KR101947379B1 - 전기영동 표시소자와 이의 제조방법 - Google Patents

전기영동 표시소자와 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대전입자 및 용매로 구성되는 전기영동분산액이 TFT 어레이 기판에 직접 주입되어 있는 내재화 형태의 전기영동표시소자와 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시소자는 화소들이 격벽에 의해 서로 분리되도록 구성되고 그 분리되어 형성된 공간에 전기영동분산액이 채워져 있다. 또한, 전기영동분산액의 주입을 원활하게 하기 위해 하나의 화소마다 바닥에는 돌기가 형성되어 있다.
또한, 본 발명은 TFT 어레이 기판을 제조함과 더불어 그 위에 격벽이 직접 형성되어 화소들을 분리시키고, 그 사이에 전기영동분산액을 스크린 프린팅 방법을 통해 충진함으로써 전기영동표시소자를 제조하는 방법을 제공한다.

Description

전기영동 표시소자와 이의 제조방법{ELECTROPHORETIC DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THE SAME}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 전기영동 층이 어레이 기판에 내재화된 전기영동표시소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
전기영동 표시소자란 전기영동(Electrophoresis) 현상을 이용하여 화상을 표시하는 장치를 말한다. 전기영동 현상이란, 대전입자를 용매 속에 분산시킨 전기영동 분산액(e-ink)에 직류전압을 인가하면 상기 대전입자가 쿨롱력에 의하여 용매 속을 이동하는 현상을 말한다. 여기서 하전된 입자를 대전입자라 하고, 대전입자를 포함하는 유체성 물질을 용매(solvent)라 하고 상기 대전입자와 용매로 구성되는 분산액을 전기영동 분산액이라고 정의하기로 한다.
전하를 갖는 물질들이 전기장에 놓이면 그 물질들은 전하량, 분자의 크기 및 모양 등에 따라 특유의 이동을 한다. 이동 정도의 차이에 의하여 물질들이 서로 분리된다.
전기영동 표시소자는 쌍안정성(Bistability)의 특징을 갖고 있어, 인가된 전압이 제거되어도 원래의 이미지를 장시간 표시할 수 있다. 즉, 전기영동 표시소자는 지속적으로 전압을 인가하지 않아도 일정 화면을 장기간 유지할 수 있기 때문에 화면의 신속한 교환이 요구되지 않는 전자 책(e-book) 분야에 적합한 디스플레이 장치이다.
또한, 전기영동 표시소자는 액정 표시장치와는 달리 시야각(Viewing Angle) 의존성이 없을 뿐만 아니라, 종이와 유사한 정도로 눈에 편안한 화상을 제공할 수 있다. 아울러, 유연성(Flexibility), 저전력 소비(low power consumption), 친환경(eco like)의 장점을 가지고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기영동 표시소자를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 전기영동 표시소자는 스위칭 소자(TFT)가 매트릭스 형태로 배열되어 있는 TFT 어레이 기판(50)과 TFT 어레이 기판(50)과 접착하는 전기영동 기판(60)을 포함한다.
TFT 어레이 기판(50)의 베이스 기판인 제1 기판(10)에는 상호 교차하는 복수의 게이트 라인(미도시) 및 복수의 데이터 라인(미도시)이 형성되어 있다. 상기 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 복수의 화소가 정의(define)된다.
제1 기판(10)에 형성된 복수의 화소에는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(TFT)와 화소 전극(14)이 형성된다. 따라서 TFT 어레이 기판(50)은 제 1 기판(10)과 박막 트랜지스터(TFT)와 화소 전극(14)을 포함한다.
박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 라인을 통해 인가된 스캔 신호에 따라 스위칭 된다. 박막 트랜지스터(TFT)의 스위칭 동작에 의해 데이터 라인에 공급되는 데이터 전압이 화소 전극(14)에 공급되게 된다.
전기영동 기판(60)의 베이스 기판인 제2 기판(20)에는 상기 화소 전극(14)과 대향되는 공통 전극(22)이 형성된다.
상기 공통 전극(22) 위에는 복수의 대전 입자(34a, 34b) 및 용매가 캡슐화 되어 있는 다수의 마이크로 캡슐(32)과, 상기 마이크로 캡슐(32)을 제 2 기판(20)에 접착시키는 제 1 접착층(23)과, 제 2 기판(20)에 접착된 마이크로 캡슐(32)의 상면에 도포되는 제 2 접착층(24)과, 상기 제 2 접착층(24)을 보호하는 보호필름(미도시)이 차례로 형성되어 있다. 상기 보호필름은 마이크로 캡슐(32)이 접착되어 있는 전기영동 기판(60)을 TFT 어레이 기판(50)에 합착시킬 때 제거되며, 상기 보호필름이 제거되어 노출되는 제 2 접착층(24)이 어레이 기판(50)과 실질적으로 접착된다.
여기서, 복수의 대전 입자(34a, 34b)는 일부가 포지티브(+)로 대전되고, 다른 일부는 네거티브(-)로 대전된다.
화소 전극(14)과 공통 전극(22) 사이에 전기장이 형성되면, 상기 마이크로 캡슐(32) 내에 포함된 대전 입자(34a, 34b)들이 전기장에 이끌려 이동함으로써 화상을 구현하게 된다.
이러한 종래 기술에 따른 전기영동 표시소자는 어레이 기판(50)의 제조공정과 전기영동 기판(60)의 제조공정이 별도로 이루어지고 두 기판이 합착되어 완성된다.
여기서, 마이크로 캡슐(32)은 제2 기판(20)에 부착된 상태로 보관 및 운반되다가 TFT 어레이 기판(50)에 접착되기 직전에 마이크로 캡슐을 덮고 있는 보호 필름(미도시)이 제거되고, 라미네이팅(laminating) 공정에 의해 TFT 어레이 기판(50)에 접착된다.
따라서, TFT 어레이 기판(50) 및 전기영동 기판(60)은 별도로 제작되어야 하기 때문에 제조 공정이 복잡하고, 제조 시간이 많이 소요되어 제조 효율이 떨어지는 단점이 있다. 또한, 별도로 제조된 전기영동 필름을 사용하여야 함으로 제조 비용이 증가되는 문제점이 있다.
이뿐 아니라, 전기영동 기판(60)에 접착되어 있는 마이크로 캡슐층의 상부에 부착되어 있는 보호필름을 제거할 때 보호필름의 분리로 인해 정전기가 발생하고 이것이 캡슐내의 대전입자의 초기 정렬 방향을 임의로 결정해 버리는데, 이것은 전기영동 표시소자에 줄무늬 모양의 스티치 불량을 유발하게 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 표시품질이 높은 전기영동 표시소자와 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전기영동분산액이 형성되어 있는 전기영동기판을 별도로 제조하지 않고, 전기영동분산액이 TFT 어레이 기판에 내재화되어 있는 내재화 형태의 전기영동표시소자를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 상기 전기영동분산액을 TFT 어레이 기판에 효율적으로 주입하는 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시소자는 기판상에 형성되어 있는 게이트 라인, 스토리지 라인, 데이터 라인, 화소 전극 및 스위칭 소자; 상기 게이트 라인, 스토리지 라인, 데이터 라인, 스위칭 소자 및 상기 기판상에 형성되며 돌출패턴을 포함하는 패시베이션층; 상기 패시베이션층 상에 형성되어 있는 화소 전극; 상기 제 1 영역의 패시베이션층 상에 형성되면서 상기 게이트 라인 및 데이터 라인을 따라 형성되어 단위 화소를 정의하는 격벽; 상기 격벽에 의해 정의되는 단위 화소마다 채워지는 전기영동분산액; 상기 격벽의 상단과 접촉하면서 단위 화소를 실링하는 실링층; 상기 실링층 상에 형성되어 있는 공통 전극; 및 상기 공통 전극 상에 형성되어 있는 보호층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 패시베이션층은 게이트 라인, 데이터 라인 및 스위칭 소자 상의 제 1 영역과, 상기 제 1 영역을 제외한 제 2 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 돌출패턴은 복수개인 것을 특징으로 하고, 상기 돌출패턴은 상기 제 2 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 화소 전극은 상기 돌출패턴을 노출시키면서 패시베이션층 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 영역의 패시베이션층은 상기 제 1 영역의 패시베이션층보다 더 얇은 것을 특징으로 하며, 유기물질인 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 유기물질은 포토아크릴인 것을 특징으로 한다.
