KR20070000913A - 전기영동 표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

전기영동 표시장치 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20070000913A KR1020050056583A KR20050056583A KR20070000913A KR 20070000913 A KR20070000913 A KR 20070000913A KR 1020050056583 A KR1020050056583 A KR 1020050056583A KR 20050056583 A KR20050056583 A KR 20050056583A KR 20070000913 A KR20070000913 A KR 20070000913A
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Abstract

본 발명은 전기영동 디스플레이장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이장치는 하판상에 형성된 제1박막트랜지터부; 상기 하판상에 형성되고 상기 제1박막트랜지스터부에 접속되는 제1화소전극; 상기 제1화소전극을 포함한 하판상에 적층된 전기영동필름; 및 상기 전기영동필름상에 적층되고 상기 제1박막트랜지스터부와 제1화소전극과 동일한 제2박막트랜지스터부와 제2화소전극이 형성된 상판;을 포함하여 구성된다.
전기영동필름, 전자잉크, 화이트잉크, 블랙잉크, 캡슐

Description

전기영동 표시장치 및 그 제조방법{ELECTROPHORETIC DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
도 1은 종래기술에 따른 전기영동 디스플레이장치를 개략적으로 설명하기 위한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 전기 영동 디스플레이장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 전기 영동 디슬레이장치의 제조방법을 개략적으로 도시한 공정단면도.
- 도면의 주요부분에 대한 부호설명 -
111 : 하판 113, 213 : 게이트전극
115, 215 : 게이트절연막 117, 217 : 활성층
119, 219 : 소스전극 121, 221 : 드레인전극
123, 223 : 절연막 125, 225 : 드레인콘택홀
127, 227 : 화소전극 129 : 전기영동필름
131 : 캡슐 133a : 화이트잉크
133b : 블랙잉크 211 : 상판
150 : 롤러
본 발명은 전기영동 디스플레이 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 응답속도를 크게 향상시키고, 개선된 정화상 및 동화상 화질을 구현할 수 있는 전기영동 디스플레이장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
전기영동 디스플레이(Electrophoretic Display)장치는 외부 광원이 필요없고, 반사율이 우수하며, 유연성(Flexibility)과 휴대성(Portability)이 뛰어나며, 기타 경량 등의 특성을 지닌 전기영동(Electrophoresis; 전기장내에서 하전된 입자가 양극 또는 음극쪽으로 이동하는 현상)을 이용한 평판 디스플레이(Flat Display)의 일종이다.
이러한 전기영동 디스플레이장치는 종이나 플라스틱과 같은 얇고 구부리기 쉬운 베이스필름(Base film)에 투명전도막을 입혀 전기영동 부유입자(Electropho -retic Suspension)을 구동하는 반사형 디스플레이로서, 차세대 전자종이(Electric Paper)로서도 각광 받을 것으로 기대되는 장치이다.
이러한 관점에서, 종래기술에 따른 전기영동 디스플레이장치에 대해 도 1를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 전기영동 디스플레이장치를 개략적으로 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 하판(11)상에 게이트배선(13)이 형성되어 있고, 상기 게이 트배선(13)을 포함한 하판(11)상에 게이트절연막(15)과 활성층(17)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 게이트배선(13)에는 게이트전극(미도시)이 연장되어 있다. 또한, 상기 하판(11)으로는 유리, 플라스틱, 스테인레스 포일(stainless foil) 등을 사용한다.
또한, 상기 활성층(17)을 포함한 하판(11)상에 상기 게이트배선(13)과 교차되게 데이터배선(미도시)과 소스/드레인전극(19)(21)이 형성되어 있다. 이때, 상기 소스/드레인전극(19)(21)은 상기 게이트배선에서 연장된 게이트전극과 일정부분 오버랩되어져 트랜지스터부를 형성한다.
그리고, 상기 소스/드레인전극(19)(21)을 포함한 하판(11)전체에 상기 드레인전극(21)을 노출시키는 드레인콘택홀(25)를 갖는 절연막(223)이 형성되어 있으며, 상기 절연막(23)상에는 상기 드레인콘택홀(25)을 통해 상기 드레인전극(21)과 접속되는 화소전극(27)이 형성되어 있다.
또한, 상기 화소전극(27)이 형성된 하판(11)상에는 전기영동필름(29)이 적층되어 있다. 이때, 상기 전기영동필름(29)은 폴리머중합체(polymer binder)에 전자잉크가 캡슐(31)을 형성하고 있는 것으로, 상기 캡슐(31)내에 분포하는 전자잉크는 화이트잉크(33a)와 블랙잉크(33b)로 이루어져 있다.
