专利名称：反射器、具有反射器的液晶显示装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种反射器、具有反射器的液晶显示(LCD)装置、制造反射器的方法和制造具有反射器的LCD装置的方法。更特别地，本发明涉及一种形成在LCD装置的基板上的反射器结构、具有反射器的反射的或者半透射LCD装置以及制造反射器和具有反射器的LCD装置的方法。
背景技术：
LCD装置具有小尺寸、薄侧面以及较低功耗的良好特征，因此可以用于在包括办公自动设备和便携装置的宽阔范围的应用中。不像阴极射线管(CRT)或者电致发光(EL)显示装置，LCD装置不包括自身发光功能。因此，透射LCD装置设置有背光源，使得通过LCD面板透射的背光量控制显示。借助于背光，该透射LCD装置可以获得不依赖于外界环境的明亮屏幕。另一方面，这种类型的LCD装置在移动使用中尤其是当通过电池电源驱动时具有短运行时间的问题。这是因为在显示器运行过程中背光源消耗高功率。
已经提出了设置成借助于外界光显示图像的反射LCD装置，以便于解决因背光源带来的高功耗问题。这种反射LCD装置设置有反射器而不是背光源，使得通过由反射器反射穿过LCD面板的外界光的透射量控制显示器。因此，通过使用这种反射LCD装置，可以实现功耗减少以及尺寸和重量减小的目的。同时，在黑暗的外界环境中这种LCD装置具有可见性退化的问题。
因此，公开了一种LCD装置，其中每个像素包括透射区和反射区，以便于避免归因于背光源的功耗增加和归因于外界环境的可见性的退化。在下文中具有透射LCD装置和反射LCD装置的双功能的LCD装置将被称作半透射反射LCD装置。通常，将这种半透射反射LCD装置设置成在包括开关元件，例如薄膜晶体管(TFT)的有源矩阵基板的一部分(反射区)上形成反射器，并借助于该反射器产生对外界光的漫发射。
反射LCD装置或半透射反射LCD装置设置有具有凹凸形状的树脂层，然后通过在树脂层上提供反射膜形成反射器。通过应用这种结构，这种LCD装置实现了在强外界光的条件下的明亮显示器。通过光刻方法曝光和显影要凹入和凸起的部分，并然后将这些部分进行热处理，形成凹凸形状的树脂层。然而，通过使用现有技术的制造方法和结构，很难以低成本制造具有足够亮度的反射特性的反射器。
发明内容
因此，本发明的典型特征是提供一种反射器结构，该反射器具有通过向观察者充分反射入射光获得的明亮反射特性，以及提供一种制造反射器的方法。
本发明的另一种典型特征是提供一种包括反射器的LCD装置和一种制造该LCD装置的方法。
根据本发明的反射器设置成反射来自外面的入射光，并包括形成在基板上并具有多个凹入和凸起的绝缘膜和形成在绝缘膜上的金属膜。这里，构成多个凹入和凸起的凸起部分形成这样的形状，其中当从基板的法线方向观看时，分别在整个凸起部分中的顶点部分的位置朝一个方向倾斜。
根据本发明的另一种反射器设置成反射来自外面的入射光，并包括形成在基板上并具有多个凹入和凸起的绝缘膜和形成在绝缘膜上的金属膜。这里，倾斜部分是构成多个凹入和凸起的凸起部分的每一个的顶点部分和围绕凸起部分的凹入部分之间的部分。至于倾斜部分和基板表面的倾斜角度，在某个边上的倾斜角小于在另一边上的倾斜角。
根据本发明的另一种反射器设置成反射来自外面的入射光，并包括形成在基板上并具有多个凹入和凸起的绝缘膜和形成在绝缘膜上的金属膜。这里，构成多个凹入和凸起的凸起部分的每一个和围绕凸起部分的凹入部分之间的倾斜部分在预定边上具有比在另一边上的斜坡相对较长的斜坡。
优选地，通过布置向凸起部分和凹入部分的任何一个应用多边形、圆形和椭圆形的任何一种的至少部分边的图案形成凹入和凸起，或者通过布置向凸起部分和凹入部分的任何一个施加波浪线或者绕线的任何一种的布置图案形成凹入和凸起。
优选地，绝缘膜是树脂膜。
根据本发明的液晶显示器包括一对基板和夹在一对基板之间的液晶层，其中在一对基板的任意一个上面形成具有上述特征的反射器。
制造根据本发明的用于反射来自外面的入射光的反射器的方法包括步骤在基板上涂敷感光树脂；借助于光掩模曝光感光树脂，该感光树脂具有形成等于或者大于分辨极限的尺寸的图案的光遮挡区、形成小于分辨极限的尺寸的图案的第一透射区和具有高于第一透射区的光透射率的第二投射区；在曝光之后执行对感光树脂的显影和形成具有不同膜厚度的三个区；在显影之后热处理感光树脂；以及在热处理之后在感光树脂上形成反射膜。
优选地，光掩模包括以平面方向布置多边形、圆形和椭圆形的任何一种的图案，同时每个多边形、圆形和椭圆形的任何边构成光遮挡区，并且第一透射区和光遮挡区相邻设置。
优选地，光掩模包括以平面方向布置波浪线、绕线的任何一种的图案，同时每个波浪线和绕线的任何一种构成光遮挡区，并且第一透射区和光遮挡区相邻设置。
优选地，光掩模包括以平面方向布置多边形、圆形和椭圆形的任何一种的图案，同时每个多边形、圆形和椭圆形的任何边构成第二透射区，并且第一透射区和光遮挡区彼此相邻地设置在被多边形、圆形和椭圆形的任何边围绕的区域中。
