KR100444285B1 - 액정표시장치 - Google Patents

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KR100444285B1
KR100444285B1 KR10-2001-0084134A KR20010084134A KR100444285B1 KR 100444285 B1 KR100444285 B1 KR 100444285B1 KR 20010084134 A KR20010084134 A KR 20010084134A KR 100444285 B1 KR100444285 B1 KR 100444285B1
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나가야마고헤이
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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

본 발명은, 주위로부터 입사하는 외광을 이용하여 보다 고품질의 표시화상을 얻는 액정표시장치를 제공한다.
액정표시장치는 어레이기판, 대향기판, 이들 기판 사이에 끼이고 액정분자배열이 이들 기판으로부터 각각 제어되는 복수의 화소영역(PX)으로 구분되는 액정층, 대향기판 및 액정층을 매개로 입사하는 광을 산란시키기 위해 어레이기판에 형성되는 반사판(77)을 구비한다. 특히, 복수의 화소영역(PX)은 거의 매트릭스 모양이고, 반사판(77)은 동종의 요철(凹凸)패턴이 이들 화소영역(PX)의 행 및 열방향의 적어도 한쪽에 있어서 인접하지 않도록 조합되는 복수 종류의 요철패턴을 포함한다.

Description

액정표시장치 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 주위로부터 입사하는 외광과 같은 외부광원 또는 이 외부광원에 더하여 백라이트(backlight)와 같은 내부광원을 이용하여 화상을 표시하는 액정표시장치에 관한 것이다.
근래에는 액정표시장치가, 예컨대 퍼스널 컴퓨터, 텔레비전, 워드프로세서, 휴대전화와 같은 각종 기기에 응용되고 있다. 액정표시장치의 응용범위가 이와 같이 넓어지는 한편, 소형, 전력절약, 저비용이라는 고기능화의 요망도 높아지고 있다. 특히, 휴대전화와 같은 옥외, 옥내에 관계없이 사용되는 용도용의 표시장치로서는, 반사형 액정표시장치와 투과형 액정표시장치의 특징을 겸비한 반투과형 액정표시장치의 개발의 요구가 높아지고 있다.
반투과형 액정표시장치는, 투과형 액정표시장치와 같이 주위로부터 입사하는 외광이 적은 실내환경에서 백라이트로부터의 투과광을 액정층에서 광학변조함으로써 화상을 표시할 뿐만 아니라, 반사형 액정표시장치와 같이 주위로부터 입사하는 외광이 많은 옥외환경에서 외광을 반사판으로 반사시켜 액정층에서 광학변조함으로써 화상을 표시하는 것도 가능하다. 반사형 또는 반투과형 액정장치에 있어서 외광을 반사판으로 반사시키는 경우에는, 외광의 광강도를 가능한 한 감쇠시키지 않는 것이 밝은 화상을 표시하기 위해 중요하게 된다. 특히, 반사판의 반사특성은 광강도의 감쇠에 크게 영향을 끼치기 때문에, 모든 각도에서 입사하는 외광을 효율좋게 반사하는 반사특성을 얻기 위한 최적화가 시도되고 있다.
도 17은 종래의 반사형 액정표시장치에 있어서 반사판으로서 이용되는 복수의 화소전극 각각에 형성된 요철(凹凸)패턴을 나타낸다. 이 요철패턴은, 예컨대 전극표면에 불규칙하게 배치된 복수의 반구형상의 凸부 및 이들 원형의 凸부를 둘러싸도록 배치된 凹부를 포함하고, 일정 범위의 영역에 반사광을 집중시키거나, 특정의 관찰방향에 대한 반사광 강도를 높이도록 반사광의 산란을 제어한다.
그러나, 단일 종류의 요철패턴이 도 17에 나타낸 바와 같이 늘어서서 복수의 화소전극 각각에 형성되는 경우, 고품질의 표시화상을 얻을 수 없다. 즉, 이들 화소전극의 요철패턴으로 산란되는 광의 간섭이 전체로서 규칙적으로 되기 때문에, 이 간섭에 의해 화상을 보기 어렵게 된다. 또, 액정층의 액정재료는 굴절률의 파장 의존성을 갖기 때문에, 백색 외광이 액정층을 매개로 한쪽 방향으로부터 화소전극의 요철패턴에 입사해도 파장마다 다른 방향으로 산란하는 결과로 된다. 따라서, 화상의 색이 표시면에 대한 관찰자의 시각에 의해 변화해 버린다. 특히, 컬러표시용 액정표시장치에서는, 이것이 색번짐으로 되어 표시화상의 품질을 현저하게 열화시켜 버린다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 주위로부터 입사하는 외광을 이용하여 보다 고품질의 표시화상을 얻는 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 반사형 액정표시장치의 부분적인 평면구조를 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1에 나타낸 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 화소 부근의 단면구조를 나타낸 도면,
도 3은 도 1에 나타낸 복수의 화소전극에 형성되는 복수 종류의 요철(凹凸)패턴의 조합 및 배열을 나타낸 도면,
도 4는 도 3에 나타낸 요철패턴의 조합 및 배열의 제1변형례를 나타낸 도면,
도 5는 도 3에 나타낸 요철패턴의 조합 및 배열의 제2변형례를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 제2실시형태에 따른 반사형 액정표시장치의 부분적인 평면구조를 나타낸 도면,
도 7은 도 6에 나타낸 Ⅶ-Ⅶ선에 따른 적색용 화소영역의 단면에서의 광선궤적을 나타낸 도면,
도 8은 도 6에 나타낸 Ⅷ-Ⅷ선에 따른 청색용 화소영역의 단면에서의 광선궤적을 나타낸 도면,
도 9는 도 6에 나타낸 복수의 화소전극에 형성되는 복수 종류의 요철패턴의 조합 및 배열을 나타낸 도면,
도 10은 도 9에 나타낸 요철패턴의 조합 및 배열의 변형례를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 제3실시형태에 따른 반투과형 액정표시장치의 부분적인 평면구조를 나타낸 도면,
도 12는 도 11에 나타낸 XⅡ-XⅡ선에 따른 화소 부근의 단면구조를 나타낸 도면,
도 13은 본 발명의 제4실시형태에 따른 반투과형 액정표시장치의 부분적인 평면구조를 나타낸 도면,
도 14는 도 11에 나타낸 반투과형 액정표시장치의 변형례의 평면구조를 나타낸 도면,
도 15는 도 14에 나타낸 XV-XV선에 따른 화소 부근의 단면구조를 나타낸 도면,
도 16은 도 13에 나타낸 반투과형 액정표시장치의 변형례의 평면구조를 나타낸 도면,
도 17은 종래의 반사형 액정표시장치의 부분적인 평면구조를 나타낸 도면,
도 18은 도 17에 나타낸 XⅧ-XⅧ선에 따른 적색용 화소영역의 단면에서의 광선궤적을 나타낸 도면,
도 19는 도 17에 나타낸 XⅨ-XⅨ선에 따른 청색용 화소영역의 단면에서의 광선궤적을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
40 -- 편광판(대향기판), 41 -- 편광판(어레이기판),
60 -- 절연기판(어레이기판), 61 -- 게이트 절연막,
62 -- 주사선, 63 -- 보조용량선,
64 -- 게이트전극, 65 -- 드레인전극,
66 -- 소스전극, 67 -- 반도체층,
67a -- 드레인, 67b -- 소스,
68 -- 층간절연막, 69 -- 콘택트홀(contact hole),
70 -- 콘택트홀, 71 -- 신호선,
72 -- 확장소스전극, 73 -- 보호절연막,
74 -- 콘택트홀, 75 -- 콘택트홀,
76 -- 유기절연막, 76a -- 반구형상의 凸부,
76b -- 凹부, 77 -- 화소전극,
77a -- 반구형상의 凸부, 77b -- 凹부,
77c -- 투과영역, 78 -- 어레이기판,
79 -- 절연기판(대향기판), 80 -- 착색층,
81 -- 대향전극, 82 -- 대향기판,
83 -- 배향막(어레이기판), 84 -- 배향막(대향기판),
85 -- 액정층, SW -- 박막 트랜지스터(TFT),
PX -- 화소영역, A -- 요철패턴,
B -- 요철패턴, C -- 요철패턴,
dred-- 반구형상의 凸부(77a)의 적색 화소용 평균피치,
dgreen-- 반구형상의 凸부(77a)의 녹색 화소용 평균피치,
dblue-- 반구형상의 凸부(77a)의 청색 화소용 평균피치,
R -- 요철패턴, G -- 요철패턴,
B -- 요철패턴, n1-- 공기중의 굴절률,
n2-- 액정재료의 굴절률, λ-- 파장,
θ1-- 외부로부터 액정층을 향하는 입사광의 입사각,
θ2-- 액정층에서 굴절되어 화소전극을 향하는 입사광의 출사각,
θ3-- 수평면에 대한 화소전극의 기울기,
θ4-- 화소전극에서 굴절되어 액정층의 외부를 향하는 반사광의 출사각.
