KR100570404B1 - 반투과형 엘씨디와 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투과 영역과 반사 영역을 각 픽셀에 구비하는 반투과형 LCD에 있어서, 불규칙한 유기막(11)이 능동 매트릭스 기판(12) 상에 형성되어 반사 전극막(6)의 요철을 형성할 때, 불규칙한 막(11)은 투과 영역과 반사 영역 둘 다에서 거의 동일한 막두께를 갖도록 형성되어 이들 두 영역에서 동일한 기판간 갭을 제공하기 때문에 동일한 V-T 특성을 가지며 또한 Al/Mo로 이루어진 반사 전극막(6)은 ITO로 이루어진 투명 전극막(5)의 전체 외주 둘레에서 투명 전극막(5)과 적어도 2㎛만큼 중첩되도록 형성되어, 투명 전극막(5)의 에지에서 ITO와 Al 물질 사이에 전기적 부식이 발생하는 것을 억제한다.
반투과형, LCD

Description

반투과형 엘씨디와 그 제조 방법{Transflective Type LCD and Method for Manufacturing the Same}
도 1은 본 발명의 제 1의 실시예에 따른 반투과형 LCD의 구성을 도시하는 평면도.
도 2는 본 발명의 제 1의 실시예에 따른 반투과형 LCD의 구성을 도시하는 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1의 실시예에 따른 반투과형 LCD의 입사광 및 반사광의 편광 상태를 도시하는 도면.
도 4는 액정의 투과 영역 및 반사 영역에서의 비틀림각(twist angle)과 갭 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 5는 액정의 투과 영역과 반사 영역에서의 소정의 비틀림각과 갭에서의 V-T 특성을 도시하는 그래프.
도 6은 본 발명의 제 2의 실시예에 따른 반투과형 LCD의 구성을 도시하는 평면도.
도 7은 본 발명의 제 2의 실시예에 따른 반투과형 LCD의 구성을 도시하는 단면도.
도 8은 종래의 반투과형 LCD의 문제점을 나타내는 단면도.
도 9는 본 발명의 제 3의 실시예에 따른 반투과형 LCD의 효과를 나타내는 단면도.
도 10은 종래의 반투과형 LCD의 비정상적인 디스플레이를 나타내는 미세도.
도 11은 본 발명의 제 4의 실시예에 따른 반투과형 LCD 제조 방법을 도시하는 단면 순서도.
도 12는 본 발명의 제 4의 실시예에 따른 반투과형 LCD 제조 방법을 도시하는 단면 순서도.
도 13은 본 발명의 제 4의 실시예에 따른 반투과형 LCD 제조 방법을 도시하는 단면 순서도.
도 14는 본 발명의 제 5의 실시예에 따른 반투과형 LCD 제조 방법을 도시하는 단면 순서도.
도 15는 본 발명의 제 5의 실시예에 따른 반투과형 LCD 제조 방법을 도시하는 단면 순서도.
도 16은 선원(prior application)에 따른 반투과형 LCD의 구성을 도시하는 평면도.
도 17은 본 발명의 선원에 따른 반투과형 LCD의 구성을 도시하는 단면도.
도 18은 종래의 반투과형 LCD의 구성을 도시하는 단면도.
♠도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♠
1 : 게이트 라인 1a : 게이트 전극
2 : 데이터 라인 3 : TFT
4 : 공통 기억 라인 4a : 보조 용량 전극
5 : 투명 전극막 6 : 반사 전극막
7 : 콘택트홀 8 : 투명 절연 기판
9 : 게이트 절연막 10 : 패시베이션막
11 : 불규칙한 막 12 : 능동 매트릭스 기판
13 : 투명 절연 기판 14 : 칼라 필터
15 : 대향 전극 16 : 대향 기판
17 : 액정층 18 : 백라이트 광원
19a, 19b : 편광판 20a, 20b : 위상차판
발명의 배경
발명의 분야
본 발명은 액정 디스플레이(LCD)와 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 픽셀에 투과 영역과 반사 영역을 구비하는 반투과형 능동 매트릭스형 LCD(transflective active-matrix type LCD)와 그 제조 방법에 관한 것이다.
관련 기술의 설명
소형이고 두께가 얇으며 소비 전력이 적다는 점에서, LCD는 OA 장치와 휴대형 장치와 같은 다양한 응용 분야에서 실제 사용되고 있다. LCD는 투과형과 반사형으로 분류되는 데, CRT나 EL 디스플레이 등과 달리 광을 방출하는 기능을 갖지 않는 투과형 LCD는 백라이트 광원을 별도로 구비하고 액정의 백라이트를 투과/차단함으로써 디스플레이가 제어된다.
투과형 LCD가 주위 환경과 무관하게 밝은 디스플레이를 얻기 위해 백라이트를 사용할 수 있지만, 통상의 백라이트 광원은 전체 소비 전력의 거의 절반의 전력을 소비하기 때문에, 전체 소비 전력을 증가시키게 된다. 특히 LCD가 배터리로 구동되는 경우, 동작 시간은 감소하게 되고, 큰 사이즈의 배터리가 채용되는 경우에는, 전체 중량이 증가하여, 사이즈와 중량면에서의 향상을 방해하게 된다.
백라이트 광원의 큰 소비 전력에 기인하는 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 디스플레이를 위해 주변 광을 활용하는 반사형 LCD가 제안되었다. 반사형 LCD는 디스플레이 제어를 위해 백라이트 광원 대신 반사판을 채용하여 반사판에 의해 반사되는 주변 광을 투과/차단하기 때문에, 백라이트 광원을 필요로 하지 않고 그 결과 소비 전력, 사이즈 및 중량을 줄이게 되지만, 동시에 주변이 어두운 경우 가시성이 저하된다는 문제점이 있다.
투과형 및 반사형 LCD는 그들 고유의 이점과 단점을 가지지만, 안정적인 디스플레이를 얻기 위해서는 백라이트 광원이 필요하고, 이것이 단독 광원으로 사용되는 경우 LCD의 소비 전력을 필수 불가결하게 증가시키게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 예를 들면, 일본 특개평11-101992호는 백라이트 광원의 소비 전력을 억제하고 주변 환경에 무관하게 가시성을 확보할 수 있는 반사형 LCD를 제안하는데, 여기서는 각 픽셀에 투과 영역과 반사 영역이 마련되어 단일 액정 패널에서 투과 모드 디스플레이와 반사 모드 디스플레이를 제공할 수 있다.
종래의 반투과형 LCD는 도 18을 참조하여 설명될 것이다. 도 18은 종래의 반투과형 LCD의 단면도이다.
도 18에 도시된 바와 같이, 종래의 반투과형 LCD는 박막 트랜지스터(이하, TFT)와 같은 스위칭 소자가 상부에 형성된 능동 매트릭스 기판(12), 상부에 칼라 필터, 블랙 매트릭스 등이 형성된 대향 기판(16), 및 능동 매트릭스 기판(12) 아래에 정렬된 백라이트 광원(18)을 포함한다.
능동 매트릭스 기판(12) 상에는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 그 교점 근처에서, 드레인 전극(2a)과 소스 전극(2b)이 데이터 라인과 픽셀 전극에 각각 연결되도록 TFT(3)가 마련된다. 각 픽셀은 백라이트를 투과하는 투과 영역과 주변 광을 반사하는 반사 영역으로 분할되며 투과 영역은 패시베이션막(10)상에 형성된 투명 전극막(5)을 구비하고 반사 영역은 유기 재료로 이루어진 불규칙한 막(11) 상에 금속으로 이루어진 반사 전극(6)을 구비한다.
이러한 구성의 반투과형 LCD에 있어서, 투과 영역에서는, 능동 매트릭스 기판(12)의 이면측에서 방출된 백라이트가 액정층(17)을 통과하여 대향 기판(16)으로부터 방출되며, 반사 영역에서는, 대향 기판(16)을 통해 주입된 주변 광이 일단 액정층(17)에 들어가서 반사 전극막(6)에 의해 반사되어 액정층(17)을 다시 통과하여 대향 기판으로부터 방출된다. 이 때문에 투과 영역과 반사 영역 사이에는 광경로 길이에서 차이가 발생하게 된다.
이를 방지하기 위해, 종래에 있어서는, 반사 영역에서의 액정층(17)의 갭이 투과 영역에서의 액정층(17)의 절반이 되도록 불규칙한 유기막(organic irregular film; 11)을 다른 영역보다 반사 영역에서 더 두껍게 형성함으로써, 방출되는 광의 편광 상태를 조정하여 이들 두 영역에서의 액정층(17)의 광경로 길이를 서로 동등하게 하였다.
일반적으로, 투과 모드에서의 이미지 느낌이 반사 모드에서의 느낌과 일치하도록 액정 패널의 그라데이션-휘도 특성은 투과 영역과 휘도 영역에서 동일하게 되어야만 한다. 이 때문에, 투과 모드에서의 패널의 전압-휘도 특성(V-T)은 반사 모드에서의 것과 동일하다.
