KR20100079097A - 전기영동 표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

전기영동 표시장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기영동 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 그 구성은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기영동 표시장치는 기판상에 서로 교차되게 배열되어 복수개의 화소를 정의하는 게이트라인과 데이터라인; 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차 지점에 형성되고, 상기 복수개의 화소 각각에 구비되는 박막트랜지스터; 상기 복수개의 화소 각각에 배치되고, 다음 단 화소의 화소전극이 현재 단 화소의 박막트랜지스터를 오버랩시키는 화소전극; 및 상기 화소전극과 박막트랜지스터가 형성된 기판상에 합착된 전기영동소자;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
전기영동소자, 현재단 박막트랜지스터, 다음단 화소전극

Description

전기영동 표시장치 및 그 제조방법{ELECTROPHORETIC DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 전기영동표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다음 단 화소부의 화소전극을 이용하여 현재 단의 트랜지스터부를 오버랩시켜 기생용량을 줄일 수 있는 전기영동 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기영동표시장치는 전압이 인가하는 한쌍의 전극을 콜로이드용액에 담그면 콜로이드 입자가 어느 한쪽의 극성으로 이동하는 현상을 이용한 화상표시장치로서, 백라이트를 사용하지 않으면서 넓은 시야각, 높은 반사율, 읽기 쉬움 및 저소비전력 등의 특성을 갖는 장치로서, 전자종이(electric paper)로서 각광받을 것으로 기대된다.
이와 같은 전기영동 표시장치는 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, 전기영동막내의 대전입자가 화소전극측으로 또는 반대측으로 이동하 는데, 이것에 의해 뷰잉시트(viewing sheet)를 통하여 이미지를 볼 수 있다.
이러한 관점에서, 종래기술에 따른 전기영동 표시장치에 대해 도 1 및 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 전기영동 표시장치의 개략적인 평면도로서, n번째 화소와 n+1번째 화소의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도로서, 종래기술에 따른 전기영동 표시장치의 개략적인 단면도이다.
종래기술에 따른 전기영동 표시장치는, 박막트랜지스터 어레이(미도시)와 전기영동소자(미도시)로 구성된다.
상기 박막트랜지스터 어레이는, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 기판(11)에 게이트라인(13)과 데이터라인(19)이 교차되게 배열되어 화소영역, 예를들어 n번째 화소(Pn)와 n+1번째 화소(Pn+1)를 정의하며, 상기 각 화소영역을 정의하는 게이트라인(13)과 데이터라인(19)이 교차영역에는 스위칭소자인 박막트랜지스터 (thin film transistor; TFT)(T)가 형성된다. 이때, 종래기술에 따른 전기영동 표시장치는 통상적으로 복수개의 화소들로 구성되어 있지만, 본 발명에서는 현재 단의 화소인 n번째 화소(Pn)와, 다음 단의 화소인 n+1번째 화소(Pn+1)를 중심으로 설명하기로 한다.
여기서, 상기 박막트랜지스터(T)는 상기 게이트라인(13)에서 상기 데이터라인(19)과 평행하게 연장된 게이트전극(13a)과, 상기 데이터라인(19)에서 연장된 소스전극(21) 및, 상기 소스전극(21)으로부터 채널길이만큼 이격된 드레인전극 (23), 그리고 액티브층(미도시)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 각 화소영역에는 상기 게이트라인(13)과 수평되게 공통전극배선 (13b)이 형성되어 있으며, 상기 드레인전극(23)은 각 화소영역에서 상기 공통전극배선(13b)과 오버랩되어 있다.
그리고, 상기 박막트랜지스터(T)를 포함하는 각 화소(Pn, Pn+1)상에는 n번째 화소전극(29n)과 n+1번째 화소전극(29n+1)이 각각 오버랩되어 배치된다. 이때, n번째 화소전극(29n)과 n+1번째 화소전극(29n+1) 각각은 콘택홀(27a, 27b)을 통해 각 화소영역에 형성된 드레인전극(23)과 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 상기 n번째 화소(Pn)상에 배치되는 화소전극(29n)은 n번째 화소(Pn)에 구비된 트랜지스터(Tn)와 오버랩되어 있으며, 상기 n+1번째 화소(Pn+1)상에 배치되는 화소전극(29n+1)은 n+1번째 화소(Pn+1)에 구비된 트랜지스터(Tn+1)와 오버랩되어 있다.
