KR20110112144A - 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치, 이미지 시트 및 이들의 제조 방법 - Google Patents

멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치, 이미지 시트 및 이들의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치, 이미지 시트 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치는, 복수의 단위 컬러 픽셀들을 포함하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치로서, 유전성 유체 및 상기 유전성 유체 내에 분산된 적어도 한 종류의 전기 영동 입자들을 저장하는 컬러 캡슐 쉘을 갖는 복수의 컬러 캡슐들을 포함하며, 상기 복수의 컬러 캡슐들은 상기 단위 컬러 픽셀의 서브픽셀들을 정의하도록 배열된다.

Description

멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치, 이미지 시트 및 이들의 제조 방법{Multi-color electrophoretic display device, image sheet and method of fabricating the same}
본 발명은 평판 디스플레이 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치, 이미지 시트 및 이들의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 제조 기술과 정보 통신 기술 등의 발달에 수반하여, 휴대 전화기를 비롯한 개인용 컴퓨터, 비주얼 엔터테인먼트 시스템, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 전자책과 같은 전자 제품의 시장이 확대되고 있다. 이들 전자 제품에는 액정 디스플레이(LCD), 전계 방출 디스플레이(FED), 전기 영동 디스플레이(EPD), 유기ㆍ무기 발광 소자(electro-luminance device) 및 자기 볼 디스플레이와 같은 다양한 평판 디스플레이 장치가 적용된다.
이러한 평판 디스플레이 장치들 중 전기 영동 디스플레이 장치는 넓은 시야각 및 낮은 소비 전력의 특성과 함께, 가요성(flexible) 표시 장치를 쉽게 구현할 수 있어서 차세대 디스플레이 장치로서 주목을 받고 있다. 최근 전기 영동 디스플레이 장치에 컬러 필터를 적용하여 멀티 컬러 디스플레이 장치를 실현하기 위한 노력들이 있지만, 이를 위해서는 컬러 필터를 제조하여야 하고, 이를 전기 영동 디스플레이 장치 내에 결합시키기 위한 정렬 공정과 같은 추가적인 공정이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 컬러 필터 없이도, 멀티 컬러 디스플레이 장치를 구현할 수 있으며, 우수한 색상 포화도와 높은 대비도들 갖는 전기 영동 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 전술한 이점들을 갖는 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 전술한 이점들을 갖는 이미지 시트를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 전술한 이점들을 갖는 이미지 시트의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치는, 복수의 단위 컬러 픽셀들을 포함하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치로서, 유전성 유체 및 상기 유전성 유체 내에 분산된 적어도 한 종류의 전기 영동 입자들을 저장하는 컬러 캡슐 쉘을 갖는 복수의 컬러 캡슐들을 포함하며, 상기 복수의 컬러 캡슐들은 상기 단위 컬러 픽셀의 서브픽셀들을 정의하도록 배열된다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법은, 복수의 단위 컬러 픽셀들을 포함하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법으로서, 유전성 유체 및 상기 유전성 유체 내에 분산된 적어도 한 종류의 전기 영동 입자들을 저장하는 컬러 캡슐 쉘을 갖는 복수의 컬러 캡슐들을 형성하는 단계; 및 기판 상에, 상기 단위 픽셀의 서브픽셀들을 정의하도록 상기 복수의 컬러 캡슐들을 배열하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 시트는, 유전성 유체 및 상기 유전성 유체 내에 분산된 적어도 한 종류의 전기 영동 입자들을 저장하는 컬러 캡슐 쉘을 갖는 복수의 컬러 캡슐들을 포함하며, 상기 복수의 컬러 캡슐들은 상기 단위 컬러 픽셀의 서브픽셀들을 정의하도록 배열된다.
또한, 상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 시트의 제조 방법은, 지지체 기판을 제공하는 단계; 및 상기 지지체 기판 상에 유전성 유체 및 상기 유전성 유체 내에 분산된 적어도 한 종류의 전기 영동 입자들을 저장하는 컬러 캡슐 쉘을 갖는 복수의 컬러 캡슐들을 배열하여 단위 컬러 픽셀의 서브 픽셀들을 정의하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치는, 감광 발색 캡슐 쉘에 의해 발색되는 복수의 컬러 캡슐들에 의해 광 스위칭을 구현함으로써, 컬러 필터 없이도, 멀티 컬러 디스플레이 장치를 구현할 수 있으며, 우수한 색상 포화도 및 높은 대비도들 갖는 전기 영동 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 시트도 전술한 바와 같이, 컬러 필터에 의한 광손실 없이 멀티 컬러를 구현할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치의 구조 및 그 구동 방식을 도시하는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2b는 도 1에 도시된 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치에 적용될 수 있는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 서브픽셀들을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는, 단위 컬러 픽셀이 서로 다른 컬러를 갖는 캡슐 쉘을 갖는 3 종류의 컬러 캡슐들이 2차원적으로 배열된 실시예를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법을 도시하는 순서도이다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 서브픽셀 영역 상에 컬러 캡슐들을 배열하는 방법을 공정 순서에 따라 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 복수의 서브픽셀들에 컬러 캡슐들을 배열하는 공정을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 복수의 서브픽셀들에 컬러 캡슐들을 배열하는 공정을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 시트를 도시하는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역 또는 부분을 다른 영역 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역 또는 부분을 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 부재들의 크기와 형상은 설명의 편의와 명확성을 위하여 과장될 수 있으며, 실제 구현시, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 된다.
멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치의 구조 및 구동
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치(100)의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 전기 영동 디스플레이 장치(100)는 제 1 기판(10; 본 도면에서는 하부 기판일 수 있음)과 하부 기판(10)에 대향하는 제 2 기판(20; 본 도면에서는 상부 기판일 수 있음)을 포함한다. 일 실시예에서, 하부 기판(10)과 상부 기판(20) 중 적어도 어느 하나, 예를 들면, 상부 기판(20)은 투명하고, 다른 하나인 하부 기판(10)은 투명하지 않을 수도 있다. 또는, 하부 기판(10)과 상부 기판(20)이 모두 투명할 수도 있다.
