KR20090061471A - 전기영동표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20090061471A
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Abstract

본 발명은 전기영동표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전기영동표시장치는 다수의 화소영역이 정의된 하부기판; 상기 하부기판상에 형성된 박막트랜지스터; 상기 박막트랜지스터를 포함한 하부기판상에 형성된 블랙매트릭스; 상기 블랙매트릭스상에 형성되고, 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결된 제1전극; 상기 제1전극상에 배치된 전기영동필름; 및 상기 전기영동필름상에 형성된 제2전극;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
전기영동필름, 블랙매트릭스, 포토아크릴, 블랙휘도

Description

전기영동표시장치 및 그 제조방법{Electrophoretic Display Device and Method for fabricating the same}
본 발명은 전기영동표시장치(Electrophoretic Display Device; EPD)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기영동필름내의 마이크로캡슐간의 틈으로 새는 빛을 가려 주는 구조를 적용한 전기영동표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기영동표시장치는 전압이 인가되는 한쌍의 전극을 콜로이드용액에 담그면 콜로이드 입자가 어느 한쪽의 극성으로 이동하는 현상을 이용한 화상표시장치로서, 백라이트를 사용하지 않으면서 넓은 시야각, 높은 반사율, 일기 쉬움 및 저소비전력 등의 특성을 갖는 바, 전기종이(electric paper)로서 각광 받을 것으로 기대된다.
이와 같은 전기영동표시장치는 2개의 기판사이에 전기영동필름이 개재된 구조를 가지며, 2개의 기판중 하나 이상은 투명하여야 반사형 모드로 이미지를 표시할 수 있다.
상기 2개의 기판중 하부기판에 화소전극을 형성하고, 상기 화소전극에 전압을 인가할 경우, 전기 영동막내의 대전입자가 화소전극측으로 또는 반대측으로 이동하 는데, 이것에 의해 뷰잉 시트(viewing sheet)를 통하여 이미지를 볼 수 있다.
일반적인 전기영동표시장치는, 도면에는 도시하지 않았지만, 상부기판과 화소전극이 형성된 하부기판이 대향 배치되고, 상기 두 기판사이에 전기영동필름이 개재된 구조를 가진다.
여기서, 상기 전기영동필름은 전하를 띤 안료입자(charged pigment particles)들을 포함한 솔벤트(solvent)로 구성되며, 코아서베이션 (coacervation)방법에 의해 마이크로캡슐로 만드는데, 상기 마이크로 캡슐을 바인더(binder)에 혼합하여 베이스필름에 코팅(coating) 또는 라미네이팅(laminating)시켜 형성한다.
여기서, 상기 안료입자는 서로 다른 색상으로 착색될 수 있는데, B(Black), W(White)의 안료를 첨가하여 이미지가 표현되도록 하며, 솔벤트와 바인더는 투명한 물질로 형성하여 빛이 통과할 수 있게 한다.
상기의 전기영동필름은 안료입자들이 마이크로캡슐막에 둘러 싸여 있기 때문에 인접한 픽셀의 필드(field)에 의해 안료입자들이 원하지 않는 방향으로 이동하는 것을 억제할 수 있어 보다 나은 화질을 구현할 수 있다. 이때, 인접한 픽셀사이에 격벽을 더 구비하여 기생 필드를 완전 차단할 있다.
이러한 일반적인 전기영동표시장치는, 상기 화소전극에 전압이 인가될때, 전하를 띤 안료입자들이 그 극성과 반대되는 극성을 띤 전극으로 이동되어, 상기 안료입자들에 의한 빛의 반사에 따라 소정의 화상을 표시하게 된다.
한편, 상기 안료입자들의 극성을 띠는 전극쪽으로 이동하게 되면, 또 다른 화상을 표시하게 된다.
이러한 관점에서, 종래기술에 따른 전기영동표시장치에 대해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 전기영동표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 2(a)는 블랙(black) 구현시에 전기영동필름간 틈을 뚫고 들어가는 빛이 금속배선에 의해 반사되어져 다시 위로 올라오는 상태를 도시한 개략도이고, 도 2(b)는 화이트(white) 구현시에 전기영동필름간 틈을 뚫고 들어가는 빛이 금속배선에 의해 반사되어져 다시 위로 올라오는 상태를 도시한 개략도이다.
종래기술에 따른 전기영동표시장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전면에 공통전극(미도시)이 형성된 상부기판(47)과, 화소전극(29)이 매트릭스 형태로 형성된 하부기판(11)이 서로 대향되어 배치되고, 상기 두 기판사이에 마이크로 캡슐화된 전기영동필름(40)으로 구성된다.
여기서, 상기 하부기판(11)과 상부기판(47)은 얇고, 플렉서블(flexible)한 필름을 재료로 형성하고, 상기 상부기판(47) 및 공통전극(미도시)은 빛이 투과할 수 있는 재질로 형성한다. 특히, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 공통전극은 ITO(Indium Tin Oixde)와 같은 투명한 도전물질로 형성하는데, 상기 공통전극은 전면에 형성되어 Vcom 신호가 흐르게 된다.
또한, 상기 하부기판(11)의 박막트랜지스터(T)를 포함한 기판 전면에 포토아크릴로 이루어진 보호막(25)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 하부기판(11)상에는 복수개의 박막트랜지스터를 능동적으로 구동하기 위해 주사신호를 전달하는 게이트배선(미도시)과 이미지 데이터신호를 전달 하는 데이터배선(미도시)이 형성되어 있다.
