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KR101064185B1 - 어레이 기판 및 이의 제조 방법과, 이를 갖는 액정 표시장치 - Google Patents

어레이 기판 및 이의 제조 방법과, 이를 갖는 액정 표시장치 Download PDF

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KR101064185B1
KR101064185B1 KR1020040007636A KR20040007636A KR101064185B1 KR 101064185 B1 KR101064185 B1 KR 101064185B1 KR 1020040007636 A KR1020040007636 A KR 1020040007636A KR 20040007636 A KR20040007636 A KR 20040007636A KR 101064185 B1 KR101064185 B1 KR 101064185B1
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Abstract

반사-투과형 액정 표시 장치에 채용되어 표시 품질을 향상시키면서 셀갭 제어가 용이한 어레이 기판 및 이의 제조 방법과, 이를 갖는 액정 표시 장치가 개시된다. 기판은 러빙 방향을 고려하여 경계부분에 인접하도록 투과창을 정의하고, 스페이서를 고려하여 모서리 영역에 반사 영역을 정의하는 화소 영역을 구비한다. 스위칭 소자는 화소 영역에 형성되고, 화소 전극은 투과창에 형성되고, 스위칭 소자에 연결되며, 반사판은 반사 영역에 형성된다. 이에 따라, 투과창의 경계 영역을 화소 영역의 에지 영역과 일부 중첩시키면서 스페이서의 위치를 고려하여 모서리 영역을 축소시키므로써, 광누설성 잔상을 제거하여 표시 품질을 향상시킴과 함께 셀갭을 용이하게 제어할 수 있다.
셀갭, 반투과, 투과창, 반사판, 잔상, 스페이서

Description

어레이 기판 및 이의 제조 방법과, 이를 갖는 액정 표시 장치{ARRAY SUBSTRATE, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY HAVING THE SAME}
도 1은 일반적인 반사-투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 상기한 도 1의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 다중 셀갭 반사-투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 상기한 도 3의 절단선 A-A'으로 절단한 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 다중 셀갭 반사-투과형 액정 표시 장치에서 발생되는 잔상 현상과 빛샘 현상을 각각 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 다중 셀갭 반사-투과형 액정 표시 장치를 동작시켜 20ms후의 액정 배열과 잔상 및 빛샘 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 다중 셀갭 반사-투과형 액정 표시 장치를 동작시켜 200ms후의 액정 배열과 잔상 및 빛샘 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 제1 내지 제3 비교예에 따른 다중 셀갭 반사-투과형 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 셀갭 반사-투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 10a 내지 도 10e는 상기한 도 9의 어레이 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 셀갭 반사-투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 어레이 기판 200 : 컬러 필터 기판
300 : 액정층 409 : 게이트 라인
419 : 소오스 라인 450 : 화소 전극
445 : 투과창 460 : 반사판
본 발명은 어레이 기판 및 이의 제조 방법과, 이를 갖는 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표시 품질을 향상시키기 위한 반사-투과형 어레이 기판 및 이의 제조 방법과, 이를 갖는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반사형 액정 표시 장치(Reflective type LCD)는 외부로부터 입사되는 자연광을 사용하므로 어두운 장소에서는 광량의 감소에 따라서 표시가 어두워져 디스플레이되는 화상을 제대로 볼 수 없다는 단점이 있다. 또한, 투과형 액정 표시 장치(transmissive type LCD)는 백라이트 등의 장치로부터 입사되는 인공광을 사용하므로 밝은 장소든, 어두운 장소든 간에 관계없이 디스플레이되는 화상을 인 식할 수 있으나, 광원의 분량만큼 전력 소비가 커지고, 특히 전지에 의해 동작시키는 휴대용 표시 장치 등에는 적합하지 않은 단점이 있다.
이러한 단점들을 해결하기 위해 상기한 반사형 액정 표시 장치와 투과형 액정 표시 장치를 병용하는 반사-투과형 액정 표시 장치(Trans-Reflective type LCD)가 있다.
도 1은 일반적인 반사-투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 반사-투과형 액정 표시 장치는 반사영역과 투과창(19a)을 정의하는 반사판(19)을 구비하는 어레이 기판(10)과, 어레이 기판(10)에 대향하는 컬러 필터 기판(20)과, 어레이 기판(10)과 컬러 필터 기판(20)간에 형성된 액정층(30)과, 컬러 필터 기판(20)에 배치된 상부 λ/4 위상 지연 필름(40)과, 상부 편광판(Polarizer)(50)과, 어레이 기판(10) 아래에 배치된 하부 λ/4 위상 지연 필름(60)과, 하부 편광판(70)을 포함한다.
