KR20080031602A - 표시 기판 및 이를 구비한 전기영동 표시장치 - Google Patents

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Abstract

휘도를 향상시키기 위한 표시 기판 및 이를 구비한 전기영동 표시장치가 개시된다. 전기영동 표시장치용 표시 기판은 게이트 배선, 데이터 배선, 스위칭 소자 및 화소 전극을 포함한다. 게이트 배선은 절연 기판 상에 형성된다. 데이터 배선은 게이트 배선과 교차하는 방향으로 연장된다. 스위칭 소자는 게이트 배선과 데이터 배선에 연결된다. 화소 전극은 스위칭 소자와 전기적으로 연결되어, 광을 반사하는 반사 전극층과 광을 흡수하는 불투명 전극층을 포함한다. 이에 따라서, 누설광에 의한 휘도 저하를 방지할 수 있고, 더불어, 누설광에 의한 박막 트랜지스터의 누설 전류를 방지할 수 있다.
Figure P1020060121945
전기영동 표시장치, 박막 트랜지스터, 불투명층

Description

표시 기판 및 이를 구비한 전기영동 표시장치{DISPLAY SUBSTRATE AND ELECTRO PHORETIC DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 구동원리를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 제조 공정을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시 기판을 포함하는 전기영동 표시장치의 평면도.
도 4는 도 3에서 IV-IV' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시 기판을 포함하는 전기영동 표시장치의 평면도이다.
도 6은 도 5에서 VI-VI' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시 기판을 포함하는 전기영동 표시장치의 평면도이다.
도 8은 도 7에서 VI-VI' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8에 도시한 표시 기판의 제1 실시예에 따른 제조 공정도들이다.
도 10a 및 도 10b는 도 8에 도시한 표시 기판의 제2 실시예에 따른 제조 공정도들이다.
도 11a 및 도 11b는 도 8에 도시한 표시 기판의 제3 실시예에 따른 제조 공정도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
210 : 상부 절연기판 200 : 대향 기판
240 : 공통전극 100a, 100b, 100c : 표시 기판
121 : 게이트 배선 150 : 반도체층
154 : 유기 반도체층 172 : 데이터 배선
180 : 보호막 181 : 유기막
본 발명은 표시 기판과 이를 구비한 전기영동 표시장치(EPD: Electro Phoretic Display)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 휘도를 향상시키기 위한 표시 기판 및 이를 구비한 전기영동 표시장치에 관한 것이다.
전기영동 표시장치는 전자책 등에 사용 가능한 평판 표시 장치의 하나로, 전계 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 기판 사이에, 각각 흰색과 검은색을 띠고 있으며, 양성 및 음성으로 대전된 안료입자가 미소캡슐에 가두어진 형태로 형성된 표시장치도 있다.
전기영동 표시장치는 마주하는 두 전극에 전압을 인가하여 전극 양단에 전위차를 발생시킴으로 검은색과 흰색을 띤 대전된 안료입자들을 각각 반대 극성의 전극으로 이동시켜 화상을 표시한다.
이러한 전기영동 표시장치는 반사율과 대비비가 높고 액정표시장치와는 달리 시야각에 대한 의존성이 없어서 종이와 같은 편안한 느낌으로 화상을 표시할 수 있는 장점을 가지고 있으며, 쌍안정(bistable)한 특성을 가지고 있어, 지속적인 전압을 인가하지 않더라도 화상을 유지할 수 있어 소비전력이 작다는 장점이 있다.
하지만, 전기영동 표시장치는 외부로부터 입사하는 빛을 차단하거나 화소전극에 의해 제어되지 않는 영역을 가려주는 블랙매트릭스를 가지고 있지 않다는 단점이 있다.
또한, 미소 캡슐을 가지는 전기영동표시 장치의 경우, 미소 캡슐과 캡슐사이를 연결하는 주는 것이 바인더(binder)인데, 바인더 사이로 누설광이 있어 대비비(Contrast Ratio)에 저하를 가져 온다. 미소 캡슐의 크기를 작게 해서, 광이 누설되는 공간을 줄여주는 방식이 제안되기도 하였으나, 캡슐간의 충돌문제가 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 누설광에 의한 반사를 최소화하기 위한 전기영동 표시장치용 표시 기판을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 표시 기판을 구비한 전기영동 표시장치를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 제1 실시예에 따른 전기영동 표시장치용 표시 기판은 게이트 배선, 데이터 배선, 스위칭 소자 및 화소 전극을 포함한다. 상기 게이트 배선은 절연 기판 상에 형성된다. 상기 데이터 배선은 상기 게이트 배선과 교차하는 방향으로 연장된다. 상기 스위칭 소자는 상기 게이트 배선과 데이터 배선에 연결된다. 상기 화소 전극은 상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결되어, 광을 반사하는 반사 전극층과 광을 흡수하는 흡수 전극층을 포함한다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 제2 실시예에 따른 전기영동 표시장치용 표시 기판은 게이트 배선, 데이터 배선, 스위칭 소자, 유기막 및 화소 전극을 포함한다. 상기 게이트 배선은 절연 기판 상에 형성된다. 상기 데이터 배선은 상기 게이트 배선과 교차하는 방향으로 연장된다. 상기 스위칭 소자는 상기 게이트 배선과 데이터 배선에 연결된다. 상기 유기막은 상기 스위칭 소자가 형성된 절연 기판 위에 불투명한 유기 물질로 형성된다. 상기 화소 전극은 상기 유기막에 형성된 접촉 구멍을 통해 상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결된다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 제1 실시예에 따흔 전기영동 표시장치는 표시 기판, 대향 기판 및 전기영동 입자들을 포함한다. 상기 표시 기판은 서로 교차하는 방향으로 형성된 게이트 배선과 데이터 배선에 연결된 스위칭 소자, 상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결되어 광을 반사하는 반사 전극층과 광을 흡수하는 흡수 전극층을 포함하는 화소 전극을 포함한다. 상기 대향 기판은 상기 표시 기판과 결합한다. 상기 전기영동 입자들은 상기 표시 기판과 대향 기판 사이 에 개재된다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 제2 실시예에 따흔 전기영동 표시장치는 표시 기판, 대향 기판 및 전기영동 입자들을 포함한다. 상기 표시 기판 절연 기판 위에 서로 교차하는 방향으로 형성된 게이트 배선과 데이터 배선에 연결된 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자가 형성된 절연 기판 위에 불투명한 유기 물질로 형성된 유기막 및 상기 유기막 위에 상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결된 화소 전극을 포함한다. 대향 기판은 상기 표시 기판과 결합한다. 상기 전기영동 입자들은 상기 표시 기판과 대향 기판 사이에 개재된다.