이때, 상기 게이트배선 및 데이터배선이 서로 교차하여 화소를 정의하고, 각 화소에는 박막트랜지스터(T) 및 스토리지 캐패시터(미도시)가 구비되어 각각 전극에 인가되는 전압의 극성을 제어하고 전극에 인가된 전압을 축전하는 역할을 한다.
그리고, 상기 보호막(25)상에는 상기 박막트랜지스터(T)에 전기적으로 연결되어 상기 전기영동필름(40)에 전계를 가하는 화소전극(29)이 더 구비되어 있다.
한편, 상기 전기영동필름(40)은 베이스필름(미도시), 마이크로캡슐 (41) 및 접착필름(31)으로 구성되어, 하부 및 상부기판(11, 47)사이에 라미네이션 (lamination)된다. 이때, 상기 전기영동필름(40)의 베이스 필름에 ITO 물질의 도전필름도 포함되어 있는 경우가 있는데, 이 경우에는 상부기판에 공통전극을 별도로 형성하지 않아도 무방하다.
또한, 상기 마이크로 캡슐(41)내부에는 서로 다른 전압으로 차장되는 화이트입자(white)(45a)와 블랙입자(black)(45b)들이 포함되어 있는데, 이들 입자는 화소전극(29)에 특정한 전압을 인가하면 그에 따라 마이크로 캡슐(41)내부에서 이동하게 되는데, 이로 인해 상부기판(47)측으로 단색 화상이 구현된다.
그런데, 상기 전기영동필름(40)간에는 미세한 틈이 존재하는데, 이러한 틈을 통해 전기영동필름(40)을 뚫고 내려가는 빛은 하부기판(11)상에 형성된 빛을 흡수하는 기능을 하는 층이 존재하지 않기 때문에 박막트랜지스터의 배선에 의해 반사되어진다.
따라서, 도 2(a)의 "R"에서와 같이, 블랙화상 구현시에 빛이 박막트랜지스터 의 배선을 통해 반사(R)되어져 다시 돌아 오는 빛이 존재하기 때문에 블랙 휘도가 저하되며, 이로 인해 콘트라스트비가 많이 저하되는 경항이 있다.
또한, 도 2(b)의 "R"에서와 같이, 화이트 화상을 구현할 때에도 상기 전기영동필름(40)간에는 미세한 틈이 존재하는데, 이러한 틈을 통해 전기영동필름(40)을 뚫고 내려가는 빛은 하부기판(11)상에 형성된 박막트랜지스터의 배선에 의해 반사(R)되어져 다시 돌아 오기 때문에 선명한 화이트 화면을 구현하기 어렵게 된다.
이에 본 발명은 상기 종래기술에 따른 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 전기영동필름내의 마이크로캡슐간의 틈으로 새는 빛을 가려 주는 구조를 적용하므로써 콘트라스트 비를 향상시킬 수 있는 전기영동표시장치 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 금속기판을 하부어레이기판대신에 적용함으로써 컬러 전기영동표시장치를 구현할 수 있는 전기영동표시장치 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기영동표시장치는, 다수의 화소영역이 정의된 하부기판; 상기 하부기판상에 형성된 박막트랜지스터; 상기 박막트랜지스터를 포함한 하부기판상에 형성된 블랙매트릭스; 상기 블랙매트릭스상에 형성되고, 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결된 제1전극; 상기 제1전극상에 배치된 전기영동필름; 및 상기 전기영동필름상에 형성된 제2전극;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기영동표시장치 제조방법은 다수의 화소영역이 정의된 하부기판상에 박막트랜지스터를 형성하는 단계; 상기 박막트랜지스터를 포함한 하부기판상에 블랙매트릭스를 형성하는 단계; 상기 블랙매트릭스상에 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되는 제1전극을 형성하는 단계;
상기 제1전극상에 전기영동필름을 형성하는 단계; 및 상기 전기영동필름상에 제2전극을 형성하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기영동표시장치 및 그 제조방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 전기영동표시장치 및 그 제조방법는 보호막으로 사용되는 포토 아크릴 대신에 수지(Resin)를 적용한 블랙매트릭스(BM; Black Matrix)를 적용하므로써, 블랙(black)을 구현할 경우 마이크로캡슐을 뚫고 내려 가는 빛이 모두 블랙매트릭스에 흡수되므로, 반사되어 돌아 오는 빛이 없으므로 보다 더 진한 블랙 화면을 구현할 수 있다.
따라서, 본 발명은 블랙 휘도가 개선되므로써 전체 콘트라스트비(C/R)를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 금속기판을 하부어레이기판대신에 적용하여 상부기판상에 컬러필터층을 형성하므로써 컬러 전기영동표시장치를 구현할 수도 있다.
한편, 본 발명은 블랙매트릭스를 보호막으로 사용하지 않고 박막트랜지스터를 형성하기 전 단계에서 하부기판상에 형성하는 경우에 얼라인 키를 적용하게 되면 패턴 형성시에 정렬 에러(misalign)를 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기영동표시장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기영동표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 4(a)는 블랙(black) 구현시에 전기영동필름간 틈을 뚫고 들어가는 빛이 블랙매트릭스에 흡수되어 블랙이 구현되는 상태를 도시한 개략도이고, 도 4(b)는 화이트(white) 구현시에 전기영동필름간 틈을 뚫고 들어가는 빛이 블랙매트릭스에 흡수되어 화이트가 구현되는 상태를 도시한 개략도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 전기영동표시장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 전면에 공통전극(미도시)이 형성된 상부기판(147)과, 화소전극 (119)이 매트릭스 형태로 형성된 하부기판(101)이 서로 대향되어 배치되고, 상기 두 기판사이에 마이크로 캡슐화된 전기영동필름(140)으로 구성된다.
