KR102081602B1 - 투명표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투명디스플레이장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 투명디스플레이장치는 투명표시패널과; 서로 마주보는 제1기판과 제2기판과, 상기 제1기판과 제2기판의 내측면에 각각 형성된 제1투명전극과 제2투명전극과, 상기 제1투명전극과 제2투명전극 사이에 색변환층을 포함하여 상기 투명표시패널의 배면에 위치되는 색변환소자를 포함하고, 상기 색변환층은 상기 제1투명전극과 제2투명전극 사이에 균일한 갭을 유지시켜주는 다수의 스페이서와, 상기 다수의 스페이서 사이에 주입된 색변환물질을 포함하며, 상기 다수의 스페이서 각각은 드라이필름 포토레지스트로 형성된 제1스페이서와, 상기 제1스페이서를 덮는 제2스페이서로 구성된다.

Description

투명표시장치{Transparent display device}
본 발명은 투명표시장치에 관한 것으로, 선택적으로 외부광을 차광하기 위한 투명표시장치에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 여러 가지 다양한 표시장치가 개발되어 각광받고 있다.
이 같은 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device:LCD), 유기발광소자(Organic Light Emitting Diodes:OLED), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device:PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device:FED), 전기발광표시장치(Electroluminescence Display device : ELD) 등을 들 수 있는데, 이들 표시장치는 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 보이며 널리 사용되고 있다.
한편, 최근에는 특성상 사용자가 표시장치를 투과해 반대편에 위치한 사물 또는 이미지를 볼 수 있는 투명표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 투명표시장치는 공간 활용성, 인테리어 및 디자인의 장점을 가지며 보다 넓은 영역에서 사용될 수 있도록 개발에 박차를 가하고 있다.
그러나, 투명표시장치는 특성 상 외부광에 의해 시인성 변화가 심한 문제점이 있다.
이를 보다 상세히 설명하면, 투명표시장치는 화상을 구현하지 않는 상태에서 블랙상태를 유지해야 하는데, 주변이 밝을 경우 배경의 빛이 화소를 통과하기 때문에 블랙상태를 유지하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 화상을 구현할 때에도 외부광에 영향을 받아 배경의 이미지가 중첩되며 화상의 선명도 및 시인성이 떨어지는 문제점이 있다.
이에 따라, 투명표시장치에는 선택적으로 외부광을 차단할 수 있는 차단소자를 필요로 하며, 차단소자로는 색변환전기변색소자를 적용하고 있다.
도 1은 일반적인 투명표시장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 투명표시장치(1)는 투명표시패널(12)과, 이의 배면에 위치되는 색변환전기변색소자(50)를 포함한다.
색변환전기변색소자(50)는 서로 마주보는 제1기판(51) 및 제2기판(53)과, 제1기판(51)과 제2기판(53) 각각의 내면에 형성된 제1 전극(55)과 제2전극(57), 그리고 제1전극(55)과 제2전극(57) 사이에 구비되는 색변환전기변색층(60)과 제1기판(51) 또는 제2기판(53)의 가장자리를 따라 형성된 씰패턴(65)을 포함한다.
여기서, 색변환전기변색층(60)은 제1전극(55)과 제2전극(57) 사이에 일정한 간격을 유지시키기 위한 스페이서(61)와, 스페이서(61) 사이에 채워지며 전압 인가에 따라 색이 변화되며 광을 차단하거나 또는 투과시키는 전기변색(electro chromic:EC)물질(63)을 포함한다.
이때, 스페이서(61)는 감광성 필름을 사용하는데, 이러한 스페이서(61)가 전기변색물질(63)에 포함되는 솔벤트와 반응하여 서서히 녹아내리는 문제점이 생겼다.
이와 같이 스페이서(61)가 전기변색물질(63)에 녹아내림에 따라 제1전극(55)과 제2전극(57) 사이에 일정한 간격이 유지되기가 어렵고, 전기변색물질(63)에 스페이서(61) 물질이 혼합됨으로써 전기변색물질 특성이 저하되어 전압 인가에 대한 응답속도가 느려지는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 내화학성 특성이 우수한 색변환전기변색소자를 적용한 투명표시장치를 제공하는데 있다.
이를 통해, 고신뢰성의 투명표시장치를 구현하는데 다른 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 투명표시장치는, 투명표시패널과; 서로 마주보는 제1기판과 제2기판과, 상기 제1기판과 제2기판의 내측면에 각각 형성된 제1투명전극과 제2투명전극과, 상기 제1투명전극과 제2투명전극 사이에 색변환층을 포함하여 상기 투명표시패널의 배면에 위치되는 색변환소자를 포함하고, 상기 색변환층은 상기 제1투명전극과 제2투명전극 사이에 균일한 갭을 유지시켜주는 다수의 스페이서와, 상기 다수의 스페이서 사이에 주입된 색변환물질을 포함하며, 상기 다수의 스페이서 각각은 드라이필름 포토레지스트로 형성된 제1스페이서와, 상기 제1스페이서를 덮는 제2스페이서로 구성된다.