상기 격벽은 스위칭 소자 상에 형성되어 외부광으로부터 스위칭 소자의 채널층을 보호하는 것을 특징으로 한다.
상기 스토리지 전극은 상기 제 2 영역의 패시베이션층 아래에 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시소자의 제조방법은 기판상에 게이트 라인 및 스토리지 라인을 형성하는 단계; 상기 게이트 라인 및 스토리지 라인을 덮는 제 1 절연층을 형성하는 단계; 상기 제 1 절연층 상에 액티브 패턴을 형성하는 단계; 상기 제 1 절연층 상에 상기 게이트 라인과 수직교차하는 데이터 라인, 상기 데이터 라인으로부터 분기하는 소스 전극 및 상기 액티브 패턴을 사이에 두고 상기 소스 전극과 대향하는 드레인 전극을 형성하는 단계;상기 데이터 라인 상에 돌출패턴을 포함하는 패시베이션층을 형성하는 단계; 상기 패시베이션층 상에 화소 전극을 형성하는 단계; 상기 패시베이션층 상에 단위 화소를 정의하는 격벽을 형성하는 단계; 상기 단위 화소마다 전기영동분산액을 주입하는 단계 및 상기 단위 화소를 실링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시 예의 제조방법은 상기 데이터 라인을 덮는 제 2 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 패시베이션층을 형성하는 단계는 상기 제 2 절연층 상에 유기물질을 도포하는 단계; 상기 유기물질 상에 감광막을 도포하고 포토리소그래피(photolithography) 공정을 진행하여 상기 게이트 라인 및 데이터 라인 상의 제 1 영역과 상기 제 1 영역을 제외한 제 2 영역을 포함하는 패시베이션층을 형성하되, 상기 제 2 영역에 돌출패턴이 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 포토리소그래피 공정에서 상기 제 2 영역의 패시베이션(passivation)층이 상기 제 1 영역의 패시베이션층보다 더 얇아지는 것을 특징으로 한다.
상기 화소 전극을 형성하는 단계는 상기 패시베이션층 상에 도전층을 형성하는 단계; 상기 돌출패턴이 노출되도록 돌출패턴 상의 도전층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 격벽을 형성하는 단계는 상기 패시베이션층 상에 감광성 유기물질을 도포하는 단계; 상기 유기물질에 포토리소그래피 공정을 진행하여 상기 제 1 영역의 유기물질은 남기고 상기 제 2 영역의 유기물질은 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전기영동분산액을 주입하는 단계는 상기 단위 화소에 대전입자와 제 1 점도의 용매를 포함하는 전기영동분산액을 주입하는 단계; 상기 제 1 농도의 용매를 제거하는 단계; 상기 단위 화소에 제 2 점도의 용매를 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하며, 상기 제 1 점도는 상기 제 2 점도보다 높은 것을 특징으로 한다.
상기 전기영동분산액 및 제 2 농도의 용매는 스크린 프린팅 방법에 의해 상기 단위 화소에 주입되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 실링하는 단계는 보호층을 준비하는 단계; 상기 보호층 상에 전극층을 도포하는 단계; 상기 전극층 상에 실링층을 도포하는 단계 및; 상기 실링층이 상기 격벽과 접촉하도록 합착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 실시 예에 따른 전기영동표시소자는 TFT 어레이 기판상에 단위 화소를 정의하는 격벽이 직접 형성됨으로써 전기영동분산액이 TFT 어레이 기판에 내재화된 전기영동표시소자를 제조할 수 있다. 이를 통해, 본 실시 예에 의한 전기영동표시소자는 TFT 어레이 기판 형성공정과 전기영동분산액 주입공정을 인라인으로 구성할 수 있어 제조공정상의 효율을 극대화 할 수 있다.
또한, 본 실시 예의 전기영동표시소자는 TFT 어레이 기판상에 격벽을 직접형성하면서 격벽이 단위 화소를 정의하기 때문에 단위 화소마다 전기영동분산액을 주입할 수 있어 종래의 문제점인 전기영동기판과 TFT 어레이 기판과의 오정렬 문제를 극복할 수 있다.
또한, 본 발명의 전기영동표시소자의 제조방법은 전기영동분산액을 주입함에 있어 복수회차로 나누어 주입함으로써 전기영동분산액을 단위 화소마다 오염없이 주입하는 것이 가능하다. 전기영동분산액을 TFT 어레이 기판에 직접 주입하는 것은 이웃 화소로 전기영동분산액이 넘쳐 전기영동표시소자를 오염시키는 문제점을 유발하는데, 본 발명의 전기영동표시소자의 제조방법은 대전입자를 먼저 주입하고 이어서 용매만을 주입하는 방법을 통해 이웃 화소 간의 오염문제를 해결한다.
또한, 본 실시 예의 전기영동표시소자는 패시베이션층이 단위 화소 내에서 돌출패턴(또는 돌기)을 가지도록 함으로써, 상기 전기영동분산액의 주입공정을 더욱 원활히 하고 단위 화소마다 전기영동분산액이 균일하게 주입되도록 한다.
또한, 본 실시 예의 전기영동표시소자는 격벽에 의해 정의되는 화소영역에 형성되는 패시베이션층의 두께를 가능한 얇게 구성함으로써 단위 화소마다 형성되는 스토리지 커패시턴스 값을 높일 수 있다. 특히, 전기영동표시소자는 쌍안전성을 가지는 것이 특징인데, 스토리지 커패시턴스 값을 높임으로써 쌍안전성을 더욱 높일 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기영동 표시소자를 나타내는 도면.
도 2a는 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시소자의 하나의 화소의 평면도.
도 2b는 도 2a에서 A-A 절단 선에 따른 절단면도.
도 2c는 본 발명의 다른 실시 예의 절단면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 의해 전기영동분산액이 주입된 실제 사진.
도 4a~4b는 본 발명의 요지를 나타내는 개념도.
도 5a~5g는 본 발명의 전기영동표시소자의 제조공정을 나타내는 순차도.
이하, 첨부되는 도면들을 참고하여 본 발명의 실시 예들에 따른 전기영동 표시소자 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 어떤 구조물이 다른 구조물 상에, 상부에 또는 아래에, 하부에 형성된다고 기재된 경우, 이러한 기재는 이 구조물들이 서로 접촉되어 있는 경우는 물론이고 이들 구조물들 사이에 제3의 구조물이 개재되어 있는 경우까지 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 대전 입자와 용매를 포함하는 전기영동 분산액이 제1 기판에 내재화된 전기영동 표시소자 및 이의 제조방법을 제안한다.
