KR20030068667A - 반사형 액정표시소자 - Google Patents

반사형 액정표시소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반사형 액정표시소자를 제공하기 위한 것으로서, 사이에 액정층을 게재하고 있는 제1 및 제2기판; 데이터배선과 게이트배선의 교차점에 각각 형성된 트랜지스터; 상기 각 트랜지스터 상부에 각각 비아(via)를 갖고 상기 각 트랜지스터를 덮는 절연막; 상기 각 트랜지스터와 전기적으로 연결되고 상기 각 화소 영역에 형성되는 화소전극; 상기 트랜지스터와 상기 화소전극을 전기적으로 연결하기 위해 상기 비아를 채우는 비아충진금속; 상기 절연막 상부에 격벽 부분이 상기 화소전극과 밀착되는 구조를 갖고, 상기 비아충진금속과 격리되어 형성된 반사막을 포함하여 구성되며, 화소전극 아래에 있는 반사막 측면을 격벽으로 형성하여, 비아오프닝(via opening)부를 통해 반사/회절되어 CMOS구조로 들어가는 램프 빛의 양을 최소화시킴으로써 정확한 그레이 레벨을 표현하여 선명한 화상을 구현할 수 있고 콘트라스트도 향상시키는 효과가 있다.

Description

반사형 액정표시소자{Liquid Crystal Device of reflection type}
본 발명은 프로젝터나 프로젝션 TV에 사용하는 LCoS(Liquid Crystal on Silocon)와 같은 반사형 디스플레이 장치에 관한 것으로, 광원에 의한광전류(photocurrent)의 영향을 최소화하여 반사형 디스플레이 장치의 구동회로의 오동작을 방지하여 우수한 화질을 얻기 위한 것이다.
최근 고해상도의 프로젝터 및 프로젝션 TV의 사용이 증가하고 잇다.
특히 디지털 TV의 실용화가 임박하면서 고해상도로 대형 화면을 가지는 프로젝션용 TV의 사용이 증가되고 있다. 그러나 종래의 제품을 보면 거의 모두가 삼판식을 사용하고 있으며 이는 가격이 상승과 함께 광학계의 크기가 커짐으로서 박형의 디스플레이를 만들기 어려운 단점이 있다.
현재 적용되는 마이크로디스플레이 방식으로는 투과형인 고온 폴리 Si, 반사형인 DMD(Digital Micromirror Device), LCoS(Liquid Crystal on Silicon)이 있는데, DMD는 작은 거울을 액츄에이터로 사용하여 반사방향을 조절함으로써 그레이 레벨을 표현하고 있으나 단판식을 주로 사용함에도 불구하고 가격이 비싸다.
또한 고온 폴리 Si는 화소의 개구율이 35~50%에 불과하고, 10㎛ 정도의 미세 화소를 만들 수 없기 때문에 패널(imager)의 사이즈를 작게 할 수 없으므로 고가이며, 가격이 저렴한 단판식을 만들기 어렵다는 단점이 있다.
최근에는 Si-웨이퍼 기판 위에 CMOS 회로를 만들고, 그 위에 미러를 배치하여 빛을 반사시키고 액정을 변조함으로서 그레이 레벨을 표현하는 LCoS가 개발되고 있는데, 가격이 싸고 개구율이 90% 이상이므로 광손실을 최소화할 수 있는 장점이 있어 프로젝션 TV, 프로젝터, HMD(Head Mount Display), 캠코더 뷰파인더(camcorder viewfinder) 등에 적용범위를 늘려가고 있다.
도1은 종래 기술에 따른 반사형 액정표시소자의 일부 단면도를 도시한 것이다.
Si 웨이퍼로 된 기판(1) 위에 n 또는 p 타입으로 도핑영역을 만들고 소스, 게이트, 드레인 등을 형성한 후 메탈로 각 전극을 만들어 CMOS 회로(2)를 형성한다.
그 위를 산화물 등으로 절연막(isolation layer)(3)을 입혀 CMOS 회로(2)와 화소전극(4) 간 절연을 시키고, 외부로부터 들어오는 빛을 막기 위한 반사막(reflector)(5)을 형성하며, 다시 절연막(6)으로 싸고 마지막으로 Al 등의 메탈로 된 화소전극(4)을 형성한다.
