JP2004163461A - カラーフィルター表示板及びその製造方法とそれを含む反射透過型液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】反射透過型モードの液晶表示装置で均一な表示特性を示すことができるカラーフィルター表示板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明による反射透過型液晶表示装置は互いに対向する二つの基板を含む。下部表示板にはゲート線及びデータ線が互いに交差して画素領域が形成されており、それぞれの画素領域には、薄膜トランジスタと透明電極と透過モード領域に透過窓を有する反射膜からなる画素電極とが形成されている。下部表示板と対向する上部表示板には、厚さが異なる二つの部分からなるカラーフィルターが形成されており、透過モード領域に対応する第１部分は反射モード領域の第２部分より厚さが厚い。このように透過モード領域と反射モード領域のカラーフィルターの厚さを異るように調節すれば、画像を表示する光がそれぞれの領域でカラーフィルターを通過する程度を均一にすることができる。
【選択図】 図２
【解決手段】本発明による反射透過型液晶表示装置は互いに対向する二つの基板を含む。下部表示板にはゲート線及びデータ線が互いに交差して画素領域が形成されており、それぞれの画素領域には、薄膜トランジスタと透明電極と透過モード領域に透過窓を有する反射膜からなる画素電極とが形成されている。下部表示板と対向する上部表示板には、厚さが異なる二つの部分からなるカラーフィルターが形成されており、透過モード領域に対応する第１部分は反射モード領域の第２部分より厚さが厚い。このように透過モード領域と反射モード領域のカラーフィルターの厚さを異るように調節すれば、画像を表示する光がそれぞれの領域でカラーフィルターを通過する程度を均一にすることができる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカラーフィルター表示板及びその製造方法とそれを含む液晶表示装置に関し、さらに詳しくは、カラーフィルター表示板及びその製造方法とそれを含む反射透過型（ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ）液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は現在最も広く用いられている平板表示装置の一つであって、電極が形成されている二枚の基板と、その間に挿入されている液晶層からなり、電極に電圧を印加して液晶層の液晶分子を再配列することによって透過する光の量を調節する表示装置である。
液晶表示装置の中でも現在主に用いられているのは二つの基板に電極が各々形成されていて、電極に印加される電圧をスイッチングする薄膜トランジスタを有している液晶表示装置であり、薄膜トランジスタは二つの基板のうち一つに形成されていることが一般的である。
【０００３】
このような液晶表示装置は特定光源であるバックライト（ｂａｃｋ ｌｉｇｈｔ）によって発光した光を液晶パネルを透過させて画像を表示する透過型モードと、自然光を含む外部光を液晶パネルの反射膜に反射させて画像を表示する反射型モードに分けることができ、最近はこれらを混合した反射透過型（ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ）モードが開発されている。
一方、一般的な液晶表示装置はカラー画像を表示するためにモードと関係なく均一な厚さで形成されている赤、緑、青のカラーフィルターを備えており、液晶分子の配列を変化させながら光の透過特性を調節すると同時に、赤、緑、青のカラーフィルター各々を通過する光の量を調節する加法混色を利用してカラー画像を表示する。この時、表示装置の特性によって色感具現能力に差を有するように色差を調整するが、通常カラーフィルター膜の厚さまたは顔料分散密度などを調節して色感を具現する。
【０００４】
しかし、透過型モードと反射型モードとを共に備えている反射透過型モードではそれぞれのモード領域で光がカラーフィルター層を通過する程度が異なるために、色再現性が不均一になって表示特性が低下する問題点が発生する。つまり、透過型モードの領域でバックライトから発光した光は液晶層を通過した後、カラーフィルター層を一度通過して画像で表示されるが、一方、反射型モードの領域で画像を表示する光は外部から反射膜に到達する時及びカラーフィルター層を通過して反射膜により反射される時に、二度カラーフィルター層を通過するので、二つの領域では色感が不均一になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、反射透過型モードの液晶表示装置で均一な表示特性を示すことができるカラーフィルター表示板及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、均一な表示特性を有するカラーフィルター表示板を備えた反射透過型モードの液晶表示装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による色フィルター表示板では色フィルターの厚さを位置によって異なるようにする。尚、本発明の一実施例による液晶表示装置用色フィルター表示板は基板、そして前記基板上に形成されていて、位置によって異なる厚さを有する色フィルターを含む。前記液晶表示装置は主に外部光を利用して画像を表示する第２表示領域と内蔵光源を主に利用して画像を表示する第１表示領域を含むことができ、この場合、色フィルターは第２領域より第１領域でさらに薄いのが好ましい。
【０００７】
本発明の一実施例によれば、色フィルターは第１部分及び第２部分を含み、第２部分は第１部分より厚く、第１部分は第２部分を囲んでいることがある。色フィルターの縁付近に位置したブラックマトリックスをさらに含むことができ、このとき、色フィルターは第１部分より厚く、色フィルターの縁付近に位置した第３部分をさらに含むことができる。ここで、色フィルターの第３部分はブラックマトリックスと少なくとも一部重畳するのが好ましい。
本発明の一実施例による液晶表示装置用色フィルター表示板は基板上に具備されている共通電極をさらに含む。
【０００８】
尚、本発明の一実施例による液晶表示装置用色フィルター表示板の製造方法は、基板上に顔料を含む感光膜を塗布する段階と、位置によって露光エネルギーを異なるように透過させる少なくとも一つのマスクを利用して前記感光膜を露光する段階と、前記感光膜を現像して位置によって各々異なる厚さを有する多数の色フィルターを形成する段階とを含む。
この時、少なくとも一つのマスクは第１乃至第３領域を含み、露光エネルギーの透過率は第１領域から第３領域へ行けば行くほど増加する。第２領域はスリットパターンまたは格子パターンを含むことができる。
【０００９】
本発明の一実施例によれば、感光膜は陰性感光膜であり得、この時、感光膜は単量体、光重合開始剤及び決着剤を含むのが好ましく、感光膜の少なくとも一部分の不溶化率は２０〜６０％範囲であるのが好ましい。
尚、本発明の一実施例による反射透過型（ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ）液晶表示装置は位置によって異なる厚さを有する色フィルターを有する第１表示板、透明電極と前記透明電極上に切開部を有する反射電極を含む電界生成電極を含み、前記色フィルター表示板と対向する第２表示板を含む。
【００１０】
色フィルターは第１厚さの第１部分と第１厚さより薄い第２厚さの第２部分を含み、第１部分は切開部と対向するのが好ましい。
尚、本発明の一実施例によれば、透明電極は反射電極の下に位置するのが好ましい。
第２表示板はゲート線及びデータ線、そして前記ゲート線、前記データ線及び前記透明電極に連結されている薄膜トランジスタをさらに含むことができる。
添付した図面を参照して、本発明の実施例について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が用意に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な形態に実現することができ、ここで説明する実施例に限られるわけではない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図面において複数の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書全体において、類似した部分については同一な図面符号をつけた。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の”上”にあるとする時、これは他の部分の”直上”にある場合だけでなく、その中間に別の他の部分がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の”直上”にあるとする時には、その中間に他の部分がないことを意味する。
【００１２】
以下、本発明の実施例による色フィルター及びこれを含む液晶表示装置について図面を参照して詳細に説明する。
まず、図１及び図２を参考として本発明の実施例による液晶表示装置の構造について詳細に説明する。
図１は本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の配置図であり、図２は図１に示した薄膜トランジスタ表示板を含む液晶装置をＩＩ−ＩＩ’線に沿って切断した断面図である。
【００１３】