이러한 표시 기판 및 이를 구비한 전기영동 표시장치에 의하면, 전기영동장치의 미소캡슐 사이로 빛의 누설에 의한 반사를 최소화하여 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
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 도면부호를 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 부분의 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다 른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명하고, 이하 상세한 설명에서 상기 스위칭 소자는 "박막 트랜지스터"로 명칭한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 구동 원리와 전기영동 표시장치용 두 기판의 부착 공정에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 구동 원리를 개략적으로 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 제조 공정을 도시한 단면도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기 영동(electro phoretic) 표시 장치는 전계(-, +) 생성하기 위한 화소 전극(PE, 도 4 참조)과 공통 전극(240, 도 4 참조)을 포함하고, 이들 사이에는 흰색과 검은색을 띠고 있으며 양성(positive) 및 음성(negative)으로 대전된 전기영동 입자들을 포함하는 미소 캡슐(micro capsule)이 배치된다. 상기 전기영동 입자들은 흰색과 검은색 외에, R,G,B,C,N,Y와 같은 색을 가지는 입자일 수도 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 마주하는 두 전극에 전압을 인가하여 전극 양단에 전위차(+, -)를 형성하면, 검은색과 흰색의 전기 영동 입자들을 각각 반대 극성의 전극으로 이동하며, 이를 통하여 관찰자(300)는 검 은색 또는 흰색으로 이루어진 화상을 보게 된다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치는 신호 배선들, 화소 전극들 및 신호 배선들과 화소 전극들을 전기적으로 연결하는 박막 트랜지스터들이 형성된 표시 기판(100)과 화소 전극들과 마주하여 전계를 발생키는 공통 전극이 형성된 플라스틱 필름(plastic film, 210)과 그 상부에 형성된 캡슐(220)을 포함하는 대향 기판(200)을 포함한다.
이 때, 두 기판(100, 200)을 부착하기 위해서 대향 기판(200)은 라미네이터(laminator, 500)를 통하여 표시 기판(100) 상부에 라미네이션(lamination)되며, 접착제(230)에 의해 표시 기판(100)에 부착된다.
다음은, 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치용 두 기판의 구조에 대하여 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시 기판을 포함하는 전기영동 표시장치의 평면도이고, 도 4는 도 3에서 IV-IV' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치는 앞에서 설명한 바와 같이 대향 기판(200)과 표시 기판(100a) 및 두 기판(100a, 200) 사이에 형성된 다수의 캡슐(220)과 두 기판(100a, 200)을 결합시키는 접착제(230)를 포함한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 표시 기판(100a)에는, 하부 절연 기판(110) 위에 주로 가로 방향으로 연장된 복수의 게이트 배선들(gate line)(121)이 형성된다. 게이트 배선들(121)은 비저항(resistivity)이 낮은 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy) 또는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy), 구리 또는 구리합금으로 이루어 진 단일막으로 이루어질 수도 있고, 이러한 단일막에 더하여 물리적, 전기적 접촉 특성이 좋은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 따위의 물질로 이루어진 다른 막을 포함하는 다층막으로 이루어질 수도 있다. 각 게이트 배선(121)의 일부는 복수의 가지가 뻗어 나와 박막 트랜지스터(TFT)의 게이트 전극(123)을 형성한다. 게이트 배선(121)은 단면은 경사져 있으며, 경사각은 수평면으로부터 20~80° 범위이다.
게이트 배선(121) 위에는 질화 규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(130)이 형성된다.
