KR100484953B1 - 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 반사전극 및반사전극 형성방법 - Google Patents

반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 반사전극 및반사전극 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 반사전극은, 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 요철이 다수 형성된 반사전극에 있어서, 상기 반사전극에 다수 형성되는 요철의 형상이 구의 일부이고, 상기 요철의 반경, 높이 및 상기 반경과 높이의 비율이 일정하게 결정되어 상기 반사전극에 배치되는 것을 특징으로 하며,
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 또 따른 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 반사전극의 제조방법은, 소스, 드레인 및 게이트 전극을 포함하는 스위칭 소자가 형성된 절연기판의 전면에 감광성의 유기절연막을 소정의 두께로 도포하는 단계와, 상기 유기절연막에 일정폭의 투광영역을 가지는 마스크를 이용하여 노광 및 에칭 등을 통해 구의 일부 형상을 갖는 요철을 형성하는 단계와; 상기 요철이 형성된 유기절연막층 상부에 반사형 금속을 증착하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 주 사용자환경에 해당하는 정면 반사각으로 외부광이 일정한 효율로 반사될 수 있도록 하는 반사율의 균일도를 확보할 수 있으며, 상기 정면 반사각으로 반사되는 광의 세기 즉, 반사휘도가 사용자의 사용환경에 적당하게 개선되는 장점이 있다.

Description

반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 반사전극 및 반사전극 형성방법{reflective electrode of reflection or transflective type LCD and fabrication method of thereof}
본 발명은 요철형태의 반사전극이 포함되는 반사형 및 반투과형 액정표시장치와 상기 반사전극의 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 빛을 이용하는 방식에 따라 백라이트를 광원으로 이용하는 투과형 액정표시장치와 백라이트를 광원으로 이용하지 않고 외부광을 이용하는 반사형 액정표시장치의 두 종류로 분류된다.
상기 투과형 액정표시장치는 백라이트를 광원으로 이용하여 어두운 외부환경에서도 밝은 화상을 구현하지만, 백라이트 사용에 의한 전력소모가 크다는 문제점을 가지는 반면, 반사형 액정표시장치는 빛의 대부분을 외부의 자연광이나 인조광원에 의존하는 구조를 하고 있음으로 상기 투과형 액정표시장치에 비해 전력소비가 적다는 장점이 있다.
이러한 장점으로 인해 상기 반사형 액정표시장치의 필요성이 대두되고 있으며, 또한 상기 반사형 액정표시장치는 외부광이 어두울 때 사용이 어렵다는 단점이 있는데 이를 극복하기 위하여 반사형 및 투과형의 양용이 가능한 반투과형 액정표시장치도 현재 그 필요성이 대두되고 있다.
도 1은 종래의 반사형 액정표시장치를 나타내는 단면도(1a) 및 반사각 특성을 나타낸 도면(1b)이다.
도 1을 참조하면, 종래의 반사형 액정표시소자는 하판(110) 및 상판(100) 및 그들 사이에 개재된 액정층(120)이 포함된 구조이다. 상기 하판(110)은 하부기판(111)과, 상기 하부기판(111)의 내측면 일측 상에 형성된 게이트 전극(112), 게이트 절연막(115), 반도체층(116), 오믹 콘택층(117) 및 소스전극(113)/ 드레인 전극(114)을 포함하는 박막 트랜지스터(TFT)와, 상기 박막트랜지스터(TFT)를 포함한 상기 하부기판(111)의 상부에 형성된 유기절연막층(118)과, 상기 유기절연막층(118) 상에 형성된 반사전극(119) 및 상기 반사전극(119)을 포함한 유기절연막층(118) 상에 형성된 하부 배향막(미도시)으로 구성된다.
상기 상판(100)은 상부기판(101)과, 상기 박막트랜지스터(TFT)에 대응하는 상기 상부기판의 내측면 상에 형성된 블랙 매트릭스(102)와, 상기 블랙 매트릭스(102)의 양측에 형성된 칼라 필터(103)와, 상기 블랙 매트릭스(102) 및 컬러 필터(103)상에 형성된 공통 전극(104)과, 상기 공통전극(104) 상에 형성된 상부 배향막(미도시)으로 구성된다.
여기서, 상기 반사전극(119)은 불투명 금속으로 형성되어, 화소전극의 역할과 입사되는 외부광을 반사시키는 역할을 겸하지만 반면에, 화소전극이 투명 금속으로 형성되는 경우에는 반사전극으로 기능하지 못하고 그 위 또는 하부에 반사판(미도시)이 별도로 구비되어야 한다.
그러나, 상기의 구조를 갖는 종래의 반사형 액정표시장치는 그 자체로 시야각 특성이 불량한 문제점이 있다. 즉, 거울(mirror)형의 편평한 반사전극 또는 반사판을 형성한 경우에는 외부광이 상부 기판에 측면의 입사각 I로 입사할 때, 이는 페르마(Fermat)의 반사 원리에 의해 반사전극과 액정층 등을 거쳐서 결국 상기 상부기판의 법선방향에 대하여 입사각 I와 같은 정도로 반대방향으로 출사각 R로 반사되어 나간다.