한편, 상기 전기영동소자는, 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스필름(51), 상부전극(53), 마이크로캡슐(40) 및 접착필름(미도시)으로 구성되어, 상기 박막트랜지스터 어레이상에 라미네이션(lamination)된다. 이때, 상기 마이크로캡슐(40)내부에는 서로 다른 전압으로 차징되는 블랙입자(black pigment)(45)와 백색입자(white pigment)(47) 및 솔벤트(43)가 충진되어 있다.
따라서, 상기 각 화소영역(Pn, Pn+1)에 각각 배치된 화소전극(29n, 29n+1)에 특정한 전압을 인가하면, 상기 블랙입자(black pigment)(45)와 백색입자(white pigment)(47)는 그에 따라 마이크로캡슐(40)내부에서 이동하게 되는데, 이로 인해 화상이 베이스필름(51)측으로 구현된다.
그러나, 상기 종래기술에 따른 전기영동 표시장치에 의하면 다음과 같은 문제점이 있다.
상기 종래기술에 따른 전기영동 표시장치는 화소전극 각각이 각 화소영역에 형성된 박막트랜지스터를 포함하여 화소 전체에 오버랩되어 있어 기생용량(Cgs)이 발생하게 된다.
특히, 화질의 상태를 크게 좌우하는 킥-백 전압(△Vp)이라는 항목이 있는데, 전기영동 표시장치의 구동에 있어 픽셀구조상 기생용량(Cgs) 증가로 킥-백 전압(△Vp)이 증가하여 화질 상태가 나빠진다.
또한, 종래에는 전기영동 표시장치를 구동할때 전계 효과로 인한 E-잉크 입자의 원하지 않는 거동을 방지하기 위해 각 화소영역에 위치하는 게이트라인, 데이터라인, 박막트랜지스터 부분등을 화소전극을 이용하여 모두 덮게 되므로써 기생용량(Cgs)이 증가하게 된다.
이에 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 현재단 화소에 형성된 트랜지스터 부분을 다음 단 화소에 배치된 화소전극을 이용하여 덮도록 하므로써 기생용량을 감소시킬 수 있어 화질 품질을 향상시킬 수 있는 전기영동 표시장치 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기영동 표시장치는 기판상에 서로 교차되게 배열되어 복수개의 화소를 정의하는 게이트라인과 데이터라인; 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차 지점에 형성되고, 상기 복수개의 화소 각각에 구비되는 박막트랜지스터; 상기 복수개의 화소 각각에 배치되고, 다음 단 화소의 화소전극이 현재 단 화소의 박막트랜지스터를 오버랩시키는 화소전극; 및 상기 화소전극과 박막트랜지스터가 형성된 기판상에 합착된 전기영동소자;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기영동 표시장치 제조방법은, 기판상에 서로 교차되게 배열되어 복수개의 화소를 정의하는 게이트라인과 데이터라인을 형성하는 단계; 상기 각 화소의 게이트라인과 데이터라인의 교차 지점에 박막트랜지스터를 형성하는 단계; 상기 복수개의 화소 각각에 다음 단 화소의 화소전극이 현재 단 화소의 박막트랜지스터를 오버랩시키는 화소전극을 형성하는 단계; 및 상기 화소전극과 박막트랜지스터가 형성된 기판상에 전기영동소자를 합착시키는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 전기영동 표시장치 및 그 제조방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 전기영동 표시장치는 화소 구조에서 다음 단 화소부의 화소전극을 이용하여 현재 단의 트랜지스터를 덮도록 하므로써 기생용량(Cgs)을 크게 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기영동 표시장치는 킥-백 전압(kick-back voltage) (△Vp)이 감소되어 화질 품질을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 전기영동 표시장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 개략적인 평면도로서, n번째 화소와 n+1번째 화소의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 단면도로서, 본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 n번째 화소와 n+1번째 화소를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 단면도로서, 본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 n번째 화소와 n+1번째 화소를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 시간에 따른 전압의 변화에 의해 나타나는 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명에 따른 전기영동 표시장치는, 박막트랜지스터 어레이(미도시)와 전기영동소자(미도시)로 구성된다.
