CN1480772A - 反射型或透射反射型液晶显示器的反射板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于液晶显示器的反射板，包括：反射表面、设置在反射表面上的多个反射突起，其中，每个反射突起形成球体的一部分。突起具有半径和高度，每个突起的半径与高度之比是固定值。

Description

反射型或透射反射型液晶显示器的反射板及其制造方法

本申请要求享有2002年8月12日在韩国递交的第2002-47449号韩国专利申请的权益，在此引用其全部内容以供参考。

技术领域

本发明涉及设置有反射板的反射型或透射反射型液晶显示器(LCD)及其制造方法，所述的反射板具有带突起的表面。

背景技术

通常，根据光源的类型，液晶显示器可以分成透射型液晶显示器和反射型液晶显示器。透射型液晶显示器用背面光作光源，而反射型液晶显示器不用背面光，而是用外部光作为光源。

用背面光作光源的透射型液晶显示器甚至在黑暗的环境下也能显示亮的图像，但是，它有功耗大的缺点。另一方面，由于反射型液晶显示器从外部的自然光或人造光获得光，所以，与透射型液晶显示器相比，反射型液晶显示器的功耗小。

反射型液晶显示器的这个优点使它成为令人满意的液晶显示器。但是反射型液晶显示器的缺点是，它难以在黑暗的环境中使用。为了克服这个缺点，需要一种既能用作反射型液晶显示器又能用作透射型液晶显示器的透射反射型液晶显示器。

图1A是现有的反射型液晶显示器的剖视图，图1B是表示图1A所示的反射型液晶显示器的反射角特性的曲线图。现有的液晶显示器包括：下基板110、上基板100、和夹在下基板与上基板之间的液晶层120。下基板110包括：下底衬底111、栅极112、栅极绝缘层115、半导体层116、欧姆接触层117、包括源极113和漏极114的薄膜晶体管(TFT)，在包括TFT的下底衬底上形成的有机绝缘层118，在有机绝缘层118上形成的反射板119，和在包括反射板119的有机绝缘层118上形成的下对准膜(未示出)。

上基板100包括：上底衬底101、在上底衬底101的内表面上形成的对应TFT的黑色矩阵102、在黑色矩阵102两侧形成的滤色镜103、在黑色矩阵102和滤色镜103上形成的公用电极104、和在公用电极104上形成的上对准膜(未示出)。如果用不透明的金属形成反射板119，反射板119不仅可以用作反射外部光，还可以用作像素电极。相反，如果反射板119用氧化铟锡(ITO)，即透明电极形成，，反射板119只能作为像素电极而不能反射外部光。

图1B表示反射板119如何反射外部光的一个例子，它也可以形成分开的像素电极。

但是，上述的现有反射型液晶显示器的缺点是视角特性不好。如果外部光按入射角‘I’入射到具有平面镜型反射板的上衬底，按照Fermat原理，外部光通过反射板和液晶层按相对于上衬底法线的反射角‘R’反射。这时，反射光具有与入射角‘I’相同大小的反射角‘R’，但是与入射光的正负号和方向相反。

图1B表示现有的反射型液晶显示器的反射角特性。水平轴表示外部光的反射角，垂直轴表示在每个反射角的反射光强度。一般的反射型液晶显示器中，外部光的入射角例如是-30°，它在30°的反射角150反射。

在上述的现有反射型液晶显示器中，外部光向着反射角150反射和会聚。由于反射光几乎向着对应典型用户视场的0-20°的正反射角范围160反射，所以，反射型液晶显示器不能执行它的显示器功能。

因此，需要一种技术，用于将外部光以典型的用户视场的在0-20°范围的正反射角反射。

为了克服现有的反射型液晶显示器的视角缺点，曾提出过一种在上基板或滤色镜层中形成散射粒子层的液晶显示器技术。该技术虽改善了视角，但是不能获得令人满意的视角。

提出的另一种技术是使用具有突起结构的反射板。该技术提供一种非平面镜型的反射板，而是具有突起表面。这样做使得反射光超过视角范围发散。

迄今为止，已广泛采用具有突起结构的反射板来改善现有的反射型液晶显示器的差的视角。关于形成这种突起结构的方法的大量研究还在进行中。

图2A是按照现有技术中采用具有突起结构的反射板的反射型液晶显示器的剖视图，图2B是表示图2A所示反射型液晶显示器的反射角特性的曲线图。

图2A中所示的采用具有多个突起结构的反射板的反射型液晶显示器的结构与图1所示的结构相似，但是反射板的形状不同。换句话说，反射板200的表面并不是类似于镜子的平面，而是具有有规则的或无规则的突起结构。由于存在突起270，所以按入射角‘I’入射的外部光并不按与入射角‘I’同样大小的固定的反射角‘R’反射。

