KR20120038226A

KR20120038226A - 전기영동 표시장치와 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20120038226A
Application number: KR1020100099865A
Authority: KR
Inventors: 유영준; 권오남
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2012-04-23
Also published as: CN102445807B; KR101800647B1; TW201215983A; CN102445807A; TWI457680B; US20120092754A1; US8432607B2

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치는 하부기판에 형성된 화소 전극을 둘러싸도록 형성되어 복수의 화소 영역을 정의하는 격벽; 특정 컬러를 표시하도록 착색된 복수의 대전 입자를 포함하여 상기 화소 영역에 충진되는 전기영동 분산액; 상기 화소 영역을 노출시키는 복수의 홀패턴을 포함하여 상기 격벽 상부에 배치되는 멤브레인 레이어; 및 상기 멤브레인 레이어를 사이에 두고 상기 하부기판과 합착되는 상부기판;을 포함하고, 상기 복수의 홀패턴은 화소 영역 내부의 공기를 외부로 배출시키는 것을 특징으로 한다.

Description

전기영동 표시장치와 이의 제조방법{ELECTROPHORETIC DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 전기영동 표시장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 구동 안정성 및 표시품질을 높임과 아울러, 제조효율을 향상시킬 수 있는 전기영동 표시장치와 이의 제조방법에 관한 것이다.

전기영동 표시장치란 착색된 대전 입자가 외부로부터 가해진 전계에 의해 이동하는 전기영동(Electrophoresis) 현상을 이용하여 화상을 표시하는 장치를 말한다. 여기서 전기영동 현상이란, 대전 입자를 액체 속에 분산시킨 전기영동 분산액(e-ink)에 전계를 인가하는 경우에 상기 대전 입자가 쿨롱력에 의하여 액체 속을 이동하는 현상을 의미한다.

전기영동 현상을 이용한 전기영동 표시장치는 쌍안정성(Bistability)의 특징을 갖고 있어, 인가된 전압이 제거되어도 원래의 이미지를 장시간 표시할 수 있다. 즉, 전기영동 표시장치는 지속적으로 전압을 인가하지 않아도 일정 화면을 장기간 유지할 수 있기 때문에 화면의 신속한 전환이 요구되지 않는 전자 책(e-book) 분야에 적합한 디스플레이 장치이다.

또한, 전기영동 표시장치는 액정 표시장치와는 달리 시야각(Viewing Angle)에 대한 의존성이 없을 뿐만 아니라, 종이와 유사한 정도로 눈에 편안한 화상을 제공할 수 있다. 아울러, 자유롭게 휘어지는 유연성(Flexibility), 저전력 소비(low power consumption), 친환경(eco like)의 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이 장치로써 수요가 증가되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전기영동 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 전기영동 표시장치는 대향 합착된 하부기판(10) 및 상부기판(20)과, 상기 하부기판(10)과 상부기판(20) 사이에 개재된 전기영동 필름(30)을 포함한다.

상기 하부기판(10)은 상부기판(20)에 형성된 공통 전극(22)과 대향되는 복수의 화소 전극(미도시) 및 상기 복수의 화소 전극에 전압을 인가시키기는 스위칭 소자인 복수의 박막 트랜지스터(TFT, 미도시)를 포함한다.

상기 전기영동 필름(30)은 대전 입자 및 용제로 구성된 다수의 마이크로 캡슐(32)과, 상기 마이크로 캡슐(32)을 보호함과 아울러 하부기판(10)과의 접착을 위한 보호층(34)을 포함한다.

여기서, 상기 마이크로 캡슐(32)은 포지티브(+)로 대전된 대전 입자들 및 네거티브(-)로 대전된 대전 입자들과, 상기 대전 입자들을 감싸는 용제(바인더)를 포함한다.

상기 하부기판(10)의 화소 전극과 상부기판(20)의 공통 전극(22) 사이에 전계가 형성되면, 상기 마이크로 캡슐(32) 내에 포함된 대전 입자들이 전기영동에 의해 이동함으로써 화상을 구현하게 된다.

이러한 종래 기술에 따른 전기영동 표시장치는 상기 상부기판(20), 하부기판(10) 및 라미네이션(Lamination) 전기영동 필름(30)을 각각 제작한 후, 전기영동 필름(30)을 하부기판(10) 및 상부기판(20) 사이에 개재시켜 제조된다.

상기 전기영동 필름(30)은 상기 보호층(34)에 릴리즈 필름(미도시)이 부착된 상태로 보관 및 운반되다가 하부기판(10)에 라미네이팅되기 직전에 상기 릴리즈 필름이 제거되고, 라미네이팅 공정에 의해 보호층(34)이 하부기판(10)에 부착된다.