여기서, 상기 제2스페이서는 산화실리콘(SiO2) 및 질화실리콘(SiNx)에서 선택되는 Si 계열의 무기물질로 이루어지는 무기물층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한, 상기 제2스페이서는 상기 무기물질층과, 유기물질로 이루어지는 유기물질층을 포함하는 다층구조를 가지고, 상기 무기물질층이 최상부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제2스페이서는 1000Å 내지 5000Å 범위의 폭을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2스페이서는 상기 제1스페이서를 덮는 상부의 폭보다 측부의 폭이 더 얇게 형성되는 것을 특징으로 한다.
위와 같은 상기 제2스페이서는 플라즈마화학증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition:PECVD)법, ALD(atomic layer deposition)법 및 스핀코팅법 중 하나로 형성된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 제1스페이서는 50㎛ 내지 200㎛ 범위의 두께를 가지고, 20㎛ 내지 200㎛ 범위의 높이를 가지도록 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 다수의 스페이서는 1 내지 10mm 범위의 간격을 가지고 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 색변환물질은 전기영동(electro phoretic)물질 및 전기변색(electro chromic)물질 중 하나인 것을 특징으로 한다.
위에 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 스페이서의 상부로 스페이서를 둘러싸는 보호층을 형성함으로써 스페이서가 색변환전기변색물질과 반응하여 녹는 것을 방지할 수 있게 된다.
이와 같이 보호층이 구비됨으로써 스페이서의 내화학성이 개선되며 스페이서가 간격 유지의 역할을 지속적으로 수행할 수 있게 되고, 색변환전기변색물질의 전기변색 특성이 변하지 않게 된다. 이를 통해, 내화학성 특성이 우수한 색변환전기변색소자를 적용한 고신뢰성의 투명표시장치를 구현할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 일반적인 투명표시장치를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치의 색변환전기변색소자를 제조하는 제조공정을 보여주는 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치의 투명표시패널을 도시한 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 투명표시장치(100)는 투명표시패널(120)과, 이의 배면에 배치되는 색변환전기변색소자(150)를 포함한다.
여기서, 전기변색색변환소자(150)는 서로 대향하는 제1기판(151)과 제2기판(153), 제1기판(151)과 제2기판(153) 각각의 내측면에 구비되는 제1투명전극(155)과 제2투명전극(157), 그리고 제1투명전극(155)과 제2투명전극(157)의 사이에 위치되는 색변환전기변색층(electrochromic layer, 160)을 포함한다. 이때, 제1기판(151)과 제2기판(153)은 제1기판(151) 또는 제2기판(153)의 가장자리를 따라 형성되는 실패턴(seal pattern, 165)을 통해 합착된다.
여기서, 제1기판(151)과 제2기판(153)은 유리 또는 플라스틱과 같은 투명한 절연재질이 사용될 수 있는데, 휘거나 구부러질 수 있는 얇은 플라스틱의 사용이 경량 및 박형에 보다 유리하다.
이에 따라 제1 및 제2기판(151, 153)은, 일예로 폴리 에테르 술폰(Polyethersulfone:PES), 폴리 에틸렌 나프탈레이트(polyethylenenaphthalate:PEN), 폴리 이미드(polyimide:PI), 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate:PET), 폴리 카보네이트(polycarbonate:PC), 사이클로올레핀폴리머(cyclo-olefin polymer:COP), 트리아세틸셀룰로스(triacetyl cellulose:TAC), 아크릴레이트(acrylate) 및 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacylate:PMMA) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
제1투명전극(155)과 제2투명전극(157)은 투명한 전도성 물질, 일예로 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide:ITO)로 형성될 수 있으며, 수천 Å정도의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
색변환전기변색층(160)은 제1투명전극(155)과 제2투명전극(157) 간의 갭 유지를 위한 스페이서(spacer, 161)와, 스페이서(161) 사이에 채워지는 색변환전기변색물질(163)을 포함한다.
스페이서(161)는 제1스페이서(161a)와, 제1스페이서(161a)를 둘러 감싸는 제2스페이서(161b)로 구성되어 제1기판(151)의 제1투명전극(155)과 제2기판(153)의 제2투명전극(157) 간에 균일한 제1갭(G)이 지속적으로 유지되도록 하는 역할을 한다.
여기서, 제1스페이서(161a)는 감광성 필름인 드라이필름 포토레지스트(Dry Film photoResist:DFR)를 적용한 것으로, 도면에 도시하지는 않았지만 드라이필름 포토레지스트는 베이스필름(base film)과, 감광성 레지스트층 및 커버필름(cover film)이 순차적으로 적층된 구조를 가진다.