优选地，光掩模包括以平面方向布置波浪线、绕线的任何一种的图案，同时每个波浪线和绕线的任何一种构成第二透射区，并且第一透射区和光遮挡区彼此相邻设置在除了波浪线和绕线的任何一种之外的部分。
优选地，比分辨极限尺寸小的图案在第一透射区中逐步变化。
优选地，不在第二透射区中形成光遮挡图案。
如上所述，根据本发明，形成反射器，使得构成凹入和凸起的各个凸起部分具有以相同方向倾斜的顶点部分。因此，可以在所需方向上增加反射成分。以这种方式，可以得到具有明亮反射特性的反射器和包括该反射器的高可视质量的LCD装置。至于以相同方向倾斜的顶点部分的形状，可以想到应用其中在光入射边上倾斜角相对较小的结构和其中在光入射边上斜坡长度相对较长的结构中的任意一种。
在根据现有技术的光刻方法制造的漫反射器的情况中，通过凹入和凸起的横截面各向同性地反射从外面入射的光，同时聚集在图7A所示的镜面方向。为此原因，光不但在镜面方向而且在相对于观察者相反的方向散射。相反，在根据本发明的漫反射器的情况中，在光入射边上形成小的倾斜部分倾斜角，或者可替换地，在光入射边上形成长的斜坡长度。因此，可以沿着图7B所示的基板的法线方向(朝着观察者的方向)有效地聚集光。而且，通过布置基础图形例如多边形或者圆形以形成凹入和凸起，可以充分利用来自多个方向的入射光。
另外，根据本发明，用于光刻工艺的光掩模形成具有尺寸等于或者大于分辨极限的图案的光遮挡区、具有尺寸小于分辨极限的图案的第一透射区和具有高于第一透射区的光透射率的第二透射区的组合。以这种方式，可以同时形成具有不同曝光量的三个区。可以根据现有的工艺制造这种光掩模。而且，还简化了制造反射器的工艺。因此，减少了工时并改善了生产率。由于这些优点，可以低成本低制造具有明亮反射特性的反射器和包括该反射器的LCD装置。
结合附图、参考说明书，本发明的这些和其它目的和优点以及其它的描述对于本领域技术人员将更加明显，其中图1A到1E是示意性地示出了制造根据本发明的第一个典型实施例的反射器的方法的横截面工艺图；图2A到2H是示出了用于制造根据本发明的第一个典型实施例的反射器的光掩模的图案的平面图；图3A和3B是示出了现有技术的光掩模和第一个典型实施例中使用的光掩模之间的图案比较的平面图；图4A是示出了借助于现有技术的掩模制造的反射器的外观照片以及图4B是借助于第一个典型实施例的光掩模制造的反射器的外观照片；图5是用于解释测试反射方法的图表；图6是示出了现有技术的反射器和第一个典型实施例的反射器的反射特性的曲线图；图7A是示意性地示出了现有技术的反射器的反射特性的图，以及图7B是示意性地示出了第一个典型实施例的反射器的反射特性的图；
图8是示出了根据本发明的第二个典型实施例的半透射反射LCD装置的结构的平面图；图9是沿图8的I-I线的半透射反射LCD装置的横截面图；图10A到10C、11A和11B是解释制造根据本发明的第二个典型实施例的半透射反射LCD装置的方法的横截面图；图12是示出了根据本发明的第二个典型实施例的半透射反射LCD装置的另一种结构的横截面图；图13是用于解释入射光的镜面反射的图；图14A和14B是用于解释LCD装置的实际工作条件的示意图；以及图15A到15E是用于解释制造现有技术的反射器的方法的横截面工艺图。
具体实施例方式
在解释本发明的优选实施例之前，将在下面描述根据现有技术的反射器和使用这种反射器的LCD装置。
包括反射器的LCD装置通常应用设置成漫反射入射光的漫反射器。因为在从光源入射光的情况中，受到构成LCD装置的多层的影响，相对于基板容易在镜面方向上出现闪光，并且这种闪光可能降低显示质量。如图13所示，多层可能包括偏振器19b、延迟器20b、透明绝缘基板13、反电极15、液晶层17等等。同时，由于除了镜面方向之外的方向黑暗，所以借助于镜面反射器降低可见性。因此优选使用漫反射器。
作为制造这种漫反射器的方法，例如日本专利No.3394926公开了一种方法，包括借助于光掩模曝光感光树脂的步骤，其中在光掩模中圆形或多边形的总面积占光掩模的总面积的20％到40％(含)。如图15A到15E所示，将该方法设置成借助于具有圆形或者多边形图案的光掩模对感光树脂进行曝光，以便于形成两种区域，也就是，曝光区域和遮挡区域。例如，在使用正感光树脂的情况中，在显影之后，曝光的区域形成凹入部分同时遮挡部分形成凸起部分。然后，通过热处理感光树脂在表面上形成所需的斜坡。例如，在使用具有圆形图案的光掩模的情况中，只可以获得对称的横截面。如图7A所示，入射到反射器上的外界光各向同性地散射同时聚集在镜面方向上。这里，将考虑LCD装置的实际工作条件。如图14A所示，例如，当将LCD装置用于蜂窝电话41时，以相对于水平方向的倾斜角使用LCD面板41a。将观察者的方向相对于入射光从镜面方向朝着面板的垂直方向转变。也就是，该LCD装置使用从镜面方向朝着面板的垂直方向转变方向中的反射光。同时，如图14B所示，在大多数水平状态中经常使用嵌入装置中的LCD面板42a，例如设计成和铁笔一起工作的个人数字助理(PDA)42。因此，和蜂窝电话41相比，以更靠近镜面分量的角度使用这种液晶显示装置。这里，和靠近面板的垂直方向的光相比，主要使用镜面方向中的反射光。然而，为了显示的目的，使用相对于镜面方向与面板垂直方向的相反方向中非常少的光成分。因此，设计成各向同性光散射的反射器导致了光损耗。因此，不能制造具有明亮反射特性的反射器。
