JP5500937B2

JP5500937B2 - 半透過型液晶表示装置、これの製造方法及び薄膜トランジスター基板の製造方法

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Publication number: JP5500937B2
Application number: JP2009236116A
Authority: JP
Inventors: ムン，クッ−チュル; ユン，ジョ−スン; チョイ，ピル−モ; ヤン，ヨン−ホ; アン，ヤン−シック; キム，ホン−ギュン; ヨン，ヨン−ナム
Original assignee: Samsung Display Co Ltd
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2022-06-26
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Description

本発明は半透過型液晶表示装置とこれの製造方法及びこれに利用される薄膜トランジスター基板の製造方法に関し、より詳細には反射モードと透過モードとの間の視角差異を最少化することができる半透過型液晶表示装置、これの製造方法及びこれに利用される薄膜トランジスター基板の製造方法に関するものである。

最近、情報化社会において、ディスプレー装置の役割はますます重要となり、各種ディスプレー装置が多様な産業分野に広範囲に使用されている。半導体技術の急速な発展による各種情報処理装置の小型化及び軽量化が行われている。これによってディスプレー装置も薄くて軽い低消費電力の特徴を有する液晶表示装置が広範囲に使用されつつある。

このような、液晶表示装置は外部から発生された第１光の提供を受けて映像を表示する半透過型液晶表示装置と、自ら生成された第２光の提供を受けて映像を表示する反射型液晶表示装置とで区分される。さらに、第１光または第２光のいずれかの提供を受けて映像を表示する半透過型液晶表示装置が開発されている。

このような、半透過型液晶表示装置は外部光、つまり第１光の量が豊富な所では、外部から発生された第１光を利用して映像をディスプレーし、外部光量が足りない所では、自ら充電された電気エネルギーを消耗して生成された第２光を利用して映像をディスプレーする。

従って、半透過型液晶表示装置は、第１光は反射させ、第２光は透過させる構造を有する。

図１は従来の半透過型液晶表示装置の単位画素を示す平面図である。ただ、図１に図示しなかったが、半透過型液晶表示装置は薄膜トランジスター基板、薄膜トランジスター基板と対向して備えられたカラーフィルタ基板及び、前記薄膜トランジスター基板とカラーフィルタ基板との間に注入された液晶層で構成される。ここで、カラーフィルタ基板は前記薄膜トランジスター基板と対向して備えられ、ＲＧＢ色画素及びＲＧＢ色画素の全面積にわたって塗布された共通電極が形成された基板である。

図１を参照すると、半透過型液晶表示装置の薄膜トランジスター（以下、ＴＦＴと称する）基板上に形成された単位画素５０はＴＦＴ２０と画素電極１０からなる。また、ＴＦＴ基板上にロー方向に延びた複数のデータライン３１及びコラム方向に延びた複数のゲートライン３２が形成される。

具体的に、ＴＦＴ２０はゲート電極２１、ソース電極２２及びドレーン電極２３により構成され、ゲート電極２１は複数のゲートライン３２とコラム方向に共通的に連結され、ソース電極２２は複数のデータライン３１とロー方向に共通的に連結され、ドレーン電極２３は画素電極１０と連結される。

ここで、画素電極１０には第１光を反射させることで、映像を表示するための反射電極１２及び第２光を透過させることで、映像を表示するための透過電極１１が同時に形成される。

即ち、前記ＴＦＴ２０のドレーン電極２３と連結されるように透過電極１１が形成されると、その上に透過電極１１を部分的に露出させるための透過窓１３が形成された反射電極１２が形成される。

従って、外部光が豊富する時は、単位画素５０は前記反射電極１２により外部光を反射させる反射モードで映像を表示し、前記外部光が足りない時は透過窓１３により露出された透過電極１１を通じて光発生手段により発生した光を透過させる透過モードで映像を表示する。

図１で、参照符号‘Ａ’は透過窓１３の第２面積であり、‘２Ａ’は反射電極１２の第１面積である。よって、‘Ａ’は透過窓１３により露出された透過電極１１の面積と同様である。透過窓１３により露出された透過電極１１の面積Ａは、面積２Ａより小さい。従って、前記半透過型液晶表示装置は一般に反射モードで映像を表示し、前記外部光が足りない場合にのみ光発生手段により発生した光を利用する透過モードで映像を表示することで、光を生成するのに消費される電力を最少化することができる。

しかし、このように第１面積２Ａが前記第２面積Ａより大きいので、反射モードと透過モードとの間の輝度差異が発生する。即ち、反射モードでの輝度が透過モードでの輝度より高く示される。

このような輝度差異を補償するために、前記透過モードで発生される第２光の量を増加させることができるが、これは消費電力を増加させるという問題を発生させる。

また、‘２Ａ’の第１面積を有する反射電極１２が、透過窓１３によって露出された透過電極１１の第２面積‘Ａ’より広く形成されたことにもかかわらず、前記反射モードでは第１光がカラーフィルタ基板を二度通過することになる。即ち、反射モードで第１光はカラーフィルタ基板を通じて入射された後、前記反射電極１２により反射されて再びカラーフィルタ基板を通じて出射される。

従って、前記反射モードと透過モードとの間で、色再現性の差異が発生する。

本発明の目的は、透過モードと反射モードとの間の視角差異を最少化することができる半透過型液晶表示装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、薄形化を具現することができる半透過型液晶表示装置を提供することにある。

また、本発明の目的は、前記した半透過型液晶表示装置に利用される薄膜トランジスターの製造方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、透過モードと反射モードとの間の視角差異を最少化しながら、製造工程数を減少させることができる半透過型液晶表示装置の製造方法を提供することにある。