화소전극(4)과 커버 글레스(7) 사이에는 간격 d로 액정이 채워져 있으며, CMOS 회로(2)에 의해 각 화소전극(4)에 전압을 인가하여 액정(8)을 변조함으로써, 램프로부터 들어오는 빛의 반사를 조정하여 각 화소전극(4)의 그레이 레벨을 독립적으로 표현한다.
이때 스페이서(미도시)에 의해 커버 글레스(7)와 화소전극간의 간격 d를 유지시키고 있다.
스페이서는 공정 중에 볼 형태로 화소전극(4) 위에 뿌려서 갭을 유지할 수도 있으며, 포토 리소그래피 공정에서 기판 위에 기둥형태로 미리 만드는 경우도 있다.
도1에서 외부 램프로부터 광학계를 거쳐 8~15도의 입사각도 θ로 입사되는 빛은 대부분 금속으로 이루어진 화소전극(미러)(4)에서 반사가 일어나고, 액정(8)에 의해 변조되어 광학계로 나가지만 화소전극(4)과 화소전극(4) 사이인 갭 'A'로들어온 빛은 반사막(5)에서 여러 차례 반사되어 비아 오프닝(via opening) 'B'를 통해 하부의 Si 웨이퍼 기판(1)으로 들어가게 된다.
이 빛에 의해 생성된 광전류가 CMOS 회로(2)의 누설(leakage)을 유발시키게 되어 액정(8)의 유지시간이 감소함으로써, 더 큰 구동전류가 필요하거나 과대한 입력 전압 등에 의해 기생 트랜지스터가 도통하여 전원 단자간에 대전류가 흘러서 회로가 오동작 또는 파괴되는 래치-업(latch-up) 문제가 발생한다.
이에 대한 해결책으로 광전류를 가두는(trapping) n-well 등을 만드는 방법이 있지만 추가적인 공간을 차지하고 화소전극 크기가 커지는 단점이 있다.
이러한 액티브 매트릭스 디바이스에서 누설, 래치-업 문제로 인해 이미져의 그레이 레벨이 틀려지고, 컨트라스트 비가 떨어지는 등 화질열화의 직접적인 원인이 된다.
따라서 회로부로 누설되는 빛이 양을 줄임으로서 안정적인 동작을 하는 이미져를 만들어야 한다.
광전류에 의한 영향은 반사형인 LCoS, DMD 뿐 아니라, 고온 폴리 Si를 이용한 투과형에도 동일하게 나타나므로 이를 피할 수 있는 여러 가지 구조가 제안되고 있다.
본 발명은 외부 램프 빛에 의한 광전류의 영향을 최소화시키기 위한 반사막 구조를 구비한 반사형 액정표시소자를 제공하는데 그 목적이 있다.
도1은 종래 기술에 따른 반사형 액정표시소자의 일부 단면도를 도시한 것이다.
도2는 본 발명에 따른 반사형 액정표시소자의 단면도이다.
도3은 본 발명에 따른 반사형 액정표시소자의 또 다른 단면도를 도시한 것이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 제1 기판 12 : CMOS 회로
13 : 절연막 14 : 화소전극
15 : 반사막 15-1 : 격벽
15-2 : 산화막 또는 절연막 17 : 제2 기판
18 : 액정 19 : 비아충진금속
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반사형 액정표시소자의 특징은 다수의 데이터배선 및 게이트배선에 의해 각 화소 영역을 정의하는 반사형 액정표시소자에 있어서, 그 사이에 액정층을 게재하고 있는 제1 및 제2기판; 상기 데이터배선과 게이트배선의 교차점에 각각 형성된 트랜지스터; 상기 각 트랜지스터 상부에 각각 비아(via)를 갖고 상기 각 트랜지스터를 덮는 절연막; 상기 각 트랜지스터와 전기적으로 연결되고 상기 각 화소 영역에 형성되는 화소전극; 상기 트랜지스터와 상기 화소전극을 전기적으로 연결하기 위해 상기 비아를 채우는 비아충진금속; 상기 절연막 상부에 격벽 부분이 상기 화소전극과 밀착되는 구조를 갖고, 상기 비아충진금속과 격리되어 형성된 반사막을 포함하여 구성되는데 있다.