同时，为了改善任意方向的反射特性，日本专利早期公开No.2002-207214公开了一种反射器的结构，其中表面具有凹凸形状，并且连接凹凸形状的凸起部分的线、连接凹凸形状的凹入部分的线以及连接凸起部分和凹入部分之间的中间部分的线包括基本上垂直于将观察者连接到光源的方向的很多成分。以这种方式，实现了对任意方向的反射特性的改善。然而，该方法还使用类似于日本专利No.3394926的光掩模。因此，如图7A中所示，基本上垂直于连接观察者到光源的方向的成分的横截面形状是各向同性。为此原因，如在日本专利3394926中的情况中这种反射器还导致光损耗。因此，不能制造具有明亮反射特性的反射器。
为了解决这种问题，日本专利早期公开No.2004-037946公开了一种反射器的结构，包括设置在基板上的第一倾斜树脂层和设置在第一倾斜树脂层上的第二倾斜树脂层。在该制造方法中，根据应用使用根据移相器方法的中间掩模的方法的模式、借助于光干涉同时使用具有不同尺寸的两种类型的矩形的掩模控制膜损耗的模式以及执行曝光同时平行移动光掩模的模式，分别制造倾斜的树脂层。然而，根据移相器方法设置和制造中间掩模是复杂的。同时，具有不同尺寸的两种类型的矩形的掩模使用光干涉。因此，掩模图案的精度对于曝光精度产生很大影响。因此，很难获得均匀的凹凸图案。进行曝光同时平行移动光掩模的模式需要两个曝光阶段同时移动光掩模。这里，凹凸形状容易改变，因为在很难对准第一阶段的曝光位置和第二阶段的曝光位置。而且，必须重复光刻工艺两次，用于分别形成第一倾斜树脂层和第二倾斜树脂层。为此原因，出现归因于光掩模不对准导致的形状变化和工艺数量的增加导致的产量降低。因此，很难以低成本制造具有明亮反射特性的反射器。
根据本发明的优选实施例的反射器提供了设置成朝着任意方向散射和反射入射光的漫反射器，其包括在相同的方向上设置顶点部分的形状的凹入和凸起。优选地，通过在各个凸起部分的顶点部分和围绕凸起部分的凹入部分之间形成倾斜部分实现在相同方向上设置顶点部分的形状，使得在光入射边限定倾斜角相对较小或者在光入射边限定斜坡的长度相对较长。以这种方式，在实际工作条件下，通过沿着观察者的观察方向增加成分来获得明亮的反射特性。而且，借助于光掩模制造该漫反射器，其中光掩模包括具有尺寸大于等于分辨极限的图案的光遮挡区、具有尺寸小于分辨极限的点或者条纹图案的第一透射区以及具有高于第一透射区的光透射率的第二投射区的组合。
通过一个阶段的曝光，该光掩模允许形成各向异性形状的凹入和凸起，通过设置成部分地应用尺寸大于等于分辨极限的图案的常规光刻方法还不能形成各向异性形状的凹入和凸起。以这种方式，可以在需要的方向上增加反射成分，同时在不想要的方向上减少反射成分。而且通过布置基础图形例如多边形或者圆性形成凹入和凸起，可以有效地朝着观察者反射从多个方向入射的光。以这种方式，通过简单的制造工艺可以高产量低成本地获得具有足够亮度的反射特性的反射器和包括该反射器的高可视质量的LCD装置。
(第一典型实施例)将参考附图描述根据本发明的第一个典型实施例的反射器及其制造方法。如图1E所示，该实施例的反射器包括形成在基板8上并设置有多个凹入和凸起的绝缘膜11，以及形成在绝缘膜11上的金属膜6。具体地，构成多个凹入和凸起的各个凸起部分形成这样的形状，其中当从基板8的法线方向观看时，顶点部分的位置相对于整个凸起部分以相同的方向倾斜。
现在，将参考图1A到1E具体描述制造该实施例的反射器的方法。首先，如图1A所示，在所给基板8上涂敷从大约0.5μm到5μm膜厚度的正感光树脂11a。在该实施例中，例如将该膜厚度设置为大约等于2.2μm。这里使用透明绝缘基板作为所给的基板8，例如玻璃或者塑料，用于制造在后面要描述的第二个典型实施例中的LCD装置的有源矩阵基板。作为正感光树脂11a，例如使用JSR公司制造的PC403(产品名称)。
接下来，如图1B所示，在感光树脂11a上放置光掩模32。然后，借助于光掩模32曝光感光树脂11a。该光掩模32包括三个区，它们是设置有具有尺寸大于等于分辨极限的图案的光遮挡膜30a的光遮挡区31a、和光遮挡区31a相邻布置并设置有具有尺寸小于等于分辨极限的图案的光遮挡膜30b的第一透射区31b和没有形成图案的第二透射区31c。第一透射区31b具有高于光遮挡区31a的光透射率。同时，由于在第二透射区31c中没有形成图案，所以第二透射区31c具有高于第一透射区31b的光透射率。
