KR100821525B1 - 반사 전극을 갖는 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

반사 전극을 갖는 액정표시장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

반사 전극을 갖는 액정표시장치 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 화소가 형성된 제1 기판에 대향하여 제2 기판이 구비되어 있다. 제1 기판과 제2 기판 사이에 액정층이 형성되어 있다. 제1 기판 상에는 광 산란을 위하여 다수의 제1 요철과 각각의 제1 요철의 표면에 형성된 다수의 제2 요철을 포함하는 다중 요철 구조를 갖는 반사 전극이 형성되어 있다. 제1 기판과 반사 전극 사이에는 반사 전극과 동일한 표면 구조를 갖는 유기 절연막이 형성되어 있다. 반사 전극의 표면 구조를 1차 요철과 2차 요철을 포함하는 다중 요철 구조로 형성함으로써, 동일한 입사광에 대해 반사 면적이 증가되어 반사-산란 효율을 증대시킬 수 있다.

Description

반사 전극을 갖는 액정표시장치 및 그 제조방법{Liquid crystal device having reflective electrode and method of manufacturing the same}
도 1은 종래의 요철 구조를 갖는 반사형 액정표시장치의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시한 액정표시장치에 있어서, 유기 절연막의 요철 구조 형성방법을 구체적으로 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3은 반사형 액정표시장치의 요철의 표면적에 따른 반사율의 변화를 도시한 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 길이 대 높이의 비율이 동일할 때 서로 다른 크기를 갖는 요철의 표면적 길이를 비교 도시한 개략도들이다.
도 5는 본 발명에 의한 반사형 액정표시장치의 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 유기 절연막의 확대도이다.
도 7a 및 도 7b는 동일 비율의 서로 같은 크기를 갖는 1차 요철 구조의 표면적 길이와 2차 요철 구조의 표면적 길이를 비교 도시한 개략도들이다.
도 8a 내지 8d는 도 5에 도시한 반사형 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9a 내지 9c도는 도 8c에 도시한 유기 절연막의 다중 요철 구조의 형성방법을 구체적으로 설명하기 위한 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 제1 절연 기판 110 : 액티브층
115 : 게이트 절연막 120 : 게이트 전극
125 : 무기 절연막 130, 135 : 콘택홀
140, 145 : 소오스/드레인 전극 150 : 유기 절연막
160 : 1차 요철부 170 : 2차 요철부
180 : 마이크로 비드 190 : 반사 전극
200 : 박막 트랜지스터 250 : 제1 기판
260 : 제1 배향막 270 : 스페이서
280 : 액정층 300 : 제2 기판
305 : 제2 절연 기판 310 : 컬러 필터
315 : 공통 전극 320 : 제2 배향막
325 : 위상차판 330 : 편광판
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동일 입사광에 대한 반사 효율을 증가시킬 수 있는 반사 전극을 갖는 반사형 액정표시장치에 관한 것이다.
오늘날과 같은 정보화 사회에 있어서 전자 디스플레이 장치(electronic display device)의 역할은 갈수록 중요해지며, 각종 전자 디스플레이 장치가 다양한 산업 분야에 광범위하게 사용되고 있다.
일반적으로 전자 디스플레이 장치란 다양한 정보를 시각을 통해 인간에게 전달하는 장치를 말한다. 즉, 전자 디스플레이 장치란 각종 전가 기기로부터 출력되는 전기적 정보 신호를 인간의 시각으로 인식 가능한 광 정보 신호로 변환하는 전자 장치라고 정의할 수 있으며, 인간과 전자 기기를 연결하는 가교적 역할을 담당하는 장치로 정의될 수도 있다.
이러한 전자 디스플레이 장치에 있어서, 광 정보 신호가 발광 현상에 의해 표시되는 경우에는 발광형 표시(emissive display) 장치로 불려지며, 반사, 산란, 간섭 현상 등에 의해 광 변조를 표시되는 경우에는 수광형 표시(non-emissive display) 장치로 일컬어진다. 능동형 표시 장치라고도 불리는 상기 발광형 표시 장치로는 음극선관(cathode ray tube; CRT), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel; PDP), 발광 다이오드(light emitting diode; LED) 및 일렉트로 루미네슨트 디스플레이(electroluminescent display; ELD) 등을 들 수 있다. 또한, 수동형 표시 장치인 상기 수광형 표시 장치에는 액정표시장치(liquid crystal display; LCD), 전기화학 표시장치(electrochemical display; ECD) 및 전기 영동 표시장치(electrophoretic image display; EPID) 등이 해당된다.
