KR20040024378A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

반사 효율을 증대시키기 위한 액정 표시 장치를 개시한다. 박막트랜지스터는 기판상에 형성된 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 둘러싸인 픽셀 영역중 제1 영역에 형성되어 게이트 라인과 데이터 라인을 연결하고, 캐패시터 라인은 픽셀 영역중 제2 영역에 형성되며, 플로팅 메탈 라인은 제1 영역과 제2 영역간의 제3 영역에 형성된다. 유기절연막은 상대적으로 고저로 형성된 다수의 제1 영역부들과 제2 영역부들로 이루어져, 절연 기판, 박막 트랜지스터, 캐패시터 라인 및 플로팅 메탈 라인 상에 형성되고, 드레인 전극의 일부분을 노출시키는 콘택홀을 갖는다. 또한 반사 전극과 투과 전극은 유기절연막 상에 형성된다. 이에 따라, 투과 영역을 제외한 나머지 영역, 즉 반사영역의 하부에 강제적으로 메탈을 구비시키므로써, 유기절연막의 하부에는 동일한 재질의 메탈이 형성되므로 마이크로 반사 렌즈의 프로파일을 균일하게 할 수 있고, 이에 따라 유기절연막 노광 처리시 하부 메탈에 의한 반사량은 균일하게 되므로 하나의 화소에 구비되는 프로파일을 균일하게 할 수 있다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반사 효율을 증대시키기 위한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 액정 표시 장치의 화소를 설명하기 위한 레이아웃도로서, 특히 보조 용량을 갖는 액정 표시 장치를 도시하고, 복수의 게이트 라인(11)과 복수의 데이터 라인(15)에 의해 한정되는 복수의 화소영역에서 그 일부분만을 나타낸 것이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 1 프레임 동안 데이터 전압을 저장하는 스토리지 캐패시터(Cst)는 게이트 라인(11)과는 별도로 독립적인 배선 방식으로 형성되는 것으로서, 보조 용량 전극(13)은 상기 게이트 라인(11)으로부터 분리되어 다른 인자로 인출되고, 인접한 화소 영역내의 보조 용량 전극(13)과는 라인 연결부(13a)를 통해 서로 연결된다.
한편, 일반적으로 액정 표시 장치는 인공 광원을 이용하여 화상을 표시하는 투과형 액정 표시 장치(Penetration type LCD)와, 상기 인공 광원 대신에 자연광을 이용하는 반사형 액정 표시 장치(Reflection type LCD)와, 상기 투과형 액정 표시 장치와 반사형 액정 표시 장치의 장점을 결합한 반사-투과형 액정 표시 장치로 구분될 수 있다.
특히, 상기 반사형 또는 반사-투과형 액정 표시 장치에서는 반사 영역의 특성을 향상시키기 위해 유기절연막에 특정 형태의 요철을 형성한 그 상부에 반사 전극을 형성하므로써 마이크로 반사 렌즈의 기능을 부여한다. 즉, 상기 유기절연막에 요철을 형성하는 공정은 화질 특성과 직접 관계가 있는 중요한 공정중의 하나이다.
도 2는 반사 전극 또는 반사 전극을 형성하기 위한 포토 마스크상의 패턴의 평면도를 나타내고, 도 3은 상기 도 2의 포토 마스크를 이용한 마이크로 반사 렌즈 형성을 도식적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 포토 마스크(20)는 유기절연막에 마이크로 반사 렌즈를 형성하기 위해 화소의 경계를 정의하는 경계선(21)내에 UV 광을 차단하는 제1 마스크 영역(23)들과, 상기 UV 광을 통과시키는 제2 마스크 영역(25)들로 이루어지고, 상기 제1 마스크 영역(23)은 제2 마스크 영역(25)을 폐곡선 형태로 둘러싸도록 형성된다. 상기 포토 마스크(20)에 의해 형성되는 반사 전극은 상대적인 고저로 형성되는 제1 영역부들(33)과 제2 영역부들(35)로 구분되어 진다. 제1 영역부들(33)은 제2 영역부들(35)들을 폐곡선의 형태로 둘러싸도록 형성되어 있다. 제1 영역부들(33)의 폭을 일정하게 형성한다. 제1 영역부들(33)은 제2 영역부들(35)에 비하여 상대적으로 낮은 높이를 갖는 그루브의 형상을 갖도록 형성하고, 제2 영역부들(35)은 상대적으로 높은 높이를 갖는 돌출부의 형상을 갖도록 형성하여 마이크로 반사 렌즈로서의 기능을 한다. 이와 같이 제1 영역부들(33)의 폭을 일정하게 형성함으로써 반사형 또는 반사-투과형 액정 표시 장치의 반사의 효율을 향상시켜 화질을 개선할 수 있다.