여기서, 상기 하부기판(101)과 상부기판(147)은 얇고, 플렉서블 (flexible)한 필름을 재료로 형성하고, 상기 상부기판(147) 및 공통전극 (미도시)은 빛이 투과할 수 있는 재질로 형성한다. 특히, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 공통전극은 ITO(Indium Tin Oixde)와 같은 투명한 도전물질로 형성하는데, 상기 공통전극은 전면에 형성되어 Vcom 신호가 흐르게 된다.
또한, 상기 하부기판(101)의 박막트랜지스터(T)를 포함한 기판 전면에 보호막으로 적용되고, 빛의 산란을 차단하고 광을 흡수할 수 있는 블랙매트릭스(115)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 하부기판(101)상에는 복수개의 박막트랜지스터를 능동적으로 구동하기 위해 주사신호를 전달하는 게이트배선(미도시)과 이미지 데이터신호를 전달하는 데이터배선(미도시)이 형성되어 있다.
이때, 상기 게이트배선 및 데이터배선이 서로 교차하여 화소를 정의하고, 각 화소에는 박막트랜지스터(T) 및 스토리지 캐패시터(미도시)가 구비되어 각각 전극에 인가되는 전압의 극성을 제어하고 전극에 인가된 전압을 축전하는 역할을 한다.
그리고, 상기 블랙매트릭스(115)상에는 상기 박막트랜지스터(T)에 전기적으로 연결되어 상기 전기영동필름(140)에 전계를 가하는 화소전극(119)이 더 구비되어 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 스토리지 캐패시터(storage capacitor; Cst)는 캐패시터 하부전극과 게이트절연막을 사이에 두고 상기 캐패시터하부전극과 오버랩되는 캐패시터 상부전극으로 구성되는데, 화상 디스플레이 구현시 박막트랜지스터의 턴오프 구간에서 전기영동필름에 충전된 전압을 유지시켜 기생용량에 의한 화질 저하를 방지하는 역할을 한다. 이때, 상기 캐패시터하부전극은 액티브 영역 외부에까지 연장되어 신호를 인가받고, 상기 캐패시터 상부전극은 상기 화소전극 또는 드레인전극에 연결되어 신호를 인가받는다.
한편, 상기 전기영동필름(140)은 베이스필름(미도시), 마이크로캡슐 (141) 및 접착필름(131)으로 구성되어, 하부 및 상부기판(101, 147)사이에 라미네이션(lamination)된다. 이때, 상기 전기영동필름(140)의 베이스 필름에 ITO 물질의 도전필름도 포함되어 있는 경우가 있는데, 이 경우에는 상부기판에 공통전극을 별도로 형성하지 않아도 무방하다.
또한, 상기 마이크로 캡슐(141)내부에는 서로 다른 전압으로 차장되는 화이트입자(white)(145a)와 블랙입자(black)(145b)들이 포함되어 있는데, 이들 입자는 화 소전극(119)에 특정한 전압을 인가하면 그에 따라 마이크로 캡슐(141)내부에서 이동하게 되는데, 이로 인해 상부기판(147)측으로 단색 화상이 구현된다.
그런데, 상기 전기영동필름(140)간에는 미세한 틈이 존재하는데, 이러한 틈을 통해 전기영동필름(140)을 뚫고 내려가는 빛은 하부기판(101)상에 형성된 빛을 흡수하는 기능을 하는 블랙매트리스(115)에 의해 모두 흡수되므로, 도 4(a)에서와 같이, 블랙화상 구현시에 기존과 같이 박막트랜지스터의 배선을 통해 반사되어 다시 돌아 오는 빛이 존재하지 않기 때문에 보다 더 진한 블랙 화면을 구현할 수 있게 된다.
따라서, 이로 인해 블랙 휘도가 개선되므로써 전체 콘트라스트비 (contrast ratio)가 향상된다.
마찬가지로, 도 4(b)에서와 같이, 화이트 화상을 구현할 때에도 상기 전기영동필름(140)간에는 미세한 틈이 존재하는데, 이러한 틈을 통해 전기영동필름(140)을 뚫고 내려가는 빛은 하부기판(101)상에 형성된 빛을 흡수하는 기능을 하는 블랙매트리스(115)에 의해 모두 흡수되므로, 도 4(a)에서와 같이, 화이트 화상 구현시에 기존과 같이 박막트랜지스터의 배선을 통해 반사되어 다시 돌아 오는 빛이 존재하지 않기 때문에 화이트 화면을 구현할 수 있게 된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전기영동표시장치 제조방법에 대해 도 5a 내지 도 5e를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명에 따른 전기영동표시장치 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
　도 5a에 도시된 바와 같이, 플렉서블(flexible)한 플라스틱 또는, 스테인레스 포일 등으로 이루어진 하부기판(101)상에 금속막(미도시)을 증착한후 포토리소 그라피 공정 및 식각공정에 의해 상기 금속막(미도시)을 선택적으로 패터닝하여 게이트배선(미도시) 및, 상기 게이트배선 (미도시) 에서 분기된 게이트전극(103)을 형성한다.
