 형성하기 위해 이용한 마스크에 기초하여, 반사 전극(20)의 요철 표면의 정점 영역과 바닥 영역을 특정하고, 정점 영역과 바닥 영역에 대응한 위치에 구멍이 개공되어 있는 마스크를 이용하고, 에칭 및 포토레지스트에 의해 정점 영역과 바닥 영역의 반사 전극(20) 및 절연막(36)을 제거하고, 개구(27)를 형성한다. 도 28의 (f)에 도시된 바와 같이, 개구(27)에 있어서는 투명 전극(31)이 노출된 상태로 된다.

또한, 반사 전극(20)의 재료는, Al에 제한되는 것이 아니라, 다른 도전성 재료에 의해 형성하여도 좋다. 이상으로 기술한 바와 같이 하부측 기판(11)을 제조하고, 칼라 필터 및 투명 전극을 적층한 대향 기판(12)과 틀 부재를 사이에 두고 대향시키고, 양 기판간에 액정층(13)을 주입함으로써, 액정 디스플레이 장치의 제조를 행한다.

본 발명에 따르면, 반사 전극에 개구가 마련되어 있기 때문에, 투과 모드에서는 소자 기판의 액정층과 반대측으로부터 백라이트 등에 의해 광을 조사하는 것에 의해, 액정층에 광을 투과시켜 액정 디스플레이를 행하여, 주위가 어두운 상황에 있어서도 디스플레이가 인식 가능해진다. 또한, 특정한 방위각 방향으로 치우쳐져 반사 전극의 법선 방향이 분포되기 때문에, 반사판 표면의 요철 형상이 이방성을 갖고 형성되고 반사광 강도가 방위각에 의존하게 되어, 특정한 방위각에서는 극각 0도인 반사판의 법선 방향의 반사광 강도를 크게 하는 것이 가능하다. 이로 인해 관찰자에 대해 반사한 광의 양이 증가하고, 이 반사판을 사용한 장치의 시인성을 향상시킬 수 있다.

대향 기판과 소자 기판에 칼라 필터가 형성되기 때문에, 반사 모드에서는 대향 기판측의 칼라 필터를 광이 2번 통과하고, 투과 모드에서는 소자 기판과 대향 기판의 칼라 필터를 광이 한 번씩 통과한다. 이로 인해, 양 모드에서의 색의 변화를 저감하는 것이 가능해진다. 또한, 투과 모드와 반사 모드에서의 색조를 각각 설정하는 것도 가능해진다. 또한, 칼라 필터에 적층되어 반사 전극이 형성되어 있기 때문에, 소자 기판의 액정층과 접촉하는 면의 평탄성이 양호하게 되고, 러빙 공정에서 효과적으로 배향 방향을 제어하는 것이 가능해진다.

반사판 표면의 요철 형상이 이방성을 갖고 형성되어 반사광 강도가 방위각에 의존하고, 반사광 강도의 극각 분포에 2 이상의 극대치가 나타남에 의해, 특정한 방위각에서는 극각 0도인 반사판의 법선 방향에 있어서의 반사광 강도를 크게 하는 것이 가능해진다.

요철 형상을 볼록 패턴과 절연막층으로 형성하고, 볼록 패턴의 선 폭·선 길이·막두께나 절연막층의 막두께를 변경함으로써, 반사판의 이방성과 법선 방향으로의 반사광 강도를 최대로 하도록 요철 형상의 설계를 행하는 것이 가능해진다.

투과 영역의 액정층에 인가되는 구동 전압보다도, 반사 전극의 액정층에 인가되는 구동 전압이 작기 때문에, 반사 영역에서의 액정층의 복굴절율이 투과 영역에서의 액정층의 복굴절율보다 작아지고, 반사 모드와 투과 모드에 각각 최적의 복굴절율로 하는 것이 가능해지고, 양 모드에서의 출사광 강도를 최적화 하는 것이 가능해진다.

개구를 형성한 비유효 영역이 경사각 0도 내지 2도 및/또는 10도 이상의 영역이기 때문에, 비유효 영역은 대향 기판으로부터의 입사광을 효율적으로 관찰자측으로 반사할 수 없다. 따라서, 대향 기판으로부터 입사한 광을 반사 전극에서 반사하여 액정 디스플레이를 행하는 반사 모드에 있어도, 휘도의 현저한 저하를 야기하는 일은 없다.

배선, 박막 트랜지스터 및 축적 커패시터은, 불투명한 재질에 의해 형성되어 있기 때문에, 배선, 박막 트랜지스터 및 축적 커패시터에 중첩되는 반사 전극의 영역에 개구를 형성하더라도, 백라이트로부터의 광을 투과하는 것이 불가능하고, 해당 영역에 개구를 형성하여 버린다면 배선, 박막 트랜지스터 및 축적 커패시터가 반사한 광에 의해, 액정의 디스플레이 색이 변화하여 버린다. 이 때문에, 해당 영역에는 개구를 형성하지 않음으로써, 액정 디스플레이 색의 변화를 방지하는 것이 가능하다.

