KR20010016982A - 반사투과형 액정 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반사형 액정 표시장치와 투과형 액정 표시장치의 겸용이 가능한 반사투과 액정 표시장치로서, 투명기판과; 상기 투명기판 상에 형성된 게이트 전극과; 상기 게이트 전극 및 노출된 투명기판 상에 형성된 제 1 절연막과; 상기 게이트 전극 상부 상기 제 1 절연막 상에 형성된 반도체층과; 상기 반도체층 상에 형성된 소스 및 드레인 전극과; 상기 소스 및 드레인 전극과 노출된 절연막 상에 형성되고, 상기 드레인 전극의 일부가 노출된 드레인 콘택홀을 갖는 제 2 절연막과; 상기 제 2 절연막 상에 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 실질적으로 투명한 화소전극과; 상기 화소전극 및 기판 전면에 형성되고, 상기 드레인 콘택홀 상부 상기 화소전극 상에 접속홀을 갖는 제 3 절연막과; 상기 제 3 절연막 상에 형성되고, 상기 접속홀을 통해 상기 화소전극과 접촉하며, 평면적으로 내부에 투과홀을 갖는 실질적으로 불투명한 반사전극을 포함하는 반사투과형 액정 표시장치에 관해 개시하고 있다.

Description

반사투과형 액정 표시장치{Transflective liquid crystal display device}
본 발명은 액정 표시장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 고 개구율 및 고 반사효율을 갖는 반사 및 투과 겸용의 반사투과(transflective)형 액정표시 장치에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급진전함에 따라, 대량의 정보를 처리하고 이를 표시하는 디스플레이(display)분야가 발전하고 있다.
근대까지 브라운관(cathode-ray tube ; CRT)이 표시장치의 주류를 이루고 발전을 거듭해 오고 있다.
그러나, 최근 들어 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 시대상에 부응하기 위해 평판 표시장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었다. 이에 따라 색 재현성이 우수하고 박형인 박막 트랜지스터형 액정 표시소자(Thin film transistor-liquid crystal display device ; 이하 TFT-LCD라 한다)가 개발되었다.
TFT-LCD의 동작을 살펴보면, 박막 트랜지스터에 의해 임의의 화소(pixel)가 스위칭 되면, 스위칭된 임의의 화소는 하부광원의 빛을 투과할 수 있게 한다.
상기 스위칭 소자는 반도체층을 비정질 실리콘으로 형성한, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(amorphous silicon thin film transistor ; a-Si:H TFT)가 주류를 이루고 있다. 이는 비정질 실리콘 박막이 저가의 유리기판과 같은 대형 절연기판 상에 저온에서 형성하는 것이 가능하기 때문이다.
일반적으로 사용되는 TFT-LCD는 패널의 하부에 위치한 백라이트라는 광원의 빛에 의해 영상을 표현하는 방식을 써왔다.
그러나, TFT-LCD는 백라이트에 의해 입사된 빛의 3∼8%만 투과하는 매우 비효율적인 광 변조기이다.
두 장의 편광의 투과도는 45%, 하판과 상판의 유리 두 장의 투과도는 94%, TFT어레이 및 화소의 투과도는 약 65%, 컬러필터 외의 투과도는 27%라고 가정하면 TFT-LCD의 광 투과도는 약 7.4%이다.
도 1은 백라이트에서 나온 빛의 각 층별 투과도를 도식적으로 나타낸 도면이다.
상술한 바와 같이 실제로 TFT-LCD를 통해 보는 빛의 양은 백라이트에서 생성된 광의 약 7%정도이므로, 고 휘도의 TFT-LCD에서는 백라이트의 밝기가 밝아야 하고, 상기 백라이트에 의한 전력 소모가 크다.
따라서, 충분한 백라이트의 전원 공급을 위해서는 전원 공급 장치의 용량을 크게 하여, 무게가 많이 나가는 배터리(battery)를 사용해 왔다. 그러나 이 또한 장시간 사용할 수 없었다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 최근에 백라이트광을 사용하지 않는 반사형 TFT-LCD가 연구되었다. 이는 자연광을 이용하여 동작하므로, 백라이트가 소모하는 전력량을 절약할 수 있는 효과가 있기 때문에 장시간 휴대상태에서 사용이 가능하고, 한 화소부 전체가 개구뷰가 되기 때문에 개구율 또한 기존의 백라이트형 TFT-LCD보다 우수하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 반사형 TFT-LCD에 관해 설명한다.
