DE10336866B4

DE10336866B4 - Reflektive Platte für eine LCD

Info

Publication number: DE10336866B4
Application number: DE10336866A
Authority: DE
Inventors: Su Seok Choi; Hyun Suk Jin
Original assignee: LG Philips LCD Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2002-08-12
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2023-08-12
Also published as: US20040027517A1; US7019802B2; JP3971350B2; DE10336866A1; JP2004078186A; KR100484953B1; KR20040014784A; CN1480772A; US6985205B2; US20050094065A1; CN1304890C

Abstract

Reflektive Platte für eine LCD, mit:
– einer Mehrzahl von Erhebungen (610, 910), die auf einem Substrat (600, 900) angeordnet sind, und jeweils eine Form aufweisen, die einem Teil der Form einer Halbkugel entspricht,
– wobei jede halbkugelförmige Erhebung (610, 910) einen Radius r und eine Höhe H aufweist,
– wobei die halbkugelförmigen Erhebungen (610, 910) ein Verhältnis des Radius r zur Höhe H mit einen festen Wert von 10:1 besitzen, und
– wobei durch das Verhältnis des Radius r zur Höhe H die Form der halbkugelförmigen Erhebungen (610, 910) definiert ist,
– und einer reflektiven Schicht, die auf dem Substrat (600, 900) ausgebildet ist und die halbkugelförmigen Erhebungen (610, 910) vollständig bedeckt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine reflektive oder transflektive Flüssigkristallanzeige (LCD = „liquid crystal display"), die eine reflektive Platte mit einer mit Hügeln versehenen Oberfläche aufweist.
Im allgemeinen werden bei Flüssigkristallanzeigen je nach dem Typ der Lichtquelle transmissive LCD's und reflektive LCD's unterschieden. Die transmissiven LCD's verwenden eine Hintergrundbeleuchtung als Lichtquelle, während die reflektiven LCD's keine Hintergrundbeleuchtung verwenden, sondern externes Licht als Lichtquelle verwenden.
Die transmissive LCD, welche die Hintergrundbeleuchtung als Lichtquelle verwendet, zeigt selbst in einer dunklen Umgebung ein helles Bild an, besitzt jedoch den Nachteil eines hohen Stromverbrauchs. Da anderseits die reflektive LCD Licht von externem natürlichen Licht oder ein künstliches Licht empfängt, weist die reflektive LCD im Vergleich zur transmissiven LCD den Vorteil eines geringen Stromverbrauchs auf.
Dieser Vorteil der reflektiven LCD führt dazu, dass die reflektive LCD wünschenswert ist. Die reflektive LCD besitzt jedoch den Nachteil, dass sie in einer dunklen Umgebung schwierig zu verwenden ist. Um diesen Nachteil zu überwinden, besteht ein Bedarf nach einer transflektiven LCD, die sowohl als reflektive LCD als auch als transmissive LCD verwendet werden kann.
1A zeigt eine Querschnittsansicht einer reflektiven LCD gemäß dem Stand der Technik, und 1B zeigt einen Graph, welcher eine Reflexionswinkelcharakteristik der in 1 gezeigten reflektiven LCD zeigt. Eine LCD gemäß dem Stand der Technik weist ein unteres Substrat 110, ein oberes Substrat 100 und eine zwischen diesen eingefügte Flüssigkristallschicht 120 auf. Das untere Substrat 110 weist ein unteres Basissubstrat 111, eine Gateelektrode 112, eine Gateisolationsschicht 115, eine Halbleiterschicht 116, eine ohmsche Kontaktschicht 117, einen Dünnschichttransistor (TFT = „thin film transistor"), welcher eine Sourceelektrode 113 und eine Drainelektrode 114 aufweist, eine auf dem unteren Basissubstrat einschließlich des TFT ausgebildete organische Isolationsschicht 118, eine auf der organischen Isolationsschicht 118 ausgebildete reflektive Platte 119 und eine auf der organischen Isolationsschicht 118 einschließlich der reflektiven Platte 119 ausgebildete (nicht gezeigte) untere Ausrichtungsschicht auf.
Das obere Substrat 100 weist ein oberes Basissubstrat 101, eine auf einer Innenfläche des unteren Basissubstrats 101 entsprechend dem TFT ausgebildete schwarze Matrix 102, einen auf beiden Seiten der schwarzen Matrix 102 ausgebildeten Farbfilter 103, eine auf der schwarzen Matrix 102 und dem Farbfilter 103 ausgebildete gemeinsame Elektrode 104 und eine auf der gemeinsamen Elektrode 104 ausgebildete (nicht gezeigte) obere Orientierungsschicht auf. Wenn die reflektive Platte 119 aus einem lichtundurchlässigen Metall gebildet ist, dient sie zum Reflektieren von externem Licht sowie als Pixelelektrode. Wenn im Gegensatz dazu die reflektive Platte 119 aus ITO gebildet, d.h. eine transparente Elektrode ist, dient sie nur als Pixelelektrode, ohne dass sie eine Funktion zum Reflektieren von externem Licht besitzt.
Wenn auch 1B ein Beispiel zeigt, wie die reflektive Platte 119 externes Licht reflektiert, ist es auch möglich, eine separate Pixelelektrode auszubilden.