그러나, 상기 언급된 종래의 반투과형 LCD에 있어서, 액정층(17)의 갭은 반사 영역과 투과 영역에서 상이하다. 즉, 전극에 대한 갭은 능동 매트릭스 기판(12)과 대향 기판(16) 상에서 상이하고, 그 결과 액정에 가해지는 전계의 세기는 여러 영역에서 상이하게 되어, 이들 영역에서 휘도의 변화로 나타나고, 그 결과 디스플레이 품질을 열화시키게 된다.
상기의 관점에서, 본 발명의 목적은 투과 모드에서의 패널의 전압-휘도 특성을 반사 모드에서의 패널의 전압-휘도 특성과 일치시키고 또한 반사 전극막 또는 투명 전극막에 의해 야기되는 픽셀 결함의 발생을 억제할 수 있는 반투과형 LCD와 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 언급된 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반투과형 LCD는:
제 1의 기판 상에서 서로 수직으로 교차하며, 각각의 교차점 부근에 스위칭 소자가 정렬되는 다수의 주사 라인 및 다수의 신호 라인과; 투명 전극막이 형성되는 투과 영역과 반사 전극막이 형성되는 반사 영역; 및 상기 제 1의 기판과 상기 제 1의 기판에 대향하여 정렬된 제 2의 기판 사이의 갭에 끼인 액정을 포함하고, 상기 투과 영역과 상기 반사 영역은 상기 주사 라인과 상기 신호 라인에 의해 둘러싸인 각 픽셀에 마련되며, 상기 반사 전극막의 요철 아래에 있는 상기 반사 전극막 아래의 유기막은 상기 투명 전극막 아래에서도 상기 투과 영역과 상기 반사 영역 둘 다에서 상기 갭이 거의 동일하도록 거의 동일한 막 두께를 가지고 불규칙하게 형성된다.
또한, 상기 반투과형 LCD에 있어서, 상기 반사 전극막은 상기 스위칭 소자가 정렬되는 픽셀측에 형성되고, 상기 스위칭 소자의 단말(terminal)은 상기 유기막에 형성된 스루홀을 통해 상기 반사 전극막과 연결되고, 상기 투명 전극막은 중첩 영역에서 상기 반사 전극막과 연결된다.
또한, 상기 반투과형 LCD에 있어서, 게이트 층에 의해 상기 신호 라인을 인출하는 부분(G-D 변환부)은 상기 제 1의 기판의 주변부에서 상기 반사 전극막 및 상기 투명 전극막 중 어느 하나와 연결된다.
또한, 상기 반투과형 LCD에 있어서, 상기 액정을 사이에 주입하며 서로 대향하는 상기 제 1의 기판 및 상기 제 2의 기판 각각에는 λ/4판과 편광판이 순서대로 정렬되고, 상기 제 1의 기판의 외측 상의 상기 편광판과 상기 제 2의 기판의 외측 상의 상기 편광판은 그 편광축이 서로 수직하게 되도록 정렬되며, 상기 액정의 비틀림각은 72°이다.
또한, 서로 수직하게 교차하는 다수의 주사 라인과 다수의 신호 라인이 상부에 마련되며 상기 주사 라인과 상기 신호 라인의 교차점 각각의 근처에 스위칭 소자가 정렬되는 제 1의 기판을 구비하고, 상기 주사 라인과 상기 신호 라인에 의해 둘러싸인 각 픽셀에 반사 전극막을 구비하는 반사 영역과 투명 전극막을 구비하는 투과 영역을 형성하고 상기 제 1의 기판과 상기 제 1의 기판에 대향하여 정렬된 제 2의 기판 사이의 갭에 액정이 주입된 본 발명에 따른 반투과형 LCD를 제조하는 방법에 있어서, 상부에 요철을 갖는 유기막이 상기 반사 전극막과 상기 투명 전극막 아래에 동일한 막두께로 형성될 때, 투과부, 차단부 및 반투과부를 상기 픽셀부에 구비하는 하프-톤 마스크를 형성하는 단계; 및 상기 요철과 상기 유기막이 완전히 제거된 부분을 상기 마스크를 사용하여 동시에 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 서로 수직하게 교차하는 다수의 주사 라인과 다수의 신호 라인이 상부에 마련되며 상기 주사 라인과 상기 신호 라인의 교차점 각각의 근처에 스위칭 소자가 정렬되는 제 1의 기판을 구비하고, 상기 주사 라인과 상기 신호 라인에 의해 둘러싸인 각 픽셀에 반사 전극막을 구비하는 반사 영역과 투명 전극막을 구비하는 투과 영역을 형성하고 상기 제 1의 기판과 상기 제 1의 기판에 대향하여 정렬된 제 2의 기판 사이의 갭에 액정이 주입된 본 발명에 따른 반투과형 LCD를 제조하는 방법에 있어서, 상부에 요철을 갖는 유기막이 상기 반사 전극막과 상기 투명 전극막 아래에 동일한 막두께로 형성될 때, 제 1의 유기막을 점점이 산재하여 형성하는 단계와; 소정의 열처리를 수행하여 돌출부를 형성하는 단계; 및 제 2의 유기막에 의해 적절하게 피복하여 상기 소정의 요철을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 방법에 있어서, 상기 반사 전극막의 일부를 제거함으로써 상기 투과부에 대한 윈도우부를 형성할 때, 상기 기판의 법선 방향에서 보았을 때 상기 윈도우부의 전체 주변부 둘레에서 소정의 폭만큼 상기 투명 전극막과 중첩하도록 상기 반사 전극막을 에칭하고, 상기 에칭은 상기 중첩폭이 약 2㎛가 되도록 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 방법에 있어서, 상기 반사 전극막은 배리어 금속막과 반사 전극막으로 이루어진 2층 구조이고, 그 각각은 약 100㎚ 이상의 막두께, 바람직하게는 200㎚ 이상의 막두께로 형성된다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 배리어 금속막과 상기 반사 금속막의 적어도 하나가 형성될 때, 금속막이 일단 소정의 막두께로 형성되고, 그 다음 알칼리 용액에 의해 세정되고, 그 후 소정의 막두께로 다시 형성된다.
또한, 본 발명의 방법에 있어서, 상기 배리어 금속막의 재료로서 Mo가 사용되고 상기 반사 금속막의 재료로서 Al이 사용된다.
또한, 본 발명의 방법에 있어서, 상기 투명 전극막의 형성 이전에 자외선의 사용에 의한 세정 단계에서, 자외선의 인가량은 100mJ 미만의 값으로 제한된다.
또한, 서로 수직으로 교차하는 다수의 주사 라인과 다수의 신호 라인 및 상기 주사 라인과 상기 신호 라인의 교차점 각각의 근처에 정렬된 스위칭 소자를 구비하며, 반사 전극막을 구비하는 반사 영역과 투명 전극막을 구비하는 투과 영역이 상기 주사 라인과 상기 신호 라인에 의해 둘러싸인 각 픽셀 내에 형성되는 본 발명에 따른 반투과형 능동 매트릭스 기판 제조 방법에 있어서, 상기 방법은 적어도, 상기 주사 라인, 상기 신호 라인, 및 상기 스위칭 소자가 상부에 형성된 기판 상에 패시베이션막을 퇴적하고 그 다음 상기 기판 둘레에 마련된 부분(G-D 변환부)에 제 1의 콘택트홀을 형성하여 상기 신호 라인을 상기 게이트층에 의해 인출하는 단계와; 상기 제 1의 콘택트홀을 소정의 도전성 재료로 채워 상기 G-D 변환부와 연결하는 단계와; 상기 투과 영역 및 상기 반사 영역 둘 다에 거의 동일한 막두께로 유기막을 퇴적하고, 그 다음 상기 스위칭 소자의 표면 상에 요철을 형성하고 또한 상기 스위칭 소자의 단말 상의 상기 유기막을 제거하여 제 2의 콘택트홀을 형성하는 단계와; 상기 투과 영역의 상기 유기막 상에 투명 전극막을 형성하는 단계; 및 상기 반사 전극막이 상기 투명 전극막의 전체 주변 둘레에서 소정의 폭으로 상기 투명 전극막과 중첩하도록 반사 전극막을 형성하여 상기 단말과 상기 반사 전극막을 상기 제 2의 콘택트홀을 통해 연결하는 단계를 포함한다.