도 1b를 참조하면, 상기 종래의 반사형 액정표시장치의 반사각 특성을 알 수 있다. 도 1b에서 가로축은 상기 외부광이 반사되어 나가는 반사각을 의미하고, 세로축은 반사되어 나가는 반사광의 세기(intensity)를 의미한다.
일반적인 반사형 액정표시장치의 외부광 입사각을 -30도 정도로 고려하며, 이 경우 입사된 광은 거의 대부분 출사각 30도에 집중되어 반사되는데, 여기서 외부광의 입사광에 대응되어 이와 같은 정도로 반사되는 각을 거울 반사각(specula angle)(150)이라 한다. 즉, 외부광 입사각이 -30도 라면 상기 거울 반사각(150)은 30도가 되는 것이다.
상기 종래의 반사형 액정표시장치의 경우는 거울 반사각(150)에 해당하는 쪽으로만 집중적으로 외부광이 반사된다. 따라서, 사용자의 주 사용환경에 해당하는 정면 반사각(160)(0도 ~ 20도)쪽으로는 반사광이 거의 출사되지 못하므로, 디스플레이(Display)로의 역할을 하지 못하게 되는 것이다.
이에 따라 반사광을 사용자의 주시각 환경인 정면반사각(160) 즉, 0도 ~ 20도로 반사시키는 기술의 필요성이 제기된다. 이러한 종래의 반사형 액정표시장치가 갖는 시야각 특성의 불량을 개선하기 위한 하나의 해결 방안으로서, 최근 상판에 산란 입자층을 형성하는 방법이나 칼라 필터층 내에 상기 산란 입자층을 형성하는 방법 등이 제안되었는데, 이 방법들은 어느 정도의 시야각 특성의 개선은 이루어지지만, 만족할만한 시야각 특성을 얻지 못하는 문제점이 있다.
또한, 다른 방법으로서, 상기의 산란 입자층을 형성하는 것 대신에 요철 반사전극을 이용하는 방법이 제안되었는데, 이 방법은 반사전극(또는 반사판) 자체를 거울과 같은 편평한 구조가 아닌 요철을 주는 것으로 국부적인 반사각을 변화시켜서 정면측의 반사광량을 확보하게 된다.
상기 반사전극의 표면에 요철을 주는 방법이 현재 상기 종래의 반사형 액정표시장치의 불량한 시야각 특성을 개선하기 위한 가장 효율적인 기술로 받아들여 지고 있으며, 상기 요철을 형성하는 방법 및 상기 요철의 크기, 형상 등에 대한 연구가 계속되고 있다.
도 2는 종래의 요철 반사전극이 채용된 반사형 액정표시장치의 단면도(2a) 및 반사각 특성을 나타낸 도면(2b)이다.
도 2a에서 종래의 요철(270)이 형성된 반사전극(200)이 채용된 반사형 액정표시장치는 도 1a에서의 반사형 액정표시장치와 그 구성은 일치하며, 단지 반사전극의 형태가 변형되어 있다.
이는 상기 반사전극(200)의 표면이 거울과 같은 편평한 구조가 아니라, 일정하게 또는 랜덤하게 요철(270)이 형성되어 있는 구조이며, 상기 요철(270)에 의해 입사각 I로 입사한 외부광이 법선방향에 대하여 입사각 I와 같은 정도인 출사각 R로만 고정되어 반사되는 것을 방지 할 수 있게 되는 것이다.
도 2b를 참조하면, 상기 종래의 요철(270)이 형성된 반사전극(200)이 채용된 반사형 액정표시장치의 반사각 특성을 알 수 있다. 도 1b와 같이 도 2b에서 가로축은 상기 외부광이 반사되어 나가는 반사각을 의미하고, 세로축은 반사되어 나가는 반사광의 세기(intensity)를 의미한다.
도 1b와 비교하여 볼 때 상기 외부광이 반사되어 나가는 반사각의 범위가 넓어진 것을 알 수 있는데, 여기서 거울 반사각(230)에 해당하는 반사광 부분을 스펙큘라 콤포넌트(specular component)(250)라고 하며, 상기 거울 반사각(230) 이외에 넓게 분포된 반사광 부분을 헤이즈 콤포넌트(haze component)(260)라고 한다.
물론 상기 스펙큘라 콤포넌트(250)의 세기가 가장 강하나, 상기 헤이즈 콤포넌트(260)가 일정한 세기를 가짐으로써, 상기 외부광의 입사각이 -30도 일 때, 상기 입사된 광이 거울 반사각(230)에 집중되어 반사되지 않고, 외부사용자의 주 사용환경에 해당하는 정면 반사각(240)(0도 ~ 20도)쪽으로도 반사광이 출사되어 디스플레이로의 역할을 하게 된다.
도 3은 도 2의 요철 반사전극에서 외부광이 산란되어 반사되는 것을 도시한 도면이다.
공기층의 반사율을 n1이라 할 때 상기 n1의 값은 1이 되며, 외부광이 입사하게되어 상기 반사전극(300)에 반사되기 까지 거치는 기판 및 액정층(310) 등의 반사율을 n2라고 하면 n2는 대략 1.5정도가 된다.