図１及び図２のように、本発明の実施例による液晶表示装置は、互いに対向する二枚の表示板４００、６００を含む。下部表示板４００には互いに交差してマトリックス配列の単位画素領域（Ｐ）を定義するゲート線２２及びデータ線６２が形成されており、それぞれの画素領域（Ｐ）には配線２２、６２と連結されている薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と電気的に連結されており、透明な導電膜からなる透明電極８２と反射率を有する導電膜からなっており、透過モード領域（Ｔ）に透過窓９６を有する反射膜９２からなる画素電極が形成されている。反射透過型液晶表示装置では、ピクセル端において反射膜９２からなる反射電極と透明電極８２が共存するため、透明電極８２上に反射電極９２を配置することによりピクセル接触抵抗の改善及び整列誤差範囲の確保することができる。
【００１４】
下部表示板４００と対向している上部表示板６００には画素領域（Ｐ）に切開部を有するブラックマトリックス１２０が形成されており、それぞれの画素領域（Ｐ）には赤、緑、青のカラーフィルター１３０が各々形成されているカラーフィルター１３０は共通電極１４０で覆われている。
ここで、それぞれの画素領域（Ｐ）は反射膜９２によって反射される光を通じて画像を表示する反射モード領域（Ｒ）と光源であるバックライトからの透過する光を通じて画像を表示する透過モード領域（Ｔ）を含む。この時、赤、緑、青のカラーフィルター１３０各々は表示モード（Ｒ、Ｔ）によって厚さが異なる二つの部分１３２、１３４からなっており、透過モード領域（Ｔ）に対応する第１部分１３２の厚さは他の第２部分１３４より厚い。
【００１５】
このような本発明の実施例による液晶表示装置で、透過モード領域（Ｔ）ではバックライトから発光した光は液晶層を通過した後、カラーフィルター１３２を一度通過して画像で表示される。一方、反射モード領域（Ｒ）で画像を表示する光は外部から反射膜に到達する時カラーフィルター１３４を通過し、反射膜９２によって反射される時再びカラーフィルター１３４をさらに一度通過する。よって、このような点を考慮して反射モード領域（Ｒ）のカラーフィルター１３４厚さを透過モード領域（Ｔ）のカラーフィルター１３２厚さより薄く形成する。このようにすると、画像を表示する光がそれぞれの表示モード領域（Ｔ、Ｒ）でカラーフィルター１３０を通過する程度を均一にすることができ、これによって二つの表示モード領域（Ｔ、Ｒ）で色再現性を均一にすることができるので液晶表示装置の表示特性を向上することができる。
【００１６】
つまり、本願はカラーフィルタの透過領域に対応する部分を基準にコーティング膜の厚さを形成し、スリット露光（スリット領域の面積の調整を通じて露光エネルギーを調整する）を適用して、反射領域の厚さを透過領域に対して減少させることができる。したがって、透過モード領域のカラーフィルタを薄く形成することによってカラーフィルタをツートーン（ｔｗｏｔｏｎｅ）に形成し、色再現性を均一にすることができる。
次に、本発明の実施例による液晶表示装置で下部表示板の構造についてさらに具体的に説明する。
【００１７】
下部表示板４００には、絶縁基板１０上に低抵抗を有する銀または銀合金またはアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる単一膜またはこれを含む多層膜からなっているゲート配線が形成されている。ゲート配線は横方向にのびているゲート線２２、ゲート線２２の端に連結されていて外部からのゲート信号の印加を受けゲート線に伝達するゲートパッド２４及びゲート線２２に連結されている薄膜トランジスタのゲート電極２６を含む。ここで、ゲート配線２２、２４、２６が多層膜である場合には他の物質と接触特性に優れているパッド用物質を含むのが好ましい。
【００１８】
基板１０上には窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）などからなるゲート絶縁膜３０がゲート配線２２、２４、２６を覆っている。
ゲート電極２６のゲート絶縁膜３０上部には非晶質シリコンなどの半導体からなる半導体層４０が形成されており、半導体層４０の上部にはシリサイドまたはｎ形不純物が高濃度にドーピングされているｎ＋水素化非晶質シリコンなどの物質で作られた抵抗接触層５５、５６が各々形成されている。
抵抗接触層５５、５６及びゲート絶縁膜３０上にはアルミニウムまたは銀のような低抵抗の導電物質からなる導電膜を含むデータ配線６２、６５、６６、６８が形成されている。データ配線は縦方向に形成されてゲート線２２と交差して画素を定義するデータ線６２、データ線６２に連結されて抵抗接触層５５の上部までのびているソース電極６５、データ線６２の一端に連結されていて外部からの画像信号の印加を受けるデータパッド６８、ソース電極６５と分離されていてゲート電極２６に対してソース電極６５の反対側抵抗接触層５６上部に形成されているドレーン電極６６を含む。
【００１９】
データ配線６２、６５、６６、６８と、これらが覆わない半導体層４０と、ゲート絶縁膜３０上部には窒化ケイ素または平坦化特性に優れた有機物質からなる保護膜７０が形成されている。
保護膜７０にはドレーン電極６６及びデータパッド６８を各々露出する接触孔７６、７８と、ゲート絶縁膜３０と共にゲートパッド２４を露出する接触孔７４とが形成されている。
保護膜７０上部には接触孔７６を通じてドレーン電極６６と電気的に連結されていて画素に位置する透明電極８２が形成されている。また、保護膜７０上には接触孔７４、７８を通じて各々ゲートパッド２４及びデータパッド６８と連結されている補助ゲートパッド８４及び補助データパッド８８が形成されている。ここで、透明電極８２と補助ゲート及びデータパッド８４、８８は透明な導電物質であるＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）またはＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）などからなる。
【００２０】
透明電極８２の上部には透明電極８２の一部を露出する接触孔３６を有する窒化ケイ素または酸化ケイ素または有機絶縁物質からなる層間絶縁膜３４が形成されている。ここで、層間絶縁膜３４は、以降の反射膜９２を突起パターン、凹凸パターンに形成して反射効率を極大化するために、突起パターン、凹凸パターンで形成するのが好ましい。
層間絶縁膜３４の上部には接触孔３６を通じて透明電極８２と連結されており、透過モード領域（Ｔ）に透過窓９６を有する反射膜９２が形成されている。反射膜９２はアルミニウムまたはアルミニウム合金、銀または銀合金、モリブデンまたはモリブデン合金などのように高い反射率を有する導電膜からなり、透明電極８２と共に画素電極になる。この時、反射膜９２の透過窓９６は様々な模様で形成されることができ、一つの画素領域に複数形成されることができる。また、反射膜９２は、層間絶縁膜３４と同様に突起パターンあるいは凹凸パターンを有しており、高い反射率を有する。
【００２１】
ここで、画素電極８２、９２は隣接する画素行の薄膜トランジスタにゲート信号を伝達する前段のゲート線２２と重なって維持蓄電器を構成することもできる。さらに、維持容量が不足した場合には画素電極８２、９２と連結される維持蓄電器用導電体パターンと画素電極８２、９２と重なるゲート配線２２、２４、２６と同一層に維持容量用配線を追加することもできる。
以下、このような本発明の実施例による液晶表示装置でカラーフィルター表示板及び薄膜トランジスタ表示板の製造方法について説明する。
【００２２】
まず、図３Ａ乃至図３Ｄを参照して本発明の実施例によるカラーフィルター表示板の製造方法について具体的に説明する。
まず、図３Ａに示すのように、上部絶縁基板１００の上部に遮光特性に優れた物質を積層しマスクを利用した写真エッチング工程でパターニングしてブラックマトリックス１２０を形成する。
次に、図３Ｂのように、上部絶縁基板１００の上部に光重合開始剤、単量体（ｍｏｎｏｍｅｒ）、結合剤（ｂｉｎｄｅｒ）などを含む光重合形感光性組成物と赤、緑、青の顔料のうちの一つを含む非水系分散液である陰性のカラーフィルター用感光膜１３５を塗布した後、露光エネルギーをＡ、Ｂ、Ｃ部分的に異なるように調節することができるマスク２００を利用して感光膜１３５を露光する。陰性の感光膜１３５は、光により反応した部分が不溶化しその部分が残留する性質を有し、また、既存の表面硬化型ではなくボディーを中心に硬化する性質を有する。表面硬化型は光によって表面が強化し、現象液によって耐性が増大するため表面浸食が発生しないが、ボディー中心の硬化は表面硬化率が低いため現像液による表面浸食が発生する。そのため、浸食率はスリットマスクによって決定される露光エネルギーにより変化し、これによって一定の現像時間の現像過程で表面浸食が得られる。これにより膜厚さの変化を伴ってカラー層の色特性の差別化を確保することができる。
【００２３】
光によって行われる光重合反応は陰性のカラーフィルター用感光膜１３５内に分散された光重合開始剤、単量体及び結合剤が関与するアルカリ現像液に対する不溶化を意味する。この時、光によって光重合開始剤はラジカル（ｒａｄｉｃａｌ）を発生し、このようなラジカルによって誘起された単量体ラジカルが発生し、このような単量体ラジカルは重合連鎖反応によりポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）になり、このようなポリマーは結合剤に結合して感光膜１３５の不溶化が行われる。