Allerdings besitzt die oben beschriebene herkömmliche reflektive LCD den Nachteil, dass ihre Betrachtungswinkelcharakteristik nicht gut ist. Wenn externes Licht auf das obere Substrat, welches eine flachspiegelartige reflektive Platte aufweist, unter einem Einfallswinkel „I" auftrifft, wird das externe Licht unter einem Reflexionswinkel „R" bezüglich einer zu dem oberen Substrat senkrechten Linie über die reflektive Platte und die Flüssigkristallschicht gemäß dem Fermat'schen Prinzip reflektiert. Zu diesem Zeitpunkt wird das reflektierte Licht unter einem Reflexionswinkel „R" gleicher Größe jedoch entgegengesetzten Vorzeichens zu dem Einfallswinkel „I" und in zu der Richtung des einfallenden Lichtes entgegengesetzter Richtung reflektiert.
In 1B ist die Reflexionswinkelcharakteristik der herkömmlichen reflektiven LCD gezeigt. Auf der horizontalen Achse ist ein Reflexionswinkel des externen Lichtes aufgetragen, und auf der vertikalen Achse ist die Intensität des reflektierten Lichtes für jeden Reflexionswinkel aufgetragen. In einer allgemeinen reflektiven LCD beträgt ein Einfallswinkel des externen Lichtes beispielsweise –30°, und das Licht wird unter einem Reflexionswinkel 150 von 30°C reflektiert.
Bei der oben beschriebenen herkömmlichen reflektiven LCD wird externes Licht reflektiert und auf einen Reflexionswinkel 150 konzentriert. Da das reflektierte Licht kaum unter einem Frontreflexionswinkelbereich 160 von 0–20° reflektiert wird, welcher einem typischen Betrachtungsstandort eines Benutzers entspricht, verfehlt die reflektive LCD ihre Funktion als Anzeige.
Dementsprechend bleibt ein Bedarf nach einer Technik zum Reflektieren von externem Licht, wobei der Frontreflexionswinkel im Bereich von 0–20°C liegt, welcher einem typischen Betrachtungsstandort eines Benutzers entspricht.
Um die Probleme bezüglich des Betrachtungswinkels in herkömmlichen reflektiven LCDs zu überwinden, wurde eine Technik zum Ausbilden einer Streuteilchenschicht in dem oberen Substrat oder in der Farbfilterschicht vorgeschlagen. Diese Technik verbessert den Betrachtungswinkel, ergibt jedoch keinen zufriedenstellenden Betrachtungswinkel.
Eine andere vorgeschlagene Technik verwendet eine reflektive Platte, welche eine Hügelstruktur aufweist. Bei dieser Technik wird eine reflektive Platte bereitgestellt, die nicht vom Flachspiegeltyp ist, sondern eine mit Erhebungen versehene Oberfläche aufweist. Auf diese Weise wird das reflektierte Licht über einen Bereich von Betrachtungswinkeln verteilt.
Bislang wurde die Technik unter Verwendung der reflektiven Platte mit der Hügelstruktur weithin verwendet, um den schlechten Betrachtungswinkel der herkömmlichen reflektiven LCD zu verbessern. Zahlreiche Forschungen bezüglich der Verfahren zum Ausbilden einer solchen Hügelstruktur sind im Gange.
2A zeigt eine Querschnittsansicht einer reflektiven LCD, in welcher eine reflektive Platte mit einer Hügelstruktur gemäß dem Stand der Technik verwendet wird, und 2B zeigt einen Graph, in dem eine Reflexionswinkelcharakteristik der in 2A gezeigten reflektiven LCD gezeigt ist.
Die in 2A dargestellte reflektive LCD, welche eine reflektive Platte 200 mit einer Mehrzahl von Hügeln 270 verwendet, weist einen ähnlichen Aufbau zu der in 1 dargestellten reflektiven LCD auf, weist jedoch einen Unterschied bezüglich der Gestaltung der reflektiven Platten auf. Mit anderen Worten ist die Oberfläche der reflektiven Platte 200 nicht flach wie ein Spiegel, sondern weist eine regelmäßige Anordnung oder eine zufällige Anordnung von Hügeln auf. Aufgrund der Existenz der Hügel 270 wird externes Licht, welches unter einem Einfallswinkel „I" auftrifft, nicht unter einem festen Reflexionswinkel „R" reflektiert, der mit dem Einfallswinkel „I" übereinstimmt.
Der Graph in 2B zeigt die Reflexionswinkelcharakteristik der reflektiven LCD, welche die reflektive Platte 200 mit den Hügeln 270 verwendet. Ebenso wie in 1B ist auf der horizontalen Achse in 2B ein Reflexionswinkel des reflektierten Lichtes aufgetragen, und auf der vertikalen Achse in 2B ist die Intensität des reflektierten Lichtes aufgetragen.
Ein Vergleich des Graphen aus 2B mit dem Graphen in 1B zeigt, dass der Reflexionswinkelbereich des reflektierten externen Lichtes vergrößert ist. Das reflektierte Licht, welches einem Reflexionswinkel 230 entspricht, wird als „Reflexionskomponente" 250 bezeichnet, und das reflektierte Licht, welches außerhalb des Reflexionswinkels 230 breit verteilt ist, wird als „Dunstkomponente" (= "haze component") 260 bezeichnet. Die Reflexionskomponente 250 besitzt die größte Intensität. Wenn der Einfallswinkel des externen Lichtes –30° beträgt, wird das einfallende Licht nicht einfach nur unter dem Reflexionswinkel 230 reflektiert, sondern das reflektierte Licht wird auch unter Frontreflexionswinkeln 240 reflektiert, welche 0° bis 20° entsprechend dem typischen Benutzerstandort vor der Anzeige reichen.
3 zeigt eine schematische Ansicht, in der die Streuung und die Reflexion des externen Lichtes in der in 2A gezeigten reflektiven Platte dargestellt ist.