하부 기판(10)과 상부 기판(20)은 유리 기판, 단결정 또는 다결정 조직을 갖는 무기 재료로 형성될 수도 있다. 기판들(10, 20)은 가요성을 가질 수 있으며, 이 경우, 기판들(10, 20)은 수지계 재료로 형성될 수 있다. 상기 수지계 재료는, 예를 들면, 각종 셀룰로오스계 수지; 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN)과 같은 폴리에스테르 수지; 폴리에틸렌 수지; 염화 폴리비닐 수지; 폴리카보네이트(PC); 폴리에테리 술폰(PES); 폴리에테르 에테르케톤(PEEK); 및 황화 폴리페닐렌(PPS) 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다. 이들 재료들은 예시적일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이들 기판들(10, 20) 상에는, 기판들(10, 20)의 주면에 수직하는 전계를 발생시키도록 서로 대향하는 전극들이 각각 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치(100)의 단위 컬러 픽셀이 제 1 내지 제 3 서브픽셀들로 이루어지는 경우, 하부 기판(10) 상에는 이들 서브픽셀들마다 하나 또는 복수의 픽셀 전극들(30R, 30G, 30B)이 형성될 수 있다. 또한, 상부 기판(10) 상에는 픽셀 전극들(30R, 30G, 30B)에 대향하는 공통 전극(30c)이 배치될 수 있다. 제 1, 제 2 및 제 3 서브픽셀은 각각 컬러 구현을 위한 적색, 녹색 및 청색 서브픽셀일 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서는, 3 가지의 서브픽셀들이 단위 컬러 픽셀을 구성하는 것을 예시하고 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 단위 컬러 픽셀은 2 개의 서브픽셀들로 구성되거나, 또는 후술하는 바와 같이 색상 표현력을 증가시키기 위해, 흑색 및/또는 백색을 표시하기 위한 추가적인 서브픽셀을 포함하는 4 개 이상의 서브픽셀들로 구성될 수도 있다.
픽셀 전극들(30R, 30G, 30B)은 수동 또는 능동 매트릭스 방식에 적합한 패턴을 가질 수 있다. 도 1은, 예시적으로, 능동 매트릭스 방식에 의해 구동될 수 있는 전극 구조를 도시하며, 이들 픽셀 전극들(30R, 30G, 30B)은 적합한 스위치 소자(50), 예를 들면, MOS 박막 트랜지스터에 의하여 구동될 수 있다. 스위치 소자(50)는 채널 영역 및 소스/드레인 영역을 갖는 반도체층(50A), 게이트 전극(50G), 반도체층(50A)과 게이트 전극(50G) 사이의 게이트 절연막(50I)을 포함할 수 있다.
스위치 소자(50)와 픽셀 전극들(30R, 30G, 30B)은 드레인 전극(50D)을 통하여 전기적으로 연결될 수 있으며, 소스 전극(50G)은 데이터 라인(미도시)에 전기적으로 연결될 수 있다. 게이트 전극(50G)과 소오스 전극(50S)이 복수의 행들 × 복수의 열들로 이루어진 어레이 형태로 배치되면, 멀티 컬러 구현에 적합한 능동 매트릭스(active matrix)가 구현된다. 다른 실시예에서, 당해 기술 분야에 잘 알려진 바와 같이, 세그먼트 방식에 따른 정적 구동을 위한 간단한 전극 구성도 본 발명의 실시예에 포함될 수 있다.
이들 전극들(30R, 30G, 30B, 30c) 중 적어도 어느 하나는 투명 전극일 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 실시예에서, 관찰자(1)에게 가시면을 제공하는 상부 기판(20) 상의 공통 전극(30c)은 투명 전극이다. 또한, 투과형 디스플레이 장치를 구성하기 위해서, 픽셀 전극들(30R, 30G, 30B)도 투명 전극일 수 있다. 상기 투명 전극은, 예를 들면, 인듐-주석-산화물(Indium-Tin-Oxide; ITO), 불화 주석 산화물(Fluorinated tin Oxide; FTO), 인듐 산화물(indium oxide; IO) 및 주석 산화물(tin oxide; SnO2)과 같은 투명한 금속 산화물, 폴리아세틸렌(polyacetylene)과 같은 투명한 도전성 수지 또는 도전성 금속 미립자를 함유하는 도전성 수지 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 이들 전극들(30R, 30G, 30B, 30c) 상에는, 이들을 보호하기 위한 적합한 전기 절연성 보호막(70a, 70b)이 형성될 수도 있다.
하부 기판(10)과 상부 기판(20) 사이에는 제 1 내지 제 3 서브픽셀들을 구성하는 복수의 컬러 캡슐들(40R, 40G, 40B; 40)이 배치된다. 이들 컬러 캡슐들(40R, 40G, 40B; 40)은 단일 층 형태로 배열될 수 있다. 컬러 캡슐들(40)은, 도 1에서 구형을 가는 것으로 도시되어 있지만, 상부 기판(20) 쪽으로 더 큰 투영 면적을 갖는 표면을 갖고 하부 기판 쪽으로는 뾰족한 표면을 갖는 부채꼴 단면 형상을 갖도록 성형될 수도 있다. 또는, 컬러 캡슐들(40)은, 직육면체 단면 형상을 갖도록 성형될 수도 있다.
복수의 컬러 캡슐들(40)은 내부에 유전성 유체(41), 유전성 유체(41) 내에 분산된 적어도 한 가지의 색상을 갖는 전기 영동 입자들(42)을 저장한다. 이들 유전성 유체(42) 및 전기 영동 입자들(42)은 캡슐 쉘(43)에 의해 캡슐화되어 있다. 캡슐 쉘(43)은, 예를 들면, 에멀젼 중합(emulsion polymerization), 계면 중합(interfacial polymerization), 인시츄 중합 반응(insitu polymerization)과 같은 화학적 공정; 동시 압출(co-extrusion) 및 상분리(phase separation)와 같은 물리적 공정; 액상 큐어링(in-liquid curing); 및 단순/복합 코아세르베이션과 같은 열거된 캡슐화 반응에 의해 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 예에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
단순한 코아세르베이션에 의해 형성되는 예시적인 캡슐 쉘의 재료들은, 젤라틴, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트 및 카르보실메틸셀룰러오스와 같은 셀루로오스계 유도체를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 복합 코아세르베이션에 의해 형성되는 예시적인 캡슐 쉘의 재료들은, 젤라틴, 아카시아, 카라기난(caragenan), 카르복실메틸셀룰로오스, 가수분해된 스틸렌 무수물 공중합체, 아가(agar), 카제인, 알부민 및 셀룰로오스 프탈레이트를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상분리에 의해 형성되는 예시적인 캡슐 쉘의 재료들은, 폴리스틸렌, PMMA, 폴리에틸 메타크릴레이트, 폴리부틸 메탈크릴레이트, 에틸 셀룰로오스 및 폴리비닐 피리딘을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 인시츄 중합 반응에 의해 형성되는 예시적인 캡슐 쉘의 재료들은, 폴리하이드록시아미드, 멜라민, 요소, 수용성 올리고머들 및 스틸렌 및 MMA와 같은 비닐 단량체들을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 계면 중합에 의해 형성되는 예시적인 캡슐 쉘의 재료들은, 세바코일(sebacoyl), 아디포일(adipoyl), 디아민, 폴리아민, 알코올, 이소시아네이트(isocyanate)를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
에멀젼 중합에 의한 캡슐 쉘의 재료들은, 스틸렌, 비닐아세테이트, 아크릴산, 부틸 아크릴레이트, t-부틸 아크릴레이트, 메틸 매타크릴레이트 및 뷜 메타클릴레이트를 포함할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 캡슐 쉘은, 전술한 예들 이외에, 다른 수용성(water soluble) 폴리머들, 수분산성(water-dispersed) 폴리머들, 유용성(oil soluble) 폴리머, 열경화성 수지, 열가소성 수지, 및 UV- 또는 방사선 경화 수지일 수도 있다.
