KR101862880B1 - 전기습윤 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 복수의 화소와, 제 1 지지판 및 제 2 지지판을 포함하는 전기습윤 디스플레이 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다. 각 화소는 제 1 지지판과 제 2 지지판 사이의 공간을 포함한다. 이 방법은, 제 1 지지판에 전극 구조를 제공하는 단계; 두께와 공간을 향하는 소수성 표면을 갖는 절연 층을 전극 구조 상에 배치하는 단계; 표면의 미리 결정된 영역의 소수성을 영구히 감소시키기 위해 절연 층의 두께 양단에 전계를 일시적으로 인가하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한, 전기습윤 디스플레이 장치 및 전기습윤 장치에서 감소한 소수성의 영역을 이용하는 방법에 관한 것이다.

Description

전기습윤 디스플레이 장치{ELECTROWETTING DISPLAY DEVICE}

본 발명은 전기습윤 디스플레이 장치 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

국제특허출원 WO 2003/071346에 기재된 바와 같이, 전기습윤 디스플레이 장치는 두 개의 지지판을 포함한다. 벽 패턴이 지지판 중 하나 상에 배치되고, 이 패턴이 디스플레이 장치의 화소를 한정한다. 픽셀로도 알려진 화소의 벽 사이의 영역을 디스플레이 영역이라고 부르며, 그 위에서 디스플레이 효과가 발생한다. 화소의 벽은 친수성(hydrophilic) 소재로 제조된다. 디스플레이 영역의 지지판의 영역은, 화소의 적절한 동작을 위해 상당히 큰 정도로 소수성(hydrophobic)이어야 한다. 제조하는 동안, 화소가 위치하게 되는 지지판의 영역은 소수성 층으로 덮인다. 벽은 이 층 상에서, 벽 소재 층을 소수성 층 상에 퇴적하고, 예컨대 포토-리소그래피 방법을 사용하여 벽 소재의 층을 패터닝함으로써, 제조된다.

벽 소재의 층과 소수성 층 사이의 접착은 상대적으로 열악하여, 벽 소재 층을 소수성 층으로부터 손쉽게 벗길(peel off) 수 있다. 예컨대 반응 이온 에칭에 의해 벽 소재 층을 적용하기 전 소수성 층의 소수성을 낮추는 방법이 알려져 있다. 벽을 형성한 후, 소수성 층은 그 소수성을 다시 갖도록 어닐링된다. 그러나 이 방법을 사용해 제조한 디스플레이 장치의 품질은 만족스럽지 못하다.

다른 방법은 포토-리소그래피 단계를 사용하여 노출된 영역에서 예컨대 반응 이온 에칭, 플라즈마 또는 UV 오존 처리를 적용함으로써 미리 결정된 영역에서만 소수성을 낮춘다. 단점으로는, 추가 리소그래피 단계가 필요하다는 점과, 디래미네이션(delamination)의 위험이 커져 균일한 소수성 표면 상에 리소그래피 처리를 적용하는 것이 어렵다는 점이다.

본 발명의 목적은, 이러한 단점을 갖지 않는 전기습윤 디스플레이 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 1 양상에 따라, 복수의 화소와, 제 1 지지판 및 제 2 지지판을 포함하며, 각 화소는 제 1 지지판과 제 2 지지판 사이의 공간을 포함하는, 전기습윤 디스플레이 장치를 제조하는 방법으로서, 제 1 지지판에 전극 구조를 제공하는 단계; 두께와 상기 공간을 향하는 소수성 표면을 갖는 절연 층을 전극 구조 상에 배치하는 단계; 상기 표면의 미리 결정된 영역의 소수성을 영구히 감소시키기 위해 절연 층의 두께를 가로질러 전계를 일시적으로 인가하는 단계를 포함하는, 제조 방법이 제공된다.

본 발명에 따른 방법으로 인해, 전계를 인가함으로써 절연 층의 미리 결정된 영역의 소수성을 국지적으로 낮출 수 있다. 이 방법은, 표면의 소수성을 감소시키고 그 후 증가시키는 단계를 필요로 하지 않으며, 이러한 단계는 디스플레이 장치의 수명에 영향을 미친다. 본 발명에 따른 방법에 의해 제조한 디스플레이가 소수성을 감소시키고 증가시키는 처리 단계를 거치지 않으므로, 이러한 디스플레이는 더 양호한 수명을 갖는다. 게다가, 소수성을 증가시키는데 사용한 어닐링이 원래의(pristine) 소수성 표면의 품질을 온전히 회복하지 못한다. 본 발명에 따른 방법은, 종래기술에서처럼 소수성을 국지적으로 낮추기 위해 포토-리소그래피 처리를 사용하는 것을 필요로 하지 않는다. 그러므로 처리 단계의 수가 감소하여 디래미네이션 위험이 덜하다. 감소한 소수성의 영역은 디스플레이 장치의 제조 및/또는 디스플레이 장치의 사용에서 여러 용도로 사용할 수 있다. 영역이 감소하지 않은 소수성을 갖는 영역보다 전기전도성 또는 극성 유체에 대해 반발력(repellent force)을 덜 가한다면, 이 영역은 감소한 소수성을 갖는다고 하고, 소수성이 충분히 감소하였을 때, 이 힘은 인력이 될 것이다. 영역의 소수성 감소 정도는 전계 세기에 의해 제어할 수 있다.

절연 층의 감소한 소수성은 아마도 절연 층에서나 절연 층 상에서의 전하 축적으로 인한 것이다. 감소한 소수성이 디스플레이 장치의 제조에 사용될 때, 감소가 적어도 하루 동안 지속될 경우, 이것을 '영구적'이라고 부른다. 감소가 디스플레이 장치의 동작에 사용될 때, 감소가 디스플레이 장치의 사용기간 동안 지속된다면, 이것을 '영구적'이라고 부른다. 전계가 스위치 오프된 후, 인가된 전하 중 일부가 누설될 수 있지만, 다른 부분은 영구히 남아 있다.

Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde의 B.J. Feenstra 및 M.W.J. Prins의 논문(2001년 2월, 34페이지), 'Elektrobenatting: Vloeistofmanipulatie op micronschaal'이, 특정한 세기를 초과하여 전계를 인가하면, 전기습윤 장치의 절연 층에 원치 않는 전하 축적이 초래될 수 있다는 점을 개시하고 있음을 주목해야 한다. 이 논문은, 전하 축적이 있는 영역이 감소한 소수성을 표시함을 개시하고 있지 않으며, 전하 축적의 사용에 대해 지적하고 있지도 않고 있다.

특별한 실시예에서, 영역은 실질적으로 모든 화소에서 유사한 패턴을 형성한다. '실질적으로'가 의미하는 점은 대부분의 화소가 바람직하게는 90% 이상이 이 패턴을 포함하고 있다는 점이다.

본 방법의 바람직한 실시예에서, 전기전도성 또는 극성 유체가 절연 층 상에 배치되고, 전계가 전극 구조와 유체 사이에 인가된다. 이 방법은 효과적으로 그리고 원하는 영역에 전계를 인가한다. 전극 구조의 사용으로 인해 감소한 소수성 영역은 어떤 추가적인 정렬 조치를 취하지 않고도 전극 구조와 적절히 정렬되게 된다.

전극 구조는 바람직하게도, 전계를 인가하기 위한 적어도 하나의 전극과, 화소를 동작시키기 위한 적어도 하나의 전극을 포함하거나, 전극 구조는 전계를 인가하고 또한 화소를 동작시키기 위한 적어도 하나의 전극을 포함한다.

전극 구조의 특정한 전극이 화소를 동작시키거나 소수성을 국지적으로 감소시키기 위해 전계를 생성하기 위해 사용될 수 있거나, 특정한 전극이 두 기능을 위해 사용될 수 있다. 이 기능이 화소에서 전극의 위치를 결정할 수 있다. 예컨대, 게이트 및 소스 라인이, 벽이 배치될 영역에서 소수성을 감소시키기 위한 전계를 생성하는데 사용될 수 있다.

유리한 실시예에서, 전극 구조와 전기 전도성 또는 극성 유체 사이에 전압을 인가함으로써 전계가 생기며, 전극 구조의 전압이, 전기 전도성 또는 극성 유체의 전압보다 더 높다. 이러한 극성의 사용은 영구히 낮은 소수성 영역을 만드는데 더 효과적이다.

전계는, 디스플레이 장치를 제 1 유체(11)로 충전하기 전, 또는 후에 인가될 수 있다. 전계가 제 1 유체로 충전하기 전에 인가될 때, 전극 및 절연 층을 가진 제 1 지지판은 전도성 또는 극성 유체로 덮이며, 전압이, 전도성 또는 극성 유체와 전극 사이에 인가된다. 전도성 또는 극성 유체는 디스플레이 장치의 동작 동안에 사용한 제 2 유체가 될 수 있다.

전계가, 예컨대 제 1 및 제 2 지지판을 함께 실링한 후와 같이, 제 1 유체로 충전한 후, 인가될 때, 높은 전압이, 전도성 또는 극성 유체와 전극 사이에 인가될 수 있다. 이 전압은, 소수성이 감소하게 될 영역으로부터 제 1 유체를 제거할 것이다. 바람직하게는, 이 전압은 단계적으로 증가하거나 램프 업(ramped up)되어, 제 1 유체의 제거를 제어한다. 제 1 지지판 상의 전극과 전도성 또는 극성 유체 사이에 전압을 인가함으로써 높은 전압의 인가에 앞서 별도의 단계에서 영역으로부터 제 1 유체를 제거하는 것도 가능하다.

제 1 및 제 2 지지판을 함께 실링한 이후 제 1 지지판 상의 하나 이상의 전극과 전도성 또는 극성 유체 사이에 높은 전계를 인가하는 단계는 디스플레이의 사용 기간 동안 추후에 또한 반복될 수 있다. 이처럼, 이 단계는 절연 층에서나 절연 층 상에서의 전하량을 일정하게 또는 디스플레이 장치에서 사용하기에 충분히 높게 실질적으로 유지할 수 있다.

전극 구조의 전극은 이웃하는 차폐 전극을 가질 수 있다. 차폐 전극은 전계를 가두어, 소수성이 감소하게 되는 영역의 범위를 한정하는데 도움을 준다. 바람직하게도, 전극은 각 측면 상에 차폐 전극을 갖는다.

이 방법의 특별한 실시예는 미리 결정된 영역 상에 벽을 배치하는 단계를 포함한다. 미리 결정된 영역의 소수성이 감소하였으므로, 벽 소재와 절연 층 사이의 접착력은 개선되었고, 벽 소재가 벗겨질 위험이 덜할 것이다.

본 발명의 제 2 양상에 따라, 복수의 화소와, 제 1 지지판 및 제 2 지지판을 포함하는 전기습윤 디스플레이 장치로서, 각 화소는 제 1 지지판과 제 2 지지판 사이의 공간- 이 공간은 제 1 유체와 제 2의, 전기전도성 또는 극성 유체를 포함하고, 제 1 유체와 제 2 유체는 혼합되지 않음 -, 제 1 지지판 상에 배치되는 전극 구조, 및 전극 구조 상에 배치되며 그러한 공간을 향하는 소수성 표면을 가지는 절연 층-절연 층은 본 발명에 따른 방법을 사용하여 생성된 감소한 소수성의 미리 결정된 영역을 가짐 -을 포함하는, 전기습윤 디스플레이 장치가 제공된다.

