KR20110015321A - 전기영동 디스플레이 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

전기영동 디스플레이 장치 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20110015321A
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박형석
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Abstract

본 발명은 전기영동 디스플레이 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 그 구성은 소정의 간격을 두고 배치되는 하부기판과 상부기판; 상기 하부기판상에 일정 간격을 두고 형성되는 다수개의 하부전극; 상기 상부기판상에 형성되는 상부전극; 상기 각 하부전극과 상부전극 사이에 형성되며, 서브 화소를 분할하여 화소공간을 형성하는 격벽; 상기 격벽내의 화소공간에 봉입되며, 아가로즈 겔(agarose gel)과 오일로 구성된 전기영동입자;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
격벽, 아가로즈 겔(agarose gel), 오일, 전기영동입자

Description

전기영동 디스플레이 장치 및 그 제조방법{ELECTROPHORETIC DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 전기영동 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아가로즈 겔(agarose gel)을 이용하여 전자종이를 구현할 수 있는 전기영동 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근에, 새로운 패러다임이 요구되는 정보 사회에 상응하는 정보 전달 및 공유 방식으로의 대변환의 필요성으로 인해, 유연한 디스플레이로서 구부릴 수 있다는 장점의 전자종이의 기술 개발이 가속화되고 있으며, 상업적 개발 단계에 접어 들고 있다.
유연한 디스플레이로서 구부릴 수 있다는 장점을 가진 전자종이는 기존의 평면 디스플레이 패널에 비하여 생산 단가가 훨씬 저렴하며 액정표시소자처럼 배경조명이나 지속적인 재충전이 필요하지 않으므로 아주 적은 에너지로도 구동될 수 있어서 에너지 효율도 월등히 앞선다.
아울러, 전자종이는 매우 선명하고, 시야각이 넓으며, 전원이 없더라도 글씨가 완전히 사라지지 않는 메모리 기능도 가지고 있다.
이러한 큰 장점으로 인해 전자종이는 종이와 같은 면과 움직이는 일러스트레이션을 갖는 전자서적, 자체 갱신성 신문, 이동 전화를 위한 재사용이 가능한 종이 디스플레이, 폐기 가능한 TV 스크린 및 전자 벽지 등 실로 광대한 분야에 응용될 수 있으며, 거대한 잠재 시장을 가지고 있다.
전자종이 구현을 위한 기술적 접근 방식은 크게 액정을 이용한 방법, 유기 EL, 반사필름 반사형 표시, 전기영동, 트위스트볼, 일렉트로크로믹 방식, 미케니컬 반사형 표시 등이 있으며, 이중 트위스트 볼 방식의 경우 볼의 위상변화에 있어서 전압의 문턱(threshold)이 없어 결정적 결함을 가지고 있으며, 일렉트로크로믹 방식의 소자도 착색층이 대기, 수분에 노출시 화학적으로 안정성이 낮고 전해질내의 이온의 확산 속도때문에 응답속도가 느린 단점이 있어, 현재 가장 주목받고 있는 전자종이 구현기술은 전기영동을 이용한 전기영동 디스플레이이다.
이러한 전기영동 현상을 이용한 방식으로는 크게 습식방식과 건식방식으로 나눌 수 있다.
이 중에서, 습식 방식을 이용한 종래기술의 전기영동 표시장치에 대해 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 습식 방식을 이용한 전기영동 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 전기영동 표시장치는 하부기판(11) 및 상부기판(21)과, 이들 기판(11, 21)상에 형성된 투명전극(13, 23)과, 상기 기판(11, 21)사이에 개재되고, 특정 전하를 가진 특정색의 잉크 미립자(33a)와 반대전하를 띤 다른 색의 잉크 미립자(또는, 색을 띤 유전유체, 33b) 및 투명 유전체(35)를 함유한 지름 200∼300 μm의 투명한 마이크로 캡슐(31)과 이들 마이크로 캡슐(31)을 혼합된 바인더(37)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 기판(11, 21)에 형성된 투명전극(13, 23)에 전압이 인가되면, 마이크로 캡슐(31)내의 백색 및 흑색의 잉크 미립자(33a, 33b)가 전기영동으로 반대 전하를 띠는 전극으로 각각 이동한다. 예를들어, 잉크 미립자(33a)가 디스플레이의 앞면으로 이동했을 경우, 디스플레이는 흰색을 띄게 되고, 잉크 미립자(33a)가 디스플레이의 뒷면으로 이동했을 경우 검은 색을 띄게 되어 전자 종이를 구현하게 된다.