컬러 캡슐 쉘(43)의 컬러는 캡슐 쉘 내에 포함된 해당 컬러를 나타내는 염료(dye), 안료(pigment) 또는 이들의 조합에 의해 발색될 수 있다. 또는, 투명 캡슐 쉘을 형성한 이후에 해당 컬러를 갖도록 캡슐 쉘을 발색시킬 수도 있다. 또 다른 실시예로서, 컬러 캡슐 쉘의 컬러는 해당 컬러를 나타내는 코팅층을 캡슐 쉘 상에 추가 형성함으로써 발색될 수도 있다. 이러한 컬러 캡슐 쉘의 발색 공정에 관하여는 후술하도록 한다.
복수의 컬러 캡슐들(40)의 캡슐 쉘(43)은 제 1, 제 2 및 제 3 서브픽셀에 각각 대응하는 컬러를 가질 수 있다. 예를 들면, RGB 컬러 시스템에 의한 가색 혼합법에 따른 멀티 컬러를 구현하기 위해서는, 제 1 내지 제 3 서브픽셀들은, 각각, 적색 픽셀, 녹색 픽셀 및 청색 픽셀일 수 있다. 이 경우, 제 1 서브픽셀의 컬러 캡슐들(40R)의 캡슐 쉘(43)은 적색을 가진다. 이와 유사하게, 제 2 서브픽셀의 컬러 캡슐들(40G)과 제 3 서브픽셀의 컬러 캡슐들(40B)의 캡슐 쉘들(43)은 각각 녹색 및 청색을 가질 수 있다.
다른 실시예로서, 전기 영동 디스플레이 장치(100)는 CMY 컬러 시스템에 의해 멀티 컬러를 구현할 수 있으며, 이 경우, 제 1 내지 제 3 서브픽셀의 컬러 캡슐들(40)의 캡슐 쉘들은 각각 시안색, 마젠타색 및 황색 컬러를 가질 수도 있다.
캡슐 쉘(43)에 의해 캡슐화된 유전성 유체(41)는 고저항을 갖는 유체이다. 유전성 유체(41)는 단일한 유체이거나 2 이상의 유체가 혼합된 것일 수 있다. 유전성 유체(41)의 비중은 유전성 유체(41) 내에 분산된 전기 영동 입자들(42)의 비중과 실질적으로 동일하도록 제조될 수 있다.
이들 유전성 유체(41)는, 비수용액 또는 비극성 액체일 수 있다. 예를 들면, 유전성 유체는(41), decahydronaphthalene(DECALIN), 5-ethylidene-2-norbornene, 지방산 에스테르 및 파라핀유와 같은 탄화수소 함유 용액, 톨루엔(toluene), 크실렌(xylene), phenylxylylylethane, dodecylbenzene 및 alkylnaphtalene과 같은 방향족 탄화 수소 함유 용액, perfluorodecalin, perfluorotoluene, perfluoroxylene, dichlorobenzotrifluoride, 3,4,5-trichlorobenzotrifluoride, chloropentafluro-benzene, dichlorononane, pentachlorobenzene 및 4염화 에틸렌(tetrachloroethylene)과 같은 할로겐화 용액일 수 있다. 유전성 유체(41) 내에는 전기 영동 입자들 이외에도, 전하 조절제(charge-controlling agent), 양이온성 또는 음이온성 계면 활성제, 금속 비누, 수지 재료, 금속계 결합제(coupling agent) 및 안정화제(stabilizing agent)와 같은 다양한 기능성 첨가물이 가첨될 수 있다.
유전성 유체(41) 내에 분산된 전기 영동 입자들(42)은 양성 또는 음성의 전하를 가지며, 고형의 안료(pigments), 염색된 입자들(dyed particles), 또는 이들 중 적어도 어느 하나와 폴리머의 복합체로 이루어 질 수 있다. 예를 들면, 상기 안료와 폴리머의 복합체는, 폴리머 입자 상에 안료가 코팅된 것이거나, 안료와 폴리머를 적당한 조성비로 혼합하여 얻어진 혼합체일 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니다.
일부 실시예에서, 전기 영동 입자들(42)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 흡광성 전기 영동 입자일 수 있다. 상기 흡광성 전기 영동 입자들은, 예를 들면, 아닐린 블랙(aniline black), 카본 블랙(carbon black), 타이타늄 블랙(titanium black)과 같은 흑색의 전기 영동 입자일 수 있다.
일부 실시예에서, 전기 영동 디스플레이 장치(100)는 서브픽셀들을 정의하는 격벽 구조(60)를 가질 수 있으며, 이 경우, 서로 다른 컬러를 갖는 컬러 캡슐들(40R, 40G, 40B)은 격벽 구조(60)에 의해 서로 분리될 수 있다. 다른 실시예에서, 격벽 구조(60)는 생략될 수도 있다.
또한, 도 1에 도시된 실시예와 달리, 단위 컬러 픽셀을 정의하는 위치에도 격벽 구조(60)가 더 형성될 수도 있다. 캡슐들(40)이 단일 층으로 배치되는 경우, 격벽 구조(60)의 높이는 캡슐들(40)의 지름 크기와 실질적으로 동일할 수 있다. 격벽 구조(60)의 색상은 백색이거나, 블랙 매트릭스 기능을 수행하도록 흑색일 수도 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
각 서브픽셀들에 배열되는 컬러 캡슐들(40R, 40G, 40B)은 접착층 또는 결합제와 같은 접착 부재(80)에 의해 하부 기판(20) 상에 본딩될 수 있다. 다른 실시예에서, 컬러 캡슐들(40R, 40G, 40B)은, 예를 들면, 각 서브픽셀 상에 소정의 리셉터 화합물을 도포하고, 캡슐 쉘(43)의 표면 상에 상기 리셉터 화합물과 특이적 결합을 할 수 있는 기능기를 형성하여 자리조립(self-assembly)에 의해, 각 서브픽셀에 대응하도록 해당 컬러 캡슐들(40R, 40G, 40B)을 각각 본딩시킬 수도 있다. 이에 관하여는, 도 5 내지 도 7을 참조하여 후술한다.
일부 실시예에서, 전기 영동 디스플레이 장치(100)는 컬러 캡슐들(40)과 하부 기판(10) 사이에 배치되는 반사막(91)을 더 포함할 수 있으며, 그에 따라 반사형 디스플레이 장치로서 표시 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 반사형 디스플레이 장치에서, 일부 실시예에 따르면, 전기 영동 디스플레이 장치(100)는, LED와 같은 광원(92a)과 도광판(92b)으로 이루어진 전방 조명 부재(92)를 더 포함할 수도 있다. 다른 실시예에서, 투과형 디스플레이 장치를 구현하기 위해, 하부 기판측에 광원을 더 배치할 수 있음은 자명하다.
