KR100662197B1 - 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치 및 그제조방법 - Google Patents

금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치 및 그제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 하부기판과 상부기판; 상기 하부기판 및 상부기판 각각에 내접하여 형성된 하부전극과 상부전극; 상기 하부전극과 상부전극 사이에서 화소를 분할하여 화소공간을 형성하는 것으로, 절연체로 둘러싸인 금속으로 이루어진 격벽; 및 상기 화소공간에 봉입된 전기영동 입자를 포함하여 이루어지는 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치에 의하는 경우, 상기 금속으로 이루어진 격벽에 전계를 인가하여 화소공간의 양쪽 격벽에 달라 붙어있는 입자들을 쉽게 떼어낼 수 있으며, 이로 인해 화상의 콘트라스트를 높일 수 있고, 구동전압을 줄일 수 있는 효과가 있다.
전기전자 디스플레이, 격벽, 절연체

Description

금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치 및 그 제조방법{Electronic Paper Display Apparatus Having Metal Partition Wall and Manufacturing Process Thereof}
도 1은 종래의 마이크로 캡슐을 이용한 습식형 전자종이 디스플레이 장치의 단면도이고,
도 2는 종래의 건식형 전자종이 디스플레이 장치의 단면도이고,
도 3a 및 3b는 종래의 건식형 전자종이 디스플레이 장치의 격벽에 입자들이 뭉쳐있는 상태를 나타내는 단면도 및 광학도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자종이 디스플레이 장치를 나타내는 단면도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자종이 디스플레이 장치의 격벽에서 입자들이 떨어지는 상태를 나타내는 단면도이고,
도 6은 본 발명에 따른 전기영동 입자를 나타내는 단면도이고,
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자종이 디스플레이 장치의 제조과정을 나타내는 공정도이다.
** 도면의 주요부호에 대한 설명 **
1: 상부기판 2: 상부전극
3: 상부 절연층 4: 금속
5: 절연체 6: 하부기판
7: 하부전극 8: 하부 절연층
9: 입자 10: 안료나 염료
11: 전하 조절제 12: 고분자 수지
13: 외첨제 14: 가압 분사기
본 발명은 전자종이에 관한 것으로, 특히 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 상부기판과 하부기판 사이에 형성되는 격벽이 절연체로 둘러싸인 금속으로 이루진 것을 특징으로 하여, 상기 금속으로 이루어진 격벽에 전계를 인가함으로써 화소공간의 양쪽 격벽에 달라 붙어있는 입자들을 쉽게 떼어낼 수 있는 효과가 있는 것이다.
오늘날, 새로운 패러다임이 요구되는 정보 사회에 상응하는 정보 전달 및 공유 방식으로의 대변환의 필요성으로 인해, 유연한 디스플레이로서 구부릴 수 있다 는 장점의 전자종이의 기술 개발이 가속화되고 있으며 상업적 개발 단계에 접어들고 있다.
유연한 디스플레이로서 구부릴 수 있다는 장점을 가진 전자종이는 기존의 평면 디스플레이 패널에 비하여 생산단가가 훨씬 저렴하며 액정표시소자처럼 배경조명이나 지속적인 재충전이 필요하지 않으므로 아주 적은 에너지로도 구동될 수 있어서 에너지 효율도 월등히 앞선다. 아울러, 전자종이는 매우 선명하고, 시야각이 넓으며 전원이 없더라도 글씨가 완전히 사라지지 않는 메모리 기능도 가지고 있다. 이러한 큰 장점으로 인해 전자종이는 종이와 같은 면과 움직이는 일러스트레이션을 갖는 전자서적, 자체 갱신성 신문, 이동 전화를 위한 재사용 가능한 종이 디스플레이, 폐기 가능한 TV 스크린 및 전자 벽지 등 실로 광대한 분야에 응용될 수 있으며 거대한 잠재 시장을 가지고 있다.
전자종이 구현을 위한 기술적 접근 방식은 크게 액정을 이용한 방법, 유기 EL, 반사 필름 반사형 표시, 전기영동, 트위스트 볼, 일렉트로크로믹 방식, 미케니컬 반사형 표시등이 있으며 이중 트위스트 볼 방식의 경우 볼의 위상변화에 있어서 전압의 문턱(threshold)이 없어 결정적 결함을 가지고 있으며, 일렉트로크로믹 방식의 소자도 착색층이 대기, 수분에 노출시 화학적으로 안정성이 낮고 전해질내의 이온의 확산 속도 때문에 응답속도가 느린 단점이 있어, 현재 가장 주목받고 있는 전기영동 디스플레이의 구현 기술은 전기영동현상을 이용한 전기영동 디스플레이이다.
전기영동현상을 이용한 방식으로는 크게 습식방식과 건식방식으로 나눌 수 있다.