상기 박막트랜지스터 어레이는, 도 3 내지 5에 도시된 바와 같이, 기판(101)에 게이트라인(103)과 데이터라인(109)이 교차되게 배열되어 화소영역, 예를들어 n번째 화소(Pn)와 n+1번째 화소(Pn+1)를 정의하며, 상기 각 화소영역을 정의하는 게이트라인(103)과 데이터라인(109)이 교차영역에는 스위칭소자인 박막트랜지스터 (thin film transistor; TFT)(Tn, Tn+1)가 형성된다. 이때, 전기영동 표시장치는 통상적으로 복수개의 화소들로 구성되어 있지만, 본 발명에서는 현재 단의 화소인 n번째 화소(Pn)와, 다음 단의 화소인 n+1번째 화소(Pn+1)를 중심으로 설명하기로 한다. 또한, 상기 n번째는 현재 단으로, n+1번째는 다음 단으로 가정한다.
여기서, 상기 박막트랜지스터(T)는 상기 게이트라인(103)에서 상기 데이터라인(109)과 평행하게 연장된 게이트전극(103a)과, 상기 데이터라인(109)에서 연장된 소스전극(121) 및, 상기 소스전극(121)으로부터 채널길이만큼 이격된 드레인전극 (123), 그리고 액티브층(미도시)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 각 화소영역에는 상기 게이트라인(103)과 수평되게 공통전극배선 (103b)이 형성되어 있으며, 상기 드레인전극(123)은 각 화소영역에서 상기 공통전극배선(13b)과 오버랩되어 있다.
그리고, 상기 n번째 화소(Pn)중 박막트랜지스터(Tn) 지역을 제외한 나머지 지역에는 n번째 화소전극(129n)이 오버랩되어 있고, n번째 박막트랜지스터(Tn)상에는 그 다음 단인 n+1번째 화소(Pn+1)의 화소전극(129n+1)이 오버랩되어 있다.
또한, 상기 n+1번째 화소(Pn+1)중 박막트랜지스터(Tn+1) 지역을 제외한 나머지 지역에는 n+1번째 화소전극(129n+1)이 오버랩되어 있고, n+1번째 박막트랜지스터(Tn+1)상에는 그 다음 단인 n+2번째 화소(Pn+2)의 화소전극(129n+2)이 오버랩되어 있다.
이때, 상기 n번째 화소전극(129n)과 n+1번째 화소전극(129n+1) 각각은 콘택홀 (127a, 127b)을 통해 각 화소영역에 형성된 드레인전극(123)과 전기적으로 접속되어 있다.
한편, 상기 전기영동소자는, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 베이스필름 (151), 상부전극(153), 마이크로캡슐(140) 및 접착필름(미도시)으로 구성되어, 상기 박막트랜지스터 어레이상에 라미네이션(lamination)된다. 이때, 상기 마이크로캡슐(140)내부에는 서로 다른 전압으로 차징되는 블랙입자(black pigment)(145)와 백색입자(white pigment)(147) 및 솔벤트(143)가 충진되어 있다.
따라서, 상기 각 화소영역(Pn, Pn+1)에 각각 배치된 화소전극(129n, 129n+1)에 특정한 전압을 인가하면, 상기 블랙입자(black pigment)(145)와 백색입자(white pigment)(147)는 그에 따라 마이크로캡슐(140)내부에서 이동하게 되는데, 이로 인해 화상이 베이스필름(151)을 통해 구현된다.
따라서, 상기 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 전기영동 표시장치는, 도 6에 도시된 바와 같이, 종래 구조에 비해 픽셀전압 강하가 적어짐을 알 수 있다.
