JP2004078186A - 反射型または半透過型液晶表示装置の反射板及び反射板形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は反射型及び半透過型液晶表示装置において、反射板に形成される複数の凹凸についての形状を決定して、凹凸の半径及び高さを一定に調節して反射板内に配置することによって、主ユーザー環境に該当する正面反射角に対する反射効率及び反射輝度が増加される反射型液晶表示装置の反射板及び反射板形成方法を提供する。
【解決手段】本発明は、反射型または半透過型液晶表示装置の凹凸が複数形成された反射板において、反射板に複数形成される凹凸の形状が球の一部であって、凹凸の半径、高さ及び半径と高さの比率が一定に決定されて反射板に配置される。
【選択図】 図４
【解決手段】本発明は、反射型または半透過型液晶表示装置の凹凸が複数形成された反射板において、反射板に複数形成される凹凸の形状が球の一部であって、凹凸の半径、高さ及び半径と高さの比率が一定に決定されて反射板に配置される。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は凹凸状の反射板が含まれる反射型及び半透過型液晶表示装置と前記反射板の形成方法に関する。
【０００２】
【関連技術】
一般的に液晶表示装置は、光を利用する方式によってバックライトを光源として利用する透過型液晶表示装置と、バックライトを光源として利用せず外部光を利用する反射型液晶表示装置の二種に分類される。
【０００３】
前記透過型液晶表示装置は、バックライトを光源として利用して暗い外部環境においても明るい画像を具現するが、バックライト使用による電力消耗が大きいという問題点を有する反面、反射型液晶表示装置は光の大部分を外部の自然光や人造光源に依存する構造を有しているので前記透過型液晶表示装置に比べて電力消費が少ないという長所がある。
【０００４】
このような長所により前記反射型液晶表示装置の必要性が台頭しており、また前記反射型液晶表示装置は外部光が暗いときに使用がむずかしいという短所があるので、これを克服するために反射型及び透過型の両用が可能な半透過型液晶表示装置も現在その必要性が台頭している。
【０００５】
図１Ａ及び図１Ｂは、これまでの反射型液晶表示装置を示す断面図及び反射角特性を示した図面である。
【０００６】
図１Ａを参照すると、これまでの反射型液晶表示装置は、下板１１０及び上板１００及びこれら間に介在した液晶層１２０が含まれた構造である。前記下板１１０は下部基板１１１と、前記下部基板１１１の内側面上に形成されたゲート電極１１２、ゲート絶縁膜１１５、半導体層１１６、オーミックコンタクト層１１７並びにソース電極１１３及びドレイン電極１１４を含む薄膜トランジスタＴＦＴと、前記薄膜トランジスタＴＦＴを含んだ前記下部基板１１１の上部に形成された有機絶縁膜層１１８と、前記有機絶縁膜層１１８上に形成された反射板１１９及び前記反射板１１９を含んだ有機絶縁膜層１１８上に形成された下部配向膜（図示せず）で構成される。
【０００７】
前記上板１００は、上部基板１０１と、前記薄膜トランジスタＴＦＴに対応する前記上部基板の内側面上に形成されたブラックマトリックス１０２と、前記ブラックマトリックス１０２の両側に形成されたカラーフィルタ１０３と、前記ブラックマトリックス１０２及びカラーフィルター１０３上に形成された共通電極１０４と、前記共通電極１０４上に形成された上部配向膜（図示せず）で構成される。
【０００８】
ここで、前記反射板１１９が不透明金属で形成される場合には、同反射板１１９は画素電極の役割と、入射する外部光を反射させる役割を兼ねることとなり、反面画素電極としてＩＴＯすなわち、透明電極を用いる場合には前記反射板１１９は前記画素電極としての機能は果たさず外部光を反射させる役割のみを有する。
【０００９】
図１Ａには前記反射板１１９が画素電極の役割と外部光入射を反射させる役割を兼ねるように図示されているが、前述したように別途の画素電極を形成することができる。
【００１０】
しかし、前記の構造を有するこれまでの反射型液晶表示装置は、それ自体として視野角特性が不良であるという問題点がある。すなわち、ミラー（ｍｉｒｒｏｒ）型の平らな反射面または反射板を形成した場合には、外部光が上部基板に側面から入射角Ｉで入射する時、これはフェルマー（Ｆｅｒｍａｔ）の反射原理により反射板と液晶層などを経て結局前記上部基板の法線方向に対して入射角Ｉと同じ角度で反対方向に出射角Ｒで反射されて出る。
【００１１】
図１Ｂを参照すると、これまでの反射型液晶表示装置の反射角特性がわかる。図１Ｂにおいて横軸は前記外部光が反射されて出る反射角を表わしており、縦軸は反射されて出る反射光の強さ（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を表わしている。
【００１２】
一般的な反射型液晶表示装置の外部光入射角を−３０°程度に考慮した場合入射された光は大部分が出射角３０°に集中して反射される。ここで外部光の入射光に対応してこのような関係で反射される角をミラー反射角（ｓｐｅｃｕｌａｒａｎｇｌｅ）と称し図中に符号１５０で示す。すなわち、外部光入射角が−３０°ならば前記ミラー反射角１５０は３０°になる。
【００１３】
前記これまでの反射型液晶表示装置の場合は、ミラー反射角１５０に該当する方にのみ集中的に外部光が反射される。したがって、ユーザーの主使用環境に該当する正面反射角１６０（０°〜２０°）の方には反射光がほとんど出射されないので、ディスプレーとしての役割を果さなくなることがある。
【００１４】
これにより反射光をユーザーの注視角環境である正面反射角１６０すなわち、０°〜２０°方向に反射させる技術の必要性が提起される。
【００１５】
このようなこれまでの反射型液晶表示装置が有する視野角特性の不良を改善するための一つの解決方案として、最近上板に散乱粒子層を形成する方法やカラーフィルタ層内に前記散乱粒子層を形成する方法などが提案さている。この方法はある程度の視野角特性の改善はなされるが、満足する程の視野角特性を得られない問題点がある。
【００１６】
また、他の方法として、前記の散乱粒子層を形成する代わりに凹凸反射板を利用する方法が提案されている。この方法は反射板（または反射面）自体にミラーのような平らな構造でない凹凸を与えることで局部的な反射角を変化させて正面側の反射光量を確保ものである。
【００１７】
前記反射板の表面に凹凸をあたえる方法が現在前記これまでの反射型液晶表示装置の不良な視野角特性を改善するための最も効率的な技術として受入れられており、前記凹凸を形成する方法及び前記凹凸の大きさ、形状等に対する研究が続いている。
【００１８】
図２Ａ及び図２Ｂは、関連技術において凹凸反射板が採用された反射型液晶表示装置の断面図及び反射角特性を示した図面である。
【００１９】
図２Ａにおいてこれまでの凹凸２７０が形成された反射板２００が採用された反射型液晶表示装置は、図１Ａにおける反射型液晶表示装置とその構成は一致し、単に反射板の形態が変形されている。
【００２０】
これは前記反射板２００の表面がミラーのような平らな構造でなく、一定にまたはランダムに凹凸２７０が形成されている構造であり、前記凹凸２７０により入射角Ｉで入射した外部光が法線方向に対して入射角Ｉと同一なである出射角Ｒにのみ固定されて反射されることを防止することができる。
【００２１】
図２Ｂを参照すると、前記これまでの凹凸２７０が形成された反射板２００が採用された反射型液晶表示装置の反射角特性がわかる。図１Ｂと同様に、図２Ｂにおいて横軸は、前記外部光が反射されて出る反射角を表わしており、縦軸は反射されて出る反射光の強さを表わしている。
【００２２】
図１Ｂと比較して見る時、前記外部光が反射されて出る反射角の範囲が広まったことが分かるが、ここでミラー反射角２３０に該当する反射光部分を正反射のコンポーネント（ｓｐｅｃｕｌａｒ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）２５０と言い、前記ミラー反射角２３０以外に広く分布した反射光部分をくもりコンポーネント（ｈａｚｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）２６０という。
【００２３】
もちろん前記正反射のコンポーネント２５０の強さが最も強いが、前記くもりコンポーネント２６０が一定の強さを有することによって、前記外部光の入射角が−３０°である時、前記入射された光がミラー反射角２３０に集中して反射されることはなく、外部ユーザーの主使用環境に該当する正面反射角２４０（０°〜２０°）の方にも反射光が反射されてディスプレーへの役割を果すようになる。
【００２４】
図３は、図２の凹凸反射板から外部光が散乱されて反射される状態を示した図面である。
【００２５】
空気層の反射率をｎ１とする時前記ｎ１の値は１になり、外部光が入射するようになって前記反射板３００に反射されることまで考慮した基板及び液晶層３１０などの反射率をｎ２とすればｎ２は大体１．５程度になる。
【００２６】
したがって、スネル（ｓｎｅｌｌ）の法則による時外部光の入射角が３０°ならば屈折する角は
【数１】
になり、ここで、ｎ１＝１、ｎ２＝１．５であるので前記屈折する角は約２０°になる。
【００２７】