图2B表示采用具有多个突起270的反射板200的反射型液晶显示器的反射角特性。像图1B一样，图2B中水平轴表示反射光的反射角，垂直轴表示反射光强度。

将图2B与图1B进行比较，可以看出，反射的外部光的反射角范围变宽了。对应反射角230的反射光被称之为‘反射光分量(reflection component)’250，比反射角230的反射光分布宽的反射光被称之为‘朦胧光分量(hazecomponent)’260。‘反射光分量’250具有最大的光强度。当外部光的入射角是-30°时，入射光不是正好在反射角230反射，而是，反射光向着对应显示器正面的典型用户视角的0-20°范围内的正反射角240反射。

图3是表示图2A所示的反射板中的外部光散射和反射的示意图。假设空气中的折射率为n1，而且n1的值为1。并且，假设外部光通过的液晶层310的折射率n2的值约为1.5。

按照Snell定律，外部光的入射角为30°时，折射角用式子

表示。因此，当上式中n1＝1，n2＝1.5时，折射角约为20°。

按照Fermat原理，入射到反射板300的突起表面320上的光按相对于衬底法线的反射角反射。反射光具有与入射角大小相同的反射角，但正负号和方向与入射光相反。由于入射到突起表面320的光在突起表面320上不同的点具有不同的法线，因此反射角不是固定在20°，而是超过反射角范围。

因此，初始入射角是30°的外部光向着对应典型的用户视场的0-20°的反射角范围散射，从而改善了现有镜子型反射板在典型的用户视场中的低亮度特性缺点。

然而，通过在反射板中简单地形成突起，很难实现允许外部光向着对应典型的用户视场的正反射角均匀反射的均匀性。而且，存在的缺点在于，向着对应典型的用户视场的正反射角反射的光强度不足以令观看的用户满意。

发明内容

因此，本发明涉及一种反射型液晶显示器的反射板及其制造方法，基本上克服了由于现有技术中存在的限制和缺点引起的一个或多个问题。

本发明的优点是，提供一种反射型液晶显示器的反射板及其制造方法，在该反射板中形成具有确定形状的多个突起，并控制突起的半径和高度为恒定值，以提高相对于反射角的反射效率和反射光亮度。

本发明的其它特征和优点将在下面的说明中给出，其中一部分特征和优点可以从说明中明显得出或是通过对本发明的实践而得到。通过在文字说明部分、权利要求书以及附图中特别指出的结构，可以实现和获得本发明的这些和其它优点。

为了达到这些和其他优点并根据本发明的目的，作为举例性和广义的描述，本发明提供一种用于液晶显示器的反射板，包括：反射面和设置在反射表面的多个反射突起，所述多个突起中的每个突起形成球体的一部分，突起具有半径和高度，每个突起的半径与高度之比是固定值。

按照本发明的另一方面，提供一种用于液晶显示器的反射板，包括：反射面和设置在反射表面的多个反射突起，所述反射突起具有确定突起形状的外形功能元件，其中，外形功能元件包括：拐点、在拐点上方从表面离开延伸的圆弧部分、和在拐点与反射表面之间在拐点下方向着反射表面延伸的圆弧部分。

按照本发明的另一方面，提供一种液晶显示器的反射板的制造方法，包括步骤：在其上形成包括源极、漏极和栅极的开关器件的绝缘衬底的整个表面上，按预定厚度淀积第一光敏有机绝缘层；用具有透光区的掩模曝光和蚀刻第一有机绝缘层，形成多个突起，每个突起具有部分的球形，其中，每个突起的半径与高度之比为固定值；和在具有多个突起的第一有机绝缘层上淀积反射金属。