디스플레이 장치의 특별한 실시예에서, 소수성 표면의 영역은 영구 전하를 반송한다. 전하의 존재는 정전 전압계를 사용하여 측정할 수 있다. 전하의 영구성은 전극 구조에 인가된 전압의 부재 시 결정할 수 있다.

이 영역은 실질적으로 모든 화소에서 유사한 패턴을 바람직하게는 형성한다.

유리하게, 이 패턴은 화소의 형상을 한정하고, 제 1 유체를 화소의 공간으로 가둔다. 이 영역은 화소의 제로-높이 벽으로서 동작한다. 이 영역은 보통 정사각형 또는 직사각형 그리드의 형상을 가질 것이다. 이 영역의 감소한 소수성은 제 1 유체를 벽에 의해 에워싸인 구역 내로 가둔다. 제로-높이 벽 인근의 제 1 유체의 두께는 0이므로, 화소의 스위칭 거동은, 디스플레이 장치의 개선된 그레이-스케일 성능에 있어서 특히 현저하게 개선될 수 있다.

이러한 패턴은 바람직하게는 화소의 형상을 한정하고, 벽이 영역 상에 배치되고 제 1 유체를 화소의 공간으로 가둔다. 특정한 벽 소재로 제조된 벽이 영역 상에 배치될 때, 감소한 소수성이 벽 소재와 절연 층 사이의 접착력을 개선한다.

디스플레이 장치의 특별한 실시예에서, 패턴은 화소에 대한 시작점을 형성하며, 이 시작점은, 제 1 유체가 디스플레이 장치가 동작 중인 때로부터 움직이기 시작하는 위치를 제공한다. 이처럼, 화소의 시작점은 스위칭 및 그레이-스케일 성능을 개선한다.

패턴은 화소에서 제 1 유체에 대한 장벽을 형성할 수 있다. 장벽은 쌍안정 디스플레이 장치에서 사용할 수 있다. 전극 상의 전압 펄스는 제 1 유체를 장벽 너머로 움직일 수 있고, 전압이 0으로 감소할 경우, 장벽은 제 1 유체를 그 자리에서 유지할 것이다. 이미지 콘텐트는 비휘발성일 것이다. 그러므로 장벽을 사용하는 디스플레이 장치의 전력 소모는 상대적으로 낮을 수 있다.

본 발명의 제 3 양상에 따라, 전기습윤 소자와 제 1 지지판 및 제 2 지지판을 포함하는 전기습윤 장치에서 감소한 소수성의 영역을 이용하는 방법으로서, 전기습윤 소자는 제 1 지지판과 제 2 지지판 사이에 공간- 이 공간은 제 1 유체 및 제 2의, 전기전도성 또는 극성 유체를 포함하고, 제 1 유체 및 제 2 유체는 혼합되지 않음 -, 제 1 지지판 상에 배치된 전극 구조, 및 전극 구조 상에 배치되고 공간을 향하는 소수성 표면을 갖는 절연체 층을 포함하며, 이 영역은, 표면의 영역의 소수성을 영구히 감소시키기 위해 절연체 층의 두께를 가로질러 일시적으로 전계를 인가함으로써 생성되어진 것인, 이용 방법이 제공되며, 이러한 이용 방법은 유체의 움직임의 제어이거나 층의 절연 층 상으로의 접착이다.

본 발명의 추가적인 특성 및 장점은, 예를 들어서만 제공된 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 명백하게 될 것이며, 이러한 설명은, 수반하는 도면을 참조하여 이뤄진다.

도 1은, 전기습윤 디스플레이 장치의 화소의 개략적인 횡단면을 도시한다.
도 2a는, 디스플레이 장치의 제 1 지지판 상의 전극 구조의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 2b는, 제 1 지지판의 개략적인 횡단면을 도시한다.
도 3은, 절연 층의 표면의 평면도를 도시한다.
도 4는, 교차하는 소스 및 게이트 선을 가진 전극 구조의 평면도를 도시한다.
도 5는, 제 1 지지판의 다른 실시예의 평면도를 도시한다.
도 6은, 제 1 지지판의 또 다른 실시예의 평면도를 도시한다.
도 7a 및 도 7b는, 쌍안정 화소의 두 상태의 횡단면을 도시한다.

도 1은, 전기습윤 디스플레이 장치(1) 중 일부의 개략적인 횡단면을 도시한다. 디스플레이 장치는 복수의 화소(2)를 포함하며, 그 중 하나가 이 도면에 도시되어 있다. 화소의 측면 범위가 이 도면에서 두 점선(3 및 4)으로 표시된다. 화소는 제 1 지지판(5)과 제 2 지지판(6)을 포함한다. 지지판은 각 화소의 별도의 부분일 수 있지만, 지지판은 바람직하게는 복수의 화소에 의해 공통으로 공유될 수 있다. 지지판은 유리나 폴리머 기판을 포함할 수 있고, 단단하거나 유연할 수 있다.

디스플레이 장치는 시청 측면(8)- 이 측면 상에서, 디스플레이 장치에 의해 형성한 이미지나 디스플레이를 시청할 수 있음 -과 후방 측면(9)을 갖는다. 도면에서, 제 1 지지판(5)은 후방 측면(9)을 향하고, 제 2 지지판(6)은 시청 측면을 향하며, 택일적으로는, 제 1 지지판이 시청 측면을 향할 수 있다. 디스플레이 장치는 반사형, 투과형, 반투과형일 수 있다. 디스플레이 장치는, 이미지가 몇 개의 화소를 각각 포함하는 세그먼트로 만들어질 수 있는 세그먼트 디스플레이형일 수 있다. 디스플레이 장치는 능동 매트릭스 구동 디스플레이형이거나 수동 구동 디스플레이 장치일 수 있다. 복수의 화소는 단색일 수 있다. 컬러 디스플레이 장치의 경우, 화소는, 상이한 컬러를 각각 갖는 그룹으로 나눠질 수 있거나, 택일적으로는, 개별 화소가 상이한 컬러를 보여줄 수 있다.

