KR101896703B1

KR101896703B1 - 전기 습윤 표시 장치 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101896703B1
Application number: KR1020120016452A
Authority: KR
Inventors: 최병석; 백승진; 이지은; 홍왕수
Original assignee: 리쿠아비스타 비.브이.
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2018-10-04
Also published as: KR20130095050A; US20130215491A1; US8922871B2

Abstract

본 발명은 역테이퍼 구조를 가지는 격벽을 사용하여 형성된 전기 습윤 표시 장치로서 발수층이 격벽의 측벽을 따라서 상승하는 정도를 감소시키며, 그에 따라서 흑색 오일층이 불균일하게 필링되지 않도록 한다. 또한, 빛이 새더라도 격벽의 상부면의 폭이 넓으므로 이를 가릴 수 있어 표시 품질이 향상된다. 또한, 격벽 형성 후에 다시 발수층을 추가로 형성하여 발수층에 격벽의 잔사가 남지 않고, 발수층의 소수성 특성이 저하되지 않도록 한다.

Description

전기 습윤 표시 장치 및 그 제조 방법{ELECTROWETTING DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 전기 습윤 표시 장치 및 그 제조 방법에 대한 것이다.

현재 알려져 있는 평판 표시 장치에는 액정 표시 장치(liquid crystal display: LCD), 플라스마 표시 장치(plasma display panel: PDP), 유기 전계 발광 표시 장치(organic light emitting display: OLED), 전계 효과 표시 장치(field effect display: FED), 전기 영동 표시 장치(eletrophoretic display: EPD), 전기 습윤 표시 장치(electrowetting display: EWD) 등이 있다.

이들 중 전기 습윤 표시 장치는 전해질인 물(water)안에 오일(oil)의 이동을 조절하여 화소 내에서 계조를 표현한다. 이러한 전기 습윤 표시 장치는 편광판을 사용하지 않는 셔터 방식의 표시 장치이므로 투과율이 좋고 전압에 따른 감마 특성이 선형(linear)으로 나타난다. 또한, 반사형이나 투과형으로 형성할 수 있어 표시 장치가 사용되는 환경에 적합한 형태로 제작할 수 있으며, 반사형의 경우 백라이트를 사용하지 않을 수도 있다.

전기 습윤 표시 장치는 액정 표시 장치 등의 다른 평판 표시 장치와 같이 TFT를 형성하는 공정을 그대로 사용하지만, 그 위에는 물(Water)과 오일(Oil)을 채우는 필링(filling) 공정을 필요로 한다. 전기 습윤 표시 장치가 정상 동작하기 위해서는 오일의 아래에 위치한 층은 소수성을 가지는 발수층이 형성되어야 하는데, 발수층에는 격벽과 같은 친수성의 층을 형성하는데 어려움이 있다. 이에 격벽을 형성하기 위해서는 발수층에 친수 처리(reactive ion etching(RIE) 처리)를 하여야 한다. 격벽이 형성된 후에는 오일을 채우고 전기 습윤 표시 장치를 동작시키기 위하여 발수층을 다시 소수성을 가지도록 열적 리플로우(thermal reflow)를 진행하여야 한다. 이와 같이 형성된 발수층에는 격벽 재료의 잔사가 남아 있는 문제가 있다.

또한, 도 7에서 도시한 바와 같이 발수층 물질(AF1600; 듀퐁사 상품명)은 리플로우 공정중에 모관력(capillary force)에 의하여 격벽의 벽을 타고 올라가는 현상이 발생한다. 이와 같이 발수층이 격벽 부분에서 높게 형성되면, 이 부분은 오일이 얇게 덮이게 되어 빛이 새는 문제가 발생한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 발수층의 특성이 저하됨이 없으며, 발수층이 격벽의 벽을 타고 올라가더라도 해당 부분에서 빛이 새지 않는 전기 습윤 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.

이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치는 하부 기판, 상기 하부 기판 위에 형성되어 있는 화소 전극, 상기 화소 전극 위에 형성되어 있는 하부 발수층, 상기 하부 발수층 위에 형성되어 있는 격벽, 및 상기 격벽과 격벽 사이이며, 상기 상부 발수층위에 위치하는 흑색 오일층을 포함하며, 상기 격벽은 역테이퍼 구조를 가지는 측벽을 포함한다.

상기 격벽은 개구부를 가지는 매트릭스 형태로 형성되며, 하부면의 넓이가 상부면의 넓이보다 작을 수 있다.

상기 격벽은 블랙 색소를 함유하는 유기막으로 형성되어 있을 수 있다.

