KR20090020239A - 전기 영동 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

전기 영동 장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 영동 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 제 1 기판 상의 각 서브 화소마다 형성된 제 1 전극과, 상기 제 1 기판과 마주보는 제 2 기판 상에 형성된 제 2 전극과, 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 다수의 정극성 및 부극성 안료 입자들로 이루어진 다수의 마이크로 캡슐과, 상기 제 2 기판 상에 상기 제 1 전극보다 면적이 작게 형성되는 컬러 필터층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
전기 영동 장치, 전자 잉크

Description

전기 영동 장치 및 그 제조방법{Electrophoretic Display Device And Fabricating The Same}
본 발명은 전기 영동 장치에 관한 것으로, 특히 미스 얼라인 방지와, 휘도 및 명암비를 향상시킬 수 있는 전기 영동 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
통상의 전기 영동 디스플레이 장치(Electrophoretic Display Device; EPD)는 전기장내에서 하전된 입자가 양극 또는 음극쪽으로 이동하는 현상 즉, 전기영동(Electrophoresis)을 이용한 평판 디스플레이의 일종으로써, 각각 흰색과 검은색을 띠고 있는 정극성 및 부극성으로 대전된 안료 입자를 가지는 전자 잉크(electric ink)를 포함하는 미소 캡슐을 포함한다.
이러한 전기 영동 디스플레이 장치는 반사율(reflectivity)과 대비비가 높고 액정 표시 장치와는 달리 시야각에 대한 의존성이 없어서 종이와 같이 편안한 느낌으로 화상을 표시할 수 있는 장점을 가지고 있으며, 검은색과 흰색의 쌍안정한 특성을 가지고 있어서 지속적인 전압의 인가없이 화상을 유지할 수 있어 소비전력이 작다. 또한, 액정 표시 장치와 달리 편광찬, 배향막, 액정 등이 필요하지 않아 휴대성 및 경쟁력 측면에서도 유리한 장점을 가지고 있다.
그러나, 전기 영동 디스플레이 장치는 상부 기판의 컬러 필터층과 하부 기판의 화소 전극이 동일한 선폭으로 형성됨으로써, 상부 및 하부 기판 합착시 발생하는 미스 얼라인에 의해 컬러 필터층의 색이 혼합되어 나타나는 문제점이 발생하게 된다. 또한, 휘도 향상을 위해 백색 컬러 수지를 구비하게 되는데 백색 컬러 필터층이 추가되는 영역만큼 R, G, B 컬러 표시 영역이 줄어들게 되며, 화이트 컬러 수지는 고가로써 비용이 상승하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 전기 영동 표시 장치에 있어서 미스 얼라인 방지와, 휘도 및 명암비를 향상시킬 수 있는 전기 영동 표시 장치 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 한 특징에 따른 전기 영동 장치는 제 1 기판 상의 각 서브 화소마다 형성된 제 1 전극과, 상기 제 1 기판과 마주보는 제 2 기판 상에 형성된 제 2 전극과, 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 다수의 정극성 및 부극성 안료 입자들로 이루어진 다수의 마이크로 캡슐과, 상기 제 2 기판 상에 상기 제 1 전극보다 면적이 작게 형성되는 컬러 필터층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 전기 영동 장치의 제조방법은 각 서브 화소마다 제 1 전극이 형성된 제 1 기판을 마련하는 단계와, 상기 제 1 기판과 마주보는 제 2 전극과, 상기 제 1 전극보다 면적이 작은 컬러 필터층을 가지는 제 2 기판을 마련하는 단계와, 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 다수의 정극성 및 부극성 안료 입자들로 이루어진 다수의 마이크로 캡슐을 형성하는 단계와, 상기 제 1 및 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기 영동 장치 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 컬러 필터층을 서브 화소보다 면적을 작게 형성함으로써, 제 1 및 제 2 기판 합착시 발생하는 미스 얼라인에 의해 컬러 필터층의 색이 혼합되어 나타나는 문제점을 해결할 수 있고, 서브 화소와 컬러 필터층의 차이만큼 화이트 컬러 필터 역할을 함으로써 휘도 및 명암비를 향상시킬 수 있다.