습식방식으로 대표적인 것은, MIT media Lab 및 분리되어 설립된 E-Ink사에서 제안한 마이크로 캡슐을 이용한 표시소자이다(미국특허번호 제5961804 등). 도 1은 그 개략적 구조를 나타내는 단면도이다. 도시된 바와 같이 특정전하를 가진 특정색의 잉크 미립자(103a)와 반대전하를 띤 다른 색의 잉크 미립자(혹은 색을 띤 유전유체, 103b) 및 투명 유전유체(104)를 함유한 지름 200 ~ 300μm의 투명한 마이크로 캡슐(100)을 제조하였다. 이들 마이크로 캡슐을 바인더(107)와 혼합하여 상, 하부 투명전극(105, 106) 사이에 위치시키고 전압을 인가하면 위에서 설명한 방식에 의해서 문자나 이미지를 표시하게 된다.
그러나 이러한 습식방식은 액의 점성 저항에 의하여 응답속도가 약 100ms으로 늦어 동영상 구현에 있어 문제점이 많으며, 또한 캡슐 상부의 상당부분이 바인더에 의해 차폐되거나 일부 광소모되어 광효율이 상대적으로 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 대전된 두 색의 전기영동 입자와 유전 유체간의 비중을 모두 같게 유지해야 하고, 두 대전된 전기영동 입자들간의 응집을 방지시키고, 전기영동 이동도를 가지도록 전하 부착을 위한 물리, 화학적 처리가 추가로 요구된다. 즉, 화학적, 물리적 폴리머 코팅 또는 폴리머 볼 생성후 백색을 도입하고 전하 조절제의 부착을 용이하게 하는 기능기를 도입하기 위한 2 단계 또는 3 단계의 과정을 거치는 복잡한 과정을 수반하게 된다.
도 2는 이러한 문제점을 해소하기 위한 건식 전기영동 디스플레이의 단면도이다. 도시된 바와 같이 건식 전기영동 디스플레이는 일면에 전극(114, 115)이 형성된 투명기판(111, 112) 사이에 색 및 대전 특성이 다른 2종류의 전기영동 입자(116)를 봉입하고 상하판의 전극(114, 115)에 전압을 인가하여 전기영동 입자들을 서로 부딛히게 함으로써 충돌에 따른 전하를 띠게 하여 전기영동 입자를 형성시킨 후에, 전위가 다른 상하판의 전극(114, 115)으로부터 대전된 전기영동 입자군에 전계를 주어 이동시켜 화상을 표시하는, 격벽(113)에 의하여 서로 격리되는 1개 이상의 화소를 포함하여 이루어진다.
건식 전기영동 디스플레이는 화소공간에 액체등의 점도가 큰 물질이 존재하지 않으므로 응답속도가 상당히 빨라 동영상의 구현에도 적합하며, 단순한 구조로 안정성이 우수한 장점이 있다.
이러한 건식 전자종이 디스플레이 장치는 반사형 표시장치로써, 대전 입자들의 충돌에 의한 상호 이동에 의해 화상을 발현하므로, 이러한 입자들의 반사도 혹은 대비비가 매우 중요하다. 그러나, 종래의 격벽에 의하면 대전입자들이 화소공간 내에 도포 된 후 혹은 오랜 시간 구동한 후에 상태를 보면 입자들이 격벽에 서 로 뭉쳐서 달라붙어 있는 현상이 발생한다. 도 3a 및 3b는 종래의 건식형 전자종이 디스플레이 장치의 격벽(121)에 입자(122)들이 뭉쳐있는 상태를 나타내는 단면도 및 광학도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 전기영동 입자(122)가 상하전극 및 격벽(121)에 높은 밀착력으로 달라붙는 경우, 외부에서 화소공간의 위, 아래쪽 상하전극으로 아무리 높은 전압을 가하더라도 화소공간의 측면 격벽(121)에 붙어있는 대전입자(122)는 서로 떨어지지 않게 되는 현상이 발생하고, 이로 인해 화소의 콘트라스트가 떨어지는 심각한 문제점이 발생한다. 이와 같이 대전입자(122)가 화소공간의 양쪽 격벽(121)에 달라붙는 현상은 오랜 시간 구동한 후 또는 구동 이후에 전계가 인가되지 않은 상황에서 최대가 된다.
이러한 사실은 도 3b에서, 대전입자(122)가 격벽(121) 둘레에 달라붙어 있는 모습으로 확인할 수 있으며, 이와 같이 대전입자(122)가 격벽(121)에 달라붙는 현상으로 인해 화소의 콘트라스트가 떨어질 뿐만 아니라, 입자의 이동이 제한되어 화소의 반사도 혹은 대비비가 매우 낮아지는 결과를 초래하여 결국에는 화질이 고르지 못하게 되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치 및 그 제조방법, 특히 상부기판과 하부기판 사이에 형성되는 격벽이 절연체로 둘러싸인 금속으로 이루진 전자종이 디스플레이 장치 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명에 따라, 상기 금속으로 이루어진 격벽에 전계를 인가함으로써 화소공간의 양쪽 격벽에 달라 붙어있는 입자들을 쉽게 떼어내어 화상의 콘트라스트를 높이고자 하는 것이다. 또한, 이와 같이 금속 주위에 절연체가 둘러싸인 격벽을 통해 전기영동 입자가 격벽에 높은 밀착력으로 달라붙는 것을 방지하여 화상의 품질과 대비비를 증가시키고, 입자의 뭉침현상 및 격벽에 달라붙어 소정의 화상의 품질을 실현하기 위한 구동전압이 증가되는 것을 방지하여 소비전력이 낮아지는 효과를 제공하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 하부기판과 상부기판; 상기 하부기판 및 상부기판 각각에 내접하여 형성된 하부전극과 상부전극; 상기 하부전극과 상부전극 사이에서 화소를 분할하여 화소공간을 형성하는 것으로, 절연체로 둘러싸인 금속으로 이루어진 격벽; 및 상기 화소공간에 봉입된 전기영동 입자를 포함하여 이루어지는 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치를 특징으로 한다.