可以适当地设置光遮挡区31a、第一透射区31b和第二透射区31c的宽度、位置和形状。这里，如图2E和图3B所示，使用这样的掩模，其中每个都具有等于大约2.5μm的边厚度和等于大约18μm的平均边长度的六边形不规则地布置在平面方向上，另外具有大约1μm厚度的线图案以六边形的所给方向设置在边内部。借助于来自作为光源的高压汞灯的g线(436nm)和h线(405nm)通过该掩模实施曝光。在这种情况中，分辨极限等于大约2μm。由于对应于六边形的边的光遮挡区31a具有大约2.5μm的厚度，所以光遮挡区31a具有大于分辨极限的尺寸，因此可以充分地成像。因此大约1μm厚度的线图案降到低于分辨极限的第一透射区31b不能充分地成像。而且，光被第一透射区31b中的线图案部分遮挡。因此，在第一透射区31b中曝光量的整体值小于没有图案的第二透射区31c的曝光量的整体值。同时，在第一透射区31b中曝光量的整体值高于光遮挡区31a中的曝光量的整体值。这里，将第二透射区31c中曝光量的整体值设置到适当的量，以便于在显影之后保存大约50％的感光树脂。当使用该光掩模执行曝光和显影时，可以通过以任意的六边形形状布置凹入部分来形成凹凸膜11。该凹凸膜11包括由凹入部分之间的脊限定的凸起部分。
这里，将凹凸图案描述为通过不规则布置六边形限定的形状。然而，不特别限制图案的形状。例如，如图2A到2C所示，可以规则地布置其它的多边形，例如三角形、五角形或者六边形。当使用这些光掩模的任何一种执行曝光和显影时，可以通过以多边形的形状，例如三角形、五角形或六边形布置凹入形状来形成凹凸膜11。该凹凸膜11包括凹入部分之间的脊。如图2D所示，可以将多边形的内部形成光遮挡图案。当使用图2D所示的光掩模执行曝光和显影时，可以通过布置三角形凸起部分形成凹凸膜11。同时，可以形成图2F所示的圆形或者椭圆形图案。当使用图2F所示的光掩模执行曝光和显影时，可以通过布置圆形凸起部分形成凹凸膜11。而且，还可以将图案改变成图2G所示的波浪线或者图2H所示的绕线。
尽管在上述情况的第一透射区31b中形成具有大约1μm厚度的线图案，但是在使用上述光源的情况中只要将厚度设置为小于等于2μm就是满意的。可替换地，还可以借助于具有较短波长的光源和减少曝光的系统形成较好的图案。在这种情况中，例如，高压汞灯或者受激准分子激光器的i线可应用于具有较短波长的光源。
接下来，如图1C所示，借助于显影剂，例如四甲基氢氧化铵(TMAH)实施显影工艺，由此去除掉曝光的部分。在该实施例中，在显影工艺之后，将感光树脂11a的厚度调整为对于光遮挡区31a等于原始膜厚度大约是2.2μm、对于第一透射区31b大约是1.5μm和对于第二透射区31b大约是1.1μm。
接下来，将形成凹入和凸起的感光树脂11a在220℃时经受大约2小时的烘焙。以这种方式，凹凸膜11形成为如图1D所示的平滑凹入凸起形状。然后，如图1E所示，通过溅射等在凹凸膜11上沉积金属例如Al-Nd合金，以形成反射膜6。
尽管上述的制造方法应用正感光树脂作为感光树脂，但是还可以在其中应用负感光树脂。还是在这种情况中，可以同时形成具有不同曝光量的三个区。至于显影后感光树脂的膜厚度，第一透射区31b支撑着比在第二透射区31c上更厚的树脂，以及光遮挡区31a支撑着比第一透射区31b更厚的树脂。
而且，在该实施例中，沿着每个多边形的某个边形成第一透射区31b中的光遮挡图案。相反，可以形成点图案或者线图案和点图案的组合。还可以逐渐改变线图案或者点图案的密度以便于逐渐改变光透射率。而且，可以响应倾斜角适当地设置第一透射区31b的光透射率。在假定第二透射区31c的光透射率等于100％的情况中，优选将第一透射区31b的光透射率设置在从大约20％到80％(含)的范围中。
接下来，将描述根据上述方法制造的反射器的效果。如图4A所示，借助于图3A所示的现有技术的光掩模制造的反射器具有从各个凸起部分的顶点部分朝着周围凹入部分的倾斜部分之间基本上相等的倾斜角和几乎恒定长度的斜坡的特征。图4A中的黑暗部分表示从各个凸起部分的顶点部分朝着周围凹入部分的倾斜部分。
如图4B所示，明显的是，借助于图3B所示的该实施例的光掩模制造的反射器在对应于具有尺寸小于分辨极限的图案的区域的倾斜部分处具有较小的倾斜角，以及对应于倾斜部分的较长斜坡。明显地，倾斜部分的斜坡长度，也就是，从凸起部分的顶点部分到凹入部分的距离增加。图4B中的黑暗部分表示从各个凸起部分的顶点部分朝着周围凹入部分的倾斜部分。
现在，将参考图5描述测量反射器的反射率的方法。将包括反射器的LCD面板40的法线方向定义为参考，并用放置在0°方向和10°方向上的光检测器捕获借助于投影机从-30°方向入射的光的反射。以这种方式测量反射率。如图6所示，当从-30°方向入射的光通过标准白板扩散和反射时，将0°方向中捕获的反射光的反射率定义为100％。从-30°方向入射的光通过反射器扩散和反射并被测量，并在0°方向上捕获反射的光。图6示出了对于标准白板的反射率的相对反射率。这里，使用Topcon公司生产的WS-3(产品名称)作为标准白板。例如，该标准白板由BaSO4构成。