여기서, 베이스필름은 드라이필름 포토레지스트의 지지체 역할을 하는 것으로 폴리에틸렌테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르 필름을 사용하고, 커버필름은 먼지 및 취급시 감광성 레지스트층의 손상을 방지해 주는 역할을 하는 것으로 폴리올레핀 필름을 사용한다. 드라이필름 포토레지스트를 사용할 때는 커버필름을 벗겨내고 사용한다.
감광성 레지스트층은 바인더폴리머와, 광중합성 모노머와, 광중합개시제와, 염료와, 열중합금지제 및 밀착제 중 하나 이상을 포함하여 구성된다. 여기서, 드라이필름 포토레지스트는 네가티브형(negative type)과 포지티브형(positive type)으로 구분될 수 있는데, 본 발명에서는 일예로써 네가티브형(negative type)의 드라이필름 포토레지스트에 대해 설명한다.
바인더폴리머는 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 아크릴산, 메타크릴산, 2-히드록시 에틸 아크릴레이트, 2-히드록시 에틸 메타크릴레이트, 2-히드록시 프로필 아크릴레이트, 2-히드록시 프로필 메타크릴레이트, 아크릴아마이드, 메타크릴아마이드, 스타이렌, a-메틸 스타이렌 중 선택된 둘 이상의 공중합을 통해 얻어진 공중합 아크릴산 고분자이다.
이러한 바인더폴리머는 감광성 레지스트층에 열가교성, 열유동성의 특성을 부여하는 역할을 한다. 이때, 카르복실기를 갖는 공중합체가 사용될 경우, 알칼리현상성을 가지는 감광성 레지스트층을 제작할 수 있다.
광중합성 모노머는 말단에 적어도 2개의 에틸렌기를 갖는 단량체를 포함하는데, 일예로 1,6-헥산디올(메트) 1,6-헥산디올(메트)아크릴레이트, 1,4-사이클로헥산디올-(메트)아크릴레이트, 폴리프로필렌 글리콜(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜-(메트)아크릴레이트, 우레탄기를 함유한 다관능 (메트)아크릴레이트, 2-다이-(p-하이드록시페닐)-프로판-다이-(메트)아크릴레이트, 글리세롤 트리(메트)아크릴레이트, 트리메틸롤 프로판 트리-(메트)아크릴레이트(trimethylrol propane tri - (metha)acrylate), 폴리옥시 프로필 트리 메틸올트리-(메트)아크릴레이트 및 비스페놀-A 기를 함유한 폴리에틸렌(프로필렌)-다이(메트)아크릴레이트 중에서 선택된 화합물을 사용할 수 있다.
이때, 광중합성 모노머는 분자 중에 1개 내지 3개의 아크릴로(acrylo)기를 갖는 라디칼 중합성화합물이 조합될 수 있으며, 3차원 가교를 형성시키기 위해 2 내지 3의 관능모노머가 중심이 되지만, 경화레지스트의 유연성이나 박리속도를 향상시키기 위하여 단관능모노머를 첨가할 수도 있다.
이러한 광중합성 모노머는 바인더폴리머의 가소제로서의 기능을 가지며, 실온에서의 유연성 및 라미네이트시의 가열 중에 유동성을 부여하기도 한다.
광중합 개시제로는, 일예로 2 메틸 안트라퀴논과, 2에틸 안트라퀴논 등의 안트라퀴논 유도체; 및 벤조인 메틸 에테르, 벤조페논, 페난트렌 퀴논, 그리고 4,4'-비스 (디메일아미노)벤조페논 등의 벤조인(benzoin) 유도체 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 다른 예로 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로판-1-온, 2,4-디메틸티옥산톤, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-[4-모르폴리노페닐] 부탄-1-온, 벤조페논, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드, 3,3-디메틸-4-메톡시벤조페논, 1-[4-(2-히드록시메톡시)페닐]-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 2,4-디에틸티옥산톤, 1-클로로-4-프로폭시티옥산톤, 1-(4-이소프로필페닐)2-히드록시-2-메틸프로판-1-온, 1-(4-도데실페닐)-2하이두록시-2-메틸프로판-1-온, 4-벤조일-4'-메틸디메틸설파이드, 4-디메틸아미노벤조산, 메틸 4-디메틸아미노벤조에이트, 에틸 4-디메틸아미노벤조에이트, 부틸 4-디메틸아미노벤조에이트, 2-에틸헥실 4-디메틸아미노벤조에이트, 2-이소아밀 4-디메틸아미노벤조에이트, 2,2-디에톡시아세토페논, 벤질케톤 디메틸아세탈, 벤질케톤 β-메톡시 디에틸아세탈, 1-페닐-1,2-프로필디옥심-o,o'-(2-카르보닐)에톡시에테르, 메틸 o-벤조일벤조에이트, 비스[4-디메틸아미노페닐)케톤, 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논, 4,4'-디클로로벤조페논, 벤질, 벤조인, 메톡시벤조인, 에톡시벤조인, 이소프로폭시벤조인, n-부톡시벤조인, 이소부톡시벤조인, tert-부톡시벤조인, p-디메틸아미노아세토페논, p-tert-부틸트리클로로아세토페논, 2-클로로티옥산톤, p-tert-부틸디클로로아세토페논, 티옥산톤, 2-메틸티옥산톤, 2-이소프로필티옥산톤, 디벤조수베론, α,α-디클로로-4-페녹시아세토페논, 펜틸 4-디메틸아미노벤조에이트 중에서 선택된 화합물을 광중합 개시제로서 사용할 수 있다.