그러나, 이러한 종래기술에 따른 전기영동 표시장치에 의하면 다음과 같은 문제점이 있다.
종래기술에 따른 전기영동 표시장치는, 백색 및 흑색의 잉크 미립자가 충진된 마이크로캡슐이 고가이기 때문에 전기영동 표시장치의 제조단가를 증가시키게 된다.
또한, 종래기술은 백색의 잉크 미립자가 빛을 반사시켜 백색(white)을 구현하기 때문에 종이 재질에서 얻는 백색과는 다른 느낌을 갖게 된다.
이에 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 전자 잉크대신에 아가로즈 겔(agarose gel)을 이용하여 전자 종이의 구현이 가능함으로써 제조비용이 절감되고 전자종이와 같은 디스플레이를 구현할 수 있는 전자종이 디스플레이장치 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 장치는, 소정의 간격을 두고 배치되는 하부기판과 상부기판; 상기 하부기판상에 일정 간격을 두고 형성되는 다수개의 하부전극; 상기 상부기판상에 형성되는 상부전극; 상기 각 하부전극과 상부전극 사이에 형성되며, 서브 화소를 분할하여 화소공간을 형성하는 격벽; 상기 격벽내의 화소공간에 봉입되며, 아가로즈 겔(agarose gel)과 오일로 구성된 전기영동입자;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 장치 제조방법은, 소정의 간격을 두고 배치되는 하부기판과 상부기판을 제공하는 단계; 상기 하부기판상에 일정 간격을 두고 다수개의 하부전극을 형성하는 단계; 상기 상부기판상에 상부전극을 형성하는 단계; 상기 각 하부전극과 상부전극 사이에 서브 화소를 분할하여 화소공간을 형성하는 격벽을 형성하는 단계; 상기 격벽내의 화소공간내에 아가로즈 용액(agarose sol)과 오일을 적하시켜 전기영동입자를 형성하는 단계; 및 상기 하부기판과 상부기판을 합착시키는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 장치 및 그 제조방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 장치 및 그 제조방법은, 기존의 전자 잉크대신에 홍조류에서 쉽게 추출될 수 있는 아가로즈(agarose)를 사용함으로써 기존의 전자 잉크(E-ink)에 대비하여 제조비용을 크게 낮출 수 있다.
또한, 본 발명은 전자 잉크대신에 아가로즈(agarose)를 사용하여 전기영동 디스플레이를 제작하기 때문에 자연 백색(natural white) 구현이 가능하여 종이 재질을 내는 디스플레이 제작이 가능하다.
그리고, 본 발명은 전기영동 디스플레이 장치내의 절연막 표면이 소수성이기 때문에 오일이 표면에 붙어 있으므로 쌍안정(bi-stable)한 디스플레이로 적합하다.
더우기, 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 장치는 전원을 오프(off) 시키더라도 영상을 유지하므로 저소비전력으로 구동이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 장치는 전하를 띄는 스타일러스 펜(stylus pen)을 이용하면, 쓰기(writing)가 가능하므로 별도의 터치 스크린펜 (touch screen pen)이 필요없다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기영동 디스플레이 장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 장치의 전기영동입자를 이루는 아가로즈 겔(agarose gel)의 분자구조식을 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 장치는 소정의 간격 을 두고 배치되는 하부기판(101)과 상부기판(121); 상기 하부기판(101)상에 일정 간격을 두고 형성되는 다수개의 하부전극(103)과; 상기 상부기판(121)상에 형성되는 상부전극(123); 상기 각 하부전극(103)과 상부전극(123)사이에 형성되며, 서브화소를 분할하여 화소공간을 형성하는 격벽(107); 상기 격벽(107)내의 화소공간에 봉입되며, 백색을 띄는 아가로즈 겔(agarose gel)(111)과 흑색을 띄는 오일 (oil) (113)로 구성된 전기영동입자(115)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 하부기판(101)과 상부기판(121)은 유연성이 있는 재료로 구성되는데, 일반적인 유리기판 또는 플렉서블(flexible) 플락스틱 종류의 유연성이 있는 재료가 사용된다. 