KR20090042090A - 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법은 반사부와 투과부의 전극 각도를 조절함으로써 싱글 감마(single gamma)를 구현하는 동시에 로우 트위스티디 네마틱(Low Twisted Nematic; LTN) 액정을 사용하여 λ/4위상지연 판(Quarter Wave Plate; QWP)을 구현함으로써 기존의 위상지연 판 대비 높은 위상지연(retardation) 값을 구현하기 위한 것으로, 반사부와 투과부로 구분되는 화소부를 가진 제 1 기판; 상기 제 1 기판의 화소부에 형성된 게이트전극과 게이트라인 및 상기 제 1 기판의 반사부에 형성된 반사전극; 상기 제 1 기판 위에 형성된 제 1 절연막; 상기 게이트전극 상부에 형성된 액티브패턴; 상기 제 1 기판 위에 형성되되, 상기 액티브패턴의 소오스/드레인영역과 전기적으로 접속하는 소오스/드레인전극 및 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인; 상기 반사부와 투과부를 포함하는 화소영역에 형성되되, 상기 드레인전극에 전기적으로 접속하는 화소전극; 상기 제 1 기판 위에 형성된 제 2 절연막; 상기 제 1 기판의 화소부 전체에 형성되되, 상기 투과부에 다수개의 제 1 슬릿을 가지며 상기 반사부에 다수개의 제 2 슬릿을 가진 공통전극; 상기 제 1 기판과 대향하여 합착하는 제 2 기판; 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 로우 트위스티드 네마틱 액정층을 포함하며, 상기 제 2 슬릿은 상기 제 1 슬릿에 대해 소정 각도로 기울어진 것을 특징으로 한다.

투과부, 반사부, 전극 각도, 싱글 감마, 로우 트위스티드 네마틱

Description

반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법{TRANS-REFLECTIVE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}

본 발명은 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반사 모두와 투과 모드를 선택적으로 사용할 수 있는 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.

상기 액정표시장치는 크게 컬러필터(color filter) 기판과 어레이(array) 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.

상기 액정표시장치에 주로 사용되는 구동 방식인 능동 매트릭스(Active Matrix; AM) 방식은 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(Amorphous Silicon Thin Film Transistor; a-Si TFT)를 스위칭소자로 사용하여 화소부의 액정을 구동하는 방식이다.

이하, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 액정표시장치는 크게 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 및 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(30)으로 구성된다.

상기 컬러필터 기판(5)은 적(Red; R), 녹(Green; G) 및 청(Blue; B)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터(7)로 구성된 컬러필터(C)와 상기 서브-컬러필터(7) 사이를 구분하고 액정층(30)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix)(6), 그리고 상기 액정층(30)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(8)으로 이루어져 있다.

또한, 상기 어레이 기판(10)은 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(T) 및 상기 화소영역(P) 위에 형성된 화소전극(18)으로 이루어져 있다.

이와 같이 구성된 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)은 화상표시 영 역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 액정표시패널을 구성하며, 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)의 합착은 상기 컬러필터 기판(5) 또는 어레이 기판(10)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다.

이와 같이 구성된 액정표시장치는 사용하는 광원에 따라 투과형(transmission type)과 반사형(reflection type)으로 나뉠 수 있다.

이때, 투과형 액정표시장치는 액정표시패널의 뒷면에 부착된 배면광원인 백라이트(backlight)로부터 나오는 인위적인 빛을 액정에 입사시켜 액정의 배열에 따라 빛의 양을 조절하여 색을 표시하는 형태이고, 반사형 액정표시장치는 외부의 자연광이나 인조광원을 반사시킴으로서 액정의 배열에 따라 빛의 투과율을 조절하는 형태이다.

상기 투과형 액정표시장치는 인위적인 배면광원을 사용하므로 어두운 외부 환경에서도 밝은 화상을 구현할 수 있으나 전력소비(power consumption)가 큰 단점이 있는 반면, 반사형 액정표시장치는 빛의 대부분을 외부의 자연광이나 인조광원에 의존하는 구조를 하고 있으므로 투과형 액정표시장치에 비해 전력소비가 적지만 어두운 장소에서는 사용할 수 없다는 단점이 있다.

따라서, 두 가지 모드를 필요한 상황에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있는 장치로 반사투과형 액정표시장치가 제안되었다.

이러한 반사투과형 액정표시장치는 일반적으로 전압을 인가하지 않을 경우 백색광이 출력되는 표준 백색 모드(normally white mode)를 사용하는데, 반사 모드를 기준으로 설계되기 때문에 전압을 인가하지 않았을 때 투과 모드의 투과율은 반 사 모드 투과율의 50％ 정도밖에 되지 않는다. 또한, 투과부에서는 백라이트에서 공급된 빛이 액정층을 거쳐 바로 외부로 투과되는 방식이지만, 반사부의 경우 외부광원이 액정층을 거쳐 반사전극에서 반사된 다음 액정층을 거쳐 외부로 투과되는 방식이므로, 전압을 인가할 때 액정층과 반사전극에서의 위상차 변화가 반사부와 투과부간에 동일할 수 없게 된다.

이러한 싱글셀갭(single cell-gap) 구조에서의 문제점을 해결하기 위하여, 투과부 셀갭을 반사부 셀갭보다 크게 하는 구조인 듀얼셀갭(dual cell-gap) 구조의 액정표시장치가 제안되었다.

이하, 상기 듀얼셀갭 구조의 반사투과형 액정표시장치를 그 제조방법을 통해 상세히 설명한다. 참고로, 상기 액정표시장치의 제조공정은 기본적으로 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판의 제작에 다수의 마스크공정(즉, 포토리소그래피(photolithography)공정)을 필요로 하므로 생산성 면에서 상기 마스크수를 줄이는 방법이 요구되어지고 있다.

도 2a 내지 도 2g는 일반적인 반사투과형 액정표시장치의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도로써, 투과부의 셀갭을 반사부의 셀갭보다 크게 한 듀얼셀갭 구조의 반사투과형 액정표시장치의 제조공정을 예를 들어 나타내고 있다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 어레이 기판(10) 위에 포토리소그래피공정(제 1 마스크공정)을 이용하여 도전성 금속물질로 이루어진 게이트전극(21)을 형성한다.

다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(21)이 형성된 어레이 기판(10) 전면(全面)에 차례대로 제 1 절연막(15a)과 비정질 실리콘 박막 및 n+ 비 정질 실리콘 박막을 증착한 후, 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 이용하여 상기 비정질 실리콘 박막과 n+ 비정질 실리콘 박막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 게이트전극(21) 위에 상기 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 액티브패턴(24)을 형성한다.

이때, 상기 액티브패턴(24) 위에는 상기 액티브패턴(24)과 동일한 형태로 패터닝된 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(25)이 형성되게 된다.

