본 발명은 액정 표시장치의 반사판 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 액정 표시장치에 적용되는 반사판의 반사효율을 향상시키기에 적당하도록 한 액정 표시장치의 반사판 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정 표시장치는 매트릭스(matrix) 형태로 배열된 액정 셀들에 화상정보에 따른 데이터신호를 개별적으로 공급하여, 그 액정 셀들의 광투과율을 조절함으로써, 원하는 화상을 표시할 수 있도록 한 표시장치이다.
따라서, 액정 표시장치는 화소 단위를 이루는 액정 셀들이 매트릭스 형태로 배열되는 액정 패널과; 상기 액정 셀들을 구동하기 위한 드라이버 집적회로(integrated circuit : IC)가 구비된다.
상기 액정 패널은 박막 트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 기판이 서로 대향하여 일정하게 이격되고, 그 박막 트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 기판 사이에 액정이 충진된 액정층이 구비된다.
그리고, 상기 액정 패널의 박막 트랜지스터 어레이 기판 상에는 데이터 드라이버 집적회로로부터 공급되는 데이터 신호를 액정 셀들에 전송하기 위한 다수의 데이터 배선들과, 게이트 드라이버 집적회로로부터 공급되는 주사신호를 액정 셀들에 전송하기 위한 다수의 게이트 배선들이 서로 직교하며, 이들 데이터 배선들과 게이트 배선들의 교차부마다 액정 셀들이 정의된다.
이때, 상기 게이트 드라이버 집적회로는 다수의 게이트 배선에 순차적으로 주사신호를 공급함으로써, 매트릭스 형태로 배열된 액정 셀들이 1개 라인씩 순차적으로 선택되도록 하고, 그 선택된 1개 라인의 액정 셀들에는 데이터 드라이버 집적회로로부터 데이터 신호가 공급된다.
한편, 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 기판의 대향하는 내측 면에는 각각 공통전극과 화소전극이 형성되어 상기 액정층에 전계를 인가한다. 이때, 화소전극은 박막 트랜지스터 어레이 기판 상에 액정 셀 별로 형성되는 반면에 공통전극은 컬러필터 기판의 전면에 일체화되어 형성된다. 따라서, 공통전극에 전압을 인가한 상태에서 화소전극에 인가되는 전압을 제어함으로써, 액정 셀들의 광투과율을 개별적으로 조절할 수 있게 된다.
이와같이 화소전극에 인가되는 전압을 액정 셀 별로 제어하기 위하여 각각의 액정 셀에는 스위칭 소자로 사용되는 박막 트랜지스터가 형성된다.
상기 박막 트랜지스터의 게이트 전극에 게이트 배선을 통하여 주사신호가 공급된 액정 셀들에서는, 그 박막 트랜지스터의 소스 전극과 드레인 전극 사이에 도전채널이 형성됨에 따라 상기 데이터 배선을 통해 박막 트랜지스터의 소스 전극에 공급된 데이터신호가 박막 트랜지스터의 드레인 전극을 경유하여 화소전극에 공급된다. 따라서, 박막 트랜지스터의 선택적인 스위칭을 통해 액정 셀 별로 화상정보에 따른 데이터신호의 전압값을 공급 또는 차단함으로써, 해당 액정 셀의 광투과 여부를 조절할 수 있게 된다.
상술한 바와같이 일반적인 액정 표시장치는 자체적으로 발광하지 못하고, 빛 의 투과율을 조절하여 화상을 표시하는 특성을 갖기 때문에 백라이트(back light)와 같은 별도의 광원이나 외부의 자연광이 요구된다.
상기 백라이트를 광원으로 사용하는 액정 표시장치를 통상 투과형, 외부의 자연광을 광원으로 사용하는 액정 표시장치를 반사형이라 한다.
상기 투과형 액정 표시장치는 액정 패널의 밑면에 백라이트가 배치되는 직하 방식과, 액정 패널의 일측면 또는 양측면에 배치되는 에지(edge) 방식으로 나뉘어지며, 현재는 주로 에지 방식이 사용되고 있다.
그러나, 상기 투과형 액정 표시장치는 백라이트에 의해 입사되는 빛의 3% 내지 8%만이 투과되는 매우 비효율적인 광변조기이다.
즉, 2개 편광판의 투과도를 약 45%, 대향하는 2개 유리기판의 투과도를 약 94%, 박막 트랜지스터 어레이 및 화소의 투과도를 약 65%, 컬러필터의 투과도를 약27% 정도로 가정하면, 액정 표시장치의 전체 투과도는 약 7.4%이다.
상기한 바와같이 실제로 액정 표시장치를 투과하는 빛의 양은 백라이트에 의해 입사되는 빛의 약 7% 정도이므로, 고휘도가 요구되는 액정 표시장치의 경우에는 백라이트가 매우 밝아야 하고, 이로 인한 전력소모가 크다.
따라서, 백라이트에 충분한 전원을 공급하기 위해서는 전원 공급장치의 용량을 크게 설계하고, 무게가 많이 나가는 대용량의 배터리(battery)를 사용해 왔다.
그러나, 상기 대용량의 배터리를 사용하더라도 액정 표시장치를 휴대한 상태로 장시간 사용하는데에 제약을 받으며, 또한 대용량의 배터리는 액정 표시장치의 소형 경량화 및 휴대성을 향상시키기 위한 걸림돌로 작용하고 있다.
상기한 바와같은 문제들을 해결하기 위하여 백라이트가 요구되지 않는 반사형 액정 표시장치가 제안되었다.
상기 반사형 액정 표시장치는 백라이트를 사용하지 않고, 자연광을 이용하여 화상을 표시함에 따라 액정구동과 구동회로에 필요한 전력만이 요구되므로, 백라이트에 의해 소모되는 전력량을 대폭 감소시킬 수 있다.