그리고, 상기 액정 갭을 유지하기 위하여 여러 개의 형상을 갖고 상기 두 기판사이에 형성된 스페이서를 포함하여 구성되며, 상기 반사막은 상기 화소전극과 밀착되는 하나 이상의 격벽을 더 구비하여 형성되기도 한다.
상기 반사막의 격벽은 포토 리소그래피 공정에 의해 상기 격벽 부분만을 마스킹한 후 에쳔트로 용융시켜 형성되거나, 플라즈마 에칭 등의 박막식각 공정을 통해 형성된다.
상기 격벽의 상부에 고온 산화에 의한 산화막 또는 별도의 절연막을 더 포함하여 구성되며, 상기 절연막은 블랙 매트릭스, 투명 물질, 또는 탄소 기초 물질(carbon based matreial) 중 어느 하나로 형성된다.
상기 반사막이 금속인 경우, 상기 격벽 상부에 상기 금속을 양극산화처리(anodizing)하여 형성된 양극산화막을 더 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 반사막이 금속이 아닌 경우, 상기 격벽은 1층 이상의 구조를 갖고, 최상층을 금속으로 형성할 수 있는데, 상기 금속을 양극산화처리(anodizing)하여 형성된 양극산화막을 더 포함하여 화소전극과 절연되도록 구성되며, 상기 금속은 Al로 이루어진다.
본 발명의 특징에 따른 작용은 화소전극 아래에 있는 반사막 측면을 격벽으로 형성하여, 비아 오프닝(via opening)부를 통해 반사/회절되어 CMOS 구조로 들어가는 램프 빛의 양을 최소화시킴으로써 정확한 그레이 레벨을 표현하여 선명한 화상을 구현할 수 있고 콘트라스트도 향상시킬 수 있다.
그리고 반사막의 격벽의 개수가 증가함에 따라 CMOS부로 들어가는 빛의 양이 급격히 줄어들기 때문에 안정적인 회로를 얻을 수 있어 보다 우수한 화질을 구현할 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 반사형 액정표시소자의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도2는 본 발명에 따른 반사형 액정표시소자의 단면도이다.
먼저, 반사형 액정표시소자는 다수의 데이터배선(미도시) 및 게이트배선(미도시)에 의해 각 화소 영역을 정의하고, 도2에서는 하나의 화소 영역만을 도시하였다.
그리고 도2에 도시한 바와 같이, 그 사이에 액정(18)층을 게재하고 있는 제1및 제2기판(11, 17)과, 상기 데이터배선과 게이트배선의 교차점에 각각 형성된 CMOS 회로(12)와, 상기 CMOS 회로(12) 상부에 각각 비아(via)를 갖고 상기 CMOS 회로(12)를 덮는 절연막(13)과, 상기 CMOS 회로(12)와 전기적으로 연결되고 상기 화소 영역에 형성되는 화소전극(14)과, 상기 CMOS 회로(12)와 상기 화소전극(14)을 전기적으로 연결하기 위해 상기 비아충진금속(19)과, 상기 절연막(13) 상부에 격벽(15-1)의 상부가 상기 화소전극(14)과 밀착되는 구조를 갖고, 외부로부터 반사되는 빛이 상기 비아충진금속(19)을 통해 상기 CMOS(12)에 전파되는 것을 차단하는 반사막(15)을 포함하여 구성된다.
그리고 상기 격벽(15-1)의 상부에 고온 산화에 의한 산화막 또는 절연막(15-2)을 더 포함하여 구성되며, 상기 절연막은 블랙 매트릭스, 투명 물질, 또는 탄소 기초 물질(carbon based matreial) 중 어느 하나로 형성된다.
예를 들어, 상기 반사막(15)이 금속인 경우, 상기 격벽(15-1) 상부에 상기 금속을 양극산화처리(anodizing)하여 형성된 양극산화막을 더 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 반사막(15)이 금속이 아닌 경우, 상기 격벽(15-1)은 1층 이상의 구조를 갖고, 최상층을 금속으로 형성할 수 있는데, 상기 금속을 양극산화처리(anodizing)하여 형성된 양극산화막을 더 포함하여 화소전극(14)과 절연되도록 구성되며, 상기 금속은 Al로 이루어진다.