이하에서는, 도 1에 도시된 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치(100)의 구동 방법에 대하여 개시한다. 설명의 편의를 위하여, 전기 영동 입자들(42)은 + 로 대전된 흑색의 전기 영동 입자이고, 단위 컬러 픽셀을 구성하는 제 1 내지 제 3 서브픽셀들은 각각 적색, 녹색 및 청색 서브픽셀들이며, 전기 영동 디스플레이 장치(100)는 반사형 디스플레이 장치로서 동작함으로 가정한다.
게이트 전극(50)을 통하여 주사 신호가 수신되고, 소오스 전극(50S)을 통하여 데이터 신호가 수신되면, 픽셀 전극들(30R, 30G, 30B)과 공통 전극(30c) 사이에는 소정의 전계가 형성될 수 있다. 예를 들면, 제 1 서브픽셀의 픽셀 전극(30R)에 양의 전위가 인가되고, 제 2 및 제 3 서브픽셀들의 픽셀 전극들(30G, 30B)에는 음의 전위가 인가되며, 공통 전극(30C)에는 접지 전위가 인가될 수 있다. 이 경우, 제 1 서브픽셀에는 하부 기판(10)에서 상부 기판(20) 방향의 전계가 형성되고, 제 2 및 제 3 서브픽셀들에서는 상부 기판(20)에서 하부 기판(10) 방향으로 전계가 형성된다. 도 1은 이러한 전계에 따른 흑색의 전기 영동 입자들(42)의 분포 상태를 도시한다.
적색 서브픽셀(즉, 제 1 서브픽셀)에서는, 도광판(92b)을 통하여 입사된 광(i1)이 흑색의 전기 영동 입자들(42)에 의하여 흡수된다. 그 결과, 적색 서브픽셀에서의 반사 광은 턴오프 상태에 있게 된다. 그러나, 녹색 서브픽셀(즉, 제 2 서브픽셀)과 청색 서브픽셀(제 3 서브픽셀)에서는, 도광판(92b)을 통하여 입력되는 광(i2, i3)이 반사되며, 이들의 반사 광들(r2, r3)은 턴온 상태에 있게 된다. 이 경우, 관찰자(1)는, 반사 광인 녹색 광(r2)과 청색 광(r3)이 혼합된 컬러를 관찰할 수 있게 된다. 도 1에서는, 적색 서브픽셀에 해당하는 제 1 서브픽셀만이 턴오프 상태인 경우를 도시하고 있지만, 당업자라면 각 서브픽셀들의 턴온/턴오프 조합에 의해 8 비트의 멀티 컬러 색상이 구현될 수 있으며, 하나의 서브픽셀 내에 복수의 픽셀 전극을 제공하는 경우, 계조 표현이 가능함을 이해할 것이다.
도 2a 내지 도 2b는 도 1에 도시된 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치(100)에 적용될 수 있는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 서브픽셀들을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 서브픽셀은 서로 대향하는 픽셀 전극(31)과 공통 전극(32)을 포함한다. 픽셀 전극(31)과 공통 전극(32)에 배치되는 컬러 캡슐들(40a)은, 도 1에서 전술한 바와 같이, 예를 들면, 무채색(achromatic color)이 아닌 적색, 청색, 녹색 또는 시안색, 마젠타색, 황색과 같은 소정의 컬러를 갖는 캡슐 쉘(43)을 가질 수 있다. 그러나, 도 2a에 도시된 실시예에서는, 컬러 캡슐(40a)의 유전성 유체(41) 내에 흡광성 전기 영동 입자들(42a)과 함께 반사성 입자들(42b)이 더 포함되어 있다.
반사성 입자들(42b)은 백색 입자들일 수 있으며, 예를 들면, 타이타늄 이산화물(titanium dioxide), 안티몬 산화물(antimony trioxide), 아연 황화물(zinc sulfide), 아연 산화물(zinc oxide), 탄산칼슘(CaCO3)을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 반사성 입자들(42b)은 전기적으로 중성일 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 반사성 입자들(42b)은 흡광성 전기 영동 입자들(42b)의 극성과 반대 극성을 갖는 전기 영동 입자일 수 있으며, 이 경우, 동일 전계하에서 반사성 입자들(42b)은 흡광성 전기 영동 입자들(42b)과 반대의 거동 특성을 갖는다.
도 2a는 흡광성 전기 영동 입자들(42a)이 + 극성을 갖고, 반사성 전기 영동 입자들(42b)이 - 극성을 가질 때, 공통 전극(32)에서 픽셀 전극(31) 방향의 전계가 존재하는 경우의 입자들(42a, 42b)의 분포 상태를 도시한다. 도 2a에 도시된 서브픽셀에서는, 입사 광(i)이 컬러 캡슐들(40a) 내의 반사성 입자들(42b)에 의해 반사되어, 반사 광(r)이 턴온되며, 관찰자(1)는 컬러 쉘(43)의 컬러에 해당하는 파장 범위를 광을 관찰할 수 있게 된다. 전극들(31, 32)의 극성이 반대가 되면, 반사 광(r)은 턴오프될 것이다. 도 2a에 도시된 실시예에서는, 흡광성 전기 영동 입자(42a)와 함께 반사성 입자들(42b)이 턴온/턴오프에 기여하게 되어, 표시 정보의 콘트라스트가 향상될 수 있다.
도 2b를 참조하면, 컬러 캡슐들(40b)은, 도 2a의 흡광성 전기 영동 입자들(42a) 대신에, 흑색 염료 및/또는 안료가 분산된 흡광성의 유전성 유체(41c)를 포함할 수도 있다. 도 2b의 서브픽셀은, 반사 광(r)의 스위칭을 위해 반사성 전기 영동 입자들(42b)을 더 포함할 수 있다.
도 2b에 도시된 서브픽셀은, 반사성 전기 영동 입자들(42b)이 - 극성을 갖고, 공통 전극(32)에서 픽셀 전극(31) 방향의 전계가 존재하는 경우의 반사성 전기 영동 입자들(42b)의 분포 상태를 도시한다. 도 2a와 마찬가지로, 흡광성의 유전성 유체(41)와 함께 반사성 전기 영동 입자들(42b)에 의해 콘트라스트가 향상될 수 있다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 실시예들에 따른 단위 컬러 픽셀들(200A, 200B)을 개략적으로 도시하는 상면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 단위 컬러 픽셀은 복수의 컬러 캡슐들이 2차원적으로 배열된 2 이상의 서브픽셀들을 포함할 수 있다. 도 3a 및 도 3b는, 단위 컬러 픽셀이 서로 다른 컬러를 갖는 캡슐 쉘(43a, 43b, 43c)을 갖는 3 종류의 컬러 캡슐들(40a, 40b, 40c)이 2차원적으로 배열된 실시예를 도시한다.
상기 서브픽셀들은 점선으로 표시된 가상선(VL)에 의해 분할된 단위 컬러 픽셀(200A, 200B)의 일부 영역 내에 각각 한정된다. 각 서브픽셀은, 색 포화도 및 콘트라스트와 같은 표시 품질을 고려하여 서로 동일한 크기를 갖거나, 다른 크기를 가질 수 있다. 또한, 이들 서브픽셀들은, 도 1을 참조하여 상술한 바와 같이, 가상선(VL)의 위치에 배치되는 격벽 구조(60)에 의해 서로 분리될 수도 있다.