따라서, 스넬(snell)의 법칙에 의할 때 외부광의 입사각이 30도라면 굴절되는 각은 sin-1(*sin30°)가 되며, 여기서, n1 = 1, n2 = 1.5이므로 상기 굴절되는 각은 약 20도가 된다.
상기 반사전극(300)의 요철(320)면에 입사되는 광은 페르마의 법칙에 의해 입사하는 광과 법선방향에 대해 동일한 크기의 각으로 법선반대 방향으로 출사하게 되는데, 상기 요철(320)면에 입사하는 광은 요철(320)면의 각 점에 대응하여 각각 다른 법선을 취하게 되므로 결과적으로 반사되는 각이 법선방향에 대해 20도 부근에 고정되지 않고 확산한다.
따라서, 최초 30도의 입사각으로 입사된 외부광은 상기 요철(320)이 형성된 반사전극(300)을 통해 사용자의 주 사용환경에 해당하는 정면 반사각(0도 ~ 20도)쪽으로도 확산되어 반사됨으로써 종래의 거울형 반사전극의 단점인 주시야각 방향에서의 낮은 휘도 특성이 개선된다.
그러나, 상기와 같이 반사전극에 단순히 요철을 형성하는 것만으로는 주 사용자환경에 해당하는 정면 반사각으로 상기 외부광이 일정하게 반사되도록 하는 균일도를 확보하기 어려우며, 시야각 내 즉, 주 사용자환경에 해당하는 정면 반사각으로 반사되는 광의 세기(반사휘도) 또한 사용자의 사용환경에 적당할 정도로 강하지 않게 되는 단점이 있다.
본 발명은 반사형 및 반투과형 액정표시장치에 있어서, 반사전극에 형성되는 다수의 요철에 대한 형상을 결정하고, 상기 요철의 반경 및 높이를 일정하게 조절하여 상기 반사전극 내에 배치함으로써, 주 사용자환경에 해당하는 정면 반사각에 대한 반사효율 및 반사휘도가 증가되는 반사형 액정표시장치의 반사전극 및 반사전극 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 반사전극은, 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 요철이 다수 형성된 반사판에 있어서, 상기 반사판에 다수 형성되는 요철의 형상이 구의 일부이고, 상기 요철의 반경, 높이 및 상기 반경과 높이의 비율이 일정하게 결정되어 상기 반사판에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 요철의 반경이 3um 와 20um 사이에 존재하는 특정한 값이며, 상기 요철의 반경과 높이의 비율이 20 : 1 에서 7 : 1임을 특징으로 한다.
또한, 상기 요철의 반경과 높이의 가장 이상적인 비율이 10 : 1임을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 반사전극은, 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 요철이 다수 형성된 반사판에 있어서, 상기 반사전극에 다수 형성되는 요철의 형상이, 면접하는 구에 의해 발생하는 변곡점을 중심으로 상기 요철의 상단부는 변곡점의 상측에 해당하는 구의 일부 안쪽으로 이루어지고, 상기 요철의 하단부는 변곡점의 하측에 해당하는 구의 일부 바깥쪽으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 변곡점을 중심으로 변곡점의 상측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 반경과, 상기 변곡점의 하측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 반경의 합이 3um 와 20um 사이에 존재하는 특정한 값임을 특징으로 한다.
또한, 상기 변곡점을 중심으로 변곡점의 상측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 반경과, 상기 변곡점의 하측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 반경의 합과; 상기 변곡점의 상측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 높이와, 상기 변곡점의 하측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 높이의 합의 비율이 20 : 1 에서 7 : 1임을 특징으로 한다.
또한, 상기 요철의 반경의 합과 요철의 높이의 합의 가장 이상적인 비율이 10 : 1임을 특징으로 한다.
또한, 상기 변곡점의 상측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 높이와, 상기 변곡점의 하측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 높이의 합과; 상기 변곡점의 상측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 높이의 비가 2 : 1에서 1 : 1 사이임을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 반사전극 제조방법은, 소스, 드레인 및 게이트 전극을 포함하는 스위칭 소자가 형성된 절연기판의 전면에 감광성의 유기절연막을 소정의 두께로 도포하는 단계와, 상기 유기절연막에 일정폭의 투광영역을 가지는 마스크를 이용하여 노광 및 에칭 등을 통해 구의 일부 형상을 갖는 요철을 형성하는 단계와, 상기 요철이 형성된 유기절연막층 상부에 반사형 금속을 증착하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 요철이 형성된 유기절연막층 상부에 또 다른 유기절연막층을 도포하여 변곡점을 가지는 요철이 형성되는 단계와; 상기 변곡점을 가지는 요철이 형성된 유기절연막층 상부에 반사형 금속을 증착하는 것이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 주 사용자환경에 해당하는 정면 반사각으로 외부광이 일정한 효율로 반사될 수 있도록 하는 반사율의 균일도를 확보할 수 있으며, 상기 정면 반사각으로 반사되는 광의 세기 즉, 반사휘도가 사용자의 사용환경에 적당하게 개선되는 장점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의해 반사전극에 형성되는 요철 형상의 단면도이다.