따라서, 하부기판(10), 상부기판(20), 전기영동 필름(30) 각각을 별도로 제작하여야 함으로 제조 공정이 복잡하고, 제조 시간이 많이 소요되어 제조 효율이 떨어지는 단점이 있다. 또한, 별도로 제조된 전기영동 필름(30)을 적용하여야 함으로 제조 비용이 증가되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위해, 전기영동 레이어를 하부기판에 내재화시키는 기술이 개발되고 있으나, 전기영동 레이어를 하부기판에 내재화시키기 위한 구조 및 제조공정 기술이 성숙되지 않은 이유로 많은 문제점이 발생되어 기술 적용에 어려움이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 표시품질이 높은 전기영동 표시장치와 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전기영동 표시장치의 제조효율을 향상시킬 수 있는 전기영동 표시장치의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하부기판에 내재화된 전기영동 분산액의 구동 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전기영동 표시장치와 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명은 다양한 컬러로 높은 품질의 화상을 구현할 수 있는 전기영동 표시장치와 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명은 하부기판에 내재화되는 전기영동 분산액의 미 충진을 방지하고, 제조공정 중 전기영동 분산액의 충진방법을 개선하는 전기영동 표시장치와 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 이 밖에도, 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악 될 수도 있을 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치는 하부기판에 형성된 화소 전극을 둘러싸도록 형성되어 복수의 화소 영역을 정의하는 격벽; 특정 컬러를 표시하도록 착색된 복수의 대전 입자를 포함하여 상기 화소 영역에 충진되는 전기영동 분산액; 상기 화소 영역을 노출시키는 복수의 홀패턴을 포함하여 상기 격벽 상부에 배치되는 멤브레인 레이어; 및 상기 멤브레인 레이어를 사이에 두고 상기 하부기판과 합착되는 상부기판;을 포함하고, 상기 복수의 홀패턴은 화소 영역 내부의 공기를 외부로 배출시키는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 상기 멤브레인 레이어는 상기 전기영동 분산액과 물성이 일치되도록 폴리머, 에폭시 아크릴계 수지와 같은 유기 물질, 유기 자기 조립 단층 박막으로 코팅 가능한 유기 물질로 형성된 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 상기 전기영동 분산액은 상기 격벽, 상기 멤브레인 레이어, 상기 접착층을 통해 상기 화소 영역 내에 내재화되어 밀봉되는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 하부기판 상에 복수의 화소 전극을 형성하고, 상기 복수의 화소전극을 둘러싸도록 격벽을 형성하는 단계; 특정 컬러를 표시하도록 착색된 복수의 대전 입자를 포함하는 전기영동 분산액을 상기 격벽에 의해 정의된 화소 영역 내에 충진시키는 단계; 상기 화소 영역을 노출시키는 복수의 홀패턴을 포함하는 멤브레인 레이어를 상기 격벽 상부에 배치시키는 단계; 및 상기 멤브레인 레이어를 사이에 두고 상기 하부기판과 상부기판을 합착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 상기 멤브레인 레이어의 복수의 홀패턴을 통해 상기 화소 영역 내부에 잔존하는 공기를 외부로 배출시키는 것을 특징으로 한다.

실시 예에 따른 본 발명은 표시품질이 높은 전기영동 표시장치와 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

실시 예에 따른 본 발명은 전기영동 표시장치의 제조효율을 향상시킬 수 있다.

실시 예에 따른 본 발명은 하부기판에 내재화된 전기영동 분산액의 구동 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전기영동 표시장치와 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

실시 예에 따른 본 발명은 다양한 컬러로 높은 품질의 화상을 구현할 수 있는 전기영동 표시장치와 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

실시 예에 따른 본 발명은 하부기판에 전기영동 분산액을 내재화 시킬 수 있는 전기영동 표시장치의 제조방법을 제공할 수 있다.

실시 예에 따른 본 발명은 하부기판에 내재화되는 전기영동 분산액의 미 충진을 방지하고, 제조공정 중 전기영동 분산액의 충진방법을 개선할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전기영동 표시장치의 구조를 나타내는 도면.
도 2 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 하부기판을 나타내는 평면도.
도 4는 하부기판에 전기영동 분산액이 충진되는 방법을 개략적으로 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 멤브레인 레이어를 나타내는 도면.
도 6은 도 5에 도시된 멤브레인 레이어를 통해 하부기판 내부의 공기(air)가 배출되는 것을 나타내는 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 멤브레인 레이어를 나타내는 도면.
도 9 내지 도 16은 본 발명의 실시 예들에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법을 나타내는 도면.

이하, 첨부되는 도면들을 참고하여 본 발명의 실시예들에 따른 전기영동 표시장치 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 어떤 구조물이 다른 구조물 "상에, 상부에" 또는 "아래에, 하부에" 형성된다고 기재된 경우, 이러한 기재는 이 구조물들이 서로 접촉되어 있는 경우는 물론이고 이들 구조물들 사이에 제3의 구조물이 개재되어 있는 경우까지 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 대전 입자와 용제(바인더)를 포함하는 전기영동 분산액이 하부기판에 내재화된 전기영동 표시장치 및 이의 제조방법을 제안한다.

이하 설명되는 본 발명의 기술적 사상은, 모노 타입 및 컬러필터를 포함하는 전기영동 표시장치는 물론이고, 전기영동 분산액(전기영동 잉크) 내의 대전 입자가 레드(red), 블루(blue), 그린(green), 엘로우(yellow), 시안(cyan), 마젠타(magenta), 블랙(black) 또는 화이트(white)로 착색된 전기영동 표시장치에도 동일하게 적용될 수 있다.