上述した目的を達成するための本発明による半透過型液晶表示装置は、第１面、前記第１面と対向する第２面及び複数の側面を有する透明基板と、前記第１面上に形成される薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタから出力された電源電圧が印加され、第１面積を有する透明な画素電極と、前記画素電極と前記第１面との間に形成された誘電層と、前記誘電層と前記第１面との間に形成されて、前記第１面から前記第２面に向かう方向の光の一部は反射し、画像保持用キャパシタの下部電極として機能し、第２面積を有する画像保持用反射電極とを含む第１基板と、
前記第１基板の第１面と対向し、前記画素電極と対向する位置に色画素共通電極が形成された第２基板と、
前記第１基板と第２基板との間に注入された液晶と、
を含み、前記画像保持用反射電極は前記薄膜トランジスタのゲート電極と同一工程によって同一層に形成され、
前記画素電極は、前記薄膜トランジスタのドレイン電極の一部の上に直接的に重なるように形成されていることを特徴とする。

ここで、前記画像保持用反射電極には、開口が形成されることが好ましい。

また、前記画像保持用反射電極と前記画素電極とが重畳しない領域の面積と前記第２面積は同一であることが好ましい。

さらに、前記画像保持用反射電極は、所定形状を有するプレート形状を有することが好ましい。

前記画像保持用反射電極は、第１面と平行であり、第１方向に延在する第１画像保持用反射電極と、前記第１画像保持用反射電極から第１面に沿って前記第１方向と異なる第２方向に延在する第２画像保持用反射電極とを含むことが好ましい。

また、前記第１方向と前記第２方向とは相異することが好ましい。

本発明に係る半透過型液晶表示装置の製造方法は、
第１透明基板の第１面に形成された第１メタル薄膜をパターニングしてゲート電極が１つ以上連結されたゲートライン及び前記ゲートラインと絶縁され、第１面積を有する画像保持用反射電極を形成する段階と、
前記ゲート電極の上部に前記ゲート電極と絶縁されたチャンネル部を形成する段階と、
前記チャンネル部の２箇所が露出されるようにコンタクトホールが形成された絶縁層を第１面の全面にわたって形成する段階と、
前記第１面の全面にわたって形成された第２メタル薄膜をパターニングして、前記コンタクトホールのうち、いずれか１つに接続されるソース電極及びソース電極と接続されるデータライン、前記コンタクトホールのうち、残りの１つの接続されたドレーン電極を形成する段階と、
前記第１面の全面にわたって形成された透明な導電膜をパターニングして、前記ドレーン電極の一部の上に直接的に重なるように形成され、第２面積を有する透明電極を形成する段階と、
前記第１透明基板と対向し、色画素及び共通電極が形成された第２透明基板を前記第１透明基板とアセンブリする段階と、
前記第１及び第２透明基板間に液晶を注入する段階と、
を含む。

ここで、前記ゲート電極と前記チャンネル部は、透明な絶縁層によって絶縁されることが好ましい。

従来の半透過型液晶表示装置の単位画素を示す平面図である。本発明の一実施例による半透過型液晶表示装置を具体的に示す断面図である。図２に示した半透過型液晶表示装置の単位画素を示す平面図である。従来の半透過型液晶表示装置の反射モードと透過モードとの輝度分布曲線を示すグラフである。図３に示した半透過型液晶表示装置の反射モードと透過モードとの輝度分布曲線を示すグラフである。本発明の他の実施例による単位画素を示す図面である。本発明の他の実施例による単位画素を示す図面である。本発明の他の実施例による半透過型液晶表示装置を具体的に示す断面図である。図８に示すＴＦＴ基板の製造工程を具体的に示す断面図である。図８に示すＴＦＴ基板の製造工程を具体的に示す断面図である。図８に示すＴＦＴ基板の製造工程を具体的に示す断面図である。図８に示すＴＦＴ基板の製造工程を具体的に示す断面図である。図８に示すＴＦＴ基板の製造工程を具体的に示す断面図である。図８に示すＴＦＴ基板の製造工程を具体的に示す断面図である。図９Ａに示すＴＦＴ基板を具体的に示す斜視図である。図９Ｃに示すＴＦＴ基板を具体的に示す斜視図である。図９Ｄに示すＴＦＴ基板を具体的に示す斜視図である。図９Fに示すＴＦＴ基板を具体的に示す斜視図である。本発明の他の実施例による半透過型液晶表示装置の他に画素を具体的に示す断面図である。図１１に示す薄膜トランジスター基板を製造する過程を示す図面である。図１１に示す薄膜トランジスター基板を製造する過程を示す図面である。図１１に示す薄膜トランジスター基板を製造する過程を示す図面である。図１１に示す薄膜トランジスター基板を製造する過程を示す図面である。図１１に示す薄膜トランジスター基板を製造する過程を示す図面である。本発明の他の実施例による薄膜トランジスター基板を示す図面である。本発明の他の実施例による薄膜トランジスター基板を示す図面である。本発明の他の実施例による薄膜トランジスター基板を示す図面である。

以下、図面を参照して本発明の望ましい一実施例をより詳細に説明する。

〈実施例１〉
図２は本発明の一実施例による半透過型液晶表示装置の構造を説明するためのプロファイルを示した断面図である。

図２に示すように、半透過型液晶表示装置１９０は、ＴＦＴ基板１４０、前記ＴＦＴ基板１４０と対向するカラーフィルタ基板１７０及びＴＦＴ基板１４０とカラーフィルタ基板１７０との間に注入される液晶層１６０により構成される。

ＴＦＴ基板１４０は、第１絶縁基板１００と、第１絶縁基板１００上に備えられたＴＦＴ１２０と、コンタクトホール１１５を有するようにＴＦＴ１２０上に形成される第１有機絶縁層１１４と、第１有機絶縁層１１４上の透過電極１１１と、透過電極１１１上の第２有機絶縁層１１６と、透過窓１１３と、透過電極１１１との電気的に接続される反射電極１１２とを含む。