상기 하부 발수층은 상기 격벽의 측벽을 따라서 상측으로 돌출된 상승부를 가질 수 있다.

상기 격벽은 역테이퍼 구조의 측벽으로 인하여 상기 격벽 주변에서 발생하는 빛샘을 막거나 상기 하부 발수층 또는 상기 상부 발수층의 상승부를 가릴 정도로 형성되어 있을 수 있다.

상기 격벽과 격벽 사이이며, 상기 하부 발수층 위에 형성되어 있는 상부 발수층을 더 포함할 수 있다.

상기 하부 발수층 또는 상기 상부 발수층은 상기 격벽의 측벽을 따라서 상측으로 돌출된 상승부를 가질 수 있다.

상기 상부 발수층은 모관력에 의하여 상기 격벽의 벽을 타고 올라가면서 상기 상승부가 형성되거나 상기 하부 발수층의 상승부 위에 형성되면서 상기 상승부가 형성될 수 있다.

상기 격벽의 상기 측벽이 가지는 역테이퍼 구조로 인하여 상기 흑색 오일층이 상기 격벽과 접촉하기 용이하지 않아 상기 흑색 오일층의 동작이 원활할 수 있다.

상부 기판; 및 상기 상부 기판의 아래에 형성된 블랙 매트릭스를 더 포함하며, 상기 블랙 매트릭스는 상기 격벽에 대응하는 위치에 형성되며, 상기 격벽의 상부면보다 넓을 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 제조 방법은 기판 위에 화소 전극을 형성하는 단계; 상기 화소 전극 위에 하부 발수층을 형성하는 단계; 상기 하부 발수층 위에 역테이퍼의 측벽을 가지는 격벽을 형성하는 단계; 상기 격벽과 격벽 사이이며, 상기 하부 발수층의 위에 상부 발수층을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 격벽을 형성하는 단계는 상기 하부 발수층에 RIE 처리를 하여 소수성 특성을 친수성 특성으로 변경하는 단계; 블랙 색소를 함유하는 유기막과 포토 레지스터를 적층한 후 마스크로 포토 레지스터를 노광하고 현상하여 포토 레지스터 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토 레지스터 패턴 및 상기 유기막을 습식 식각하여 언더컷이 발생하도록 하여 역테이퍼 구조를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 식각된 격벽 패턴을 고온에서 하드 베이크 하는 단계를 더 포함하며, 상기 하부 발수층은 하드 베이크 공정으로 유동성을 가지면서 모관력에 의하여 격벽의 측벽을 타고 올라가 상승부가 형성될 수 있다.

상기 격벽이 형성된 단계 이후에 상기 하부 발수층을 리플로우 공정을 통하여 친수성 특성을 다시 소수성 특성으로 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 상부 발수층을 형성하는 단계는 잉크젯 방식으로 상기 격벽의 개구부 영역에만 형성할 수 있다.

상기 상부 발수층은 잉크젯 방식으로 분사된 소수성 절연 물질이 모관력에 의하여 상기 격벽의 벽을 타고 올라가면서 상승부를 형성할 수 있다.

상기 하부 발수층 또는 상기 상부 발수층은 상기 격벽 주변에 상승부가 형성되어 있으며, 상기 역테이퍼의 측벽은 상기 격벽 주변에서 발생하는 빛샘을 막거나 상기 하부 발수층 또는 상기 상부 발수층의 상승부를 가릴 정도로 형성할 수 있다.

상기 상부 발수층을 형성하는 단계 이후에, 상기 격벽과 격벽 사이이며, 상기 소액성층의 위에는 흑색 오일층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상부 기판의 아래에 형성된 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 블랙 매트릭스는 상기 격벽에 대응하는 위치에 형성되며, 상기 격벽의 상부면보다 넓게 형성할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치는 격벽이 역테이퍼 형상을 가져, 격벽의 벽을 타고 올라가는 부분을 격벽의 상부가 가려 빛이 새지 않도록 한다. 또한, 격벽의 형성 후에 다시 발수층을 추가로 형성하여 발수층에 격벽의 잔사가 남지 않고, 발수층의 소수성 특성이 저하되지 않도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 단면을 확대 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 제조 단계 별 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 단면도이다.
도 7은 격벽을 타고 올라온 격벽층을 찍은 사진이다.
도 8은 전압에 따라 동작하는 오일층의 히스테리시스를 도시한 그래프이다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1을 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치는 투과형 전기 습윤 표시 장치로서, 화소 전극(190)이 형성되어 있는 하부 기판(110), 하부 기판(110)과 대향하며 공통 전극(270)이 형성되어 있는 상부 기판(210), 하부 기판(110)과 상부 기판(210) 사이에 위치하는 전기 광학층(310, 320)을 포함한다. 하부 기판(110)에는 복수의 개구부(355; 격벽과 격벽 사이의 공간)를 가지며 역테이퍼 구조로 형성된 격벽(350)이 형성되어 있으며, 전기 광학층(310, 320)은 격벽(350)의 개구부 내부에 배치되어 있는 흑색 오일층(310)과 격벽(350), 흑색 오일층(310) 및 공통 전극(270) 사이에 위치하는 수용액층(320)을 포함한다.