일반적인 TFT-LCD는 하부 기판이라 불리는 박막 트랜지스터 배열 기판(TFT array substrate), 상부 기판이라 불리는 컬러필터 기판(color filter substrate)등으로 구성된다. 이하 설명될 내용은 하부 기판인 박막 트랜지스터 배열 기판에 관한 것이다.
먼저, 종래의 반사형 TFT-LCD(100)의 한 픽셀에 해당하는 평면도인 도 2를 참조하여 설명하면, 기판 상에 행으로 배열된 N 번째 게이트 배선(8)과 N-1 번째 게이트 배선(6)이 위치하고, 열로 배열된 N 번째 데이터 배선(2)과 N+1 번째 데이터 배선(4)이 매트릭스(matrix)를 이루고 있다.
그리고, N 번째의 게이트 배선(8)의 소정의 위치에 게이트 전극(18)이 위치하고, N 번째 데이터 배선에 소스 전극(12)이 상기 게이트 전극(18) 상에 소정의 길이로 오버랩(overlap) 되게 형성되어있다.
또한, 상기 소스 전극(12)과 대응되게 드레인 전극(14)이 형성되어 있고, 상기 드레인 전극(14) 상에 위치한 콘택홀(16)을 통해 반사 전극(10)이 상기 드레인 전극(14)과 전기적으로 접촉하고 있다. 일반적으로, 상기 반사전극(10)은 반사율이 우수한 금속이 쓰인다.
도 3은 도 2의 절단선 Ⅲ-Ⅲ으로 자른 단면을 도시한 단면도로써, 상기 종래의 반사형 TFT-LCD의 단면 구조가 잘 나타나있다.
상기 반사형 TFT-LCD의 단면 구조를 살펴보면, 기판(1)과 상기 기판(1) 상에 게이트 전극(18)이 형성되어 있다. 상기 게이트 전극(18) 상에는 게이트 절연막(20)이 형성되고, 상기 게이트 전극(18) 상부 상기 게이트 절연막(20) 상에는 반도체층(22)이 형성되며, 상기 반도체층(22)과 접촉하는 소스 및 드레인 전극(12, 14)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 소스 및 드레인 전극(12, 14)과 노출된 기판 전면에는 보호막(24)이 형성되어 있다. 상기 보호막(24)에는 상기 드레인 전극(14)의 일부가 노출되도록 형성된 드레인 콘택홀(16)이 형성되어 있으며, 상기 드레인 콘택홀(16)을 통해 상기 드레인 전극(14)과 접촉하는 반사전극(10)이 상기 보호막(24) 상에 형성되어 있다.
상술한 바와 같은 반사형 TFT-LCD는 백라이트와 같은 내부적 광원을 사용하지 않고, 자연의 빛 내지는 외부의 인조 광원을 사용하여 구동하기 때문에 장시간 사용이 가능하다.
즉, 반사형 TFT-LCD는 외부의 자연광을 상기 반사 전극(10)에 반사시켜, 반사된 빛을 이용하는 구조로 되어 있다.
그러나, 자연광 또는 인조 광원이 항상 존재하는 것은 아니다. 즉, 상기 반사형 TFT-LCD는 자연광이 존재하는 낮이나, 외부 인조광이 존재하는 사무실 및 건물 내부에서는 사용이 가능할지 모르나, 자연광이 존재하지 않는 야간에는 상기 반사형 TFT-LCD를 사용할 수 없게 된다.
따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 반사형 TFT-LCD와 투과형 TFT-LCD의 장점을 수용하면서, 주/야간 동시에 사용할 수 있는 액정 표시장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 백라이트에서 나온 빛의 각 층별 투과도를 도식적으로 나타낸 그래프.
도 2는 종래의 반사형 액정 표시장치의 한 화소에 해당하는 부분을 도시한 평면도.
도 3은 종래의 반사형 액정 표시장치의 한 화소부에 해당하는 단면을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정 표시장치의 한 화소부에 해당하는 평면을 도시한 평면도.