이후, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(10) 전면에 도전성 금속물질을 증착한 후 포토리소그래피공정(제 3 마스크공정)을 이용하여 선택적으로 패터닝함으로써 상기 액티브패턴(24) 상부에 소오스전극(22)과 드레인전극(23)을 형성한다. 이때, 상기 액티브패턴(24) 위에 형성되어 있는 n+ 비정질 실리콘 박막패턴은 상기 제 3 마스크공정을 통해 소정영역이 제거되어 상기 액티브패턴(24)과 소오스/드레인전극(22, 23) 사이에서 오믹-콘택층(ohmic contact layer)(25n)을 형성하게 된다.

다음으로, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 소오스전극(22)과 드레인전극(23)이 형성된 어레이 기판(10) 전면에 아크릴(acryl)과 같은 유기절연막인 제 2 절연막(15b)을 증착한 후, 포토리소그래피공정(제 4 마스크공정)을 통해 상기 제 2 절연막(15b)의 일부 영역을 제거하여 상기 드레인전극(23)의 일부를 노출시키는 콘택홀(40)과 투과부의 셀갭을 조절하기 위한 오픈홀(T)을 형성한다.

그리고, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 절연막(15b)이 형성된 어레이 기판(10) 전면에 반사율이 뛰어난 도전성 금속물질을 증착한 후, 포토리소그래피공 정(제 5 마스크공정)을 이용하여 반사부에 상기 콘택홀(40)을 통해 상기 드레인전극(23)과 전기적으로 접속하는 반사전극(18r)을 형성한다.

다음으로, 도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(10) 전면에 투명한 도전성 금속물질을 증착한 후, 포토리소그래피공정(제 6 마스크공정)을 이용하여 상기 반사전극(18r)이 형성되어 있는 반사부를 포함하여 화소영역 전체에 화소전극(18t)을 형성한다.

상기에 설명된 바와 같이 일반적인 반사투과형 액정표시장치는 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판의 제조에 총 6번의 포토리소그래피공정을 필요로 하여 투과형 액정표시장치에 비해 많은 수의 포토리소그래피공정을 필요로 한다.

상기 포토리소그래피공정은 마스크에 그려진 패턴을 박막이 증착된 기판 위에 전사시켜 원하는 패턴을 형성하는 일련의 공정으로 감광액 도포, 노광, 현상공정 등 다수의 공정으로 이루어지며, 다수의 포토리소그래피공정은 생산 수율을 떨어뜨리는 단점이 있다.

특히, 패턴을 형성하기 위하여 설계된 마스크는 매우 고가이어서, 공정에 적용되는 마스크수가 증가하면 액정표시장치의 제조비용이 이에 비례하여 상승하게 된다.

이와 같이 제작된 어레이 기판(10)은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트에 의해 도 2g에 도시된 바와 같이, 상부의 컬러필터 기판(5)과 대향하여 합착하여 액정표시장치를 구성하게 된다.

이때, 상기 컬러필터 기판(5)에는 상기 박막 트랜지스터와 게이트라인 및 데 이터라인으로 빛이 새는 것을 방지하는 블랙매트릭스(6)와 적, 녹 및 청색의 컬러를 구현하기 위한 컬러필터(7)가 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(6)와 컬러필터(7) 상에는 소정의 오버코트층(over coat layer)(9)과 공통전극(8)이 형성되게 된다.

이와 같이 구성된 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 사이에는 액정층(미도시)이 개재되어 있으며, 상기 액정층의 두께는 셀갭(d1, d2)으로 정의되게 된다.

여기서, 반사부에서의 빛의 진행거리와 투과부에서의 빛의 진행거리의 차이에 의한 빛의 위상차 값의 차이를 줄이기 위하여, 상기 반사부에서의 빛의 진행거리가 투과부에서의 빛의 진행거리의 2배인 점을 감안하여, 상기 반사부 셀갭(d1)은 상기 제 2 절연막(15b)에 오픈홀을 가지는 투과부 셀갭(d2)의 1/2에 해당되게 설계되게 된다.

그러나, 이러한 듀얼 셀갭 구조의 반사투과형 액정표시장치는 다음과 같은 문제점을 가진다.

첫째, 반사부와 투과부간에 셀갭 차를 두기 위해 단차특성이 우수한 유기절연물질이 주로 이용되는데, 상기 유기절연물질의 경우 별도의 공정 장비가 요구되고 비용이 고가인 문제점이 있다.

둘째, 절연막이 가지는 단차에 의존하여, 반사부와 투과부 사이의 셀갭을 다르게 하는 공정은 실질적으로 복잡한 공정 조건을 요구하고, 이에 따라 공정 효율이 떨어지게 된다.

또한, 광시야각을 위한 반사투과형 횡전계방식(In Plane Switching; IPS) 액정표시장치를 구현하기 위해서는 여러 장의 위상차 보상 필름을 적용하여야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 5번의 마스크공정으로 어레이 기판을 제작하도록 한 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 게이트전극 형성시 반사전극을 형성하도록 함으로써 마스크공정을 개선한 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 싱글 셀갭으로 반사투과형 광시야각 모드를 구현할 수 있는 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 반사투과형 액정표시장치는 반사부와 투과부로 구분되는 화소부를 가진 제 1 기판; 상기 제 1 기판의 화소부에 형성된 게이트전극과 게이트라인 및 상기 제 1 기판의 반사부에 형성된 반사전극; 상기 제 1 기판 위에 형성된 제 1 절연막; 상기 게이트전극 상부에 형성된 액티브패턴; 상기 제 1 기판 위에 형성되되, 상기 액티브패턴의 소오스/드레인영역과 전기적으로 접속하는 소오스/드레인전극 및 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인; 상기 반사부와 투과부를 포함하는 화소영역에 형성되되, 상기 드레인전극에 전기적으로 접속하는 화소전극; 상기 제 1 기판 위에 형성된 제 2 절 연막; 상기 제 1 기판의 화소부 전체에 형성되되, 상기 투과부에 다수개의 제 1 슬릿을 가지며 상기 반사부에 다수개의 제 2 슬릿을 가진 공통전극; 상기 제 1 기판과 대향하여 합착하는 제 2 기판; 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 로우 트위스티드 네마틱 액정층을 포함하며, 상기 제 2 슬릿은 상기 제 1 슬릿에 대해 소정 각도로 기울어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 반사투과형 액정표시장치의 제조방법은 반사부와 투과부로 구분되는 화소부를 가진 제 1 기판을 제공하는 단계; 상기 제 1 기판의 화소부에 게이트전극과 게이트라인을 형성하며, 상기 제 1 기판의 반사부에 반사전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판 위에 제 1 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판에 액티브패턴과 소오스/드레인전극 및 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인을 형성하는 단계; 상기 반사부와 투과부를 포함하는 화소영역에 형성하되, 상기 드레인전극에 전기적으로 접속하도록 화소전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판 위에 제 2 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판의 화소부 전체에 공통전극을 형성하되, 상기 투과부에 다수개의 제 1 슬릿을 가지며 상기 반사부에 다수개의 제 2 슬릿을 가지도록 공통전극을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 로우 트위스티드 네마틱 액정층을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 슬릿은 상기 제 1 슬릿에 대해 소정 각도로 기울어지도록 형성하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법 은 박막 트랜지스터 제조에 사용되는 마스크수를 줄여 제조공정 및 비용을 절감시키는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법은 λ/4위상지연 판 한 장과 λ/2위상지연 판 2장으로 반사투과형 광시야각을 구현할 수 있으며, 싱글 셀갭의 구현으로 기존의 듀얼 셀갭에 비해 수율 및 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법은 로우 트위스티드 네마틱 액정으로 λ/4위상지연 판 구현시 기존 위상지연 판 대비 높은 위상지연 값을 얻을 수 있어 투과부의 휘도효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법은 반사부와 투과부의 전극 각도를 조절함으로써 손쉽게 싱글 감마를 구현할 수 있는 이점을 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도로써, 설명의 편의를 위해 게이트패드부와 데이터패드부 및 화소부의 박막 트랜지스터를 포함하는 하나의 화소를 나타내고 있다.