게이트 절연막(130) 상부에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon) 따위로 이루어진 반도체층(silicon island)(150)이 형성된다. 각 반도체층(150)은 해당하는 게이트 전극(123) 위에 형성되어 박막 트랜지스터(TFT)의 채널을 이룬다. 반도체층(150)의 상부에는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑된 n+ 수소화 비정질 규소 따위로 만들어진 제1 저항성 접촉층(ohmic contact)(163) 및 제2 저항성 접촉층(165)이 형성된다. 제2 저항성 접촉층(165)은 게이트 전극(123)을 중심으로 제1 저항성 접촉층(163)의 반대쪽에 위치하며 서로 이격된다. 반도체층(150)과 제1 및 제2 저항성 접촉층(163, 165)의 단면은 테이퍼 구조를 가지며, 경사각은 20~80° 범위이다.
제1 및 제2 저항성 접촉층(163, 165) 및 게이트 절연막(130) 위에는 복수의 데이터 배선(data line)(172) 과 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성된다. 데이터 배선(172)과 드레인 전극(175)은 비저항이 낮은 Al 또는 Ag 로 이루어질 수 있으며, 게이트 배선(121)과 같이 다른 물질과 접촉 특성이 우수한 도전 물질을 포함할 수 있다. 데이터 배선(172)은 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트 배선(121)과 교차하며 데이터 배선(172)으로부터 연장된 박막 트랜지스터(TFT)의 소스 전극(source electrode)(173)을 포함한다. 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)은 해당하는 제1 및 제2 저항성 접촉층(163, 165)의 상부에 형성되고, 서로 마주보고 이격되어 형성된다.
데이터 배선(172) 및 드레인 전극(175)의 단면은 20~80° 범위의 경사각을 가지는 테이퍼 구조를 가질 수 있다.
제1 및 제2 저항성 접촉층(163, 165)은 반도체층(150)과 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다.
데이터 배선(172), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)이 형성된 절연 기판(110) 위에는 반도체층(150)을 커버하고 평탄화를 위한 유전율이 낮은 아크릴계의 유기 절연 물질로 이루어진 보호막(180)이 형성된다.
이러한 보호막(180)은 드레인 전극(175)을 드러내는 제1 접촉 구멍(185)과, 게이트 절연막(130)과 함께 게이트 배선(121)의 끝 부분(128)을 드러내는 제2 접촉 구멍(188) 및 데이터 배선(172)의 끝 부분(179)을 드러내는 제2 접촉 구멍(189)을 가진다. 제2 및 제3 접촉 구멍(188, 189)은 게이트 배선(121) 및 데이터 배선(172) 과 각각의 구동 회로들(도시하지 않음)을 전기적 연결을 위한 것이다.
이때, 보호막(180)의 제1, 제2 및 제3 접촉 구멍(185, 188, 189)의 측벽은 경사져 있으며, 경사각은 30~180° 범위인 것이 바람직하다.
보호막(180)의 아래에는 드러난 반도체층(150)의 일부를 덮는 산화 규소 또 는 질화 규소 등의 절연 물질로 이루어진 층간 절연막(도시하지 않음)이 추가될 수 있다.
보호막(180) 위에는 반사 전극층(191a) 및 흡수 전극층(191b)으로 이루어진 화소 전극(PE)이 형성된다. 반사 전극층(191a)은 보호막(180) 위에 바로 형성되고, 흡수 전극층(191b)은 반사 전극층(191a) 위에 바로 형성된다.
반사 전극층(191a)은 크롬(Cr) 또는 몰리(Mo) 등의 금속 물질로 형성된다. 반사 전극층(191a)은 전기영동 표시장치의 배면에서 입사하는 광을 반사시키는 역할을 한다. 배면 입사광을 반사시키는 경우, 광이 미소캡슐(220)사이로 누설되어 전면에서 시인되지 않도록 차단하는 것이 가능하다.
흡수 전극층(191b)은 크롬 산화물(CrOx) 또는 몰리 산화물(MoOx) 등의 산화 물질로 형성된다. 또한, 상기 흡수 전극층(191b)은 전기영동 입자들에 의해 반사되거나 산란되는 광을 흡수하는 불투명한 물질로 형성되며, 광학밀도(Optical Density)는 3.6 이상이다. 전면에서 입사된 광에 의해 흰색을 표시하는 경우에는 광이 반사되더라도 휘도에 영향을 크게 주지 않지만, 전기영동 표시장치가 검은색을 표시하는 경우, 휘도를 감소시킬 수 있다. 흡수 전극층(191b)은 전면에서 입사하는 광을 흡수하여 휘도를 향상시킬 수 있다.
반사 전극층(191a)과 흡수 전극층(191b)은 제1 접촉 구멍(185)을 통해 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(175)과 전기적으로 연결된다. 반사 전극층(191a)과 흡수 전극층(191b)은 기존의 화소 전극을 형성하는 투명 도전성 물질인 ITO 또는 IZO와 대비하여, 저항이 높지 않아 반사형 표시장치에서 화소 전극으로의 역할이 가능하다.
또한, 반사 전극층(191a)과 흡수 전극층(191b)으로 형성된 화소 전극(PE)은 박막 트랜지스터(TFT)의 채널부의 상부까지 연장하여 형성할 수 있다. 불투명한 화소 전극(PE)이 박막 트랜지스터(TFT)의 채널부 상부까지 연장됨에 따라서 누설광이 박막 트랜지스터(TFT)의 채널부에 입사되는 것을 막는다.
