JP2007241294A - 共通電極表示板の製造方法及び液晶表示装置 - Google Patents

共通電極表示板の製造方法及び液晶表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】反射部と透過部に異なる純度のカラーフィルタを備えながらも写真工程を減少させることのできる共通電極表示板の製造方法及び液晶表示装置を提供する。
【解決手段】絶縁基板上に顔料を含む第1感光膜を形成する段階と、前記第1感光膜上に前記第1感光膜より顔料量が多い第2感光膜を形成する段階と、前記第2及び第1感光膜を露光及び現像して、第1カラーフィルタと、前記第1カラーフィルタの所定領域を露出する第2カラーフィルタとを形成する段階とを有する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に半透過型液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、現在、最も広く使用されている平板表示装置のうちの一つであって、画素電極と共通電極などの電界生成電極が形成されている二枚の表示板と、その間に挿入されている液晶層とからなり、電界生成電極に電圧を印加して液晶層に電界を生成し、これを通じて液晶層の液晶分子の配向を決定して入射光の偏光を制御することによって画像を表示する。
液晶表示装置は、光源によって透過型液晶表示装置、反射型液晶表示装置、及び半透過型液晶表示装置に区分される。透過型液晶表示装置は液晶セルの背面に位置した照明部を利用して画像を表示し、反射型液晶表示装置は自然外部光を利用して画像を表示する。また、半透過型液晶表示装置は透過型液晶表示装置と反射型液晶表示装置の構造を結合させたものである。半透過型液晶表示装置は、反射モードと透過モードの二つのモードで作動する。透過モードは室内や外部光源の存在しない暗い所で表示装置自体の内蔵光源を利用して画像を表示し、反射モードは室外の明るい環境では外部光を反射させて画像を表示する。
このような半透過型液晶装置においては、透過部と反射部の光経路の差による色再現性が異なる。したがって、これを補償するために、ライトホールまたは純度の異なるカラーフィルタを用いる方法が提示されている。
しかし、純度の異なるカラーフィルタを用いる方法は、透過部と反射部でそれぞれ異なる純度のカラーフィルタを備えなければならない。したがって、赤、緑、青のカラーフィルタを備える場合、総6回の写真工程を必要とする。
そこで、本発明は上記従来の半透過型液晶装置における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、反射部と透過部に異なる純度のカラーフィルタを備えながらも写真工程を減少させることのできる共通電極表示板の製造方法及び液晶表示装置を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明による共通電極表示板の製造方法は、絶縁基板上に顔料を含む第1感光膜を形成する段階と、前記第1感光膜上に前記第1感光膜より顔料量が多い第2感光膜を形成する段階と、前記第2及び第1感光膜を露光及び現像して、第1カラーフィルタと、前記第1カラーフィルタの所定領域を露出する第2カラーフィルタとを形成する段階とを有することを特徴とする。
前記第1カラーフィルタと第2カラーフィルタとを形成する段階の前記第2及び第1感光膜を露光する段階においては、光透過率が互いに異なる3部分を有する光マスクを用いて前記第2及び第1感光膜を同時に露光することが好ましい。
前記光マスクは、透光領域、遮光領域、及び半透明領域を含み、前記半透明領域は、スリットパターン、格子パターン、または透過率が中間であるか或いは厚さが中間である薄膜を含むことが好ましい。
上記目的を達成するためになされた本発明による液晶表示装置は、第1基板と、前記第1基板上に形成され、反射電極及び透明電極を含む画素電極と、前記第1基板と対向する第2基板と、前記第2基板上に形成される第1カラーフィルタと、前記第1カラーフィルタ上の所定の領域に部分的に形成される第2カラーフィルタと、前記第1及び第2カラーフィルタ上に形成され、前記画素電極と対向する共通電極と、前記共通電極及び画素電極の間に位置する液晶層とを有することを特徴とする。
前記第1カラーフィルタは前記反射電極及び透明電極と対応する位置に配置され、前記第2カラーフィルタは前記透明電極と対応する位置に配置されることが好ましい。
前記第2カラーフィルタは、前記第1カラーフィルタより顔料量が多いことが好ましい。
