KR101931542B1 - 전기 습윤 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상부에 위치하는 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질과, 유기막 또는 폴리이미드(PI) 등의 고분자 수지(resin)을 포함하며, 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질을 하부에서 지지하는 지지층(95-1)을 포함하는 소액성층을 포함하는 전기 습윤 표시 장치에 대한 발명으로 친수 처리와 발수 처리를 교대로 진행하지 않고서도 제조가 가능하므로 공정 개수가 줄어 제조 시간이 단축되며, 비용도 감소되는 장점이 있다.

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 친수성과 소수성을 교대로 제공하기 위하여 복수의 공정이 필수적이므로 공정이 복잡해지고, 제조 시간도 오래 걸리며 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 리플로우 공정 후의 발수층이 충분한 소수성을 가지지 않는 경우도 있어 오일 필링 불량 및 전기 습윤 표시 장치의 동작이 불완전해지는 문제도 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 친수 처리와 소수 처리를 별도로 수행하지 않고도 제조 가능한 전기 습윤 표시 장치 및 이러한 전기 습윤 표시 장치를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치는 기판, 상기 기판 위에 형성되어 있는 화소 전극, 상기 화소 전극 위에 형성되어 있는 층간 절연막, 상기 층간 절연막 위에 형성되어 있는 격벽, 상기 격벽과 격벽 사이이며, 상기 층간 절연막 위에 형성되어 있으며, 상분리되어 있는 소액성층을 포함한다.
상기 소액성층은 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질 및 지지층을 포함하며, 상기 소액성 콜로이드 물질은 상부에 위치하며, 상기 지지층은 하부에 위치할 수 있다.
상기 소액성 콜로이드 물질은 Rf 그룹 또는 Rf(C4)α-X를 포함할 수 있다.
상기 소액성 콜로이드 물질은 Daikin사의 liquid repellent agent일 수 있다.
상기 지지층은 유기막 또는 폴리 이미드 등의 고분자 수지를 포함할 수 있다.
상기 격벽과 격벽 사이이며, 상기 소액성층의 위에는 흑색 오일층이 형성되어 있을 수 있다.
상기 화소 전극과 상기 층간 절연막 사이에는 빛을 반사시키는 물질로 형성된 반사 전극이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 제조 방법은 기판 위에 화소 전극을 형성하는 단계; 상기 화소 전극 위에 층간 절연막을 형성하는 단계; 상기 층간 절연막 위에 격벽을 형성하는 단계; 상기 격벽과 격벽 사이이며, 상기 층간 절연막의 위에 소액성 콜로이드 혼합액을 코팅하는 단계; 상기 소액성 콜로이드 혼합액을 프리 베이크 하는 단계를 포함하며, 상기 소액성 콜로이드 혼합액은 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질과 유기막 또는 폴리이미드(PI) 등의 고분자 수지(resin)를 포함하는 지지층 물질을 혼합한 액이다.
상기 소액성 콜로이드 혼합액을 프리 베이크 하는 단계에 의하여 상기 소액성 콜로이드 혼합액이 상 분리되어 소액성층으로 변하며, 상기 소액성층은 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질 및 지지층을 포함할 수 있다.
상기 소액성 콜로이드 물질은 상부에 위치하며, 상기 지지층은 하부에 위치할 수 있다.
상기 소액성 콜로이드 물질은 Rf 그룹 또는 Rf(C4)α-X를 포함할 수 있다.
상기 소액성 콜로이드 물질은 Daikin사의 liquid repellent agent일 수 있다.
상기 지지층은 유기막 또는 폴리 이미드 등의 고분자 수지를 포함할 수 있다.
상기 격벽과 격벽 사이이며, 상기 층간 절연막의 위에 소액성 콜로이드 혼합액을 코팅하는 단계는 스핀 코팅 방식, 스프레이 코팅 방식, 잉크젯 분사 방식 또는 폴리 이미드(PI) 프린트 방식을 통하여 코팅할 수 있다.