도 3a 및 3b에 도시된 서브픽셀들의 형상은 직사각형이지만, 이는 예시적일 뿐, 본 발명의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 서브픽셀들은 원형, 탄원형, 또는 삼각형 및 오각형과 같은 임의의 다각형 형상을 가질 수 있다. 또는, 상기 서브픽셀들은 인접하는 단위 컬러 픽셀에 걸쳐 연속하는 스트라이프 또는 미언더(meander) 형상을 가질 수도 있다. 이와 유사하게, 단위 컬러 픽셀들(200A, 200B)도 전술한 서브픽셀들이 2 차원적으로 배열된 원형, 탄원형, 또는 삼각형 및 오각형과 같은 임의의 다각형 형상, 또는 스트라이프 및 미언더 형상을 가질 수도 있다.
일부 실시예에서, 각 서브픽셀 내에 배열되는 서로 다른 종류의 복수의 컬러 캡슐들(40a, 40b, 40c)은, 각각 적색 컬러 캡슐, 녹색 컬러 캡슐 및 청색 컬러 캡슐일 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 컬러 캡슐들(40a, 40b, 40c)은, 예를 들면, 시안색 컬러 캡슐, 마젠타색 컬러 캡슐 및 황색 컬러 캡슐일 수도 있다.
이들 컬러 캡슐들(40a, 40b, 40c)의 유전성 유체(41) 내에는, 전술한 바와 같이, 적어도 한 종류의 광 스위칭을 위한 전기 영동 입자, 즉, 흡광성 전기 영동 입자(42a) 및 반사성 전기 영동 입자(42b) 중 적어도 한 종류의 입자들이 분산되어 있다. 또한, 도 2b를 참조하여 전술한 바와 같이, 컬러 캡슐들(40a, 40b, 40c)은 투명한 유전성 유체 대신에, 흡광성 안료 및 염료 중 어느 하나 또는 이들 모두가 분산된 유전성 유체와 반사성 전기 영동 입자들을 포함할 수도 있다.
도 3b를 참조하면, 단위 컬러 픽셀(200B)은, 복수의 컬러 캡슐들(40a, 40b, 40c)로 이루어진 서브픽셀과 함께, 투명 쉘(43d)을 갖는 투명 캡슐들(40d)로 이루어진 서브픽셀을 더 포함할 수도 있다. 투명 쉘(43d) 내의 입자는, 전술한 바와 같이, 반사성 또는 흡광성 전기 영동 입자들, 또는 이들 모두를 포함할 수 있다. 투명 캡슐들(40d)의 광 스위칭 동작에 의해, 백색 및/또는 흑색을 나타내는 독립적인 서브픽셀이 제공될 수 있으며, 이에 의해 단위 컬러 픽셀의 백색 및 흑색의 표현력이 더 개선될 수 있다.
다른 실시예로서, 투명 쉘(43d)내의 입자는 흑색 및 백색이 아닌 유채색 전기 영동 입자일 수도 있다. 상기 유채색 전기 영동 입자를 포함하는 서브픽셀은, 전술한 컬러 캡슐들에 의해 구성된 서브픽셀을 보완하거나, 이를 일부 대체할 수 있다.
멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법을 도시하는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 먼저, 컬러를 갖는 캡슐 쉘을 포함하는 복수의 컬러 캡슐들을 형성한다(S100). 예를 들면, 컬러 캡슐 쉘의 컬러는 캡슐 쉘 내에 포함된 해당 컬러를 나타내는 염료(dye) 또는 안료(pigment) 또는 이들의 조합에 의해 발색될 수 있다.
이를 위하여, 적어도 한 종류의 전기 영동 입자들이 분산된 유전성 유체를 포함하는 제 1 상의 내부 유체를 준비한다. 또한, 상기 캡슐 쉘의 해당 컬러를 발색시키는 염료 및 안료 또는 이들 모두가 분산되어 있고, 상기 제 1 상과 다른 제 2 상의 캡슐화 유체를 준비한다. 후속하여, 상기 캡슐화 유체와 상기 내부 유체 사이에 전술한 소정의 캡슐화 반응을 유도하여, 상기 제 1 상의 유체 일부 및 상기 적어도 한 종류의 전기 영동 입자들의 일부가 캡슐화된 복수의 컬러 캡슐들을 제조한다. 상기 컬러 캡슐들은 제 2 상의 캡슐화 유체 내에 분산된 염료 또는 안료에 의해 발색된 컬러 쉘을 갖게 된다.
다른 실시예로서, 먼저 투명 캡슐 쉘을 형성하고, 이후 해당 컬러를 갖도록 상기 투명 캡슐 쉘을 발색시킬 수도 있다. 예를 들면, 적어도 한 종류의 전기 영동 입자들이 분산된 유전성 유체를 포함하는 제 1 상의 내부 유체를 준비한다. 또한, 컬러를 나타내는 염료와 반응할 수 있는 기능기를 갖는 화합물을 포함하고, 상기 제 1 상과 다른 제 2 상의 캡슐화 유체를 준비한다. 이후, 상기 캡슐화 유체와 상기 내부 유체 사이에 소정의 캡슐화 반응을 유도하여, 상기 내부 유체의 일부 및 상기 적어도 한 종류의 전기 영동 입자들의 일부가 캡슐화된 복수의 캡슐들을 형성할 수 있다. 이와 같이 형성된 캡슐들의 표면 상에는 상기 기능기가 노출되어 있다. 후속하여, 상기 캡슐 쉘 표면 상에 노출된 기능기와 상기 염료를 반응시켜, 상기 캡슐 쉘을 발색시킴으로써 복수의 컬러 캡슐들이 제조될 수 있다.
또 다른 실시예로서, 투명한 캡슐 쉘을 갖는 캡슐들의 외표면 상에, 건식 또는 습식 코팅법에 의해 상기 해당 컬러를 나타내는 안료를 갖는 발색 코팅층을 형성함으로써, 소정 컬러의 캡슐 쉘을 갖는 복수의 컬러 캡슐들을 제조할 수도 있다.
다시, 도 4를 참조하면, 전술한 바와 같이, 복수의 컬러 캡슐들이 완성되면, 이후, 기판 상에, 컬러 픽셀의 소정 서브픽셀을 정의하도록, 해당 컬러를 갖는 복수의 컬러 캡슐들을 배열한다(S200). 단위 컬러 픽셀 내에 서로 다른 컬러의 서브픽셀들이 요구되는 경우, 해당 서브픽셀마다 대응되는 컬러를 갖는 컬러 캡슐들을 배열하는 공정이 후술하는 바와 같이 반복적으로 수행될 수 있다.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수의 서브픽셀 영역 상에 컬러 캡슐들을 배열하는 방법을 공정 순서에 따라 개략적으로 도시하는 단면도이다. 설명의 편의를 위하여, 도 1에서와 같이, 서로 다른 종류의 서브픽셀 영역들이 나란히 연속하는 것으로 도시하였지만, 전술한 바와 같이, 원, 타원, 임의의 다각형, 스트라이프, 미언더 타입과 같은 2 차원적인 다양한 다른 패턴을 가질 수 있다.
