KR100840244B1 - 반투과형 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

반투과형 액정표시장치 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 기판 상에 투명 전극 및 반사 전극이 적층된 화소 전극이 형성된다. 기판과 화소 전극 사이에 보호막이 형성되고, 보호막의 투과창에 대응되는 영역에 소정 깊이의 트렌치가 형성된다. 트렌치를 매립하도록 컬러 필터층이 형성된다. 상기 장치는 액정 셀의 전면에서 입사되어 반사 전극에서 반사된 후 제2 컬러 필터층을 통과하여 다시 액정 셀의 전면으로 출사되는 반사광 경로와, 액정 셀의 후면에서 입사되고 제1 컬러 필터층을 통과한 후 제2 컬러 필터층을 통과하여 액정 셀의 전면으로 출사되는 투과광 경로를 갖는다. 투과 모드와 반사 모드 간에 동일한 색 재현성을 구현하여 시인성을 향상시킬 수 있다.

Description

반투과형 액정표시장치 및 그 제조방법{Transflective type liquid crystal display device and method of manufacturing the same}
도 1은 종래 방법에 의한 반투과형 액정표시장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 반투과형 액정표시장치의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제1 실시예에 의한 반투과형 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제2 실시예에 의한 반투과형 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100, 300 : 제1 기판 110, 310 : 제1 절연 기판
115, 315 : 게이트 전극 120, 320 : 게이트 절연막
125, 325 : 액티브 패턴 130, 330 : 오믹 콘택 패턴
135, 335 : 소오스 전극 140, 340 : 드레인 전극
145, 345 : 박막 트랜지스터 150, 350 : 보호막
155, 35 : 콘택홀 160, 360 : 트렌치
165, 380 : 제1 컬러 필터층 170, 370 : 투명 전극
175, 375 : 반사 전극 185, 385 : 제1 편광판
200, 400 : 제2 기판 210, 410 : 제2 절연 기판
215, 425 : 제2 컬러 필터층 220, 420 : 블랙 매트릭스
225, 425 : 공통 전극 230, 430 : 제2 편광판
240, 440 : 액정층 255, 455 : 반사광 경로
260, 460 : 투과광 경로
본 발명은 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광량이 풍부한 곳에서는 저소비전력 모드인 반사 모드에서 디스플레이를 수행하고, 광량이 부족한 곳에서는 고휘도 모드인 투과 모드에서 디스플레이를 수행할 수 있는 반투과형 액정표시장치 및 그 제조방법에 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.
액정표시장치는 광원에 따라서 액정 셀의 배면에 위치한 백라이트를 이용하여 화상을 표시하는 투과형 액정표시장치, 외부의 자연광을 이용한 반사형 액정표시장치, 그리고 실내나 외부 광원이 존재하지 않는 어두운 곳에서는 표시소자 자체의 내장 광원을 이용하여 디스플레이하는 투과 표시모드로 작동하고 실외의 고조도 환경에서는 외부의 입사광을 반사시켜 디스플레이하는 반사 표시모드로 작동하는 반투과형 액정표시장치로 구분된다.
액정표시장치 중에서도 현재 주로 사용되는 것은 두 장의 기판에 각각 전극이 형성되어 있고 각 전극에 인가되는 전압을 스위칭하는 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT)를 구비하는 장치이며, 상기 박막 트랜지스터는 두 장의 기판 중 하나에 형성되는 것이 일반적이다. 화소부에 박막 트랜지스터를 이용하는 액정표시장치는 비정질형과 다결정형으로 구분된다.
도 1은 종래 방법에 의한 반투과형 액정표시장치의 단면도로서, 하부-게이트(bottom-gate) 구조의 비정질실리콘 박막 트랜지스터-액정표시장치를 도시한다.
도 1을 참조하면, 종래의 반투과형 액정표시장치는 제1 기판(10), 상기 제1 기판(10)과 대향하여 배치된 제2 기판(40) 및 상기 기판들 사이에 형성된 액정층(50)으로 구성된 액정 셀과 상기 액정 셀의 후면에 위치한 백라이트 어셈블 리(도시하지 않음)를 포함한다.
상기 제1 기판(10)은 제1 절연 기판(12), 상기 제1 절연 기판(12) 상에 형성된 박막 트랜지스터(25), 상기 박막 트랜지스터(25)의 일부분을 노출시키는 콘택홀(28)을 갖는 보호막(26), 투명 전극(30) 및 반사 전극(32)으로 구성된다. 박막 트랜지스터(25)는 게이트 전극(14), 게이트 절연막(16), 액티브 패턴(18), 오믹 콘택 패턴(20), 소오스 전극(22) 및 드레인 전극(24)으로 구성된다. 상기 투명 전극(30)은 백라이트로부터 발생하여 제1 기판(10)을 통해 입사하는 빛을 투과하고, 동시에 제1 기판(10)의 화소 영역에 하나씩 형성되는 박막 트랜지스터(25)에 연결되는 화소 전극의 역할을 한다. 상기 반사 전극(32)은 제2 기판(40)을 통해 입사하는 빛을 반사하고 동시에 화소 전극의 역할을 한다. 즉, 투명 전극(30)만 존재하는 영역은 투과창으로 제공되며, 그 이외의 부분은 제2 기판(40)을 통해 입사하는 외부 광을 반사하는 반사창으로 제공된다.