상기 프리 베이크한 단계 이후에, 상기 격벽과 격벽 사이이며, 상기 소액성층의 위에는 흑색 오일층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 화소 전극과 상기 층간 절연막 사이에는 빛을 반사시키는 물질로 형성된 반사 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치는 친수 처리와 발수 처리를 교대로 진행하지 않고서도 제조가 가능하므로 공정 개수가 줄어 제조 시간이 단축되며, 비용도 감소되는 장점이 있다.
또한, 하나의 층에 대하여 친수 처리와 발수 처리를 수행하지 않아 층의 소수 특성이 저하되지 않아 오일 필링에 불량이 발생하지 않으며 전기 습윤 표시 장치의 동작이 불완전해지지 않는다.
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 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 제조 단계 별 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 사용된 소액성 콜로이드의 구조 및 특성을 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 소액성 콜로이드 혼합 용액 및 이를 프리 베이크(Prebake)한 경우 막의 특성을 도시한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예와 비교예에 대한 접촉각을 촬영한 사진이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 단면을 확대 도시한 도면이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 소액성 콜로이드의 종류 및 특성을 도시한 표이다.
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(격벽과 격벽 사이의 공간)를 가지는 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 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 따위의 투명한 도전 물질로 만들어지는 화소 전극(190)이 형성되어 있다.
보호막(180)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 층간 절연막(90)이 형성되어 있으며, 층간 절연막(90)은 질화 규소(SiNx) 따위의 무기 절연막 또는 유기 절연막으로 형성되어 있다. 층간 절연막(90)은 인접하는 화소 전극(190) 사이에 발생한 단차를 제거하는 역할을 가질 수도 있다.
층간 절연막(90) 위에는 격벽(350)이 형성되어 있다. 격벽(350)은 개구부를 가지는 매트릭스 형태로 형성되어 화소 영역을 정의하며, 블랙 색소를 함유하는 유기막으로 형성될 수 있다.
격벽(350)의 개구부의 사이이며, 층간 절연막(90)의 위에는 상부가 소액성을 가지며 상 분리(phase separation)된 소액성(Lyophobic)층(95)이 형성되어 있다. 소액성층(95)은 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질과 유기막 또는 폴리이미드(PI) 등의 고분자 수지(resin)을 혼합한 후 이들을 상 분리시켜 상부에는 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질이 위치하고, 그 하부에는 유기막 또는 폴리이미드(PI) 등의 고분자 수지가 위치하는 층이다. 이와 같은 소액성층(95)을 제조 하는 방법에 대해서는 도 6 이하에서 후술한다.
개구부 및 소액성층(95)의 위에는 흑색 오일층(310)이 형성되어 있다.
한편, 상부 기판(210)의 아래에는 개구부를 가지는 블랙 매트릭스(220)가 형성되며, 블랙 매트릭스(220)의 개구부에는 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) 및 블랙 매트릭스(220)의 아래에는 평탄화층(250)이 형성되어 있으며, 평탄화층(250)의 아래에는 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 화소(B)에는 수용액층(320)의 표면 장력이 변화되지 않으므로 흑색 오일층(310)은 해당 화소(B) 전체를 덮고 있다. 따라서, 하부로부터 입사되는 광이 상부로 방출되지 않아 흑색을 표시하게 된다.
반면, 화소 전극(190)과 공통 전극(270) 사이에 전계가 형성된 화소(A)에는 수용액층(320)의 표면 장력이 변화되므로 흑색 오일층(310)을 압축시켜 해당 화소(A)를 개방시킬 수 있다. 따라서, 하부로부터 입사되는 광이 상부로 방출되며, 화소(A)는 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 화소(A)는 백색을 표시하게 되고, 따라서 흑백 표시 장치로 이용될 수 있다.
소액성층(95)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 층간 절연막(90)층이 형성되어 있으며, 그 위에는 격벽(350)이 형성되어 있다. 층간 절연막(90)은 소액성(또는 소수성)을 가지지 않아 층간 절연막(90)의 상부에 격벽(350)을 형성하는 데 문제가 없다.