텔레비전이나 컴퓨터용 모니터 등과 같은 화상표시장치에 사용되는 음극선관(CRT)은 표시 품질 및 경제성 등의 면에서 가장 높은 점유율을 차지하고 있으나, 무거운 중량, 큰 용적 및 높은 소비 전력 등과 같은 많은 단점을 가지고 있다.
그러나, 반도체 기술의 급속한 진보에 의해 각종 전자 장치의 고체화, 저 전압 및 저 전력화와 함께 전자 기기의 소형 및 경량화에 따라 새로운 환경에 적합한 전자 디스플레이 장치, 즉 얇고 가벼우면서도 낮은 구동 전압 및 낮은 소비 전력의 특징을 갖춘 평판 패널(flat panel)형 디스플레이 장치에 대한 요구가 급격히 증대하고 있다.
현재 개발된 여러 가지 평판 디스플레이 장치 중에서 액정표시장치는 다른 디스플레이 장치에 비해 얇고 가벼우며, 낮은 소비 전력 및 낮은 구동 전압을 갖추고 있을 뿐만 아니라, 음극선관에 가까운 화상 표시가 가능하기 때문에 다양한 전자 장치에 광범위하게 사용되고 있다.
이와 같은 액정표시장치는 백라이트와 같은 내장 광원을 이용하여 화상을 표시하는 투과형 액정표시장치와 자연광과 같은 외부 입사광을 이용하는 반사형 액정표시장치로 구분될 수 있다. 상기 반사형 액정표시장치는 투과형 액정표시장치에 비해 소비 전력이 낮은 동시에 옥외에서의 화상 표시 품질이 우수하다는 장점이 있다. 또한, 반사형 액정표시장치는 백라이트와 같은 별도의 광원을 요구하지 않기 때문에 얇고 가벼운 장치를 구현할 수 있다는 이점도 있다.
반사형 액정표시장치는 알루미늄(Al)이나 은(Ag)과 같이 고반사 물질로 이루어진 반사 전극이 외부 입사광을 반사시켜 화상을 표시하는데, 종래에는 상기 반사 전극이 평면 구조로 형성되었기 때문에 반사판이 경면 구조가 되어 정반사 성분이 강하였다. 그 결과, 표시 화면이 어둡고 고정세 표시 및 컬러 표시에 적절히 대응 하기 어렵게 때문에, 숫자나 간단한 문자의 표시만을 요구하는 한정적인 장치에만 사용되고 있다. 따라서, 반사형 액정표시장치가 다양한 전자 디스플레이 장치로서 이용되기 위해서는 반사 효율의 향상과 고정세화 및 컬러화가 요구된다. 또한, 이와 함께 적절한 밝기와 빠른 응답속도 및 화상의 콘트라스트 향상도 요구된다.
현재 반사형 액정표시장치에 있어서, 그 밝기를 향상시키는 기술은 크게 반사 전극의 반사 효율을 높이는 방향과 초개구율 기술을 조합하는 방향으로 진행되고 있다. 이와 같이, 반사 전극에 미세한 요철을 형성하여 반사 효율을 향상시키는 기술은 Naofumi Kimura에게 허여된 미합중국 특허 제5,610,741호(발명의 명칭: Reflection type Liquid Crystal Display Device with bumps on the reflector) 및 본 출원인이 1999년 3월 4일자로 출원한 한국 출원 제1999-7093호(발명의 명칭: 반사형 액정 표시 장치 및 그 제조방법) 등에 개시되어 있다.
도 1은 종래의 요철 구조를 갖는 반사형 액정표시장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 유리, 석영 또는 사파이어로 이루어진 투명 기판(10) 상에 비정질실리콘막 또는 다결정실리콘막으로 이루어진 액티브층(12)이 형성된다. 상기 액티브층(12) 및 기판(10) 상에는 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어진 게이트 절연막(14)이 형성된다. 상기 게이트 절연막(14) 상에는 알루미늄(Al)이나 크롬(Cr) 등으로 이루어진 게이트 전극(16)이 형성된다. 상기 게이트 전극(16)은 액티브층(12)을 가로질러 소오스/드레인 영역과 채널 영역(도시하지 않음)을 한정한다. 즉, 액티브층(12)과 게이트 전극(16)이 겹치는 부분은 트랜지스터의 채널 영역이 되며, 상기 채널 영역을 사이에 두고 분할된 액티브층(12)의 한 쪽이 소오스 영역, 다른 쪽이 드레인 영역이 된다. 이때, 소오스 영역과 드레인 영역은 그 위치가 서로 바뀔 수 있다.