前記第1及び第2カラーフィルタと前記共通電極との間に形成される蓋膜をさらに含むことが好ましい。
本発明に係る共通電極表示板の製造方法及び液晶表示装置によれば、低濃度顔料の感光膜と高濃度顔料の感光膜を二重に積層した後、露光及び現像を行う。これによって、一つのカラーフィルタ当り一回の露光及び現象工程にて遂行できるという効果がある。したがって、低濃度顔料の低色純度カラーフィルタと高濃度顔料の高色純度カラーフィルタをそれぞれ別途に備える時よりも工程を簡素化することができるという効果がある。
次に、本発明に係る共通電極表示板の製造方法及び液晶表示装置を実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。
図面において、いろいろな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。明細書全体にわたって類似の部分については同一の図面符号を付けた。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“すぐ上”にある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上”にあるとする時には、中間に他の部分がないことを意味する。
本発明の一実施形態による液晶表示装置について、図1〜図3を参照して詳細に説明する。
図1は本発明の一実施形態による液晶表示装置の配置図であり、図2及び図3は各々図1に示す液晶表示装置のII−II’線及びIII−III’線に沿った断面図である。
本実施形態による液晶表示装置は、薄膜トランジスタ表示板100、これに対向している共通電極表示板200、及びこれらの間に挿入され、二つの表示板(100、200)の表面に対して垂直または水平に配向されている液晶分子を含む液晶層3からなる。
まず、図1〜図3を参照して薄膜トランジスタ表示板100について説明する。
透明なガラスまたはプラスチックなどで作られた絶縁基板110上に、複数のゲート線(gate line)121及び複数の維持電極線(storage electrode line)131が形成されている。
ゲート線121はゲート信号を伝達し、主に横方向に延在している。各ゲート線121は、上に突出した複数のゲート電極(gate electrode)124と、他の層または外部駆動回路との接続のために面積の広い端部129とを含む。ゲート信号を生成するゲート駆動回路(図示せず)は、絶縁基板110上に付着される可撓性印刷回路フィルム(flexible printed circuit film)(図示せず)上に装着されたり、絶縁基板110上に直接装着されたり、絶縁基板110に直接集積できる。ゲート駆動回路が絶縁基板110上に集積されている場合、ゲート線121が延長されてこれと直接連結され得る。
維持電極線131は所定電圧の印加を受け、ゲート線121とほとんど平行に延在する。各維持電極線131は隣接した二つのゲート線121の間に位置し、二つのゲート線121のうちの下側に近い。維持電極線131は下上に拡張された維持電極(storage electrode)137を含む。しかし、維持電極線131の形状及び配置は多様に変更できる。
ゲート線121及び維持電極線131は、アルミニウム(Al)やアルミニウム合金などアルミニウム系金属、銀(Ag)や銀合金など銀系金属、銅(Cu)や銅合金など銅系金属、モリブデン(Mo)やモリブデン合金などモリブデン系金属、クロム(Cr)、タンタル(Ta)及びチタニウム(Ti)などで作ることができる。しかし、これらは物理的性質が異なる二つの導電膜(図示せず)を含む多重膜構造を有することもできる。
このうちの一つの導電膜は、信号遅延や電圧降下を減らすことができるように比抵抗(resistivity)の低い金属、例えば、アルミニウム系金属、銀系金属、銅系金属などで作られる。これとは異なって、他の導電膜は、他の物質、特にITO(indium tin oxide)及びIZO(indium zinc oxide)との物理的、化学的、電気的接触特性に優れた物質、例えばモリブデン系金属、クロム、タンタル、チタニウムなどで作られる。このような組み合わせの良い例としては、クロム下部膜とアルミニウム(合金)上部膜、及びアルミニウム(合金)下部膜とモリブデン(合金)上部膜がある。しかし、ゲート線121及び維持電極線131はその他にも多様な金属または導電体で作ることができる。
ゲート線121及び維持電極線131の側面は絶縁基板110面に対して傾斜しており、その傾斜角は約30゜〜約80゜であることが好ましい。