격벽(350)의 개구부이며, 층간 절연막(90)의 위에는 소액성층(95)이 형성되어 있다. 소액성층(95)은 도 2에서 도시되어 있는 바와 같이 상 분리되어 있다. 즉, 소액성층(95)은 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질(95-2)이 상부에 위치하고, 유기막 또는 폴리이미드(PI) 등의 고분자 수지(resin)을 포함하며, 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질(95-2)을 하부에서 지지하는 지지층(95-1)으로 이루어져 있다.
이하의 도 3 내지 도 6 및 도 2를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 제조 방법에 대하여 순차적으로 살펴본다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 제조 단계 별 단면도이다.
도 3 내지 도 6은 도 2의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 하부 기판(110)위에 형성되는 각 층을 순서대로 도시하고 있다.
먼저, 도 3에서는 하부 기판(110)위에 화소 전극(190)을 형성한다. 도 3에서는 도 2와 같이 화소 전극(190)이 형성되는 위치를 간략하게 도시하기 위하여 일체로 화소 전극(190)을 도시하였으며, 실제로는 화소 별로 화소 전극(190)이 형성되며, 전기적으로 떨어져 있다.
그 후, 도 4에서 도시하고 있는 바와 같이 화소 전극(190)의 위에는 층간 절연막(90)을 형성한다. 층간 절연막(90)은 질화 규소(SiNx) 따위의 무기 절연막 또는 유기 절연막으로 형성할 수 있으며, 인접하는 화소 전극(190) 사이에 발생한 단차를 제거하는 역할을 가질 수도 있다. 또한, 층간 절연막(90)은 그 위에 형성될 격벽(350)을 간편하게 형성할 수 있도록 하는 역할도 한다.
그 후, 도 5에서 도시하고 있는 바와 같이, 층간 절연막(90)의 위에는 격벽(350)을 형성한다. 격벽(350)은 개구부를 가지는 블랙 매트릭스 형태로 형성되며, 화소 영역을 정의하여 흑색 오일층(310)이 화소 영역내에서만 이동하도록 구획한다. 또한, 격벽(350)은 블랙 색소를 함유하는 유기막으로 형성될 수 있다.
그 후, 도 6에서 도시하고 있는 바와 같이, 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질(95-2)과 유기막 또는 폴리이미드(PI) 등의 고분자 수지(resin)를 포함하는 용액(solvent) 타입의 지지층(95-1) 물질을 혼합(이하 혼합액 또는 소액성 콜로이드 혼합액이라 함)하여 스핀 코팅 방식, 스프레이 코팅 방식, 잉크젯 분사 방식 또는 폴리 이미드(PI) 프린트 방식등을 통하여 코팅한다. 스핀 코팅 방식 및 스프레이 코팅 방식을 사용하는 경우에는 표면 에너지의 차이로 인하여 혼합액이 격벽(350)과 격벽(350) 사이에만 코팅된다. 한편, 잉크젯 분사 방식을 사용하는 경우에는 격벽(350)과 격벽(350)사이에 분사하여 코팅되도록 하며, 폴리 이미드(PI) 프린트 방식을 사용하는 경우에는 수지판을 패터닝 한 후 패터닝된 수지판을 이용하여 격벽(350)과 격벽(350)사이에만 코팅되도록 한다.
이와 같이 혼합액을 코팅하면 도 6에서 도시하고 있는 바와 같이 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질(95-2)과 지지층(95-1) 물질이 단순하게 혼합되어 있어 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질(95-2)이 소액성층(95)의 전반에 걸쳐 무질서하게 배열되어 있다.