도 5a를 참조하면, 기판(10)이 제공된다. 기판(10)은, 예를 들면, 픽셀 전극(미도시)이 형성된 하부 기판이거나, 도 8에 도시된 바와 같은 적합한 지지체 기판일 수 있다. 기판(10)은 2 개 이상의 서브픽셀 영역들을 포함할 수 있다. 또한, 기판(10) 상에는, 서브픽셀 영역, 단위 컬러 픽셀들, 또는 이들 모두를 한정하는 격벽 구조(60)가 형성될 수도 있다.
격벽 구조(60)는, 예를 들면, 포토리소그래피에 의해 형성된 패터닝된 포토레지스트, 또는 포토리소그래피와 식각 공정에 의해 형성된 실리콘 산화물과 같은 기계적 강도가 우수한 패턴일 수 있다. 격벽 구조(60)의 높이는 컬러 캡슐들이 단일 층으로 배열되는 경우, 컬러 캡슐들의 높이와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 5b 내지 도 5c를 참조하면, 컬러 캡슐들이 본딩될 기판(10)의 각 서브픽셀 영역 상에 접착층(81)을 도포한다. 접착층(81)은, 도 5b에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(M1)을 형성하기 전에 모든 서브픽셀들 상에 도포될 수도 있다. 선택적으로는, 접착층(81)은, 도 5c에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(M2)를 형성한 후에, 개구부(h1)에 의해 노출된 서브픽셀 영역에만 선택적으로 도포됨으로써, 후술하는 바와 같이 컬러 캡슐을 충전하는 단계와 번갈아 가면서 다른 서브픽셀 영역까지 도포될 수 있다. 접착층(81)의 재료는, 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체, 폴리카보네이트, 스티렌 공중합체 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이하에서는, 컬러 캡슐과 기판(10)의 본딩 공정에 대하여, 도 5c의 실시예를 중심으로 설명한다. 다시, 도 5c를 참조하면, 접착층(81)이 도포된 기판(10) 상에 복수의 컬러 캡슐들이 채워질 소정의 서브픽셀 영역, 예를 들면, 제 1 서브픽셀 영역을 노출시키는 개구부(h1)를 갖는 마스크 패턴(M1)을 형성한다.
이후, 도 5d에 도시된 바와 같이, 마스크 패턴(M1)의 개구부(h1)를 통하여 노출된 제 1 서브픽셀 영역 내에, 소정의 컬러, 예를 들면, 적색 컬러를 갖는 컬러 캡슐들(40R)을 채운다. 컬러 캡슐들(40R)은 닥터 블레이드와 같은 코팅기에 의해 제 1 서브픽셀 상에 채워질 수 있다. 일부 실시예에서는, 컬러 캡슐들(40R)의 유동성을 증가시키기 위해 기판(10) 및/또는 컬러 캡슐들(40R)에 초음파 진동을 인가할 수 있다.
이후, 접착층(81)과 컬러 캡슐들(40R)을 본딩시킨다. 접착층(81)과 컬러 캡슐들(40R)의 본딩 공정은, 예를 들면, 열적, 기계적 압력 또는 UV 조사에 의한 가교 결합과 같은 화학적 에너지를 이용하여 달성될 수 있다.
다른 실시예에서는, 기판(10)에 캡슐들(40R)을 본딩시키기 위해서, 접착 부재로서 결합제(도 8의 82 참조)를 사용할 수 있다. 예를 들면, 유체 내에 결합제(82)와 함께 캡슐들(40R)을 분산시키고, 예를 들면, 닥터 블레이드 및/또는 초음파를 이용하여 상기 유체를 기판(10) 상에 코팅한다. 그 결과, 캡슐들(40R)과 결합제(82)를 포함하는 유체가 제 1 서브픽셀 영역 상에 채워진다. 이후, 기판(10)에 도포된 결합제(82)에 소정의 열적, 기계적 또는 화학적 에너지를 인가하여, 결합제(82)를 경화시킴으로써 캡슐들(40)과 기판(10)을 본딩시킬 수도 있다. 이러한 결합제(82)는, 예를 들면, 자외선 경화형 단량체 혼합액, 광개시제, 광증폭제를 포함할 수 있다.
도 5e를 참조하면, 후속하여, 전술한 결과물 상에, 다른 서브픽셀 영역, 예를 들면, 제 2 서브픽셀 영역을 노출시키는 개구부(h2)를 갖는 마스크 패턴(M2)을 형성한다. 이후, 마스크 패턴(M2)의 개구부(h2)를 통하여 노출된 제 2 서브픽셀 영역 내에, 소정의 컬러를 갖는 컬러 캡슐들, 예를 들면, 녹색 컬러 쉘을 갖는 컬러 캡슐들(40G)을 채운다. 이후, 접착층(81) 또는 결합제와 같은 본딩 부재에 의해 컬러 캡슐들(40G)과 기판(10)을 본딩시킨다. 유사하게, 제 3 서브픽셀 영역에 대하여도 마스크 패턴 형성 공정과 청색 컬러 캡슐들을 채워넣는 공정을 반복함으로써, 단위 컬러 픽셀들을 포함하는 전체 컬러 픽셀 어레이를 완성할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 복수의 서브픽셀들에 컬러 캡슐들을 배열하는 공정을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 6에 도시된 실시예에서는, 자기 조립(self-assembly) 공정에 의해 서브픽셀 상에 컬러 캡슐들을 배치한다. 이를 위하여, 서로 다른 종류의 리셉터 화합물과 각 리셉터 화합물에 특이적 결합을 함으로써 자기조립(self assembly) 공정이 가능한 기능기를 갖는 화합물을 선택한다. 이러한 종류의 리셉터 및 기능기의 조합은, 예를 들면, 이소시아네이트기/아민기, 이소시아네이트기/수산화기, 에폭시/카복실산기, 산기/염기, 양이온기/음이온기이 있으며, 이들은 서로 접촉했을 때 화학반응에 의해 1차 결합의 생성, 산염기 반응 및 이온 상호작용에 의해 자기조립 구조를 완성한다.
자기조립 구조에 의해 컬러 캡슐들을 배열하기 위하여, 먼저, 기판(10) 상에, 특이적 결합이 가능한 서로 다른 종류의 리셉터 화합물 패턴층(82a, 82b, 82c)을 해당 서브픽셀 영역 상에 코팅한다. 이후, 각각의 리셉터 화합물에 특이적 결합을 하는 기능기(43x, 43y, 43z)를 갖는 컬러 캡슐 쉘을 포함하는 컬러 캡슐들(40R, 40G, 40B)을 기판(10) 상에 도포한다. 컬러 캡슐들(40R, 40G, 40B)의 도포 공정은 건식, 습식, 또는 스프레이 방법에 의한 코팅 공정을 통해 수행될 수 있다. 일부 실시예에서는, 컬러 캡슐들(40R, 40G, 40B)의 유동성을 증가시키기 위하여, 기판(10) 또는 컬러 캡슐들(40R, 40G, 40B)을 포함하는 유체 내에 초음파 진동이 인가될 수 있다.
