KR101708373B1

KR101708373B1 - 능동형 전기변색소자 어레이 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101708373B1
Application number: KR1020100013510A
Authority: KR
Inventors: 전영태; 정득석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2017-02-21
Also published as: US8379290B2; KR20110093455A; US20110199666A1

Abstract

능동형 전기변색소자 어레이 및 이의 제조방법이 개시된다. 개시된 능동형 전기변색소자 어레이는 화소들 각각에 대응되는 화소 전극 및 전기변색층이 마련된 제1 기판과, 대향 전극 및 상기 대향 전극상에 형성된 반사층이 마련된 제2 기판이 격벽에 의해 이격되게 지지되면서 결합되며, 격벽은 화소단위로 제1 기판 및 제2 기판 사이의 공간을 격리시켜 이 공간에 채워지는 전해질이 이웃한 공간으로 확산되지 않도록 한다.

Description

능동형 전기변색소자 어레이 및 이의 제조방법{Active matrix electrochromic device array and method of manufacturing the same }

본 개시는 능동형 전기변색소자 어레이 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 전해질 분리용 격벽 구조가 마련된 능동형 전기변색소자 어레이 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

전기변색소자는(electrochromic device)는 전기와 같은 외부 자극에 의하여 변색 물질이 자극되어 화학적 또는 물리적으로 분자구조에 변화가 일어나고, 가시적으로 변색 효과가 발생하는 소자이다. 이는 투명전극 및 대향전극 사이에 전해질을 넣고 외부의 전기 자극에 의해 양 전극간에 전위차가 발생하면, 전해질에 포함되어 있는 이온이나 전자가 전기변색층 내부로 이동하여 산화·환원반응을 함으로써 가시적으로 색깔이 변하거나 색의 농담이 변하게 되는 원리를 이용한 것이다.

한편, 이러한 전기변색소자를 이용한 표시장치로서, 전기변색소자를 세그먼트(segment) 형식으로 배열하여 세그먼트별로 구동하는 구조가 제안되고 있다. 그런데, 종래의 전기변색소자 어레이는, 상부 하부 기판 사이에 있는 전해질이 모든 화소에 연결되어 발생하는 이미지 확산 때문에 원하는 화소에만 정확히 변색할 수 없는 문제점이 발생되어 단순 전체 색 변화를 하는 윈도우(window)나 미러(mirror)에만 적용되고 있다.

전해질 분리용 격벽 구조가 마련된 능동형 전기변색소자 어레이 및 이의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 한 측면에 따르는 능동형 전기변색소자 어레이는,

2차원 배열된 복수의 화소 전극, 복수의 화소 전극 각각에 연결되는 박막 트랜지스터를 포함하는 화소 회로 및 복수의 화소 전극 각각에 형성된 복수의 전기변색층이 마련된 제1 기판;

대향 전극 및 대향 전극상에 형성된 반사층이 마련되고, 반사층이 전기변색층을 향하도록 제1 기판과 이격되게 결합되는 제2 기판;

제1 기판과 제2 기판 사이에 배치되어 제1 기판과 제2 기판을 이격되게 지지하며, 제1 기판 및 제2 기판 사이의 복수의 전기변색층에 대응하는 공간들을 격리시키는 격벽; 및

제1 기판, 제2 기판 및 격벽에 의해 격리된 공간에 채워지는 전해질;을 포함한다.

격벽은 박막 트랜지스터의 상부 쪽 영역에 마련되는 지지 격벽을 더 포함할 수 있다.

격벽은 포토레지스트로 형성될 수 있다.

격벽은 적어도 50μm의 높이로 형성될 수 있다.

격벽은 화소들에 대한 블랙 매트릭스일 수 있다.

격벽은 비다공성일 수 있다.