在图6中，点实线表示借助于该实施例的光掩模制造的反射器的反射率。没有点的实线示出了借助于图3A所示的现有技术的光掩模制造的反射器的反射率。从图6明显可见的是，和现有技术的反射器相比，借助于该实施例的光掩模制造的包括尺寸小于分辨极限的图案的反射器可以改善反射率。如图7A所示，现有技术的对称凹凸图案各向同性地反射入射光并由此在不想要的方向上产生更多的成分。相反，在该实施例的凹凸图案中，每个都具有较小倾斜角度或者较长斜坡的倾斜部分设置在光入射边上。以这种方式，可以增加反射到观察者的成分，同时减少不想要方向上的成分。而且，在图14所示的情况下，作为人眼感觉评价的结果，可以确定显示器明显变亮，并且当移动光源的位置时不能观察到可见性的降低。
根据该实施例，借助于光掩模32可以形成设置具有较小倾斜角或者较长斜坡的倾斜部分的凹凸，该光掩模32包括设置有尺寸大于等于分辨极限的图案的光遮挡区31a、和光遮挡区31a相邻布置并设置有尺寸小于分辨极限的图案的第一透射区31b，和设置在第一透射区31b外面没有图案的第二透射区31c。通过在光入射边上设置具有较小倾斜角度和较长斜坡的倾斜部分，可以增加基板的法线方向上的反射成分。换句话说，在实际工作条件下，可以通过沿观察者的观察方向增加反射成分。因此，可以以低成本制造具有明亮反射特性的反射器，同时减少不想要方向上的成分。
(第二典型实施例)接下来，将参考附图描述根据本发明的第二个典型实施例的LCD装置及其制造方法。图9示出了一种半透射反射LCD装置，其中将扭转角设置为大约等于72°以及反射区中的单元间隙等于透射区中的单元间隙。图12示出了一种半透射反射LCD装置，其中将扭转角设置为大约等于0°以及反射区中的单元间隙不同于透射区中的单元间隙。
如图8和图9所示的，该实施例的半透射反射LCD装置包括有源矩阵基板12，在其上形成充当开关元件的薄膜晶体管(TFT)3、反向基板16、夹在两个基板12和16之间的液晶层17、设置在有源矩阵基板12的背面上的背光源18、延迟器20a和20b以及分别设置在有源矩阵基板12和反向基板16外面的偏振器19a和19b。至于延迟器21a和20b，应用 板。
另外，有源矩阵基板12包括透明的绝缘基板8、栅线(扫描电极)
1、公共存储线4、辅助电容电极4a、栅极1a、栅绝缘膜9、半导体层3a、漏极2a、源极2b、数据线(信号电极)2、钝化膜10和像素电极。栅极1a、栅绝缘膜9、半导体层3a、漏极2a和源极2b共同构成TFT3。
在透明绝缘基板8上形成栅线1、连接到栅线1的栅极1a、公共存储线4和辅助电容电极4a。在这些构成上面形成栅绝缘膜9。在栅绝缘膜9上形成半导体层3a。将漏极2a和源极2b从半导体层3a的两端引出并形成在栅绝缘膜9上。漏极2a连接到栅线2。形成钝化膜10，以便于覆盖数据线2、漏极2a、源极2b和半导体层3a。像素电极(透明电极膜5)连接到源极2b。在信号电极2和扫描电极1交叉处一个接一个地提供像素电极。而且，像素区PX包括用于透射来自背光源18的入射光的透射区Pxa和用于反射入射在其上的外界光的反射区PXb。在像素区PX中的钝化膜10上形成由有机膜等等构成的凹凸膜11。在反射区PXb中形成包含铝(Al)或铝(Al)合金的反射膜6。该反射膜6插入在凹凸膜11和第二钝化膜24之间，并因此和其它周围组分隔离开。这里，由于没必要使用形成在反射区PXb中的金属膜作为电极，所以该金属膜被称作反射膜6。该反射膜6设置在TFT3之上，使得TFT3被反射膜6覆盖。由氧化铟锡(ITO)等构成的透明电极膜5形成在每个像素区PX的整个表面上，同时插入第二钝化膜24，以便于覆盖反射膜6。透明电极膜5通过设置在凹凸膜11上的接触孔7连接到TFT3的源极2b。透明电极膜5起到像素电极的作用。由聚酰亚胺等构成的校准膜29形成该透明电极膜5上。
同时，反向基板16包括透明绝缘基板13、滤色器14、黑色基质(未示出)、反向电极15、校准膜29等等。将该半透射反射LCD装置的扭转角设置为大约等于72°。以这种方式，将反射区PXb的单元间隙dr设置为等于透射区Pxa的单元间隙df。这里，将单元间隙dr和df设置为等于2.7μm。
通过如前所述用反射膜6覆盖TFT3，当在TFT3上入射外界光时可以用反射膜6阻挡光。以这种方式，可以避免归因于入射光导致的光电效应引起TFT3上的关断状态电流增加出现的故障。然而，如果在反射膜6和TFT3之间存在短距离，施加到TFT3的电压(具体为栅电压)可以引发电浮置状态中反射膜6的电势变化，并可能由此扰乱对于液晶控制的电场。因此，在该实施例中，还在TFT3上形成凹凸膜11，以便于通过插入凹凸膜11确保TFT3和反射膜6之间的距离，由此减轻因施加到TFT3的电压导致对反射膜6的负面影响。
接下来，将参考图10A到11B以制造顺序描述制造具有上述结构的半透射反射LCD装置的方法。这里，还将同时描述制造栅漏(G-D)转化部分和设置在有源矩阵基板12的外围区中的端子部分的方法。设置G-D转化部分以避免导电密封引起的引出线之间的短路。在需要将漏极2a电引出到外面的情况中，可能很难将漏极2a直接引出到外面，而不引起由于结构限制导致的短路。因此，设置该G-D转化区，以便于借助于栅线1通过透明电极膜5将漏极2a引出。