따라서, 액정 표시장치를 휴대한 상태로 장시간 사용할 수 있고, 액정 표시장치의 소형 경량화 및 휴대성을 향상시킬 수 있으며, 단위 화소부 전체를 개구부로 적용할 수 있기 때문에 기존의 백라이트를 적용한 투과형 액정 표시장치에 비해 개구율이 우수하다.
상기 반사형 액정 표시장치는 투과형 액정 표시장치에 구비되는 투명한 도전재질의 화소전극 대신에 불투명하며, 빛을 반사시키는 금속재질의 반사판을 구비한다. 이때, 반사판은 컬러필터 기판에 형성되는 공통 투명전극과 함께 액정층에 전계를 발생시킨다.
이와같이 액정층에 전계가 인가되면, 액정은 유전 이방성에 의해 회전하여 외부에서 입사되는 자연광이나 인조광원이 반사판에 입사되도록 하고, 다시 반사판에서 반사되는 빛을 컬러필터 기판 쪽으로 투과시키며, 그 투과되는 빛의 양은 반사판에 인가되는 데이터 신호의 전압값에 의해 조절된다.
상기한 바와같은 반사형 액정 표시장치의 구성요소들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도1은 일반적인 반사형 액정 표시장치의 단위 화소에 대한 평면도이다.
도1을 참조하면, 게이트 배선(4)이 기판 상에 일정하게 이격되어 행으로 배열되고, 데이터 배선(2)이 일정하게 이격되어 열로 배열된다. 따라서, 게이트 배선(4)과 데이터 배선(2)은 매트릭스 형태로 배열된다. 이때, 단위 액정 셀은 데이터 배선(2)과 게이트 배선(4)의 교차부 마다 정의되며, 박막 트랜지스터(TFT)와 반사판(14)을 구비한다.
상기 게이트 배선(4)의 소정의 위치에서 연장되어 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 전극(10)이 형성되고, 상기 데이터 배선(2)으로부터 소스 전극(8)이 연장되어, 상기 게이트 전극(10)과 소정의 영역이 오버-랩(overlap)되어 있다.
그리고, 상기 게이트 전극(10)을 기준으로 소스 전극(8)과 대응하는 위치에 드레인 전극(12)이 형성되고, 그 드레인 전극(12) 상에 형성된 드레인 콘택홀(16)을 통해 반사판(14)이 드레인 전극(12)과 전기적으로 접촉된다.
상기 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 배선(4)을 통해 게이트 전극(10)에 공급되는 주사신호에 의해 소스 전극(8)과 드레인 전극(12) 사이에 도전 채널을 형성하기 위한 반도체층(도면상에 도시되지 않음)을 구비한다.
이와같이 박막 트랜지스터(TFT)가 게이트 배선(4)으로부터 공급되는 주사 신호에 응답하여 소스 전극(8)과 드레인 전극(12) 사이에 도전 채널을 형성함에 따라 데이터 배선(2)을 통해 소스 전극(8)으로 공급된 데이터 신호가 드레인 전극(12)에 전송되도록 한다.
한편, 드레인 콘택홀(16)을 통해 드레인 전극(12)에 접속된 반사판(14)은 실질적으로 불투명하며, 빛을 반사시키는 금속재질로 형성된다. 이때, 상기 반사판(14)은 컬러필터 기판에 형성되는 공통 투명전극(도면상에 도시되지 않음)과 함께 액정층에 전계를 발생시킨다.
이와같이 액정층에 전계가 인가되면, 액정은 유전 이방성에 의해 회전하여 외부에서 입사되는 자연광이나 인조광원이 반사판(14)에 입사되도록 하고, 다시 반사판(14)에서 반사되는 빛을 컬러필터 기판 쪽으로 투과시키며, 그 투과되는 빛의 양은 반사판(14)에 인가되는 데이터 신호의 전압값에 의해 조절된다.
그리고, 스토리지 콘택홀(22)을 통해 반사판(14)에 접속된 스토리지 전극(20)은 게이트 배선(4) 상에 증착되어 스토리지 커패시터(18)를 형성하며, 스토리지 전극(20)과 게이트 배선(4) 사이에는 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 형성과정에서 증착되는 게이트 절연막(도면상에 도시되지 않음)이 삽입된다.
상기한 바와같은 스토리지 커패시터(18)는 게이트 배선(4)에 주사신호가 인가되는 박막 트랜지스터의 턴-온(turn-on) 기간 동안 주사신호의 전압값이 충전된 후, 박막 트랜지스터의 턴-오프(turn-off) 기간 동안 그 충전된 전압을 상기 화소전극(14)에 공급함으로써, 액정의 구동이 유지되도록 한다.
도2는 도1의 I-I'선을 따라 절단한 단면도로서, 이를 참조하여 일반적인 반사형 액정 표시장치의 박막 트랜지스터 영역에 대한 단면구조를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기판(1) 상에 게이트 전극(10)이 패터닝되고, 그 게이트 전극(10)을 포함한 기판(1)의 전면에는 게이트 절연막(30)이 형성된다. 이때, 게이트 전극(10)은 전술한 바와같이 게이트 배선(4)의 패터닝 과정에서 그 게이트 배선(4)의 소정 위치에서 연장되도록 동시에 패터닝된다.
그리고, 상기 게이트 절연막(30)의 상부에 게이트 전극(10)을 덮어 씌우는 형태로 액티브층(36)이 형성되고, 그 액티브층(36)의 상부에서 서로 대향하여 이격되는 형태로 소스 전극(8)과 드레인 전극(12)이 패터닝된다.