격벽은 복수의 화소 전극이 마련된 영역의 외곽에 연장되어 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르는 능동형 전기변색소자 어레이의 제조방법은,

2차원 배열된 복수의 화소 전극 및 복수의 화소 전극 각각에 연결되는 박막 트랜지스터를 포함하는 화소 회로가 마련된 제1 기판을 준비하는 단계;

제1 기판에 화소 단위로 공간을 격리하는 격벽을 형성하는 단계;

제1 기판의 격벽이 형성되지 아니한 영역에 전기변색층을 형성하는 단계;

대향 전극 및 대향 전극상에 형성된 반사층이 마련된 제2 기판을 준비하는 단계;

반사층이 전기변색층을 향하도록 제1 기판과 제2 기판을 정렬시키면서, 제1 기판, 제2 기판 및 격벽에 의해 마련된 공간에 전해질을 채우는 단계; 및

제1 기판과 제2 기판을 결합하는 단계;를 포함할 수 있다.

격벽을 형성하는 단계는, 제1 기판상에 포토레지스트를 도포하는 단계; 복수의 화소 전극에 대응하는 영역에 도포된 포토레지스트를 제거하는 단계; 및 제1 기판상에 남은 포토레지스트를 경화하는 단계;를 포함할 수 있다.

제1 기판상에 포토레지스트를 도포하는 단계는 도포되기전 포토레지스트에 버블을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

격벽은 적어도 50μm의 높이로 형성할 수 있다.

격벽은 복수의 화소 전극이 마련된 영역의 외곽으로 연장하여 형성할 수 있다.

격벽을 형성하는 영역은 박막 트랜지스터의 상부 쪽 영역을 포함할 수 있다.

전기변색층을 형성하는 단계는, 제1 기판의 격벽이 형성되지 아니한 영역에 전기변색 반도체층을 형성하는 단계; 및 전기변색 반도체층에 전기변색 물질을 흡착시키는 단계;를 포함할 수 있다.

전기변색 반도체층을 형성하는 단계는, 제1 기판의 격벽이 형성되지 아니한 영역에 전기변색 반도체를 도포하고, 도포된 전기변색 반도체를 소성하는 단계를 포함하며, 도포된 전기변색 반도체를 소성하는 온도는 화소 회로의 박막 트랜지스트의 반도체 특성을 잃지 않고 격벽의 형상이 유지되는 온도 범위 내에 있을 수 있다.

개시된 능동형 전기변색소자 어레이 및 이의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 포토레지스터를 이용한 격벽 구조로 전해질을 격리시킴으로써, 능동형 전기변색소자 어레이의 이미지 확산 문제를 제거할 수 있다.

둘째, 포토레지스터를 이용한 격벽 구조는 블랙 매트릭스의 기능을 수행함으로써, 명암비를 향상시킬 수 있다.

셋째, 변색물질층의 고온 소성시 화소 회로의 박막트랜지스터에 무리가지 않는 온도 내에서 격벽을 안정적으로 형성할 수 있다.

넷째, 충분한 양의 전해질이 각 화소 내에 격리될 수 있도록 높은 높이의 격벽을 형성하여, 응답 속도를 개선할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 능동형 전기변색소자 어레이의 개략적인 구성을 도시하는 측단면도이다.
도 2는 도 1의 능동형 전기변색소자 어레이의 격벽 구조를 개략적으로 도시하는 상면도이다.
도 3a 내지 도 3f는 일 실시예에 따른 제조 방법에 따라 제조되는 능동형 전기변색소자 어레이의 각 단계별 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 제조 방법에 따라 제조된 능동형 전기변색소자 어레이가 작동 모습을 도시한다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
10...제1 기판 20...화소 회로부
21...박막 트랜지스터 23...절연층
26...보호층 26a...콘택홀
27...화소 전극 40...격벽
45...포토레지스트 50...전기변색층
51...전기변색 반도체층 55...전기변색물질
70...전해액 90...실링부재
80...제2 기판 82...대향 전극
86...반사층 P...화소

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 능동형 전기변색소자 어레이의 개략적인 구성을 도시한다.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 능동형 전기변색소자 어레이는, 제1 기판(10), 제1 기판(10)에 이격되어 배치된 제2 기판(80)과, 제1 기판(10)과 제2 기판(80) 사이의 공간에 채워지는 전해질(70)을 포함한다.