이러한 반사 전극을 형성하기 위해 도 3에 도시한 바와 같이, 유기절연막(30)을 후박하게 도포하고, 그 상부에 상기한 포토 마스크(20)를 배치시켜 일정 부분을 패터닝하는 공정을 이용한다. 이때, 상기한 포토 마스크(20)를 통한 UV광은 하부에 메탈의 존재 여부에 따라 패터닝되는 마이크로 반사 렌즈의 프로파일이 달라진다.
이러한 점을 감안하여 하나의 픽셀내에 유기절연막을 사용한 마이크로 반사 렌즈들간의 선폭 또는 상기 마이크로 반사 렌즈를 형성하기 위한 마스크를 설계할 때, 스토리지 캐패시터 위의 선폭을 절연막 위의 선폭보다 작게하여 설계하는 방법으로 메탈 위의 마이크로 반사 렌즈의 프로파일과 절연막 위의 마이크로 반사 렌즈 프로파일을 균일하게 형성하고 있다.
보다 상세히는, 일반적으로 반사창의 상부에 마이크로 반사 렌즈를 형성할 때 절연막 하부에 메탈이 존재하지 않는 경우에는 정상적인 엠보싱 골폭을 대략 3㎛로 적용하고, 상기 절연막 하부에 메탈이 존재하는 경우에는 상기한 엠보싱 골폭을 하향 조정하여 대략 2.5㎛로 적용하여 설계한다. 왜냐하면, 절연막 하부에 메탈이 존재하게 되면 UV 광에 의한 반복 노광시 백(Back)노광, 즉 하부 메탈에 의한 반사에 의해 반사율이 불균일하게 변하기 때문이다.
하지만, 이러한 하부 메탈의 존재 여부에 따라 엠보싱 골폭을 서로 다르게 조정하여 설계하더라도 동일한 노광량으로 엠보싱을 형성하면 서로 다른 마이크로 반사 렌즈 프로파일이 형성된다. 즉, 노광 완료후 측정한 마이크로 반사 렌즈 프로파일을 살펴보면, 유기절연막 위에 구비되는 마이크로 반사 렌즈가 이루는 각도에 비해 메탈 위에 구비되는 마이크로 반사 렌즈가 이루는 각도가 더 높게 형성된다. 그 결과 하나의 픽셀내에 구비되는 반사창 영역의 균일도가 저감되고, 이에 따라 반사율이 저감되는 문제점이 있다.
이에 본 발명의 기술과 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 반사형 또는 반사-투과형 액정 표시 장치에서 균일한 프로파일을 갖는 마이크로 반사 렌즈를 통해 반사율을 증대시키기 위한 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 액정 표시 장치의 화소를 설명하기 위한 레이아웃도이다.
도 2는 반사 전극 또는 반사 전극을 형성하기 위한 포토 마스크상의 패턴의 평면도이다.
도 3은 상기 도 2의 포토 마스크를 이용한 마이크로 반사 렌즈 형성을 도식적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 반사-투과형 액정 표시 장치에 있어서 TFT 기판의 화소부를 도시한 평면도이다.