도 2a 및 도 2b는 상기한 도 1의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다. 특히 도 2a는 반사 모드 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 2b는 투과 모드 동작을 설명하기 위한 도면이다. 특히 액정에 가해지는 전압이 없을 때 화이트 컬러를 나타내는 노멀리 화이트 모드의 액정을 구비하는 것을 그 일례로 도시한다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 반사 모드 동작시, 액정에 가해지는 전압이 없을 때 외부 입사광이 상부 편광판(30)을 통과한 다음 선편광이 되고, 다시 상부 λ/4 위상 지연 필름(40)을 통과해 원편광이 된다. 상기 원편광은 좌원편광일 수도 있고, 우원편광일 수도 있다.
상기 원편광이 액정층(30)을 통과하는데, 이때 액정층(30)은 액정에 가해지는 전압이 없으므로 트위스트 상태를 유지하므로 이러한 트위스트된 액정층에 의해 원편광은 위상이 λ/4만큼 변하여 선편광이 된 후, 상기 선편광이 반사판(AlNd)(19)에 반사되어 액정층(30)을 다시 지나면서 λ/4만큼 위상이 변하여 원편광이 된다. 상기 원편광이 상부 λ/4 위상 지연 필름(40)을 지나면 처음에 입사한 광과 동일한 선편광으로 변환된 후 상부 편광판(50)을 경유하여 광이 투과하여 화이트 컬러를 디스플레이한다.
한편, 액정층(30)에 가해지는 전압이 있을 때, 외부 입사광이 상부 편광판(50)을 통과한 다음 선편광이 되고, 다시 상부 λ/4 위상 지연 필름(40)을 통과하여 원편광이 된다.
상기 원편광이 액정층(30)을 통과하는데, 이때 액정층(30)은 액정에 가해진 전압에 의해 수직 배열되므로 원편광을 그대로 통과시키고, 액정층(30)을 통과한 원편광은 반사판(60)에 반사되어 액정층을 다시 지나 상부 λ/4 위상 지연 필름(40)에 의해 위상이 λ/4만큼 변하여 λ/4 위상차만큼 지연된 선편광이 된다. 상기 선편광이 상부 편광판(30)을 경유하면서 광이 소실되어 블랙 컬러를 디스플레이한다.
도 2b에 도시한 바와 같이, 투과 모드 동작시, 액정층(30)에 가해지는 전압이 없을 때, 하부로부터 제공되는 인공광은 하부 편광판(70)을 통과하면서 선편광으로 변환되고, 하부 λ/4 위상 지연 필름(60)에 의해 원 편광으로 변환되며, 투명전극(18)을 경유하여 액정층(30)에 인가된다. 이때 인가되는 액정층(30)에는 전압 이 미인가되므로 트위스트 상태를 유지하고, 트위스트된 액정층에 의해 선편광으로 변환된 후, 상부 λ/4 위상 지연 필름(40)에 의해 위상이 λ/4 변환되어 원편광이 된다. 이때 변환된 원편광은 편광판(30)을 통과하여 화이트 컬러를 디스플레이한다.
한편, 액정층(30)에 가해지는 전압이 있을 때, 상기 인공광은 편광판(90)을 통과하면서 선편광으로 변환되고, 하부 λ/4 위상 지연 필름(60)에 의해 원편광으로 변환된 후, 투명전극(18)을 경유하여 액정층(30)에 인가된다. 이때 인가되는 액정층(30)에는 전압이 인가되므로 액정은 수직 배열되고, 수직 배열된 액정층에 의해 원편광을 그대로 유지하면서 상부 λ/4 위상 지연 필름(40)에 인가된다.
상부 λ/4 위상 지연 필름(40)에 인가된 원편광은 선편광으로 변환된 후 상부 편광판(50)에 인가되고, 상부 편광판(50)에 인가된 선편광은 광이 소실되므로 블랙 컬러를 디스플레이한다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 반사-투과형 액정 표시 장치에 채용되어 표시 품질을 향상시키면서 셀갭 제어가 용이한 어레이 기판을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 어레이 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기한 어레이 기판을 갖는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 어레이 기판은, 러빙 방향을 고려하여 경계부분에 인접하도록 투과창을 정의하고, 스페이서를 고려하여 모서리 영역에 반사 영역을 정의하는 화소 영역을 구비하는 기판; 상기 화소 영역에 형성된 스위칭 소자; 상기 투과창에 형성되고, 상기 스위칭 소자에 연결된 화소 전극; 및 상기 반사 영역에 형성된 반사판을 포함한다.