Es wird angenommen, dass der Brechungsindex in Luft n1 ist und das der Wert von n1 Eins beträgt. Ferner wird angenommen, dass der Brechungsindex der Flüssigkristallschicht 310, durch welche das externe Licht hindurchtritt, den Wert n2 von ungefähr 1,5 aufweist.
Gemäß dem Gesetz von Snellius ist dann, wenn der Einfallswinkel des externen Lichtes 30° beträgt, der Brechungswinkel durch die Gleichung sin–1(n1n2 ·sin30°) gegeben.
Folglich beträgt dann, wenn in der obigen Gleichung n1 = 1 und n2 = 1,5 ist, der Brechungswinkel etwa 20°.
Das Licht, welches auf die mit Hügeln versehene Oberfläche 320 der reflektiven Platte 300 auftritt, wird bezüglich der Normalen zum Substrat unter einem Reflexionswinkel gemäß dem Fermat'schen Prinzip reflektiert. Der Reflexionswinkel des reflektierten Lichtes besitzt die gleiche Größe wie der Einfallswinkel, jedoch bei zu dem einfallenden Licht entgegengesetzten Vorzeichen und entgegengesetzter Richtung.
Daher besitzt, weil das Licht auf die mit Hügeln versehene Oberfläche 320 auftrifft, welche an unterschiedlichen Stellen der mit Hügeln versehenden Oberfläche 320 voneinander verschiedene Normalen aufweist, der Reflexionswinkel nicht einen festen Wert von 20°, sondern ist über einen Bereich von Reflexionswinkeln verteilt.
Dementsprechend ist externes Licht, welches einen ursprünglichen Einfallswinkel von 30° aufweist, selbst bis zu Reflexionswinkeln im Bereich von 0°–20° gestreut, welche dem typischen Benutzerbetrachtungsstandort entsprechen, und wird so reflektiert, dass die geringe Lumineszenzcharakteristik, welche einen Nachteil der herkömmlichen spiegelartigen reflektiven Platte an dem typischen Betrachtungsstandort eines Benutzers darstellt, verbessert wird.
Allerdings ist es mittels einfacher Bildung von Hügeln in der reflektiven Platte schwierig, eine Gleichmäßigkeit zu erreichen, die es ermöglicht, dass externes Licht gleichmäßig zu den Frontreflexionswinkeln reflektiert wird, die dem typischen Betrachtungsstandort eines Benutzers entsprechen. Ferner besteht ein Nachteil darin, dass die Intensität des Lichtes, welches unter dem Frontreflexionswinkel entsprechend dem typischen Benutzerbetrachtungsstandort reflektiert wird, für eine zufriedenstellende Betrachtung durch den Benutzer nicht hinreichend groß ist.
In den Druckschriften US 5,204,765 A und DE 692 09 534 T2 ist offenbart, Erhebungen auf einer reflektiven Platte bereitzustellen, die in ihrem oberen Bereich abgerundet sind. In der Druckschrift US 5,526,149 A ist offenbart, Erhebungen unter Verwendung einer thermischen Behandlung herzustellen. In der Druckschrift US 2002/0018161 A1 ist offenbart, zur Herstellung von Erhebungen Litographieprozesse heranzuziehen.
Dementsprechend ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine reflektive Platte einer reflektiven LCD bereitzustellen, bei der eine möglichst hohe Gleichförmigkeit des reflektierten Lichts über einen möglichst großen Reflexionswinkelbereich hinweg gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine reflektive Platte gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen des Erfindungsgedankens finden sich in den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird eine reflektive Platte für eine LCD bereitgestellt, die eine Mehrzahl von Erhebungen aufweist, die auf einem Substrat angeordnet sind und jeweils eine Form aufweisen, die einem Teil der Form einer Halbkugel entspricht. Jede halbkugelförmige Erhebung weist einen Radius r und einen Höhe H auf. Die halbkugelförmigen Erhebungen besitzen ein festes Verhältnis des Radius r zur Höhe H von 10:1, wobei durch das Verhältnis des Radius r zur Höhe H die Form der halbkugelförmigen Erhebungen definiert ist. Weiterhin ist eine reflektive Schicht vorgesehen, die auf dem Substrat ausgebildet ist und die halbkugelförmigen Erhebungen vollständig bedeckt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine reflektive Platte einer reflektiven LCD bereitgestellt, wobei eine Mehrzahl von Hügeln, deren Form vorbestimmt und deren Radius und Höhe bei konstanten Werten gesteuert wird, in der reflektiven Platte gebildet werden, so daß die Reflexionsausbeute und die Reflexionslumineszenz bezüglich des Reflexionswinkels vergrößert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert und aus der Beschreibung oder der Ausführung der Erfindung deutlich. Die Merkmale und weiteren Vorteile der Erfindung werden mittels des Aufbaus realisiert und erreicht, wie er insbesondere in der Beschreibung und den Patentansprüchen sowie in den beigefügten Abbildungen erläutert ist.
Um diese und weitere Vorteile zu erzielen, wird eine reflektive Platte für eine LCD angegeben, mit einer reflektiven Oberfläche und einer Mehrzahl von auf der reflektiven Oberfläche angeordneten reflektiven Hügeln, wobei jeder der Mehrzahl von Hügeln einen Teil einer Kugel bildet, wobei die Hügel einen Radius und eine Höhe aufweisen, und wobei ein Verhältnis des Radius zur Höhe für jeden der Hügel einen festen Wert besitzt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine reflektive Platte für eine LCD angegeben, mit einer reflektiven Oberfläche und einer Mehrzahl reflektiver Hügel, die auf der reflektiven Oberfläche angeordnet sind, wobei die reflektiven Hügel eine Profilfunktion aufweisen, welche die Form der Hügel definiert, wobei die Profilfunktion Wendepunkte, einen Kreisbogenabschnitt oberhalb der Wendepunkte, der sich von der reflektiven Oberfläche weg erstreckt, und Kreisbogenabschnitte, die sich unterhalb der Wendepunkte zwischen den Wendepunkten und der reflektiven Oberfläche zur reflektiven Oberfläche hin erstrecken, aufweist.
