KR20090130703A - 플렉서블 반사형 표시 장치 - Google Patents

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김종성
이우재
니르자 사란
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Abstract

표시 품질이 향상된 플렉서블 반사형 표시 장치를 개시한다. 플렉서블 반사형 표시 장치는 기판, 기판 위에 구비된 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터에 전기적으로 연결되며, 탄소 나노 튜브로 이루어지고, 외부 광을 반사하여 흑색을 표시하는 제1 전극, 제1 전극 위에 구비되는 전기 영동층, 및 전기 영동층 위에 구비되는 제2 전극을 포함한다. 제1 전극은 흑색을 띠고 외부 광을 반사하여 명암 대비비를 향상시킨다. 따라서, 표시 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

플렉서블 반사형 표시 장치{FLEXIBLE REFLECTIVE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 플렉서블 반사형 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표시 품질이 향상된 플렉서블 반사형 표시 장치에 관한 것이다.
전기 영동 표시 장치(EPD : Electrophoretic Display)는 전자 책에 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 도전성 물질에 전자기장을 가하여 운동성을 갖게 하는 전기 영동 원리로 화상을 표시한다. 이를 위해, 전기 영동 표시 장치는 전극이 형성된 두 기판과 이들 사이에 개재된 안료 입자를 포함한다. 상기 전기 영동 표시 장치는 마주하는 두 전극에 전압을 인가하여 전극 양단에 전위차를 발생시킴으로써 흑색과 백색을 띠는 대전된 안료 입자를 각각 반대 극성의 전극으로 이동시켜 화상을 표시한다.
상기 전기 영동 표시 장치는 반사율과 콘트라스트가 높고 액정 표시 장치와 달리 시야각에 대한 의존성이 없어서 종이와 같이 편안한 느낌으로 화상을 표시할 수 있다. 또한, 상기 전기 영동 표시 장치는 백라이트의 도움없이 외부 광을 반사하여 화상을 표시하고, 지속적인 전압의 인가없이 화상을 유지할 수 있어 소비 전력이 작다.
상기 전기 영동 표시 장치는 다양한 크기의 상기 대전된 안료 입자들이 배열되어 상기 외부 광을 반사한다. 상기 전기 영동 표시 장치는 흑색의 화상을 표시할 경우 상기 흑색의 안료 입자 사이로 상기 백색의 안료 입자가 혼재되어 명암 대비비(Contrast Ratio)가 저하될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반사 전극을 이용하여 표시 품질이 향상된 플렉서블 반사형 표시 장치를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 플렉서블 반사형 표시 장치는 기판, 상기 기판 위에 구비된 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터에 전기적으로 연결되며, 탄소 나노 튜브로 이루어지고, 외부 광을 반사하여 흑색을 표시하는 제1 전극, 상기 제1 전극 위에 구비되는 전기 영동층, 및 상기 전기 영동층 위에 구비되는 제2 전극을 포함한다.
상기 제1 전극은 상기 탄소 나노 튜브가 연속적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 전극은 상기 외부 광에 대해서 0 ~ 50%의 투과율을 가질 수 있다. 여기서, 상기 탄소 나노 튜브는 하나 이상의 층을 이룰 수 있다.
상기 제1 전극은 상기 외부 광을 반사하여 10 ~ 20의 명암 대비비를 나타낼 수 있다. 상기 제1 전극은 면저항이 100 ohm/sq 이하 일 수 있다.
상기 제1 전극은 640GPa ~ 1TPa의 인장 탄성율을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 전극은 150 ~ 180GPa의 인장 강도를 가질 수 있다.
상기 기판은 연성의 재질로 이루어질 수 있다.
상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극, 절연층, 반도체층, 소스 전극, 및 드레인 전극을 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 드레인 전극과 연결될 수 있다.