또한, 서로 수직으로 교차하는 다수의 주사 라인과 다수의 신호 라인 및 상기 주사 라인과 상기 신호 라인의 교차점 각각의 근처에 정렬된 스위칭 소자를 구비하며, 반사 전극막을 구비하는 반사 영역과 투명 전극막을 구비하는 투과 영역이 상기 주사 라인과 상기 신호 라인에 의해 둘러싸인 각 픽셀 내에 형성되는 본 발명에 따른 반투과형 능동 매트릭스 기판 제조 방법에 있어서, 상기 방법은 적어도, 상기 주사 라인, 상기 신호 라인, 및 상기 스위칭 소자가 상부에 형성된 기판 상에 패시베이션막을 퇴적하고 그 다음 상기 기판 둘레에 마련된 부분(G-D 변환부)에 제 1의 콘택트홀을 형성하여 상기 신호 라인을 상기 게이트층에 의해 인출하는 단계와; 상기 투과 영역 및 상기 반사 영역 둘 다에 거의 동일한 막두께로 유기막을 퇴적하고, 그 다음 상기 스위칭 소자의 표면 상에 요철을 형성하고 또한 상기 스위칭 소자의 단말 상의 상기 유기막을 제거하여 제 2의 콘택트홀을 형성하는 단계와; 상기 투과 영역의 상기 유기막 상에 투명 전극막을 형성하고 상기 제 1의 콘택트홀을 상기 투명 전극막으로 채워 상기 G-D 변환부와 연결하는 단계; 및 상기 반사 전극막이 상기 투명 전극막의 전체 주변 둘레에서 소정의 폭으로 상기 투명 전극막과 중첩하도록 반사 전극막을 형성하여 상기 단말과 상기 반사 전극막을 상기 제 2의 콘택트홀을 통해 연결하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 구성에 있어서, 액정층의 갭은 투과 영역과 반사 영역에서 실질적으로 동일하게 될 수 있기 때문에 투과 모드에서의 V-T 특성이 반사 모드에서의 특성과 일치할 수 있고, 또한, 투명 전극막의 접착력을 향상시킴으로써 투명 전극막의 에지를 확실하게 보호할 수 있게 되어, 반사 전극막을 형성하는 PR(포토 레지스트) 단계동안 현상액으로 인해 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 반투과형 LCD의 양호한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
상기 언급된 바와 같이, 일반적으로 반투과형 LCD에 있어서, 투과 모드에서의 이미지 느낌이 반사 모드에서의 느낌과 일치하도록 LCD 패널의 그라데이션-휘도 특성은 투과 영역과 반사 영역에서 동일해야만 한다. 이 때문에, 투과 모드에서의 패널의 전압-휘도 특성(V-T 특성)은 반사 모드에서의 전압-휘도 특성과 일치해야만 한다.
이 때문에, 본 발명자는 선원(일본 특허 출원 2001-32744호)에서 반사 영역과 투과 영역의 두 영역이 거의 동일한 갭의 액정층을 갖도록 반사 영역뿐만 아니라 투과 영역에서도 소정의 막두께를 갖는 절연막을 구비하고 또한 이들 광 부재의 광학적 특성을 조정하기 위해 액정 패널의 양측에 편광판과 위상차판(phase difference plate)으로 이루어진 편광 조정 수단을 구비하여, 양호한 디스플레이를 실현하는 반투과형 LCD를 제안하였다. 본 특허 출원을 설명하기 이전에, 이 선원에 관련된 기술이 도 16 및 도 17을 참조하여 설명될 것이다. 도 16은 선원에 관련된 반투과형 LCD의 능동 매트릭스 기판의 구성을 도시하는 평면도이다. 도 17은 도 16의 c-c' 라인을 따른 단면도이다.
도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 언급된 선원에 관련된 반투과형 LCD는 능동 매트릭스 기판(12), 대향 기판(16), 이들 기판 사이에 주입된 액정층(17), 상기 능동 매트릭스 기판(12) 아래에 정렬된 백라이트 광원(18), 및 상기 능동 매트릭스 기판(12)과 대향 기판(16)의 외측(outer sides)에 각각 정렬된 다수의 위상차판(20a 및 20b)과 편광판(19a 및 19b)을 포함한다.
능동 매트릭스 기판(12)은 투명 절연 기판(8) 상에 형성된 게이트 라인(1), 게이트 전극(1a), 공통 기억 라인(4), 및 보조 용량 전극(4a)과, 게이트 절연막(9)을 통해 형성된 반도체층, 데이터 라인(2), 소스/드레인 전극, 및 용량 축적 전극(2c)과, 이들을 피복하는 패시베이션막(1)과, 상기 패시베이션막(10) 상에 산재되어 형성된 제 1의 절연막(11a), 상기 제 1의 절연막 사이의 갭을 채워서 적절 한 요철을 형성하는 제 2의 절연막(11b), 상기 제 2의 절연막(11b) 상에 형성된 반사 전극막(6), 및 상기 제 2의 절연막(11b) 상의 상기 반사 전극막(6)과 부분적으로 중첩하도록 형성된 투명 전극막(5)을 더 포함한다.
제 1의 절연막(11a)은 반사 영역에서는 점점이(in dot) 그리고 투과 영역에서는 편평하게 형성되고, 제 1의 절연막(11a)의 표면 형상에 따라, 반사 전극막(6)은 반사 영역에서 제 2의 절연막(11b) 상에 불규칙하게 형성되고 투명 전극막(5)은 투과 영역에서 제 2의 절연막(11b) 상에 편평하게 형성된다.
이러한 구성에 있어서, 능동 매트릭스 기판과 대향 기판의 외측에 형성된 위상차판(20a 및 20b)과 편광판(19a 및 19b)의 배치각과 편광각, 이들 두 기판의 연마각(rubbing angle), 액정의 비틀림각(twist angle), 액정층(17)의 갭 등과 같이 각 위치의 광학적 특성을 적절하게 설정함으로써, 광대역 내에서 위상 차이를 보상하고 잔여 지체(residual retardation)를 제거할 수 있게 되어, 높은 콘트라스트비를 얻을 수 있게 된다.
그러나, 상기 언급된 선원에 있어서, 제 1의 절연막(11a)이 반사 영역에서 점점이 산재되어 형성된 후 소정의 조건 하에서 열처리되어 일정한 돌출 형상을 형성하게 되면, 열처리 이전의 절연막(11a)의 패턴 형상은 투과 영역과 반사 영역에서 상이하게 되어, 열처리 이후에 제 1의 절연막(11a)은 반사 영역에서 더 얇게 되고 투과 영역에서 더 두껍게 되어, 이들 영역의 액정층(17)의 갭에서 미세한 차이를 유발하게 된다.
또한, 도 16에 도시된 바와 같이, 반사 전극막(6)은 각 픽셀의 중앙에서 투 명 전극막(5)과 중첩하도록 형성되지만, 인접한 픽셀 사이의 경계(예를 들면, 도면 상부의 게이트 라인(1) 위쪽)에서는 이들 두 전극은 서로 중첩하지 않고, 그 결과 반사 전극막(6)을 형성하기 위한 포토리소그래피(PR) 단계동안, 투명 전극막(5)의 에지에서 현상액이 반사 전극막(6)으로 그 크랙을 통해 스며들게 되어, 반사 전극막(6)의 Al과 투명 전극막(5)의 ITO 사이에 전기적 부식을 유발하게 되어, Al 또는 ITO 물질을 부식시키게 된다.
또한, 대향 전극(15)이 능동 매트릭스 기판(12) 측의 전극 패드와 도전성 씰을 사용하여 연결되는 경우, 도전성 씰은 인출 배선(leader wiring) 위에 정렬되고, 그 결과 액정 외측 상의 씰링 영역 근처에서 단락이 발생하는 것을 방지하기 위해서, 데이터 라인(2)은 게이트층이 리더(leader)(이하, G-D 변환)를 제공하도록 게이트층과 연결되는 것이 바람직하다. 이 때문에, G-D 변환은 게이트와 드레인 금속을 그들 상부층 금속에서 상호 접속하여 콘택트 저항을 줄일 필요가 있으며, 따라서 상기 언급된 Al과 ITO 물질 사이에서 전기적 부식을 방지하면서 적은 수의 PR 단계를 통해 제품을 제조하는 프로세스를 설정하게 된다.
이 때문에, 본 발명은 투과 영역과 반사 영역 둘 다에서 동일한 갭을 제공하여 그들 V-T 특성이 서로 일치할 수 있으며 또한 반사 전극막(6)과 투명 전극막(5) 사이에서 전기적 부식이 발생하는 것을 방지할 수 있는 반투과형 LCD 구조와 그 제조 방법을 제안한다. 이하, 도면을 참조하여 자세한 내용이 설명될 것이다.
