KR20120130991A - 전기영동 표시장치와 이의 제조방법 - Google Patents

전기영동 표시장치와 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표시 품질 및 제조 효율을 향상시킬 수 있는 전기영동 표시장치와 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 하부 기판에 형성된 복수의 화소 전극을 둘러싸도록 격벽을 형성하여 화소들의 충진 공간을 마련하는 단계; 상기 화소들의 충진 공간과 대응되는 형상 및 크기를 가지는 패턴이 형성된 결정 틀에 복수의 대전 입자 및 용제를 포함하는 전기영동 분산액을 충진시킨 후, 상기 결정 틀을 냉각시키는 단계; 상기 결정 틀에 충진된 전기영동 분산액을 결정화시켜 전기영동 분산액 결정을 형성한 후, 상기 결정 틀에서 상기 전기영동 분산액 결정을 분리시키는 단계; 화소들의 충진 공간에 상기 전기영동 분산액 결정을 충진시킨 후, 상온(25℃)을 가해 상기 전기영동 분산액 결정을 용해시키는 단계; 및 공통 전극 및 실링 레이어가 형성된 상부 기판을 상기 격벽 상부에 정렬시킨 후, 상기 후부 기판과 상기 상부 기판을 합착하여 상기 화소들의 충진 공간에 내재화된 전기영동 분산액을 실링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기영동 표시장치와 이의 제조방법{ELECTROPHORETIC DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 표시 품질 및 제조 효율을 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 교환이 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 수요가 증가되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기영동 표시장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 전기영동 표시장치는 대향 합착된 하부 기판(10) 및 상부 기판(20)과, 상기 하부 기판(10)과 상부 기판(20) 사이에 개재된 전기영동 필름(30)을 포함한다.
하부 기판(10)에는 상호 교차하도록 형성된 복수의 게이트 라인(미도시) 및 복수의 데이터 라인(미도시)를 포함한다. 상기 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 복수의 화소가 정의된다.
하부 기판(10)에 형성된 복수의 화소에는 박막 트랜지스터(12, TFT)와 화소 전극(14)이 형성된다.
박막 트랜지스터(12)는 게이트 라인을 통해 인가된 스캔 신호에 따라 스위칭 된다. 박막 트랜지스터(12)의 스위칭에 의해 데이터 라인에 공급되는 데이터 전압이 화소 전극(14)에 공급되게 된다.
상부 기판(20)에는 상기 화소 전극(14)과 대향되는 공통 전극(22)이 형성된다.
전기영동 필름(30)은 복수의 대전 입자(34) 및 용제로 구성된 다수의 마이크로 캡슐(32)과, 상기 마이크로 캡슐(32)을 보호함과 아울러 하부 기판(10)과의 접착을 위한 보호층을 포함한다.
여기서, 복수의 대전 입자(34)는 일부가 포지티브(+)로 대전되고, 나머지 일부는 네거티브(-)로 대전된다.
하부 기판(10)의 화소 전극(14)과 상부 기판(20)의 공통 전극(22) 사이에 전계가 형성되면, 상기 마이크로 캡슐(32) 내에 포함된 대전 입자(34)들이 전기영동에 의해 이동함으로써 화상을 구현하게 된다.
이러한 종래 기술에 따른 전기영동 표시장치는 하부 기판(10), 상부 기판(20) 및 라미네이션(Lamination) 전기영동 필름(30)을 각각 제조한다.
이후, 전기영동 필름(30)을 하부 기판(10) 및 상부 기판(20) 사이에 개재시킨다.
여기서, 전기영동 필름(30)은 상부 기판(20)에 부착된 상태로 보관 및 운반되다가 하부 기판(10)에 라미네이팅되기 직전에 하부에 부착된 릴리즈 필름(미도시) 제거되고, 라미네이팅 공정에 의해 하부 기판(10)에 부착된다.
따라서, 하부 기판(10), 상부 기판(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, 대전 입자와 용제로 구성된 전기영동 분산액을 하부 기판에 내재화시키는 기술이 제안된 바 있으나, 전기영동 분산액을 하부 기판에 내재화시키는 제조공정 기술이 성숙되지 않은 이유로 여러 가지 문제점이 발생되어 기술 적용에 어려움이 있다.
또한, 하부 기판에 충진된 전기영동 분산액(대전 입자 및 용제)의 실링이 원활이 이루어지지 않아, 전기영동 분산액이 외부로 넘치거나, 외부 공기 및 수분 침투를 완벽히 차단하지 못하는 문제점이 있다. 이로 인해, 대전 입자의 안정성이 떨어지고, 전기영동 표시장치의 구동 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
전기영동 분산액의 실링이 원활이 이루어지지 않는 경우, 표시 품질이 저하되는 문제점 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 전기영동 표시장치의 전기영동 분산액 충진에 따른 문제점을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 전기영동 분산액을 하부 기판 상에 내재화를 위한 전기영동 분산액의 충진 시, 충진 공간 내에 존재하는 기포로 인해 전기영동 분산액이 미 충진될 수 있다. 충진 공간에 주입되는 전기영동 분산액의 충진 량을 미세 조정이 이루어지지 않는 경우, 전기영동 분산액의 미충진 또는 과충진(over flowing)이 발생될 수 있다.
이와 같이, 각 화소의 충진 공간 내에 전기영동 분산액이 미 충진되면 대전 입자의 구동이 원활이 이루어지지 않는 문제점 있다.
또한, 각 화소의 충진 공간 내에 전기영동 분산액이 과 충진되어 이웃하는 화소의 충진 공간으로 넘쳐흘러 들어가면 상부 기판과의 실링이 원활이 이루어지지 않게되고, 인접한 화소들간에 오염이 발생되는 문제점이 있다.