이러한 광중합 개시제는 통상 300nm 내지 400nm의 파장영역에서 충분한 분광감도(spectral sensitivity)를 가지며, 450nm이상의 가시광에서는 감광하지 않는 것을 적용할 수 있다. 이를 부연 설명하면, 300nm이하의 자외선은 폴리에스테르 마스크 필름이나 폴리에틸렌 캐리어 필름에 흡수되어 레지스트층에 도달하지 않고, 450nm 이상의 가시광으로 감광하게 되면, 옐로우룸과 같은 자외선 차단룸에서의 취급이 불가능해지기 때문이다.
염료는 청색이나 초록색의 기본염료를 사용하는 것이 일반적이지만, 이에 한정되지 않고 붉은색 계통을 사용할 수 있으며, 경화패턴의 검사를 용이하게 하도록 자외선에서 발색하는 염료를 첨하지만, 퇴색염료를 사용할 수도 있다.
밀착제는 감광성 레지스트층과 투명전극이 형성된 기판 간에 충분한 밀착성을 부여하여 애칭이나 도금공정에서의 들뜸이나 액침투를 억제하기 위하여 첨가된다. 이때, 바인더폴리머에 카르복실기가 사용될 경우 카르복실기가 밀착성을 부여하므로 카르복실기를 적용할 경우에는 밀착제는 생략 가능하다.
전술한 바와 같은 구조를 가지는 드라이필름 포토레지스트는 커버필름을 벗겨내고, 기판 상에 감광성 레지스트층을 라미네이션(lamination)한 다음 자외선(UV)를 조사하여 노광(exposing)시키고, 현상(developing) 과정을 거침으로써 원하는 패턴(스페이서)을 형성시킨다. 이때, 베이스필름은 노광 전에 제거하거나 또는 현상 전에 제거할 수 있다.
제2스페이서(161b)는 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)과 같은 Si계열의 투명한 무기절연물질로 형성됨으로써 제1스페이서(161a)의 내화학 특성을 증대시키는 역할을 한다. 이를 보다 설명하면, 유기물질인 제1스페이서(161a)의 감광성 레지스트층과 유기 용매인 색변환전기변색물질(163)의 솔벤트가 서로 반응하여 스페이서가 녹게 되는 것이므로, 이를 방지하기 위해 무기물질인 제2스페이서(161b)를 통해 제1스페이서(161a)를 둘러감싸 제1스페이서(161a)의 내화학 특성을 증대시킴으로써 제1스페이서(161a)와 색변환전기변색물질(163)이 서로 반응하는 현상이 방지될 수 있는 것이다.
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한편, 제2스페이서(161b)는 적어도 하나의 무기절연물질과 유기절연물질이 교대로 형성되는 다층구조로 형성될 수도 있다. 이 경우에도 제2스페이서를 이루는 최외각 층은 무기절연물질로 형성됨이 바람직하다.
스페이서(161) 사이에 위치되는 색변환전기변색물질(163)은 전압의 인가에 따라 전기적인 산화환원 반응에 의해 색상이 변화되어 광투과 특성이 변경되는 특성을 가진다.
이러한 색변환전기변색물질(163)은 전기영동(electro phoretic)물질 및 전기변색(electro chromic)물질 중 하나일 수 있다.
여기서, 색변환물질(163)이 전기영동물질로 구성될 경우 솔벤트(solvent)와, 환원발색 물질 또는 산화발색 물질로 형성되어 양(+)전하를 띠는 흑색입자와 또는 음(-)의 전하를 띠는 백색입자로 구성된 하전입자들과, 리튬(lithium) 이온(ion)의 전해질이을 포함되어 전압 인가에 따라 흑색입자와 백색입자가 이동됨으로써 블랙 및 화이트가 표시될 수 있게 된다.하는데, 하전입자들은 양(+)전하를 띠는 흑색입자와 음(-)전하를 띠는 백색입자로 구성된다.