본 발명에 의하면, 제1 및 제2전극기판과, 제1 및 제2전극기판간에 끼이고 액정분자배열이 상기 제1 및 제2전극기판으로부터 각각 제어되는 복수의 화소영역으로 구분되는 액정층 및, 제2전극기판 및 상기 액정층을 매개로 입사하는 광을 산란시키기 위해 제1전극기판에 형성되는 반사판을 구비하고, 복수의 화소영역은 거의 매트릭스 모양이고, 반사판은 동종의 요철패턴이 상기 복수의 화소영역의 행 및 열방향의 적어도 한쪽에 있어서 인접하지 않도록 조합되는 복수 종류의 요철패턴을 포함하는 액정표시장치가 제공된다.
이 액정표시장치에 있어서, 반사판은 동종의 요철패턴이 인접하지 않도록 조합되는 복수 종류의 요철패턴을 포함하고 있다. 즉, 복수의 화소영역의 행 및 열방향의 적어도 한쪽에 있어서 인접하는 요철패턴이 서로 다르기 때문에, 이들 요철패턴으로 산란되는 광의 간섭을 전체로서 불규칙하게 할 수 있다. 따라서, 반사표시시에 양호한 콘트라스트(contrast)를 손상시키지 않고 광의 간섭에 의한 화상의 보기 어려움을 저감시킬 수 있다.
(발명의 실시형태)
이하, 본 발명의 제1실시형태에 따른 반사형 액정표시장치에 대해 첨부도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 이 반사형 액정표시장치의 부분적인 평면구조를 나타내고, 도 2는 도 1에 나타낸 화소 부근의 단면구조를 나타낸다. 이 액정표시장치는 도 2에 나타낸 바와 같이 어레이기판(78), 대향기판(82), 이들 기판(78, 82) 사이에 끼인 액정층 (85)을 갖춘다.
어레이기판(78)은 절연기판(60)과, 매트릭스 모양으로 배치되는 복수의 화소전극(77), 이들 화소전극(77)의 열을 따라 배치되는 복수의 신호선(71), 이들 화소전극(77)의 행을 따라 배치되는 복수의 주사선(62), 각각 대응주사선(62) 및 대응신호선(71)의 교차위치 근방에 화소용 스위칭소자로서 배치되는 복수의 박막 트랜지스터(TFT; SW), 복수의 주사선(62) 및 복수의 신호선(71)을 구동하는 구동회로 및, 복수의 화소전극(77)을 덮는 배향막(83)을 포함한다. 대향기판(82)은 광투과성의 절연기판(79)과, 각각 대응열의 화소전극(77)에 대향하여 행방향으로 차례로 늘어선 적, 녹 및 청의 스트라이프(stripe)모양 컬러필터(color filter)로서 절연기판(79)상에 형성되는 착색층(80), 착색층(80)을 덮는 투명대향전극(81) 및, 이대향전극(81)을 덮는 배향막(84)을 갖춘다. 또, 편광판(40)이 착색층(80)과는 반대측에 있어서 투명절연기판(79)에 부착된다. 이 반사형 액정표시장치에서는 액정층(85)이 복수의 화소전극(77)에 각각 대응하여 복수의 화소영역(PX)으로 구획되고, 각 화소영역(PX)이 2개의 인접주사선(62)과 2개의 인접신호선(71) 사이에 거의 규정된다. 각 박막 트랜지스터(SW)는 대응주사선(62)으로부터 공급되는 주사펄스에 응답하여 도통하고, 대응신호선(71)의 전위를 대응화소전극(77)에 공급한다. 각 화소전극(77)은 대응신호선(71)의 전위를 화소전위로서 액정층(85)의 대응화소영역(PX)에 인가하고, 이 화소전위와 대향전극(81)의 전위의 전위차에 기초하여 화소영역(PX)의 투과율을 제어한다. 주사선(62) 및 신호선(71)의 구동회로는 화소용 스위칭소자와 마찬가지로 형성되는 복수의 박막 트랜지스터 및 이들 배선에 의해 구성된다. 이들 박막 트랜지스터는 P채널형 및 N채널형을 포함한다.
어레이기판(78)에 있어서, 각 박막 트랜지스터(SW)는 반도체층(67)과, 이 반도체층(67)의 위쪽에 절연하여 형성되어 대응주사선(62)에 접속되는 게이트전극 (64), 게이트전극(64)의 양측에 있어서 반도체층(67)에 콘택트홀(contact hole; 69, 70)을 매개로 접촉하여 대응화소전극(77) 및 대응신호선(71)에 각각 접속되는 소스 및 드레인전극(66, 65)을 갖춘다. 반도체층(67)은 절연기판(60)상에 형성되고, 절연기판(60)과 함께 게이트 절연막(61)에 의해 덮여진다. 게이트전극(64)은 이 게이트 절연막(61)에 의해 반도체층(67)으로부터 절연되고, 이 게이트 절연막 (61)상에서 대응주사선(62)과 일체적으로 형성된다. 더욱이, 복수의 보조용량선 (63)이 복수행의 화소전극(77)에 각각 용량결합하도록 게이트 절연막(61)상에 형성된다. 게이트전극(64) 및 주사선(62) 및 보조용량선(63)은 게이트 절연막(61)과 함께 층간절연막(68)에 의해 덮여진다. 콘택트홀(69, 70)은 게이트전극(64)의 양측에 있어서 반도체층(67)내에 형성되는 소스(67b) 및 드레인(67a)을 노출하도록 층간절연막(68) 및 게이트 절연막(61)에 형성된다. 소스 및 드레인전극(66, 65)은 이들 콘택트홀(69, 70)에 있어서 반도체층(67)의 소스(67b) 및 드레인(67a)에 각각 접촉하여 층간절연막(68)상에 형성된다. 소스전극(66)은 층간절연막(68)상에서 확장소스전극(72)과 일체적으로 형성되고, 드레인전극(65)은 층간절연막(68)상에서 대응신호선(71)과 일체적으로 형성된다. 소스전극(66), 확장소스전극(72), 드레인전극(65) 및 신호선(71)은 층간절연막(68)과 함께 보호절연막(73)에 의해 덮여진다. 이 보호절연막(73)은 확장소스전극(72)을 부분적으로 노출하는 콘택트홀(74)을 갖추고, 유기절연막(76)에 의해 덮여진다. 유기절연막(76)은 보호절연막(73)의 콘택트홀(74)에 대응하여 확장소스전극(72)을 부분적으로 노출하는 콘택트홀(75)을 갖춘다. 화소전극(77)은 콘택트홀(74, 75)에 있어서 확장소스전극(72)에 접촉하여 유기절연막(76)상에 형성되고, 배향막(83)에 의해 덮여진다.
복수의 화소전극(77)은 대향기판(82)측으로부터 액정층(85)을 매개로 입사하는 광을 높은 반사율로 산란시키는 반사판으로서도 기능하고, 유기절연막(76)의 상부 표면을 밑바탕으로서 형성되는 금속층이다. 유기절연막(76)은 각각 화소영역 (PX)의 범위에 있어서 랜덤하게 배치되는 복수의 반구형상의 凸부(76a) 및 이들 凸부(76a)를 둘러싸도록 배치되는 凹부(76b)로 구성되는 복수의 요철패턴을 갖는다. 복수의 화소전극(77)은, 예컨대 은, 알루미늄, 혹은 이들 합금과 같은 금속재료를포함하고, 유기절연막(76)의 요철패턴을 따라 소정의 두께로 형성된다. 이 때문에, 각 화소전극(77)은 대응화소영역(PX)의 범위에 있어서 랜덤하게 배치되도록 유기절연막(76)의 복수의 반구형상의 凸부(76a)에 의해 규정되는 복수의 반구형상의 凸부(77a) 및 이들 凸부(77a)를 둘러싸서 배치되도록 유기절연막의 凹부(76b)에 의해 규정되는 凹부(77b)로 구성되는 요철패턴을 갖는다. 복수의 화소전극(77)의 요철패턴은 도 3에 A, B로 나타낸 2종류이고, 동종의 요철패턴이 이들 화소전극 (77)의 행 및 열방향에 있어서 인접하지 않도록 배열된다. 각 화소전극의 요철패턴에 있어서, 복수의 凸부(77a)는 입사광에 대한 주산란부를 구성하고, 凹부(77b)는 입사광에 대한 부산란부를 구성한다.
다음으로, 상술한 반사형 액정표시장치의 제조공정을 설명한다.