第１絶縁基板１００上には前記ＴＦＴ１２０が形成される。前記ＴＦＴ１２０はゲート電極１２１、ソース電極１２２及びドレーン電極１２３からなり、ゲート電極１２１は絶縁膜を通じてソース電極１２２及びドレーン電極１２３と絶縁状態を保持する。また、ＴＦＴ１２０にはゲート電極１２１に電圧が印加されるにつれて、前記ソース電極１２２から前記ドレーン電極１２３に電圧が印加されるようにする半導体層が形成される。

このような構成を有する複数のＴＦＴ１２０はＴＦＴ基板１４０上にマトリックス状に配列される。ここで、マトリックス状に配列されたＴＦＴ１２０のうち、各コラム（ｃｏｌｕｍｎ）方向に配列されたＴＦＴ１２０のゲート電極１２１は、共通ゲートライン（図示せず）によりゲート電圧が印加される。即ち、同一のカラムに配列されたＴＦＴ１２０は、共通ゲートラインによりコラム単位に同時にターンオン又はターンオフされる。

一方、マトリックス状に配列されたＴＦＴ１２０のうち、各ロー（ｌｏｗ）に属する全てＴＦＴ１２０のソース電極１２２は、共通データライン（図示せず）によりデータ電源が印加される。

このように、ＴＦＴ１２０のソース電極１２２に所望する電圧が印加された状態で、選択されたいずれか一つの共通ゲートラインにターンオン電圧が印加されることにより、マトリックス状に配列されたＴＦＴ１２０のうちの選択された一つのコラムに属するＴＦＴ１２０にはソース電極１２２から半導体層を経てドレーン電極１２３に電源が出力される。同様に、ＴＦＴ１２０のソース電極１２２に電圧を印加する共通ゲートラインに接続されるＴＦＴは、ＴＦＴ１２０の対応する電圧応じて操作される。このように、前記ドレーン電極１２３に出力された電源に液晶１６０が駆動されてディスプレーが実施される。

ここで、ＴＦＴ１２０のドレーン電極１２３には透過電極１１１及び反射電極１１２が共に形成された画素電極１１０が連結される。ドレーン電極１２３とソース電極１２２は半導体層上において同一層に形成される。よって、ドレーン電極１２３を透過電極１１１及び反射電極１１２と電気的に接続するために、前記ＴＦＴ１２０上に所望の厚みの第１有機絶縁膜１１４が形成される。一方、前記第１有機絶縁膜１１４の上面は凹凸構造で形成される。

このように、第１絶縁基板１００の全面積にわたって形成された前記第１有機絶縁膜１１４は、部分的に除去され、前記ＴＦＴ１２０のドレーン電極１２３を露出させるためのコンタクトホール１１５が形成される。コンタクトホール１１５が形成された後、露出されたドレーン電極１２３上及び前記第１有機絶縁膜１１４の上面にはインジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと称する）物質またはインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）物質からなる透過電極１１１が均一な厚さに蒸着される。前記透過電極１１１はコンタクトホール１１５を通じてＴＦＴ１２０のドレーン電極１２３と電気的に接続される。

一方、透過電極１１１の上面には第２有機絶縁膜１１６が均一な厚さで形成される。ここで、第２有機絶縁膜１１６はアクリル系有機絶縁膜が使用される。このように、透過電極１１１の上面に形成された第２有機絶縁膜１１６は２箇所が開口される。第１開口はコンタクトホール１１５である。即ち、開口されるところのうちのいずれか一つはドレーン電極１２３の上面に位置している。第２開口は、透過電極１１１の一部を露出するために所定距離ＴＦＴ１２０から離れて形成されており、透過窓１１３として使用される。前記コンタクトホール１１５は反射電極１１２と透過電極１１１を電気的に接触されるようにするために形成される。前記第２有機絶縁膜１１６の上面は凹凸構造で形成される。

以後、第２有機絶縁膜１１６の上面には反射電極１１２が形成される。反射電極１１２は外部から発生されてＴＦＴ基板１４０に入射された第１光Ｌ１を反射させる役割を有する。ここで、反射電極１１２は第２有機絶縁膜１１６と同様に凹凸構造の表面構造を有するので、前記第１光Ｌ１の反射量を増加させ、また第１光Ｌ１を拡散させる。

ＴＦＴ基板１４０は、その上部にＲＧＢピクセル１７２が形成される第２絶縁層１７１を有するカラーフィルタ基板１７０と結合される。そして、共通電極１７３が形成される。液晶１６０は、カラーフィルタ基板１７０とＴＦＴ基板１４０との間に形成される。一方、前記反射電極１１２には透過電極１１１の一部分を開口させるための前記透過窓１１３が形成されている。前記透過窓１１３は半透過型液晶表示装置１９０自ら生成された第２光Ｌ２を透過させる。

図３で、参照符号“２Ｂ”は透過窓１３の第２面積であり、“Ｂ”は前記反射電極１２の第１面積である。透過窓１３により露出された透過電極１は、２Ｂと同じである。反射電極１１２の第１面積Ｂは、透過窓１１３により露出された透過電極１１１の第２面積２Ｂより小さい。つまり。前記透過窓１１３により露出された透過電極１１１の第２面積は、前記透過モード及び反射モードとの間の視角差異を最少化することができる程度に十分大きな面積を有する。

前記単位画素の面積は一定であるために、第２面積２Ｂを増加させると、相対的に第１面積Ｂは減少する。ここで、第２面積２Ｂと第１面積Ｂとの割合は、反射電極１１２の反射効率に対応している。つまり、割合Ｃは、反射電極１１２の反射効率に比例する。