도 5는 상기 도 3의 A-A'선에 따른 TFT 기판의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 투명 기판110 : 게이트 라인
112 : 게이트 전극114 : 게이트 절연막
115 : 액티브 패턴116 : 드레인 전극
118 : 소오스 전극120 : 데이터 라인
122 : 보호막124 : 비어 홀
130 : 화소 전극132 : 투과 전극
133 : 보호막136 : 투과창
134 : 반사 전극140 : 캐패시터 배선
145 : 보조 용량 전극150 : 플로팅 메탈
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 액정 표시 장치는, 기판; 상기 기판상에 제1 방향으로 형성되고, 게이트 신호를 전달하는 복수의 게이트 라인; 상기 기판상에 상기 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 형성되고, 데이터 신호를 전달하는 복수의 데이터 라인; 상기 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 둘러싸인 픽셀 영역중 제1 영역에 형성되고, 상기 게이트 라인과 데이터 라인간에 연결된 박막 트랜지스터; 상기 픽셀 영역중 제2 영역에 형성되는 캐패시터 라인; 상기 제1 영역과 제2 영역간의 제3 영역에 형성되는 플로팅 메탈 라인; 상기 절연 기판, 박막 트랜지스터, 캐패시터 라인 및 플로팅 메탈 라인 상에 형성되고, 상대적으로 고저로 형성된 다수의 제1 영역부들과 제2 영역부들로 이루어지며, 상기 드레인 전극의 일부분을 노출시키는 콘택홀을 갖는 유기절연막; 및 상기 유기절연막 상에 형성되는 반사 전극을 포함하여 이루어진다.
이러한 액정 표시 장치에 의하면, 투과 영역을 제외한 나머지 영역, 즉 반사영역의 하부에 강제적으로 메탈을 구비시키므로써, 유기절연막의 하부에는 동일한 재질의 메탈이 형성되므로 마이크로 반사 렌즈의 프로파일을 균일하게 할 수 있고, 이에 따라 유기절연막 노광 처리시 하부 메탈에 의한 반사량은 균일하게 되므로 하나의 화소에 구비되는 프로파일을 균일하게 할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 반사-투과형 액정 표시 장치에 있어서 TFT 기판의 화소부를 도시한 평면도이다. 도 5는 상기 도 3의 A-A'선에 따른 TFT 기판의 단면도이다.
도 4 및 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 반사-투과형 액정 표시 장치는 투명 기판(100) 상에 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴 텅스텐(MoW) 등의 단일 금속막이나 이중 금속막으로 이루어진 게이트 배선이 형성된다. 여기서, 상기 게이트 배선은 제1 방향(즉, 횡방향)으로 신장되는 게이트 라인(110), 상기 게이트 라인(110)의 끝단에 연결되어 외부로부터 주사 신호를 인가받아 상기 게이트 라인(110)으로 전달하는 게이트 패드(도시하지 않음) 및 상기 게이트 라인(110)의 일부분인 박막트랜지스터(TFT)의 게이트 전극(112)을 포함한다.
상기 게이트 배선 및 기판(100) 상에는 무기 절연물, 예컨대 실리콘 질화물로 이루어진 게이트 절연막(114)이 형성된다. 상기 게이트 전극(112)에 대응되는 게이트 절연막(114)의 위에는 비정질 실리콘과 같은 반도체막으로 이루어진 액티브패턴(115)이 형성된다.
상기 액티브 패턴(115) 및 게이트 절연막(114) 상에는 금속막으로 이루어진 데이터 배선이 형성된다. 상기 데이터 배선은 상기 액티브 패턴(115)의 제1 영역과 중첩되는 제1 전극(이하, 드레인 전극)(116), 상기 액티브 패턴(115)의 상기 제1 영역과 대향되는 제2 영역과 중첩되는 제2 전극(이하, 소오스 전극)(118), 상기 소오스 전극(118)에 연결되고 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향(즉, 종방향)으로 신장되는 데이터 라인(120) 및 상기 데이터 라인(120)의 끝단에 연결되어 화상 신호를 박막 트랜지스터로 전달하기 위한 데이터 패드(미도시)를 포함한다.