제 1의 실시예
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 제 1의 실시예에 따른 반투과형 LCD의 구조와 원리를 설명할 것이다. 도 1은 본 발명의 제 1의 실시예에 따른 반투과형 LCD의 구성을 도시하는 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A' 라인을 따른 단면도이다. 도 3은 본 발명의 제 1의 실시예에 따른 반투과형 LCD의 각 위치에서의 편광 상태를 도시하는 도면이고, 도 4는 비틀림각과 갭 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 5는 소정 조건하에서의 V-T 특성을 나타내는 그래프이다. 투과 영역과 반사 영역에서 동일한 갭을 제공하기 위해 반사 영역에서와 같이 투과 영역에서도 불규칙한 막이 형성되는 것이 본 실시예의 특징이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 반투과형 LCD는 능동 매트릭스 기판(12), 대향 기판(16), 이들 기판 사이에 주입된 액정층(17), 상기 능동 매트릭스 기판(12) 아래에 정렬된 백라이트 광원(18), 및 상기 능동 매트릭스 기판(12)과 대향 기판(16)의 외측에 각각 정렬된 위상차판(20a 및 20b)과 편광판(19a 및 19b)을 포함한다.
능동 매트릭스 기판(12)은 투명 절연 기판(8) 상에 형성된 게이트 라인(1), 게이트 전극(1a), 공통 기억 라인(4), 보조 용량 전극(4a), 게이트 절연막(9), 반도체층, 데이터 라인(2), 소스/드레인 전극, 및 용량 축적 전극(2c)을 더 포함하고, 이들을 피복하는 패시베이션막(10) 상에는, 동일한 형태의 불규칙한 막(11)이 투과 영역과 반사 영역 둘 다에 형성된다. 또한, 투광 영역에는 ITO 등으로 이루어진 투명 전극막(5)이 형성되고, 반사 영역에는 Al/Mo와 같은 금속으로 이루어진 반사 금속막(6)이 형성된다. 따라서, 반사 영역과 투과 영역은 동일한 형태를 갖는 불규칙한 막(11)을 내부에 구비하기 때문에 거의 동일한 높이를 가지게 되어(구체적으로는, 1㎛ 이하의 차이를 갖는다), 그 결과 반사 영역과 투과 영역에서 거의 동일한 갭의 액정층(17)을 제공하게 된다.
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 상기 두 기판의 외측 상의 편광판 및 위상차판의 배치와 액정의 비틀림각의 설정을 설명하고 그 후 반사 영역과 투과 영역이 거의 동일한 갭을 가져야만 하는 이유를 설명한다.
[상부측의 편광판 및 λ/4 판의 배치]
반사 영역의 노말리-화이트 상태, 즉, 대향 기판과 픽셀 전극 사이에 전압이 인가되지 않아 액정이 눕혀진 경우 화이트로 보이고 액정이 수직으로 세워진 경우 블랙으로 보이는 상태를 제공하기 위해서, 위상차판(λ/4판)(20b)은 액정층(17)과 편광판(19b) 사이에 정렬된다. 그 다음 편광판(19b)의 광학축에 대해 45도만큼 λ/4판을 회전시켜 액정층(17)과 편광판(19b) 사이에 끼움으로써, 편광판(19b)을 통과하는 직선 편광(linear-polarized light)(수평광)은 시계 방향으로 회전하는 편광(clockwise circular-polarized light)으로 변환된다. 이 시계 방향으로 회전하는 편광은 갭(d1)을 소정값으로 설정함으로써 직선 편광으로서 반사 전극막(6)에 도달한다. 상기 직선 편광은 직선 편광으로서 반사 전극막(6)에 의해 반사되고, 그 다음 시계 방향으로 회전하는 편광으로서 액정층(17)을 빠져 나간다. 이 회전하는 편광은 λ/4판(20b)에 의해 직선 편광(수평광)으로 변환되어 수평 광학축을 갖는 편광팡(19b)을 빠져 나가 화이트 디스플레이를 제공하게 된다.
한편, 만약 액정층(17)에 전압이 인가되면, 액정은 수직으로 세워진다. 이 상태에 있어서, 회전하는 편광으로서 액정층(17)에 주입된 광은 시계 방향으로 회 전하는 편광으로서 반사 전극막(6)에 도달하고, 반시계 방향으로 회전하는 편광으로서 반사 전극막(6)에 의해 반사된다. 그 다음 반시계 방향으로 회전하는 편광으로서 액정층(17)으로부터 벗어나서 λ/4 판(20b)에 의해 직선 편광(수직광)으로 변환되어 방출되지 않고 흡수된다. 따라서, 디스플레이는 블랙으로 나타난다.
[하부측의 λ/4판과 편광판의 배치]
투과 모드에 있어서, 하부측의 λ/4판(20a)과 편광판(19a)의 광학축의 배치각은 액정에 전압이 인가된 상태에서 디스플레이가 블랙으로 나타나도록 결정된다. 하부측 편광판(19a)은 교차 니콜스 방식(crossed Nicols manner), 즉 상부측 편광판(19b)에 대해 90도만큼 회전되어 정렬된다. 또한, 상부측 λ/4판(20b)에 의한 영향을 상쇄(보상)하기 위해서, 하부측 λ/4판(20a)도 90도만큼 회전되어 정렬된다. 액정에 전압이 인가되면 액정이 수직으로 세워지기 때문에, 광의 편광 상태는 변경되지 않고, 그 결과 광학적으로는 판광판(19a 및 19b)이 교차 니콜스 방식으로 정렬된 상태와 동일하게 되어, 전압이 인가되는 상태에서 블랙 디스플레이를 제공하게 된다. 이렇게 하여, 반투과 액정 패널의 광학 부재의 배치와 그들의 광학축의 배치각이 결정된다.
도 4는 광학 부재가 상기 언급된 배치각으로 정렬되고 액정의 비틀림각(φ)이 0~90도 범위에서 변경되는 경우 화이트 칼라의 반사도와 투과도의 최대값에 최적인 반사 영역과 투과 영역 각각의 갭(d1 및 d2)을 도시한다. 도 4는 액정의 비틀림각이 72도인 경우 투과 영역의 최적의 갭이 반사 영역의 것과 동일함을 나타내고 또한 액정 비틀림각이 감소할 때, 반사 영역의 최적의 갭이 투과 영역의 최적의 갭 보다 점점 작아짐을 나타낸다.
이에 기초하여, 본 발명가는 Δn(굴절율 이방성)이 0.086인 네마틱 액정을 이용하여, 도 4로부터, 갭의 값이 d1=d2=2.7㎛이고 비틀림각이 72도인 조건을 설정하였다. 이들 조건하에서 투과 및 반사 모드에서의 패널의 전압-휘도 특성(V-T 특성)이 도 5의 (a)에 도시되어 있다. 도 5의 (b)는 종래의 조건(비틀림각=0도, d1=1.5㎛, d2=2.7㎛)하에서 V-T 특성을 비교예로서 도시한다.
도 5는 본 실시예의 구성에서는 투과 모드의 V-T 특성이 반사 모드의 특성과 일치하고 또한 불규칙한 막(11)이 픽셀 영역의 표면 전체에 걸쳐 동일한 형상으로 형성될 수 있어서 거의 동일한 액정갭과 반사 및 투과 영역 둘 다에서 거의 동일한 V-T 특성을 제공하고, 그 결과 디스플레이 질을 향상시킨다.
본 실시예에 있어서, 동일한 형상을 갖는 불규칙한 막(11)이 반사 영역뿐만 아니라 투과 영역에도 형성되더라도, 반사 영역과 투과 영역이 동일한 갭을 갖는 한 불규칙한 막(11)은 형상에 있어서 동일하지 않을 것이다. 예를 들면, 상기 언급된 선원의 구성에 있어서, 제 1의 절연막은 그 형상의 변화를 고려하여 점점이 산재되는 반사 영역에서 조금 더 두껍게 되도록 두 단계에서 형성되고, 따라서 이들 두 영역에서 제 2의 절연막의 두께를 포함하여 거의 동일한 전체 막두께를 제공하게 된다.
제 2의 실시예
다음에, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 제 2의 실시예에 따른 반투과형 LCD가 설명될 것이다. 본 실시예는 ITO 등으로 이루어진 투명 전극막과 Al/Mo 등으로 이루어진 반사 전극막 사이의 반응을 억제하기 위해서, 이들 전극막의 위치 관계가 조정되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예의 반투과형 LCD(12)는 능동 매트릭스 기판(12), 대향 기판(16), 및 능동 매트릭스 기판(12) 및 대향 기판(16)의 외측 상에 λ/4판과 편광판이 광학축에 대해 상기 언급된 배치각으로 각각 배치되는 구성으로 이들 두 기판 사이에 주입된 액정층(17)을 포함한다. 액정으로서는, 예를 들면, 갭의 값이 2.7㎛이고, 비틀림각이 72도인 상기 언급된 설정값을 갖는 Chisso Corp.에 의해 제조된 네마틱 액정 NR523LA(Δn=0.086)이 활용될 수 있다. 대향 기판은 칼라 필터와 기준 전위를 제공하기 위한 대향 전극을 더 포함한다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 능동 매트릭스 기판(12) 상에는 주사 신호를 제공하기 위한 게이트 라인(1)과, 용량을 제공하는 공통 기억 라인(4), 보조 용량 전극(4a), 이미지 신호를 제공하기 위한 데이터 라인(2), 이들 교차점에 스위칭 소자로서 연결된 TFT(3), 및 트랜지스터 각각에 매트릭스 형상으로 정렬된 픽셀 전극이 정렬된다. TFT(3)의 게이트 전극(1a)에는 게이트 라인(1)이 연결되고, 드레인 전극에는 데이터 라인(2)이 연결된다.