이하 설명되는 본 발명의 기술적 사상은, 모노 타입 및 컬러 필터를 포함하는 전기영동 표시소자는 물론이고, 전기영동 분산액(전기영동 잉크) 내의 대전 입자가 레드(red), 그린(green), 블루(blue), 엘로우(yellow), 시안(cyan), 마젠타(magenta), 블랙(black), 화이트(white)의 색상이 선택적으로 착색되어 풀 컬러 화상을 표시하는 전기영동 표시소자에도 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 모노 또는 컬러 구현의 여부와 관계없이 모든 타입의 전기영동 표시소자에 적용될 수 있으나, 이하에서는 대전 입자가 레드(red), 그린(green), 블루(blue) 및 블랙(black)의 컬러로 착색되어 풀 컬러 화상을 표시하는 전기영동 표시소자를 일 예로 설명한다.
상세한 설명에 앞서, 본 실시 예에서 전기영동분산액을 정의한다. 본 실시 예의 전기영동분산액은 포지티브 혹은 네거티브로 대전된 대전입자(전기영동입자)와 대전입자가 유영할 수 있는 무극성의 용매로 구성된다. 따라서, 본 실시 예에서 대전된 전기영동입자를 대전입자라고 명칭하고, 대전입자가 유영하는 무극성의 유기 용매를 용매라고 명칭하고 이들 둘을 합쳐 전기영동분산액으로 명칭한다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시소자의 하나의 화소를 나타내는 평면도 및 그 단면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시소자는 제 1 기판(200) 상에 복수의 게이트 라인(201)이 서로 평행하게 형성되어 있다. 상기 제 1 기판(200)은 투명한 유리기판 또는 가요성(flexibility)의 플라스틱 기판 또는 금속 기판일 수 있다. 본 실시 예는 전기영동표시소자에 관한 것이고, 전기영동표시소자는 반사형 디스플레이이기 때문에 제 1 기판(200)은 투명한 기판일 필요는 없다. 제 1 기판(200)은 내구성을 향상시키고 가볍게 만들기 위해 가요성의 플라스틱 기판 또는 스테인레스 재질 등의 박형의 금속기판일 수 있다.
상기 제 1 기판(200) 상에 스캔 신호가 인가되는 복수의 게이트 라인(201)이 형성되어 있다.
상기 게이트 라인(201)은 도전성이 우수한 구리(Cu), 구리합금, 알루미늄(Al), 은(Ag) 등의 금속물질 일 수 있다. 또는 상기 게이트 라인(201)은 단일막에 더하여 전기적 특성이 우수한 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 또는 탄탈륨(Ta)등의 박막이 더 적층되어 다층막으로 형성될 수 있다.
상기 제 1 기판(200)상에는 게이트 라인(201)과 더불어 스토리지 전극(209)이 더 형성되어 있다. 상기 스토리지 전극(209)은 단위 화소 마다 형성되며 화소 전극과 더불어 스토리지 커패시터를 형성한다. 따라서, 스토리지 커패시턴스 값을 크게 하기 위해 상기 스토리지 전극(209)은 단위 화소 내에서 가능한 크게 형성하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 스토리지 전극(209)은 이웃하는 화소에 형성된 스토리지 전극끼리 서로 스토리지 라인에 의해 전기적으로 연결되어 있어, 스토리지 라인을 통해 하나의 전압이 인가될 때 모든 스토리지 전극에 동일한 전압이 인가될 수 있다.
상기 스토리지 전극(209)은 제 1 기판(200) 상에 게이트 라인(201)과 함께 형성되어 있으므로, 상기 게이트 라인(201) 및 스토리지 전극(209)은 같은 물질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 게이트 라인(201)과 스토리지 전극(209)을 서로 연결시키는 스토리지 라인은 서로 평행하게 형성되어 전기적으로 단락되지 않게 설계되어 있다.
상기 게이트 라인(201) 상에는 상기 게이트 라인(201)과 수직교차하는 복수의 데이터 라인(202)이 형성되어 있다. 상기 데이터 라인(202)은 게이트 라인 형성을 위해 사용된 도전성 금속을 사용하여 형성할 수 있다.
상기 게이트 라인(201)과 데이터 라인(202)은 서로 교차하면서 단위 화소를 정의한다. 즉, 게이트 라인(201)과 데이터 라인(202)이 서로 수직 교차하여 매트릭스를 구성하게 되는데, 그 하나의 셀이 단위 화소를 구성하게 된다.
통상, 화소는 디스플레이 소자에서 하나의 색을 나타낼 수 있는 최소 단위를 말한다. 그러면, 본 실시 예와 같은 컬러형 디스플레이의 경우, 레드(RED), 그린(GREEN), 블루(BLUE) 색을 나타내는 최소 3개의 서브 화소가 합쳐져 하나의 화소를 구성하지만, 본 실시 예에서는 게이트 라인과 데이터 라인의 교차에 의해 구획되는 하나의 화소를 단위 화소로 명칭하고 사용하기로 한다.
상기 단위 화소에는 게이트 라인(201)과 데이터 라인(202)이 교차하는 영역에 스위칭 소자가 형성된다. 본 실시 예에서 스위칭 소자로는 박막 트랜지스터(TFT)가 사용된다.
상기 박막 트랜지스터(TFT)를 좀 더 자세히 설명하면, 상기 박막 트랜지스터(TFT)는 상기 게이트 라인(201)으로부터 분기하는 게이트 전극(203)과, 상기 게이트 전극(203) 상에 형성되어 채널을 구성하는 액티브층(204)과, 상기 액티브층(204)와 전기적으로 연결되면서 상기 데이터 라인(202)으로부터 분기하는 소스 전극(205)과, 상기 액티브층(204)과 전기적으로 연결되면서 상기 액티브층(204)을 사이에 두고 상기 소스 전극(205)과 대향하는 드레인 전극(206)을 포함한다.
상기 액티브층(204)은 통상 비정질의 실리콘층 또는 결정질의 실리콘층이 사용된다. 오늘날에는 전기 이동도가 더욱 향상된 옥사이드(oxide) 박막이 사용되는 경우도 있다.
상기 게이트 전극(203)과 액티브층(204) 사이에는 제 1절연층(230)이 개재되어 있어 게이트 전극(203)과 액티브층(204)을 전기적으로 분리시키고 있다.
상기 제 1 절연층(203)은 통상 실리콘산화막(SiO2) 또는 실리콘질화막(SiNx)으로 구성될 수 있다. 상기 제 1 절연층(203)은 게이트 라인(201) 및 게이트 전극(203)을 덮고 있기 때문에 게이트 절연층으로 불리기도 한다.
상기 데이터 라인(202), 소스 전극(205) 및 드레인 전극(206)은 같은 층, 즉, 제 1 절연층(230)상에 형성되는데, 따라서 데이터 라인(202), 소스 전극(205) 및 드레인 전극(206)은 같은 물질로 구성될 수 있다.
또한, 상기 데이터 라인(202), 소스 전극(205) 및 드레인 전극(206) 상에는 제 2 절연층(231)이 형성되어 있어 상기 데이터 라인(202), 소스 전극(205) 및 드레인 전극(206)을 외부로부터 보호한다.
본 실시 예에서 상기 제 2 절연층(231) 상에는 제 3 절연층인 패시베이션층(232)이 더 형성되어 있는데, 경우에 따라서는 상기 제 2 절연층(231)을 생략하는 것도 가능하다.
도 2a에 도시된 박막 트랜지스터(TFT)는 두 개의 채널을 구비하는데, 본 발명의 실시 예는 이에 제한되지 않고 다양한 형태의 박막 트랜지스터(TFT)가 스위칭 소자로 사용될 수 있다.
이어서, 상기 제 2 절연층(231) 상에 형성되어 있는 패시베이션층(232)에 대해 더 상세히 설명한다.
