KR20090003842A - 기공이 있는 구조체를 포함하는 전기영동 소자 및 그의제조방법 - Google Patents

기공이 있는 구조체를 포함하는 전기영동 소자 및 그의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기공이 있는 구조체를 포함하는 전기영동 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 전기영동 소자는 전기영동 입자를 기공에 집속시켜 소자의 광학적 특성을 변화시킬 수 있으며, 또한 자체로도 광학적 특성을 가지는 구조체를 포함함으로써 소자의 신뢰성, 표시품의를 높일 수 있고, 기체 또는 진공을 전기 영동입자의 매질로 사용함에 따라 빠른 구동 속도를 얻을 수 있다.
전기영동 소자, 기공, 구조체, 영동 입자, 투명전극

Description

기공이 있는 구조체를 포함하는 전기영동 소자 및 그의 제조방법{Electrophoresis device comprising holes-containing structure and Method of preparing the same}
본 발명은 기공이 있는 구조체를 포함하는 전기영동 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기영동 입자를 기공에 집속시켜 소자의 광학적 특성을 변화시킬 수 있으며, 또한 자체로도 광학적 특성을 가지는 구조체를 포함하는 전기영동 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
전기영동 표시장치는 전자 책 등에 사용되고 있는 평판 표시장치 중 하나로서, 일반적으로 전계 생성 전극이 형성되어 있는 양 기판 사이에 형성되어 있는 하전입자를 포함하여 형성되고, 마주하는 두 전극에 전압을 인가하여 하전입자를 반대 극성의 전극으로 이동시켜 화상을 표시한다.
이러한 전기영동 표시장치는 반사율(reflectivity)과 대비비(contrast)가 높고 액정 표시장치와 달리 시야각(viewing angle)에 대한 의존성이 없고, 쌍안 정(bistable)한 특성을 가지고 있어서, 지속적인 전압의 인가 없이 화상을 유지할 수 있어 소비 전력이 작다. 또한, 액정표시장치와 달리 편광판, 배향막, 액정 등이 필요하지 않아 가격 경쟁력 측면에서도 상당히 유리하다.
도 1은 종래 전기영동 소자의 구조와 구동을 설명하기 위한 개략도이다. 상기 도 1을 참고하면, 전도성의 전극층(2, 5)을 갖는 두 장의 기판(1, 4) 사이에 백색(7W)과 흑색(7B)을 띄는 입자(7)를 대전시켜 주입한다. 각 입자들은 반대의 극성으로 대전되기 때문에 인가되는 전계에 의해 양쪽 기판으로 분리되게 된다. 상기 도 1a에서와 같이, 백색 입자(7W)는 음전하로 대전되고, 흑색입자(7B)는 양전하로 대전된 경우, 상부 기판(1)에 음의 전위를 인가한 경우에 흑색입자(7B)는 상부 기판(1)에 흡착이 되고, 백색입자(7W)는 양의 전위를 갖는 하부 기판(4)에 흡착되게 된다. 그러므로 백색광(9)이 주위에서 입사되었을 때, 흑색입자(7B)가 주입된 광을 전부 흡수하게 되어, 반사되는 빛이 없고, 이로 인해 관찰자는 흑색을 느끼게 된다. 반대의 경우, 도 1b에 도시된 바와 같이, 백색 입자(7W)가 상부 기판(1)에 흡착되어 입사되는 빛을 모두 반사하게 되어 관찰자는 백색을 느끼게 된다.
하지만 상기 종래기술의 경우는 양과 음으로 대전 된 두 개의 입자를 사용하기 때문에 소자의 신뢰성이나 구동에 어려움을 초래할 수 있다. 도 2a 및 2b는 종래 전기영동 소자가 가지는 입자 이동 방식의 문제점을 설명하기 위한 개략도이다. 상기 도 2a를 참고하면, 각각 상이하게 대전된 백색입자(7W) 및 흑색입자(7B)가 자체적으로 생성되는 전기인력에 의해 구동하기 위해 인가된 전계와 상관없이 서로 접촉하여 중화될 수 있다. 이로 인해 입자의 대전성이 없어지기 때문에 더 이상 전계에 의해 작동하지 않게 된다.
이러한 현상을 없애기 위해 각 대전입자를 절연막으로 감싸거나 또는 본래의 입자 성질을 이용하여 서로 전자를 주고 받을 수 없는 입자 상태로 만들어 사용할 수 있다. 　도 2b를 참고하면, 상기와 같이 절연막으로 감싸는 경우에도 입자 간에 전기적 인력은 작용하기 때문에, 두 입자가 서로 접촉하여 다이폴(dipole)과 같은 상태를 만들 수 있다. 이런 다이폴(dipole)이 만들어지면 구동을 위해 인가되는 전계가 이 다이폴(dipole) 상태를 파괴하고 입자를 이동시켜야 하기 때문에 구동 전압이 높아지는 단점이 발생한다.