상기 제1 기판(11)은 Si-웨이퍼로 형성되고, 상기 제2 기판(17)은 투명한 물질로 형성되어 반사형 LCoS 구조를 갖는다.
반사막(14)의 구조를 격벽(15-1)을 형성한 오막한 웰(well) 구조로 만들어외부 램프의 빛이 화소전극(14) 간 갭(gap) 'A'를 통해 입사하여 웰 구조의 격벽(15-1)에서 대부분 반사하게 함으로서, 비아 오프닝부 'B'를 통해 CMOS 회로(12)로 들어갈 확률을 최소화한다.
상기와 같은 본 발명에 의한 반사형 액정표시소자의 제작방법은 다음과 같다.
제1 기판(11)으로 Si 웨이퍼 기판을 이용하여 제1 기판(11) 위에 n 또는 p 타입으로 도핑영역을 만들고, 소스, 게이트, 드레인 등을 형성한 후 메탈로 각 전극을 만들어 CMOS 회로(12)를 형성한다.
그 위를 SiO2, TiO2등의 산화물 등으로 절연막(isolation layer)을 입혀 CMOS 회로(12)와 화소전극(14) 간 절연을 시키고, 외부로부터 들어오는 빛을 막기 위한 반사막(reflector)(15)을 h1의 두께로 형성하는데 도1보다 두껍게 형성하는 것이 좋다.
이러한 반사막(1 5)을 포토 리소그래피 공정에 의해 격벽(15-1) 부분만을 마스킹한 후 에쳔트로 용융시키거나, 플라즈마 에칭 등의 박막식각 공정을 통해 깊이가 h2가 되도록 웰(well) 구조를 만든다.
또는 반사막(15)과 다른 재료를 사용하여 높이가 h2인 격벽(15-1)을 형성하여 웰 구조를 만들 수 있는데, 위치는 비아 오프닝부 'B'의 측면이 좋고 다층구조의 격벽(15-1)으로 만들 수도 있다.
다음으로 상기 웰구조의 반사막(15)을 화소전극(14)과 절연시키기 위해격벽(15-1) 상부에 형성되는 산화막 또는 절연막(15-2)의 형성방법 및 재료는 다음과 같다.
첫째로, 반사막(15)을 고온의 산화 분위기에서 산화시켜 산화막을 형성하거나 SiO2, TiO2등과 같은 별도의 절연막을 형성한다.
상기 절연막의 재료로는 투명한 재료를 사용해도 되지만, 블랙 매트릭스 또는 탄소 기초 물질(carbon based matreial)과 같이 빛을 흡수할 수 있는 재료가 좋다. 투명재료를 사용하는 경우에도 CMOS 회로(12)로 들어갈 확률이 적으므로 충분히 효과가 있다.
둘째로, 반사막(15) 재료로 반도체 공정의 표준재료인 Al 금속을 사용하는 경우 양극산화처리(anodizing)로 블랙처리를 하여 격벽(15-1) 상부에 절연막(15-2)을 만든다.
이러한 양극산화처리막은 격벽(15-1) 상부로 들어가는 빛을 흡수할 뿐 아니라 웰 구조 내부에서 반사되는 빛을 흡수하여 격벽(15-1) 상부에 도달하는 빛의 양을 대폭 감소시키는 효과가 있다.
즉, 반사막(15)이 Al 등과 같이, 산화가 잘되는 물질인 경우 반사막(15)을 양극산화처리를 하여 산화시켜, 절연막 역할뿐 아니라 빛흡수재로 사용한다.
셋째로, 반사막(15)의 재료로 Al 이외의 재료를 이용하는 경우에는 1개 이상의 재료로 구성된 다층 격벽(15-1)을 만들고 최상층을 Al 금속으로 형성할 수 있는데, 격벽(15-1) 최상층에 양극산화처리(anodizing) 하여 격벽(15-1) 상부에 절연막을 형성한다.