둘째, 빛샘의 문제가 없으므로 블랙 매트릭스가 필요하지 않아 공정을 단순화시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전기 영동 장치 및 그 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기 영동 장치를 나타낸 평면도이고, 도 2는 도 1의 Ι-Ι’선에 따른 전기 영동 장치의 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 전기 영동 장치는 일정 공간을 갖고 합착된 제 1 기판(10) 및 제 2 기판(70)과, 제 1 기판(10) 및 제 2 기판(70) 사이에 형성된 다수의 마이크로 캡슐(40)이 분산되어 형성된 전자잉크로 구성된다.
구체적으로 설명하면, 제 1 기판(10)에는 복수의 게이트 라인(도시하지 않음), 게이트 절연막을 사이에 두고 게이트 라인과 교차하게 형성되어 화소 영역을 정의하는 복수의 데이터 라인(도시하지 않음), 게이트 라인과 데이터 라인이 교차하는 부분에 형성된 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터와 접속된 화소 전극(12)으로 구성된다.
도시하지 않았지만, 박막 트랜지스터는 게이트 라인에서 분기된 게이트 전극 과, 게이트 전극이 형성된 기판의 전면에 형성된 게이트 절연막과, 게이트 절연막 상에 게이트 전극과 중첩되게 형성된 오믹 콘택층 및 활성층으로 구성된 반도체층과, 데이터 라인에서 분기되어 반도체층 상에 형성되는 소스 전극, 반도체층 상에 소스 전극과 마주하게 형성된 드레인 전극으로 구성된다. 화소 전극(12)은 서브 화소 영역에 보호막을 관통하는 콘택홀을 통해 드레인 전극과 접속된다.
제 2 기판(70)에는 습기 등으로부터 기판을 보호하기 위한 버퍼층(60)과, 버퍼층(60) 상에 컬러 색상을 표현하기 위한 컬러 필터층(55)과, 공통 전극(50)과, 열공정시 팽창에 의해 제 2 기판(70)과 공통 전극(50)의 틀어짐을 방지하기 위한 PET(PolyEthylen Terephthalate) 필름(52)으로 구성된다. 여기서, 컬러 필터층(55)은 R(적색), G(녹색), B(청색)의 컬러 필터로 이루어진다. 적색 컬러 필터(R)를 가지는 R 서브 화소(SP)와, 녹색 컬러 필터(G)를 가지는 G 서브 화소(SP)와, 청색 컬러 필터(B)를 가지는 B 서브 화소(SP)는 하나의 화소를 이룬다. 이때, 각 서브 화소(SP)에 형성된 컬러 필터층(55)은 서브 화소(SP)의 면적보다 작게 형성된다. 예를 들어, 데이터 라인과 나란하게 스트라이프형(Stripe type)으로 형성된 컬러 필터층(55)은 폭 방향 즉, 게이트 라인 방향의 선폭이 서브 화소의 선폭보다 작게 형성된다. 이에 따라, 서로 다른 색상의 컬러 필터들 사이에는 컬러 필터층(55)을 덮도록 형성된 PET 필름(52)이 충진된다. 이때, 서로 다른 색의 컬러 필터층(55) 사이에 위치하는 PET 필름(52)은 입사광을 그대로 출사시키므로 백색 컬러 필터 역할을 하게 된다.
여기서, R, G, B 컬러 필터층(55)은 도 3과 같이 도트형(Dot type)으로 형성 될 경우, 컬러 필터층(55)은 폭 및 길이 방향 즉, 게이트 라인 및 데이터 라인 방향으로 서브 화소(SP)의 면적보다 작게 형성된다. 이에 따라, 서로 다른 색의 컬러 필터뿐만 아니라 동일 색의 컬러 필터도 서로 이격되어 형성되며 동일 색의 컬러 필터 사이에도 PET 필름(52)이 충진되어 백색 컬러 필터 역할을 하게 된다. 이와 같이, 스프라이프형 또는 도트형의 컬러 필터층(55)은 서브 화소(SP)의 면적, 길이, 폭보다 10~40% 작게 형성된다.
이와 같이 컬러 필터층(55)을 서브 화소(SP)의 면적보다 작게 형성함으로써, 제 1 및 제 2 기판(10, 70) 합착시 발생하는 미스 얼라인에 의해 컬러 필터층(55)의 색이 혼합되어 나타나는 문제점을 해결할 수 있고, 서로 이격된 컬러 필터층(55) 사이의 영역들이 화이트 컬러 필터 역할을 함으로써 휘도를 향상시킬 수 있다.