상기 요철의 형상은 요철의 프로파일(profile) 함수로 표현될 수 있으며, 상기 요철의 프로파일(profile) 함수는 반사각에 따른 반사광의 세기(intensity)를 결정하는 핵심적인 요소로서 작용한다. 즉, 적절한 입사광을 시야각 범주 내에서 고르게 배분할 수 있는 요철의 형상을 얻어내는 것이 중요하며, 이에 의해 반사각에 따르는 반사광의 분포와 세기가 결정된다. 이러한 요철의 프로파일 함수는 원, 타원, 포물선, 쌍곡선 등의 회전체에 해당하는 형상의 일부로 이루어 진다.
도 4를 참조하여 본 발명에 실시예에 의해 반사전극에 형성되는 요철의 형상 및 프로파일 함수를 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에 적용되는 요철(410)은 원의 회전체 즉, 구의 형상의 일부로 이루어져 있다. 도 4에서 가로축을 x축으로 하고, 세로축을 y축으로 하면, 회전하기 전의 원은 중심이 (0, R-H) 이고, 반지름은 R이며, 따라서, 상기 원의 방정식은 x2 + {y - (R-H)}2 = R2 이 된다.
여기서, 상기 원의 x축 상단부 어두운 부분이 상기 요철(410)의 회전하기 전의 형태 즉, 요철(410)의 단면이 되는 것이며, 따라서 이에 대한 회전체가 상기 요철(410)의 형태가 되고, 이에 대한 함수가 상기 요철(410)의 프로파일 함수가 되는 것이다.
결국, 본 발명에서는 요철(410)의 형상를 구 형상의 일부로 하였으며, 이는 입사하는 외부광에 대한 반사광의 시야각 내의 반사특성이 균일한 분포를 가지게 하기 위함이다.
또한, 상기 본 발명의 실시예에 의한 요철(410)의 형상 및 프로파일 함수는 상기 요철의 반경 r(420) 값과 요철의 높이 H(430)값에 의해 변동되고, 일정한 r(420) 과 H(430) 값의 비율에 의해 본 발명의 목적인 원하는 반사각 즉, 주 사용자환경에 해당하는 정면 반사각(외부광의 입사각이 법선방향에 대해 -30도 일 때, 0도 ~ 20도)까지의 반사율의 절대치와 확산도를 균일하게 제어할 수 있게 되는 것이다.
여기서, 본 발명의 실시예에 의한 요철(410)의 형상 및 프로파일 함수에 있어 상기 요철의 반경 r(420) 과 높이 H(430)의 비율이 20 : 1 에서 7 : 1 사이이고, 상기 요철의 반경 r(420)의 크기가 3um 에서 20um 사이 일 때, 상기와 같은 효과를 얻을 수 있게 된다.
도 5는 도 4의 실시예에 따른 요철의 반경 r과 요철의 높이 H의 비율에 대한 요철 형상의 단면도(5a) 및 이에 따른 반사각 특성을 나타낸 도면(5b)이다.
단, 도 5에서는 본 발명의 실시예로서 상기 요철의 반경 r을 4um로 정하고 상기 r에 대한 일정한 비율로서 상기 요철의 높이 H를 조절하였으나, 상기 r 값이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5a를 참조하면, 가로축은 상기 요철의 반경 r을 의미하고, 세로축은 상기 요철의 높이 H를 의미하는 것이며, 이는 본 발명에 의한 요철(500) 형상의 단면도이다.
상기 본 발명에 의한 요철(500) 형상의 단면도는 원의 일부가 되는 것으로, r 값과 r과 H의 일정한 비율에 의해 H 값이 정해지면 피타고라스의 정리에 의해 원의 반지름인 R이 구해지고, 이에 따라 상기 요철(500)의 형상이 정해진다.
예를 들어 상기 r 값이 4um이고, r과 H의 비율을 10 : 1로 정한 경우라면, H값은 0.4um가 되며, 이에 대해 상기 요철(500) 형상의 단면을 포함한 원의 반지름 R은 R =에서 상기 r값과 H값을 대입하여 구할 수 있고, 이 때 R의 값은 20.2um가 된다.
상기 R값이 구해지면 원의 방정식이 결정되고, 이에 따라 결국 상기 원의 일부에 대한 회전체인 상기 요철(500)의 형상 및 프로파일 함수가 정해지는 것이다.
도 5a에서는 r이 4um이고, r과 H의 비율이 20 : 1에서부터 2 : 1인 경우의 상기 요철(500)의 단면도를 나타낸 것이며, 도 5b는 도 5a에서의 r과 H의 비율에 의한 상기 요철(500)의 반사각 특성을 나타낸 것이다.
도 5b를 참조하면, 요철(500) 형상 각각의 r과 H의 비율에 따라 본 발명의 목적인 원하는 반사각 즉, 주 사용자환경에 해당하는 정면 반사각(외부광의 입사각이 법선방향에 대해 -30도 일 때, 0도 ~ 20도)에서의 반사광의 세기(반사휘도) 및 균일 분포 정도를 확인 할 수 있는데, 상기 요철 형상의 r과 H의 비율이 10 : 1인 경우에 정면 반사각(0도 ~ 20도)에서의 반사광의 세기 및 균일 분포정도가 가장 이상적으로 제어됨을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 의해 반사전극에 형성되는 요철의 형상에 있어서, 최적의 요철 반경 r 과 높이 H의 비율은 10 : 1이 되는 것이다.