ゲート線121及び維持電極線131上には、窒化ケイ素(SiNx)または酸化ケイ素(SiOx)などで作られたゲート絶縁膜(gate insulating layer)140が形成されている。
ゲート絶縁膜140上には、水素化非晶質シリコン(hydrogenated amorphous silicon)(非晶質シリコンは、略してa−Siと記す)または多結晶シリコン(polysilicon)などで作られた複数の線状半導体151が形成されている。線状半導体151は主に縦方向に延在していて、ゲート電極124に向かってのび出た複数の突出部(projection)154を含む。線状半導体151はゲート線121及び維持電極線131の付近で幅が広くなり、これらを幅広く覆っている。
線状半導体151上には、複数の線状及び島型オーミックコンタクト部材(ohmic contact)161、165が形成されている。線状及び島型オーミックコンタクト部材161、165は、リンなどのn型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、またはシリサイド(silicide)で作ることができる。線状オーミックコンタクト部材161は複数の突出部163を有していて、この突出部163と島型オーミックコンタクト部材165とは対をなして線状半導体151の突出部154上に配置されている。
線状半導体151と線状及び島型オーミックコンタクト部材161、165の側面も絶縁基板110面に対して傾斜しており、その傾斜角は30゜〜80゜程度である。
線状及び島型オーミックコンタクト部材161、165及びゲート絶縁膜140上には、複数のデータ線(data line)171と複数のドレイン電極(drain electrode)175が形成されている。
データ線171はデータ信号を伝達し、主に縦方向に延在してゲート線121及び維持電極線131と交差する。各データ線171は、ゲート電極124に向かって延在した複数のソース電極(source electrode)173と、他の層または外部駆動回路との接続のために面積の広い端部179とを含む。データ信号を生成するデータ駆動回路(図示せず)は、絶縁基板110上に付着される可撓性印刷回路膜(図示せず)上に装着されたり、絶縁基板110上に直接装着されたり、絶縁基板110に直接集積できる。データ駆動回路が絶縁基板110上に集積されている場合、データ線171が延長されてこれと直接連結され得る。
ドレイン電極175はデータ線171と分離されていて、ゲート電極124を中心にソース電極173と対向する。各ドレイン電極175は、広い一端部と棒状の他端部とを含む。広い端部は維持電極137と重畳し、棒状の端部は曲がったソース電極173によって一部取り囲まれている。
一つのゲート電極124、一つのソース電極173、及び一つのドレイン電極175は、線状半導体151の突出部154と共に一つの薄膜トランジスタ(thin film transistor、TFT)をなし、薄膜トランジスタのチャネル(channel)は、ソース電極173とドレイン電極175との間の突出部154に形成される。
データ線171及びドレイン電極175は、モリブデン、クロム、タンタル及びチタニウムなど耐火性金属(refractory metal)、またはこれらの合金で作られることが好ましく、耐火性金属膜(図示せず)と低抵抗導電膜(図示せず)とを含む多重膜構造を有することができる。多重膜構造の例としては、クロムまたはモリブデン(合金)下部膜とアルミニウム(合金)上部膜の二重膜、モリブデン(合金)下部膜とアルミニウム(合金)中間膜とモリブデン(合金)上部膜の三重膜がある。しかし、データ線171及びドレイン電極175はその他にも多様な金属または導電体で作ることができる。
データ線171及びドレイン電極175も、その側面が絶縁基板110面に対して30゜〜80゜程度の傾斜角で傾斜していることが好ましい。
線状及び島型オーミックコンタクト部材161、165は、その下の線状半導体151と、その上のデータ線171及びドレイン電極175との間にだけ存在し、これらの間の接触抵抗を低くする。大部分の所では線状半導体151がデータ線171より狭いが、上述したようにゲート線121と合う部分で幅が広くなって表面のプロファイルをスムースにすることによって、データ線171が断線することを防止する。線状半導体151には、ソース電極173とドレイン電極175との間をはじめとして、データ線171及びドレイン電極175によって覆われずに露出した部分がある。