이때, 상기 금속막 물질로는 Al과 Al합금등의 Al 계열 금속, Ag과 Ag합금 등의 Ag 계열금속, Mo과 Mo 합금 등의 Mo 계열금속, Cr, Ti, Ta 중에서 선택하여 사용한다.
또한, 이들은 물질적 성질이 다른 두개의 막, 즉 하부막과 그 위의 상부막을 포함할 수도 있다. 여기서, 상부막은 게이트배선의 신호지연이나 전압강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를들면 Al 계열금속 또는 Ag 계열 금속으로 이루어진다.
이와는 달리, 하부막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide)나 IZO (indium zinc oxide)와의 물리적, 화학적 및 전기적 접촉 특성이 우수한 물질, 예를들어 Ti, Ta, Cr, Mo 계열 금속 등으로 이루어지거나, 또는 하부막과 상부막의 조합의 예로는 Cr/Al-Nd 합금을 들 수 있다.
이어서, 상기 게이트배선(미도시)과 게이트전극(103)을 포함한 하부기판(101)상에 질화규소(SiNx)와 같은 무기 절연물질로 이루어진 게이트절연막(105)을 형성한다.
그다음, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 게이트절연막 (105) 상부에는 수 소화 비정질실리콘층 (hydroge-nated amorphous silicon) 등으로 이루어진 반도체층(미도시)과, 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질실리콘 등의 물질로 이루어진 불순물층(미도시)을 순차적으로 형성한다.
이어서, 상기 불순물층(미도시)과 반도체층(미도시)을 포토리소 그라피공정 및 식각공정에 의해 선택적으로 패터닝하여 액티브층(107)과 오믹콘택층(109)을 형성한다.
그다음, 상기 액티브층(107)과 오믹콘택층(109)을 포함한 하부기판 (101)상에 데이터배선 형성용 금속물질을 스퍼터링방법으로 증착한후 이를 포토리소그라피 공정 및 식각공정에 의해 선택적으로 패터닝하여 데이터배선(미도시)과, 상기 데이터배선(미도시)에서 분기된 소스전극 (111)과, 이 소스전극(111)과 일정간격만큼 이격된 드레인전극(113)을 각각 형성한다.
이때, 상기 금속물질로는 Al 계열 금속, Ag 계열 금속, Mo 계열 금속, Cr, Ti, Ta 등의 물질을 사용하며, 다중층으로 형성할 수도 있다.　
또한, 상기 데이터배선(미도시)은 상기 게이트배선(미도시)과 서로 교차되게 형성되어 있으며, 상기 소스전극(111)과 드레인전극(113)은 그 아래의 액티브층(107) 및 게이트전극(103)과 함께 스위칭소자인 박막트랜지스터(T)를 구성한다.
그리고, 상기 박막트랜지스터(T)의 채널은 상기 소스전극(111)과 드레인전극(113)사이의 액티브층(107)내에 형성된다.
이어서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 데이터배선(미도시)과 소스/드레인 전극(111, 113)을 포함한 하부기판(101) 전면에 블랙매트릭스 (115)를 형성한다. 이때, 상기 블랙매트릭스(115) 물질로는 카본 블랙(carbon black) 계열, 광투과율이 작고 광흡수율이 높은 물질을 사용하거나, 크롬(Cr)을 포함하는 불투명 금속 또는 불투명 수지를 사용한다.
그다음, 도 5c에 도시된 바와 같이, 블랙매트릭스(115)를 리소그라피 공정 및 식각공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 상기 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(113) 일부분을 노출시키는 드레인콘택홀(117)을 형성한다.
그다음, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 드레인콘택홀(117)을 포함한 블랙매트릭스(115)상에 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO (indium zinc oxide) 등의 투명한 도전물질으로 이루어진 금속물질층(미도시)을 스퍼터링 방법으로 증착한후 이를 포토리소그라피 공정 및 식각공정에 의해 선택적으로 제거하여 상기 드레인전극(113)과 전기적으로 연결되는 화소전극(115)을 형성하므로써 하부기판(101)상에 하부어레이기판 제조를 완성한다.
이때, 상기 화소전극(119)에 데이터전압이 인가되면, 공통전압 (common voltage)을 인가받은 공통전극(미도시)과 함께 전기장을 생성 하므로써 화소전극(119)과 공통전극(미도시)사이의 전기영동필름(140)내의 화이트입자(145a)와 화이트입자(145b)들이 이동하게 되므로써 상부기판(147)측으로부터 화상이 구현된다.
한편, 도 5e에 도시된 바와 같이, 하부기판(101)상부에는 접착 층(131)에 의해 전기영동필름(140)을 합착시킨다. 이때, 상기 전기영동필름(140)은 전기영동입자(미도시)와 용매(143)로 형성된 마이크로캡슐(141)과, 바인더(미도시)로 이루어 져 있다.
여기서, 상기 전기영동입자는 빛을 반사시키는 화이트입자(145a)와 빛을 흡수하는 블랙입자(145b)로 이루어져 있다. 이때, 상기 화이트입자(145a)는 양전하로 대전될 수 있으며, 상기 블랙입자(145b)는 음전하로 대전될 수 있다.
그다음, 상기 전기영동필름(140)상에 투명전극이 형성된 상부기판 (147)을 배치하므로써 전기영동표시장치 제조를 완성한다. 이때, 상기 투명전극(미도시)은 외부의 환경에 대해 내구성 및 내식성이 있는 도전물질, 예를들어 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO (indium zinc oxide)로 이루어지는 것이 바람직하다.