도 5a 내지 도 5d는 도 4의 절단선인 Ⅴ-Ⅴ로 자른 단면의 제작 공정을 나타내는 공정도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시장치의 다른 예를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정 표시장치의 투과홀 부근을 확대한 단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 기판 52 : 게이트 전극
62 : 소스 전극 64 : 드레인 전극
66 : 드레인 콘택홀 68 : 반사전극
70 : 화소전극 80 : 게이트 절연막
82 : 반도체층 84 : 보호막
86 : 층간 절연막 72 : 투과홀
100 : 액정층 102 : 백라이트
104 : 컬러필터 106 : 상판
108 : 하판
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 투명기판과; 상기 투명기판 상에 형성된 게이트 전극과; 상기 게이트 전극 및 노출된 투명기판 상에 형성된 제 1 절연막과; 상기 게이트 전극 상부 상기 제 1 절연막 상에 형성된 반도체층과; 상기 반도체층 상에 형성된 소스 및 드레인 전극과; 상기 소스 및 드레인 전극과 노출된 절연막 상에 형성되고, 상기 드레인 전극의 일부가 노출된 드레인 콘택홀을 갖는 제 2 절연막과; 상기 제 2 절연막 상에 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 실질적으로 투명한 화소전극과; 상기 화소전극 및 기판 전면에 형성되고, 상기 드레인 콘택홀 상부 상기 화소전극 상에 접속홀을 갖는 제 3 절연막과; 상기 제 3 절연막 상에 형성되고, 상기 접속홀을 통해 상기 화소전극과 접촉하며, 평면적으로 내부에 실질적으로 사각형의 투과홀을 갖는 반사전극을 포함하는 반사투과형 액정 표시장치를 제공한다.
또한, 본 발명에서는 투명기판과; 상기 투명기판 상에 형성된 게이트 전극과; 상기 게이트 전극 및 노출된 투명기판 상에 형성된 제 1 절연막과; 상기 게이트 전극 상부 상기 제 1 절연막 상에 형성된 반도체층과; 상기 반도체층 상에 형성된 소스 및 드레인 전극과; 상기 소스 및 드레인 전극과 노출된 절연막 상에 형성되고, 상기 드레인 전극의 일부가 노출된 드레인 콘택홀을 갖는 제 2 절연막과; 상기 제 2 절연막 상에 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하고, 평면적으로 내부에 실질적으로 사각형의 투과홀을 갖는 반사전극과; 상기 화소전극 및 기판 전면에 형성되고, 상기 드레인 콘택홀 상부 상기 반사전극 상에 접속홀을 갖는 제 3 절연막과; 상기 제 3 절연막 상에 형성되고, 상기 접속홀을 통해 상기 반사전극과 접촉하는 실질적으로 투명한 화소전극을 포함하는 반사투과형 액정 표시장치를 제공한다.
바람직하게는 상기 반사전극은 실질적으로 불투명한 금속인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제 3 절연막은 바람직하게는 유기질의 BCB인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정 표시장치의 평면을 도시한 평면도로서, 가로방향으로 게이트 배선(50)이 형성되며, 상기 게이트 배선(50)에서 연장된 게이트 전극(52)이 형성되어 있다.
그리고, 세로??향으로 데이터 배선(60)이 형성되며, 상기 게이트 전극(52)이 형성된 부근의 데이터 배선(60)에서 연장된 소스전극(62)이 상기 게이트 전극(52)과 소정면적 오버랩되어 형성된다.
또한, 상기 게이트 전극(52)을 중심으로 상기 소스전극(62)과 대응되는 위치에 드레인 전극(64)이 형성되어 있다.
본 발명에서 드레인 전극(64)은 상기 드레인 전극(64) 상에 형성된 콘택홀(66)을 통해 두 개의 서로 다른 물질로 형성된 화소부(68, 70)와 접촉하고 있다. 즉, 실질적으로 불투명한 금속재질로 형성된 반사전극(68)과 실질적으로 투명한 도전성 재질로 형성된 화소전극(70)이 그것인데, 상기 반사전극(68)은 내부에 투과홀(72)을 더욱 포함하고 있다.
상기 투과홀(72)은 바람직하게는 네모형상이며, 그 기능에 관해서는 추후에 설명한다.
상기 화소전극(70)은 상기 반사전극(68) 내부에 형성된 투과홀(72)보다 면적이 크면 된다. 즉, 상기 투과홀(72)을 상기 화소전극(70)이 가리는 형상으로 본 발명의 반사투과형 액정 표시장치는 형성된다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정 표시장치의 평면도를 도시한 도 4의 절단선 Ⅴ-Ⅴ로 자른 단면의 제작공정을 도시한 공정도로서, 도 5a 내지 도 5d를 참조하여 제조공정을 상세히 설명한다.
도 5a는 기판(1) 상에 게이트 전극(52)을 형성하는 단계를 도시한 도면이다. 상기 게이트 전극(52)은 내식성이 강한 크롬, 텅스텐 등의 금속이 쓰일 수 있으며, 저저항의 알루미늄 합금 등도 쓰인다.
도 5b에 도시된 도면은 게이트 절연막(80) 및 반도체층(82)과 소스 및 드레인 전극(62, 64)을 형성하는 단계를 도시하고 있다.
