KR20110063226A - 전기영동 디스플레이 장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

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KR20110063226A
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Abstract

일 실시예는 전기영동필름에 인광 피그먼트 입자를 포함하여, 주변 환경이 어두운 곳에서도 화면을 표시할 수 있는 전기영동 디스플레이 장치를 제공하고자 한다. 즉, 일 실시예에 따른 전기영동 디스플레이 장치는 외부의 광원이 없는 경우에도 화면 표시가 가능하게 된다.
따라서, 일 실시예에 따른 전기영동 디스플레이 장치는 외부 광원이 있을 때 화면을 표시하는 반사형 디스플레이 장치의 장점을 모두 포함하면서, 어두운 환경 하에서도 화면을 표시할 수 있다.
인광 피그먼트 입자, 전기영동필름, 반사형 디스플레이.

Description

전기영동 디스플레이 장치 및 이의 제조방법{ELECTROPHORETIC DISPLAY DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
실시예는 전기영동 디스플레이 장치 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 외부광원이 없는 어두운 곳에서도 화면표시가 가능한 전기영동 디스플레이 장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근에, 신문이나 잡지를 디스플레이할 수 있는 표시장치의 연구가 활발하다. 이러한 표시장치 중에 하나가 전기영동 디스플레이 장치이다.
통상의 전기영동 디스플레이 장치(Electrophoretic Display Device : EPD)는 유연성(flexibility)과 휴대성이 뛰어나며, 경량 등의 특성을 지닌 전기영동(Electrophoresis : 전기장 내에서 하전된 입자가 양극 또는 음극쪽으로 이동하는 현상)을 이용한 평판 디스플레이의 일종이다.
이와 같은 전기영동 디스플레이 장치는 2개의 기판 사이에 전기영동막이 개재된 구조를 가지며, 2개의 기판 중 하나 이상은 투명하여야 반사형 모드로 이미지를 표시할 수 있다. 상기 2개의 기판 중 하부 기판에 화소전극을 형성하고 상기 화소전극에 전압을 인가할 경우, 전기영동막 내의 대전입자가 화소전극 쪽으로 또는 반대쪽으로 이동하는데, 이것에 의해 뷰잉 시트(viewing sheet)를 통하여 이미지를 볼 수 있다.
이러한, 전기영동 디스플레이 장치는 종이나 플라스틱과 같은 얇고 구부리기 쉬운 베이스 필름에 박막 트랜지스터 어레이를 형성하고 박막 트랜지스터 어레이의 화소 전극과 공통전극 사이의 수직 전계에 의해 전기영동 부유입자를 구동하는 디스플레이이다. 따라서, 전기영동 디스플레이 장치는 백라이트를 사용하지 않으며 넓은 시야각, 높은 반사율, 읽기 쉬움 및 저소비 전력 등의 특성을 갖기 때문에, 차세대 전자종이로서도 기대되는 표시장치이다.
종래의 전기영동 디스플레이 장치는 박막 트랜지스터 어레이 기판을 제작하고, 잉크층을 포함하는 잉크 필름을 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판에 라미네이팅(laminating)하여 제작된다. 또한, 컬러형 전기영동 디스플레이 장치의 경우에는 상기 잉크 필름 상에 컬러필터층을 더 구비하여 제작된다.
이러한 전기영동 디스플레이 장치는 외부로부터 광이 들어온 경우에, 일측에 양의 전하 또는 음의 전하를 띄도록 대전된 화이트 컬러를 구현하는 화이트 피그먼트 입자가 배치되며, 타측에 화이트 피그먼트 입자가 띄는 전하와 반대되는 전하를 띄는 블랙 컬러를 구현하는 블랙 피그먼트 입자가 배치되어 모노 화상을 구현한다. 즉, 화이트 피그먼트 입자는 빛을 반사시키고, 블랙 피그먼트 입자는 빛을 흡수하는 것을 이용하여 모노 화상을 구현한다. 또한, 컬러 화상은 상기 잉크 필름 상부에 적색, 청색, 녹색의 컬러필터층을 이용하여 상기와 같은 원리에 의해 구현된다.