바람직하기로는, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리더술폰(PES), 또는 폴리이미드 필름(Kapton, Upilex) 중에서 선택될 수 있으나, 유연성이 있는 재료이면 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 하부기판(101)과 상부기판(121)은 소정의 강도를 가지면서 박막화를 실현하기 위해서는 약 0.05∼0.5 mm 정도로 하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 하부기판(101)과 상부기판(121)에 각각 형성된 하부전극(103)과 상부전극(123)은 도전성 재료로서, 본 발명의 기술분야에서 통상적으로 사용되는 전극재료는 모두 사용될 수 있으며, 폴리티오틴 또는 폴리아닐린과 같은 도전성 폴리머, 은(Ag)이나 니켈(Ni)과 같은 금속입자를 포함하는 폴리머 필름 등의 프린터된 도전체, 그래파이터 또는 도전성 카본재료, 또는 틴옥사이드 또는 인듐 틴 옥사이드(ITO)와 같은 도전성 옥사이드를 함유하는 폴리머 필름 등의 프린터된 도전체 등의 포함될 수 있으며, 인듐틴옥사이드(ITO)가 선택될 수 있다. 투명전극이 보 다 바람직하게 선택될 수 있다. 구부렸을 때 변형율이 약 1.5% 까지도 저항 변화가 없으며, 기판과의 부착력이 양호하도록 50∼500 nm 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 하부전극(103)과 상부전극(123)은 서로 수직 교차하도록 배열된다.
그리고, 상기 다수개의 하부전극(103) 각각은 하나의 서브 화소영역에 배치되며, 서브 화소의 픽셀전극으로 사용되는데, 금속전극이나 투명전극 모두 사용가능하다. 이때, 상기 서브 화소의 픽셀전극은 각 서브화소영역에 배치되는 스위칭소자인 박막트랜지스터(미도시)와 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 상기 상부전극(123)은 상기 상부기판(121) 전면에 형성되며, 서브화소의 공통전극으로 사용되는데, 투명전극만 사용가능하다. 이때, 상기 상부전극(123)에는 일정한 기준 전압이 인가되도록 구성되어 있는데, 예를들어 하나의 서브 화소를 구동시키는 경우, 상기 상부전극(123)에 상기 기준전압 이상의 전압이 인가되면 정(+) 전압이 걸리게 되며, 만일 하나의 화소를 구동시키지 않는 경우 상기 기준전압 이하의 전압이 인가되면 부(-) 전압이 걸리게 된다.
또한, 상기 격벽(107) 재료로서는, 기판과 같은 재질도 사용되며, 정확한 형상의 제조를 위해 후막용 포토레지스트 또는 필름 형태의 감광성 재료도 사용가능하다. 특히, 상기 격벽 재료로는 유연성이 있는 재료가 바람직하며, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리더술폰(PES), 또는 폴리이미드 필름 (Kapton, Upilex)과 같은 폴리머가 선택될 수 있다.
이때, 상기 격벽(107)의 두께는, 요구되는 상하 기판의 접착 강도를 고려하여 접촉면적을 가급적 넓게 하면 유리하지만, 그만큼 개구율이 낮아지는 단점도 있 으므로 격벽(107)의 두께는 약 10∼500 μm 정도가 바람직하지만, 반드시 이에 한정하지는 않는다.
한편, 상기 전기영동입자(115)를 이루는 백색을 띄는 아가로즈 겔(agarose gel)(111)은, 도 3과 같은 분자구조식을 가지며, 중성다당류의 하나로 한천의 주성분이며, DNA나 단백질 등을 분리하는 여과재로 주로 사용된다. 이때, 상기 아가로즈 겔(111)은 홍조류에서 추출되므로, 저비용(low cost) 물질로 사용하기가 적합하다. 상기 아가로즈(agarose) 액체는 탈이온수(DI water)에 아가로즈(agarose) 분말을 넣고 60 도 이상으로 온도를 올려 용해시키면 얻을 수 있다.
또한, 상기 전기영동입자(115)를 이루는 오일(oil)(113)은, 유색 색소(안료)와 전하를 띄게 하도록하는 전하작용제가 포함되어 있다.