그리고, 상기 전자영동필름(29)내에 분포된 화이트잉크(29a)와 블랙잉크(29b)는, 각각 양전하와 음전하 특성을 가진다. 즉, 상기 화이트잉크(29a)는 양전하로 대전되어 있으며, 블랙잉크(29b)는 음전하로 대전되어 있다.
또한, 상기 전자영동필름(29)상에는 투명물질인 ITO로 구성된 공통배선(41) 이 형성되어 있다.
따라서, 상기 하판(11)에 전압이 인가되면, 두 전극사이에 발생되는 전계에 의하여 화이트잉크(33a)와 블랙잉크(33b)가 분리된다. 예를들어, 상기 하판(11)에 (-)전압이 인가되면, 상판인 공통배선(41)은 상대적으로 (+)전위를 가지게 되어, (+)전하를 띄는 화이트잉크(33a)는 하판(11)쪽으로 이동하고, (-)전하를 띄는 블랙잉크(33b)는 상판쪽으로 이동하게 된다.
반대로, 상기 하판(11)에 (+)전압이 인가되면, 상판인 공통배선(41)은 (-)전위를 가지게 되어, (-)전하를 띄는 화이트잉크(33a)는 상판으로 이동하고, 블랙잉크(33b)는 하판으로 이동하게 된다. 이때, 상기 블랙잉크(33b)와 화이트잉크(33a)는 극성이 바뀔 수도 있다.
그러나, 상기와 같이 구성되는 종래기술에 따른 전기영동 디스플레이장치에 의하면, 채색된 입자(particle)를 전기적으로 이동시키기 위해서는 액정표시장치 (LCD)에 비해 고전압이 요구되며, 극성에 민감하다.
이때, 보통 -15V ∼ +15V의 데이터전압으로 구동되는데, 이 경우의 응답속도는 다음 식으로 나타낸다.
τ∼d2/μV --------------------------------------------- 식(1)
여기서, d : 마이크로 캡슐 직경(이동거리)이고, μ : 입자의 전기이동도이며, V : 인가 전압이다.
이 식(1)에 대략적인 값을 대입하여 τ를 구하면, τ값은 약 150 ∼ 200 ms 정도가 된다. 특히, 상판인 공통배선은 "0" V로 고정되어 있기 때문에 대전입자들은 하판의 극성에만 의존하여 상호작용하게 된다.
또한, 기존의 ±15 V에 의한 구동시, 매우 큰 스토리지 캐패시터를 필요로 하게 되는데, 이는 공통전극배선의 시정수를 크게 하고(잔상), 대면적의 TFT를 필요로 하게 된다.
그리고, 이웃 픽셀과의 인접부에서는 캡슐내의 하전입자의 방향성(orienta- tion)이 정확하게 정의되지 않기 때문에 화질 저감 효과가 발생한다.
이에 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 수직전계에 의한 전기영동(Electrophoretic) 디스플레이장치에서의 응답속도를 개선하여 정화상, 동화상 화질을 개선시킬 수 있는 전기영동 디스플레이장치 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 어레이기판을 상하판으로 사용하여 전압의 효율성을 높여 전기영동필름의 운동을 빠르고 정확하게 하여, 구동의 효율성을 향상시킬 수 있는 전기 영동 디스플레이장치 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이장치는, 하판상에 형성된 제1박막트랜지터부; 상기 하판상에 형성되고 상기 제1박막트랜지스터부에 접속되는 제1화소전극; 상기 제1화소전극을 포함한 하판상에 적층된 전기영동필름; 및 상기 전기영동필름상에 적층되고 제2박막트랜지스터부와 제2화소전극이 형성된 상판;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이장치 제조방법은, 하판상에 제1박막트랜지터부를 형성하는 단계; 상기 하판상에 상기 제1박막트랜지스터부에 접속되는 제1화소전극을 형성하는 단계; 상기 제1화소전극을 포함한 하판상에 전기영동필름을 적층하는 단계; 및 제2박막트랜지스터부와 제2화소전극이 형성된 상판을 상기 전기영동필름상에 적층하는 단계;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로한다.
이하, 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이장치 및 그 제조방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 전기 영동 디스플레이장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2을 참조하면, 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이장치는, 하판(111)상에 게이트배선(113)이 형성되어 있고, 상기 게이트배선(113)을 포함한 하판(111)상에 절연막(115)과 활성층(117)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 게이트배선(113)에는 게이트전극(미도시)이 연장되어 있다. 또한, 상기 하판(111)으로는 유리, 플라스틱, 스테인레스 포일(stainless foil) 등을 사용한다.