상기 게이트 전극(16) 및 게이트 절연막(14) 상에는 예컨대, 실리콘 질화물로 이루어진 무기 절연막(18)이 형성된다. 상기 무기 절연막(18)을 관통하여 액티브층(12)의 소오스/드레인 영역을 각각 노출시키는 제1 콘택홀(19) 및 제2 콘택홀(20)이 형성된다. 상기 무기 절연막(18) 상에는 제1 콘택홀(19)을 통해 소오스 영역과 연결되는 소오스 전극(21) 및 제2 콘택홀(20)을 통해 드레인 영역과 연결되는 드레인 전극(22)이 형성된다.
상기 소오스/드레인 전극(21, 22) 및 무기 절연막(18) 상에는 아크릴계 감광성 물질로 이루어진 유기 절연막(24)이 형성된다. 상기 유기 절연막(24)을 관통하여 드레인 전극(22)을 노출시키는 비어홀(26)이 형성된다. 이때, 화소부의 반사판을 산란 구조로 만들기 위해 유기 절연막(24)의 표면에 미세한 요철들이 형성된다.
상기 유기 절연막(24) 상에는 비어홀(26)을 통해 드레인 전극(22)과 연결되는 반사 전극(28)이 형성된다. 상기 반사 전극(28)은 유기 절연막(24)의 표면과 동일한 형상을 갖게 되므로, 그 표면에도 미세한 요철들이 형성되는데 상기 요철은 마이크로 렌즈의 역할을 수행하여 정반사 성분을 억제하고 입사광의 산란 효율 및 반사 효율을 증가시킨다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시한 액정표시장치에 있어서, 유기 절연막의 요철 구조 형성방법을 구체적으로 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2a를 참조하면, 박막 트랜지스터가 형성되어 있는 기판 상에 예컨대, 포 지티브형 감광성 물질을 스핀-코팅하여 유기 절연막(24)을 형성한 후, 상기 유기 절연막(24)의 표면에 다수의 미세한 요철을 만들기 위하여 요철에 상응하는 패턴을 갖는 마이크로 렌즈 형성용 포토 마스크(30)를 상기 유기 절연막(24) 상에 위치시킨다.
도 2b를 참조하면, 상기 포토 마스크(30)를 이용하여 유기 절연막(24)을 노광시킨 후 현상 공정을 거치면, 유기 절연막(24)의 노광된 영역이 제거되어 상기 유기 절연막(24)의 표면으로부터 다수의 미세한 요철(25)들이 형성된다. 상기 요철(25)의 형상은 반사·산란 효과가 최대화되도록 반구의 길이(직경)와 높이 및 구의 각도 등이 결정된다. 통상적으로, 요철은 수 ㎛ 내지 수십 ㎛의 반구 또는 타원구 형태로 형성된다. 예를 들어, -30° 위치에서 입사된 빛이 정면에서 최대의 밝기를 나타내도록 요철은 수 ㎛의 크기로 만들어지며, 기판 면에 대해 약 5∼30°의 각을 유지하도록 반구의 각도가 설계된다.
도 2c를 참조하면, 이와 같이 요철 구조(25)의 길이 및 높이의 비가 결정되면, 상기 유기 절연막(24) 상에 알루미늄이나 은과 같은 고반사 물질로 이루어진 반사 전극(28)을 형성한다. 그러면, 상기 반사 전극(28)의 표면에도 유기 절연막(24)과 동일하게 미세한 요철들이 형성된다.
도 3은 반사형 액정표시장치의 요철의 표면적에 따른 반사율의 변화를 도시한 그래프로서, 요철의 표면적을 증가시킬수록 반사 및 산란 효율이 비례하여 증가함을 알 수 있다. 즉, 표시 소자의 밝기 특성은 요철의 표면적에 비례한다.
도 4a 및 도 4b는 길이 대 높이의 비율이 3.14로 동일할 때 서로 다른 크기 를 갖는 요철의 표면적 길이를 비교 도시한 개략도들이다.
도 4a를 참조하면, 반구의 반경(R)이 2이고 호의 길이가 6.28이면, 일정 길이 내의 요철 표면적은 6.28×4 = 25.12가 된다.
도 4b를 참조하면, 반구의 반경(R)이 4이고 호의 길이가 12.56이면, 일정 길이 내의 요철 표면적은 12.568×2 = 25.12가 된다. 즉, 서로 다른 크기의 요철이 존재하더라도 길이 대 높이의 비율이 동일하다면 일정 길이 내의 표면적은 동일해지므로 반사 효율도 비슷해짐을 알 수 있다. 따라서, 종래의 요철 구조는 그 길이와 높이 비율이 결정되면, 반사 면적을 증가시키는데 한계가 있다.