그 후, 혼합액이 코팅된 하부 기판(110)을 100도 이상 200도 이하의 온도로 프리 베이크(Prebake)한다. 프리 베이크된 혼합액은 도 2에서 도시하고 있는 바와 같이 상 분리되어 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질(95-2)이 상부에 위치하고, 유기막 또는 폴리이미드(PI) 등의 고분자 수지(resin)을 포함하는 지지층(95-1)은 하부에 위치하게 된다. 프리 베이크 공정의 온도는 혼합액에 포함된 물질에 따라서 달라질 수 있으며, 고온으로 베이크하는 공정과 달리 상대적으로 낮은 100도 이상 200도 이하 정도의 온도에서 진행된다. 이상과 같이 프리 베이크에 의하여 상 분리된 소액성층(95)은 상부가 발수층의 특성을 가지며, 하부는 유기막의 특성을 가져 두 개의 층을 한번의 코팅과 프리 베이크로 간단하게 형성할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 도 7 내지 도 12를 통하여 소액성 콜로이드의 특성, 소액성층의 특성 및 혼합액의 특성을 각각 살펴본다.
먼저, 도 7을 통하여 본 발명의 실시예에서 사용된 소액성 콜로이드에 대하여 살펴본다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 사용된 소액성 콜로이드의 구조 및 특성을 도시한 도면이다.
도 7의 상부에는 본 발명의 실시예에서 소액성 콜로이드로 사용된 Daikin사의 liquid repellent agent(상품명)의 구조가 간략하게 도시되어 있다. Daikin사의 liquid repellent agent는 가로 방향으로 연결된 주 체인(main chain)이 있으며, Rf 그룹(굵은 검은 선으로 도시됨)이 복수개 포함되고, 이들이 서로 스페이서 및 카르보닐 그룹(carbonyl group)으로 연결되어 있다. Rf 그룹은 Rf(C4)α-X를 포함한다. Rf(C4)α-X의 구조식은 아래와 같다.
Figure 112012010623100-pat00001
여기서 X는 다양한 구조가 결합될 수 있다.
Daikin사의 liquid repellent agent는 20wt%의 플로로 아크릴레이트 공중합체(Fluoroacrylate copolymer)가 PGMAE (propylene glycol methyl ether acetate) 용액에 포함되어 있다.
도 7의 하부에는 고분자(polymer) 수지에 플로로 폴리머(Fluoropolymer; Daikin사의 liquid repellent agent를 사용함)를 1 내지 5wt% 넣고 프리 베이크 하였더니 상 분리(Phase separation)이 일어나는 것을 도시하고 있다.
즉, 도 7의 하부에서는 고분자 수지와 소액성 콜로이드인 liquid repellent agent를 사용하여 상 분리되는 것을 간단하게 도시하였다.
한편, 도 8 내지 도 11에서는 3개의 실시예를 통하여 상 분리 특성을 보다 상세하게 살펴보며, 유기막 및 폴리 이미드를 지지층(95-1)으로 형성하는 경우를 중심으로 살펴본다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 소액성 콜로이드 혼합액 및 이를 프리 베이크(Prebake)한 경우 막의 특성을 도시한 그래프이다.
먼저 도 8에서는 3개의 실시예에 대하여 설명하고 있다.
1번 실시예는 유기막(SOHN-412R8; 상품명)에 소액성(Lyophobic) 콜로이드를 6wt% 추가한 것으로 소액성 콜로이드는 Daikin사의 liquid repellent agent를 사용하였다.
2번 실시예는 유기막(SOHN-412R8; 상품명)에 소액성(Lyophobic) 콜로이드를 8wt% 추가한 것으로 소액성 콜로이드는 Daikin사의 liquid repellent agent를 사용하였다.
3번 실시예는 폴리 이미드(PI; AL22636)에 소액성(Lyophobic) 콜로이드를 6wt% 추가한 것으로 소액성 콜로이드는 Daikin사의 liquid repellent agent를 사용하였다.
이상과 같은 제1 내지 제3 실시예에 대하여 깊이 프로파일(depth profile)을 측정한 데이터가 도 9 내지 도 11에 도시되어 있으며, 도 9는 제1 실시예에 대한 깊이 프로파일이고, 도 10은 제2 실시예에 대한 깊이 프로파일이고, 도 11은 제3 실시예에 대한 깊이 프로파일이다.