따라서, 제1 실시예에 따른 전기영동 표시장치에서는, 대향 기판(200)에 블랙 매트릭스가 없어, 박막 트랜지스터(TFT)의 채널부인 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체층(150)에 외부로부터 빛이 입사되는 것을 막아 누설광에 의한 누설 전류의 발생을 방지할 수 있다.
이러한 본 발명의 제1 실시예의 전기영동 표시장치에서 화소 전극(PE)은 게이트 배선(121) 및 데이터 배선(172)과 중첩되어 개구율(aperture)을 높이고 있어, 화소 전극(PE) 사이의 제어되지 않는 영역의 면적을 최소화할 수 있다. 이때, 화소 전극(PE)과 게이트 배선(121) 및 데이터 배선(172) 사이에는 낮은 유전율을 가지는 절연 물질로 이루어진 보호막(180)이 개재되어 있어, 이들 사이에서 발생하는 기생 용량을 최소화할 수 있다.
한편, 보호막(180)의 위에는 제1 및 제2 접촉 전극(contact assistant)(198, 199)이 형성된다. 제1 및 제2 접촉 전극(198, 199)은 제2 및 제3 접촉 구멍(188, 189)을 통하여 게이트 배선(121) 및 데이터 배선(172)의 노출된 끝 부분(128, 179)과 연결되어 있다. 제1 및 제2 접촉 전극(198, 199)은 게이트 배선(121) 및 데이터 배선(172)의 노출된 끝 부분(125, 179)을 보호하고 표시 기판(100a)과 구동 회로의 접착성을 보완하기 위한 것이며 필수적인 것은 아니다. 제1 및 제2 접촉 전극(198, 199)은 화소 전극(PE)과 동일한 층으로 형성된다.
한편, 표시 기판(100a)과 마주하는 대향 기판(200)에는, 하부 절연 기판(110)과 마주하는 상부 절연 기판(210)의 상부에 투명한 도전 물질로 이루지고, 화소 전극(PE)과 마주하여 양성(positive) 및 음성(negative)으로 대전된 안료 입자를 구동하기 위한 전계를 형성하는 공통 전극(240)이 전면적으로 형성된다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시 기판을 포함하는 전기영동 표시장치의 평면도이고, 도 6은 도 5에서 VI-VI' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 표시 기판(100b)은 투명한 유리, 실리콘(silicone) 또는 플라스틱(plastic) 따위로 만들어진 절연 기판(substrate)(110) 위에 복수의 게이트 배선들(gate line)(121)이 형성된다.
게이트 배선(121)은 게이트 신호를 전달하며 가로 방향으로 연장되어 형성된다. 게이트 배선(121)은 게이트 배선(121)으로부터 돌출된 게이트 전극(gate electrode)(123)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(129)을 포함한다.
게이트 배선(121)을 포함한 절연 기판(110) 전면에는 층간 절연막(143)이 형성된다. 층간 절연막(143)은 용액 공정이 가능한 감광성 유기 물질로 만들어질 수 있으며, 층간 절연막(143)의 두께는 약 5000Å 내지 4㎛ 정도이다.
층간 절연막(143)은 개구부(144) 및 접촉 구멍(148)을 가진다. 개구부(144) 는 게이트 전극(123)을 드러내는 하부 개구부(144p)와 하부 개구부(144p) 위에 위치하는 상부 개구부(144q)를 포함한다. 하부 개구부(144p)와 상부 개구부(144q)는 계단식으로 형성되며 상부 개구부(144q)가 하부 개구부(144p)보다 크다. 접촉 구멍(148)은 게이트 배선(121)의 끝 부분(129)을 드러낸다.
하부 개구부(144p)에는 게이트 절연막(130)가 형성된다. 하부 개구부(144p)를 둘러싸는 층간 절연막(143)은 게이트 절연막(130)를 가두는 둑(bank) 역할을 한다.
게이트 절연막(130)는 유기 물질 또는 무기 물질로 만들어진다. 이러한 유기 물질의 예로는 폴리이미드(polyimide), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 플루오란(fluorane)함유 화합물, 파릴렌(parylene) 등의 용해성 고분자 화합물을 들 수 있으며, 무기 물질의 예로는 옥타데실트리클로로실란(octadecyl trichloro silane, OTS)으로 표면처리된 산화규소(SiO2) 따위를 들 수 있다.
게이트 절연막(130) 및 층간 절연막(143) 위에는 데이터 배선(data line)(172), 화소 전극(pixel electrode)(PE) 및 접촉 전극(contact assistant)(198)이 형성된다.
데이터 배선(172)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어서 게이트 배선(121)과 교차한다. 데이터 배선(172)은 일부가 돌출된 소스 전극(source electrode)(193)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(199)을 포함한다.
화소 전극(PE)과 데이터 배선(172)은 다층막 구조로 형성된다. 구체적으로, 층간 절연층(143) 바로 위에 투명 도전성 물질로 형성된 제1 및 제2 투명 도전층(191, 192)과, 제1 및 제2 투명 도전층(191, 192) 위에 반사 금속 물질로 형성된 제1 및 제2 반사 전극층(171a, 172a)과, 제1 및 제2 반사 전극층(171a, 172a) 위에 불투명 물질로 형성된 제1 및 제2 흡수 전극층(171b, 172b)으로 이루어진다.