Beispielhaft wird ein nicht zur Erfindung gehänges Verfahren zum Herstellen einer reflektiven Platte einer LCD angegeben, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Abscheiden einer ersten photosensitiven organischen Isolationsschicht mit einer vorbestimmten Dicke auf der gesamten Oberfläche eines isolierenden Substrats, auf dem ein Schaltelement, welches eine Sourceelektrode, eine Drainelektrode und eine Gateelektrode aufweist, ausgebildet ist, Freilegen und Ätzen der ersten organischen Isolationsschicht unter Verwendung einer Maske mit einem lichtdurchlässigen Bereich zum Ausbilden einer Mehrzahl von Hügeln mit jeweils einer Kugelsegmentform, wobei das Verhältnis des Radius zur Höhe des Hügels für jeden der Hügel einen festen Wert besitzt, und Abscheiden eines reflektiven Metalls auf der die Mehrzahl von Hügeln aufweisenden ersten organischen Isolationsschicht.
Es versteht sich, dass sowohl die obige allgemeine Beschreibung als auch die nachfolgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung lediglich beispielhaft sind und zur Erläuterung dienen und eine weitere Erläuterung der beanspruchten Erfindung geben sollen.
Die beigefügten Abbildungen, die ein weiteres Verständnis der Erfindung geben sollen und einen Teil der Beschreibung darstellen, zeigen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, das Prinzip der Erfindung zu erläutern. Es zeigen:
1A eine Querschnittsansicht einer reflektiven LCD gemäß dem Stand der Technik, und 1B einen Graph, welcher eine Reflexionswinkelcharakteristik der in 1A gezeigten reflektiven LCD zeigt;
2A eine Querschnittsansicht einer reflektiven LCD, welche eine reflektive Platte mit einer Hügelstruktur gemäß dem Stand der Technik verwendet, und 2B einen Graph, welcher eine Reflexionswinkelcharakteristik der in 2A gezeigten reflektiven LCD zeigt;
3 eine schematische Ansicht, in der die Streuung und Reflexion des äußeren Lichtes in der in 2A gezeigten reflektiven Platte dargestellt ist;
4 eine Querschnittsansicht eines auf einer reflektiven Platte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Hügels;
5A Profile von Hügeln einer reflektiven Platte für voneinander verschiedene Höhen und Radien der Hügel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 5B einen Graph, welcher die Intensität des reflektierten Lichtes in Abhängigkeit von dem Reflexionswinkel in einer Reflexionsplatte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6A bis 6D Querschnittsansichten während eines Verfahrens zum Herstellen der reflektiven Platte mit einer Mehrzahl von Hügeln, wie sie in 4 gezeigt sind;
7 eine Querschnittsansicht eines in einer reflektiven Platte ausgebildeten Hügels gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 einen Graph, welcher die Charakteristik der Intensität des reflektierten Lichtes in Abhängigkeit von dem Reflexionswinkel für voneinander verschiedene Werte des Verhältnisses von H zu Ha in der Ausführungsform aus 7 zeigt; und
9A bis 9D Querschnittsansichten während eines Verfahrens zum Herstellen der reflektiven Platte mit einer Mehrzahl von Hügeln, wie sie in 7 gezeigt sind.
4 zeigt eine Querschnittsansicht eines auf einer reflektiven Platte gebildeten Hügels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Hügel kann mittels einer Profilfunktion beschrieben werden, und die Profilfunktion bestimmt die Intensität des reflektierten Lichtes in Abhängigkeit vom Reflexionswinkel. Mit anderen Worten ist es wichtig, eine Form des Hügels zu erreichen, welche eine gleichmäßige Verteilung des reflektierten Lichtes innerhalb eines Betrachtungswinkelbereichs ermöglicht, und die Verteilung und Intensität des reflektierten Lichtes werden hierdurch bestimmt.
Die Profilfunktion des Hügels beschreibt einen Teil einer Form, die rotiert werden kann, so dass sie die Hügelform definiert. Ein Kreis, eine Ellipse, eine Parabel, eine Hyperbel oder dergleichen können als Profilfunktion verwendet werden.
Die Form und die Profilfunktion des in einer reflektierten Platte gebildeten Hügels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
Der Hügel 410 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet einen Teil eines Kreisrotationskörpers, d.h. einer Kugel. Es wird angenommen, dass die horizontale Achse die X-Achse und die vertikale Achse die Y-Achse ist, dass der Mittelpunkt des Kreises vor der Rotation (0, R – H) ist und dass der Radius R beträgt. Dann wird der Kreis durch die Gleichung x² + {y – (R – H)}² = R² beschrieben.
Hierbei wird ein von der X-Achse abgeschnittener dunkler Teil ein Abschnitt des Hügels 410, welcher die Form vor der Rotation des Hügels 410 darstellt. Dementsprechend entspricht ein Rotationskörper des Abschnitts der Form des Hügels 410, und eine Rotationsfunktion des Abschnitts wird die Profilfunktion des Hügels 410. Im Ergebnis bildet die Form des Hügels 410 einen Teil der Kugel, so dass die Reflexionscharakteristik des reflektierten Lichtes innerhalb eines Betrachtungswinkels eine gleichförmige Verteilung aufweist.