어레이기판(78)의 제조에서는, 고왜점(高歪点) 유리판이나 석영판 등이 절연기판(60)으로서 이용되고, 반도체층(67)이 예컨대 비정질 실리콘을 CVD(Chemical Vapor Deposition)법 등에 의해 50nm 정도의 두께로 절연기판(60)상에 퇴적하고, 450℃에서 1시간 화로(火爐) 어닐(anneal)을 행한 후 XeCl 엑시머 레이저를 조사함으로써 비정질 실리콘을 다결정 실리콘막으로서 결정화하고, 더욱이 이 다결정 실리콘막을 포토에칭(photoetching)법으로 패터닝함으로써 형성된다. 이어서, 게이트 절연막(61)이 SiOx를 CVD법에 의해 100nm 정도의 두께로 반도체층(67) 및 절연기판(60)상에 퇴적함으로써 형성된다. 이어서, 게이트전극(64), 주사선(62), 보조용량선(63) 및 그 외의 구동회로용 박막 트랜지스터의 게이트전극 및 배선이 Ta, Cr, Al, Mo, W 및 Cu 등의 단체 또는 그 적층막 혹은 합금막을 게이트 절연막(61)상에 400nm 정도의 두께로 퇴적하고, 이것을 포토에칭법으로 소정의 형상으로 패터닝함으로써 형성된다. 이 후, 예컨대 인과 같은 불순물이 게이트전극(64)을 마스크로 하여 이온주입이나 이온 도핑(doping)법으로 반도체층(67)에 도프된다. 여기에서는, 인이온이, 예컨대 PH3/H2분위기에 있어서 가속전압 80keV로 가속되고, 도즈(dose)량 5 ×1015atoms/㎠라는 고농도로 주입된다. 이 후, 화소용 박막 트랜지스터의 드레인전극(65), 소스전극(66) 및 구동회로용 N채널 박막 트랜지스터의 소스 및 드레인전극이 형성된다.
이어서, 화소용 박막 트랜지스터(SW), 구동회로용 N채널 박막 트랜지스터가 불순물이 주입되지 않도록 레지스트(resist)로 덮여지고, 예컨대 붕소와 같은 불순물이 구동회로용 P채널 박막 트랜지스터의 게이트전극을 마스크로 하여 도프된다. 여기에서는, 붕소이온이, 예컨대 B2H6/H2분위기에 있어서 가속전압 80keV로 가속되고, 도즈량 5 ×1015atoms/㎠라는 고농도로 주입된다. 이 후, P채널 박막 트랜지스터의 소스전극 및 드레인전극이 형성된다. 더욱이, N채널형 박막 트랜지스터(SW)를 LDD(Lightly Doped Drain)구조로 하기 위한 불순물 주입이 행해지고, 불순물 주입영역을 어닐링(annealing)함으로써 활성화하여 소스(67b) 및 드레인(67a)을 구성한다.
이어서, 층간절연막(68)이, 예컨대 PECVD(Plasma Enhanced CVD)법을 이용하여 SiO2를 500nm 정도의 두께로 게이트전극(64), 주사선(62), 보조용량선(63), 그외의 구동회로배선 및 게이트 절연막(61)상에 퇴적함으로써 형성된다. 층간절연막 (68)은 포토에칭법으로 반도체층(67)의 소스(67b) 및 드레인(67a)을 노출시키도록 패터닝되고, 이에 따라 콘택트홀(69, 70)을 형성한다.
이어서, Ta, Cr, Al, Mo, W 및 Cu 등의 단체 또는 그 적층막 혹은 합금막이 500nm 정도의 두께로 층간절연막(68)상에 퇴적되고, 포토에칭법으로 소정의 형상으로 패터닝되고, 이에 따라 신호선(71), 소스전극(66), 확장소스전극(72) 및 구동회로용 배선을 형성한다.
이어서, 보호절연막(73)이 SiNx를 PECVD법으로 이들 배선 및 층간절연막(68)상에 퇴적함으로써 형성되고, 콘택트홀(74)이 보호절연막(73)을 포토에칭법으로 패터닝함으로써 형성된다.
이어서, 예컨대 감광성 수지가 유기절연막(76)으로서 보호절연막(73)상에 2㎛ 정도의 두께로 도포되고, 이것이 콘택트홀(75)용 포토마스크(photomask)를 이용하여 콘택트홀(74)에 대응하는 범위에서 부분적으로 노광되고, 더욱이 신호선(71)에 겹치지 않도록 각 화소영역(PX)의 범위에 있어서 랜덤한 피치로 배치된 복수의 원형 차광부를 갖춘 요철패턴용 포토마스크를 이용하여 노광된다. 여기에서, 요철패턴용 노광량은 유기절연막(76)에 형성되는 콘택트홀용의 노광량의 약 10%∼ 50%로 설정된다. 요철패턴용 포토마스크는 도 3에 있어서 굵은 선으로 나타낸 2 ×2 화소의 사이즈를 갖고, 요철패턴(A)을 패턴위치 (1, 1) 및 (2, 2)로 규정하고, 요철패턴(B)을 패턴위치 (2, 1) 및 (1, 2)로 규정한다. 노광은, 예컨대 도 3에 화살표로 나타낸 바와 같이 이 포토마스크를 화소전극(77)의 행방향으로 2화소분씩 시프트(shift)하면서 행해진다. 이 경우, 포토마스크는 각 행의 최종 화소전극(77)에 도달할 때마다 화소전극(77)의 열방향으로 2화소분만큼 더 시프트된다. 반대로, 이 노광은 포토마스크를 화소전극(77)의 열방향으로 2화소분씩 시프트하면서 행해져도 좋다. 이 경우, 포토마스크는 각 열의 최종 화소전극(77)에 도달할 때마다 화소전극(77)의 열방향으로 2화소분만큼 더 시프트된다.
이어서, 유기절연막(76)이 상술한 노광부분을 제거하기 위해 현상되고, 이에 따라 복수의 凸부(76a) 및 凹부(76b)를 콘택트홀(75)과 더불어 유기절연막(76)에 형성한다. 이 단계에서는 凸부(76a) 및 凹부(76b)가 예각형상이기 때문에, 어레이기판(78)의 열처리가, 예컨대 200℃에서 60분 정도 행해진다. 이에 따라, 凸부 (76a) 및 凹부(76b)의 표면이 각이 잡힌 매끄러운 상태로 된다.
이어서, Al, Ni, Cr 및 Ag 등의 금속막이 스퍼터(sputter)법에 의해 200nm 정도의 두께로 유기절연막(76)상에 퇴적되고, 포토에칭법으로 소정의 형상으로 패터닝되며, 이에 따라 확장소스영역(72)에 접촉하여 보조용량선(63)과 용량결합하는 화소전극(77)을 형성한다.
이어서, 복수의 기둥형상 스페이서(spacer)가 액정층(85)의 두께로 되는 소정의 간극을 확보하기 위해 소정 영역에 형성되고, 배향막(83)이 저온 경화(cure)형의 폴리이미드를 인쇄에 의해 화소전극(77) 및 유기절연막(76)을 덮도록 3㎛ 정도 도포하며 이것을 러빙(rubbing)처리함으로써 형성된다.
한편, 대향기판(82)의 제조에서는 고왜점 유리판이나 석영판 등이 광투과성의 절연기판(79)으로서 이용되고, 안료 등을 분산시킨 착색층(80)이 이 절연기판(79)상에 형성된다. 투명한 대향전극(81)은, 예컨대 ITO를 스퍼터법으로 착색층 (80)상에 퇴적함으로써 형성된다. 이어서, 배향막(84)이 저온 경화형의 폴리이미드를 인쇄에 의해 투명대향전극(81)을 덮도록 3㎛ 정도 도포하고 이것을 러빙처리함으로써 형성된다. 또, 배향막(83, 84)의 러빙처리는 이들 배향축이 서로, 예컨대 70°벗어난 방향으로 행해진다.
어레이기판(78) 및 대향기판(82)은 배향막(83, 84)의 형성후에 일체화된다. 구체적으로는, 어레이기판(78) 및 대향기판(82)이 배향막(83, 84)을 내측으로 하여 마주보고, 주연 밀봉재를 매개로 맞붙여진다. 액정층(85)은 어레이기판(78) 및 대향기판(82) 사이에 있어서 주연 밀봉재로 둘러싸인 액정주입공간을 셀(cell)로 하고, 네마틱(nematic)액정과 같은 액정조성물을 이 셀에 주입하여 밀봉함으로써 얻어진다. 편광판(40)은 이렇게 해서 액정층(85)이 어레이기판(78) 및 대향기판(82) 사이에 끼인 상태에서 착색층(80)과는 반대측에 있어서 투명절연기판(79)에 부착된다. 반사형 액정표시장치는 상술한 바와 같이 하여 완성한다.