특히, 전기영동 표시장치가 풀 컬러 화상을 표시하는 경우, 특정 색상으로 착색된 대전 입자들이 이웃하는 다른 색상의 화소로 넘쳐흘러 들어가면 컬러 화상을 정확히 표시할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전기영동 분산액의 미충진 및 과충진을 방지할 수 있는 전기영동 표시장치의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하부 기판 상에 내재화된 전기영동 분산액의 실링 효율을 높일 수 있는 전기영동 표시장치의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하부 기판에 전기영동 분산액을 내재화 시킬 수 있는 전기영동 표시장치의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
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, 하부 기판에 내재화된 대전 입자의 안정성 및 구동 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전기영동 표시장치와 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다양한 컬러로 높은 품질의 화상을 구현할 수 있는 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 표시장치의 제조방법은 하부 기판에 형성된 복수의 화소 전극을 둘러싸도록 격벽을 형성하여 화소들의 충진 공간을 마련하는 단계; 상기 화소들의 충진 공간과 대응되는 형상 및 크기를 가지는 패턴이 형성된 결정 틀에 복수의 대전 입자 및 용제를 포함하는 전기영동 분산액을 충진시킨 후, 상기 결정 틀을 냉각시키는 단계; 상기 결정 틀에 충진된 전기영동 분산액을 결정화시켜 전기영동 분산액 결정을 형성한 후, 상기 결정 틀에서 상기 전기영동 분산액 결정을 분리시키는 단계; 화소들의 충진 공간에 상기 전기영동 분산액 결정을 충진시킨 후, 상온(25℃)을 가해 상기 전기영동 분산액 결정을 용해시키는 단계; 공통 전극 및 실링 레이어가 형성된 상부 기판을 상기 격벽 상부에 정렬시킨 후, 상기 후부 기판과 상기 상부 기판을 합착하여 상기 화소들의 충진 공간에 내재화된 전기영동 분산액을 실링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 상기 용제의 빙점 이하의 온도로 상기 결정 틀을 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법에서 상기 용제는 빙점이 -18℃~10℃인 물질인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법에서 상기 용제는 테트라데칸(tetradecane, C14H30), 헥사데칸(hexadecane, C16H34), 페놀(phenol, C6H5OH) 또는 나프탈렌(naphthalene, C10H8)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 따른 본 발명은 전기영동 분산액의 미충진 및 과충진을 방지할 수 있는 전기영동 표시장치의 제조방법을 제공할 수 있다.
실시 예에 따른 본 발명은 하부 기판 상에 내재화된 전기영동 분산액의 실링 효율을 높일 수 있는 전기영동 표시장치의 제조방법을 제공할 수 있다.
실시 예에 따른 본 발명은 하부 기판에 전기영동 분산액을 내재화 시킬 수 있는 전기영동 표시장치의 제조방법을 제공할 수 있다.
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 하부 기판에 내재화된 대전 입자의 안정성 및 구동 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.
본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 전기영동 표시장치의 양산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치는 구동 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이 밖에도, 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기영동 표시장치를 나타내는 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 전기영동 표시장치의 전기영동 분산액 충진에 따른 문제점을 나타내는 도면.
도 3 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제조방법을 통해 제조된 전기영동 표시장치를 나타내는 도면.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제조방법을 통해 제조된 전기영동 표시장치를 나타내는 도면.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법을 나타내는 도면.
도 13 내지 도 17은 본 발명의 제3 실시 예에 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 또는 상부에 ' 및 '아래에 또는 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 하부 기판에 내재화된 전기영동 표시장치 및 이의 제조방법을 제안한다.
이하 설명되는 본 발명의 기술적 사상은, 모노 타입 및 컬러 필터를 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), 화이트(white)의 색상이 선택적으로 착색된 전기영동 표시장치에도 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 모노 또는 컬러 구현의 여부와 관계없이 전기영동 분산액이 하부 기판 상에 내재화된 모든 타입의 전기영동 표시장치에 적용될 수 있다.
도 3 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제조방법을 통해 제조된 전기영동 표시장치를 나타내는 도면이고, 도 4 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제조방법을 통해 제조된 전기영동 표시장치는 전기영동 분산액이 내재화된 하부 기판(100); 공통 전극(180) 및 실링 레이어(190)가 형성된 상부 기판(170);을 포함한다.
하부 기판(100)은 투명 재질의 유리기판, 가요성(Flexibility)을 가지는 플라스틱 기판 또는 금속 기판이 적용될 수 있다. 여기서, 하부 기판은 화상이 표시되는 화면의 반대 측에 위치함으로 반드시 투명할 필요는 없다.
도면에 도시되지 않았지만, 하부 기판(100)은 상호 교차하도록 형성된 복수의 게이트 라인 및 복수의 데이터 라인을 포함한다.
복수의 게이트 라인 및 복수의 데이터 라인의 교차에 의해 복수의 화소가 정의되고, 각각의 화소에 대응되도록 박막 트랜지스터(110) 및 화소 전극(120)이 형성된다.
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. 상기 게이트 라인과 데이터 라인 사이에는 질화막(SiNx) 등으로 이루어진 게이트 절연막이 위치할 수 있다.
박막 트랜지스터(110)의 게이트 전극은 상기 게이트 라인에 접속되고, 소스 전극은 상기 데이터 라인에 접속되며, 드레인 전극은 상기 화소 전극(120)과 접속된다.
상기 화소 전극(120)은 상기 격벽(130)에 의해 정의되는 복수의 화소 영역에 대응되도록 형성되고, 박막 트랜지스터(110)의 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.