제1 기판(10)은 투명 기판으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(10)은 유리 투명 기판 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphathalate; PEN), 폴리카보네이트, 폴리스티렌계, 폴리아크릴계, 폴리에테르 설폰(PES; Polyether sulfone) 등의 고분자 재료를 이용한 플렉서블한 투명 플라스틱 기판을 사용할 수 있다. 제2 기판(80)은 제1기판(10)과 동일 재질 또는 다른 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 기판(80)은 불투명 재질로 형성될 수도 있다. 경우에 따라서는, 제1 기판(10)이 불투명 기판으로 형성되고, 제2 기판(80)이 투명 기판으로 형성될 수도 있으며, 이 경우 반사층(86)은 생략된다.

제1 기판(10) 상에는 화소 회로부(20)가 마련된다. 화소 회로부(20)는 각 화소를 독립적으로 구동시키는 공지의 능동형 매트릭스(active matrix) 회로일 수 있다. 예를 들어, 화소 회로부(20)는 제1 기판(10) 상에 형성되는 게이트 전극(22), 게이트 전극(22)을 덮는 절연층(23), 절연층(23) 상에 마련되는 반도체층(24) 및 소스/드레인 전극(25), 소스/드레인 전극(25)을 덮는 보호층(26), 보호층(26) 상에 마련되는 화소 전극(27)을 포함할 수 있다. 게이트 전극(22), 절연층(23), 반도체층(24) 및 소스/드레인 전극(25)은 박막 트랜지스터(21)를 이룬다. 게이트 전극(22)이 마련된 층이나 소스/드레인 전극(25)이 마련된 층에는 커패시터 전극이나 배선 회로가 더 마련될 수 있다. 보호층(26)에는 소스/드레인 전극(25)을 노출시키는 콘택홀(26a)이 형성되고, 이 콘택홀(26a)을 통해서 화소 전극(27)이 소스/드레인 전극(25)에 전기적으로 접속된다. 한편, 상기와 같이 형성되는 화소 회로부(20)는, 박막트랜지스터(21) 및 화소 전극(27)이 하나의 화소(도 2의 P 참조)를 이루어, 2차원 배열된 구조를 지닌다. 하나의 화소에 마련되는 박막 트랜지스터(21)의 개수나, 박막 트랜지스터(21)의 배선 구조는, 화소 회로에 따라 달라질 수 있으며, 이러한 화소 회로는 본 실시예에 의해 제한되지 않는다.

화소 전극(27)은 보호층(26) 상에 단위 화소별로 독립적으로 전압이 인가될 수 있도록 단위 화소별로 개별적으로 형성된다. 화소 전극(27)은 투명 전도성 물질 예를 들어, 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO), 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO), ZnO-Ga₂O₃, ZnO-Al₂O₃, SnO₂-Sb₂O₃ , 폴리티오펜계와 같은 투명 전도성 고분자 물질 등으로 형성될 수 있다.

화소 전극(27) 상에는 전기변색층(50)이 형성된다. 이러한 전기변색층(50)은 예를 들어, 전기변색물질(55)이 흡착된 전기변색 반도체층(51)일 수 있다. 전기변색 반도체층(50)은 티타늄계 산화물, 지르코늄계 산화물, 스트론듐계 산화물, 니오븀계 산화물, 하프늄계 산화물, 인듐계 산화물, 주석계 산화물 및 아연계 산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속 산화물로 형성될 수 있다. 전기변색 물질(55)은 전기변색 반도체층(51)의 상부면에 흡착된다. 전기변색 물질(55) 예컨대, n-형 전기변색 물질은 전기변색 반도체층(51) 표면에 흡착되어 전기변색 반도체층(51)으로부터 이동하는 전자를 받아 분자 구조의 변화를 일으킴으로써 변색효과를 나타내게 된다. 이와 같은 전기변색 물질(55)로는 전기변색소자 분야에 일반적으로 사용되는 것이라면 아무 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 비오로겐 화합물일 수 있다.