図３は図２に示した半透過型液晶表示装置の単位画素を示す平面図である。

図３を参照すると、単位画素１５０はＴＦＴ１２０及びＴＦＴ１２０と連結された画素電極１１０からなる。ＴＦＴ１２０のゲート電極１２１は第１絶縁基板１００上に配線された共通ゲートライン１３１と連結され、ソース電極１２２は第１絶縁基板１００上に配線された共通データライン１３２と連結される。また、ドレーン電極１２３は前記画素電極１１０と連結される。

前記画素電極１１０は第１有機絶縁膜１１６上に形成され、透明なＩＴＯ物質からなる透過電極１１１、前記透過電極１１１の上部に形成されメタル物質からなる反射電極１１２からなる。一方、反射電極１１２は透過電極１１１を露出させるための透過窓１１３を有する。画素電極１１０の面積が第３面積で定義されるとすると、反射電極１１２は、第３面積から透過窓１１３の面積に対応する第２面積の大きさを減算して得られる第１面積を有する。第２面積は、第１面積よりも大きく、第１と第２面積との割合は、反射電極１１２の反射効率に依存している。

従来の単位ピクセルにおいて、透過窓の大きさは反射電極よりも小さい。図１で、前記透過窓１３により露出された透過電極１１の第２面積は“Ａ”であり、前記反射電極１２の第１面積は“２Ａ”である。従って、画素電極１０の第３面積は“Ａ＋２Ａ＝３Ａ”である。

しかし、本発明の単位画素１５０においては、透過窓１１３の大きさは反射電極１１２よりも大きい。一方、図３で、透過窓１１３により露出された透過電極１１１の第２面積は“２Ｂ”であり、反射電極１１２の第１面積は“Ｂ”である。ここで、画素電極の第３面積は“３Ｂ”である。

図４は従来の半透過型液晶表示装置の反射モード及び透過モードの輝度分布曲線を示すグラフであり、図５は本発明の半透過型液晶表示装置の一実施例による反射モード及び透過モードの輝度分布曲線を示すグラフである。図４で、図１に示す画素電極を有する液晶表示装置において、Ｒ１は反射モードでの輝度分布曲線を示し、Ｔ１は透過モードでの輝度分布曲線を示す。図５で、図３に示す画素電極を有する液晶表示装置において、Ｒ２は反射モードでの輝度分布曲線を示し、Ｔ２は透過電極での輝度分布曲線を示す。

図４及び図５において、反射電極の反射効率が３０％であり、ディスプレー有効面積が２インチの製品である半透過型液晶表示装置を例として説明する。ただ、ｘ軸は第１光の明るさ（ｌｕｘ）を示し、ｙ軸は半透過型液晶表示装置の輝度（ｃｄ／ｍ^２）を示す。

図１を参照すると、従来の半透過型液晶表示装置は反射電極が透過窓１３により露出された透過電極１１より広く形成される。ここで、透過モードでの輝度は１５ｃｄ／ｍ^２に固定されており、前記反射モードでの輝度は前記第１光の明るさにより変化される。即ち、第１光が１０，０００ｌｕｘである時、反射モードでの輝度は１０ｃｄ／ｍ^２を示し、第１光が５０，０００ｌｕｘである時、反射モードでの輝度は４０ｃｄ／ｍ^２を示す。

従来の半透過型液晶表示装置は反射モードでの輝度が１５ｃｄ／ｍ²以下に示される前記第２光の明るさでは前記透過モードで映像を表示し、反射モードでの輝度が１５ｃｄ／ｍ²以上に示される前記第１光の明るさでは反射モードで映像を表示する。

従って、従来の半透過型液晶表示装置は一般に前記反射モードで映像を表示し、第１光の明るさが足りない時にのみ透過モードで映像を表示する。

図４に示すように、第１光が増加されるほど反射モードでの輝度もその分増加される。第１光が増加されるにつれて、反射モードでの輝度と透過モードでの輝度との差異の隔差はさらに増加される。

一方、図３に示すように、本発明による半透過型液晶表示装置は透過窓１１３に露出された透過電極１１１の第２面積が反射電極１１２の第１面積よりさらに広く形成される。ただ、図３を説明するにおいて、前記第２面積が第１面積より２倍位増加されたことを例として説明する。

透過モードでの輝度は、透過窓により露出された前記透過電極１１１の第２面積が２倍増加されるにより、従来より２倍増加された約３０ｃｄ／ｍ²である。一方、前記反射モードでの輝度は外部から発生された前記第１光の明るさにより変化される。ここで、前記反射電極１１２の第１面積が従来より１／２倍位減少したので、前記反射モードの輝度もその分減少する。即ち、第１光が１０、０００ｌｕｘである時、反射モードでの輝度は５ｃｄ／ｍ²を示し、第１光が５０，０００ｌｕｘである時、反射モードでの輝度は２０ｃｄ／ｍ²を示す。

本発明による半透過型液晶表示装置は反射モードでの輝度が３０ｃｄ／ｍ²以下に示される第２光の明るさでは透過モードで映像を表示し、前記反射モードでの輝度が３０ｃｄ／ｍ²以上に示される第１光の明るさでは反射モードで映像を表示する。即ち、前記半透過型液晶表示装置は一般に前記透過モードで映像を表示し、足りないときにのみ反射モードで映像を表示する。

このとき、露出された前記透過電極１１１の第２面積が増加するにつれて、第１面積が減少することになる。それによって、第１光の明るさが増加されるほど反射モードでの輝度の増加量も従来より減少する。従って、前記反射モードでの輝度と透過モードでの輝度との隔差が減少される。

ここで、前記透過モードと前記反射モードとの間でモードは使用者が任意に転換することもでき、前記第１光の明るさを感知するセンサーを装着して前記第１光の明るさによりモードを転換することもできる。