前記反射板３００の凹凸３２０面に入射する光は、フェルマーの法則により入射する光と法線方向に対して同一な大きさの角で法線と反対方向に出射するようになり、前記凹凸３２０面に入射する光は凹凸３２０面の各点に対応して各々異なる法線を取るようになるので結果的に反射される角が法線方向に対して２０°付近に固定されることなく拡散する。
【００２８】
したがって、最初３０°の入射角で入射した外部光は、前記凹凸３２０が形成された反射板３００を通してユーザーの主使用環境に該当する正面反射角（０°〜２０°）の方にも拡散されて反射することによってこれまでのミラー型反射板の短所である主視野角方向における低輝度特性が改善される。
【００２９】
しかし、前記のように反射板に単純に凹凸を形成することだけでは主ユーザー環境に該当する正面反射角に前記外部光が一定に反射されるようにして均一度を確保するのが難しく、視野角内すなわち、主ユーザー環境に該当する正面反射角で反射される光の強さ（反射輝度）もユーザーの使用環境に適する程に強くない短所がある。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は反射型及び半透過型液晶表示装置において、反射板に形成される複数の凹凸に対する形状を決定して、前記凹凸の半径及び高さを一定に調節して前記反射板内に配置することによって、主ユーザー環境に該当する正面反射角に対する反射効率及び反射輝度を増加された反射型液晶表示装置の反射板及び反射板形成方法を提供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明による反射型または半透過型液晶表示装置の反射板は、反射型または半透過型液晶表示装置の凹凸が複数形成された反射板において、前記反射板に複数形成される凹凸の形状が球の一部であって、前記凹凸の半径、高さ及び前記半径と高さの比率が一定に決定されて前記反射板に配置される。
【００３２】
また、前記凹凸の半径が３μｍから２０μｍの間に存在する特定の値であり、前記凹凸の半径と高さの比率が２０：１から７：１の間であって、特に前記凹凸の半径と高さの最も理想的な比率が１０：１であることを特徴とする。
【００３３】
また、前記目的を達成するための本発明の他の実施例による反射型または半透過型液晶表示装置の反射板は、反射型または半透過型液晶表示装置の凹凸が複数形成された反射板において、前記反射板に複数形成される凹凸の形状が、外接する球により発生する変曲点を中心に前記凹凸の上端部は変曲点の上側に該当する球の一部の内側部分で構成され、前記凹凸の下端部は変曲点の下側に該当する球の一部の外側部分で構成される。
【００３４】
また、前記変曲点を中心に変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の半径と、前記変曲点の下側に該当する球により形成される凹凸の半径の合計が３μｍと２０μｍの間に存在する特定の値であることを特徴とする。
【００３５】
また、前記変曲点を中心に変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の半径と、前記変曲点の下側に該当する球により形成される凹凸の半径の合計と；前記変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の高さと、前記変曲点の下側に該当する球により形成される凹凸の高さの合計の比率が２０：１から７：１であって、特に前記凹凸の半径の合計と凹凸の高さの合計の最も理想的な比率が１０：１であることを特徴とする。
【００３６】
また、前記変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の高さと、前記変曲点の下側に該当する球により形成される凹凸の高さの合計と；前記変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の高さの比が２：１から１：１の間であることを特徴とする。
【００３７】
また、前記目的を達成するための本発明による反射型または半透過型液晶表示装置の反射板製造方法は、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を含むスイッチング素子が形成された絶縁基板の全面に感光性の有機絶縁膜を所定の厚さで塗布する段階と、前記有機絶縁膜に一定幅の透光領域を有するマスクを利用して露光及びエッチングなどを通して球の一部形状を有する凹凸を形成する段階と、前記凹凸が形成された有機絶縁膜層上部に反射型金属を蒸着する段階が含まれる。
【００３８】
また、前記凹凸が形成された有機絶縁膜層上部にまた他の有機絶縁膜層を塗布して変曲点を有する凹凸を形成する段階がさらに含まれることを特徴とする。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照しながら本発明による実施例を詳細に説明する。
【００４０】
図４は、本発明の実施例により反射板に形成される凹凸状の断面図である。
【００４１】
前記凹凸の形状は、凹凸のプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）関数で表現することができ、前記凹凸のプロファイル関数は反射角による反射光の強さを決定する核心的な要素として働く。
【００４２】
すなわち、適切な入射光を視野角範疇内で均等に配分することができる凹凸の形状を獲得することが重要で、これにより反射角に従う反射光の分布と強さが決定される。
【００４３】
このような凹凸のプロファイル関数は、円、楕円、放物線、双曲線などの回転体に該当する形状の一部でなされる。
【００４４】
図４を参照して本発明の実施例により反射板に形成される凹凸の形状及びプロファイル関数を説明すれば次のとおりである。
【００４５】
本発明に適用される凹凸４１０は、円の回転体すなわち、球の形状の一部で構成されている。図４において横軸をｘ軸にして、縦軸をｙ軸にすると、回転する前の円は中心が（０、Ｒ−Ｈ）であって、半径はＲであり、したがって、前記円の方程式はｘ２＋｛ｙ−（Ｒ−Ｈ）｝２＝Ｒ２になる。
【００４６】
ここで、前記円のｘ軸上端部の暗い部分が前記凹凸４１０の回転する前の形態すなわち、凹凸４１０の断面であり、したがってこれに対する回転体が前記凹凸４１０の形態になって、これに対する関数が前記凹凸４１０のプロファイル関数になるである。
【００４７】
結局、本発明では凹凸４１０の形状を球形状の一部としており、これは入射する外部光に対する反射光の視野角内の反射特性が均一な分布を有するようにするためである。
【００４８】
また、前記本発明の実施例による凹凸４１０の形状及びプロファイル関数は、前記凹凸の半径ｒ ４２０の値と凹凸の高さＨ ４３０の値により変動して、一定なｒ ４２０とＨ ４３０値の比率により本発明の目的である所望する反射角すなわち、主ユーザー環境に該当する正面反射角（外部光の入射角が法線方向に対して−３０°である時、０°〜２０°）までの反射率の絶対値と拡散度を均一に制御することができるようになる。
【００４９】
ここで、本発明の実施例による凹凸４１０の形状及びプロファイル関数において、前記凹凸の半径ｒ ４２０と高さＨ ４３０の比率が２０：１から７：１の間であって、前記凹凸の半径ｒ ４２０の大きさが３μｍから２０μｍの間である時、前記のような効果を得ることができる。
【００５０】
図５Ａ及び図５Ｂは、図４の実施例による凹凸の半径ｒと凹凸の高さＨの比率に対する凹凸状の断面図及びこれによる反射角特性を示した図面である。
【００５１】
但し、図５Ａないし図５Ｂでは本発明の実施例として前記凹凸の半径ｒを４μｍに定めて前記ｒに対する一定な比率として前記凹凸の高さＨを調節したが、前記ｒ値がこれに限定されるものではない。
【００５２】
図５Ａを参照すると、横軸は前記凹凸の半径ｒを表わしており、縦軸は前記凹凸の高さＨを表わしていて、図中のカーブは本発明による凹凸５００形状の断面図である。
【００５３】
前記本発明による凹凸５００形状の断面図は、円の一部になることであって、ｒ値と、ｒとＨの一定な比率によりＨ値が定まればピタゴラスの整理により円の半径であるＲが求められて、これにより前記凹凸５００の形状が定まる。
【００５４】
例えば前記ｒ値が４μｍであって、ｒとＨの比率を１０：１に定めた場合ならば、Ｈ値は０．４μｍになり、これに対して前記凹凸５００形状の断面を含んだ円の半径Ｒは
【数２】
において前記ｒ値とＨ値を代入して求めることができて、このときＲの値は２０．２μｍになる。
【００５５】
前記Ｒ値が求められれば円の方程式が決定されて、これにより結局前記円の一部に対する回転体である前記凹凸５００の形状及びプロファイル関数が定まることとなる。
【００５６】
図５Ａはｒが４μｍであって、ｒとＨの比率が２０：１から２：１である場合の前記凹凸５００の断面図を示したものであり、図５Ｂは図５ＡにおけるｒとＨの比率による前記凹凸５００の反射角特性を示したものである。
【００５７】
図５Ｂを参照すると、凹凸５００形状各々のｒとＨの比率によって本発明の目的である所望する反射角、すなわち、主ユーザー環境に該当する正面反射角（外部光の入射角が法線方向に対して−３０°である時、０°〜２０°）における反射光の強さ（反射輝度）及び均一分布程度を確認できるが、前記凹凸状のｒとＨの比率が１０：１である場合に正面反射角（０°〜２０°）における反射光の強さ及び均一分布程度が最も理想的に制御されることが分かる。