　이 두 가지 현상을 제거하기 위한 하나의 방법으로 도 3과 같이 격벽을 형성한 전기영동 소자가 제시되었다. 도 3을 참고하면, 전극(1)을 하나의 상부 기판(1) 또는 하부 기판(4)에 형성하고, 대응되는 전극(5)을 격벽(10) 위에 형성한다. 또한 하부 기판(4)의 상부 또는 하부에 양전하로 대전된 흑색인 전기영동 입자(7B)와 흰색의 반사판(11)이 형성된다. 상기 소자에 전계가 인가되면 대전 입자(7B)가 상판에 흡착되었을 경우 입사되는 빛을 흡수하게 되어, 관찰자는 흑색을 인식하게 된다. 반대의 전계가 인가되면, 대전 입자(7B)는 격벽(10)에 흡착되므로 입사되는 백색광(9)은 소자를 통과하여 반사판(11)에 의해 반사되어, 관찰자는 배색을 인식하게 된다. 물론 흰색의 반사판(11) 대신에 흑색의 반사판과 백색의 입자를 사용하여 반대의 경우로 동작시킬 수 있다. 그러나, 위와 같은 구조와 구동은 격벽(10)이 필요하며, 격벽 위에 전극을 형성하여야 하는 제조상의 어려움이 있다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 두 개의 대전입자를 사용하는 경우 발생할 수 있는 중화 및 다이폴(dipole) 현상을 방지하기 위해 하나의 대전 입자를 사용하면서도 간단한 구조에 의해 흑색 및 백색을 구현할 수 있는 전기영동 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 칼러 색상의 품의를 높이고 및 안정적인 전기영동 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 전기영동 소자를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은
투명기판 상에 도전층이 형성된 투명전극, 상기 투명전극과 대향하여 배치되며 기판 상에 도전층이 형성된 대향전극, 및 투명전극 및 대향전극 사이에 매질에 현탁된 전기영동 입자를 포함하는 전기영동 표시소자로서, 상기 소자가 상기 투명전극 및 상기 대향전극 사이에 형성되는 다수의 기공을 가진 구조체를 포함하고, 상기 전기영동 입자의 매질이 기체 또는 진공인 전기영동 소자에 관계한다.
다른 양상에서, 본 발명은 투명기판 상에 도전층이 형성된 투명전극, 상기 투명전극과 대향하여 배치되며 기판 상에 도전층이 형성된 대향전극, 및 투명전극 및 대향전극 사이에 매질에 현탁된 전기영동 입자를 포함하는 전기영동 표시소자로서, 상기 소자가 상기 투명전극 및 상기 대향전극 사이에 다수의 기공을 가진 구조체를 포함하고, 상기 전기영동 입자의 매질이 기체 또는 진공인 전기영동 소자에 관계한다.
또 다른 양상에서, 본 발명은 1) 투명전극 및 대향전극을 제조하는 단계, 2) 상기 대향전극 상에 다수의 기공을 가진 구조체를 형성하는 단계 ; 3) 상기 대향전극과 투명전극을 조립하고 투명전극과 대향전극 사이에 진공을 형성하는 단계 ; 및 4) 3)단계 이후에 전기영동 입자를 주입하고 실링하는 단계를 포함하는 전기영동 소자를 제조하는 방법에 관계한다.
본 발명의 전기영동 소자에 의하면, 전기영동 입자들 간의 중화에 의한 구동 불량 또는 다이폴(dipole)형성에 의한 구동 전압 증가 등의 문제점을 해소할 수 있고, 및 기체 또는 진공을 매질로 사용함에 따라 빠른 반응 속도를 얻을 수 있다. 또한, 본원발명의 전기영동 소자를 이용하면 칼러 색상의 품의를 높일 수 있다.
이하에서 첨부도면을 참고하여 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 4는 기공을 가진 구조체가 투명전극 및 대향전극의 중간에 형성된 본 발명의 일실시예에 의한 전기영동 소자에 대한 개략도이며, 도 5a 및 5b 는 기공을 가진 구조체가 대향전극 상에 형성된 본 발명의 다른 실시예에 의한 전기영동 소자에 대한 개략도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 전기영동 소자는 투명전극(110), 상기 투명전극(110)과 대향하여 배치되는 대향전극(120), 상기 투명전극(110) 및 상기 대향전극(120) 사이에 형성되는 다수의 기공(131)을 가진 구조체(130)와 상기 투명전극(110) 및 대향전극(120) 사이에 충진된 매질(150) 및 상기 매질(150)에 현탁된 전기영동 입자(140)를 포함하여 구성된다.
본 발명에 위한 전기영동 소자는 상기 투명전극(110) 및 상기 대향전극(120) 사이에 형성되는 다수의 기공(131)을 가진 구조체(130)를 포함한다.
상기 구조체(130)는 그 자체로 광학적 특성을 나타내고 전기영동 입자를 기공에 집속시켜 소자의 광학적 특성을 변화시킬 수 있다.