본 발명의 기술적 사상은 모노 또는 컬러 구현의 여부와 관계없이 모든 타입의 전기영동 표시장치에 적용될 수 있으나, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 컬러 타입의 전기영동 표시장치와 이의 제조방법을 일 예로 설명한다.

도 2 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치를 나타내는 단면도, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 하부기판을 나타내는 평면도, 도 4는 하부기판에 전기영동 분산액이 충진되는 방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치는 상부기판(200); 전기영동 분산액(140) 내재화된 하부기판(100); 및 상기 상부기판(200)과 상기 하부기판(100) 사이에 형성되는 멤브레인 레이어(300);를 포함한다.

상부기판(200)은 상부 베이스 기판(210)과 상기 상부 베이스 기판(210) 상에 형성되는 공통 전극(220) 및 접착층(230, adhesive layer, sealant layer)을 포함한다.

상부기판(200)은 화상을 표시하기 위해 투명하여야 함으로, 상부 베이스 기판(210)은 투명 재질의 유리 또는 가요성(Flexibility)의 투명한 플라스틱의 재질로 형성된다.

공통 전극(220)은 하부기판(100)에 내재화 되는 대전 입자(150)의 구동을 위해 하부기판(100)의 화소 전극(120)과 대응되도록 형성되며, 화소 영역 각각에 공통 전압을 공급한다. 이러한 공통 전극(220)은 상기 상부 베이스 기판(210) 상에 인듐 틴 옥사이드(ITO: Indium Tin Oxide) 또는 인듐 징크 옥사이드(IZO: Indium Zinc Oxide)와 같은 전도성 투명 물질을 도포하여 형성한다.

접착층(230)은 후술되는 멤브레인 레이어(300)와의 접착을 위한 것으로, 유기물(organic) 또는 무기물(inorganic)로 투명하도록 공통 전극(220) 상에 형성된다. 아울러, 접착층(230)은 상기 하부기판(100)에 내재화되는 전기영동 분산액(140)이 밀봉되도록 한다. 또한, 접착층(230)은 대전 입자(150)가 공통 전극(220)과 접촉하지 않도록 격리시키는 기능도 있다.

하부기판(100)은 하부 베이스 기판(110); 하부 베이스 기판(110) 상에 형성된 복수의 화소 전극(120); 화소 전극(120)을 둘러싸도록 형성되어 화소 영역을 정의하는 격벽(130, Partition wall); 및 격벽(130)에 의해 정의된 화소 영역에 형성되는 전기영동 레이어;를 포함한다.

전기영동 레이어는 격벽(130)에 의해 정의된 화소 영역(충진셀) 내에 전기영동 분산액(140)이 충진되어 형성되며, 전기영동 분산액(140)은 복수의 대전 입자(150)와 바인더를 포함하는 유전 용매(160)로 구성된다.

하부 베이스 기판(110)은 투명 재질의 유리기판, 가요성(Flexibility)을 가지는 플라스틱 기판 또는 금속 기판이 적용될 수 있다. 그러나, 하부기판은 화상이 표시되는 화면의 반대 측에 위치함으로 하부 베이스 기판(110)이 반드시 투명할 필요는 없다.

도면에 도시되지 않았지만, 상기 하부 베이스 기판(110)에는 상호 교차되는 복수의 게이트 라인과 데이터 라인이 형성되어 있으며, 상기 복수의 게이트 라인과 데이터 라인의 교차되는 영역에 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되어 있다.

여기서, 상기 게이트 라인 및 데이터 라인은 비저항(Resistivity)이 낮은 은(Ag), 알루미늄(Al), 또는 이들의 합금(Alloy)으로 이루어진 단일막으로 형성되거나, 또는 이러한 단일막에 더하여 전기적 특성이 우수한 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 또는 탄탈륨(Ta)으로 이루어진 막을 더 포함하는 다층막으로 형성될 수 있다. 게이트 라인과 데이터 라인 사이에는 질화막(SiNx) 등으로 이루어진 게이트 절연막이 위치할 수 있다.

박막 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 게이트 라인에 접속되고, 소스 전극은 상기 데이터 라인에 접속되며, 드레인 전극은 화소 전극(120)과 접속된다.

화소 전극(120)은 격벽(130)에 의해 정의되는 복수의 화소 영역에 대응되도록 형성되고, 박막 트랜지스터의 스위칭에 의해 화소 영역에 전압을 인가한다.

이러한, 화소 전극(120)은 도전성의 금속 레이어(conductive metal layer)로 콘택홀을 통해 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 전기적으로 접속되며, 구리, 알루미늄, 인듐틴옥사이드(ITO)의 물질로 형성될 수 있다. 또한, 구리, 알루미늄, 인듐틴옥사이드(ITO)의 물질에 니켈 및/또는 금 등이 더 적층되어 형성될 수도 있다.