제2 기판(80)의 하면, 즉 제1 기판(10)에 대향되는 면에는 도전성 물질로 된 대향 전극(82)이 형성되어 있으며, 이 대향 전극(82)의 하면에는 반사층(84)이 형성된다. 대향 전극(82)은 화소 전극(27)과 마주 보도록 배치된다. 대향 전극(82)으로는 도전성 물질이면 어느 것이나 사용가능하며, 일함수(work function)를 향상시키기 위하여 전도성 물질을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 대향 전극(82)은 제2 기판(80) 상의 ITO(Indium Tin Oxide) 전극층(83)과 그 위의 ATO(Antimony doped Tin Oxide) 전극층(84)의 이중층으로 형성될 수 있다. 또한, 절연성 물질이라도 투명 전극에 마주보고 있는 측에 전도성 물질이 포함되어 있으면 이것도 대향 전극(82)으로 사용 가능하다. 또한 전기 화학적으로 안정한 재료를 대향 전극(82)으로 사용할 수 있으며, 구체적으로는 백금, 금 또는 카본 등을 사용할 수 있다.

대향 전극(82) 상에는 전기변색 반도체층(50) 상의 n-형 전기변색 물질(55)이 환원될 때, 반대로 산화되어 전기적인 중성 상태를 유지하기 위한 산화-환원 물질, 혹은 p-형 전기변색 물질이 흡착되어질 수 있다. 이와 같은 p-형 전기변색 물질은 전해질에 함유될 수도 있으며 전해질(70)과 대향 전극(82) 상에 동시에 존재할 수도 있다. 예를 들어, 대향 전극(82)에 사용되는 p-형 전기 변색 물질, 산화-환원 물질로는 프러시안 블루, 페로센 화합물 유도체, 페노티아진 화합물 유도체 등이 사용될 수 있다.

반사층(86)은 ATO전극층(84) 상에 형성될 수 있다. 반사층(86)은 예를 들어 백색을 지닐 수 있다. 이와 같은 반사층(86)으로는 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물, 스트론듐 산화물, 니오븀 산화물, 하프늄 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물 및 아연 산화물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속 산화물을 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 한정되는 것은 아니며, 이들을 단독 또는 두 가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 이와 같은 반사층(86)의 금속 산화물 입자크기는 예를 들어, 약 100 내지 500 nm 일 수 있다. 예를 들어, 반사층(86)은 전기변색 반도체층(50)과 동일한 재질의 금속 산화물로 입자 크기만 크게 하여 형성될 수 있다.

보호층(26) 및 화소 전극(27) 상에는 전기변색 반도체층(50)에 대응하는 위치에 전해질(70)을 담지하기 위한 공간을 형성함과 동시에, 제1 기판(10)과 제2 기판(80)을 이격되게 지지하는 격벽(40)이 형성된다. 격벽(40)은 후술하는 제조 공정에서 설명하는 바와 같이, SU-8과 같은 포토레지스트를 이용하여 형성할 수 있다. 이러한 격벽은 가령, 포토레지스트 도포시 버블을 제거하여 비다공성 특성을 갖도록 형성된다.