즉, 화소 전극(PE)은 제1 투명 도전층(191), 제1 반사 전극층(171a) 및 제1 흡수 전극층(171b)으로 이루어지고, 데이터 배선(172)은 제2 투명 도전층(192), 제2 반사 전극층(172a) 및 제2 흡수 전극층(172b)으로 이루어진다.
소스 전극(193)과 데이터 배선(172)의 끝 부분(199)은 투명 도전성 물질로 형성된 단일막 구조를 갖는다. 데이터 배선(172)의 끝 부분(179)은 데이터 배선(172)과 동일하게 다층막 구조로 형성될 수 있다.
투명 도전성 물질은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 따위의 투명 도전성 산화물로 만들어진다. 반사 금속 물질은 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금, 크롬(Cr), 크롬 합금, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 구리(Cu), 구리 합금, 은(Ag), 은 합금 따위의 저저항성 금속으로 형성되며, 바람직하게 크롬(Cr) 또는 몰리(Mo) 등의 금속 물질로 형성된다. 불투명 물질은 검은색 물질 또는 백색 물질로 형성되며, 바람직하게는 크롬 산화물(CrOx) 또는 몰리 산화물(MoOx) 등의 산화 물질로 형성되고, 광학밀도(Optical Density)는 3.6 이상이다. 바람직하게 투명 도전성 물질과 반사 금속 물질은 식각 선택비가 다른 물질이며, 반사 금속 물질과 불투명 물질은 식각 선택비가 유사한 물질이다.
드레인 전극(195)은 화소 전극(PE)의 제1 투명 도전층(191)으로부터 연장되 어 게이트 절연막(130) 위에 형성되고, 소스 전극(193)은 데이터 배선(172)의 제2 투명 도전층(192)으로부터 연장되어 드레인 전극(195)과 마주보도록 게이트 절연막(130) 위에 형성된다.
화소 전극(PE)은 드레인 전극(195)으로부터 데이터 신호를 인가 받는다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(PE)은 화소 전극(PE)과 마주보며 공통 전압을 인가 받는 공통 전극(도시하지 않음)과 함께 전기장을 생성함으로써, 화소 전극(PE)과 공통 전극 사이의 개재된 양성(positive) 및 음성(negative)으로 대전된 안료 입자를 구동시킨다.
결과적으로, 화소 전극(PE)의 제1 반사 전극층(171a)은 전기영동 표시장치의 배면에서 입사하는 광을 반사시키는 역할을 한다. 배면 입사광을 반사시키는 경우, 광이 미소캡슐(220)사이로 누설되어 전면에서 시인되지 않도록 차단하는 것이 가능하다. 화소 전극(PE)의 흡수 전극층(171b)은 전면에서 입사된 광의 경우, 전기영동 표시장치가 흰색을 표시하는 경우에는 광이 반사되더라도 휘도에 영향을 크게 주지 않지만, 전기영동 표시장치가 검은색을 표시하는 경우, 휘도를 감소시킬 수 있다. 흡수 전극층(171b)은 전면에서 입사하는 광을 흡수하여, 휘도를 향상시킬 수 있다.
접촉 전극(198)은 접촉 구멍(148)을 통하여 게이트 배선(121)의 끝 부분(129)과 연결되며, 게이트 배선(121)의 끝 부분(129)과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호한다.
상부 개구부(144q)에는 유기 반도체층(154)이 형성된다. 유기 반도체층(154)은 상부 개구부(144q)에서 소스 전극(193) 및 드레인 전극(195)과 접촉되며 게이트 전극(123)과 중첩된다.
유기 반도체층(154)은 수용액이나 유기 용매에 용해되는 고분자 화합물이나 저분자 화합물을 포함할 수 있다.
유기 반도체층(154)은 테트라센(tetracene) 또는 펜타센(pentacene)의 치환기를 포함하는 유도체를 포함할 수 있다. 유기 반도체층(154)은 또한 티오펜 링(thiophene ring)의 2, 5 위치에서 연결된 4 내지 8개의 티오펜을 포함하는 올리고티오펜(oligothiophene)을 포함할 수 있다.
유기 반도체층(154)은 폴리티닐렌비닐렌(polythienylenevinylene), 폴리-3-헥실티오펜(poly 3-hexylthiophene), 폴리티오펜(polythiophene), 프탈로시아닌(phthalocyanine), 금속화 프탈로시아닌(metallized phthalocyanine) 또는 그의 할로겐화 유도체를 포함할 수 있다. 유기 반도체층(154)은 또한 페릴렌테트라카르복실산 이무수물(perylenetetracarboxylic dianhydride, PTCDA), 나프탈렌테트라카르복실산 이무수물(naphthalenetetracarboxylic dianhydride, NTCDA) 또는 이들의 이미드(imide) 유도체를 포함할 수 있다. 유기 반도체층(154)은 페릴렌(perylene) 또는 코로넨(coronene)과 그들의 치환기를 포함하는 유도체를 포함할 수도 있다.
유기 반도체층(154)의 두께는 약 300Å 내지 1㎛ 정도이다.
