KR100616132B1 - 전기영동 디스플레이 장치용 격벽구조 및 그 구조를이용한 전기영동 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자종이, 전자북, 전자잡지 등에 사용되는 전기영동 디스플레이 장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 특별한 격벽구조와 상하부 막구조를 통하여 전자잉크의 주입이 용이하고, 입자의 고착현상이 방지되는 전기영동 디스플레이 장치용 격벽구조 및 이를 이용한 전기영동 디스플레이 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 격벽구조는 투명하거나 투명하지 않은 하부전극, 상기 하부전극 위에 가로 및 세로 방향으로 간격을 두고 배열된 복수개의 십자형 격벽 및 상기 격벽위에 설치된 투명한 상부전극을 포함하는 전기영동 디스플레이 장치용 격벽구조로서, 상기 하부전극, 상기 상부전극 및 상기 격벽사이에는 전자잉크가 투입될 수 있도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

전자종이, 전기영동, 격벽구조, 전자잉크, 십자형 격벽

Description

전기영동 디스플레이 장치용 격벽구조 및 그 구조를 이용한 전기영동 디스플레이 장치{A PARTITION WALL STRUCTURE FOR ELECTROPHORETIC DISPLAY DEVICE AND ELECTROPHORETIC DISPLAY DEVICE USING THE SAME}

도 1은 전기영동 디스플레이 장치의 개념을 나타내는 개략도,

도 2는 종래의 캡슐형 구조를 가지는 전기영동 디스플레이 장치의 개념을 나타내는 개략도,

도 3은 격벽내에서 계면장력으로 인하여 유체가 완전히 충전되지 현상을 나타내는 개념도,

도 4는 본 발명의 격벽구조를 나타내는 사시도, 그리고

도 5는 본 발명의 격벽구조를 가공하는 공정을 나타내는 흐름도이다.

본 발명은 전자종이, 전자북, 전자잡지 등에 사용되는 전기영동 디스플레이 장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는, 특별한 격벽구조와 상하부 막구조를 통하여 전자잉크의 주입이 용이하고, 입자의 고착현상이 방지되는 전기영동 디스플레이 장치용 격벽구조 및 이를 이용한 전기영동 디스플레이 장치에 관한 것이다.

전기영동현상은 대전된 콜로이드 입자가 주위의 전기장에 따라 이동하는 현상을 말하는 것으로, 전기영동 디스플레이 장치는 이러한 전기영동 현상을 이용한 디스플레이 장치를 말하는 것이다. 구체적으로는, 도 1에 도시하였듯이 특정한 색을 띄거나 투명한 유전 유체 속에 흑,백,청 또는 기타 다양한 색을 띄는 대전입자를 콜로이드 상태로 분산시키면 주위 전기장의 형태로 인하여 대전입자가 상부 또는 하부로 이동하게 되는데, 이동하는 대전입자가 반사하는 색상과 유체의 색상에 의하여 색상의 변화를 일으키게 하는 디스플레이 장치를 말하는 것이다.

이러한 디스플레이 장치는, 기존의 EL(Electro Luminescent) 이나 LCD(Liquid Crystal Display) 장치와 같은 발광형 장치에 비하여 제조비용이 저렴하고 휴대가 용이하여 향후, 전자종이, 전자북, 전자잡지 등에 사용되는 디스플레이로 널리 사용될 전망이다.

그런데, 전기 영동 디스플레이 장치에 사용되는 대전된 입자들은 상호 응집되는 경향을 가지고 있어서 장시간 사용후에는 이러한 응집현상으로 표현할 수 있는 화소(pixel)의 크기가 증가하여 디스플레이의 해상도가 열화되는 문제를 가지고 있었다. 또한, 상기와 같은 종래의 전기영동 디스플레이 장치에서는 이동된 입자들이 전기역학에 의해 상하부판에 도금과 유사한 영구결합층을 형성하여 이미지를 훼손할 우려가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 미국의 E-ink 사에서는 도 2에서와 같이 대전입자 및 유체를 캡슐속에 넣고, 캡슐의 상하부에 전기장을 형성하는 디스플레이 장치를 제안하였다. 이러한 경우에는 대전입자들이 설사 응집되더라도 응집되는 단위가 캡슐 크기로 제한되므로, 해상도의 열화를 방지할 수 있었다.