지지판 사이의 공간(10)은 두 개의 유체, 제 1 유체(11)와 제 2 유체(12)로 충전된다. 제 2 유체는 제 1 유체와 혼합될 수 없다. 제 2 유체는 전기적으로 전도성이거나 극성이며, 물과 에틸알코올 혼합물 중의 염화칼륨 용액과 같은 물이나 소금 용액일 수 있다. 제 2 유체는 바람직하게는 투명하지만, 컬러, 백색, 흡수성 또는 반사성일 수 있다. 제 1 유체는 전기적으로 비-전도성이며, 예컨대 헥사데칸 또는(실리콘) 오일과 같은 알칸일 수 있다.

제 1 유체는 광학 스펙트럼의 일부를 적어도 흡수한다. 제 1 유체는 광학 스펙트럼의 일부에 대해 투과성일 수 있어서, 컬러 필터를 형성할 수 있다. 이를 위해, 제 1 유체는 색소 입자나 염료를 추가하여 컬러를 가질 수 있다. 택일적으로, 제 1 유체는 검은색일 수 있다, 즉 과학 스펙트럼의 모든 부분을 실질적으로 흡수하거나, 반사할 수 있다. 반사 층은 전체 가시 스펙트럼을 반사할 수 있어서, 이 층을 백색으로 보이게 하거나, 그 일부를 반사하여, 컬러를 갖게 할 수 있다.

절연 층(13)은 지지판(5) 상에 배치된다. 절연 층은 투명하거나 반사성일 수 있다. 절연 층(13)은 화소의 벽 사이에서 연장할 수 있다. 그러나 제 2 유체(12)와 절연 층 아래에 배치된 전극 사이의 단락 회로를 피하기 위해, 절연 층은 바람직하게는, 이 도면에서 도시한 바와 같이, 복수의 화소(2) 위에서 연장하고 중단되지 않는 층이다. 절연 층은, 화소(2)의 공간(10)을 향하는 소수성 표면(14)을 갖는다. 절연 층의 두께는 바람직하게는 2㎛ 미만, 더 바람직하게는 1㎛ 미만이다.

절연 층은 소수성 층일 수 있고, 택일적으로는 이 도면에 도시한 바와 같이, 소수성 층(15)과 유전 층(16)일 수 있고, 소수성 층(15)은 공간(10)을 향한다. 소수성 층은 예컨대 AF1600 또는 AF1601 또는 다른 낮은 표면 에너지 폴리머와 같은 무정형 플루오로폴리머(fluoropolymer) 층일 수 있다. 소수성 층의 두께는 바람직하게는 300nm와 800nm 사이이다. 유전 층은 예컨대 200nm의 두께를 갖는 산화실리콘 층이나 질화실리콘 층일 수 있다.

표면(14)의 소수성 특징으로 인해, 제 1 유체(11)는 절연 층(13)에 우선적으로 부착되게 되며, 이는 제 1 유체는 제 2 유체(12)보다 절연 층(13)의 표면에 대해 더 높은 습윤성(wettability)을 갖기 때문이다. 습윤성은 고체 표면에 대한 유체의 상대적 친화성(affinity)에 관한 것이다.

각 화소(2)는 지지판(5) 상에 배치된 전극(17)을 포함한다. 전극(17)은 절연 층(13)에 의해 유체로부터 분리되고, 이웃한 화소의 전극은 비-전도성 층에 의해 분리된다. 다른 층이 절연 층(13)과 전극(17) 사이에 배치될 수 있다. 전극(17)은 어떤 원하는 형상이나 형태일 수 있다. 화소의 전극(17)에는, 이 도면에서 개략적으로 표시한 신호선(18)에 의해 전압 신호가 공급된다. 제 2 신호선(19)이, 전도성 제 2 유체(12)와 접촉 중인 전극에 연결된다. 이 전극은, 모든 화소가 제 2 유체에 의해 유체 방식으로 상호 연결되고, 제 2 유체를 공유하며, 벽에 의해 중단되지 않을 때, 화소들에 공통일 수 있다. 화소(2)는, 신호선(18과 19) 사이에 인가된 전압 V에 의해 제어할 수 있다. 지지판(5) 상의 전극(17)은 디스플레이 구동 시스템에 결합된다. 매트릭스 형태로 배치된 화소를 갖는 디스플레이 장치에서, 전극은 제 1 지지판 상의 제어선 매트릭스에 결합될 수 있다.

제 1 유체(11)는, 화소의 횡단면을 따르는 벽(20)에 의해 한 화소로 갇힌다. 화소의 횡단면은 어떤 형상을 가질 수 있고, 화소가 매트릭스 형태로 배치될 때, 횡단면은 보통 정사각형 또는 직사각형이다. 비록 벽이 지지판(5)으로부터 돌출하는 구조로 도시되어 있지만, 이들 벽은 또한, 친수성 또는 덜 소수성인 층과 같이, 제 1 유체를 반발하는 지지판 상의 표면 층일 수 있다. 벽은 제 1 지지판으로부터 제 2 지지판으로 연장할 수 있지만, 제 1 지지판으로부터 제 2 지지판으로 부분적으로 연장할 수 도 있다. 점선(3 및 4)에 의해 표시한 화소 범위가 벽(20)의 중심부에 의해 한정된다. 점선(21 및 22)에 의해 표시한, 화소 벽 사이의 영역을 디스플레이 영역(23)이라고 부르며, 이 영역 위에서 디스플레이 효과가 발생한다.