또한, TFT(3)를 보호하기 위해서 패시베이션막(10)이 상부에 형성되고, 그 위에 감광성 아크릴 수지로 이루어진 불규칙한 층(11)과 반사 전극막(6)의 요철이 차례로 형성된다. 이 불규칙한 층 위에, ITO 등으로 이루어진 투명 도전막으로 구성된 투명 전극막(5)이 형성되고, 그 위에 Al과 같은 고반사율의 금속으로 이루어진 반사 전극막(6)이 형성된다.
여기서, 상기 언급된 바와 같이, 본 발명가의 선원에 있어서(도 16 및 도 17), 투명 전극막(5)과 반사 전극막(6)은 인접한 픽셀 사이의 영역에서 서로 분리되고, 반사 전극막(6)이 패턴화될 때 투명 전극막(5)의 영역은 그 에지에서 부식되기 때문에, 몇 몇 경우에 있어서 결함 픽셀을 나타내게 된다.
반사 전극막(6)과 투명 전극막(5) 사이에서 이러한 전기적 부식 반응을 억제하기 위해서, 본 특허 출원인은 다양한 대책을 활용하였다. 그 중 하나는 반사 전극막(6)과 투명 전극막(5) 사이의 위치 관계를 조정하는 것이다. 구체적으로는, 도 6에 도시된 바와 같이, 투과 영역을 제공하는 윈도우부가 각 픽셀의 반사 전극막(6)에 형성되어 반사 전극막(6)과 투명 전극막(5)이 이 윈도우부 주변 전체 둘레에서 서로 중첩하도록 이들 두 막의 위치 관계를 설정한다.
즉, 부식의 한 이유가 다음과 같이 생각된다: 투명 전극막(5)의 에지에서 상부에 퇴적된 반사 전극막(6)은 크랙 등으로 인해 커버리지가 불충분하고, 반사 전극막(6)을 위한 레지스트 패턴을 형성할 때 이 크랙을 통해 현상액이 침투한다. 이 때문에, 현상액이 투명 전극막(5)과 직접적으로 접촉하는 것을 방지하기 위해서 투명 전극막(5)과 반사 전극막(6) 사이에 소정의 중첩 영역이 마련되어 투명 전극막(5)의 에지를 레지스트 패턴으로 피복하여, 투명 전극막(5)의 부식을 방지한다. 여기서 중첩의 정도는 불충분한 커버리지부를 피복하기만 하면 되는데, 구체적으로는 본 발명가의 실험에 의해 검증된 2㎛ 정도이다.
또한, 투명 전극막(5)의 전체 주변부 둘레에서 투명 전극막(5)과 중첩하도록 반사 전극막(6)을 형성함으로써, 이들 두 막(5 및 6)이 서로 접촉하는 면적은 유익하게 증가될 수 있다. 즉, 반사 영역이 TFT(3) 측에 형성되는 경우, TFT(3)의 소스 전극과 반사 전극막(6)은 불규칙한 층(11)과 패시베이션막(11)을 통해 형성된 콘택트홀(7)을 통해 서로 접속되어 소스 전극과 투명 전극막(5)을 상호 접속시키게 되고, 그 결과 주변부 전체에서 이들 두 막이 서로 중첩하도록 이들 두 막을 형성함으로써 투명 전극막(5)과 반사 전극막(6) 사이의 콘택트 저항이 감소될 수 있다. 또한, 투명 전극막(5)을 그 전체 주변부 둘레에서 연결함으로써, 투명 전극막(5)의 임의의 곳에 균일한 전위를 제공하는 효과가 예상되기 때문에, 액정에 인가되는 전압을 정확하게 제어할 수 있게 된다.
하나의 직사각형 윈도우부가 반사 전극막(6)에 형성되는 구성을 참조하여 본 실시예가 설명되었지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며; 예를 들면, 투명 전극막(5)의 전체 주변부 둘레에서 반사 전극막(6)이 투명 전극막(5)과 중첩하기만 하면, 상기 윈도우부는 다각형, 원형, 타원형, 또는 임의의 다른 형상일 수 있으며, 또한 각 픽셀에 하나 이상이 제공될 수 있다. 또한, 도 7에 있어서, 불규칙한 막(11)은 반사 영역에서는 불규칙하고 투과 영역에서는 편평하지만, 도 2에 도시된 바와 같이 두 영역(5 및 6)에서 불규칙할 수도 있으며 그들 표면은 임의의 형상을 취할 수 있다.
제 3의 실시예
이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 제 3의 실시예에 따른 반투과형 LCD 제조 방법이 설명될 것이다. 여기서, 도 8 내지 도 10은 능동 매트릭스 기판의 제조 프로세서에서의 문제점을 설명하기 위한 도면이다. 본 실시예는 투명 전극막과 반사 전극막 사이에서 전기적 부식 반응이 발생하는 것이 억제되는 것을 특징으로 한다.
상기 언급된 제 2의 실시예에 있어서, 도 8의 (b)(도 8의 (a)의 결함부의 확대도)에 도시된 바와 같이, 반사 전극막(6)의 처리를 위한 PR 처리 동안 투명 전극막(5)의 에지에서 반사 전극막(6)의 에지를 통해 반사 전극막(6)으로 현상액이 침투하는 문제점은 반사 전극막(6)과 투명 전극막(5) 사이의 평면적 위치 관계를 조정함으로써 해결된다. 반사 전극막(6)과 투명 전극막(5) 사이에서 전기적 부식이 발생하는 것을 보다 확실하게 억제하기 위해서, 투명 전극막(5)의 접착력을 향상하여 투명 전극막(5)의 에지의 영역에서 반사 전극막(6)의 커버리지를 향상할 필요가 있다. 이러한 관점에서, 본 실시예의 방법은 반사 전극의 두께를 조정하고 투명 전극막(5)이 형성되기 이전에 세정 단계를 최적화하여 반사 전극막(6)과 투명 전극막(5) 사이에서 전기적 부식이 발생하는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다. 하기에, 투명 전극막(5)의 ITO 기판과 반사 전극막(6)의 Al 기판 사이에서 발생하는 전기적 부식의 메커니즘과 그것을 어떻게 방지하는지에 대해 설명할 것이다.
(1) ITO-Al 전기적 부식의 메커니즘
반응성이 아주 높고 산소와 반응하여 산화막(Al2O3)을 형성하는 Al계 재료와 산화물 도체인 ITO의 조합은 아주 나쁘다. 특히, Al로 이루어진 상부층과 ITO로 이루어진 하부층으로 구성된 적층막 상에 포지티브 레지스트 패턴을 형성할 때, 소위 전기적 부식이 발생하여 Al을 부식(산화)시키고 ITO를 용해(환원)시키기 때문에, Al과 ITO 사이의 접촉이 불량하게 된다(도 8의 (b) 참조). 이 전기적 부식 반응은 다음과 같은 메커니즘에 의해 발생하는 것으로 고려된다.
1. 많은 래티스 결함 또는 불순물을 갖는 Al부가 로컬 아노드로서 용해되어, 핀홀을 생성한다.
2. 이렇게 형성된 핀홀을 통해, 현상액이 하부의 ITO와 접촉하게 된다.
3. 현상액의 Al의 산화 전위와 ITO의 환원 전위 사이의 전위 차이가 반응을 유발하여, 하기의 화학식과 같이 Al의 산화와 ITO의 환원을 각각 촉진하게 된다.
Al + 4OH- -> H2AlO3 + H2O + 3e
삭제
In2O3 + 3H2O +6e -> 2In + 6OH-
(2) 배리어 금속으로서 Mo의 막두께
Al과 ITO 물질 사이에서 발생하는 상기 언급된 전기 부식의 현상은 이들 물질 사이에 배리어 금속으로서 Mo 등을 삽입함으로써 어느 정도 억제될 수 있다. 그러나, 스퍼터링에 의해 퇴적된 Al과 Mo는 원주형 결정(columnar crystal)이기 때문에, Al과 Mo가 충분한 막두께를 갖지 않으면 기둥 사이의 갭을 통해 현상액이 침투하여 전기적 부식을 유발하게 된다. 그에 따라, 본 발명가는 ITO 상에 형성되는 Al과 Mo의 막두께가 각각 변할 때 전기적 부식 반응이 발생하는 정도를 조사하였다. 이들 사이의 관계는 하기의 표 1과 같다. 표 1에서, X는 전기적 부식의 심각한 발생을, △은 부분적인 발생을, O은 거의 발생하지 않음을, ◎은 발생하지 않음을 나타낸다.