여기서, 화소공간으로 구동전압을 인가하는 상기 상부전극과 하부전극에는 전기영동 입자가 전극에 붙어 방전되는 것을 방지하기 위하여, 상기 상부전극과 하부전극에 각각 내접하는 상부 절연층과 하부 절연층을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고, 화소공간의 측면에 있는 격벽으로 전계를 인가할 수 있도록 설치된 본 발명에 따른 격벽안에 있는 상기 금속은 전도성 금속인 것이 바람직하고, 이러한 상기 금속은 알루미늄, 철, 니켈, 동, 티탄, 베릴륨, 금 및 은으로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상이 선택되어 이루어진 금속 또는 합금인 것을 특징으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서 사용되는 전기영동 입자는 본 발명이 속하는 기술분야에서 화상을 표현하기 위해 사용되는 모든 입자가 이용될 수 있으나, 바람직하게는 대전 가능한 또는 대전 된 건식입자가 바람직하다. 더불어, 본 발명에 따른 상기 전기영동 입자는 고분자 폴리머 수지에 입자의 유동성을 증가시키기 위한 외첨제가 포함된 것임을 특징으로 할 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 격벽은 금속으로 이루어진 것이 특징이고, 상기 격벽은 구동시에 상하전극과 절연될 수 있어야 하므로, 본 발명에 따른 상기 격벽의 금속 주위에는 절연체가 둘레로 싸여 있어야 한다. 이러한 본 발명에 있어서, 상기 절연체는 상기 전기영동 입자의 고분자 폴리머 수지 또는 외첨제의 재료와 동일한 재료 를 포함하여 이루어지는 것이 가능하다.
이와 더불어, 격벽의 금속을 둘러싸고 있는 상기 절연체는 실리카(silica) 입자를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 실리카 입자는 나노크기인 것이 바람직한 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시형태는 상술한 바와 같은 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 하부기판과 상부기판의 일면에 하부전극과 상부전극을 각각 형성하는 단계; 절연체로 둘러싸인 금속으로 이루어진 격자형태의 격벽을 준비하는 단계; 다수의 화소공간을 구비하기 위해 상기 하부전극 위에 상기 격자형태의 격벽을 결합시키는 단계; 상기 화소공간에 화상표현을 위한 전기영동 입자를 주입하는 단계; 및 상기 상부전극이 형성된 상부기판을 상기 격벽의 상면에 적층하여 합착하는 단계를 포함하여 이루어지는 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치의 제조방법이다.
여기서, 상기 하부전극과 상부전극의 화소공간 영역 측에 각각 내접하도록 하부 절연층과 상부 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 형태도 가능하고, 이러한 하부 절연층과 상부 절연층을 더 형성하는 것은 하부전극과 상부전극을 형성직 후 또는 격벽을 준비하기 전 단계에 포함되는 형태가 바람직하다. 나아가, 상기 격벽은 절연체를 금속에 가압분사하여 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 격벽을 가진 전자 종이 디스플레이 장치의 제조방법도 가능하다..
이하에서는 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참고로 하여 구체적으로 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자종이 디스플레이 장치를 나타내는 단면도이고, 여기서 도면 식별번호 1은 상부기판, 2는 상부전극, 3은 상부 절연층, 4는 금속, 5는 절연체, 6은 하부기판, 7은 하부전극, 8은 하부 절연층 그리고 9는 입자를 의미한다.
본 발명은 도 4에 나타난 바와 같이, 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 하부기판(6)과 상부기판(1); 상기 하부기판(6) 및 상부기판(1) 각각에 내접하여 형성된 하부전극(7)과 상부전극(2); 상기 하부전극(7)과 상부전극(2) 사이에서 화소를 분할하여 화소공간을 형성하는 것으로, 절연체(5)로 둘러싸인 금속(5)으로 이루어진 격벽; 및 상기 화소공간에 봉입된 전기영동 입자(9)를 포함하여 이루어지는 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치를 특징으로 한다.
이러한 본 발명에 따른 전자종이 디스플레이 장치의 각 구성요소를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 전자종이 디스플레이 장치의 상기 상하부 기판(1, 6)은 유연성 있는 재료로 이루어진다. 일반적인 유리기판 또는 플렉서블(flexible) 플라스틱 종류의 유연성이 있는 재료가 선택될 수 있다. 바람직하기로는, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리이더술폰(PES) 또는 폴리이미드 필름(Kapton, Upilex) 중에서 선택될 수 있으나 유연성이 있는 재료라면 이에 한정되지 않는다. 이러한 기판(10, 20)의 두께는 소정의 강도를 주면서 박막화를 실현하기위해 약 0.05 ~ 0.5 mm정도로 하는 것이 가장 바람직하다.