상기 패시베이션층(232)은 제 2 절연층(231)이 형성되어 있는 기판 전면(全面) 상에 형성되면서 두 영역으로 구분되어 있다. 즉, 게이트 라인(201), 데이터 라인(202) 및 박막 트랜지스터(TFT) 상부의 제 1 영역과 상기 단위 화소에서 제 1 영역을 제외한 제 2 영역으로 구분된다. 그러므로 제 2 영역은 단위 화소 내부를 포함한다.
특히, 본 실시 예에서 제 2 영역의 패시베이션층(232)은 단위 화소의 바닥으로부터 상부로 돌출하는 돌출패턴(211)을 더 포함한다. 그리고, 상기 제 1 영역 및 제 2 영역의 돌출패턴(211)을 제외한 제 2 영역의 패시베이션층(232)은 제 1 영역의 패시베이션층보다 더 얇게 구성된다.
이는 단위 화소마다 형성되는 스토리지 전극(209)와 화소 전극(210) 및 그 사이의 절연층(제 1 절연층(230), 제 2 절연층(231) 및 패시베이션층(232))이 커패시터를 구성하는데, 제 2 영역의 패시베이션층을 얇게 형성하여 커패시턴스 값을 높이기 위함이다. 전기영동표시소자는 대전입자를 구동하기 위한 구동전압이 ±15V 정도로 액정표시소자 등에 비해 매우 높다. 따라서 큰 전압변동에 따라 대전입자의 쌍안정성을 높이기 위해서는 커패시턴스 값이 클 것이 요구된다. 그리고, 단위 화소에 전압이 제거된 후에도 대전입자의 상태를 그대로 유지시켜 주는 쌍안정성을 커패시터 값을 높임으로써 향상시킬 수 있다.
상기 돌출패턴(211)은 패시베이션층(232)의 일부를 구성하면서 단위 화소의 공간 내로 돌출되어 있다. 상기 돌출패턴(211)은 전기영동분산액을 스크린 프린팅 방법으로 주입할 때 전기영동분산액이 단위 화소 내에 원활하게 주입되도록 돕는 역할을 수행한다.
본 실시 예의 단위 화소는 격벽(220)으로 에워싸여진 후 크기가 가로 및 세로가 100㎛~150㎛, 격벽(220)의 높이가 40㎛ 정도의 크기이다. 이러한 크기의 단위 화소에 마스크를 정렬하고 스크린 프린팅 방법에 의해 전기영동분산액을 주입하면 상기 돌출패턴이 없을 때는 전기영동분산액이 단위 화소의 가운데로 몰려 주입되는 문제점을 야기했다. 그리고 가운데로 집중된 전기영동분산액은 이후 단위 화소 내에서 균일하게 분산되지 못하는 문제를 야기했다.
그러나, 본 실시 예에 의한 돌출패턴(211)을 구비했을 경우, 스크린 프린팅 방법에 의해 전기영동분산액을 주입하면 전기영동분산액이 균일하게 단위 화소 내에 주입되는 것을 확인할 수 있었다. 도 4의 전자현미경사진(SEM) 사진은 그 결과를 보여준다.
이는 스크린 프린팅 공정 중에 마스크가 도 3a 및 도 3b에 예시된 바와 같이, 단위 화소 내로 휘어지면서 전기영동분산액이 주입되는데 이때 돌출패턴과 전기영동분산액이 먼저 만나면서 전기영동분산액의 주입을 원활하게 하는 것으로 보인다.
상기 돌출패턴(211)의 형상 및 분포는 임의로 하되 단위 화소 내에 복수 개 설치하는 것이 바람직하다.
상기 돌출패턴(211)을 포함한 패시베이션층(232)은 포토아크릴의 유기막을 사용할 수 있다. 포토아크릴은 박막의 두께 조절이 용이하고 그에 따라 커패시턴스 값을 조절하기에 유리하다.
상기 돌출패턴(211)은 도 2b의 예시와 같이, 패시베이션층(232) 위에 형성되는 화소 전극(210)을 뚫고 돌출할 수도 있다. 반면, 도 2c에 예시한 바와 같이, 화소 전극(210)이 돌출패턴(211)을 포함하는 패시베이션층(232) 위에 형성될 수도 있다.
도 2b에 예시되는 제 1실시 예는 패시베이션층(232)이 무극성의 유기막으로 구성되어 무극성의 전기영동분산액이 스크린 프린팅 방법에 의해 주입될 때 같은 성질의 돌출패턴과 만나면서 주입이 용이해지는 장점이 있는 반면, 도 2c에 예시되는 제 2 실시 예는 화소 전극(210)이 돌출패턴(211)을 포함하는 패시베이션층(232)을 모두 덮기 때문에 돌출패턴(211)을 노출시키기 위해 돌출패턴(211) 상부의 화소 전극(210)을 별도로 제거하는 공정을 수행하지 않아도 되는 장점이 있다.
상기 패시베이션층(232) 상에는 박막 트랜지스터의 드레인 전극(206)과 컨택홀을 통해 연결되는 화소 전극(210)이 형성되어 있다. 상기 화소 전극(210)은 투명 전도성 물질 외에 도전성의 반사특성이 좋은 금속 박막일 수 있다. 전기영동표시소자는 외부 자연광을 반사하는 일종의 반사형 디스플레이이므로, 배면에 광원을 가지는 액정표시소자와는 달리 화소 전극(210)이 투명한 도전물질일 필요는 없다. 대신, 화소 전극(210)은 반사특성이 우수한 금속 박막을 사용하여 반사효율을 극대화하는 것이 바람직하다.
본 실시 예의 특징 중 하나는 단위 화소를 구분하는 격벽(220)을 가진다는 점이다. 상기 격벽(220)은 게이트 라인(201) 및 데이터 라인(202) 상부에 형성된다. 구체적으로 격벽(220)은 패시베이션층(232)의 제 1 영역 상에 형성되어 있다. 또한 상기 격벽(220)은 박막 트랜지스터 상부에도 형성되어 박막 트랜지스터를 외부광으로부터 차단한다.
전기영동표시소자는 자연광 즉, 전기영동표시소자의 외부로부터 진입하는 외부광을 대전입자가 반사하여 영상을 표현하는데, 그 결과 자연광에 박막 트랜지스터의 채널층이 노출되면 자연광에 의해 채널이 오동작을 유발할 수가 있다. 이를 차단하기 위해 본 실시 예의 격벽(220)은 박막 트랜지스터 상부에 더 형성되어 박막 트랜지스터의 채널층을 보호한다.
상기 격벽(220)은 감광성 유기막으로 형성될 수 있다. 상기 격벽(220)은 패시베이션층(232)의 제 1 영역 상부에 형성되어 단위 화소의 크기를 결정한다. 본 실시 예에서 상기 격벽은 두께가 약 10㎛, 높이가 약 40㎛ 정도 되도록 형성된다.
상기 격벽(220)에 의해 정의되는 단위 화소의 크기는 가로, 세로의 크기가 각각 약 100㎛~150㎛이다.