기능기(43x, 43y, 43z)를 갖는 컬러 캡슐들(40R, 40G, 40B)은 기판(10)에서 유동하여 해당 리셉터 화합물 패턴층(82a, 82b, 82c)에 선택적으로 결합함으로써, 컬러 픽셀 어레이가 완성된다. 본 실시예에 따른 자리 조립 공정에 의하면, 도 5a 내지 도 5e를 참조하여 상술한 실시예와 달리, 마스크 패턴을 형성하기 위한 반복되는 패터닝 공정이 생략될 수 있는 이점이 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 복수의 서브픽셀들에 컬러 캡슐들을 배열하는 공정을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 서로 다른 종류의 컬러를 갖는 컬러 캡슐들을 원하는 위치에 분사할 수 있는 노즐들(300a, 300b, 300c)을 갖는 인쇄 장치(300)를 이용한다. 인쇄 장치(300)는 화살표(350)가 가리키는 방향으로 순차적으로 이동하면서, 컬러 캡슐들(40R, 40G, 40B)을 기판 상에 연속적으로 배열하게 된다. 이러한 인쇄 장치(300)를 이용하면, 도 6을 참조하여 전술한 실시예와 동일하게 마스크 패턴 형성의 반복 공정이 생략될 수 있는 이점이 있다.
도 5 내지 7에 도시된 실시예들에서, 접착층, 결합제, 자기 조립 공정은 이들 실시예들에서 서로 호환되어서 사용되거나, 이들이 조합된 형태로 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 명세서의 코팅이라는 용어에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니며, 코팅은 인쇄와 동일한 의미로 사용될 수도 있다. 예를 들면, 코팅 공정은 패치 다이(patch dye) 코팅; 슬롯(slot) 또는 사출(extrusion) 코팅; 슬라이드 또는 캐스케이드 코팅; 커튼(curtain) 코팅; 롤 코팅; 그라비아(gravure) 코팅; 딥(dip) 코팅; 스프레이 코팅; 메니스커스(meniscus) 코팅; 스핀 코팅; 블러시(brush) 코팅; 에어 나이프(air knife) 코팅; 실크 스크린 프린팅; 정전기(electrostatic) 인쇄; 열(thermal) 프린팅과 같은 모든 형태의 인쇄 및 코팅 공정을 포함한다.
전술한 바와 같이, 모든 서브픽셀 영역에 대하여 해당 컬러 캡슐들이 배열된 후, 도 1에 도시된 바와 같이, 공통 전극(30C)이 형성된 상부 기판(20)을 하부 기판(10)에 부착하고 고정함으로써, 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치가 완성될 수 있다.
이미지 시트의 구조 및 제조 방법
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 시트(200)를 도시하는 단면도이다. 도 5 내지 도 7를 참조하여 상술한 실시예에서는 픽셀 전극들이 형성된 하부 기판 상에 컬러 캡슐을 배치하는 것에 관하여 개시하고 있지만, 상부 기판 상에 컬러 캡슐들을 배치하고, 그 결과물을 뒤집어, 상기 컬러 캡슐들을 구동하기 위한 픽셀 전극들이 형성된 하부 기판에 결합시킴으로써 전기 영동 디스플레이 소자를 얻을 수도 있다.
도 8에 도시된 이미지 시트(300)는 구동 소자가 형성된 하부 기판에 결합되어 사용되는 광 변환 부재인 컬러 캡슐들을 포함하는 층을 지칭한다. 이미지 시트(300)는 지지체 기판(11)과 지지체 기판(11) 상에 배열된 2 종류 이상의 복수의 컬러 캡슐들(40R, 40G, 40B)을 포함한다. 복수의 컬러 캡슐들(40R, 40G, 40B)의 배치 및 발색 공정에 대하여는 도 5b 내지 도 5e를 참조하여 상술한 실시예들을 참조할 수 있다. 컬러 캡슐들(40R, 40G, 40B)은 결합제(82)에 의해 지지체 기판(11) 상에 본딩될 수 있다. 컬러 캡슐들(40R, 40G, 40B)은 접착층(도 1의 81)에 의해서도 지지체 기판(11) 상에 본딩될 수 있다. 컬러 캡슐들(40R, 40G, 40B)은 지지체 기판(11) 상에 형성된 격벽 구조(60)에 의해 서로 분리될 수 있다.
지지체 기판(11)은 도 1에 도시된 전기 영동 디스플레이 장치의 상부 기판(10)과 같이 관측자 측에 노출되는 표면이 될 수 있으며, 이 경우 지지체 기판(11)은 전술한 투명한 재료로 형성될 수 있다. 또한, 지지체 기판(11)과 컬러 캡슐들(40R, 40G, 40B) 사이에 투명 도전층(12)이 형성될 수도 있다. 투명 도전층(12)은 전기 영동 디스플레이 장치의 공통 전극(도 1의 30c 참조)으로 사용될 수 있다. 이 경우, 투명 도전층(12) 상에는 도 1을 참조하여 상술한 바와 같이 이를 보호하기 위한 보호층(13)이 더 형성될 수 있다.
컬러 캡슐들(40R, 40G, 40B) 상에는 접착층(14) 및 접착층(14) 상에 릴리즈층(15)을 갖는 접착 복합층을 더 포함할 수 있다. 이미지 시트(300)를 픽셀 전극들이 형성된 하부 기판에 적층하기 위해서는, 릴리즈층(15)을 제거하고, 노출된 접착층(14)을 이용하여 하부 기판과 이미지 시트(300)를 결합할 수 있다. 일부 실시예에서, 이미지 시트(300)와 상기 하부 기판 사이에 비아 및 비아에 의해 연결된 배선 패턴을 갖는 소정의 배선 구조를 갖는 중간 층이 더 배치될 수도 있다.