하부 기판(110) 및 상부 기판(210)은 유리 기판, 플라스틱 또는 유리 섬유 강화 플라스틱(FRP, glass fiber reinforced plastic)으로 이루어지는 가요성(flexible) 기판일 수 있다.

하부 기판(110) 위에 일 방향으로 뻗어 있는 복수의 게이트선에 연결된 게이트 전극(124)이 형성되어 있다. 게이트선 및 게이트 전극(124) 위에는 질화 규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.

게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon) 따위로 이루어진 반도체층(154)이 형성되어 있다. 반도체층(154)은 박막 트랜지스터의 채널을 이룬다. 게이트 절연막(140) 및 반도체층(154) 위에는 데이터선과 드레인 전극(175)이 형성되어 있다. 데이터선은 게이트선에 수직하는 방향으로 뻗어 게이트선과 교차하며 각 데이터선에서 뻗어 나온 가지는 소스 전극(173)을 이룬다. 한 쌍의 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)은 각각 반도체층(154)의 위에 적어도 일부분 위치하고, 서로 분리되어 있으며 게이트 전극(124)에 대하여 서로 반대쪽에 위치한다.

반도체층(154)과 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 사이에는 저항성 접촉 부재가 위치하여 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 줄 수 있다.

소스 전극(173), 드레인 전극(175), 반도체층(154) 및 게이트 절연막(140) 위에는 산화 규소 또는 질화 규소 등의 절연 물질 또는 유기 물질로 이루어진 보호막(180)이 형성되어 있다.

보호막(180) 위에는 컬러 필터(230)가 형성되어 있다. 컬러 필터(230)는 특정 파장만 투과시키는 안료로 형성되거나 양자점(quantum dot, semiconductor nanocrystal) 물질로 형성될 수도 있다. 양자점 물질은 수 나노 크기의 결정 구조를 가진 반도체 물질로서, 수백에서 수천 개 정도의 원자로 구성되어 있고, 크기가 매우 작기 때문에 단위 부피당 표면적이 넓고, 양자 구속(quantum confinement) 효과 등을 나타낸다. 따라서 반도체 물질 자체의 고유한 특성과는 다른 독특한 물리화학적 특성을 나타낸다.

한편, 색 표시를 구현하기 위해서는 각 화소(PX)가 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시하거나(공간 분할) 각 화소(PX)가 시간에 따라 번갈아 기본색을 표시하게(시간 분할) 하여 이들 기본색의 공간적, 시간적 합으로 원하는 색상이 인식되도록 한다. 기본색의 예로는 적색, 녹색, 청색 등 삼원색을 들 수 있다.

컬러 필터(230)의 위에는 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 따위의 투명한 도전 물질로 만들어지는 화소 전극(190)이 형성되어 있다.

보호막(180) 및 컬러 필터(230)에는 드레인 전극(175)를 노출하도록 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다. 화소 전극(190)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있다.

화소 전극(190) 위에는 하부 발수층(90)이 형성되어 있으며, 하부 발수층(90)은 소수성을 가지는 절연 물질(일 예로 듀퐁사의 AF1600이 있음)로 형성된다.

하부 발수층(90) 위에는 격벽(350)이 형성되어 있다. 격벽(350)은 개구부를 가지는 매트릭스 형태로 형성되며, 측벽이 역테이퍼 구조로 형성되어 격벽(350)의 하부면의 넓이가 상부면의 넓이보다 작다. 또한, 격벽(350)은 블랙 색소를 함유하는 유기막으로 형성되어 있다.

격벽(350)의 개구부의 사이이며, 하부 발수층(90)의 위에는 상부 발수층(91)이 형성되어 있다. 상부 발수층(91)도 하부 발수층(90)과 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 소수성을 가지는 절연 물질(일 예로 듀퐁사의 AF1600이 있음)로 형성된다.

개구부 및 상부 발수층(91)의 위에는 흑색 오일층(310)이 형성되어 있다.

한편, 상부 기판(210)의 아래면에는 일체로 형성된 공통 전극(270)이 형성되어 있다.