유기 박막 트랜지스터(OTFT)는 게이트 전극(123), 소스 전극(193) 및 드레인 전극(195)을 포함하며, 소스 전극(193)과 드레인 전극(195) 사이에 유기 반도체층(154)으로 형성된 채널부(channel)를 포함한다. 소스 전극(193)과 드레인 전극(195)의 마주하는 부분은 굴곡지게 형성함으로써 채널 폭을 놀려서 전류 특성을 개선할 수도 있다.
유기 반도체층(154) 위에는 보호막(180)이 형성된다. 보호막(180)은 광을 차단하는 불투명한 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질로 형성한다. 보호막(180)은 제조 과정에서 유기 반도체층(154)의 손상되는 것을 방지한다. 보호막(180)을 불투명한 물질로 형성함에 따라서 유기 박막 트랜지스터(OTFT)의 채널부에 광이 들어가서 누설전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시 기판을 포함하는 전기영동 표시장치의 평면도이고, 도 8은 도 7에서 VI-VI' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 표시 기판(100c)은 투명한 유리, 실리콘(silicone) 또는 플라스틱(plastic) 따위로 만들어진 절연 기판(substrate)(110) 위에 게이트 배선들(gate line)(121)이 형성된다. 게이트 배선(121)은 게이트 배선(121)으로부터 돌출된 게이트 전극(gate electrode)(123)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(129)을 포함한다. 게이트 배선(123)과 평행한 방향으로 스토리지 배선(127)이 형성된다.
게이트 배선들(121)은 비저항(resistivity)이 낮은 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy) 또는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy), 구리 또는 구리합금으로 이루어진 단일막으로 이루어질 수도 있고, 이러한 단일막에 더하여 물리적, 전기적 접촉 특성이 좋은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 따위의 물질로 이루어진 다른 막을 포함하는 다층막으로 이루어질 수도 있다.
게이트 배선(121), 게이트 전극(123) 및 스토리지 배선(127) 위에는 질화 규소(SiNx) 등으로 이루어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(130)이 형성된다.
게이트 절연막(130) 상부에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon) 따위로 이루어진 반도체층(silicon island)(150)이 형성된다. 반도체층(150)은 해당하는 게이트 전극(123) 위에 형성되어 박막 트랜지스터(TFT)의 채널부를 형성한다. 반도체층(150)의 상부에는 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑된 n+ 수소화 비정질 규소 따위로 만들어진 제1 저항성 접촉층(163) 및 제2 저항성 접촉층(165)이 형성된다. 제1 및 제2 저항성 접촉층(163, 165)은 게이트 전극(123)을 중심으로 서로 이격된다.
제1 및 제2 저항성 접촉층(163, 165) 및 게이트 절연막(130) 위에는 데이터 배선들(data line)(172)과 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성된다. 데이터 배선(172)과 드레인 전극(175)은 비저항이 낮은 Al 또는 Ag 로 이루어질 수 있으며, 게이트 배선(121)과 같이 다른 물질과 접촉 특성이 우수한 도전 물질을 포함할 수 있다. 데이터 배선(172)은 게이트 배선(121)과 교차하는 방향으로 연장되고, 데이터 배선(172)으로부터 연장된 박막 트랜지스터(TFT)의 소스 전극(source electrode)(173)을 포함한다. 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)은 해당하는 제1 및 제2 저항성 접촉층(163, 165)의 상부에 형성되고, 서로 마주보고 이격되어 형성된다. 또한, 데이터 배선(172)과 동일 금속층으로 스토리지 배선(127)과 중첩되는 스토리지 전극(177)이 형성된다.
데이터 배선(172), 소스 전극(173), 드레인 전극(175) 및 스토리지 전극(177)이 형성된 절연 기판(110)의 위에는 반도체층(150)을 보호하기 위한 패시베이션층(140)이 형성된다. 패시베이션층(140) 위에는 광을 흡수하는 유기 물질로 이루어진 불투명한 유기막(181)이 형성된다. 불투명한 유기막(181)은 블랙 물질 또는 백색 물질로 약 3㎛ 내지 4㎛ 정도의 두께로 형성된다.
불투명한 유기막(181)은 전기영동 표시장치의 전기영동 입자들 사이로 광이 누설되면 누설된 광을 흡수한다. 이에 따라서, 누설된 광이 표시 기판(100c) 상에서 반사되거나 산란되는 것을 막아 휘도를 향상시킬 수 있다. 즉, 대비비(Contrast Ratio)의 저하를 막을 수 있다. 또한, 불투명한 유기막(181)이 박막 트랜지스터(TFT)의 채널부를 커버함으로써 누설광에 의한 박막 트랜지스터(TFT)의 누설전류를 방지할 수 있다.
패시베이션층(140)과 불투명한 유기막(181)에는 제1, 제2 및 제3 접촉 구멍(185, 188, 189)이 형성된다. 제1 접촉 구멍(185)은 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(175)을 드러내고, 제2 접촉 구멍(188)은 게이트 배선(121)의 끝 부분(129)을 드러내며, 제3 접촉 구멍(189)은 데이터 배선(172)의 끝 부분(179)을 드러낸다.
제1, 제2 및 제3 접촉 구멍(185, 188, 189)이 형성된 불투명한 유기막(181) 위에 투명 도전성 물질로 화소 전극(191), 제1 접촉 전극(198) 및 제2 접촉 전극(199)을 형성한다.
도 9a 및 도 9b는 도 8에 도시한 표시 기판의 제1 실시예에 따른 제조 공정 도들이다.