하부 기판(100) 상에는 화소 영역을 정의하는 격벽(130, Partition wall)이 형성된다. 격벽(130)은 화소 전극(120)을 둘러싸도록 형성된다. 이러한, 격벽(130)에 의해 각 화소마다 충진 공간이 형성되고, 이렇게 형성된 충진 공간에 전기영동 분산액이 충진되어 하부 기판(100) 상에 전기영동 분산액이 내재화 된다.
여기서, 전기영동 분산액은 복수의 대전 입자(150)와 바인더를 포함하는 용제(160)로 구성되며, 상기 격벽(130)에 의해 정의된 충진 공간(충진 셀)에 충진된다.
한편, 도면에 도시되지 않았지만 격벽(130)에 의해 형성된 충진 공간 내부에는 박막의 인터 레이어가 형성되어 있어 상기 전기영동 분산액의 대전 입자(150)들을 격벽(130)과 물리적으로 격리시킬 수 있다.
격벽(130)은 하부 기판 상에 형성되어 화소 영역을 정의함과 아울러, 전기영동 분산액이 충진되는 충진 공간을 정의한다. 이때, 격벽(130)은 일정 높이 및 폭(예를 들면, 10um ~ 100um의 높이, 5um ~ 30um의 폭)를 가지도록 형성되며, 화소 전극(120)을 둘러싸도록 형성된다.
전기영동 분산액은 포지티브(+) 또는 네거티브(-) 극성으로 대전된 복수의 대전 입자(150)와 바인더를 포함하는 용제(160)로 구성된다.
대전 입자(150)는 레드(red), 그린(green), 블루(blue), 옐로우(yellow), 시안(cyan), 마젠타(magenta), 블랙(black), 화이트(white)의 색상이 선택적으로 착색될 수 있다. 도 3에서는 모노 화상을 구현할 수 있도록 대전 입자(150)가 화이트 및 블랙으로 착색된 것을 일 예로 도시하고 있다.
용제(160)는 각 화소의 충진 공간 내에서 대전 입자(150)를 분산시켜 전기영동에 의해 거동될 수 있도록 대전 입자(150)와 충진 공간에 충진된다.
여기서, 용제(160)는 빙점(freezing point)이 -18℃~10℃인 물질 일 예로서, 테트라데칸(tetradecane, C14H30), 헥사데칸(hexadecane, C16H34), 페놀(phenol, C6H5OH) 또는 나프탈렌(naphthalene, C10H8)이 이용될 수 있다. 또한, 상기 테트라데칸(tetradecane, C14H30), 헥사데칸(hexadecane, C16H34), 페놀(phenol, C6H5OH) 또는 나프탈렌(naphthalene, C10H8)을 포함하는 합성 물질을 용제(160)로 이용할 수 있다.
본 발명에서는 빙점이 -18℃~10℃인 물질을 용제(160)로 이용하므로, 용제(160)의 빙점 특성을 이용하여 전기영동 분산액을 충진 공간과 대응되는 크기로 얼려(freezing)서 충진시킬 수 있다. 화소의 충진 공간에 전기영동 분산액을 충진 시키는 방법은 도 4 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
상기 격벽(130)에 의해 정의된 화소 영역에 복수의 대전 입자(150) 및 용제(160)로 구성된 전기영동 분산액이 충진하여 하부 기판(100)에 내재화 시킨 후, 상부 기판(170)과 하부 기판(100)을 합착하여 전기영동 분산액을 실링하게 된다.
상기 상부 기판(170)은 공통 전극(180) 및 실링 레이어(190)를 포함한다.
상부 기판(170)은 화상을 표시하기 위해 투명하여야 함으로, 투명 재질의 유리 또는 가요성(Flexibility)의 투명한 플라스틱의 재질로 형성된다.
공통 전극(180)은 하부 기판(100)의 화소 전극(120)과 대응되어 화소 영역 각각에 공통 전압을 공급한다. 이러한 공통 전극(180)은 화상이 표시되는 면에 위치함으로 투명하여야 한다. 이에 따라 공통 전극(180)은 인듐 틴 옥사이드(ITO: Indium Tin Oxide) 또는 인듐 징크 옥사이드(IZO: Indium Zinc Oxide)와 같은 전도성 투명 물질로 형성된다.
상부 기판(170)의 상기 공통 전극(180)과 상기 화소 전극(120)에 인가된 전압에 의해 각 화소 영역에 전계가 형성되고, 상기 전계에 의해 대전 입자(150)들이 용제(160) 내에서 이동하여 화상을 구현하게 된다.
실링 레이어(190)는 하부 기판(100)에 내재화되는 전기영동 분산액의 대전 입자(150)의 실링을 위한 것이다.
또한, 실링 레이어(190)는 대전 입자(150)가 공통 전극(180)과 직접 접하는 것을 방지한다. 대전 입자(150)가 공통 전극(180)과 직접 접속하게 되면 대전 입자(150)의 대전 특성이 소멸될 수 있는데, 실링 레이어(190)에 의해 대전 입자(150)와 공통 전극(180)을 격리시켜 대전 입자(150)의 대전 특성이 소멸되는 것을 방지할 수 있다.
이러한, 실링 레이어(190)는 전기적으로 절연성을 가지는 유기물(organic) 또는 무기물(inorganic)로 투명하도록 상기 공통 전극(180) 상에 형성되고, 0.1um ~ 40um의 두께를 가질 수 있다.
실링 레이어(190)는 자외선(UV) 및 열을 이용하여 경화할 수 있는 유기물 또는 무기물(SiNx, SiOx)로 형성될 수 있다.