즉, 상기 게이트 절연막(80)은 상기 게이트 전극(52)을 덮는 형태로 기판(1) 상에 형성하고, 반도체층(82)은 상기 게이트 전극(52) 상부 상기 게이트 절연막(80) 상에 형성한다. 이후, 소스 및 드레인 전극(62, 64)을 상기 반도체층(82) 상에 형성한다.
이후, 도 5c에 도시된 도면에서와 같이 상기 소스 및 드레인 전극(62, 64)과 노출된 게이트 절연막(80) 상에 보호막(84)을 증착하고, 상기 드레인 전극(64)의 일부가 노출되도록 드레인 콘택홀(66)을 형성한다. 상기 보호막(84)은 절연특성이 있고, 내습성 및 광투과율이 우수한 BCB(benzocyclobutene)가 주로 쓰인다.
상기 드레인 콘택홀(66) 형성 후에 상기 드레인 전극(64)과 접촉하는 화소전극(70)을 형성한다. 상기 화소전극(70)은 바람직하게는 광투과율이 우수한 인듐-틴-옥사이드(ITO)가 주로 쓰인다.
도 5d는 반사전극(68)을 형성하는 단계를 도시한 도면이다. 상기 반사전극(68)은 상기 화소전극(70) 상부에 위치하게 되는데, 상기 화소전극(70) 상에 층간절연막(86)으로 실리콘 질화막(SiNx)을 증착하고 상기 드레인 콘택홀(66)이 형성된 부근에 상기 화소전극(70)의 일부가 노출되도록 패터닝한다.
이후, 상기 층간 절연막(86) 상에 상기 화소전극(70)과 접촉하는 반사전극(68)을 형성한다. 상기 반사전극(68)은 평면적으로 투과홀(72)을 포함하고 있으며, 그 기능에 대해서는 도 6에서 상세히 설명한다.
상기 도 5d에 도시된 바와 같이 상기 화소전극(70) 상부에 반사전극(68)이 형성될 수 있고, 반대로 도 6에 도시된 도면에서와 같이 상기 층간 절연막(86)을 중심으로 상기 반사전극 상부에 화소전극이 형성될 수도 있다.
상기 화소전극(70)은 투명한 도전성 재질로 인듐-틴-옥사이드(ITO), 인듐-징크-옥사이드(IZO) 등이 사용된다.
도 7은 상술한 반사투과형 TFT-LCD의 한 화소에 대한 단면을 도시한 단면도로써, 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 실시예의 반사투과 TFT-LCD에 관해 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 6에 도시된 도면은 본 발명의 실시예에 따른 공정을 도시한 도 5a 내지 도 5d의 개략적인 부분만 표현하였다. 즉, 도 7은 투과홀과 반사 및 화소전극부분을 중점으로 도시하였다.
하판(108)에는 스위칭 소자(미도시)와 화소전극(70)과 반사전극(68)이 위치하고, 상기 하판(108) 상부에는 컬러필터(104)가 형성된 상판(106)이 위치하고 있다.
그리고, 상기 하판(108)과 상기 상판(106)에 개재된 형태로 액정층(100)이 위치하고 있다. 또한, 상기 하판(108) 하부에는 백라이트(102)가 위치하고 있다.
상기 하판(108) 상부에 형성된 반사전극(68)은 외부광(110)을 반사할 수 있도록 반사율이 우수한 도전물질이 주로 쓰이며, 실질적으로 불투명한 금속이 사용된다.
그리고, 상기 반사전극(68) 내부에는 평면적으로 투과홀(hole : 72)이 존재한다.
즉, 상기 투과홀(72)이 형성된 곳에 화소전극(70)이 위치하여 상기 백라이트(102)로부터 형성된 백라이트광(112)을 투과시키는 역할을 하게 된다.
상술한 내용을 참조하여 본 발명에 따른 반사투과형 TFT-LCD의 작동을 설명하면, 반사모드에서는 외부 즉, 상판(106)을 통해 입사된 외부광(110)을 상기 반사전극(68)이 상판(106)으로 다시 반사시키는 역할을 하게된다.
이 때, 스위칭 소자(미도시)로부터 상기 반사전극(68)이 신호를 인가받으면 상기 액정층(100)의 상변화가 일어나게 되고, 이에따라 재 반사되는 광량의 변화가 있게되어 상기 광량의 변화에 따라 상기 상판에 형성된 컬러필터(104)에 의해 착색되는 색의 변화에 따라 상기 반사전극(68)에 인가된 신호는 화상으로 표현된다.