따라서, 이러한 디스플레이 장치는 반사형 디스플레이 장치로서 외부의 광원 에 의해 반사된 광으로 화면을 표시하게 되므로, 외부의 광이 없는 경우에는 그 구동화면을 표시할 수 없는 문제가 있다.
실시예는 전기영동 디스플레이 장치의 전기영동필름에 인광 성분을 포함시켜, 주변 환경이 어두운 곳에서도 화면 표시가 가능한 전기영동 디스플레이 장치 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 전기영동 디스플레이 장치는 대전된 피그먼트 입자를 포함하는 전기영동필름; 및 상기 전기영동필름에 부착되며, 상기 전기영동필름을 구동하는 어레이 기판을 포함하고, 상기 대전된 피그먼트 입자는 블랙 피그먼트 입자 및 인광 피그먼트 입자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 일 실시예에 따른 전기영동 디스플레이 장치의 제조방법은 블랙 피그먼트 입자와 인광 피그먼트 입자를 포함하는 캡슐을 형성하는 단계; 상기 캡슐을 이용하여 전기영동필름을 형성하는 단계; 및 상기 전기영동필름을 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 개재하여 합착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 실시예에 따른 전기영동 디스플레이 장치의 제조방법은 블랙 피그먼트 입자와 인광 피그먼트 입자가 배치될 영역을 구획하는 격벽을 이용하여 전기영동필름을 형성하는 단계; 및 상기 전기영동필름을 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 개재하여 합착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따른 전기영동 디스플레이 장치는 전기영동필름에 인광 피그먼 트 입자를 포함하여, 주변 환경이 어두운 곳에서도 화면을 표시할 수 있다. 즉, 외부의 광원이 없는 경우에도 화면 표시가 가능하게 된다.
따라서, 외부 광원이 있을 때 화면을 표시하는 반사형 디스플레이 장치의 장점을 모두 포함하면서, 어두운 환경 하에서도 화면을 표시할 수 있는 효과를 갖는다.
실시예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 영역, 필름 또는 전극 등이 각 기판, 층, 영역, 필름 또는 전극 등의 "상(on)"에 또는 "하부(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "하부(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 각 구성요소의 상 또는 하부에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 전기영동 디스플레이 장치를 도시한 단면도이다. 도 2는 제 2 실시예에 따른 전기영동 디스플레이 장치를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전기영동 디스플레이 장치는 전기영동필름(100) 및 박막 트랜지스터 어레이 기판(200) 포함한다.
제 1 실시예에 따른 상기 전기영동필름(100)은 하전 피그먼트 입자(charge pigment particle)를 포함하는 캡슐(110) 및 상기 캡슐(110)의 상하에 위치하는 상부 및 하부 보호층(120, 130)을 포함한다.
상기 캡슐(110)은 정극성 전압에 반응하는 블랙 피그먼트 입자(111), 부극성 전압에 반응하는 인광 피그먼트 입자(112) 및 솔벤트(113)를 포함한다. 상기 블랙 피그먼트 입자(111) 및 인광 피그먼트 입자(112)는 다양한 이미지를 표현하기 위해 인가된 전압과 반응할 수 있도록 대전된 상태로 상기 캡슐(110) 내에 분산되어 있다.
상기 블랙 피그먼트 입자(111)는 카본 블랙(carbon black)일 수 있다. 상기 블랙 피그먼트 입자(111)는 외부로부터의 광을 흡수하는 역할을 한다.
상기 인광 피그먼트 입자(112)는 황화 아연계 화합물, 알루민산염 화합물, 텅스텐산 칼슘, 규산 아연, 규산 카드뮴 및 붕산 카드뮴으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다,
상기 황화 아연계 화합물로는 ZnS:Cu를 들 수 있으며, 이는 화이트(white)를 나타낸다. 상기 텅스텐산 칼슘은 블루(blue)를 나타내고, 규산 아연은 그린(green)을 나타내고, 규산 및 붕산 카드뮴은 레드(red)를 나타낸다.
상기 전기영동필름(100)은 마이크로 캡슐(110) 내부에 상기 대전된 피그먼트 입자가 혼재되어 있을 수 있다.
상기 솔벤트(113)는 화학적 불활성도, 상기 피그먼트 입자들과 조화된 밀도 또는 상기 피그먼트 입자들 및 상기 캡슐(110)과의 화학적 혼화성에 다라 다양한 용매가 선택될 수 있다. 상기 솔벤트(113)은 유기 용매일 수 있다.