【００５８】
したがって、本発明により反射板に形成される凹凸の形状において、最適の凹凸半径ｒと高さＨの比率は１０：１である。
【００５９】
ただし、図５Ａ及び図５Ｂでは凹凸の半径ｒが固定されて、これに対して前記比率によりＨ値を決めたが、前記Ｈ値が固定されてこれに対して前記比率によりｒ値を決定することも可能である。
【００６０】
図６Ａないし図６Ｃは、図４の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図である。
【００６１】
図６Ａないし図６Ｃを参照して図４の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を説明すれば次のとおりである。
【００６２】
図６Ａを参照すると、まず下部基板６００上に金属膜をパターニングしてゲート電極６０１及びゲートライン（図示せず）が形成される。このとき、ストレージ電極パターン（図示せず）が一緒に形成され、ゲート電極６０１、ゲートライン、及びストレージ電極パターンを含む基板の全面にゲート絶縁膜６０４が形成される。前記ゲート絶縁膜６０４としてはシリコン窒化膜（ＳｉｘＮｙ）またはシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）が用いられ、これらはプラズマ化学気相蒸着法で形成されて、次に半導体層６１１が形成される。オーミックコンタクト層６０５と電気的にコンタクトされるように金属でソース電極６０２、ドレイン電極６０３及びデータラインが形成され、このような段階を経て薄膜トランジスタが形成される。
【００６３】
次に図６Ｂを参照すると、薄膜トランジスタが形成された基板上に感光性の有機絶縁膜層６０７を一定の厚さにコーティングなどの方法で形成する。ここで前記有機絶縁膜層６０７において本発明における凹凸状が形成されるものであって、図４及び図５で説明したように前記凹凸の半径及び高さ、半径と高さの比率は一定に定めてある。
【００６４】
すなわち、前記凹凸の半径ｒと高さＨの比率が２０：１から７：１間であって、前記凹凸の半径ｒの大きさが３μｍから２０μｍの間である。
【００６５】
したがって、最初コーティング等により形成される前記有機絶縁膜層６０７の厚さは前記凹凸の高さに相当することなるので、これは前記の要件に合うように調整されなければならない。
【００６６】
このように一定な厚さを有する前記有機絶縁膜層６０７が形成されれば、図６Ｃに示したように前記凹凸６１０の高さが決定されるものであって、また前記凹凸６１０の半径と高さの比率（１０：１の比率が最も理想的）が定まれば、前記凹凸６１０の半径も決定されるので、これによりフォト露光工程及びエッチング工程を通して本発明の実施例による凹凸６１０の形状を形成する。
【００６７】
また、このとき形成される凹凸６１０は、コーティング等により形成された有機絶縁膜層６０７において一定な規則により配置されるようにしたり、またはランダムに配置されるようにすることができ、前記有機絶縁膜層６０７としてはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、アクリル（Ａｃｒｙｌ）、エーロゲル（Ａｅｒｏｇｅｌ）またはマイクロフォーム（Ｍｉｃｒｏｆｏａｍ）などを用いることができる。
【００６８】
次には、図６Ｄのように前記のように形成された凹凸６１０が配置された有機絶縁膜層６０７上部にスパッタリング工程により金属膜を蒸着して反射板６０９を形成する。前記金属膜としては界面反射特性が優秀なアルミニウム膜が主に用いられ、前記金属膜が蒸着されることによって本発明の実施例による凹凸６１０が備わった反射板６０９が形成される。
【００６９】
但し、この場合前記反射板６０９は、画素電極の役割と外部光入射を反射させる役割とを兼ねるようになるが、前記関連技術で説明したように前記反射板６０９外に別途の画素電極を形成することもできる。
【００７０】
また、前記反射板６０９が画素電極の役割を有する場合には前記反射板６０９は、前記ドレイン電極６０３と電気的に連結される。
【００７１】
図７は、本発明のまた他の実施例による反射板に形成される凹凸状の断面図である。
【００７２】
これは実際反射板に凹凸を形成する工程において凹凸を形成する有機膜層材料のメルティングキュア（ｍｅｌｔｉｎｇ ｃｕｒｅ）特性により凹凸プロファイル関数の変曲点が発生するものを考慮したことである。
【００７３】
図７を参照して本発明のまた他の実施例による凹凸状の断面図を説明すれば、前記凹凸７００の断面は図４及び図５で説明された実施例による凹凸状の断面図とは異なり、外接する円により発生する変曲点７２０を中心に凹凸７００の上端部は変曲点７２０の上側に該当する円の一部で構成されて、凹凸の下端部は変曲点７２０の下側に該当する円の一部で構成される。
【００７４】
結局図７における暗い部分に該当する部分が前記本発明のまた他の実施例による凹凸７００の断面になり、これに対する回転体が前記凹凸７００の形態になって、これに対する関数が前記凹凸７００のプロファイル関数になる。
【００７５】
すなわち、前記凹凸７００の形状は、外接する球により発生する変曲点７２０を中心に前記凹凸７００の上端部は変曲点７２０の上側に該当する球の一部の内側部分で構成され、凹凸７００の下端部は変曲点７２０の下側に該当する球の一部の外側部分で構成される。
【００７６】
また、前記変曲点７２０を中心に変曲点７２０の上側に該当する円により形成される凹凸７００の半径をａとして、前記凹凸７００の高さをＨａとし、前記変曲点７２０の下側に該当する円により形成される凹凸７００の半径をｂとして、前記凹凸７００の高さをＨｂとするならば、これは各々ａ＋ｂ＝ｒとＨａ＋Ｈｂ＝Ｈを満足する。
【００７７】
ここで、ｒとＨは、図４及び図５で説明した本発明の実施例による凹凸７００の半径と高さを意味するものであり、したがって、このときのｒとＨはその比率が２０：１から７：１の間であって、前記凹凸７００の半径ｒの大きさが３μｍから２０μｍの間でこそ前記のような効果を得ることができる。
【００７８】
また、図７における実施例による凹凸７００の形状においては、前記の要件の外にまた他の条件がさらに要求される。それは全体凹凸７００の大きさにおいて変曲点７２０の上側に該当する円により形成される凹凸７００の比率が全体の５０％から１００％にならなければならないという点である。
【００７９】
これは前記凹凸７００半径の全体の高さＨと変曲点７２０の上側に該当する円により形成される凹凸７００の高さをＨａに対してＨ：Ｈａが２：１から１：１の間であることを意味する。
【００８０】
また、前記比率が１００％になるということ、すなわちＨ：Ｈａが１：１ということは円が一つでのみからなり、これにより凹凸７００が形成されることであるので、図４及び図５で説明した凹凸７００の形状及びプロファイル関数と一致することを意味する。
【００８１】
図８は、図７の実施例においてＨとＨａの比率による反射角の特性を示した図面である。
【００８２】
図８において横軸は、前記外部光が反射されて出る反射角を表わしており、縦軸は反射されて出る反射光の強さを表わす。
【００８３】
図８を参照すると、Ｈ：Ｈａが２：１から１：１に増加しながら、すなわち全体凹凸の大きさで変曲点の上側に該当する円により形成される凹凸の比率が全体の５０％から１００％になるにしたがって、主ユーザー環境に該当する正面反射角（外部光の入射角が法線方向に対して−３０°である時、０°〜２０°）における反射光の強さ（反射輝度）及び均一分布程度が理想的に制御されることを確認できる。
【００８４】
ここで、前記ｒ（ｒ＝ａ＋ｂ）値とＨ（Ｈ＝Ｈａ＋Ｈｂ）値の比率は、図４で説明したように２０：１から７：１間でなければならず、図７では前記比率が最も理想的な１０：１である場合に限定して図示した。
【００８５】
図９Ａないし図９Ｄは、図７の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図である。
【００８６】
図９Ａないし図９Ｄを参照して図７の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を説明すれば次のとおりである。
【００８７】
まず図９Ａを参照すると、下部基板９００上に金属膜をパターニングしてゲート電極９０１及びゲートライン（図示せず）が形成される。このとき、ストレージ電極パターン（図示せず）が一緒に形成され、ゲート電極９０１、ゲートライン、及びストレージ電極パターンを含む基板の全面にゲート絶縁膜９０４が形成される。前記ゲート絶縁膜９０４としてはシリコン窒化膜（ＳｉｘＮｙ）またはシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）が用いられて、これらはプラズマ化学気相蒸着法で形成される。次に半導体層９１０が形成されて、オーミックコンタクト層９０５と電気的にコンタクトされるように金属でソース電極９０２、ドレイン電極９０３及びデータライン（図示せず）が形成され、このような段階を経て薄膜トランジスタが形成される。
【００８８】
次に図９Ｂを参照すると、薄膜トランジスタが形成された基板上に感光性の有機絶縁膜層９０７を一定の厚さでコーティングして、フォト露光及びエッチング工程を通して前記有機絶縁膜層９０７に一定な凹凸を形成する。
【００８９】