상기 액티브층(36)은 비정질 실리콘으로 이루어진 반도체층(32)과, 인(P)이 고농도로 도핑된 n+ 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹접촉층(34)이 적층되어 형성된다. 상기 소스 전극(8)과 드레인 전극(12)이 이격되는 영역의 반도체층(32) 상부에 형성된 오믹접촉층(34)은 소스 전극(8)과 드레인 전극(12)의 패터닝 과정에서 제거된다.
한편, 상기 소스 전극(8)과 드레인 전극(12)은 상기 게이트 절연막(30)의 상부에도 형성되도록 액티브층(36)의 상부로부터 연장되어 있다.
그리고, 상기 소스 전극(8)과 드레인 전극(12)을 포함하여 노출된 기판(1)의 전면에 화학 기상 증착(chemical vapor deposition : CVD) 방식을 통해 SiNx 재질의 보호막(passivation film, 38)이 증착된다. 상기 보호막(38) 상에는 드레인 전극(12)의 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(16)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 보호막(38) 상부에 반사판(14)이 형성되며, 상기 드레인 콘택홀(16)을 통해 반사판(14)과 드레인 전극(12)이 전기적으로 접촉되도록 패터닝된다.
도3은 도1의 II-II'선을 따라 절단한 단면도로서, 이를 참조하여 일반적인 반사형 액정 표시장치의 스토리지 커패시터 영역에 대한 단면구조를 상세히 설명하 면 다음과 같다.
먼저, 기판(1) 상에 게이트 배선(4)이 패터닝되고, 그 게이트 배선(4)을 포함한 기판(1)의 전면에는 게이트 절연막(30)이 형성된다. 이때, 게이트 절연막(30)은 상기 박막 트랜지스터(TFT) 영역의 게이트 절연막(30) 증착과정에서 동시에 증착된다.
그리고, 상기 게이트 절연막(30)의 상부에 스토리지 전극(20)이 패터닝된다. 이때, 스토리지 전극(20)은 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 소스 및 드레인 전극(8,12) 패터닝 과정에서 동시에 패터닝되어 형성된다.
상기 스토리지 전극(20)은 게이트 절연막(30)을 사이에 두고 게이트 배선(4)의 일부영역과 오버-랩(overlap)되어 스토리지 커패시터(18)로 기능한다.
그리고, 상기 스토리지 전극(20)을 포함하여 노출된 게이트 절연막(30)의 전면에 화학 기상 증착 방식을 통해 SiNx 재질의 보호막(38)이 증착된다. 상기 보호막(38) 상에는 스토리지 전극(20)의 일부를 노출시키는 스토리지 콘택홀(22)이 형성되어 있다. 이때, 보호막(38)은 상기 박막 트랜지스터(TFT) 영역의 보호막(38) 형성과정에서 동시에 형성되고, 스토리지 콘택홀(22)은 상기 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 콘택홀(16) 형성과정에서 동시에 형성된다.
그리고, 상기 보호막(38) 상에 반사판(14)이 형성되며, 상기 스토리지 콘택홀(22)을 통해 반사판(14)과 스토리지 전극(20)이 전기적으로 접촉되도록 패터닝된다.
도4는 상기 도1의 III-III'선을 따라 절단한 단면도로서, 이를 참조하여 데 이터 배선(2) 및 게이트 배선(4)과 반사판(14)의 오버-랩 관계를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기판(1)의 상부 전면에 게이트 배선(4)이 패터닝되고, 그 게이트 배선(4)을 포함한 기판(1)의 전면에 게이트 절연막(30)이 증착된다.
그리고, 상기 게이트 배선(4)과 이격되어 상기 게이트 절연막(30) 상에 데이터 배선(2)이 패터닝된다.
그리고, 상기 데이터 배선(2)을 포함하여 게이트 절연막(30) 상에는 SiNx 등과 같은 무기 절연막 재질의 보호막(38)이 형성된다.
그리고, 상기 보호막(38) 상부의 데이터 배선(2) 및 게이트 배선(4)이 이격되는 영역에 반사판(14)이 패터닝된다.
상기한 바와같은 일반적인 반사형 액정 표시장치는 개구율을 보다 향상시키기 위하여 반사판(14)을 데이터 배선(2) 및 게이트 배선(4)이 형성된 보호막(38)의 상부까지 확장할 경우에 비교적 박막(薄膜)이고, 유전율이 높은 무기 절연막 재질의 보호막(38)에 의해 반사판(14)과 데이터 배선(2) 및 게이트 배선(4)이 오버-랩되므로, 기생용량 등과 같은 문제를 발생시켜 신호특성이 나빠진다.
따라서, 최근에는 유전율이 낮은 벤조싸이클로부텐(benzocyclobutene : BCB), 스핀-온-글래스(spin-on-glass, SOG) 또는 아크릴(acryl)과 같은 유기 절연막을 보호막(38)으로 적용함으로써, 반사판(14)이 데이터 배선(2) 및 게이트 배선(4)과 오버-랩되더라도, 신호특성이 저하되는 것을 방지하여 개구율을 향상시킨 액정 표시장치가 제작되고 있다. 이와같은 고개구율 반사형 액정 표시장치를 첨 부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도5는 일반적인 고개구율 반사형 액정 표시장치의 단위 화소에 대한 평면도로서, 이에 도시한 바와같이 반사판(14)이 데이터 배선(2) 및 게이트 배선(4)의 가장자리 일부와 오버-랩되도록 확장된 것을 제외하면, 상기 도1의 평면도와 동일하다.