상기 구조체(130)는, 도 4의 경우와 같이 투명전극(110) 및 상기 대향전극(120)의 중간에 중간막의 형태로서 형성되거나, 도 5a 및 5b와 같이 상기 대향전극(120)의 도전층(122) 상에 형성될 수 있다.
바람직하게는 상기 구조체(130)가 도 5a 및 5b와 같이 상기 대향전극(120)의 도전층(122) 상에 형성되는 것이 좋은데, 이와 같은 이유로는 대향전극(120) 상에 형성함으로서 기판과 같은 막의 형상뿐만 아니라 보다 다양한 형상의 구조체를 만들 수 있으며, 상기 구조체의 기공(131)에 상기 전기영동 입자(140)가 집속될 수 있기 때문이다.
본 발명의 전기영동 소자에서는 상기 구조체(130)의 상기 기공(131)의 하부가 전극층에 노출되어 있어, 상기 기공(131)에 의해서 전하를 띈 전기영동 입자와 전극 간의 전기적 접촉이 가능하다. 따라서, 본 발명의 전기영동 소자에 전극을 가하면 전극층의 전기적 인력에 의해 수개 내지 수백개의 전기영동 입자를 상기 기공(131) 내부에 흡착 내지 집속할 수 있다.
상기 기공(131)에 전기영동 입자(140)가 집속됨에 따라, 소자의 전체적인 부피를 줄일 수 있고, 중간막을 설치를 위한 공간 및 제조방법 상의 복잡성을 줄일 수 있다.
본 발명에서 상기 구조체(130)의 두께는 0.1um 이상 일 수 있다. 0.1㎛ 미만이면 빛이 투과되어 반사판의 역할에 문제가 생길수 있다.
상기 구조체(130)는 다수의 기공(131)을 가지고, 상기 기공의 직경이 수십 나노미터 에서 수백㎛일 수 있다.
상기 기공의 형상에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 다만, 전기영동 입자의 통과 및 집속면적에 유리하도록 원형으로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 구조체의 기공 면적이 상기 구조체 면적의 50% 이하인 것이 바람직하다. 50% 이상인 경우 색상의 대비가 없어지는 문제가 생길수 있기 때문이다.
상기 구조체(130)는 미리 제조된 다공성 기판을 사용할 수 있는데, 상기 다공성 기판을 대향전극(120) 위에 결합하여 구조체로 사용할 수 있다.
상기 구조체(130)로는 상기 기판(121)에 사용되는 재료를 모두 사용할 수 있 는데, 구체적으로 실리콘 기판, 사파이어(sapphire), 유리, 유리 위에 실리콘을 코팅한 기판, 인듐석 산화물, 운모, 흑연, 황화 몰리브덴, 구리, 아연, 알루미늄, 스테인레스, 마그네슘, 철, 니켈, 금, 은 등의 금속, 폴리이미드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 아크릴 수지 등의 플라스틱 기판 등을 사용할 수 있으나, 이들로 한정되는 것은 아니다.
상기 기판 형태의 구조체(130)에서 기공(131)을 형성하는 방법에 대해 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 예를 들면, 금형을 이용한 주형법이나, 레이저 광선을 이용한 가공법, 노광과 식각에 의한 방법등으로 구조체에 기공을 형성할 수 있다.
상기 구조체(130)는 분말 형태의 입자가 도포 또는 정렬되어 형성될 수 있다. 도 6은 분말형태의 입자를 이용하여 구조체를 형성한 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전기영동 소자의 개략도이다.
도 6을 참고하면, 분말 형태의 입자(132)를 잘 정렬 또는 도포하여 구조체(130)를 형성할 수 있는데, 상기 구조체(130)을 형성하는 분말 입자(132) 사이에 공극이 생기게 되고, 이러한 공극이 상기 기공(131)과 같은 역할을 할 수 있다.
도 7은 상기 분말형태의 입자로 형성된 구조체를 평탄화한 것을 나타내는 단면도이다. 도 7을 참고하면, 본원발명은 분말 형태의 입자(132)를 사용하여 구조체(130)를 형성한 후, 구조체(130)를 형성하는 분말 입자(132)의 상부를 평탄화 공정으로 매끄럽게 하여 반사율을 향상시킨 것을 보여준다.
상기 분말 형태의 입자(132)로는 구형 유기질 분말, 구형 무기질 분말 및 금속 분말을 사용할 수 있다. 상기 무기질 분말로는 실리카 분말, 유리 분말, 산화 알루미늄, 질화 알루미늄, 마그네시아, 질화 붕소, 질화 규소, 베릴리아, 탄화 규소, 탄화 붕소, 탄화 티탄 등이 사용될 수 있으며, 여기에 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 크기는 수 마이크로에서 수백 마이크로가 적당하다. 제조방법으로는 액상에 분산 후 침전시키는 방법, 용매에 혼합하여 코팅 후 건조하는 방법 등의 다양한 방법이 사용될 수 있다. 흡착 방법에는 열에 의해 기판과 소결을 일으키는 방법, 접착제를 코팅 후 분말을 형성하는 방법, 접착물질을 분말에 코팅 후 기판에 형성하는 방법 등을 사용할 수 있다.