很显然，上面的一般性描述和下面的详细说明都是示例性和解释性的，其意在对本发明的权利要求作进一步解释。

附图说明

本申请所包含的附图用于进一步理解本发明，其与说明书相结合并构成说明书的一部分，所述附图表示本发明的实施例并与说明书一起解释本发明的原理。附图中：

图1A是现有的反射型液晶显示器的剖视图；

图1B是表示图1A所示的反射型液晶显示器的反射角特性的曲线图；

图2A是现有的采用具有突起结构的反射板的反射型液晶显示器的剖视图；

图2B是表示图2A所示的反射型液晶显示器的反射角特性的曲线图；

图3是表示图2A所示的反射板中外部光的散射和反射的示意图；

图4是按本发明实施例的反射板上形成的突起的剖视图；

图5A是按本发明实施例的突起的各种半径和高度的反射板突起的外形示意图；

图5B是按本发明实施例的反射板中反射光强度与反射角的关系曲线图；

图6A到6D是表示具有图4所示的多个突起的反射板的制造工艺的剖视图；

图7是按本发明另一实施例的反射板上形成的突起的剖视图；

图8是表示图7所示实施例中H与Ha各个比值的反射光强度与反射角特性关系的曲线图；

图9A到9D是表示具有图7所示的多个突起的反射板的制造工艺的剖视图。

具体实施方式

图4是按本发明实施例的反射板上形成的突起的剖视图。突起可以用外形功能元件表示，该外形功能元件根据反射角确定反射光强度。换句话说，重要的是获得的突起形状要允许反射光在视角范围内均匀分布，以此确定反射光的分布和强度。

突起的外形功能元件形成可以旋转的形状的一部分，以确定突起形状。圆、椭圆、抛物线、双曲线等等可以用作外形功能元件。

现在将参见图4描述按本发明实施例的反射板中形成的突起的形状和外形功能元件。

按照本发明实施例的突起410形成圆形旋转体的一部分，即球体的一部分。假设水平轴是X-轴，垂直轴是Y-轴。旋转前的圆的中心是(0，-(R-H))，半径是R。因此圆具有的方程为x²+{y+(R-H)}²＝R²。

这里，X-轴所对的暗区成为突起410的截面，它是突起410旋转前的形状。因此，截面的旋转体对应突起410的形状，并且截面的旋转功能元件成为突起410的外形功能元件。结果，突起410的形状构成球体的一部分，从而使视角范围内的反射光具有均匀分布的反射特性。

而且，突起410的形状和外形功能元件随突起410的半径‘r’420和高度‘H’430变化，用半径‘r’420和高度‘H’430之比可以控制反射率，使反射率在对应典型的用户视场的规定的例如0-20°反射角范围是均匀的。当突起的半径‘r’420和高度‘H’430之比在20∶1到7∶1范围内，和半径‘r’420在3μm到20μm之间时，可以获得上述的效果。

图5A是按本发明实施例的突起的各种半径和高度的反射板突起的外形示意图；图5B是按本发明实施例的反射板中反射光强度与反射角的关系曲线图。在图5A和图5B中，当突起的半径设定为4μm，并按照突起的半径和高度之比控制高度时，半径不仅仅限于4μm，还可以具有其它的值。

参见图5A，水平轴表示突起的半径，垂直轴表示突起的高度，换句话说，图5A对应按本发明的突起500的各种外形。

按本发明的每个突起500的外形构成圆的一部分。如果用‘r’和r与H的恒定比值来固定突起500的高度‘H’，由勾股定理能计算出圆的半径‘R’，由此确定圆的形状。例如，‘r’是4μm，‘r’∶‘H’是10∶1，那么‘H’是0.4μm。由此，对于可变的r和H通过减去预定的值，包括突起500的圆的半径‘R’可以从等式R＝(r²+H²)/2H得出。本例中，半径‘R’的值是20.2μm，。一旦获得半径‘R’的值，就确定了圆的方程，所以，固定了作为圆的一部分的旋转体的突起500的形状和外形功能元件。

具体地说，图5A表示当‘r’为4μm，‘r’与‘H’之比为20∶1到2∶1时的突起500的外形，图5B表示按图5A中的不同‘r’与‘H’比值的反射光强度与反射角的关系曲线图。