한편, 상기 하부전극(103)과 상부전극(123) 상부에는 하부 절연층(105) 및 상부 절연층(125)이 형성되어 있다. 이때, 상기 절연층들(105, 125)은 전기영동입자가 전극에 붙어 방전되는 것을 방지하기 위해 형성될 수 있도록 소수성 (hydrophobic) 재질로 구성된다. 또한, 상기 절연층들(105, 125)은 스퍼터링이나 화학기상증착법(CVD), 진공증착법 등의 방법으로 0.01∼10μm 두께로 형성한다.
이때, 상기 절연층(105의 재료로는 투명재질이 바람직하며 , 산화규소, 질화규소, 탄화규소, 산화알루미늄, 산화탄탈(Ta2O3) 등이 선택될 수 있으며, 고분자수지 등이 선택될 수도 있다.
이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 장치는, 하 나의 서브화소를 구동시키는 경우에, 하부기판(101)쪽에 있는 유색 색소를 포함한 오일(113)에 전기장을 걸어 상부기판(121) 쪽으로 이동시키므로써 이 서브화소에는 흑색(black) 상태가 된다. 또한, 서브화소의 픽셀전극인 하부전극(103)에 반대의 전기장을 걸어 오일(113)을 하부기판(101) 쪽으로 이동시킴으로써 상기 아가로즈 겔(agarose gel)(111)에 의해 상부기판(121)으로는 백색(white) 상태가 된다.
한편, 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 장치 제조방법에 대해 도 4a 내지 4d를 참조하여 상세히 설명한다.
도 4a 내지 4d는 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 장치 제조방법을 설명하기 위한 제조 공정 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 다수의 서브 화소영역이 정의된 하부기판(101)상에 각 서브 화소영역에 배치되는 박막트랜지터(미도시)와 함께 이 박막트랜지스터와 전기적으로 접속되는 하부전극(103), 즉 픽셀전극을 형성한다.
　이때, 도면에는 도시하지 않았지만, 하부기판상에 형성되는 박막트랜지스터 및 하부전극 형성공정에 대해 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 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(미도시)을 형성한다.
이때, 상기 하부기판(101)은 유연성이 있는 재료로 구성되는데, 일반적인 유리기판 또는 플렉서블(flexible) 플락스틱 종류의 유연성이 있는 재료가 사용된다. 바람직하기로는, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리더술 폰(PES), 또는 폴리이미드 필름(Kapton, Upilex) 중에서 선택될 수 있으나, 유연성이 있는 재료이면 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 하부기판(101)은 소정의 강도를 가지면서 박막화를 실현하기 위해서는 약 0.05∼0.5 mm 정도로 하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 게이트배선(미도시)과 게이트전극(미도시)을 포함한 하부기판(101)상에 질화규소(SiNx)와 같은 무기 절연물질로 이루어진 게이트절연막(미도시)을 형성한다.
그다음, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 게이트절연막 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(미도시)과 오믹콘택층(미도시)을 형성한다.
그다음, 상기 액티브층과 오믹콘택층을 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(미도시)과, 이 소스전극과 일정간격만큼 이격된 드레인전극(미도시)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 소스전극과 드레인전극은 그 아래의 액티브층 및 게이트전극과 함께 스위칭소자인 박막트랜지스터(미도시)를 구성한다.
그리고, 상기 박막트랜지스터의 채널은 상기 소스전극과 드레인전극사이의 액티브층내에 형성된다.
이어서, 상기 데이터배선(미도시)과 소스/드레인전극(111, 113)을 포함한 하부기판 전면에 보호막(미도시)을 형성한다.
그다음, 보호막(미도시)을 포토리소그라피 공정 및 식각공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 상기 박막트랜지스터의 드레인전극 일부분을 노출시키는 드레인콘택홀(미도시)을 형성한다.
이어서, 상기 드레인콘택홀(미도시)을 포함한 보호막상에 도전성 재료로 이루어진 금속물질층(미도시)을 스퍼터링 방법으로 증착한후 이를 포토리소그라피 공정 및 식각공정에 의해 선택적으로 제거하여 상기 드레인전극과 전기적으로 연결되는 하부전극, 즉 픽셀전극(103)을 형성함으로써 하부기판(101) 상에 박막트랜지스터 및 하부전극 형성공정을 완료한다.