또한, 이와 같은 전기 영동 장치는 빛샘의 문제가 없으므로 블랙 매트릭스가 필요하지 않아 공정을 단순화시킬 수 있다.
제 1 기판(10) 및 제 2 기판(70)은 유연성을 가지는 플라스틱 또는 금속, 쉽게 구부러지는 베이스 필름 등을 이용하여 형성된다.
제 1 기판(10) 및 제 2 기판(70) 사이에 형성된 전자 잉크는 다수의 마이크로 캡슐(40)로 구성되며, 마이크로 캡슐(40) 내에는 전기장에 의해 배열 방향을 결정하는 부극성을 띠는 화이트 안료입자(36) 및 정극성을 띠는 블랙 안료입자(38)를 포함한다. 이러한 마이크로 캡슐(40) 각각은 화소 전극(12)과 공통 전극(50) 사이에 전위차가 형성되면 정극성 및 부극성 안료 입자들 각각은 반대 극성을 띠는 화 소 전극(12) 및 공통 전극(50)으로 이동하게 된다. 즉, 화상 신호가 공급되는 화소 전극(12)에 정극성 전압이, 공통 전압이 인가되는 공통 전극(50)에 부극성 공통 전압이 인가되면 정극성 안료 입자들은 공통 전극(50)으로 이동하게 되고, 부극성 안료 입자들은 화소 전극(12)으로 이동하게 되어 정극성 안료 입자와 부극성 안료 입자는 서로 분리된다. 여기서, 화이트 안료입자(36)들이 공통 전극(50) 쪽으로 이동하게 되면 화이트 안료 입자(36)들은 입사광을 반사하여 컬러 필터의 색상을 표시하게 되지만, 블랙 안료입자(38)들이 공통 전극(50) 쪽으로 이동하게 되면 입사광을 흡수하여 블랙을 표시하게 된다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기 영동 장치를 나타낸 평면도이고, 도 5는 도 4의 Ⅱ-Ⅱ’선에 따른 전기 영동 장치의 단면도이다.
도 4에 도시된 전기 영동 장치는 도 1 및 도 2에 도시된 전기 영동 장치와 대비하여 중복된 구성 요소들에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 4 및 도 5에 도시된 전기 영동 장치의 각 화소(P)는 참조하면, 제 2 기판(70)의 R, G, B 컬러 필터층(55)은 하나의 화소(P)가 네 개의 서브 화소(SP)로 이루어지는 쿼드형(Quad type)으로 형성된다. 이와 같은 쿼드형 화소는 R, G, B 서브 화소(SP) 외에 백색 서브 화소(w)를 더 포함하게 된다. 실질적으로는 R, G, B 컬러 필터(55)는 컬러 수지를 도포하여 형성하는 반면, 백색 컬러 필터(w)는 고가의 백색 컬러 수지를 사용하지 않고 컬러 필터를 덮도록 형성된 PET 필름(52)을 이용한다. 또한, 쿼드형 컬러 필터층(55)은 서브 화소(SP)의 면적보다 폭 및 길이 방향으로 즉, 게이트 라인 및 데이터 라인 방향으로 작게 형성된다. 다시 말해, 컬러 필터층은 서브 화소(SP)의 면적, 길이, 폭보다 10~40% 작게 형성된다. 여기서, 서브 화소(SP)의 면적과 컬러 필터층(55)의 면적의 차이만큼 즉, 각각의 컬러 필터층(55) 사이 영역(w)과 백색 컬러 필터 영역(w´)은 후속 공정의 PET 필름(52)으로 채워지게 되며 백색 표시 영역(W+)이 된다. 이와 같이 백색 표시 영역(W+)이 증가함에 따라 휘도 또한 증가하게 된다.
여기서, 화이트 표시 영역(W+)은 수학식 1과 같다.
Figure 112007061039213-PAT00001
여기서, x는 서브 화소(SP)의 가로 폭 길이, y는 서브 화소(SP)의 세로 폭 길이, x´는 컬러 필터층(55)의 가로 폭 길이, y´는 컬러 필터층(55)의 세로 폭 길이, P는 한 화소를 나타낸다.