그러나, 이러한 캡슐을 채용한 디스플레이 장치는 한가지 문제점을 가지고 있는데, 그것은 바로 캡슐화 시키는 공정이 복잡하다는 것이다. 즉, 상기 캡슐을 채용한 디스플레이 장치는 캡슐내에 대전입자를 포함하는 전자잉크를 주입시켜야 하기 때문에 입자주위에 캡슐을 형성시켜야 한다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 전자 잉크를 주입시키기 용이하며, 입자의 응집이 방지될 수 있는 전기영동 디스플레이 장치용 격벽구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기의 격벽구조를 가진 전기영동 디스플레이 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 영구결합층이 형성되지 않는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 해결하기 위한 본 발명의 격벽구조는, 투명하거나 투명하지 않은 하부전극, 상기 하부전극 위에 가로 및 세로 방향으로 간격을 두고 배열된 복수개의 십자형 격벽, 및 상기 격벽 위에 설치된 투명한 상부전극을 포함하고, 상기 하부전극, 상기 상부 전극 및 상기 격벽사이에는 전자잉크가 투입될 수 있도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 상기의 격벽구조를 이용하는 전기영동 디스플레이 장치는, 투명하거나 투명하지 않은 하부전극, 상기 하부전극 위에 가로 및 세로 방향으로 일정한 간격을 두고 배열된 복수개의 십자형 격벽, 상기 격벽위에 설치된 투명한 상부전극 및 상기 하부전극, 상기 상부 전극 및 상기 격벽사이에 채워지는 전자잉크를 포함하고 상기 전자잉크는 유전유체와 대전입자로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기와 같은 격벽구조 및 이를 이용한 디스플레이 장치에서는, 상기 격벽의 바로 위층 및/또는 아래층에는 고분자층(영구결합 방지층)이 추가로 설치되어 있는 것이 바람직하다.

이때, 십자형 격벽의 높이는 30~70㎛ 인 것이 바람직하다.

그리고 십자형 격벽과 격벽의 사이는 격벽의 중심끼리의 거리 기준으로 100~200㎛, 격벽과 격벽사이 틈새의 너비는 30~50㎛, 그리고 격벽의 두께는 10㎛ 이하인 것이 바람직하다.

또한, 백색안료로서 전자잉크에 포함되는 대전입자는 침상의 치밀질(rutile) 이산화티타늄인 것이 바람직하다.

이하에서, 본 발명의 특징적인 구성들에 대하여 설명하기로 한다.

상기하였듯이, 캡슐방식의 전기영동 디스플레이장치는 그 격리된 구조로 말미암아 대전입자들의 응집에 의한 해상도 감소를 방지하는 탁월한 성능을 가지나 캡슐화에 복잡한 공정이 요구된다는 문제가 있었으므로, 복잡한 조건과 공정이 필요하지 않으면서 격리된 구조를 가지는 것이 필요하였다. 이에 본 발명의 발명자들은 예의 검토한 결과 전자 잉크들이 격벽 구조에 의하여 서로 격리되어 있도록 하는 것이 효과적이라는 것을 발견하였다.

그런데, 상기와 같은 격벽구조하에서도 여전히 문제가 존재하는데, 그러한 문제는 전자잉크에 포함되는 유전유체와 격벽간의 계면장력에 의하여 도 3에서 도시하는 것과 같이 유전유체가 완전하게 디스플레이 장치내에 채워지지 않는다는 것이었다. 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 각 전자잉크가 채워지는 공간들이 완전히 격리되는 것이 아니라 격벽사이에 틈이 존재하여 유전유체가 서로 교환될 수 있도록 하는 것이 필요하다. 따라서, 도 4와 같은 틈이 존재하는 격벽구조는 본 발명의 가장 특징적인 구성요소 중 하나이다. 또한, 본 발명에서 의미하는 십자형이란 실질적으로 십자의 형태를 띄는 것으로서 십자의 각 벽의 각도가 반드시 90도를 띄어야 한다는 의미는 아니며 실질적으로 십자의 형태이면 된다는 것이다. 이때의 격벽사이의 틈 간격은 충진되는 유전유체의 종류와 물성에 따라 달라지겠지만, 현재 많이 사용되고 있는 시클로헥산, 아이소파 등과 같은 유전유체의 경우에는 30 내지 50㎛ 정도인 것이 바람직하다. 그 이유는 격벽의 간격이 30㎛ 보다 좁을 경우에는 여전히 계면장력이 작용하여 유전유체의 빈틈이 발생하고, 50㎛ 보다 넓을 경우에는 입자의 응집을 방지하는 효과가 현저히 감소되기 때문이다.