다음으로 상기한 기판(1, 6)에 내접하여 형성되는 것으로, 화소공간에 구동전압을 인가하기 위한 상부 및 하부전극(2, 7)은 도전성 재료로 이루어지는 것이 특징이다. 본 발명의 기술분야에서 통상적으로 사용되는 전극재료는 모두 사용될 수 있으며, 폴리티오핀 또는 폴리아닐린과 같은 도전성 폴리머, 은이나 니켈과 같은 금속입자를 포함하는 폴리머 필름등의 프린터된 도전체, 그래파이터 또는 도전성 카본재료, 또는 틴 옥사이드 또는 인듐 틴 옥사이드와 같은 도전성 옥사이드를 함유하는 폴리머 필름등의 프린터된 도전체등이 포함될 수 있으며 인듐틴옥사이드(ITO)가 선택될 수 있다.
이러한 상부 및 하부전극(2, 7)은 투명전극이 보다 바람직하게 선택될 수 있고, 구 부렸을 때 변형율이 약 1.5%까지도 저항 변화가 없으며, 기판과의 부착력이 양호하도록 50~500 ㎚의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상부 및 하부전극(2, 7)은 구동전압을 스캔 전극과 데이터 전극으로 인가할 수 있도록 서로 수직교차하도록 배열된다.
그리고, 상부 및 하부 절연층(3, 8)을 상부 및 하부전극(2, 7)에 내접하여 각각 형성할 수도 있다. 상기 상부 및 하부 절연층(3, 8)은 전기영동 입자(9)가 전극에 붙어 방전되는 것을 방지하기 위해 형성될 수 있는 것이다. 상부전극 및 하부전극(2, 7) 상에 적용되는 상부 절연층과 하부절연층(3, 8)은 생략되어도 구동에는 문제가 없으나, 대전된 입자들(9)이 전극에 밀착되면서 전자 이동이 발생하게 되면 메모리 효과가 감소되어 새로운 전원 인가없이 영상을 오랫동안 보존하기 어려울 수 있으므로 적용되는 것이 바람직하다.
이러한 절연층(3, 8)의 형성에 있어서는 스퍼터링이나 화학기상 증착법(CVD), 진공증착법등의 방법으로 0.01㎛ ~ 10㎛ 두께로 형성시킨다. 그 재료로서는 투명재질이 바람직하며, 산화규소, 질화규소, 탄화규소, 산화알류미늄, 산화탄탈(Ta2O3)등이 선택될 수 있으며 고분자수지 등이 선택될 수 있다. 하부 절연층(8)은 격벽을 형성할 때 자연스럽게 형성될 수도 있다. 즉, 격벽의 형성을 위해 틀로 압착할 때, 화소공간의 하면은 소정의 두께를 구비할 수 있도록 하여 하부 절연층(8)이 격벽과 일체화되어 절연 역할을 수행하도록 할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 가장 중요한 특징인 격벽을 설명한다. 본 발명에 따른 격벽은 도 4에 나타난 바와 같이 절연체(5)로 둘러싸인 금속(4)으로 이루어진 것이 특징이다. 이러한 격벽은 상기 하부전극(7)과 상부전극(2) 사이에서 화소를 분할하여 화소공간을 형성하는 것이다. 즉, 도 4에 나타난 바와 같이 상기 하부기판(6)과 상부기판(1) 사이에 형성되고, 하부전극(7)과 하부절연층(8) 위에 형성될 수도 있으며, 상기 하부전극(7)과 교차로 배열된 상부전극(2)과 상부절연층(3) 사이에 형성되는 것도 가능하다. 또한, 도 4에서는 하부 및 상부 절연층(8, 3) 상부에 격벽이 형성되었지만 상술한 바와 같이 본 발명에 있어서, 상기 하부 및 상부절연층(8, 3)은 생략되는 형태도 가능하다.
이러한 구조로 이루어진 격벽에 있어서, 본 발명은 상기한 바와 같이 격벽 내부가 금속(4)으로 이루어진 것이 특징이다. 격벽의 내부가 금속(4)으로 이루어진 이유는 상기 금속(4)으로 이루어진 격벽에 전계를 인가하여 화소공간의 양쪽 격벽에 달라 붙어있는 입자들을 쉽게 떼어낼 수 있게 하기 위함이다. 종래부터 전자종이의 화소공간은 상하부에 있는 전극(2, 7)으로부터 구동전압이 인가되기 때문에, 화소공간의 입자들(9)은 화소공간의 상하부로 이동하면서 충돌하여 대전되고, 이러한 대전 입자(9)들이 상하로 이동하면서 화상을 표시한다.
