반사투과형 액정표시장치 및 제조방법 document_id A220623029527

본 발명은 반사투과형 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 반사부와 투과부의 경계면에서 발생하는 액정 오배열 영역을 줄이고 상기 경계면의 스텝커버리지를 좋게하기 위한 반사투과형 액정 표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 최근, 통신 인프라의 확충에 의해, 컴퓨터 네트워크의 이용이 급속하게 확대하며, 필요한 정보를 언제든지, 어디에서도, 누구라도 이용할 수 있는 환경이 조성되어 왔다. 이에 이동성이 요구되는 개인용 정보통신기기, 웹(web) 단말기, 및 휴대용 단말기 등과 같은 정보통신기기 시장이 폭발적으로 증가함에 따라 무게가 가볍고 소비 전력이 작은 디스플레이에 대한 수요가 늘어나고 있다. 그리고, 종래와는 달리 숫자나 정해진 이미지의 온(on)/오프(off)만 수행하는 수준을 넘어서 정지 화상을 포함하는 다양한 정보를 표현할 수 있는 표시 소자를 요구하고 있다. 이와 같은 요청에 있어서, 컬러 화상 표시가 가능한 모바일 기기에 대한 수요가 급속하게 확대하고 있다. 모바일 기기에 요구되는 특징은 가능한 한 박형, 경량, 저소비 전력으로 장시간 사용이 가능한 것에 있다. 액정 표시 장치는 가볍고 박형이며 소비 전력이 적기 때문에 이와 같은 휴대용 정보통신기기에 많이 적용되고 있다. 그러나 일반적인 투과형 액정 표시 장치는 백라이트 장치를 필요로 하기 때문에 이를 휴대용 정보기기 등의 표시 소자로 사용될 경우 백라이트의 소비 전력으로 휴대용 기기의 일회 충전 후 사용 시간이 단축될 뿐만 아니라 백라이트의 무게, 두께 등으로 인한 휴대성이 나빠지는 문제점이 있다. 이러한 문제점들을 극복하기 위해 근래 제시되는 반사형 액정표시장치는 주변광을 광원으로 사용하므로 전력 소모의 약 70% 이상을 차지하는 백라이트에 의한 전력 소모가 없고 백라이트에 의한 두께 및 무게 증가가 없다. 따라서, 매우 적은 전력으로 우수한 표시 품위를 가지는 정보 표시 소자를 실현할 수 있다. 또 모바일 기기에서는 그 성격상, 옥외에서의 사용 적응성이 중요하게 되지만, 종래의 투과형 LCD에서는 밝은 외부 환경 하에서 패널 표면의 반사에 의해 색대비가 저하되는 시인성에 문제가 있는 반면에, 반사형 액정표시장치에서는 오히려 더욱 선명하게 보이는 장점이 있다. 그러나, 자연광 또는 인조 광원과 같은 주변광이 항상 존재하는 것이 아니기 때문에 자연광이 존재하는 낮이나, 외부 인조광이 존재하는 사무실 및 건물 내부에서는 사용이 가능할지 모르나, 자연광이 존재하지 않는 야간에는 사용이 불가능한 문제점이 있다. 따라서, 투과형 액정 표시 장치와 반사형 표시 장치의 장점을 수용하면서 주,야간 동시에 사용할 수 있는 반사투과형 액정 표시 장치가 개발되었으며, 현재 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 도 1은 일반적인 반사투과형 컬러 액정 표시장치를 도시한 분해 사시도이다. 도시한 바와 같이 일반적인 반사투과형 액정 표시장치는 블랙 매트릭스(44)와 컬러필터(2) 상에 투명한 공통전극(16)이 형성된 제2기판(23)과, 화소영역(8)과 화소영역에 투과부(T)와 반사부(R)로 구분된 화소전극(3)과 구동 소자(9)와 어레이 배선(4,5)이 형성된 제1기판(21)으로 구성되며 상기 제2기판과 제1기판 사이에는 액정(22)이 충진되어 있다. 이와 같은 구성을 갖는 반사투과형 액정 표시장치의 동작 특성을 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 일반적인 반사투과형 액정표시장치의 단면을 도시한 단면도이다. 도시한 바와 같이, 투명기판(11,16) 상에 박막트랜지스터(9)와 컬러필터(2)를 포함하는 제1기판(21)과 제2기판(23)이 서로 대향되도록 배치되고, 상기 제1기판(21)과 제2기판 사이(23)에는 액정이 주입된 액정층(22)이 형성되어 있다. 제1기판(21)에는 각 픽셀마다 배치되어 액정에 신호 전압을 인가하고 차단하는 박막트랜지스터(9)가 투명기판(11) 상에 형성된다. 