データ線171、ドレイン電極175、及び露出した線状半導体151の部分上には、保護膜(passivationlayer)180が形成されている。保護膜180は、窒化ケイ素や酸化ケイ素などの無機絶縁物からなる下部保護膜180pと、有機絶縁物からなる上部保護膜180qとを含む。上部保護膜180qは、4.0以下の誘電率を有することが好ましく、感光性(photosensitivity)を有することができ、その表面には凹凸が形成されている。しかし、保護膜180は無機絶縁物または有機絶縁物などで作られた単一膜構造を有することもできる。
また、段差を減少させるために、ゲート線121の端部129及びデータ線171の端部179の上部保護膜180qは除去されている。
保護膜180には、データ線171の端部179とドレイン電極175を各々露出する複数のコンタクトホール(contact hole)182、185が形成されている。そして、保護膜180とゲート絶縁膜140にはゲート線121の端部129を露出する複数のコンタクトホール181が形成されている。
保護膜180上には、複数の画素電極(pixel electrode)191及び複数のコンタクト補助部材(contact assistant)81、82が形成されている。
各画素電極191は、上部保護膜180qの凹凸に沿って屈曲しており、透明電極192及びその上の反射電極194を含む。
透明電極192はITOまたはIZOなどの透明な導電物質で作られ、反射電極194は、アルミニウム、銀、クロムまたはその合金などの反射性金属で作られる。しかし、反射電極194は上部膜(図示せず)と下部膜(図示せず)の二重膜構造を有することができる。上部膜はアルミニウム、銀またはその合金など低抵抗反射性金属で形成されることができ、下部膜はITOまたはIZOと接触特性の良いモリブデン系金属、クロム、タンタル及びチタニウムなどからなることができる。
反射電極194は透明電極192の一部上にだけ存在し、透明電極192の他の部分を露出させる。透明電極192の露出した部分は反射電極194内に存在する開口部195に位置する。
画素電極191は、コンタクトホール185を通じてドレイン電極175と物理的・電気的に接続されており、ドレイン電極175からデータ電圧の印加を受ける。データ電圧が印加された画素電極191は、共通電圧(common voltage)の印加を受ける共通電極表示板200の共通電極(common electrode)270と共に電場を生成することによって、二つの電極(191、270)の間の液晶層3の液晶分子の方向を決定する。このように決定された液晶分子の方向によって液晶層3を通過する光の偏光が変わる。画素電極191と共通電極270はキャパシタ[以下、“液晶キャパシタ(liquid crystal capacitor)”と言う]をなし、薄膜トランジスタがターンオフされた後にも印加された電圧を維持する。
一方、半透過型液晶表示装置は、透明電極192及び反射電極194によって各々定義される透過領域(transmissive area)TA及び反射領域(reflective area)RAに区画できる。
具体的には、薄膜トランジスタ表示板100、共通電極表示板200、及び液晶層3などにおいて、透明電極192の露出した部分の上下に位置する部分は透過領域TAとなり、反射電極194の上下に位置する部分は反射領域RAとなる。透過領域TAにおいては、液晶表示装置の下面、つまり、薄膜トランジスタ表示板100側から入射した光が液晶層3を通過して上面、つまり、共通電極表示板200側に出ることによって表示を行う。反射領域RAにおいては、上面から入射した光が液晶層3に入ってから反射電極194によって反射される。以降、液晶層3を再び通過して上面に出ることによって表示を行う。この時、反射電極194の屈曲は、光が反射されて分散されるようにする。
画素電極191及びこれと連結されたドレイン電極175の拡張部177は、維持電極137をはじめとする維持電極線131と重畳する。画素電極191及びこれと電気的に接続されたドレイン電極175が維持電極線131と重畳してキャパシタをなす。このキャパシタをストレージキャパシタ(storage capacitor)と言い、ストレージキャパシタは液晶キャパシタの電圧維持能力を強化する。
コンタクト補助部材81、82は、各々コンタクトホール181、182を通じてゲート線121の端部129及びデータ線171の端部179と連結される。コンタクト補助部材81、82は、ゲート線121の端部129及びデータ線171の端部179と外部装置との接着性を補完し、これらを保護する。
次に、共通電極表示板200について説明する。