이렇게 하여, 상기 하부기판(101)상에 마련된 화소전극(127)과 상부기판(147)의 투명전극(미도시)사이에서 발생하는 전계에 의해, 상기 전기영동필름(140)내에 함유된 전기영동입자, 즉 화이트입자(145a)와 블랙입자(145b)가 이동하여, 상부기판(147)측으로는 단색 화상이 구현된다.
즉, 상기 화소전극(119)에 음의 전압을 인가하면, 상기 상부기판 (147)의 투명전극(미도시)은 상대적으로 양의 전위를 가지게 된다. 이로써, 음전하로 대전된 블랙입자(145b)는 상기 투명전극(미도시)으로 이동하게 되고, 반면에 양전하로 대전된 화이트입자(145a)는 상기 화소전극(119)으로 이동하게 된다. 이로써, 외부광이 상기 전기영동표시장치로 조사하게 되면, 상기 블랙입자(145b)에 의해 입사된 외부광은 흡수되어, 블랙을 구현한다.
이때, 상기 전기영동필름(140)간에는 미세한 틈이 존재하는데, 이러한 틈을 통해 전기영동필름(140)을 뚫고 내려가는 빛은 하부기판(101)상에 형성된 빛을 흡 수하는 기능을 하는 블랙매트리스(115)에 의해 모두 흡수되므로, 도 4(a)의 "A"에서와 같이, 블랙화상 구현시에 기존과 같이 박막트랜지스터의 배선을 통해 반사되어 다시 돌아 오는 빛이 존재하지 않기 때문에 보다 더 진한 블랙 화면을 구현할 수 있게 된다.
따라서, 이로 인해 블랙 휘도가 개선되므로써 전체 콘트라스트비 (contrast ratio)가 향상된다.
이와 반대로, 상기 각 화소지역에 마련된 화소전극(127)에 양의 전압을 인가하면, 상기 상부기판(147)의 투명전극(미도시)은 상대적으로 음의 전위를 가지게 된다. 이로써, 음전하로 대전된 블랙입자(145b)는 상기 화소전극(119)으로 이동하게 되고, 반면에 양전하로 대전된 화이트입자(145a)는 상기 상부기판(147)의 투명전극(미도시)으로 이동하게 된다.
따라서, 외부광이 상기 전기영동표시장치로 조사하게 되면, 상기 화이트입자(145a)에 의해 입사된 외부광을 반사시켜, 화이트를 구현한다.
마찬가지로, 도 4(b)의 "A"에서와 같이, 화이트 화상을 구현할 때에도 상기 전기영동필름(140)간에는 미세한 틈이 존재하는데, 이러한 틈을 통해 전기영동필름(140)을 뚫고 내려가는 빛은 하부기판(101)상에 형성된 빛을 흡수(A)하는 기능을 하는 블랙매트리스(115)에 의해 모두 흡수되므로, 도 4(b)에서와 같이, 화이트 화상 구현시에 기존과 같이 박막트랜지스터의 배선을 통해 반사되어 다시 돌아 오는 빛이 존재하지 않기 때문에 화이트 화면을 구현할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기영동표시장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기영동표시장치의 개략적인 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전기영동표시장치는, 도 6에 도시된 바와 같이, 전면에 공통전극(미도시)이 형성된 상부기판(247)과, 화소전극 (221)이 매트릭스 형태로 형성된 하부기판(201)이 서로 대향되어 배치되고, 상기 두 기판사이에 마이크로 캡슐화된 전기영동필름(240)으로 구성된다.
여기서, 상기 하부기판(201)과 상부기판(247)은 얇고, 플렉서블 (flexible)한 필름을 재료로 형성하고, 상기 상부기판(247) 및 공통전극 (미도시)은 빛이 투과할 수 있는 재질로 형성한다. 특히, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 공통전극은 ITO(Indium Tin Oixde)와 같은 투명한 도전물질로 형성하는데, 상기 공통전극은 전면에 형성되어 Vcom 신호가 흐르게 된다.
또한, 상기 하부기판(201) 전면에 빛의 산란을 차단하고 광을 흡수할 수 있는 블랙매트릭스(203)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 하부기판(201)상에 형성된 블랙매트릭스(203)상에는 복수개의 박막트랜지스터를 능동적으로 구동하기 위해 주사신호를 전달하는 게이트배선(미도시)과 이미지 데이터신호를 전달하는 데이터배선(미도시)이 형성되어 있다.
이때, 상기 게이트배선 및 데이터배선이 서로 교차하여 화소를 정의하고, 각 화소에는 박막트랜지스터(T) 및 스토리지 캐패시터(미도시)가 구비되어 각각 전극에 인가되는 전압의 극성을 제어하고 전극에 인가된 전압을 축전하는 역할을 한다.
그리고, 상기 블랙매트릭스(203)상에는 상기 박막트랜지스터(T)에 전기적으로 연결되어 상기 전기영동필름(240)에 전계를 가하는 화소전극(221)이 더 구비되어 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 스토리지 캐패시터(storage capacitor; Cst)는 캐패시터 하부전극과 게이트절연막을 사이에 두고 상기 캐패시터하부전극과 오버랩되는 캐패시터 상부전극으로 구성되는데, 화상 디스플레이 구현시 박막트랜지스터의 턴오프 구간에서 전기영동필름에 충전된 전압을 유지시켜 기생용량에 의한 화질 저하를 방지하는 역할을 한다. 이때, 상기 캐패시터하부전극은 액티브 영역 외부에까지 연장되어 신호를 인가받고, 상기 캐패시터 상부전극은 상기 화소전극 또는 드레인전극에 연결되어 신호를 인가받는다.