これは図６Ｂ及び図６Ｃの実施例による凹凸の製造工程とは異なっている。図６Ｂ及び図６Ｃの実施例では、前記フォト露光及びエッチング工程を通して図４及び図５で説明したように一定に決定された凹凸の半径、高さ及びその比率により前記凹凸を形成したが、図９Ｂにおける実施例では前記のような凹凸の半径、高さ及びその比率を考慮せずに凹凸９１２ａを形成する。
【００９０】
次に図９Ｃを参照すると、前記凹凸９１２が形成された有機絶縁膜層９０７’上にまた他の有機絶縁膜層９０７’を形成するようになり、このとき形成される他の有機絶縁膜層９０７のメルティングキュア（ｍｅｌｔｉｎｇ ｃｕｒｅ）特性により前記凹凸９１２の形状が決定される。
【００９１】
ここで、前記凹凸状の断面は、これは図７で説明したように、前記有機絶縁膜層９０７のメルティングキュア特性により凹凸プロファイル関数の変曲点９１０が発生することを考慮して、面接する円により発生する変曲点９１０を中心に凹凸の上端部は変曲点９１０の上側に該当する円の一部で構成されて、凹凸の下端部は変曲点９１０の下側に該当する円の一部で構成される。
【００９２】
また、前記凹凸状において、前記変曲点９１０を中心に変曲点９１０の上側に該当する円により形成される凹凸の半径をａとして、前記凹凸の高さをＨａとし、前記変曲点９１０の下側に該当する円により形成される凹凸の半径をｂとして、前記凹凸の高さをＨｂとするならば、これは各々ａ＋ｂ＝ｒとＨａ＋Ｈｂ＝Ｈを満足する。ここで、前記ｒとＨは図４及び図５で説明した本発明の実施例による凹凸の半径と高さを意味するものであり、したがって、このときのｒとＨはその比率が２０：１から７：１の間であって、前記凹凸の半径ｒの大きさが３μｍから２０μｍの間になる。
【００９３】
また、前記の要件の外にまた他の条件がさらに要求される。それは全体凹凸の大きさにおいて変曲点９１０の上側に該当する円により形成される凹凸の比率が全体の５０％から１００％にならなければならないという点である。
【００９４】
即ち、これは前記凹凸半径の全体の高さＨと変曲点９１０の上側に該当する円により形成される凹凸の高さをＨａに対してＨ：Ｈａが２：１から１：１の間であることを意味する。
【００９５】
また、このとき形成される凹凸は、前記有機絶縁膜層９０７に一定な規則により配置されるようにしたり、またはランダムに配置されるようにすることもでき、前記有機絶縁膜層９０７としては先に挙げたベンゾシクロブテン、アクリル、エーロゲルまたはマイクロフォームなどを用いることができ、前記凹凸が形成された有機絶縁膜層９０７上に更に他の有機絶縁膜層９０７’を形成する場合において、前記各有機絶縁膜層９０７及び９０７’の材料は同一で有り得る。
【００９６】
次に図９Ｄを参照すると、前記のように形成された凹凸が配置された有機絶縁膜層９０７’上部にスパッタリング工程により金属膜を蒸着して反射板９０９を形成する。
【００９７】
前記金属膜としては界面反射特性が優秀なアルミニウム膜が主に用いられ、前記金属膜が蒸着されることによって本発明の更に他の実施例による凹凸が備わった反射板９０９が形成される。
【００９８】
但し、この場合前記反射板９０９は、画素電極の役割及び入射した外部光を反射させる役割を兼ねるが、前に図６Ｄで説明したように前記反射板６０９外に別途の画素電極を形成することもできる。
【００９９】
また、前記反射板６０９が画素電極の役割を有する場合には前記反射板６０９は前記ドレイン電極６０３と電気的に連結される。
【０１００】
【発明の効果】
以上のように本発明による反射型液晶表示装置の反射板及び反射板形成方法によると、主ユーザー環境に該当する正面反射角で外部光を一定の効率で反射させることができるので反射率の均一度を確保することができ、前記正面反射角で反射される光の強さすなわち、反射輝度がユーザーの使用環境に適するように改善される長所がある。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】これまでの反射型液晶表示装置を示す断面図及び反射角特性を示した図面。
【図１Ｂ】これまでの反射型液晶表示装置を示す断面図及び反射角特性を示した図面。
【図２Ａ】これまでの凹凸反射板が採用された反射型液晶表示装置の断面図及び反射角特性を示した図面。
【図２Ｂ】これまでの凹凸反射板が採用された反射型液晶表示装置の断面図及び反射角特性を示した図面。
【図３】図２の凹凸反射板で外部光が散乱されて反射されることを示した図面。
【図４】本発明の実施例により反射板に形成される凹凸状の断面図。
【図５Ａ】図４の実施例による凹凸の半径と高さの比率に対する凹凸状の断面図及びこれによる反射角特性を示した図面。
【図５Ｂ】図４の実施例による凹凸の半径と高さの比率に対する凹凸状の断面図及びこれによる反射角特性を示した図面。
【図６Ａ】図４の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図。
【図６Ｂ】図４の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図。
【図６Ｃ】図４の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図。
【図６Ｄ】図４の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図。
【図７】本発明のまた他の実施例による反射板に形成される凹凸状の断面図。
【図８】図７の実施例において、ＨとＨａの比率による反射角の特性を示した図面。
【図９Ａ】図７の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図。
【図９Ｂ】図７の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図。
【図９Ｃ】図７の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図。
【図９Ｄ】図７の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
１００：上板
１０１：上部基板
１０２：ブラックマトリックス
１０３：カラーフィルタ
１０４：共通電極
１１０：下板
１１１、６００、９００：下部基板
１１２、６０１、９０１：ゲート電極
１１３、６０２、９０２：ソース電極
１１４、６０３、９０３：ドレイン電極
１１５、６０４、９０４：ゲート絶縁膜
１１６、６１１、９１０：半導体層
１１７、６０５、９０５：オーミックコンタクト層
１１８、６０７、９０７：有機絶縁膜層
１１９、２００、３００、６０９、９０９：反射板
１２０、３１０：液晶層
１５０、２３０：ミラー反射角
１６０、２４０：正面反射角
２５０：正反射のコンポーネント
２６０：くもりコンポーネント
２７０、３２０、４１０、５００、６１０、７００：凹凸
４２０：凹凸の半径ｒ
４３０：凹凸の高さＨ
７２０、９１０：変曲点
【発明の属する技術分野】
本発明は凹凸状の反射板が含まれる反射型及び半透過型液晶表示装置と前記反射板の形成方法に関する。
【０００２】
【関連技術】
一般的に液晶表示装置は、光を利用する方式によってバックライトを光源として利用する透過型液晶表示装置と、バックライトを光源として利用せず外部光を利用する反射型液晶表示装置の二種に分類される。
【０００３】
前記透過型液晶表示装置は、バックライトを光源として利用して暗い外部環境においても明るい画像を具現するが、バックライト使用による電力消耗が大きいという問題点を有する反面、反射型液晶表示装置は光の大部分を外部の自然光や人造光源に依存する構造を有しているので前記透過型液晶表示装置に比べて電力消費が少ないという長所がある。
【０００４】
このような長所により前記反射型液晶表示装置の必要性が台頭しており、また前記反射型液晶表示装置は外部光が暗いときに使用がむずかしいという短所があるので、これを克服するために反射型及び透過型の両用が可能な半透過型液晶表示装置も現在その必要性が台頭している。
【０００５】
図１Ａ及び図１Ｂは、これまでの反射型液晶表示装置を示す断面図及び反射角特性を示した図面である。
【０００６】
図１Ａを参照すると、これまでの反射型液晶表示装置は、下板１１０及び上板１００及びこれら間に介在した液晶層１２０が含まれた構造である。前記下板１１０は下部基板１１１と、前記下部基板１１１の内側面上に形成されたゲート電極１１２、ゲート絶縁膜１１５、半導体層１１６、オーミックコンタクト層１１７並びにソース電極１１３及びドレイン電極１１４を含む薄膜トランジスタＴＦＴと、前記薄膜トランジスタＴＦＴを含んだ前記下部基板１１１の上部に形成された有機絶縁膜層１１８と、前記有機絶縁膜層１１８上に形成された反射板１１９及び前記反射板１１９を含んだ有機絶縁膜層１１８上に形成された下部配向膜（図示せず）で構成される。
【０００７】
前記上板１００は、上部基板１０１と、前記薄膜トランジスタＴＦＴに対応する前記上部基板の内側面上に形成されたブラックマトリックス１０２と、前記ブラックマトリックス１０２の両側に形成されたカラーフィルタ１０３と、前記ブラックマトリックス１０２及びカラーフィルター１０３上に形成された共通電極１０４と、前記共通電極１０４上に形成された上部配向膜（図示せず）で構成される。
【０００８】