首先，如图10A所示，金属例如铬(Cr)沉积在由玻璃、塑料等构成的透明绝缘基板8的整个表面上，然后借助于公知的光刻技术和刻蚀技术，通过去除掉不需要的金属，形成栅线1、栅极1a、公共存储线4和辅助电容电极4a。注意，在图9中没有示出的组分在图8中示出。接下来，由SiO2、SiNx、SiOx等构成的栅绝缘膜9形成在整个表面上。然后，通过沉积并然后在整个表面上构图非晶硅(a-Si)等形成半导体层3a。随后，在整个表面上沉积金属例如Cr之后，通过构图形成栅线2、漏极2a、源极2b和用于电容的存储电极2c。以这种方式，形成TFT3。其后，根据等离子增强化学汽相淀积(等离子CVD)方法等在整个表面上沉积由SiNx膜等构成的钝化层10用于保护TFT3。同时，将G-D转化部分和端子部分放置在透明绝缘基板8上的像素区PX的外面。
接下来，如图10B所示，例如，通过旋涂方法在钝化膜10上涂敷JSR公司制造的感光丙烯酸树脂，例如PC403、415G或者405G，并通过曝光感光树脂和显影在像素区PX中形成凹凸膜11。
例如，通过执行曝光和显影同时使用图1B所示的光掩模形成该凹凸膜11。为了更精确，这里使用的光掩模包括由尺寸大于等于分辨极限的图案制造的光遮挡区31a，以便于对应于凹凸膜11的凸起部分；由尺寸小于分辨极限的图案形成的第一透射区31b；设计成获得比第一透射区31b高的光透射率的第二透射区31c，以便于对应于凹入部分；以及形成在对应于接触孔7、G-D转化部分和没有设置图案的端子部分的位置中的第三透射区。该第三透射区具有比第二透射区高的光透射率。例如，这里没有形成光遮挡图案。借助于具有上述特征的光掩模曝光感光丙烯酸树脂。
这里，还可能的是，通过以相对较高的光密度执行曝光同时使用不同的光掩模，完全去除掉用于形成接触孔7的区域中和用于形成G-D转化部分以及端子部分的区域中的感光树脂。
其后，借助于碱性显影剂同时在凹入部分、凸起部分、接触孔7等之间使用溶解度不同的碱性溶液形成凹凸。显影之后，在对应于接触孔7、G-D转化部分和端子部分的位置中完全去除掉感光丙烯酸树脂。同时，在像素区PX中形成凹凸膜11。因此，借助于具有上述特性的光掩模可以在一个曝光阶段形成凹凸形状的凹凸膜11。特别地，形成凹凸膜11，使得在对应于具有尺寸小于分辨极限的图案的倾斜部分中倾斜角减小，同时在那个部分的斜坡的长度增加，如图4B所示。换句话说，形成凹凸膜11，使得凸起部分和凹入部分之间的顶点部分之间的距离增加。接触孔7和凹凸形状的凹凸膜11的形成同步形成，并曝光构成G-D转化部分和端子部分的区域。要注意的是，尽管在图中，在包括反射区PXb和透射区Pxa的像素区PX全部之上形成凹凸膜11，但是还可能的是平面化形成在透射区Pxa中的凹凸膜11的表面，而没有提供凹入和凸起。而且，在凹凸膜11形成在透射区Pxa的情况中，通过在整个表面上执行曝光工艺脱色丙烯酸膜，以使于通过凹凸膜11抑制入射光衰减。其后，在220℃固化丙烯酸膜大约一个小时，以完成具有倾斜部分的较小倾斜角或者较长斜坡的凹凸膜11。
如上所述，如果TFT3和反射膜6之间的间隙太窄，则存在因施加到TFT3的栅极电压等引起反射膜6的电势变化，以及由于扰乱用于液晶控制的电场变化导致显示质量退化的危险。其后，在该实施例中还在TFT3上形成凹凸膜11。
接下来，在如图10C所示的像素区PX的反射区PXb中形成反射膜6。例如，根据溅射方法或者汽相沉积方法在整个表面上沉积金属，例如铝(Al)或者铝(Al)合金。其后，只用抗蚀图案涂敷像素区PX的反射区PXb。通过部分地干法刻蚀或者湿法刻蚀曝光金属同时使用该抗蚀图案作为掩模形成形成反射膜6。这里，还在TFT3上形成反射膜6，使得不在TFT3上入射外界光。在这种情况中，在栅线1和数据线2内部的区域中形成反射膜6，以便于抑制栅线1和数据线2的影响并在稍后用透明电极膜5完全覆盖反射膜6。如图8所示，形成反射膜6，以便于不重叠栅线1或者数据线2。尽管该反射膜6通常由铝(Al)或者铝(Al)合金构成，但是反射膜6的材料不只局限于这些物质。可以应用其它金属，只要金属具有高的反射率并适应液晶工艺。
接下来，如图11A所示，根据等离子CVD方法等在整个表面上沉积例如由SiOx等构成的绝缘膜并选择性地形成抗蚀图案。该绝缘膜被构图并形成第二钝化膜24。用抗蚀图案作为掩模选择性地刻蚀绝缘膜、钝化膜10和栅绝缘膜9的露出部分，并通过接触孔7露出源极2b。此时，在G-D转化部分上和端子部分上形成更多的接触孔。
接下来，如图11B所示，根据溅射方法等在整个表面上沉积透明导电膜，例如ITO，并借助于抗蚀图案同时形成覆盖每个像素整个表面的电极膜5、G-D转化部分电极22和电极端子23。这里，为了避免设置在下面的反射膜6的电解腐蚀反应，形成透明电极膜5，以便于覆盖反射膜6的整个表面。特别地，形成透明电极膜5，使得它的边缘在栅线1和数据线2上面伸出。通过应用如上所述的反射膜6和透明电极膜5的堆叠结构以及外形结构，可以避免反射膜6接触显影剂。