한편, 상기 전기영동필름(240)은 베이스필름(미도시), 마이크로캡슐 (241) 및 접착필름(231)으로 구성되어, 하부 및 상부기판(201, 247)사이에 라미네이션(lamination)된다. 이때, 상기 전기영동필름(240)의 베이스 필름에 ITO 물질의 도전필름도 포함되어 있는 경우가 있는데, 이 경우에는 상부기판에 공통전극을 별도로 형성하지 않아도 무방하다.
또한, 상기 마이크로 캡슐(241)내부에는 서로 다른 전압으로 차장되는 화이트입자(white)(245a)와 블랙입자(black)(245b)들이 포함되어 있는데, 이들 입자는 화소전극(221)에 특정한 전압을 인가하면 그에 따라 마이크로 캡슐(241)내부에서 이동하게 되는데, 이로 인해 상부기판(247)측으로 단색 화상이 구현된다.
그런데, 상기 전기영동필름(240)간에는 미세한 틈이 존재하는데, 이러한 틈을 통해 전기영동필름(240)을 뚫고 내려가는 빛은 하부기판 (201)상에 형성된 빛을 흡수하는 기능을 하는 블랙매트리스(203)에 의해 모두 흡수되므로, 도 4(a)에서와 같이, 블랙화상 구현시에 기존과 같이 박막트랜지스터의 배선을 통해 반사되어 다시 돌아 오는 빛이 존재하지 않기 때문에 보다 더 진한 블랙 화면을 구현할 수 있게 된다.
따라서, 이로 인해 블랙 휘도가 개선되므로써 전체 콘트라스트비 (contrast ratio)가 향상된다.
마찬가지로, 도 4(b)에서와 같이, 화이트 화상을 구현할 때에도 상기 전기영동필름(240)간에는 미세한 틈이 존재하는데, 이러한 틈을 통해 전기영동필름(240)을 뚫고 내려가는 빛은 하부기판(201)상에 형성된 빛을 흡수하는 기능을 하는 블랙매트리스(203)에 의해 모두 흡수되므로, 도 4(b)에서와 같이, 화이트 화상 구현시에 기존과 같이 박막트랜지스터의 배선을 통해 반사되어 다시 돌아 오는 빛이 존재하지 않기 때문에 화이트 화면을 구현할 수 있게 된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기영동표시장치 제조방법에 대해 도 7a 내지 도 7e를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기영동표시장치 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
　도 7a에 도시된 바와 같이, 플렉서블(flexible)한 플라스틱 또는, 스테인레스 포일 등으로 이루어진 하부기판(201)의 전면에 블랙매트릭스 (203)를 형성한다. 이때, 상기 블랙매트릭스(203) 물질로는 카본 블랙(carbon black) 계열, 광투과율 이 작고 광흡수율이 높은 물질을 사용하거나, 크롬(Cr)을 포함하는 불투명 금속 또는 불투명 수지를 사용한다.
그다음, 상기 블랙매트릭스(203)상에 금속막(미도시)을 증착한후 포토리소그라피공정 및 식각공정에 의해 상기 금속막(미도시)을 선택적으로 패터닝하여 게이트배선(미도시) 및, 상기 게이트배선 (미도시) 에서 분기된 게이트전극(205)을 형성한다.
이때, 상기 금속막 물질로는 Al과 Al합금등의 Al 계열 금속, Ag과 Ag합금 등의 Ag 계열금속, Mo과 Mo 합금 등의 Mo 계열금속, Cr, Ti, Ta 중에서 선택하여 사용한다.
또한, 이들은 물질적 성질이 다른 두개의 막, 즉 하부막과 그 위의 상부막을 포함할 수도 있다. 여기서, 상부막은 게이트배선의 신호지연이나 전압강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를들면 Al 계열금속 또는 Ag 계열 금속으로 이루어진다.
이와는 달리, 하부막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide)나 IZO (indium zinc oxide)와의 물리적, 화학적 및 전기적 접촉 특성이 우수한 물질, 예를들어 Ti, Ta, Cr, Mo 계열 금속 등으로 이루어지거나, 또는 하부막과 상부막의 조합의 예로는 Cr/Al-Nd 합금을 들 수 있다.
이어서, 상기 게이트배선(미도시)과 게이트전극(103)을 포함한 하부기판(201)상에 질화규소(SiNx)와 같은 무기 절연물질로 이루어진 게이트절연막(207)을 형성한다.
그다음, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 게이트절연막 (105) 상부에는 수소화 비정질실리콘층 (hydroge-nated amorphous silicon) 등으로 이루어진 반도체층(미도시)과, 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질실리콘 등의 물질로 이루어진 불순물층(미도시)을 순차적으로 형성한다.
이어서, 상기 불순물층(미도시)과 반도체층(미도시)을 포토리소 그라피공정 및 식각공정에 의해 선택적으로 패터닝하여 액티브층(209)과 오믹콘택층(211)을 형성한다.