깊이 프로파일은 500V의 스퍼터를 사용하여 0.1분의 간격으로 식각하면서 Si2P, C1S, O1S 및 F1S의 검출된 원자 농도(%)를 도시한 그래프이다.
먼저 도 9에서는 제1 실시예의 깊이 프로파일이 도시되어 있다. 깊이 프로파일을 통하여 제1 실시예가 프리 베이크에 의하여 상 분리가 되었는지 확인하고자 하는 것이므로 Daikin사의 liquid repellent agent가 가지는 플로오르(F) 성분이 어느 부분에 위치하는 지 확인하면 된다.
도 9에서는 F1s가 스퍼터링을 시작하자 마자 많은 농도를 나타내다가 서서히 감소하는 것을 알 수 있어 상 분리가 일어난 것을 알 수 있고, F가 검색되지 않는 부분에서는 유기막만이 위치하는 것을 알 수 있다. 스퍼터링을 통하여 F가 나오지 않는 시간을 알 수 있는 데, 해당 시간(약 0.5분)까지 식각된 깊이가 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질(95-2)층이며, 그 아래가 유기막층인 지지층(95-1)이 된다. 스퍼터링에 의하여 식각되는 깊이를 위 시간(0.5분)을 기준으로 추측하면 1번 실시예에 의하여 상 분리되어 유기막층인 지지층(95-1)은 400-500nm의 층 두께를 가지며, 그 상부의 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질(95-2)층은 24-30nm의 두께를 가진다.
한편, 도 10 및 도 11에서도 모두 F1s가 스퍼터링을 시작하자 마자 많은 농도를 나타내다가 서서히 감소하는 것을 알 수 있어 상 분리가 일어난 것을 알 수 있다. 또한, 식각 시간에 따른 깊이를 추측하면, 아래와 같다.
2번 실시예의 혼합액을 프리 베이크 한 경우 상분리되어 유기막층인 지지층(95-1)은 400-500nm의 층 두께를 가지며, 그 상부의 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질(95-2)층은 32-40nm의 두께를 가진다.
3번 실시예의 혼합액을 프리 베이크 한 경우 상분리되어 폴리 이미드층인 지지층(95-1)은 1000-1500Å의 층 두께를 가지며, 그 상부의 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질(95-2)층은 60-90Å의 두께를 가진다.
도 7 내지 도 11을 통하여 유기막이나 폴리이미드(PI)나 기타 고분자 수지(polymer resin)를 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질과 혼합하여 프리 베이크하면 상 분리가 일어나는 것을 확인하였다.
이하에서는 이들의 소액성 콜로이드 혼합액이 DI 워터(deionized water)와 어떠한 특성을 가지는지 살펴보아 전기 습윤 표시 장치의 흑색 오일층(310)을 오류 없이 동작시킬 수 있는지 확인하고자 한다. 이는 DI 워터와 접촉각이 큰 물질일수록 전기 습윤 표시 장치의 흑색 오일층(310) 아래에 형성되면 흑색 오일층(310)의 동작 특성이 좋기 때문이다.
도 12는 본 발명의 실시예와 비교예에 대한 접촉각을 촬영한 사진이다.
도 12에서는 DI 워터(deionized water)의 위에 소액성 콜로이드 혼합액을 위치시킨 후 소액성 콜로이드 혼합액이 가지는 접촉각(contact angle)을 찍은 사진이다. 도 12의 사진은 상하 대칭을 이루고 있는데, 이는 본 촬영시 소액성 콜로이드 혼합액의 하부에 위치한 DI 워터(deionized water) 또는 그 아래의 거울에 반사된 상도 함께 촬영되었기 때문이다.
도 12에서는 총 4개의 물질을 대상으로 촬영하였으며, 좌측으로부터 폴리 이미드(PI; AL22636), 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질과 폴리 이미드의 혼합액, 유기막(SOHN-412), 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질과 유기막의 혼합액이다.