실링 레이어(190)는 진공 증착(CVD, Sputter) 방식, 다이 코팅(Die coating) 방식, 캐스트(Casting) 방식, 바 코팅(Bar Coating) 방식, 슬릿 코팅(Slit Coating) 방식, 디스펜스(Dispense) 방식 스퀴징(squeezing) 방식, 스크린 프린팅(Screen printing) 방식 또는 잉크젯 프린팅(Inkjet printing) 방식으로 형성할 수 있다.
실링 레이어(190)가 유기물로 형성되는 경우, 폴리머(Polymer), 아크릴 자외선 경화 수지(Acrylic UV curable resin), 유기 자기 조립 단층 박막(organic SAM layer)으로 코팅 가능한 유기물 또는 비전도성의 투명 유기물이 재료로 이용될 수 있다.
한편, 실링 레이어(190)가 무기물로 형성되는 경우, 실리콘 질화물(일 예로서, SiNx), 비정질 실리콘(a-Si), 실리콘 산화물(일 예로서, SiOx), 알루미늄 산화물(일 예로서, Al2O3) 또는 비전도성의 투명 무기물이 재료로 이용될 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 제조방법을 통해 제조된 전기영동 표시장치는 전기영동 분산액을 화소의 충진 공간과 대응되는 크기로 얼린(결정화) 후, 충진시켜 전기영동 분산액의 미충진 및 과충진을 방지할 수 있다.
또한, 실링 레이어(190)를 이용하여 하부 기판(100)과 상부 기판(170)의 합착이 원활이 이어지도록 하고, 하부 기판(100)에 내재화되는 전기영동 분산액의 밀봉되도록 하여 공기 및 수분의 침투를 방지할 수 있다.
이를 통해, 각 화소 영역 내에 균일한 양의 전기영동 분산액이 충진되어 대전 입자(150)의 구동 안정성 및 효율을 향상시켜 전기영동 표시장치의 표시품질을 높일 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 하부 기판(100) 상에 복수의 화소 영역 각각에 대응되도록 박막 트랜지스터(110, TFT) 및 화소 전극(120)을 형성한다.
여기서, 화소 전극(120)은 박막 트랜지스터(110)가 형성된 하부 기판(110) 상에 구리, 알루미늄, ITO와 같은 도전성 물질을 도포한 후, 포토 리쏘그래피 공정 및 에칭 공정을 수행하여 복수의 화소 영역 각각에 형성된다.
이러한, 화소 전극(120)은 상술한 구리, 알루미늄, 인듐틴옥사이드(ITO)의 물질에 니켈 및/또는 금 등이 더 적층되어 형성될 수도 있다.
하부 기판(100)은 투명 재질의 유리기판, 가요성(Flexibility)을 가지는 플라스틱 기판 또는 금속 기판이 적용될 수 있다. 하부 기판(100)은 화상이 표시되는 화면의 반대 측에 위치함으로 반드시 투명할 필요는 없다.
상기 도 4에 도시하지 않았지만, 하부 기판(100)에는 상호 교차하는 복수의 게이트 라인 및 데이터 라인이 형성되어 있다. 복수의 게이트 라인 및 데이터 라인이 교차되는 영역에 박막 트랜지스터(110)가 형성된다.
상기 데이터 라인은 박막 트랜지스터(110)의 소스 전극과 접속되고, 게이트 라인은 박막 트랜지스터(110)의 게이트 전극과 접속되며, 박막 트랜지스터(110)의 드레인 전극은 콘택홀을 통해 화소 전극(120)과 전기적으로 접속되도록 형성된다.
이후, 화소 전극(120)이 형성된 하부 가판(100) 상에 유기 물질 또는 무기 물질을 도포한 후, 패터닝하여 화소 전극(120)을 둘러싸도록 격벽(130)을 형성한다.
이때, 상기 격벽(130)을 통해 전기영동 분산액이 충진되는 충진 공간(충진 셀)이 정의된다. 이때, 상기 격벽은 10um ~ 100um의 높이 및 5um ~ 30um의 폭을 가지도록 형성될 수 있다.
격벽(130)은 상술한 포토 리소그래피(Photo lithography) 방식뿐만 아니라, 임프린팅(imprinting) 또는 몰드 프린팅(Mold Printing) 방식을 이용하여 형성될 수도 있다.
이어서, 도 5를 참조하면, 대전 입자(150) 및 용제(160)로 구성된 전기영동 분산액을 화소 영역과 대응되는 형상 및 크기를 가지도록 얼려 복수의 전기영동 분산액 결정(140)을 형성한다.
이후, 복수의 전기영동 분산액 결정(140)을 복수의 화소 각각의 충진 공간에 주입한다.
이때, 화소의 충진 공간에 전기영동 분산액 결정(140)의 충진이 원활히 이루어질 수 있도록, 화소의 충진 공간의 80%~95% 크기로 전기영동 분산액 결정(140)을 형성한다.
도 6 및 도 7을 결부하여 전기영동 분산액 결정(140)을 형성하는 방법에 대하여 설명하기로 한다. 도 6(a)는 결정 틀(200)의 평면을 도시하고 있고, 도 6(b)는 도 6(a)에 도시된 A1-A2 선에 따른 단면도 중 일부를 도시하고 있다.
도 6을 참조하면, 도 5에서 격벽(130)을 형성한 동일한 방법으로 베이스 기판(210) 상에 유기물 또는 무기물로 패턴(220)을 형성하여 결정 틀(200, 팔레트)을 형성한다. 이때, 하부 기판(100) 상의 격벽(130)에 의해 형성된 충진 공간의 80%~95%의 크기를 가지도록 결정 틀(200)에 패턴(220)이 형성된다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 전기영동 분산액이 담긴 용기(230, bath)에 결정 틀(200)을 침지시켜, 복수의 패턴(220)의 충진 공간에 전기영동 분산액을 충진시킨다.