이 경우 종래의 격벽은 단순히 화소를 분할하여 일정한 화소공간을 형성하고, 입자(9)들이 각 셀간으로 이동하지 못하도록 하는 것으로, 그 격벽의 성분 또는 재료는 상하부의 기판(1, 6)과 같은 재질이거나 후막용 포토레지스트 또는 필림형태의 감광성 재료로 이루어진 것이 일반적이었다. 그러나, 이러한 종래의 격벽에 의하면 대전입자(9)들이 화소공간 내에 도포 된 후 혹은 오랜 시간 구동한 후에 상태를 보면 입자(9)들이 격벽에 서로 뭉쳐서 달라붙어 있는 현상이 발생하고, 이로 인해 화소의 콘트라스트가 떨어지는 심각한 문제점이 발생하였다. 즉, 화소공간의 양쪽 측면 격벽에 달라 붙어있는 입자(9)들이 격벽에 잘 들러붙지 않게 하거나, 붙어있는 입자(9)들을 떼어낼 수 있는 방법이 필요하다.
이에 본 발명자는 화소공간의 측면에 있는 격벽 내부를 금속(4)으로 하여 상기 금속(4)에 전계를 가할 수 있게 하였다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자종이 디스플레이 장치의 격벽에서 입자들이 떨어지는 상태를 나타내는 단면도이고, 여기에 도시된 바와 같이, 금속(4)으로 이루어진 격벽에 전계를 가하고, 상기 전계의 방향을 바꾸어 주면, 화소공간의 측면 격벽에 달라 붙어있던 대전된 입자(9)들을 떼어낼 수 있다.
이러한 본 발명에 의하면 전기영동 입자(9)가 격벽에 높은 밀착력으로 달라붙는 것을 방지하여 화상의 품질과 대비비를 증가시키고 화상의 콘트라스트를 높일 수 있는 것이다. 이러한 이유로 본 발명에 따른 격벽 안에 있는 상기 금속(4)은 전도성 금속(4)인 것이 바람직하고, 이러한 상기 금속(4)은 알루미늄, 철, 니켈, 동, 티탄, 베릴륨, 금 및 은으로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상이 선택되어 이루어진 금속 또는 합금인 것을 특징으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 유기EL의 유기막 증착 마스크(mask) 혹은 CRT 형광체 후면 매쉬 전극 등에서 사용되는 고정세의 금속 매쉬 와 같은 금속 재료를 이용할 수도 있다. 알루미늄 호일(Al foil)과 같은 재료를 사용하여 구부릴 수 있는 경우라면 플렉서블(flexible) 기판과 함께 유연성도 확보 가능하다.
여기에, 본 발명은 상기한 금속(4) 주위로 절연체(5)가 둘러싸인 것을 특징으로 하는 격벽을 가진다. 왜냐하면, 상부전극(2) 및 하부전극(7)과 접해있는 격벽이 본 발명에서와 같이 금속(4)으로만 이루어진 경우, 전자종이 표시소자가 구동되면 입자는 화소공간의 상하 방향 뿐만 아니라 격벽쪽으로도 응집하게 되어 정확한 화상구현이 힘들기 때문이다. 그래서, 본 발명에서는 상하전극(2, 7)과의 절연을 위해 금속(4)으로 이루어진 격벽 둘레에 절연체(5)가 도포 된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절연체(5)는 고대비비를 갖는 전기영동 디스플레이를 제작하는 데 있어서, 전기영동 입자(9)들이 격벽에 부착되는 것을 방지하여 전기영동 입자(9)들의 유동성을 개선하고 전기영동 입자(9)들이 격벽에 뭉치는 현상을 방지하기 위하여 적용된다. 상기 절연체(5)의 재료로는 후술할 전기영동 디스플레이 전기영동 입자 (9)의 고분자 폴리머 수지(12) 또는 상기 전기영동 입자(9)에 포함된 외첨제(13)와 동일한 것을 사용하는 것이 입자(9)의 부착이나 뭉침 방지 또는 입자(5)의 유동성을 위해 보다 효과적이다. 그리고, 이러한 절연체(5)로는 나노 크기의 재료를 사용하는 것이 좋다. 이는 절연체(5)의 재료가 격벽에서 다소 떨어져 나온다 해도 나노 크기이므로 사람의 눈에는 보이지 않아 대비비를 떨어뜨리지 않게 하기 위함이다.
구체적으로, 이러한 절연체(5)의 바람직한 재료는 바륨타이타네이트(BaTiO3), 스트론튬타이타네이트(SrTiO3), 칼슘타이타네이트(CaTiO3), 리드타이타네이트(PbTiO3), 타이타늄디옥사이드(TiO2), 틴디옥사이드(SnO2), 칼슘옥사이드(CaO), 마그네슘옥사이드(MgO), 알루미늄옥사이드(Al2O3),산화철(Fe2O3), 감마 산화철, 마그네슘실리케이트(MgSiO3), 마그네타이트(Fe3O4), 지르코니아(ZrO2), 보론옥사이드(B2O3), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 니켈페라이트, 징크페라이트, 니켈징크페라이트 및 바륨페라이트(BaFe2O4)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상일 수 있고, 가장 바람직하게는 실리카(SiO2)가 적합하다.