폴리 이미드만 있는 경우보다 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질이 포함된 혼합액이 접촉각이 큰 것을 알 수 있으며, 유기막만 있는 경우보다 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질이 포함된 혼합액이 접촉각이 큰 것을 알 수 있다.
그 결과 소액성(Lyophobic) 콜로이드 혼합액은 DI 워터(deionized water)에 대하여 접촉각이 크며, 그 결과 전기 습윤 표시 장치에서 흑색 오일층(310)의 하부에 형성하더라도 흑색 오일층(310)의 동작 특성이 좋다.
한편, 이하의 도 13에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치에 대하여 살펴본다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치의 단면을 확대 도시한 도면이다.
도 13은 도 2에 대응하는 도면으로 화소 전극(190)과 층간 절연막(90)의 사이에 빛을 반사시키는 물질로 형성된 반사 전극(191)을 추가로 형성한 구조이다. 전기 습윤 표시 장치는 투과형 표시 장치일 수 있으며, 반사형 표시 장치일 수 있다. 투과형 표시 장치인 경우(도 1 및 도 2 참고)에는 백라이트(도시하지 않음)에서 제공된 빛을 투과시켜 휘도를 표시한다. 반사형 표시 장치인 경우(도 13 참고)에는 외부의 빛이 반사 전극에 반사된 후 다시 외부로 방출되면서 휘도를 표시하거나 프론트 라이트(도시하지 않음)를 사용할 수 있다.
종래의 전기 습윤 표시 장치에서는 본 발명의 층간 절연막(90)위치에 소수성을 가지는 층을 형성하는데, 이와 같이 형성하는 경우에는 그 위에 격벽(350)을 형성하기 위하여 소수성을 가지는 층을 친수성을 가지도록 RIE(reactive ion etching) 처리를 반드시 하여야 한다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 전기 습윤 표시 장치 및 그 제조 방법에 따르면, 층간 절연막(90)으로 형성하여 격벽(350)을 형성하는데 문제가 없고, 층간 절연막(90)위에 상부가 소액성을 가지는 소액성층(95)을 혼합액 적층 후 프리 베이크만으로 용이하게 형성할 수 있어, 제조 공정이 획기적으로 줄어드는 장점이 있다. 특히, 프리 베이크에 의하여 상 분리된 소액성층(95)은 상부가 발수층의 특성을 가지며, 하부는 유기막의 특성을 가져 두 개의 층을 한번의 코팅과 프리 베이크로 간단하게 형성할 수 있다는 장점이 있다.
이상에서는 소액성 콜로이드 물질로 Daikin사의 liquid repellent agent를 중심으로 실험하였다. 하지만, 액체(물 포함)와 친하지 않은 콜로이드 물질은 Daikin사의 liquid repellent agent외에도 많으며, Rf 그룹 또는 Rf(C4)α-X를 포함하는 콜로이드나 기타 소액성 콜로이드를 사용하는 경우 본 발명의 실시예와 동일한 특성을 가진다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 소액성 콜로이드의 다양한 예를 살펴본다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 소액성 콜로이드의 종류 및 특성을 도시한 표이다.
먼저, 도 14에서는 본 발명의 실시예에 따른 다양한 소액성 콜로이드 및 그 성분을 나타내고 있다.
도 14에서 맨 좌측열은 각 소액성 콜로이드의 이름이 기술되어 있으며, 그 우측에는 성분을 나타낸 것으로 동그라미가 있는 경우 해당 열의 폴리머 또는 모노머가 포함되어 있음을 의미한다.
한편, 도 15에서는 도 14에서 제시된 각 소액성 콜로이드의 분자량(molecular weight) 및 각 물질에 대한 접촉각의 특성을 기술하고 있다. 도 15에서 n-HD는 n-hexadecane이며, BCA는 butyl carbitol acetate(=diethylene glycol monobutyl ether acetate)이다.