한편, 색변환물질(163)이 전기변색물질로 구성될 경우 솔벤트(solvent)와, 환원발색 물질 및 산화발색 물질 및 리튬(lithium) 이온(ion)의 전해질이 포함되어 전압 인가에 따라 전기적인 산화환원 반응에 의해 색상이 변화됨으로써 블랙 및 화이트가 표시될 수 있게 된다.
이때, 색변환전기변색물질(163)의 구성물질 중 솔벤트의 함유량이 가장 많은데, 일예로 솔벤트와 환원발색 물질과흑색입자와 산화발색물질백색입자 및 전해질은 60대 1 대1대 6의 비율로 구성될 수 있다.
여기서, 솔벤트는 하기 구조식 1로 표시되는 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate)를 사용한다.
[구조식 1]
Figure 112013103396415-pat00001
하전입자를 형성하는 환원발색 물질은 비올로겐(viologene) 계열을 사용할 수 있고, 산화발색 물질은 polyaniline, phenothiazine, fluorane, 그리고 tri or di-phenylamine 등을 사용할 수 있다.
이때, 하전입자는 100 ~ 10000nm정도의 직경을 가질 수 있으며, 바람직하게는 0.5 ~ 0.7㎛의 직경을 가질 수 있다.
전술한 구성을 갖는 색변환전기변색소자(150)의는 색변환물질이 전기변색물질일 경우, 인가되는 전압에 의해 유도된 전하의 주입(injection)과 추출(extraction)을 통하여 광을 차단하거나 또는 투과시킨다.
한편, 색변환소자(150)의 색변환물질이 전기영동물질일 경우, (+)극성 또는 (-)극성을 선택적으로 인가받는 제1 및 제2투명전극(155, 157)이 색변환전기변색물질(163) 내부에 분산된 다수의 흑색입자와 백색입자의 위치 변화를 유도하여 광을 차단하거나 또는 투과시킨다.
이에 대한 일예로, 제1투명전극(155)이 -V, 제2투명전극(157)이 +V로 대전되었을 경우에 양(+)전하를 띤 흑색입자는 제1 투명전극(155) 방향인 하측으로 끌려 치우치는 반면, 음(-)전하를 띤 백색입자는 제2 투명전극(157) 방향인 상측으로 집중되며, 그 결과 색변환전기변색소자(150)는 화이트를 표시하게 되는 투명판으로써 동작한다.
다른 예로, 제1투명전극(155)이 +V, 제2투명전극(157)이 -V로 대전되었을 경우에 음(-)전하를 띤 백색입자는 제1투명전극(155) 방향인 하측으로 끌려 치우치는 반면, 양(+)전하를 띤 흑색입자는 제2투명전극(157) 방향인 상측으로 집중되며, 그 결과 색변환전기변색소자(150)는 블랙을 표시하게 되는 차광판으로써 동작한다.
이하에서는, 본 발명의 핵심인 색변환전기변색소자를 제조하는 과정을 도면을 참조하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치의 색변환전기변색소자를 제조하는 제조공정을 보여주는 단면도이다.
우선 도 3a에 도시된 바와 같이, 투명한 절연기판인 제1기판(151)을 준비하고, 제1기판(151)의 전면에 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide:ITO)나 또는 기타 투명한 전도성 고분자 물질을 도포하여 제1투명전극(155)을 형성한다. 이 공정에서 투명한 절연기판인 제2기판(153)을 준비하고, 제2기판(153)의 전면에 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide:ITO)나 또는 기타 투명한 전도성 고분자 물질을 도포하여 제2투명전극(157)을 형성하는 공정이 동시에 이루어질 수 있다.
그리고 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1투명전극(155)이 형성된 제1기판(151)에 드라이필름 포토레지스트를 이용하여 마스크 공정을 진행함으로써 제1스페이서(161a)를 형성한다.
이를 보다 설명하면, 제1투명전극(155)이 형성된 제1기판(151)에 드라이필름 포토레지스트의 감광성 레지스트층을 라미네이팅하고, 라미네이팅된 제1기판(151)의 상부로 패턴 마스크를 위치시킨 후, 노광 및 현상하여 패터닝함으로써 제1스페이서(161a)를 형성한다.
이때, 제1스페이서(161a)는 20㎛ 내지 200㎛ 범위 내의 높이(H)를 가지고, 50㎛ 내지 200㎛ 범위의 폭(W1)를 가지며 형성될 수 있다. 특히, 제1스페이서를 90㎛ 내지 110㎛ 범위 내의 높이(H)로 형성할 시에 색변환전기변색소자(150)의 색변환전기변색 특성을 증대시키는데 보다 유리하다.