Mo 막두께 Al 막두께 전기적 부식
50㎚(500Å) 50㎚ X
100㎚ X
200㎚ X
100㎚ 50㎚ X
100㎚ △
200㎚ O
200㎚ 50㎚ X
100㎚ △
200㎚ O
100㎚ 2회 50㎚ X
100㎚ △
200㎚ ◎
100㎚ 2회 ◎
표 1은 전기적 부식의 발생을 억제하기 위해서, Mo와 Al막 둘 다를 100㎚(1000Å) 이상의 막두께, 바람직하게는 200㎚로 형성할 필요가 있음을 나타낸다. 또한, Mo와 Al막을 형성할 때, 배리어로서의 성능을 향상시키기 위해서는, 예를 들면, 이들을 한 번에 200㎚의 두께로 형성하는 것보다, 100㎚의 두께로 먼저 형성하고, 그 다음 알칼리 용액으로 한 번 세정한 다음, 다시 200㎚의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 명확하지는 않지만, 그 이유로서는 Mo의 표면이 알칼리 세정에 의해 용해되어 원주 형상성(columnar-ness)이 감소되고, 그 결과 공기 또는 세정 용액에 일단 노출되면, Mo 표면 상부에 박막이 형성되고, 그 다음, 두 번째 형성될 때, 그 결정성이 변경되기 때문일 것이다.
(3) 불규칙한(유기)막 상에 ITO의 접착
(1)과 (2)의 단락은 배리어 금속의 성능을 어떻게 향상시키는지를 설명한다. 그러나, 배리어 금속 성능이 어떻게 향상되든지 간에, ITO로 이루어진 투명 전극막(5)이 하부의 불규칙한 막(11) 상에서 양호한 접착력을 가지고 패턴화되지 않으면, 현상액이 갭을 통해 반사 전극막(5)으로 침투하여 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이 전기적 부식을 야기시키게 된다.
일반적으로, ITO의 스퍼터링 이전에, 자외선이 인가되어 오일과 같은 유기 재료를 분해하고 그 다음 순수 또는 약알칼리 용액이 세정에 사용되는데, 세정 단계가 ITO의 접착력에 영향을 미침이 본 발명가에 의해 확인되었다. 하기의 표 2는 ITO의 스퍼터링 이전에 자외선의 인가량과 전기적 부식 사이의 상관 관계를 나타낸다. 실험에 있어서, 파장이 300㎚인 자외선이 0mJ 내지 1J의 양으로 인가되었다.
자외선 인가량 전기적 부식
0mJ O
100mJ △
250mJ X
500mJ X
1J X
표 2는 자외선이 인가량이 100mJ 이상일 때 전기적 부식이 발생하기 쉬움을 나타낸다. 그 메커니즘은 다음과 같이 생각된다: 아크릴과 같은 유기 재료로 이루어진 불규칙한 막(11)의 표면 상의 폴리머 네트워크가 자외선에 의해 파괴되고, ITO막이 상부에 형성되어 포토리소그래피(PR)에 의해 패턴화될 때, 상부의 폴리머 네트워크가 파괴된 불규칙한 막(11)의 표면은 에칭 단계동안 에칭 용액에 의해 용해되어, ITO의 에지가 들어올려지게 한다.
ITO가 이렇게 박리되면, 배리어 금속이 반사 전극막(6)에 제공되는 경우, 들어올려진 부분은 배리어 금속에 의해 완전히 피복될 수 없게 된다. 특히, 반사 전극막(6)이 ITO의 에지에서 중첩하지 않는 도 8의 구성에 있어서, 반사 전극막의 처리를 위해 사용되는 레지스트 패턴(21)은 ITO의 에지를 피복하지 않고, 그 결과 현상 단계동안 현상액이 전극 사이의 갭에 스며들어, 실험에 의해 확인된 전기적 부식을 유발하게 된다.
대조적으로, ITO의 에지가 도 9에 도시된 바와 같이 완전히 피복되는 구성에 있어서는, 반사 전극막(6)을 에칭하기 위해 사용되는 레지스트 패턴도 또한 ITO의 에지를 피복하여 현상액을 차단하고, 그 결과 현상 단계동안 현상액이 스며드는 것을 방지하게 된다.
따라서, ITO의 스퍼터링 이전에 세정 단계에서, 자외선의 인가량을 100mJ 이하로 제한하든지 또는 자외선 인가 단계를 제거하고 또한 반사 전극막(6)의 Al막과 배리어 금속 둘 다의 막두께를 100㎚ 이상, 바람직하게는 200㎚ 이상으로 설정함으로써, ITO와 Al 물질 사이의 전기적 부식을 효율적으로 방지하는 것이 가능하여, 종래의 ITO 및 Al의 용해를 방지할 수 있게 된다(도 10의 미세도 참조).
상기 언급된 실시예가 반사 전극막(6)의 배리어 금속으로서 Mo를 활용하고 있지만, 배리어 금속은 Mo에 제한되지 않고 Cr, Ti, W 등이 대신 사용될 수도 있다. 또한, Al과 Mo 물질의 막두께가 100㎚ 이상, 바람직하게는 200㎚ 이상으로 설정되었지만, 최적의 막두께는 스퍼터링 등을 포함하는 형성 조건에 따라 적절하게 조정될 수 있다.
제 4의 실시예
하기에, 도 11 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 제 4의 실시예에 따른 반투과형 LCD 제조 방법을 설명할 것이다. 도 11과 도 12는 본 발명의 제 4의 실시예에 따른 반투과형 LCD 제조 방법을 도시하는 단면 순서도이고, 도 13은 불규칙막을 형성하기 위한 방법을 도시하는 단면 순서도이다. 본 실시예는 상기 언급된 실시예에서 설명된 조건 외에 도전성 씰로 인한 인출 배선의 단락을 G-D 변환이 방지하도록 하는 소정의 제조 방법을 제공한다. 본 방법은 이들 도면을 참조하여 설명된다.
먼저, 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, Cr과 같은 금속이 유리로 만들어진 투명 절연 기판(8) 상에 퇴적되고 공지의 포토리소그래피 및 에칭 기술에 의해 패턴화되어 게이트 라인, 게이트 전극(1a), 공통 기억 라인, 및 보조 용량 전극(4a)을 형성한다. 그 다음, a-Si 등으로 이루어진 반도체층이 SiO2, SiNx, SiON 등으로 이루어진 게이트 절연층막(9)을 통해 퇴적되고 섬 모양으로 패턴화되며, 그 상부에 Cr과 같은 금속이 퇴적되고 패턴화되어 데이터 라인, 드레인 전극(2a), 소스 전극(2b), 및 용량 축적 전극(2c)을 형성한다.
다음에, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, TFT(3)를 보호하기 위한 SiNx 등으로 이루어진 패시베이션막(10)이 플라즈마 CVD(plasma-enhanced CVD)로 형성되고, 그 다음 G-D 변환부 및 단말부에서의 패시베이션막(10)과 게이트 절연막(9)이 부분적으로 제거되어 콘택트홀을 형성하게 된다. 그 다음, ITO, Al 등으로 이루어진 도전성 재료가 퇴적되어 G-D 변환부에서 드레인 및 게이트층을 상호 접속하기 위한 G-D 변환 전극(22) 및 단말 전극(terminal electrode; 23)을 형성한다.
다음에, 도 11의 (c)에 도시된 바와 같이, 패시베이션막(10) 상에 반사 전극막(6)의 요철(irregularities)을 형성하여 반사광의 가시성을 향상시키기 위해서, 불규칙한 막(11)이 형성된다. 이 불규칙한 막(11)은 감광성 아크릴 수지, 예를 들면, JSR Co.에 의해 제조된 PC403, 415G, 504G 등을 스핀 코팅을 사용하여 도포함으로써 형성된다. 또한, 감광성 아크릴 수지에 있어서, 예상되는 요철의 오목부 영역은 아주 적은 양의 노광에 노출되고, 예상되는 요철의 볼록부 영역은 노광에 노출되지 않으며, 예상되는 콘택트홀 영역은 아주 큰 양의 노광에 노출된다.
이러한 노광을 가능하게 하기 위해서, 예상되는 돌출부 영역에 대응하는 부분에 반사막이 형성되고, 예상되는 콘택트홀 영역에 대응하는 부분에 투과 마스크가 형성되며, 예상되는 오목부 영역에 대응하는 부분에 반투과막이 형성되어, 요철을 형성하는데 한 번의 노광만을 필요로 하는 하프-톤(그레이 톤) 마스크가 사용될 수 있다. 이 경우, 단지 반사/투과막만으로만 구성된 통상의 마스크도, 예상되는 콘택트홀과 오목부 영역을 상이한 노광량으로 개별적으로 노광함으로써 요철을 형성하는데 사용될 수 있다.
