KR101970576B1 - 전기영동 표시장치의 제조방법 - Google Patents

전기영동 표시장치의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기영동 잉크의 불필요한 소모를 저감하고, 주입이 용이하며, 균일한 셀 갭 구현 및 입자의 분산도 확보가 가능하도록 한 전기영동 표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 하부기판과 상부기판을 준비하는 단계; 상기 상부기판과 상기 하부기판 중 어느 하나의 기판에 일방향으로 길게 형성되고, 서로 이격되는 스페이서를 복수개 형성하는 단계; 상기 스페이서를 사이에 두고 상기 상부기판과 상기 하부기판을 합착하여 패널을 형성하는 단계; 상기 스페이서와 상기 상부기판 및 상기 하부기판에 의해 형성되는 공간에 대전입자가 혼합된 전기영동액을 충전하는 단계; 및 상기 전기영동액이 충전된 패널을 밀봉하는 밀봉단계;를 포함하여 구성된다.

Description

전기영동 표시장치의 제조방법{Fabricating Method For Electrophoretic Display Device}
본 발명은 전기영동 표시장치의 제조 방법에 관한 것으로 특히, 전기영동 잉크의 불필요한 소모를 저감하고, 주입이 용이하며, 균일한 셀 갭을 구현 및 입자의 분산도 확보가 가능하도록 한 전기영동 표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
전기영동 표시장치(EPD : Electrophoretic Display device)는 절연성 분산 용매 내에 분산된 대전 입자가 전기장의 작용에 따라 표시면에 전기영동을 유도하고, 분산용매와 대전 입자의 광학 특성을 이용하여 표시를 실행한다. 전기영동 표시소자는 마주하는 한쌍의 전극에 전압을 인가하여 표시면으로 백색 입자가 모이면 백색을, 흑색입자가 모이면 흑색을 표시한다. 전기용동 표시소자는 액정표시소자와 다르게 백라이트 광원을 사용하지 않으며, 소비전력이 낮은 특징과, 전력 공급없이도 표시 상태를 유지할 수 있는 메모리성을 가짐에 따라 전자종이(Electronic Paper)로 각광받고 있다.
종래의 전기영동 표시장치는 용매없이 전기영동 입자들을 이용한 건식형 전기영동 표시장치와, 분산용매 내에 전기영동 입자들이 분산된 습식형 전기영동 표시소자로 대별될 수 있다.
이들 중 건식형 전기영동 표시장치는 응답속도가 0.2ms 정도로 빠르지만 구동전압이 100V 이상으로 높은 단점이 있어 차세대 전기영동 표시장치로는 한계가 있다. 반면에 습식형 전기영동 표시소자는 10V~20V 정도로 구동전압이 낮은 장점이 있어 이를 이용하여 차세대 전기영동 표시장치를 구현하려는 노력이 집중되고 있다.
이러한 습식형 전기영동 표시장치는 절연유체 내에 전기영동 입자가 포함된 전기영동 잉크를 격벽 내의 각 화소 공간에 주입하기 위한 다양한 공정 방법이 이용된다. 이와 같은 습식형 전기영동 표시장치는 기판 간의 일정한 거리를 확보하고, 전기영동 잉크를 각 화소 또는 서브화소 별로 구획하기 위하여 메쉬 형태의 격벽을 이용한다. 그리고, 격벽 상부에 탑씰(Top Seal)을 이용하여 상부기판과 하부기판을 결합시키게 된다.