그리고, 상기 격벽(220)에 의해 정의되는 단위 화소 내에 전기영동분산액이 주입되어 있다. 전기영동분산액은 대전입자와 그 대전입자가 유영할 수 있는 무극성의 용매를 포함하여 구성된다. 통상, 하전된 대전입자의 동작을 정밀하게 제어하기 위해서 대전입자를 둘러싸는 환경은 모두 무극성의 성질을 가지도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시 예에서, 대전입자가 유영하는 용매와, 대전입자 및 용매를 담는 격벽 및 대전입자와 일부 닿는 패시베이션층(232)은 모두 무극성의 유기물로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 용매(160)는 할로겐 솔벤트(halogenated solvents), 포화 탄화수소(saturated hydrocarbons), 실리콘 오일(silicone oils), 저 분자량 할로겐을 포함하는 폴리머(low molecular weight halogen-containing polymers), 에폭사이드(epoxides), 비닐 에테르(vinyl ethers), 비닐 에스테르(vinyl ester), 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon), 톨루엔(toluene), 나프탈렌(naphthalene), 액상 파라핀(paraffinic liquids), 폴리 클로로트리플루오로에틸렌 폴리머(poly chlorotrifluoroethylene polymers) 물질이 사용될 수 있다.
상기 전기영동분산액은 격벽(220)에 의해 정의되는 단위 화소 공간을 약 80%~85% 정도 채운다. 이는 주입의 용이성과 이웃하는 화소로 넘치는 것을 방지하기 위해 실험결과 도출된 최적의 용량이다.
상기 제 1 기판(200)으로부터 격벽(220)까지 TFT 어레이 기판에 형성된다.
그리고, 상기 단위 화소 내에 전기영동분산액이 주입되고 난 후, 단위 화소를 밀봉시키는 실링층(252)이 상기 격벽(220) 위에 더 형성되어 있다.
상기 실링층(252)의 형성방법은 다양한 방법이 채택될 수 있으나, 본 실시 예에서는 제 2 기판으로서 작용하고 투명한 보호층(250)상에 도전층(251)을 코팅하고, 그 위에 실리층(252)을 도포한 후, 상기 실링층(252)을 격벽(220)이 형성된 TFT 어레이 기판과 합착하여 전기영동분산액이 주입된 단위 화소를 밀봉한다.
따라서, 격벽(220) 위에는 실링층(252), 도전층(251) 및 보호층(250)이 차례로 더 형성되어 있다.
상기 도전층(251)은 상기 화소 전극(210)과 더불어 전기영동분산액에 전계를 인가하는 공통 전극이다.
도 2a~2c를 참조하여 설명된 본 발명의 전기영동표시소자는 돌출패턴을 포함하고, 게이트 라인 및 데이터 라인 상부로 정의되는 제 1 영역과 그 이외의 제 2 영역을 포함하는 패시베이션층 및 제 1 영역의 패시베이션층 상에 형성되는 격벽이라는 특징을 포함하여 완성된다.
이어서, 도 4a, 도 4b 및 도 5a~5g를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기영동표시소자의 제조방법을 설명한다. 제조방법의 설명에 있어, 같은 구성요소는 도 2a~2c에 부여된 부호와 같은 것을 사용한다.
도 5a를 참조하면, 제 1 기판(200) 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 공정은 일반적인 액정표시소자 제조방법과 같다. 즉, 유리기판, 가요성 기판 또는 금속박막으로 구성되는 제 1 기판(200) 상에 게이트 라인(201) 및 상기 게이트 라인(201)으로부터 분기하는 게이트 전극(203)과 상기 게이트 라인(201)과 평행한 스토리지 라인 및 상기 스토리지 라인과 연결되어 있는 스토리지 전극(209)을 형성한다.
상기 게이트 전극(203) 및 스토리지 전극(209)은 금속박막을 제 1 기판(200) 상에 스퍼터링 방법으로 증착한 다음, 포토리소그래피(Photo lithography) 공정을 통해 패터닝함으로써 형성할 수 있다.
이어서, 상기 게이트 전극(203) 및 스토리지 전극(209) 상에 게이트 절연층(230)을 형성한다. 상기 게이트 절연층(230)은 실리콘산화막(SiO2) 또는 실리콘질화막(SiNx)을 이용할 수 있다.
상기 게이트 절연층(230) 상에 액티브층(204)를 증착한다. 상기 액티브층(204)은 비정질실리콘 또는 결정질실리콘으로 구성될 수 있으며 증착공정을 통해 게이트 절연층(230)상에 형성한다. 증착된 실리콘층을 포토리소그래피 공정을 통해 패턴닝하여 단위 화소마다 액티브층(204)를 형성한다. 상기 액티브층(204)은 옥사이드(oxide) 박막으로 형성될 수도 있다.
이어서, 상기 액티브층(204)이 형성된 게이트 절연층(230)상에 데이터 라인과 데이터 라인으로부터 분기하는 소스 전극(205) 및 소스 전극과 액티브층(204)을 사이에 두고 대향하는 드레인 전극(206)을 형성한다.
상기 데이터 라인(202), 소스 전극(205) 및 드레인 전극(206)은 동일 금속층으로 형성되며 포토리소그래피 공정을 통해 형성될 수 있다.
이어서, 상기 데이터 라인(202), 소스 전극(205) 및 드레인 전극(206) 상에 제 2 절연층(231)을 형성하여 상기 데이터 라인(202), 소스 전극(205) 및 드레인 전극(206)을 외부로부터 절연시킨다.
이어서, 도 5b를 참조하여, 제 2 절연층(231)상에 패시베이션층(232)을 형성하는 공정을 설명한다.
제 2 절연층(231) 상에 포토아크릴과 같은 유기막을 약 3㎛~4㎛의 두께로 코팅한다. 이어서, 상기 유기막 상에 포토레지스터를 도포하고 포토리소그래피 공정을 진행한다. 이를 좀 더 자세히 살펴 본다.
즉, 상기 유기막 상에 포토레지스터를 도포한 다음, 게이트 라인 및 데이터 라인 상부의 제 1 영역과 그 이외의 제 2 영역이 구분된 마스크를 상기 포토레지스터 상에 정렬한다. 상기 제 1 영역은 포토리소그래피 공정을 거친 다음 유기막이 제 2 영역보다 두껍게 남는 영역이며, 제 2 영역은 제 1 영역에 비해 유기막이 더 얇게 남는 영역이다. 상기 제 1 영역에는 박막 트랜지스터 상부도 포함된다. 즉, 박막 트랜지스터 상부에도 유기막이 제 2 영역보다 두껍게 남도록 한다. 상기 제 1 영역은 게이트 라인, 데이터 라인 및 박막 트랜지스터 상부의 영역이다.
또한, 상기 마스크는 돌출패턴을 정의하는 패턴도 포함한다. 따라서, 상기 마스크를 포토레지스터 상에 정렬한 다음 노광, 현상 및 스트립 공정을 마치고 나면, 제 1 영역과 돌출패턴 상부에만 포토레지스트 패턴이 남고 그 이외의 제 2 영역의 포토레지스트 패턴은 제거된다.
이어서, 상기 남겨진 포토레지스트 패턴, 즉, 제 1 영역과 돌출패턴(211) 상부의 포토레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 상기 유기막의 일부를 제거하여 제 2 영역에 돌출패턴이 형성된 패시베이션층(232)을 형성한다.
이때, 상기 패시베이션층(232)은 돌출패턴(211)을 제외하면 제 2 영역에서 제1 영역보다 더 얇은 패시베이션층(232)이 형성된다.
상기 돌출패턴(211)을 포함하는 패시베이션층(232)을 형성하는 공정에서 드레인 전극(206)을 노출시키는 컨택홀(208) 형성공정도 함께 수행된다. 즉, 드레인 전극(206) 상부의 제 2 절연층(231) 및 패시베이션층(232)은 제거되어 드레인 전극(206)이 노출된다.
상기 돌출패턴(211)은 대전입자가 블랙입자 및 화이트 입자만으로 구성되는 모노 타입의 전기영동표시소자보다는 대전입자가 레드, 그린, 블루를 포함하는 컬러형 전기영동표시소자에서 전기영동분산액의 주입에 효과적인 기능을 수행한다.