透明なガラスまたはプラスチックなどで作られた絶縁基板210上に遮光部材(light blocking member)220が形成されている。遮光部材220はブラックマトリックス(black matrix)とも言い、画素電極191と対向する複数の開口領域を定義する一方、画素電極191の間の光漏れを防止する。
絶縁基板210上には、また、複数のカラーフィルタ(color filter)230が形成されており、遮光部材220によって取り囲まれた開口領域内にほとんど入るように配置されている。カラーフィルタ230は画素電極191に沿って縦方向に長くのび、帯(stripe)をなすことができる。各カラーフィルタ230は、赤色、緑色及び青色の三原色など基本色(primary color)のうちの一つを表示することができる。
カラーフィルタ230は、第1カラーフィルタ231と、第1カラーフィルタ231の所定領域上に形成されている第2カラーフィルタ233とを含む。第2カラーフィルタ233が形成される第1カラーフィルタ231の所定領域は、透過領域TAと対応する領域である。
この時、第1カラーフィルタ231は第2カラーフィルタ233に比べ、相対的に色を実現する顔料の濃度が低い。したがって、第2カラーフィルタ233を通過した光の色純度が第1カラーフィルタ231を通過した光の色純度より高い。
このように透過領域TAと反射領域RAにおいて、カラーフィルタに含まれた顔料の濃度を異なるようにすれば、透過領域TAと反射領域RAで表示される色感をほとんど同一にすることができる。つまり、透過領域TAと反射領域RAにおいてカラーフィルタを同一に形成する場合には、反射領域RAにおける光経路が透過領域TAの光経路に比べて2倍となる。したがって、透過領域TAと反射領域RAの色感が異なるようになる。
しかし、本発明のようにカラーフィルタを二重に形成すれば、光が反射領域RAでは低色純度カラーフィルタを2回通過し、透過領域TAでは高色純度カラーフィルタと低色純度カラーフィルタを1回ずつ通過するため、ほとんど同一の色感を表示することができる。
この時、高色純度カラーフィルタと低色純度カラーフィルタの厚さと顔料の濃度を調節することで、反射領域RAと透過領域TAにおける色感をほとんど同一にすることができる。
カラーフィルタ230及び遮光部材220上には蓋膜(overcoat)250が形成されている。蓋膜250は(有機)絶縁物で作ることができる。蓋膜250は、カラーフィルタ230を保護し、カラーフィルタ230が露出することを防止し、平坦面を提供する。
蓋膜250上には共通電極270が形成されている。共通電極270はITOやIZOなど透明な導電導電体で作ることが好ましい。
表示板(100、200)の内側面上には、液晶層3を配向するための配向膜(alignment layer)11、21が塗布されている。
次に、図1及び図2に示す本発明の実施形態による液晶表示装置の共通電極表示板を製造する方法を図4〜図7を参照して詳細に説明する。
図4〜図7は本発明の一実施形態による共通電極表示板の製造方法を説明するための工程断面図である。
まず、図4に示すように、絶縁基板210上に黒色顔料を含む感光性樹脂などを塗布した後、パターニングして遮光部材220を形成する。
次に、図5に示すように、赤色顔料を約7%程度含む低濃度顔料の感光性物質で第1感光膜PR1を形成する。
そして、第1感光膜PR1上に第2感光膜PR2を形成する。第2感光膜PR2は第1感光膜PR1より赤色顔料を多く含む。この時、第2感光膜PR2には赤色顔料が約50%程度含まれている。
次に、光透過量が互いに異なる3部分A、B、Cを有する光マスクMPを用いて感光膜(PR1、PR2)を露光する。
光マスクMPを光透過量が互いに異なる3部分を有するように形成する方法としては、光マスクに透光領域(light transmitting area)A及び遮光領域(light blocking area)Cの他に、半透明領域(translucent area)Bを設ける方法がある。半透明領域Bにはスリット(slit)パターン、格子パターン(lattice pattern)、または遮光領域Cの遮光膜に比べて透過率が中間であるか厚さが中間である薄膜が備えられる。スリットパターンを用いる時には、スリット幅やスリット間の間隔が写真工程に使用する露光器の分解能(resolution)より小さいことが好ましい。
本発明の実施形態においては、反射領域RAに半透明領域Bを位置させる。
次に、図6に示すように、露光された感光膜を現像して、第1(赤色)カラーフィルタ231及び第2(赤色)カラーフィルタ233を含む赤色カラーフィルタ230Rを完成する。