通常は陰性の感光膜を画像を表示するための色特性に適した厚さで塗布し、これを光源の露光エネルギーを完全に通過させることができる部分と露光エネルギーを完全に遮断することができる部分に分けられた通常のマスクで露光した後、現像して感光膜パターンを形成する。しかし、本発明の実施例では露光エネルギーが部分的に異なるように調節できるマスクを利用して現像液に対する感光膜１３５の不溶化程度を部分的に異なるものにして残すことができる感光膜の厚さを部分的に異ならして形成してカラーフィルターを形成する。これについて図４を参照して具体的に説明する。
【００２４】
図４は露光エネルギーの変化によって残留する赤、緑、青のカラーフィルター用感光膜の厚さの変化を示したグラフである。
図４のように、露光エネルギーを３０〜１７０ｍＪ／ｃｍ２の範囲で照射する時には、残せるカラーフィルター用感光膜の厚さの変化が小さくなるが、露光エネルギーを１０−３０ｍＪ／ｃｍ２の範囲に調節して照射する場合には、残せるカラーフィルター用感光膜の厚さの変化が大きくなるので、露光エネルギーを調節して感光膜の厚さを容易に調節できることが分かる。つまり、この領域は露光エネルギーが少なくて光重合反応が微弱に行われる領域で、現像液に対する結合剤の溶解速度の差が大きく発生する範囲であることが分かる。この時、単量体と光重合開始剤の種類及びこれらの混合比を調節して残せる感光膜の厚さ変化の傾斜を調節することができる。このような結果から、本発明の実施例では透過モード領域（Ｔ）と反射モード領域（Ｒ）の露光エネルギーを変化させて調節して透過モード領域（Ｔ）と反射モード領域（Ｒ）のカラーフィルターを異なる厚さに形成し、二つの領域の色再現性を調節する。
【００２５】
ここで、Ａ領域は露光エネルギーのほとんどが透過する領域であり、Ｂ領域は露光エネルギーのほとんどが遮光膜によって遮断される領域であり、Ｃ領域は１０〜３０ｍＪ／ｃｍ２の範囲で露光エネルギーの一部だけが透過する領域である。この時、Ｃ領域の露光エネルギーの透過量を調節するために主にＣ領域に対応するマスク２００にはスリット（ｓｌｉｔ）や格子形態のパターンを形成したり、半透明膜を形成する。
この時、スリットの間に位置したパターンの線幅やパターンの間の間隔、つまり、スリットの幅は露光時に使用する露光器の分解能より小さいのが好ましく、半透明膜を利用する場合には、マスクを製作する時に透過する露光エネルギーを調節するために異なる透過率を有する薄膜を利用したり厚さが異なる薄膜を利用することができる。
【００２６】
このようなマスク２００を通じてカラーフィルター用感光膜１３５に光を照射すれば露光エネルギーの光のほとんどが遮断されるＢ領域ではカラーフィルター用感光膜１３５に光重合反応がほとんど発生しなくなり、スリットパターンや半透明膜が形成されているＣ領域では露光エネルギーの照射量が少ないので光重合反応が微弱に行われる状態であり、露光エネルギーのほとんどが透過するＡ領域では光重合反応が十分に行われてカラーフィルター用感光膜１３５の不溶化が十分に行われた状態になる。
【００２７】
次に、アルカリ溶液を利用してカラーフィルター用感光膜１３５を現像すれば、図３Ｃのように、不溶化が行われたＡ領域ではカラーフィルター用感光膜１３５のほとんどが残ってカラーフィルターの第１部分１３２が形成され、光重合反応が微弱に行われて２０〜６０％の範囲で一部不溶化が行われたＣ領域にはＡ部分より薄いカラーフィルター用感光膜が残ってカラーフィルターの第２部分１３４が形成され、残りのＢ領域では不溶化が行われないためカラーフィルター用感光膜１３５が除去される。
【００２８】
ここで、不溶化率が２０〜６０％であるとは、現像液に溶けて浸食されて残るフォトレジストの残膜率が２０〜６０％であることを意味する。ここで、不溶化率を２０〜６０％とすると、透過窓（Ｔ）部分の残膜率が１００％であるならば、反射窓の２回の光経路によって決定される反射窓（Ｒ）部分の残膜率を２０〜６０％にすることができる。したがって、透過窓はバックライト光が直接通過して色特性が決定され、反射窓は２０〜６０％で決定される残膜を通過する外部光により色特性が決定される。
【００２９】
次に、他の二つの顔料を含むカラーフィルター用感光膜を上部表示板１００の上部に順次に塗布して、前述した図３Ｃのように露光エネルギーを調節することができるマスクを利用する写真工程で第１部分１３２と第１部分１３２より薄い第２部分１３４からなるカラーフィルター１３０を順次に形成し、赤、緑、青のカラーフィルター１３０を順次に完成する。
最後に、ＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明導電物質などからなっている共通電極１４０を色フィルター１３０とブラックマトリックス１２０上に形成する。
【００３０】
ここで、本発明の実施例では、部分的に異なる露光エネルギーが透過する一つのマスク２００を利用して異なる厚さを有するカラーフィルター１３０を形成したが、他の露光エネルギーが透過する二つ以上のマスクを利用して反射モード領域（Ｒ）と透過モード領域（Ｔ）を順次に露光して現像し、第２部分１３４と第１部分１３２を形成することもできる。
一方、図３Ｄのように、ブラックマトリックス１２０と重なるカラーフィルターの縁付近は第１部分１３２と同じ層で厚さを十分に残すためにマスク２００のＣ領域とＢ領域の間に露光エネルギーを十分に透過させるＡ領域を形成することができる。このようにすると、Ｃ領域に形成される第１部分のカラーフィルター１３２厚さを均一に形成することができ、現像時第１部分のカラーフィルター１３２の端縁が切れることを防止できる。また、ブラックマトリックス１２０をカラーフィルターの縁部に配置すると、カラー層の形成時に混色性をコントラスト比を確保することができる。
【００３１】
次に、透過モード領域（Ｔ）と反射モード領域（Ｒ）の赤、緑、青のカラーフィルター１３０を異らせて形成した時、透過率及び色座標の変化について説明する。
図５は本発明の実施例によるカラーフィルターの製造工程で異なる厚さを有する赤、緑、青のカラーフィルターの透過率を波長帯によって測定したグラフであり、図６は本発明の実施例によるカラーフィルターの製造工程で異なる厚さを有する赤、緑、青のカラーフィルター各々に対する色座標を示したグラフである。ここで、透過モード領域（Ｔ）と反射モード領域（Ｒ）で赤、緑、青のカラーフィルターは各々０．８ｕｍと０．４ｕｍ厚さで色再現性が１６％になるように形成した。ここで、色再現性を調節するために０．２〜２ｕｍまでカラーフィルターの厚さを多様に調節することができる。図５で実線は透過モード領域（Ｔ）で赤、緑、青のカラーフィルターに対する透過率であり、点線は反射モード領域（Ｒ）で赤、緑、青のカラーフィルターに対する透過率である。図６で”Ｔ”は透過モード領域での色座標であり、”Ｒ”は反射モード領域での色座標である。
【００３２】
図５のように、赤、緑、青のカラーフィルター１３０の厚さを異なるように形成した結果、透過率が異なってくると測定され、これにより色再現性を透過モード領域（Ｔ）と反射モード領域（Ｒ）によって異らせることができる。
また、図６のように、透過モード領域で色座標（Ｔ）は約１６％程度と測定され、反射モード領域で色座標（Ｒ）は約８％程度と測定された。
ＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）を基準にする表示素子の色再現性はＣＩＥ色座標で表示素子が有する赤、緑、青の単色点を結ぶ線分の面積に対するＮＴＳＣで表示する赤、緑、青の単色点を結ぶ線分の面積に対する比である。このような色再現性の意味は液晶表示装置の赤、緑、青のカラーフィルターを利用して三原色である赤、緑、青の基本色を加法混色して特定の色を表現する能力であり、これをＮＴＳＣやＰＡＬ（Ｐｈａｓｅ Ａｌｔｅｒａｔｉｏｎ Ｌｉｎｅ）方式などの映像基準が表示する色再現能力の相対的な比で表現する。本発明では一つの液晶表示装置で反射モード領域と透過モード領域で色差または色再現性の差を最少化して表示モードが異なっても同一な色感を有するようにすることにあり、これを具現するためにモードによって露光エネルギーを異るように調節して透過モード領域と反射モード領域のカラーフィルターの厚さを変えて形成し、二つの領域のカラーフィルター色が異なる特性を有するようにする。これにより最終的に画像を表示することにおいて、反射モード領域と透過モード領域の色再現性を同一に具現することである。
【００３３】
一方、図７Ａ乃至図１２Ｂ及び図１及び図２を参照して本発明の実施例による薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法について具体的に説明する。
まず、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、下部ガラス基板１０上部に低抵抗の導電物質を積層してゲート線２２、ゲート電極２６及びゲートパッド２４を含む横方向のゲート配線を形成する。
次に、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、窒化ケイ素からなるゲート絶縁膜３０、非晶質シリコンからなる半導体層４０、ドーピングされた非晶質シリコン層５０の３層膜を連続して積層し、マスクを利用したパターニング工程で半導体層４０とドーピングされた非晶質シリコン層５０をパターニングしてゲート電極２４と対向するゲート絶縁膜３０上部に半導体層４０と非晶質シリコン層５０を形成する。
【００３４】