제1실시형태의 액정표시장치에 의하면, 반사판이 복수의 화소전극(77)에 의해 구성되고, 각 화소전극(77)이 요철패턴(A, B)의 한쪽을 갖는다. 여기에서, 요철패턴(A, B)은 동종의 요철패턴이 인접하지 않도록 조합되어 복수의 화소전극 (77)에 형성된다. 즉, 인접하는 요철패턴이 복수의 화소영역(PX)의 행 및 열방향 각각에 있어서 서로 다르기 때문에, 이들 화소전극(77)의 요철패턴(A, B)으로 산란되는 광의 간섭을 전체로서 불규칙하게 할 수 있다. 이 때문에, 양호한 콘트라스트를 손상시키지 않고 광의 간섭에 의한 화상의 보기 어려움을 저감시킬 수 있다.
도 4는 도 3에 나타낸 패턴배열의 제1변형례를 나타낸다. 제1변형례에서는 요철패턴용 포토마스크는 도 4에 있어서 굵은 선으로 나타낸 3 ×3 화소의 사이즈를 갖고, 요철패턴(A)을 패턴위치 (1, 1), (2, 3) 및 (3, 2)로 규정하고, 요철패턴(B)을 패턴위치 (1, 2), (2, 1) 및 (3, 3)으로 규정하며, 요철패턴(C)을 패턴위치 (1, 3), (2, 2) 및 (3, 1)로 규정한다. 노광은, 예컨대 도 4에 화살표로 나타낸 바와 같이 이 포토마스크를 화소전극(77)의 행방향으로 3화소분씩 시프트하면서 행해진다. 이 경우, 포토마스크는 각 행의 최종 화소전극(77)에 도달할 때마다 화소전극(77)의 열방향으로 3화소분만큼 시프트된다.
제1변형례에 의하면, 요철패턴(A, B, C)은 동종의 요철패턴이 인접하지 않도록 조합되어 복수의 화소전극(77)에 형성된다. 특히, 제1변형례의 배열은 이들 화소전극(77)의 요철패턴(A, B, C)으로 산란도는 광의 간섭을 전체로서 도 3에 나타낸 배열의 경우보다도 불규칙하게 할 수 있다. 이 때문에, 양호한 콘트라스트를 손상시키지 않고 광의 간섭에 의한 화상의 보기 어려움을 더욱 저감시킬 수 있다.
도 5는 도 3에 나타낸 패턴배열의 제2변형례를 나타낸다. 제2변형례에서는 요철패턴용 포토마스크는 도 5에 있어서 굵은 선으로 나타낸 3 ×3 화소의 사이즈를 갖고, 요철패턴(A)을 패턴위치 (1, 1), (2, 3) 및 (3, 2)로 규정하고, 요철패턴(B)을 패턴위치 (1, 2), (2, 1) 및 (3, 3)으로 규정하며, 요철패턴(C)을 패턴위치 (1, 3), (2, 2) 및 (3, 1)로 규정한다. 노광은, 예컨대 도 5에 화살표로 나타낸 바와 같이 이 포토마스크를 화소전극(77)의 행방향으로 3화소분씩, 열방향으로 2화소분씩 시프트하면서 행해진다.
제2변형례에 의하면, 요철패턴(A, B, C)은 동종의 요철패턴이 인접하지 않도록 조합되어 복수의 화소전극(77)에 형성된다. 특히, 제1변형례의 배열은 이들 화소전극(77)의 요철패턴(A, B, C)으로 산란도는 광의 간섭을 전체로서 도 4에 나타낸 배열의 경우보다도 불규칙하게 할 수 있다. 이 때문에, 양호한 콘트라스트를 손상시키지 않고 광의 간섭에 의한 화상의 보기 어려움을 더욱 저감시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2실시형태에 따른 반사형 액정표시장치를 설명한다. 도 6은 이 반사형 액정표시장치의 부분적인 평면구조를 나타낸다. 이 액정표시장치는 이하의 것을 제외하면 제1실시형태와 마찬가지로 구성된다. 이 때문에, 도 6에 있어서 제1실시형태와 마찬가지인 부분을 동일 참조부호로 나타내고, 그 설명을 생략한다.
이 반사형 액정표시장치에서는 복수 종류의 요철패턴이 서로 다른 표시색의 화소영역(PX)의 화소전극(77)에 각각 형성되고, 각 요철패턴의 주산란부의 평균피치가 대응화소영역(PX)의 표시색의 파장(λ)에 의존한다. 구체적으로는, 각 화소전극(77)에 랜덤하게 배치되는 복수의 凸부(76a)의 평균피치가 착색층(80)의 대응 컬러필터색의 파장(λ)에 대응하여 결정된다.
n열의 화소전극(77), n+1열의 화소전극(77) 및 n+2열의 화소전극(77)(여기에서, n=1, 2, 3, …)은 적, 녹, 청의 컬러필터에 각각 대향하고, 예컨대 복수의 凸부(77a)가 적색 화소용의 주산란부로서 평균피치(dred)로 랜덤하게 배치되는 요철패턴(R), 복수의 凸부(77a)가 녹색 화소용의 주산란부로서 평균피치(dgreen)로 랜덤하게 배치되는 요철패턴(G) 및, 복수의 凸부(77a)가 청색 화소용의 주산란부로서 평균피치(dblue)로 랜덤하게 배치되는 요철패턴(B)을 갖는다. 또, 요철패턴(R, G, B) 각각에서는 凹부가 제1실시형태와 마찬가지로 부산란부로서 복수의 凸부(77a)를 둘러싸도록 배치된다.
이들 평균피치(dred, dgreen, dblue)는 컬러필터색의 파장(λ)이 짧을수록 짧게, 컬러필터색의 파장(λ)이 길수록 길게 설정되어 dred〉dgreen〉dblue라는 관계로 된다. 구체적으로는, 양호한 백색표시를 행하기 때문에, 동일 방향으로부터 입사한 백색광이 적, 녹, 청의 화소영역에 있어서 각각의 파장(λ)에 대응하여 서로 다른 방향으로 반사되고, 서로 같은 방향으로 출사(出射)되도록 설정된다.
다음으로, 광선궤적에 대해 도 17에 나타낸 바와 같이 단일 종류의 요철패턴이 전체 화소전극에 형성되는 종래의 반사형 액정표시장치와 도 6에 나타낸 제2실시형태의 반사형 액정표시장치와 비교한다. 도 18은 도 17에 나타낸 XⅧ-XⅧ선에 따른 적색용 화소영역의 단면에서의 광선궤적을 나타내고, 도 19는 도 17에 나타낸 XⅨ-XⅨ선에 따른 청색용 화소영역의 단면에서의 광선궤적을 나타낸다. 도 18 및 도 19에서는 n1이 공기중의 굴절률, n2가 액정재료의 굴절률, θ1이 외부로부터 액정층을 향하는 입사광의 입사각, θ2가 액정층에서 굴절되어 화소전극을 향하는 입사광의 출사각, θ3이 수평면에 대한 화소전극의 기울기, θ4가 화소전극에서 반사되어 액정층의 외부를 향하는 반사광의 출사각을 각각 나타낸다. 출사각(θ4)은 입사각(θ1), 기울기(θ3), 굴절률(n1) 및 굴절률(n2)에 대해 다음과 같은 관계를 갖는다.
여기에서, 액정재료의 굴절률(n2)은 일반적으로 단파장쪽이 크기 때문에, 위 식에서 θ1방향으로부터의 입사광에 대해 출사각(θ4)은 파장(λ)이 짧을수록 커진다. 즉, 적색성분광의 출사각을 θ4(red), 청색성분광의 출사각을 θ4(blue)로 하면, 이것들은 θ4(red)〉θ4(blue)라는 관계로 된다. 따라서, 도 17에 나타낸 종래의 반사형 액정표시장치와 같이 표시색에 관계없이 전체 화소전극에 단일 종류의 요철패턴을 형성한 경우, 반사광의 얼룩이 액정층에 대해 기운 방향에서 관찰되어 버리기 때문에 양호한 백색표시를 행할 수 없다.