계속해서, 본 발명에 따른 전자종이 표시소자에서 상기 전기영동 입자(9)는 화상표현을 위한 것으로, 본 발명의 기술분야에서 화상표현을 위해 이용되는 전기 영동 입자(9)는 모두 사용될 수 있다. 이 중 건식 입자가 바람직하게 선택될 수 있다. 색 및 대전특성이 다른 전기영동 입자들이 선택되며, 흑백을 표시하기 위해서는 흑색입자로 카본블랙, 백색입자로 티타늄옥사이드를 사용하는 것이 바람직하다. 대전 된 입자를 주입할 수도 있으며, 도포시에 코로나 방전을 이용하여 대전시키면서 도포할 수도 있다.
바람직하기로는, 대전되지 않은 입자를 주입한 후에 상하판 전극에 전압을 인가하고, 입자들을 서로 충돌시켜 충돌에 따른 전하를 띠게 하여 전기영동 입자를 형성하는 건식방식의 충돌대전형의 전기영동 입자를 주입하는 것이 좋다.
이와 같이, 본 발명에 따른 격벽은 절연체(5)로 둘러싸인 금속(4)으로 이루어진 것이 특징이고, 상기 절연체(5)는 상술한 바와 같이 상기 전기영동 입자(9)의 고분자 폴리머 수지(12) 또는 외첨제(13)의 재료와 동일한 재료를 포함하여 이루어지는 것이 가능하다. 따라서, 이하에서는 본 발명에서 사용되는 전기영동 입자(9)를 구체적으로 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기영동 입자(9)는 전하조절제(11) 및 안료나 염료(10)를 포함하는 고분자 수지(12)의 외각에 외첨제(13)가 피복되어 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 외첨제(13)는 물리적으로 코팅되어 있을 수도 있으며 화학적 결합으로 피복될 수도 있다. 상기 외첨제(13)는 전기영동 입자(9)들 의 유동성을 향상시키고 전기영동 입자(9)간의 뭉침현상을 방지하기 위한 것이다.
이러한, 외첨제(13)의 바람직한 재료는 바륨타이타네이트(BaTiO3), 스트론튬타이타네이트(SrTiO3), 칼슘타이타네이트(CaTiO3), 리드타이타네이트(PbTiO3), 타이타늄디옥사이드(TiO2), 틴디옥사이드(SnO2), 칼슘옥사이드(CaO), 마그네슘옥사이드(MgO), 알루미늄옥사이드(Al2O3),산화철(Fe2O3), 감마 산화철, 마그네슘실리케이트(MgSiO3), 마그네타이트(Fe3O4), 지르코니아(ZrO2), 보론옥사이드(B2O3), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 니켈페라이트, 징크페라이트, 니켈징크페라이트 및 바륨페라이트(BaFe2O4)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상일 수 있고, 가장 바람직하게는 실리카(SiO2)가 적합하다.
상기 고분자 수지(12)는, 제한되지는 않지만, PMMA(poly methyl methcrylate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate:PETE), 폴리스티렌(Poly Styrene:PS), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 페놀 수지, Du Pont Elvax 수지(에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체), 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 에틸렌 아크릴산 또는 메타크릴산 공중합체(Nucrel Resins-Dupont, Primacor Resins-Dow Chemical) 아크릴산 공중합체 및 3량체(Elvacite Resins, DuPont)가 포함된다. 또한, 이것들의 공중합체로써, 높은 전단 용융의 단독중합체 및/또는 안 료 상분리에 유용한 물질로는, 제한되지는 않지만, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리이소부틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리이소부틸렌, 폴리라우릴 메타크릴레이트, 폴리스테아릴 메타크릴레이트, 폴리이소보르닐 메타크릴레이트, 폴리-t-부틸 메타크릴레이트, 폴리에틸 메타크릴레이트, 폴리메틸 아크릴레이트, 폴리에틸 아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴 및 두 개 이상의 이러한 물질의 공중합체가 포함된다.
상기 안료나 염료(10)는 일반적으로 사용되는 안료, 중합체, 레이크화 안료 또는 이들의 몇몇 조합물일 수 있다. 순수 안료는 임의의 안료일 수 있고, 일반적으로 담색 입자용으로 금홍석(티타니아), 아나타제(티타니아), 황산바륨, 카올린 또는 산화아연과 같은 안료가 유용하다. 몇몇 전형적인 입자는 높은 굴절지수, 높은 산란 계수 및 낮은 흡수 계수를 갖는다. 다른 입자들은 페인트 및 잉크에서 사용되는 카본 블랙 또는 유색 안료와 같이 흡수성이다. 또한 안료는 현탁 유체에 불용성이어야 한다. 황색 안료 예컨대 디아릴리드 옐로우, 한사 옐로우 및 벤지딘 옐로우 또한 유사한 디스플레이에서 사용된다. 금속성 입자와 같은 비-안료 물질을 포함하여 임의의 기타 반사 물질을 담색 입자용으로 사용할 수 있다. 흑색 표현을 위해 카본블랙, 백색표현을 위해 티타늄옥사이드가 바람직하게 선택될 수 있다.