또한, 상기 캡슐(110)에는 상기 피그먼트 입자들 또는 전하를 개질시키기 위한 표면 개질제, 상기 피그먼트 입자들에 양호한 이동성을 제공하기 위한 전하 조절제, 및 상기 피그먼트 입자들의 응집을 방지할 뿐만 아니라 상기 피그먼트 입자들이 비가역적으로 상기 캡슐(110)의 벽 상에 침착되는 것을 방지하기 위한 안정화제가 포함될 수도 있다.
제 2 실시예에 다른 상기 전기영동필름(100)은 정극성 전압에 반응하는 블랙 피그먼트 입자(111), 부극성 전압에 반응하는 인광 피그먼트 입자(112) 및 상기 블랙 피그먼트 입자(111)와 상기 인광 피그먼트 입자(111)가 배치될 영역을 구획하는 격벽(140)을 포함한다.
상기 블랙 피그먼트 입자(111)는 카본 블랙(carbon black)일 수 있다. 상기 블랙 피그먼트 입자(111)는 외부로부터의 광을 흡수하는 역할을 한다.
상기 인광 피그먼트 입자(112)는 황화 아연계 화합물, 알루민산염 화합물, 텅스텐산 칼슘, 규산 아연, 규산 카드뮴 및 붕산 카드뮴으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다,
상기 황화 아연계 화합물로는 ZnS:Cu를 들 수 있으며, 이는 화이트(white)를 나타낸다. 상기 텅스텐산 칼슘은 블루(blue)를 나타내고, 규산 아연은 그린(green)을 나타내고, 규산 및 붕산 카드뮴은 레드(red)를 나타낸다.
상기 격벽(140)은 상기 블랙 피그먼트 입자(111)와 상기 인광 피그먼트 입자(111)가 배치될 영역을 구획한다.
상기 상부 및 하부 보호층(120, 130)은 구형의 캡슐(110)의 유동을 차단함과 아울러 캡슐(110)을 보호하는 역할을 한다. 상기 상부 및 하부 보호층(120, 130)으로는, 유연성을 가지는 플라스틱, 쉽게 구부러지는 베이스 필름, 또는 유연성을 가지는 금속 등이 이용될 수 있다.
상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(200)은 하부 플레이트(210) 위에 게이트 절연막(220)을 사이에 두고 교차하게 형성된 게이트 라인(미도시) 및 데이터 라인(미도시)과, 그 교차부마다 형성된 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor;TFT)(TR)와, 그 교차구조로 마련된 셀 영역에 형성된 화소 전극(260)을 구비한다.
상기 하부 플레이트(210)는 유연성을 가지는 플라스틱, 쉽게 구부러지는 베이스 필름, 또는 유연성을 가지는 금속 등으로 이루어진다.
상기 박막 트랜지스터(TR)는 게이트 전압이 공급되는 게이트 전극(221), 상기 데이터 라인에 접속된 소스 전극(241), 상기 화소 전극(260)에 접속된 드레인 전극(242), 상기 게이트 전극(221)과 중첩되고 상기 소스 전극(241)과 상기 드레인 전극(242) 사이에 채널을 형성하는 액티브층(231)을 구비한다.
상기 액티브층(231)은 상기 소스 전극(241) 및 상기 드레인 전극(242)과 중첩되게 형성되고, 상기 소스 전극(241)과 상기 드레인 전극(242) 사이의 채널부를 더 포함한다.
상기 액티브층(231) 위에는 상기 소스 전극(241) 및 상기 드레인 전극(242)과 오믹콘택을 위한 오믹콘택층(232)이 더 형성된다. 여기서, 통상적으로 상기 액티브층(231) 및 상기 오믹콘택층(232)을 반도체 패턴(230)이라 명명한다.
상기 화소 전극(260)은 상기 박막 트랜지스터(TR)를 보호하는 보호막(250)을 관통하여 상기 드레인 전극(242)을 노출시키는 콘택홀(251)을 통해 상기 드레인 전극(242)과 접촉된다.
상기 화소 전극(260)은 고반사율의 금속으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 알루미늄, 구리 등을 사용할 수 있다.