또한, 상기 활성층(117)을 포함한 하판(111)상에 상기 게이트배선(113)과 교차되게 데이터배선과 소스/드레인전극(119)(121)이 형성되어 있다. 이때, 상기 소스/드레인전극(119)(121)은 상기 게이트배선(113)에서 연장된 게이트전극과 일정부분 오버랩되어져 트랜지스터부를 형성한다.
그리고, 상기 소스/드레인전극을 포함한 하판(111)전체에 상기 드레인전극(121)을 노출시키는 드레인콘택홀(125)를 갖는 절연막(123)이 형성되어 있으며, 상기 절연막상에는 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 드레인전극(121)과 접속되는 화소전극(127)이 형성되어 있다.
또한, 상기 화소전극(127)이 형성된 하판(111)상에는 전기영동필름(129)이 적층되어 있다. 이때, 상기 전기영동필름(129)은 폴리머중합체(polymer binder)에 전자잉크가 캡슐(131)을 형성하고 있는 것으로, 상기 캡슐(131)내에 분포하는 전자잉크는 화이트잉크(133a)와 블랙잉크(133b)로 이루어져 있다.
그리고, 상기 전기영동필름(129)내에 분포된 화이트잉크(133a)와 블랙잉크(133b)는, 각각 양전하와 음전하 특성을 가진다. 즉, 상기 화이트잉크(133a)는 양전하로 대전되어 있으며, 블랙잉크(133b)는 음전하로 대전되어 있다.
한편, 상기 하판(111)상에 적층된 전자영동필름(129)상에는 상기 하판(111)과 동일한 구성으로 이루어진 상판(211)이 적층되어 있다.
상기 상판(211)의 구성을 살펴 보면, 도 2에 도시된 바와같이, 상기 상판(211)상에는 상기 하판의 게이트배선과 동일한 게이트배선(213)이 형성되어 있고, 상기 게이트배선(213)을 포함한 상판(211)상에 절연막(215)과 활성층(217)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 게이트배선(213)에는 게이트전극이 연장되어 있다. 또한, 상기 상판(211)으로는 유리, 플라스틱, 스테인레스 포일(stainless foil) 등을 사용한다.
또한, 상기 활성층(217)을 포함한 상판(211)상에 상기 게이트배선(213)과 교 차되게 데이터배선과 소스/드레인전극(219)(221)이 형성되어 있다. 이때, 상기 소스/드레인전극(219)(221)은 상기 게이트배선(213)에서 연장된 게이트전극과 일정부분 오버랩되어져 트랜지스터부를 형성한다.
그리고, 상기 소스/드레인전극(219)(221)을 포함한 기판전체에 상기 드레인전극(221)을 노출시키는 드레인콘택홀(225)를 갖는 절연막(223)이 형성되어 있으며, 상기 절연막(223)상에는 상기 드레인콘택홀(225)을 통해 상기 드레인전극과 접속되는 화소전극(227)이 형성되어 있다.
따라서, 상기와 같이 구성되는 전기영동 디스플레이장치의 하판(111)에 전압이 인가되면, 두 전극사이에 발생되는 전계에 의하여 화이트잉크(133a)와 블랙잉크(133b)가 분리된다. 예를들어, 상기 하판(111)에 (-)전압이 인가되면, 상판(211)은 상대적으로 (+)전위를 가지게 되어, (+)전하를 띄는 화이트잉크(133a)는 하판(111)쪽으로 이동하고, (-)전하를 띄는 블랙잉크(133b)는 상판(211)쪽으로 이동하게 된다.
반대로, 상기 하판(111)에 (+)전압이 인가되면, 상판(211)은 상대적으로 (-)전위를 가지게 되어, 화이트잉크(133a)는 상판(211)으로 이동하고, 블랙잉크(133b)는 하판(111)으로 이동하게 된다. 이때, 상기 블랙잉크(133b)와 화이트잉크(133a)는 극성이 바뀔 수도 있다.
상기 구성에서와 같이, 전술한 식(1)에서 d, μ는 재료에 관련된 매개변수이기 때문에 이를 통한 응답속도 개선은 쉽지 않지만, 전압(V)은 구동상의 관련 인자(factor)이기 때문에 이를 크게 하므로써 응답속도를 줄일 수 있다.