상부기판(200)의 공통 전극(220)과 하부기판(100)의 화소 전극(120)에 인가된 데이터 전압에 의해 각 화소 영역에 전계가 형성되고, 상기 전계에 의해 대전 입자(150)들이 유전 용매(160) 내에서 이동하여 화상을 구현하게 된다.

격벽(130)은 하부기판 상에 형성되어 화소 영역을 정의함과 아울러, 전기영동 분산액(140)이 충진되는 충진 셀을 정의한다. 이때, 격벽(130)은 일정 높이(h) 및 폭(w)을 가지도록 형성된다. 일 예로서, 격벽은 10um ~ 100um의 높이(h), 5um ~ 30um의 폭(w)으로 형성될 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 화소 전극(120) 각각을 둘러싸도록 형성된다.

여기서, 격벽(130)은 포토 리소그래피(Photo lithography), 몰드 프린팅(Mold Printing), 임프린팅(imprinting), 엠보싱(embossing) 공정을 통해 상기 전기영동 분산액(140)과 물성이 일치되도록 폴리머(polymer), 에폭시 아크릴계 수지와 같은 유기(organic) 물질, 유기 자기 조립 단층 박막(organic SAM layer)으로 코팅 가능한 유기 물질로 형성될 수 있다.

전기영동 분산액(140)은 포지티브(+) 또는 네거티브(-) 극성으로 대전된 복수의 대전 입자(150)와 바인더를 포함하는 유전 용매(160)로 구성된다.

대전 입자(150)는 적색(red), 청색(blue), 녹색(green), 황색(yellow), 시안(cyan), 마젠타(magenta), 흑색(black), 백색(white) 중 적어도 하나의 색상으로 착색될 수 있다.

유전 용매(160)는 할로겐 솔벤트(halogenated solvents), 포화 탄화수소(saturated hydrocarbons), 실리콘 오일(silicone oils), 저 분자량 할로겐을 포함하는 폴리머(low molecular weight halogen-containing polymers), 에폭사이드(epoxides), 비닐 에테르(vinyl ethers), 비닐 에스테르(vinyl ester), 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon), 톨루엔(toluene), 나프탈렌(naphthalene), 액상 파라핀(paraffinic liquids), 폴리 클로로트리플루오로에틸렌 폴리머(poly chlorotrifluoroethylene polymers) 물질이 사용될 수 있다.

이러한, 전기영동 분산액(140)은 격벽(130)에 의해 정의된 화소 영역(충진 셀)에 다이 코팅(Die coating) 방식, 캐스팅(Casting) 방식, 바 코팅(Bar Coating) 방식, 슬릿 코팅(Slit Coating) 방식, 디스펜스(Dispense) 방식, 스퀴징(squeezing) 방식, 스크린 프린팅(Screen printing) 방식, 잉크젯 프린팅(Inkjet printing) 방식, 포토 리쏘그래피(Photo lithography) 방식을 통해 충진된다.

상기 멤브레인 레이어(300)는 상기 화소 영역(충진셀)에 전기영동 분산액(140)이 균일하게 충진되도록 하기 위한 것으로, 세포막과 같은 얇은 박막으로 200nm ~ 1um의 두께로 형성된다. 이러한, 멤브레인 레이어(300)는 도 5에 도시된 바와 같이, 화소 영역을 노출(개방)시키도록 형성된 복수의 홀패턴(310)을 포함한다.

멤브레인 레이어(300)는 포토 리소그래피(Photo lithography), 임프린팅(imprinting), 엠보싱(embossing) 공정을 통해, 상기 전기영동 분산액(140)과 물성이 일치되도록 폴리머(polymer), 에폭시 아크릴계 수지와 같은 유기 물질로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 복수의 홀패턴(310)은 격벽(130)에 의해 정의된 화소 영역과 대응되도록 얼라인(align)되어 형성되며, 복수의 홀패턴(310)을 통해 각각의 화소 영역 상부가 노출(개방)된다. 여기서, 홀패턴(310)은 1nm ~ 1um의 직경(diameter)을 가지도록 형성될 수 있다.

이러한, 멤브레인 레이어(300)는 상기 격벽(130)과 동일 물질로 형성되어 격벽(130) 상부에 위치한다. 따라서, 화소 영역에 충진된 전기영동 분산액(140) 상부에 멤브레인 레이어(300)이 위치하게 된다.

여기서, 전기영동 분산액(140)은 도 4a에 도시된 바와 같이, 방울 형태로 화소 영역에 충진될 수 있는데, 시간이 지나면서 중력에 의해 전기영동 분산액(140)이 화소 영역 내부로 충진되게 된다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 화소 영역에 전기영동 분산액(140)이 충진되는 과정에서 화소 영역 내에 존재하던 공기(air)가 외부로 배출되지 못해 화소 영역의 하단 영역에 기포가 발생되거나, 하부기판(100)과 상부기판(200)의 합착 과정에서 기포가 발생될 수 있다.

본 발명에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 격벽(130)의 상부에 위치하는 멤브레인 레이어(300)의 복수의 홀패턴(310)을 통해 화소 영역 내에 잔존하는 공기를 외부로 배출시킨다. 여기서, 상기 도 6은 도 5에 도시된 A1-A2 선에 따른 멤브레인 레이어(300)의 단면도이다.