상기 전기영동필름(100) 상에는 공통전극(300)이 배치된다. 상기 공통전극(300)은 상기 화소 전극(260)과 수직 전계를 형성한다.
상기 공통전극(300)은 투명하고, 도전체로 이루어진다. 상기 공통전극(300)으로 사용되는 물질의 예로서는 인듐 틴 옥사이드(induim tin oxide;ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(induim zinc oxide;IZO) 등을 들 수 있다.
상기 상부 플레이트(400)는 유연성을 가지는 플라스틱, 쉽게 구부러지는 베이스 필름, 또는 유연성을 가지는 금속 등으로 이루어진다. 상기 상부 플레이트(400)는 투명하며, 상기 공통전극(300) 등을 보호한다.
또한, 상기 전기영동필름(100)은 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(200)에 제 1 접착층(500)에 의해서 접착되고, 상기 상부 플레이트(400)는 상기 전기영동필름(100)에 제 2 접착층(미도시)에 의해서 접착된다.
상기 화소 전극(260) 및 상기 공통전극(300)에 의해서 형성되는 전계의 특성에 의해서, 상기 캡슐(110) 내측의 하전입자들(111, 112)은 이동한다.
상기 화소 전극(260)에 정(+) 극성의 전압이 인가되고, 상기 공통전극(300)에 부(-) 극성의 전압이 인가될 때, 상기 블랙 피그먼트 입자(111)는 상기 화소 전 극(260)을 향하고, 상기 인광 피그먼트 입자(112)는 상기 공통전극(300)을 향한다.
따라서, 상기 전기영동필름(100)은 인광 피그먼트 입자에 따른 모드를 구현한다. 이때, 외부로부터 입사되는 광은 상기 전기영동필름(100)에 반사되어, 영상을 표시한다.
또한, 상기 화소 전극(260)에 부(-) 극성의 전압이 인가되고, 상기 공통전극(300)에 정(+) 극성의 전압이 인가될 때, 상기 블랙 피그먼트 입자(111)는 상기 공통전극(300)을 향하고, 상기 인광 피그먼트 입자(112)는 상기 화소 전극(260)을 향한다.
따라서, 상기 전기영동필름(100)은 블랙 모드를 구현한다. 이때, 외부로부터 입사되는 광은 상기 전기영동필름(100)에 흡수되어 영상을 표시한다.
도 3 내지 도 5는 실시예에 따른 전기영동 디스플레이 장치를 제조하기 위한 방법을 도시한 도면들이다. 도 6은 일 실시예에 따른 전기영동 디스플레이 장치를 외부의 광원이 없는 조건 하에서 작동시켜서 나온 화면을 스캔한 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 박막 트랜지스터 어레이 기판(200) 상에 전기영동필름(100)이 형성된다. 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판(200) 상의 제 1 접착층(500)에 의해서 상기 전기영동필름(100)이 접착된다.
제 1 실시예에 따른 전기영동필름(100)을 제조(도 3a)하기 위해, 코아서베이션(coacervation) 방법에 의해 전하를 띤 블랙 피그먼트 입자(111), 전하를 띤 인광 피그먼트 입자(112) 및 이들을 포함한 솔벤트(113)로 구성된 마이크로 캡슐(110)을 제조한다. 이후, 상기 마이크로 캡슐(110)을 바인더(binder)에 혼합하여 베이스 필름에 코팅 또는 라미네이팅(laminating)하여 전기영동필름(100)을 제조한다.
이때, 상기 블랙 및 인광 피그먼트 입자(111, 112)에 의해 이미지가 표현되도록 하고, 솔벤트(113)와 바인더는 투명한 물질로 형성하여 빛이 통과할 수 있게 한다.
상기의 전기영동필름(100)은 피그먼트 입자들이 마이크로 캡슐(110) 막에 둘러싸여 있기 때문에 인접 픽셀의 필드에 의해 피그먼트 입자들이 원하지 않는 방향으로 이동하는 것을 억제할 수 있어 보다 나은 화질을 구현할 수 있다.
상기 전기영동필름은 복수개의 마이크로 캡슐로 구성되고, 상기 마이크로 캡슐 내부에 상기 대전된 피그먼트 입자가 혼재되어 있을 수 있다.