그리고 도 3c에 도시된 바와 같이, 제1스페이서(161a)의 상부에 증착법을 이용하여 제2스페이서(161b)를 형성함으로써 스페이서(161)의 형성을 완료한다.
증착법으로는 플라즈마화학증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition:PECVD)법 또는 ALD(atomic layer deposition)법을 적용할 수 있다. 또한, 이외에 스핀코팅법을 이용한 코팅을 통해 제2스페이서(161b)를 형성할 수도 있다.
플라즈마화학증착법은 Si계열의 무기물질을 진공상태의 챔버에 주입하고 전장(Electrical field)을 형성하여 플라즈마를 유도하면 전장에 의해 가스분해가 일어나면서 분해된 가스원자가 제1스페이서(161a)에 부착되어 막을 형성함으로써 제2스페이서(161b)가 형성된다.
ALD법은 원자층 단위의 박막 조절이 가능한 증착법으로 반응 가스를 시분할 방식의 펄스형태로 챔버에 공급하여 스페이서 표면에 반응물질의 표면 포화반응인 자기제어 표면반응(self-limited reaction)에 의한 화학적 흡착과 탈착을 이용하는 박막 증착기술이다.
이러한 ALD법은 반응 가스의 시분할 공급과 흡착을 이용한 자기제어 표면반응 특성에 의해 CVD(chemical vapor deposition)보다 저온에서 공정이 가능하며, 파티클 형성이 억제되고, 정확하게 정밀한 막의 두께를 형성할 수 있는 이점이 있다.
스핀코팅(spin coating)법은 코팅할 무기물질의 용액이나 액체 물질을 떨어뜨리고 고속으로 회전시켜 얇게 퍼지게 함으로써 제2스페이서(161b)가 형성되도록 한다.
이와 같이 형성된 제2스페이서(161b)는, 후속공정에서 주입할 색변환전기변색물질, 특히 색변환전기변색물질의 솔벤트와 제1스페이서(161a)가 반응하는 것을 방지하기 위한 것으로, 제1스페이서(161a)의 양 측부와 상부를 둘러 감싸도록 형성된다.
이러한 제2스페이서(161b)는 1000Å 내지 5000Å범위의 폭을 가질 수 있는데, 제1스페이서(161a)를 둘러싸는 측부와 상부의 폭(W2, W3)은 서로 동일할 수 있으며 또는 서로 다를 수 있다. 이 경우, 제2스페서(161b)의 측부 폭(W2)보다 상부 폭(W3)이 보다 넓게 형성될 수 있다. 이와 같이 측부의 폭(W2)을 상부의 폭(W3)보다 얇게 함으로써 색변환전기변색소자(150)가 광을 투과되도록 함에 있어서 제2스페이서(161b)에 의한 간섭을 최소화할 수 있다. 즉, 스페이서(161) 간 간격(L)을 보다 넓어지게 할 수 있다.
이와 같은 구조를 가지는 스페이서(161)는 이웃한 스페이서(161)와 1mm 내지 10mm의 간격(L)을 가질 수 있다.
다음으로 도 3d에 도시된 바와 같이, 스페이서(161)가 형성된 제1기판(151)의 상부로 제2투명전극(157)이 형성된 제2기판(153)을 정렬하여 위치시키고, 제1기판(151) 또는 제2기판(153)의 적어도 일 가장자리를 제외한 나머지 가장자리를 따라 씰 패턴(165)을 형성하여 제1기판(151)과 제2기판(153)을 합착하는 합착공정을 진행한다. 이때, 제1기판(151) 또는 제2기판(153)의 적어도 일 가장자리는 후속공정인 색변환전기변색물질의 주입공정을 위해 씰 패턴을 형성하지 않는다.
그리고 도 3e에 도시된 바와 같이, 제1기판(151) 또는 제2기판(153)의 적어도 일 가장자리를 통해 스페이서(161) 사이 공간에 색변환전기변색물질(163)을 주입하는 주입공정을 진행한 후, 제1기판(151) 또는 제2기판(153)의 적어도 일 가장자리를 실링하여 제1기판(151)과 제2기판(153)을 봉지함으로써 투명표시장치의 색변환전기변색소자(150)를 완성한다.
이와 같이 제작된 색변환전기변색소자(150)는 제1스페이서(161a)와, 이(161a)를 둘러감싸는 제2스페이서(161b)로 구성된 스페이서(161)를 구비함으로써 제1투명전극(155)과 제2투명전극(157) 사이의 제1갭(G1)이 지속적으로 균일하게 유지될 수 있으며, 이를 통해 색변환전기변색소자의 특성 저하가 방지될 수 있게 된다.
이후 색변환전기변색소자(150) 상부의 제2기판(153)과 서로 마주하도록 투명표시패널(120)을 배치시켜 투명표시장치를 제작할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 투명표시장치의 투명표시패널을 보여주는 단면도이다.