또한, 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 어레이 기판의 제조 방법은, (a) 기판 위에 형성된 게이트 라인과 소오스 라인에 의해 정의되는 화소 영역에 스위칭 소자를 형성하는 단계; (b) 상기 화소 영역의 모서리 영역과 상기 스위칭 소자가 포함된 영역을 반사 영역으로 정의하고, 상기 데이터 라인의 일부와 상기 게이트 라인의 일부를 노출시킨 영역을 투과 영역으로 정의하며, 상기 반사 영역 위에 유기절연층을 형성하는 단계; (c) 상기 유기절연층 표면 및 상기 투과 영역에 연속하여 화소 전극을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 반사 영역에 반사판을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 액정 표시 장치는, 상부 기판; 서로 인접하는 게이트 라인과 소오스 라인에 의해 정의되는 화소 영역에 형성된 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자에 연결된 화소 전극과, 반사 영역과 투과창을 정의하면서 상기 투과창의 에지가 상기 화소 영역의 에지 영역에 중첩되도록 상기 화소 영역에 형성되되, 상기 화소 영역의 모서리 영역에 형성된 반사판을 구비하는 하부 기판; 및 상기 상부 기판과 하부 기판간에 형성된 액정층 을 포함한다.
이러한 어레이 기판 및 이의 제조 방법과, 이를 갖는 액정 표시 장치에 의하면, 투과창의 경계 영역을 화소 영역의 에지 영역과 일부 중첩시키면서 스페이서의 위치를 고려하여 모서리 영역을 축소시키므로써, 광누설성 잔상을 제거하여 표시 품질을 향상시킴과 함께 셀갭을 용이하게 제어할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 3은 다중 셀갭 반사-투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 평면도이다. 특히, 탑 ITO 구조를 갖는 반사-투과형 액정 표시 장치용 어레이 기판의 단위 화소를 설명한다.
도 3을 참조하면, 어레이 기판은 투명 기판(도면번호 미부여) 위에 가로 방향으로 신장되고, 세로 방향으로 배열되는 다수의 게이트 라인(109)과, 세로 방향으로 신장되고, 가로 방향으로 배열되는 다수의 소오스 라인(119)에 의해 정의되는 각각의 영역에 형성되고, 상기 게이트 라인(109)으로부터 연장된 게이트 전극(110), 상기 소오스 라인(119)으로부터 연장된 소오스 전극(120) 및 상기 소오스 전극(120)으로부터 이격된 드레인 전극(130)을 갖는 스위칭 소자(TFT)와, 상기 드레인 전극(130)과 연결된 화소 전극(150)과, 상기 화소 전극(150) 위에 형성되어 자연광을 반사하는 반사 영역과 인공광을 투과시키는 투과 영역 또는 투과창(145)을 정의하는 반사판(160)을 구비한다.
상기 반사판(160)에는 반사 효율을 높이기 위해 다수의 홈과 그루브를 형성하는 것이 바람직하다. 도면상에서는 어레이 기판에 형성된 배향막의 러빙 방향을 대략 10시 인 것을 도시한다.
도 4는 상기한 도 3의 절단선 A-A'으로 절단한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 반사-투과형 액정 표시 장치는 어레이 기판(100), 컬러 필터 기판(200) 및 어레이 기판(100) 및 컬러 필터 기판(200)간에 형성된 액정층(300)을 포함한다.
어레이 기판(100)은 투명 기판(105) 위에 형성된 게이트 전극(110), 상기 게이트 전극(110) 및 투명 기판(105) 위에 형성된 게이트 절연막(112), 반도체층(114), 오믹 콘택층(116), 소오스 전극(120) 및 드레인 전극(130)을 포함하는 스위칭 소자(TFT)와, 상기 스위칭 소자(TFT)를 덮고, 상기 드레인 전극(130)의 일부를 노출시키면서 후박하게 형성된 유기절연층(140)을 포함한다. 여기서, 상기 유기절연층(140)의 표면에는 반사 효율을 높이기 위해 다수의 홈과 그루브를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 어레이 기판(100)은 상기 유기절연층(140) 위에 일부 영역이 개구되어 제1 콘택홀(141)을 통해 상기 드레인 전극(130)에 연결되는 화소 전극(150)과, 상기 스위칭 소자(TFT) 전체를 커버하면서 형성된 보호층(152)과, 상기 보호층(152) 위에 형성된 반사판(160)을 포함하고, 상기 반사판(160)이 형성된 영역을 반사 영역으로 정의하고, 상기 반사판(160)이 미형성된 영역을 투과창(145)으로 정의한다.
화소 전극(150)은 광을 투과시키는 일종의 투과 전극으로서, 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO)이나 주석산화물(Tin Oxide : TO) 또는 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO)이 이용된다. 도시하지는 않았지만, 상기 화소 전극(150)을 형성하기 이전에 상기 스위칭 소자(TFT)로부터 일정 거리 이격되는 영역에 별도의 캐패시터 배선을 형성시켜 상기 캐패시터 배선과 화소 전극을 스토리지 캐패시터(Cst)로 정의한다.