전압이 전극 사이에 인가되지 않을 때, 이 도면에서 도시한 바와 같이, 제 1 유체(11)는 벽(20) 사이에서 층을 형성한다. 전압의 인가는, 이 도면에서 점선 형상(24)으로 도시한 바와 같이, 예컨대 벽에 대해 제 1 유체를 수축시킬 것이다. 제 1 유체의 제어 가능한 형상이 화소를 광 밸브로서 동작시키도록 사용되어, 디스플레이 영역(23) 위에 디스플레이 효과를 제공한다.

도 1에 도시한 디스플레이 장치의 실시예에서의 벽(20)은, 본 발명에 따른 소수성 감소 효과를 사용하여 제조되었다. 이 효과는, 도 1의 선(A-A)을 따른 도 2a에서의 평면도와 도 2b에서의 횡단면에서 도시한 패턴 전극 구조에 의해 달성한다. 도 1의 점선(3 및 4)에 대응하는, 도 2a의 중심부의 화소의 범위는 점선(25)으로 표시한다. 전극(17)은 화소를 동작시키는데 사용된다. 전극(26)이 그리드 형태로 이웃한 전극(17) 사이에 배치된다. 전극(17 및 26) 사이의 구역(27 및 28)은 절연 소재로 제조된다. 도 2b는 전극(17 및 26)과 지지판(5)의 횡단면을 도시한다.

디스플레이 장치의 제조 처리 동안, 전극(17 및 26)을 포함하는 패턴 전극 구조가 제 1 지지판(5) 상에 제공된다. 후속하여, 절연 층(13)이 전극 구조 상에 배치된다. 절연 층(13)의 표면(14)이 전도성 유체, 바람직하게는 완성된 디스플레이 장치에서 사용된 제 2 유체와 동일한 전기전도성 또는 극성 유체로 덮인다. 전도성 유체로 충전된 공간을 도 2b에서 참조번호(29)로 표시한다.

본 발명에 따른 표면(14)의 국지적 소수성 감소는, 전극(26)에 연결된 신호선(30)과 공간(29)에서 전도성 유체와 접촉 중인 전극에 연결된 신호선(31) 사이에 전압을 인가하여 이제 달성한다. 전압은 DC이고, 신호선(30)은 바람직하게는 양이다. 전압이 절연 층(13)의 두께를 가로질러 전계를 생성한다. 이 전계는 임계값을 초과해야하며, 이 임계치 초과 시에, 표면(14)의 소수성의 영구 감소가 발생한다. 임계값은, 전도성 유체의 소재뿐만 아니라 절연 층의 두께와 소재에 따라 다르다. 전계는 절연 층의 브레이크다운 유전 세기보다 작아야 한다. 전압은 100V 내지 400V의 범위일 수 있고, 수 초 내지 수 분의 기간 동안 바람직하게는 인가된다. 소수성의 영구 감소는, 예컨대 정전 전압계를 사용하여 절연 층 상에서나 절연 층에서 영구 전하의 존재를 측정함으로써 결정할 수 있다.

소수성이 영구히 감소한 표면(14)의 미리 결정된 영역을 도 2b에서 참조번호(32)로 표시한다. 이 영역의 범위는 전극(26)의 형상과 표유 전계(stray field)에 의해 결정한다. 전극(26)의 공통 폭은 5 내지 15㎛이다. 영역(32)의 폭은, 절연 층의 두께가 1㎛일 때 8 내지 20㎛이다.

영역(32)의 범위는, 차폐 전극을 전극(26)에 이웃하게 그리고 전도성 유체의 전위에서 유지되게 배치함으로써 감소될 수 있다. 도 2b에서 도시한 실시예는 전극(17)을 차폐 전극으로서 사용한다. 여기에, 전극(17)에 연결된 각 화소의 신호선(18)이 신호선(31)과 동일한 전압으로 유지된다. 택일적인 실시예에서, 전극(26)은, 화소의 동작에 사용되지 않는 차폐 전극을 가질 수 있다.

전계를 일시적으로 인가한 후, 도 2a에 도시한 바와 같은 전극(26)의 형상을 가진, 표면(14)의 격자 형상 영역은 감소한 소수성을 갖는다. 도 3은, 낮은 소수성 영역(32)과 이 영역(32)에 의해 에워싸인 원래의 영역(33)을 가진 표면(14)의 평면도를 도시한다. 원래의 영역(33)의 소수성은 전계의 인가에 의해 변경되지 않아왔다. 원래의 영역(33)의 형상은 도 1에서 디스플레이 영역(23)에 대응한다. 바람직하게, 원래의 영역(33)은, 어느 측면 상에서나 예컨대 수 ㎛만큼 디스플레이 영역(23)보다 약간 더 커서, 낮은 소수성 영역(32) 상에서 벽의 작은 오정렬을 수용할 수 있다. 후속한 제조 단계에서, 벽은 낮은 소수성 영역(32) 상에서 배치될 수 있다.

특별한 실시예에서, 원래의 영역(33)은 디스플레이 영역(23)보다 약간 더 작을 수 있어서, 벽 옆에 신장된 영역을 생성할 수 있고, 여기서 소수성이 감소한다. 이 신장된 영역은, 도 5를 참조하여 후술될 바와 같이 제 1 유체를 움직이기 위한 시작점으로서 동작할 수 있다.

벽은 몇 가지 방법에 의해 제조할 수 있다. 제 1 방법에서, 벽은 리소그래피 단계를 사용하여 제조되며, 여기서 도 1의 디스플레이 영역(23)은 래커(lacquer)에 의해 덮이고, 벽이 퇴적될 영역은 덮이지 않는다. 덮이지 않는 영역은 낮은 소수성 영역(32)에 대응한다. 벽은, 스핀 코팅, 딥 코팅, 슬릿 코팅 또는 인쇄 처리와 같은 알려진 퇴적 처리를 사용하여 제조된다. 벽을 도포한 후, 래커는 디스플레이 영역으로부터 제거한다. 벽 아래의 표면(14)의 낮은 소수성이 벽 소재의 절연 층(13)에 대한 접착력을 개선한다.