본 발명의 일 목적은 길이 대 높이의 비율이 동일한 경우에서도 반사·산란 효율을 증가시킬 수 있는 요철 구조의 반사 전극을 갖는 액정표시장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 길이 대 높이의 비율이 동일한 경우에서도 반사·산란 효율을 증가시킬 수 있는 요철 구조의 반사 전극을 갖는 액정표시장치의 제조방법을 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 화소가 형성된 제1 기판; 상기 제1 기판에 대향하여 형성된 제2 기판; 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 형성된 액정층; 상기 제1 기판 상에 형성되고, 광 산란을 위하여 다수의 제1 요철과 각각의 제1 요철의 표면에 형성된 다수의 제2 요철을 포함하는 다중 요철 구 조를 갖는 반사 전극; 및 상기 제1 기판과 상기 반사 전극 사이에 형성되고 상기 반사 전극과 동일한 표면 구조를 갖는 유기 절연막을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 제1 기판에 화소를 형성하는 단계; 상기 제1 기판 상에 유기 절연막을 형성하는 단계; 상기 유기 절연막의 표면에 광 산란을 위하여 다수의 제1 요철과 각각의 제1 요철의 표면에 형성된 다수의 제2 요철을 포함하는 다중 요철 구조를 형성하는 단계; 상기 유기 절연막 상에 상기 유기 절연막과 동일한 표면 구조를 갖는 반사 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 기판에 대향하여 제2 기판을 형성하는 단계; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 반사형 또는 반사-투과형 액정표시장치에 있어서 외부광의 반사 효율 및 표면 산란 효과를 극대화시키기 위하여 반사 전극의 표면 구조를 1차 요철과 상기 1차 요철의 표면에 형성된 2차 요철을 포함하는 다중 요철 구조로 형성한다. 상기 1차 요철과 2차 요철은 노광 및 현상 공정을 거쳐 동시에 형성한다. 상기 다중 요철 구조의 표면적은 상기 1차 요철보다 크기 때문에, 동일한 입사광에 대해 반사 면적이 증가되어 반사-산란 효율을 증대시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 5는 본 발명에 의한 다중 요철 구조의 반사 전극을 갖는 반사형 액정표시 장치의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 반사형 액정표시장치는 화소가 형성되어 있는 제1 기판(250), 상기 제1 기판(250)에 대향하여 배치된 제2 기판(300), 상기 제1 기판(250)과 제2 기판(300) 사이에 형성된 액정층(280), 그리고 상기 제1 기판(250)과 액정층(280) 사이에 형성된 화소 전극인 반사 전극(190)을 포함한다.
상기 제1 기판(250)은 제1 절연 기판(100)과 상기 제1 절연 기판(100)에 형성된 스위칭 소자의 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT)(200)를 포함한다.
제1 절연 기판(100)은 비 전도성 물질, 예를 들면 유리나 세라믹 등과 같은 물질로 이루어진다. 박막 트랜지스터(200)는 비정질실리콘 또는 다결정실리콘으로 이루어진 액티브층(110), 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물로 이루어진 게이트 절연막(115), 제1 방향으로 신장되는 게이트 라인(도시하지 않음)으로부터 분기되고 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 또는 몰리브덴 텅스텐(MoW) 등의 금속으로 이루어진 게이트 전극(120), 무기 절연막(125), 그리고 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 신장되는 데이터 라인(도시하지 않음)으로부터 분기되고 크롬(Cr)이나 몰리브덴(Mo) 등의 금속으로 이루어진 소오스 전극(140) 및 드레인 전극(145)을 포함한다. 상기 게이트 전극(120)은 액티브층(110)을 가로질러 소오스/드레인 영역과 채널 영역(도시하지 않음)을 한정한다. 즉, 액티브층(110)과 게이트 전극(120)이 겹치는 부분은 트랜지스터의 채널 영역이 되며, 상기 채널 영역을 사이에 두고 분할된 액티브층(110)의 한 쪽이 소오스 영역, 다른 쪽이 드레인 영역이 된다. 이때, 소오스 영역과 드레인 영역은 그 위치가 서로 바뀔 수 있다. 소오스 전극(140)은 무기 절연막(125)에 형성된 제1 콘택홀(130)을 통해 소오스 영역과 연결되고, 드레인 전극(145)은 제2 콘택홀(135)을 통해 드레인 영역과 연결된다. 본 실시예는 상부-게이트(top-gate) 구조의 액정표시장치를 설명하고 있으나, 하부-게이트(bottom-gate) 구조의 액정표시장치에도 적용할 수 있음은 명백하다.