그리고, 상기 종래의 기술에서도 설명하였듯이, 전기영동 디스플레이 장치의 경우에는 전기력에 따라 대전입자가 이동하여 상,하부에 있는 막 또는 전극과 접촉하게 되는데, 전기력의 작용으로 인하여 대전입자와 상하부의 막 또는 전극과의 전기화학적 반응이 일어나게 된다. 이러할 경우에는 상하부의 막 또는 전극의 표면에 대전입자의 도금층과 유사한 코팅층이 생성되어 해상도를 감소시킬 우려가 있다. 본 발명의 격벽구조에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여, 상기 격벽과 상하 부전극의 사이, 즉, 하부전극의 직상 및 상부전극의 직하에 고분자 층을 형성시키는 구조(상부 및 하부 영구결합 방지층)를 추가로 포함하고 있다. 즉, 도금 등의 전기화학적 현상은 이온과 전극간의 전자교환에 의하여 일어나는 현상인데, 고분자층이 형성될 경우에는 전자잉크에 전기장만 발생시킬 뿐, 직접적인 전자교환은 일어나지 않기 때문이다. 이러한 고분자층은 격벽과 같은 재질로 형성시킬 수도 있으며 별도의 재질로 형성시킬수도 있다. 그리고 만일 격벽과 같은 재질일 경우에는 하부 고분자층(영구결합 방지층)은 제조시 노광정도를 조절하여 격벽과 연속되게 하여 제조할 수도 있다. 즉, 본 발명에서는 각 층을 물리적, 화학적으로 완전히 분리된 층을 의미하는 것 외에 연속된 같은 재질일 경우에도 구조상 상이점이 있으면 별개의 층으로 본다는 것이다.

또한, 상기 전자잉크에 사용되는 대전입자로는 주로 수 나노 내지 수백 나노 미터 크기의 세라믹 나노입자가 사용되게 되는데, 전자잉크가 화상을 구현하는 원리상 대전입자가 하강된 상태에서조차도 전자잉크의 표면과 대전입자와의 거리가 좁을 경우에는 대전입자의 색이 희미하게나마 나타나게 된다. 그러므로 격벽의 높이가 일정수준이상이 되어 대전입자가 하부로 이동하였을 때에는 상부에서 보았을 때 대전입자의 색이 전혀 나타나지 않아야 한다. 상기의 조건을 만족시키는 격벽의 높이는 30㎛ 이상이 되어야 한다. 그러나 반면에 격벽의 높이가 과다하게 높을 경우에는 대전입자가 이동하는 시간이 많이 소요되어 반응속도가 감소하게 된다는 단점이 있다. 따라서, 반응속도가 100msec 이하가 되도록 하는 것이 바람직 한데, 이러한 조건을 만족시키는 격벽의 최대 높이는 70㎛ 인 경우이다. 상기의 이유로 격벽의 높이는 30~70㎛인 것이 바람직하다.

그리고 대전입자가 상부전극쪽으로 상승하였을 때에는 화상의 선명도를 높이기 위해서 높은 반사율을 가지고 있는 것이 좋다. 이러한 높은 반사율을 가지고 있는 대전입자의 예로는 이산화티타늄을 들 수 있다. 상기 이산화티타늄은 치밀질인 루타일(rutile)상과 비치밀질인 아나타제(anatase)를 들 수 있는데, 반사율을 높이기 위해서는 치밀질인 루타일 이산화티타늄을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 대전입자는 침상의 형태를 갖추고 있는 것이 바람직하다. 그 이유는 대전입자전체가 큰 응집체를 이루고 있으면 상기에서도 설명하였듯이 해상도가 악화되는 현상을 가지고 있어서 사용에 부적합하지만, 본 발명에서처럼 격벽을 통하여 대전입자가 최대로 응집되는 규모를 격벽으로 구획되는 공간으로 한정할 수 있다면 대전입자의 응집은 필요하다. 그 이유는 대전입자가 나노사이즈의 단독입자로 존재할 경우에는 투명하게 보이거나 전기영동현상에 의하여 입자가 이동되는 속도가 매우 낮아지기 때문이다. 상기와 같은 이유로 대전입자는 응집을 어느정도는 잘 일으킬 수 있는 형태로 존재하는 것이 바람직하며, 그 형태가 침상일 경우 응집 및 산란에 유리하다.

(실시예)

본 발명의 격벽구조 및 이를 이용한 전기영동 디스플레이 장치를 제작하기 위하여 도 5에 도시한 것과 같은 공정을 실시하였다.

우선 하부에 기판을 두고 기판위에 투명한 ITO(Indium Tin Oxide)를 스퍼터링하여 전극을 형성하였다. 상기 하부전극은 ITO 뿐만 아니라, 전도성 폴리머 또 는 금속성 전극을 사용하여도 좋고, 그 형태는 판상이나 회로형태 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.

상기 전극 위에 리소그래피 기술을 이용하여 격벽을 제작하였다. 리소그래피 기술은 격벽을 실현하기 위한 한 예로서, 자외선 임프린팅(imprinting)기술을 이용하여도 무방하다.

이후, 아세톤, 메탄올, 탈이온수(DI water) 순으로 세척한 ITO 전극 위에 SU-8 100(negative type) 감광필름을 스핀 코터(spin coater)를 이용하여 적당량 도포한 후 열충격을 최소화하기 위하여 핫 플레이트(hot-plate)에서 10분 동안 65℃를 유지한 후 연속적으로 온도를 상승시켜서 20분 동안 95℃를 유지하는 방식으로 소프트 베이킹(Soft baking) 공정을 진행하였다.