한편, 컬러 필터 기판(200)은 투명 기판(205) 위에 R, G, B 각각의 화소 영역을 정의하는 블랙 매트릭스층(미도시)과, 상기 블랙 매트릭스층에 의해 정의되는 영역에 형성된 색화소층(210)과, 상기 블랙 매트릭스층과 상기 색화소층(210)을 보호하기 위해 도포된 표면 보호층(미도시)을 포함한다. 물론, 상기한 블랙 매트릭스층을 형성하지 않고도 인접하는 색화소층(210)을 서로 오버랩시키는 방식을 통해 블랙 매트릭스 기능을 부여할 수도 있다. 또한, 상기 표면 보호층 상부, 즉 액정층(300)에 근접하는 면에 미도시한 공통 전극층을 더 형성할 수도 있다.
한편, 액정층(300)은 서로 다른 셀갭을 갖고서 상기 어레이 기판(100)과 상기 컬러 필터 기판(200)간에 형성되어, 상기 어레이 기판(100)의 화소 전극(150)에 인가되는 전원과 상기 컬러 필터 기판(200)의 공통 전극층(미도시)에 인가되는 전원에 응답하여 상기 컬러 필터 기판(200)을 경유하는 자연광을 투과시키거나, 상기 투과창(170)을 경유하는 인공광을 투과시킨다.
도 5a 및 도 5b는 다중 셀갭 반사-투과형 액정 표시 장치에서 발생되는 잔상 현상과 빛샘 현상을 각각 설명하기 위한 도면이다. 도면상의 CNT는 스위칭 소자의 드레인 전극에 형성된 콘택홀이다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 관찰자 관점에서 배향막의 러빙 방향이 대략 10시 방향일 때, 상기한 러빙 공정이 투과창에 대응하여 종료하는 영역, 즉 투과창의 2변(H1, V1) 근방에서 광 누설성 잔상 현상이 관찰된다.
또한, 도 5b에 도시한 바와 같이, 관찰자 관점에서 러빙 방향이 대략 10시 방향일 때, 상기한 러빙 공정이 투과창의 경계 영역, 즉 상기 투과창의 4변 근방(H1, H2, V1, V2)에서 빛샘 현상이 관찰된다.
도 6은 다중 셀갭 반사-투과형 액정 표시 장치를 동작시켜 20ms후의 액정 배열과 잔상 및 빛샘 현상을 설명하기 위한 도면이다. 특히 상기한 도 3의 절단선 B-B'으로 절단한 단면도의 액정 배열과 이에 대응하는 잔상 및 빛샘 현상을 도시한다.
도 6을 참조하면, 전원이 인가된 20ms후에는 반사 영역이나 투과창 내측 영역에서는 액정 분자들이 정상적으로 수직 배향 상태를 유지하나, 투과창 에지 영역에서는 정상적인 수직 배향 상태로 유지하지 못하는 액정 분자들이 존재한다. 이러한 정상적인 수직 배향 상태를 유지하지 못하는 액정 분자들에 의해 우측 영역(상기 도 3의 투과창의 우측 수직변)에서는 빛샘 현상(X11)이 발생되고, 좌측 영역(상기 도 3의 투과창의 좌측 수직변)에서는 상기 우측 영역에서 발생되는 빛샘 레벨보다도 높은 광 누설성 잔상 현상(Y11)이 발생된다.
또한, 상기한 전원이 인가된 20ms를 훨씬 경과한 200ms후에는 하기하는 도 7에 도시한 바와 같이 잔상은 제거되나 여전히 빛샘 현상이 발생된다.
도 7은 다중 셀갭 반사-투과형 액정 표시 장치를 동작시켜 200ms후의 액정 배열과 잔상 및 빛샘 현상을 설명하기 위한 도면이다. 특히 상기한 도 3의 절단선 B-B'으로 절단한 단면도의 액정 배열과 이에 대응하는 잔상 및 빛샘 현상을 도시한 다.
도 7을 참조하면, 전압이 인가된 200ms후에도 상기한 수직 배열 상태를 유지하지 않는 액정 분자가 존재한다. 우측 영역(상기 도 3의 투과창의 우측 수직변)에서는 여전히 빛샘 현상(X21)이 발생되고, 좌측 영역(상기 도 3의 투과창의 좌측 수직변)에서는 도 6에 도시된 잔상은 사라지나, 빛샘 현상(Y22)이 발생된다.
이러한 정상적인 수직 배열 상태를 유지하지 못하는 액정 분자들에 의해 상기한 도 6에서 설명한 바와 같은 잔상 현상은 없으나, 빛샘 현상은 여전히 발생되는 것을 확인할 수 있다.
즉, 현재 프레임 초기에 이전 프레임에 인가되었던 전위차에 의해 잔상 현상이 발생되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 현재 프레임뿐만 아니라, 다음 프레임, 그 다음 프레임 동안 각 프레임의 이전 프레임들에 인가되었던 전위차에 의해 빛샘 현상이 여전히 발생되는 것을 확인하였다.
이처럼, 어레이 기판의 러빙 방향 종단인 투과창과 반사판간의 경계에서 발생되는 잔상 현상이나 빛샘 현상의 문제점을 해결하기 위해 상기 러빙 방향의 종단으로 투과창을 쉬프트시킨다.