Außerdem variieren die Form und die Profilfunktion des Hügels 410 mit dem Radius „r" 420 und der Höhe „H" 430 des Hügels 410, und es ist möglich, das Reflexionsvermögen über das Verhältnis des Radius „r" 420 zu der Höhe „H" 430 zu steuern, so dass es über einen gewünschten Reflexionswinkelbereich, der einem typischen Betrachtungsstandort eines Benutzers entspricht, wie beispielsweise 0–20°, gleichmäßig ist. Wenn das Verhältnis des Radius „r" 420 zur Höhe „H" 430 des Hügels von 20:1 bis 7:1 reicht und der Radius „r" 420 von 3 μm und 20 μm reicht, kann der oben beschriebene Effekt erhalten werden.
5A zeigt Profile von Hügeln einer reflektiven Platte für unterschiedliche Höhen und Radien der Hügel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 5B ist ein Graph, welcher die Intensität des reflektierten Lichtes in Abhängigkeit vom Reflexionswinkel in einer reflektiven Platte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 5A und 5B ist, während der Radius des Hügels auf 4 μm gesetzt ist und die Höhe gemäß dem Verhältnis des Radius zur Höhe gesteuert wird, der Radius nicht ausschließlich auf diesen Wert beschränkt, sondern kann ebenso auch andere Werte annehmen.
Gemäß 5A ist auf der horizontalen Achse der Radius des Hügels aufgetragen, und auf der vertikalen Achse ist die Höhe des Hügels aufgetragen. Mit anderen Worten entspricht 5A unterschiedlichen Profilen von Hügeln 500 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Jedes der Profile der Hügel 500 gemäß der Erfindung bildet einen Teil eines Kreises. Wenn die Höhe „H" des Hügels 500 über den Wert von „r" und ein konstantes Verhältnis von „r" und „H" festgelegt ist, wird der Radius „R" eines Kreises mittels des Satzes des Pythagoras ermittelt, und die Form des Kreises wird dementsprechend bestimmt. Wenn beispielsweise „r" 4 μm und das Verhältnis von „r" zu „H" 10:1 beträgt, ist der Wert von „H" 0,4 μm. Dementsprechend kann der Radius „R" des Kreises, welcher den Hügel 500 einschließt, aus der Gleichung R = (r² + H²)/2H ermittelt werden, indem die vorbestimmten Werte für die Variablen r und H eingesetzt werden. In diesem Beispiel beträgt der Wert von „R" 20,2 μm. Sobald der Wert von „R" ermittelt ist, wird die Gleichung des Kreises bestimmt, so dass die Form und die Profilfunktion des Hügels 500, welcher eine Rotation eines Teils des Kreises ist, festgelegt werden.
Genauer zeigt 5A Profile der Hügel 500, wenn „r" 4 μm beträgt und das Verhältnis von „r" zu „H" von 20:1 bis zu 2:1 beträgt, und 5B zeigt eine Auftragung der Intensität des reflektierten Lichtes in Abhängigkeit vom Reflexionswinkel für unterschiedliche Verhältnisse von „r" zu „H" in 5A.
Wie aus 5B ersichtlich ist, ist die Gleichförmigkeit des reflektierten Lichtes in Abhängigkeit vom Reflexionswinkel gemäß einem Ziel der Erfindung erkennbar. Wenn das Verhältnis von „r" zu „H" gemäß 5B 10:1 beträgt, ist die Intensität des reflektierten Lichtes sehr gleichförmig. Dementsprechend weist der Hügel der reflektiven Platte gemäß der vorliegenden Erfindung eine optimale Struktur auf, wenn das Verhältnis von „r" zu „H" des Hügels 10:1 beträgt.
Wenn auch die Ausführungsform aus 5A und 5B zeigt, dass der Radius „r" des Hügels festgelegt ist und die Höhe „H" entsprechend dem Verhältnis von „r" zu „H" variiert, ist es auch möglich, die Höhe „H" auf einen festen Wert zu setzen und den Radius „r" über das Verhältnis von „r" zu „H" zu bestimmen.
6A bis 6D zeigen Querschnittsansichten, in denen ein Verfahren zum Herstellen einer reflektiven Platte mit einer Mehrzahl von Hügeln, wie sie in 4 gezeigt sind, dargestellt ist. Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der reflektiven Platte mit einer Mehrzahl von Hügeln, wie sie in 4 gezeigt sind, unter Bezugnahme auf 6A bis 6D beschrieben. Eine Metallschicht wird auf einem unteren Basissubstrat 600 abgeschieden und dann strukturiert, so dass eine Gateelektrode 601 und eine (nicht gezeigte) Gateleitung zusammen mit einer (nicht gezeigten) Speicherelektrodenstruktur ausgebildet werden. Eine Gateisolationsschicht 604 wird auf der gesamten Oberfläche des resultierenden Substrates 600 einschließlich der Gateelektrode 601, der Gateleitung und der Speicherelektrodenstruktur ausgebildet. Die Gateisolationsschicht kann Siliziumnitrid (Si_xN_y) oder Siliziumdioxid (SiO₂) aufweisen und mittels chemischer Plasma-Gasphasenabscheidung (CVD = „chemical vapor deposition") aufgebracht werden. Anschließend werden eine Halbleiterschicht 611 und eine ohmsche Kontaktschicht 605 ausgebildet, und dann werden eine metallische Sourceelektrode 602 und eine Drainelektrode 603, die mit der ohmschen Kontaktschicht 605 und der Datenleitung in ohmschem Kontakt stehen, ausgebildet. Mittels des oben beschriebenen Prozesses wird ein Dünnschichttransistor ausgebildet.