ここで、前記反射板１１９が不透明金属で形成される場合には、同反射板１１９は画素電極の役割と、入射する外部光を反射させる役割を兼ねることとなり、反面画素電極としてＩＴＯすなわち、透明電極を用いる場合には前記反射板１１９は前記画素電極としての機能は果たさず外部光を反射させる役割のみを有する。
【０００９】
図１Ａには前記反射板１１９が画素電極の役割と外部光入射を反射させる役割を兼ねるように図示されているが、前述したように別途の画素電極を形成することができる。
【００１０】
しかし、前記の構造を有するこれまでの反射型液晶表示装置は、それ自体として視野角特性が不良であるという問題点がある。すなわち、ミラー（ｍｉｒｒｏｒ）型の平らな反射面または反射板を形成した場合には、外部光が上部基板に側面から入射角Ｉで入射する時、これはフェルマー（Ｆｅｒｍａｔ）の反射原理により反射板と液晶層などを経て結局前記上部基板の法線方向に対して入射角Ｉと同じ角度で反対方向に出射角Ｒで反射されて出る。
【００１１】
図１Ｂを参照すると、これまでの反射型液晶表示装置の反射角特性がわかる。図１Ｂにおいて横軸は前記外部光が反射されて出る反射角を表わしており、縦軸は反射されて出る反射光の強さ（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を表わしている。
【００１２】
一般的な反射型液晶表示装置の外部光入射角を−３０°程度に考慮した場合入射された光は大部分が出射角３０°に集中して反射される。ここで外部光の入射光に対応してこのような関係で反射される角をミラー反射角（ｓｐｅｃｕｌａｒａｎｇｌｅ）と称し図中に符号１５０で示す。すなわち、外部光入射角が−３０°ならば前記ミラー反射角１５０は３０°になる。
【００１３】
前記これまでの反射型液晶表示装置の場合は、ミラー反射角１５０に該当する方にのみ集中的に外部光が反射される。したがって、ユーザーの主使用環境に該当する正面反射角１６０（０°〜２０°）の方には反射光がほとんど出射されないので、ディスプレーとしての役割を果さなくなることがある。
【００１４】
これにより反射光をユーザーの注視角環境である正面反射角１６０すなわち、０°〜２０°方向に反射させる技術の必要性が提起される。
【００１５】
このようなこれまでの反射型液晶表示装置が有する視野角特性の不良を改善するための一つの解決方案として、最近上板に散乱粒子層を形成する方法やカラーフィルタ層内に前記散乱粒子層を形成する方法などが提案さている。この方法はある程度の視野角特性の改善はなされるが、満足する程の視野角特性を得られない問題点がある。
【００１６】
また、他の方法として、前記の散乱粒子層を形成する代わりに凹凸反射板を利用する方法が提案されている。この方法は反射板（または反射面）自体にミラーのような平らな構造でない凹凸を与えることで局部的な反射角を変化させて正面側の反射光量を確保ものである。
【００１７】
前記反射板の表面に凹凸をあたえる方法が現在前記これまでの反射型液晶表示装置の不良な視野角特性を改善するための最も効率的な技術として受入れられており、前記凹凸を形成する方法及び前記凹凸の大きさ、形状等に対する研究が続いている。
【００１８】
図２Ａ及び図２Ｂは、関連技術において凹凸反射板が採用された反射型液晶表示装置の断面図及び反射角特性を示した図面である。
【００１９】
図２Ａにおいてこれまでの凹凸２７０が形成された反射板２００が採用された反射型液晶表示装置は、図１Ａにおける反射型液晶表示装置とその構成は一致し、単に反射板の形態が変形されている。
【００２０】
これは前記反射板２００の表面がミラーのような平らな構造でなく、一定にまたはランダムに凹凸２７０が形成されている構造であり、前記凹凸２７０により入射角Ｉで入射した外部光が法線方向に対して入射角Ｉと同一なである出射角Ｒにのみ固定されて反射されることを防止することができる。
【００２１】
図２Ｂを参照すると、前記これまでの凹凸２７０が形成された反射板２００が採用された反射型液晶表示装置の反射角特性がわかる。図１Ｂと同様に、図２Ｂにおいて横軸は、前記外部光が反射されて出る反射角を表わしており、縦軸は反射されて出る反射光の強さを表わしている。
【００２２】
図１Ｂと比較して見る時、前記外部光が反射されて出る反射角の範囲が広まったことが分かるが、ここでミラー反射角２３０に該当する反射光部分を正反射のコンポーネント（ｓｐｅｃｕｌａｒ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）２５０と言い、前記ミラー反射角２３０以外に広く分布した反射光部分をくもりコンポーネント（ｈａｚｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）２６０という。
【００２３】
もちろん前記正反射のコンポーネント２５０の強さが最も強いが、前記くもりコンポーネント２６０が一定の強さを有することによって、前記外部光の入射角が−３０°である時、前記入射された光がミラー反射角２３０に集中して反射されることはなく、外部ユーザーの主使用環境に該当する正面反射角２４０（０°〜２０°）の方にも反射光が反射されてディスプレーへの役割を果すようになる。
【００２４】
図３は、図２の凹凸反射板から外部光が散乱されて反射される状態を示した図面である。
【００２５】
空気層の反射率をｎ１とする時前記ｎ１の値は１になり、外部光が入射するようになって前記反射板３００に反射されることまで考慮した基板及び液晶層３１０などの反射率をｎ２とすればｎ２は大体１．５程度になる。
【００２６】
したがって、スネル（ｓｎｅｌｌ）の法則による時外部光の入射角が３０°ならば屈折する角は
【数１】
【００２７】
前記反射板３００の凹凸３２０面に入射する光は、フェルマーの法則により入射する光と法線方向に対して同一な大きさの角で法線と反対方向に出射するようになり、前記凹凸３２０面に入射する光は凹凸３２０面の各点に対応して各々異なる法線を取るようになるので結果的に反射される角が法線方向に対して２０°付近に固定されることなく拡散する。
【００２８】
したがって、最初３０°の入射角で入射した外部光は、前記凹凸３２０が形成された反射板３００を通してユーザーの主使用環境に該当する正面反射角（０°〜２０°）の方にも拡散されて反射することによってこれまでのミラー型反射板の短所である主視野角方向における低輝度特性が改善される。
【００２９】
しかし、前記のように反射板に単純に凹凸を形成することだけでは主ユーザー環境に該当する正面反射角に前記外部光が一定に反射されるようにして均一度を確保するのが難しく、視野角内すなわち、主ユーザー環境に該当する正面反射角で反射される光の強さ（反射輝度）もユーザーの使用環境に適する程に強くない短所がある。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は反射型及び半透過型液晶表示装置において、反射板に形成される複数の凹凸に対する形状を決定して、前記凹凸の半径及び高さを一定に調節して前記反射板内に配置することによって、主ユーザー環境に該当する正面反射角に対する反射効率及び反射輝度を増加された反射型液晶表示装置の反射板及び反射板形成方法を提供することを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明による反射型または半透過型液晶表示装置の反射板は、反射型または半透過型液晶表示装置の凹凸が複数形成された反射板において、前記反射板に複数形成される凹凸の形状が球の一部であって、前記凹凸の半径、高さ及び前記半径と高さの比率が一定に決定されて前記反射板に配置される。
【００３２】
また、前記凹凸の半径が３μｍから２０μｍの間に存在する特定の値であり、前記凹凸の半径と高さの比率が２０：１から７：１の間であって、特に前記凹凸の半径と高さの最も理想的な比率が１０：１であることを特徴とする。
【００３３】
また、前記目的を達成するための本発明の他の実施例による反射型または半透過型液晶表示装置の反射板は、反射型または半透過型液晶表示装置の凹凸が複数形成された反射板において、前記反射板に複数形成される凹凸の形状が、外接する球により発生する変曲点を中心に前記凹凸の上端部は変曲点の上側に該当する球の一部の内側部分で構成され、前記凹凸の下端部は変曲点の下側に該当する球の一部の外側部分で構成される。
【００３４】
また、前記変曲点を中心に変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の半径と、前記変曲点の下側に該当する球により形成される凹凸の半径の合計が３μｍと２０μｍの間に存在する特定の値であることを特徴とする。
【００３５】
また、前記変曲点を中心に変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の半径と、前記変曲点の下側に該当する球により形成される凹凸の半径の合計と；前記変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の高さと、前記変曲点の下側に該当する球により形成される凹凸の高さの合計の比率が２０：１から７：１であって、特に前記凹凸の半径の合計と凹凸の高さの合計の最も理想的な比率が１０：１であることを特徴とする。
【００３６】
