KR20050090678A - 반사/반투과 액정표시장치와 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 반사/반투과 액정표시장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 반사/반투과 액정표시장치는, 외부로부터의 빛을 반사시키는 반사막이 형성되어 있는 반사영역을 포함하는 박막트랜지스터 기판과, 상기 박막트랜지스터 기판과 평행하게 배치되는 컬러필터 기판을 포함하며, 상기 반사막의 상부에는 절연막이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 컬러필터 기판상의 공통전극과 박막트랜지스터 기판의 반사막사이에 발생하는 단락을 감소시킬 수 있다.

Description

반사/반투과 액정표시장치와 그 제조방법{REFLECTIVE /SEMI-TRANSMISSION LCD AND MAKING METHOD OF THE SAME}
본 발명은, 반사/반투과 액정표시장치에 관한 것으로써, 더 자세하게는, 액정표시장치에 있어서 컬러필터기판상의 공통전극과 트랜지스터 기판상의 반사판 사이의 단락을 감소시키는 반사/반투과 액정표시장치와 이의 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 박막트랜지스터 기판과 컬러필터 기판 사이에 액정이 주입되어 있는 액정패널을 포함한다. 액정표시장치는 비발광소자이기 때문에 박막트랜지스터 기판의 후면에는 빛을 공급하기 위한 백라이트 유닛이 위치할 수 있다. 백라이트에서 조사된 빛은 액정의 배열상태에 따라 투과량이 조정된다.
액정표시장치는 광원의 형태에 따라 투과형과 반사형으로 나눌 수 있다. 종래에는 액정패널의 뒷면에 백라이트를 배치하고, 백라이트로부터의 빛이 액정패널을 투과하도록 한 투과형이 일반적이였다. 그러나 투과형의 경우 전력소비가 많고 액정표시장치가 무거워지며 두꺼워지는 문제가 있다. 특히 휴대용 통신기기가 발달하면서 전력을 적게 소비하면서도 가볍고 얇은 반사형 액정표시장치가 주목받고 있다. 반사형 액정표시장치를 사용하면 소비전력의 약 70%를 차지하는 백라이트의 사용을 제한할 수 있어 소비전력을 절감할 수 있다.
한편, 반투과 액정표시장치는 위와 같은 투과형과 반사형, 두 가지 형태의 장점을 살린 것으로, 주변 광도의 변화에 관계없이 사용환경에 맞게 적절한 휘도를 확보할 수 있는 형태이다.
이러한 반사/반투과형 액정표시장치는 투과형 액정표시장치와는 달리 외부로부터의 빛을 반사하도록 박막트랜지스터 기판 상에 금속재질의 반사막이 형성되어 있다. 그런데 이 반사막과 컬러필터 기판 상에 형성된 공통전극 간에 단락이 발생하여 문제가 된다. 이러한 단락이 발생한 픽셀을 하이 픽셀(high pixel)이라 한다. 중소형 액정표시장치에서는 광특성 향상을 위해 낮은 셀 갭을 사용하는데, 셀 갭이 낮아질수록 하이 픽셀의 발생은 증가한다.
특히 개구율을 높이기 위하여 컬러필터 기판 상에 블랙 매트릭스를 형성하지 않고, 인접한 다른 색의 칼라필터를 상호 겹쳐서 블랙매트릭스로 이용하는 경우가 있다. 이 경우 컬러필터 상부를 평탄화시키기 위하여 오버코트막을 형성하고 그 상부에 공통전극을 형성하게 되는데, 이 오버코트막이 뭉쳐져 돌기를 형성하고 이에 따라 공통전극이 반사막 쪽으로 이동하여 하이 픽셀이 더욱 많이 발생한다.
따라서 본 발명의 목적은, 하이 픽셀의 발생이 감소되는 구조의 반사/반투과 액정표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 하이 픽셀의 발생이 감소되는 구조의 반사/반투과 액정표시장치의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 외부로부터의 빛을 반사시키는 반사막이 형성되어 있는 반사영역을 포함하는 박막트랜지스터 기판과, 상기 박막트랜지스터 기판과 평행하게 배치되는 컬러필터 기판을 포함하는 반사/반투과 액정표시장치에 있어서, 상기 반사막의 상부에는 절연막이 형성되어 있는 것에 의하여 달성된다.