상기 박막트랜지스터(9)는 주사신호가 인가되는 게이트 전극(61)과, 상기 주사 신호에 대응하여 활성화되어 채널을 형성하는 반도체층(62a)과 상기 반도체층(62a)의 양측 상부에 n+ 도핑되어 형성된 오믹 접촉층(ohmic contact layer)(62b)으로 구성된 액티브층(62)과, 상기 액티브층(62)과 게이트전극(61)을 전기적으로 격리시켜주는 게이트 절연막(60)과, 액티브층(62)의 상부에 형성되어 데이터 신호가 입력되는 소스전극(63)과, 상기 반도체층(62a)이 활성화됨에 따라 상기 소스전극(63)으로 입력된 데이터 신호를 화소전극에 인가하는 드레인전극(64)으로 구성된다. 상기 박막트랜지스터(9) 상에는 상기 제1기판(21) 전체에 걸쳐 소스전극(63) 및 드레인전극(64)을 보호하는 보호막(27)이 형성되며, 상기 보호막(27)에는 콘택홀(65)이 형성된다. 박막트랜지스터(9)가 형성된 영역에 대응하는 제2기판(23)에는 액정에 전압을 인가하기 위한 공통전극(18)과, 빛샘을 방지하기 위한 블랙매트릭스(44)가 형성된다. 종래 기술에 따른 반사투과형 액정표시장치에는 박막트랜지스터(9)가 형성된 영역을 제외한 각 픽셀의 화소영역에 콘택홀(65)을 통해 드레인전극(64)과 접속되는 투명전극(17)이 형성되며 그 상부에는 반사율이 우수한 금속으로 이루어진 반사전극(12)이 형성되는 것이 특징이다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 반사전극(12)은 그 일부가 제거되어 투과부(T)를 형성한다. 이와 같은 반사투과형 액정표시장치는 반사 모드에서는 외부로부터 입사된 빛이 반사전극(R)에 의해 반사되어 외부로 다시 방출되며, 투과 모드에서는 백라이트로부터 방출된 빛이 상기 투과부(T)를 통해 투과됨으로써 화상을 구현하게 된다. 투과부(T)가 형성된 영역에는 보호막(27)을 제거함으로써 오목한 홈을 형성한다. 이와 같이 투과부 영역을 오목한 홈으로 형성하는 것은 반사부(T)와 투과부(R)의 온/오프(on/off) 모드를 맞추고 투과모드의 효율을 최대화하기 위한 것으로, 이때, 투과부(T)와 반사부(R)의 셀갭(cell gap)의 비가 2:1인 것이 바람직하다. 투과부(T)의 셀갭이 반사부(R)의 셀갭의 두 배(d2 = 2d1)가 될 때 반사부(R)와 투과부(T)에서 투과효율이 가장 높기 때문이다. 그러나 상기 제1기판에는 박막트랜지스터가 형성되어 있기 때문에 상기 보호층을 식각하는 과정에서 박막트랜지스터가 영향을 받아 불량의 소지가 많고 공정과정이 복잡해지는 단점이 있었다. 또한 식각 후 보호막의 경계면은 일정한 기울기를 가지는 경사부를 형성하게 된다. 이때 상기 경사부에 배향되는 액정은 평평한 면에 배향된 액정과 그 배열이 다르게 형성되며, 경사부에 인접하는 평평한 면에 형성된 액정의 배열에도 영향을 주게 된다. 이것은 투과모드에서 화면의 콘트라스트를 저하시키는 요인이 되며, 이를 방지하기 위해서 경사부에 인접하는 평평한 투과부 일부분까지 반사부를 연장하게 되면 개구율이 감소하는 등의 문제점이 있었다. 상기한 문제점을 해결하기 위해 셀갭을 같게 형성하되 투과부와 반사부에 인가되는 전압을 조절함으로써 액정의 배향 정도를 조절하는 방법이 개발되었다. 그러나, 단순히 투과부와 반사부의 셀갭을 같게 형성하면 상기한 문제점의 공정상 개선은 가능하나 반사부와 투과부의 전압에 따른 투과량이나 반사량이 달라져 안정적인 화상형성이 어렵다. 따라서 반사부와 투과부에 전기 신호를 나누어 따로 구동하는 방법인 듀얼 감마(dual gamma) 방식과 같은 추가 구동 기술이 필요하게 된다. 즉, 한 개의 게이트라인에 2개의 박막트랜지스터를 형성하여 2개의 데이터로 나누어 각각 반사부와 투과부에 각각의 신호를 인가하거나, 1개의 데이터라인에 신호를 인가하되 2개의 게이트라인을 가지는 박막트랜지스터를 형성하여 각각 반사부와 투과부에 신호를 인가하는 등의 복잡한 구동기술이 추가되어야만 한다. 이에 따라 박막 트랜지스터 형성에 의한 공정의 추가뿐만 아니라 이를 구동하는 IC 칩 개수 증가에 의한 추가 비용 등 여러 가지 문제가 발생하였다.