상기 제2 기판(40)은 제2 절연 기판(42), 상기 제2 절연 기판(42) 상에 형성되고 광이 통과하면서 소정 색이 발현되는 RGB 화소로 이루어진 컬러 필터층(44), 화소 간의 광 누출을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(46) 및 투명 공통 전극(48)을 포함한다.
또한, 액정층(50)의 배향 방향에 따라 제1 기판(10)과 제2 기판(40) 각각의 바깥 면에 외부 빛의 투과 방향을 일정하게 해주는 제1 편광판(34) 및 제2 편광판(36)이 부착된다. 바람직하게는, 상기 제1 및 제2 편광판(34, 36)은 편광축이 서로에 대해 수직이 되도록 설치된 선 편광자이다.
상기 제1 기판(10)과 제1 편광판(34)의 사이 및 상기 제2 기판(40)과 제2 편광판(36)의 사이에는 각각 1/4파장 위상차판(도시하지 않음)이 형성된다. 1/4파장 위상차판은 위상차판의 광축에 평행하며 서로 수직인 두 편광 성분에 대하여 1/4 파장만큼의 위상 차를 부여하여 선편광을 원편광으로 바꾸거나 원편광을 선편광으로 바꾸는 역할을 한다.
상술한 종래의 반사-투과형 액정표시장치에 의하면, 투과 모드시 액정 셀의 후면에 위치한 백라이트 어셈블리로부터 제1 기판(10)으로 입사된 광은 투과창(T)을 통과한 후, 컬러 필터층(44)을 거쳐 액정 셀의 전면으로 출사된다. 이에 반하여, 반사 모드시 액정 셀의 전면에서 입사된 광은 반사 전극(32)으로부터 반사된 후 컬러 필터층(44)을 두 번 통과하여 다시 액정 셀의 전면으로 출사된다. 따라서, 투과광은 컬러 필터층(44)을 한 번 통과하는 반면 반사광은 컬러 필터층(44)을 두 번 통과하기 때문에 투과 특성 대비 반사 특성의 색 재현성이 두 배로 높다. 이러한 투과 모드와 반사 모드 간의 색 재현성 차이는 시인성을 열화시키게 된다.
본 발명은 상술한 종래 방법의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 목적은 투과 모드와 반사 모드 간의 색 재현성 차이를 제거하여 시인성을 향상시킬 수 있는 반투과형 액정표시장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 투과 모드와 반사 모드 간의 색 재현성 차이를 제거하여 시인성을 향상시킬 수 있는 반투과형 액정표시장치의 제조방법을 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판; 상기 기판 상에 투명 전극 및 반사 전극이 적층되어 형성된 화소 전극; 상기 기판과 상기 화소 전극 사이에 형성되고, 상기 투과창에 대응되는 영역에 소정 깊이의 트렌치가 형성된 보호막; 및 상기 트렌치를 매립하도록 형성된 컬러 필터층을 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 상술한 일 목적은 화소가 형성된 제1 기판, 상기 제1 기판에 대향하도록 형성된 제2 기판 및 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 액정 셀; 상기 제1 기판 상에 투명 전극 및 반사 전극이 적층되어 형성된 화소 전극; 상기 제1 기판과 상기 화소 전극 사이에 형성되고, 상기 투과창에 대응되는 영역에 소정 깊이의 트렌치가 형성된 보호막; 상기 트렌치를 매립하도록 형성된 제1 컬러 필터층; 및 상기 제2 기판의 상기 제1 기판과 대향하는 일 측면 상에 형성된 제2 컬러 필터층을 구비하고, 상기 액정 셀의 전면에서 입사되어 상기 반사 전극에서 반사된 후 상기 제2 컬러 필터층을 통과하여 상기 액정 셀의 전면으로 출사되는 반사광 경로와, 상기 액정 셀의 후면에서 입사되고 상기 제1 컬러 필터층을 통과한 후 상기 제2 컬러 필터층을 통과하여 상기 액정 셀의 전면으로 출사되는 투과광 경로를 갖는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치에 의해 달성될 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판 상에 화소를 형성하는 단계; 상기 화소가 형성된 기판 상에 보호막을 형성하는 단계; 상기 보호막을 식각하여 투과창에 대응되는 영역에 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치를 매립하도록 컬러 필터층을 형성하는 단계; 상기 보호막 및 컬러 필터층 상에 투명 전극을 형성하는 단계; 및 상기 투명 전극 상에 반사 전극을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 상술한 다른 목적은 기판 상에 화소를 형성하는 단계; 상기 화소가 형성된 기판 상에 보호막을 형성하는 단계; 상기 보호막을 식각하여 투과창에 대응되는 영역에 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치의 측벽 및 바닥면 그리고 상기 보호막 위에 연속적으로 투명 전극을 형성하는 단계; 상기 투명 전극 상에 반사 전극을 형성하는 단계; 및 상기 트렌치를 매립하도록 컬러 필터층을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 보호막의 투과창에 대응되는 영역에 소정 깊이의 트렌치를 형성하고 상기 트렌치를 매립하는 제1 컬러 필터층을 형성한다. 