제 2 방법에서, 벽은 리소그래피를 사용하여 제조되며, 여기서 포토 래커는 벽 소재로 제조된다. 이 방법에서, 래커는 종래의 방법으로 표면(14) 상에 퇴적된다. 다음으로, 래커를 디스플레이 영역(23)으로부터 제거하고, 소재는, 낮은 소수성 영역(32)에 중심을 둔 화소 벽으로 남게 된다.

제 3 방법에서, 벽은 셀프-어셈블리를 사용하여 제조된다. 표면(14)의 원래의 영역(33)과 낮은 소수성 영역(32) 사이의 소수성 차이가 화학적 콘트래스트를 형성한다. 표면(14)은, 벽 소재의 용액 또는 분산(dispersion)을 포함한 액체에 의해 덮인다. 벽 소재는 소수성 표면보다 친수성 표면에 더 높은 접착력을 갖도록 선택한다. 그러므로 벽 소재는 낮은 소수성 영역(32) 쪽으로 이주하며, 여기서 벽을 형성한다. 벽 형성을 완료한 후, 남은 벽 소재를 가진 액체가 제 1 지지판 밖으로 부어지거나, 벽 소재 용액의 용매가 증발하여, 고체 벽 소재가 남는다.

제 1, 제 2 및 제 3 방법에서, 영역(32)의 감소한 소수성은 디스플레이 장치의 사용기간 동안 지속될 수 있다. 택일적으로, 이것은 디스플레이 장치를 제조하는 시간, 바람직하게는 하루 또는 그 이상 동안만 지속될 수 있다.

제 4 방법에서, 벽은 낮은 소수성 영역(32) 자체에 의해 형성된다, 즉 벽은 제로 높이를 갖는다. 영역(32)의 소수성은, 제 1 유체가 디스플레이 영역 위에서 퍼져있을 때와 수축될 때 모두의 경우에, 도 1의 제 1 유체(11)를 디스플레이 영역(23)으로 제한하기에 충분히 낮아야 한다. 영역(32)의 감소한 소수성은 디스플레이 장치의 사용기간 동안 지속되어야 한다.

만약, 반사성 디스플레이에서, 전극(26)이 광반사성 소재로 제조된다면, 벽 소재는 바람직하게는, 시청 측면(8)으로부터 입사한 주위 광을 피하여 전극 상에서 다시 시청 방향으로 반사하여, 디스플레이된 이미지의 콘트래스트를 감소시키도록 불투명하다. 택일적으로, 전극(26)은 ITO와 같은 투명 소재로 제조될 수 있고, 어떤 재반사는, 벽을 통해 투과된 광을 포획하는 제 1 지지판 상에서나 제 1 지지판 뒤에 광-흡수 층을 배치함으로써 더 감소할 수 있다.

벽(20)의 형성 후, 제 1 유체는, 예컨대 국제특허출원 WO2005/098797에서 개시한 바와 같이, 알려진 방법을 사용하여 제 1 지지판(5)에 인가된다. 제 1 및 제 2 지지판은 함께 탑재되며, 공간은 예컨대 국제출원 WO2009/065909에 개시한 바와 같이, 알려진 방식으로 제 2 액체로 충전한다.

각 화소의 전극(17) 상에서 전압을 제어하기 위한 신호선은 도 2a, 도 2b 및 도 3에서 도시하고 있지 않다. 제어선은 국제출원 WO2009/071694에 개시한 바와 같이 배치할 수 있다. 특별한 실시예에서, 신호선은 소수성 감소를 위해 전계를 생성하는데 사용할 수 있다. 도 4는, 예컨대 WO2009/071694로부터 알려져 있는 능동 매트릭스 디스플레이 장치에서 사용된 바와 같이 전극(17), 소스 선(40) 및 게이트 선(41)을 포함하는 전극 구조의 평면도를 도시한다. 소스 및 게이트 선은 제 1 지지판 상에 배치된 얇은 층 스택에서 상이한 높이에서 교차하여, 디스플레이 장치의 동작 동안 선들의 개별 제어를 허용한다. 제조하는 동안, 동일한 높은 전압을 소스 선과 게이트 선 모두에 인가하여 낮은 소수성 영역(32)을 형성한다.

방법의 상기 실시예에서, 전계는, 제 1 지지판 상의 전도성 유체와 제 1 지지판 상에 배치된 전극에 인가된 전압에 의해 생성한다. 택일적으로, 전계는, 제조 처리 동안 제 1 지지판의 후방 측면(9)에 대해 눌려지는 (도 1 참조) 판 상에 배치된 패턴 전극 구조에 의해 생성할 수 있다. 전압이, 표면(14)과 접촉 중인 전도성 유체와 전극 사이에서 인가된다. 이 방법의 공간 해상도는 더 낮고, 영구 충전에 필요한 전압은 지지판의 두께로 인해 상기 실시예들의 방법보다 더 높다.

전계 생성의 다른 방법은, 표면(14)에 대해 눌려진 판 상에 배치된 패턴 전극 구조와, 예컨대 후방 측면(9)에 대해 눌려진 금속판의 형태와 같이, 복수의 화소 위에서 연장하는 전극을 사용하는 것이다. 전압은, 패턴 전극 구조와 후방 측면에 대해 눌려진 전극 사이에 인가된다. 이 방법은 높은 공간 해상도를 갖는다. 후자의 두 방법으로 인해, 제 1 지지판 상에 배치된 전극에 무관하게 낮은 소수성 영역(32)을 형성할 수 있고, 그러한 전극은 화소를 동작시키는데 최적화할 수 있다.