또 다른 실시예로서, 상기 구조체(130)가 페이스트 또는 겔 형태의 물질(134)로 형성되고 및 상기 구조체의 기공(131)이 상기 물질(134)을 식각 또는 임프린트(imprint)하여 형성될 수 있다.
도 8은 페이스트 또는 겔을 이용하여 임프린트 방식으로 구조체에 기공을 형성하는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 개략도이다. 도 8을 참고하면, 본원발명은 페이스트 또는 겔 형태의 물질(133)을 상기 도전층(122) 상에 적층하고 이를 식각 또는 임프린트 방식으로 기공(131)을 형성할 수 있다.
상기 임프린트 방법의 예로서, 상기 물질(133)에 몰드(134)를 이용하여 기공을 형성한후 몰드(134)를 제거하면 기공(131)이 형성된다.
또, 상기 물질(134) 상에 감광성 포토레지스트 조성물을 코팅하고, 상기 기공 형성부분을 선택적으로 노광하고 및 상기 노광된 부분을 에칭하여 기공을 형성 할 수 있다. 이때 사용가능한 포토레지스트 조성물, 노광 조건 등은 특별히 제한되지 않는다.
상기 에칭방법으로는 습식 에칭 또는 건식 에칭방법 등 통상적인 방법을 사용하며, 특별히 제한되지 아니한다.
기공이 형성된 구조체는 겔(Gel) 상태, 건조된 상태, 소성된 상태 모든 경우에서 사용될 수 있다.
상기 페이스트 또는 겔 형태의 물질(133)로는 BaO .33SrO .66TiO3 BST, Al2O3, Ta2O5, La2O5, Y2O3, TiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 강유전성 절연체, PbZrO.33TiO.66O3(PZT), Bi4Ti3O12, BaMgF4, SrBi2(TaNb)2O9, Ba(ZrTi)O3(BZT), BaTiO3, SrTiO3, Bi4Ti3O12, SiO2, SiNx, AlON로 이루어진 군으로부터 선택된 무기절연체, 또는 폴리이미드(Polyimide), BCB(benzocyclobutane), 파릴렌(Parylene), 폴리아크릴레이트(Polyacrylate), 폴리비닐알콜(Polyvinyalcohol), 폴리비닐페놀(Polyvinylphenol)로 이루어진 군으로부터 선택된 유기절연체인 고분자 물질을 사용할 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.
상기 구조체(130)는 그 자체로 광학적 특성을 가질 수 있다. 즉, 상기 구조체(130)가 빛을 반사하거나 또는 흡수하는 재료이거나, 반사 또는 흡수를 위해 착색될 수 있다. 상기 구조체(130)는 흑색, 백색, 또는 다양한 색으로 착색될 수 있는데, 상기 착색제로는 통상적으로 사용되는 염료, 유기안료, 무기안료 등을 사용할 수 있다.
다시, 도 5를 참고하면, 본 발명에 위한 전기영동 소자는 상기 투명전극(110) 및 상기 대향전극(120) 사이에 매질(150)로서 기체 또는 진공을 사용한다.
상기 매질(150)로서 사용될 수 있는 기체로는 N2, CO2, Ar, Air 등을 사용할 수 있다. 상기 전기영동 소자 내의 압력을 진공으로 하는 경우, 진공 펌프를 이용하여 10-1 ~ 10-6 Torr 수준 정도로 유지하는 것이 좋다.
본 발명은 전기영동 소자의 매질로서 기체 또는 진공을 사용하여 빠른 반응 속도를 얻을 수 있다.
매질이 기체 또는 진공으로 된 소자를 제조하기 때문에 액상의 매질을 사용하였을 때 발생하는 용매의 누설에 의한 품질저하 및 오염등의 문제가 없게되고, 제조도 훨씬 용이하게 된다.
본 발명에서 사용되는 전기영동 입자(140)는 양 또는 음으로 대전됨에 따라 전기 영동 할 수 있고, 흑색, 백색 또는 기타 색으로 착색될 수 있다.
본 발명에 의한 전기영동 소자는 1 종의 전기영동 입자를 사용할 수 있다.
또한 상기 구조체(130)와 상기 전기영동 입자(140)의 색상이 상이하다. 즉, 상기 구조체(130)가 흑색, 상기 전기영동 입자(140)가 백색을 나타낼 수 있고, 또는 상기 구조체(130)가 백색, 상기 전기영동 입자(140)가 흑색 일 수 있다.
상기 전기영동 입자(140)로는 유기 안료, 무기안료, 염료, 금속분, 착색 유리(glass), 수지 등의 착색 미분말등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아 니다.