次に、図９Ａ乃至図９Ｂに示すように、データ配線用導電膜を積層した後、マスクを利用した写真工程でパターニングし、ゲート線２２と交差するデータ線６２、データ線６２と連結されてゲート電極２６上部までのびているソース電極６５、データ線６２の一端に連結されているデータパッド６８、ソース電極６５と分離されていてゲート電極２６を中心にソース電極６５と対向するドレーン電極６６及びゲート線２２と重なる維持蓄電器用導電体パターン６４を含むデータ配線を形成する。
【００３５】
次に、データ配線６２、６４、６５、６６、６８で覆われないドーピングされた非晶質シリコン層パターン５０をエッチングしてゲート電極２６を中心に両側に分離させる一方、両側の抵抗接触層５５、５６の間の半導体層パターン４０を露出させる。次に、露出された半導体層４０の表面を安定化させるために酸素プラズマを実施するのが好ましい。
次に、図１０Ａ及び１０Ｂのように、低い誘電率を有して平坦化特性に優れた有機物質または窒化ケイ素などの絶縁物質を積層して保護膜７０を形成する。次に、感光膜パターンを利用した写真エッチング工程でゲート絶縁膜３０と共に乾式エッチングでパターニングし、ゲートパッド２４、ドレーン電極６６及びデータパッド６８を露出する接触孔７４、７６、７８を形成する。
【００３６】
次に、図１１Ａ及び図１１Ｂのように、ＩＴＯまたはＩＺＯ膜を積層してマスクを利用したパターニングを実施して接触孔７６を通じてドレーン電極６６と連結される透明電極８２と接触孔７４、７８を通じてゲートパッド２４及びデータパッド６８と各々連結される補助ゲートパッド８４及び補助データパッド８８を各々形成する。
次に、図１２Ａ及び図１２Ｂで示したように、有機絶縁物質を積層してマスクを利用した写真エッチング工程でパターニングして透明電極８２を露出する接触孔３６を有する層間絶縁膜３４を形成する。この時、層間絶縁膜３４に突起パターン、凹凸パターンを形成することができる。
【００３７】
最後に図１及び図２のように、高い反射率を有するアルミニウムまたは銀またはモリブデンを含む導電膜を積層してパターニングし、切開部の透過窓９６を有する反射膜９２を形成する。反射膜９２は、層間絶縁膜３４と同様に突起パターンあるいは凹凸パターンを有しており、高い反射率を有する。
前述の実施例では、反射モード領域（Ｒ）に対応する第２部分１３４と透過モード領域（Ｔ）に対応する第１部分１３２とが設けられ、第１部分１３２が第２部分１３４より厚く形成され、かつ第２部分１３４が第１部分１３２を取り囲むように形成されている。
【００３８】
これとは逆に、反射モード領域（Ｒ）に対応する第２部分１３４より厚さが厚い透過モード領域（Ｔ）に対応する第１部分１３２が、第２部分１３４を取り囲むように形成されていても良い。このように形成することで以下の効果が得られる。露光エネルギー量によって膜硬化と接着力とが増大する陰性カラーレジストにおいて、反射モード領域（Ｒ）に該当するカラーフォトレジスト層は、露光エネルギーが透過モード領域（Ｔ）に比べて低く、膜強度と接着力が弱いため、現像過程で膜剥離が発生する。上記のように反射領域の外郭に透過領域のパターンを形成すると、透過領域のパターンがブロッキングパターンとなり物理的、化学的耐性を確保することができる。
【００３９】
また、半透過ＬＣＤは基本的に反射、透過モードで光効率とコントラスト比改善のための構造が必要となる。そのためには、ブラックマトリックスを形成しない構造でなければならない。また、金属配線から反射する反射光による色フィルタの減少のためにカラーパターンオーバーラップ構造が必要となる。このとき、反射領域の外郭に透過領域のパターンを形成すると、透過パターンが反射パターンで処理されることにより光吸収率が相対的に高くなりブラックマトリックスが設けられた遮光パターンにおいても使用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明では透過モード領域のカラーフィルターの厚さを反射モード領域のカラーフィルターより厚く形成することによって、画像を表示する光がそれぞれの領域でカラーフィルターを通過する程度を均一にすることができる。これにより、二つの領域で色感を均一に示すことができるので、液晶表示装置の表示特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置での薄膜トランジスタ表示板の構造を示した配置図。
【図２】図１でＩＩ−ＩＩ’線に沿って示した反射透過型液晶表示装置の断面図。
【図３Ａ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用カラーフィルター表示板の製造方法をその工程順によって示した断面図（１）。
【図３Ｂ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用カラーフィルター表示板の製造方法をその工程順によって示した断面図（２）。
【図３Ｃ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用カラーフィルター表示板の製造方法をその工程順によって示した断面図（３）。
【図３Ｄ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用カラーフィルター表示板の製造方法をその工程順によって示した断面図（４）。
【図４】露光エネルギーの変化によって残留する赤、緑、青のカラーフィルター用感光膜の厚さの変化を示したグラフ。
【図５】本発明の実施例によるカラーフィルターの製造工程で、異なる厚さを有する赤、緑、青のカラーフィルターの透過率を波長帯によって測定したグラフ。
【図６】本発明の実施例によるカラーフィルターの製造工程で異なる厚さを有する赤、緑、青のカラーフィルター各々に対する色座標を示したグラフ。
【図７Ａ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を製造する中間過程での薄膜トランジスタ基板の配置図。
【図７Ｂ】図７ＡでＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ’線に沿った断面図。
【図８Ａ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を製造する中間過程での薄膜トランジスタ基板の配置図。
【図８Ｂ】図８ＡでＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ’線に沿った図面であって、図７Ｂの次の段階を示した断面図。
【図９Ａ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を製造する中間過程での薄膜トランジスタ基板の配置図。
【図９Ｂ】図９ＡでＩＸＢ−ＩＸＢ’線に沿った図面であって、図８Ｂの次の段階を示した断面図。
【図１０Ａ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を製造する中間過程での薄膜トランジスタ基板の配置図。
【図１０Ｂ】図１０ＡでＸＢ−ＸＢ’線に沿った図面であって、図９Ｂの次の段階を示した断面図。
【図１１Ａ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を製造する中間過程での薄膜トランジスタ基板の配置図。
【図１１Ｂ】図１１ＡでＸＩＢ−ＸＩＢ’線に沿った図面であって、図１０Ｂの次の段階を示した断面図。
【図１２Ａ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を製造する中間過程での薄膜トランジスタ基板の配置図。
【図１２Ｂ】図１２ＡでＸＩＩＢ−ＸＩＩＢｃ線に沿った図面であって、図１１Ｂの次の段階を示した断面図。
【符号の説明】
２２ ゲート線
２４ ゲートパッド
２６ ゲート電極
３０ ゲート絶縁膜
３４ 層間絶縁膜
３６ 接触孔
４０ 半導体層
５０ 非晶質シリコン層
５５、５６ 抵抗接触層
６２ データ線
６５ ソース電極
６６ ドレーン電極
６８ データパッド
７０ 保護膜
７４、７６、７８ 接触孔
８２ 透明電極
８８ 補助データパッド
９２ 反射膜
９６ 透過窓
１００ 上部絶縁基板
１２０ ブラックマトリックス
１３０ カラーフィルター
１３２ 第１部分
１３４ 第２部分
１３５ カラーフィルター用感光膜
１４０ 共通電極
２００ マスク
４００ 下部表示板
６００ 上部表示板
【発明の属する技術分野】
本発明はカラーフィルター表示板及びその製造方法とそれを含む液晶表示装置に関し、さらに詳しくは、カラーフィルター表示板及びその製造方法とそれを含む反射透過型（ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ）液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は現在最も広く用いられている平板表示装置の一つであって、電極が形成されている二枚の基板と、その間に挿入されている液晶層からなり、電極に電圧を印加して液晶層の液晶分子を再配列することによって透過する光の量を調節する表示装置である。
液晶表示装置の中でも現在主に用いられているのは二つの基板に電極が各々形成されていて、電極に印加される電圧をスイッチングする薄膜トランジスタを有している液晶表示装置であり、薄膜トランジスタは二つの基板のうち一つに形成されていることが一般的である。
【０００３】