도 5는 제 1 지지판의 다른 실시예의 평면도를 도시한다. 디스플레이 영역(23)은 벽(20)에 의해 에워싸인다. 디스플레이 영역의 구역(51)은 감소한 소수성을 갖는다. 화소 동작 동안, 구역(51)은 제 1 유체(11)의 움직임의 시작점으로 동작한다. 감소한 소수성은 제 2 유체(12)를 표면(14)으로 당겨서, 전압이 전극(17)에 인가되지 않을 때, 영역(51) 위에 더 얇은 제 1 유체 층을 초래한다. 전압이 전극(17)에 인가될 때, 영역(51)의 더 얇은 층은 디스플레이 영역의 다른 구역에서보다 제 1 유체에 더 큰 힘을 일으킬 것이며, 제 1 유체는, 보통 시작점으로 불리는 구역(51)으로부터 멀리 움직이기 시작할 것이다. 구역(51)은 그에 따라 각 화소에서 제 1 유체의 제어된 움직임을 제공하며, 이것은 이미지 품질을 개선한다. 구역(51)은 실질적으로 모든 화소에서 유사한 패턴을 형성한다.

구역(51)은 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된다. 제 1 지지판을 제조하는 동안, 전계가, 상술한 방법 중 하나를 사용하여 절연 영역의 구역(51) 위에 일시적으로 인가된다. 전계는 이 구역의 소수성의 영구 감소를 초래한다. 감소는 디스플레이 장치의 사용기간 동안 지속된다.

도 6은 제 1 지지판의 추가 실시예의 평면도를 도시한다. 화소의 디스플레이 영역(23)은, 낮은 소수성을 갖는 영역(63)에 의해 분리된 높은 소수성을 가진 두 영역(61 및 62)으로 나눠졌다. 영역(63)은 장벽으로 동작하여, 화소는 국제출원 WO2006/090317에서 개시한 바와 같은 쌍안정 소자로서 동작하게 된다.

도 7a는 도 6의 화소의 횡단면을 도시한다. 제 1 지지판(5)과 절연 층(13) 사이에는, 영역(61, 62 및 63)과 각각 동일한 형상을 가진 전극(71, 72 및 73)이 배치되었다. 제 1 유체(11)는, 이 도면에 도시한 바와 같이, 절연 층(13) 상에 장벽 영역(63)에 의해 중단되는 층을 형성할 것이다. 충분히 높은 전압이 전극(71)에 인가될 때, 제 1 유체는 영역(62)쪽으로 움직일 것이고, 도 7b에 도시한 바와 같이 거기에서 축적될 것이다. 전극(71) 상의 전압이 스위치 오프될 때, 장벽 영역(63)은 제 1 유체를 도 7b의 구성으로 유지하여, 전압 인가 없이도 안정된 디스플레이 상태를 생성할 것이다. 도 7a의 구성은, 전압을 전극(72)에 인가하여, 제 1 유체를 영역(61)으로 강제함으로써 다시 얻을 수 있다. 전압 레벨은, 영역(62)에 일부 제 1 유체가 남아 있거나 제 1 유체가 전혀 남아 있지 않은지를 결정한다. 쌍안정 컬러 디스플레이는, 이 실시예를 컬러 필터를 가진 하나 이상의 서브-픽셀에서의 본 발명에 따른 장벽과 결합함으로써 얻을 수 있다. 바람직한 실시예에서, 각 서브-픽셀은 실질적으로 동일한 장벽 패턴을 가질 것이다. 다른 실시예에서, 쌍안정 컬러 디스플레이는, 예컨대 북 모바일 디스플레이 18장: 기술 및 적용, ISBN 978-0-470-72374-6(Wiley)에서 기재된 바와 같이, 상이한 컬러를 각각 갖고 쌓여 있는 복수의 제 1 유체 층을 갖는 디스플레이 장치에서 본 발명에 따른 장벽을 사용함으로써 제조할 수 있다.

장벽 영역(63)은, 제조 동안에 높은 전압을 전극(73)에 인가하는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된다. 장벽 영역은 국제출원 WO2006/090317에 도시한 바와 같이 상이한 구성을 가질 수 있다. 화소는 이 출원에 개시한 몇 가지 모드로 동작할 수 있다.

상기 실시예들은 본 발명의 예시적인 예로서 이해되어야 한다. 본 발명의 추가 실시예들을 생각해 볼 수 있다. 예컨대, 낮은 소수성 영역은 화소가 아닌 전기습윤 소자에 사용할 수 있다. 이것은 소수성을 감소시켜 벽과 같은 층을 소수성 표면 상에 부착하는데 사용할 수 있다. 이것은 또한, 예컨대 장벽이나 시작점으로서 동작함으로써 제 1 유체의 움직임을 제어하는데 사용할 수 있다. 낮은 소수성 영역은 조리개, 셔터 또는 렌즈와 같은 전기습윤 소자에 사용할 수 있다.

어느 한 실시예와 관련해 기술한 어느 특성이 단독으로 또는 기술한 다른 특성과 조합하여 사용할 수 있음과, 실시예 중 어느 다른 실시예 또한 실시예 중 어느 다른 실시예의 어느 조합의 하나 이상의 특성과 조합하여 사용할 수 도 있음을 이해해야 한다. 나아가, 상기에서 기술하지 않은 등가 특성 및 변경 특성을, 수반하는 청구범위에 한정한 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 사용할 수 도 있다.