전기영동 분산액(140)의 상부에 멤브레인 레이어(300)가 형성되면, 유기 물질인 전기영동 분산액(140)과 멤브레인 레이어(300)가 유착하면서 화소 영역 내에 기포가 외부로 배출되는 수 있는 공간이 만들어져 화소 영역 내에 잔존하는 공기가 홀패턴(310)을 통해 외부로 배출되게 된다.

또한, 전기영동 분산액(140)이 충진된 하부기판(100)과 상부기판(200)을 합착시키는 공정 중에 기포가 발생될 수 있는데, 상기 멤브레인 레이어(300)는 상술한 바와 같이, 화소 영역 내에 잔존하는 공기를 외부로 배출시켜 하부기판(100)과 상부기판(200)의 합착 과정에서 기포가 발생되는 것을 방지한다. 이를 통해, 기포의 발생을 방지함으로써 전기영동 분산액(140)이 화소 영역 내에 원활이 충진되도록 하여 전기영동 분산액(140)의 미충진 및 과충진을 방지할 수 있다.

화소 영역 내에 기포가 다량 발생하는 경우, 각각의 화소 영역 내에 충진되어야 하는 전기영동 분산액(140)이 격벽 상부로 넘쳐 오염되거나, 심한 경우에 이웃하는 화소 영역으로 넘칠 수 있다. 전기영동 표시장치가 모노 화상을 구현하는 경우에는 특정 화소 영역에 충진되어야 하는 전기영동 분산액(140)이 이웃하는 화소에 넘쳐 충진되더라도 화상의 구현에 큰 지장이 없을 수 있다.

그러나, 전기영동 표시장치가 컬러 화상을 구현하는 경우에는 각각의 화소가 특정 컬러를 표시하기 위해, 특정 컬러로 착색된 대전 입자(150)가 선별적으로 화소 영역에 충진되게 된다. 따라서, 특정 화소 영역에 충진되어야 하는 전기영동 분산액(140)이 이웃하는 화소 영역으로 넘쳐 충진되면 정상적으로 컬러 화상을 구현시킬 수 없게 된다.

상기 멤브레인 레이어(300)는 화소 영역 내의 기포 발생을 방지함으로, 각각의 화소 영역 내에 충진되어야 하는 전기영동 분산액(140)이 격벽 상부로 넘쳐 오염되거나, 이웃하는 화소 영역으로 넘치는 것을 방지할 수 있다.

아울러, 멤브레인 레이어(300)의 홀패턴(310)을 통해 화소 영역이 개방되므로, 공통 전극(220)과 화소 전극(120) 사이에 전계가 원활히 형성되도록 한다.

이러한, 멤브레인 레이어(300)는 제조 공정 중에 격벽(130)의 상부에 바로 형성되거나, 별도로 제작되어 화소 영역에 전기영동 분산액(140)이 충진된 후에 격벽(130) 상부에 접착될 수도 있다.

상술한 설명에서는 상기 멤브레인 레이어(300)가 하부기판(100) 상에 형성되거나, 부착되는 것으로 설명하였지만 이는 본 발명의 일 예를 나타낸 것이다. 본 발명의 다른 실시 예로서, 멤브레인 레이어(300)는 상기 상부기판(200)의 접착층(230) 상에 접착 또는 형성된 후 하부기판(100)과 합착될 수도 있다.

도 5와 상기 설명에서는 멤브레인 레이어(300)의 홀 패턴(310)이 원형의 형상으로 화소 영역과 대응되도록 형성된 것으로 설명하였으나 이는 본 발명의 일 예를 나타낸 것으로, 홀패턴(310)이 특정 형상으로 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 다른 실시 예로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 멤브레인 레이어(400)의 홀 패턴(410)은 사각의 형태로 형성될 수도 있다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 멤브레인 레이어(500)의 홀 패턴(510)은 랜덤(random)하게 형성될 수 있다.

도 8에 도시된 멤브레인 레이어(500)의 모든 홀패턴(510)이 화소 영역에 대응되도록 얼라인되지 않더라도, 홀패턴(510)이 1nm ~ 1um의 직경으로 조밀하게 형성되어 있음으로 화소 영역을 충분히 개방(노출)시킬 수 있어 화소 영역 내에 잔존하는 기포를 외부로 배출시키데 제한이 없다.

상술한 구성을 포함하는 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치는 상기 격벽(130)에 의해 정의되고, 내부에 상기 하부 인터 레이어(140)가 형성된 화소 영역(충진 셀)에 복수의 대전 입자(150) 및 유전 용매(160)로 구성된 전기영동 분산액이 충진된다. 이를 통해, 상기 하부기판(100)에 전기영동 레이어가 내재화 되어 모노 화상 및 컬러 화상을 구현할 수 있다.