상기 박막 트랜지스터(200)가 형성된 제1 절연 기판(100) 상에는 레지스트(resist) 또는 아크릴계 감광성 물질로 이루어진 유기 절연막(150)이 적층되며, 이러한 유기 절연막(150)에는 박막 트랜지스터(200)의 드레인 전극(145)의 일부분을 노출시키는 비어홀(155)이 형성된다. 상기 유기 절연막(150)의 표면에는 도 6에 도시한 바와 같이, 광 산란을 위하여 다수의 제1 요철(160)과 각각의 제1 요철(160)의 표면에 형성된 다수의 제2 요철(170)을 포함하는 다중 요철 구조가 형성된다. 이와 같이 제1 요철(160)과 제2 요철(170)이 동시에 형성되는 다중 요철 구조에 의하면 제1 요철만으로 형성되는 반사 구조에 비해 반사 면적을 증가시켜 반사-산란 효율을 증대시킬 수 있다.
달리 생각하여 요철의 크기를 증가시키는 방법을 생각할수 있는데 이경우는 동일면적에 들어가는 요철의 개수가 제한 되어 효과를 볼 수 없다.
즉, 도 7a에 도시한 바와 같이 동일길이 내에 반구형 제1 요철(160)의 반경(r)이 2라면 요철은 4개 ,r이 4인 경우 요철은 2개가 올 수 있고 이때 두경우 각각의 요철 표면적의 합은 같다 . 다시말해 r이 2인 반호의 길이는 π(3.14) ×r(2)= 6.28이고 요철은 4개이므로 6.28 ×4 = 25.12가 된다. r이 4인 경우는 2 개를 만들수 있어 반호의 길이는 π(3.14) ×r(4)=12.56이고 요철은 2개이므로 12.56 ×2 = 25.12로 역시 동일하다.
이에 반하여, 도 7b에 도시한 바와 같이 반구형 제1 요철(160)의 표면에 다수의 제2 요철(170)들이 형성되면, 제1 요철(160)의 반경(R)이 2또는 4일때 요철 표면적에 제2요철 α 만큼을 증가 시킬 수 있다. 이를 비교해보면
r(2) 일 때 요철1개의 표면적 6.28 +α (2차 요철 길이)
r(4) 일 때 요철1개의 표면적 12.56 +α (2차 요철 길이)
가 된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 1차 요철(160)과 2차 요철(170)을 포함하는 다중 요철 구조에 의해 단위 길이 당 반사 면적을 증가시킬 수 있으므로, 반사-산란 효율을 극대화시킬 수 있다.
상기 비어홀(155) 및 유기 절연막(150)상에는 반사 전극(190)이 형성된다. 상기 반사 전극(190)은 유기 절연막(150)과 동일한 표면 구조를 가지며, 비어홀(155)을 통해 드레인 전극(145)에 접속됨으로써 박막 트랜지스터(200)와 반사 전극(190)이 전기적으로 연결된다.
상기 반사 전극(190) 상에는 제1 배향막(orientation layer)(260)이 적층 된다.
상기 제1 기판(250)에 대향하는 제2 기판(300)은 제2 절연 기판(305), 컬러 필터(310), 공통 전극(315), 제2 배향막(320), 위상차판(325) 및 편광판(330)을 구비한다.
상기 제2 절연 기판(305)은 제1 절연 기판(100)과 동일한 물질, 예컨대 유리 또는 세라믹으로 이루어진다. 상기 위상차판(325) 및 편광판(330)은 제2 절연 기판(305)의 상부에 순차적으로 형성된다. 상기 컬러 필터(310)는 제2 절연 기판(305)의 하부에 배치되며, 컬러 필터(310)의 하부에는 공통 전극(315) 및 제2 배향막(320)이 차례로 형성된다. 상기 제2 배향막(320)은 제1 기판(250)의 제1 배향막(260)과 함께 액정층(280)의 액정 분자들을 소정 각도로 프리틸팅 시키는 기능을 수행한다.
상기 제1 기판(250)과 제2 기판(300) 사이에 스페이서(270)가 개재되어 제1 기판(250)과 제2 기판(300) 사이에 소정의 공간이 형성된다. 이와 같은 제1 기판(250)과 제2 기판(300) 사이의 공간에는 액정층(280)이 형성된다.
이하, 도 5에 도시한 반사형 액정표시장치의 제조방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 8a 내지 도 8d는 도 5에 도시한 반사형 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 8a 내지 도 8d에 있어서, 도 5에서와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 8a를 참조하면, 유리 또는 세라믹과 같은 절연 물질로 이루어진 제1 절연 기판(100) 상에 비정질실리콘막을 화학 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 방법에 의해 증착한 후, 레이저 어닐링 또는 퍼니스 어닐링을 실시하여 상기 비정질실리콘막을 다결정실리콘막으로 결정화시킨다. 이어서, 상기 다결정실리콘막을 사진식각 공정으로 패터닝하여 액티브층(110)을 형성한다. 여기서, 상기 액티브층(110)을 형성하기 전에 실리콘 산화물을 약 1000Å의 두께로 증착하여 차단막(도 시하지 않음)을 형성할 수도 있다. 상기 차단막은 후속의 비정질실리콘막 결정화 동안에 상기 기판(100) 내의 각종 불순물들이 실리콘막으로 침투하는 것을 방지하기 위해 형성하는 것으로, 생략할 수도 있다. 또한, 본 실시예에서는 상기 액티브층(110)을 다결정실리콘으로 형성하였으나, 비정질실리콘으로 형성할 수 있음은 물론이다.