상기 반사판(14)이 데이터 배선(2) 및 게이트 배선(4)의 가장자리 일부와 오버-랩되도록 확장할 수 있는 이유는 유전율이 낮은 벤조싸이클로부텐, 스핀-온-글래스 또는 아크릴과 같은 유기 절연막을 후막(厚膜)으로 형성하여 보호막으로 적용함으로써, 데이터 배선(2) 및 게이트 배선(4)과 반사판(14)의 오버-랩에 따른 상호 영향을 방지할 수 있기 때문이다.
또한, 상기 벤조싸이클로부텐, 스핀-온-글래스 또는 아크릴과 같은 유기 절연막을 후막으로 형성하여 보호막으로 적용할 경우에 박막 트랜지스터 어레이 기판의 평탄화에 기여할 수 있는 부수적인 효과가 있다.
도6은 상기 도5의 IV-IV' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도6을 참조하면, 기판(1)의 상부에 게이트 배선(4)이 패터닝되고, 그 게이트 배선(4)을 포함한 기판(1)의 전면에 게이트 절연막(30)이 증착된다.
그리고, 상기 게이트 배선(4)과 이격되어 상기 게이트 절연막(30)의 상부에 데이터 배선(2)이 패터닝된다.
그리고, 상기 데이터 배선(2)을 포함하여 게이트 절연막(30) 상에는 유전율이 낮은 벤조싸이클로부텐, 스핀-온-글래스 또는 아크릴과 같은 유기 절연막 재질 의 후막 보호막(48)이 형성된다. 상기 후막 보호막(48)의 상부에는 SiNx 등과 같은 무기 절연막 재질의 박막 보호막(58)이 형성된다.
그리고, 상기 박막 보호막(58) 상부에 반사판(14)이 상기 데이터 배선(2) 및 게이트 배선(4)의 가장자리 일부와 오버-랩되도록 패터닝된다.
따라서, 반사판(14)이 적층된 유기 절연막 재질의 후막 보호막(48)과 무기 절연막 재질의 박막 보호막(58)에 의해 데이터 배선(2) 및 게이트 배선(4)과 오버-랩되도록 확장됨에 따라 액정 표시장치의 개구율이 향상된다.
한편, 상기 유기 절연막 재질의 후막 보호막(48) 상에 무기 절연막 재질의 박막 보호막(58)을 형성하는 이유는 유기 절연막 재질의 후막 보호막(48) 상부에 불투명한 금속 재질의 반사판(14)이 직접 증착되는 경우에, 증착이 진행되는 챔버(chamber)가 유기물에 의해 오염되는 것을 방지하기 위해서이다.
상기 반사형 액정 표시장치에 적용되는 반사판(14)은 외부에서 입사되는 자연광이나 인조광원을 액정의 구동에 의해 컬러필터 기판 쪽으로 다시 반사시켜 화상이 표시되도록 함에 따라 반사판(14)의 반사효율이 액정 표시장치의 휘도에 직접적인 영향을 미치게 된다.
그러나, 상술한 바와같이 반사판(14)은 표면이 평탄화되어 있어 실제적으로 빛을 반사시키는 면적이 제한되므로, 반사형 액정 표시장치의 휘도특성이 저하되는 문제를 갖게 된다.
따라서, 액정 표시장치의 휘도특성을 향상시키기 위해 반사판(14)의 표면에 굴곡을 형성하는 방법이 제안되었다.
도7a 내지 도7f는 반사형 액정 표시장치에서 반사판의 굴곡을 형성하는 방법을 순차적으로 보인 예시도로서, 이를 참조하여 종래 반사형 액정 표시장치의 반사판 형성방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도7a에 도시한 바와같이 기판(101) 상에 감광성 수지(photosensitive resin) 재질의 레지스트막(102)을 균일하게 도포한 다음 프리베이킹(prebaking)을 실시한다.
그리고, 도7b에 도시한 바와같이 상기 레지스트막(102) 상에 빛의 투과영역과 비투과영역이 패터닝된 마스크(103)를 통해 선택적으로 빛을 조사시킨다.
그리고, 도7c에 도시한 바와같이 상기 빛이 선택적으로 조사된 레지스트막(102)을 현상하여 레지스트막(102)의 패턴을 형성한다. 이때, 레지스트막(102)의 패턴은 현상에 의해 기판(101) 상에 돌출되는 사각 형태의 프로파일(profile)을 갖게 된다.
그리고, 도7d에 도시한 바와같이 상기 레지스트막(102)의 패턴 상에 포스트베이킹(postbaking)을 실시한다. 이때, 포스트베이킹은 레지스트막(102)의 패턴을 고착시키기 위해 실시되는데, 그 포스트베이킹에 의해 레지스트막(102)의 패턴의 상부 모서리는 수축되고, 측면은 부풀게 되어 레지스트막(102)의 패턴은 전체적으로 모서리가 완만해지고, 원형에 가까운 형태의 굴곡진 프로파일을 갖게 된다.
그리고, 도7e에 도시한 바와같이 상기 레지스트막(102)의 패턴을 포함하여 기판(101) 상의 전면에 오버코트층(over-coated layer, 104)을 형성한다. 이때, 오버코트층(104)은 기판(101) 상에 형성된 레지스트막(102)의 굴곡을 따라 형성된다.
그리고, 도7f에 도시한 바와같이 상기 오버코트층(104)의 상부에 금속 스퍼터링(metal sputtering) 방식을 통해 반사판(105)을 증착한다. 이때, 반사판(104)은 상기 오버코트층(104)의 굴곡을 따라 형성된다.