한편, 격벽(350) 및 흑색 오일층(310)과 공통 전극(270) 사이에는 수용액층(320)이 형성되어 있다. 수용액층(320)은 흑색 오일층(310)과 썩이지 않는다.

화소 전극(190)과 공통 전극(270) 사이에 전계가 형성되지 않은 화소에는 수용액층(320)의 표면 장력이 변화되지 않으므로 흑색 오일층(310)은 해당 화소 전체를 덮고 있다. 따라서, 하부로부터 입사되는 광이 상부로 방출되지 않아 흑색을 표시하게 된다.

반면, 화소 전극(190)과 공통 전극(270) 사이에 전계가 형성된 화소에는 수용액층(320)의 표면 장력이 변화되므로 흑색 오일층(310)을 압축시켜 해당 화소를 개방시킬 수 있다. 따라서, 하부로부터 입사되는 광이 상부로 방출되며, 화소는 컬러 필터(230)에 따른 색상을 표시하게 된다.

실시예에 따라서는 컬러 필터(230)는 생략할 수 있으며, 본 발명에 의한 평판 표시 장치가 컬러 필터(230)를 포함하지 않는 경우 화소는 흑백 계조를 표시하게 되고, 따라서 흑백 표시 장치로 이용될 수 있다.

격벽(350)과 상부 및 하부 발수층(90, 91)을 보다 상세하게 살펴보기 위하여 도 2를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 단면을 확대하여 살펴본다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 단면을 확대 도시한 도면으로, 하부 기판(110)만을 중심으로 확대하고 도시하고 있다.

도 2에서는 하부 기판(110)상에 형성된 박막 트랜지스터(게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극 및 반도체층)는 생략하며, 화소 전극(190)위의 구조만을 중심으로 도시한다.

하부 기판(110) 위에는 화소 전극(190)이 형성되어 있다. 도 2에서는 화소 전극(190)이 일체로 형성된 것으로 도시하고 있지만, 실제로는 화소 별로 전기적으로 분리되어 있는데, 도 2는 화소 전극(190)이 형성된 층을 간략하게 도시한 것이므로 각 화소 전극 별로 경계를 도시하지 않았다.

화소 전극(190)의 위에는 하부 발수층(90)층이 형성되어 있으며, 그 위에는 격벽(350)이 형성되어 있다. 하부 발수층(90)은 소수성을 가져 격벽(350)을 형성하기 위하여는 하부 발수층(90)에 RIE(reactive ion eching) 처리가 필요하다.

격벽(350)은 개구부를 가지는 매트릭스 형태로 형성되며, 측벽이 역테이퍼 구조로 형성되어 격벽(350)의 하부면의 넓이가 상부면의 넓이보다 작다. 또한, 격벽(350)은 블랙 색소를 함유하는 유기막으로 형성되어 있다.

격벽(350)의 개구부이며, 하부 발수층(90)의 위에는 상부 발수층(91)이 형성되어 있다. 상부 발수층(91)은 격벽(350)의 개구부 내에만 형성되어야 하므로 잉크젯 방식으로 해당 위치에만 소수성 절연 물질을 위치시키고 형성한다. 이 때 모관력(capillary force)에 의하여 도 2에서 도시한 바와 같이 격벽(350)의 벽을 타고 올라가면서 상측으로 돌출된 구조를 가지는 부분(이하 상승부라 함)이 형성되어 있다. 한편, 도 2에서는 상부 발수층(91)만이 격벽(350)의 벽을 타고 오르는 구조를 가지는 것으로 도시되어 있지만, 하부 발수층(90)이 격벽(350)을 타고 오르면서 상승부가 형성되고, 그 위에 형성된 상부 발수층(91)도 이에 따라서 격벽을 타고 오르는 상승부를 가질 수도 있다.

격벽(350)이 가지는 역테이퍼의 각도는 상부 및 하부 발수층(90)이 격벽을 타고 올라오는 정도에 따라서 정해질 수 있다. 즉, 상부 및 하부 발수층(90)이 격벽을 타고 올라오면서 해당 부분에 흑색 오일층(310)이 얇게 덮이면서 빛이 새는 문제가 발생할 수 있는데, 이를 가릴 수 있을 정도의 역테이퍼 각도를 가질 수 있다. 특히 도 1의 실시예에서는 상부 기판(210)에 블랙 매트릭스를 형성하고 있지 않아 격벽(350)이 빛이 새는 것을 막을 필요가 있다.

이하의 도 3 내지 5를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 제조 방법에 대하여 순차적으로 살펴본다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 제조 단계 별 단면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 제조 방법을 도시한 순서도이다.