이러한 종래의 습식형 전기영동 표시장치는 메쉬형 격벽 내에 잉크를 주입하는 공정에서 잉크의 낭비가 많은 문제점이 있다. 또한, 잉크주입 후 스크래퍼 등을 이용하여 메쉬 형태의 각 셀에 주입되는 잉크의 양을 조절하는 등의 후 공정이 필요하며, 이때 격벽의 손상이 발생하는 문제점이 있다. 더불어, 잉크의 주입양을 조절하고 상부기판을 격벽 상에 접합하는 과정에서는 탑씰면에 잔류하는 잉크로 인해 상부기판과 격벽이 부분적으로 합착되지 않아 장치의 신뢰성을 저하시키는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기영동 잉크의 불필요한 소모를 저감하고, 주입이 용이하며, 균일한 셀 갭을 구현 및 입자의 분산도 확보가 가능하도록 한 전기영동 표시장치의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 하부기판과 상부기판을 준비하는 단계; 상기 상부기판과 상기 하부기판 중 어느 하나의 기판에 일방향으로 길게 형성되고, 서로 이격되는 스페이서를 복수개 형성하는 단계; 상기 스페이서를 사이에 두고 상기 상부기판과 상기 하부기판을 합착하여 패널을 형성하는 단계; 상기 스페이서와 상기 상부기판 및 상기 하부기판에 의해 형성되는 공간에 대전입자가 혼합된 전기영동액을 충전하는 단계; 및 상기 전기영동액이 충전된 패널을 밀봉하는 밀봉단계;를 포함하여 구성된다.
상기 전기영동액을 충전하는 단계는 상기 스페이서와 직교하는 양측면 중 어느 한 측면을 상기 전기영동액이 저장된 지그에 침지하는 단계와 상기 지그에 저장된 상기 전기영동액이 모세관 현상에 의해 상기 공간에 주입되는 주입단계를 포함하여 구성된다.
상기 밀봉단계는 상기 지그에 침지된 상기 측면에 잔류하는 상기 전기영동액을 세정하는 단계; 및 상기 패널의 상기 양측면을 포함하는 가장자리를 봉지재를 이용하여 밀봉하는 단계를 포함하여 구성된다.
상기 하부기판 및 상기 상부기판을 준비하는 단계는 기판 상에 전극 또는 전극라인을 형성하는 단계; 상기 전극 또는 상기 전극라인과 상기 기판을 덮도록 절연층을 형성하는 단계를 포함하여 구성된다.
상기 전기영동액은 흑색, 백색 및 그 외의 단색 대전입자가 혼합된 용액이다.
본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 전기영동 잉크의 불필요한 소모를 저감하고, 주입이 용이하며, 균일한 셀 갭을 구현 및 입자의 균일한 분산도 확보가 가능해진다.
도 1은 본 발명에 따른 전기영동 표시장치를 도시한 예시도.
도 2는 도 1의 일부 구성을 도시한 사시도로써, 스페이서를 설명하기 위한 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 전기영동장치의 제조 과정을 도시한 순서도.
도 4는 전기영동액의 충전을 설명하기 위한 개념도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분양의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 이해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전기영동 표시장치를 도시한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전기영동 표시장치는 기판(10), 전극(20), 보호층(30), 스페이서(40) 및 전기영동층(50)을 포함하여 구성된다.
기판(10)은 상부기판(11)과 하부기판(12)으로 구성되고, 상부기판(11)과 하부기판(12) 사이에 스페이서(40), 보호층(30) 및 전기영동층(50)이 형성된다. 하부기판(12)은 주로 유리 기판이 이용되고, 상부기판(11)으로는 PET(Polyethylene Terephthalate) 필름이 이용될 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 여기서, 하부기판(12)과 상부기판(11)은 유리, PET, 스테인레스 등과 같이 절연성을 갖는 물질을 이용하거나, 유연성을 부여하기 위해 폴리이미드(Polyimide)와 같은 재질을 이용하여 형성될 수도 있다. 하부기판(12) 상에 각 화소의 제1전극(21)이 형성된다. 그리고, 제1전극(21)을 덮도록 하부기판(12) 상에 하부보호층(31)이 형성되고, 하부보호층(31) 상에 포토레지스트와 같은 공법을 이용하여 스트라이프 형태의 스페이서(40)가 형성된다. 그리고, 상부기판(11)에는 제2전극(22)이 형성되며, 제2전극(22)을 덮도록 상부보호층(32)이 형성된다.