여기서, 전기영동 분산액은 포지티브(+) 또는 네거티브(-) 극성으로 대전된 복수의 대전 입자(150)와 바인더를 포함하는 용제(160)로 구성된다.
대전 입자(150)는 레드(red), 그린(green), 블루(blue), 옐로우(yellow), 시안(cyan), 마젠타(magenta), 블랙(black), 화이트(white)의 색상이 선택적으로 착색될 수 있다. 도 7에서는 모노 화상을 구현할 수 있도록 대전 입자(150)가 화이트 및 블랙으로 착색된 것을 일 예로 도시하고 있다.
용제(160)는 빙점(freezing point)이 -18℃~10℃인 물질 일 예로서, 테트라데칸(tetradecane, C14H30), 헥사데칸(hexadecane, C16H34), 페놀(phenol, C6H5OH) 또는 나프탈렌(naphthalene, C10H8)이 이용될 수 있다. 앞의 설명에서는 테트라데칸(tetradecane, C14H30), 헥사데칸, 페놀 또는 나프탈렌이 용제(160)로 이용되는 것으로 설명하였다. 그라나, 이에 한정되지 않고 빙점이 -18℃~10℃인 물질이면 용제로 이용할 수 있다.
이후, 전기영동 분산액이 충진된 결정 틀(200)에 -18℃~10℃ 범위의 온도를 가해 패턴(220) 내에 충진된 전기영동 분산액을 얼린다. 이와 같이, 용제(160)의 빙점 특성을 이용하여 전기영동 분산액을 충진 공간과 대응되는 크기로 얼려(freezing) 전기영동 분산액 결정(140)을 형성한다.
구체적으로, 상온(25℃) 이상의 온도에서 용기(230)에 담긴 용제(160)에 대전 입자(160)를 분산시켜 전기영동 분산액을 형성시키고, 결정 틀(200)을 용기(230)에 침지시켜 대전 입자(150)와 용제(160)로 구성된 전기영동 분산액을 각 화소의 충진 공간과 동일한 형상을 가지는 결정 틀(200)에 주입한다.
이후, -18℃~10℃이 온도 범위에서 얼려 전기영동 분산액 결정을 형성한다.
이후, 어름 틀에 물은 붙고 얼린 후, 얼음을 얼음 틀에서 분리시키듯 전기영동 분산액 결정(140)을 결정 틀(200)에서 분리시킨다.
이후, 화소의 충진 공간에 대응되는 크기로 형성된 전기영동 분산액 결정(140)을 격벽(130)에 의해 형성된 충진 공간에 디스펜스(Dispense) 방식, 스퀴징(squeezing) 방식, 스크린 프린팅(Screen printing) 방식 또는 잉크젯 프린팅(Inkjet printing) 방식을 이용하여 주입한다.
이때, 화소의 충진 공간에 전기영동 분산액 결정의 충진이 원활히 이루어질 수 있도록, 화소의 충진 공간의 80%~95% 크기로 전기영동 분산액 결정이 형성될 수 있다.
이와 같이, 전기영동 분산액 결정(140)을 각 화소의 충진 공간에 주입하고, 상온에서 전기영동 분산액 결정(140)을 용해시켜 전기영동 분산액을 하부 기판(100) 상에 내재화 시킨다.
한편, 도 7에 도시된 것과 상이하게, 전기영동 분산액이 담긴 용기(230, bath)에 결정 틀(200)을 뒤집어 침지시켜, 복수의 패턴(220)의 충진 공간에 전기영동 분산액을 충진시킬 수도 있다.
이어서, 도 8을 참조하면, 상기 하부 기판(100)을 형성하는 제조공정과는 별도의 제조공정을 수행하여 상부 기판(170)을 제조한다.
투명 재질의 유리 또는 가요성(Flexibility)의 투명한 플라스틱의 재질의 기판 상에 인듐 틴 옥사이드(ITO: Indium Tin Oxide) 또는 인듐 징크 옥사이드(IZO: Indium Zinc Oxide)와 같은 전도성 투명 물질로 공통 전극(180)을 형성한다.
공통 전극(180)은 상기 대전 입자(150)의 구동을 위해, 상기 화소 전극(120)과 대응되어 화소 영역 각각에 공통전압을 공급한다.
이후, 상기 공통 전극(180) 상에 전기적으로 절연성을 가지는 유기물(organic) 또는 무기물(inorganic)로 실링 레이어(190)를 형성한다.
이때, 공통 전극(180) 및 실링 레이어(190)는 화상이 표시되는 면에 형성되므로 투명하도록 형성된다.
실링 레이어(190)는 하부 기판(100)에 내재화되는 전기영동 분산액의 대전 입자(150)의 실링을 위한 것이다. 또한, 실링 레이어(190)는 대전 입자(150)가 공통 전극(180)과 직접 접하는 것을 방지한다. 이러한, 실링 레이어(190)는 전기적으로 절연성을 가지는 유기물(organic) 또는 무기물(inorganic)로 투명하도록 상기 공통 전극(180) 상에 형성되고, 0.1um ~ 40um의 두께를 가진다.
이러한, 실링 레이어(190)가 상기 하부 기판(100)의 격벽(130) 상부와 접착되어, 하부 기판(100)과 상부 기판(170)이 합착된다. 이와 함께, 상기 하부 기판(100)에 내재화되는 전기영동 분산액이 밀봉된다.