도 8a 내지 도 8c는 제1 내지 제3 비교예에 따른 다중 셀갭 반사-투과형 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 8a에 도시된 제1 비교예에 따른 이중 셀갭 구조에서는 컬러 필터 기판에 형성된 스페이서(230)가 놓여지는 곳은 유기절연층(144)이 제거되지 않은 평탄한 영역이므로 셀갭 제어가 용이하다.
구체적으로, 1.1㎛의 높이를 갖는 스페이서(230)를 통해 반사영역의 목표 셀갭과 투과 영역의 목표 셀갭을 각각 1.6㎛와 3.3㎛로 한다면, 제1 비교예에 따른 투과 영역의 셀갭(dT1)은 3.2㎛로 측정되어 상기한 목표 셀갭을 만족하는 것을 확인할 수 있다.
하지만, 상기한 제1 비교예에 따른 구조에서는 러빙 방향의 종단에 대응해서 잔상 및 빛샘 현상이 발생되는 것을 확인하였다.
상기한 광 누설성 잔상을 제거하기 위해 도 8b 및 도 8c에 도시된 바와 같이, 투과창과 반사판의 경계를 러빙 방향의 종단을 고려하여 화소의 끝단에 두지 않고 픽셀 전극과 전극 사이 중앙 또는 그 이상으로 형성한다. 왜냐하면, 잔상에 영향을 주는 디스클리네이션은 어레이 기판의 러빙 방향 종단인 투과창과 반사판의 경계를 중심으로 발생되기 때문이다.
하지만, 이러한 구조에서는 셀갭 제어를 위해 적용되는 스페이서가 놓여지는 면적이 감소되기 때문에 상기한 제1 비교예에 비해 셀갭 제어가 어렵다는 문제점이 있다. 구체적으로, 1.1㎛의 높이를 갖는 스페이서(230)를 통해 반사영역의 목표 셀갭과 투과 영역의 목표 셀갭을 각각 1.6㎛와 3.3㎛로 한다면, 제2 및 제3 비교예에 따른 투과 영역의 셀갭(dT2, dT3)은 대략 3.0 내지 3.05㎛로 측정되어 상기한 목표 셀갭에 비해 줄어드는 것을 확인할 수 있다.
즉, 제2 및 제3 비교예에 따른 구조에서는 스페이서가 놓여지는 면적이 제1 비교예에 따른 구조에 비해 감소되기 때문에 동일한 스페이서와 실링(sealing) 조건으로 진행하더라도 셀갭은 기존 대비 대략 0.15 내지 0.2㎛로 감소하는 것을 확 인할 수 있다.
그러면, 이하에서는 다중 셀갭 반사-투과형 액정 표시 장치에서 발생되는 잔상이나 빛샘 현상을 방지하면서 셀갭 제어가 용이한 바람직한 실시예들을 첨부 도면들을 참조하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 다중 셀갭 반사-투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 평면도이다. 특히 탑 ITO 구조를 갖는 반사-투과형 액정 표시 장치용 어레이 기판을 설명한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 어레이 기판은 게이트 라인(409), 소오스 라인(419), 스위칭 소자(TFT), 화소 전극(450), 그리고 반사 영역과 투과창(445)을 정의하는 반사판(460)을 포함한다.
게이트 라인(409)은 기판(도면번호 미부여) 위에 가로 방향으로 신장되고, 세로 방향으로 배열되고, 소오스 라인(419)은 세로 방향으로 신장되고, 가로 방향으로 배열된다.
스위칭 소자(TFT)는 서로 인접하는 게이트 라인(409)과 서로 인접하는 소오스 라인(419)에 의해 정의되는 각각의 영역에 형성되고, 게이트 라인(409)으로부터 연장된 게이트 전극(410), 소오스 라인(419)으로부터 연장된 소오스 전극(420) 및 소오스 전극(420)으로부터 이격된 드레인 전극(430)을 갖는다.
화소 전극(450)은 서로 인접하는 게이트 라인(409)과 서로 인접하는 소오스 라인(419)에 의해 정의되는 각각의 영역에 형성되고, 콘택홀(441)을 통해 드레인 전극(430)과 연결된다.
반사판(460)은 화소 전극(450) 위에 형성되어 자연광을 반사하는 반사 영역과 인공광을 투과시키는 투과창(445)을 정의하고, 상기 반사 영역의 에지의 일정 영역에서 상기 투과창으로 연장되어 화소 전극(450)과 연결된다.
상기 투과창(445)은 컬러 필터 기판에 형성된 스페이서(또는 리지드 스페이서(Ridge spacer))(미도시)의 위치를 고려하여 사각형 형상이 아닌 다각형 형상을 정의한다. 즉, 상기 투과창의 형상은 사각형 형상의 모서리 부분이 내측 방향으로 축소된 형상을 갖는다.