도 3에서 도시한 바와 같이, 하부 기판(110) 위에 ITO 또는 IZO와 같은 투명한 도전 물질로 화소 전극(190)을 형성한다. 화소 전극(190) 위에는 소수성 절연 물질로 하부 발수층(90)을 형성한다.

그 후, 도 4에서 도시하고 있는 바와 같이 블랙 색소를 함유하는 유기막으로 격벽(350)을 형성한다.

먼저 격벽(350)을 형성하기 위하여는 하부 발수층(90)에 RIE(reactive ion etching) 처리를 통하여 소수성 특성을 친수성 특성으로 변경한다. 그 후, 블랙 색소를 함유하는 유기막과 포토 레지스터를 적층한 후 마스크로 포토 레지스터를 노광하고 현상하여 포토 레지스터 패턴을 형성한 후 습식 식각하여 언더컷이 발생하도록 하여 역테이퍼 구조를 가지는 격벽(350)을 형성할 수 있다. 실시예에 따라서는 건식 식각을 통하여도 형성할 수 있다.

격벽(350)을 완성하기 위해서는 식각된 격벽(350) 패턴을 고온에서 하드 베이크(hard bake)하여야 하는데, 이미 형성되어 있는 하부 발수층(90)이 고온에서 유동성을 가지면서 모관력(capillary force)에 의하여 격벽(350)의 벽을 타고 올라가는 현상이 발생할 수 있다. 다만, 격벽(350)의 측벽이 역테이퍼져 있으므로 격벽(350)을 타고 올라가는 정도가 상대적으로 작다.

그 후, 도 2에서 도시하고 있는 바와 같이 격벽(350)의 개구부이며, 하부 발수층(90)의 위에 상부 발수층(91)을 형성한다. 상부 발수층(91)은 격벽(350)의 상부면에는 형성되지 않도록 하기 위하여 잉크젯 방식으로 격벽(350)의 개구부 영역에만 형성한다. 상부 발수층(91)은 격벽(350)의 개구부 내에만 형성되어야 하므로 잉크젯 방식으로 해당 위치에만 소수성 절연 물질을 위치시키고 형성한다. 이 때 모관력(capillary force)에 의하여 도 2에서 도시한 바와 같이 격벽(350)의 벽을 타고 올라가면서 상측으로 돌출된 구조를 가지는 부분(이하 상승부라 함)이 형성되어 있다. 한편, 하부 발수층(90)이 격벽(350) 주변에서 상승부를 형성하고, 그 위에 상부 발수층(91)이 형성되면서 상승부를 가질 수도 있다.

하부 발수층(90)은 격벽(350)을 형성하기 위하여 친수성으로 바뀐 상태이지만, 상부 발수층(91)은 소수성의 절연 물질로 형성된 후 RIE 처리가 진행되지 않으므로 소수성을 그대로 유지한다. 실시예에 따라서는 하부 발수층(90)에 리플로우 공정을 수행하여 소수성으로 변경하는 단계를 더 수행할 수도 있다. 하부 발수층(90)은 상부 발수층(91)의 접착력을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다.

또한, 격벽(350) 형성시 잔사가 남는 경우에도 상부 발수층(91)이 이를 덮게 되므로 상부 발수층(91)과 흑색 오일층(310) 사이에 불순물이 존재하지 않게 되어 흑색 오일층(310)의 동작 특성이 저하되지 않는다.

하부 발수층(90) 및/또는 상부 발수층(91)이 격벽(350)에 인접하여 상측으로 돌출된 상승부에는 흑색 오일층(310)이 얇게 형성될 수 밖에 없어 빛이 누설될 수 있다. 하지만, 격벽(350)이 역테이퍼 진 구조를 가지므로 격벽(350)의 상부면이 빛샘을 막아 전기 습윤 표시 장치의 블랙 휘도가 상승하지 않도록 한다. 즉, 격벽(350)의 역테이퍼 정도는 상부 및 하부 발수층(90, 91)의 상승부에서 빛이 새는 것을 막을 수 있을 정도로 형성되며, 특히, 상부 기판(210)에 블랙 매트릭스가 형성되지 않는 경우에는 더욱 그러하다. 격벽(350)의 역테이퍼 구조가 빛샘을 막지 못하는 경우에는 적어도 하부 및 상부 발수층(90, 91)의 상승부를 가리를 정도로 형성될 수도 있다. 이때에는 별도의 블랙 매트릭스가 형성될 수 있다.

도 5에서는 이상의 제조 방법을 보다 간편하게 순서도로 도시하고 있다.