도 8 및 도 9a를 참조하면, 절연 기판(110) 위에 박막 트랜지스터(TFT)를 포함하는 박막 트랜지스터층(TL)을 형성한다. 박막 트랜지스터층(TL) 상에 패시베이션층(140)을 형성한다. 패시베이션층(140) 위에 제1 포토마스크(410)를 형성한다. 제1 포토마스크(410)는 제1, 제2 및 제3 접촉 구멍(185, 188, 189)에 대응하여 제1 및 제2 및 제3 투과부(415, 418, 419)를 포함한다.
제1 포토마스크(410)를 이용해 패시베이션층(140)을 식각하여 패시베이션층(140)에 제1, 제2 및 제3 홀(H1, H2, H3)을 형성한다.
도 8 및 도 9b를 참조하면, 제1, 제2 및 제3 홀(H1, H2, H3)이 형성된 절연 기판(110) 위에 불투명한 유기막(181)을 약 5000Å 내지 4㎛ 정도의 두께로 형성한다. 불투명한 유기막(181) 위에 제2 포토마스크(420)를 형성한다. 제2 포토마스크(420)는 역시 제1, 제2 및 제3 접촉 구멍(185, 188, 189)에 대응하여 제1 및 제2 및 제3 투과부(425, 428, 429)를 포함한다. 제2 포토마스크(420)를 이용해 불투명한 유기막(181)을 식각하여 드레인 전극(175), 게이트 배선의 끝 부분(128) 및 데이터 배선의 끝 부분(179)을 노출시키는 제1, 제2 및 제3 접촉 구멍(185, 188, 189)을 형성한다.
제1, 제2 및 제3 접촉 구멍(185, 188, 189)이 형성된 절연 기판(110) 상에 투명 도전성 물질을 도포 및 패터닝하여 화소 전극(191), 제1 접촉 전극(198) 및 제2 접촉 전극(199)을 형성한다.
도 10a 및 도 10b는 도 8에 도시한 표시 기판의 제2 실시예에 따른 제조 공 정도들이다.
도 8 및 도 10a를 참조하면, 박막 트랜지스터층(TL)이 형성된 절연 기판(110) 위에 패시베이션층(140) 및 불투명한 유기막(181)을 순차적으로 형성한다.
불투명한 유기막(181) 위에 제1 포토마스크(430)를 형성한다. 제1 포토마스크(430)는 제1, 제2 및 제3 접촉 구멍(185, 188, 189)에 대응하는 제1 및 제2 및 제3 투과부(435, 438, 439)를 포함한다.
제1 포토마스크(430)를 이용해 불투명한 유기막(181)을 식각하여 불투명한 유기막(181)에 제1, 제2 및 제3 홀(H1, H2, H3)을 형성한다.
도 8 및 도 10b를 참조하면, 제1, 제2 및 제3 홀(H1, H2, H3)이 형성된 불투명한 유기막(181) 위에 노출된 패시베이션층(140)을 제거하기 위한 제2 포토마스크(440)를 형성한다. 제2 포토마스크(440)는 제1, 제2 및 제3 홀(H1, H2, H3)에 대응하는 제1 및 제2 및 제3 투과부(445, 448, 449)를 포함한다.
제2 포토마스크(440)를 이용해 패시베이션층(140)을 제거하여 제1, 제2 및 제3 접촉 구멍(185, 188, 189)을 형성한다.
도 11a 및 도 11b는 도 8에 도시한 표시 기판의 제3 실시예에 따른 제조 공정도들이다.
도 8 및 도 11a를 참조하면, 박막 트랜지스터층(TL)이 형성된 절연 기판(110) 위에 패시베이션층(140) 및 불투명한 유기막(181)을 순차적으로 형성한다.
불투명한 유기막(181) 위에 제1 포토마스크(450)를 형성한다. 제1 포토마스크(450)는 제1, 제2 및 제3 접촉 구멍(185, 188, 189)에 대응하는 제1 및 제2 및 제3 투과부(455, 458, 459)를 포함한다.
제1 포토마스크(450)를 이용해 불투명한 유기막(181)을 식각하여 불투명한 유기막(181)에 제1, 제2 및 제3 홀(H1, H2, H3)을 형성한다.
도 11b를 참조하면, 제1, 제2 및 제3 홀(H1, H2, H3)이 형성된 불투명한 유기막(181)을 마스크로 하여 노출된 패시베이션층(140)을 제거한다. 이에 따라서, 제1, 제2 및 제3 접촉 구멍(185, 188, 189)을 형성한다.
제3 실시예에 따른 제조 공정에 의하면, 제1 및 제2 실시예에 따른 제조 공정에 비해 마스크의 개수를 줄일 수 있다.
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 불투명한 화소 전극 및 불투명한 물질로 박막 트랜지스터층을 커버하는 보호막을 형성함으로써 누설광에 의한 휘도 저하를 방지할 수 있고, 또한, 누설광에 의한 박막 트랜지스터의 누설 전류를 방지할 수 있다.