一方、図３に示したように、前記透過電極１１１を露出させるために形成された透過窓１１３は一つの直方形の形態に形成されることができる。

従って、透過窓１１３の形態は第２面積が第１面積より広く形成することができる範囲内で多様に変形して適用することができる。

図６及び図７は、本発明の第１の実施例による単位画素を示した図面である。

図６及び図７に示すように、複数の透過窓が形成される。反射電極１１２に形成された透過窓１１３ａ、１１３ｂは図６及び図７に示すように２つの直方形の形態又は複数の円形の形態に形成されることができる。このように、前記透過窓１１３ａ、１１３ｂを複数で形成することで１つの透過窓１１３を有する場合に比べて１つの画素電極１１０内に前記反射電極１１２が等しく分布されるので、反射電極１１２を通じて反射される第１光の均一性を向上させることができる。

〈実施例２〉
図８は本発明の第２の実施例による半透過型液晶表示装置の断面図である。

図８を参照すると、半透過型液晶表示装置２００はＴＦＴ基板２５０、ＴＦＴ基板２５０と対向して備えられるカラーフィルタ基板２６０及びＴＦＴ基板２５０とカラーフィルタ基板２６０との間に注入される液晶層２７０からなる。

前記ＴＦＴ基板２５０は第１絶縁基板２１０上に複数の画素が形成された基板である。前記複数の画素各々はゲート電極、ソース電極及びドレーン電極を含むＴＦＴ２２０、画像保持用キャパシター２２７を形成するための下部電極２２１ａ、前記画像保持用キャパシター２２７を形成し、第１光を反射するための上部電極用反射板２２６ａ及びＴＦＴ２２０から電源が印加され液晶層２７０の配列を制御し、前記上部電極用反射板２２６ａと対応しない領域で第１光を透過させるための画素電極２４０からなる。

一方、カラーフィルタ基板２６０は第２絶縁基板２６１を含む。第２絶縁基板２６１の下部表面上にＲＧＢ色画素２６２及び共通電極２６３が順次形成される。前記カラーフィルタ基板２６０は前記共通電極２６３がＴＦＴ基板２５０の画素電極２４０と向き合うようにＴＦＴ基板２５０と対向して備えられる。

前記ＴＦＴ基板２５０とカラーフィルタ基板２６０が対向して結合すると、前記ＴＦＴ基板２５０と前記カラーフィルタ基板２６０との間に液晶層２７０が注入される。これにより、前記半透過型液晶表示装置２００が完成される。

以下、図９Ａ乃至図１０Dを参照して、図８に示したＴＦＴ基板の構造及び製造工程を具体的に説明する。

図９Ａ乃至図９Fは図８にＴＦＴ基板の製造工程を示す断面図である。

図１０Ａは図９Ａに示したＴＦＴ基板を具体的に示した斜視図であり、図１０Ｂは図９Ｃに示したＴＦＴ基板を具体的に示した斜視図である。図１０Ｃは図９Ｄに示したＴＦＴ基板を具体的に示した斜視図であり、図１０Dは図９Fに示したＴＦＴ基板を具体的に示した斜視図である。

ここで、図９Ａは図１０Ａを切断線I−I’に切断した断面図であり、図９Ｃは図１０Ｂを切断線II−II’に切断した断面図である。また、図９Ｄは図１０Ｃを切断線III−III’に切断した断面図であり、図９Fは図１０DをIV−IV’に切断した断面図である。

図９Ａ及び図１０Ａを参照すると、ガラスまたはセラミックなどのように非導電性物質からなる第１絶縁基板２１０を備えた後、第１絶縁基板２１０上にスイッチング素子として利用されるＴＦＴ２２０を形成する。ＴＦＴ２２０を形成するために、まず、第１絶縁基板２１０上にアルミニウム、モリブデン、クロム、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、銅又はタングステンなどのような第１金属層を蒸着する。以後、積層された前記第１金属層をパターニングしてゲート配線を形成する。前記ゲート配線は薄膜トランジスター２２０のゲート電極２２１を含むゲートラインＧＬ及び画像保持用キャパシター２２７を形成するための下部電極２２１ａを含む。

ここで、前記ゲート電極２２１はゲートラインＧＬより幅がさらに広く形成され、下部電極２２１ａと所定の間隔に離隔して形成される。

図９Bに示すように、ゲートラインＧＬ及び下部電極２２１ａが形成された第１絶縁基板２１０の全面に窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ）をプラズマ化学気相蒸着方法で積層してゲート絶縁膜２２２を形成する。

続けて、図９Ｃ、図９Ｄ及び図１０Ｂに示すように、前記ゲート絶縁膜２２２上にアモルファスシリコン膜及びインサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）にドーピングされたｎ^＋アモルファスシリコン膜をプラズマ化学気相蒸着方法に順次に積層する。次に、積層されたアモルファスシリコン膜及びｎ⁺アモルファスシリコン膜をパターニングすることで前記ゲート絶縁膜２２２のうち、下にゲート電極２２１が位置した部分の上部に半導体層２２３及びオーミックコンタクト層２２４を形成する。

ここで、アモルファスシリコン膜にレーザーを照射してポリシリコン層に転換させることができる。

続けて、図９Ｄ及び図１０Ｃに示すように、第１基板２１０上にアルミニウム又は銀のように金属からなる第２金属層が積層される。以後、前記第２金属層をパターニングすることにより、前記ゲートラインＧＬに直交するデータラインＤＬ、データラインＤＬから分岐されるソース電極２２５とドレーン電極２２６が形成される。また、前記下部電極２２１ａと対応する前記ゲート絶縁膜２２２上には前記画像保持用キャパシター２２７を形成し、上部電極用反射板２２６ａが備えられる。