화소 전극(190)위에 소수성 절연 물질로 발수층을 1차 코팅하여 하부 발수층(90)을 형성한다. (S10) 그 후 하부 발수층(90)을 RIE 처리를 하여 친수성 특성을 가지도록 한다. (S20) 그 후 하부 발수층(90)위에 격벽(350)을 형성하며, 격벽(350)은 역테이퍼진 측벽을 가지며 개구부를 가지는 매트릭스 형태로 형성한다. (S30) 격벽(350)을 역테이퍼로 형성하는 방법은 다양할 수 있는데, 본 실시예에서는 블랙 색소를 함유하는 유기막과 포토 레지스터를 적층한 후 마스크로 포토 레지스터를 노광하고 현상하여 포토 레지스터 패턴을 형성한 후 습식 식각하여 역테이퍼 구조를 가지는 격벽(350)을 형성한다. 그 후 하드 베이크를 통하여 격벽(350)을 완성한다. 이 때, 하부 발수층(90)이 격벽(350)의 벽을 타고 올라가는 현상이 발생할 수 있다. 다만, 격벽(350)의 측벽이 역테이퍼져 있으므로 격벽(350)을 타고 올라가는 정도가 상대적으로 작다.

그 후, 격벽(350)의 개구부이며, 하부 발수층(90)의 위에 소수성 절연 물질을 2차 코팅하여 상부 발수층(91)을 형성한다. (S40) 상부 발수층(91)은 격벽(350)의 상부면에는 형성되지 않도록 하기 위하여 잉크젯 방식으로 격벽(350)의 개구부 영역에만 형성한다. 이 때 모관력(capillary force)에 의하여 상부 발수층(91)이 격벽(350)의 벽을 타고 올라가면서 상측으로 돌출된 상승부가 형성되어 있다. 또한, 하부 발수층(90)이 격벽(350) 주변에서 상승부를 이미 형성한 경우에는 상부 발수층(91)이 하부 발수층(90)의 상승부 위에 형성되면서 상승부를 가질 수도 있다.

그 후, 격벽(350)의 사이이며, 상부 발수층(91)의 위에 흑색 오일층(310)을 필링(filling) 하는 단계를 수행한다.

이상과 같이 격벽(350)을 역테이퍼 형상으로 형성하여, 격벽(350) 부근에서 발생하는 빛샘 현상을 제거할 수 있다. 뿐만 아니라 격벽(350)이 형성된 후에 상부 발수층(91)을 형성하여 소수성 특성이 저하되지 않은 막이 흑색 오일층(310)과 접촉하여 동작 특성을 좋게 하며, 격벽(350) 형성시 잔사가 남더라도 그 위에 상부 발수층(91)이 형성되어 흑색 오일층(310)의 동작 특성이 저하되지 않는다.

도 1의 실시예에서는 상부 기판(210)에 공통 전극(270)만 형성된 실시예를 기술하고 있다. 하지만, 역테이퍼진 격벽(350)만으로도 빛샘을 막기 어려운 경우에는 상부 기판(210)에 블랙 매트릭스(220)를 더 포함할 수 있는데, 이에 대해서는 도 6을 통하여 살펴본다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 단면도이다.

도 6은 도 1과 달리 상부 기판(210)에 블랙 매트릭스(220)가 형성되어 있다. 즉, 상부 기판(210)의 아래에 개구부를 가지는 블랙 매트릭스(220)가 형성된다. 블랙 매트릭스(220) 및 상부 기판(210)의 아래에는 평탄화막(250)이 형성되며, 평탄화막(250)의 아래에 공통 전극(270)이 형성되어 있다.

블랙 매트릭스(220)는 격벽(350)에 대응하는 위치에 형성되며, 격벽(350)의 상부면보다 넓게 형성된다. 그 결과 격벽(350)의 주변에서 발생하는 빛샘을 막는다. 또한, 블랙 매트릭스(220)는 박막 트랜지스터 등 화상을 표시하지 않는 영역도 가린다.

도 6의 실시예에서는 블랙 매트릭스(220)가 형성되어 있으므로 격벽(350)이 반드시 격벽(350)주변의 빛샘을 막을 필요는 없다. 이때, 격벽(350)은 역테이퍼 구조가 하부 및 상부 발수층(90, 91)의 상승부를 가릴 정도로 형성될 수 있다.

도 6에서는 하부 기판(110)의 보호막(180)위에 컬러 필터(230)가 위치하고 있는 구조를 도시하고 있지만, 실시예에 따라서는 컬러 필터(230)가 상부 기판(210)의 블랙 매트릭스(220)의 개구부 사이이며, 평탄화막(250)의 위에 위치할 수도 있다.