また、前記変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の高さと、前記変曲点の下側に該当する球により形成される凹凸の高さの合計と；前記変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の高さの比が２：１から１：１の間であることを特徴とする。
【００３７】
また、前記目的を達成するための本発明による反射型または半透過型液晶表示装置の反射板製造方法は、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を含むスイッチング素子が形成された絶縁基板の全面に感光性の有機絶縁膜を所定の厚さで塗布する段階と、前記有機絶縁膜に一定幅の透光領域を有するマスクを利用して露光及びエッチングなどを通して球の一部形状を有する凹凸を形成する段階と、前記凹凸が形成された有機絶縁膜層上部に反射型金属を蒸着する段階が含まれる。
【００３８】
また、前記凹凸が形成された有機絶縁膜層上部にまた他の有機絶縁膜層を塗布して変曲点を有する凹凸を形成する段階がさらに含まれることを特徴とする。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照しながら本発明による実施例を詳細に説明する。
【００４０】
図４は、本発明の実施例により反射板に形成される凹凸状の断面図である。
【００４１】
前記凹凸の形状は、凹凸のプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）関数で表現することができ、前記凹凸のプロファイル関数は反射角による反射光の強さを決定する核心的な要素として働く。
【００４２】
すなわち、適切な入射光を視野角範疇内で均等に配分することができる凹凸の形状を獲得することが重要で、これにより反射角に従う反射光の分布と強さが決定される。
【００４３】
このような凹凸のプロファイル関数は、円、楕円、放物線、双曲線などの回転体に該当する形状の一部でなされる。
【００４４】
図４を参照して本発明の実施例により反射板に形成される凹凸の形状及びプロファイル関数を説明すれば次のとおりである。
【００４５】
本発明に適用される凹凸４１０は、円の回転体すなわち、球の形状の一部で構成されている。図４において横軸をｘ軸にして、縦軸をｙ軸にすると、回転する前の円は中心が（０、Ｒ−Ｈ）であって、半径はＲであり、したがって、前記円の方程式はｘ２＋｛ｙ−（Ｒ−Ｈ）｝２＝Ｒ２になる。
【００４６】
ここで、前記円のｘ軸上端部の暗い部分が前記凹凸４１０の回転する前の形態すなわち、凹凸４１０の断面であり、したがってこれに対する回転体が前記凹凸４１０の形態になって、これに対する関数が前記凹凸４１０のプロファイル関数になるである。
【００４７】
結局、本発明では凹凸４１０の形状を球形状の一部としており、これは入射する外部光に対する反射光の視野角内の反射特性が均一な分布を有するようにするためである。
【００４８】
また、前記本発明の実施例による凹凸４１０の形状及びプロファイル関数は、前記凹凸の半径ｒ ４２０の値と凹凸の高さＨ ４３０の値により変動して、一定なｒ ４２０とＨ ４３０値の比率により本発明の目的である所望する反射角すなわち、主ユーザー環境に該当する正面反射角（外部光の入射角が法線方向に対して−３０°である時、０°〜２０°）までの反射率の絶対値と拡散度を均一に制御することができるようになる。
【００４９】
ここで、本発明の実施例による凹凸４１０の形状及びプロファイル関数において、前記凹凸の半径ｒ ４２０と高さＨ ４３０の比率が２０：１から７：１の間であって、前記凹凸の半径ｒ ４２０の大きさが３μｍから２０μｍの間である時、前記のような効果を得ることができる。
【００５０】
図５Ａ及び図５Ｂは、図４の実施例による凹凸の半径ｒと凹凸の高さＨの比率に対する凹凸状の断面図及びこれによる反射角特性を示した図面である。
【００５１】
但し、図５Ａないし図５Ｂでは本発明の実施例として前記凹凸の半径ｒを４μｍに定めて前記ｒに対する一定な比率として前記凹凸の高さＨを調節したが、前記ｒ値がこれに限定されるものではない。
【００５２】
図５Ａを参照すると、横軸は前記凹凸の半径ｒを表わしており、縦軸は前記凹凸の高さＨを表わしていて、図中のカーブは本発明による凹凸５００形状の断面図である。
【００５３】
前記本発明による凹凸５００形状の断面図は、円の一部になることであって、ｒ値と、ｒとＨの一定な比率によりＨ値が定まればピタゴラスの整理により円の半径であるＲが求められて、これにより前記凹凸５００の形状が定まる。
【００５４】
例えば前記ｒ値が４μｍであって、ｒとＨの比率を１０：１に定めた場合ならば、Ｈ値は０．４μｍになり、これに対して前記凹凸５００形状の断面を含んだ円の半径Ｒは
【数２】
【００５５】
前記Ｒ値が求められれば円の方程式が決定されて、これにより結局前記円の一部に対する回転体である前記凹凸５００の形状及びプロファイル関数が定まることとなる。
【００５６】
図５Ａはｒが４μｍであって、ｒとＨの比率が２０：１から２：１である場合の前記凹凸５００の断面図を示したものであり、図５Ｂは図５ＡにおけるｒとＨの比率による前記凹凸５００の反射角特性を示したものである。
【００５７】
図５Ｂを参照すると、凹凸５００形状各々のｒとＨの比率によって本発明の目的である所望する反射角、すなわち、主ユーザー環境に該当する正面反射角（外部光の入射角が法線方向に対して−３０°である時、０°〜２０°）における反射光の強さ（反射輝度）及び均一分布程度を確認できるが、前記凹凸状のｒとＨの比率が１０：１である場合に正面反射角（０°〜２０°）における反射光の強さ及び均一分布程度が最も理想的に制御されることが分かる。
【００５８】
したがって、本発明により反射板に形成される凹凸の形状において、最適の凹凸半径ｒと高さＨの比率は１０：１である。
【００５９】
ただし、図５Ａ及び図５Ｂでは凹凸の半径ｒが固定されて、これに対して前記比率によりＨ値を決めたが、前記Ｈ値が固定されてこれに対して前記比率によりｒ値を決定することも可能である。
【００６０】
図６Ａないし図６Ｃは、図４の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図である。
【００６１】
図６Ａないし図６Ｃを参照して図４の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を説明すれば次のとおりである。
【００６２】
図６Ａを参照すると、まず下部基板６００上に金属膜をパターニングしてゲート電極６０１及びゲートライン（図示せず）が形成される。このとき、ストレージ電極パターン（図示せず）が一緒に形成され、ゲート電極６０１、ゲートライン、及びストレージ電極パターンを含む基板の全面にゲート絶縁膜６０４が形成される。前記ゲート絶縁膜６０４としてはシリコン窒化膜（ＳｉｘＮｙ）またはシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）が用いられ、これらはプラズマ化学気相蒸着法で形成されて、次に半導体層６１１が形成される。オーミックコンタクト層６０５と電気的にコンタクトされるように金属でソース電極６０２、ドレイン電極６０３及びデータラインが形成され、このような段階を経て薄膜トランジスタが形成される。
【００６３】
次に図６Ｂを参照すると、薄膜トランジスタが形成された基板上に感光性の有機絶縁膜層６０７を一定の厚さにコーティングなどの方法で形成する。ここで前記有機絶縁膜層６０７において本発明における凹凸状が形成されるものであって、図４及び図５で説明したように前記凹凸の半径及び高さ、半径と高さの比率は一定に定めてある。
【００６４】
すなわち、前記凹凸の半径ｒと高さＨの比率が２０：１から７：１間であって、前記凹凸の半径ｒの大きさが３μｍから２０μｍの間である。
【００６５】
したがって、最初コーティング等により形成される前記有機絶縁膜層６０７の厚さは前記凹凸の高さに相当することなるので、これは前記の要件に合うように調整されなければならない。
【００６６】
このように一定な厚さを有する前記有機絶縁膜層６０７が形成されれば、図６Ｃに示したように前記凹凸６１０の高さが決定されるものであって、また前記凹凸６１０の半径と高さの比率（１０：１の比率が最も理想的）が定まれば、前記凹凸６１０の半径も決定されるので、これによりフォト露光工程及びエッチング工程を通して本発明の実施例による凹凸６１０の形状を形成する。
【００６７】
また、このとき形成される凹凸６１０は、コーティング等により形成された有機絶縁膜層６０７において一定な規則により配置されるようにしたり、またはランダムに配置されるようにすることができ、前記有機絶縁膜層６０７としてはベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、アクリル（Ａｃｒｙｌ）、エーロゲル（Ａｅｒｏｇｅｌ）またはマイクロフォーム（Ｍｉｃｒｏｆｏａｍ）などを用いることができる。
【００６８】
次には、図６Ｄのように前記のように形成された凹凸６１０が配置された有機絶縁膜層６０７上部にスパッタリング工程により金属膜を蒸着して反射板６０９を形成する。前記金属膜としては界面反射特性が優秀なアルミニウム膜が主に用いられ、前記金属膜が蒸着されることによって本発明の実施例による凹凸６１０が備わった反射板６０９が形成される。
【００６９】
但し、この場合前記反射板６０９は、画素電極の役割と外部光入射を反射させる役割とを兼ねるようになるが、前記関連技術で説明したように前記反射板６０９外に別途の画素電極を形成することもできる。