투과 모드시 백라이트로부터 제1 기판으로 입사되는 광이 화소, 즉 박막 트랜지스터 상에 형성된 제1 컬러 필터층을 통과한 후 제2 기판에 형성된 제2 컬러 필터층을 통과하기 때문에 반사 모드와 동일한 색 재현성을 얻을 수 있다. 따라서, 투과 모드와 반사 모드 간에 동일한 색 재현성을 구현하여 시인성을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 반투과형 액정표시장치의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 의한 반투과형 액정표시장치는 화소, 즉 박막 트랜지스터(145)가 형성된 제1 기판(100), 상기 제1 기판(100)에 대향하여 형성된 제2 기판(200) 및 상기 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에 형성된 액정층(240)으로 구성된 액정 셀과, 상기 액정 셀의 후면에 배치된 백라이트 어셈블리(도시하지 않음)를 포함한다.
상기 제1 기판(100)은 제1 절연 기판(110) 상에 복수개의 게이트 라인(도시하지 않음)과 복수개의 데이터 라인(도시하지 않음)이 매트릭스 형태로 형성되어 있고 그 교차점에 화소 전극과 박막 트랜지스터(145)가 형성되어 있다. 상기 제2 기판(200)은 제2 절연 기판(210) 상에 광이 통과하면서 소정 색이 발현되는 RGB 화소로 이루어진 제2 컬러 필터층(215), 화소 간의 광 누출을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(220) 및 투명 공통 전극(225)이 형성되어 있다.
박막 트랜지스터(145)는 제1 절연 기판(110) 상에 형성된 게이트 전극(115), 상기 게이트 전극(115) 및 제1 절연 기판(110) 상에 형성된 게이트 절연막(120), 상기 게이트 전극(115) 위의 게이트 절연막(120) 상에 형성된 액티브 패턴(125) 및 오믹 콘택 패턴(130), 그리고 상기 오믹 콘택 패턴(130) 상에 서로 분리되어 형성된 소오스 전극(135) 및 드레인 전극(140)으로 구성된다.
상기 박막 트랜지스터(145)가 형성된 제1 절연 기판(110) 상에는 감광성 아크릴계 수지와 같은 유기 절연물질로 이루어진 보호막(150)이 형성된다. 상기 보호막(150)을 관통하여 드레인 전극(140)을 노출시키는 콘택홀(155)이 형성된다. 상기 보호막(150)의 표면에는 빛의 산란을 유발하여 반사율을 높이기 위하여 다수의 요 철부(도시하지 않음)가 형성된다. 이때, 박막 트랜지스터 및 패드의 신뢰성을 확보하기 위하여 상기 보호막(150)과 박막 트랜지스터(145)와의 사이에 실리콘 질화물과 같은 무기 절연막이 형성될 수 있다.
상기 보호막(150)의 투과창(T)에 대응되는 영역에는 소정 깊이의 트렌치(160)가 형성된다. 상기 트렌치(160)는 보호막(150)의 두께보다 작은 깊이로 형성할 수도 있고, 보호막(150)의 두께와 동일한 깊이로 형성할 수도 있다. 상기 트렌치(160)의 내부에는 보호막(150)의 표면과 평탄화된 제1 컬러 필터층(165)이 형성된다.
상기 보호막(150) 상에는 콘택홀(155)을 통해 박막 트랜지스터의 드레인 전극(140)과 접속되는 화소 전극이 형성된다. 상기 화소 전극은 인듐-주석-산화물(indium-tin-oxide; 이하 "ITO"라 한다)과 같은 투명 도전막으로 이루어진 투명 전극(170)과 알루미늄-네오디뮴(AlNd)과 같은 반사막으로 이루어진 반사 전극(175)의 적층 구조로 형성된다. 이때, ITO와 알루미늄이 직접 접촉하면 갈바니 전기 부식(galvanic corrosion)이 발생하기 때문에, 투명 전극(170)과 반사 전극(175)과의 사이에 몰리브덴-텅스텐(MoW)과 같은 장벽 금속층(도시하지 않음)을 형성한다. 상기 장벽 금속층은 반사 전극(175)을 구성하는 물질과 동일한 식각율을 갖는 물질로 형성함으로써, 상기 반사 전극(175)을 패터닝할 때 함께 패터닝되도록 한다.