본 발명에 사용되는 상기 투명기판(111)으로는, 석영 및 유리와 같은 투명 무기기판 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리프로필렌 등의 투명 플라스틱 기판을 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 플렉서블 기판을 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 투명기판(111) 상에 코팅되는 도전층(112) 물질로는 투명성을 띄는 전도성 물질을 제한없이 사용할 수 있는데, 그 구체적인 예로는 인듐틴 옥사이드(ITO), 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO) 등이나 페닐폴리아세틸렌 폴리머 및 폴리티오펜과 같은 전도성 고분자 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 투명전극(110)의 투명도가 높은 것이 바람직하고, 투과율이 75%이상인 것이 바람직하고, 80% 이상이면 더욱 바람직하다.
본 발명에서 사용가능한 기판(121)에는 상기 투명기판(11)과 달리 투명한 것으로 제한되지 않고, 통상적으로 사용되는 기판을 모두 사용할 수 있다.
상기 대향전극(120)을 형성하는 도전층(122)의 재질로는 투명한 물질일 필요는 없으며 전도성이 있는 것이면 어느 것이나 제한없이 사용할 수 있다.
도 5a및 5b를 참고하여, 본 발명에 의한 전기영동 소자의 구동방식을 구체적으로 설명한다.
도 5a에 의하면, 본원발명의 전기영동 소자는 흑색의 양전하로 대전된 입자(140)와 백색의 기공을 갖는 구조체(130)에서, 투명전극(110)의 도전층(112)에 음의 전압을 인가하면, 양으로 대전된 흑색 입자(140)가 투명전극(110)의 도전층(112)에 흡착되어 흑색을 표시하게 된다.
반대로, 도 5b에 의하면, 대향전극(120)의 도전층(122)에 음의 전압을 인가하게 되면, 흑색의 입자(140)는 전극이 표출되어 있는 백색 구조체(130)의 기공(131)에 집속되게 된다. 이로 인하여 입사된 대부분의 빛은　백색 구조물에 의해 반사되고, 집속되어진 흑색 입자는 관찰자가 구분하기 어려운 마이크론 수준의 매우 한정된 영역에 분포하기 때문에 관찰자는 백색을 인식하게 된다.
또한, 본원발명의 전기영동 소자에서 백색의 입자를 사용하고, 빛을 흡수하는 흑색의 구조체를 사용하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 전기영동 소자는 한 개의 대전입자를 사용하여 구조체와의 적절한 구동 조합으로 흑색과 백색을 표현할 수 있기 때문에, 두 개의 대전 입자 사용시 발생할수 있는 중화에 의한 구동 불량 또는 다이폴(dipole)형성에 의한 구동 전압 증가 등의 단점을 없앨 수 있다.
또한 기체 또는 진공을 매질로 사용하여 빠른 반응 속도를 기대할 수 있다.
도 9a, 9b, 및 9c는 두 개의 전기영동 소자와 기공 구조체를 사용한 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전기영동 소자의 개략도이다.
도 9a에 의하면, 본 발명의 전기영동 소자는 투명전극(210), 상기 투명전 극(210)과 대향하여 배치되는 대향전극(220), 상기 투명전극(210) 및 상기 대향전극(220) 사이에 형성되는 다수의 기공(231)을 가진 구조체(230)와 상기 투명전극(210) 및 대향전극(220) 사이에 충진된 매질(250) 및 상기 매질(250)에 현탁된 2 종의 전기영동 입자(241, 242)를 포함하여 구성된다.
상기 2종의 전기영동 입자(241, 242)가 상이하게 대전되어 상기 2종의 전기영동 입자로 칼라색상을 구현할 수 있다.
상기 대향전극(220) 상에 형성된 도전층(222)이 패턴닝되어 각각 구동될 수 있다.
본 발명에서 상기 도전층(222)에 패턴을 형성하는 방법으로 상기 도전층(222) 상에 감광성 포토레지스트 조성물을 코팅하고, 상기 도전층(222)의 에칭하고자 하는 구간을 선택적으로 노광하고, 이 후 상기 노광된 부분을 에칭하여 패턴을 형성할 수 있다.
상기 구조체(230)는 흑색 및 백색을 포함하여 다양한 칼라로 착색될 수 있다. 상기 구조체(230)가 빨강, 녹색, 파랑, 시안, 마젠타 및 노랑으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 내지 2종의 색으로 착색될 수 있다. 상기 구조체(230)가 백색이고, 상기 2종의 입자(241, 242)가 각각 적색 및 시안색, 녹색 및 마젠타 또는 청색과 노란색으로 형성될 수 있다.
도 9a를 좀 더 구체적으로 살펴보면, 본원발명의 전기영동 소자는 (+) 대전된 흑색 입자(241)와 (-) 대전된 적색 입자(242) 및 백색의 구조체(230)을 포함하여 형성된다.
이때, 투명전극(210)의 도전층(212)에 음의 전위를 인가하고 및 패턴된 도전층(222)에 양의 전위를 인가하면 흑색 입자가 상판에 흡착되어 흑색을 표시하게 된다.