그러나, 상기한 바와같이 반사판(105)을 굴곡지게 형성하여 빛의 반사효율을 향상시킨다고 하더라도, 여전히 보다 향상된 반사효율을 갖는 반사판(105)이 반사형 액정 표시장치의 고휘도를 실현하기 위하여 요구되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 액정 표시장치에 적용되는 반사판의 반사효율을 향상시킬 수 있는 액정 표시장치의 반사판 구조 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
먼저, 상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 액정 표시장치의 반사판에 대한 제1실시예는, 판 형상의 베이스 영역; 및 상기 베이스 영역의 표면에 0.5㎛∼1.5㎛ 범위의 선폭과 이격거리를 갖도록 형성되는 피라미드 형태의 돌기들; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 액정 표시장치의 반사판에 대한 제2실시예는, 기판 상에 0.5㎛∼1.5㎛ 범위의 선폭과 이격거리를 갖는 피라미드 형태의 돌기들을 포함하도록 형성된 감광성 막(photosensitive film)의 패턴; 상기 감광성 막의 패턴 상에 감광성 막의 패턴 굴곡을 따라 형성된 보호막; 및 상기 보호막 상에 보호막의 굴곡을 따라 형성된 반사돌기층; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 액정 표시장치의 반사판에 대한 제3실시예는, 판 형상의 베이스 영역; 및 상기 베이스 영역의 표면에 서로 인접하도록 형성된 일정한 크기의 반구형 홈들; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 액정 표시장치의 반사판 구조 제조방법은 기판 상에 반사판을 형성하는 공정과; 상기 반사판 상부에 감광성 막을 형성하는 공정과; 상기 감광성 막을 노광 및 현상하여 0.5㎛∼1.5㎛ 범위의 균일한 선폭과 이격거리를 갖는 피라미드 형태의 돌기들이 구비되도록 감광성 막의 패턴을 형성하는 공정과; 상기 감광성 막의 패턴을 통해 반사판을 식각하여 감광성 막의 패턴에 따른 굴곡형태를 반사판에 전사시키는 공정과; 상기 잔류하는 감광성 막의 패턴을 제거하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 본 발명의 제2실시예에 따른 액정 표시장치의 반사판 구조 제조방법은 기판 상에 감광성 막을 형성하는 공정과; 상기 감광성 막을 노광 및 현상하여 0.5㎛∼1.5㎛ 범위의 선폭과 이격거리를 갖는 피라미드 형태의 돌기들이 구비되도록 감광성 막의 패턴을 형성하는 공정과; 상기 기판 상에 감광성 막의 패턴을 따라 보호막과 반사판을 순차적으로 형성하여 감광성 막의 패턴에 따른 굴곡형태를 반사판에 전사시키는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 본 발명의 제3실시예에 따른 액정 표시장치의 반사판 구조 제조방법은 기판 상에 반사판을 형성하는 공정과; 상기 반사판 상부에 감광성 막을 형성하는 공정과; 상기 감광성 막을 노광 및 현상하여 일정한 거리마다 반사판이 노출되도록 감광성 막의 패턴을 형성하는 공정과; 상기 반사판의 표면에 일정한 크기의 반구형 홈들이 서로 인접하여 배열되도록 감광성 막의 패턴을 통해 반사판의 노출된 영역을 습식 식각하는 공정과; 상기 잔류하는 감광성 막의 패턴을 제거하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와같은 본 발명에 의한 액정 표시장치의 반사판 구조 및 그 제조방법에 대한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도8은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정 표시장치의 반사판 구조를 보인 예시도이다.
도8을 참조하면, 반사판(200)은 일정하게 이격된 가로방향의 홈들(201)과 일정하게 이격된 세로방향의 홈들(202)이 수직교차하며, 상기 가로방향의 홈들(201)과 세로방향의 홈들(202)의 수직교차에 의해 정의된 영역에 피라미드 형태의 돌기(203)들이 구비되어 있다. 즉, 상기 반사판(200)은 판 형상의 베이스 영역과, 상기 베이스 영역으로부터 상부로 돌출되도록 형성된 피라미드 형태의 돌기(203)로 구성된다.
상기 반사판(200)은 Al, AlNd, Ag 또는 Ag 합금 중에서 선택된 하나의 재질로 형성되며, 상기 피라미드 형태의 돌기(203)들은 최대 높이가 0.5㎛∼5㎛ 정도의 범위를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 도9는 상기 도8의 V-V'선을 따라 절단한 단면도이다.
도9를 참조하면, 반사판(200)은 톱니 형태의 돌기들(203)이 'V' 형태의 홈들(202)에 의해 서로 인접하게 형성되어 있다.
상술한 바와같이 반사판(200)은 Al, AlNd, Ag 또는 Ag 합금 중에서 선택된 하나의 재질로 형성되며, 상기 톱니 형태의 돌기들(203, 즉 도8의 피라미드 형태의 돌기들)은 최대 높이가 0.5㎛∼5㎛ 정도의 범위를 갖는다.
한편, 도10a 내지 도10g의 순차적인 단면구성을 보인 예시도를 참조하여 상기한 바와같은 본 발명의 제1실시예에 따른 액정 표시장치의 반사판 구조 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도10a를 참조하면, 기판(210) 상에 반사판(200)을 형성한다. 이때, 반사판(200)은 Al, AlNd, Ag 또는 Ag 합금 중에서 선택된 하나의 재질을 0,5㎛∼5㎛ 정도의 두께로 형성한다.
그리고, 도10b에 도시한 바와같이 상기 반사판(200)의 상부에 감광성 수지 재질의 레지스트막(211)을 균일하게 도포한 다음 프리베이킹을 실시한다. 이때, 프리베이킹은 레지스트막(211)에 포함된 수분을 증발시키기 위해 실시한다.