このような液晶表示装置は特定光源であるバックライト（ｂａｃｋ ｌｉｇｈｔ）によって発光した光を液晶パネルを透過させて画像を表示する透過型モードと、自然光を含む外部光を液晶パネルの反射膜に反射させて画像を表示する反射型モードに分けることができ、最近はこれらを混合した反射透過型（ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ）モードが開発されている。
一方、一般的な液晶表示装置はカラー画像を表示するためにモードと関係なく均一な厚さで形成されている赤、緑、青のカラーフィルターを備えており、液晶分子の配列を変化させながら光の透過特性を調節すると同時に、赤、緑、青のカラーフィルター各々を通過する光の量を調節する加法混色を利用してカラー画像を表示する。この時、表示装置の特性によって色感具現能力に差を有するように色差を調整するが、通常カラーフィルター膜の厚さまたは顔料分散密度などを調節して色感を具現する。
【０００４】
しかし、透過型モードと反射型モードとを共に備えている反射透過型モードではそれぞれのモード領域で光がカラーフィルター層を通過する程度が異なるために、色再現性が不均一になって表示特性が低下する問題点が発生する。つまり、透過型モードの領域でバックライトから発光した光は液晶層を通過した後、カラーフィルター層を一度通過して画像で表示されるが、一方、反射型モードの領域で画像を表示する光は外部から反射膜に到達する時及びカラーフィルター層を通過して反射膜により反射される時に、二度カラーフィルター層を通過するので、二つの領域では色感が不均一になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、反射透過型モードの液晶表示装置で均一な表示特性を示すことができるカラーフィルター表示板及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、均一な表示特性を有するカラーフィルター表示板を備えた反射透過型モードの液晶表示装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による色フィルター表示板では色フィルターの厚さを位置によって異なるようにする。尚、本発明の一実施例による液晶表示装置用色フィルター表示板は基板、そして前記基板上に形成されていて、位置によって異なる厚さを有する色フィルターを含む。前記液晶表示装置は主に外部光を利用して画像を表示する第２表示領域と内蔵光源を主に利用して画像を表示する第１表示領域を含むことができ、この場合、色フィルターは第２領域より第１領域でさらに薄いのが好ましい。
【０００７】
本発明の一実施例によれば、色フィルターは第１部分及び第２部分を含み、第２部分は第１部分より厚く、第１部分は第２部分を囲んでいることがある。色フィルターの縁付近に位置したブラックマトリックスをさらに含むことができ、このとき、色フィルターは第１部分より厚く、色フィルターの縁付近に位置した第３部分をさらに含むことができる。ここで、色フィルターの第３部分はブラックマトリックスと少なくとも一部重畳するのが好ましい。
本発明の一実施例による液晶表示装置用色フィルター表示板は基板上に具備されている共通電極をさらに含む。
【０００８】
尚、本発明の一実施例による液晶表示装置用色フィルター表示板の製造方法は、基板上に顔料を含む感光膜を塗布する段階と、位置によって露光エネルギーを異なるように透過させる少なくとも一つのマスクを利用して前記感光膜を露光する段階と、前記感光膜を現像して位置によって各々異なる厚さを有する多数の色フィルターを形成する段階とを含む。
この時、少なくとも一つのマスクは第１乃至第３領域を含み、露光エネルギーの透過率は第１領域から第３領域へ行けば行くほど増加する。第２領域はスリットパターンまたは格子パターンを含むことができる。
【０００９】
本発明の一実施例によれば、感光膜は陰性感光膜であり得、この時、感光膜は単量体、光重合開始剤及び決着剤を含むのが好ましく、感光膜の少なくとも一部分の不溶化率は２０〜６０％範囲であるのが好ましい。
尚、本発明の一実施例による反射透過型（ｔｒａｎｓｆｌｅｃｔｉｖｅ）液晶表示装置は位置によって異なる厚さを有する色フィルターを有する第１表示板、透明電極と前記透明電極上に切開部を有する反射電極を含む電界生成電極を含み、前記色フィルター表示板と対向する第２表示板を含む。
【００１０】
色フィルターは第１厚さの第１部分と第１厚さより薄い第２厚さの第２部分を含み、第１部分は切開部と対向するのが好ましい。
尚、本発明の一実施例によれば、透明電極は反射電極の下に位置するのが好ましい。
第２表示板はゲート線及びデータ線、そして前記ゲート線、前記データ線及び前記透明電極に連結されている薄膜トランジスタをさらに含むことができる。
添付した図面を参照して、本発明の実施例について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が用意に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な形態に実現することができ、ここで説明する実施例に限られるわけではない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図面において複数の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書全体において、類似した部分については同一な図面符号をつけた。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の”上”にあるとする時、これは他の部分の”直上”にある場合だけでなく、その中間に別の他の部分がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の”直上”にあるとする時には、その中間に他の部分がないことを意味する。
【００１２】
以下、本発明の実施例による色フィルター及びこれを含む液晶表示装置について図面を参照して詳細に説明する。
まず、図１及び図２を参考として本発明の実施例による液晶表示装置の構造について詳細に説明する。
図１は本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用薄膜トランジスタ表示板の配置図であり、図２は図１に示した薄膜トランジスタ表示板を含む液晶装置をＩＩ−ＩＩ’線に沿って切断した断面図である。
【００１３】
図１及び図２のように、本発明の実施例による液晶表示装置は、互いに対向する二枚の表示板４００、６００を含む。下部表示板４００には互いに交差してマトリックス配列の単位画素領域（Ｐ）を定義するゲート線２２及びデータ線６２が形成されており、それぞれの画素領域（Ｐ）には配線２２、６２と連結されている薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と電気的に連結されており、透明な導電膜からなる透明電極８２と反射率を有する導電膜からなっており、透過モード領域（Ｔ）に透過窓９６を有する反射膜９２からなる画素電極が形成されている。反射透過型液晶表示装置では、ピクセル端において反射膜９２からなる反射電極と透明電極８２が共存するため、透明電極８２上に反射電極９２を配置することによりピクセル接触抵抗の改善及び整列誤差範囲の確保することができる。
【００１４】
下部表示板４００と対向している上部表示板６００には画素領域（Ｐ）に切開部を有するブラックマトリックス１２０が形成されており、それぞれの画素領域（Ｐ）には赤、緑、青のカラーフィルター１３０が各々形成されているカラーフィルター１３０は共通電極１４０で覆われている。
ここで、それぞれの画素領域（Ｐ）は反射膜９２によって反射される光を通じて画像を表示する反射モード領域（Ｒ）と光源であるバックライトからの透過する光を通じて画像を表示する透過モード領域（Ｔ）を含む。この時、赤、緑、青のカラーフィルター１３０各々は表示モード（Ｒ、Ｔ）によって厚さが異なる二つの部分１３２、１３４からなっており、透過モード領域（Ｔ）に対応する第１部分１３２の厚さは他の第２部分１３４より厚い。
【００１５】
このような本発明の実施例による液晶表示装置で、透過モード領域（Ｔ）ではバックライトから発光した光は液晶層を通過した後、カラーフィルター１３２を一度通過して画像で表示される。一方、反射モード領域（Ｒ）で画像を表示する光は外部から反射膜に到達する時カラーフィルター１３４を通過し、反射膜９２によって反射される時再びカラーフィルター１３４をさらに一度通過する。よって、このような点を考慮して反射モード領域（Ｒ）のカラーフィルター１３４厚さを透過モード領域（Ｔ）のカラーフィルター１３２厚さより薄く形成する。このようにすると、画像を表示する光がそれぞれの表示モード領域（Ｔ、Ｒ）でカラーフィルター１３０を通過する程度を均一にすることができ、これによって二つの表示モード領域（Ｔ、Ｒ）で色再現性を均一にすることができるので液晶表示装置の表示特性を向上することができる。
【００１６】
つまり、本願はカラーフィルタの透過領域に対応する部分を基準にコーティング膜の厚さを形成し、スリット露光（スリット領域の面積の調整を通じて露光エネルギーを調整する）を適用して、反射領域の厚さを透過領域に対して減少させることができる。したがって、透過モード領域のカラーフィルタを薄く形成することによってカラーフィルタをツートーン（ｔｗｏｔｏｎｅ）に形成し、色再現性を均一にすることができる。
次に、本発明の実施例による液晶表示装置で下部表示板の構造についてさらに具体的に説明する。
【００１７】