상술한 플렉서블 반사형 표시 장치는 연속적으로 연결된 탄소 나노 튜브로 이루어진 제1 전극이 외부 광을 반사하여 명암 대비비를 향상시킨다. 이에 따라, 플렉서블 반사형 표시 장치는 화상을 더욱 선명하게 표시할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 플렉서블 반사형 표시 장치에 대한 실시 예를 상세하게 설명한다. 상술한 본 발명이 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 및 효과는 첨부된 도면과 관련된 실시 예들을 통해서 용이하게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다양한 형태로 응용되어 변형될 수도 있다. 아래의 실시 예들은 본 발명에 의해 개시된 기술 사상을 보다 명확히 하고, 나아가 본 발명이 속하는 분야에서 평균적인 지식을 가진 당업자에게 본 발명의 기술 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명의 범위가 후술될 실시 예들로 인해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다. 한편, 도면은 명확한 설명을 위해 일부가 간략하거나 과장되게 표현되었다. 도면에 표현된 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 반사형 표시 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 플렉서블 반사형 표시 장치의 일부분의 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 플렉서블 반사형 표시 장치는 기판(10), 다수의 게이트 라인(20), 다수의 데이터 라인(50), 다수의 박막 트랜지스터(15), 보호층(60), 다수의 화소 전극(70), 전기 영동층(100), 공통 전극(150), 및 보호 기판(170)을 포함한다.
상기 기판(10)은 플라스틱이나 얇은 유리와 같이 절연되고 연성을 가지는 물질로 이루어지며, 실질적으로 평탄하게 형성된다.
상기 게이트 라인(20)은 상기 기판(10) 위에 형성되며, 상기 기판(10)의 일 방향으로 연장된다. 상기 게이트 라인(20)은 저항이 낮은 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu) 등의 금속 또는 이들의 합금을 포함하여 형성될 수 있다.
상기 데이터 라인(50)은 상기 게이트 라인(20)과 다른 평면상에 형성되며, 상기 게이트 라인(20)에 교차하는 방향으로 연장된다.
상기 다수의 박막 트랜지스터(15)는 상기 게이트 라인(20)과 상기 데이터 라인(50)의 교차 지점에 형성된다. 상기 박막 트랜지스터(15)는 게이트 전극(21), 절연층(30), 반도체층(40), 소스 전극(51), 및 드레인 전극(53)을 포함한다.
상기 게이트 전극(21)은 상기 기판(10) 위에 형성되며, 상기 게이트 라인(20)에서 분기된다. 상기 게이트 전극(21)은 상기 게이트 라인(20)으로부터 게이트 온/오프 전압을 공급받아 상기 박막 트랜지스터(15)를 턴온/턴오프한다.
상기 절연층(30)은 상기 게이트 라인(20)과 상기 게이트 전극(21)의 위에 형 성되며, 상기 게이트 라인(20)과 상기 게이트 전극(21)을 절연시킨다. 상기 절연층(30)은 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx) 등의 물질로 형성된다.
상기 반도체층(40)은 상기 절연층(30) 위에 형성되며, 상기 게이트 전극(21)과 중첩된다. 상기 반도체층(40)은 액티브층과 오믹 컨택층으로 이루어진다. 상기 액티브층은 상기 박막 트랜지스터(15)의 채널을 형성한다. 이를 위해, 상기 액티브층은 수소화 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다. 상기 오믹 컨택층은 상기 액티브층과 상기 소스 전극(51) 사이의 접촉 저항과, 상기 액티브층과 상기 드레인 전극(53) 사이의 접촉 저항을 감소시킨다. 이를 위해, 상기 오믹 접촉층은 실리사이드(silicide) 또는 n형 불순물이 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 소스 전극(51)은 상기 절연층(30)과 상기 반도체층(40) 위에 형성되며, 상기 데이터 라인(50)에서 분기된다. 상기 드레인 전극(53)은 상기 소스 전극(51)으로부터 소정 거리만큼 이격되며, 상기 소스 전극(51)에 대향하여 형성된다.
상기 보호층(60)은 상기 절연층(30), 상기 반도체층(40), 상기 소스 전극(51) 및 상기 드레인 전극(53)의 위에 형성되며, 이들을 외부의 충격으로부터 보호한다. 이를 위해, 상기 보호층(60)은 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 보호층(60)은 상기 드레인 전극(53)의 일부를 노출하는 컨택홀(65)을 포함한다.
상기 화소 전극(70)은 상기 박막 트랜지스터(15)의 출력단에 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 상기 화소 전극(70)은 상기 컨택홀(65)을 통해 상기 드레인 전극(53)에 연결된다. 상기 화소 전극(70)은 외부로부터 제공된 광을 반사시키는 반사 전극이다. 상기 화소 전극(70)는 상기 전기 영동층(100)으로 블랙의 이미지를 표시할 때 명암 대비비가 향상되도록 흑색을 나타낸다. 이를 위해, 상기 화소 전극(70)은 탄소 나노 튜브(Carbon Nanotube)로 이루어진다.