실제의 액정표시장치에서는 N개의 게이트라인과 M개의 데이터라인이 교차하여 MxN개의 화소가 존재하지만 설명을 간단하게 하기 위해 도면에는 하나의 화소를 나타내고 있다.

또한, 상기 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치는 액정분자를 기판에 대해 수평한 방향으로 구동시켜 시야각을 170도 이상으로 향상시킨 횡전계(In Plane Switching; IPS)방식 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 상기 도 3은 화소전극 및 공통전극 사이에 형성되는 프린지 필드가 슬릿을 관통하여 화소영역 및 화소전극 상에 위치하는 액정 분자를 구동시킴으로써 화상을 구현하는 프린지 필드형(Fringe Field Switching; FFS) 액정표시장치를 예를 들어 나타내고 있다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판(110)은 반사부(R)와 투과부(T)로 구분된 상기 어레이 기판(110) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(116)과 데이터라인(117)이 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 상기 화소영역 내에는 프린지 필드를 발생시켜 액정(미도시)을 구동시키는 다수개의 슬릿(108s, 108s')을 가진 공통전극(108) 및 박스형태의 화소전극(118)과 반사전극(118')이 형성되어 있다.

여기서, 상기 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치는 상기 액정으로 꼬임 각이 약 63~64°로 바람직하게는 63.5°나 63.6°인 로우 트위스티드 네마틱 액정을 사용하여 λ/4위상지연 판을 구현하도록 함으로써 기존 위상지연 판 대비 높은 위상지연 값을 얻을 수 있어 투과부(T)의 휘도효율을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

이때, 전단에 위치한 게이트라인(116)의 일부는 제 1 절연막(미도시)을 사이 에 두고 그 상부의 화소전극(118)의 일부와 중첩하여 스토리지 커패시터(storage capacitor)를 형성하게 된다. 상기 스토리지 커패시터는 액정 커패시터에 인가된 전압을 다음 신호가 들어올 때까지 일정하게 유지시키는 역할을 한다. 즉, 상기 어레이 기판(110)의 화소전극(118)은 상기 공통전극(108)과 함께 액정 커패시터를 이루는데, 일반적으로 상기 액정 커패시터에 인가된 전압은 다음 신호가 들어올 때까지 유지되지 못하고 누설되어 사라진다. 따라서, 인가된 전압을 유지하기 위해서는 스토리지 커패시터를 액정 커패시터에 연결해서 사용해야 한다.

이러한 스토리지 커패시터는 신호 유지 이외에도 계조(gray scale) 표시의 안정과 플리커(flicker) 및 잔상(afterimage) 감소 등의 효과를 가진다.

상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트라인(116)에 연결된 게이트전극(121), 상기 데이터라인(117)에 연결된 소오스전극(122) 및 상기 화소전극(118)에 전기적으로 접속된 드레인전극(123)으로 구성되어 있다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극(121)에 공급되는 게이트 전압에 의해 상기 소오스전극(122)과 드레인전극(123) 간에 전도채널을 형성하는 액티브패턴(124)을 포함한다.

이때, 상기 소오스전극(122)의 일부는 일방향으로 연장되어 상기 데이터라인(117)의 일부를 구성하며, 상기 드레인전극(123)의 일부는 화소영역 쪽으로 연장되어 별도의 콘택홀 없이 직접 상기 화소전극(118)에 전기적으로 접속하게 된다.

전술한 바와 같이 상기 화소영역 내에는 프린지 필드를 발생시키기 위한 다수개의 슬릿(108s, 108s')을 가진 공통전극(108)과 화소전극(118) 및 반사전극(118')이 형성되어 있는데, 이때 상기 화소전극(118)은 화소영역 전체, 즉 반사 부(R)와 투과부(T) 전체에 걸쳐 형성되는 한편, 상기 반사전극(118')은 상기 반사부(R)에만 형성되어 외부의 광원을 반사시키는 역할을 하게 된다.

또한, 상기 공통전극(108)은 화소부 전체에 걸쳐 단일패턴으로 형성되는 동시에 상기 투과부(T) 내에서 다수개의 제 1 슬릿(108s) 및 상기 반사부(R) 내에서 다수개의 제 2 슬릿(108s')을 가지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제 1 슬릿(108s)은 상기 데이터라인(117)에 대해 실질적으로 동일한 방향으로 배치되어 있는 한편, 상기 제 2 슬릿(108s')은 상기 데이터라인(117)에 대해 소정의 각도를 가지도록 배치되어 있어 상기 반사부(R)와 투과부(T)에서 서로 다른 방향으로 러빙을 진행한 것과 동일한 효과를 발생하게 된다. 이는 상기 반사부(R)와 투과부(T)에서 싱글 감마를 구현하기 위한 방법으로 투과부(T)의 전극 대비 반사부(R)의 전극, 즉 상기 제 1 슬릿(108s) 대비 제 2 슬릿(108s')을 약 30~40°, 바람직하게는 35°로 기울게 형성하는 것이다.

또한, 상기 공통전극(108)을 화소부 전체에 걸쳐 단일패턴으로 형성하게 되면 각각의 화소영역에 공통전극을 형성하는 경우에 비해 상기 공통전극들 사이를 전기적으로 접속시키기 위한 공통라인을 형성할 필요가 없게 된다. 그 결과 어레이 기판(110)을 제작하는데 필요한 마스크수를 하나 줄일 수 있게 된다.

또한, 상기와 같이 불투명한 공통라인이 필요 없게 되는 동시에 공통전극(108)이 데이터라인(117) 상부에도 형성되게 되므로 개구율이 향상되게 되며, 투과부(T)에서는 상기 화소전극(118)의 좌우 끝이 데이터라인(117) 주위의 최외곽 제 1 슬릿(108s) 내에 존재하게 되어 상기 데이터라인(117) 주위의 투과율이 극대화되 게 된다.

이와 같이 구성된 상기 어레이 기판(110)의 가장자리 영역에는 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)에 각각 전기적으로 접속하는 게이트패드전극(126p)과 데이터패드전극(127p)이 형성되어 있으며, 외부의 구동회로부(미도시)로부터 인가 받은 주사신호와 데이터신호를 각각 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)에 전달하게 된다.