이에 대해, 도 6에 나타낸 제2실시형태의 반사형 액정표시장치에서는 요철패턴(R, G, B)이 적색, 녹색 및 청색용의 화소영역(PX)의 화소전극(77)에 각각 형성되고, 요철패턴(R, G, B)의 주산란부의 평균피치가 각각의 화소영역(PX)의 표시색인 적색, 녹색, 청색의 파장(λ)에 의존한다. 도 7은 도 6에 나타낸 Ⅶ-Ⅶ선에 따른 적색용 화소영역의 단면에서의 광선궤적을 나타내고, 도 8은 도 6에 나타낸 Ⅷ-Ⅷ선에 따른 청색용 화소영역의 단면에서의 광선궤적을 나타낸다. 도 7 및 도 8에서는, n1이 공기중의 굴절률, n2가 액정재료의 굴절률, θ1이 외부로부터 액정층 (85)을 향하는 입사광의 입사각, θ2가 액정층(85)에서 굴절되어 화소전극(77)을 향하는 입사광의 출사각, θ3이 수평면에 대한 화소전극(77)의 기울기, θ4가 화소전극(77)에서 반사되어 액정층(85)의 외부를 향하는 반사광의 출사각을 각각 나타낸다. 凸부(77a)의 피치는 도 7에 있어서 도 8에 나타낸 피치보다도 길다. 凸부 (77a)와 凹부(77b)의 고저차는 상술한 피치에 의해 변화하지 않지만, 피치가 긴쪽이 수평면에 대한 화소전극(77)의 기울기(θ3)의 최대치를 작게 형성할 수 있다. 즉, 화소전극(77)의 기울기(θ3)로 되는 피치를 더 길게 하여 화소전극(77)의 기울기(θ3')를 얻은 경우, 기울기(θ3) 및 기울기(θ3')는 θ3'〈 θ3라는 관계로 된다. 여기에서, 적색성분광의 출사각 θ4(red)=청색성분광의 출사각 θ4(blue)로 되도록 위 식의 관계로부터 피치를 표시색마다 선정함으로써, 출사각을 표시색에 의존하지 않는 일률적인 값으로 할 수 있다. 이에 따라, 반사광의 얼룩이 액정층(85)에 대해 기운 방향에서도 관찰되지 않게 할 수 있기 때문에 양호한 백색표시를 행할 수 있다.
요철패턴용 포토마스크는 도 9에 있어서 굵은 선으로 나타낸 1 ×3화소의 사이즈를 갖고, 요철패턴(R)을 패턴위치 (1, 1)로 규정하고, 요철패턴(G)을 패턴위치 (1, 2)로 규정하며, 요철패턴(B)을 패턴위치 (1, 3)으로 규정한다. 노광은, 예컨대 도 9에 화살표로 나타낸 바와 같이 이 포토마스크를 화소전극(77)의 행방향으로3화소분씩 시프트하면서 행해진다. 이 경우, 포토마스크는 각 행의 최종 화소전극(77)에 도달할 때마다 화소전극(77)의 열방향으로 1화소분만큼 시프트된다.
제1실시형태의 액정표시장치에 의하면, 요철패턴(R, G, B)은 동종의 요철패턴이 인접하지 않도록 조합되어 복수의 화소전극(77)에 형성된다. 이에 따라, 화소전극(77)의 요철패턴(R, G, B)으로 산란되는 광의 간섭을 전체로서 불규칙하게 할 수 있다. 따라서, 양호한 콘트라스트를 손상시키지 않고 광의 간섭에 의한 화상의 보기 어려움을 더 저감시킬 수 있다. 더욱이, 이들 요철패턴(R, G, B)의 주산란부, 즉 凸부(77a)의 평균피치가 출사각(θ4)을 일치시키도록 각각 적, 녹, 청의 컬러필터의 파장(λ)에 대응하여 결정되기 때문에, 반사광의 얼룩이 액정층(85)에 대해 기운 방향에서도 관찰되지 않아 양호한 백색표시를 행할 수 있다.
도 10은 도 9에 나타낸 요철패턴의 조합 및 배열의 변형례를 나타낸다. 이 변형례는, 적, 녹, 청의 컬러필터가 스트라이프 모양 대신에 매트릭스 모양으로 배치된 경우에 적용된다. 이 경우, 요철패턴용 포토마스크는 도 10에 있어서 굵은 선으로 나타낸 3 ×3 화소의 사이즈를 갖고, 요철패턴(R)을 적색용 화소영역(PX)에 대응하는 패턴위치 (1, 1), (2, 3) 및 (3, 2)로 규정하고, 요철패턴(G)을 녹색용 화소영역(PX)에 대응하는 패턴위치 (1, 2), (2, 1) 및 (3, 3)으로 규정하며, 요철패턴(B)을 청색용 화소영역(PX)에 대응하는 패턴위치 (1, 3), (2, 2) 및 (3, 1)로 규정한다. 노광은, 예컨대 도 10에 화살표로 나타낸 바와 같이 이 포토마스크를화소전극(77)의 행방향으로 3화소분씩 시프트하면서 행해진다. 이 경우, 포토마스크는 각 행의 최종 화소전극(77)에 도달할 때마다 화소전극(77)의 열방향으로 3화소분만큼 시프트된다.
이 변형례에 의하면, 화소영역(PX)의 표시색이 각 열에 있어서 다른 경우에도 상술한 제2실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 제3실시형태에 따른 반투과형 액정표시장치에 대해 첨부도면을 참조하여 설명한다.
도 11은 이 반투과형 액정표시장치의 부분적인 평면구조를 나타내고, 도 12는 도 1에 나타낸 화소 부근의 단면구조를 나타낸다. 이 액정표시장치는 도 12에 나타낸 바와 같이 어레이기판(78), 대향기판(82), 이들 기판(78, 82) 사이에 끼인 액정층(85)을 구비한다. 도 11 및 도 12에서는 제1실시형태와 마찬가지인 부분을 동일 참조부호로 나타낸다.
어레이기판(78)은 절연기판(60), 매트릭스 모양으로 배치되는 복수의 화소전극(77), 이들 화소전극(77)의 열을 따라 배치되는 복수의 신호선(71), 이들 화소전극(77)의 행을 따라 배치되는 복수의 주사선(62), 각각 대응주사선(62) 및 대응신호선(71)의 교차위치 근방에 화소용 스위칭소자로서 배치되는 복수의 박막 트랜지스터(TFT; SW), 복수의 주사선(62) 및 복수의 신호선(71)을 구동하는 구동회로 및 복수의 화소전극(77)을 덮는 배향막(83)을 포함한다. 대향기판(82)은 광투과성의 절연기판(79)과, 각각 대응열의 화소전극(77)에 대향하여 행방향으로 차례로 늘어선 적, 녹 및 청의 스트라이프 모양 컬러필터로서 절연기판(79)상에 형성되는 착색층(80), 착색층(80)을 덮는 투명대향전극(81) 및, 이 대향전극(81)을 덮는 배향막 (84)을 갖춘다. 또, 편광판(40)이 착색층(80)과는 반대측에 있어서 투명절연기판 (79)에 부착되고, 편광판(41)이 투명절연기판(60)에 부착된다. 이 반투과형 액정표시장치에서는 액정층(85)이 복수의 화소전극(77)에 각각 대응하여 복수의 화소영역(PX)으로 구획되고, 각 화소영역(PX)이 2개의 인접주사선(62)과 2개의 인접신호선(71) 사이에 거의 규정된다. 각 박막 트랜지스터(SW)는 대응주사선(62)으로부터 공급되는 주사펄스에 응답하여 도통하고, 대응신호선(71)의 전위를 대응화소전극 (77)에 공급한다. 각 화소전극(77)은 대응신호선(71)의 전위를 화소전위로서 액정층(85)의 대응화소영역(PX)에 인가하고, 이 화소전위와 대향전극(81)의 전위의 전위차에 기초하여 화소영역(PX)의 투과율을 제어한다. 주사선(62) 및 신호선(71)의 구동회로는 화소용 스위칭소자와 마찬가지로 형성되는 복수의 박막 트랜지스터 및 이들 배선에 의해 구성된다. 이들 박막 트랜지스터는 P채널형 및 N채널형을 포함한다.