그리고, 도10c에 도시한 바와같이 상기 레지스트막(211) 상에 마스크(212)를 통해 선택적으로 노광을 실시한다. 이때, 통상의 노광장비는 3㎛∼5㎛ 정도의 패턴을 정의할 수 있는 한계 해상력(resolution limit)을 갖지만, 본 발명에서는 통상의 노광장비의 한계 해상력보다 낮은 0.5㎛∼1.5㎛ 범위의 선폭과 이격거리를 갖는 패턴이 정의되도록 노광을 실시한다.
따라서, 도10d에 도시한 바와같이 상기 선택적으로 노광된 레지스트막(211)을 현상하면, 잔류하는 레지스트막(211)의 패턴은 단면 모양이 0.5㎛∼1.5㎛ 범위의 균일한 선폭과 이격거리를 갖는 톱니 형태의 요철구조를 갖는다. 실제로, 레지스트막(211)의 패턴은 도8의 예시도에 도시한 피라미드 형태의 돌기들(203)과 유사한 형태를 갖는다.
그리고, 도10e에 도시한 바와같이 상기 레지스트막(211)의 패턴 상에 포스트베이킹을 실시한다. 이때, 포스트베이킹은 잔류하는 레지스트막(211)의 패턴을 고착시키기 위해 통상 120℃∼160℃ 정도의 온도로 1분∼5분 동안 실시한다.
상기 도10e와 종래의 도7d를 비교하면, 본 발명에 의한 레지스트막(211)의 패턴은 포스트베이킹에 의한 영향을 거의 받지 않게 된다. 이에 대해서는 이후에 실험결과를 참조하여 상세히 설명한다.
그리고, 도10f에 도시한 바와같이 상기 레지스트막(211)의 패턴을 통해 반사판(200)의 식각을 진행한다. 이때, 반사판(200)의 식각은 방향성을 갖는 건식식각을 적용하여 반사판(200)의 표면으로부터 최대 깊이가 0.5㎛∼5㎛ 정도의 범위를 갖는 홈이 형성될 때까지 진행하는 것이 바람직하다.
상기 식각에 따라 레지스트막(211)의 패턴이 점차로 식각되면서 노출되는 반사판(200)의 식각이 진행되므로, 레지스트막(211)의 패턴이 갖는 톱니 형태의 요철구조가 반사판(200)에 전사되어 나타난다. 실제로, 반사판(200)은 도8의 예시도에 도시한 피라미드 형태의 돌기들(203)을 구비하게 된다.
그리고, 도10g에 도시한 바와같이 상기 잔류하는 레지스트막(211)의 패턴을 제거한다. 이로써, 판 형상의 베이스 영역 및 상기 베이스 영역의 표면에 형성된 피라미드 형태의 돌기들(203)로 구성된 반사판(200)의 제조가 완료된다.
상술한 바와 같은 구조 및 제조 방법을 가지는 본 발명의 제1실시예에 따른 반사판(200)은 유효 반사면적 및 경사면 면적이 최대화됨으로써, 외부에서 입사되는 자연광이나 인조광원의 집광 및 난반사에 유리한 구조를 갖게 되어 반사효율이 향상된다.
따라서, 본 발명에 제1실시예에 따른 반사판을 반사형이나 투과반사형과 같은 액정 표시장치의 반사전극으로 적용할 경우에 액정 표시장치의 휘도 특성과 시야각 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 본 발명에 의한 레지스트막(211)의 패턴이 포스트베이킹에 의한 영향을 거의 받지 않는 이유에 대해 실험결과를 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도11a 및 도11b에 도시한 바와같이 Cr 코팅된 기판(도면상에 도시되지 않음) 상에 1㎛ 선폭과 1㎛ 이격거리를 갖는 패턴(300) 100개와 2㎛ 선폭과 2㎛ 이격거리를 갖는 패턴(400) 100개를 형성한다. 이때, Cr 코팅된 기판을 적용함에 따라 1㎛,2㎛ 선폭과 이격거리를 갖는 패턴(300,400)에 잔사 및 스컴(scum)의 발생 여부를 쉽게 확인할 수 있게 된다. 그리고, 1㎛,2㎛ 선폭과 이격거리를 갖는 패턴(300,400)을 형성하기 위한 레지스트막의 도포, 노광 및 현상은 통상적인 공정을 적용하였다.
그리고, 상기 1㎛,2㎛ 선폭과 이격거리를 갖는 패턴(300,400) 상에 아래의 표 1과 같은 조건을 통해 열처리를 실시한다.
|
온도조건(℃) |
제1열처리유닛 |
제2열처리유닛 |
열처리조건1 |
120 |
130 |
열처리조건2 |
130 |
140 |
열처리조건3 |
140 |
150 |
열처리조건4 |
150 |
160 |
그리고, 상기 열처리 조건1∼열처리 조건4에 따른 1㎛,2㎛ 선폭과 이격거리를 갖는 패턴(300,400)의 단면 SEM(scanning electron microscope)을 관찰하였으며, 이를 도12a 내지 도12d에 나타냈다.
먼저, 1㎛,2㎛ 선폭과 이격거리를 갖는 패턴(300,400) 상에 열처리 조건1이 적용될 경우에는 도12a에 도시한 바와같이 1㎛,2㎛ 선폭과 이격거리를 갖는 패턴(300,400) 모두가 프로파일 변형이 아주 미세하다.
그리고, 1㎛,2㎛ 선폭과 이격거리를 갖는 패턴(300,400) 상에 열처리 조건2와 열처리 조건3이 적용될 경우에는 도12b와 도12c에 도시한 바와같이 1㎛ 선폭과 이격거리를 갖는 패턴(300)은 프로파일 변형이 여전히 미세하지만, 2㎛ 선폭과 이격거리를 갖는 패턴(400)은 프로파일 변형이 현저하게 나타난다. 즉, 2㎛ 선폭과 이격거리를 갖는 패턴(400)은 열처리 조건2와 열처리 조건3에 의해 점차로 상부 모서리가 수축되고, 측면이 부풀어 전체적으로 모서리가 완만해지고, 반구 형태에 가깝게 프로파일이 변형된다.