즉, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 격벽(220) 상부에 마스크(400)를 정렬하고 마스크 상단에 전기영동분산액을 도포한 다음, 스퀴즈(410)를 이용하여 스크린 프린팅 공정을 진행한다. 종래의 경우, 도 4a와 같이, 전기영동 분산액의 주입 시, 격벽(220)의 상부에 마스크(400)를 배치시키고, 전기영동 분산액을 화소 영역 내에 주입하면, 전기영동 분산액이 마스크의 배면을 따라 흘러 이웃화소로 흘러 들어가거나, 격벽의 상단을 오염시킨다. 특히, R,G,B의 서브 화소들이 모여 하나의 단위 화소를 구성하는 컬러형 전기영동표시소자의 경우, 서로 다른 색상의 서브화소들이 서로 이웃하고 있어, 다른 색상의 대전입자가 혼색될 경우, 화질을 떨어뜨리는 원인이 된다.
그러나, 도 4b에 도시된 것처럼, 돌출패턴(211)을 포함하는 본 발명의 실시 예에 의하면, 마스크(400)를 격벽(220) 상단에 정렬하고 스크린 프린팅 방법으로 전기영동분산액을 화소에 주입할 경우, 얇은 금속 박막인 마스크가 스퀴즈(410)의 압력에 의해 휘어지면서 전기영동분산액이 주입되는데, 돌출패턴(211)은 전기영동분산액의 주입을 유도하는 유도 경로로 작용하여 전기영동분산액이 마스크의 배면을 타고 이웃하는 화소로 흘러 들어가는 것을 방지함과 더불어 화소 내에 균일하게 주입되는 것을 돕는다.
이어서, 화소 전극(210)을 형성하는 공정을 수행한다. 도 5c를 참조하면, 화소 전극(210)은 돌출패턴(211)을 포함하는 패시베이션층(232) 상에 금속박막을 증착한 다음, 포토리소그래피 공정을 수행하여 완성한다. 이 때, 도 5c의 실시 예는 돌출패턴(211)이 화소 전극(210) 위로 노출되는 형태를 예시한다. 즉, 금속박막이 패시베이션층(232)상에 형성된 후, 포토리소그래피 공정을 수행할 때, 돌출패턴(211) 상부의 금속박막은 제거하고 화소 전극을 패턴닝한다. 이 경우, 돌출패턴(211)은 화소 전극(210) 위로 노출되어 전기영동분산액의 주입 시 전기영동분산액과 직접 만날 수 있어 전기영동분산액의 주입경로 역할을 원활히 수행할 수 있다.
상기 화소 전극(210)은 컨택홀을 통해 드레인 전극(206)과 전기적으로 연결된다.
이어서, 화소 전극(210)이 형성된 패시베이션층(232) 상에 격벽(220)을 형성하는 공정을 진행한다. 도 5d를 참조하여 설명한다.
격벽(220)은 패시베이션층(232)의 제 1 영역을 따라 형성된다. 즉, 게이트 라인(201) 및 데이터 라인(206) 상부에 형성되어 화소를 구분 짓는다. 상기 격벽(220)은 감광성 유기막을 패시베이션층(232)상에 도포하는 단계, 상기 감광성 유기막 상에 마스크를 정렬하고 노광하는 단계, 노광된 상기 감광막을 현상(develop)하는 단계, 현상된 감광막을 스트립하는 단계 및 경화하는 단계를 통해 완성할 수 있다.
격벽(220)의 형성방법은 위와 같은 포토리소그래피 공정에 한정되지 않고 다양한 방법이 시도될 수 있다. 예를 들어, 몰드 프린팅 방법을 통해 격벽(220)을 패시베이션층(232)상에 형성할 수도 있다.
상기 격벽(220)은 전기영동분산액을 담는 일종의 욕조와 같은 역할을 하는 것으로, 전기영동분산액의 운동을 방해하지 않도록, 전기영동분산액과 동일한 물리적 성질을 가지는 무극성의 물질을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 격벽(220)은 스위칭 소자인 박막 트랜지스터의 상부에도 형성한다. 박막 트랜지스터의 채널층에 외부 광이 조사되면 채널층에 누설전류를 발생시킬 수 있는데, 상기 격벽(220)이 채널층 상부에 형성됨으로써 외부광이 채널층에 도달하는 것을 차단할 수 있다.
이어서, 상기 격벽(220)에 의해 구분된 단위 화소 내에 전기영동분산액을 주입하는 공정이 진행된다.
본 실시 예의 특징은 단위 화소에 전기영동분산액을 주입하는데 두 번의 주입공정을 진행한다는 점이다. 1차 주입은 고점도의 용매와 함께 대전입자를 주입하고 2차 주입은 대전입자 없는 저점도의 용매만 주입한다.
도 5e 및 5f를 참조하여 설명한다.
격벽(220) 상부에 박막의 금속 마스크(400)를 정렬한다. 마스크는 단위 화소에 대응되도록 홀(hole)을 구비하고 있다. 고점도의 무극성의 휘발성 유기용매와 더불어 대전입자를 혼합하여 상기 마스크(400)상에 도포한다. 상기 고점도의 무극성 유기용매는 점도가 약 30000cP이다. 물의 점도가 1cP이므로 유기용매는 고점도를 유지한다.
고점도의 용매를 사용하는 것은 스크린 프린팅 방법에 의해 대전입자를 화소내로 주입하기 위함이다. 스크린 프린팅 방법은 마스크 상에 전기영동분산액을 도포한 다음, 스퀴즈로 상기 전기영동분산액을 밀어 화소 내로 주입하는 방법인데, 전기영동분산액의 점도가 너무 낮으면, 도포한 후 마스크 상에서 흘러내려 스퀴즈로 전기영동분산액을 밀어내기 전에 흩어져 버리는 문제가 있다.
따라서, 점도를 일정 수준 이상의 고점도로 유지한 상태에서 대전입자를 용매에 혼합하여 스크린 프린팅 공정을 진행하면 대전입자를 용이하게 화소 내에 주입할 수 있다.
1차 주입 시, 박막의 마스크(400)는 스퀴즈(410)의 압력에 의해 화소 내부로 휘어지고 그에 따라 주입되는 전기영동분산액은 화소의 바닥에 형성되어 있는 돌출패턴(211)의 유도를 받아 화소 내로 주입된다.
1차 주입시, 단위 화소에 주입해야하는 대전입자를 모두 주입한다. 예를 들어, 단위 화소마다 100개의 대전입자를 주입해야 한다면, 1차 주입시 고점도의 용매에 100개의 대전입자를 모두 혼합하여 주입한다. 이때, 1차 주입을 마친 전기영동분산액은 단위 화소 총 부피의 약 15%~22%를 차지하게 된다.
1차 주입의 용량을 15% 이하로 할 경우, 하나의 화소에 필요한 대전입자를 모두 이동시키는데 부족하였고, 1차 주입 용량을 22% 이상으로 한 경우, 주입시 이웃 화소나 격벽 상단을 오염시키는 문제를 유발하였다. 이는 실험적으로 확인된 수치이다.
이어서, 상기 화소 내에 주입된 고점도의 용매를 휘발시켜 화소 내에는 대전입자만 남게 한다. 상기 고점도의 용매의 휘발은 챔버 내에서 가열하여 이루어 질 수도 있고 상온, 상압 상태에서 자연적으로 휘발되게 할 수도 있다.