【００７０】
また、前記反射板６０９が画素電極の役割を有する場合には前記反射板６０９は、前記ドレイン電極６０３と電気的に連結される。
【００７１】
図７は、本発明のまた他の実施例による反射板に形成される凹凸状の断面図である。
【００７２】
これは実際反射板に凹凸を形成する工程において凹凸を形成する有機膜層材料のメルティングキュア（ｍｅｌｔｉｎｇ ｃｕｒｅ）特性により凹凸プロファイル関数の変曲点が発生するものを考慮したことである。
【００７３】
図７を参照して本発明のまた他の実施例による凹凸状の断面図を説明すれば、前記凹凸７００の断面は図４及び図５で説明された実施例による凹凸状の断面図とは異なり、外接する円により発生する変曲点７２０を中心に凹凸７００の上端部は変曲点７２０の上側に該当する円の一部で構成されて、凹凸の下端部は変曲点７２０の下側に該当する円の一部で構成される。
【００７４】
結局図７における暗い部分に該当する部分が前記本発明のまた他の実施例による凹凸７００の断面になり、これに対する回転体が前記凹凸７００の形態になって、これに対する関数が前記凹凸７００のプロファイル関数になる。
【００７５】
すなわち、前記凹凸７００の形状は、外接する球により発生する変曲点７２０を中心に前記凹凸７００の上端部は変曲点７２０の上側に該当する球の一部の内側部分で構成され、凹凸７００の下端部は変曲点７２０の下側に該当する球の一部の外側部分で構成される。
【００７６】
また、前記変曲点７２０を中心に変曲点７２０の上側に該当する円により形成される凹凸７００の半径をａとして、前記凹凸７００の高さをＨａとし、前記変曲点７２０の下側に該当する円により形成される凹凸７００の半径をｂとして、前記凹凸７００の高さをＨｂとするならば、これは各々ａ＋ｂ＝ｒとＨａ＋Ｈｂ＝Ｈを満足する。
【００７７】
ここで、ｒとＨは、図４及び図５で説明した本発明の実施例による凹凸７００の半径と高さを意味するものであり、したがって、このときのｒとＨはその比率が２０：１から７：１の間であって、前記凹凸７００の半径ｒの大きさが３μｍから２０μｍの間でこそ前記のような効果を得ることができる。
【００７８】
また、図７における実施例による凹凸７００の形状においては、前記の要件の外にまた他の条件がさらに要求される。それは全体凹凸７００の大きさにおいて変曲点７２０の上側に該当する円により形成される凹凸７００の比率が全体の５０％から１００％にならなければならないという点である。
【００７９】
これは前記凹凸７００半径の全体の高さＨと変曲点７２０の上側に該当する円により形成される凹凸７００の高さをＨａに対してＨ：Ｈａが２：１から１：１の間であることを意味する。
【００８０】
また、前記比率が１００％になるということ、すなわちＨ：Ｈａが１：１ということは円が一つでのみからなり、これにより凹凸７００が形成されることであるので、図４及び図５で説明した凹凸７００の形状及びプロファイル関数と一致することを意味する。
【００８１】
図８は、図７の実施例においてＨとＨａの比率による反射角の特性を示した図面である。
【００８２】
図８において横軸は、前記外部光が反射されて出る反射角を表わしており、縦軸は反射されて出る反射光の強さを表わす。
【００８３】
図８を参照すると、Ｈ：Ｈａが２：１から１：１に増加しながら、すなわち全体凹凸の大きさで変曲点の上側に該当する円により形成される凹凸の比率が全体の５０％から１００％になるにしたがって、主ユーザー環境に該当する正面反射角（外部光の入射角が法線方向に対して−３０°である時、０°〜２０°）における反射光の強さ（反射輝度）及び均一分布程度が理想的に制御されることを確認できる。
【００８４】
ここで、前記ｒ（ｒ＝ａ＋ｂ）値とＨ（Ｈ＝Ｈａ＋Ｈｂ）値の比率は、図４で説明したように２０：１から７：１間でなければならず、図７では前記比率が最も理想的な１０：１である場合に限定して図示した。
【００８５】
図９Ａないし図９Ｄは、図７の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図である。
【００８６】
図９Ａないし図９Ｄを参照して図７の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を説明すれば次のとおりである。
【００８７】
まず図９Ａを参照すると、下部基板９００上に金属膜をパターニングしてゲート電極９０１及びゲートライン（図示せず）が形成される。このとき、ストレージ電極パターン（図示せず）が一緒に形成され、ゲート電極９０１、ゲートライン、及びストレージ電極パターンを含む基板の全面にゲート絶縁膜９０４が形成される。前記ゲート絶縁膜９０４としてはシリコン窒化膜（ＳｉｘＮｙ）またはシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）が用いられて、これらはプラズマ化学気相蒸着法で形成される。次に半導体層９１０が形成されて、オーミックコンタクト層９０５と電気的にコンタクトされるように金属でソース電極９０２、ドレイン電極９０３及びデータライン（図示せず）が形成され、このような段階を経て薄膜トランジスタが形成される。
【００８８】
次に図９Ｂを参照すると、薄膜トランジスタが形成された基板上に感光性の有機絶縁膜層９０７を一定の厚さでコーティングして、フォト露光及びエッチング工程を通して前記有機絶縁膜層９０７に一定な凹凸を形成する。
【００８９】
これは図６Ｂ及び図６Ｃの実施例による凹凸の製造工程とは異なっている。図６Ｂ及び図６Ｃの実施例では、前記フォト露光及びエッチング工程を通して図４及び図５で説明したように一定に決定された凹凸の半径、高さ及びその比率により前記凹凸を形成したが、図９Ｂにおける実施例では前記のような凹凸の半径、高さ及びその比率を考慮せずに凹凸９１２ａを形成する。
【００９０】
次に図９Ｃを参照すると、前記凹凸９１２が形成された有機絶縁膜層９０７’上にまた他の有機絶縁膜層９０７’を形成するようになり、このとき形成される他の有機絶縁膜層９０７のメルティングキュア（ｍｅｌｔｉｎｇ ｃｕｒｅ）特性により前記凹凸９１２の形状が決定される。
【００９１】
ここで、前記凹凸状の断面は、これは図７で説明したように、前記有機絶縁膜層９０７のメルティングキュア特性により凹凸プロファイル関数の変曲点９１０が発生することを考慮して、面接する円により発生する変曲点９１０を中心に凹凸の上端部は変曲点９１０の上側に該当する円の一部で構成されて、凹凸の下端部は変曲点９１０の下側に該当する円の一部で構成される。
【００９２】
また、前記凹凸状において、前記変曲点９１０を中心に変曲点９１０の上側に該当する円により形成される凹凸の半径をａとして、前記凹凸の高さをＨａとし、前記変曲点９１０の下側に該当する円により形成される凹凸の半径をｂとして、前記凹凸の高さをＨｂとするならば、これは各々ａ＋ｂ＝ｒとＨａ＋Ｈｂ＝Ｈを満足する。ここで、前記ｒとＨは図４及び図５で説明した本発明の実施例による凹凸の半径と高さを意味するものであり、したがって、このときのｒとＨはその比率が２０：１から７：１の間であって、前記凹凸の半径ｒの大きさが３μｍから２０μｍの間になる。
【００９３】
また、前記の要件の外にまた他の条件がさらに要求される。それは全体凹凸の大きさにおいて変曲点９１０の上側に該当する円により形成される凹凸の比率が全体の５０％から１００％にならなければならないという点である。
【００９４】
即ち、これは前記凹凸半径の全体の高さＨと変曲点９１０の上側に該当する円により形成される凹凸の高さをＨａに対してＨ：Ｈａが２：１から１：１の間であることを意味する。
【００９５】
また、このとき形成される凹凸は、前記有機絶縁膜層９０７に一定な規則により配置されるようにしたり、またはランダムに配置されるようにすることもでき、前記有機絶縁膜層９０７としては先に挙げたベンゾシクロブテン、アクリル、エーロゲルまたはマイクロフォームなどを用いることができ、前記凹凸が形成された有機絶縁膜層９０７上に更に他の有機絶縁膜層９０７’を形成する場合において、前記各有機絶縁膜層９０７及び９０７’の材料は同一で有り得る。
【００９６】
次に図９Ｄを参照すると、前記のように形成された凹凸が配置された有機絶縁膜層９０７’上部にスパッタリング工程により金属膜を蒸着して反射板９０９を形成する。
【００９７】
前記金属膜としては界面反射特性が優秀なアルミニウム膜が主に用いられ、前記金属膜が蒸着されることによって本発明の更に他の実施例による凹凸が備わった反射板９０９が形成される。
【００９８】
但し、この場合前記反射板９０９は、画素電極の役割及び入射した外部光を反射させる役割を兼ねるが、前に図６Ｄで説明したように前記反射板６０９外に別途の画素電極を形成することもできる。
【００９９】
また、前記反射板６０９が画素電極の役割を有する場合には前記反射板６０９は前記ドレイン電極６０３と電気的に連結される。
【０１００】
【発明の効果】
以上のように本発明による反射型液晶表示装置の反射板及び反射板形成方法によると、主ユーザー環境に該当する正面反射角で外部光を一定の効率で反射させることができるので反射率の均一度を確保することができ、前記正面反射角で反射される光の強さすなわち、反射輝度がユーザーの使用環境に適するように改善される長所がある。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】これまでの反射型液晶表示装置を示す断面図及び反射角特性を示した図面。