즉, 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)은 구동회로부 쪽으로 연장되어 각각 해당하는 게이트패드라인(116p)과 데이터패드라인(117p)에 연결되며, 상기 게이트패드라인(116p)과 데이터패드라인(117p)은 상기 게이트패드라인(116p)과 데이터패드라인(117p)에 각각 전기적으로 접속된 게이트패드전극(126p)과 데이터패드전극(127p)을 통해 구동회로부로부터 각각 주사신호와 데이터신호를 인가 받게 된다.

참고로, 도면부호 140a 및 140b는 각각 제 1 콘택홀 및 제 2 콘택홀을 나타내며, 이때 상기 데이터패드전극(127p)은 상기 제 1 콘택홀(140a)을 통해 상기 데이터패드라인(117p)과 전기적으로 접속하고 상기 게이트패드전극(126p)은 상기 제 2 콘택홀(140b)을 통해 상기 게이트패드라인(116p)과 전기적으로 접속하게 된다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치는 하프-톤 마스크 또는 회절마스크(이하, 하프-톤 마스크를 지칭하는 경우에는 회절마스크를 포함하는 것으로 한다)를 이용하여 액티브패턴과 소오스/드레인전극 및 데이터라인을 한번의 마스크공정으로 형성하고 상기 드레인전극 위에 별도의 콘택홀 없이 직접 접속하도록 화소전극을 형성함으로써 어레이 기판을 제작하는데 필요한 마스크수를 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치는 게이트전극을 형성할 때 반사전극을 형성하도록 함으로써 총 5번의 마스크공정으로 반사투과형 어레이 기판을 제작할 수 있는 한편 싱글 셀갭으로 반사투과형 광시야각 모드를 구현할 수 있게 되는데, 이를 다음의 반사투과형 액정표시장치의 제조방법을 통해 상세히 설명한다.

도 4a 내지 도 4e는 도 3에 도시된 어레이 기판의 IIIa-IIIa'선과 IIIb-IIIb선 및 IIIc-IIIc선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도로써, 좌측에는 화소부의 어레이 기판을 제조하는 공정을 나타내며 우측에는 차례대로 데이터패드부와 게이트패드부의 어레이 기판을 제조하는 공정을 나타내고 있다.

또한, 도 5a 내지 도 5e는 도 3에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도이다.

도 4a 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 어레이 기판(110)의 화소부에 게이트전극(121)과 게이트라인(116) 및 반사전극(118')을 형성하며, 상기 어레이 기판(110)의 게이트패드부에 게이트패드라인(116p)을 형성한다.

이때, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인(116)과 반사전극(118') 및 게이트패드라인(116p)은 제 1 도전막을 상기 어레이 기판(110) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정(제 1 마스크공정)을 통해 선택적으로 패터닝하여 형성하게 된다.

여기서, 상기 제 1 도전막으로 알루미늄(aluminium; Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(tungsten; W), 구리(copper; Cu), 크롬(chromium; Cr), 몰리브덴(molybdenum; Mo) 및 몰리브덴 합금 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제 1 도전막은 상기 저저항 도전물질이 두 가지 이상 적층된 다층구조로 형성할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치는 게이트전극(121)과 게이트라인(116)을 형성할 때 상기 제 1 도전막으로 반사부에 반사전극(118')을 형성함으로써 반사전극(118')의 형성에 필요한 마스크수를 줄일 수 있게 된다.

다음으로, 도 4b 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인(116)과 반사전극(118') 및 게이트패드라인(116p)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 제 1 절연막(115a), 비정질 실리콘 박막, n+ 비정질 실리콘 박막 및 제 2 도전막을 형성한다.

이후, 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 통해 상기 비정질 실리콘 박막과 n+ 비정질 실리콘 박막 및 제 2 도전막을 선택적으로 제거함으로써 상기 어레이 기판(110)의 화소부에 상기 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 액티브패턴(124)을 형성하며, 상기 액티브패턴(124) 상부에 상기 제 2 도전막으로 이루어진 소오스전극(122)과 드레인전극(123)을 형성한다.

이때, 상기 제 2 마스크공정을 통해 상기 어레이 기판(110)의 데이터라인 영역에 상기 제 2 도전막으로 이루어진 데이터라인(117)을 형성하는 동시에 상기 어레이 기판(110)의 데이터패드부에 상기 제 2 도전막으로 이루어진 데이터패드라 인(117p)을 형성하게 된다.

이때, 상기 액티브패턴(124) 상부에는 상기 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며 상기 액티브패턴(124)과 동일한 형태로 패터닝된 제 1 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(125')이 형성되게 된다.

또한, 상기 데이터패드라인(117p) 하부에는 각각 상기 비정질 실리콘 박막과 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며 상기 데이터패드라인(117p)과 동일한 형태로 패터닝된 제 1 비정질 실리콘 박막패턴(124')과 제 2 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(125")이 형성되게 된다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 상기 액티브패턴(124)과 소오스/드레인전극(122, 123) 및 데이터라인(117)은 하프-톤 마스크를 이용함으로써 한번의 마스크공정(제 2 마스크공정)을 통해 동시에 형성할 수 있게 되는데, 이하 도면을 참조하여 상기 제 2 마스크공정을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 이에 한정되지는 않으며 상기 액티브패턴(124) 및 소오스/드레인전극(122, 123)과 데이터라인(117)을 두 번의 마스크공정으로 형성할 수도 있다.

도 6a 내지 도 6f는 도 4b 및 도 5b에 도시된 어레이 기판에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 제 2 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도이다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인(116)과 반사전극(118') 및 게이트패드라인(116p)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 제 1 절연막(115a), 비정질 실리콘 박막(120), n+ 비정질 실리콘 박막(125) 및 제 2 도전막(130)을 형성한다.

이때, 상기 제 2 도전막(130)은 소오스전극과 드레인전극 및 데이터라인을 구성하기 위해 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 구리, 크롬, 몰리브덴 및 몰리브덴 합금 등과 같은 저저항 불투명 도전물질로 이루어질 수 있다.

그리고, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(110) 전면에 포토레지스트와 같은 감광성물질로 이루어진 제 1 감광막(170)을 형성한 후, 본 발명의 실시예에 따른 제 1 하프-톤 마스크(180)를 통해 상기 제 1 감광막(170)에 선택적으로 광을 조사한다.

이때, 상기 제 1 하프-톤 마스크(180)에는 조사된 광을 모두 투과시키는 제 1 투과영역(I)과 광의 일부만 투과시키고 일부는 차단하는 제 2 투과영역(II) 및 조사된 모든 광을 차단하는 차단영역(III)이 마련되어 있으며, 상기 제 1 하프-톤 마스크(180)를 투과한 광만이 상기 제 1 감광막(170)에 조사되게 된다.

이어서, 상기 제 1 하프-톤 마스크(180)를 통해 노광된 상기 제 1 감광막(170)을 현상하고 나면, 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 차단영역(III)과 제 2 투과영역(II)을 통해 광이 모두 차단되거나 일부만 차단된 영역에는 소정 두께의 제 1 감광막패턴(170a) 내지 제 4 감광막패턴(170d)이 남아있게 되고, 모든 광이 투과된 제 1 투과영역(I)에는 상기 제 1 감광막이 완전히 제거되어 상기 제 2 도전막(130) 표면이 노출되게 된다.