상기 전하조절제(11)는 전기이동 입자에 양호한 전기이동 이동성을 제공하기 위해 사용된다. 상기 전하조절제(11)는 제한되지 않지만, 금속비누(metal soap), OLOA 계열, Ganex 계열, 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 금속비누로 이루어지는 상기 전하조절제(4)의 바람직한 예는, 금속 비누로 이루어지는 상기 전하 조절제의 바람직한 예를 들면, Co-나프텐산염, Ca-나프텐산염, Cu-나프텐산염, Mn-나프텐산염, Zn-나프텐산염, Fe-나프텐산염, Ba-스테아르산염, Al-스테아르산염, Zn-스테아르산염,Cu-스테아르산염, Pb-스테아르산염, Cr-스테아르산염, Fe-스테아르산염, Ba-옥토에이트, Al-옥토에이트, Ca-옥토에이트, Co-옥토에이트, Mn-옥토에이트, Pb-옥토에이트, Zr-옥토에이트, Zn-옥토에이트 등이 있다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시형태의 하나로써, 본 발명에 따른 전자종이 디스플레이 장치의 제조방법을 설명한다. 도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자종이 디스플레이 장치의 제조과정을 나타내는 공정도이다.
먼저, 도 7에 나타난 바와 같이 하부기판(6)과 상부기판(1)의 일면에 하부전극(7)과 상부전극(2)을 각각 형성하는 단계를 거친다. 기판(6, 1)상에 전극(7, 2)을 형성하는 방법은 종래에 잘 알려져 있으므로 종래의 방법에 의한다. 바람직하기로는, 스크린 인쇄법, 포토리소그라피법등을 이용할 수 있다. 특히 해상도가 높지 않은 대면적이라면 액상 ITO를 스크린 인쇄하는 방법으로도 형성가능하다.
여기에, 상부전극 및 하부전극(7, 2) 상에 적용되는 상부 절연층과 하부절연층(8, 3)은 생략되어도 구동에는 문제가 없으나, 상술한 바와 같이 대전된 입자(9)들이 전극에 밀착되면서 전자 이동이 발생하게 되면 메모리 효과가 감소되어 새로운 전원 인가없이 영상을 오랫동안 보존하기 어려울 수 있으므로 적용되는 것이 바람직하다.
다음으로, 절연체(5)로 둘러싸인 금속(4)으로 이루어진 격자형태의 격벽을 준비한다. 금속(4)은 상술한 바와 같이 전기를 통할 수 있는 전도성 금속(4)이면 어느 것이나 사용될 수 있다. 우선 금속(4) 성분인 격벽 재료막을 소정의 틀에 고르게 도포한 후 이를 압착성형하여 격자형태의 격벽을 형성한다. 상기 틀은 한번 압착성형시 다수의 격벽이 형성되도록 하기 위해 다수의 틀이 소정간격으로 이격되어 설치된 틀을 사용하는 것이 바람직하다.
격벽은 하부전극(7) 상에 재료막을 형성하여 압착성형하는 방법으로 직접 형성할 수도 있으며 별도로 격벽을 형성한 후 하부전극(7)에 합착할 수도 있다. 상기의 압착성형방법을 통해 격벽을 대량 생산할 수 있어 제조공정을 단순화시키고 제조단가를 절감할 수 있다.
이어서, 격벽의 내부에 있는 상기 금속(4) 주위에 절연체(5)를 둘러싸도록 한다. 둘러싸는 방법은 절연체(5)를 상기 금속(4) 주위에 코팅하거나 침적시키는 방법에 의할 수도 있고, 도 8에 나타난 바와 같이 절연체(5)를 금속(4) 주위로 둘러싸도록 가압분사하여 격벽을 형성할 수도 있다. 즉, 금속(4)으로 이루어진 격벽에 가압 분사기(14)로 상술한 절연체(5) 재료를 가압분사하여 절연체(5)를 금속(4) 표면에 입히는 것이다. 격벽과 가압 분사기(14)는 도시된 것보다 근접하여 분사될 수 있으며 거리는 임의로 조절할 수 있다.
상기 가압분사는 공기압으로 분사하는 것이 좋으며 샌드 블라스트 공정에서 사용되는 공압보다 적도록 제어되어 격벽이 식각되지 않도록 하며 다만, 절연체 재료가 격벽 측면에 박힐 수 있는 정도의 공압으로 제어하는 것이 바람직하다. 공압의 정도는 당업자가 공정 수행시 임의로 조절할 수 있는 기술이므로 자세한 설명은 생략한다. 격벽 측면에만 절연체(5)을 형성할 경우에는 별도로 제작된 격벽에 상기 방법으로 절연체(5)를 형성한 후 하부전극(7)에 접착하는 방법을 이용할 수 있다.
다음으로는, 도 9에 나타난 바와 같이 다수의 화소공간을 구비하기 위해 상기 하부전극(7) 위에 격자형태의 격벽을 결합시키는 단계를 거치고, 상기 화소공간에 화상표현을 위한 전기영동 입자(9)를 주입한 후, 상기 상부전극(2)이 형성된 상부기판(1)을 상기 격벽의 상면에 적층하여 합착하는 단계를 거친다.