参见图5B，从图中看出，按本发明的目的，反射光强度与反射角的关系曲线具有均匀性。如图5B所示，当突起中‘r’∶‘H’是10∶1时，反射光强度非常均匀。因此，按本发明的反射板的突起在‘r’∶‘H’是10∶1时具有最好的结构。

图5A和图5B的实施例表示，固定突起的半径‘r’，高度‘H’按‘r’与‘H’之比变化，也可以固定高度‘H’，用‘r’与‘H’之比确定半径‘r’。

图6A到6D是表示具有图4所示的多个突起的反射板的制造工艺的剖视图。以下参见图6A到6D描述具有图4所示的多个突起的反射板的制造工艺。在下底衬底600上淀积金属层，然后构图形成栅极601、栅极线(未示出)以及存储电极图形(未示出)。在包括栅极601、栅极线以及存储电极图形的生成衬底600的整个表面上形成栅极绝缘层604。栅极绝缘层可以是氮化硅(Si_xN_y)或氧化硅(SiO₂)，并可以采用等离子体化学气相淀积法(CVD)形成。然后，形成半导体层611和欧姆接触层605，然后形成与欧姆接触层605欧姆接触的金属源极602和漏极603和数据线，通过上述的工艺形成薄膜晶体管。

下面，参见图6B，在其上形成了薄膜晶体管的生成衬底上用涂覆工艺或者类似工艺按预定厚度形成光敏有机绝缘层607。在有机绝缘层中形成突起。如图4和5所示，突起的半径和高度，和半径与高度之比固定在恒定值。换句话说，突起的半径‘r’与高度‘H’之比的范围是20∶1到7∶1，突起的半径‘r’的范围是3μm到20μm。由于用初始涂覆工艺形成的有机绝缘层的厚度成为突起的高度，所以这些值应该用上述的条件控制。

因此，如果形成具有固定厚度的有机绝缘层607，那么就能确定突起610的高度，如图6C所示。而且，如果突起610的半径‘r’与高度‘H’之比固定，则确定了突起610的半径，因此采用包括曝光步骤和蚀刻步骤的光刻工艺可以形成具有所述形状的突起610。在有机绝缘层中形成的突起610可以按有规则和无规则的结构设置。有机绝缘层所用的材料选自BCB、压克力、气凝胶、和微孔泡沫材料中的一种。

接着，如图6D所示，用溅射法在具有突起结构的有机绝缘层607上淀积金属层，形成反射板609。金属层可以是铝层，它在有金属层淀积的边界有显著的反射率，形成具有多个突起610的反射板609。

反射板609不仅执行像素电极的功能，而且执行反射外部光的功能。但是，如现有技术所述，除了反射板609之外，还可以形成分开的像素电极。而且，当反射板起像素电极功能时，它与漏极603电连接。

图7是按本发明另一实施例的反射板上形成的突起的剖视图。图7表示出，利用形成突起的有机绝缘层的熔融固化特性产生出突起的外形功能元件的拐点。根据与突起700的外形接触的圆产生的拐点720，突起700的外形可以分成上部和下部。突起的这种外形与图4和5所示的实施例的突起的外形不同。换句话说，上部分由对应拐点720上侧的圆的一部分构成，而下部分则由对应拐点720下侧的圆的一部分构成。最后，图7中的暗区成为突起700的外形，暗区的旋转体构成突起700的形状，旋转体的功能元件成为突起700的外形功能元件。换句话说，突起700的上部是对应拐点720上侧的球体内部的一部分，而突起700的下部包括对应拐点720下侧的球体外部的一部分。也可以认为突起700的外形具有在拐点720上方从表面离开延伸的圆弧部分，和向着拐点720与反射表面之间的表面延伸的两个圆弧部分。

拐点720与Y-轴之间的距离是‘a’，它是在拐点720处相对Y-轴的突起700的半径。沿X-轴拐点720与确定拐点720下方的突起部分的圆的中心之间的距离是“b”。沿Y-轴拐点720与突起的顶部之间的距离是‘Ha’，沿Y-轴拐点720与突起的底部之间的距离是‘Hb’。因此突起的半径‘r’是‘a+b’，突起的高度‘H’是‘Ha+Hb’。