이때, 상기 차단영역(III)에 형성된 제 1 감광막패턴(170a) 내지 제 3 감광막패턴(170c)은 제 2 투과영역(II)을 통해 형성된 제 4 감광막패턴(170d)보다 두껍게 형성된다. 또한, 상기 제 1 투과영역(I)을 통해 광이 모두 투과된 영역에는 상 기 제 1 감광막이 완전히 제거되는데, 이것은 포지티브 타입의 포토레지스트를 사용했기 때문이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 네거티브 타입의 포토레지스트를 사용하여도 무방하다.

다음으로, 도 6d에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 형성된 제 1 감광막패턴(170a) 내지 제 4 감광막패턴(170d)을 마스크로 하여, 그 하부에 형성된 비정질 실리콘 박막과 n+ 비정질 실리콘 박막 및 제 2 도전막을 선택적으로 제거하게 되면, 상기 어레이 기판(110)의 화소부에 상기 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 액티브패턴(124)이 형성되며, 상기 어레이 기판(110)의 데이터라인부에 상기 제 2 도전막으로 이루어진 데이터라인(미도시)이 형성되게 된다.

또한, 상기 어레이 기판(110)의 데이터패드부에는 상기 제 2 도전막으로 이루어진 데이터패드라인(117p)이 형성되게 된다.

이때, 상기 액티브패턴(124) 상부에는 각각 상기 n+ 비정질 실리콘 박막과 제 2 도전막으로 이루어지며 상기 액티브패턴(124)과 동일한 형태로 패터닝된 제 1 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(125')과 제 2 도전막패턴(130')이 형성되게 된다.

또한, 상기 데이터패드라인(117p) 하부에는 각각 상기 비정질 실리콘 박막과 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며 상기 데이터패드라인(117p)과 동일한 형태로 패터닝된 제 1 비정질 실리콘 박막패턴(124')과 제 2 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(125")이 형성되게 된다.

이후, 도 6e에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 감광막패턴 내지 제 4 감광막패턴의 일부를 제거하는 애싱(ahing)공정을 진행하여 상기 제 2 투과영역(II)의 제 4 감광막패턴을 완전히 제거한다.

이때, 상기 제 1 감광막패턴 내지 제 3 감광막패턴은 상기 제 4 감광막패턴의 두께만큼이 제거된 제 5 감광막패턴(170a') 내지 제 7 감광막패턴(170c')으로 상기 차단영역(III)에 대응하는 소오스전극영역과 드레인전극영역 및 상기 데이터패드라인(117p) 상부에만 남아있게 된다.

이후, 도 6f에 도시된 바와 같이, 상기 남아있는 제 5 감광막패턴(170a') 내지 제 7 감광막패턴(170c')을 마스크로 하여 상기 제 2 도전막패턴의 일부를 제거함으로써 상기 어레이 기판(110)의 화소부에 상기 제 2 도전막으로 이루어진 소오스전극(122)과 드레인전극(123)을 형성한다.

이때, 상기 액티브패턴(124) 상부에는 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 상기 제 1 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(125')이 그대로 남아있게 되어 후술할 화소전극을 형성하기 위해 상기 어레이 기판(110) 전면에 제 3 도전막을 증착할 경우에 상기 액티브패턴(124)의 채널영역, 구체적으로는 백 채널(back channel)이 상기 제 3 도전막의 증착에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명의 실시예는 하프-톤 마스크를 이용함으로써 상기 액티브패턴(124)과 소오스/드레인전극(122, 123) 및 데이터라인(117)을 한번의 마스크공정을 통해 형성할 수 있게 된다.

다음으로, 도 4c 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 액티브패턴(124)과 소오스/드레인전극(122, 123) 및 데이터라인(117)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 제 3 도전막을 형성한다.

이후, 포토리소그래피공정(제 3 마스크공정)을 이용하여 상기 제 3 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 어레이 기판(110)의 화소부에 상기 드레인전극(123)과 직접 접속하는 화소전극(118)을 형성한다.

이때, 상기 제 3 마스크공정을 통해 상기 제 1 n+ 비정질 실리콘 박막패턴이 선택적으로 제거되어 상기 액티브패턴(124)의 소오스/드레인영역과 상기 소오스/드레인전극(122, 123) 사이를 오믹-콘택시키는 오믹-콘택층(125n)이 형성되게 된다.

이와 같이 상기 본 발명의 실시예는 상기 제 3 마스크공정에 하프-톤 마스크를 이용함으로써 상기 화소전극(118)과 오믹-콘택층(125n)을 한번의 마스크공정을 통해 형성할 수 있게 되는데, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 오믹-콘택층(125n)은 상기 제 2 마스크공정에서 소오스전극(122)과 드레인전극(123)을 형성하는 과정 중에 형성할 수도 있다.

도 7a 내지 도 7f는 도 4c 및 도 5c에 도시된 어레이 기판에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 제 3 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도이다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 상기 액티브패턴(124)과 소오스/드레인전극(122, 123) 및 데이터라인(미도시)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 제 3 도전막(150)을 형성한다.

이때, 상기 제 3 도전막은 화소전극을 형성하기 위해 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)와 같은 투과율이 뛰어난 투명한 도전물질을 포함한다.

이때, 전술한 바와 같이 상기 액티브패턴(124)의 채널영역 위에 제 1 n+ 비 정질 실리콘 박막패턴(125')이 남아있게 되면, 상기 제 3 도전막의 증착에 의해 상기 액티브패턴(124)의 백 채널이 오염되는 것을 방지할 수 있게 된다.

그리고, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(110) 전면에 포토레지스트와 같은 감광성물질로 이루어진 제 2 감광막(175)을 형성한 후, 본 발명의 실시예에 따른 제 2 하프-톤 마스크(185)를 통해 상기 제 2 감광막(175)에 선택적으로 광을 조사한다.

이때, 상기 제 2 하프-톤 마스크(185)에는 조사된 광을 모두 투과시키는 제 1 투과영역(I)과 광의 일부만 투과시키고 일부는 차단하는 제 2 투과영역(II) 및 조사된 모든 광을 차단하는 차단영역(III)이 마련되어 있으며, 상기 제 2 하프-톤 마스크(185)를 투과한 광만이 상기 제 2 감광막(175)에 조사되게 된다.

이어서, 상기 제 2 하프-톤 마스크(185)를 통해 노광된 상기 제 2 감광막(175)을 현상하고 나면, 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 차단영역(III)과 제 2 투과영역(II)을 통해 광이 모두 차단되거나 일부만 차단된 영역에는 소정 두께의 제 1 감광막패턴(175a) 및 제 2 감광막패턴(175b)이 남아있게 되고, 모든 광이 투과된 제 1 투과영역(I)에는 상기 제 2 감광막이 완전히 제거되어 상기 제 3 도전막(150) 표면이 노출되게 된다.