이와 같이 컬러 필터층(55)을 서브 화소(SP)보다 작게 형성함으로써, 제 1 및 제 2 기판(10, 70) 합착시 발생하는 미스 얼라인에 의해 컬러 필터층(55)의 색이 혼합되어 나타나는 문제점을 해결할 수 있고, 서로 이격된 컬러 필터층(55) 사이의 영역(w)들이 화이트 컬러 필터 역할을 함으로써 휘도를 향상시킬 수 있다.
또한, 이와 같은 전기 영동 장치는 빛샘의 문제가 없으므로 블랙 매트릭스가 필요하지 않아 공정을 단순화시킬 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 도 1의 Ι―Ι´선에 따른 전기 영동 장치의 제조방법을 나타낸 공정 단면도들이다.
도 6a를 참조하면, 박막 트랜지스터를 포함하는 제 1 기판(10) 상에 화소 전극(12)을 형성한다.
도시하지 않았지만, 제 1 기판(10) 상에 게이트 전극을 형성한 후, 게이트 절연막, 반도체층을 순차적으로 형성하고, 반도체층 상에 소스 및 드레인 전극, 보호막, 보호막을 관통하여 드레인 전극과 접속되는 화소 전극(12)을 순차적으로 형성한다. 여기서, 제 1 기판(10)은 유연성을 가지는 플라스틱 또는 금속, 쉽게 구부러지는 베이스 필름 등을 이용하여 형성된다.
도 6b를 참조하면, 화소 전극(12)이 형성된 제 1 기판(10) 상에 다수의 마이크로 캡슐(40)로 구성된 전자 잉크를 형성한다. 전자 잉크는 각각의 마이크로 캡슐(40) 내에 전기장에 의해 배열 방향을 결정하는 부극성을 띠는 화이트 안료입자(36) 및 정극성을 띠는 블랙 안료입자(38)들로 구성된다.
도 6c를 참조하면, 다수의 마이크로 캡슐(40)이 형성된 제 1 기판(10) 상에 제 2 기판(70)을 합착한다.
구체적으로, 제 2 기판(70)은 제 1 기판(10)과 동일한 물질로 형성되며, 기판 상에 기판을 보호하기 위한 버퍼층(60)과, 버퍼층(60) 상에 컬러 수지 등으로 형성된 R, G, B 컬러 필터층(55)과, 공통 전극(50)과, PET 필름(52)이 순차적으로 형성된다. 여기서, R, G, B 컬러 필터층(55)은 서브 화소(SP)의 면적보다 폭 및 길이 방향으로 즉, 게이트 라인 및 데이터 라인 방향으로 작게 형성된다. 다시 말해, 컬러 필터층(55)은 서브 화소(SP)의 면적, 길이, 폭보다 10~40% 작게 형성된다.
여기서, 서브 화소(SP)의 면적과 컬러 필터층(55)의 면적의 차이만큼 화이트를 표시하게 된다.
이어서, 컬러 필터층(55) 상에 PET 필름(52)을 형성하여 열공정시 팽창으로 인해 기판과 공통 전극(50)이 뒤틀리는 것을 방지한다. 이어, PET 필름(52)을 포함하는 기판 전면에 공통 전극(50)을 형성한다. 제 2 기판(70)은 유연성을 가지는 플라스틱 또는 금속, 쉽게 구부러지는 베이스 필름 등을 이용하여 형성된다.
컬러 필터층(50)은 스트라이프형, 도트형 또는 쿼드형으로 형성될 수도 있다. 스트라이프형(Stripe type)으로 형성된 컬러 필터층(55)은 폭 방향 즉, 게이트 라인 방향의 선폭이 서브 화소의 선폭보다 작게 형성된다. 이에 따라, 서로 다른 색상의 컬러 필터들 사이에는 컬러 필터층(55)을 덮도록 형성된 PET 필름(52)이 충진된다. 이때, 서로 다른 색의 컬러 필터층(55) 사이에 위치하는 PET 필름(52)은 입사광을 그대로 출사시키므로 백색 컬러 필터 역할을 하게 된다. 도트형(Dot type) 또는 쿼드형(Quad type)으로 형성될 경우, 컬러 필터층(55)은 폭 및 길이 방향 즉, 게이트 라인 및 데이터 라인 방향으로 서브 화소(SP)의 면적보다 작게 형성된다. 이에 따라, 서브 화소(SP)의 면적과 컬러 필터층(55)의 면적의 차이만큼 즉, 각각의 컬러 필터층(55) 사이 영역(w)과 백색 컬러 필터 영역(w´)은 후속 공정의 PET 필름(52)으로 채워지게 되며 백색 표시 영역(W+)이 된다.