어레이기판(78)에 있어서, 각 박막 트랜지스터(SW)는 반도체층(67)과, 이 반도체층(67)의 위쪽에 절연하여 형성되어 대응주사선(62)에 접속되는 게이트전극 (64), 게이트전극(64)의 양측에 있어서 반도체층(67)에 콘택트홀(69, 70)을 매개로 접촉하여 대응화소전극(77) 및 대응신호선(71)에 각각 접속되는 소스 및 드레인전극(66, 65)을 갖춘다. 반도체층(67)은 절연기판(60)상에 형성되고, 절연기판(60)과 함께 게이트 절연막(61)에 의해 덮여진다. 게이트전극(64)은 이 게이트 절연막(61)에 의해 반도체층(67)으로부터 절연되고, 이 게이트 절연막(61)상에서대응주사선(62)과 일체적으로 형성된다. 더욱이, 복수의 보조용량선(63)이 복수행의 화소전극(77)에 각각 용량결합하도록 게이트 절연막(61)상에 형성된다. 게이트전극(64) 및 주사선(62) 및 보조용량선(63)은 게이트 절연막(61)과 함께 층간절연막(68)에 의해 덮여진다. 콘택트홀(69, 70)은 게이트전극(64)의 양측에 있어서 반도체층(67)내에 형성되는 소스(67b) 및 드레인(67a)을 노출하도록 층간절연막(68) 및 게이트 절연막(61)에 형성된다. 소스 및 드레인전극(66, 65)은 이들 콘택트홀 (69, 70)에 있어서 반도체층(67)의 소스(67b) 및 드레인(67a)에 각각 접촉하여 층간절연막(68)상에 형성된다. 소스전극(66)은 층간절연막(68)상에서 확장소스전극 (72)과 일체적으로 형성되고, 드레인전극(65)은 층간절연막(68)상에서 대응신호선 (71)과 일체적으로 형성된다. 소스전극(66), 확장소스전극(72), 드레인전극(65) 및 신호선(71)은 층간절연막(68)과 함께 보호절연막(73)에 의해 덮여진다. 이 보호절연막(73)은 확장소스전극(72)을 부분적으로 노출하는 콘택트홀(74)을 갖추고, 유기절연막(76)에 의해 덮여진다. 유기절연막(76)은 보호절연막(73)의 콘택트홀 (74)에 대응하여 확장소스전극(72)을 부분적으로 노출하는 콘택트홀(75)을 갖춘다. 화소전극(77)은 콘택트홀(74, 75)에 있어서 확장소스전극(72)에 접촉하여 유기절연막(76)상에 형성되고, 배향막(83)에 의해 덮여진다.
복수의 화소전극(77)은 대향기판(82)측으로부터 액정층(85)을 매개로 입사하는 광을 높은 반사율로 산란시키는 반사영역과 백라이트로부터의 광을 투과하거나 흡수하는 투과영역을 겸비하고 있고, 유기절연막(76)의 상부 표면을 밑바탕으로서 형성되어 있다. 유기절연막(76)은 각각 화소영역(PX)의 범위에 있어서 랜덤하게배치되는 복수의 반구형상의 凸부(76a) 및 이들 凸부(76a)를 둘러싸도록 배치되는 凹부(76b)로 구성되는 복수의 요철패턴을 갖는다. 복수의 화소전극(77)의 투과영역(77c)은, 예컨대 ITO로 이루어진 투과성 도전성 막으로 형성되어 있다. 또, 화소전극(77)의 반사영역전극은, 예컨대 은, 알루미늄, 혹은 이들 합금과 같은 금속재료를 포함하고, 유기절연막(76)의 요철패턴을 따라 소정의 두께로 형성된다. 이 때문에, 각 화소전극(77)의 반사영역은 대응화소영역(PX)의 범위에 있어서 랜덤하게 배치되도록 유기절연막(76)의 복수의 반구형상의 凸부(76a)에 의해 규정되는 복수의 반구형상의 凸부(77a) 및 이들 凸부(77a)를 둘러싸서 배치되도록 유기절연막의 凹부(76b)에 의해 규정되는 凹부(77b)로 구성되는 요철패턴을 갖는다. 복수의 화소전극(77)의 요철패턴은 도 3에 A, B로 나타낸 2종류이고, 동종의 요철패턴이 이들 화소전극(77)의 행 및 열방향에 있어서 인접하지 않도록 배열된다. 각 화소전극의 요철패턴에 있어서, 복수의 凸부(77a)는 입사광에 대한 주산란부를 구성하고, 凹부(77b)는 입사광에 대한 부산란부를 구성한다.
다음으로, 상술한 반투과형 액정표시장치의 제조공정을 설명한다.
어레이기판(78)의 제조에서는, 고왜점 유리판이나 석영판 등이 절연기판(60)으로서 이용되고, 반도체층(67)이 예컨대 비정질 실리콘을 CVD법 등에 의해 50nm 정도의 두께로 절연기판(60)상에 퇴적하고, 450℃에서 1시간 화로 어닐을 행한 후 XeCl 엑시머 레이저를 조사함으로써 비정질 실리콘을 다결정 실리콘막으로서 결정화하고, 더욱이 이 다결정 실리콘막을 포토에칭법으로 패터닝함으로써 형성된다. 이어서, 게이트 절연막(61)이 SiOx를 CVD법에 의해 100nm 정도의 두께로 반도체층(67) 및 절연기판(60)상에 퇴적함으로써 형성된다. 이어서, 게이트전극(64), 주사선(62), 보조용량선(63) 및 그 외의 구동회로용 박막 트랜지스터의 게이트전극 및 배선이 Ta, Cr, Al, Mo, W 및 Cu 등의 단체 또는 그 적층막 혹은 합금막을 게이트 절연막(61)상에 400nm 정도의 두께로 퇴적하고, 이것을 포토에칭법으로 소정의 형상으로 패터닝함으로써 형성된다. 이 후, 예컨대 인과 같은 불순물이 게이트전극 (64)을 마스크로 하여 이용한 이온주입이나 이온도핑법으로 반도체층(67)에 도프된다. 여기에서는, 인이온이, 예컨대 PH3/H2분위기에 있어서 가속전압 80keV로 가속되고, 도즈량 5 ×1015atoms/㎠라는 고농도로 도프된다. 이 후, 화소용 박막 트랜지스터의 드레인전극(65), 소스전극(66) 및 구동회로용 N채널 박막 트랜지스터의 소스 및 드레인전극이 형성된다.
이어서, 화소용 박막 트랜지스터(SW), 구동회로용 N채널 박막 트랜지스터가 불순물이 주입되지 않도록 레지스트로 덮여지고, 예컨대 붕소와 같은 불순물이 구동회로용 P채널 박막 트랜지스터의 게이트전극을 마스크로 하여 도프된다. 여기에서는, 붕소이온이, 예컨대 B2H6/H2분위기에 있어서 가속전압 80keV로 가속되고, 도즈량 5 ×1015atoms/㎠라는 고농도로 주입된다. 이 후, P채널 박막 트랜지스터의 소스전극 및 드레인전극이 형성된다. 더욱이, N채널형 박막 트랜지스터(SW)를 LDD구조로 하기 위한 불순물 주입이 행해지고, 불순물 주입영역을 어닐링함으로써 활성화하여 소스(67b) 및 드레인(67a)을 구성한다.
이어서, 층간절연막(68)이, 예컨대 PECVD법을 이용하여 SiO2를 500nm 정도의 두께로 게이트전극(64), 주사선(62), 보조용량선(63), 그 외의 구동회로배선 및 게이트 절연막(61)상에 퇴적함으로써 형성된다. 층간절연막(68)은 포토에칭법으로 반도체층(67)의 소스(67b) 및 드레인(67a)을 노출시키도록 패터닝되고, 이에 따라 콘택트홀(69, 70)을 형성한다.
이어서, Ta, Cr, Al, Mo, W, Cu 등의 단체 또는 그 적층막 혹은 합금막이 500nm 정도의 두께로 층간절연막(68)상에 퇴적되고, 포토에칭법으로 소정의 형상으로 패터닝되고, 이에 따라 신호선(71), 소스전극(66), 확장소스전극(72) 및 구동회로용 배선을 형성한다.
이어서, 보호절연막(73)이 SiNx를 PECVD법으로 이들 배선 및 층간절연막(68)상에 퇴적함으로써 형성되고, 콘택트홀(74)이 보호절연막(73)을 포토에칭법으로 패터닝함으로써 형성된다.
이어서, 예컨대 감광성 수지가 유기절연막(76)으로서 보호절연막(73)상에 2㎛ 정도의 두께로 도포되고, 이것이 콘택트홀(75)용 포토마스크를 이용하여 콘택트홀(74)에 대응하는 범위에서 부분적으로 노광되고, 더욱이 신호선(71)에 겹치지 않도록 각 화소영역(PX)의 범위에 있어서 랜덤한 피치로 배치된 복수의 원형 차광부를 갖춘 요철패턴용 포토마스크를 이용하여 노광된다. 여기에서, 요철패턴용 노광량은 유기절연막(76)에 형성되는 콘택트홀용의 노광량의 약 10%∼ 50%로 설정된다. 요철패턴용 포토마스크는 제1실시형태와 마찬가지로 도 3에 있어서 굵은 선으로 나타낸 2 ×2 화소의 사이즈가 반복하여 사이즈로 되고, 요철패턴(A)을 패턴위치 (1, 1) 및 (2, 2)로 규정하며, 요철패턴(B)을 패턴위치 (2, 1) 및 (1, 2)로 규정한다.
이어서, 유기절연막(76)이 상술한 노광부분을 제거하기 위해 현상되고, 이에 따라 복수의 凸부(76a) 및 凹부(76b)를 콘택트홀(75)과 더불어 유기절연막(76)에 형성한다. 이 단계에서는 凸부(76a) 및 凹부(76b)가 예각형상이기 때문에, 어레이기판(78)의 열처리가, 예컨대 200℃에서 60분 정도 행해진다. 이에 따라, 凸부 (76a) 및 凹부(76b)의 표면이 각이 잡힌 매끄러운 상태로 된다.