또한, 상판(211)과 하판(111)을 기존의 -15V ∼ + 15 V 로 구동하되, 같은 화소에 대하여 상,하판(211)(111)의 전압의 극성(polarity)을 서로 반대로 하게 되면, 결과적으로 30 V 구동을 하게 된다. 따라서, 다른 조건이 동일하다고 가정하면, τ는 기존의 절반(70∼100ms)으로 줄게 된다.
그리고, 필름 자체의 유전율은 작기 때문에 고전압 구동에 의한 측면 반응은 없다고 볼 수 있다.
또한, 기존의 ± 15 V 구동을 위해서는, 본 발명에서는 상, 하판에서 각각 -7.5 V 및 +7.5 V 또는 +7.5 V 및 -7.5 V 구동을 통하여 얻을 수 있다.
그리고, 구조상 하판으로는 기존의 기판 및 소자 구조를 사용가능하나, 상판으로는 기존의 기판(즉, 어레이기판) 또는 유리나 투명한 플라스틱기판을 사용가능하다.
한편, 기존의 구조에 비해 스토리지 캐패시터의 크기가 감소하기 때문에, 개구율 확보가 가능하다. 또한, 스토리지 캐패시터를 하판에서는 크게 배치하고, 상판에서는 보다 작게 배치하는 구조를 통해 개구율 확보가 가능하다.
그리고, 도면에는 도시하지 않았지만, 이웃하는 픽셀 인접부에서는 상위 상판에 배선이 있기 때문에 경계에서 발생하는 화질 저하는 없다고 할 수 있다.
또한편, 합착의 경우, 화소전극이 최종적으로 화소를 덮고 있는 구조이고, 전계에 의해 수평 위치 감도(horizontal position sensitivity)는 작기 때문에, 액정표시장치(LCD) 제조공정에서와 다르게 마진(margin)은 크다고 볼 수 있다.
또한, 도 2에서와 같이, 플레시블(flexible)한 디스플레이의 경우, 상판과 하판에서 같은 종류의 기판을 사용하면, 곡률반경(ROC; rodius of curvature) 및 열팽창이 같으므로 기존의 경우와 비슷한 수준의 유연성(flexiblity)을 가질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전기 영동 디스플레이장치의 제조방법에 대해 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 상세히 설명한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 전기 영동 디슬레이장치의 제조방법을 개략적으로 도시한 공정단면도이다.
도 3a를 참조하면, 하판(111)상에 게이트배선(113)을 형성한후 이 게이트배선(113)을 포함한 하판전체에 게이트절연막(115)과 활성층(117)을 형성한다.
그다음, 상기 활성층(117)을 선택적으로 패터닝한후 그 위에 데이터배선과 소스/드레인전극(119)(121)을 형성한다. 이때, 상기 소스/드레인전극(119)(121)은 상기 게이트배선(113)에서 연장된 게이트전극과 일정부분 오버랩되어져 트랜지스터부를 형성한다.
이어서, 상기 소스/드레인전극(119)(121)을 포함한 기판전체에 절연막(123)을 형성한후 상기 절연막(123)을 선택적으로 패터닝하여 상기 드레인전극(121)을 노출시키는 드레인콘택홀(125)을 형성한다.
그다음, 상기 드레인콘택홀(125)을 포함한 기판전체에 화소전극(127)을 형성하여 상기 박막트랜지스터부와 접속시킨다.
이어서, 이렇게 제조된 하판(111)상에 전기영동필름(129)을 적층한다. 이때, 상기 전기영동필름(129)은 폴리머중합체(polymer binder)에 전자잉크가 캡슐(131) 을 형성하고 있는 것으로, 상기 캡슐(131)내에 분포하는 전자잉크는 화이트잉크(133a)와 블랙잉크(133b)로 이루어진다. 또한, 상기 전기영동필름(129)을 적층하는 공정은 적층 또는 액정표시장치 제조공정의 얼라인 및 합착공정을 통해 실시할 수도 있다.
그다음, 상기 하판(111)에 전자영동필름(129)을 적층한 상태에서 그 위로 상기 하판(111)과 동일한 구성으로 이루어진 상판(211)을 적층하여 전기영동 디스플레이장치를 제작한다. 이때, 상기 상판에 대한 제조공정은 상기 하판의 제조공정과 동일하므로 여기서는 설명을 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 수직전계에 의한 전기영동(electrophoresy)을 메카니즘으로 가지는 다른 형태의 전자 종이(e-paper), 예를들어, QR-LPD(Quick response liquid powder display), 트위스트볼 전자 종이(Twistball Electronic Paper) 등에도 적용가능하다.