디스플레이 색마다에 픽셀중의 개구 수나 개구 면적이 다르도록 액정 디스플레이 장치를 형성함으로써, 투과 모드 디스플레이에서의 색 밸런스를 변화시킬 수 있고, 반사 모드와 투과 모드에서 최선의 색 밸런스가 다른 경우에, 반사 모드와 투과 모드의 색 밸런스를 변화시키는 것이 가능해지고, 양 모드에 있어서 최선의 색 밸런스가 되도록 액정 디스플레이를 행할 수 있다.

액정층의 액정 분자 배향의 모드에 관계 없이, 반사 모드 및 투과 모드의 액정 디스플레이의 휘도를 높이는 것이 가능하기 때문에, 용도나 제조 비용에 따라 액정 모드의 선택을 행할 수 있다.

반사 모드와 투과 모드에서 액정 분자 배향을 다른 모드로 함으로써, 반사 모드와 투과 모드의 액정층의 리타데이션을 변화시킬 수 있고, 양 모드에 있어서 출사광 강도를 높이는 것이 가능해진다.

4분의1 파장판을 대향 기판이나 소자 기판의 액정층측에 마련하기 때문에, 자외선이나 습도 등이 외적 요인에 의한 4분의1 파장판의 열화를 막는 것이 가능해지고, 액정 디스플레이 장치의 수명을 길게하는 것이 가능해진다. 또한, 4분의1 파장판 그 자체가, 액정성을 나타내는 재료가 배향하여 형성되어 있기 때문에, 액정을 배향시키기 위한 배향막 도포 및 러빙 공정이 불필요하게 되고, 제조 시간의 단축 및 제조 비용의 절감을 도모하는 것이 가능해진다.

반사 모드로 최적화된 액정층의 두께로서는, 4분의1 파장판을 사용하는 투과 모드보다 4분의1 파장판을 사용하지 않는 투과 모드의 쪽이 높은 출사광 강도를 얻을 수 있기 때문에, 4분의1 파장판의 개구와 대향하는 영역에 제 2의 개구를 형성함으로써, 투과 모드에서는 4분의1 파장판이 없는 디스플레이로 할 수 있고, 투과 모드의 휘도를 높이는 것이 가능해진다.

콜레스테릭 액정은, 편광판과 4분의1 파장판을 합한 특성을 나타내기 때문에, 편광판과 4분의1 파장판 대용으로 콜레스테릭 액정을 사용함으로써, 제조시간의 단축 및 제조 비용의 절감을 도모하는 것이 가능해진다.

소자 기판의 액정층의 반대측에, 콜레스테릭 액정과 4분의 １파장판을 배치함으로써, 반사 모드에 있어서도 투과 모드에 있어서도 액정 디스플레이 장치의 출사광 강도를 높이는 것이 가능해진다.

도 1은 제 1의 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치의 부분 단면도.

도 2는 도 1에 도시한 액정 디스플레이 장치의 제조 공정을 설명하는 단면도.

도 3은 입사광과 반사광의 관계를 도시한 예시도.

도 4는 반사판상의 볼록 패턴의 평면도.

도 5는 볼록 패턴 단면도.

도 6은 경사각의 분포를 도시한 그래프.

도 7은 개구를 형성하기 위한 비유효 영역 패턴의 평면도.

도 8은 개구 주변의 전계 방향을 도시한 도면.

도 9는 액정 디스플레이 장치의 한 픽셀의 구성을 도시한 도면.

도 10은 반사 모드와 투과 모드의 칼 밸런스를 색 좌표에 도시한 도면.

도 11은 반사판과 극각 및 방위각을 도시하는 단면도.

도 12는 이방적 반사판에서의 출사광 강도의 방위각 의존성을 도시한 도면.

도 13은 이방적 반사판에서의 방위각 180도에서의 반사광 강도의 개선을 도시한 도면.

도 14는 제 2의 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치의 부분 단면도.

도 15는 도 14에 도시한 액정 디스플레이 장치의 제조 공정을 도시한 단면도.

도 16은 제 3의 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치의 부분 단면도.

도 17은 도 16에 도시한 액정 디스플레이 장치의 제조 공정을 도시한 단면도

도 18은 액정층의 모드에 의한 액정 분자의 배향 방향을 도시한 도면.

도 19는 투과부와 반사부의 액정 모드 작성 방법.

도 20은 TN형에서의 4분의1 파장판 및 편광판의 배치를 도시한 도면.

도 21은 4분의1 파장판 및 편광판의 가능한 배치를 도시한 도면.

도 22는 투과부의 4분의1 파장판을 제거한 실시예를 도시한 도면.

도 23은 투과 모드에서의 액정층 두께와 출사광 강도의 그래프.

도 24는 하부측 기판에 콜레스테릭 액정을 배치한 실시예를 도시하는 도면.

도 25는 하부측 기판에 콜레스테릭 액정과 4분의1 파장판을 배치한 실시예를 도시하는 도면.

도 26은 제 9의 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치의 부분 단면도.