이에 따라, 상기 스페이서는 상기 투과창(445)을 침범하지 않는 영역(A)에 안착된다. 따라서, 상기 스페이서가 상기 투과창(445)을 침범하므로써 발생되는 셀갭 제어의 문제점을 해결할 수 있다.
반사판(460)은 상기 반사 영역에 대응하는 영역에 형성되고, 미도시한 배향막의 러빙 방향을 고려하여 상기 투과창(445)으로 연장되어 하부에 구비되는 화소 전극(450)과 연결된다. 도면상에서는 관찰자 관점에서 보았을 때, 상기 배향막을 10시 방향으로 러빙 처리하는 것으로 가정하여 상기 투과창(445)의 하부변과 우측변에 인접하는 반사 영역의 에지의 일정 영역에서 상기 투과창(445)으로 연장되어 하부에 구비되는 상기 화소 전극(450)과 연결되는 것을 도시하였다.
도시하지는 않았으나, 상기 어레이 기판이 독립 배선 방식을 채용하는 경우에는 반사판(460)에 의해 커버되는 영역에 상기 게이트 라인(409) 형성시 형성한 하부 메탈과, 상기 소오스 라인(419) 형성시 상기 하부 메탈 위에 형성한 상부 메탈을 통해 스토리지 캐패시터(Cst)를 정의하는 것이 바람직하다. 상기 스토리지 캐 패시터(Cst)와 화소 전극(150)을 소정의 콘택홀을 통해 연결시켜 화소 전극(150)을 경유하여 드레인 전극으로부터 제공되는 전하를 충전하고, 한 프레임 동안 충전된 전하를 방전시켜 디스플레이 상태를 유지한다.
도 10a 내지 도 10e는 상기한 도 9의 어레이 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10a를 참조하면, 유리나 세라믹 등의 절연 물질로 이루어진 기판(405) 위에 탄탈륨(Ta), 타타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu) 또는 텅스텐(W) 등과 같은 금속을 증착한 다음, 증착된 금속을 패터닝하여 가로 방향으로 신장되고 세로 방향으로 배열되는 다수의 게이트 라인(409), 게이트 라인(409)으로부터 연장된 게이트 전극(410)을 형성한다. 도시하지는 않았지만, 게이트 전극(410)을 형성할 때 스토리지 전극 라인을 더 형성할 수도 있다.
이어, 게이트 전극(410)을 포함하는 기판의 전면에 질화 실리콘을 플라즈마 화학 기상 증착법으로 적층하여 게이트 절연막을 형성한 후, 상기 게이트 절연막 위에 아몰퍼스 실리콘 막 및 인 시튜(insitu) 도핑된 n+ 아몰퍼스 실리콘 막을 패터닝하여 상기 게이트 절연막 중 아래에 게이트 전극(410)이 위치한 부분 상에 액티브층(412)을 정의하는 반도체층 및 오믹 콘택층을 순차적으로 형성한다.
이어, 도 10b에 도시한 바와 같이, 상기 도 10a에 의한 결과물 위에 탄탈륨(Ta), 타타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu) 또는 텅스텐(W) 등과 같은 금속을 증착한 다음, 증착된 금속을 패터닝하여 세로 방향으로 신장되고 가로 방향으로 배열되는 다수의 소오스 라인(419), 소오스 라인(419) 으로부터 연장된 소오스 전극(420), 소오스 전극(420)으로부터 일정 간격 이격된 드레인 전극(430)을 형성한다. 상기 게이트 전극(410), 액티브층(412), 소오스 전극(420) 및 드레인 전극(430)에 의해 하나의 박막 트랜지스터가 정의된다.
이어, 도 10c에 도시한 바와 같이, 상기 도 10b에 의한 결과물 위에 레지스트를 스핀 코팅 방법으로 적층하여 유기절연층(440)을 후박하게 형성한 후, 정의되는 투과창에 대응하는 유기절연층 및 상기 드레인 전극(430)에 대응하는 유기절연층을 제거하여 제1 및 제2 홀(441, 445)을 형성한다. 상기 제1 홀(441)은 향후 드레인 전극(430)과 ITO와의 접촉을 위한 것이고, 제2 홀(445)은 상기 투과창(445)을 정의하기 위한 것이다.
상기 제2 홀(445), 즉 상기 투과창(445)에 대응하여 제거되는 유기절연층(440)은 평면에서 관찰할 때 상기 데이터 라인(419)의 일부 영역과 상기 게이트 라인(409)의 일부 영역이 노출되도록 제거되고, 향후 안착된 스페이서의 위치를 고려하여 사각형의 4개의 모서리중 하나의 모서리 부분이 내측 방향으로 축소된 형상을 갖도록 제거된다. 상기 유기절연층(440)의 표면은 향후 형성되는 반사판의 반사 효율을 감안할 때 엠보싱 처리하는 것이 바람직하다. 이에 따라 상기 유기절연층(440)은 상대적으로 높은 영역과 상대적으로 낮은 영역으로 구분된다. 상기 상대적으로 낮은 영역의 폭은 일정한 것이 바람직하다.