도 2는 능동형 전기변색소자 어레이의 상면도로서, 격벽 구조물의 상면 패턴을 도시한다. 도 2를 참조하면, 하나의 화소(P)는 박막트랜지스터(도 1의 23)가 형성된 제1 영역(P_A)과, 이 박막트랜지트터(23)의 소스/드레인 전극(25)에 연결되게 형성된 화소 전극(27)이 형성된 제2 영역(P_B)으로 이루어질 수 있다. 격벽(40)은 최종 결과물이 블랙 색상을 띄는 포토레지스트로 형성될 수 있다. 격벽(40)은 화소(P)들 사이의 경계를 이루는 화소격벽 격벽(41)과 박막트랜지트터(23)의 상부 영역인 제1 영역(P_A)에 위치하는 지지 격벽(42)을 포함한다. 나아가, 격벽(40)은 화소(P)들의 배열 외곽 영역에 연장되어 형성된 외곽 격벽(43)을 포함한다. 화소격벽 격벽(41)은 전해질(70)을 화소(P)별로 밀폐시켜 크로스토크(cross-talk)를 방지하며, 화소(P)들의 블랙 매트릭스(black matrix)의 기능을 수행하여 백색의 반사층(86)에 대하여 명암비(contrast ratio)를 향상시킬 수 있게 한다. 격벽(40)은 전해질(70)을 충분히 격리시키도록 높게 형성한다. 예를 들어, 격벽(40)은 50μm 이상의 높이로 형성할 수 있다. 제2 영역(P_B)에는 전해질(70)이 채워진다. 격벽(40)을 충분히 높게 형성함으로써, 한 화소(P) 내에 담지되는 전해질(70)의 양을 충분히 확보되며, 따라서 전기변색 반응이 보다 활발하게 이루어질 수 있어 전기변색의 응답 속도의 개선을 기대할 수 있다. 또한 지지 격벽(42)이 제1 영역(P_A)에 형성됨으로써, 격벽(40)을 높게 형성하더라도 무너지지 않고 또한 제1 기판(10)과 제2 기판(80)을 이격되게 지지할 수 있도록 격벽(40)의 강성을 보강할 수 있다. 도 1에 도시되듯이, 제2 기판(80)이 덮는 영역의 외곽까지 연장되어 형성된 외곽 격벽(43)은 실링 부재(90)로 덮어 전해질(70)을 완전히 밀폐시키게 된다.

종래의 능동형 전기변색소자 어레이의 경우, 화소를 분리하는 격벽이 충분히 전해질을 격리하지 않거나, 격벽의 다공성 특성으로 인하여 이미지가 확산되는 문제가 있었다. 본 실시예의 능동형 전기변색소자 어레이는, 격벽(40)에 의해 전해질(70)이 담지되는 공간을 각 화소(P)별로 실질적으로 격리되도록 한다. 또한 격벽(40)은 포토레지스트로 형성시 버블을 제거함으로써 격벽(40)을 침투하여 확산되는 현상을 실질적으로 무시할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 능동형 전기변색소자 어레이는, 이웃하는 화소(P)로 전해질(70)이 이동함에 따른 이미지 확산 문제를 해결할 수 있다.

제1 기판(10), 제2 기판(80) 및 격벽(40)에 의해 마련된 공간에는 전해질(70)을 채운다. 전해질(70)은 액체형, 용융염형, 고체형이 이용될 수 있으며, 전기화학적으로 비활성 염을 하나 이상 포함하는 전해질로 이루어질 수 있다. 구체적으로 예를 들면 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 에틸 메틸 카보네이트, 메틸 프로필 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 벤조니트릴, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, 2-메틸테트라히드로퓨란, γ-부티로락톤, 디옥소란, 4-메틸디옥소란, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 설포란, 디클로로에탄, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸프로필카보네이트, 메틸이소프로필카보네이트, 에틸프로필카보네이트, 디프로필카보네이트, 디부틸카보네이트, 디에틸렌글리콜 또는 디메틸에테르 등의 용매, 트리알킬이미다졸륨과 같은 이미다졸륨계 용융염 또는 이들의 혼합 물질에 LiPF₆, LiBF₄, LiSbF₆, LiAsF₆, LiClO₄, LiCF₃SO₃, Li(CF₃SO₂)₂N, LiC₄F₉SO₃, LiSbF₆, LiAlO₄, LiAlCl₄, LiN(CxF₂x+1SO₂)(CyF₂y+1SO₂)(단, x, y는 자연수), LiCl, LiI 등의 리튬 염으로 이루어진 전해질 중의 1종 또는 이들을 2종 이상 혼합한 것을 용해하여 사용할 수 있다. 리튬 염과 같은 비활성 염은 바람직하게는 0.01 내지 1.0 M, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.2M의 농도로 전해질에 존재할 수 있다. 또한 산화-환원 물질로서 페로센계 화합물, 페노치아진계 화합물이 0.01 내지 0.2M의 농도로 전해질에 존재할 수 있다.