여기서, 투명 표시패널(120)은 투명한 유기발광다이오드 표시패널로, 상부 발광방식(top emission type) 또는 하부 발광방식(bottom emission type)으로 구분할 수 있는데, 상부 발광방식을 일예로 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이 투명 표시패널(120)은, 구동 박막트랜지스터(DTr)와 유기발광다이오드(E)가 형성된 하부기판(101)이 인캡슐레이션(encapsulation)을 위한 상부기판(102)에 의해 합착되어 이루어질 수 있다.
이에 대해 좀더 상세히 설명하면, 하부기판(101) 상의 화소영역에는 반도체층(103)이 형성되는데, 반도체층(103)은 실리콘으로 이루어지며 그 중앙부는 채널을 이루는 액티브영역(103a) 그리고 액티브영역(103a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 소스 및 드레인영역(103b, 103c)으로 구성된다.
이러한 반도체층(103) 상부로는 게이트절연막(105)이 형성되어 있다.
그리고, 게이트절연막(105) 상부로는 반도체층(103)의 액티브영역(103a)에 대응하여 게이트전극(107)과 이(107)와 연결되며 일방향으로 연장하는 게이트배선(미도시)이 형성되어 있다.
또한, 게이트전극(107)과 게이트배선(미도시) 상부 전면에 제 1 층간절연막(109a)이 형성되어 있으며, 이때 제 1 층간절연막(109a)과 그 하부의 게이트절연막(105)은 액티브영역(103a) 양측면에 위치한 소스 및 드레인영역(103b, 103c)을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(116)을 구비한다.
다음으로, 제 1, 2 반도체층 콘택홀(116)을 포함하는 제 1 층간절연막(109a) 상부로는 서로 이격하며 제 1, 2 반도체층 콘택홀(116)을 통해 노출된 소스 및 드레인영역(103b, 103c)과 각각 접촉하는 소스 및 드레인전극(110a, 110b)이 형성되어 있다.
그리고, 소스 및 드레인전극(110a, 110b)과 두 전극(110a, 110b) 사이로 노출된 제 1 층간절연막(109a) 상부로 드레인전극(110b)을 노출시키는 드레인콘택홀(117)을 갖는 제 2 층간절연막(109b)이 형성되어 있다.
이때, 게이트절연막(105)과 제 1 및 제 2 층간절연막(109a, 109b)은 빛을 투과시킬 수 있는 투명한 재질로 이루어진다.
이때, 소스 및 드레인전극(110a, 110b)과 이들 전극(110a, 110b)과 접촉하는 소스 및 드레인영역(103b, 103c)을 포함하는 반도체층(103)과 반도체층(103) 상부에 형성된 게이트절연막(105) 및 게이트전극(107)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이루게 된다.
한편, 도면에 나타나지 않았지만, 게이트배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(미도시)이 형성되어 있다. 그리고, 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조로, 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결된다.
그리고, 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 및 구동 박막트랜지스터(DTr)는 도면에서는 반도체층(103)이 폴리실리콘 반도체층으로 이루어진 탑 게이트(top gate) 타입을 예로써 보이고 있으나, 이의 변형예로써 순수 및 불순물의 비정질질실리콘으로 이루어진 보텀 케이트(bottom gate) 타입으로 형성될 수도 있다.
또한, 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인전극(110b)과 연결되며 제 2 층간절연막(109b) 상부로는 실질적으로 화상을 표시하는 영역에는 예를 들어 일함수 값이 비교적 높은 물질로 유기발광다이오드(E)를 구성하는 일 구성요소로서 양극(anode)을 이루는 제 1 전극(111)이 형성되어 있다.
이러한 제 1 전극(111)은 각 화소영역(P) 별로 형성되는데, 각 화소영역(P) 별로 형성된 제 1 전극(111) 사이에는 뱅크(bank:119)가 위치될 수 있다.
이러한 뱅크(119)를 각 화소영역(P) 별 경계부로 하여 제 1 전극(111)이 화소영역(P) 별로 분리된 구조로 형성되게 된다.
그리고 제 1 전극(111)의 상부에 유기발광층(113)이 형성되어 있다.
여기서, 유기발광층(113)은 발광물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수도 있으며, 발광 효율을 높이기 위해 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transport layer), 발광층(emitting material layer), 전자수송층(electron transport layer) 및 전자주입층(electron injection layer)의 다중층으로 구성될 수도 있다.
이러한 유기발광층(113)은 적(R), 녹(G), 청(B)의 색을 표현하게 되는데, 일반적인 방법으로는 각 화소영역(P) 마다 적(R), 녹(G), 청(B)색을 발광하는 별도의 유기물질(113a, 113b, 113c)을 패턴하여 사용한다.