Anschließend wird, wie aus 6B ersichtlich ist, eine photosensitive organische Isolationsschicht 607 auf dem resultierenden Substrat, auf dem der Dünnschichttransistor ausgebildet wurde, mit einer vorbestimmten Dicke mittels eines Beschichtungsprozesses oder dergleichen gebildet. In der organischen Isolationsschicht werden die Hügel ausgebildet. Wie im Zusammenhang mit 4 und 5 beschrieben wurde, werden der Radius und die Höhe der Hügel und das Verhältnis des Radius zur Höhe auf konstante Werte festgelegt. Mit anderen Worten liegt das Verhältnis des Radius „r" des Hügels zur Höhe „H" im Bereich von 20:1 bis 7:1, und der Radius „r" des Hügels liegt im Bereich von 3 μm bis 20 μm. Da die Dicke der organischen Isolationsschicht 607, die mittels des anfänglichen Beschichtungsprozesses gebildet wird, die Höhe des Hügels wird, sollten diese Werte im Hinblick auf die zuvor genannte Bedingung kontrolliert werden.
Folglich wird, wenn die organische Isolationsschicht 607 mit einer konstanten Dicke gebildet wird, die Höhe der Hügel 610 bestimmt, wie in 6C gezeigt ist. Außerdem wird, wenn das Verhältnis des Radius des Hügels 610 zur Höhe „H" festgelegt ist, der Radius des Hügels 610 bestimmt, und dementsprechend wird der Hügel 610 mit der oben genannten Form mittels eines Photolithographieprozesses, der einen Belichtungsschritt und einen Ätzschritt beinhaltet, ausgebildet. Die in der organischen Isolationsschicht gebildeten Hügel 610 können in einer regelmäßigen Konfiguration oder einer zufälligen Konfiguration angeordnet sein. Die organische Isolationsschicht weist ein Material auf, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus BCB, Acryl, Aerogel und Mikroschaumstoff besteht.
Als nächstes wird, wie in 6D gezeigt ist, eine Metallschicht mittels Sputtern auf der organischen Isolationsschicht 607 mit der Hügelstruktur abgeschieden, so dass eine reflektive Platte 609 ausgebildet wird. Die Metallschicht kann Aluminium aufweisen, welches ein herausragendes Reflexionsvermögen an der Grenzfläche aufweist. Mit der Abscheidung der Metallschicht wird die reflektive Platte 609, welche eine Mehrzahl von Hügeln 610 aufweist, ausgebildet.
Die reflektive Platte 609 erfüllt sowohl die Funktion der Reflexion von externem Licht als auch die Funktion einer Pixelelektrode. Es ist jedoch, wie im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben wurde, auch möglich, eine separate Pixelelektrode neben der reflektiven Platte 609 auszubilden. Wenn die reflektive Platte als Pixelelektrode dient, kann sie auch an die Drainelektrode 603 elektrisch angeschlossen werden.
7 zeigt eine Querschnittsansicht eines in einer reflektiven Platte gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Hügels. 7 zeigt, dass ein Wendepunkt einer Profilfunktion der Hügel infolge der Schmelzaushärtungscharakteristik in der die Hügel bildenden organischen Isolationsschicht erzeugt wird. Das Profil eines Hügels 700 kann auf Basis der Wendepunkte 720 in einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt unterteilt werden, die durch Kreise erzeugt werden, welche in Kontakt mit dem Profil des Hügels 700 sind. Dieses Profil des Hügels unterscheidet sich von dem des Hügels gemäß der in Zusammenhang mit 4 und 5 beschriebenen Ausführungsform. Mit anderen Worten besteht der obere Abschnitt aus einem Teil eines Kreises, der der Seite oberhalb der Wendepunkte 720 entspricht, während der untere Abschnitt aus einem Teil des Kreises besteht, welcher der Seite unterhalb der Wendepunkte 720 entspricht. Schließlich wird der in 7 gezeigte dunkle Abschnitt das Profil des Hügels 700, ein Rotationskörper des dunklen Abschnittes bildet die Form des Hügels 700, und eine Funktion des Rotationskörpers wird eine Profilfunktion des Hügels 700. Mit anderen Worten ist der obere Abschnitt des Hügels 700 ein partieller Innenabschnitt einer Kugel, welcher der Seite oberhalb der Wendepunkte 720 entspricht, während der untere Abschnitt des Hügels 700 einen partiellen Außenabschnitt einer Kugel aufweist, welcher der Seite unterhalb der Wendepunkte 720 entspricht. Das Profil des Hügels 700 kann auch so beschrieben werden, dass es einen Kreisbogenabschnitt aufweist, der sich von der Oberfläche oberhalb der Wendepunkte 720 weg erstreckt, und zwei Kreisbogenabschnitte, die sich zur Oberfläche zwischen den Wendepunkten 720 und der reflektiven Oberfläche hin erstrecken.
Der Abstand zwischen dem Wendepunkt 720 und der Y-Achse beträgt „a", welches der Radius des Hügels 700 um die Y-Achse an dem Wendepunkt 720 ist. Der Abstand entlang der X-Achse zwischen dem Wendepunkt 720 und dem Mittelpunkt des Kreises definiert den Abschnitt des Hügels unterhalb des Wendepunktes 720. Der Abstand entlang der Y-Achse zwischen dem Wendepunkt 720 und der Spitze des Hügels beträgt „Ha" und der Abstand zwischen dem Wendepunkt 720 und dem Boden des Hügels beträgt „Hb". Daher beträgt der Radius „r" des Hügels „a + b", und die Höhe „H" des Hügels beträgt „Ha + Hb".