다음으로 도 3a 내지 도 3f를 참조하여, 일 실시예에 따른 능동형 전기변색소자 어레이의 제조방법을 설명하기로 한다.

도 3a를 참조하면, 먼저, 제1 기판(10)에 화소 회로부(20)를 형성한다. 예를 들어, 제1 기판(10)의 전면에 금속층을 형성하고 포토레지스트 공정 및 식각 공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 게이트 전극(22)을 형성하고, 게이트 전극(22)을 포함하는 제1 기판(10)의 전면에 산화 실리콘(SiOx) 혹은 질화 실리콘(SiNx)과 같은 절연물질 등을 사용하여 절연층(23)을 형성한다. 다음으로, 절연층(23) 상에 진성 아몰퍼스 실리콘과 같은 반도체 물질을 증착하고 포토레지스트 공정 및 식각 공정을 통해 선택적으로 패터닝하고, 도핑 공정을 진행하여, 게이트 전극(22)의 상측의 절연층(23)상에 반도체층(24) 및 소스/드레인 전극(25)을 형성한다. 이때, 반도체층(24)의 채널 영역은 노출될 수 있다. 이어서, 소스/드레인 전극(25)을 포함한 제1 기판(10)의 전면에 유기절연물질 예를 들면, 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl) 중 하나를 두껍게 도포하여, 보호층(26)을 형성한다. 다음, 보호층(26)에 포토레지스트 공정 및 식각 공정을 통해 보호층(26)에 콘택홀(26a)을 형성하여 소스/드레인 전극(25)의 일부를 노출시킨다. 이어서, 제1 기판(10)의 전면에 투명 전도막을 형성하고 포토레지스트 공정 및 식각 공정을 통해 패터닝하여 화소별로 화소 전극(27)을 형성한다. 이때, 화소 전극(27)은 콘택홀(26a)을 통해 박막트랜지스터(21)의 소스/드레인 전극(25)의 일측에 연결시킨다. 한편, 박막트랜지스터(21) 및 화소 전극(27)과 연결되는 배선 회로(미도시)나 회소 회로를 구성하는 커패시터의 전극 등은 게이트 전극(22) 및 소스/드레인 전극(25)을 형성할 때 동시에 형성될 수 있다.