그다음, 상기 액티브층(209)과 오믹콘택층(211)을 포함한 하부기판 (201)상에 데이터배선 형성용 금속물질을 스퍼터링방법으로 증착한후 이를 포토리소그라피 공정 및 식각공정에 의해 선택적으로 패터닝하여 데이터 배선(미도시)과, 상기 데이터배선(미도시)에서 분기된 소스전극 (213)과, 이 소스전극(213)과 일정간격만큼 이격된 드레인전극(215)을 각각 형성한다.
이때, 상기 금속물질로는 Al 계열 금속, Ag 계열 금속, Mo 계열 금속, Cr, Ti, Ta 등의 물질을 사용하며, 다중층으로 형성할 수도 있다.　
또한, 상기 데이터배선(미도시)은 상기 게이트배선(미도시)과 서로 교차되게 형성되어 있으며, 상기 소스전극(213)과 드레인전극(215)은 그 아래의 액티브층(209) 및 게이트전극(205)과 함께 스위칭소자인 박막트랜지스터(T)를 구성한다.
그리고, 상기 박막트랜지스터(T)의 채널은 상기 소스전극(213)과 드레인전극(215)사이의 액티브층(209)내에 형성된다.
이어서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 데이터배선(미도시)과 소스/드레인전극(213, 215)을 포함한 하부기판(201) 전면에 평탄화 특성이 우수하며 감광성을 가지는 포토아크릴과 같은 유기물질, 저유전율 특성을 가지는 절연물질, 또는 무기물질인 질화 규소로 이루어진 보호막(217)을 형성한다.
그다음, 도 7c에 도시된 바와 같이, 보호막(217)를 포토리소그라피 공정 및 식각공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 상기 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(213) 일부분을 노출시키는 드레인콘택홀(219)을 형성한다.
그다음, 도 7d에 도시된 바와 같이, 상기 드레인콘택홀(219)을 포함한 보호막(217)상에 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO (indium zinc oxide) 등의 투명한 도전물질으로 이루어진 금속물질층(미도시)을 스퍼터링 방법으로 증착한후 이를 포토리소그라피 공정 및 식각공정에 의해 선택적으로 제거하여 상기 드레인전극(213)과 전기적으로 연결되는 화소전극(221)을 형성하므로써 하부기판(201)상에 하부어레이기판 제조를 완성한다.
이때, 상기 화소전극(221)에 데이터전압이 인가되면, 공통전압 (common voltage)을 인가받은 공통전극(미도시)과 함께 전기장을 생성 하므로써 화소전극(221)과 공통전극(미도시)사이의 전기영동필름(240)내의 화이트입자(245a)와 화이트입자(245b)들이 이동하게 되므로써 상부기판 (247)측으로부터 화상이 구현된다.
한편, 도 7e에 도시된 바와 같이, 하부기판(201)상부에는 접착 층(231)에 의해 전기영동필름(240)을 합착시킨다. 이때, 상기 전기영동필름(240)은 전기영동입 자(미도시)와 용매(243)로 형성된 마이크로캡슐(241)과, 바인더(미도시)로 이루어져 있다.
여기서, 상기 전기영동입자는 빛을 반사시키는 화이트입자(245a)와 빛을 흡수하는 블랙입자(245b)로 이루어져 있다. 이때, 상기 화이트입자(245a)는 양전하로 대전될 수 있으며, 상기 블랙입자(245b)는 음전하로 대전될 수 있다.
그다음, 상기 전기영동필름(240)상에 투명전극이 형성된 상부기판 (247)을 배치하므로써 전기영동표시장치 제조를 완성한다. 이때, 상기 투명전극(미도시)은 외부의 환경에 대해 내구성 및 내식성이 있는 도전물질, 예를들어 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO (indium zinc oxide)로 이루어지는 것이 바람직하다.
이렇게 하여, 상기 하부기판(201)상에 마련된 화소전극(221)과 상부기판(247)의 투명전극(미도시)사이에서 발생하는 전계에 의해, 상기 전기영동필름(240)내에 함유된 전기영동입자, 즉 화이트입자(245a)와 블랙입자(245b)가 이동하여, 상부기판(247)측으로는 단색 화상이 구현된다.
즉, 상기 화소전극(221)에 음의 전압을 인가하면, 상기 상부기판 (247)의 투명전극(미도시)은 상대적으로 양의 전위를 가지게 된다. 이로써, 음전하로 대전된 블랙입자(245b)는 상기 투명전극(미도시)으로 이동하게 되고, 반면에 양전하로 대전된 화이트입자(245a)는 상기 화소전극(219)으로 이동하게 된다. 이로써, 외부광이 상기 전기영동표시장치로 조사하게 되면, 상기 블랙입자(245b)에 의해 입사된 외부광은 흡수되어, 블랙을 구현한다.
이때, 상기 전기영동필름(240)간에는 미세한 틈이 존재하는데, 이러한 틈을 통해 전기영동필름(240)을 뚫고 내려가는 빛은 하부기판(201)상에 형성된 빛을 흡수하는 기능을 하는 블랙매트리스(203)에 의해 모두 흡수되므로, 도 4(a)에서와 같이, 블랙화상 구현시에 기존과 같이 박막트랜지스터의 배선을 통해 반사되어 다시 돌아 오는 빛이 존재하지 않기 때문에 보다 더 진한 블랙 화면을 구현할 수 있게 된다.
따라서, 이로 인해 블랙 휘도가 개선되므로써 전체 콘트라스트비 (contrast ratio)가 향상된다.