下部表示板４００には、絶縁基板１０上に低抵抗を有する銀または銀合金またはアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる単一膜またはこれを含む多層膜からなっているゲート配線が形成されている。ゲート配線は横方向にのびているゲート線２２、ゲート線２２の端に連結されていて外部からのゲート信号の印加を受けゲート線に伝達するゲートパッド２４及びゲート線２２に連結されている薄膜トランジスタのゲート電極２６を含む。ここで、ゲート配線２２、２４、２６が多層膜である場合には他の物質と接触特性に優れているパッド用物質を含むのが好ましい。
【００１８】
基板１０上には窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）などからなるゲート絶縁膜３０がゲート配線２２、２４、２６を覆っている。
ゲート電極２６のゲート絶縁膜３０上部には非晶質シリコンなどの半導体からなる半導体層４０が形成されており、半導体層４０の上部にはシリサイドまたはｎ形不純物が高濃度にドーピングされているｎ＋水素化非晶質シリコンなどの物質で作られた抵抗接触層５５、５６が各々形成されている。
抵抗接触層５５、５６及びゲート絶縁膜３０上にはアルミニウムまたは銀のような低抵抗の導電物質からなる導電膜を含むデータ配線６２、６５、６６、６８が形成されている。データ配線は縦方向に形成されてゲート線２２と交差して画素を定義するデータ線６２、データ線６２に連結されて抵抗接触層５５の上部までのびているソース電極６５、データ線６２の一端に連結されていて外部からの画像信号の印加を受けるデータパッド６８、ソース電極６５と分離されていてゲート電極２６に対してソース電極６５の反対側抵抗接触層５６上部に形成されているドレーン電極６６を含む。
【００１９】
データ配線６２、６５、６６、６８と、これらが覆わない半導体層４０と、ゲート絶縁膜３０上部には窒化ケイ素または平坦化特性に優れた有機物質からなる保護膜７０が形成されている。
保護膜７０にはドレーン電極６６及びデータパッド６８を各々露出する接触孔７６、７８と、ゲート絶縁膜３０と共にゲートパッド２４を露出する接触孔７４とが形成されている。
保護膜７０上部には接触孔７６を通じてドレーン電極６６と電気的に連結されていて画素に位置する透明電極８２が形成されている。また、保護膜７０上には接触孔７４、７８を通じて各々ゲートパッド２４及びデータパッド６８と連結されている補助ゲートパッド８４及び補助データパッド８８が形成されている。ここで、透明電極８２と補助ゲート及びデータパッド８４、８８は透明な導電物質であるＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）またはＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）などからなる。
【００２０】
透明電極８２の上部には透明電極８２の一部を露出する接触孔３６を有する窒化ケイ素または酸化ケイ素または有機絶縁物質からなる層間絶縁膜３４が形成されている。ここで、層間絶縁膜３４は、以降の反射膜９２を突起パターン、凹凸パターンに形成して反射効率を極大化するために、突起パターン、凹凸パターンで形成するのが好ましい。
層間絶縁膜３４の上部には接触孔３６を通じて透明電極８２と連結されており、透過モード領域（Ｔ）に透過窓９６を有する反射膜９２が形成されている。反射膜９２はアルミニウムまたはアルミニウム合金、銀または銀合金、モリブデンまたはモリブデン合金などのように高い反射率を有する導電膜からなり、透明電極８２と共に画素電極になる。この時、反射膜９２の透過窓９６は様々な模様で形成されることができ、一つの画素領域に複数形成されることができる。また、反射膜９２は、層間絶縁膜３４と同様に突起パターンあるいは凹凸パターンを有しており、高い反射率を有する。
【００２１】
ここで、画素電極８２、９２は隣接する画素行の薄膜トランジスタにゲート信号を伝達する前段のゲート線２２と重なって維持蓄電器を構成することもできる。さらに、維持容量が不足した場合には画素電極８２、９２と連結される維持蓄電器用導電体パターンと画素電極８２、９２と重なるゲート配線２２、２４、２６と同一層に維持容量用配線を追加することもできる。
以下、このような本発明の実施例による液晶表示装置でカラーフィルター表示板及び薄膜トランジスタ表示板の製造方法について説明する。
【００２２】
まず、図３Ａ乃至図３Ｄを参照して本発明の実施例によるカラーフィルター表示板の製造方法について具体的に説明する。
まず、図３Ａに示すのように、上部絶縁基板１００の上部に遮光特性に優れた物質を積層しマスクを利用した写真エッチング工程でパターニングしてブラックマトリックス１２０を形成する。
次に、図３Ｂのように、上部絶縁基板１００の上部に光重合開始剤、単量体（ｍｏｎｏｍｅｒ）、結合剤（ｂｉｎｄｅｒ）などを含む光重合形感光性組成物と赤、緑、青の顔料のうちの一つを含む非水系分散液である陰性のカラーフィルター用感光膜１３５を塗布した後、露光エネルギーをＡ、Ｂ、Ｃ部分的に異なるように調節することができるマスク２００を利用して感光膜１３５を露光する。陰性の感光膜１３５は、光により反応した部分が不溶化しその部分が残留する性質を有し、また、既存の表面硬化型ではなくボディーを中心に硬化する性質を有する。表面硬化型は光によって表面が強化し、現象液によって耐性が増大するため表面浸食が発生しないが、ボディー中心の硬化は表面硬化率が低いため現像液による表面浸食が発生する。そのため、浸食率はスリットマスクによって決定される露光エネルギーにより変化し、これによって一定の現像時間の現像過程で表面浸食が得られる。これにより膜厚さの変化を伴ってカラー層の色特性の差別化を確保することができる。
【００２３】
光によって行われる光重合反応は陰性のカラーフィルター用感光膜１３５内に分散された光重合開始剤、単量体及び結合剤が関与するアルカリ現像液に対する不溶化を意味する。この時、光によって光重合開始剤はラジカル（ｒａｄｉｃａｌ）を発生し、このようなラジカルによって誘起された単量体ラジカルが発生し、このような単量体ラジカルは重合連鎖反応によりポリマー（ｐｏｌｙｍｅｒ）になり、このようなポリマーは結合剤に結合して感光膜１３５の不溶化が行われる。
通常は陰性の感光膜を画像を表示するための色特性に適した厚さで塗布し、これを光源の露光エネルギーを完全に通過させることができる部分と露光エネルギーを完全に遮断することができる部分に分けられた通常のマスクで露光した後、現像して感光膜パターンを形成する。しかし、本発明の実施例では露光エネルギーが部分的に異なるように調節できるマスクを利用して現像液に対する感光膜１３５の不溶化程度を部分的に異なるものにして残すことができる感光膜の厚さを部分的に異ならして形成してカラーフィルターを形成する。これについて図４を参照して具体的に説明する。
【００２４】
図４は露光エネルギーの変化によって残留する赤、緑、青のカラーフィルター用感光膜の厚さの変化を示したグラフである。
図４のように、露光エネルギーを３０〜１７０ｍＪ／ｃｍ２の範囲で照射する時には、残せるカラーフィルター用感光膜の厚さの変化が小さくなるが、露光エネルギーを１０−３０ｍＪ／ｃｍ２の範囲に調節して照射する場合には、残せるカラーフィルター用感光膜の厚さの変化が大きくなるので、露光エネルギーを調節して感光膜の厚さを容易に調節できることが分かる。つまり、この領域は露光エネルギーが少なくて光重合反応が微弱に行われる領域で、現像液に対する結合剤の溶解速度の差が大きく発生する範囲であることが分かる。この時、単量体と光重合開始剤の種類及びこれらの混合比を調節して残せる感光膜の厚さ変化の傾斜を調節することができる。このような結果から、本発明の実施例では透過モード領域（Ｔ）と反射モード領域（Ｒ）の露光エネルギーを変化させて調節して透過モード領域（Ｔ）と反射モード領域（Ｒ）のカラーフィルターを異なる厚さに形成し、二つの領域の色再現性を調節する。
【００２５】
ここで、Ａ領域は露光エネルギーのほとんどが透過する領域であり、Ｂ領域は露光エネルギーのほとんどが遮光膜によって遮断される領域であり、Ｃ領域は１０〜３０ｍＪ／ｃｍ２の範囲で露光エネルギーの一部だけが透過する領域である。この時、Ｃ領域の露光エネルギーの透過量を調節するために主にＣ領域に対応するマスク２００にはスリット（ｓｌｉｔ）や格子形態のパターンを形成したり、半透明膜を形成する。
この時、スリットの間に位置したパターンの線幅やパターンの間の間隔、つまり、スリットの幅は露光時に使用する露光器の分解能より小さいのが好ましく、半透明膜を利用する場合には、マスクを製作する時に透過する露光エネルギーを調節するために異なる透過率を有する薄膜を利用したり厚さが異なる薄膜を利用することができる。
【００２６】
このようなマスク２００を通じてカラーフィルター用感光膜１３５に光を照射すれば露光エネルギーの光のほとんどが遮断されるＢ領域ではカラーフィルター用感光膜１３５に光重合反応がほとんど発生しなくなり、スリットパターンや半透明膜が形成されているＣ領域では露光エネルギーの照射量が少ないので光重合反応が微弱に行われる状態であり、露光エネルギーのほとんどが透過するＡ領域では光重合反応が十分に行われてカラーフィルター用感光膜１３５の不溶化が十分に行われた状態になる。
【００２７】
次に、アルカリ溶液を利用してカラーフィルター用感光膜１３５を現像すれば、図３Ｃのように、不溶化が行われたＡ領域ではカラーフィルター用感光膜１３５のほとんどが残ってカラーフィルターの第１部分１３２が形成され、光重合反応が微弱に行われて２０〜６０％の範囲で一部不溶化が行われたＣ領域にはＡ部分より薄いカラーフィルター用感光膜が残ってカラーフィルターの第２部分１３４が形成され、残りのＢ領域では不溶化が行われないためカラーフィルター用感光膜１３５が除去される。