여기서, 전기영동 입자(9)를 주입하는 방법(도시되지 않음)은 스프레이방식, 스크린 프린팅, 롤코팅 또는 스핀코팅등의 방법으로 주입, 도포될 수 있으나 이에 한정되지 않으며 전기영동 입자(9)를 화소공간내에 주입할 수 있는 방법이라면 모든 방 법이 다 가능하다. 그리고, 전기영동 입자(9)가 모두 주입되면, 격벽 상면에 자외선 경화성 접착제를 도포하고, 상부전극(2)이 형성된 상부기판(1)을 적층한 후에 자외선을 조사하여 상부기판(1)을 합착한다. 이로서 화소내에 전기영동 입자(9)가 봉입되게 된다.
주입한 전기영동 입자(9)가 충돌대전형 전기영동 입자(9)인 경우에는 일반적으로 대전되지 않은 상태에서 화소공간에 주입하므로, 상부기판(1)의 합착 후에 상부, 하부 전극(2, 7)에 전압을 인가하여 전기영동 입자(9)들을 서로 부딪히게 함으로써 충돌에 따른 전하를 띠게 하여 전기영동 입자(9)를 형성하도록 하여 본 발명의 전기영동 디스플레이를 완성한다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치, 더욱 상세하게는 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 하부기판과 상부기판; 상기 하부기판 및 상부기판 각각에 내접하여 형성된 하부전극과 상부전극; 상기 하부전극과 상부전극 사이에서 화소를 분할하여 화소공간을 형성하는 것으로, 절연체로 둘 러싸인 금속으로 이루어진 격벽; 및 상기 화소공간에 봉입된 전기영동 입자를 포함하여 이루어지는 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치 및 그 제조방법을 제공한다.
이러한 본 발명에 의하는 경우, 상기 금속으로 이루어진 격벽에 전계를 인가하여 화소공간의 양쪽 격벽에 달라 붙어있는 입자들을 쉽게 떼어낼 수 있으며, 이로 인해 화상의 콘트라스트를 높일 수 있고, 구동전압을 줄일 수 있는 효과가 있다. 그리고, 이와 같이 금속 주위에 절연체가 둘러싸인 격벽을 통해 전기영동 입자가 격벽에 높은 밀착력으로 달라붙는 것을 방지하여 화상의 품질과 대비비를 증가시키며, 입자의 뭉침현상 및 격벽에 달라붙어 소정의 화상의 품질을 실현하기 위한 구동전압이 증가되는 것을 방지하여 소비전력이 낮아지는 효과를 제공한다.

Claims (12)

  1. 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 하부기판과 상부기판;
    상기 하부기판 및 상부기판 각각에 내접하여 형성된 하부전극과 상부전극;
    상기 하부전극과 상부전극 사이에서 화소를 분할하여 화소공간을 형성하는 것으로, 절연체로 둘러싸인 금속으로 이루어진 격벽; 및
    상기 화소공간에 봉입된 전기영동 입자를 포함하고,
    상기 금속은 알루미늄, 철, 니켈, 동, 티탄, 베릴륨, 금 및 은으로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상이 선택되어 이루어진 금속 또는 합금인 것을 특징으로 하는 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상부전극과 하부전극에 각각 내접하는 상부 절연층과 하부 절연층을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치.
  3. (삭제)
  4. 제1항에 있어서, 상기 금속은 화소공간의 측면으로 전압이 인가될 수 있도록 하는 전도성 금속인 것을 특징으로 하는 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전기영동 입자는 고분자 폴리머 수지에 입자의 유동성을 증가시키기 위한 외첨제가 포함된 것임을 특징으로 하는 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 절연체는 상기 전기영동 입자의 고분자 폴리머 수지 또는 외첨제의 재료와 동일한 재료를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 절연체는 실리카(silica) 입자를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 실리카 입자는 나노크기인 것을 특징으로 하는 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전기영동 입자는 대전 가능하거나 또는 대전 된 건식입자인 것을 특징으로 하는 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치.
  10. 하부기판과 상부기판의 일면에 하부전극과 상부전극을 각각 형성하는 단계;
    절연체로 둘러싸인 금속으로 이루어진 격자형태의 격벽을 준비하는 단계;
    다수의 화소공간을 구비하기 위해 상기 하부전극 위에 상기 격자형태의 격벽을 결합시키는 단계;
    상기 화소공간에 화상표현을 위한 전기영동 입자를 주입하는 단계; 및
    상기 상부전극이 형성된 상부기판을 상기 격벽의 상면에 적층하여 합착하는 단계를 포함하고,
    상기 금속은 알루미늄, 철, 니켈, 동, 티탄, 베릴륨, 금 및 은으로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상이 선택되어 이루어진 금속 또는 합금인 것을 특징으로 하는 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 하부전극과 상부전극의 화소공간 영역 측에 각각 내 접하는 하부 절연층과 상부 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 격벽은 절연체를 금속에 가압분사하여 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 격벽을 가진 전자종이 디스플레이 장치의 제조방법.
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