다음에, 요철을 형성하기 위해 알칼리 현상액이 사용되는데, 예상되는 오목부, 돌출부, 및 콘택트홀 영역의 알칼리 용액에서의 용해율 차이를 활용한다. 여기서, 본 발명에 의하면, 투과 영역에서도 불규칙한 막(11)을 형성하기 위해서, 아크릴막은 전면을 노광하는 것에 의해 탈색되어 투과광이 불규칙한 마스크(11)에 의해 약화되는 것을 방지한다. 그 다음, 표면은, 예를 들면, 220℃에서 한 시간동안 경 화되어 소정의 형상을 갖는 불규칙한 막(11)을 형성하게 된다.
상기에 있어서, 감광성 아크릴 수지로 이루어진 하나의 층을 형성하고 그 다음 노광량을 부분적으로 변경하는 것에 의해 불규칙한 막(11)이 형성되었지만, 다수의 감광성 아크릴 수지를 사용하여 형성될 수도 있다. 예를 들면, 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이, 감광성 아크릴 수지로 이루어진 제 1의 층을 섬 형상으로 형성하고, 그 다음 이것을 열처리하여 제 1의 절연막(11a)을 형성하고, 그 다음 상부에 소정의 점도를 갖는 감광성 아크릴 수지로 이루어진 제 2의 절연막(11b)을 상부에 도포하고, 그 다음 상기 제 1의 절연막(11a)의 섬 사이의 갭을 채움으로써 소정의 요철이 형성될 수 있다.
다음에, 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, ITO 등으로 이루어진 투명 도전막이 스퍼터링에 의해 형성되는데, 이 단계에서 자외선 인가량은 제 3의 실시예에서 설명된 바와 같이 100mJ 이하인 것이 바람직하다. 그 다음, 이렇게 형성된 ITO가 소정의 형상으로 패턴화되어 투과 영역에 투명 전극막(5)을 형성하게 된다.
다음에, 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이, Al 및 ITO 사이에서 반사 전극의 전기적 부식을 억제하기 위한 배리어 금속으로서 Mo가 사용되어, 배리어 금속 및 반사 금속으로서 각각 기능하는 Mo와 Al을 형성한다. 이 경우에 있어서, 제 3의 실시예에서 설명된 바와 같이, Mo 및 Al막은 100㎚의 두께, 바람직하게는 200㎚의 두께로 형성되고 또한 두 단계에서 원주형 결정이 스퍼터링에 의해 성장하는 것을 억제한다. 그 다음, Al/Mo막이 반사 전극막(6)을 패턴화하기 위해 총체적으로 습식 에칭된다. 이 경우, 제 2의 실시예에서 설명된 바와 같이, ITO 에지가 현상액에 의 해 에칭되는 것을 방지하기 위해, Al/Mo막의 위치 관계는 이들이 ITO의 전체 주변 둘레에서 서로 중첩하도록 설정되는 것이 바람직하다.
이렇게 하여, 능동 매트릭스 기판을 제조하기 위한 본 방법에 의하면, 투명 전극막(5)의 박리 및 투명 전극막(5)과 반사 전극막(6) 사이의 전기적 부식이 억제되어 결함 픽셀의 발생을 방지할 수 있으며 또한 G-D 변환이 액정 패널의 외주 주위에서 수행되는 반투과형 LCD를 얻을 수 있게 된다.
제 5의 실시예
이하, 도 14 및 도 15를 참조하여 본 발명의 제 5의 실시예에 따른 반투과형 LCD와 그 제조 방법이 설명될 것이다. 도 14 및 도 15는 본 발명의 제 5의 실시예에 따른 반투과형 LCD 제조 방법을 도시하는 단면 순서도이다. 본 실시예는 제 4의 실시예와 비교하여 단순화된 제조 방법이다. 본 방법이 이하 도면을 참조하여 설명된다.
먼저, 제 4의 실시예에서 처럼, 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이, 유리로 이루어진 투명 절연 기판 상에 게이트 라인, 게이트 전극(1a), 공통 기억 라인, 및 보조 용량 전극(4a)이 순차적으로 형성되고, 그 위에 게이트 절연막(9), 반도체층, 데이터 라인, 드레인 전극, 소스 전극, 및 용량 축적 전극(2c)이 순차적으로 형성된다. 그 다음, TFT(3)를 보호하는 패시베이션막(10)이 형성된 이후, G-D 변환부와 단말부에서의 게이트 절연막(9)과 패시베이션막(10)이 에칭되어 콘택트홀을 형성한다.
콘택트홀이 형성된 후, G-D 변환용으로 ITO, Al 등과 같은 도전성 재료가 막 으로서 형성되어 패턴화되는 제 4의 실시예와는 대조적으로, 본 실시예는 후속 단계에서 형성되는 투명 전극막(5)과 반사 전극막(6)을 사용함으로써 제조 단계를 단순화하여, G-D 변환부의 드레인 및 게이트층을 상호 접속하고 단말 전극을 형성한다.
다음에, 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이, 반사 전극막(6)의 요철을 형성하기 위해 불규칙한 막(11)이 형성된다. 예를 들면, 감광성 아크릴 수지에 있어서, 예상되는 요철의 오목부 영역은 아주 적은 양의 노광에 노출되고, 예상되는 요철의 볼록부 영역은 노광에 노출되지 않으며, 예상되는 콘택트홀 영역(7)은 아주 큰 양의 노광에 노출된다. 그 다음, 요철을 형성하기 위해 알칼리 현상액이 사용되는데, 이들 영역의 알칼리 용액에서의 용해율 차이를 활용한다. 그 다음, 표면이 완전히 노광되어 아크릴막을 탈색하고 예를 들면 220℃에서 한 시간 동안 경화되어 불규칙한 막(11)을 형성한다.
다음에, 자외선 인가량이 100mJ 이하의 조건 하에서 표면이 세정된 이후, 도 14의 (c)에 도시된 바와 같이, ITO 등으로 이루어진 투명 도전막이 스퍼터링에 의해 형성되고 패턴화되어 투과 영역에 투명 전극막(5)을 형성하게 된다. 동시에, ITO는 단말부에도 형성되어 단말 전극(23)을 형성하게 된다.
다음에, 도 14의 (d)에 도시된 바와 같이, 100㎚ 이상, 바람직하게는 200㎚ 이상의 두께를 갖는 Mo막과, 100㎚ 이상, 바람직하게는 200㎚ 이상의 두께를 갖는 Al막이 연속적으로 형성된다. 그 다음, Al/Mo막은 총체적으로 습식 에칭되어 반사 전극막(6)을 패턴화한다. 동시에, Al/Mo막은 G-D 변환부에도 형성되어 그 드레인과 소스층을 연결한다.
따라서, 상기 언급된 제조 방법에 의하면, G-D 변환부의 층은 반사 전극막(6)을 사용하여 상호 접속되고 단말 전극(23)은 투명 전극막(5)을 사용하여 형성되기 때문에, 제 4의 실시예와 비교하여 G-D 변환 등을 위한 ITO 막의 형성 및 패턴화의 단계를 제거할 수 있다.
본 실시예에서는 콘택트홀(7)에 반사 전극막(6)을 퇴적하여 반사 전극막(6)을 소스 전극과 연결하고 반사 전극막(6)을 투명 전극막(5)과 그 중첩부에서 연결하지만, 콘택트홀(7)이 형성되는 불규칙한 막(11)이 큰 단차를 가지기 때문에 몇 몇 경우에 있어서는 반사 전극막(6)을 갖는 것만으로 콘택트가 불충분할 수도 있다. 콘택트를 확보하기 위해서, 다음과 같은 제조 방법이 활용될 수도 있다.
먼저, 도 15의 (a)에 도시된 바와 같이, 투명 절연 기판(8) 상에 게이트 라인, 게이트 전극(1a), 보조 용량 전극(4a), 게이트 절연막(9), 반도체층, 데이터 라인, 드레인 전극(2a), 소스 전극(2b), 및 용량 축적 전극(2c)이 순차적으로 형성된다. 그 다음, TFT(3)를 보호하는 패시베이션막(10)이 형성된 후, G-D 변환부 및 단말부에서의 게이트 절연막(9)과 패시베이션막(10)은 에칭되어 콘택트홀을 형성하게 된다.
다음에, 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이, 반사판의 요철을 형성하기 위해서 불규칙한 막(11)이 형성된다. 예를 들면, 예상되는 요철의 오목부 영역은 아주 적은 양의 노광에 노출되고, 예상되는 요철의 볼록부 영역은 노광에 노출되지 않으며, 예상되는 콘택트홀 영역은 아주 큰 양의 노광에 노출되고, 그 다음 요철을 형 성하기 위해 알칼리 현상액이 사용되는데 이들 영역의 알칼리 용액에서의 용해율 차이를 활용한다. 그 다음, 표면이 완전히 노광되어 아크릴막을 탈색하고 예를 들면 220℃에서 한 시간 동안 경화되어 불규칙한 막(11)을 형성한다.