次に、図7に示すように、赤色カラーフィルタ230Rと同様の方法によって青色カラーフィルタ230B及び緑色カラーフィルタ(図示せず)を形成する。これらの形成順序は変更して遂行可能である。
次に、図1及び図2に示すように、絶縁基板210上に有機物質などを塗布して蓋膜250を形成し、スパッタリング(sputtering)方法によってITOまたはIZOなどを蒸着して共通電極270を形成する。
次に、共通電極270上に柱型間隔材(図示せず)及び配向膜(図示せず)形成工程を実施する。
尚、本発明は、上述の実施形態に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
本発明の一実施形態による液晶表示装置の配置図である。 図1に示す液晶表示装置のII−II’線に沿った断面図である。 図1に示す液晶表示装置のIII−III’線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態による共通電極表示板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の一実施形態による共通電極表示板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の一実施形態による共通電極表示板の製造方法を説明するための工程断面図である。 本発明の一実施形態による共通電極表示板の製造方法を説明するための工程断面図である。
符号の説明
3 液晶層
100 薄膜トランジスタ表示板
110、210 (下部及び上部)絶縁基板
121 ゲート線
124 ゲート電極
131 維持電極線
140 ゲート絶縁膜
151 線状半導体
161、165 (線状及び島型)オーミックコンタクト部材
171 データ線
173 ソース電極
175 ドレイン電極
180 保護膜
180p 下部保護膜
180q 上部保護膜
191 画素電極
192 透明電極
194 反射電極
195 開口部
200 共通電極表示板
220 遮光部材
230 カラーフィルタ
231 第1カラーフィルタ
233 第2カラーフィルタ
250 蓋膜
270 共通電極
PR1 第1感光膜
PR2 第2感光膜

Claims (7)

  1. 絶縁基板上に顔料を含む第1感光膜を形成する段階と、
    前記第1感光膜上に前記第1感光膜より顔料量が多い第2感光膜を形成する段階と、
    前記第2及び第1感光膜を露光及び現像して、第1カラーフィルタと、前記第1カラーフィルタの所定領域を露出する第2カラーフィルタとを形成する段階とを有することを特徴とする共通電極表示板の製造方法。
  2. 前記第1カラーフィルタと第2カラーフィルタとを形成する段階の前記第2及び第1感光膜を露光する段階においては、光透過率が互いに異なる3部分を有する光マスクを用いて前記第2及び第1感光膜を同時に露光することを特徴とする請求項1に記載の共通電極表示板の製造方法。
  3. 前記光マスクは、透光領域、遮光領域、及び半透明領域を含み、
    前記半透明領域は、スリットパターン、格子パターン、または前記遮光領域と比べ透過率が中間であるか或いは厚さが中間である薄膜を含むことを特徴とする請求項2に記載の共通電極表示板の製造方法。
  4. 第1基板と、
    前記第1基板上に形成され、反射電極及び透明電極を含む画素電極と、
    前記第1基板と対向する第2基板と、
    前記第2基板上に形成される第1カラーフィルタと、
    前記第1カラーフィルタ上の所定の領域に部分的に形成される第2カラーフィルタと、
    前記第1及び第2カラーフィルタ上に形成され、前記画素電極と対向する共通電極と、
    前記共通電極及び画素電極の間に位置する液晶層とを有することを特徴とする液晶表示装置。
  5. 前記第1カラーフィルタは前記反射電極及び透明電極と対応する位置に配置され、前記第2カラーフィルタは前記透明電極と対応する位置に配置されることを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置。
  6. 前記第2カラーフィルタは、前記第1カラーフィルタより顔料量が多いことを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
  7. 前記第1及び第2カラーフィルタと前記共通電極との間に形成される蓋膜をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の液晶表示装置。
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