또한, 제조과정에서 전기영동 분산액(140)의 충진 시 발생될 수 있는 기포를 멤브레인 레이어(300)를 통해 외부로 배출시켜 전기영동 분산액(140)이 하부기판(100)에 원활히 충진되도록 한다. 이를 통해, 전기영동 분산액(140)의 구동 안정성 및 신뢰성을 향상시킴과 아울러, 반사율과 콘트라스트(contrast)를 높여 전기영동 표시장치의 표시품질을 향상시킬 수 있다.

도 9 내지 도 16은 본 발명의 실시 예들에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법을 나타내는 도면이다. 이하, 도 9 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법에 대하여 설명한다.

도 9를 참조하면, 복수의 화소 영역 각각에 대응되도록 박막 트랜지스터(TFT)가 형성된 하부 베이스 기판(110) 상에 구리, 알루미늄, ITO와 같은 도전성 물질을 도포하여 도전성 레이어를 형성한다.

이후, 포토레지스트(포토 아크릴)를 이용한 포토 리쏘그래피 공정 및 에칭 공정을 통해 상기 도전성 레이어를 패터닝하여 상기 복수의 화소 영역 각각에 화소 전극(120)을 형성한다.

여기서, 화소 전극(120)은 상술한 구리, 알루미늄, 인듐틴옥사이드(ITO)의 물질에 니켈 및/또는 금 등이 더 적층되어 형성될 수도 있다.

이후, 화소 전극(120)이 형성된 하부 베이스 기판(110) 상에 폴리머(polymer), 에폭시 아크릴계 수지와 같은 유기(organic), 유기 자기 조립 단층 박막(organic SAM layer)으로 코팅 가능한 유기 물질을 도포한 후, 패터닝하여 복수의 화소 영역 각각에 형성된 화소 전극(120)을 둘러싸도록 격벽(130)을 형성한다.

이와 같이, 격벽(130)을 통해 전기영동 분산액이 충진되는 화소 영역(충진 셀)이 정의된다. 이때, 상기 격벽은 10um ~ 100um의 높이(h) 및 5um ~ 30um의 폭(w)을 가지도록 형성될 수 있다.

여기서, 격벽(130)은 포토 리소그래피(Photo lithography) 방식뿐만 아니라, 임프린팅(imprinting), 몰드 프린팅(Mold Printing), 엠보싱(embossing) 공정을 이용하여 형성될 수도 있다.

상기 베이스 기판(110, 또는 베이스 필름)은 투명 재질의 유리기판, 가요성(Flexibility)을 가지는 플라스틱 기판 또는 금속 기판이 적용될 수 있다. 하부기판(100)은 화상이 표시되는 화면의 반대 측에 위치함으로 하부 베이스 기판(110)이 반드시 투명할 필요는 없다.

상기 도 9에 도시되지 않았지만, 하부 베이스 기판(110)에는 게이트 라인 및 데이터 라인이 형성되어 있으며, 상기 게이트 라인 및 데이터 라인이 교차되는 영역에 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되어 있다.

데이터 라인은 박막 트랜지스터의 소스 전극과 접속되고, 게이트 라인은 박막 트랜지스터의 게이트 전극과 접속되며, 박막 트랜지스터의 드레인 전극은 콘택홀을 통해 화소 전극(120)과 전기적으로 접속된다. 이를 통해, 박막 트랜지스터를 통해 각각의 화소의 온-오프(on-off)를 스위칭하고, 데이터 라인에 인가된 데이터 전압이 화소 전극(120)에 공급되게 된다.

이어서, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 하부 인터 레이어(140)가 형성된 화소 영역(충진 셀) 각각에 포지티브(+) 또는 네거티브(-) 극성으로 대전된 대전 입자(150)와 바인더를 포함하는 유전 용매(160)로 구성된 전기영동 분산액(140)을 충진시킨다.

여기서, 전기영동 분산액(140)은 다이 코팅(Die coating) 방식, 캐스팅(Casting) 방식, 바 코팅(Bar Coating) 방식, 슬릿 코팅(Slit Coating) 방식, 디스펜스(Dispense) 방식, 스퀴징(squeezing) 방식, 스크린 프린팅(Screen printing) 방식, 잉크젯 프린팅(Inkjet printing) 방식을 통해 각 화소 영역(충진 셀)에 충진될 수 있다.

전기영동 표시장치가 풀 컬러를 구현하는 경우, 대전 입자(150)는 각 셀이 표시하고자 하는 컬러에 대응되는 컬러로 착색되게 된다. 이러한, 경우, 전기영동 분산액(140)의 충진 공정은 착색된 대전 입자(150)의 컬러 별로 이루어질 수 있다.

이어서, 도 11a에 도시된 바와 같이, 전기영동 분산액(140)이 충진된 하부기판(100) 상에 폴리머(polymer), 에폭시 아크릴계 수지와 같은 유기(organic), 유기 자기 조립 단층 박막(organic SAM layer)으로 코팅 가능한 유기 물질을 도포한 후, 패터닝하여 복수의 홀패턴(310)을 포함하는 멤브레인 레이어(300)를 형성한다. 구조적으로, 멤브레인 레이어(300)는 격벽(130) 및 전기영동 분산액(140) 상부에 형성되고, 복수의 홀패턴(310)은 화소 영역에 대응되도록 얼라인되어 형성된다.