상기 액정층(240)은 바람직하게는, 90°트위스트된 네마틱(twisted nematic) 액정으로 형성된다.
상기 액정층(240)의 배향 방향에 따라 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 각각의 바깥 면에 제1 편광판(185) 및 제2 편광판(230)이 부착된다. 상기 제1 및 제2 편광판(185, 230)은 소정의 편광 성분을 흡수하고 그 밖의 편광 성분을 투과하여 빛의 투과 방향을 일정하게 해주는 역할을 하며, 바람직하게는 편광축이 서로에 대해 수직이 되도록 설치된 선 편광자로 형성된다. 광 효율을 최적화하기 위하여 제1 편광판(185)과 제2 편광판(230) 각각의 바깥 면에 위상차판(도시하지 않음)을 형성할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터(145)의 게이트 전극(115)은 게이트 라인에 연결되고, 소오스 전극(135)은 데이터 라인에 연결되며, 드레인 전극(140)은 화소 전극(170, 175)에 연결된다. 따라서, 게이트 라인을 통해 주사 전압이 게이트 전극(115)에 인가되면, 데이터 라인에 흐르는 신호 전압이 소오스 전극(135)에서 드레인 전극(140)으로 액티브 패턴(130)을 통해 인가된다. 신호 전압이 드레인 전극(140)에 인가되면, 드레인 전극(140)에 연결된 화소 전극(170, 175)과 제2 기판(200)의 공통 전극(225) 사이에 전압 차가 발생하게 된다. 그러면, 화소 전극(170, 175)과 공통 전극(225) 사이에 주입된 액정층(240)의 분자 배열이 변화되고, 이로 인해 액정(240)의 광 투과율이 변하게 되어 박막 트랜지스터(145)는 액정 셀의 화소를 동작시키는 스위칭 소자로서의 역할을 수행한다.
종래 방법에 의한 반투과형 액정표시장치에서는 반사 모드시에는 반사광이 제2 기판에 형성된 컬러 필터층을 두 번 통과하는 반면, 투과 모드시에는 투과광이 상기 컬러 필터층을 한 번만 통과하기 때문에 반사 모드 대시 투과 모드의 색 재현 성이 절반 수준으로 떨어진다. 그러나, 본 실시예의 반투과형 액정표시장치에 의하면, 박막 트랜지스터(145) 위에 제1 컬러 필터층(165)을 형성함으로써, 액정 셀의 전면에서 입사되고 반사 전극(175)에서 반사된 후 제2 컬러 필터층(215)을 통과하여 다시 액정 셀의 전면으로 출사되는 반사광 경로(255)와, 액정 셀의 후면에서 입사되고 제1 컬러 필터층(165) 및 투명 전극(170)을 통과한 후 제2 컬러 필터층(215)을 통과하여 액정 셀의 전면으로 출사되는 투과광 경로(260)를 갖는다. 그러면, 투과 모드시 백라이트로부터 제1 기판(100)으로 입사되는 광이 박막 트랜지스터(145) 상에 형성된 제1 컬러 필터층(165)을 통과한 후 제2 기판(200)에 형성된 제2 컬러 필터층(215)을 통과하여 액정 셀의 전면으로 출사되기 때문에, 반사 모드와 마찬가지로 컬러 필터층을 두 번 통과하게 된다. 따라서, 투과 모드와 반사 모드 간에 동일한 색 재현성을 구현하여 시인성을 향상시킬 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제1 실시예에 의한 반투과형 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3a를 참조하면, 유리 또는 세라믹과 같은 절연 물질로 이루어진 제1 절연 기판(110) 상에 약 500Å의 크롬(Cr) 및 약 2500Å의 알루미늄-네오디뮴(AlNd)으로 이루어진 제1 금속막을 증착한 후, 사진식각 공정으로 상기 제1 금속막을 패터닝하여 제1 방향으로 신장되는 게이트 라인(도시하지 않음), 상기 게이트 라인으로부터 분기된 박막 트랜지스터의 게이트 전극(115) 및 상기 게이트 라인의 끝단에 연결되어 게이트 전극(115)에 주사 전압을 인가하기 위한 게이트 패드(도시하지 않음)를 포함하는 게이트 배선을 형성한다.
상기 게이트 배선 및 제1 절연 기판(110) 상에 실리콘 질화물을 플라즈마 화학기상증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition; PECVD) 방법에 의해 약 4500Å의 두께로 증착하여 게이트 절연막(120)을 형성한다.