상기와 같이 반사막(15)의 격벽(15-1) 상부에 절연막이나 산화막(15-2)을 형성한 다음, 화소전극(14)과 CMOS 회로(12)부를 연결하기 위한 비아(via)를 형성하여 텅스텐 등의 비아충진금속(19)으로 채우고 CMP(Chemical Mechanical Polishing)로 평탄화시킨다. 평탄화된 면 위에 Al, Al-Cu 합금 등으로 성막한다.
그리고, 갭 'A'부분을 에칭함으로써 외부 빛을 반사하는 화소전극(14)을 형성하고, 상기 화소전극(14)과 커버 글레스로 제2 기판(17)이 간격 d가 되도록 접합한 후 액정(18)을 채워 액정표시소자 패널을 완성한다.
이러한 웰구조의 반사막(15)에 의해 반사막(15)으로 들어오는 빛의 대부분을 가둘어 둘 수 있어 비아 오프닝부 'B'를 통해 CMOS 회로(12)로 덜어갈 확률이 급속히 감소한다.
도3은 본 발명에 따른 반사형 액정표시소자의 단면도를 도시한 것으로, 2개의 격벽을 갖는 반사막 구조를 갖고, 외부빛을 다중으로 차단함으로써 비아 오프닝(via opening)부를 통해 반사/회절되어 CMOS 구조로 들어가는 램프 빛의 양을 최소화시킴으로써 더욱 정확한 그레이 레벨을 표현하여 선명한 화상을 구현하며, 콘트라스트도 향상시킨다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 반사형 액정표시소자는 다음과 같은 효과가 있다.
화소전극 아래에 있는 반사막 측면을 격벽으로 형성하여, 비아 오프닝(viaopening)부를 통해 반사/회절되어 CMOS 구조로 들어가는 램프 빛의 양을 최소화시킴으로써 정확한 그레이 레벨을 표현하여 선명한 화상을 구현할 수 있고 콘트라스트도 향상시키는 효과가 있다.
그리고 반사막의 격벽의 개수가 증가함에 따라 CMOS부로 들어가는 빛의 양이 급격히 줄어들기 때문에 안정적인 회로를 얻을 수 있어 보다 우수한 화질을 구현하는 효과가 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (8)

  1. 다수의 데이터배선 및 게이트배선에 의해 각 화소 영역을 정의하는 반사형 액정표시소자에 있어서,
    그 사이에 액정층을 게재하고 있는 제1 및 제2기판;
    상기 데이터배선과 게이트배선의 교차점에 각각 형성된 트랜지스터;
    상기 각 트랜지스터 상부에 각각 비아(via)를 갖고 상기 각 트랜지스터를 덮는 절연막;
    상기 각 트랜지스터와 전기적으로 연결되고 상기 각 화소 영역에 형성되는 화소전극;
    상기 트랜지스터와 상기 화소전극을 전기적으로 연결하기 위해 상기 비아를 채우는 비아충진금속;
    상기 절연막 상부에 격벽 부분이 상기 화소전극과 밀착되는 구조를 갖고, 상기 비아충진금속과 격리되어 형성된 반사막을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사막은 상기 화소전극과 밀착되는 하나 이상의 격벽을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반사막의 격벽은 포토 리소그래피 공정에 의해 상기격벽 부분만을 마스킹한 후 에쳔트로 용융시켜 형성하거나, 플라즈마 에칭 등의 박막식각 공정을 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 격벽의 상부에 고온 산화에 의한 산화막 또는 별도의 절연막을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 절연막은 블랙 매트릭스, 투명 물질, 또는 탄소 기초 물질(carbon based matreial) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반사막이 금속인 경우, 상기 격벽 상부에 상기 금속을 양극산화처리(anodizing)하여 형성된 양극산화막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반사막이 금속이 아닌 경우, 상기 격벽은 1층 이상의 구조를 갖고, 최상층을 금속으로 형성할 수 있는데, 상기 금속을 양극산화처리(anodizing)하여 형성된 양극산화막을 더 포함하여 구성되도록 하여 화소전극과 절연되게 하는 것을 특징으로 하는 반사형 액정표시소자.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 금속은 Al인 것을 특징으로 하는 반사형액정표시소자.
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