これにより、第１絶縁基板２１０の画素部にはゲート電極２２１、半導体層２２３、オーミックコンタクト層２２４、ソース電極２２５及びドレーン電極２２６を含むＴＦＴ２２０が完成される。

一方、前記上部電極用反射板２２６ａはアルミニウム又は銀のように金属からなる。従って、上部電極用反射板２２６ａは、カラーフィルタ基板２６０を通過した後、前記ＴＦＴ基板２５０に半透過型液晶表示装置２００の外部から入射された第１光を反射する。

図９Ｄに示したように、ゲート電極２２１と同一層である下部電極２２１ａと、ソース電極２２５及びドレーン電極２２６と同一層である上部電極用反射板２２６ａとにより画像保持用キャパシター２２７が形成される。
従って、従来に比べて下部電極２２１ａと上部電極用反射板２２６ａとの距離ｄが狭くなることによって画像保持用キャパシター２２７の容量がさらに増加される。

図９Ｅを参照すると、前記薄膜トランジスター２２０及び画像保持用キャパシター２２７が形成された第１絶縁基板２１０の上面には全面にわたって感光性有機絶縁膜２３０がスピンコーティング方法で塗布される。以後、感光性有機絶縁膜２３０をパターニングして前記ＴＦＴ２２０のドレーン電極２２６を露出させるためのコンタクトホール２３１を形成する。

前記感光性有機絶縁膜２３０はＢＣＢ（ｂｉｓｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）またはＰＦＣＢ（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）などからなる有機絶縁物質からなるか、酸化珪素膜（ＳｉＯ２）または窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）などの無機絶縁物質からなる。

図９F及び図１０Dに示すように、前記感光性有機絶縁膜２３０上には前記ＴＦＴ２２０から電源の印加を受けて共通電極２６３と共に電場を形成して前記液晶層２７０を制御するための画素電極２４０が形成される。前記画素電極２４０はＩＴＯまたはＩＺＯからなり、前記コンタクトホール２３１を通じてドレーン電極２２６と電気的に連結されることにより、前記ＴＦＴ２２０から電源の印加を受ける。

図１０Dに示すように、前記上部電極用反射板２２６ａの第４面積Ｅは前記画素電極２４０の第５面積の半分より小さく形成される。即ち、前記第４面積Ｅは第５面積で前記第４面積Ｅを引いた第６面積Ｆよりさらに小さい。ここで、前記第６面積Ｆは前記画素電極２４０で上部電極用反射板２２６ａと対応しない領域の面積である。即ち、第６面積Ｆは第２光を透過させる透過領域の面積である。

このように、前記上部電極用反射板２２６ａの第４面積Ｅを前記透過領域第６面積Ｆより小さく形成することによって、反射モードと透過モードとの間の輝度隔差を減少させることができる。

ここで、前記上部電極用反射板２２６ａの反射効率が増加されると、前記上部電極用反射板２２６ａの第４面積Ｅがさらに小さく形成される。一方、前記上部電極用反射板２２６ａの第４面積Ｅは前記透過電極２４０の第５面積の１／３以下よりさらに小さくは形成されない。これは、前記反射モードでの輝度が低下されることを防止するためのものである。

また、上部電極用反射板２２６ａの第４面積Ｅが第６面積Ｆより小さく形成されることにより、前記反射モードの時、前記第１光がカラーフィルタ上に形成されたＲＧＢ画素を２度通過しても反射モードと前記透過モードとの間の色再現性の差異を最少化することができる。

〈実施例３〉
図１１は本発明の第３実施例による半透過型液晶表示装置の単位画素を具体的に示した図面である。

図１１を参照すると、半透過型液晶表示装置６００は複数の画素を備えるＴＦＴ基板５００、ＴＦＴ基板５００に対向するカラーフィルタ基板３００、及びＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板３００との間の液晶層４００を含む。

ＴＦＴ基板５００は、複数の画素を含んでいる。前記複数の画素各々はＴＦＴ５５０、ＴＦＴ５５０のドレーン電極５４４と連結された透過電極５４８及び第１画像保持用反射電極５２６からなる。前記透過電極５４８は画像保持用キャパシター５６０の第１電極に利用され、第１画像保持用反射電極５２６はＴＦＴ５５０のゲート電極５２２と同一のレイヤーに形成されて外部から入射された第１光を反射する。また、前記第１画像保持用反射電極５２６は前記画像保持用キャパシター５６０の第２電極に利用される。第１画像保持用反射電極５２６は、透過電極５４８に対向している。

カラーフィルタ基板３００第２絶縁基板３１０を含んでいる。ＲＧＢピクセル３２０と共通電極は均一な厚みを有しており、順次第２絶縁基板３１０の下部表面上に形成される。カラーフィルタ基板３００は、ＴＦＴ基板５００に対向しており、共通電極３２０はＴＦＴ基板５００の透過電極５４８に対向している。ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板とを結合した後、液晶４００がＴＦＴ基板５００とカラーフィルタ基板３００との間に注入され、半透過型液晶表示装置６００が完成する。以下、ＴＦＴ基板５００を形成する過程を図面を参照して具体的に説明する。

図１２Ａ乃至図１２Ｅは図１１に示した薄膜トランジスター基板を製造する過程を示す断面図である。

具体的に、図１２Ａは透明基板にゲートライン、ゲート電極、画像保持用反射電極が形成されたことを示す斜視図であり、図１２Bは図１２Ａにチャンネル層が形成されたことを示した斜視図である。また、図１２Ｃは透明基板にデータライン、ソース電極、ドレーン電極が形成されたことを示した斜視図であり、図１２Ｄは透明基板に透明な透過電極が形成されたことを示した斜視図である。また、図１２ＥはＴＦＴ基板の構造のＡ−Ａ断面である。