이하에서는 도 7 및 도 8을 통하여 역테이퍼 진 격벽(350)의 특성에 대하여 살펴본다.

먼저 도 7을 살펴본다.

도 7은 격벽을 타고 올라온 격벽층을 찍은 사진이다.

도 7의 격벽은 역테이퍼 진 격벽이 아니며, 발수층인 AF1600이 격벽의 측벽을 따라서 상승부가 형성되는 것이 도시되어 있다.

하지만, 본 발명의 실시예와 같이 격벽이 역테이퍼 지는 경우에는 발수층이 용이하게 격벽의 측벽을 타기 어려워 상승부가 상대적으로 작을 수 밖에 없어 흑색 오일층이 상대적으로 균일하게 배치될 수 있고, 빛샘 현상이 줄어든다. 만약 빛샘 현상이 발생하더라도 본 발명의 실시예에서는 격벽이 역테이퍼 구조를 가져 격벽의 상부면이 빛샘을 차단할 수 있다.

이하의 도 8에서는 본 발명의 실시예에 따른 역테이퍼 구조의 또 다른 특성을 살펴본다.

도 8은 전압에 따라 동작하는 오일층의 히스테리시스를 도시한 그래프이다.

일반적으로 흑색 오일층(310)은 격벽(350)과 붙어있는 경우와 떨어져 있는 경우가 서로 다른 동작 특성을 가진다. 즉, 흑색 오일층(310)이 격벽(350)과 붙어있는 경우에는 도 8의 경로 1과 같이 문턱 전압(Vth)이 존재하여 문턱 전압 이하의 전압이 인가되어야만 격벽(350)으로부터 흑색 오일층(310)이 떨어지면서 동작하게 된다. 하지만, 격벽(350)과 떨어져 있는 흑색 오일층(310)은 경로 2를 따라서 동작하게 된다. 경로 1은 문턱 전압을 지나면서 급격하게 이동하게 되지만, 경로 2는 상대적으로 일정하게 이동하고 있으므로 전기 습윤 표시 장치에서 흑색 오일층(310)을 동작시키기 위해서는 경로 1에 비하여 경로 2가 보다 바람직하다. 즉, 격벽(350)과 흑색 오일층(310)이 일정 간격을 두고 떨어져 있는 것이 바람직한데, 격벽(350)이 역테이퍼 구조를 가지고, 하부 및 상부 발수층(90, 91)이 상승부를 가지는 경우에는 흑색 오일층(310)이 격벽(350)과 접촉하기 용이하지 않아 경로 2를 따라 동작하게 되어 흑색 오일층(310)의 동작이 원활한 장점이 있다.

한편, 도 1 및 도 6의 실시예에서는 투과형의 전기 습윤 표시 장치를 도시하고 있지만, 실시예에 따라서는 반사형으로 형성될 수 있다. 이 때에는 화소 전극(190)이 반사형 금속으로 형성되거나, 화소 전극(190) 위 또는 아래에 반사 전극을 추가로 형성할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

110: 하부 기판 190: 화소 전극
210: 상부 기판 220: 블랙 매트릭스
230: 컬러 필터 270: 공통 전극
310: 흑색 오일층 320: 수용액층
350: 격벽
90: 하부 발수층 91: 상부 발수층