도 27은 제 9의 실시예의 액정 디스플레이 장치의 등가 회로도.

도 28은 도 26에 도시한 액정 디스플레이 장치의 제조 공정을 도시한 단면도.

도 29는 종래의 반사판에 형성된 요철 패턴의 예를 도시한 평면도.

도 30은 종래의 반투과형 액정 디스플레이 장치의 픽셀을 도시한 도면.

도 31은 종래의 반투과형 액정 디스플레이 장치의 단면도.

♠도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♠

1 : 반사판 2 : 볼록부

3 : 픽셀 전극 4 : 게이트 배선

5 : 소스 배선 6 : 박막 트랜지스터

7 : 반사 영역 8 : 투과 영역

10 : 반사형 액정 디스플레이 장치 11 : 하부측 기판

12 : 대향 기판 13 : 액정층

14 : 절연성 기판 15 : 절연 보호막

16 : TFT 16a : 게이트 전극

16b : 드레인 전극 16c : 반도체층

16d : 소스 전극 17 : 제 1의 절연층

18 : 볼록 패턴 19 : 제 2의 절연층

20 : 반사 전극 21 : 콘택트 홀

22 : 게이트 단자부 23 : 드레인 단자부

24 : 투명 기판 25 : 칼라 필터

26 : 절연성 기판 27 : 개구

28 : 백라이트 29 : 전계 방향

30 : 축적 커패시터 31 : 투명 전극

32 : 배향막 33 : 편광판

34 : 4분의1 파장판 35 : 콜레스테릭 액정

36 : 절연막 37 : 드레인 배선

Li : 입사광 Lr : 반사광

P : 관찰자 S : 광원

Claims

삭제
배선, 박막 트랜지스터 및 축적 커패시터가 상부에 형성된 소자 기판과;

상기 소자 기판에 대향하여 배치되는 대향 기판과;

상기 소자 기판 및 대향 기판 사이에 끼인 액정층과;

상기 대향 기판 상에 형성된 제 1의 칼라 필터와;

상기 박막 트랜지스터 상에 형성된 제 2의 칼라 필터와;

요철 형상을 가지며 상기 제 2의 칼라 필터 상에 형성된 반사 전극; 및

상기 반사 전극의 비유효 영역에 마련된 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 2항에 있어서,

상기 반사 전극의 표면에서의 상기 법선 방향은 상기 소정의 방위각으로 치우쳐져 분포되고, 상기 방위각에서의 반사광 강도의 극각 분포에 2 이상의 극대치를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 2항에 있어서,

상기 반사 전극의 표면에서의 상기 법선 방향은 상기 소정의 방위각으로 치우쳐져 분포되고, 상기 방위각에서의 반사광 강도의 극각 분포에 2 이상의 극대치를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 요철 형상은 복수의 선모양 형상의 볼록 패턴에 의해 형성된 폐도형 형상의 오목부를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 개구는 상기 반사 전극의 비유효 영역에 투과 영역으로서 마련되고, 상기 반사 전극의 유효 영역은 반사 영역이며, 상기 소자 기판의 상기 액정층과 접하는 면과 상기 대향 기판의 상기 액정층과 접하는 면에 인가되는 구동 전압의 전위차는 상기 투과 영역보다 상기 반사 영역에서 작게 되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 비유효 영역은 0도 내지 2도의 경사각 및/또는 10도 이상의 경사각을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 소자 기판의 광을 투과하는 영역과 중첩하는 상기 반사 전극의 영역에만 상기 개구가 마련되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 반사 전극의 상기 배선, 상기 박막 트랜지스터 및 상기 축적 커패시터와 중첩하는 영역에는 상기 개구를 마련하지 않는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

픽셀 내의 상기 개구의 수는 각각의 디스플레이 색에 대해 설정되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

픽셀 중의 상기 개구의 면적은 디스플레이 색마다 설정되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액정층의 액정 분자 배향의 모드는 호모지니어스형, 호메오트로픽형, TN형, HAN(Hybrid Aligned Nematic)형, OCB(Optically Compensated Bend)형 중 하나인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 12항에 있어서,

상기 반사 전극이 존재하는 영역과 상기 개구 영역에서, 영역마다 상기 액정층의 액정 분자 배향 모드가 설정되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 소자 기판에 투명 전극이 형성되고 상기 액정층측에 상기 반사 전극이 상기 투명 전극에 접하여 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 대향 기판의 상기 액정층측에 4분의1 파장판이 마련되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 15항에 있어서,

상기 개구와 대향하는 상기 4분의1 파장판의 영역에 제 2의 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 15항에 있어서,

상기 소자 기판의 상기 액정층의 반대측에 콜레스테릭 액정이 마련되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 15항에 있어서,

상기 소자 기판의 상기 액정층측에 제 2의 4분의1 파장판이 마련되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 16항에 있어서,

상기 소자 기판의 상기 액정층의 반대측에 콜레스테릭 액정이 마련되고, 상기 콜레스테릭 액정과 상기 소자 기판 사이에 제 2의 4분의1 파장판이 마련되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.