이어서, 1차 주입이 끝난 다음, 마스크 상에 저점도의 무극성 유기용매를 도포하고 스퀴즈로 밀어 화소 내에 주입하는 2차 주입을 실시한다.
2차 주입시 사용되는 용매는 약 3cp로 1차 주입시 사용된 용매에 비해 매우 저점도이다.
1차 및 2차 주입시 사용된 용매는 종류는 같고 점도만 다른 것을 사용할 수 있다.
상기 2차 주입시 무극성의 용매는 단위 화소 공간의 약 80%~85%를 채운다. 즉, 1차 주입에 의해 대전입자가 주입되어 있는 화소 내에 2차로 용매만을 주입하여 전체 부피가 화소 공간의 약 80%~85%가 되게 한다.
2차 주입에 의해 용매가 화소 내에 주입되면 먼저 주입되었던 대전입자는 2차로 주입된 용매에 혼합되어 화소 내 공간에 균일하게 분포한다.
상기 대전 입자는 적색(red), 청색(blue), 녹색(green), 황색(yellow), 시안(cyan), 마젠타(magenta), 흑색(black), 백색(white)의 색상이 선택적으로 착색되어 단위 화소에 주입될 수 있다. 따라서, 상기 전기영동분산액의 주입방법은 각 색상 별로 반복하여 실시한다.
상기 용매는 할로겐 솔벤트(halogenated solvents), 포화 탄화수소(saturated hydrocarbons), 실리콘 오일(silicone oils), 저 분자량 할로겐을 포함하는 폴리머(low molecular weight halogen-containing polymers), 에폭사이드(epoxides), 비닐 에테르(vinyl ethers), 비닐 에스테르(vinyl ester), 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon), 톨루엔(toluene), 나프탈렌(naphthalene), 액상 파라핀(paraffinic liquids) 또는 폴리 클로로트리플루오로에틸렌 폴리머(poly chlorotrifluoroethylene polymers) 물질이 사용될 수 있다.
상기 실시 예에서 전기영동분산액의 주입방법으로 스크린 프린팅 방법을 제시하였으나, 다른 방법도 가능하다. 예를 들어, 전기영동 분산액은 격벽에 의해 정의된 화소 내에 다이 코팅(Die coating) 방식, 캐스팅(Casting) 방식, 바 코팅(Bar Coating) 방식, 슬릿 코팅(Slit Coating) 방식, 디스펜스(Dispense) 방식, 스퀴징(squeezing) 방식, 잉크젯 프린팅(Inkjet printing) 방식 또는 포토 리쏘그래피(Photo lithography) 방식을 통해 충진될 수 있다.
이어서, 전기영동분산액이 주입된 화소를 밀봉하는 실링 공정을 진행한다.
도 5g를 참조하여 실링공정을 설명한다.
본 실시 예에서 실링 공정은 보호층(250)인 제 2 기판상에 투명전극으로 이루어지는 도전층인 공통 전극(251)을 증착하고 그 위에 점착성 실링층(252)를 도포한 후, 상기 실리층(252)이 격벽(220)을 향하도록 뒤집어 격벽(220)과 합착하도록 함으로써 수행할 수 있다.
보호층(250)인 제2 기판은 빛이 투과하여야 하기 때문에 투명하여야 하며, 투명 재질의 유리 또는 가요성(Flexibility)의 투명한 플라스틱의 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어 PET(polyethylene terephthalate) 일 수 있다. 그러나 상기 보호층(250)은 이에 제한되지 않고 투명한 임의의 재료일 수 있다.
상기 공통 전극(251)은 화소 전극(210)과 대응되어 화소 영역에 전기장을 인가한다. 이러한 공통 전극(251)은 인듐 틴 옥사이드(ITO: Indium Tin Oxide) 또는 인듐 징크 옥사이드(IZO: Indium Zinc Oxide)와 같은 전도성 투명 물질로 형성될 수 있다.
상기 공통 전극(251) 상에는 실링층(252)이 형성된다.
상기 실링층(252)은 전기영동 분산액이 이웃하는 화소로 넘치지 않도록 전기영동 분산액과 반발력(repulsion)을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 실링층(252)은 전기적으로 무극성의 유기물(organic) 또는 무극성의 무기물(inorganic)로 0.1um ~ 40um의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 실링층(252)은 진공 증착(CVD, Sputter) 방식, 다이 코팅(Die coating) 방식, 캐스트(Casting) 방식, 바 코팅(Bar Coating) 방식, 슬릿 코팅(Slit Coating) 방식, 디스펜스(Dispense) 방식, 스퀴징(squeezing) 방식, 스크린 프린팅(Screen printing) 방식 또는 잉크젯 프린팅(Inkjet printing) 방식 또는 그라비어 롤 프린팅(gravure roll printing) 방식 등을 이용하여 공통 전극(251)상에 도포한 후, 자외선(UV) 또는 열을 가하여 경화시켜 형성할 수 있다.
한편, 실링층(252)은 진공 증착(CVD, Sputter) 방식, 다이 코팅(Die coating) 방식, 캐스트(Casting) 방식, 바 코팅(Bar Coating) 방식, 슬릿 코팅(Slit Coating) 방식, 디스펜스(Dispense) 방식, 스퀴징(squeezing) 방식, 스크린 프린팅(Screen printing) 방식 또는 잉크젯 프린팅(Inkjet printing) 방식 또는 그라비어 롤 프린팅(gravure roll printing) 방식 등을 이용하여 공통 전극(251) 상에 형성한 후, 자외선 또는 열을 가하여 경화시켜 형성할 수 있다.
실링층(252)으로 유기물을 사용하는 경우, 폴리머(Polymer), 아크릴 자외선 경화 수지(Acrylic UV curable resin), 유기 자기 조립 단층 박막(organic SAM layer)으로 코팅 가능한 유기물 또는 비전도성의 투명 유기물 일 수 있다.
한편, 실링층(252)으로 무기물을 사용하는 경우, 실리콘 질화물(일 예로서, SiNx), 비정질 실리콘(a-Si), 실리콘 산화물(일 예로서, SiOx), 알루미늄 산화물(일 예로서, Al2O3) 또는 비전도성의 투명 무기물일 수 있다.
상기의 다양한 방법에 의해 형성된 실리층(252)를 포함한 제 2기판을 실리층(252)가 격벽(220) 상단을 향하도록 뒤집어 실리층(252)와 격벽이 맞닿도록 하여 단위 화소를 밀봉한다.
상기 실링층(252)에 의한 밀봉에 의해, 표시 영역의 차폐가 완벽하게 이루어질 수 있다. 따라서, 외부 공기 및 수분에 의해 전기영동 표시소자가 오염되는 불량을 방지하여 전기영동 표시소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기 단위 화소의 실링공정을 끝으로 본 발명의 일 실시 예에 의한 전기영동표시소자의 제조공정이 완료된다.
상기 실시 예에 따른 전기영동표시소자는 TFT 어레이 기판상에 단위 화소를 정의하는 격벽이 직접 형성됨으로써 전기영동분산액이 TFT 어레이 기판에 내재화된 전기영동표시소자를 제조할 수 있다. 이를 통해, 본 실시 예에 의한 전기영동표시소자는 TFT 어레이 기판 형성공정과 전기영동분산액 주입공정을 인라인으로 구성할 수 있어 제조공정상의 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 본 실시 예의 전기영동표시소자는 TFT 어레이 기판상에 격벽을 직접형성하면서 격벽이 단위 화소를 정의하기 때문에 단위 화소마다 전기영동분산액을 주입할 수 있어 종래의 문제점인 전기영동기판과 TFT 어레이 기판과의 오정렬 문제를 극복할 수 있다.