이때, 상기 차단영역(III)에 형성된 제 1 감광막패턴(175a)은 제 2 투과영역(II)을 통해 형성된 제 2 감광막패턴(175b)보다 두껍게 형성된다. 또한, 상기 제 1 투과영역(I)을 통해 광이 모두 투과된 영역에는 상기 제 2 감광막이 완전히 제거되는데, 이것은 포지티브 타입의 포토레지스트를 사용했기 때문이며, 본 발명이 이 에 한정되는 것은 아니며 네거티브 타입의 포토레지스트를 사용하여도 무방하다.

다음으로, 도 7d에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 형성된 제 1 감광막패턴(175a) 및 제 2 감광막패턴(175b)을 마스크로 하여, 그 하부에 형성된 제 2 도전막과 제 1 n+ 비정질 실리콘 박막패턴을 선택적으로 제거하게 되면, 상기 어레이 기판(110)의 화소부에 상기 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며 상기 소오스/드레인(122, 123)과 동일한 형태로 패터닝된 오믹-콘택층(125n)이 형성되게 된다.

이때, 상기 오믹-콘택층(125n)은 상기 액티브패턴(124)의 소오스/드레인영역과 상기 소오스/드레인전극(122, 123) 사이를 오믹-콘택시키는 역할을 하게 된다.

이후, 도 7e에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 감광막패턴 및 제 2 감광막패턴의 일부를 제거하는 애싱공정을 진행하여 상기 제 2 투과영역(II)의 제 2 감광막패턴을 완전히 제거한다.

이때, 상기 제 1 감광막패턴은 상기 제 2 감광막패턴의 두께만큼이 제거된 제 3 감광막패턴(175a')으로 상기 차단영역(III)에 대응하는 화소전극영역에만 남아있게 된다.

이후, 도 7f에 도시된 바와 같이, 상기 남아있는 제 3 감광막패턴(175a')을 마스크로 하여 상기 제 3 도전막의 일부를 제거함으로써 상기 어레이 기판(110)의 화소부에 상기 제 3 도전막으로 이루어진 화소전극(118)이 형성되게 된다.

이때, 상기 화소전극(118)은 별도의 콘택홀 없이 상기 드레인전극(123)의 일부와 직접 접속함으로써 상기 콘택홀을 형성하는데 필요한 마스크공정을 생략할 수 있는 이점이 있다.

다음으로, 도 4d 및 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 화소전극(118)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 제 2 절연막(115b)을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 4 마스크공정)을 통해 선택적으로 제거함으로써 상기 어레이 기판(110)의 데이터패드부 및 게이트패드부에 각각 상기 데이터패드라인(117p) 및 게이트패드라인(116p)의 일부를 노출시키는 제 1 콘택홀(140a)과 제 2 콘택홀(140b)을 형성한다.

이때, 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치는 상기 투과부의 제 2 절연막(115b)의 일부를 제거하는 오픈홀을 형성하지 않음에 따라 투과부의 셀갭이 반사부의 셀갭과 동일한 싱글 셀갭을 구현하게 된다.

그리고, 도 4e 및 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 콘택홀(140a)과 제 2 콘택홀(140b)이 형성된 상기 제 2 절연막(115b) 전면에 투명한 도전물질로 이루어진 제 4 도전막을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 5 마스크공정)을 이용하여 선택적으로 패터닝함으로써 상기 투과부 내에 다수개의 제 1 슬릿(108s)을 가지며 상기 반사부 내에 다수개의 제 2 슬릿(108s')을 가진 공통전극(108)을 형성한다.

이때, 상기 제 5 마스크공정을 이용하여 상기 제 4 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 데이터패드부 및 게이트패드부에 각각 상기 제 1 콘택홀(140a) 및 제 2 콘택홀(140b)을 통해 상기 데이터패드라인(117p) 및 게이트패드라인(116p)에 전기적으로 접속하는 데이터패드전극(127p) 및 게이트패드전극(126p)을 형성하게 된다.

이때, 상기 제 4 도전막은 상기 공통전극(108)과 데이터패드전극(127p) 및 게이트패드전극(126p)을 형성하기 위해 인듐-틴-옥사이드 또는 인듐-징크-옥사이드와 같은 투과율이 뛰어난 투명한 도전물질을 포함한다.

또한, 상기 본 발명의 실시예에 따른 공통전극(108)은 화소부 전체에 걸쳐 단일패턴으로 이루어지며, 상기 화소전극(118)이 형성된 투과부 내에는 상기 공통전극(108)에 다수개의 제 1 슬릿(108s)이 형성되는 한편 상기 화소전극(118)과 반사전극(118')이 형성된 반사부 내에서 다수개의 제 2 슬릿(108s')이 형성되게 된다.

이때, 상기 공통전극(108)은 화소부 전체에 걸쳐 단일패턴으로 이루어짐에 따라 상기 다수개의 제 1 슬릿(108s) 및 제 2 슬릿(108s')이 형성되지 않은 영역인 게이트라인(116)과 데이터라인(117) 및 박막 트랜지스터 상부에도 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 참고로, 상기 화소부는 모든 화소영역이 모여 화상을 표시하는 어레이 기판(110)의 화상표시 영역을 의미한다.

특히, 본 발명의 실시예의 반사투과형 액정표시장치는 상기 공통전극(108)이 데이터라인(117) 상부에도 형성되게 되므로 액정표시패널의 개구율이 향상되게 되며, 투과부에서는 상기 화소전극(118)의 좌우 끝이 데이터라인(117) 주위의 최외곽 제 1 슬릿(108s) 내에 존재하게 되어 상기 데이터라인(117) 주위의 투과율이 극대화되게 된다.

또한, 상기 화소전극(118)은 박막 트랜지스터의 드레인전극(124)과 오버랩된 형태로 직접 접속하여 상기 화소전극(118)과 드레인전극(123)을 접속시키는 콘택홀을 형성하기 위한 공간(margin)을 화소영역 내에 형성할 필요가 없고, 이에 의해 화소영역의 개구율이 증가하게 된다.

이와 같이 구성된 상기 본 발명의 실시예의 어레이 기판은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트에 의해 컬러필터 기판과 대향하여 합착되게 되는데, 이때 상기 컬러필터 기판에는 상기 박막 트랜지스터와 게이트라인 및 데이터라인으로 빛이 새는 것을 방지하는 블랙매트릭스와 적, 녹 및 청색의 컬러를 구현하기 위한 컬러필터가 형성되어 있다.

이때, 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판의 합착은 상기 컬러필터 기판 또는 어레이 기판에 형성된 합착키를 통해 이루어진다.

한편, 전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치는 로우 트위스티드 네마틱(Low Twisted Nematic; LTN) 액정으로 λ/4위상지연 판(Quarter Wave Plate; QWP)을 구현함에 따라 싱글 셀갭 구조에서도 투과부의 휘도효율을 향상시킬 수 있는 한편 반사부와 투과부의 전극 각도를 조절함에 따라 싱글 감마를 구현할 수 있게 되는데, 이하 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 8a 및 도 8b는 배향각도의 변화에 따른 LTN 수평 스위칭 셀의 전기광학 특성을 개략적으로 나타내는 그래프로써, 도 8a는 반사부에서 배향각도의 변화에 따른 LTN 수평 스위칭 셀의 전기광학 특성을 나타내며 도 8b는 투과부에서 배향각도의 변화에 따른 LTN 수평 스위칭 셀의 전기광학 특성을 나타내고 있다.