상기 게이트 절연막(120) 상에 액티브층으로서, 예컨대 비정질실리콘막을 PECVD 방법에 의해 약 2000Å의 두께로 증착하고, 그 위에 오믹 콘택층으로서, 예컨대 n+ 도핑된 비정질실리콘막을 PECVD 방법에 의해 약 500Å의 두께로 증착한다. 이때, 상기 액티브층 및 오믹 콘택층은 PECVD 설비의 동일 챔버 내에서 인-시튜(in-situ)로 증착한다. 이어서, 사진식각 공정으로 상기 막들을 패터닝하여 게이트 전극(115) 윗부분의 게이트 절연막(120) 상에 비정질실리콘막으로 이루어진 액티브 패턴(130) 및 n+ 도핑된 비정질실리콘막으로 이루어진 오믹 콘택 패턴(135)을 형성한다.
상기 오믹 콘택 패턴(135) 및 게이트 절연막(120) 상에 크롬(Cr), 크롬-알루미늄(Cr-Al) 또는 크롬-알루미늄-크롬(Cr-Al-Cr)과 같은 제2 금속막을 약 1500∼4000Å의 두께로 증착한 후, 사진식각 공정으로 상기 제2 금속막을 패터닝하여 게이트 라인에 직교하는 데이터 라인(도시하지 않음), 상기 데이터 라인으로부터 분기되는 소오스 전극(135) 및 드레인 전극(140), 그리고 상기 데이터 라인의 끝단에 연결되어 상기 소오스 전극(135)에 신호 전압을 인가하기 위한 데이터 패드(도시하지 않음)를 포함하는 데이터 배선을 형성한다. 계속해서, 상기 소오스 전극(135)과 드레인 전극(140) 사이의 노출된 오믹 콘택 패턴(125)을 반응성 이온 식각(reactive ion etching; RIE) 방법에 의해 제거해낸다. 그러면, 게이트 전극(115), 게이트 절연막(120), 액티브 패턴(125), 오믹 콘택 패턴(130), 소오스 전극(135) 및 드레인 전극(140)으로 이루어진 박막 트랜지스터(145)가 완성된다.
본 실시예에서는 액티브 패턴(130), 오믹 콘택 패턴(135) 및 데이터 배선을 2매의 마스크를 이용하여 형성하였으나, 본 출원인이 대한민국 특허청에 출원번호 1998-049710호로 출원한 방법에 의해 1매의 마스크를 이용하여 액티브 패턴(130), 오믹 콘택 패턴(135) 및 데이터 배선을 동시에 형성할 수도 있다. 즉, 게이트 절연막(120) 상에 액티브층, 오믹 콘택층 및 제2 금속막을 순차적으로 증착한다. 상기 제2 금속막 상에 감광막을 도포하고 이를 노광 및 현상하여 박막 트랜지스터의 채널부 위에 위치하며 제1 두께를 갖는 제1 부분, 데이터 배선부 위에 위치하며 상기 제1 두께보다 두꺼운 두께를 갖는 제2 부분 및 감광막이 완전히 제거된 제3 부분을 포함하는 감광막 패턴(도시하지 않음)을 형성한다. 그런 다음, 상기 제3 부분 아래의 제2 금속막, 오믹 콘택층 및 액티브층, 상기 제1 부분 아래의 제2 금속막, 그리고 상기 제2 부분의 일부 두께를 식각하여 상기 제2 금속막으로 이루어진 데이터 배선, n+ 도핑된 비정질실리콘막으로 이루어진 오믹 콘택 패턴(130) 및 비정질실리콘막으로 이루어진 액티브 패턴(125)을 동시에 형성한다. 이어서, 남아있는 감광막 패턴을 제거하면, 하나의 마스크를 이용하여 액티브 패턴(125), 오믹 콘택 패턴(130) 및 데이터 배선이 동시에 형성된다.
도 3b를 참조하면, 상기 박막 트랜지스터(145)가 형성된 제1 절연 기판(110) 의 전면에 감광성 아크릴계 수지와 같은 유기 절연물질을 약 2㎛ 이상의 두께로 두껍게 도포하여 보호막(150)을 형성한다. 유기물로 이루어진 상기 보호막(150)은 낮은 유전율로 인해 그 하부의 데이터 배선과의 사이에 기생 캐패시턴스의 생성을 억제하므로, 화소 전극을 게이트 라인 및 데이터 라인과 중첩되도록 형성하여 높은 개구율의 액정표시장치를 구현할 수 있다. 이때, 박막 트랜지스터 및 패드의 신뢰성을 확보하기 위하여 상기 보호막(150)을 형성하기 전에 박막 트랜지스터(145)가 형성된 제1 절연 기판(110)의 전면에 실리콘 질화물과 같은 무기 절연막을 형성할 수 있다.