한편, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 전기영동 표시장치 제조방법에 대해 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 개략적인 평면도로서, n번째 화소와 n+1번째 화소의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 단면도로서, 본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 n번째 화소와 n+1번째 화소를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 단면도로서, 본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 n번째 화소와 n+1번째 화소를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 플라스틱 또는, 스테인레스 포일 등으로 이루어진 하부기판(101)상에 금속막(미도시)을 증착한후 포토리소그라피 공정 및 식각공정에 의해 상기 금속막을 선택적으로 패터닝하여 게이트라인(미도시; 도 3의 103 참조), 상기 게이트라인(미도시)에서 분기된 게이트전극(103a) 및 공통전극배선 (103b)을 형성한다. 이때, 상기 금속막 물질로는 Al과 Al합금 등의 Al 계열금속, Ag과 Ag 합금 등의 Ag 계열금속, Mo과 Mo 합금 의 Mo 계열금속, Cr, Ti, Ta 중에서 선택하여 사용한다.
그다음, 상기 게이트라인(미도시)과 게이트전극(103a)을 포함한 하부기판(101)상에 산화규소(SiOx) 또는 질화규소(SiNx)와 같은 무기 절연물질로 이루어진 게이트절연막(105)을 형성한다.
이어서, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 게이트절연막(105)상부에는 수소화 비정질실리콘층 등으로 이루어진 반도체층(미도시)과 실리사이드 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 실리콘 등의 물질로 이루어진 불순물층(미도시)을 순차적으로 형성한다.
그다음, 상기 불순물층(미도시)과 반도체층(미도시)을 포토리소 그라피공정 및 식각공정에 의해 선택적으로 패터닝하여 액티브층(107)과 오믹콘택층(미도시)을 형성한다.
이어서, 상기 액티브층(107)과 오믹콘택층(미도시)을 포함한 기판 전면에 데이터라인용 금속물질을 스퍼터링 방법으로 증착한후 이를 포토리소 그라피공정 및 식각공정에 의해 선택적으로 패터닝하여 데이터라인(미도시; 도 3의 119 참조)과, 상기 데이터라인에서 분기된 소스전극(121)과, 이 소스전극(121)과 일정간격 이격 된 드레인전극(123)을 형성한다.
이때, 상기 금속물질로는 Al과 Al합금 등의 Al 계열금속, Ag과 Ag 합금 등의 Ag 계열금속, Mo과 Mo 합금 의 Mo 계열금속, Cr, Ti, Ta 중에서 선택하여 사용한다.
이렇게 하여, 상기 데이터라인(미도시; 119)과 게이트라인(미도시; 103)은 교차되게 배열되어 각 화소(Pn, Pn+1)를 정의하며, 상기 소스전극(121)과 드레인전극(123)은 그 아래의 액티브층(107) 및 게이트전극(103)과 함께 스위칭소자인 박막트랜지스터(Tn, Tn+1)를 구성한다. 이때, 상기 박막트랜지스터(Tn, Tn+1)의 채널은 상기 소스전극(121)과 드레인전극(123)사이의 액티브층(107)내에 형성된다.
이어서, 상기 데이터라인(미도시)과 소스/드레인전극(121, 123)을 포함한 하부기판(101) 전면에 평탄화 특성이 우수하며, 감광성을 가지는 유기물질, 저유전 특성을 가지는 절연물질, 또는 무기물질인 질화 규소로 이루어진 보호막(125)을 형성한다.
그다음, 포토리소 그라피공정 및 식각공정을 통해 상기 보호막(125)을 선택적으로 패터닝하여 상기 각 화소(Pn, Pn+1)의 드레인전극(123) 일부를 노출시키는 콘택홀(127a, 127b)을 형성한다.