구체적으로, 첫째 반사 전극층과 흡수 전극층을 포함하는 화소 전극을 박막 트랜지스터의 채널부를 덮도록 형성함으로써 전면 및 배면에서 입사된 광을 완전히 차단할 수 있다. 둘째, 박막 트랜지스터층 상에 불투명한 재질의 보호막을 형성함으로써 입사된 광이 반사 및 산란을 막을 수 있다. 이에 따라서, 휘도 저하 및 박막 트랜지스터의 누설 전류를 방지할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 표시 기판 및 이를 포함하는 전기영동 표시장치는 이외에도 여러 가지 변형된 형태를 가질 수 있다.
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.

Claims (30)

  1. 절연 기판 상에 형성된 게이트 배선;
    상기 게이트 배선과 교차하는 방향으로 연장된 데이터 배선;
    상기 게이트 배선과 데이터 배선에 연결된 스위칭 소자; 및
    상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결되어, 광을 반사하는 반사 전극층과 광을 흡수하는 흡수 전극층을 포함하는 화소 전극을 포함하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사 전극층은 크롬(Cr) 또는 몰리(Mo)로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 흡수 전극층의 광학밀도(Optical Density)는 3.6 이상인 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  4. 제3항에 있어서, 상기 흡수 전극층은 크롬 산화물(CrOx) 또는 몰리 산화물(MoOx)로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 반도체층으로 형성된 채널부를 포함하는 전기영동 표시장치용 표시기판.
  6. 제5항에 있어서, 상기 화소 전극은 상기 채널부를 덮도록 상기 스위칭 소자 위에 형성된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  7. 제6항에 있어서, 상기 반사 전극층은 상기 스위칭 소자와 직접 연결되고, 상기 흡수 전극층은 상기 반사 전극층 위에 형성된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  8. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 유기 반도체층으로 형성된 채널부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  9. 제8항에 있어서, 상기 유기 반도체층을 덮도록 형성된 보호막을 더 포함하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  10. 제9항에 있어서, 상기 보호막은 불투명한 유기 절연 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  11. 제8항에 있어서, 상기 화소 전극은 투명 도전성 물질로 형성된 투명 전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  12. 제11항에 있어서, 상기 투명 전극층은 상기 스위칭 소자와 직접 연결되고 상기 반사 전극층은 상기 투명 전극층 위에 형성되고, 상기 흡수 전극층은 상기 반사 전극층 위에 형성된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  13. 절연 기판 상에 형성된 게이트 배선;
    상기 게이트 배선과 교차하는 방향으로 연장된 데이터 배선;
    상기 게이트 배선과 데이터 배선에 연결된 스위칭 소자;
    상기 스위칭 소자가 형성된 절연 기판 위에 불투명한 물질로 형성된 유기막; 및
    상기 유기막에 형성된 접촉 구멍을 통해 상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결된 화소 전극을 포함하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  14. 제13항에 있어서, 상기 유기막은 검은색인 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  15. 제13항에 있어서, 상기 유기막은 백색인 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  16. 제13항에 있어서, 상기 스위칭 소자와 상기 유기막 사이에 형성된 패시베이션층을 더 포함하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  17. 서로 교차하는 방향으로 형성된 게이트 배선과 데이터 배선에 연결된 스위칭 소자, 상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결되어 광을 반사하는 반사 전극층과 광을 흡수하는 흡수 전극층을 포함하는 화소 전극을 포함하는 표시 기판;
    상기 표시 기판과 결합하는 대향 기판; 및
    상기 표시 기판과 대향 기판 사이에 개재된 전기영동 입자들을 포함하는 전기영동 표시장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 대향 기판은 상기 화소 전극과 대향하는 공통 전극을 더 포함하는 전기영동 표시장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 반사 전극층은 크롬(Cr) 또는 몰리(Mo)로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  20. 제17항에 있어서, 상기 흡수 전극층의 광학밀도(Optical Density)는 3.6 이상인 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  21. 제20항에 있어서, 상기 흡수 전극층은 크롬 산화물(CrOx) 또는 몰리 산화물(MoOx)로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  22. 제17항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 반도체층으로 형성된 채널부를 포함하는 전기영동 표시장치용 표시기판.
  23. 제22항에 있어서, 상기 화소 전극은 상기 채널부를 덮도록 상기 스위칭 소자 위에 형성된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  24. 제17항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 유기 반도체층으로 형성된 채널부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  25. 제24항에 있어서, 상기 유기 반도체층을 덮는 불투명한 유기 절연 물질로 형성된 보호막을 더 포함하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  26. 제24항에 있어서, 상기 화소 전극은 투명 도전성 물질로 형성된 투명 전극층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 표시 기판.
  27. 절연 기판 위에 서로 교차하는 방향으로 형성된 게이트 배선과 데이터 배선에 연결된 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자가 형성된 절연 기판 위에 불투명한 물질로 형성된 유기막 및 상기 유기막 위에 상기 스위칭 소자와 전기적으로 연결된 화소 전극을 포함하는 표시 기판;
    상기 표시 기판과 결합하는 대향 기판; 및
    상기 표시 기판과 대향 기판 사이에 개재된 전기영동 입자들을 포함하는 전기영동 표시장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 대향 기판은 상기 화소 전극과 대향하는 공통 전극을 더 포함하는 전기영동 표시장치.
  29. 제27항에 있어서, 상기 유기막은 검은색인 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  30. 제27항에 있어서, 상기 유기막은 백색인 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
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