이어서, 상기 보호막(150)에 콘택홀(155)을 형성하기 위하여 콘택홀(155)에 상응하는 패턴을 갖는 마스크를 보호막(150) 상에 위치시킨 후, 1차로 풀(full) 노광 공정을 통해 드레인 전극(140) 위의 보호막(150)을 노광시킨다. 계속해서, 마이크로 렌즈 형성용 마스크를 보호막(150) 상에 위치시킨 후, 상기 마스크를 이용한 렌즈 노광 공정을 통해 콘택홀(155)을 제외한 영역의 보호막(150)을 2차로 노광시킨다. 이때, 보호막(150)의 투과창(T)에 대응되는 영역도 함께 노광시키는데, 보호막(150)의 두께에 따라 부분 노광을 실시하거나 풀 노광을 실시한다. 그런 다음, 테트라메틸-수산화암모늄(TMAH) 현상액을 이용하여 현상 공정을 진행하면, 상기 보호막(150)에 드레인 전극(140)을 노출시키는 콘택홀(155)이 형성됨과 동시에, 투과창(T)에 대응되는 영역에 소정 깊이의 트렌치(160)가 형성된다. 또한, 보호막(150)의 표면에는 다수의 요철부(도시하지 않음)들이 형성된다. 상기 트렌치(160)는 보호막(150)의 두께보다 작은 깊이로 형성할 수도 있고, 보호막(150)의 두께와 동일 한 깊이로 형성할 수도 있다.
이어서, 보호막(150)의 리플로우 및 경화를 위해 약 130℃∼230℃의 온도에서 100분 동안 큐어링(curing)을 실시한 후, 화소 콘택 특성을 향상시키기 위하여 알루미늄 에천트를 이용한 전면 식각 공정을 수 초 동안 진행한다.
도 3c를 참조하면, 상기 콘택홀(155), 트렌치(160) 및 보호막(150) 상에 R, G, B의 컬러 층을 증착하고 각 컬러 층에 대한 사진식각 공정을 실시하여 상기 트렌치(160)의 내부에 제1 컬러 필터층(165)을 형성한다. 즉, 상기 제1 컬러 필터층(165)은 투과창(T)에 대응되어 형성된다. 바람직하게는, 단차 증가를 방지하기 위하여 상기 제1 컬러 필터층(165)을 보호막(150)의 표면과 동일한 레벨로 형성함으로써 기판(110)의 표면을 평탄화시킨다.
도 3d를 참조하면, 상기 제1 컬러 필터층(165), 콘택홀(155) 및 보호막(150) 상에 ITO 또는 IZO와 같은 투명 도전막을 증착하고 이를 사진식각 공정으로 패터닝하여 상기 콘택홀(155)을 통해 박막 트랜지스터의 드레인 전극(140)과 접속되는 투명 전극(170)을 형성한다. 상기 투명 전극(170)은 백라이트로부터 입사되는 빛을 투과하고 동시에, 기판(110)의 화소 영역에 하나씩 형성되는 박막 트랜지스터(145)에 연결되는 화소 전극의 역할을 한다. 본 실시예에서는 투명 전극(175)과 제1 컬러 필터층(165)이 함께 존재하는 영역이 투과창(T)으로 제공된다.
이어서, 상기 투명 전극(170) 및 보호막(150) 상에 반사 전극을 구성하는 반사막을 식각하는 에천트에 대해 상기 반사막과 유사한 식각율을 갖는 금속, 예컨대 몰리브덴-텅스텐(MoW)을 약 500Å의 두께로 증착하여 장벽 금속층(도시하지 않음) 을 형성한다. 계속해서, 상기 장벽 금속층 상에 알루미늄(Al), 알루미늄-네오디뮴(AlNd) 또는 은(Ag)과 같이 높은 반사율을 갖는 반사막을 약 1500Å의 두께로 증착한 후, 사진식각 공정으로 상기 반사막 및 장벽 금속층을 패터닝하여 반사 전극(175)을 형성한다.
도 3e를 참조하면, 상기 제1 절연 기판(110)의 전면에 유기 재질의 폴리이미드 계열의 고분자 박막을 도포하고 러빙(rubbing) 처리를 실시하여 액정층 내의 액정 분자들을 선택된 각으로 프리틸팅시키는 제1 배향막(도시하지 않음)을 형성하여 제1 기판(100)을 완성한다.
이어서, 상기 제1 절연 기판(110)과 동일한 물질로 구성된 제2 절연 기판(210) 상에 컬러 필터(215), 블랙 매트릭스(220), 투명 공통 전극(225) 및 제2 배향막(도시하지 않음)을 순차적으로 형성하여 제2 기판(200)을 완성한다. 상기 제2 기판(200)을 제1 기판(100)에 대향하도록 배치한 다음, 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에 스페이서(도시하지 않음)를 개재하여 두 기판(100, 200)을 접합시킨다. 그러면, 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이에 소정의 공간이 형성된다.