상기 데이터 배선 및 게이트 절연막(114) 상에는 드레인 전극(116)을 노출시키는 비어 홀(124)을 갖는 보호막(122)이 형성된다. 도시하지는 않았으나, 상기 게이트 패드 및 데이터 패드 위에도 상기 보호막(122)을 관통하여 비어 홀들이 형성된다. 화소부들이 모여 화상을 표시하는 영역인 표시 영역에서는 상기 보호막(122)의 표면에 빛의 산란을 위한 요철을 형성하고, 형성된 요철을 이용하여 마이크로 반사 렌즈를 형성한다.
상기 유기절연막(122) 상에는 비어 홀(124)을 통해 상기 드레인 전극(116)과 연결되는 화소 전극(130)이 형성된다. 도시하지는 않았으나, 상기 유기절연막(122) 상에는 화소 전극(130)과 동일한 층으로 상기 게이트 패드 및 데이터 패드에 각각 연결되는 게이트 패드 전극 및 데이터 패드 전극이 형성된다. 이때 상기 투과 전극(132)은 ITO 또는 IZO 물질이 사용되고, 상기 반사 전극(134)은 반사율이 뛰어난 알루미늄이나 알루미늄-네오디뮴 합금 등이 주로 이용된다.
상기 화소 전극(130)은 상기 박막 트랜지스터로부터 화상 신호를 받아 상부 기판(즉, 컬러필터 기판)의 전극(도시하지 않음)과 함께 전기장을 생성하는 역할을 한다. 화소 전극(130)은 게이트 라인(110)과 데이터 라인(120)에 의해 구획되는 화소부 내에 형성되며, 높은 개구율을 확보하기 위해 그 가장자리가 게이트 라인(110) 및 데이터 라인(120)과 중첩되어 있다.
상기 화소 전극(130)은 ITO나 IZO와 같은 투명 재질로 이루어지는 투과 전극(132), 상기 투과 전극(132) 위에 증착된 보호막(133), 그리고 상기 투과 전극(132)과 보호막(133)을 노출시키는 투과창(136)이 형성된 반사 전극(134)으로 이루어진다.
한편, 상기 박막 트랜지스터(TFT)로부터 일정 거리 이격되는 영역에 캐패시터 배선(140)과, 보조 용량 전극(145)을 형성시켜 스토리지 캐패시터(Cst)를 형성한다. 상기 캐패시터 배선(140)은 상기 게이트 배선(120)과 평행하게 형성하고, 상기 게이트 배선(120)을 형성할 때 동시에 형성하여 동일 평면상에 배치하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 게이트 배선(120)을 형성할 때 상기 박막 트랜지스터(TFT)가 점유하는 영역과 스토리지 캐패시터(Cst)가 점유하는 영역과의 사이에 별도의 플로팅 메탈(150)을 더 형성한다. 이처럼, 플로팅 메탈(150)을 강제적으로 형성하므로써, 반사 영역으로 정의되는 유기절연막의 상부에 형성되는 마이크로 반사 렌즈의 프로파일을 균일하게 유지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예에서는 상기 플로팅 메탈(150)이 상기 게이트 배선(120) 형성시, 상기 게이트 배선의 재질과 동일 재질로 동일 평면상에 배치하는 것을 도시하였다. 하지만, 상기 플로팅 메탈(150)은 상기 데이터 배선 형성시, 상기 데이터 배선의 재질과 동일 재질로 동일 평면상에 배치할 수도 있고, 상기 캐패시터 라인 형성시, 상기 캐패시터 라인의 재질과 동일 재질로 동일 평면상에 배치할 수도 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 하나의 투과 전극이 단위 픽셀내에 형성되는 하나의 투과창을 통해 형성되는 것을 도시하였다. 하지만, 상기 단위 픽셀내에 다수의 투과창들을 형성시켜 다수의 투과 전극들을 형성할 수도 있을 것이다. 이때, 상기 투과 전극을 정의하는 투과창(136)은 원형, 사각, 다각형 등으로 형성되며 단위 픽셀 면적의 10∼90%의 면적을 갖는 것이 바람직하다. 물론 상기 반사 전극에 형성되는 다수개의 투과창들의 분포를 고르게 분포시키므로써, 하나의 단위 픽셀내에 반사 영역이 고르게 분포되므로 광의 균일성(uniformity)을 향상시킬 수 있을 것이다.