도 5에서는 요철의 반경 r이 고정되고, 이에 대해 상기 비율에 의해 H값을 정하였으나, 상기 H값이 고정되고 이에 대해 상기 비율에 의해 r값을 결정하는 것도 가능하다.
도 6은 도 4의 실시예에 의한 요철이 구비된 반사전극이 형성되는 제조공정을 나타내는 단면도이다.
도 6을 참조하여 도 4의 실시예에 의한 요철이 구비된 반사전극이 형성되는 제조공정을 설명하면 다음과 같다.
먼저 하부 기판(600) 상에 금속막을 패턴하여 게이트 전극(601) 및 게이트 라인(미도시)이 형성된다. 이 때, 스토리지 전극 패턴(미도시)이 함께 형성되며, 게이트 전극(601), 게이트 라인, 및 스토리지 전극 패턴을 포함하는 기판의 전면에 게이트 절연막(604)이 형성된다. 상기 게이트 절연막(604)으로는 실리콘 질화막(SixNy) 또는 실리콘 산화막(SiO2)이 사용되고, 이들은 플라즈마 화학기상증착법으로 형성되고, 다음으로 반도체층(611)이 형성되고, 오믹 콘택층(605)과 전기적으로 콘택되도록 금속으로 소스전극(602), 드레인전극(603) 및 데이터라인이 형성되며, 이러한 단계를 거쳐서 박막트랜지스터가 형성된다. (A)
다음으로는 박막 트랜지스터가 형성된 기판(606) 위에 감광성의 유기절연막층(607)을 일정한 두께로 코팅 등의 방법으로 형성한다. 여기서 상기 유기절연막층(607)에서 본 발명에서의 요철 형상이 이루어 지는 것으로, 도 4및 도 5에서 설명한 바와 같이 상기 요철의 반경 및 높이, 반경과 높이의 비율은 일정하게 정해 있다.
즉, 상기 요철의 반경 r 과 높이 H의 비율이 20 : 1 에서 7 : 1 사이이고, 상기 요철의 반경 r의 크기가 3um 에서 20um 사이 이다.
따라서, 최초 코팅 등에 의해 형성되는 상기 유기절연막층(607)의 두께는 상기 요철의 높이가 되는 것이므로 이는 상기의 요건에 맞게 조정되어야 한다. (B)
이렇게 일정한 두께를 갖는 상기 유기절연막층(607)이 형성되면, 상기 요철(610)의 높이가 결정되는 것이고, 또한 상기 요철(610)의 반경과 높이의 비율(10 : 1의 비율이 가장 이상적)이 정해지면, 상기 요철(610)의 반경도 결정되어지므로, 이에 따라 포토 노광 공정 및 에칭공정을 통하여 본 발명의 실시예에 따른 요철(610)의 형상을 형성하게 된다.
또한, 이 때 형성되는 요철(610)은, 코팅 등에 의해 형성된 유기절연막층(607)에 있어서 일정한 규칙에 의해 배치되도록 하거나, 또는 랜덤(random)하게 배치되도록 할 수도 있으며, 상기 유기절연막층(607)으로는 비시비(BCB), 아크릴(Acryl), 에어로겔(Aerogel) 또는 마이크로포움(Microfoam) 등이 사용될 수 있다. (C)
다음으로는 상기와 같이 형성된 요철(610)이 배치된 유기절연막층(607) 상부에 스퍼터링 공정에 따른 금속막(608)을 증착하여 반사전극(609)을 형성한다. 상기 금속막(608)으로는 계면 반사특성이 우수한 알루미늄막이 주로 사용되며, 상기 금속막(608)이 증착됨에 의해 본 발명의 실시예에 의한 요철(610)이 구비된 반사전극(609)이 형성되는 것이다. (D)
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 반사전극에 형성되는 요철 형상의 단면도이다.
이는 실제 반사전극에 요철을 형성하는 공정에 있어 요철을 형성하는 유기막층 재료의 melting cure 특성에 의해 요철 프로파일 함수의 변곡점이 발생하는 것을 고려한 것이다.
도 7을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 요철 형상의 단면도를 설명하면, 상기 요철(700)의 단면은 도 4 및 도 5에서 설명된 실시예에 의한 요철 형상의 단면도와는 달리, 면접하는 원에 의해 발생하는 변곡점(720)을 중심으로 요철(700)의 상단부는 변곡점(720)의 상측에 해당하는 원의 일부로 이루어지고, 요철의 하단부는 변곡점(720)의 하측에 해당하는 원의 일부로 이루어진다.
결국 도 7에서의 어두운 부분에 해당하는 부분이 상기 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 요철(700)의 단면이 되는 것이며, 이에 대한 회전체가 상기 요철(700)의 형태가 되고, 이에 대한 함수가 상기 요철(700)의 프로파일 함수가 되는 것이다.