참고로, 본 계산 과정에서는 유전율 이방성 Δε과 굴절률 이방성 Δn값을 각각 0.0778과 +13.1을 가지는 포지티브형 액정을 적용하였다. 또한, 전극 폭(슬릿간 간격)과 전극간 간격(슬릿 폭)은 일반적인 양산장비가 형성하고 있는 최소 패턴 수준인 4㎛로 설정하였다. 그리고, 셀갭은 위상 지연 값 194nm를 만족하기 위해서 액정의 값을 고려한 결과 2.5㎛로 설정하였다.

또한, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치에 있어서, 반사부와 투과부의 배향각도를 나타내는 평면도이다.

또한, 도 10a 및 도 10b는 투과부와 반사부의 전기광학 특성을 나타내는 그래프로써, 투과부는 전극 대비 5°로 배향하고 반사부는 전극 대비 -30°로 배향한 경우의 투과부와 반사부의 전기광학 특성을 시뮬레이션 및 측정을 통해 나타내고 있다.

일반적으로 IPS(In Plane Switching)모드와 FFS(Fringe Field Switching)모드의 경우 인가된 전압에 따른 셀 투과율 변화, 즉 전기광학 특성은 전극 사이의 간격과 배향 공정에서의 전극을 기준으로 어떤 각도로 배향 하느냐에 따라 그 특성이 달라진다.

상기 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 시뮬레이션 결과 투과율과 반사율은 전극을 기준으로 배향각도에 의존함을 알 수 있다. 이는 투과부와 반사부의 배향각도를 다르게 할 경우 싱글감마로 투과부와 반사부의 동일계조 표시가 가능함을 의미한다.

전극을 기준으로 배향각도에 따른 투과율과 반사율을 종합해 볼 때 도 8a와 도 8b 및 도 10a와 같이 Y축을 기준으로 투과부는 전극 대비 5°로 배향하고 반사부는 전극 대비 -30°로 배향 할 경우 가장 유사한 전기광학 특성을 얻을 수 있었다.

이를 검증하기 위해 동일 조건에서 배향 각도만 다르게 한 두개의 셀을 제작하여 실험 및 측정을 진행한 결과 도 10c에서와 같이 투과부와 반사부의 전기광학 특성이 일치함을 확인할 수 있었다.

이때, 셀은 현재 FFS모드로 생산되어 지고 있는 2.0인치 셀을 적용하여, 어레이 기판은 FFS모드이며 전극 폭과 전극간 간격을 각각 4㎛로 유전율 이방성 Δε과 굴절률 이방성 Δn값을 각각 0.0609 과 +10.9를 가지는 포지티브형 액정을 사용하였다. 셀갭은 액정의 위상지연 값(retardation value) 194nm를 만족하기 위하여 3.2㎛로 설계하였으며, 배향공정 이외의 모든 공정은 동일하게 진행하고 배향공정 진행시 배향각도만 전극 방향대비 5°와 -30°로 서로 다르게 하여 셀을 제작하였다.

이에 따라 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 경우에는 투과부 대비 반사부의 전극, 또는 투과부의 제 1 슬릿(108) 대비 반사부의 제 2 슬릿(108s') 각도를 30~40°, 바람직하게는 35°로 조절하고 러빙을 상기 투과부의 제 1 슬릿(108) 대비 1~10°, 바람직하게는 5°의 각도(α)로 한번만 진행함으로써 투과부와 반사부에서 싱글 감마를 구현할 수 있게 된다.

도 11a 및 도 11b는 LTN 셀의 ΔS 계산을 위한 파라미터 스페이스 다이어그램을 나타내는 도면이다.

또한, 도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 LTN 액정 셀의 광학적 구조를 개략적으로 나타내는 도면으로써, 도 12a는 블랙상태의 LTN 액정 셀의 광학적 구조를 나타내며 도 12b는 화이트상태의 LTN 액정 셀의 광학적 구조를 나타내고 있다.

LTN 셀이 최적의 블랙상태를 구현하기 위해서는 TN 셀의 꼬임 각과 위상지연 값의 최적 설계가 필요하다. 반사부의 반사율 0인 최적의 블랙상태를 구현하기 위해서는 TN 액정층 자체가 λ/4위상지연 판(QWP) 역할을 해야 한다.

다음의 뮬러 매트릭스(Muller Matrix)식인 수식 1과 같이 입력되는 선 편광에 대해 TN 액정층을 통과한 빛이 완벽한 원 편광에 가까울수록 반사전극으로부터 반사되어 나온 광은 완벽하게 편광판에 의해 차단되어 반사율이 0이 될 것이다.

위에서 출력광인 So는 원 편광에 최대한 가까워야 한다. 따라서, 다음과 같은 ΔS를 정의할 수 있으며, ΔS는 최종 출력광과 이상적인 원 편광과의 차이므로 차이가 작으면 작을수록 출력광은 원 편광이 가까워지게 된다.

위 수학식 2를 계산하기 위해 파라미터 스페이스 다이어그램(parameter space diagram)을 이용하여 액정층의 꼬임 각과 위상지연 값을 계산한 결과 상기 도 11a 및 도 11b에서와 같이, 기준 설계파장 550nm에서 꼬임 각 63.6°와 위상지연 값 194nm를 얻을 수 있었다. 이 조건하에서는 편광판과 TN 액정층이 λ/4위상지연 판의 역할을 하게 된다.

즉, 도 12a에 도시된 바와 같이, 투과부의 블랙상태는 반사전극 배면에 λ/4위상지연 판의 역할을 하는 편광판과 TN 액정층 조합에 대하여 직교되는 편광판과 λ/4위상지연 판을 배치함으로써 위상지연을 상쇄시켜 블랙상태 구현이 가능하다.

그리고, 반사부와 투과부 양쪽의 화이트상태를 얻기 위해서는 액정층 내에 수평 전계가 인가되어 액정이 수평 방향으로 회전하면서 셀 내부 위상지연 값이 변화하여야 한다.