【図１Ｂ】これまでの反射型液晶表示装置を示す断面図及び反射角特性を示した図面。
【図２Ａ】これまでの凹凸反射板が採用された反射型液晶表示装置の断面図及び反射角特性を示した図面。
【図２Ｂ】これまでの凹凸反射板が採用された反射型液晶表示装置の断面図及び反射角特性を示した図面。
【図３】図２の凹凸反射板で外部光が散乱されて反射されることを示した図面。
【図４】本発明の実施例により反射板に形成される凹凸状の断面図。
【図５Ａ】図４の実施例による凹凸の半径と高さの比率に対する凹凸状の断面図及びこれによる反射角特性を示した図面。
【図５Ｂ】図４の実施例による凹凸の半径と高さの比率に対する凹凸状の断面図及びこれによる反射角特性を示した図面。
【図６Ａ】図４の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図。
【図６Ｂ】図４の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図。
【図６Ｃ】図４の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図。
【図６Ｄ】図４の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図。
【図７】本発明のまた他の実施例による反射板に形成される凹凸状の断面図。
【図８】図７の実施例において、ＨとＨａの比率による反射角の特性を示した図面。
【図９Ａ】図７の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図。
【図９Ｂ】図７の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図。
【図９Ｃ】図７の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図。
【図９Ｄ】図７の実施例による凹凸が備わった反射板が形成される製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
１００：上板
１０１：上部基板
１０２：ブラックマトリックス
１０３：カラーフィルタ
１０４：共通電極
１１０：下板
１１１、６００、９００：下部基板
１１２、６０１、９０１：ゲート電極
１１３、６０２、９０２：ソース電極
１１４、６０３、９０３：ドレイン電極
１１５、６０４、９０４：ゲート絶縁膜
１１６、６１１、９１０：半導体層
１１７、６０５、９０５：オーミックコンタクト層
１１８、６０７、９０７：有機絶縁膜層
１１９、２００、３００、６０９、９０９：反射板
１２０、３１０：液晶層
１５０、２３０：ミラー反射角
１６０、２４０：正面反射角
２５０：正反射のコンポーネント
２６０：くもりコンポーネント
２７０、３２０、４１０、５００、６１０、７００：凹凸
４２０：凹凸の半径ｒ
４３０：凹凸の高さＨ
７２０、９１０：変曲点
Claims (20)
- 反射型または半透過型液晶表示装置の凹凸が複数形成された反射板において、
前記反射板に複数形成される凹凸の形状が球の一部であって、
前記凹凸の半径、高さ及び前記半径と高さの比率が一定に決定されて前記反射板に配置されることを特徴とする反射型または半透過型液晶表示装置の反射板。 - 前記凹凸の半径が３μｍから２０μｍの間の値であることを特徴とする請求項１に記載の反射型または半透過型液晶表示装置の反射板。
- 前記凹凸の半径と高さの比率が２０：１から７：１の間であることを特徴とする請求項１に記載の反射型または半透過型液晶表示装置の反射板。
- 前記凹凸の半径と高さの比率が１０：１であることを特徴とする請求項３に記載の反射型または半透過型液晶表示装置の反射板。
- 反射型または半透過型液晶表示装置の凹凸が複数形成された反射板において、
前記反射板に複数形成される凹凸の形状が、外接する球により発生する変曲点を中心に前記凹凸の上端部は、変曲点の上側に該当する球の一部の内側部分で構成され、前記凹凸の下端部は変曲点の下側に該当する球の一部の外側部分で構成されていることを特徴とする反射型または半透過型液晶表示装置の反射板。 - 前記変曲点を中心に変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の半径と、前記変曲点の下側に該当する球により形成される凹凸の半径の合計が３μｍから２０μｍの間に存在する値であることを特徴とする請求項５に記載の反射型または半透過型液晶表示装置の反射板。
- 前記変曲点を中心に変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の半径と、前記変曲点の下側に該当する球により形成される凹凸の半径の合計と；前記変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の高さと、前記変曲点の下側に該当する球により形成される凹凸の高さの合計の比率が２０：１から７：１の間であることを特徴とする請求項５に記載の反射型または半透過型液晶表示装置の反射板。
- 前記凹凸の半径の合計と凹凸の高さの合計の比率が１０：１であることを特徴とする請求項７に記載の反射型または半透過型液晶表示装置の反射板。
- 前記変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の高さと、前記変曲点の下側に該当する球により形成される凹凸の高さの合計と；前記変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の高さの比が２：１から１：１の間であることを特徴とする請求項５に記載の反射型または半透過型液晶表示装置の反射板。
- ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を含むスイッチング素子が形成された絶縁基板の全面に感光性の有機絶縁膜を所定の厚さで塗布する段階と、
前記有機絶縁膜に一定幅の透光領域を有するマスクを利用して露光及びエッチングなどを通して球の一部形状を有する凹凸を形成する段階と；
前記凹凸が形成された有機絶縁膜層上部に反射型金属を蒸着することを特徴とする反射型または半透過型液晶表示装置の反射板製造方法。 - 前記スイッチング素子は、薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１０に記載の反射型または半透過型液晶表示装置の反射板製造方法。
- 前記凹凸の半径が３μｍから２０μｍの間に存在する値であることを特徴とする請求項１０に記載の反射型または半透過型液晶表示装置の反射板製造方法。
- 前記凹凸の半径と高さの比率が２０：１から７：１の間であることを特徴とする請求項１０に記載の反射型または半透過型液晶表示装置の反射板製造方法。
- 前記凹凸の直径と高さの比率が１０：１であることを特徴とする請求項１３に記載の反射型または半透過型液晶表示装置の反射板製造方法。
- 前記凹凸が形成された有機絶縁膜層上部に更に他の有機絶縁膜層を塗布して変曲点を有する凹凸を形成する段階が更に含まれることを特徴とする請求項１０に記載の反射型または半透過型液晶表示装置の反射板製造方法。
- 前記変曲点を有する凹凸の形状は、前記変曲点を中心に前記変曲点の上側に該当する球の一部の内側部分と、前記変曲点の下側に該当する球の一部の外側部分とで構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の反射型または半透過型液晶表示装置の反射板製造方法。
- 前記変曲点を中心に変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の半径と、前記変曲点の下側に該当する球により形成される凹凸の半径の合計が３μｍから２０μｍの間に存在する値であることを特徴とする請求項１６に記載の反射型または半透過型液晶表示装置の反射板製造方法。
- 前記変曲点を中心に変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の半径と、前記変曲点の下側に該当する球により形成される凹凸の半径の合計と；前記変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の高さと、前記変曲点の下側に該当する球により形成される凹凸の高さの合計の比率が２０：１から７：１の間であることを特徴とする請求項１６に記載の反射型または半透過型液晶表示装置の反射板製造方法。
- 前記凹凸の半径の合計と凹凸の高さの合計の比率が１０：１であることを特徴とする請求項１８に記載の反射型または半透過型液晶表示装置の反射板製造方法。
- 前記変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の高さと、前記変曲点の下側に該当する球により形成される凹凸の高さの合計と；前記変曲点の上側に該当する球により形成される凹凸の高さの比が２：１から１：１の間であることを特徴とする請求項１６に記載の反射型または半透過型液晶表示装置の反射板製造方法。
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