이와 반대로 도 9b에 의하면, 도전층(212)에 양의 전위를 인가하고, 패턴된 도전층(222)에 음의 전위를 인가하면 적색 입자가 상판에 흡착되어 적색을 표시하게 된다.
한편, 도 9c에 의하면, 패턴된 도전층(222)은 각기 구동하게 할 수 있기 때문에 상기 도전층(222)에 양의 전위와 음의 전위를 각각 인가하고 상판의 전극을 플로팅시키면 적색 입자(242) 및 흑색 입자(241)가 백색 구조체의 기공(231)으로 집속되어 백색을 표시하게 된다.
종래 기술처럼, 칼라를 표현하기 위해 세가지 입자 -　백색, 흑색, 적색 -를 대전시키는 경우, 두 개의 입자는 동일한 전하로 대전되므로 이를 구동시키기 위해서는 각 입자의 이동성에 차이를 주어야 하는 등 실제 구현에 어려움이 있었다.
그러나, 본원발명의 전기영동 소자에 의하면, 상기 구조체가 그 자체로 광학 특성을 가지고, 및 전기영동 입자를 기공에 집속시켜 소자의 광학적 특성을 변화시킬 수 있으므로, 종래기술과 달리 두 개의 대전 입자를 사용하는 경우에도 칼라 색상을 표현할 수 있기 때문에 훨씬 더 안정적인 전기영동 소자의 구현이 가능하게 되었다.
도 10은 칼라 색상을 나타내는 2종의 전기영동 입자와 기공 구조체를 사용한 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전기영동 소자의 개략도이다.
도 10을 참고하면, 본원발명의 전기영동 소자는 (+) 대전된 적색 입자(341)와 (-) 대전된 시안색 입자(342) 및 백색의 구조체(330)을 포함하여 형성된다.
좀, 더 구체적으로 설명하면, 투명전극(310)의 도전층(312)에 음의 전위를 인가하고, 패턴된 도전층(322)에 양의 전위를 인가하면 적색 입자가 상판에 흡착되어 적색을 표시하게 된다.
일반적인 표시 소자는 적색, 녹색, 청색을 발현하는 단위 픽셀(pixel)의 어레이(array)를 통하여 컬러 표시를 구현할 수 있으므로, 상기 도 10처럼, 백색의 구조체에 적색 및 시안색의 전기영동 입자를 포함하는 소자를 픽셀 어레이를 구성하는 단위 셀의 하나로 구성하고, 또한 백색의 구조체에 청색 및 노랑의 전기영동 입자, 및 백색의 구조체에 녹색 및 마젠타의 전기영동 입자를 각각의 단위 셀로하여 전기영동 소자의 단위 픽셀 어레이를 형성할 수 있다.
도 11a는 종래 기술에 의한 전기영동 소자로 표현된 칼라 색상을 나타낸 것이고, 도 11b는 본원발명에 의한 전기 영동 소자로 표현된 칼라 색상을 나타낸 것이다.
도 11a를 참고하면, 종래기술에서 세 개의 기본 셀(cell)을 사용하여 적색을 표현한 것이다. 즉, 적색을 표현하는 기본 셀은 적색을 표현하고 나머지 두 기본 셀 -　녹색과 청색에 해당-은 백색을 표현하도록 하여 관찰자가 적색을 인식하도록 한다. 이러한 경우, 실제 관찰자에게 인식되는 적색광이 상대적으로 작아 선명도가 떨어진다.
도 11b를 참고하면, 상기 도 10에서 제시된 본원발명의 단위 픽셀 어레이를 이용하여 칼라 색상을 표현 방식을 나타낸 것으로서, 이를 이용하여 적색을 표현하게 되면, 적색 표현 셀(cell)은 적색, 녹색에 해당하는 셀(cell)은 마젠타, 청색에 해당하는 셀(cell)은 노란색을 표현하게 되어, 적색 셀 뿐만 아니라 녹색 셀 및 청색 셀에서 각각 적색광이 반사되며, 백색광이 반사될 때 보다 여타 녹색과 청색이 적게 반사되므로 관찰자가 인식할 수 있는 적색광이 상대적으로 많아지게 된다. 따라서, 관찰자는 보다 선명한 적색을 느끼게 되어 높은 색상 시인성을 확보할 수 있다.
본 발명의 전기영동 소자를 제조하는 방법은 1) 투명전극 및 대향전극을 제조하는 단계, 2) 상기 대향전극 상에 다수의 기공을 가진 구조체를 형성하는 단계, 3) 상기 대향전극과 투명전극을 조립하고 투명전극과 대향전극 사이에 진공을 형성하는 단계, 및 4) 전기영동 입자를 주입하고 실링하는 단계를 포함한다.
상기 상기 구조체를 형성하는 단계가 미리 제조된 다공성 판을 상기 대향전극의 도전층상에 접합함에 의해 실시될 수 있다.