그리고, 1㎛,2㎛ 선폭과 이격거리를 갖는 패턴(300,400) 상에 열처리 조건4가 적용될 경우에는 도12d에 도시한 바와같이 1㎛ 선폭과 이격거리를 갖는 패턴(300)은 프로파일 변형이 여전히 미세하지만, 2㎛ 선폭과 이격거리를 갖는 패턴(400)은 프로파일의 급격한 변형으로 인해 반구 형태가 된다.
따라서, 상기 도10e에 도시한 레지스트막(211)의 패턴은 0.5㎛∼1.5㎛ 범위의 선폭과 이격거리를 갖도록 노광이 실시되었기 때문에 상기 실험결과에서 알 수 있는 바와같이 포스트베이킹에 의해 프로파일 변형이 거의 발생되지 않는다.
한편, 본 발명의 제2실시예에 따른 액정 표시장치의 반사판 구조의 평면 구성은 본 발명의 제1실시예와 유사하지만, 그 단면 구성에서 차별화된다.
즉, 도13의 예시도를 참조하면, 기판(501) 상에 0.5㎛∼1.5㎛ 범위의 선폭과 이격거리를 갖는 피라미드 형태의 돌기들을 포함하도록 형성된 감광성 수지 재질의 레지스트막(502)의 패턴이 형성되고, 상기 레지스트막(502)의 패턴 상에 레지스트막(502)의 패턴 굴곡을 따라 적층된 보호막(503)과, 상기 보호막(503) 상에 보호막(503)의 굴곡을 따라 형성된 반사돌기층, 즉 반사판(500)으로 구성된다.
상기 반사판(500)은 본 발명의 제1실시예와 마찬가지로 Al, AlNd, Ag 또는 Ag 합금 중에서 선택된 하나의 재질로 형성된다.
또한, 상기 반사판(500)은 0.5㎛∼1.5㎛ 범위의 선폭과 이격거리를 갖는 피라미드 형태의 돌기들이 구비된 레지스트막(502)의 패턴 굴곡을 따라 형성되므로, 본 발명의 제1실시예와 유사한 평면 구성을 갖게 된다.
상기한 바와같은 본 발명의 제2실시예에 따른 액정 표시장치의 반사판 구조 제조방법을 도14a 내지 도14e의 순차적인 단면 예시도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도14a에 도시한 바와같이 기판(501) 상에 감광성 수지 재질의 레지스트막(502)을 균일하게 도포한 다음 프리베이킹을 실시한다. 이때, 프리베이킹은 레지스트막(501)에 포함된 수분을 증발시키기 위해 실시한다.
그리고, 도14b에 도시한 바와같이 상기 레지스트막(502) 상에 마스크(510)를 통해 선택적으로 노광을 실시한다. 이때, 통상의 노광장비는 3㎛∼5㎛ 정도의 패턴을 정의할 수 있는 한계 해상력을 갖지만, 본 발명에서는 통상의 노광장비의 한계 해상력보다 낮은 0.5㎛∼1.5㎛ 범위의 선폭과 이격거리를 갖는 패턴이 정의되도록 노광을 실시한다.
따라서, 상기와 같이 선택적으로 노광된 레지스트막(502)을 현상하면, 도 14c에 도시한 바와 같이 잔류하는 레지스트막(502)의 패턴은 단면 모양이 0.5㎛∼1.5㎛ 범위의 균일한 선폭과 이격거리를 갖는 톱니 형태의 요철구조를 갖는다. 실제로, 레지스트막(502)의 패턴은 도8의 예시도에 도시한 피라미드 형태의 돌기들(203)과 유사한 형태를 갖는다.
그리고, 도14d에 도시한 바와같이 상기 레지스트막(502)의 패턴 상에 포스트베이킹을 실시한다. 이때, 포스트베이킹은 잔류하는 레지스트막(502)의 패턴을 고착시키기 위해 통상 120℃∼160℃ 정도의 온도로 1분∼5분 동안 실시하며, 전술한 실험결과로부터 상기 포스트베이킹에 의해 0.5㎛∼1.5㎛ 범위의 선폭과 이격거리를 갖는 레지스트막(502)의 프로파일 변형이 거의 발생되지 않는다는 사실을 알 수 있다.
그리고, 도14e에 도시한 바와같이 상기 기판(501) 상에 레지스트막(502)의 패턴을 따라 보호막(503)과 반사판(500)을 순차적으로 형성하여 레지스트막(502)의 패턴에 따른 굴곡형태를 반사판(500)에 전사시킨다. 이때, 상기 보호막(503)은 불투명한 금속 재질의 반사판(500)이 유기막인 레지스트막(502)에 직접 증착됨에 의해 발생하게 되는 반응 챔버(chamber)의 오염을 방지하기 위하여 형성한다.
상기 반사판(500)은 0.5㎛∼1.5㎛ 범위의 선폭과 이격거리를 갖는 피라미드 형태의 돌기들이 구비된 레지스트막(502)의 패턴 굴곡을 따라 형성되므로, 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 반사판(200)과 유사한 평면구성을 갖게 된다.
따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 반사판(500)은 본 발명의 제1실시예와 동일하게 유효 반사면적 및 경사면 면적이 최대화됨으로써, 외부에서 입사되는 자 연광이나 인조광원의 집광 및 난반사에 유리한 구조를 갖게 되어 반사효율이 향상된다.