도면상에서는 러빙 방향이 관찰자 관점에서 대략 10시 방향인 점을 감안하여 상기 투과창(445)이 단위 화소에 대응하여 좌상부측으로 쉬프트되면서 좌상부측의 모서리 영역이 축소된 사각형 형상을 도시하였으나, 상기 러빙 방향이 대략 2시 방 향이라면 상기 투과창은 단위 화소에 대응하여 우상부측으로 쉬프트되면서 우상부측의 모서리 영역이 축소된 사각형 형상을 갖는다.
이어, 도 10d에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 라인(409)과 상기 소오스 라인(419)에 의해 정의되는 매 화소에 화소 전극(442)을 정의하기 위한 ITO층(442)을 형성하고, 상기 드레인 전극(430)과는 기형성된 제1 홀(441)을 통해 연결한다. 상기 ITO층(442)은 전면 도포된 후 상기 매 화소 영역에 대응하는 ITO층만 남겨지도록 패터닝할 수도 있고, 상기 매 화소 영역에만 형성되도록 부분 도포될 수도 있다.
이어, 도 10e에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 라인(409)과 상기 소오스 라인(419)에 의해 정의되는 매 화소에 대응하는 영역에 반사판(460)을 형성한다. 상기 반사판(460)에는 표면이 엠보싱 처리된 유기절연층의 형상에 연동하여 홈(462)과 그루브(464)가 형성된다. 또한 상기 반사판(460)은 반사 영역에 대응하여 형성되면서 투과창에 접하는 일부 영역이 상기 투과창으로 연장된다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 셀갭 반사-투과형 액정 표시 장치를 설명하기 위한 평면도이다. 특히 탑 ITO 구조를 갖는 반사-투과형 액정 표시 장치용 어레이 기판을 설명한다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 어레이 기판은 게이트 라인(409), 소오스 라인(419), 스위칭 소자(TFT), 화소 전극(450), 그리고 반사 영역과 투과창(545)을 정의하는 반사판(560)을 포함한다. 상기한 도 9와 비교할 때 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 번호를 부여하고 그 설명은 생략한다.
상기 투과창(545)은 컬러 필터 기판에 형성된 스페이서(미도시)의 위치를 고려하여 모서리 부분이 라운드 처리된 사각형 형상을 정의한다. 즉, 상기 투과창(545)의 형상은 사각형 형상에서 모서리 부분이 내측 방향으로 라운드 처리되어 축소된 형상을 갖는다.
이에 따라, 상기 스페이서는 상기 투과창(545)을 침범하지 않는 영역(B)에 안착된다. 따라서, 상기 스페이서가 상기 투과창(545)을 침범하므로써 발생되는 셀갭 제어의 문제점을 해결할 수 있다.
반사판(560)은 상기 반사 영역에 대응하는 영역에 형성되고, 미도시한 배향막의 러빙 방향을 고려하여 투과창(545)으로 연장되어 하부에 구비되는 화소 전극(450)과 연결된다. 도면상에서는 관찰자 관점에서 보았을 때, 상기 배향막을 10시 방향으로 러빙 처리하는 것으로 가정하여 투과창(445)의 하부변과 우측변에 인접하는 반사 영역의 에지의 일정 영역에서 투과창(445)으로 연장되어 하부에 구비되는 화소 전극(450)과 연결되는 것을 도시한다.
이상에서는 화소 경계 영역측으로 쉬프트되면서 일부의 모서리가 축소된 형상을 갖는 투과창이 형성된 어레이 기판에 대해서만 설명하였으나, 상기한 어레이 기판을 채용하는 액정 표시 장치에 대한 설명은 당업자라면 용이하므로 그 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 투과창의 경계 영역을 화소 영역의 에지 영역과 일부 중첩시키므로써, 광누설성 잔상을 제거하여 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 스페이서의 위치를 고려하여 투과창의 모서리 영역을 축소시켜 상기 스페이서가 평탄한 유기절연층에 배치시키므로써, 셀갭을 용이하게 제어할 수 있다.
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.

Claims (22)

  1. 서로 인접하는 게이트 라인들과 서로 인접하는 데이터 라인들의 사이에 의하여 정의되고 관찰자 관점에서 사각형 형상의 모서리 부분들 중 하나의 모서리 부분이 내측방향으로 축소된 형상을 갖는 투과창을 포함하는 화소 영역을 구비하는 기판;
    상기 화소 영역에 형성된 스위칭 소자;
    상기 투과창에 형성되고, 상기 스위칭 소자에 연결된 화소 전극; 및
    반사판을 포함하며,
    러빙 방향을 고려하여 상기 투과창의 마주보는 두 변이 상기 두 변과 대응되는 상기 게이트 라인의 일부 및 상기 데이터 라인의 일부와 중첩되고, 상기 투과창은 스페이서와 중첩되지 아니하도록 형성되고, 상기 화소 영역의 하나의 모서리 영역에 형성된 상기 반사판을 반사 영역으로 정의 하는 것을 특징으로 하는 어레이 기판.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 내측 방향으로 축소된 모서리 부분은 관찰자 관점에서 서로 연결된 직선에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 어레이 기판.