즉, 상기 요철(700)의 형상은, 면접하는 구에 의해 발생하는 변곡점(720)을 중심으로 상기 요철(700)의 상단부는 변곡점(720)의 상측에 해당하는 구의 일부 안쪽으로 이루어지고, 요철(700)의 하단부는 변곡점(720)의 하측에 해당하는 구의 일부 바깥쪽으로 이루어진다.
또한, 상기 변곡점(720)을 중심으로 변곡점(720)의 상측에 해당하는 원에 의해 형성되는 요철(700)의 반경을 a라 하고, 상기 요철(700)의 높이를 Ha라고 하며, 상기 변곡점(720)의 하측에 해당하는 원에 의해 형성되는 요철(700)의 반경을 b라 하고, 상기 요철(700)의 높이를 Hb라고 한다면, 이는 각각 a + b = r 과 Ha + Hb = H 를 만족하게 된다.
여기서, r 과 H는 도 4 및 도 5에서 설명한 본 발명의 실시예에 의한 요철(700)의 반경과 높이를 의미하는 것이며, 따라서, 이 때의 r과 H는 그 비율이 20 : 1 에서 7 : 1 사이이고, 상기 요철(700)의 반경 r의 크기가 3um 에서 20um 사이이어야 상기와 같은 효과를 얻을 수 있는 것이다.
또한, 도 7에서의 실시예에 의한 요철(700)의 형상에 있어서는, 상기의 요건 외에 또 다른 조건이 추가적으로 요구되는데, 이는 전체 요철(700)의 크기에서 변곡점(720)의 상측에 해당하는 원에 의해 형성되는 요철(700)의 비율이 전체의 50% 에서 100%가 되어야 한다는 점이다.
이는 상기 요철(700) 반경의 전체 높이 H와 변곡점(720)의 상측에 해당하는 원에 의해 형성되는 요철(700)의 높이를 Ha에 대하여 H : Ha 가 2 : 1 에서 1 : 1 사이임을 의미하는 것이다.
또한, 상기 100%가 된다는 것, 즉 H : Ha 가 1 : 1 라는 것은 원이 하나로만 이루어지고 이에 의해 요철(700)이 형성되는 것으므로, 도 4 및 도 5에서 설명한 요철(700)의 형상/ 프로파일 함수와 일치함을 의미한다.
도 8은 도 7의 실시예에서 H 와 Ha의 비율에 따른 반사각의 특성을 나타낸 도면이다.
도 8에서 가로축은 상기 외부광이 반사되어 나가는 반사각을 의미하고, 세로축은 반사되어 나가는 반사광의 세기(intensity)를 의미한다.
도 8을 참조하면, H : Ha 가 2 : 1 에서 1 : 1 로 증가하면서, 즉 전체 요철의 크기에서 변곡점의 상측에 해당하는 원에 의해 형성되는 요철의 비율이 전체의 50% 에서 100%가 되면서, 주 사용자환경에 해당하는 정면 반사각(외부광의 입사각이 법선방향에 대해 -30도 일 때, 0도 ~ 20도)에서의 반사광의 세기(반사휘도) 및 균일 분포 정도가 이상적으로 제어됨을 확인 할 수 있다.
여기서, 상기 r(r = a + b)값과 H(H = Ha + Hb)값의 비율은 도 4에서 설명한 바와 같이 20 : 1 에서 7 : 1 사이이어야 하며, 도 7에서는 상기 비율이 가장 이상적인 10 : 1인 경우로 한정하여 도시하였다.
도 9은 도 7의 실시예에 의한 요철이 구비된 반사전극이 형성되는 제조공정을 나타내는 단면도이다.
도 9을 참조하여 도 7의 실시예에 의한 요철이 구비된 반사전극이 형성되는 제조공정을 설명하면 다음과 같다.
먼저 하부기판(900) 상에 금속막을 패턴하여 게이트 전극(901) 및 게이트 라인(미도시)이 형성된다. 이 때, 스토리지 전극 패턴(미도시)이 함께 형성되며, 게이트 전극(901), 게이트 라인, 및 스토리지 전극 패턴을 포함하는 기판의 전면에 게이트 절연막(904)이 형성된다. 상기 게이트 절연막(904)으로는 실리콘 질화막(SixNy) 또는 실리콘 산화막(SiO2)이 사용되고, 이들은 플라즈마 화학기상증착법으로 형성되고, 다음으로 반도체층(910)이 형성되고, 오믹 콘택층(905)과 전기적으로 콘택되도록 금속으로 소스전극(902), 드레인전극(903) 및 데이터라인(미도시)이 형성되며, 이러한 단계를 거쳐서 박막트랜지스터가 형성된다. (A)
다음으로는 박막 트랜지스터가 형성된 기판(906) 위에 감광성의 유기절연막층(907)을 일정한 두께로 코팅 등의 방법으로 형성하고, 포토 노광 및 에칭 공정을 통하여 상기 유기절연막층(907)에 일정한 요철을 형성한다.