그리고, 상기 하부기판(101)에 형성된 하부전극(103)은 도전성 재료로서, 본 발명의 기술분야에서 통상적으로 사용되는 전극재료는 모두 사용될 수 있으며, 폴리티오틴 또는 폴리아닐린과 같은 도전성 폴리머, 은(Ag)이나 니켈(Ni)과 같은 금속입자를 포함하는 폴리머 필름 등의 프린터된 도전체, 그래파이터 또는 도전성 카 본재료, 또는 틴옥사이드 또는 인듐 틴 옥사이드(ITO)와 같은 도전성 옥사이드를 함유하는 폴리머 필름 등의 프린터된 도전체 등의 포함될 수 있으며, 인듐틴옥사이드(ITO)가 선택될 수 있다. 투명전극이 보다 바람직하게 선택될 수 있다. 구부렸을 때 변형율이 약 1.5% 까지도 저항 변화가 없으며, 기판과의 부착력이 양호하도록 50∼500 nm 정도로 하는 것이 바람직하다.
이후, 상기 박막트랜지스터 및 하부전극(103)이 형성된 하부기판(101) 전면에 하부절연층(105)을 증착한다. 이때, 상기 하부 절연층(105)은 전기영동입자가 전극에 붙어 방전되는 것을 방지하기 위해 형성될 수 있도록 소수성 (hydrophobic) 재질로 구성한다. 또한, 상기 하부 절연층(105)은 스퍼터링이나 화학기상증착법 (CVD), 진공증착법 등의 방법으로 0.01∼10μm 두께로 형성한다. 그리고, 상기 하부 절연층(105)의 재료로는 투명재질이 바람직하며 , 산화규소, 질화규소, 탄화규소, 산화알루미늄, 산화탄탈(Ta2O3) 등이 선택될 수 있으며, 고분자수지 등이 선택될 수도 있다.
그다음, 도 4b를 참조하면, 상기 하부 절연층(105)상에는 후속 공정에서 형성될 격벽을 형성하기 위한 감광성 재료(미도시)를 도포한후 포토 리소그라피 공정기술을 이용한 노광 및 현상공정을 통해 이를 패터닝하여 각 서브 화소영역을 정의하는 격벽(107)을 형성한다. 이때, 상기 격벽(107) 재료로서는, 기판과 같은 재질도 사용되며, 정확한 형상의 제조를 위해 후막용 포토레지스트 또는 필름 형태의 감광성 재료도 사용가능하다. 특히, 상기 격벽 재료로는 유연성이 있는 재료가 바 람직하며, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리더술폰 (PES), 또는 폴리이미드 필름 (Kapton, Upilex)과 같은 폴리머가 선택될 수 있다. 이때, 상기 격벽(107)의 두께는, 요구되는 상하 기판의 접착 강도를 고려하여 접촉면적을 가급적 넓게 하면 유리하지만, 그만큼 개구율이 낮아지는 단점도 있으므로 격벽(107)의 두께는 약 10∼500 μm 정도가 바람직하지만, 반드시 이에 한정하지는 않는다.
이어서, 도 4c를 참조하면, 백색을 띄는 아가로즈 액체(agarose sol)(미도시)와, 유색색소(즉, 흑색)가 포함된 오일(oil) 및, 이 오일에 전하를 띄게 하도록 전하작용제(미도시)를 혼합하여 적하 노즐(미도시)을 통해 상기 격벽(107)에 의해 정의된 하부기판(101)의 각 서브화소영역 내에 적하시켜 아가로즈 겔(agarose gel)(111)과 오일(113)로 구성된 전기영동 입자(115)를 형성하므로써 하부기판 (101)상에 실시되는 제조공정을 완성한다. 이때, 상기 아가로즈(agarose)는 도 3과 같은 분자구조를 가지며, 중성다당류의 하나로 한천의 주성분이며, DNA나 단백질 등을 분리하는 여과재로 주로 사용된다. 또한, 상기 아가로즈(agarose)는 홍조류에서 추출되므로, 저비용(low cost) 물질로 사용하기가 적합하다. 그리고, 상기 아가로즈 액체(agarose sol)은 탈이온수(DI water)에 아가로즈(agarose) 분말을 넣고 60 도 이상으로 온도를 올려 용해시키면 얻을 수 있다. 한편, 상기 아가로즈 겔(agarose gel)(111)은, 후술에서 설명하겠지만, 하부기판 (101)과 상부기판(121)을 합착한후 상온이나 그 이하 온도로 낮추게 되면 아가로즈 액체(agarose sol)가 아가로즈 겔 상태로 변하게 된다.