그리고, 투과모드에서는 상기 백라이트(102)에서 생성된 빛(112)이 상기 반사전극(68) 내부에 형성된 투과홀(72)에 위치하는 화소전극(70)을 통해 상판(106)으로 투과되게 되는 것이다.
이 때, 상기 반사모드와 마찬가지로 상기 스위칭 소자의 작용에 의해 상기 화소전극(70)에 신호가 인가되면, 상기 액정층(100)의 상이 변화되게 되고, 이 때 백라이트(102)에서 방출되고 액정층을 투과한 빛(112)은 상기 상판(106)에 형성된 컬러필터(104)에 의해 착색되어 컬러화면으로 볼 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 TFT-LCD는 반사모드와 투과모드를 겸비하고 있으므로, 주/야간이나 장소에 구애(拘碍)받지 않고 사용할 수 있는 장점이 있다.
상기 반사전극 내부에 형성된 홀의 크기 및 위치에는 제한이 없다. 즉, 반사전극을 홀이 감싸는 형태가 될 수 있고, 한 픽셀 내부에 소정 영역에 각각 반사전극과 홀을 독립적으로 형성할 수도 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예를 따라 반사투과형 TFT-LCD를 제작할 경우에 주간이나 야간에 관계없이 액정 표시장치를 사용할 수 있는 장점이 있다. 즉, 외부의 광기 존재하는 주간이나 건물안에서는 백라이트를 사용하지 않음으로 액정 표시장치의 사용 시간을 증가시킬 수 있고, 야간에는 백라이트광을 이용하여 일반적인 투과형 액정 표시장치로 사용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 투명기판과;
    상기 투명기판 상에 형성된 게이트 전극과;
    상기 게이트 전극 및 노출된 투명기판 상에 형성된 제 1 절연막과;
    상기 게이트 전극 상부 상기 제 1 절연막 상에 형성된 반도체층과;
    상기 반도체층 상에 형성된 소스 및 드레인 전극과;
    상기 소스 및 드레인 전극과 노출된 절연막 상에 형성되고, 상기 드레인 전극의 일부가 노출된 드레인 콘택홀을 갖는 제 2 절연막과;
    상기 제 2 절연막 상에 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 실질적으로 투명한 화소전극과;
    상기 화소전극 및 기판 전면에 형성되고, 상기 드레인 콘택홀 상부 상기 화소전극 상에 접속홀을 갖는 제 3 절연막과;
    상기 제 3 절연막 상에 형성되고, 상기 접속홀을 통해 상기 화소전극과 접촉하며, 평면적으로 내부에 실질적으로 사각형의 투과홀을 갖는 반사전극
    을 포함하는 반사투과형 액정 표시장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사전극은 실질적으로 불투명 금속인 반사투과형 액정 표시장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO), 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 구성된 집단에서 선택된 물질인 반사투과형 액정 표시장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 절연막 및 상기 제 3 절연막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막으로 구성된 집단에서 선택된 물질인 반사투과형 액정 표시장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 절연막은 BCB(benzocyclobutene)인 반사투과형 액정 표시장치.
  6. 투명기판과;
    상기 투명기판 상에 형성된 게이트 전극과;
    상기 게이트 전극 및 노출된 투명기판 상에 형성된 제 1 절연막과;
    상기 게이트 전극 상부 상기 제 1 절연막 상에 형성된 반도체층과;
    상기 반도체층 상에 형성된 소스 및 드레인 전극과;
    상기 소스 및 드레인 전극과 노출된 절연막 상에 형성되고, 상기 드레인 전극의 일부가 노출된 드레인 콘택홀을 갖는 제 2 절연막과;
    상기 제 2 절연막 상에 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하고, 평면적으로 내부에 실질적으로 사각형의 투과홀을 갖는 반사전극과;
    상기 화소전극 및 기판 전면에 형성되고, 상기 드레인 콘택홀 상부 상기 반사전극 상에 접속홀을 갖는 제 3 절연막과;
    상기 제 3 절연막 상에 형성되고, 상기 접속홀을 통해 상기 반사전극과 접촉하는 실질적으로 투명한 화소전극
    을 포함하는 반사투과형 액정 표시장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 반사전극은 실질적으로 불투명 금속인 반사투과형 액정 표시장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 투명전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO), 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 구성된 집단에서 선택된 물질인 반사투과형 액정 표시장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제 1 절연막 및 상기 제 3 절연막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막으로 구성된 집단에서 선택된 물질인 반사투과형 액정 표시장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 2 절연막은 BCB(benzocyclobutene)인 반사투과형 액정 표시장치.
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