상기에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이장치 및 그 제조방법에 의하면, 두장의 어레이기판을 상하판으로 하여 서로 마주보게 배열하고 그 사이에 전기영동필름을 배치하므로써, 같은 구동전압을 상,하판에 인가하여 기존보다 2배의 전계를 얻을 수 있다. 즉, 상,하판 각각에 기존의 1/2 전압을 인가하여도 기존과 동일한 응답속도를 얻을 수 있다.
따라서, 이웃하는 픽셀 인접부를 상판 배선으로 덮게 되므로써 화질이 개선된다.
또한, 기존의 전자 종이는 정지화상 디스플레이보다 중점을 둔 디스플레이모드로써 응답속도가 매우 느리지만, 본 발명에 따른 전자종이의 경우에는 응답속도가 크게 향상되므로써 개선된 동화상 화질을 구현할 수 있다.
한편, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 하판상에 형성된 제1박막트랜지터부;
    상기 하판상에 형성되고 상기 제1박막트랜지스터부에 접속되는 제1화소전극;
    상기 제1화소전극을 포함한 하판상에 적층된 전기영동필름; 및
    상기 전기영동필름상에 적층되고 제2박막트랜지스터부와 제2화소전극이 형성된 상판;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로하는 전기영동 디스플레이장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1박막트랜지스터부와 제1화소전극이 형성된 하판과 제2박막트랜지스터부와 제2화소전극이 형성된 상판은 동일한 것을 특징으로하는 전기영동 디스플레이장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1박막트랜지스터부 및 제2박막트랜지스터부 각각는 상기 하판과 상판 각각에 종횡으로 배열되어 화소를 정의하는 복수의 게이트라인 및 데이터라인 및 데이터라인의 교차영역에 형성된 것을 특징으로하는 전기영동 디스플레이장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전기영동필름은 전자잉크를 포함하여 구성되는 것을 특징으로하는 전기영동 디스플레이장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 전자잉크는 화이트잉크와 블랙잉크로 구성된 것을 특징으로하는 전기영동 디스플레이장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 화이트잉크는 양전하를 띄고 블랙잉크는 음전하를 띄거나, 상기 화이트잉크는 음전하를 띄고 블랙잉크는 양전하를 띄는 것을 특징으로하는 전기영동 디스플레이장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 하판 또는 상판으로는 유리, 플라스틱 또는 스테인레스 포일(stainless foil)을 사용하는 것을 특징으로하는 전기영동 디스플레이장치.
  8. 하판상에 제1박막트랜지터부를 형성하는 단계;
    상기 하판상에 상기 제1박막트랜지스터부에 접속되는 제1화소전극을 형성하는 단계;
    상기 제1화소전극을 포함한 하판상에 전기영동필름을 적층하는 단계; 및
    제2박막트랜지스터부와 제2화소전극이 형성된 상판을 상기 전기영동필름상에 적층하는 단계;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로하는 전기영동 디스플레이장치 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 하판과 상판 각각에 형성되는 상기 제1박막트랜지스터부 및 제2박막트랜지스터부는 하판과 상판 각각에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 복수의 게이트라인 및 복수개의 데이터라인의 교차영역에 형성하는 것을 특징으로하는 전기영동 디스플레이장치 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 상판에 형성하는 상기 제2박막트랜지스터부와 제2화소전극은 상기 하판에 형성되는 제1박막트랜지스터부와 제1화소전극과 동일한 것을 특징으로하는 전기영동 디스플레이장치 제조방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 전기영동필름은 전자잉크를 포함하는 것을 특징으로하는 전기영동 디스플레이장치 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전자잉크는 화이트잉크와 블랙잉크로 구성된 것을 특징으로하는 전기영동 디스플레이장치 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 화이트잉크는 양전하를 띄고 블랙잉크는 음전하를 띄거나, 상기 화이트잉크는 음전하를 띄고 블랙잉크는 양전하를 띄는 것을 특징으로하는 전기영동 디스플레이장치 제조방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 하판 또는 상판으로는 유리, 플라스틱 또는 스테인레스 포일(stainless foil)을 사용하는 것을 특징으로하는 전기영동 디스플레이장치 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100795392B1 (ko) * 2006-02-24 2008-01-17 프라임 뷰 인터내셔널 코오포레이션 리미티드 전자 잉크 디스플레이 디바이스의 박막 트랜지스터 어레이기판
KR100907272B1 (ko) * 2007-01-11 2009-07-13 삼성전자주식회사 전기영동 표시장치
US8848279B2 (en) 2012-03-20 2014-09-30 Samsung Display Co., Ltd. Electrophoretic display device

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