여기서, 전극의 생성 형태 및 보호층(30)은 설명의 편의를 위해 일례로서 제시된 것으로 전기영동 표시장치의 이용방법에 따라 다양한 형태로 형성이 가능하다. 다만, 본 발명에서는 이에 대한 구체적인 예를 설명하는 경우를 제외하고, 하부기판(12)에 제1전극(52)이 상부기판(11)에 제2전극이 형성된 예를 위주로 하여 설명을 진행하기로 한다. 구체적으로 하부기판(12)에는 복수의 게이트라인과 복수의 데이터라인이 교차되게 형성되고, 게이트라인과 데이터라인의 교차점에 화소전극 및 박막트랜지스터가 형성되며, 상부기판(11)에는 공통전극이 형성되어 셀이 구성되도록 할 수 있다. 또는, 하부기판(12)에만 전극 및 전극 라인을 형성하는 것도 가능하며, 제시된 바에 의해서만 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
보호층(30)은 상부기판(11) 또는 하부기판(12) 중 어느 하나 이상에 형성되고, 상부기판(11) 또는 하부기판(12)에 형성되는 전극(20 : 21, 22)을 덮도록 상부기판(11) 또는 하부기판(12) 전면에 형성된다.
스페이서(40)는 보호층(30) 상에 형성되어, 상부기판(11)과 하부기판(12)의 간격을 일정하게 유지시키는 역할을 하며, 스페이서(40) 또는 스페이서(40)와 상부기판(11)의 접촉면에 형성되는 씰재에 의해 상부기판(11)과 하부기판(12)을 결합시키는 역할을 한다.
특히 본 발명의 스페이서(40)는 종래의 일방향으로 길게 형성되는 스트라이프(Stripe) 형태로 형성되어 전기영동 표시장치를 행 단위로 구분하게 된다. 구체적으로 본 발명의 스페이서(40)는 전기영동 표시장치를 지면에 대해 수직이 되도록 배치했을 때 지면과 나란하게 형성된다. 이를 통해 스페이서(40)는 전기영동입자가 중력에 대해 표시장치의 하부로 침하되는 것을 방지하고, 스페이스(40)에 의해 구획되는 행 단위로 전기영동 입자가 고르게 분포되도록 하는 역할을 한다.
또한 스페이서(40)는 상부기판(11) 및 하부기판(12)과 함께 행 단위의 모세관을 형성하고, 이를 통해 별도의 주입장치를 이용하지 않고도 모세관 현상에 의해 전기영동입자가 상부기판(11)과 하부기판(12) 사이에 충전되도록 하는 역할을 한다. 이러한, 스페이서는 롤투롤(Roll to Roll), 포토리소그래피, 인쇄와 같은 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 고무와 같은 천연수지, 에폭시와 같은 합성수지를 이용하여 제조될 수 있다. 특히, 투과율이 좋은 물질을 이용하여 제조함으로서 투과율을 향상시키는 것도 가능하다. 한편, 스페이서(40)는 전극라인 또는 전극 상에 형성되어 광 투과율 저하를 최소화할 수 있으나, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 전극과 전극사이, 전극라인과 전극라인 사이에 배치되도록 하는 것도 가능하다.
이에 대해서는 하기에서 다른 도면을 참조하여 좀더 상세히 설명하기로 한다.
전기영동층(50)은 상부기판(11), 하부기판(12) 및 스페이서(40)에 의해 형성되는 공간에 충전되어 형성된다. 이 전기영동층(50)은 절연성 분산 용매와 용매 내에 콜로이드 형태로 분산되고 극성을 가지는 대전입자를 포함하여 구성된다. 이 전기영동층(50)의 대전입자는 흑색, 백색, 또는 단색 입자이거나, 서로 다른 극성으로 대전된 2종의 대전입자가 혼합되어 구성될 수 있다. 이 전기영동층(50)은 전극(20)을 통해 형성되는 전계에 의해 대전된 입자가 분산 또는 집중되어 영상을 표시하거나, 전기영동표시장치를 투과하는 광을 차단 또는 투과시켜 영상을 표시하게 된다. 여기서, 본 발명의 전기영동층(50)은 흑색, 백색 또는 기타 단색의 단일 대전입자가 혼합된 용액으로 전기영동층(50)이 구성되는 경우의 예를 위주로 상세한 설명을 진행하기로 한다. 이는 설명의 편의를 위한 것으로 본 발명의 전기영동 장치가 단색 또는 2색 표시 또는 광차폐장치로 제한되는 것을 의미하는 것은 아니며, 다색 표시장치에도 적용이 가능하다.