그런 다음, 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 사이의 공간에 진공 주입 방법을 이용하여 액정 물질을 주입하여 액정층(240)을 형성함으로써 액정 셀을 완성한다. 이어서, 상기 액정 셀의 전·후면, 즉 제1 기판(100) 및 제2 기판(200) 각각의 바깥 면에 제1 편광판(185) 및 제2 편광판(230)을 형성한다. 또한, 필요에 따라서, 상기 제1 편광판(185) 및 제2 편광판(230) 각각의 바깥 면에 위상차판(도시하지 않음)을 형성할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제2 실시예에 의한 반투과형 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4a를 참조하면, 상술한 제1 실시예와 동일한 방법으로 제1 절연 기판(310) 상에 게이트 전극(315), 게이트 절연막(320), 액티브 패턴(325), 오믹 콘택 패턴(330), 소오스 전극(335) 및 드레인 전극(340)으로 이루어진 박막 트랜지스터(345)를 형성한다.
상기 박막 트랜지스터(345)가 형성된 제1 절연 기판(310)의 전면에 감광성 아크릴계 수지와 같은 유기 절연물질을 약 2㎛ 이상의 두께로 도포하여 보호막(350)을 형성한다. 이때, 박막 트랜지스터 및 패드의 신뢰성을 확보하기 위하여 상기 보호막(350)을 형성하기 전에 실리콘 질화물과 같은 무기 절연막을 형성할 수 있다.
이어서, 상술한 제1 실시예와 동일한 방법으로 상기 보호막(350)에 박막 트랜지스터의 드레인 전극(340)을 노출시키는 콘택홀(355)을 형성함과 동시에, 투과창(T)에 대응되는 영역에 소정 깊이의 트렌치(360)를 형성한다. 이때, 보호막(350)의 표면에 광 산란을 위한 다수의 요철부(도시하지 않음)들을 함께 형성한다. 상기 트렌치(360)는 보호막(350)의 두께보다 작은 깊이로 형성할 수도 있고, 보호막(350)의 두께와 동일한 깊이로 형성할 수도 있다.
상기 보호막(350)의 리플로우 및 경화를 위해 약 130℃∼230℃의 온도에서 100분 동안 큐어링(curing)을 실시한 후, 화소 콘택 특성을 향상시키기 위하여 알루미늄 에천트를 이용한 전면 식각 공정을 수 초 동안 진행한다.
이어서, 상기 콘택홀(355), 트렌치(360) 및 보호막(350) 상에 ITO 또는 IZO와 같은 투명 도전막을 증착하고 이를 사진식각 공정으로 패터닝하여 상기 콘택홀(355)을 통해 박막 트랜지스터의 드레인 전극(340)과 접속되는 투명 전극(370)을 형성한다. 상기 투명 전극(370) 및 보호막(350) 상에 장벽 금속층(도시하지 않음)으로서, 예컨대 몰리브덴-텅스텐(MoW)을 약 500Å의 두께로 증착한 후, 그 위에 알루미늄(Al), 알루미늄-네오디뮴(AlNd) 또는 은(Ag)과 같은 반사막을 약 1500Å의 두께로 증착한다. 그런 다음, 사진식각 공정으로 상기 반사막 및 장벽 금속층을 패터닝하여 반사 전극(375)을 형성한다.
도 4b를 참조하면, 상기 반사 전극(375) 및 투명 전극(370)이 형성된 결과물의 전면에 R, G, B의 컬러 층을 증착하고 각 컬러 층에 대한 사진식각 공정을 실시하여 상기 트렌치(360)를 매립하는 제1 컬러 필터층(380)을 형성한다. 상기 제1 컬러 필터층(380)은 투과창(T)에 대응되어 형성된다.
도 4c를 참조하면, 상술한 바와 같이 제1 컬러 필터층(380)이 형성된 제1 절연 기판(310)의 전면에 유기 재질의 폴리이미드 계열의 고분자 박막을 도포하고 러빙 처리를 실시하여 액정층 내의 액정 분자들을 선택된 각으로 프리틸팅시키는 제1 배향막(도시하지 않음)을 형성하여 제1 기판(100)을 완성한다.
이어서, 상기 제1 절연 기판(310)과 동일한 물질로 구성된 제2 절연 기판(410) 상에 컬러 필터(415), 블랙 매트릭스(420), 투명 공통 전극(425) 및 제2 배향막(도시하지 않음)을 순차적으로 형성하여 제2 기판(400)을 완성한다. 상기 제2 기판(400)을 제1 기판(300)에 대향하도록 배치한 다음, 제1 기판(300)과 제2 기판(400) 사이에 스페이서(도시하지 않음)를 개재하여 두 기판(300, 400)을 접합시킨다. 그러면, 제1 기판(300)과 제2 기판(400) 사이에 소정의 공간이 형성된다.