図１２Ａを参照すると、前記透明基板５１０にはスパッタリングなどの方法によりゲートメタル薄膜（図示せず）が形成される。前記ゲートメタル薄膜はフォトリソグラフィープロセスを経てパターニングされてゲート電極５２２、ゲートライン５２４及び第１画像保持用反射電極５２６を形成する。

ここで、前記ゲートライン５２４及びゲート電極５２２は、、ＴＦＴ基板のデザインルールに基づいて多様に形成できる。また、ゲートライン５２４が延在する方向を第１方向Ｄ１と称する。

より詳細には、第１方向Ｄ１に伸びたゲートライン５２４には１つ以上のゲート電極５２２が一体に形成される。ここで、前記ゲート電極５２２の個数及びゲートライン５２４の個数は、半透過型液晶表示装置の解像度により異なる。前記ゲートライン５２４及びゲート電極５２２は後述される薄膜トランジスターのターンオン信号を印加する役割を有する。

図１２Ａに示したように、前記ゲート電極５２２から所定距離離隔されて透明基板５１０上に第１画像保持用反射電極５２６が形成される。前記第１画像保持用反射電極５２６は１つフレームの間に画像を保持するための画像保持用キャパシターの第１電極役割をすると同時に、第１光を反射させる役割も遂行する。

前記第１画像保持用反射電極５２６は平坦なプレート形状の内部に開口領域５２６ａが形成された四角フレーム形状を有する。

このように、ゲート電極５２２が形成されたゲートライン５２４と第１画像保持用反射電極５２６は透明基板５１０上に所望する解像度により反復して形成される。

以後、ゲート電極５２２、ゲートライン５２４及び第１画像保持用反射電極５２６が形成された前記透明基板５１０の上面には透明な第１絶縁薄膜（図示せず）が所定の厚さで形成される。

次に、図１２Bに示すように、前記第１絶縁薄膜の上面に導電体の特性及び不導体の特性を全て有する半導体層（図示せず）を形成した後、これをパターニングしてゲート電極５２２と対応する領域内にチャンネル層５３５が形成される。チャンネル層５３５は電界の形成可否により選択的に導体または不導体の特性を全て有する非結晶質であるアモルファスシリコン又は多結晶ポリシリコンまたは単結晶シリコンなどが使用されることができる。

以後、チャンネル層５３５及び第１絶縁薄膜上には透明な第２絶縁薄膜（図示せず）が形成される。

続いて、図１２Ｃを参照すると、前記第２絶縁薄膜にはチャンネル層５３５を露出させるための第１及び第２コンタクトホール５４２ａ、５４４ａが形成される。

一方、図示しなかったが、前記第２絶縁薄膜の上面の全面積にわたってソース／ドレーンメタル薄膜（図示せず）がスパッタリングなどの方法により形成される。以後、前記ソース／ドレーンメタル薄膜はフォトリソグラフィ工程によりパターニングされる。

この結果、図１２Ｃに示すように、データライン５４４、データライン５４４の一部から突出されたソース電極５４２及びドレーン電極５４６が形成される。

ここで、本発明では説明の便宜上、図１２Ｃに示すようにデータライン５４４、ソース電極５４２及びドレーン電極５４６を示したが、これらの形状及び配置は設計によって図示された内容と異なる設計としても良い。

前記データライン５２４は前記ゲートライン５２２と直交する第２方向Ｄ２に複数個が相互に所定間隔離隔されて並列方式に配列される。ここで、データライン５４４から延びられた前記ソース電極５４２は前記第１コンタクトホール５４２ａを通じてチャンネル層５３５と連結される。一方、前記ドレーン電極５４６は第２コンタクトホール５４６ａを通じて前記チャンネル層５３５と連結される。

ここで、前記ドレーン電極５４６は前記第１画像保持用反射電極５２６と部分的に重畳されないように形成されることが望ましい。

図１２Ｄに示すように、前記透明基板５１０の全面積にわたって透明な導電性薄膜（図示せず）が形成される。前記透明な導電性薄膜はＩＴＯまたはＩＺＯからなる物質である。

以後、図１２Ｄに示すように、前記透明な導電性薄膜をパターニングするフォトリソグラフィー工程を経て、ドレーン電極５４６と連結された透過電極５４８を形成する。
図１２Ｅに示すように、外部から入射された第１光Ｌ１は前記透過電極５４８を通過して第１画像保持用反射電極５２６により反射された後、再度外部に出射される。一方、半透過型液晶表示装置自らで生成された前記第１光は前記開口領域５２６ａを通じて出射される。半透過型液晶表示装置で発生した第２光Ｌ２は、図１２Ｃに示す開口５２６ａを介して蓋部に出射される。

ここで、第１画像保持用反射電極５２６は前記開口領域５２６ａと同一な面積を有する。

図１３Ａ及び図１３Ｂは本発明の第３の実施例による薄膜トランジスター基板を示す図面である。

図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、透明基板５１０上にはプレート形状の第２画像保持用反射電極５２７が形成される。ここで、前記第２画像保持用反射電極５２７はゲートライン５２４及びデータライン５４４により取り囲まれて形成された内部領域５２７ａのセンターを基準にしていずれか一側にシフトされる。従って、第２画像保持用反射電極５２７は透過電極５４８と部分的に重畳する。

ここで、第２画像保持用反射電極５２７の面積は第２画像保持用反射電極５２７と前記透過電極５４８が重畳しない領域の面積と同一である。

図１４は本発明の第３の実施例による薄膜トランジスター基板を示す図面である。

図１４に示すように、透明基板５１０上には、第３画像保持用反射電極５２８がゲートライン５２４とデータライン５４４により取り囲まれた内部領域に形成される。前記第３画像保持用反射電極５２８は第１方向Ｄ１に延びられた第１反射電極５２８ａと第２方向Ｄ２に延びた第２反射電極５２８ｂからなる。