在该实施例中，在反射膜6和透明电极膜5之间形成第二钝化膜24。当反射膜6电浮置时，应当关注归因于施加到TFT3的栅极电压等导致反射膜6的电势变化。然而，如上所述通过在TFT3上形成凹凸膜11，可以利用该凹凸膜11保证TFT3和反射膜6之间的距离并由此充分缓解TFT3对反射膜6的影响。其后，在透明电极膜5上形成由聚酰亚胺构成的校准膜29，由此完成有源矩阵基板12。
接下来，通过在透明绝缘基板13上依次形成滤色器14、黑色基质(未示出)、反向电极15、校准膜29等制备反向基板16。
然后，在两个基板12和16之间插入液晶层17，并然后彼此固定。而且，分别在基板12和16的两侧上放置延迟器20a和20b以及偏振器19a和19b。而且，在放置在有源矩阵基板12上的偏振器19a的背面上设置背光源18。以这种方式，如图9所示制造半透射反射LCD装置。
如上所述，根据该实施例的半透射反射LCD装置及其制造方法，类似于第一个典型实施例，借助于形成在凹凸膜11上的反射膜6可以充分地将光聚集到观察者，该凹凸膜11在光入射边上的倾斜部分上具有较小倾斜角或者较长的斜坡。因此，可以获得具有增强可视性的高反射特性。而且，当形成凹凸膜11时，借助于光掩模可以在一个曝光阶段形成具有不同曝光量的三个区，该光掩模包括设置有尺寸大于等于分辨极限的图案的光遮挡区31a、设置有尺寸小于分辨极限的图案的第一透射区31b和没有图案的第二透射区31c。换句话说，由于在显影之后可以形成具有不同膜厚度的三个区，所以可以以较少的工艺和高产量制造凹凸膜11。
尽管该实施例使用由非晶硅构成的TFT作为开关元件，但是还可以使用由多晶硅构成的TFT或者其它元件(例如薄膜二极管(TFD))。而且，当应用到没有任何开关元件的无源矩阵LCD装置的反射器时，本发明还可以获得良好的特性。
同时，图9的半透射反射LCD装置使用具有大约等于72°扭转角的液晶。而且，将反射区PXb中的单元间隙dr设置为等于透射区Pxa中的单元间隙df。也就是，基本上以相同的厚度在反射区PXb和透射区Pxa中形成凹凸膜11。在将液晶的扭转角设置为从大约0°到60°范围中的情况中，通过将单元间隙dr和单元间隙df设置为彼此不同的值，可以获得最佳强度的出射光。
图12是示出了根据该实施例的第一个变形实例的半透射反射LCD装置的横截面图。如图12所示，在该半透射反射LCD装置中，将液晶的扭转角设置为大约等于0°并只在反射区PXb中形成凹凸膜11。将透射区Pxa的单元间隙设置为等于2.9μm。通过设置凹凸膜11的膜厚度大约等于1.4μm(＝2.9μm-1.5μm)，将反射区PXb中的单元间隙dr设置为大约1.5μm的最佳值。为了实现该结构，当在图10B所示的步骤中形成凹凸膜11时，调节涂敷感光丙烯酸树脂的条件，以便于获得例如大约1.4μm的膜厚度。而且，可以实施曝光工艺以在源极2b上的感光丙烯酸树脂中形成接触孔7，并同时以相同的模式去除掉透射区Pxa中的感光乙烯酸树脂。以这种方式，在随后的显影工艺中去除掉透射区Pxa中的感光乙烯酸树脂。其后，进行基本上类似于上述的那些步骤。最后，可以制造如图12所示的半透射反射LCD装置，通过设置反射区中的反射单元间隙dr大约等于1.5μm以及透射区中的透射单元间隙df大约等于2.9μm，其和大约0°的扭转角相一致。
尽管该实施例描述了制造半透射反射LCD装置的方法，但是还可以通过将像素区PX完全形成为反射区PXb制造反射LCD装置。而且，该实施例描述了将在第一个典型实施例中解释的反射器应用到LCD装置的情况。然而，本发明不局限于该实施例。应当注意的是，本发明还可以应用于多种目的的其它反射器，其包括增强某个方向上的光反射的功能。
尽管参考附图已经描述了本发明的优选实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的在不脱离本发明的实际范围的条件下可以做出各种变化和变形。例如，代替在反向基板16上放置滤色器14，可以在有源矩阵基板12上放置滤色器14。当LCD装置是黑白类型时，可以省略滤色器。
上述实施例提供了在凹凸膜11的表面上包括电浮置反射膜11的LCD装置。相反，还可以将本发明应用于反射或者半透射反射LCD装置，其中反射器本身构成电连接到TFT3的源极2b的反射像素电极。也就是，还可以通过将反射器直接连接到TFT3的源极2b形成反射像素电极。可替换地，还可以通过允许反射器和透明电极5接触同时将透明电极膜5直接连接到TFT3的源极2b来形成反射像素电极。不管该主题是电浮置反射膜6还是反射像素电极，通过在该实施例的凹凸膜11上形成该主题，都可以充分地向观察者反射入射光并由此获得明亮的反射特性。
权利要求
1.一种反射器，用于反射来自外部的入射光，包括形成在基板上并包括多个凹入和凸起的绝缘膜；以及形成在所述绝缘膜上的金属膜，其中构成所述多个凹入和凸起的凸起部分形成这样的形状，其中当从所述基板的法线方向观看时，顶点部分的位置在整个凸起部分中朝一个方向倾斜。