한편, 상부기판(121)상에 금속막(미도시)을 증착한후 포토리소 그라피 공정 및 식각공정에 의해 상기 금속막(미도시)을 선택적으로 패터닝하여 상기 상부기판 (121) 전면에 상부전극(123)을 형성한다. 이때, 상기 상부기판(121)은 유연성이 있는 재료로 구성되는데, 일반적인 유리기판 또는 플렉서블(flexible) 플락스틱 종류의 유연성이 있는 재료가 사용된다. 바람직하기로는, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리더술폰(PES), 또는 폴리이미드 필름(Kapton, Upilex) 중에서 선택될 수 있으나, 유연성이 있는 재료이면 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 상부기판(121)은 소정의 강도를 가지면서 박막화를 실현하기 위해서는 약 0.05∼0.5 mm 정도로 하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 상부기판(121)에 형성된 상부전극(123)은 도전성 재료로서, 본 발명의 기술분야에서 통상적으로 사용되는 전극재료는 모두 사용될 수 있으며, 폴리티오틴 또는 폴리아닐린과 같은 도전성 폴리머, 은(Ag)이나 니켈(Ni)과 같은 금속입자를 포함하는 폴리머 필름 등의 프린터된 도전체, 그래파이터 또는 도전성 카본재료, 또는 틴옥사이드 또는 인듐 틴 옥사이드(ITO)와 같은 도전성 옥사이드를 함유하는 폴리머 필름 등의 프린터된 도전체 등의 포함될 수 있으며, 인듐틴옥사이드(ITO)가 선택될 수 있으나, 투명전극만이 사용 가능하다. 또한, 상기 상부전극(123)은 구부렸을 때 변형율이 약 1.5% 까지도 저항 변화가 없으며, 기판과의 부착력이 양호하도록 50∼500 nm 정도로 하는 것이 바람직하다.
그 다음, 상기 상부전극(123) 상에는 상부 절연층(125)을 증착함으로써 상부기판(121)상에 실시되는 제조공정을 완성한다. 이때, 상기 상부 절연층(125)은 전 기영동입자가 전극에 붙어 방전되는 것을 방지하기 위해 형성될 수 있도록 소수성 (hydrophobic) 재질로 구성한다. 또한, 상기 상부 절연층(125)은 스퍼터링이나 화학기상증착법 (CVD), 진공증착법 등의 방법으로 0.01∼10μm 두께로 형성한다. 그리고, 상기 상부 절연층(125)의 재료로는 투명재질이 바람직하며 , 산화규소, 질화규소, 탄화규소, 산화알루미늄, 산화탄탈(Ta2O3) 등이 선택될 수 있으며, 고분자수지 등이 선택될 수도 있다.
이어서, 이렇게 하부기판(101)과 상부기판(121)상에 실시되는 제조공정을 완료한 후, 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 하부기판(101)상에 상기 상부기판(121)을 합착시킴으로써 전기영동 디스플레이 장치 제조공정을 완료한다. 이때, 상기 하부기판(101)과 상부기판(121)을 합착한후 상온이나 그 이하 온도로 낮추게 되면 아가로즈 액체(agarose sol)가 아가로즈 겔(agarose gel) 상태로 변하게 된다.
이러한 제조공정을 통해 제조되는 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 장치는, 하나의 서브화소를 구동시키는 경우에 하부기판(101)쪽에 있는 유색 색소를 포함한 오일(113)에 전기장을 걸어 상부기판(121) 쪽으로 이동시킴으로써 이 서브화소에는 흑색(black) 상태가 된다. 또한, 서브화소의 픽셀전극인 하부전극(103)에 반대의 전기장을 걸어 오일(113)을 하부기판(101) 쪽으로 이동시킴으로써 상기 아가로즈 겔(agarose gel)(111)에 의해 상부기판(121)으로는 백색(white) 상태가 된다.
이렇게 제조되는 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 장치는, 기존의 전자 잉크대신에 홍조류에서 쉽게 추출될 수 있는 아가로즈(agarose)를 사용함으로써 기존의 전자 잉크(E-ink)에 대비하여 제조비용을 크게 낮출 수 있다.