이와 같이 컬러 필터층(55)을 서브 화소(SP)보다 작게 형성함으로써, 제 1 및 제 2 기판(10, 70) 합착시 발생하는 미스 얼라인에 의해 컬러 필터층(55)의 색이 혼합되어 나타나는 문제점을 해결할 수 있고, 서로 이격된 컬러 필터층(55) 사 이의 영역(w)들이 화이트 컬러 필터 역할을 함으로써 휘도를 향상시킬 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기 영동 장치를 나타낸 평면도.
도 2는 도 1의 Ι-Ι’선에 따른 전기 영동 장치의 단면도.
도 3은 도 1의 컬러 필터 기판의 다른 실시예를 나타낸 평면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기 영동 장치를 나타낸 평면도.
도 5는 도 4의 Ⅱ―Ⅱ’선에 따른 전기 영동 창치의 단면도.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 전기 영동 장치의 제조공정을 나타낸 단면도들.

Claims (10)

  1. 제 1 기판 상의 각 서브 화소마다 형성된 제 1 전극과,
    상기 제 1 기판과 마주보는 제 2 기판 상에 형성된 제 2 전극과,
    상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 다수의 정극성 및 부극성 안료 입자들로 이루어진 다수의 마이크로 캡슐과,
    상기 제 2 기판 상에 상기 제 1 전극보다 면적이 작게 형성되는 컬러 필터층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 영동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러 필터층은 스트라이프형으로 형성되며,
    상기 스트라이프형 컬러 필터층은 상기 각 서브 화소마다 상기 제 1 전극보다 폭 또는 길이 방향으로 면적이 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 영동 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컬러 필터층은 도트형 및 쿼드형 중 어느 하나로 형성되며,
    상기 도트형 및 쿼드형 컬러 필터층은 상기 각 서브 화소마다 상기 제 1 전극보다 폭 및 길이 방향으로 면적이 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 영동 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 기판 상에 상기 컬러 필터층을 덮도록 형성되고, 상기 제 2 전극보다 면적이 작은 컬러 필터층 사이에 형성되는 PET 필름을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 영동 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 PET 필름은 상기 서브 화소가 백색일 경우, 백색 서브 화소의 백색 컬러 필터층으로 이용되는 것을 특징으로 하는 전기 영동 장치.
  6. 각 서브 화소마다 제 1 전극이 형성된 제 1 기판을 마련하는 단계와,
    상기 제 1 기판과 마주보는 제 2 전극과, 상기 제 1 전극보다 면적이 작은 컬러 필터층을 가지는 제 2 기판을 마련하는 단계와,
    상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 다수의 정극성 및 부극성 안료 입자들로 이루어진 다수의 마이크로 캡슐을 형성하는 단계와,
    상기 제 1 및 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 영동 장치의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 기판을 마련하는 단계는,
    상기 제 2 기판 상에 상기 컬러 필터층을 덮고, 상기 제 2 전극보다 면적이 작은 컬러 필터층 사이에 PET 필름을 형성하는 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 영동 장치의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 PET 필름은 상기 서브 화소가 백색일 경우, 백색 서브 화소의 백색 컬러 필터층으로 이용되는 것을 특징으로 하는 전기 영동 장치의 제조방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 컬러 필터층은 스트라이프형으로 형성되며,
    상기 스트라이프형 컬러 필터층은 상기 각 서브 화소마다 상기 제 1 전극보다 제 1 방향으로 면적이 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 영동 장치의 제조방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 컬러 필터층은 도트형 및 쿼드형 중 어느 하나로 형성되며,
    상기 도트형 및 쿼드형 컬러 필터층은 상기 각 서브 화소마다 상기 제 1 전극보다 제 1 및 제 2 방향으로 면적이 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 영동 장치의 제조방법.
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