‘r’与‘H’的比值范围是20∶1到7∶1。因此，当突起700的半径‘r’的范围是3μm到20μm时能获得所述的效果。

突起的其他条件是拐点720上方的突起的体积与突起700的总体积之比的范围是50％-100％。这就是说，高度‘H’与‘Ha’之比的范围是2∶1到1∶1。

注意，当‘H∶Ha’＝1∶1时，只能用一个圆构成突起的外形，这个突起的形状和外形功能元件对应图4和5所示的突起。

图8是表示图7所示实施例中‘H∶Ha’各种比值的反射光强度与反射角的关系曲线。图8中，水平轴表示外部光的反射角，垂直轴表示反射光强度。

当‘H∶Ha’的比值从2∶1增大到1∶1时，用于典型的用户视场的反射角的反射光强度变得更均匀。

本发明中突起的半径‘r’与高度‘H’之比的范围是20∶1到7∶1。图7所示的图中对应的比值为10∶1。

图9A到9D是表示具有图7所示的多个突起的反射板的制造工艺的剖视图。参见图9A到9D说明具有图7所示的多个突起的反射板的制造工艺。

参见图9A，在下底衬底900上淀积金属层，然后构图形成栅极901、栅极线(未示出)以及存储电极图形(未示出)。在包括栅极901、栅极线以及存储电极图形的生成衬底900的整个表面上形成栅极绝缘层904。栅极绝缘层可以是氮化硅(Si_xN_y)或氧化硅(SiO₂)，并可以用等离子体化学气相淀积法(CVD)形成。然后，依次形成半导体层911和欧姆接触层905，然后形成与欧姆接触层905欧姆接触的金属源极902和漏极903和数据线，通过上述的工艺形成薄膜晶体管。

以下参见图9B，在已形成薄膜晶体管的生成衬底上用涂覆工艺或者类似工艺按预定厚度形成光敏有机绝缘层(以下叫做‘第一有机绝缘层’)906。然后，第一有机绝缘层906用包括曝光步骤和蚀刻步骤的光刻工艺构图，在第一有机绝缘层906的上表面形成多个突起912。

所述的突起形成步骤与图6B和6C所示实施例的突起形成步骤不同。换句话说，图6B和6C所示实施例按照如图4和5所述的确定的突起半径、高度以及二者之比形成突起，而图9B所示的实施例形成突起912时不考虑半径、高度和二者之比。

以下，参见图9C，在具有突起912的第一有机绝缘层906上形成光敏有机绝缘层(以下叫做‘第二有机绝缘层’)907。利用第二有机绝缘层907的熔融固化特性确定突起912的最终形状。

如图7中所述，考虑到突起外形功能元件的拐点910是利用有机绝缘层907的熔融固化特性而产生的，因此，根据与突起912的外形接触的圆产生的拐点910，突起912的截面可以分成上部和下部。突起的上部形成对应拐点910上侧的圆的一部分，而下部形成对应拐点910的下侧的圆的一部分。

拐点910与Y-轴之间的距离是‘a’，它是在拐点910处相对Y-轴的突起912的半径。沿X-轴拐点910与确定拐点910下方的突起部分的圆的中心之间的距离为“b”。沿Y-轴拐点910与突起的顶部之间的距离是‘Ha’，沿Y-轴拐点910与突起的底部之间的距离是‘Hb’。因此突起的半径‘r’是‘a+b’，突起的高度‘H’是‘Ha+Hb’。

‘r’与‘H’之比的范围是20∶1到7∶1，和半径‘r’的范围是3μm到20μm。

突起的其他条件是拐点910上方的体积与突起912的总体积之比的范围是50％-100％。这就是说，高度‘H’与‘Ha’之比的范围是2∶1到1∶1。

在有机绝缘层907中形成的突起912可以按有规则和无规则的结构设置，有机绝缘层906和907所用的材料选自BCB、压克力、气凝胶、和微孔泡沫材料中的一种。而且，第一有机绝缘层906和第二有机绝缘层907可以用相同的材料形成。