여기서, 멤브레인 레이어(300)는 상기 격벽(130)을 형성하는 공정을 동일하게 이용하여 형성될 수 있으며, 200nm ~ 1um의 두께로 형성된다. 복수의 홀패턴(310)은 원 형상을 가지는 경우, 1nm ~ 1um의 직경을 가지도록 형성되며, 복수의 홀패턴(310)을 통해 각각의 화소 영역 상부가 노출(개방)된다.

복수의 홀패턴은 원 형상뿐만 아니라 패턴 가능한 여러 형상으로 형성될 수 있으며, 다른 예로서, 상기 도 7에 도시된 바와 같이 사각형 형상을 가지도록 형성될 수도 있다. 또 다른 예로서, 복수의 홀패턴은 상기 도 8에 도시된 바와 같이 랜덤(random)하게 형성될 수도 있다.

전기영동 분산액(140)의 상부에 멤브레인 레이어(300)가 형성되면, 유기 물질인 전기영동 분산액(140)과 멤브레인 레이어(300)가 유착하면서 화소 영역 내에 기포가 외부로 배출되는 수 있는 공간이 만들어져 화소 영역 내에 잔존하는 공기가 홀패턴(310)을 통해 외부로 배출되게 된다. 또한, 후술되는 하부기판(100)과 상부기판(200)을 합착시키는 공정 중에 발생될 수 있는 기포가 멤브레인 레이어(300)의 홀패턴(310)을 통해 외부로 배출된다.

이와 같은 멤브레인 레이어(300)를 통해, 기포의 발생을 방지함으로써 전기영동 분산액(140)이 화소 영역 내에 원활이 충진되도록 하여 전기영동 분산액(140)의 미충진 및 과충진을 방지할 수 있다.

아울러, 멤브레인 레이어(300)를 통해, 각각의 화소 영역 내에 충진되어야 하는 전기영동 분산액(140)이 격벽 상부로 넘쳐 오염되거나, 이웃하는 화소 영역으로 넘치는 것을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예로서, 멤브레인 레이어(300)는 도 11b에 도시된 바와 같이 별도로 제작될 수 있으며, 전기영동 분산액(140)이 화소 영역에 충진된 후, 별도로 제작된 멤브레인 레이어(300)가 격벽(130) 상부에 접착될 수도 있다.

상술한 도 9 내지 도 11의 제조 공정을 통해 하부기판(100)의 제조를 완료한다.

한편, 상기 하부기판(100)을 형성하는 제조공정과는 별도의 제조공정을 수행하여 상부기판(200)을 제조한다.

구체적으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 상부 베이스 기판(210) 상에 인듐 틴 옥사이드(ITO: Indium Tin Oxide) 또는 인듐 징크 옥사이드(IZO: Indium Zinc Oxide)와 같은 전도성 투명 물질로 공통 전극(220)을 형성한다. 공통 전극(220)은 상기 하부기판(100)에 내재화된 대전 입자(150)의 구동을 위해, 상기 화소 전극(120)과 대응되어 화소 영역 각각에 공통 전압을 공급한다.

여기서, 상부기판(200)은 화상을 표시하기 위해 투명하여야 함으로, 상기 상부 베이스 기판(210)은 투명 재질의 유리 또는 가요성(Flexibility)의 투명한 플라스틱의 재질로 형성된다.

이후, 상기 공통 전극(220) 상에 접착 물질 또는 실재(sealant)를 도포하여 접착층(230)을 형성한다. 접착을(230)을 통해, 상기 멤브레인 레이어(300)를 사이에 두고 상부기판(200)과 하부기판(100)이 합착되어 전기영동 분산액(140)이 밀봉된다. 여기서, 접착층(230)은 대전 입자(150)가 공통 전극(220)과 접촉하지 않도록 격리시키는 기능도 있다.

이어서, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 멤브레인 레이어(300)를 사이에 두고, 상부기판(200)과 하부기판(100)을 합착한다. 이때, 상부기판(200)과 하부기판(100)의 합착은 일정 압력을 가하는 가압 공정을 통해 이루어질 수 있으며, 상기 가압 공정과 함께 일정 온도를 가하는 어닐링 공정이 함께 이루어질 수 있다.

상부기판(200)과 하부기판(100)의 합착 공정 중 압력이 가해지면 상기 멤브레인 레이어(300)의 홀패턴(310)을 통해 화소 영역 내에 잔존하는 공기가 배출된다. 따라서, 화소 영역 내에 전기영동 분산액(140)의 충전이 원활이 이루어지도록 한다. 또한, 멤브레인 레이어(300)가 하부기판(100)의 격벽(130)에 배치되어 특정 화소 영역에 충진된 전기영동 분산액(140)이 이웃하는 화소 영역으로 넘치는 것이 방지된다.

상술한 제조공정을 수행하여 도 14에 도시된 바와 같이, 멤브레인 레이어(300)를 통해 전기영동 분산액(140)의 충진 공정에서 기포 발생이 방지되고, 하부기판(100)에 전기영동 분산액(140)의 내재화된 전기영동 표시장치를 제조할 수 있다.