상기 탄소 나노 튜브는 직경이 나노 크기인 반면 길이는 수 마이크로미터에 이르는 높은 종횡비(aspect ratio)로 인해 연성이 우수하다. 또한, 단일벽의 상기 탄소 나노 튜브는 높은 인장 탄성율과 높은 인장 강도를 갖는다. 예를 들어, 상기 탄소 나노 튜브는 640GPa ~ 1TPa의 인장 탄성율과, 150GPa ~ 180GPa의 인장 강도를 갖는다.
상기 전기 영동층(100)은 점착층(90)을 사이에 두고 상기 보호층(60)과 상기 화소 전극(70) 위에 형성된다. 상기 전기 영동층(100)은 다수의 마이크로 캡슐(110)과 바인더(120)를 포함한다. 상기 마이크로 캡슐(110)은 제1 전기 영동 입자(111), 제2 전기 영동 입자(112), 및 전기 영동 분산매(115)로 구성된다. 상기 제1 전기 영동 입자(111)는 양성으로 대전되고, 외부로부터 제공된 광을 반사하여 흑색으로 표시된다. 상기 제2 전기 영동 입자(112)는 음성으로 대전되고, 외부로부터 제공된 광을 반사하여 백색으로 표시된다. 이때, 상기 제1 전기 영동 입자(111)와 상기 제2 전기 영동 입자(112)의 극성과 색상은 변경될 수 있다. 상기 바인더(120)는 폴리머로 이루어지며, 다수의 마이크로 캡슐(110) 사이에 채워진다. 상기 바인더(120)는 결합력을 가져 상기 마이크로 캡슐(110)을 고정한다.
상기 공통 전극(150)은 상기 전기 영동층(100) 위에 형성되며, 상기 화소 전극(70)과 전계를 생성하여 상기 제1 및 제2 전기 영동 입자(111,112)를 전기 영동시킨다. 상기 공통 전극(150)은 상기 전기 영동층(100)에서 반사되는 상기 광이 투 과되도록 투명한 도전 물질로 이루어진다. 예를 들어, 상기 공통 전극(150)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 보호 기판(170)은 상기 공통 전극(150) 위에 형성되며, 상기 공통 전극(150)과 상기 전기 영동층(100)을 보호한다. 상기 보호 기판(170)은 플라스틱과 같이 투명하고 연성을 가지는 물질로 이루어진다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 반사형 표시 장치는 상기 전기 영동층(100)을 전기 변색(electrochromic) 소자, 전기 습윤(electrowetting) 소자, 및 REE(reverse emulsion electrophoretic) 소자 중 어느 하나로 대체할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 화소 전극을 설명하기 위해 일부분을 확대하여 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 화소 전극의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 화소 전극(70)은 탄소 나노 튜브(75)를 포함한다. 상기 탄소 나노 튜브(75)는 육각형 고리로 연결된 탄소들이 긴 대롱 모양을 이루는 지름 1 나노미터 크기의 미세한 분자일 수 있다. 상기 탄소 나노 튜브(75)는 탄소 원자가 3개씩 결합해 벌집 모양의 구조를 갖게 된 탄소 평면이 말려서 튜브 모양으로 형성될 수 있다. 상기 탄소 나노 튜브(75)는 외부로부터 제공된 광을 반사하여 흑색으로 표시될 수 있다.
상기 화소 전극(70)은 상기 탄소 나노 튜브(75)가 연속적으로 연결된다. 이때, 상기 화소 전극(70)은 상기 탄소 나노 튜브(75) 사이에 상기 광이 투과할 수 있는 공간이 존재하지 않아 불투명하게 형성된다. 도 3 및 도 4에서는 표현의 어려움으로 인해 상기 탄소 나노 튜브(75) 사이의 공간이 다소 과장되게 도시되었다. 다만, 상기 탄소 나노 튜브(75)는 도 3에 도시된 바로 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 화소 전극(70)은 상기 탄소 나노 튜브(75)가 다층을 이룬다. 예를 들어, 코팅 방법을 이용하여 상기 화소 전극(70)을 형성할 경우 상기 탄소 나노 튜브(75)를 두껍게 코팅한다. 이에 따라, 상기 탄소 나노 튜브(75)는 다층 구조를 이루고, 상기 화소 전극(70)으로 입사되는 광의 대부분을 반사한다. 즉, 상기 화소 전극(70)은 상기 입사되는 광에 대한 반사율이 향상된다.