상기 구조체를 형성하는 단계가 상기 대향전극의 도전층상에 다양한 방법을 이용하여 분말형태의 입자를 도포하는 것에 의해 실시될 수 있다.
상기 구조체를 형성하는 단계가 상기 도전층 상에 페이스트 또는 겔 형태의 물질을 적층하는 단계 ; 상기 물질 위에 감광성 포토레지스트 조성물을 코팅하는 단계 ; 상기 구조체의 기공 형성 부분을 선택적으로 노광하는 단계 ; 및 상기 노광된 부분을 에칭하여 구조체의 기공을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 구조체를 형성하는 단계는 상기 도전층 상에 페이스트 또는 겔 형태의 물질을 적층하는 단계 ; 및
상기 물질(133)에 단단한 몰드(134)를 붙인 후 압력을 가한 다음 이를 제거하여 기공을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 방법에서 사용되는 재료는 전술한 전기영동 소자에서 설명한 재료를 동일하게 사용할 수 있다.
본 발명의 구현 예에 따른 상기 제조 방법을 보다 상세하게 설명하면,
먼저 투명 기판 상에 전도성 물질을 코팅하여 투명전극을 제조한다. 이어서 전도성 전극이 형성되어 있는 기판 상에 기 제조된 다공성 기판을 접합하였다. 이어서, 화소간 맞춤 공정(alignment process)을 통하여 상부기판과 하부기판을 조립한 후, 진공펌프를 이용하여 진공을 만든 후, 전기영동 입자를 주입하였다. 주입이 완료되면 에폭시로 필름이 서로 맞닿는 면을 실링하여 전기영동 소자를 제조하였다.
기판상에 분말을 도포하여 구조체를 형성하는 방법은 전도성 전극이 형성되어 있는 기판상에 흰색의 분말 또는 흑색의 분말을 침강법, 스핀코팅, 스크린 프린팅 등을 사용하여 도포하고 형성할 수 있으며, 분말 상부를 평탄화할 시에는 식각 또는 그라인딩 등으로 평탄화할 수 있다.
임프린터법으로 기공을 형성하여 소자를 제조하는 방법은 전도성 전극이 형성되어 있는 기판상에 페이스트 또는 Gel상의 물질을 스핀코팅 또는 프린팅법을 사용하여 도포하여, 건조한 후 이어서, 단단한 몰드를 붙인 후 압력을 가한고 몰드를 제거하여 기공을 형성하여 구조체를 형성할 수 하였다.
리소그래피법으로 기공을 형성하는 방법은 전도성 전극이 형성되어 있는 기판상에 구조체 물질을 형성한 후 포토레지스트를 스핀코팅 하고, 포토마스크를 통해 노광한 뒤 현상하고, 이어 식각을 하여 구조체의 기공을 형성할 수 있다.
본 발명의 상기 전기영동 소자는 상술한 바와 같이 전기영동 입자를 기공에 집속시켜 소자의 광학적 특성을 변화시킬 수 있으며, 또한 자체로도 광학적 특성을 가지는 구조체를 포함함으로써 소자의 신뢰성, 표시품의를 높일 수 있고, 기체 또는 진공을 전기 영동입자의 매질로 사용함에 따라 빠른 구동 속도를 얻을 수 있어, 각종 평판 디스플레이 장치에 폭넓게 이용될 수 있으며, 특히 향후 플렉서블 디스플레이 장치나 전자 페이퍼 등에 많은 응용이 예상된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나 본 발명은 상술한 구현예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 많은 변형이 가능함은 자명할 것이다.