또한, 전술한 실시예들에서, 컬러 필터를 대체할 수 있는 부재로서 컬러 캡슐을 개시하고 있지만, 색상 표현력을 증가시키기 위해 컬러 필터가 상기 컬러 캡슐들과 조합되어 사용될 수 있음은 자명하다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (28)

  1. 복수의 단위 컬러 픽셀들을 포함하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치에 있어서,
    유전성 유체 및 상기 유전성 유체 내에 분산된 적어도 한 종류의 전기 영동 입자들을 저장하는 컬러 캡슐 쉘을 갖는 복수의 컬러 캡슐들을 포함하며,
    상기 복수의 컬러 캡슐들은 상기 단위 컬러 픽셀의 서브픽셀들을 정의하도록 배열되는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    서로 대향하는 제 1 전극 및 제 2 전극이 각각 형성된 제 1 기판 및 제 2 기판을 더 포함하며,
    상기 복수의 컬러 캡슐들은 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 캡슐들은 단일 층으로 배열된 것을 특징으로 하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 영동 입자들은 흡광성 전기 영동 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전기 영동 입자들은 상기 흡광성 전기 영동 입자들의 극성과 다른 극성을 갖는 반사성 전기 영동 입자들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전성 유체는 흡광성 안료 및 염료 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 전기 영동 입자들은 반사성 전기 영동 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    유전성 유체 및 상기 유전성 유체 내에 분산된 적어도 한 종류의 전기 영동 입자를 저장하는 투명 쉘을 갖는 복수의 투명 캡슐들을 더 포함하며,
    상기 복수의 투명 캡슐들은 상기 복수의 컬러 캡슐들에 의해 정의된 상기 서브픽셀들에 인접하여 배열되고, 상기 단위 컬러 픽셀의 추가적인 서브픽셀을 정의하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 투명 캡슐들은 백색 및 흑색 서브픽셀들 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 구성하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 컬러 캡슐들은 적색 컬러 캡슐, 녹색 컬러 캡슐 및 청색 컬러 캡슐을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 컬러 캡슐들은 황색 컬러 캡슐, 시안색 컬러 캡슐 및 마젠타색 컬러 캡슐을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 컬러 캡슐들은 상기 캡슐 쉘 내에 해당 컬러를 나타내는 염료 및 안료 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 컬러 캡슐들은 상기 캡슐 쉘의 표면 상의 기능기와 상기 기능기에 반응하는 염료 사이의 반응, 또는 상기 캡슐 쉘의 외표면 상의 발색 코팅층에 의해 발색되는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치
  13. 복수의 단위 컬러 픽셀들을 포함하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서,
    유전성 유체 및 상기 유전성 유체 내에 분산된 적어도 한 종류의 전기 영동 입자들을 저장하는 컬러 캡슐 쉘을 갖는 복수의 컬러 캡슐들을 형성하는 단계; 및
    기판 상에, 상기 단위 컬러 픽셀의 서브픽셀들을 정의하도록 상기 복수의 컬러 캡슐들을 배열하는 단계를 포함하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 복수의 컬러 캡슐들을 형성하는 단계는,
    상기 적어도 한 종류의 전기 영동 입자들이 분산된 유전성 유체를 포함하는 제 1 상의 내부 유체를 준비하는 단계;
    상기 캡슐 쉘의 해당 컬러를 발색하는 염료 및 안료 중 적어도 어느 하나가 분산되고, 상기 제 1 상과 다른 제 2 상의 캡슐화 유체를 준비하는 단계; 및
    상기 캡슐화 유체와 상기 내부 유체 사이에 캡슐화 반응을 유도하여, 상기 제 1 상의 유체 일부 및 상기 적어도 한 종류의 전기 영동 입자들의 일부가 캡슐화된 상기 복수의 컬러 캡슐들을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 상의 내부 유체는 비수용액 또는 비극성 액체을 포함하고, 상기 제 2 상의 캡슐화 유체는 수용액 또는 극성 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 복수의 컬러 캡슐들을 형성하는 단계는,
    상기 적어도 한 종류의 전기 영동 입자들이 분산된 유전성 유체를 포함하는 제 1 상의 내부 유체를 제공하는 단계;
    소정 컬러의 염료와 반응하는 기능기를 갖는 화합물을 포함하고, 상기 제 1 상과 다른 제 2 상의 캡슐화 유체를 제공하는 단계;
    상기 캡슐화 유체와 상기 내부 유체 사이에 캡슐화 반응을 유도하여, 상기 내부 유체의 일부 및 상기 적어도 한 종류의 전기 영동 입자들의 일부가 캡슐화된 복수의 캡슐들을 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 캡슐들의 표면 상의 기능기와 상기 염료를 반응시킨 반응에 의해 상기 캡슐 쉘의 해당 컬러를 발색시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 적어도 한 종류의 전기 영동 입자들이 분산된 유전성 유체를 포함하는 제 1 상의 내부 유체를 제공하는 단계;
    상기 제 1 상과 다른 제 2 상의 캡슐화 유체를 제공하는 단계;
    상기 캡슐화 유체와 상기 내부 유체 사이에 캡슐화 반응을 유도하여, 상기 내부 유체의 일부 및 상기 적어도 한 종류의 전기 영동 입자들의 일부가 캡슐화된 복수의 캡슐들을 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 캡슐들의 각 캡슐 쉘의 외표면 상에 상기 해당 컬러를 나타내는 발색 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  18. 제 13 항에 있어서, 상기 복수의 컬러 캡슐들을 규칙적으로 배열하는 단계는,
    상기 기판 상에, 해당 서브픽셀 영역을 노출시키는 개구부를 갖는 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    상기 노출된 서브픽셀 영역 상에 해당 컬러를 갖는 복수의 컬러 캡슐들을 채우는 단계; 및
    상기 노출된 서브픽셀 영역 상에 상기 복수의 컬러 캡슐들을 본딩시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 마스크 패턴은 포토리소그래피 공정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 복수의 컬러 캡슐들을 본딩시키는 단계는, 상기 노출된 서브픽셀 영역과 복수의 컬러 캡슐들 사이의 접착층에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  21. 제 18 항에 있어서, 상기 복수의 컬러 캡슐들을 본딩시키는 단계는, 상기 복수의 컬러 캡슐들이 분산된 유체 내에 포함된 결합제에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 복수의 컬러 캡슐들을 본딩시키는 단계는, 상기 복수의 컬러 캡슐들과 상기 기판 상에 형성된 리셉터 화합물 패턴층과 상기 컬러 캡슐 쉘의 기능기 사이의 자기 조립에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  23. 제 13 항에 있어서, 상기 복수의 컬러 캡슐들을 배열하는 단계는, 상기 복수의 컬러 캡슐들을 분사하는 2 이상의 노즐들을 갖는 인쇄 장치를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  24. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 컬러 캡슐들은 상기 기판 상에 단일 층으로 배치되는 것을 특징으로 하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  25. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 컬러 캡슐들은 적색 컬러 캡슐, 녹색 컬러 캡슐 및 녹색 컬러 캡슐 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  26. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 컬러 캡슐들은 황색 컬러 캡슐, 시안색 컬러 캡슐 및 마젠타색 컬러 캡슐 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  27. 지지체 기판 상에 유전성 유체 및 상기 유전성 유체 내에 분산된 적어도 한 종류의 전기 영동 입자들을 저장하는 컬러 캡슐 쉘을 갖는 복수의 컬러 캡슐들을 포함하며,
    상기 복수의 컬러 캡슐들은 단위 컬러 픽셀의 서브픽셀들을 정의하도록 배열되는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치용 이미지 시트.
  28. 지지체 기판을 제공하는 단계; 및
    상기 지지체 기판 상에 유전성 유체 및 상기 유전성 유체 내에 분산된 적어도 한 종류의 전기 영동 입자들을 저장하는 컬러 캡슐 쉘을 갖는 복수의 컬러 캡슐들을 배열하여 단위 컬러 픽셀의 서브 픽셀들을 정의하는 단계를 포함하는 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이 장치용 이미지 시트의 제조 방법.
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