【００２８】
ここで、不溶化率が２０〜６０％であるとは、現像液に溶けて浸食されて残るフォトレジストの残膜率が２０〜６０％であることを意味する。ここで、不溶化率を２０〜６０％とすると、透過窓（Ｔ）部分の残膜率が１００％であるならば、反射窓の２回の光経路によって決定される反射窓（Ｒ）部分の残膜率を２０〜６０％にすることができる。したがって、透過窓はバックライト光が直接通過して色特性が決定され、反射窓は２０〜６０％で決定される残膜を通過する外部光により色特性が決定される。
【００２９】
次に、他の二つの顔料を含むカラーフィルター用感光膜を上部表示板１００の上部に順次に塗布して、前述した図３Ｃのように露光エネルギーを調節することができるマスクを利用する写真工程で第１部分１３２と第１部分１３２より薄い第２部分１３４からなるカラーフィルター１３０を順次に形成し、赤、緑、青のカラーフィルター１３０を順次に完成する。
最後に、ＩＴＯまたはＩＺＯなどの透明導電物質などからなっている共通電極１４０を色フィルター１３０とブラックマトリックス１２０上に形成する。
【００３０】
ここで、本発明の実施例では、部分的に異なる露光エネルギーが透過する一つのマスク２００を利用して異なる厚さを有するカラーフィルター１３０を形成したが、他の露光エネルギーが透過する二つ以上のマスクを利用して反射モード領域（Ｒ）と透過モード領域（Ｔ）を順次に露光して現像し、第２部分１３４と第１部分１３２を形成することもできる。
一方、図３Ｄのように、ブラックマトリックス１２０と重なるカラーフィルターの縁付近は第１部分１３２と同じ層で厚さを十分に残すためにマスク２００のＣ領域とＢ領域の間に露光エネルギーを十分に透過させるＡ領域を形成することができる。このようにすると、Ｃ領域に形成される第１部分のカラーフィルター１３２厚さを均一に形成することができ、現像時第１部分のカラーフィルター１３２の端縁が切れることを防止できる。また、ブラックマトリックス１２０をカラーフィルターの縁部に配置すると、カラー層の形成時に混色性をコントラスト比を確保することができる。
【００３１】
次に、透過モード領域（Ｔ）と反射モード領域（Ｒ）の赤、緑、青のカラーフィルター１３０を異らせて形成した時、透過率及び色座標の変化について説明する。
図５は本発明の実施例によるカラーフィルターの製造工程で異なる厚さを有する赤、緑、青のカラーフィルターの透過率を波長帯によって測定したグラフであり、図６は本発明の実施例によるカラーフィルターの製造工程で異なる厚さを有する赤、緑、青のカラーフィルター各々に対する色座標を示したグラフである。ここで、透過モード領域（Ｔ）と反射モード領域（Ｒ）で赤、緑、青のカラーフィルターは各々０．８ｕｍと０．４ｕｍ厚さで色再現性が１６％になるように形成した。ここで、色再現性を調節するために０．２〜２ｕｍまでカラーフィルターの厚さを多様に調節することができる。図５で実線は透過モード領域（Ｔ）で赤、緑、青のカラーフィルターに対する透過率であり、点線は反射モード領域（Ｒ）で赤、緑、青のカラーフィルターに対する透過率である。図６で”Ｔ”は透過モード領域での色座標であり、”Ｒ”は反射モード領域での色座標である。
【００３２】
図５のように、赤、緑、青のカラーフィルター１３０の厚さを異なるように形成した結果、透過率が異なってくると測定され、これにより色再現性を透過モード領域（Ｔ）と反射モード領域（Ｒ）によって異らせることができる。
また、図６のように、透過モード領域で色座標（Ｔ）は約１６％程度と測定され、反射モード領域で色座標（Ｒ）は約８％程度と測定された。
ＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）を基準にする表示素子の色再現性はＣＩＥ色座標で表示素子が有する赤、緑、青の単色点を結ぶ線分の面積に対するＮＴＳＣで表示する赤、緑、青の単色点を結ぶ線分の面積に対する比である。このような色再現性の意味は液晶表示装置の赤、緑、青のカラーフィルターを利用して三原色である赤、緑、青の基本色を加法混色して特定の色を表現する能力であり、これをＮＴＳＣやＰＡＬ（Ｐｈａｓｅ Ａｌｔｅｒａｔｉｏｎ Ｌｉｎｅ）方式などの映像基準が表示する色再現能力の相対的な比で表現する。本発明では一つの液晶表示装置で反射モード領域と透過モード領域で色差または色再現性の差を最少化して表示モードが異なっても同一な色感を有するようにすることにあり、これを具現するためにモードによって露光エネルギーを異るように調節して透過モード領域と反射モード領域のカラーフィルターの厚さを変えて形成し、二つの領域のカラーフィルター色が異なる特性を有するようにする。これにより最終的に画像を表示することにおいて、反射モード領域と透過モード領域の色再現性を同一に具現することである。
【００３３】
一方、図７Ａ乃至図１２Ｂ及び図１及び図２を参照して本発明の実施例による薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法について具体的に説明する。
まず、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、下部ガラス基板１０上部に低抵抗の導電物質を積層してゲート線２２、ゲート電極２６及びゲートパッド２４を含む横方向のゲート配線を形成する。
次に、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、窒化ケイ素からなるゲート絶縁膜３０、非晶質シリコンからなる半導体層４０、ドーピングされた非晶質シリコン層５０の３層膜を連続して積層し、マスクを利用したパターニング工程で半導体層４０とドーピングされた非晶質シリコン層５０をパターニングしてゲート電極２４と対向するゲート絶縁膜３０上部に半導体層４０と非晶質シリコン層５０を形成する。
【００３４】
次に、図９Ａ乃至図９Ｂに示すように、データ配線用導電膜を積層した後、マスクを利用した写真工程でパターニングし、ゲート線２２と交差するデータ線６２、データ線６２と連結されてゲート電極２６上部までのびているソース電極６５、データ線６２の一端に連結されているデータパッド６８、ソース電極６５と分離されていてゲート電極２６を中心にソース電極６５と対向するドレーン電極６６及びゲート線２２と重なる維持蓄電器用導電体パターン６４を含むデータ配線を形成する。
【００３５】
次に、データ配線６２、６４、６５、６６、６８で覆われないドーピングされた非晶質シリコン層パターン５０をエッチングしてゲート電極２６を中心に両側に分離させる一方、両側の抵抗接触層５５、５６の間の半導体層パターン４０を露出させる。次に、露出された半導体層４０の表面を安定化させるために酸素プラズマを実施するのが好ましい。
次に、図１０Ａ及び１０Ｂのように、低い誘電率を有して平坦化特性に優れた有機物質または窒化ケイ素などの絶縁物質を積層して保護膜７０を形成する。次に、感光膜パターンを利用した写真エッチング工程でゲート絶縁膜３０と共に乾式エッチングでパターニングし、ゲートパッド２４、ドレーン電極６６及びデータパッド６８を露出する接触孔７４、７６、７８を形成する。
【００３６】
次に、図１１Ａ及び図１１Ｂのように、ＩＴＯまたはＩＺＯ膜を積層してマスクを利用したパターニングを実施して接触孔７６を通じてドレーン電極６６と連結される透明電極８２と接触孔７４、７８を通じてゲートパッド２４及びデータパッド６８と各々連結される補助ゲートパッド８４及び補助データパッド８８を各々形成する。
次に、図１２Ａ及び図１２Ｂで示したように、有機絶縁物質を積層してマスクを利用した写真エッチング工程でパターニングして透明電極８２を露出する接触孔３６を有する層間絶縁膜３４を形成する。この時、層間絶縁膜３４に突起パターン、凹凸パターンを形成することができる。
【００３７】
最後に図１及び図２のように、高い反射率を有するアルミニウムまたは銀またはモリブデンを含む導電膜を積層してパターニングし、切開部の透過窓９６を有する反射膜９２を形成する。反射膜９２は、層間絶縁膜３４と同様に突起パターンあるいは凹凸パターンを有しており、高い反射率を有する。
前述の実施例では、反射モード領域（Ｒ）に対応する第２部分１３４と透過モード領域（Ｔ）に対応する第１部分１３２とが設けられ、第１部分１３２が第２部分１３４より厚く形成され、かつ第２部分１３４が第１部分１３２を取り囲むように形成されている。
【００３８】
これとは逆に、反射モード領域（Ｒ）に対応する第２部分１３４より厚さが厚い透過モード領域（Ｔ）に対応する第１部分１３２が、第２部分１３４を取り囲むように形成されていても良い。このように形成することで以下の効果が得られる。露光エネルギー量によって膜硬化と接着力とが増大する陰性カラーレジストにおいて、反射モード領域（Ｒ）に該当するカラーフォトレジスト層は、露光エネルギーが透過モード領域（Ｔ）に比べて低く、膜強度と接着力が弱いため、現像過程で膜剥離が発生する。上記のように反射領域の外郭に透過領域のパターンを形成すると、透過領域のパターンがブロッキングパターンとなり物理的、化学的耐性を確保することができる。
【００３９】