Das Verhältnis von „r" zu „H" reicht von 20:1 bis 7:1. Folglich kann der oben beschriebene Effekt erhalten werden, wenn die Größe des Radius „r" des Hügels 700 von 3 μm bis 20 μm reicht.
Eine andere Bedingung für den Hügel ist, dass das Verhältnis des Volumens des Hügels oberhalb des Wendepunktes 720 zu dem Gesamtvolumen des Hügels 700 von 50% bis 100% reicht. Dies zeigt an, dass das Verhältnis der Höhe „H" zur Höhe „Ha" von 2:1 bis 1:1 reicht.
Man beachte, dass dann, wenn das Verhältnis „H:Ha = 1:1" ist, das Profil des Hügels durch nur einen Kreis gegeben ist, und dieser Hügel dem Hügel aus 4 und 5 in seiner Form und seiner Profilfunktion entspricht.
8 zeigt einen Graphen, der die Intensität des reflektierten Lichtes in Abhängigkeit vom Reflexionswinkel für unterschiedliche Werte des Verhältnisses von H zu Ha in der Ausführungsform von 7 zeigt. In 8 ist auf der horizontalen Achse ein Reflexionswinkel des externen Lichtes und auf der vertikalen Achse die Intensität des reflektierten Lichtes aufgetragen.
Wenn das Verhältnis von H:Ha von 2:1 zu 1:1 anwächst, wird die Intensität des reflektierten Lichtes für Reflexionswinkel für einen typischen Benutzerstandort gleichmäßiger.
In der vorliegenden Erfindung reicht das Verhältnis von „r" zu „H" von 20:1 bis 7:1. Die in 7 gezeigte Darstellung entspricht dem Verhältnis von 10:1.
9A bis 9D zeigen Querschnittsansichten während eines Verfahrens zur Herstellung einer reflektiven Platte mit der Mehrzahl von Hügeln, wie sie in 7 gezeigt sind. Ein Verfahren zur Herstellung der reflektiven Platte mit einer Mehrzahl von in 7 gezeigten Hügeln wird unter Bezugnahme auf 9A bis 9D beschrieben.
Wie in 9A gezeigt ist, wird eine Metallschicht auf einem unteren Basissubstrat 900 abgeschieden und dann strukturiert, um eine Gateelektrode 901 und eine (nicht gezeigte) Gateleitung zusammen mit einer (nicht gezeigten) Speicherelektrodenstruktur auszubilden. Eine Gateisolationsschicht 904 wird auf der gesamten Oberfläche des resultierenden Substrats 900 einschließlich der Gateelektrode 901, der Gateleitung und der Speicherelektrodenstruktur ausgebildet. Die Gateisolationsschicht kann Siliziumnitrid (Si_xN_y) oder Siliziumdioxid (SiO₂) aufweisen und mittels chemischer Plasma-Gasphasenabscheidung (CVD) aufgebracht werden. Anschließend werden eine Halbleiterschicht 911 und eine ohmsche Kontaktschicht 905 aufeinanderfolgend ausgebildet, und dann eine metallische Sourceelektrode 902 und eine Drainelektrode 903, die mit der ohmschen Kontaktschicht 905 in ohmschem Kontakt stehen, und eine Datenleitung ausgebildet. Dieser Prozess führt dazu, dass ein Dünnschichttransistor ausgebildet wird.
Anschließend wird, wie aus 9B ersichtlich ist, eine photosensitive organische Isolationsschicht (nachfolgend als „erste organische Isolationsschicht bezeichnet) 906 auf dem resultierenden Substrat, auf dem der Dünnschichttransistor ausgebildet ist, mit einer vorbestimmten Dicke mittels eines Beschichtungsprozesses oder dergleichen ausgebildet. Nachfolgend wird die erste organische Isolationsschicht 900 einem Photolithographieprozess ausgesetzt, der einen Belichtungsprozess und einen Ätzprozess beinhaltet, so dass eine Mehrzahl von Hügeln 912 auf deren oberer Oberfläche ausgebildet werden.
Der oben beschriebene Schritt des Ausbildens von Hügeln unterscheidet sich von der Ausführungsform aus 6B und 6C. Mit anderen Worten werden gemäß der Ausführungsform aus 6B und 6C die Hügel entsprechend einem Radius, einer Höhe und einem Verhältnis der Hügel ausgebildet, welche wie in Zusammenhang mit 4 und 5 beschrieben als konstant bestimmt wurden, während gemäß der Ausführungsform aus 9B die Hügel 912 ohne Berücksichtigung des Radius, der Höhe und des Verhältnisses der Hügel ausgebildet werden.
Als nächstes wird, wie aus 9C ersichtlich, eine photosensitive organische Isolationsschicht (nachfolgend als „zweite organische Isolationsschicht" bezeichnet) 907 auf der ersten organischen Isolationsschicht 906 mit den Hügeln 912 ausgebildet. Die endgültige Form der Hügel 912 wird durch die Schmelzaushärtungscharakteristik der zweiten organischen Isolationsschicht 907 bestimmt.
Wie in Zusammenhang mit 7 beschrieben wurde, kann der Abschnitt des Hügels 912 in einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt unter Berücksichtigung von Wendepunkten 910 einer Hügelprofilfunktion unterteilt werden, welche durch die Schmelzaushärtungscharakteristik der organischen Isolationsschicht 907 auf Basis der Wendepunkte 910 erzeugt werden, wobei die Abschnitte durch Kreise erzeugt werden, die in Kontakt mit dem Profil des Hügels 912 sind. Der obere Abschnitt des Hügels bildet einen Teil eines Kreises, welcher der Seite oberhalb der Wendepunkte 910 entspricht, während der untere Abschnitt einen Teil des Kreises bildet, welcher der Seite unterhalb der Wendepunkte 910 entspricht.