상기 반사막은 알루미늄을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 절연막은 알루미나를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 절연막의 두께는 2000Å이하인 것이 바람직하다.
상기 컬러필터 기판에는 오버코트막이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한 상기의 다른 목적은 반사/반투과 액정표시장치의 제조방법에 있어서, 외부로부터의 빛을 반사시키는 반사막이 형성되어 있는 반사영역을 마련하는 단계와, 상기 반사막 상부에 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 것에 의하여 달성될 수 있다.
상기 절연막의 형성은, 상기 반사막을 양극으로 하는 양극산화법에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
상기 반사막은 알루미늄을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 절연막은 알루미나를 포함하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예를 따른 박막트랜지스터 기판(100)의 배치도이며, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'부분의 단면도이다.
박막트랜지스터 기판 소재(110)위에 게이트 배선(121, 122, 123)이 형성되어 있다. 게이트 배선(121, 122, 123)은 게이트선(121), 게이트선(121)에서 돌출된 게이트 전극(122), 게이트선(121)에서 연장되어 있으며 비표시영역에 위치하는 게이트 패드(123)를 포함한다. 게이트 패드(123)는 외부회로와 안정적으로 연결되기 위하여 게이트선(121)보다 폭이 확장되어 있다.
박막트랜지스터 기판 소재(110)위에는 질화규소 따위로 이루어진 게이트 절연막(141)이 게이트 배선(121, 122, 123)을 덮고 있다. 게이트 전극(122)의 상부에는 비정질 규소 등의 반도체로 이루어진 반도체층(145)이 형성되어 있다. 반도체층(145)의 상부에 n+ 규소 등으로 이루어진 저항접촉층(146)이 형성되어 있다. 저항접촉층(146)은 게이트 전극(122)을 중심으로 양쪽으로 나누어져 있다.
저항접촉층(146) 및 게이트 절연막(141)위에는 데이터 배선(131, 132, 133, 134)이 형성되어 있다. 데이터 배선(131, 132, 133, 134)은 게이트선(121)과 교차하여 배열되어 있으며 화소를 정의하는 데이터선(131), 데이터선(131)의 분지이며 반도체층(145)의 상부까지 연장되어 있는 소스(132), 소스와 분리되어 있으며 게이트(122)를 중심으로 하여 소스전극(132)의 반대쪽 반도체층(145) 상부에 형성되어 있는 드레인(133), 데이터선(131)의 연장이며 비표시영역에 위치하는 데이터 패드(134)를 포함한다. 데이타 패드(134)는 외부회로와 안정적으로 연결되기 위하여 데이타선(131)보다 폭이 확장되어 있다.
데이터 배선(131, 132, 133, 134) 및 이들이 가리지 않는 반도체층(145)상부에는 질화규소(SiNx), PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)방법에 의하여 증착된 a-Si:C:O 막 또는 a-Si:O:F막, 및 아크릴계 유기절연막 등으로 이루어진 보호막(151)이 형성되어 있다.
보호막(151)에는 게이트 패드(123), 데이터 패드(134), 드레인(133)을 각각 드러내는 접촉구(182, 183, 184)가 각각 형성되어 있다. 게이트 패드(123)에 형성된 접촉구(182)의 경우에는 게이트 절연막(141)까지 제거되어 있다. 게이트 패드(123)와 데이터 패드(134)의 상부에는 보조 게이트 패드(162)와 보조 데이터 패드(163)가 형성되어 있는데, 이는 뒤에 설명할 투명전극(161)과 동일한 재질로 되어 있는 것이 보통이다.
드레인(133)을 노출시킨 접촉구(184)를 통하여 드레인(133)과 전기적으로 연결되는 투명전극(161)이 형성되어 있다. 투명전극(161)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)로 이루어져 있다.
투명전극(161)과 투명전극(161)이 덮지 않는 보호막(151)의 상부에는 질화 규소, 산화규소, 또는 유기 절연물질로 이루어진 유기절연막(155)이 형성되어 있다. 유기절연막(155)의 상부에는 반사막(171)의 반사효율을 극대화하기 위하여 돌기모양의 렌즈부(156)가 형성되어 있다. 반사막(171)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 은 또는 은 합금, 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금과 같이 높은 반사율을 가지는 도전막으로 이루어지며 투명전극(161)과 같이 화소전극을 이룬다. 여기서 화소전극은 이웃하는 화소 행의 박막트랜지스터에 게이트 신호를 전달하는 게이트선(121)과 중첩되어 보조 용량을 이룬다.