여기서, 실링 레이어(190)는 자외선(UV) 및 열을 이용하여 경화할 수 있는 유기물 또는 무기물(SiNx, SiOx)로 형성될 수 있다.
실링 레이어(190)는 진공 증착(CVD, Sputter) 방식, 다이 코팅(Die coating) 방식, 캐스트(Casting) 방식, 바 코팅(Bar Coating) 방식, 슬릿 코팅(Slit Coating) 방식, 디스펜스(Dispense) 방식 스퀴징(squeezing) 방식, 스크린 프린팅(Screen printing) 방식 또는 잉크젯 프린팅(Inkjet printing) 방식으로 형성할 수 있다.
실링 레이어(190)가 유기물로 형성되는 경우, 폴리머(Polymer), 아크릴 자외선 경화 수지(Acrylic UV curable resin), 유기 자기 조립 단층 박막(organic SAM layer)으로 코팅 가능한 유기물 또는 비전도성의 투명 유기물이 재료로 이용될 수 있다.
한편, 실링 레이어(190)가 무기물로 형성되는 경우, 실리콘 질화물(일 예로서, SiNx), 비정질 실리콘(a-Si), 실리콘 산화물(일 예로서, SiOx), 알루미늄 산화물(일 예로서, Al2O3) 또는 비전도성의 투명 무기물이 재료로 이용될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 전기영동 분산액을 화소의 충진 공간과 대응되는 크기로 얼린(결정화) 후, 충진시켜 전기영동 분산액의 미충진 및 과충진을 방지할 수 있다.
또한, 실링 레이어(190)를 이용하여 하부 기판(100)과 상부 기판(170)의 합착이 원활이 이어지도록 하고, 하부 기판(100)에 내재화되는 전기영동 분산액의 밀봉되도록 하여 공기 및 수분의 침투를 방지할 수 있다.
이를 통해, 각 화소 영역 내에 균일한 양의 전기영동 분산액이 충진되어 대전 입자(150)의 구동 안정성 및 효율을 향상시켜 전기영동 표시장치의 표시품질을 높일 수 있다.
전기영동 분산액이 균일한 양으로 화소의 충진 공간에 충진되므로 화상 구현 시 화소들 간의 그레이 레벨의 편차를 줄여 표시품질을 높일 수 있다. 아울러, 대전 입자(150)를 이용한 광 반사 및 광 흡수율을 높여 콘트라스트 비율(contrast ratio) 향상시킨다. 이를 통해, 화상의 시인성을 높일 수 있다.
도면에 도시되지 않았지만, 상술한 본 발명의 실시 예들에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 롤투롤 공정을 이용하여 하부 기판(100)과 상부 기판(170)을 합착시킬 수 있다. 이때, 하부 기판(100)과 상부 기판(170)의 합착 공정은 일정 압력을 가하는 가압 공정과 함께 일정 온도를 가하는 어닐링 공정을 더 이용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제조방법을 통해 제조된 전기영동 표시장치를 나타내는 도면이고, 도 10 내지 도 12는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법을 나타내는 도면이다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법을 통해 제조된 전기영동 표시장치는 컬러 화상을 구현하기 위해 대전 입자(150)가 복수의 컬러로 착색된 것을 제외한 다른 구성은 도 3의 도시된 전기영동 표시장치와 동일하다,
본 발명의 제2 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 각 컬러 화소 별로 전기영동 분산액을 충진시키는 제조방법을 제외한 다른 구성은 도 4 내지 도 8에 도시된 본 발명의 제1 실시와 동일하다.
따라서, 앞서 설명한 내용과 동일한 구성 및 제조방법에 대해서는 상세한 설명을 생략할 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제조방법을 통해 제조된 전기영동 표시장치는 전기영동 분산액이 내재화된 하부 기판(100); 공통 전극(180) 및 실링 레이어(190)가 형성된 상부 기판(170);을 포함한다.
하부 기판(100)에는 박막 트랜지스터(110) 및 화소 전극(120)의 복수의 화소 영역에 형성된다.
하부 기판(100) 상에는 화소 영역을 정의하는 격벽(130, Partition wall)이 형성된다. 격벽(130)은 화소 전극(120)을 둘러싸도록 형성된다. 이러한, 격벽(130)에 의해 각 화소마다 충진 공간이 형성되고, 이렇게 형성된 충진 공간에 전기영동 분산액이 충진되어 하부 기판(100) 상에 전기영동 분산액이 내재화 된다.
여기서, 전기영동 분산액은 복수의 대전 입자(150)와 바인더를 포함하는 용제(160)로 구성되며, 상기 격벽(130)에 의해 정의된 충진 공간(충진 셀)에 충진된다.
격벽(130)은 하부 기판 상에 형성되어 화소 영역을 정의함과 아울러, 전기영동 분산액이 충진되는 충진 공간을 정의한다. 이때, 격벽(130)은 일정 높이 및 폭(예를 들면, 10um ~ 100um의 높이, 5um ~ 30um의 폭)를 가지도록 형성되며, 화소 전극(120)을 둘러싸도록 형성된다.
전기영동 표시장치가 풀 컬러 화상을 표시하는 경우, 화소가 표시하는 색상에 맞춰 착색된 대전 입자(150)가 하부 기판(100)에 내재화 될 수 있다. 이때, 레드로 착색되어 레드 화소에 충진된 대전 입자가 이웃하는 블루 화소 또는 그린 화소로 넘쳐흘러 들어가면 화상의 색순도가 떨어져 표시품질이 저하되고, 대전 입자의 넘침 현상이 심한 경우 컬러 화상을 구현할 수 없게 된다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 전기영동 분산액의 충진 시, 이웃하는 화소들로의 넘침 현상을 방지할 수 있는 제조방법을 제안한다.