상술한 설명에서는 멤브레인 레이어(300)가 하부기판(100) 상에 형성 또는 배치되는 것으로 설명하였으나 이는 본 발명의 일 예를 설명한 것이다.

본 발명의 다른 실시 예로서, 도 15에 도시된 바와 같이 멤브레인 레이어(300)를 상부기판(200) 상에 형성할 수 있다. 이러한 경우, 하부기판(100)의 격벽(130)과 대응되는 영역에 실재를 형성하여 도 16과 같이, 멤브레인 레이어(300)를 사이에 두고 하부기판(100)과 상부기판(200)을 합착시킬 수 있다. 이때, 실재는 대전 입자(150)와 화학적 상호작용이 발생되지 않는 비전도성 물질을 사용할 수 있다. 또 다른 예로서, 상부기판(200)의 표시영역 외곽부에 실재를 형성하여 하부기판(100)과 상부기판(200)의 합착을 수행할 수도 있다.

상술한 도 9 내지 도 16에 따른 제조공정을 통해 제조된 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치는 하부기판에 내재화된 전기영동 분산액의 구동 안정성 및 신뢰성을 높여 반사율 및 콘트라스트(contrast)를 향상시킬 수 있다. 이를 통해, 전기영동 표시장치의 표시품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 하부기판에 내재화되는 전기영동 분산액의 미충진 및 과충진을 방지하고, 제조공정 전기영동 분산액의 충진 시 기포 발생을 방지할 수 있다.

상술한 본 발명의 실시 예들에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 기존의 액정 표시장치의 제조 공정에 이용되는 제조 인프라(infra)를 적용할 수 있는 장점이 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 하부기판 110: 하부 베이스 기판
120: 화소 전극 130: 격벽
140: 전기영동 분산액 150: 대전 입자
160: 유전 용매 200: 상부기판
210: 상부 베이스 기판 220: 공통 전극
230: 접착층 300: 멤브레인 레이어
310: 홀패턴

Claims

하부기판에 형성된 화소 전극을 둘러싸도록 형성되어 복수의 화소 영역을 정의하는 격벽;
특정 컬러를 표시하도록 착색된 복수의 대전 입자를 포함하여 상기 화소 영역에 충진되는 전기영동 분산액;
상기 화소 영역을 노출시키는 복수의 홀패턴을 포함하여 상기 격벽 상부에 배치되는 멤브레인 레이어; 및
상기 멤브레인 레이어를 사이에 두고 상기 하부기판과 합착되는 상부기판;을 포함하고,
상기 복수의 홀패턴은 화소 영역 내부의 공기를 외부로 배출시키는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
제 1 항에 있어서, 상기 멤브레인 레이어는
상기 전기영동 분산액과 물성이 일치되도록 폴리머, 에폭시 아크릴계 수지와 같은 유기 물질, 유기 자기 조립 단층 박막으로 코팅 가능한 유기 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
제 1 항에 있어서, 상기 멤브레인 레이어는
200nm ~ 1um의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 홀패턴은
원 형상 또는 사각 형상으로 1nm ~ 1um의 직경을 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
제 1 항에 있어서, 상기 상부기판은
상기 화소 전극과 대응되도록 형성되어 상기 대전입자의 구동을 위한 공통 전압이 인가되는 공통 전극;
상기 공통 전극 상에 형성되어 상기 멤브레인 레이어를 사이에 두고 상부기판과 하부기판을 합착시키는 접착층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
제 5 항에 있어서, 상기 접착층은
상기 대전 입자가 상기 공통 전극과 접촉하지 않도록 격리시키는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전기영동 분산액은
상기 격벽, 상기 멤브레인 레이어, 상기 접착층을 통해 상기 화소 영역 내에 내재화되어 밀봉되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
하부기판 상에 복수의 화소 전극을 형성하고, 상기 복수의 화소전극을 둘러싸도록 격벽을 형성하는 단계;
특정 컬러를 표시하도록 착색된 복수의 대전 입자를 포함하는 전기영동 분산액을 상기 격벽에 의해 정의된 화소 영역 내에 충진시키는 단계;
상기 화소 영역을 노출시키는 복수의 홀패턴을 포함하는 멤브레인 레이어를 상기 격벽 상부에 배치시키는 단계; 및
상기 멤브레인 레이어를 사이에 두고 상기 하부기판과 상부기판을 합착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
제 8 항에 있어서,
상기 멤브레인 레이어의 복수의 홀패턴을 통해 상기 화소 영역 내부에 잔존하는 공기를 외부로 배출시키는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
제 8 항에 있어서, 멤브레인 레이어는
포토 리소그래피, 임프린팅, 엠보싱 공정을 통해 폴리머, 에폭시 아크릴계 수지와 같은 유기 물질, 유기 자기 조립 단층 박막으로 코팅 가능한 유기 물질로 상기 전기영동 분산액과 물성이 일치되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
제 8 항에 있어서, 상기 멤브레인 레이어는
상기 격벽과 동일 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.