또한, 본 발명은 전자 잉크대신에 아가로즈(agarose)를 사용하여 전기영동 디스플레이를 제작하기 때문에 자연 백색(white) 구현이 가능하여 종이 재질을 내는 디스플레이 제작이 가능하다.
그리고, 본 발명은 전기영동 디스플레이 장치내의 절연층 표면이 소수성 (hydrophobic)이기 때문에 오일(oil)이 표면에 붙어 있으므로 쌍안정(bi-stable)한 디스플레이로 적합하다.
더우기, 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 장치는 전원을 오프(off) 시키더라도 이전 영상이 유지되므로 저소비전력으로도 구동이 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 장치는 전하를 띄는 스타일러스 펜(stylus pen)을 이용하면, 쓰기(writing)가 가능하므로 별도의 터치 스크린펜 (touch screen pen)이 필요없다.
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 습식 방식을 이용한 전기영동 표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 장치의 전기영동입자를 이루는 아가로즈 겔(agarose gel)의 분자구조식을 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 4a 내지 4d는 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 장치 제조방법을 설명하기 위한 제조 공정 단면도이다.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ***
101 : 하부기판 103 : 하부전극
105 : 하부 절연층 107 : 격벽
111 : 아가로즈 겔(agarose gel) 113 : 오일(oil)
115 : 전기영동입자 121 : 상부기판
123 : 상부전극 125 : 상부 절연층

Claims (16)

  1. 소정의 간격을 두고 배치되는 하부기판과 상부기판;
    상기 하부기판상에 일정 간격을 두고 형성되는 다수개의 하부전극;
    상기 상부기판상에 형성되는 상부전극;
    상기 각 하부전극과 상부전극 사이에 형성되며, 서브 화소를 분할하여 화소공간을 형성하는 격벽;
    상기 격벽내의 화소공간에 봉입되며, 아가로즈 겔(agarose gel)과 오일로 구성된 전기영동입자;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기영동입자는 오일이 전하를 띄게 하기 위한 전하활성제가 포함된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하부전극과 상부전극상에는 각각 절연층이 더 형성된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 절연층은 소수성 표면을 가진 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 아가로즈 겔(agarose gel)은 백색(white)을 띄며, 상 기 오일은 흑색(black)을 띄는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 격벽은 후막용 포토레지스트, 필름 형태의 감광성 재료, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리더술폰(PES), 또는 폴리이미드 필름 (Kapton, Upilex)과 같은 폴리머중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 하부전극은 픽셀전극이며, 상기 상부전극은 공통전극인 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  8. 소정의 간격을 두고 배치되는 하부기판과 상부기판을 제공하는 단계;
    상기 하부기판상에 일정 간격을 두고 다수개의 하부전극을 형성하는 단계;
    상기 상부기판상에 상부전극을 형성하는 단계;
    상기 각 하부전극과 상부전극 사이에 서브 화소를 분할하여 화소공간을 형성하는 격벽을 형성하는 단계;
    상기 격벽내의 화소공간내에 아가로즈 용액(agarose sol)과 오일을 적하시켜 전기영동입자를 형성하는 단계; 및
    상기 하부기판과 상부기판을 합착시키는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 아가로즈 용액은 상기 하부기판과 상부기판을 합착시킨후 상온 또는 그 이하 온도에서 아카로즈 겔(agarose gel) 상태로 변경되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 아가로즈 액체(agarose sol)는 탈이온수(DI water)에 아가로즈(agarose) 분말을 넣고 60 도 이상으로 온도를 상승하여 용해시킨 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치 제조방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 전기영동입자는 오일이 전하를 띄게 하기 위한 전하활성제가 포함된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치 제조방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 하부전극과 상부전극상에 각각 절연층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 절연층은 소수성 표면을 가진 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치 제조방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 아가로즈 액체(agarose sol)은 백색(white)을 띄며, 상기 오일은 흑색(black)을 띄는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치 제조방법.
  15. 제8항에 있어서, 상기 격벽은 후막용 포토레지스트, 필름 형태의 형태의 감광성 재료, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리더술폰 (PES), 또는 폴리이미드 필름 (Kapton, Upilex)과 같은 폴리머중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치 제조방법.
  16. 제8항에 있어서, 상기 아가로즈(agarose)는 홍조류에서 추출한 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치 제조방법.
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