도 2는 도 1의 일부 구성을 도시한 사시도로써, 스페이서를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 스페이서(40)는 도 2에 도시된 바와 같이 일방향으로 길게 형성된다. 이 스페이서(40)는 복수가 하부기판(12) 상에 형성되며, 서로 일정한 간격으로 이격되어 형성된다.
서로 이웃한 스페이서(40) 사이에 형성된 공간에는 전기영동액이 주입되어, 전기영동층이 형성된다.
이러한 스페이서(40)는 전기영동액을 행단위(또는 열단위)로 분할하여 기판(10) 전면에 걸쳐 전기영동액 특히, 대전입자의 분포가 균일해지도록 각 영역을 구획하는 역할을 한다. 또한, 스페이서(40)는 전기영동장치가 지면에 수직인 방향(X)으로 기립되어 사용될 때, 또는 중력에 의한 영향이 스페이서(40)의 형성방향(Y)과 수직인 방향에서 가해질 때 대전입자가 중력에 의해 기판(10)의 일측으로 편중되는 것을 방지하는 역할을 한다.
이상적(ideal)으로 대전입자는 입자간의 반발력으로 인해 전기영동장치의 자세에 무관하게 전기영동장치 기판(10) 전면에 고른 분포를 가져야 하지만, 실제적으로는 중력의 영향 등으로 인해 기판(10)의 일측으로 편중되는 현상이 발생되곤 한다. 본 발명의 스페이서(40)는 일정한 간격으로 기판(10)을 구획함으로써 이러한 대전입자의 편중을 방지하게 된다.
이와 같이 스트라이프(Stripe) 형상으로 형상되는 스페이서(40)는 상부기판(11) 및 하부기판(12)과 함께 전기영동층의 형상을 위한 공간을 형성한다. 그리고, 이러한 공간은 모세관의 역할을 하여 전기영동액의 충전이 용이해지는 효과를 제공한다. 구체적으로 스페이서(40)는 수십 내지 수백 나노미터(nm)의 높이로 형성되며, 스페이서(40) 간의 간격도 이와 유사한 간격을 가지게 되어 모세관의 역할을 하게 된다.
본 발명의 전기영동장치는 이를 이용하여 전기영동액을 기판(10) 사이의 공간에 충전하여 제조된다. 이러한 전기영동장치의 제조방법은 하기의 도 3 및 도 4를 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 전기영동장치의 제조 과정을 도시한 순서도이고, 도 4는 전기영동액의 충전을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전기영동장치의 제조방법은 기판준비 단계(S10), 스페이서형성 단계(S20), 기판합착 단계(S30), 전기영동액 충전 단계(S40) 및 밀봉단계(S50)를 포함하여 구성된다.
기판준비 단계(S10)는 전기영동장치의 형성을 위한 기판을 준비하는 단계이다. 이 기판준비 단계(S10)에서 상부기판(11)과 하부기판(12)이 준비되며, 상부기판(11) 또는 하부기판(12)에 전극(20), 보호층(30)이 형성된다.
스페이서형성 단계(S20)는 보호층(30)이 형성된 기판 상에 스페이서(40)가 형성되는 단계이다. 스페이서형성 단계(S20)에서 인쇄, 포토리소그래피, 포토레지스트와 같은 다양한 방법을 이용하여 기판(10)의 보호층(30) 상에 일방향으로 길게 형성되고 나란하게 이격된 복수의 스페이서(40)를 형성하게 된다.