다음에, 자외선 인가량이 100mJ 이하의 조건하에서 표면이 세정된 후, 도 15의 (c)에 도시된 바와 같이, ITO 등으로 이루어진 투명 도전막이 스퍼터링에 의해 형성되고 패턴화되어 단말 전극(23)뿐만 아니라 투과 영역의 투명 전극막(5)을 형성한다. 동시에, 콘택트홀(7)을 완전히 또는 부분적으로 채우도록 ITO가 퇴적된다.
다음에, 도 15의 (d)에 도시된 바와 같이, 각각 100㎚ 이상, 바람직하게는 200㎚ 이상의 막두께를 갖는 Mo막과 반사 Al 금속막이 연속적으로 형성된다. 그 다음, Al/Mo막이 총체적으로 습식 에칭되어 반사 전극막(6)을 패턴화한다. 동시에, G-D 변환부에도 반사 전극막(6)이 형성되어 드레인과 소스층을 연결한다. 이 경우에 있어서, 투명 전극막(5)이 콘택트홀(7)에 이미 퇴적되어 있기 때문에, 콘택트홀(7)이 큰 종횡비(aspect ratio)를 갖는 경우에도, 소스 전극과 반사 전극막(6) 사이에 확실한 콘택트가 얻어질 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 반투과형 LCD와 그 제조 방법은 다음과 같은 이점을 갖는다.
본 발명의 제 1의 효과로서, 예를 들면, 투과 모드의 V-T 특성이 반사 모드의 특성과 일치하여 디스플레이 품질을 향상할 수 있다.
이 이유는 불규칙한 막이 픽셀 영역의 표면 전체에 걸쳐 거의 동일한 형상으 로 형성되어 반사 영역과 투과 영역 모드 둘 다에서 거의 동일한 갭을 제공할 수 있기 때문이다.
제 2의 효과로서, ITO 등으로 이루어진 투명 전극막과 Al 등으로 이루어진 반사 전극막 사이에서 전기적 부식이 발생하는 것을 방지하여 비정상적인 디스플레이가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이 이유는 반사 전극막이 구성에 있어서 ITO막의 에지 전체 둘레에 형성되어 레지스트가 형성될 때 반사 전극막을 처리하는 레지스트로 상기 에지를 피복하여, 현상액과 접촉하는 것을 방지하기 때문이다.
또한, 반사 전극막의 배리어 금속으로서 Mo를 사용하고 Mo와 Al막의 막두께를 소정값 또는 그 이상으로 설정하고 또한 ITO막의 형성 이전의 세정 단계에서 자외선 인가량을 소정값 이하로 설정함으로써, ITO막의 근접한 접촉성(contact-ness)이 향상되어 에천트 또는 현상액이 스며드는 것을 방지한다.

Claims (18)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 제 1의 기판 상에서 서로 수직으로 교차하며, 각각의 교차점 부근에 스위칭 소자가 정렬되는 다수의 주사 라인 및 다수의 신호 라인과,
    투명 전극막이 형성되는 투과 영역과 반사 전극막이 형성되는 반사 영역 및
    상기 제 1의 기판과 상기 제 1의 기판에 대향하여 정렬된 제 2의 기판 사이의 갭에 주입된 액정을 포함하고,
    상기 투과 영역과 상기 반사 영역은 상기 주사 라인과 상기 신호 라인에 의해 둘러싸인 각 픽셀에 마련되며,
    상기 반사 전극막의 요철 아래와, 상기 투명 전극막 요철아래 놓여 있는 유기막과, 상기 투과 영역과 반사 영역 모두에서 상기 유기막의 갭이 동일하게 이루어진 동일한 막두께를 가지고 형성되며,
    상기 신호 라인을 인출하는 부분은 게이트 층에 의해 상기 제 1의 기판의 주변부에서 상기 반사 전극막 및 상기 투명 전극막 중 어느 하나와 연결되는 것을 특징으로 하는 반투과형 LCD.
  4. 삭제
  5. 서로 수직하게 교차하는 다수의 주사 라인과 다수의 신호 라인이 상부에 마련되며 상기 주사 라인과 상기 신호 라인의 교차점 각각의 근처에 스위칭 소자가 정렬되는 제 1의 기판을 구비하고, 상기 주사 라인과 상기 신호 라인에 의해 둘러싸인 각 픽셀에 반사 전극막을 구비하는 반사 영역과 투명 전극막을 구비하는 투과 영역을 형성하고 상기 제 1의 기판과 상기 제 1의 기판에 대향하여 정렬된 제 2의 기판 사이의 갭에 액정이 주입된 반투과형 LCD 제조 방법에 있어서,
    상부에 요철을 갖는 유기막이 상기 반사 전극막과 상기 투명 전극막 아래에 동일한 막두께로 형성될 때,
    투과부, 차단부 및 반투과부를 상기 픽셀부에 구비하는 하프-톤 마스크를 형성하는 단계와,
    상기 요철과 상기 유기막이 완전히 제거된 부분을 상기 마스크를 사용하여 동시에 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 반사 전극막은 배리어 금속막과 반사 전극막으로 이루어진 2층 구조이고, 그 각각은 약 100㎚ 이상의 막두께로 형성되는 단계와,
    상기 배리어 금속막과 상기 반사 전극막의 적어도 하나가 형성될 때, 금속막이 일단 소정의 막두께로 형성되고, 그 다음 알칼리 용액에 의해 세정되고, 그 후 소정의 막두께로 다시 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반투과형 LCD 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 반사 전극막의 일부를 제거함으로써 상기 투과부에 대한 윈도우부를 형성할 때,
    상기 기판의 법선 방향에서 보았을 때 상기 윈도우부의 전체 주변부 둘레에서 소정의 폭만큼 상기 투명 전극막과 중첩하도록 상기 반사 전극막을 에칭하는 것을 특징으로 하는 반투과형 LCD 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 에칭은 상기 중첩폭이 약 2㎛가 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 반투과형 LCD 제조 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 5항에 있어서,
    상기 배리어 금속막의 재료로서 Mo가 사용되고 상기 반사 전극막의 재료로서 Al이 사용되는 것을 특징으로 하는 반투과형 LCD 제조 방법.
  13. 서로 수직하게 교차하는 다수의 주사 라인과 다수의 신호 라인이 상부에 마련되며 상기 주사 라인과 상기 신호 라인의 교차점 각각의 근처에 스위칭 소자가 정렬되는 제 1의 기판을 구비하고, 상기 주사 라인과 상기 신호 라인에 의해 둘러싸인 각 픽셀에 반사 전극막을 구비하는 반사 영역과 투명 전극막을 구비하는 투과 영역을 형성하고 상기 제 1의 기판과 상기 제 1의 기판에 대향하여 정렬된 제 2의 기판 사이의 갭에 액정이 주입된 반투과형 LCD 제조 방법에 있어서,
    상부에 요철을 갖는 유기막이 상기 반사 전극막과 상기 투명 전극막 아래에 동일한 막두께로 형성될 때,
    투과부, 차단부 및 반투과부를 상기 픽셀부에 구비하는 하프-톤 마스크를 형성하는 단계와,
    상기 요철과 상기 유기막이 완전히 제거된 부분을 상기 마스크를 사용하여 동시에 형성하는 단계와,
    상기 투명 전극막의 형성 이전에 자외선의 사용에 의한 세정 단계에서, 자외선의 인가량은 100mJ 미만의 값으로 제한되는 것을 특징으로 하는 반투과형 LCD 제조 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 반사 전극막의 일부를 제거함으로써 상기 투과부에 대한 윈도우부를 형성할 때,
    상기 기판의 법선 방향에서 보았을 때 상기 윈도우부의 전체 주변부 둘레에서 소정의 폭만큼 상기 투명 전극막과 중첩하도록 상기 반사 전극막을 에칭하는 것을 특징으로 하는 반투과형 LCD 제조 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 에칭은 상기 중첩폭이 약 2㎛가 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 반투과형 LCD 제조 방법.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 반사 전극막은 베리어 금속막과 반사 전극막으로 이루어진 2층 구조이고, 그 각각은 약 100㎚ 이상의 막두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 반투과형 LCD 제조 방법.
  17. 제 13항에 있어서,
    상기 반사 전극막은 배리어 금속막과 반사 전극막으로 이루어진 2층 구조이고, 그 각각은 약 200㎚ 이상의 막두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 반투과형 LCD 제조 방법.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 베리어 금속막의 재료로서 Mo가 사용되고 상기 반사 금속막의 재료로서 Al이 사용되는 것을 특징으로 하는 반투과형 LCD 제조 방법.
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