더욱이, 상기 투과창(136)이 다수개 형성되기 때문에 박막 트랜지스터들이 배열되는 TFT 기판과 상기 TFT 기판에 대향하는 컬러 필터 기판과의 조립시 미스얼라인(misalign)이 발생하여 블랙 매트릭스의 위치가 틀어지더라도 화소부에서 빛이 새는 면적을 줄일 수 있어 액정 표시 패널의 콘트라스트비(C/R) 저하를 감소시키고, 투과 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 단위 픽셀내에 반사 영역과 투과 영역을 갖는 반사-투과형 액정 표시 장치를 설명하였으나, 당업자라면 단위 픽셀내에 반사 영역만을 갖는 반사형 액정 표시 장치에도 동일하게 채용할 수 있음은 자명하다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 단위 픽셀내에 별도의 캐패시터 라인을 갖는 독립 배선 방식의 액정 표시 장치에 대해서 설명하였으나, 당업자라면 이전 게이트 라인을 캐패시터 라인으로 이용하는 전단 게이트(Previous gate) 방식의 액정 표시 장치에도 동일하게 채용할 수 있음은 자명하다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 투과영역을 제외한 나머지 영역, 즉 반사영역의 하부에 강제적으로 메탈을 구비시키므로써, 유기절연막의 하부에는 동일한 재질의 메탈이 형성되므로 마이크로 반사 렌즈의 프로파일을 균일하게 할 수 있고, 이에 따라 유기절연막 노광 처리시 하부 메탈에 의한 반사량은 균일하게 되므로 하나의 화소에 구비되는 프로파일을 균일하게 할 수 있다.

Claims (6)

  1. 기판;
    상기 기판상에 제1 방향으로 형성되고, 게이트 신호를 전달하는 복수의 게이트 라인;
    상기 기판상에 상기 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로 형성되고, 데이터 신호를 전달하는 복수의 데이터 라인;
    상기 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 둘러싸인 픽셀 영역중 제1 영역에 형성되고, 상기 게이트 라인과 데이터 라인간에 연결된 박막 트랜지스터;
    상기 픽셀 영역중 제2 영역에 형성되는 캐패시터 라인;
    상기 제1 영역과 제2 영역간의 제3 영역에 형성되는 플로팅 메탈 라인;
    상기 절연 기판, 박막 트랜지스터, 캐패시터 라인 및 플로팅 메탈 라인 상에 형성되고, 상대적으로 고저로 형성된 다수의 제1 영역부들과 제2 영역부들로 이루어지며, 상기 드레인 전극의 일부분을 노출시키는 콘택홀을 갖는 유기절연막; 및
    상기 유기절연막 상에 형성되는 반사 전극을 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액정 표시 장치는 상기 유기절연막 상에 상기 반사 전극이 형성된 영역과는 상이한 영역에 형성된 투과 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 플로팅 메탈 라인은 복수의 게이트 라인들과 동일 평면상에 구비되고, 상기 게이트 라인과는 일정 간격 이격되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 플로팅 메탈 라인은 복수의 데이터 라인들과 동일 평면상에 구비되고, 상기 데이터 라인과는 일정 간격 이격되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 캐패시터 라인은 복수의 게이트 라인들과 동일 평면상에 구비되고, 상기 게이트 라인과는 일정 간격 이격되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 캐패시터 라인은 복수의 게이트 라인들중 임의의 게이트 라인에 게이트 신호가 인가되는 게이트 라인을 현재의 게이트 라인으로 정의할 때, 바로 이전의 게이트 라인인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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