여기서, 전기영동 분산액은 포지티브(+) 또는 네거티브(-) 극성으로 대전된 복수의 대전 입자(150)와 바인더를 포함하는 용제(160)로 구성된다.
대전 입자(150)는 레드(red), 그린(green), 블루(blue), 옐로우(yellow), 시안(cyan), 마젠타(magenta), 블랙(black), 화이트(white)의 색상이 선택적으로 착색될 수 있다. 도 3에서는 풀 컬러 화상을 구현할 수 있도록 대전 입자(150)가 레드, 그린, 블루, 화이트 및 블랙으로 착색된 것을 일 예로 도시하고 있다. 즉, 4가지 색상의 화소들(레드 화소, 그린 화소, 블루 화소 및 화이트 화소)로 풀 컬러 형상을 표시할 수 있다.
용제(160)는 각 화소의 충진 공간 내에서 대전 입자(150)를 분산시켜 전기영동에 의해 거동될 수 있도록 대전 입자(150)와 충진 공간에 충진된다.
여기서, 용제(160)는 빙점(freezing point)이 -18℃~10℃인 물질 일 예로서, 테트라데칸(tetradecane, C14H30), 헥사데칸(hexadecane, C16H34), 페놀(phenol, C6H5OH) 또는 나프탈렌(naphthalene, C10H8)이 이용될 수 있다.
본 발명에서는 빙점이 -18℃~10℃인 물질을 용제(160)로 이용하므로, 용제(160)의 빙점 특성을 이용하여 전기영동 분산액을 충진 공간과 대응되는 크기로 얼려(freezing)서 충진시킬 수 있다.
상기 격벽(130)에 의해 정의된 화소 영역에 복수의 대전 입자(150) 및 용제(160)로 구성된 전기영동 분산액이 충진하여 하부 기판(100)에 내재화 시킨 후, 상부 기판(170)과 하부 기판(100)을 합착하여 전기영동 분산액을 실링하게 된다.
상기 상부 기판(170)은 공통 전극(180) 및 실링 레이어(190)를 포함한다.
공통 전극(180)은 하부 기판(100)의 화소 전극(120)과 대응되어 화소 영역 각각에 공통 전압을 공급한다.
실링 레이어(190)는 하부 기판(100)에 내재화되는 전기영동 분산액의 대전 입자(150)의 실링을 위한 것이다.
또한, 실링 레이어(190)는 대전 입자(150)가 공통 전극(180)과 직접 접하는 것을 방지한다. 실링 레이어(190)에 의해 대전 입자(150)와 공통 전극(180)을 격리시켜 대전 입자(150)의 대전 특성이 소멸되는 것을 방지할 수 있다.
이러한, 실링 레이어(190)는 전기적으로 절연성을 가지는 유기물(organic) 또는 무기물(inorganic)로 투명하도록 상기 공통 전극(180) 상에 형성되고, 0.1um ~ 40um의 두께를 가질 수 있다.
실링 레이어(190)는 자외선(UV) 및 열을 이용하여 경화할 수 있는 유기물 또는 무기물(SiNx, SiOx)로 형성될 수 있다.
실링 레이어(190)는 진공 증착(CVD, Sputter) 방식, 다이 코팅(Die coating) 방식, 캐스트(Casting) 방식, 바 코팅(Bar Coating) 방식, 슬릿 코팅(Slit Coating) 방식, 디스펜스(Dispense) 방식 스퀴징(squeezing) 방식, 스크린 프린팅(Screen printing) 방식 또는 잉크젯 프린팅(Inkjet printing) 방식으로 형성할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법을 통해 제조된 전기영동 표시장치는 전기영동 분산액을 화소의 충진 공간과 대응되는 크기로 얼린(결정화) 후, 충진시켜 전기영동 분산액의 미충진 및 과충진을 방지할 수 있다.
또한, 실링 레이어(190)를 이용하여 하부 기판(100)과 상부 기판(170)의 합착이 원활이 이어지도록 하고, 하부 기판(100)에 내재화되는 전기영동 분산액의 밀봉되도록 하여 공기 및 수분의 침투를 방지할 수 있다.
이를 통해, 각 화소 영역 내에 균일한 양의 전기영동 분산액이 충진되어 대전 입자(150)의 구동 안정성 및 효율을 향상시켜 전기영동 표시장치의 표시품질을 높일 수 있다.
이하, 도 10 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 10을 참조하면, 하부 기판(100) 상에 복수의 화소 영역 각각에 대응되도록 박막 트랜지스터(110, TFT) 및 화소 전극(120)을 형성한다.
이후, 화소 전극(120)이 형성된 하부 가판(100) 상에 유기 물질 또는 무기 물질을 도포한 후, 패터닝하여 화소 전극(120)을 둘러싸도록 격벽(130)을 형성한다.
이때, 상기 격벽(130)을 통해 전기영동 분산액이 충진되는 충진 공간(충진 셀)이 정의된다. 이때, 상기 격벽은 10um ~ 100um의 높이 및 5um ~ 30um의 폭을 가지도록 형성될 수 있다.
이후, 도 10을 참조하면, 대전 입자(150) 및 용제(160)로 구성된 전기영동 분산액을 화소 영역과 대응되는 형상 및 크기를 가지도록 얼려 컬러 화소의 색상 별로 복수의 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)을 형성한다.
여기서, 복수의 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)은 복수의 화소 각각이 나타내는 컬러에 맞춰 생성된다.
블랙 및 화이트 색상을 표시하는 화소에는 화이트 대전 입자 및 블랙 대전 입자가 충진되어야 함으로, 화이트 대전 입자 및 블랙 대전 입자를 포함하는 전기영동 분산액을 얼려 복수의 제1 전기영동 분산액 결정(141)을 형성한다.