이후, 리소그래피 기술을 이용하기 위해서 본 발명과 같은 십자형의 패턴을 가지는 마스크를 상기 감광 필름이 도포된 ITO 위에 장착하였다(마스킹). 마스크의 형태는 상기 십자형의 구조외에 전자잉크가 밖으로 유출되지 않도록 최외각에 테두리를 가지도록 하였다. 마스크는 여러종류가 사용될 수 있으나, 본 실시예에서는 소프트 마스크를 설계/제작하여 이용하였으며, 다른 형태의 마스크라도 좋다.

이후 자외선 노출을 100초 동안 실시하여 ITO 위에 격벽형상으로 감광되게 하였다(노광). 이후, 65℃에서 10분 유지한 후 95℃의 온도로 연속적으로 상승시킨 후 10분 유지하는 방식으로 하드 베이킹(Hard baking)을 실시하였다. 다음으로 SU-8 현상액에 10분간 침적시키고 이소프로필알콜(IPA) 세척 후 질소가스 분사를 하는 방식으로 현상을 실시하였다. 상기의 노광 및 현상공정을 실시하면 십자형의 격벽구조를 구현할 수 있으며 노광 정도에 따라서 수 나노~ 수십나노미터 두께의 감광필름을 하부에 잔존시켜서 영구결합 방지층을 형성할 수 있다. 상기와 같은 영구결합 방지층은 격벽과 같은 재질로 할 경우에는 본 실시예와 같이 노광정도를 조절하여 형성할 수도 있으며, 별도의 필름층을 형성시킬수도 있다. 또한, 격벽과 영구결합 방지층의 재질이 다를 경우에는 별도의 필름층을 형성시켜서 제조할 수 있다.

상기와 같은 간편한 공정으로 본 발명에 의한 격벽구조의 일례를 완성할 수 있음을 확인할 수 있었다.

상기 완성된 격벽내에 상부로부터 슬러리 타입의 전자잉크를 충전한 후, 최외곽에 밀봉정도를 높이기 위하여 에폭시 수지로 밀봉한 후, 상부 영구결합 방지층 및 상부전극과 기판을 순서대로 장착하였다.

전자잉크 충전시 계면장력에 의하여 잉크가 완전히 충전되지 않는 현상은 관찰할 수 없었으며, 격벽구조로 인하여 잉크내의 대전입자가 과다한 크기로 응집되는 현상은 일어나지 않았다.

본 발명에 의하면, 전자 잉크를 주입시키기 용이하며, 입자의 응집이 방지될 수 있으며, 영구결합층이 형성되지 않는 격벽구조 및 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

Claims (9)

1. 투명하거나 투명하지 않은 하부전극;

   상기 하부전극 위에 가로 및 세로 방향으로 간격을 두고 배열된 복수개의 십자형 격벽; 및

   상기 격벽위에 설치된 투명한 상부전극을 포함하는 전기영동 디스플레이 장치용 격벽구조로서,

   상기 하부전극, 상기 상부 전극 및 상기 격벽사이에는 전자잉크가 투입될 수 있도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이 장치용 격벽구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 격벽의 바로 위층 및/또는 아래층에는 고분자층이 추가로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이 장치용 격벽구조.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 십자형 격벽의 높이는 30~70㎛ 인 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이 장치용 격벽구조.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 십자형 격벽과 격벽의 사이는 격벽의 중심끼리의 거리 기준으로 100~200㎛, 격벽과 격벽사이 틈새의 너비는 30~50㎛, 그리고 격벽의 두께는 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이 장치용 격벽구조.
5. 투명하거나 투명하지 않은 하부전극;

   상기 하부전극 위에 가로 및 세로 방향으로 일정한 간격을 두고 배열된 복수개의 십자형 격벽;

   상기 격벽위에 설치된 투명한 상부전극; 및

   상기 하부전극, 상기 상부 전극 및 상기 격벽사이에 채워지는 전자잉크를 포함하는 전기영동 디스플레이 장치로서,

   상기 전자잉크는 유전유체와 대전입자로 이루어지는 것 특징으로 하는 전기영동 디스플레이 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 격벽의 바로 위층 및/또는 아래층에는 고분자층이 추가로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이 장치.
7. 삭제
8. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 십자형 격벽과 격벽의 사이는 격벽의 중심끼리의 거리 기준으로 100~200㎛, 격벽과 격벽사이 틈새의 너비는 30~50㎛, 그리고 격벽의 두께는 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이 장치.
9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 전자잉크에 포함되는 대전입자는 침상의 치밀질(rutile) 이산화티타늄인 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이 장치.

Images