그런 다음, 제1 기판(300)과 제2 기판(400) 사이의 공간에 진공 주입 방법을 이용하여 액정 물질을 주입하여 액정층(440)을 형성함으로써 액정 셀을 완성한다. 이어서, 상기 제1 기판(300) 및 제2 기판(400) 각각의 바깥 면에 제1 편광판(385) 및 제2 편광판(430)을 형성하고, 필요에 따라 제1 편광판(385) 및 제2 편광판(430) 각각의 바깥 면에 위상차판(도시하지 않음)을 형성한다.
본 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치에 의하면, 액정 셀의 전면에서 입사되고 반사 전극(375)에서 반사된 후 제2 컬러 필터층(415)을 통과하여 다시 액정 셀의 전면으로 출사되는 반사광 경로(455)와, 액정 셀의 후면에서 입사되고 투명 전극(370) 및 제1 컬러 필터층(380)을 통과한 후 제2 컬러 필터층(415)을 통과하여 액정 셀의 전면으로 출사되는 투과광 경로(460)를 갖는다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 보호막의 투과창에 대응되는 영역에 소정 깊이의 트렌치를 형성하고 상기 트렌치를 매립하는 제1 컬러 필터층을 형성한다. 투과 모드시 백라이트로부터 제1 기판으로 입사된 광이 박막 트랜지스터 상에 형성된 제1 컬러 필터층을 통과한 후 제2 기판에 형성된 제2 컬러 필터층을 통과하여 액정 셀의 전면으로 출사되기 때문에, 반사 모드와 마찬가지로 컬러 필터층을 두 번 통과하게 된다. 따라서, 투과 모드와 반사 모드 간에 동일한 색 재현성을 구현하여 시인성을 향상시킬 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 (15)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 투명 전극 및 상기 투명 전극 상에 적층되어 형성되고 상기 투명 전극을 노출시키는 투과창이 형성된 반사 전극을 포함하는 화소 전극;
    상기 기판과 상기 화소 전극 사이에 형성되고, 상기 투과창에 대응되는 영역에 소정 깊이의 트렌치가 형성된 보호막; 및
    상기 트렌치를 매립하도록 형성된 컬러 필터층을 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보호막은 유기 절연물질로 형성된 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 보호막의 표면에 다수의 요철부가 형성된 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 트렌치는 상기 보호막의 두께보다 작은 깊이로 형성된 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 트렌치는 상기 보호막의 두께와 동일한 깊이로 형성된 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 컬러 필터층은 상기 투명 전극의 아래에 형성된 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 컬러 필터층은 상기 투명 전극의 위에 형성된 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  8. 화소가 형성된 제1 기판, 상기 제1 기판에 대향하도록 형성된 제2 기판 및 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하는 액정 셀;
    상기 제1 기판 상에 형성된 투명 전극 및 상기 투명 전극 상에 적층되어 형성되고 상기 투명 전극을 노출시키는 투과창이 형성된 반사 전극을 포함하는 화소 전극;
    상기 제1 기판과 상기 화소 전극 사이에 형성되고, 상기 투과창에 대응되는 영역에 소정 깊이의 트렌치가 형성된 보호막;
    상기 트렌치를 매립하도록 형성된 제1 컬러 필터층; 및
    상기 제2 기판의 상기 제1 기판과 대향하는 일 측면 상에 형성된 제2 컬러 필터층을 구비하고,
    상기 액정 셀의 전면에서 입사되어 상기 반사 전극에서 반사된 후 상기 제2 컬러 필터층을 통과하여 상기 액정 셀의 전면으로 출사되는 반사광 경로와, 상기 액정 셀의 후면에서 입사되고 상기 제1 컬러 필터층을 통과한 후 상기 제2 컬러 필터층을 통과하여 상기 액정 셀의 전면으로 출사되는 투과광 경로를 갖는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  9. 기판 상에 화소를 형성하는 단계;
    상기 화소가 형성된 기판 상에 보호막을 형성하는 단계;
    상기 보호막을 식각하여 투과창에 대응되는 영역에 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 트렌치를 매립하도록 컬러 필터층을 형성하는 단계;
    상기 보호막 및 컬러 필터층 상에 투명 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 투명 전극 상에 반사 전극을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 보호막은 유기 절연물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 트렌치는 상기 보호막의 두께보다 작은 깊이로 형성하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 트렌치는 상기 보호막의 두께와 동일한 깊이로 형성하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
  13. 기판 상에 화소를 형성하는 단계;
    상기 화소가 형성된 기판 상에 보호막을 형성하는 단계;
    상기 보호막을 식각하여 투과창에 대응되는 영역에 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 트렌치의 측벽 및 바닥면 그리고 상기 보호막 위에 연속적으로 투명 전극을 형성하는 단계;
    상기 투명 전극 상에 반사 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 트렌치를 매립하도록 컬러 필터층을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 트렌치는 상기 보호막의 두께보다 작은 깊이로 형성하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 트렌치는 상기 보호막의 두께와 동일한 깊이로 형성하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치의 제조방법.
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