  4. 제1항에 있어서, 상기 내측 방향으로 축소된 모서리 부분은 관찰자 관점에서 곡선에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 어레이 기판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 투과창은 상기 게이트 라인의 일부와 상기 데이터 라인의 일부를 노출시키는 것을 특징으로 하는 어레이 기판.
  6. 제1항에 있어서, 상기 화소 전극은 상기 투과창과 반사 영역에 연속되어 형성된 것을 특징으로 하는 어레이 기판.
  7. 제1항에 있어서, 상기 화소 전극은 상기 투과창에 형성되되, 일부 영역이 상기 반사판에 연결되는 것을 특징으로 하는 어레이 기판.
  8. 제1항에 있어서, 상기 반사판 아래에 형성되어, 상기 반사 영역을 정의하는 유기절연층을 더 포함하는 어레이 기판.
  9. (a) 기판 위에 형성된 게이트 라인과 소오스 라인에 의해 정의되는 화소 영역에 스위칭 소자를 형성하는 단계;
    (b) 상기 화소 영역의 모서리 영역과 상기 스위칭 소자가 포함된 영역을 반사 영역으로 정의하고, 상기 화소 영역 중 상기 반사 영역을 제외한 부분과 상기 소오스 라인의 일부와 상기 게이트 라인의 일부를 노출시킨 영역을 투과 영역으로 정의하며, 상기 투과 영역은 스페이서의 위치를 고려하여 사각형의 4개의 모서리 중 하나의 모서리 부분이 내측 방향으로 축소된 형상을 형성하고, 상기 반사 영역과 대응되는 영역에 유기절연층을 형성하는 단계;
    (c) 상기 유기절연층 표면 및 상기 투과 영역에 연속하여 화소 전극을 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 반사 영역에 반사판을 형성하는 단계를 포함하는 어레이 기판의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 단계(b)는,
    (b-1) 상기 단계(a)에 의한 결과물 위에 레지스트를 스핀 코팅 방법으로 적층하여 유기절연층을 후박하게 형성하는 단계; 및
    (b-2) 상기 투과 영역에 대응하는 유기절연층 및 상기 스위칭 소자의 드레인 전극에 대응하는 유기절연층을 제거하여 제1 및 제2 홀을 형성하는 단계를 포함하는 어레이 기판의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 홀은 상기 드레인 전극과 상기 화소 전극을 전기적으로 접촉하고, 상기 제2 홀은 상기 투과 영역을 정의하는 것을 특징으로 하는 어레이 기판의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 단계(b)는,
    (b-3) 상기 유기절연층의 표면을 엠보싱 처리하는 단계를 더 포함하는 어레이 기판의 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 제9항에 있어서, 상기 내측 방향으로 축소된 모서리 부분은 관찰자 관점에서 서로 연결된 직선에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 어레이 기판의 제조 방법.
  15. 제9항에 있어서, 상기 내측 방향으로 축소된 모서리 부분은 관찰자 관점에서 곡선에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 어레이 기판의 제조 방법.
  16. 스페이서를 포함하는 상부 기판;
    서로 인접하는 게이트 라인들과 소오스 라인들의 사이에 의해 정의되는 화소 영역에 형성된 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자에 연결된 화소 전극과, 반사 영역과 투과창을 정의하면서 상기 투과창의 마주보는 두 변이 상기 두 변과 대응되는 상기 게이트 라인의 일부 및 상기 소오스 라인의 일부와 중첩되도록 상기 화소 영역에 형성되되, 상기 투과창은 상기 스페이서의 위치를 고려하여 사각형의 4개의 모서리 중 하나의 모서리 부분이 내측 방향으로 축소된 형상을 갖고, 상기 화소 영역의 모서리 영역에 형성된 반사판을 구비하는 하부 기판; 및
    상기 상부 기판과 하부 기판간에 형성된 액정층을 포함하는 액정 표시 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 액정층은 상기 반사 영역과 투과창에 대응하여 서로 다른 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 투과창의 에지는 러빙 방향을 고려하여 상기 화소 영역의 에지 영역에 중첩되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 스페이서는 상기 화소 영역의 모서리 영역에 대응하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 반사판은 상기 스페이서와 상기 투과창이 미중첩되도록 상기 투과창을 정의하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 축소된 모서리 부분은 관찰자 관점에서 서로 연결된 직선에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  22. 제19항에 있어서, 상기 축소된 모서리 부분은 관찰자 관점에서 곡선에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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