유기절연막(155)의 일부분은 제거되어 투과창(181)을 형성하며, 투과창(181)영역이 백라이트의 빛을 투과시키는 투과영역('T')이 된다. 반면, 유기절연막(155)이 위치하는 영역은 외부의 빛을 반사하는 반사영역이 된다. 반사막(171)은 투과창(181)에서 투명전극(161)과 접촉하고 있다.
반사막(171)의 상부에는 절연막(172)이 형성되어 있다. 절연막(172)은 주로 금속산화물로 이루어져 있으며 바람직하게는 알루미나 그리고/또는 산화은을 포함한다. 절연막(172)의 두께는 2000Å이하가 바람직한데, 두께가 이 이상이 되면 용량이 형성되어 전압강하의 문제를 일으킬 수 있기 때문이다.
이하에서는 이러한 본 발명의 실시예에 따른 박막트랜지스터 기판(100)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 박막트랜지스터 기판(100)의 제조방법을 나타낸 단면도이다.
우선 도 3a에서 보는 바와 같이, 박막트랜지스터 기판소재(110)상에 게이트선(121), 게이트 전극(122), 게이트 패드(123) 등의 게이트 배선(121, 122, 123)을 형성한다. 이는 게이트 배선(121, 122, 123)의 적층, 마스크를 이용한 식각공정과 패터닝을 거쳐서 이루어진다. 게이트 배선(121, 122, 123)이 형성된 후에 그 상부에 질화규소로 이루어진 게이트 절연막(141)을 적층한다.
그 후 도 3b에서 보는 바와 같이, 게이트 절연막(141)의 상부에 반도체층(145)과 저항접촉층(146)을 적층한 후, 사진식각하여 게이트 전극(122)의 상부에 섬 모양의 반도체층(145)과 저항접촉층(146)을 형성한다. 반도체층(145)과 저항접촉층(146)는 게이트선(121)과 데이터선(131)이 겹치는 부분에도 형성될 수 있다. 그 후 데이터 배선(131, 132, 133, 134)을 적층한 후 식각하여 데이터선(131), 소스(132), 드레인(133), 데이터 패드(134)를 형성한다. 여기에서, 소스(132)와 드레인(133)은 게이트 전극(122)을 사이에 두고 마주보며 분리되어 있다. 이어 데이터 배선(131, 132, 133)으로 가리지 않는 반도체층(145)과 저항접촉층(146)을 식각한다. 이에 의하여 저항접촉층(146)은 게이트 전극(122)을 중심으로 양쪽으로 분리된다. 노출된 반도체층(145)의 표면을 안정화시키기 위하여 산소 플라즈마를 실시하는 것이 바람직하다.
이어 도 5c와 같이 보호막(141)을 형성하고 식각하여 접촉구(182, 183, 184)를 마련한 후 ITO 또는 IZO로 투명전극(161), 보조 게이트 패드(162) 보조 데이터 패드(163)를 형성한다. 게이트 패드(123)에 마련되는 접촉구(182)는 게이트 절연막(141)과 보호막(151)을 모두 제거해야 하며, 투명전극(161)과 드레인(133)의 연결을 위한 접촉구(184)와 데이터 패드(134)에 마련되는 접촉구(183)는 보호막(151)만 제거하면 된다.
이어 도 3d와 같이 유기절연막(155)과 반사막(171)을 형성하여 투과영역과 반사영역을 마련한다.
이 과정을 자세히 살펴보면, 먼저 유기절연막(155)을 적층한다. 유기절연막(155)의 두께는 약 1.9㎛이다. 유기절연막(155)은 비표시영역, 즉 게이트 패드(123), 데이터 패드(134)가 위치하는 영역에서 제거되어 있다. 단 실시예와 달리 비표시영역에 위치하여도 무방하지만 이 경우에도 접촉구(182, 183)가 형성되도록 패터닝되어야 한다. 유기절연막(155)은 또한, 투과창(82)영역에서도 제거된다. 노광과 현상에 의해 남아 있는 유기막(155)의 상부에는 일정한 간격으로 골이 형성되며, 이는 200℃이상의 큐어링 공정을 거치면 돌기모양의 렌즈부(156)로 형성된다.