따라서, 본 발명에 제1실시예에 따른 반사판을 반사형이나 투과반사형과 같은 액정 표시장치의 반사전극으로 적용할 경우에 액정 표시장치의 휘도 특성과 시야각 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 제3실시예에 따른 액정 표시장치의 반사판 구조는 일정한 크기의 반구형 홈들이 서로 인접하여 배열된 것을 특징으로 한다.
즉, 도15의 예시도를 참조하면, 반사판(600)은 판 형상의 베이스 영역 및 상기 베이스 영역의 표면에 서로 인접하도록 형성된 일정한 크기의 반구형 홈들(601)을 포함하여 구성된다.
상기 반사판(600)은 본 발명의 제1,제2실시예와 마찬가지로 Al, AlNd, Ag 또는 Ag 합금 중에서 선택된 하나의 재질로 형성되며, 상기 반구형 홈들(601)은 최대 깊이가 0.5㎛∼5㎛ 정도의 범위를 갖도록 형성되어 있다.
도16a 내지 도16f는 상기 본 발명의 제3실시예에 따른 액정 표시장치의 반사판 제조방법을 순차적인 단면으로 보인 예시도이다.
먼저, 도16a에 도시한 바와같이 기판(610) 상에 반사판(600)을 형성한다. 이때, 반사판(600)은 Al, AlNd, Ag 또는 Ag 합금 중에서 선택된 하나의 재질을 0.5㎛∼5㎛ 정도의 두께로 형성한다.
그리고, 도16b에 도시한 바와같이 상기 반사판(600)의 상부에 감광성 수지 재질의 레지스트막(611)을 균일하게 도포한 다음 프리베이킹을 실시한다. 이때, 프리베이킹은 레지스트막(611)에 포함된 수분을 증발시키기 위해 실시한다.
그리고, 도16c에 도시한 바와같이 상기 레지스트막(611) 상에 마스크(612)를 통해 선택적으로 노광을 실시한다.
그리고, 도16d에 도시한 바와같이 상기 선택적으로 노광된 레지스트막(611)을 현상하여 일정한 거리마다 반사판(600)이 노출되도록 레지스트막(611)의 패턴을 형성한 다음 포스트베이킹을 실시한다. 이때, 포스트베이킹은 잔류하는 레지스트막(611)의 패턴을 고착시키기 위해 통상 120℃∼160℃ 정도의 온도로 1분∼5분 동안 실시한다. 이때, 포스트베이킹에 의한 레지스트막(611)의 변형 여부는 본 발명의 제3실시예에서는 큰 영향을 미치지 않는다. 즉, 레지스트막(611)의 변형이 발생하거나 또는 발생하지 않거나 무방하다.
그리고, 도16e에 도시한 바와같이 상기 반사판(600)의 노출된 영역을 습식 식각하여 반사판(600)의 표면에 일정한 크기의 반구형 홈들(601)이 서로 인접하여 배열되도록 한다. 이때, 습식 식각은 등방성 특징을 갖기 때문에 레지스트막(611)의 패턴에 의해 반사판(600)이 가려진 영역도 식각에 영향을 받게 되어, 결과적으로 반사판(600)에 일정한 크기의 반구형 홈들(601)이 형성된다.
그리고, 도16f에 도시한 바와같이 상기 잔류하는 레지스트막(611)의 패턴을 제거한다.
상기 반사판(600)의 표면에 일정한 크기의 반구형 홈들(601)이 서로 인접하여 배열될 수 있도록 하기 위해서는 다음과 같은 사항들을 고려해야 한다.
상기 반사판(600)의 표면을 일정한 거리마다 노출시키는 레지스트막(611)의 패턴의 선폭과 이격거리가 적절히 제어되어야 하며, 이는 상기 레지스트막(611)의 노광 과정에서 고려되어야 한다.
아울러, 상기 레지스트막(611)의 패턴에 의해 반사판(600)의 노출된 영역을 식각하기 위한 습식 식각의 조건을 적절히 조절해야 한다. 즉, 습식 식각의 조건을 조절하여 반구형 홈들(601)의 깊이를 변화시킴으로써, 반구형 홈들(601)이 서로 인접할 수 있도록 한다. 상기 반구형 홈들(601)의 최대 깊이는 0.5㎛∼5㎛ 정도의 범위를 갖도록 습식 식각의 조건을 설정하는 것이 바람직하다.
상기한 바와같은 본 발명의 제3실시예에 따른 반사판 구조 및 그 제조방법에 의해 반사판(600)은 본 발명의 제1,제2실시예와 달리 피라미드 형태의 돌기를 갖지 않지만, 반구형 홈들(601)이 구비되므로, 결과적으로 제1,제2실시예와 동일하게 유효 반사면적 및 경사면 면적이 최대화됨으로써, 외부에서 입사되는 자연광이나 인조광원의 집광 및 난반사에 유리한 구조를 갖게 되어 반사효율이 향상된다.
상술한 바와같이 본 발명에 의한 액정 표시장치의 반사판 및 그 제조방법은 피라미드 형태의 돌기나 반구형 홈이 구비된 반사판을 제공한다.
상기 피라미드 형태의 돌기나 반구형 홈이 구비된 반사판은 유효 반사면적 및 경사면 면적이 최대화됨으로써, 외부에서 입사되는 자연광이나 인조광원의 집광 및 난반사에 유리한 구조를 갖게 되어 반사효율이 향상된다.
따라서, 본 발명에 의한 반사판을 반사형이나 투과반사형과 같은 액정 표시장치의 반사전극으로 적용할 경우에 액정 표시장치의 휘도 특성과 시야각 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.