도 12b에 도시된 바와 같이, 반사부 화이트상태는 인가된 수평 전계에 의해 꼬여 있었던 액정층이 수평으로 회전하면서 상판 편광판의 투과 축과 동일한 0° 방향, 즉 상판 편광판의 투과 축과 수평하게 배열하게 되면 편광판을 거쳐서 선 편광된 입사 광은 액정층 통과 및 반사되는 왕복과정에서 액정층의 위상지연을 느낄 수 없다. 따라서, 입사된 선 편광이 아무런 위상 변화 없이 상판 편광판에 도달함으로 화이트상태가 구현 가능하다. 투과부 화이트상태 구현은 전계가 인가됨에 따라 투과부 영역에 있는 대부분의 액정 분자들은 강한 앵커링 에너지(anchoring energy)에 의해 잡혀 있는 배향막 부근을 제외하고 하판에 있는 λ/4위상지연 판의 광축을 따라 배열된다. 그 결과로 LTN 액정층과 하판에 있는 λ/4위상지연 판의 조합은 -45°의 광축을 가진 λ/2위상지연 층의 위상지연 효과를 나타내게 된다. 따라서, 하판 편광판을 통해 90°로 선 편광된 광은 λ/4위상지연 판과 LTN 액정층을 통과하면서 거의 λ/2위상지연을 느끼게 되어 0° 선 편광으로 변화하여 상판 편광판을 통과하게 됨으로 투과부도 화이트상태가 구현이 된다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치는 LTN 액정으 로 λ/4위상지연 판을 구현함에 따라 기존 위상지연 판 대비 높은 위상지연 값을 얻을 수 있어 투과부의 휘도효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치는 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이 λ/4위상지연 판 한 장과 λ/2위상지연 판 2장으로 반사투과형 광시야각을 구현할 수 있게 된다.

상기 본 발명의 실시예는 액티브패턴으로 비정질 실리콘 박막을 이용한 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명은 상기 액티브패턴으로 다결정 실리콘 박막을 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에도 적용된다.

또한, 본 발명은 액정표시장치뿐만 아니라 박막 트랜지스터를 이용하여 제작하는 다른 표시장치, 예를 들면 구동 트랜지스터에 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Diodes; OLED)가 연결된 유기전계발광 디스플레이장치에도 이용될 수 있다.

상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.

도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도.

도 2a 내지 도 2g는 일반적인 반사투과형 액정표시장치의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도.

도 4a 내지 도 4e는 도 3에 도시된 어레이 기판의 IIIa-IIIa'선과 IIIb-IIIb선 및 IIIc-IIIc선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.

도 5a 내지 도 5e는 도 3에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도.

도 6a 내지 도 6f는 도 4b 및 도 5b에 도시된 어레이 기판에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 제 2 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도.

도 7a 내지 도 7f는 도 4c 및 도 5c에 도시된 어레이 기판에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 제 3 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도.

도 8a 및 도 8b는 배향각도의 변화에 따른 LTN 수평 스위칭 셀의 전기광학 특성을 개략적으로 나타내는 그래프.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치에 있어서, 반사부와 투과부의 배향각도를 나타내는 평면도.

도 10a 및 도 10b는 투과부와 반사부의 전기광학 특성을 시뮬레이션 및 측정을 통해 나타내는 그래프.

도 11a 및 도 11b는 LTN 셀의 ΔS 계산을 위한 파라미터 스페이스 다이어그램을 나타내는 도면.

도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 LTN 액정 셀의 광학적 구조를 개략적으로 나타내는 도면.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

108 : 공통전극 108s,108s' : 슬릿

110 : 어레이 기판 116 : 게이트라인

117 : 데이터라인 118 : 화소전극

118' : 반사전극 121 : 게이트전극

122 : 소오스전극 123 : 드레인전극

124 : 액티브패턴

Claims (13)

1. 반사부와 투과부로 구분되는 화소부를 가진 제 1 기판을 제공하는 단계;

   상기 제 1 기판의 화소부에 게이트전극과 게이트라인을 형성하며, 상기 제 1 기판의 반사부에 반사전극을 형성하는 단계;

   상기 제 1 기판 위에 제 1 절연막을 형성하는 단계;

   상기 제 1 기판에 액티브패턴과 소오스/드레인전극 및 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인을 형성하는 단계;

   상기 반사부와 투과부를 포함하는 화소영역에 형성하되, 상기 드레인전극에 전기적으로 접속하도록 화소전극을 형성하는 단계;

   상기 제 1 기판 위에 제 2 절연막을 형성하는 단계;

   상기 제 1 기판의 화소부 전체에 공통전극을 형성하되, 상기 투과부에 다수개의 제 1 슬릿을 가지며 상기 반사부에 다수개의 제 2 슬릿을 가지도록 공통전극을 형성하는 단계;

   상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 로우 트위스티드 네마틱 액정층을 형성하는 단계; 및

   상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 슬릿은 상기 제 1 슬릿에 대해 소정 각도로 기울어지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판에 액티브패턴과 소오스/드레인전극을 형성하는 단계는

   상기 게이트전극 상부에 상기 제 1 절연막을 개재한 상태에서 액티브패턴을 형성하며, 상기 액티브패턴 상부에 상기 액티브패턴의 소오스/드레인영역과 전기적으로 접속하는 소오스/드레인전극을 형성하는 단계; 및

   상기 액티브패턴 위에 상기 액티브패턴과 동일한 형태로 패터닝된 n+ 비정질 실리콘 박막패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 반사부와 투과부를 포함하는 화소영역에 화소전극을 형성하는 단계는 상기 화소영역에 상기 드레인전극의 일부와 직접 접속하도록 화소전극을 형성하며, 상기 n+ 비정질 실리콘 박막패턴의 일부를 제거하여 오믹-콘택층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 꼬임 각이 약 63.5°인 로우 트위스티드 네마틱 액정을 형성하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 반사부의 제 2 슬릿은 상기 투과부의 제 1 슬릿에 대해 약 35°의 각도로 기울어지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 표면에 배향막을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 슬릿에 대해 약 5°의 각도로 상기 제 1 기판의 배향막에 러빙을 진행하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
8. 반사부와 투과부로 구분되는 화소부를 가진 제 1 기판;

   상기 제 1 기판의 화소부에 형성된 게이트전극과 게이트라인 및 상기 제 1 기판의 반사부에 형성된 반사전극;

   상기 제 1 기판 위에 형성된 제 1 절연막;

   상기 게이트전극 상부에 형성된 액티브패턴;

   상기 제 1 기판 위에 형성되되, 상기 액티브패턴의 소오스/드레인영역과 전기적으로 접속하는 소오스/드레인전극 및 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인;

   상기 반사부와 투과부를 포함하는 화소영역에 형성되되, 상기 드레인전극에 전기적으로 접속하는 화소전극;

   상기 제 1 기판 위에 형성된 제 2 절연막;

   상기 제 1 기판의 화소부 전체에 형성되되, 상기 투과부에 다수개의 제 1 슬릿을 가지며 상기 반사부에 다수개의 제 2 슬릿을 가진 공통전극;

   상기 제 1 기판과 대향하여 합착하는 제 2 기판; 및

   상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된 로우 트위스티드 네마틱 액정층을 포함하며, 상기 제 2 슬릿은 상기 제 1 슬릿에 대해 소정 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 로우 트위스티드 네마틱 액정층은 꼬임 각이 약 63.5°인 로우 트위스티드 네마틱 액정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 반사부의 제 2 슬릿은 상기 투과부의 제 1 슬릿에 대해 약 35°의 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 기판과 제 2 기판 표면에 형성된 배향막을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 투과부의 배향막은 상기 제 1 슬릿에 대해 약 5°의 각도로 배향되어 있으며, 상기 반사부의 배향막은 상기 제 2 슬릿에 대해 약 -30°의 각도로 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치.
13. 제 8 항에 있어서, 상기 투과부와 반사부의 셀갭은 동일한 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치.

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