また、半透過ＬＣＤは基本的に反射、透過モードで光効率とコントラスト比改善のための構造が必要となる。そのためには、ブラックマトリックスを形成しない構造でなければならない。また、金属配線から反射する反射光による色フィルタの減少のためにカラーパターンオーバーラップ構造が必要となる。このとき、反射領域の外郭に透過領域のパターンを形成すると、透過パターンが反射パターンで処理されることにより光吸収率が相対的に高くなりブラックマトリックスが設けられた遮光パターンにおいても使用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明では透過モード領域のカラーフィルターの厚さを反射モード領域のカラーフィルターより厚く形成することによって、画像を表示する光がそれぞれの領域でカラーフィルターを通過する程度を均一にすることができる。これにより、二つの領域で色感を均一に示すことができるので、液晶表示装置の表示特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置での薄膜トランジスタ表示板の構造を示した配置図。
【図２】図１でＩＩ−ＩＩ’線に沿って示した反射透過型液晶表示装置の断面図。
【図３Ａ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用カラーフィルター表示板の製造方法をその工程順によって示した断面図（１）。
【図３Ｂ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用カラーフィルター表示板の製造方法をその工程順によって示した断面図（２）。
【図３Ｃ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用カラーフィルター表示板の製造方法をその工程順によって示した断面図（３）。
【図３Ｄ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用カラーフィルター表示板の製造方法をその工程順によって示した断面図（４）。
【図４】露光エネルギーの変化によって残留する赤、緑、青のカラーフィルター用感光膜の厚さの変化を示したグラフ。
【図５】本発明の実施例によるカラーフィルターの製造工程で、異なる厚さを有する赤、緑、青のカラーフィルターの透過率を波長帯によって測定したグラフ。
【図６】本発明の実施例によるカラーフィルターの製造工程で異なる厚さを有する赤、緑、青のカラーフィルター各々に対する色座標を示したグラフ。
【図７Ａ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を製造する中間過程での薄膜トランジスタ基板の配置図。
【図７Ｂ】図７ＡでＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ’線に沿った断面図。
【図８Ａ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を製造する中間過程での薄膜トランジスタ基板の配置図。
【図８Ｂ】図８ＡでＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ’線に沿った図面であって、図７Ｂの次の段階を示した断面図。
【図９Ａ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を製造する中間過程での薄膜トランジスタ基板の配置図。
【図９Ｂ】図９ＡでＩＸＢ−ＩＸＢ’線に沿った図面であって、図８Ｂの次の段階を示した断面図。
【図１０Ａ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を製造する中間過程での薄膜トランジスタ基板の配置図。
【図１０Ｂ】図１０ＡでＸＢ−ＸＢ’線に沿った図面であって、図９Ｂの次の段階を示した断面図。
【図１１Ａ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を製造する中間過程での薄膜トランジスタ基板の配置図。
【図１１Ｂ】図１１ＡでＸＩＢ−ＸＩＢ’線に沿った図面であって、図１０Ｂの次の段階を示した断面図。
【図１２Ａ】本発明の実施例による反射透過型液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を製造する中間過程での薄膜トランジスタ基板の配置図。
【図１２Ｂ】図１２ＡでＸＩＩＢ−ＸＩＩＢｃ線に沿った図面であって、図１１Ｂの次の段階を示した断面図。
【符号の説明】
２２ ゲート線
２４ ゲートパッド
２６ ゲート電極
３０ ゲート絶縁膜
３４ 層間絶縁膜
３６ 接触孔
４０ 半導体層
５０ 非晶質シリコン層
５５、５６ 抵抗接触層
６２ データ線
６５ ソース電極
６６ ドレーン電極
６８ データパッド
７０ 保護膜
７４、７６、７８ 接触孔
８２ 透明電極
８８ 補助データパッド
９２ 反射膜
９６ 透過窓
１００ 上部絶縁基板
１２０ ブラックマトリックス
１３０ カラーフィルター
１３２ 第１部分
１３４ 第２部分
１３５ カラーフィルター用感光膜
１４０ 共通電極
２００ マスク
４００ 下部表示板
６００ 上部表示板
Claims (19)
- 基板と、
前記基板上に形成されていて位置によって異なる厚さを有する色フィルター
とを含む液晶表示装置用色フィルター表示板。 - 前記液晶表示装置は主に外部光を利用して画像を表示する第２表示領域と内蔵光源を主に利用して画像を表示する第１表示領域とを含む、請求項１に記載の液晶表示装置用色フィルター表示板。
- 前記色フィルターが前記第２領域より前記第１領域がさらに厚い、請求項２に記載の液晶表示装置用色フィルター表示板。
- 前記色フィルターは第１部分及び第２部分を含み、前記第２部分は前記第１部分より厚く、前記第１部分は前記第２部分を囲んでいる、請求項１に記載の液晶表示装置用色フィルター表示板。
- 前記色フィルターの縁付近に位置したブラックマトリックスをさらに含む、請求項４に記載の液晶表示装置用色フィルター表示板。
- 前記色フィルターは前記第１部分より厚くて前記色フィルターの縁付近に位置した第３部分をさらに含む、請求項５に記載の液晶表示装置用色フィルター表示板。
- 前記色フィルターの第３部分は前記ブラックマトリックスと少なくとも一部重なる、請求項６に記載の液晶表示装置用色フィルター表示板。
- 前記基板上に備えられている共通電極をさらに含む、請求項１に記載の液晶表示装置用色フィルター表示板。
- 基板上に顔料を含む感光膜を塗布する段階と、
位置によって露光エネルギーを異なるように透過させる少なくとも一つのマスクを利用して前記感光膜を露光する段階、及び
前記感光膜を現像して位置によって異なる厚さを各々有する複数の色フィルターを形成する段階
とを含む液晶表示装置用色フィルター表示板の製造方法。 - 前記少なくとも一つのマスクは第１乃至第３領域を含み、前記露光エネルギーの透過率は第１領域から第３領域に行くほど増加する、請求項９に記載の液晶表示装置用色フィルター表示板の製造方法。
- 前記第２領域はスリットパターンまたは格子パターンを含む、請求項１０に記載の液晶表示装置用色フィルター表示板の製造方法。
- 前記感光膜は陰性感光膜である、請求項９に記載の液晶表示装置用色フィルター表示板の製造方法。
- 前記感光膜は単量体、光重合開始剤及び結合剤を含む、請求項１２に記載の液晶表示装置用色フィルター表示板の製造方法。
- 前記感光膜の少なくとも一部分の不溶化率は２０〜６０％範囲である、請求項１３に記載の液晶表示装置用色フィルター表示板の製造方法。
- 位置によって異なる厚さを有する色フィルターを有する第１表示板と、
透明電極と前記透明電極上に切開部を有する反射電極を含む電界生成電極を含んで前記色フィルター表示板と対向する第２表示板
とからなる反射透過型液晶表示装置。 - 前記色フィルターは第１厚さの第１部分と、前記第１厚さより薄い第２厚さの第２部分を含み、前記第１部分は前記切開部と対向する、請求項１５に記載の反射透過型液晶表示装置。
- 前記透明電極は前記反射電極下に位置する、請求項１６に記載の反射透過型液晶表示装置。
- 前記絶縁膜は凹凸パターンを有し、前記反射電極は屈曲がある形態を有する、請求項１７に記載の反射透過型液晶表示装置。
- 前記第２表示板は、ゲート線及びデータ線、そして前記ゲート線、前記データ線及び前記透明電極に連結されている薄膜トランジスタをさらに含む、請求項１５に記載の反射透過型液晶表示装置。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US7315340B2 (en) | 2005-06-13 | 2008-01-01 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Transflective liquid crystal display device |
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| US7643113B2 (en) | 2004-09-08 | 2010-01-05 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Transflective liquid crystal display device and method for manufacturing the same |
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-
2002
- 2002-11-08 JP JP2002325910A patent/JP2004163461A/ja active Pending
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