제 2 실시예에 따른 전기영동필름(100)을 제조(도 3b)하기 위해, 블랙 피그먼트 입자(111) 및 인광 피그먼트 입자(112)가 배치될 영역을 구획함과 아울러 블랙 피그먼트 입자(111) 및 인광 피그먼트 입자(112)가 수용될 격벽(140)을 형성한다. 이후, 상기 격벽(140) 사이의 영역에 블랙 피그먼트 입자(111) 및 인광 피그먼트 입자(112)를 잉크분사공정을 통해 분사한다. 이를 통해 상기의 전기영동필름(100)을 형성한다.
상기 잉크분사공정은 바 코팅(bar coating), 다이 코팅(die coating), 스퀴징 코팅(squeezing coating), 디스펜서(dispenser), 스크린 프린팅(screen printing) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.
상기 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 전기영동필름(100)을 상기 박막 트 랜지스터 어레이 기판(200)에 제 1 접착층(500)에 의해서 접착하고, 상기 상부 플레이트(400)는 상기 전기영동필름(100)에 제 2 접착층(미도시)에 의해서 접착함으로써 실시예에 따른 전기영동 디스플레이 장치를 제조한다.
이러한 전기영동 디스플레이 장치는 상기 화소 전극(260)에 전압이 인가될 때, 전하를 띤 피그먼트 입자들이 그 극성과 반대되는 극성을 띤 전극으로 이동되어, 상기 피그먼트 입자들에 의한 빛의 반사에 따라 소정의 화상을 표시하게 된다. 한편, 상기 피그먼트 입자들의 극성을 바꾸면 반대 극성을 띠는 전극 쪽으로 이동하게 되며, 또 다른 화상을 표시하게 된다.
따라서, 일 실시예에 따른 전기영동 디스플레이 장치는 외부 광원이 있을 때 화면을 표시하는 반사형 디스플레이 장치의 장점을 모두 포함하면서, 어두운 환경 하에서도 화면을 표시할 수 있다.
도 6을 참조하면, 주변 광원이 없을 경우에도, 일 실시예에 따른 인광 피그먼트 입자의 종류에 따라, 화이트(white), 블루(blue), 그린(green), 레드(red)를 나타낼 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되 는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 전기영동 디스플레이 장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 제 2 실시예에 따른 전기영동 디스플레이 장치를 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 실시예에 따른 전기영동 디스플레이 장치를 제조하기 위한 방법을 도시한 도면들이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전기영동 디스플레이 장치를 외부의 광원이 없는 조건 하에서 작동시켜서 나온 화면을 스캔한 도면이다.

Claims (7)

  1. 대전된 피그먼트 입자를 포함하는 전기영동필름; 및
    상기 전기영동필름에 부착되며, 상기 전기영동필름을 구동하는 어레이 기판을 포함하고,
    상기 대전된 피그먼트 입자는 블랙 피그먼트 입자 및 인광 피그먼트 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 인광 피그먼트 입자는 황화 아연계 화합물, 알루민산염 화합물, 텅스텐산 칼슘, 규산 아연, 규산 카드뮴 및 붕산 카드뮴으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기영동필름은 마이크로 캡슐 내부에 상기 대전된 피그먼트 입자가 혼재되어 있는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기영동필름은 격벽에 의한 각각의 영역마다 상기 대전된 피그먼트 입자가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이 장치.
  5. 블랙 피그먼트 입자와 인광 피그먼트 입자를 포함하는 캡슐을 형성하는 단계;
    상기 캡슐을 이용하여 전기영동필름을 형성하는 단계; 및
    상기 전기영동필름을 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 개재하여 합착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이 장치의 제조방법.
  6. 블랙 피그먼트 입자와 인광 피그먼트 입자가 배치될 영역을 구획하는 격벽을 이용하여 전기영동필름을 형성하는 단계; 및
    상기 전기영동필름을 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 개재하여 합착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이 장치의 제조방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 인광 피그먼트 입자는 황화 아연계 화합물, 알루민산염 화합물, 텅스텐산 칼슘, 규산 아연, 규산 카드뮴 및 붕산 카드뮴으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이 장치의 제조방법.
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