이어서, 상기 콘택홀(127a, 127b)을 포함한 보호막(125)상에 ITO (indium tin oxide) 또는 IZO (indium zinc oxide) 등의 투명한 도전물질로 이루어진 금속물질층(미도시)을 스퍼터링방법으로 증착한후 이를 포토리소 그라피 공정 및 식각공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 상기 각 화소(Pn, Pn+1)의 드레인전극(123)과 전기 적으로 접속되는 화소전극(129n, 129n+1, 129n+2, ---)을 형성하므로써 박막트랜지스터 어레이 제작을 완료한다. 이때, 상기 n번째 화소(Pn)의 박막트랜지스터(Tn)상에는 n+1번째 화소(Pn+1)의 화소전극(129n+1)이 오버랩된다. 또한, 상기 n+1번째 화소(Pn+1)의 박막트랜지스터(Tn+1)상에는 n+2번째 화소(미도시)의 화소전극 (129n+2)이 오버랩된다.
한편, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 베이스필름(151)상에 상부전극(153), 마이크로캡슐(140) 및 접착필름(미도시)으로 구성된 전기영동소자를 제작하여, 상기 박막트랜지스터 어레이상에 라미네이션(lamination)한다. 이때, 상기 마이크로캡슐(140)내부에는 서로 다른 전압으로 차징되는 블랙입자(black pigment)(145)와 백색입자(white pigment)(147) 및 솔벤트(143)가 충진되어 있다.
이렇게 하여 본 발명에 따른 전기영동 표시장치 제조를 완료한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기영동 표시장치는 화소 구조에서 다음 단 화소부의 화소전극을 이용하여 현재 단의 트랜지스터를 덮도록 하므로써 기생용량(Cgs)을 크게 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전기영동 표시장치는 킥-백 전압(kick-back voltage) (△Vp)이 감소되어 화질 품질을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 전기영동 표시장치의 개략적인 평면도로서, n번째 화소와 n+1번째 화소의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도로서, 종래기술에 따른 전기영동 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 개략적인 평면도로서, n번째 화소와 n+1번째 화소의 배열을 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 단면도로서, 본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 n번째 화소와 n+1번째 화소를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 단면도로서, 본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 n번째 화소와 n+1번째 화소를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 시간에 따른 전압의 변화에 의해 나타나는 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호설명
101 : 하부기판 103 : 게이트라인
103a : 게이트전극 103b : 공통전극배선
105 : 게이트절연막 107 : 액티브층
119 : 데이터라인 121 : 소스전극
123 : 드레인전극 125 : 보호막
127a, 127b : 콘택홀 129n : n번째 화소전극
129n+1 : n+1번째 화소전극 129n+2 : n+2번째 화소전극
140 : 마이크로캡슐 143 : 솔벤트
145 : 화이트 입자 147 : 블랙입자
151 : 베이스필름 153 : 상부전극
Tn : n번째 트랜지스터 Tn+1 : n+1번째 트랜지스터
Pn : n번째 화소 Pn+1 : n+1번째 화소

Claims (4)

  1. 기판상에 서로 교차되게 배열되어 복수개의 화소를 정의하는 게이트라인과 데이터라인;
    상기 게이트라인과 데이터라인의 교차 지점에 형성되고, 상기 복수개의 화소 각각에 구비되는 박막트랜지스터;
    상기 복수개의 화소 각각에 배치되고, 다음 단 화소의 화소전극이 현재 단 화소의 박막트랜지스터를 오버랩시키는 화소전극; 및
    상기 화소전극과 박막트랜지스터가 형성된 기판상에 합착된 전기영동소자;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기영동소자는 베이스필름과, 상부전극 및 마이크로캡슐을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  3. 기판상에 서로 교차되게 배열되어 복수개의 화소를 정의하는 게이트라인과 데이터라인을 형성하는 단계;
    상기 각 화소의 게이트라인과 데이터라인의 교차 지점에 박막트랜지스터를 형성하는 단계;
    상기 복수개의 화소 각각에 다음 단 화소의 화소전극이 현재 단 화소의 박막트랜지스터를 오버랩시키는 화소전극을 형성하는 단계; 및
    상기 화소전극과 박막트랜지스터가 형성된 기판상에 전기영동소자를 합착시키는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전기영동소자는 베이스필름과, 상부전극 및 마이크로캡슐을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치 제조방법.
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