기판합착 단계(S30)는 기판준비 단계(S10) 및 스페이서형성 단계(S20)가 진행된 상부기판(11)과 하부기판(12)을 상호 합착하는 단계이다. 이 기판합착 단계(S30)는 스페이서(40)의 상단에 씰재를 도포하는 단계와 하부기판(12)과 상부기판(11)을 맞붙인 후 씰재를 경화시키는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
전기영동액 충전 단계(S40)는 상부기판(10)과 하부기판(20)이 합착된 패널(15)의 일측면을 전기영동액이 담겨진 지그(99)에 투입하여 모세관 현상에 의해 전기영동액을 패널 사이의 공간(16)에 충전하는 단계이다. 도 4에서와 같이 이 전기영동액 충전 단계(S40)에서 패널(15)의 일측면만이 전기영동액이 수용된 수조에 침지된다. 이때 패널(15)의 일측면은 스트라이프 형상의 스페이서(40) 길이방향 일측 종단의 측면 즉, 스페이서(40)와 직교되는 측면이 침지되는 측면으로 이용된다. 즉, 스페이서(40) 길이방향 양측 종단의 측면 중 일 측면이 지그(99)에 침지되면, 전기영동액이 패널(15)의 공간(16)을 따라 스며들어 충전된다.
밀봉단계(S50)는 전기영동액이 충전된 패널(15)의 양측면 즉, 스페이서(40)와 직교하는 측면을 밀봉하여 전기영동장치를 완성하는 단계이다. 이를 위해 이 밀봉단계(S50)는 제1측면(15a) 세정단계(S51), 제1 및 제2측면 밀봉단계(S52)를 포함하여 구성된다.
제1측면(15a) 세정단계(S51)는 패널(15)의 측면 중 지그(99)에 침지된 제1측면(15a)을 세정하여 패널(15)면에 잔류하는 전기영동액을 제거하는 단계이다.
제1 및 제2측면 밀봉단계(S52)는 잔류 전기영동액의 제거가 이루어진 패널(15)의 양측면(15a, 15b)를 밀봉하여 전기영동액을 패널(15)에 밀봉하는 단계이다.
이러한 밀봉단계(S50)를 거쳐 전기영동장치의 제조가 이루어지게 된다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
10 : 기판 11 : 상부기판
12 : 하부기판 15 : 패널
20 : 전극 21 : 제1전극
22 : 제2전극 30 : 보호층
40 : 스페이서 50 : 전기영동층

Claims (5)

  1. 하부기판과 상부기판을 준비하는 단계;
    상기 하부기판 상에 일방향으로 길게 연장되며, 서로 이격되는 스페이서를 복수개 형성하는 단계;
    상기 스페이서를 이용한 상기 상부기판과 상기 하부기판의 합착을 통해 패널을 형성하는 단계;
    상기 스페이서, 상기 상부기판 및 상기 하부기판에 의해 정의된 공간에 대전입자가 혼합된 전기영동액을 충전하는 단계; 및
    상기 전기영동액이 충전된 패널을 밀봉하는 밀봉단계를 포함하되,
    상기 패널을 형성하는 단계는 상기 스페이서를 상기 상부기판과 결합하는 단계를 포함하고,
    상기 전기영동액을 충전하는 단계는 상기 스페이서와 직교하는 양측면 중 어느 한 측면을 상기 전기영동액이 저장된 지그에 침지하는 단계 및 상기 지그에 저장된 상기 전기영동액이 모세관 현상에 의해 상기 공간에 주입되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동장치의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패널을 형성하는 단계는 상기 상부기판을 향한 상기 스페이서의 표면 상에 씰재를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동장치의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉단계는
    상기 지그에 침지된 상기 측면에 잔류하는 상기 전기영동액을 세정하는 단계; 및
    상기 패널의 상기 양측면을 포함하는 가장자리를 봉지재를 이용하여 밀봉하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기영동장치의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부기판 및 상기 상부기판을 준비하는 단계는
    기판 상에 전극 또는 전극라인을 형성하는 단계;
    상기 전극 또는 상기 전극라인과 상기 기판을 덮도록 절연층을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 스페이서는 상기 하부기판을 덮는 절연층 상에 형성되고, 상기 상부기판을 덮는 절연층에 부착되는 것을 특징으로 하는 전기영동장치의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기영동액은
    흑색, 백색 및 그외의 색을 포함하는 단색 대전입자가 혼합된 용액인 것을 특징으로 하는 전기영동장치의 제조방법.
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