그리고, 유기발광층(113)의 상부로는 전면에 음극(cathode)을 이루는 제 2 전극(115)이 형성되어 있다.
이때, 제 2 전극(115)은 이중층 구조로, 일함수가 낮은 금속 물질을 얇게 증착한 반투명 금속막을 포함할 수 있다. 이때, 제 2 전극(115)은 반투명 금속막 상에 투명한 도전성 물질을 두껍게 증착된 이층 구조일 수도 있다.
전술한 제1전극과 제2전극(111, 115)과 그 사이에 형성된 유기발광층(113)은 유기발광다이오드(E)를 이루게 된다.
이러한 유기발광다이오드(E) 상부로는 상부기판(102)이 배치되는데, 상부기판(102)은 하부기판(101)을 덮으며 인캡슐레이션(encapsulation)하는 기판으로, 얇은 박막필름 형태로 구비될 수 있다.
여기서, 상부기판(102)은 외부 산소 및 수분이 하부기판(101) 상의 유기발광다이오드(E) 내부로 침투하는 것을 방지하기 위한 것으로, 유기보호필름과 무기보호필름을 서로 교대로 적층하여 사용할 수 있다.
이러한 구조를 가지는 투명 표시패널(120)은 선택된 색 신호에 따라 제 1 전극(111)과 제 2 전극(115)으로 소정의 전압이 인가되면, 제 1 전극(111)으로부터 주입된 정공과 제 2 전극(115)으로부터 제공된 전자가 유기발광층(113)으로 수송되어 엑시톤(exciton)을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이 될 때 빛이 발생되어 가시광선의 형태로 방출된다.
이때, 유기발광층(113)에서 발광된 빛이 제 2 전극(115)을 향해 방출되는 상부 발광방식으로 구동될 경우를 가정하면, 발광된 빛은 투명한 제 2 전극(115)을 통과하여 외부로 나가게 되며 투명 표시패널(120)은 임의의 화상을 구현하게 된다.
이상과 같은 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 자유로운 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위 및 이와 균등한 범위 내에서의 본 발명의 변형을 포함한다.
100: 투명디스플레이장치 120: 투명 표시패널
150: 색변환전기변색소자 151: 제1기판
153: 제2기판 155: 제1투명전극
157: 제2투명전극 160: 색변환전기변색층
161: 스페이서 161a: 제1스페이서
161b: 제2스페이서 163: 색변환전기변색물질

Claims (9)

  1. 투명표시패널과;
    서로 마주보는 제1기판과 제2기판과, 상기 제1기판과 상기 제2기판의 내측면에 각각 형성된 제1투명전극과 제2투명전극과, 상기 제1투명전극과 상기 제2투명전극 사이에 색변환전기변색층을 포함하여 상기 투명표시패널의 배면에 위치되는 색변환전기변색소자를 포함하고,
    상기 색변환전기변색층은
    상기 제1투명전극과 상기 제2투명전극 사이에 균일한 갭을 유지시켜주는 다수의 스페이서와, 상기 다수의 스페이서 사이에 주입되며, 유기용매인 색변환전기변색물질을 포함하며,
    상기 다수의 스페이서 각각은
    드라이필름 포토레지스트로 형성된 유기물질의 제1스페이서와, 상기 제1스페이서의 측부와 상기 제 2 투명전극과 대면하는 상부를 덮으며 투명한 무기물질의 제2스페이서로 구성된 것이 특징인 투명표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2스페이서는 산화실리콘(SiO2) 및 질화실리콘(SiNx)에서 선택되는 Si 계열의 상기 무기물질로 이루어지는 무기물질층을 포함하는 투명표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2스페이서는 상기 무기물질층과, 유기물질로 이루어지는 유기물질층을 포함하는 다층구조를 가지고, 상기 무기물질층이 최상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 투명표시장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 제2스페이서는 1000Å 내지 5000Å 범위의 폭을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 투명표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2스페이서는 상기 제1스페이서를 덮는 상기 상부의 폭보다 상기 측부의 폭이 더 얇게 형성되는 것을 특징으로 하는 투명표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2스페이서는 플라즈마화학증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition:PECVD)법, ALD(atomic layer deposition)법 및 스핀코팅법 중 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 투명표시장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1스페이서는 50㎛ 내지 200㎛ 범위의 두께를 가지고, 20㎛ 내지 200㎛ 범위의 높이를 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는 투명표시장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 스페이서는 1 내지 10mm 범위의 간격을 가지고 형성된 것을 특징으로 하는 투명표시장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 색변환전기변색물질은 전기영동(electro phoretic)물질 및 전기변색(electro chromic)물질 중 하나인 것을 특징으로 하는 투명표시장치.

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