이는 도 6의 실시예에 의한 요철의 제조공정과는 차이가 있는 것으로, 도 6의 실시예에서는 상기 포토 노광 및 에칭 공정을 통하여 도 4 및 도 5에서 설명한 바와 같이 일정하게 결정된 요철의 반경, 높이 및 그 비율에 의해 상기 요철을 형성하였으나, 도 9에서의 실시예에서는 상기와 같은 요철의 반경, 높이 및 그 비율을 고려치 아니하고 요철(912a)을 형성하게 된다. (B)
다음으로 상기 요철(912)이 형성된 유기절연막층(907) 위에 또 다른 유기절연막층(907)을 형성하게 되며, 이 때 형성되는 다른 유기절연막층(907)의 melting cure 특성에 의해 상기 요철(912)의 형상이 결정되어 진다.
여기서, 상기 요철 형상의 단면은 이는 도 7에서 설명한 바와 같이, 상기 유기절연막층(907)의 melting cure 특성에 의해 요철 프로파일 함수의 변곡점(910)이 발생하는 것을 고려하여, 면접하는 원에 의해 발생하는 변곡점(910)을 중심으로 요철의 상단부는 변곡점(910)의 상측에 해당하는 원의 일부로 이루어지고, 요철의 하단부는 변곡점(910)의 하측에 해당하는 원의 일부로 이루어진다.
또한, 상기 요철 형상에 있어, 상기 변곡점(910)을 중심으로 변곡점(910)의 상측에 해당하는 원에 의해 형성되는 요철의 반경을 a라 하고, 상기 요철의 높이를 Ha라고 하며, 상기 변곡점(910)의 하측에 해당하는 원에 의해 형성되는 요철의 반경을 b라 하고, 상기 요철의 높이를 Hb라고 할 때, 이는 각각 a + b = r 과 Ha + Hb = H 를 만족하고, 상기 r 과 H는 도 4 및 도 5에서 설명한 본 발명의 실시예에 의한 요철의 반경과 높이를 의미하는 것이며, 따라서, 이 때의 r과 H는 그 비율이 20 : 1 에서 7 : 1 사이이고, 상기 요철의 반경 r의 크기가 3um 에서 20um 사이가 된다.
또한, 상기의 요건 외에 또 다른 조건이 추가적으로 요구되는데, 이는 전체 요철의 크기에서 변곡점(910)의 상측에 해당하는 원에 의해 형성되는 요철의 비율이 전체의 50% 에서 100%가 되어야 한다는 점이다.
곧, 이는 상기 요철 반경의 전체 높이 H와 변곡점(910)의 상측에 해당하는 원에 의해 형성되는 요철의 높이를 Ha에 대하여 H : Ha 가 2 : 1 에서 1 : 1 사이임을 의미하는 것이다.
또한, 이 때 형성되는 요철은, 상기 유기절연막층(907)에 일정한 규칙에 의해 배치되도록 하거나, 또는 랜덤(random)하게 배치되도록 할 수도 있고, 상기 유기절연막층(907)으로는 비시비(BCB), 아크릴(Acryl), 에어로겔(Aerogel) 또는 마이크로포움(Microfoam) 등이 사용될 수 있으며, 상기 요철이 형성된 유기절연막층(907) 위에 또 다른 유기절연막층(907)을 형성하게 되는데 있어, 상기 각 유기절연막층(907)의 재료는 동일할 수 있다. (C)
그 다음으로는 상기와 같이 형성된 요철이 배치된 유기절연막층(907) 상부에 스퍼터링 공정에 따른 금속막(908)을 증착하여 반사전극(909)을 형성한다. 상기 금속막(908)으로는 계면 반사특성이 우수한 알루미늄막이 주로 사용되며, 상기 금속막(908)이 증착됨에 의해 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 요철이 구비된 반사전극(909)이 형성되는 것이다. (D)
또한, 도 6 또는 도 9에서의 상기 반사전극은 알루미늄과 같은 불투명 금속으로 형성되어, 입사되는 외부광을 반사시키는 역할을 하지만, 반면에 투명 금속으로 형성되는 경우에는 반사전극으로 기능하지 못하고 그 위 또는 밑에 위치하는 반사판이 별도로 구비되어야 하는 데 이 때, 상기 반사판은 상기 반사전극이 형성되는 것과 동일한 공정을 통해 형성되는 것임은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진자에 대하여 자명하다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 의한 반사형 액정표시장치의 반사전극 및 반사전극 형성방법에 의하면, 주 사용자환경에 해당하는 정면 반사각으로 외부광이 일정한 효율로 반사될 수 있도록 하는 반사율의 균일도를 확보할 수 있으며, 상기 정면 반사각으로 반사되는 광의 세기 즉, 반사휘도가 사용자의 사용환경에 적당하게 개선되는 장점이 있다.
도 1은 종래의 반사형 액정표시장치를 나타내는 단면도(1a) 및 반사각 특성을 나타낸 도면(1b).
도 2는 종래의 요철 반사전극이 채용된 반사형 액정표시장치의 단면도(2a) 및 반사각 특성을 나타낸 도면(2b).
도 3은 도 2의 요철 반사전극에서 외부광이 산란되어 반사되는 것을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 의해 반사전극에 형성되는 요철 형상의 단면도.
도 5는 도 4의 실시예에 따른 요철의 반경 과 높이의 비율에 대한 요철 형상의 단면도(5a) 및 이에 따른 반사각 특성을 나타낸 도면(5b).