이와 반대로, 상기 각 화소지역에 마련된 화소전극(221)에 양의 전압을 인가하면, 상기 상부기판(247)의 투명전극(미도시)은 상대적으로 음의 전위를 가지게 된다. 이로써, 음전하로 대전된 블랙입자(245b)는 상기 화소전극(221)으로 이동하게 되고, 반면에 양전하로 대전된 화이트입자(245a)는 상기 상부기판(247)의 투명전극(미도시)으로 이동하게 된다.
따라서, 외부광이 상기 전기영동표시장치로 조사하게 되면, 상기 화이트입자(245a)에 의해 입사된 외부광을 반사시켜, 화이트를 구현한다.
마찬가지로, 도 4(b)에서와 같이, 화이트 화상을 구현할 때에도 상기 전기영동필름(240)간에는 미세한 틈이 존재하는데, 이러한 틈을 통해 전기영동필름(240)을 뚫고 내려가는 빛은 하부기판(201)상에 형성된 빛을 흡수하는 기능을 하는 블랙매트리스(203)에 의해 모두 흡수되므로, 도 4(a)에서와 같이, 화이트 화상 구현시에 기존과 같이 박막트랜지스터의 배선을 통해 반사되어 다시 돌아 오는 빛이 존재하지 않기 때문에 화이트 화면을 구현할 수 있게 된다.
또한편, 본 발명의 또다른 실시예로서, 도면에는 도시하지 않았지만, 금속기판을 하부어레이기판대신에 적용하고 상부기판상에 컬러필터층을 형성하므로써 컬러 전기영동표시장치를 구현할 수도 있다.
한편, 블랙매트릭스를 보호막으로 사용하지 않고 위에서와 같이 박막트랜지스터를 형성하기 전 단계에서 하부기판상에 형성하는 경우에 얼라인 키를 적용하게 되면패턴 형성시에 에러를 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 전기영동표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 2(a)는 블랙(black) 구현시에 전기영동필름간 틈을 뚫고 들어가는 빛이 금속배선에 의해 반사되어져 다시 위로 올라오는 상태를 도시한 개략도이고, 도 2(b) 는 화이트(white) 구현시에 전기영동필름간 틈을 뚫고 들어가는 빛이 금속배선에 의해 반사되어져 다시 위로 올라오는 상태를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기영동표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 4(a)는 블랙(black) 구현시에 전기영동필름간 틈을 뚫고 들어가는 빛이 블랙매트릭스에 흡수되어 블랙이 구현되는 상태를 도시한 개략도이고, 도 4(b)는 화이트(white) 구현시에 전기영동필름간 틈을 뚫고 들어가는 빛이 블랙매트릭스에 흡수되어 화이트가 구현되는 상태를 도시한 개략도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명에 따른 전기영동표시장치 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기영동표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기영동표시장치 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
　　　　　　　*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
101: 하부기판 103 : 블랙매트릭스
105 : 절연막 107 : 게이트전극
109 : 게이트절연막 111 : 액티브층
113 : 오믹콘택층 115 : 소스전극
117 : 드레인전극 119 : 보호막
121 : 컬러필터층 123 : 평탄화막
125 ; 드레인콘택홀 127 : 화소전극
131 : 접착층 140 : 전기영동필름
141 : 마이크로캡슐 143 : 용매
145a : 블랙입자 145b : 화이트 입자
151 : 상부기판

Claims (10)

  1. 다수의 화소영역이 정의된 하부기판;
    상기 하부기판상에 형성된 박막트랜지스터;
    상기 박막트랜지스터를 포함한 하부기판상에 형성된 블랙매트릭스;
    상기 블랙매트릭스상에 형성되고, 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결된 제1전극;
    상기 제1전극상에 배치된 전기영동필름; 및
    상기 전기영동필름상에 형성된 제2전극;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  2. 　제 1항에 있어서, 상기 블랙매트릭스는 카본블랙계열, 다공성물질, 비투과물질 또는 광흡수물질중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  3. 　　　 제1항에 있어서, 상기 블랙매트릭스는 하부기판전면에 형성되는 보호막으로 적용되는 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치 제조방법.
  4. 　　　제1항에 있어서, 상기 블랙매트릭스는 하부기판전면에 형성되는 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  5. 　　　　제 1항에 있어서, 상기 박막트랜지스터는 게이트전극, 게이트절연막, 액티브층 및 소스/드레인전극으로 구성된 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  6. 다수의 화소영역이 정의된 하부기판상에 박막트랜지스터를 형성하는 단계;
    상기 박막트랜지스터를 포함한 하부기판상에 블랙매트릭스를 형성하는 단계;
    상기 블랙매트릭스상에 상기 박막트랜지스터와 전기적으로 연결되는 제1전극을 형성하는 단계;
    상기 제1전극상에 전기영동필름을 형성하는 단계; 및
    상기 전기영동필름상에 제2전극을 형성하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치 제조방법.
  7. 　　　제 6항에 있어서, 상기 블랙매트릭스는 카본블랙계열, 다공성물질, 비투과물질 또는 광흡수물질중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치 제조방법.
  8. 　　　 제6항에 있어서, 상기 블랙매트릭스는 하부기판전면에 형성되는 보호막으로 적용되는 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치 제조방법.
  9. 　　　제6항에 있어서, 상기 블랙매트릭스는 하부기판전면에 형성되는 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치 제조방법.
  10. 　　　제 6항에 있어서, 상기 박막트랜지스터는 게이트전극, 게이트절연막, 액티브층 및 소스/드레인전극을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치 제조방법.
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