이하에서는 표 1을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 반사형 표시 장치의 명암 대비비를 설명한다.
구분 반사율(%) 명암 대비비(CR)
블랙 화이트
비교예 1 3.9 30.7 7.9
비교예 2 3.0 28.5 9.4
비교예 3 3.7 28.8 7.7
비교예 4 2.8 29.7 10.5
비교예 5 3.0 30.6 10.1
비교예 6 3.3 29.6 9.1
비교예 7 3.1 28.1 9.2
비교예 8 3.3 34.1 10.3
최고값 3.9 34.1 8.8
최저값 2.8 28.1 10.0
평균값 3.3 30.0 9.2
CNT 2.2 30.0 13.6
표 1은 IZO로 이루어진 화소 전극(이하, 제1 화소 전극)과, 탄소 나노 튜브로 이루어진 화소 전극(이하, 제2 화소 전극)을 포함하는 플렉서블 반사형 표시 장치에서 블랙과 화이트를 표시할 때 광에 대한 반사율과, 명암 대비비를 나타낸다. 상기 플렉서블 반사형 표시 장치는 적분구를 이용한 반사율 측정 방법으로 상기 반사율을 측정할 수 있다. 이때, 상기 플렉서블 반사형 표시 장치는 동일한 면적으로 형성되고, 외부에서 제공되는 광은 동일한 조도를 갖는다.
표 1에서 비교예 1 내지 비교예 8(이하, 비교군)은 IZO로 이루어진 화소 전극을 나타내고, CNT는 탄소 나노 튜브로 이루어진 화소 전극을 나타낸다. 또한, 표 1에서 최고값은 상기 비교군의 측정값에서 가장 높은 값을 나타내고, 최저값은 상기 비교군의 측정값에서 가장 낮은 값을 나타내며, 평균값은 상기 비교군의 측정값의 평균을 나타낸다. 한편, 상기 플렉서블 반사형 표시 장치는 전기 영동층의 전기 영동 입자가 고르게 분포되지 않아서 상기 비교군의 반사율이 서로 다르게 나타날 수 있다.
Figure 112008042915913-PAT00001
상기 명암 대비비는 수학식 1에 표시된 바와 같이 화이트에 대한 블랙의 비율이다.
표 1을 살펴보면, 상기 CNT는 블랙의 경우 상기 비교군의 상기 평균값보다 낮은 반사율을 갖는다. 상기 제2 화소 전극은 연속적으로 연결된 상기 CNT로 이루어져 불투명하고, 광에 대한 투과율이 낮다. 이는 상기 제1 화소 전극이 상기 제2 화소 전극보다 광에 대한 투과율이 높은 것을 의미할 수 있다. 또한, 상기 제1 화소 전극을 포함하는 상기 플렉서블 반사형 표시 장치는 상기 제2 화소 전극을 포함하는 상기 플렉서블 반사형 표시 장치보다 명도가 낮은 블랙 이미지를 표시한다.
상기 CNT는 상기 비교군의 상기 평균값보다 약 36% 정도 향상된 상기 명암 대비비를 갖는다. 이에 따라, 상기 제2 화소 전극을 포함하는 상기 플렉서블 반사형 표시 장치는 상기 제1 화소 전극을 포함하는 상기 플렉서블 반사형 표시 장치보다 화이트와 블랙의 이미지를 보다 선명하게 대비하여 표시할 수 있다.
이하에서는 표 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 반사형 표시 장치의 투과율과 면저항을 설명한다.
구분 투과율(%) 면저항(ohm/sq) 반사율(W,B)(%) 명암 대비비(CR)
제1 CNT 50 54.6 42.22 , 2.41 17
30 32 42.11 , 2.48 17
15 15 43.92 , 2.78 16
제2 CNT 70 366 17.58 , 2.36 7.4
85 331 22.57 , 3.3 6.8
표 2는 연속적으로 연결된 구조의 탄소 나노 튜브로 이루어진 화소 전극(이하, 제3 화소 전극)과, 불연속적으로 연결된 구조의 탄소 나노 튜브로 이루어진 화소 전극(이하, 제4 화소 전극)을 포함하는 플렉서블 반사형 표시 장치에서 투과율, 면저항, 블랙과 화이트를 표시할 때 광에 대한 반사율, 및 명암 대비비를 나타낸다. 상기 플렉서블 반사형 표시 장치는 적분구를 이용한 반사율 측정 방법으로 상기 반사율을 측정할 수 있다. 이때, 상기 플렉서블 반사형 표시 장치는 동일한 면적으로 형성되고, 외부에서 제공되는 광은 동일한 조도를 갖는다.