다음으로, 도 3b에 도시되듯이, 화소 회로부(20)가 마련된 제1 기판(10) 상에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층(45)을 형성한다. 포토레지스트는 예를 들어 SU-8를 사용할 수 있다. 포토레지스트층(45)은 50μm 이상의 높이로 형성한다. 포토레지스트층(45)은 예를 들어, 1000rpm 내지 3000rpm으로 5초 내지 30초 동안 포토레지스트를 스핀 코팅하여 형성할 수 있다. 포토레지스트층(45)의 형성시 버블(bubble)이 형성되지 않도록 포토레지스트는 마이크로 버블을 제거한 후에 도포한다. 다음으로, 소프트 베이킹(soft baking)을 95℃에서 5분 내지 15분 동안 실시한다. 다음으로 격벽 패턴이 형성된 마스크를 통하여 스프트 베이킹이 완료된 포토레지스트층(45)의 상부에 5초 내지 50초 동안 노광을 실시한다. 노광후 베이킹(post exposure baking)은 제1 스텝에서 65℃의 온도로 1분 동안 실시하고, 제2 스텝에서 95℃의 온도로 5분 동안 실시한다. 이때, 제1 스텝에서 포토레지스트층(45)에 격벽 패턴이 눈에 보이지 않을 경우, 다시 반복할 수 있다. 다음으로, 도 3c를 참조하면, 노광후 베이킹이 완료된 포토레지스트층(45)에 현상을 5분 내지 1시간 동안 수행하여, 격벽(40)을 제외한 나머지 포토레지스트를 제거하여 화소 전극(30)을 노출시킨다. 다음으로, 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol; IPA)에 침지시켜 잔여물을 제거한 후 아세톤(acetone)에 5초 내지 1분 동안 세척하여 건조시킨다. 다음으로, 세척 건조된 격벽(40)이 형성된 제1 기판(10)에 대해 하드 베이킹(hard baking)을 150℃의 온도로 30분 및 200℃의 온도로 30분 동안 실시한다. 하드 베이킹 후 격벽(40)을 250℃내지 350℃에서 경화시킨다. 포토레지스트로서 SU-8를 사용하는 경우, 경화 공정을 통해 포토레지스트가 투명한 상태에서 블랙 상태로 바뀌게 된다.

다음으로, 도 3d에 도시되듯이, 화소 전극(30) 상에 전기변색층(50)을 형성한다. 전기변색층(50)은 예를 들어, 화소 전극(27) 상에 TiO₂를 증착시키고 소성함으로써 전기변색 반도체층(51)을 형성하고, 전기변색 반도체층(51)에 전기변색 물질(55)을 흡착시킨다. 전기변색 반도체층(51)의 소성 온도는 박막 트랜지스터(21)의 반도체 특성을 잃는 임계온도보다 작고 격벽(40)의 형상이 유지되는 온도 범위 내에서 결정되며, 예를 들어 대략 200℃ 내지 400℃, 바람직하게는 250℃ 내지 350℃의 온도에서 소성이 이루어질 수 있다.

한편, 일면에 대향 전극(82) 및 반사층(86)이 마련된 제2 기판(80)을 준비한다. 예를 들어, 제2 기판(80) 상에 ITO 전극층(83)과 그 위의 ATO 전극층(84)을 순차적으로 증착하여 대향 전극(82)을 형성하고, 대향 전극(82) 상에 티타늄 산화물을 증착하여 반사층(86)을 형성한다.

다음으로, 도 3e에 도시되듯이 제1 기판(10)의 화소 전극(27)과 제2 기판(80)의 대향 전극(82)이 마주보도록 정렬(align)시키면서, 제1 기판(10)과 제2 기판(80)의 사이에 전해질(70)을 주입하고, 도 3f에 도시되듯이 제1 기판(10)과 제2 기판(80)을 밀봉함으로써, 능동형 전기변색소자 어레이를 완성한다.

도 4는 전술한 실시예의 제조방법에 의해 제조된 능동형 전기변색소자 어레이의 작동 모습을 도시하는 것으로, 크로스토크없이 이미지를 깨끗하게 구현할 수 있음을 볼 수 있다.

전술한 본 발명인 능동형 전기변색소자 어레이 및 이의 제조방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