Claims (15)

1. 복수의 화소와, 제 1 지지판 및 제 2 지지판을 포함하는 전기습윤 디스플레이 장치를 제조하는 방법으로서,
   상기 복수의 화소 중 각 화소는 상기 제 1 지지판과 상기 제 2 지지판 사이의 공간을 포함하며, 상기 방법은:
   상기 제 1 지지판에 전극 구조를 제공하는 단계;
   두께와 상기 공간을 향하는 표면을 갖는 절연 층을 상기 전극 구조 상에 배치하는 단계 - 상기 표면은 소수성임 -;
   상기 표면의 미리 결정된 영역의 소수성을 영구히 감소시키기 위해 상기 절연 층의 두께를 가로질러 전계를 일시적으로 인가하는 단계를 포함하는, 전기습윤 디스플레이 장치 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 미리 결정된 영역은 실질적으로 상기 복수의 화소 모두에서 유사한 패턴을 갖는, 전기습윤 디스플레이 장치 제조 방법.
3. 청구항 1에 있어서, 전기전도성 또는 극성 중 적어도 하나인 유체를 상기 절연 층 상에 배치하는 단계를 포함하고,
   전계를 일시적으로 인가하는 상기 단계는, 상기 전극 구조와 상기 유체 사이에 상기 전계를 인가하는 단계를 포함하는, 전기습윤 디스플레이 장치 제조 방법.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 전극 구조는 전계를 인가하기 위한 적어도 하나의 전극과, 상기 복수의 화소 중 화소를 동작시키기 위한 적어도 하나의 전극을 포함하거나, 상기 전극 구조는 전계를 인가하고 또한 상기 복수의 화소 중 화소를 동작시키기 위한 적어도 하나의 전극을 포함하는, 전기습윤 디스플레이 장치 제조 방법.
5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, 전계를 일시적으로 인가하는 상기 단계는, 상기 전극 구조와 상기 유체 사이에 전압을 인가하는 단계를 포함하고, 상기 전극 구조의 전압은 상기 유체의 전압보다 더 높은, 전기습윤 디스플레이 장치 제조 방법.
6. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, 상기 전극 구조의 전극은 이웃한 차폐 전극을 갖는, 전기습윤 디스플레이 장치 제조 방법.
7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미리 결정된 영역 상에 벽들을 배치하는 단계를 포함하는, 전기습윤 디스플레이 장치 제조 방법.
8. 복수의 화소와, 제 1 지지판 및 제 2 지지판을 포함하는 전기습윤 디스플레이 장치로서,
   상기 복수의 화소 중 각 화소는:
   상기 제 1 지지판과 상기 제 2 지지판 사이의 공간 - 상기 공간은 제 1 유체와, 전기전도성 또는 극성 중 적어도 하나인 제 2 유체를 포함하며, 상기 제 1 유체는 상기 제 2 유체와 혼합되지 않음 - 과,
   상기 제 1 지지판 상에 배치되는 전극 구조와,
   상기 전극 구조 상에 배치되며 상기 공간을 향하는 표면을 가지는 절연 층 - 상기 표면은 소수성 영역 및 상기 소수성 영역과 비교하여 감소한 소수성의 미리 결정된 영역을 포함하며, 상기 미리 결정된 영역은 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 방법을 사용하여 생성됨 - 을 포함하는, 전기습윤 디스플레이 장치.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 미리 결정된 영역은 영구 전하를 반송하는, 전기습윤 디스플레이 장치.
10. 청구항 8에 있어서, 상기 미리 결정된 영역은 실질적으로 상기 복수의 화소 모두에서 유사한 패턴을 갖는, 전기습윤 디스플레이 장치.
11. 청구항 10에 있어서, 상기 패턴은 상기 복수의 화소 중 각 화소의 형상에 대응하고, 상기 복수의 화소 중 각각의 화소에 대해, 상기 제 1 유체를 상기 화소의 공간으로 가두는, 전기습윤 디스플레이 장치.
12. 청구항 10에 있어서, 상기 패턴은 상기 복수의 화소 중 각 화소의 형상에 대응하고, 벽들이 상기 미리 결정된 영역 상에 배치되고, 상기 복수의 화소 중 각각의 화소에 대해, 상기 벽들은 상기 제 1 유체를 상기 화소의 공간으로 가두는, 전기습윤 디스플레이 장치.
13. 청구항 8에 있어서, 상기 미리 결정된 영역은 상기 복수의 화소 중 각 화소에서의 시작점에 대응하는, 전기습윤 디스플레이 장치.
14. 청구항 8에 있어서, 상기 미리 결정된 영역은 상기 복수의 화소 중 각 화소 내에서 상기 제 1 유체에 대한 장벽에 대응하는, 전기습윤 디스플레이 장치.
15. 전기습윤 소자와, 제 1 지지판 및 제 2 지지판을 포함하는 전기습윤 장치에서 감소한 소수성의 영역을 이용하는 방법으로서,
    상기 전기습윤 소자는:
    상기 제 1 지지판과 상기 제 2 지지판 사이의 공간 - 상기 공간은 제 1 유체와, 전기전도성 또는 극성 중 적어도 하나인 제 2 유체를 포함하고, 상기 제 1 유체는 상기 제 2 유체와 혼합되지 않음 - 과,
    상기 제 1 지지판 상에 배치된 전극 구조와,
    상기 전극 구조 상에 배치되고 상기 공간을 향하는 표면을 갖는 절연 층 - 상기 표면은 소수성 영역 및 감소한 소수성의 영역을 포함함 - 을 포함하고,
    상기 감소한 소수성의 영역은, 상기 표면의 미리 결정된 영역의 소수성을 영구히 감소시키기 위해 상기 절연 층의 두께를 가로질러 일시적으로 전계를 인가함으로써 생성되어지며,
    상기 이용 방법은 상기 제 1 유체 및 제 2 유체의 움직임의 제어이거나 층의 절연 층 상으로의 접착인, 이용 방법.

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