표 2에서 제1 CNT는 상기 제3 화소 전극을 나타내고, 상기 제2 CNT는 상기 제4 화소 전극을 나타낸다. 상기 제3 화소 전극에는 상기 탄소 나노 튜브가 연속적으로 연결되어 광이 투과할 수 있는 공간이 존재하지 않으며, 상기 제4 화소 전극에는 상기 탄소 나노 튜브가 그물과 같은 네트워크로 연결되어 광이 투과할 수 있는 공간이 다수 존재한다.
상기 제1 CNT는 두께가 서로 다른 제1 내지 제3 견본을 이용하여 측정하였다. 여기서, 상기 면저항과 상기 투과율은 상기 연속적으로 연결된 탄소 나노 튜브의 두께에 대응하여 서로 다르게 나타날 수 있다. 예를 들어, 투과율 50%의 상기 제1 견본은 상기 탄소 나노 튜브의 두께가 가장 얇고, 투과율 15%의 상기 제3 견본은 상기 탄소 나노 튜브의 두께가 가장 두껍다. 여기서, 상기 면저항이 약 100 ohm/sq 초과하면 상기 플렉서블 반사형 표시 장치의 구동 전압이 증가하게 된다. 이에 따라, 상기 제1 CNT는 약 50% 이하의 투과율과, 약 100 ohm/sq 이하의 면저항을 가질 수 있다.
상기 제1 CNT는 상기 제2 CNT보다 약 2배 이상의 명암 대비비를 갖는다. 이때, 상기 제1 CNT는 약 10 ~ 20의 명암 대비비를 갖는다. 이를 통해, 상기 제1 CNT를 포함하는 상기 플렉서블 반사형 표시 장치는 상기 제2 CNT를 포함하는 상기 플렉서블 반사형 표시 장치보다 화이트와 블랙의 이미지를 보다 선명하게 대비하여 표시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 플렉서블 반사형 표시 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 플렉서블 반사형 표시 장치의 일부분의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 화소 전극을 설명하기 위해 일부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 화소 전극의 단면을 도시한 단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 기판 15: 박막 트랜지스터
20: 게이트 라인 50: 데이터 라인
70: 화소 전극 75: 탄소 나노 튜브
100: 전기 영동층 150: 공통 전극
170: 보호 기판

Claims (12)

  1. 기판;
    상기 기판 위에 구비된 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터에 전기적으로 연결되며, 탄소 나노 튜브로 이루어지고, 외부 광을 반사하여 흑색을 표시하는 제1 전극;
    상기 제1 전극 위에 구비되는 전기 영동층; 및
    상기 전기 영동층 위에 구비되는 제2 전극을 포함하는 플렉서블 반사형 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 탄소 나노 튜브가 연속적으로 연결되어 있는 플렉서블 반사형 표시 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 외부 광에 대해서 0 ~ 50%의 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 플렉서블 반사형 표시 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 탄소 나노 튜브는 하나 이상의 층을 이루는 것을 특징으로 하는 플렉서 블 반사형 표시 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 외부 광을 반사하여 10 ~ 20의 명암 대비비를 나타내는 것을 특징으로 하는 플렉서블 반사형 표시 장치.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 면저항이 0 ~ 100 ohm/sq인 것을 특징으로 하는 플렉서블 반사형 표시 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 640GPa ~ 1TPa의 인장 탄성율을 갖는 것을 특징으로 하는 플렉서블 반사형 표시 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극은 150 ~ 180GPa의 인장 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 플렉서블 반사형 표시 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 전기 영동층은 흑색과 백색의 전기 영동 입자를 포함하는 것을 특징으 로 하는 플렉서블 반사형 표시 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 기판은 연성의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 플렉서블 반사형 표시 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전극 위에 구비되며, 상기 제2 전극을 보호하는 보호 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 반사형 표시 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극, 절연층, 반도체층, 소스 전극, 및 드레인 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극은 상기 드레인 전극과 연결되는 플렉서블 반사형 표시 장치.
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