ここで、第３画像保持用反射電極５２８は透過電極５４８の面積の１／２の面積を有する。

本実施例で説明した外にも、第１乃至第３画像保持用反射電極５２６、５２７、５２８は、第１乃至第３画像保持用反射電極５２６、５２７、５２８と透過電極５４８との割合を考慮して多様な形態及び形状にパターニングされることができる。

ただ、前記第１乃至第３画像保持用反射電極５２６、５２７、５２８は、第１乃至第３画像保持用反射電極５２６、５２７、５２８と透過電極５４８との割合を考慮して面形成されることが望ましい。

半透過型液晶表示装置では、ＴＦＴとＴＦＴのドレーン電極に接続された画素電極は、ＴＦＴ基板上に形成されている。画素電極は、透過電極及び部分的に透過電極を露出する透過窓を有する反射電極を有している。

前述した本発明によると、ＴＦＴ基板は反射電極が形成された第１領域の面積が透過窓により透過電極が露出された第２領域の面積より小さい複数の画素を備える。

従って、反射モードと透過モードとの輝度及び色再現性の差異を最少化することができる。

また、反射電極はソース／ドレーン電極と同一工程により形成され、画像保持用キャパシターの上部電極は第１光を反射する反射板に利用される。従って、半透過型液晶表示装置の製造工程数を減少させることができ、全体的な厚さを最少化することにより薄形化を具現することができる。

また、画像保持用の下部電極は、第１光の反射板として使用される。従って、半透過型液晶表示装置の製造工程の数を減少させることができ、全体的な厚さを最少化することにより薄形化を具現することができる。

以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。

１００第１絶縁基板
１１０画素電極
１１１透過電極
１１２反射電極
１１５コンタクトホール
１１６第２有機絶縁膜
１２０ＴＦＴ
１２１ゲート電極
１２２ソース電極
１２３ドレーン電極
１３１共通ゲートライン
１３２共通データライン
１４０ＴＦＴ基板
１５０単位画素
１６０液晶
２６１第２絶縁基板
２６２ＲＧＢ色画素
２６３共通電極
５２２ゲート電極
５２４ゲートライン

Claims

第１面、前記第１面と対向する第２面及び複数の側面を有する透明基板と、前記第１面上に形成される薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタから出力された電源電圧が印加され、第１面積を有する透明な画素電極と、前記画素電極と前記第１面との間に形成された誘電層と、前記誘電層と前記第１面との間に形成されて、前記第１面から前記第２面に向かう方向の光の一部は反射し、画像保持用キャパシタの下部電極として機能し、第２面積を有する画像保持用反射電極とを含む第１基板と、
前記第１基板の第１面と対向し、前記画素電極と対向する位置に色画素共通電極が形成された第２基板と、
前記第１基板と第２基板との間に注入された液晶と、
を含み、前記画像保持用反射電極は前記薄膜トランジスタのゲート電極と同一工程によって同一層に形成され、
前記画素電極は、前記薄膜トランジスタのドレイン電極の一部の上に直接的に重なるように形成されており、
前記画像保持用反射電極は、第１面と平行であり、第１方向に延在する第１画像保持用反射電極と、前記第１画像保持用反射電極から第１面に沿って前記第１方向と異なる第２方向に延在する第２画像保持用反射電極とを含むことを特徴とする半透過型液晶表示装置。
前記画像保持用反射電極には、開口が形成されることを特徴とする請求項１に記載の半透過型液晶表示装置。
前記画像保持用反射電極と前記画素電極とが重畳しない領域の面積と前記第２面積は同一であることを特徴とする請求項１に記載の半透過液晶表示装置。
前記画像保持用反射電極は、所定形状を有するプレート形状を有することを特徴とする請求項１に記載の半透過型液晶表示装置。
第１透明基板の第１面に形成された第１メタル薄膜をパターニングしてゲート電極が１つ以上連結されたゲートライン及び前記ゲートラインと絶縁され、第１面積を有する画像保持用反射電極を形成する段階と、
前記ゲート電極の上部に前記ゲート電極と絶縁されたチャンネル部を形成する段階と、
前記チャンネル部の２箇所が露出されるようにコンタクトホールが形成された絶縁層を第１面の全面にわたって形成する段階と、
前記第１面の全面にわたって形成された第２メタル薄膜をパターニングして、前記コンタクトホールのうち、いずれか１つに接続されるソース電極及びソース電極と接続されるデータライン、前記コンタクトホールのうち、残りの１つの接続されたドレーン電極を形成する段階と、
前記第１面の全面にわたって形成された透明な導電膜をパターニングして、前記ドレーン電極の一部の上に直接的に重なるように形成され、第２面積を有する透明電極を形成する段階と、
前記第１透明基板と対向し、色画素及び共通電極が形成された第２透明基板を前記第１透明基板とアセンブリする段階と、
前記第１及び第２透明基板間に液晶を注入する段階と、
を含み、前記画像保持用反射電極は、第１面と平行であり、第１方向に延在する第１画像保持用反射電極と、前記第１画像保持用反射電極から第１面に沿って前記第１方向と異なる第２方向に延在する第２画像保持用反射電極とを含むことを特徴とする半透過型液晶表示装置の製造方法。
前記ゲート電極と前記チャンネル部は、透明な絶縁層によって絶縁されることを特徴とする請求項５に記載の半透過型液晶装置の製造方法。
前記画像保持用反射電極と前記画素電極とが重畳しない領域の面積と前記第２面積は同一であることを特徴とする請求項６に記載の半透過型液晶表示装置の製造方法。