이어 높은 반사율을 가지는 반사막(171)을 형성한다. 이 과정에서도 적층, 사진식각공정이 사용되며, 어닐링공정이 이어진다. 어닐링공정은 통상 200℃이상의 온도에서 이루어진다. 반사막(171)은 투과창(181)에서는 제거되어 있으며 게이트선(121)의 상부에 일부가 걸쳐지도록 패터닝된다. 반사막(171)은 투과창(181)을 통하여 투명전극(161)과 접촉하고 있다. 반사막(171)은 은을 포함할 수 있으며 바람직하게는 알루미늄을 포함한다.
반사막(171)을 형성한 후, 그 상부에 절연막(172)을 형성하며 도 2의 박막트랜지스터 기판이 완성된다. 절연막(172)의 형성에는 양극산화방법(anodizing)을 사용할 수 있다. 반사막(171)이 알루미늄으로 되어 있을 경우 양극산화시스템은, 알루미늄이 양극이 되고 음극으로는 납 등의 불활성 재료를 사용한다. 전해액으로는 황산, 크롬산, 수산 중에서 선택할 수 있다. 이러한 양극산화시스템에서 전압을 걸어주면 알루미늄에서는 알루미늄 이온이 발생하는데, 알루미늄 이온이 산소와 결합하여 알루미늄 산화물, 즉 알루미나(Al2O3)를 형성한다. 알루미나는 반사막(171)의 표면위에 형성되며 절연막(172)을 형성한다. 절연막(172)의 두께는 5000Å이하인 것이 바람직하며 이는 양극산화의 시간, 온도 등의 조건변화를 통해 조정할 수 있다. 반사막(171)이 은인 경우에는 은 산화물을 절연막(172)으로 형성한다.
절연막(172)을 형성하는 방법은 여러 가지가 가능하다. 한가지로, 반사막(171)을 증착한 후 패터닝 전에 양극산화할 수 있다. 그러나 이 방법은 산화물을 별도의 식각액을 사용하여야 하는 문제가 있다. 컬러필터 기판(200)의 공통전극(241)의 상부에 절연막(172)을 형성하는 방안도 가능하나 컬러필터(221)에 높은 온도가 인가되는 문제가 있다. 또한 반사막(171)의 상부에 별도의 증착과 식각과정을 통하여 절연막을 형성하는 방법은, 별도의 공정이 추가되기 때문에 바람직하지 않다. 양극산화법을 통한 절연막(172)의 형성은 별도의 증착, 식각 등이 필요하지 않아 편리하다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 필터 기판(200)을 나타낸 단면도이다. 컬러필터 기판소재(210)상에 3가지 색상의 컬러 필터(221R, 221G, 221B)가 번갈아 가며 형성되어 있다. 각 색상의 컬러 필터(221R, 221G, 221B)는 경계영역에서 겹치는 부분이 있으며, 이 겹치는 부분이 블랙 매트릭스의 역할을 한다. 컬러필터(221)는 통상 네가티브 감광성 물질이다.
제조과정에서 컬러필터(221)는 적색 컬러필터(221R), 녹색 컬러필터(221G), 청색 컬러필터(221B)의 순서로 형성되었다. 즉 적색 감광물질을 컬러필터 기판소재(210)상에 형성한 후 노광과 현상을 거쳐 적색 컬러필터(221R)를 형성한다. 그 후 동일한 과정을 거쳐 녹색 컬러필터(221G)를 형성한다. 단 서로 접하는 부분에서는 녹색 컬러필터(221G)가 적색 컬러필터(221R)의 상부에 위치하도록 한다. 청색컬러필터(221B)의 형성은 녹색 컬러필터(221G)의 경우와 유사하다.
컬러 필터(221)의 상부에는 오버코트막(231)이 형성되어 있다. 오버코트막(231)을 이루는 주요 물질로는 아크릴계의 화합물 수지와 경화제인 에폭시 수지가 있다. 오버코트막(231)은 컬러필터(221)의 겹침으로 인한 표면의 굴곡을 제거하기 위하여 형성된다. 오버코트막(231)의 상부에는 공통전극(241)이 마련되어 있으며, 공통전극은 주로 ITO나 IZO로 이루어져 있다.