상기 액티브층(110) 및 기판(100) 상에 실리콘 산화물을 증착하여 게이트 절연막(115)을 형성한 후, 상기 게이트 절연막(115) 상에 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 또는 몰리브덴 텅스텐(MoW) 등의 제1 금속막을 증착한다. 이어서, 사진식각 공정으로 상기 제1 금속막을 패터닝하여 제1 방향으로 신장되는 게이트 라인(도시하지 않음) 및 상기 게이트 라인으로부터 분기되는 박막 트랜지스터의 게이트 전극(120)을 형성한다. 이하, 게이트 패터닝 공정을 상세히 설명한다.
먼저, 사진식각 공정으로 p형 박막 트랜지스터 영역의 게이트 도전막을 식각하여 p형 박막 트랜지스터의 게이트 전극(도시하지 않음)을 형성한 후, 소오스/드레인 영역을 형성하기 위해 p형 불순물을 이온주입한다. 계속해서, 사진식각 공정으로 n형 박막 트랜지스터 영역의 게이트 도전막을 식각하여 n형 박막 트랜지스터의 게이트 전극을 형성한 후, 소오스/드레인 영역을 형성하기 위해 n형 불순물을 이온주입한다. 상기 소오스/드레인 이온주입시 상기 게이트 전극(120)은 불순물을 차단하여 그 하부의 액티브층(110)에 채널 영역을 정의한다. 여기서, 상기 p형 박막 트랜지스터와 n형 박막 트랜지스터의 게이트 및 소오스/드레인 형성 공정은 그 순서가 바뀌어져도 무방하다. 또한, 상기 n형 박막 트랜지스터의 소오스/드레인을 LDD 구조로 형성할 수도 있다. 또한, 도시된 화소부 영역에는 표시되지 않았으나, CMOS 구조를 갖는 구동회로 형성을 위해 구동회로부에는 p형 트랜지스터의 게이트 전극 패터닝 및 소오스/드레인 이온주입을 위한 마스크 공정과 n형 트랜지스터의 게이트 전극 패터닝 및 소오스/드레인 이온주입을 위한 마스크 공정이 이루어진다. 예컨대, 구동회로부의 n형 트랜지스터 영역에 대한 마스크 공정에서 화소부 n형 트랜지스터의 형성을 위한 게이트 전극 패터닝과 소오스/드레인 이온주입이 함께 이루어진다.
이어서, 상기 게이트 라인 및 게이트 절연막(115) 상에 예컨대, 실리콘 질화물을 증착하여 무기 절연막(125)을 형성한다. 사진식각 공정으로 상기 무기 절연막(125)을 부분적으로 식각하여 액티브층(110)의 소오스/드레인 영역을 각각 노출시키는 제1 콘택홀(130) 및 제2 콘택홀(135)을 형성한다.
계속해서, 상기 결과물의 전면에 크롬(Cr)과 같은 제2 금속막을 증착한 후 상기 제2 금속막을 패터닝하여 상기 게이트 라인에 직교하는 데이터 라인(도시하지 않음)과, 상기 데이터 라인으로부터 분기되는 소오스 전극(140) 및 드레인 전극(145)을 형성한다. 상기 소오스 전극(140)은 무기 절연막(125)에 형성된 제1 콘택홀(130)을 통해 소오스 영역과 연결되고, 드레인 전극(145)은 제2 콘택홀(135)을 통해 드레인 영역과 연결된다. 따라서, 상기 액티브층(110), 게이트 절연막(115), 게이트 전극(120), 무기 절연막(125), 소오스 전극(140) 및 드레인 전극(145)을 포함하는 박막 트랜지스터(200)가 완성된다. 이때, 상기 게이트 라인과 데이터 라인 사이에는 게이트 절연막(115)이 개재되어 게이트 라인이 데이터 라 인과 접촉되는 것을 방지한다.