2.根据权利要求1所述的反射器，其中所述凹入和凸起是通过布置包括多边形、圆形和椭圆形的任何一种的图案而形成的，其中所述凸起部分和凹入部分的任何一个形成在上述每一种图案的至少一边中，或者，所述凹入和凸起是通过布置包括波浪线和绕线的任何一种的图案而形成的，其中沿着每一波浪线和绕线形成所述凸起部分和凹入部分的任何一个。
3.根据权利要求1所述的反射器，其中所述绝缘膜是树脂膜。
4.一种反射器，用于反射来自外部的入射光，包括形成在基板上并包括多个凹入和凸起的绝缘膜；以及形成在所述绝缘膜上的金属膜，其中构成所述多个凹入和凸起的每个凸起部分的顶点部分与所述凸起部分周围的凹入部分之间的倾斜部分相对于所述基板的表面具有倾斜角，在预定边上的该倾斜角相对小于在另一边上的倾斜角。
5.根据权利要求4所述的反射器，其中所述凹入和凸起是通过布置包括多边形、圆形和椭圆形的任何一种的图案而形成的，其中所述凸起部分和凹入部分的任何一个形成在上述每一种图案的至少一边中，或者，所述凹入和凸起是通过布置包括波浪线和绕线的任何一种的图案而形成的，其中沿着每一波浪线和绕线形成所述凸起部分和凹入部分的任何一个。
6.根据权利要求4所述的反射器，其中所述绝缘膜是树脂膜。
7.一种反射器，用于反射来自外部的入射光，包括形成在基板上并包括多个凹入和凸起的绝缘膜；以及形成在所述绝缘膜上的金属膜，其中在构成所述多个凹入和凸起的每个凸起部分的顶点部分与所述凸起部分周围的凹入部分之间的倾斜部分具有斜坡，在预定边上的斜坡比在另一边上的斜坡相对较长。
8.根据权利要求7所述的反射器，其中所述凹入和凸起是通过布置包括多边形、圆形和椭圆形的任何一种的图案而形成的，其中所述凸起部分和凹入部分的任何一个形成在每一种图案的至少一边中，或者，所述凹入和凸起是通过布置包括波浪线和绕线的任何一种的图案而形成的，其中沿着每一波浪线和绕线形成所述凸起部分和凹入部分的任何一个。
9.根据权利要求7所述的反射器，其中所述绝缘膜是树脂膜。
10.一种液晶显示装置，包括一对基板和插在所述一对基板之间的液晶层，其中在所述一对基板的任一个上形成根据权利要求1所述的反射器。
11.一种液晶显示装置，包括一对基板和插在所述一对基板之间的液晶层，其中在所述一对基板的任一个上形成根据权利要求4所述的反射器。
12.一种液晶显示装置，包括一对基板和插在所述一对基板之间的液晶层，其中在所述一对基板的任一个上形成根据权利要求7所述的反射器。
13.一种制造用于反射来自外部的入射光的反射器的方法，包括以下步骤在基板上涂敷感光树脂；借助于光掩模曝光所述感光树脂，该光掩模包括在其中形成尺寸大于或等于分辨极限的图案片段的光遮挡区、在其中形成尺寸小于分辨极限的图案片段的第一透射区、以及具有高于所述第一透射区的光透射率的第二透射区；在曝光之后执行对所述感光树脂的显影，然后形成具有不同膜厚度的三个区；在显影之后热处理所述感光树脂；以及在热处理之后在所述感光树脂上形成反射膜。
14.根据权利要求13所述的制造反射器的方法，其中所述光掩模包括这样的图案在其中以平面方向布置多边形、圆形和椭圆形的任何一种，多边形、圆形和椭圆形的任何一种的边构成所述光遮挡区，以及所述第一透射区与所述光遮挡区相邻设置。
15.根据权利要求13所述的制造反射器的方法，其中所述光掩模包括这样的图案在其中以平面方向布置波浪线和绕线的任何一种，每一所述波浪线和每一所述绕线的任何一种构成所述光遮挡区，以及所述第一透射区和所述光遮挡区相邻地设置。
16.根据权利要求13所述的制造反射器的方法，其中所述光掩模包括这样的图案在其中以平面方向布置多边形、圆形和椭圆形的任何一种，每个多边形、圆形和椭圆形的任何一种的边构成所述第二透射区，以及所述第一透射区和所述光遮挡区彼此相邻地布置在被所述多边形、圆形和椭圆形的任何一种的边围绕的区域中。
17.根据权利要求13所述的制造反射器的方法，其中所述光掩模包括这样的图案在其中以平面方向布置波浪线和绕线的任何一种，每一波浪线和绕线的任何一种构成所述第二透射区，以及所述第一透射区和所述光遮挡区彼此相邻地设置在除了波浪线和绕线的任何一种之外的部分上。
18.根据权利要求13所述的制造反射器的方法，其中该图案的片段的尺寸小于分辨极限，并且该图案在所述第一透射区中逐渐变化。
19.根据权利要求13所述的制造反射器的方法，其中在所述第二透射区中没有形成光遮挡图案。
全文摘要
一种用于反射来自外部的入射光的反射器包括形成在基板上并包括多个凹入和凸起的绝缘膜，以及形成在绝缘膜上的金属膜。构成多个凹入和凸起的各个凸起部分形成这样的形状，其中当从基板的法线方向观看时，顶点部分的位置相对于整个凸起部分朝一个方向倾斜。
文档编号G02F1/1335GK101021581SQ20071007890
公开日2007年8月22日 申请日期2007年2月13日 优先权日2006年2月13日
发明者中谦一郎 申请人:Nec液晶技术株式会社