이어서, ITO 등의 투과성 도전성 막이 스퍼터법에 의해 50nm 정도의 두께로 유기절연막(76)상에 퇴적되고, 포토에칭법으로 소정의 형상으로 패터닝되며, 이에 따라 화소전극(77)의 투과영역(77c)을 형성한다. 이어서, Al, Ni, Cr, Mo 및 Ag 등의 단체 또는 그 적층막 혹은 합금막이 스퍼터법에 의해 200nm 정도의 두께로 유기절연막(76)상에 퇴적되고, 포토에칭법으로 소정의 형상으로 패터닝되어, 화소전극(77)의 반사영역을 형성한다. 화소전극(77)은 확장소스영역(72)에 접촉하여 보조용량선(63)과 용량결합한다.
이어서, 복수의 기둥형상 스페이서가 액정층(85)의 두께로 되는 소정의 간극을 확보하기 위해 소정 영역에 형성되고, 배향막(83)이 저온 경화형의 폴리이미드를 인쇄에 의해 화소전극(77) 및 유기절연막(76)을 덮도록 3㎛ 정도 도포하며 이것을 러빙처리함으로써 형성된다.
한편, 대향기판(82)의 제조에서는 고왜점 유리판이나 석영판 등이 광투과성의 절연기판(79)으로서 이용되고, 안료 등을 분산시킨 착색층(80)이 이 절연기판(79)상에 형성된다. 투명한 대향전극(81)은, 예컨대 ITO를 스퍼터법으로 착색층 (80)상에 퇴적함으로써 형성된다. 이어서, 배향막(84)이 저온 경화형의 폴리이미드를 인쇄에 의해 투명대향전극(81)을 덮도록 3㎛ 정도 도포하고 이것을 러빙처리함으로써 형성된다. 또, 배향막(83, 84)의 러빙처리는 이들 배향축이 서로, 예컨대 70°벗어난 방향으로 행해진다. 어레이기판(78) 및 대향기판(82)은 배향막(83, 84)의 형성후에 일체화된다. 구체적으로는, 어레이기판(78) 및 대향기판(82)이 배향막(83, 84)을 내측으로 하여 마주보고, 주연 밀봉재를 매개로 맞붙여진다. 액정층(85)은 어레이기판(78) 및 대향기판(82) 사이에 있어서 주연 밀봉재로 둘러싸인 액정주입공간을 셀로 하고, 네마틱액정과 같은 액정조성물을 이 셀에 주입하여 밀봉함으로써 얻어진다. 이렇게 해서 액정층(85)이 어레이기판(78) 및 대향기판(82) 사이에 끼인 상태에서 편광판(40)은 착색층(80)과는 반대측에 있어서 투명절연기판 (79)에 부착되고, 편광판(41)은 투명절연기판(60)에 부착된다. 반투과형 액정표시장치는 상술한 바와 같이 하여 완성한다.
제3실시형태의 반투과형 액정표시장치에 의하면, 반사판이 복수의 화소전극 (77)에 의해 구성되고, 각 화소전극(77)이 요철패턴(A, B)의 한쪽을 갖는다. 여기에서, 요철패턴(A, B)은 동종의 요철패턴이 인접하지 않도록 조합되어 복수의 화소전극(77)에 형성된다. 즉, 인접하는 요철패턴이 복수의 화소영역(PX)의 행 및 열방향 각각에 있어서 서로 다르기 때문에, 이들 화소전극(77)의 요철패턴(A, B)으로 산란되는 광의 간섭을 전체로서 불규칙하게 할 수 있다. 이 때문에, 양호한 콘트라스트를 손상시키지 않고 광의 간섭에 의한 화상의 보기 어려움을 저감시킬 수 있다.
한편, 도 3에 나타낸 패턴배열은 도 4 및 도 5에 나타낸 패턴배열의 변형례로 치환되어도 좋다.
다음으로, 본 발명의 제4실시형태에 따른 반투과형 액정표시장치를 설명한다. 도 13은 이 반투과형 액정표시장치의 부분적인 평면구조를 나타낸다. 이 액정표시장치는 이하의 것을 제외하면 제3실시형태와 마찬가지로 구성된다. 이 때문에, 도 13에 있어서 제1실시형태와 마찬가지인 부분을 동일 참조부호로 나타내고, 그 설명을 생략한다.
이 반투과형 액정표시장치에서는 복수 종류의 요철패턴이 서로 다른 표시색의 화소영역(PX)의 화소전극(77)에 각각 형성되고, 각 요철패턴의 주산란부의 평균피치가 대응화소영역(PX)의 표시색의 파장에 의존한다. 구체적으로는, 각 화소전극 (77)에 랜덤하게 배치되는 복수의 凸부(76a)의 평균피치가 착색층(80)의 대응 컬러필터색의 파장(λ)에 대응하여 결정된다.
n열의 화소전극(77), n+1열의 화소전극(77) 및 n+2열의 화소전극(77)(여기에서, n=1, 2, 3, …)은 적, 녹, 청의 컬러필터에 각각 대향하고, 예컨대 복수의 凸부(77a)가 적색 화소용의 주산란부로서 평균피치(dred)로 랜덤하게 배치되는 요철패턴(R), 복수의 凸부(77a)가 녹색 화소용의 주산란부로서 평균피치(dgreen)로 랜덤하게 배치되는 요철패턴(G) 및, 복수의 凸부(77a)가 청색 화소용의 주산란부로서 평균피치(dblue)로 랜덤하게 배치되는 요철패턴(B)을 갖는다. 또, 요철패턴(R, G, B)각각에서는 凹부가 제1실시형태와 마찬가지로 부산란부로서 복수의 凸부(77a)를 둘러싸도록 배치된다.
이들 평균피치(dred, dgreen, dblue)는 컬러필터색의 파장(λ)이 짧을수록 짧게, 컬러필터색의 파장(λ)이 길수록 길게 설정되어 dred〉dgreen〉dblue라는 관계로 된다. 구체적으로는, 양호한 백색표시를 행하기 때문에, 동일 방향으로부터 입사한 백색광이 적, 녹, 청의 화소영역에 있어서 각각의 파장(λ)에 대응하여 서로 다른 방향으로 반사되고, 서로 같은 방향으로 출사되도록 설정된다.
다음으로, 광선궤적에 대해 도 17에 나타낸 바와 같이 단일 종류의 요철패턴이 전체 화소전극에 형성되는 종래의 반사형 액정표시장치와 도 13에 나타낸 제4실시형태의 반투과형 액정표시장치와 비교한다. 제2실시형태에서 설명한 바와 같이, 도 18은 도 17에 나타낸 XⅧ-XⅧ선에 따른 적색용 화소영역의 단면에서의 광선궤적을 나타내고, 도 19는 도 17에 나타낸 XⅨ-XⅨ선에 따른 청색용 화소영역의 단면에서의 광선궤적을 나타낸다. 도 18 및 도 19에서는 n1이 공기중의 굴절률, n2가 액정재료의 굴절률, θ1이 외부로부터 액정층을 향하는 입사광의 입사각, θ2가 액정층에서 굴절되어 화소전극을 향하는 입사광의 출사각, θ3이 수평면에 대한 화소전극의 기울기, θ4가 화소전극에서 반사되어 액정층의 외부를 향하는 반사광의 출사각을 각각 나타낸다. 출사각(θ4)은 입사각(θ1), 기울기(θ3), 굴절률(n1) 및 굴절률(n2)에 대해 다음과 같은 관계를 갖는다.
여기에서, 액정재료의 굴절률(n2)은 일반적으로 단파장쪽이 크기 때문에, 위 식에서 θ1방향으로부터의 입사광에 대해 출사각(θ4)은 파장(λ)이 짧을수록 커진다. 즉, 적색성분광의 출사각을 θ4(red), 청색성분광의 출사각을 θ4(blue)로 하면, 이것들은 θ4(red)〉θ4(blue)라는 관계로 된다. 따라서, 도 17에 나타낸 종래의 반사형 액정표시장치와 같이 표시색에 관계없이 전체 화소전극에 단일 종류의 요철패턴을 형성한 경우, 반사광의 얼룩이 액정층에 대해 기운 방향에서 관찰되어 버리기 때문에 양호한 백색표시를 행할 수 없다.