컬러필터 기판(200)의 예로서 블랙매트릭스를 사용하지 않으며 오버코트막(231)이 형성되어 있는 구조를 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 블랙매트릭스가 형성되어 있거나 오버코트막(231)이 형성되지 않은 경우에도 본 발명이 적용된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정패널을 표시한 단면도이다. 하부에 박막트랜지스터 기판(100)이 위치하며 상부에 컬러필터 기판(200)이 위치하고 있으며 그 사이에 액정(311)이 위치하고 있다. 박막트랜지스터 기판(100)은 반사막(171)이 형성되어 외부의 빛을 반사하는 반사영역과, 반사막(171)이 제거되어 있으며 백라이트로부터의 빛을 통과시키는 투과영역으로 나누어져 있다. 도시하지 않았지만 박막트랜지스터 기판과 액정(311)사이, 컬러필터 기판과 액정(311)의 사이에는 배향막이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
그림에서 반사영역에서는 셀 갭(A)이 매우 낮게 형성되어 있다. 따라서 반사영역에 위치한 오버코트막(231)에서 뭉침 등의 불량이 발생하면 공통전극(231)이 박막트랜지스터 기판(100)과 접촉할 수 있다. 그러나 본 실시예에서는 이러한 불량이 발생해도 공통전극(241)은 반사막(171)과 직접 접촉하지 않고 절연막(172)과 접촉하기 때문에 하이 픽셀의 발생이 억제된다. 투과영역에서는 셀갭(B)이 상대적으로 높기 때문에 오버코트막(231)에서 불량이 발생하여도 하이 픽셀이 발생할 가능성이 적다.
위의 실시예에서는 전단게이트 방식의 보조 용량방식을 사용하였지만 독립전극방식을 사용하여도 무방하며, 투명전극(161)이 유기절연막(155)의 상부에 위치하는 구조도 가능하다. 또한 반투과 액정표시장치를 예로 들었으나, 반사형 액정표시장치에도 적용된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 컬러 필터 기판의 공통전극과 박막트랜지스터 기판의 반사막간의 단락발생을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박막트랜지스터 기판의 배치도,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따른 단면도,
도 3a 내지 3d는 본 발명의 실시예에 따른 박막트랜지스터 기판의 제조방법을 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 필터 기판을 나타낸 단면도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정패널을 표시한 단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
110 : 박막트랜지스터 기판소재 121 : 게이트선
122 : 게이트 전극 123 : 게이트 패드
131 : 데이터선 132 : 소스
133 : 드레인 134 : 데이터 패드
141 : 게이트 절연막 145 : 반도체층
146 : 접촉저항층 151 : 보호막 155 : 유기절연막 　 156 : 렌즈부
161 : 투명전극 162 : 보조 게이트 패드
163 : 보조 데이터 패드 171 : 반사막
172 : 절연막 181 : 투과창
182, 183, 184 : 접촉구

Claims (9)

  1. 외부로부터의 빛을 반사시키는 반사막이 형성되어 있는 반사영역을 포함하는 박막트랜지스터 기판과, 상기 박막트랜지스터 기판과 평행하게 배치되는 컬러필터 기판을 포함하는 반사/반투과 액정표시장치에 있어서,
    상기 반사막의 상부에는 절연막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사/반투과 액정표시장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반사막은 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사/반투과 액정표시장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 절연막은 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사/반투과 액정표시장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 절연막의 두께는 2000Å이하인 것을 특징으로 하는 반사/반투과 액정표시장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 컬러필터 기판에는 오버코트막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반사/반투과 액정표시장치.
  6. 반사/반투과 액정표시장치의 제조방법에 있어서,
    외부로부터의 빛을 반사시키는 반사막이 형성되어 있는 반사영역을 마련하는 단계;
    상기 반사막 상부에 절연막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사/반투과 액정표시장치의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 절연막의 형성은,
    상기 반사막을 양극으로 하는 양극산화법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반사/반투과 액정표시장치의 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 반사막은 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 반사/반투과 액정표시장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 절연막은 알루미나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사/반투과 액정표시장치.
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KR100876824B1 (ko) * 2002-10-11 2009-01-07 삼성전자주식회사 투명 엘씨디의 반사막 제어 장치 및 방법

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