이어서, 상기 박막 트랜지스터(200)가 형성된 제1 절연 기판(100)의 전면에 레지스트 또는 아크릴계 감광성 물질, 예컨대 수지 에멀젼 등을 스핀-코팅 방법으로 약 1∼3㎛의 두께로 도포하여 유기 절연막(150)을 형성한다. 이때, 상기 감광성 물질에 마이크로 비드(micro-bead)(180)를 볼밀(ball-mill) 등의 방식으로 분산시켜 그 표면에 다수의 마이크로 비드들이 분산되어 있는 유기 절연막(150)을 형성한다. 상기 마이크로 비드(180)는 수지, 금속 또는 유리와 같은 어떠한 재질을 사용하여도 무방하며, 그 형상 또한 구 형태의 것이면 특별한 제한을 받지 않는다.
도 8b를 참조하면, 상기 유기 절연막(150) 상에 비어홀(155)을 형성하기 위한 제1 마스크(400)를 위치시킨 다음, 노광 및 현상 공정을 통해 유기 절연막(150)에 드레인 전극(145)을 부분적으로 노출시키는 비어홀(155)과 그 상부 표면에 다수의 요철들을 형성한다.
상기 유기 절연막(150)에 비어홀(155)을 형성하는 과정 및 유기 절연막(150)의 상부 표면에 다수의 요철들을 형성하는 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 9a 내지 도 9c는 도 8b의 비어홀 및 다수의 요철들을 형성하는 단계를 구체적으로 나타낸 단면도들이다.
도 9a를 참조하면, 먼저, 레지스트 또는 아크릴계 감광성 물질, 예컨대 수지 에멀젼 등으로 이루어진 유기 절연막(150)에 비어홀(155)을 형성하기 위하여 비어홀(155)에 상응하는 패턴을 갖는 제1 마스크(450)를 유기 절연막(150) 위에 위치시킨다. 이어서, 1차로 풀(full) 노광을 실시하여 상기 드레인 전극(145) 위의 유기 절연막(150)을 노광시킨다.
도 9b를 참조하면, 상기 유기 절연막(150)의 표면에 다수의 요철들을 형성하기 위하여 요철에 상응하는 패턴을 갖는 마이크로 렌즈 형성용 제2 마스크(500)를 기 절연막(150) 위에 위치시킨다. 이어서, 상기 제2 마스크(500)를 이용한 렌즈 노광 공정을 통해 비어홀(155)을 제외한 부분의 유기 절연막(150)을 2차로 노광시킨다.
다음에, 현상 공정을 거치면 도 9c에 도시한 바와 같이, 드레인 전극(145)을 부분적으로 노출시키는 비어홀(155)이 유기 절연막(150)을 관통하여 형성되고, 상기 유기 절연막(150)의 표면에는 다수의 요철(160, 170)들이 형성된다. 즉, 반구 또는 타원구 형태의 다수의 제1 요철들(160)과, 마이크로 비드(180)에 의한 다수의 제2 요철들(170)이 동시에 형성된다. 이때, 상기 제2 요철들(170)은 각각의 제1 요철(160)의 표면에 형성된다.
도 8c를 참조하면, 상술한 바와 같이 다중 요철 구조가 형성된 유기 절연막(150) 상에 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 크롬(Cr) 또는 은(Ag) 등의 반사율이 우수한 제3 금속막을 증착한 후, 상기 제3 금속막을 소정의 화소 형상으로 패터닝하여 반사 전극(190)을 형성한다.
상기 반사 전극(190)은 유기 절연막(150)의 표면과 동일한 형상을 갖게 된다. 즉, 반사 전극(190)은 반구 또는 타원구 형태의 다수의 제1 요철들과 각각의 제1 요철의 표면에 형성된 다수의 제2 요철들을 포함하는 다중 요철 구조를 갖는다. 따라서, 다중 요철 구조에 의해 반사-산란 면적이 증가되므로, 입사광에 대한 반사-산란 효율을 증가시켜 표시 품질이 향상된 제품을 제조할 수 있다.
도 8d를 참조하면, 상기 반사 전극(190) 상에 레지스트를 도포하고 러빙(rubbing) 처리 등을 통해 액정층(280) 내의 액정 분자들을 선택된 각으로 프리틸팅시키는 제1 배향막(260)을 형성한다.
계속해서, 상기 제1 절연 기판(100)과 동일한 물질로 구성된 제2 절연 기판(300) 상에 컬러 필터(310), 공통 전극(310) 및 제2 배향막(320)을 순차적으로 형성하여 제2 기판(300)을 완성한다. 이어서, 제2 기판(300)이 제1 기판(250)에 대향하도록 배치한 다음, 제1 기판(250)과 제2 기판(300) 사이에 스페이서(270)를 개재하여 접합함으로써, 제1 기판(250)과 제2 기판(300) 사이에 소정의 공간이 형성되도록 한다. 그런 후, 제1 기판(250)과 제2 기판(300) 사이의 공간에 진공 주입 방법을 이용하여 액정 물질을 주입하여 액정층(280)을 형성하면, 본 실시예에 따른 반사형 액정표시장치가 완성된다. 또한, 필요에 따라서, 제2 기판(#00)의 전면에 편광판(330) 및 위상차판(325)이 형성될 수 있으며, 도시하지는 않았으나, 제2 절연 기판(305)과 컬러 필터(310) 사이에 블랙 매트릭스(black matrix)가 배치될 수도 있다.