2차원 배열된 복수의 화소 전극, 상기 복수의 화소 전극 각각에 연결되는 박막 트랜지스터를 포함하는 화소 회로 및 상기 복수의 화소 전극 각각에 형성된 복수의 전기변색층이 마련된 제1 기판;
대향 전극 및 상기 대향 전극상에 형성된 반사층이 마련되고, 상기 반사층이 상기 전기변색층을 향하도록 상기 제1 기판과 이격되게 결합되는 제2 기판;
상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치되어 상기 제1 기판과 제2 기판을 이격되게 지지하며, 상기 제1 기판 및 제2 기판 사이의 상기 복수의 전기변색층에 대응하는 공간들을 격리시키는 격벽; 및
상기 제1 기판, 제2 기판 및 격벽에 의해 격리된 공간에 채워지는 전해질;을 포함하는 능동형 전기변색소자 어레이.
제1 항에 있어서,
상기 격벽은 상기 박막 트랜지스터의 상부 쪽 영역에 마련되는 지지 격벽을 더 포함하는 능동형 전기변색소자 어레이.
제1 항에 있어서,
상기 격벽은 포토레지스트로 형성되는 능동형 전기변색소자 어레이.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 격벽은 적어도 50μm의 높이로 형성되는 능동형 전기변색소자 어레이.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 격벽은 화소들에 대한 블랙 매트릭스인 능동형 전기변색소자 어레이.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 격벽은 비다공성인 능동형 전기변색소자 어레이.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 격벽은 상기 복수의 화소 전극이 마련된 영역의 외곽에 연장되어 형성되는 능동형 전기변색소자 어레이.
2차원 배열된 복수의 화소 전극 및 상기 복수의 화소 전극 각각에 연결되는 박막 트랜지스터를 포함하는 화소 회로가 마련된 제1 기판을 준비하는 단계;
상기 제1 기판에 화소 단위로 공간을 격리하는 격벽을 형성하는 단계;
상기 제1 기판의 격벽이 형성되지 아니한 영역에 전기변색층을 형성하는 단계;
대향 전극 및 상기 대향 전극상에 형성된 반사층이 마련된 제2 기판을 준비하는 단계;
상기 반사층이 상기 전기변색층을 향하도록 상기 제1 기판과 제2 기판을 정렬시키면서, 상기 제1 기판, 제2 기판 및 격벽에 의해 마련된 공간에 전해질을 채우는 단계; 및
상기 제1 기판과 제2 기판을 결합하는 단계;를 포함하는 능동형 전기변색소자 어레이의 제조방법.
제8 항에 있어서,
상기 격벽을 형성하는 단계는,
상기 제1 기판상에 포토레지스트를 도포하는 단계;
상기 복수의 화소 전극에 대응하는 영역에 도포된 포토레지스트를 제거하는 단계; 및
상기 제1 기판상에 남은 포토레지스트를 경화하는 단계;를 포함하는 능동형 전기변색소자 어레이의 제조방법.
제9 항에 있어서,
상기 제1 기판상에 포토레지스트를 도포하는 단계는 도포되기전 포토레지스트에 버블을 제거하는 단계를 더 포함하는 능동형 전기변색소자 어레이의 제조방법.
제8 항에 있어서,
상기 격벽은 적어도 50μm의 높이로 형성하는 능동형 전기변색소자 어레이의 제조방법.
제8 항에 있어서,
상기 격벽은 상기 복수의 화소 전극이 마련된 영역의 외곽으로 연장하여 형성하는 능동형 전기변색소자 어레이의 제조방법.
제8 항에 있어서,
상기 격벽을 형성하는 영역은 상기 박막 트랜지스터의 상부 쪽 영역을 포함하는 능동형 전기변색소자 어레이의 제조방법.
제8 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기변색층을 형성하는 단계는,
상기 제1 기판의 격벽이 형성되지 아니한 영역에 전기변색 반도체층을 형성하는 단계; 및
상기 전기변색 반도체층에 전기변색 물질을 흡착시키는 단계;를 포함하는 능동형 전기변색소자 어레이의 제조방법.
제14 항에 있어서,
상기 전기변색 반도체층을 형성하는 단계는,
상기 제1 기판의 격벽이 형성되지 아니한 영역에 전기변색 반도체를 도포하고, 도포된 전기변색 반도체를 소성하는 단계를 포함하며,
상기 도포된 전기변색 반도체를 소성하는 온도는 상기 화소 회로의 박막 트랜지스트의 반도체 특성을 잃지 않고 상기 격벽의 형상이 유지되는 온도 범위 내에 있는 능동형 전기변색소자 어레이의 제조방법.