도 6은 도 4의 실시예에 의한 요철이 구비된 반사전극이 형성되는 제조공정을 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 반사전극에 형성되는 요철 형상의 단면도.
도 8은 도 7의 실시예에서 H 와 Ha의 비율에 따른 반사각의 특성을 나타낸 도면.
도 9은 도 7의 실시예에 의한 요철이 구비된 반사전극이 형성되는 제조공정을 나타내는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 상판 101 : 상부기판
102 : 블랙매트릭스 103 : 칼라필터
104 : 공통전극 110 : 하판
111, 600, 900 : 하부기판 112, 601, 901 : 게이트전극
113, 602, 902 : 소스전극 114, 603, 903 : 드레인전극
115, 604, 904 : 게이트절연막 116, 611, 910 : 반도체층
117, 605, 905 : 오믹콘택층 118, 607, 907 : 유기절연막층
119, 200, 300, 609, 909 : 반사전극 120, 310 : 액정층
150, 230 : 거울반사각 160, 240 : 정면반사각
250 : 스펙큘라 콤포넌트 260 : 헤이즈 콤포넌트
270, 320, 410, 500, 610, 700 : 요철
420 : 요철의 반경 r 430: 요철의 높이 H
606, 906 : 박막 트랜지스터가 형성된 기판
608, 908 : 금속막 720, 910 : 변곡점

Claims (12)

  1. 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 요철이 다수 형성된 반사전극에 있어서,
    상기 반사전극에 다수 형성되는 요철의 형상이 구의 일부이고,
    상기 요철의 반경, 높이 및 상기 반경과 높이의 비율이 일정하게 결정되어 상기 반사전극에 배치되며,
    상기 요철의 반경 및 높이의 비율이 20 : 1 에서 7 : 1 사이의 비율이고, 상기 요철의 반경이 3um 와 20um 사이에 존재하는 특정한 값임을 특징으로 하는 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 반사전극.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 요철의 반경 및 높이의 비율에 의하여 반사각에서의 반사광의 세기 및 분포도가 균일하게 형성됨을 특징으로 하는 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 반사전극
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 요철의 반경과 높이의 가장 이상적인 비율이 10 : 1임을 특징으로 하는 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 반사전극.
  5. 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 요철이 다수 형성된 반사전극에 있어서,
    상기 반사전극에 다수 형성되는 요철의 형상이, 면접하는 구에 의해 발생하는 변곡점을 중심으로 상기 요철의 상단부는 변곡점의 상측에 해당하는 구의 일부 안쪽으로 이루어지고, 상기 요철의 하단부는 변곡점의 하측에 해당하는 구의 일부 바깥쪽으로 이루어지며,
    상기 변곡점의 상측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 높이(Ha) 및 상기 변곡점의 하측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 높이(Hb)의 합과; 상기 변곡점의 상측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 높이(Ha)의 비가 2 : 1에서 1 : 1 사이임을 특징으로 하는 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 반사전극.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 변곡점을 중심으로 변곡점의 상측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 반경과, 상기 변곡점의 하측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 반경의 합이 3um 와 20um 사이에 존재하는 특정한 값임을 특징으로 하는 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 반사전극.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 변곡점을 중심으로 변곡점의 상측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 반경과, 상기 변곡점의 하측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 반경의 합과; 상기 변곡점의 상측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 높이와, 상기 변곡점의 하측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 높이의 합의 비율이 20 : 1 에서 7 : 1임을 특징으로 하는 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 반사전극.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 요철의 반경의 합과 요철의 높이의 합의 가장 이상적인 비율이 10 : 1임을 특징으로 하는 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 반사전극.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 소스, 드레인 및 게이트 전극을 포함하는 스위칭 소자가 형성된 절연기판의 전면에 감광성의 유기절연막을 소정의 두께로 도포하는 단계와,
    상기 유기절연막에 일정폭의 투광영역을 가지는 마스크를 이용하여 노광 및 에칭 등을 통해 구의 일부 형상을 갖는 요철을 형성하는 단계와;
    상기 요철이 형성된 유기절연막층 상부에 반사형 금속을 증착하는 단계가 포함되며,
    상기 요철의 반경 및 높이의 비율이 20 : 1 에서 7 : 1 사이의 비율이고, 상기 요철의 반경이 3um 와 20um 사이에 존재하는 특정한 값임을 특징으로 하는 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 반사전극 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 요철이 형성된 유기절연막층 상부에 또 다른 유기절연막층을 도포하여 변곡점을 가지는 요철이 형성되는 단계와;
    상기 변곡점을 가지는 요철이 형성된 유기절연막층 상부에 반사형 금속을 증착하는 단계가 더 포함되며,
    상기 변곡점의 상측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 높이(Ha) 및 상기 변곡점의 하측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 높이(Hb)의 합과; 상기 변곡점의 상측에 해당하는 구에 의해 형성되는 요철의 높이(Ha)의 비가 2 : 1에서 1 : 1 사이임을 특징으로 하는 반사형 또는 반투과형 액정표시장치의 반사전극 제조방법.
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