Claims

하부 기판;
상기 하부 기판 상의 화소 전극;
상기 화소 전극 상의 하부 발수층;
상기 하부 발수층 상의 격벽들;
상기 격벽들 간 상기 하부 발수층 상의 상부 발수층; 및
상기 격벽들 간 상기 상부 발수층 상의 흑색 오일층
을 포함하고, 상기 격벽들은 역테이퍼 구조를 갖는 측벽을 포함하고, 상기 상부 발수층 또는 상기 하부 발수층 중 적어도 하나는 제각기 상기 측벽을 따라서 상측으로 돌출된 상승부를 갖는, 전기습윤 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 격벽들은 개구부를 가지는 매트릭스 형태로 배치되고, 상기 격벽들의 하부면의 넓이는 상기 격벽들의 상부면의 넓이보다 작은, 전기습윤 표시 장치.
제2항에 있어서, 상기 격벽들은 블랙 색소를 함유하는 유기막을 포함하는, 전기습윤 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 하부 발수층은 상기 격벽들의 측벽을 따라서 상측으로 돌출된 상기 상승부를 갖는, 전기습윤 표시 장치.
제4항에 있어서, 상기 격벽들은 역테이퍼 구조의 상기 측벽으로 인하여 상기 격벽들 주변에서 발생하는 빛샘을 막거나 상기 하부 발수층 또는 상기 상부 발수층의 상승부를 가릴 정도로 형성되는, 전기습윤 표시 장치.
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제1항에 있어서,
상기 상부 발수층은, 모관력에 의해 상기 격벽들의 측벽을 타고 올라가는 상기 상승부를 갖거나, 상기 하부 발수층의 상기 상승부 상에 형성됨으로써 상기 상승부를 형성하는, 전기습윤 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 흑색 오일층이 원활하게 동작하도록, 상기 흑색 오일층은 상기 격벽들의 상기 측벽이 가지는 역테이퍼 구조로 인하여 상기 격벽들과 접촉하기 용이하지 않은, 전기습윤 표시 장치.
제1항에 있어서,
상부 기판; 및
상기 상부 기판 아래에 형성된 블랙 매트릭스
를 더 포함하며, 상기 블랙 매트릭스는 상기 격벽들에 대응하는 위치에 형성되고 상기 격벽들의 상부면보다 넓은, 전기습윤 표시 장치.
기판 상에 화소 전극을 형성하는 단계;
상기 화소 전극 상에 하부 발수층을 형성하는 단계;
상기 하부 발수층 상에 역테이퍼의 측벽을 가지는 격벽들을 형성하는 단계; 및
상기 격벽들 간 상기 하부 발수층 상에 상부 발수층을 형성하는 단계
를 포함하고, 상기 상부 발수층 또는 상기 하부 발수층 중 적어도 하나는 제각기 상기 측벽을 따라서 상측으로 돌출된 상승부를 갖는, 전기습윤 표시 장치의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 격벽들을 형성하는 단계는:
상기 하부 발수층에 RIE 처리를 하여 소수성 특성을 친수성 특성으로 변경하는 단계;
블랙 색소를 함유하는 유기막과 포토레지스터를 적층한 후, 마스크로 포토레지스터를 노광하고 현상하여 포토레지스터 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 포토레지스터 패턴 및 상기 유기막을 습식-식각하여 언더-컷이 발생하도록 하여 역테이퍼 구조를 형성하는 단계
를 포함하는, 전기습윤 표시 장치의 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 식각된 격벽 패턴을 고온에서 하드-베이크하는 단계
를 더 포함하고, 상기 하드-베이크 공정을 이용하여, 상기 하부 발수층의 상기 상승부를 형성하도록, 상기 하부 발수층은 유동성을 가지고 모관력에 의해 격벽들의 측벽을 타고 올라가는, 전기습윤 표시 장치의 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 격벽들을 형성하는 단계 이후에 상기 하부 발수층의 리플로우 공정을 통해 친수성 특성을 다시 소수성 특성으로 변경하는 단계
를 더 포함하는 전기습윤 표시 장치의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 상부 발수층을 형성하는 단계는 잉크젯 방식에 의해 상기 격벽들 간의 개구부에만 형성하는, 전기습윤 표시 장치의 제조 방법.
제15항에 있어서,
잉크젯 방식에 의해 분사된 소수성 절연 물질이 모관력에 의해 상기 격벽들의 벽을 타고 올라가면서 상기 상부 발수층이 상기 상승부를 형성하는, 전기습윤 표시 장치의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 하부 발수층 또는 상기 상부 발수층 중 적어도 하나는 상기 격벽들 주변의 상기 상승부와 함께 제각기 형성되고,
상기 역테이퍼의 측벽은 상기 격벽들 주변에서 발생하는 빛샘을 막거나 상기 하부 발수층 또는 상기 상부 발수층 중 적어도 하나의 상기 상승부를 가릴 정도로 형성되는, 전기습윤 표시 장치의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상기 상부 발수층을 형성하는 단계 이후에, 상기 격벽들 간 상기 상부 발수층 상에 흑색 오일층을 형성하는 단계
를 더 포함하는 전기습윤 표시 장치의 제조 방법.
제18항에 있어서,
상기 흑색 오일층이 원활하게 동작하도록, 상기 흑색 오일층은 상기 격벽들의 상기 측벽이 가지는 역테이퍼 구조로 인하여 상기 격벽들과 접촉하기 용이하지 않은, 전기습윤 표시 장치의 제조 방법.
제11항에 있어서,
상부 기판의 아래에 형성된 블랙 매트릭스를 형성하는 단계
를 더 포함하고, 상기 블랙 매트릭스는 상기 격벽들에 대응하는 위치에 형성되고 상기 격벽들의 상부면보다 넓은, 전기습윤 표시 장치의 제조 방법.