본 실시예는 반사형 액정표시장치를 설명하였으나, 반사-투과형 액정표시장치에도 본 발명을 적용할 수 있음은 명백하다. 통상적으로, 반사-투과형 액정표시장치의 투과 효율은 2∼3% 정도로 5∼10% 정도의 투과 효율을 갖는 투과형 액정표시장치에 비해 반사 효율 대비 투과 효율이 현저히 낮다. 즉, 반사-투과형 액정표시장치의 경우, 투과 모드시 액정 패널의 배면에 부착된 백라이트로부터 상기 액정 패널로 입사되는 광은 그 일부분만 투과창을 통과하고 나머지는 반사판으로부터 반사되기 때문에 일반적인 투과형 액정표시장치에 비해 투과 효율이 크게 떨어지게 된다. 이때, 투과 효율을 높이기 위해 투과창의 면적을 증가시키면 내장 광원, 즉 백라이트 입사광의 투과율은 증가하지만 반사판의 면적이 줄어들게 되어 실외 환경에 대한 반사 면적이 감소되어 표시품질이 떨어지게 되는 문제가 발생한다. 따라서, 본 발명에서와 같이 화소 영역의 50%을 투과광을 이용하기 위한 투명 전극으로 형성하는 반면, 나머지 50%를 1차 요철과 2차 요철을 포함한 다중 요철 구조로 이루어진 반사 전극으로 형성하면 투과 면적이 증대되어 투과 효율이 증대될 뿐만 아니라, 다중 요철의 표면적 증가에 의한 반사 면적의 증가로 입사광에 대한 반사-산란 효율을 증대시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 반사형 또는 반사-투과형 액정표시장치에 있어서 외부광의 반사 효율 및 표면 산란 효과를 극대화시키기 위하여 반사 전극의 표면 구조를 1차 요철과 상기 1차 요철의 표면에 형성된 2차 요철을 포함하는 다중 요철 구조로 형성한다. 상기 1차 요철과 2차 요철은 노광 및 현상 공정을 거쳐 동시에 형성한다. 상기 다중 요철 구조의 표면적은 상기 1차 요철보다 크기 때문에, 동일한 입사광에 대해 반사 면적이 증가되어 반사-산란 효율을 증대시켜 표시 품질이 향상된 제품을 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 화소가 형성된 제1 기판;
    상기 제1 기판에 대향하여 형성된 제2 기판;
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 형성된 액정층;
    상기 제1 기판 상에 형성되고, 다수의 제1 요철들과, 각 제1 요철의 표면을 따라 마이크로 비드들에 의해 형성된 다수의 제2 요철들을 포함하며, 광을 산란시키는 다중 요철 구조를 갖는 유기 절연막; 및
    상기 유기 절연막 상에 형성됨으로써 상기 유기 절연막의 상기 다중 요철 구조와 동일한 표면 구조를 갖는 반사 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 요철은 상기 제1 요철 크기의 1/5 ∼ 1/20의 크기로 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다중 요철 구조는 상기 제1 요철보다 큰 표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반사 전극 상에 적층된 투명 전극을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제1 기판에 화소를 형성하는 단계;
    상기 제1 기판 상에 다수의 마이크로 비드들이 분산된 유기 절연막을 형성하는 단계;
    상기 유기 절연막을 패터닝하여, 상기 유기 절연막 표면에 형성된 다수의 제1 요철들과, 각 제1 요철의 표면을 따라 형성된 다수의 제2 요철들을 포함하고, 광을 산란시키는 다중 요철 구조를 형성하는 단계;
    상기 유기 절연막 상에 반사 전극을 형성하는 단계;
    상기 제1 기판에 대향하여 제2 기판을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서, 상기 유기 절연막에 다중 요철의 표면 구조를 형성하는 단계는,
    제1 요철에 상응하는 패턴을 갖는 포토 마스크를 이용하여 상기 다수의 마이크로 비드가 분산되어 있는 유기 절연막을 노광하는 단계; 및
    상기 유기 절연막을 현상하여 상기 제1 요철과 상기 마이크로 비드에 의한 제2 요철을 동시에 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 제2 요철은 상기 제1 요철 크기의 1/5 ∼ 1/20의 크기로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 반사 전극을 형성하는 단계 후, 상기 반사 전극 상에 투명 전극을 형성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
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