도 1a 및 1b는 종래의 전기영동 소자의 구조와 구동을 설명하기 위한 개략도이고,
도 2a 및 2b 는 종래의 전기영동 소자가 가지는 전기영동 입자 이동 방식의 문제점을 설명하는 개략도이며,
도 3a 및 3b 은 상기 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 격벽을 형성한 전기영동 소자에 대한 개략도이고,
도 4는 기공을 가진 구조체가 투명전극 및 대향전극의 중간에 형성된 본 발명의 일실시예에 의한 전기영동 소자에 대한 개략도이며,
도 5a 및 5b 는 기공을 가진 구조체가 대향전극 상에 형성된 본 발명의 다른 실시예에 의한 전기영동 소자에 대한 개략도이고,
도 6은 분말형태의 입자를 이용하여 구조체를 형성한 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전기영동 소자의 개략도이며,
도 7은 도 6에서 형성된 분말형태의 구조체를 평탄화한 것을 나타내는 단면도이고,
도 8는 페이스트 또는 겔을 이용하여 임프린트 방식으로 구조체에 기공을 형성하는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 개략도이며,
도 9a, 9b, 및 9c는 두 개의 전기영동 소자와 기공 구조체를 사용한 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전기영동 소자의 개략도이며,
도 10은 칼라 색상을 나타내는 2종의 전기영동 입자와 기공 구조체를 사용한 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전기영동 소자의 개략도이고,
도 11a는 본원발명의 전기영동 소자로 표현된 칼라 색상을 나타낸 것이며,
도 11b는 종래 기술에 의한 전기 영동 소자로 표현된 칼라 색상을 나타낸 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 투명전극 111 : 투명기판 112 : 도전층
120 : 대향전극 121 : 기판 122 : 도전층
130 : 구조체 131 : 기공 132 : 분말입자
133 : 페이스트 또는 겔 134 : 몰드
140 : 전기영동 입자
150 : 매질

Claims (24)

  1. 투명기판 상에 도전층이 형성된 투명전극, 상기 투명전극과 대향하여 배치되며 기판 상에 도전층이 형성된 대향전극, 및 투명전극 및 대향전극 사이에 매질에 현탁된 전기영동 입자를 포함하는 전기영동 표시소자로서, 상기 소자가 상기 투명전극 및 상기 대향전극 사이에 형성되는 다수의 기공을 가진 구조체를 포함하고, 상기 전기영동 입자의 매질이 기체 또는 진공인 것을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 구조체가 상기 대향전극 상에 형성되고, 상기 구조체의 기공 내에 상기 전기영동 입자가 집속될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전기영동 입자가 양전하 또는 음전하로 대전될 수 있는 1 종의 입자인 것을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 구조체가 빛을 반사하거나 또는 흡수하는 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 구조체와 전기영동 입자의 색상이 상이한 것을 특징 으로 하는 전기영동 소자.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 구조체가 다공성 기판인 것을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 구조체가 분말 형태의 입자가 도포 또는 정렬되어 형성된 것을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 도포 또는 정렬된 구조체의 입자 상부를 평탄화하여 형성된 것을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 구조체의 두께가 0.1㎛이상인 것을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 기공의 크기가 수십 내지 수백㎛인 것을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 기공의 면적이 상기 구조체 면적의 50%이하인 것을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 입자의 크기가 수십 내지 수백㎛인 것을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 기체가 N2, CO2, Ar 및 공기로 이루어지는 군에서 선택된 1종인 것임을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 전기영동 소자 내부가 10-1 내지 10-6 Torr의 진공인 것을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  15. 투명기판 상에 도전층이 형성된 투명전극, 상기 투명전극과 대향하여 배치되며 기판 상에 도전층이 형성된 대향전극, 및 투명전극 및 대향전극 사이에 매질에 현탁된 2 종의 전기영동 입자를 포함하는 전기영동 표시소자로서, 상기 소자가 상기 투명전극 및 상기 대향전극 사이에 형성되는 다수의 기공을 가진 구조체를 포함하고, 상기 전기영동 입자의 매질이 기체 또는 진공인 것을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 2종의 전기영동 입자가 서로 상이하게 대전되는 것을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 대향전극 상에 형성된 도전층이 패턴닝되어 구동될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  18. 제 15항에 있어서, 상기 전기영동 소자는 상기 구조체가 백색이고, 상기 2종의 입자가 각각 적색 및 시안색, 녹색 및 마젠타 및 청색과 노란색으로 형성되는 단위 픽셀의 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  19. 1) 투명전극 및 대향전극을 제조하는 단계,
    2) 상기 대향전극 상에 다수의 기공을 가진 구조체를 형성하는 단계 ;
    3) 상기 대향전극과 투명전극을 조립하고 투명전극과 대향전극 사이에 진공을 형성하는 단계 ; 및
    4) 전기영동 입자를 주입하고 실링하는 단계
    를 포함하는 전기영동 소자를 제조하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 3)단계의 진공형성 후 기체를 주입하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 소자를 제조하는 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 구조체를 형성하는 단계는 미리 제조된 다공성 판을 상기 대향전극의 도전층상에 접합하는 단계인 것을 특징으로 하는 전기영동 소자를 제조하는 방법.
  22. 제19항에 있어서, 상기 구조체를 형성하는 단계는 상기 대향전극의 도전층상에 침강법, 스핀코팅 또는 스크린 프린팅법을 이용하여 분말형태의 입자를 도포하는 것을 특징으로 하는 전기영동 소자를 제조하는 방법.
  23. 제19항에 있어서, 상기 구조체를 형성하는 단계는 상기 대향전극의 도전층 상에 페이스트 또는 겔 형태의 물질을 적층하는 단계 ;
    상기 물질 위에 감광성 포토레지스트 조성물을 코팅하는 단계 ;
    상기 구조체의 기공 형성 부분을 선택적으로 노광하는 단계 ; 및
    상기 노광된 부분을 에칭하여 구조체의 기공을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 소자를 제조하는 방법.
  24. 제 19항에 있어서, 상기 구조체를 형성하는 단계는 상기 도전층 상에 페이스트 또는 겔 형태의 물질을 적층하는 단계 ; 및
    상기 물질에 단단한 몰드를 붙인 후 압력을 가한 다음 이를 제거하여 기공을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 소자를 제조하는 방법.
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