이에 대해, 도 13에 나타낸 제4실시형태의 반투과형 액정표시장치에서는 요철패턴(R, G, B)이 적색, 녹색 및 청색용의 화소영역(PX)의 화소전극(77)에 각각 형성되고, 요철패턴(R, G, B)의 주산란부의 평균피치가 각각의 화소영역(PX)의 표시색인 적색, 녹색, 청색의 파장(λ)에 의존한다. 도 13에 나타낸 Ⅶ-Ⅶ선에 따른 적색용 화소영역의 단면에서의 광선궤적은 도 7에 나타낸 바와 같이 되고, 도 13에 나타낸 Ⅷ-Ⅷ선에 따른 청색용 화소영역의 단면에서의 광선궤적은 도 8에 나타낸 바와 같이 된다. 도 7 및 도 8에서는, n1이 공기중의 굴절률, n2가 액정재료의 굴절률, θ1이 외부로부터 액정층(85)을 향하는 입사광의 입사각, θ2가 액정층(85)에서 굴절되어 화소전극(77)을 향하는 입사광의 출사각, θ3이 수평면에 대한 화소전극(77)의 기울기, θ4가 화소전극(77)에서 반사되어 액정층(85)의 외부를 향하는 반사광의 출사각을 각각 나타낸다. 凸부(77a)의 피치는 도 7에 있어서 도 8에 나타낸 피치보다도 길다. 凸부(77a)와 凹부(77b)의 고저차는 상술한 피치에 의해 변화하지 않지만, 피치가 긴쪽이 수평면에 대한 화소전극(77)의 기울기(θ3)의 최대치를 작게 형성할 수 있다. 즉, 화소전극(77)의 기울기(θ3)로 되는 피치를 더 길게 하여 화소전극(77)의 기울기(θ3')를 얻은 경우, 기울기(θ3) 및 기울기(θ3')는 θ3'〈 θ3라는 관계로 된다. 여기에서, 적색성분광의 출사각 θ4(red)=청색성분광의 출사각 θ4(blue)로 되도록 위 식의 관계로부터 피치를 표시색마다 선정함으로써, 출사각을 표시색에 의존하지 않는 일률적인 값으로 할 수 있다. 이에 따라, 반사광의 얼룩이 액정층(85)에 대해 기운 방향에서도 관찰되지 않게 할 수 있기 때문에 양호한 백색표시를 행할 수 있다.
요철패턴용 포토마스크는 제2실시형태에서 이용한 도 9에 있어서 굵은 선으로 나타낸 1 ×3화소의 사이즈를 갖고, 요철패턴(R)을 패턴위치 (1, 1)로 규정하며, 요철패턴(G)을 패턴위치 (1, 2)로 규정하며, 요철패턴(B)을 패턴위치 (1, 3)으로 규정한다. 노광은, 예컨대 도 9에 화살표로 나타낸 바와 같이 이 포토마스크를 화소전극(77)의 행방향으로 3화소분씩 시프트하면서 행해진다. 이 경우, 포토마스크는 각 행의 최종 화소전극(77)에 도달할 때마다 화소전극(77)의 열방향으로 1화소분만큼 시프트된다.
제4실시형태의 반투과형 액정표시장치에 의하면, 제2실시형태의 반사형 액정표시장치와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 즉, 요철패턴(R, G, B)은 동종의 요철패턴이 인접하지 않도록 조합되어 복수의 화소전극(77)에 형성된다. 이에 따라, 화소전극(77)의 요철패턴(R, G, B)으로 산란되는 광의 간섭을 전체로서 불규칙하게 할 수 있다. 따라서, 양호한 콘트라스트를 손상시키지 않고 광의 간섭에 의한 화상의 보기 어려움을 더 저감시킬 수 있다. 더욱이, 이들 요철패턴(R, G, B)의 주산란부, 즉 凸부(77a)의 평균피치가 출사각(θ4)을 일치시키도록 각각 적, 녹, 청의 컬러필터의 파장(λ)에 대응하여 결정되기 때문에, 반사광의 얼룩이 액정층(85)에 대해 기운 방향에서도 관찰되지 않아 양호한 백색표시를 행할 수 있다.
한편, 도 9에 나타낸 요철패턴의 조합 및 배열은 도 10에 나타낸 변형례로 치환되어도 좋다. 이 변형례는 제2실시형태에서 설명한 바와 같이, 적, 녹, 청의 컬러필터가 스트라이프 모양 대신에 매트릭스 모양으로 배치된 경우에 적용된다. 이 변형례에 의하면, 화소영역(PX)의 표시색이 각 열에 있어서 다른 경우에도 상술한 제4실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형가능하다.
예컨대, 제3실시형태의 반투과영역(77c)은 도 14 및 도 15에 나타낸 바와 같이 유기절연막(76)의 요철패턴을 부분적으로 없앰으로써, 평탄하게 형성해도 좋다.더욱이, 제4실시형태의 반투과영역(77c)에 대해서도 마찬가지로 하여 도 16에 나타낸 바와 같이 평탄하게 해도 좋다.
제1 내지 제4실시형태의 유기절연막(76)은 각각 화소영역(PX)의 범위에 있어서 랜덤하게 배치되는 복수의 반구형상의 凹부 및 이들 凹부를 둘러싸도록 배치되는 凸부로 구성되는 복수의 요철패턴을 갖추어도 좋다. 이 경우, 각 화소전극 (77)은 대응 화소영역(PX)의 범위에 있어서 랜덤하게 배치되도록 유기절연막(76)의 복수의 반구형상의 凹부에 의해 규정되는 복수의 반구형상의 凹부 및 이들 凹부를 둘러싸서 배치되도록 유기절연막의 凸부에 의해 규정되는 凸부로 구성되는 요철패턴을 갖추게 된다. 따라서, 각 화소전극(77)의 요철패턴에 있어서 복수의 凹부는 입사광에 대한 주산란부를 구성하고, 凸부는 입사광에 대한 부산란부를 구성한다.
또, 각 박막 트랜지스터(SW)의 반도체층(67)은 다결정 실리콘으로 구성되었지만, 비정질 실리콘으로 구성할 수도 있다. 이뿐만 아니라, 본 발명은 박막 트랜지스터(SW)와 같은 화소 스위칭소자를 갖추지 않은 단순 매트릭스방식의 반사형 및 반투과형 액정표시장치에 적용할 수도 있다.
또, 산란광의 간섭을 불규칙하게 하는 것만으로 좋은 경우에는, 복수 종류의 요철패턴이 동종의 요철패턴이 복수의 화소전극(77)의 행방향 및 열방향의 적어도 한쪽에서 인접하지 않도록 조합되는 것을 조건으로 각 요철패턴이 1이상의 인접 화소영역(PX), 구체적으로는 1이상의 인접 화소전극(77)에 할당되어도 좋다. 더욱이, 복수 종류의 요철패턴을 모두 조합시키는 대신에, 예컨대 4종의 요철패턴으로부터 선택되는 3종을 조합하여 열거하도록 해도 좋다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 주위로부터 입사하는 외광을 이용하여 보다 고품질의 표시화상을 얻는 액정표시장치를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 제1 및 제2전극기판과, 상기 제1 및 제2전극기판간에 끼이고 액정분자배열이 상기 제1 및 제2전극기판으로부터 각각 제어되는 복수의 화소영역으로 구분되는 액정층 및, 상기 제2전극기판 및 상기 액정층을 매개로 입사하는 광을 산란시키기 위해 상기 제1전극기판에 형성되는 반사판을 구비하고,
    상기 복수의 화소영역은 거의 매트릭스 모양이고, 상기 반사판은 동종의 요철패턴이 상기 복수의 화소영역의 행 및 열방향의 적어도 한쪽에 있어서 인접하지 않도록 조합되는 복수 종류의 요철패턴을 포함하고, 상기 복수 종류의 요철패턴이 서로 다른 표시색의 화소영역에 각각 할당되고, 각 요철패턴의 주산란부의 평균피치가 대응화소영역의 표시색의 파장에 의존하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사판은 광을 투과시키기 위한 광투과부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 각 요철패턴이 랜덤하게 배치된 복수의 주산란부와, 상기 복수의 주산란부를 둘러싸도록 배치된 부산란부에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 주산란부가 凸부 및 凹부의 한쪽이고, 상기 부산란부가 상기 凸부 및 상기 凹부의 다른쪽인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 반사판은 상기 복수의 화소영역에 대응하여 상기 제1전극기판에 형성되는 복수의 화소전극에 의해 구성되고, 각 요철패턴이 상기 복수의 화소전극중 대응하는 적어도 1개에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제5항에 있어서, 각 요철패턴이 대응화소전극의 밑바탕으로서 형성되는 유기 절연막의 형상에 의해 규정되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 복수 종류의 요철패턴의 조합이 상기 복수의 화소영역에 있어서 반복되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 요철패턴이 3종류인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제1항에 있어서, 동종의 요철패턴이 상기 복수의 화소영역의 행 및 열방향에 있어서 인접하지 않도록 조합되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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