또한, 본 발명의 전기영동표시소자의 제조방법은 전기영동분산액을 주입함에 있어 복수회차로 나누어 주입함으로써 전기영동분산액을 단위 화소마다 오염없이 주입하는 것이 가능하다. 전기영동분산액을 TFT 어레이 기판에 직접 주입하는 것은 이웃 화소로 전기영동분산액이 넘쳐 전기영동표시소자를 오염시키는 문제점을 유발하는데, 본 발명의 전기영동표시소자의 제조방법은 대전입자를 먼저 주입하고 이어서 용매만을 주입하는 방법을 통해 이웃 화소 간의 오염문제를 해결한다.
또한, 본 실시 예의 전기영동표시소자는 패시베이션층이 단위 화소 내에서 돌출패턴을 가지도록 함으로써, 상기 전기영동분산액의 주입공정을 더욱 원활히 하고 단위 화소마다 전기영동분산액이 균일하게 주입되도록 한다.
또한, 본 실시 예의 전기영동표시소자는 격벽에 의해 정의되는 화소영역에 형성되는 패시베이션층의 두께를 가능한 얇게 구성함으로써 단위 화소마다 형성되는 스토리지 커패시턴스 값을 높일 수 있다. 특히, 전기영동표시소자는 쌍안전성을 가지는 것이 특징인데, 스토리지 커패시턴스 값을 높임으로써 쌍안전성을 더욱 높일 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
201: 게이트 라인 202: 데이터 라인
203: 게이트 전극 204: 액티브층
205: 소스 전극 206: 드레인 전극
209: 스토리지 전극 210: 화소 전극
211: 돌출패턴 220: 격벽
400: 마스크 410: 스퀴즈

Claims (20)

  1. 게이트 라인과 데이터 라인 및 스위칭 소자가 배치된 제 1 영역, 및 상기 제 1 영역에 둘러싸인 내측에 스토리지 전극과 화소 전극이 배치된 제 2 영역을 구비한 기판;
    상기 기판상에 형성되며 상기 제 1 영역에서 제 1 두께를 가지면서 상기 제 2 영역에서 제 2 두께를 가지되, 상기 제 2 영역 내에서 상기 제 1 두께를 갖는 돌출패턴을 포함하는 패시베이션층;
    상기 제 2 영역 내에서 상기 패시베이션층 상에 형성되어 있는 화소 전극;
    상기 제 1 영역의 상기 패시베이션층 상에서 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인을 따라 형성되어 단위 화소를 정의하는 격벽;
    상기 격벽에 의해 정의되는 단위 화소마다 채워지는 전기영동분산액;
    상기 격벽의 상단과 접촉하면서 단위 화소를 실링하는 실링층;
    상기 실링층 상에 형성되어 있는 공통 전극; 및
    상기 공통 전극 상에 형성되어 있는 보호층을 포함하는, 전기영동표시소자.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌출패턴은 복수 개인, 전기영동표시소자.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 전극은 상기 돌출패턴을 노출시키면서 패시베이션층 상에 형성되어 있는, 전기영동표시소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 패시베이션층의 제 2 두께는 상기 패시베이션층의 상기 제 1 두께보다 더 얇은, 전기영동표시소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 격벽은 스위칭 소자 상에 형성되어 있는, 전기영동표시소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 패시베이션층은 유기물질인, 전기영동표시소자.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 패시베이션층은 포토아크릴인, 전기영동표시소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 스토리지 전극은 상기 제 2 영역의 상기 패시베이션층 아래에서 상기 화소 전극과 중첩하도록 형성된, 전기영동표시소자.
  11. 기판 상에 제 1 영역과 제 2 영역을 구획하는 단계;
    상기 제 1 영역에 게이트 라인과 스토리지 라인 및 상기 제 2 영역에 상기 스토리지 라인에 연결된 스토리지 전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 전체에 제 1 절연층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 절연층 상의 상기 제 1 영역에 액티브 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제 1 절연층 상의 상기 제 1 영역에 상기 게이트 라인과 교차하는 데이터 라인, 상기 데이터 라인으로부터 분기하는 소스 전극 및 상기 액티브 패턴을 사이에 두고 상기 소스 전극과 대향하는 드레인 전극을 형성하는 단계;
    상기 제 1 영역 상에서 제 1 두께를 갖고 상기 제 2 영역 상에서 제 2 두께를 가지면서 상기 제 2 영역 일부 상에서 상기 제 1 두께를 갖는 돌출패턴을 포함하는 패시베이션층을 형성하는 단계;
    상기 패시베이션층 상의 상기 제 2 영역에 화소 전극을 형성하는 단계;
    상기 패시베이션층 상의 상기 제 1 영역의 상기 액티브 패턴 위에 단위 화소를 정의하는 격벽을 형성하는 단계;
    상기 단위 화소마다 전기영동분산액을 주입하는 단계; 및
    상기 단위 화소를 실링하는 단계를 포함하는, 전기영동표시소자의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 패시베이션층 아래에서 상기 기판 전체를 덮는 제 2 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 전기영동표시소자의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 패시베이션층을 형성하는 단계는,
    상기 제 2 절연층 상에 유기물질을 도포하는 단계; 및
    상기 유기물질 상에 감광막을 도포하고 포토리소그래피 공정을 진행하여 상기 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 포토리소그래피 공정은 상기 제 1 영역 상에서 상기 제 1 두께를 갖고 상기 제 1 영역을 제외한 상기 제 2 영역 상에서 상기 제 2 두께를 가지되, 상기 제 2 영역에 상기 돌출패턴이 형성되도록 하는, 전기영동표시소자의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 포토리소그래피 공정에서 상기 패시베이션층의 상기 제 2 영역의 상기 제 2 두께는 상기 패시베이션층의 상기 제 1 영역의 상기 제 1 두께보다 더 얇아지는, 전기영동표시소자의 제조방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 화소 전극을 형성하는 단계는,
    상기 패시베이션층 상에 도전층을 형성하는 단계; 및
    상기 돌출패턴이 노출되도록 돌출패턴 상의 도전층을 제거하는 단계를 포함하는, 전기영동표시소자의 제조방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 격벽을 형성하는 단계는,
    상기 패시베이션층 상에 감광성 유기물질을 도포하는 단계; 및
    상기 유기물질에 포토리소그래피 공정을 진행하여 상기 패시베이션층의 제 1 영역 상의 유기물질은 남기고 상기 패시베이션층의 제 2 영역 상의 유기물질은 제거하는 단계를 포함하는, 전기영동표시소자의 제조방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 전기영동분산액을 주입하는 단계는,
    상기 단위 화소에 대전입자와 제 1 점도의 용매를 포함하는 전기영동분산액을 주입하는 단계;
    상기 제 1 점도의 용매를 제거하는 단계; 및
    상기 단위 화소에 제 2 점도의 용매를 주입하는 단계를 포함하는, 전기영동표시소자의 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 점도는 상기 제 2 점도보다 높은, 전기영동표시소자의 제조방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 전기영동분산액 및 제 2 점도의 용매는 스크린 프린팅 방법에 의해 상기 단위 화소에 주입되는, 전기영동표시소자의 제조방법.
  20. 제 11항에 있어서,
    상기 실링하는 단계는,
    보호층을 준비하는 단계;
    상기 보호층 상에 전극층을 도포하는 단계;
    상기 전극층 상에 실링층을 도포하는 단계 및;
    상기 실링층이 상기 격벽과 접촉하도록 합착하는 단계를 포함하는, 전기영동표시소자의 제조방법.
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