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
191: 반사 전극 210: 상부 기판
220: 블랙 매트릭스 230: 컬러 필터
270: 공통 전극 310: 흑색 오일층
320: 수용액층 350: 격벽
90: 층간 절연막 95: 소액성층
95-1: 지지층 95-2: 소액성 콜로이드 물질

Claims (16)

  1. 전기 습윤 표시 장치로서,
    기판,
    상기 기판 위에 있는 화소 전극,
    상기 화소 전극 위에 있는 층간 절연막,
    상기 층간 절연막 위에 있는 격벽,
    상기 격벽과 격벽 사이에서 상기 층간 절연막 위에 있는 상분리 층(phase-separated layer)을 포함하고
    상기 상분리 층은
    상기 층간 절연 막 위에 있고 고분자 수지를 포함하는 제1 층; 및
    상기 제1 층 위에 있고 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질을 포함하는 제2 층
    을 포함하는 전기 습윤 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 층은 지지층이고 상기 상분리 층의 하부이며, 상기 제2 층은 상기 상분리 층의 상부인 전기 습윤 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 소액성 콜로이드 물질은 Rf 그룹 또는 Rf(C4)α-X를 포함하는 전기 습윤 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 소액성 콜로이드 물질은 Daikin사의 liquid repellent agent인 전기 습윤 표시 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 고분자 수지는 유기막 또는 폴리이미드 중 적어도 하나를 포함하는 전기 습윤 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    흑색 오일층은 상기 제2 층 위에 그리고 상기 격벽과 격벽 사이에 배치되는 전기 습윤 표시 장치.
  7. 제1항에서,
    빛을 반사시키는 물질을 포함하는 반사 전극은 상기 화소 전극과 상기 층간 절연막 사이에 있는 전기 습윤 표시 장치.
  8. 전기 습윤 표시 장치를 제조하는 방법으로서,
    기판 위에 화소 전극을 형성하는 단계;
    상기 화소 전극 위에 층간 절연막을 형성하는 단계;
    상기 층간 절연막 위에 격벽을 형성하는 단계;
    상기 격벽과 격벽 사이에서 상기 층간 절연막의 위에 소액성 콜로이드 혼합액을 코팅하는 단계; 및
    상기 소액성 콜로이드 혼합액을 프리 베이크 하여 상분리 층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 소액성 콜로이드 혼합액은 소액성(Lyophobic) 콜로이드 물질과 고분자 수지를 혼합한 액이고,
    상기 상분리 층은
    상기 고분자 수지를 포함하는 제1 층; 및
    상기 제1 층 위에 있고 상기 소액성 콜로이드 물질을 포함하는 제2 층
    을 포함하는 전기 습윤 표시 장치의 제조 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 층은 지지층이고, 상기 고분자 수지는 유기막 또는 폴리이미드(PI) 중 적어도 하나인 전기 습윤 표시 장치의 제조 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 층은 상기 상분리 층의 하부이며, 상기 제2 층은 상기 상분리 층의 상부인 전기 습윤 표시 장치의 제조 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 소액성 콜로이드 물질은 Rf 그룹 또는 Rf(C4)α-X를 포함하는 전기 습윤 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 소액성 콜로이드 물질은 Daikin사의 liquid repellent agent인 전기 습윤 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제8항에서,
    상기 격벽과 격벽 사이에서 상기 층간 절연막의 위에 소액성 콜로이드 혼합액을 코팅하는 단계는 스핀 코팅 방식, 스프레이 코팅 방식, 잉크젯 분사 방식 또는 폴리이미드(PI) 프린트 방식을 통하여 수행되는 전기 습윤 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제8항에서,
    상기 프리 베이크한 단계 이후에, 상기 제2 층 위에 그리고 상기 격벽과 격벽 사이에 흑색 오일층을 형성하는 단계를 더 포함하는 전기 습윤 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제8항에서,
    상기 화소 전극과 상기 층간 절연막 사이에 빛을 반사시키는 물질을 포함하는 반사 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 전기 습윤 표시 장치의 제조 방법.
  16. 삭제
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