Der Abstand zwischen dem Wendepunkt 920 und der Y-Achse beträgt „a", welches der Radius des Hügels 900 um die Y-Achse an den Wendepunkten 920 ist. Der Abstand entlang der X-Achse zwischen dem Wendepunkt 920 und dem Mittelpunkt des Kreises definiert den Abschnitt des Hügels unterhalb des Wendepunktes 920. Der Abstand entlang der Y-Achse zwischen dem Wendepunkt 720 und der Spitze des Hügels beträgt „Ha", und der Abstand zwischen dem Wendepunkt 920 und dem Boden des Hügels beträgt „Hb". Daher beträgt der Radius „r" des Hügels „a + b", und die Höhe „H" des Hügels beträgt „Ha + Hb".
Das Verhältnis des Radius „r" zur Höhe „H" reicht von 20:1 bis 7:1, und der Radius „r" des Hügels reicht von 3 μm bis 20 μm.
Eine andere Bedingung des Hügels ist, dass das Verhältnis des Volumens des Hügels oberhalb des Wendepunktes 920 zum Gesamtvolumen des Hügels von 50% bis 100% reicht. Dies zeigt an, dass das Verhältnis der Höhe „H" zur Höhe „Ha" von 2:1 bis 1:1 reicht.
Die in der organischen Isolationsschicht 907 gebildeten Hügel 912 können in einer regelmäßigen Konfiguration oder einer zufälligen Konfiguration angeordnet sein, und die organische Isolationsschichten 906, 907 weisen ein Material auf, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus BCB, Acryl, Aerogel und Mikroschaumstoff besteht. Die erste organische Isolationsschicht 906 und die zweite organische Isolationsschicht 907 können auch aus dem gleichen Material gebildet sein.
Als nächstes wird, wie aus 9D ersichtlich ist, eine Metallschicht auf der zweiten organischen Isolationsschicht 907 mit der Hügelstruktur mittels Sputtern abgeschieden, so dass eine reflektive Platte 909 gebildet wird.
Die Metallschicht kann Aluminium aufweisen, welches ein herausragendes Reflexionsvermögen an der Grenzfläche aufweist. Mit der Abscheidung der Metallschicht ist die reflektive Platte 909 mit einer Mehrzahl von Hügeln ausgebildet.
Die reflektive Platte 909 erfüllt die Funktion der Reflexion von externem Licht ebenso wie die Funktion einer Pixelelektrode. Allerdings ist es, wie unter Bezugnahme auf 6D beschrieben wurde, möglich, eine separate Pixelelektrode neben der reflektiven Platte 909 auszubilden. In dem Fall, dass die reflektive Platte 909 als Pixelelektrode dient, wird sie elektrisch an die Drainelektrode 903 angeschlossen.
Wie zuvor beschrieben wurde, ermöglicht bei einer reflektiven Platte einer reflektiven LCD und einem Verfahren zur Herstellung derselben gemäß der vorliegenden Erfindung die Gleichförmigkeit der Reflexion, dass externes Licht mit einer konstanten Ausbeute unter einem Frontreflexionswinkel reflektiert wird, welcher einem typischen Betrachtungsstandort eines Benutzers entspricht. Außerdem wird die Intensität des reflektierten Lichtes unter den Frontreflexionswinkeln erhöht, um die Betrachtung durch den Benutzer unter diesen Winkeln zu verbessern.
Es versteht sich für den Fachmann, dass diverse Modifikationen und Variationen bei der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können. Folglich deckt die vorliegende Erfindung Modifikationen und Variationen der Erfindung ab, solange diese innerhalb der Reichweite der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente liegen.

Claims

Reflektive Platte für eine LCD, mit: – einer Mehrzahl von Erhebungen (610, 910), die auf einem Substrat (600, 900) angeordnet sind, und jeweils eine Form aufweisen, die einem Teil der Form einer Halbkugel entspricht, – wobei jede halbkugelförmige Erhebung (610, 910) einen Radius r und eine Höhe H aufweist, – wobei die halbkugelförmigen Erhebungen (610, 910) ein Verhältnis des Radius r zur Höhe H mit einen festen Wert von 10:1 besitzen, und – wobei durch das Verhältnis des Radius r zur Höhe H die Form der halbkugelförmigen Erhebungen (610, 910) definiert ist, – und einer reflektiven Schicht, die auf dem Substrat (600, 900) ausgebildet ist und die halbkugelförmigen Erhebungen (610, 910) vollständig bedeckt.
Reflektierende Platte nach Anspruch 1, wobei die halbkugelförmigen Erhebungen (910) gemeinsam eine zusätzliche Isolationsschicht (907) aufweisen, so dass zweite Erhebungen (912) ausgebildet sind, und wobei die zweiten Erhebungen (912) eine Profilfunktion mit Wendepunkten, einem ersten Kreisbogenabschnitt oberhalb der Wendepunkte und einem zweiten Kreisbogenabschnitt unterhalb der Wendepunkte, die jeweils mit einem Endabschnitt des ersten Kreisbogenabschnitts verbunden sind, aufweisen.
Reflektive Platte gemäß dem Anspruch 2, wobei die zweiten Erhebungen (912) eine erste Höhe Ha aufweisen, welche die Höhe der zweiten Erhebungen (912) oberhalb der Wendepunkte ist, und eine zweite Höhe Hb aufweisen, welche die Höhe der Erhebungen (912) unterhalb der Wendepunkte ist, und wobei das Verhältnis (Ha + Hb) zu Ha von 2:1 bis 1:1 reicht.