以下，参见图9D，用溅射法在具有突起结构的第二有机绝缘层907上淀积金属层，形成反射板909。

金属层可以的是铝层，它在有金属层淀积的边界具有显著的反射率，形成具有多个突起的反射板909。

反射板909不仅执行像素电极的功能，还执行反射外部光的功能。但是，如参见图6D所述的，除了反射板909之外，也可以形成分开的像素电极。当反射板909执行像素电极功能时，它与漏极903电连接。

如上所述，按本发明的反射型液晶显示器的反射板及其制造方法中，反射率的均匀性允许外部光在对应典型的用户视场的正反射角按固定的效率反射。而且，在正反射角的反射光强度增大，因而改善了在这些反射角的用户视场。

对于熟悉本领域的技术人员来说，很显然，在不脱离本发明构思或范围的基础上，可以对本发明做出各种改进和变型。因此，本发明意在覆盖那些落入所附权利要求及其等同物范围内的改进和变型。

Claims (20)

1、一种用于液晶显示器的反射板，包括：

反射表面；和

设置在反射表面上的多个反射突起，其中多个突起中的每个突起形成球体的一部分，其中，突起具有半径和高度，每个突起的半径和高度之比是一固定值。

2、按权利要求1所述的反射板，其特征在于，突起的半径范围是3μm到20μm。

3、按权利要求1所述的反射板，其特征在于，突起的半径和高度之比的范围是20∶1到7∶1。

4、按权利要求3所述的反射板，其特征在于，突起的半径和高度之比约为10∶1。

5、一种用于液晶显示器的反射板，包括：

反射表面；和

设置在反射表面上的多个反射突起，其中反射突起具有确定突起形状的外形功能元件；

其中外形功能元件包括：

拐点；

    在拐点上方从反射表面离开延伸的圆弧部分；和

    在拐点与反射表面之间拐点下方向着反射表面延伸的圆弧部分。

6、按权利要求5所述的反射板，其特征在于，突起的半径范围是3μm到20μm。

7、按权利要求5所述的反射板，其特征在于，突起具有高度和半径，突起的半径和高度之比的范围是20∶1到7∶1。

8、按权利要求7所述的反射板，其特征在于，突起的半径和高度之比是10∶1。

9、按权利要求5所述的反射板，其特征在于，突起具有拐点上方的突起的高度，即第一高度Ha，和拐点下方的突起的高度，即第二高度Hb，其中(Ha+Hb)与Ha之比的范围是2∶1到1∶1。

10、一种用于液晶显示器的反射板的制造方法，包括如下步骤：

在其上形成有包括源极、漏极和栅极的开关器件的绝缘衬底的整个表面上按预定厚度形成第一光敏有机绝缘层；

第一光敏有机绝缘层用具有透光区的掩模进行曝光和蚀刻，形成多个突起，每个突起具有部分球形形状，其中，每个突起的半径与高度之比是固定值；和

在具有多个突起的第一有机绝缘层上淀积反射金属。

11、按权利要求10所述的方法，其特征在于，开关器件是薄膜晶体管。

12、按权利要求10所述的方法，其特征在于，突起的半径范围是3μm到20μm。

13、按权利要求10所述的方法，其特征在于，突起的半径和高度之比的范围是20∶1到7∶1。

14、按权利要求10所述的方法，其特征在于，突起的半径和高度之比是10∶1。

15、按权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括如下步骤：在第一有机绝缘层上涂覆第二有机绝缘层，形成有拐点的突起。

16、按权利要求15所述的方法，其特征在于，有拐点的每个突起具有在拐点上方从反射表面离开延伸的圆弧部分，和在拐点与反射表面之间在拐点下方向着反射表面延伸的圆弧部分。

17、按权利要求16所述的方法，其特征在于，突起的半径范围是3μm到20μm。

18、按权利要求16所述的方法，其特征在于，突起的半径和高度之比的范围是20∶1到7∶1。

19、按权利要求18所述的方法，其特征在于，突起的半径和高度之比为约10∶1。

20、按权利要求16所述的方法，其特征在于，突起具有拐点上方的突起的高度，即第一高度Ha，和拐点下边的突起的高度，即第二高度Hb，其中，(Ha+Hb)与Ha之比的范围是2∶1到1∶1。

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