레드 색상을 표시하는 화소에는 레드 대전 입자가 충진되어야 함으로, 레드 대전 입자를 포함하는 전기영동 분산액을 얼려 복수의 제2 전기영동 분산액 결정(142)을 형성한다.
그린 색상을 표시하는 화소에는 그린 대전 입자가 충진되어야 함으로, 그린 대전 입자를 포함하는 전기영동 분산액을 얼려 복수의 제3 전기영동 분산액 결정(143)을 형성한다.
블루 색상을 표시하는 화소에는 블루 대전 입자가 충진되어야 함으로, 블루 대전 입자를 포함하는 전기영동 분산액을 얼려 복수의 제4 전기영동 분산액 결정(144)을 형성한다.
이후, 각 화소의 색상에 맞춰 결정화된 복수의 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)을 컬러에 맞게끔 복수의 화소의 충진 공간에 주입한다.
이때, 화소의 충진 공간에 복수의 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)의 충진이 원활히 이루어질 수 있도록, 화소의 충진 공간의 80%~95% 크기로 복수의 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)을 형성한다.
도 11을 결부하여 복수의 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)을 형성하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 11을 참조하면, 도 10에서 격벽(130)을 형성한 동일한 방법으로 베이스 기판(210) 상에 유기물 또는 무기물로 패턴(220)을 형성하여 결정 틀(200, 팔레트)을 형성한다.
이때, 결정 틀(200)은 화소의 컬러에 대응되도록 복수개가 형성된다. 즉, 전기영동 표시장치가 컬러 화상을 표시하기 위해 4색 화소(화이트 및 블랙 화소, 레드 화소, 그린 화소, 블루 화소)로 구성되면 결정 틀(200)도 4가지 색상에 맞게끔 복수개가 형성된다.
하부 기판(100) 상의 격벽(130)에 의해 형성된 충진 공간의 80%~95%의 크기를 가지도록 복수의 결정 틀(200)에 패턴(220)이 형성된다.
이후, 색상 별 대전 입자를 포함하는 전기영동 분산액이 담긴 용기(230)에 4색의 결정 틀(200) 각각을 침지시켜, 복수의 패턴(220)의 충진 공간에 전기영동 분산액을 충진시킨다.
화이트 및 블랙 화소에 대응되는 모노 컬러 결정 틀에는 화이트 및 블랙 대전입자가 포함된 전기영동 분산액이 충진된다.
레드 화소에 대응되는 레드 컬러 결정 틀에는 레드 대전 입자가 포함된 전기영동 분산액이 충진된다.
그린 화소에 대응되는 그린 컬러 결정 틀에는 그린 대전 입자가 포함된 전기영동 분산액이 충진된다.
그리고, 블루 화소에 대응되는 그린 컬러 결정 틀에는 블루 대전 입자가 포함된 전기영동 분산액이 충진된다.
전기영동 분산액은 포지티브(+) 또는 네거티브(-) 극성으로 대전된 복수의 대전 입자(150)와 바인더를 포함하는 용제(160)로 구성된다.
대전 입자(150)는 레드(red), 그린(green), 블루(blue), 옐로우(yellow), 시안(cyan), 마젠타(magenta), 블랙(black), 화이트(white)의 색상이 선택적으로 착색될 수 있다. 도 11에서는 컬러 화상을 구현하기 위해 대전 입자(150)가 화이트, 블랙, 레드, 그린, 블루 색상으로 착색된 것을 일 예로 도시하고 있다.
용제(160)는 빙점(freezing point)이 -18℃~10℃인 물질 일 예로서, 테트라데칸(tetradecane, C14H30), 헥사데칸(hexadecane, C16H34), 페놀(phenol, C6H5OH) 또는 나프탈렌(naphthalene, C10H8)이 이용될 수 있다. 앞의 설명에서는 테트라데칸, 헥사데칸, 페놀 또는 나프탈렌이 용제(160)로 이용되는 것으로 설명하였다. 그라나, 이에 한정되지 않고 빙점이 -18℃~10℃인 물질이면 용제로 이용할 수 있다.
이후, 색상 별 대전 입자를 포함하는 전기영동 분산액이 충진된 복수의 결정 틀(200)에 -18℃~10℃ 범위의 온도를 가해 패턴(220) 내에 충진된 전기영동 분산액을 얼린다. 이와 같이, 용제(160)의 빙점 특성을 이용하여 전기영동 분산액을 충진 공간과 대응되는 크기로 얼려(freezing) 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)을 형성한다.
구체적으로, 상온(25℃) 이상의 온도에서 용기(230)에 담긴 용제(160)에 대전 입자(160)를 분산시켜 전기영동 분산액을 형성시키고, 결정 틀(200)을 용기(230)에 침지시켜 대전 입자(150)와 용제(160)로 구성된 전기영동 분산액을 각 화소의 충진 공간과 동일한 형상을 가지는 결정 틀(200)에 주입한다. 이때, 용기(230)는 화소의 색상 별로 복수개가 마련되고, 색상 별 용기에는 화소의 색상에 맞는 색상으로 착색된 대전 입자(150)가 넣어져 있다.
이후, 색상 별로 마련된 복수의 결정 틀(200)들에 -18℃~10℃ 범위의 온도를 가한다. 이를 통해, 각각의 결정 틀에 주입된 전기영동 분산액을 얼려 색상 별로 복수의 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)을 형성한다.
이후, 어름 틀에 물은 붙고 얼린 후, 얼음을 얼음 틀에서 분리시키듯 색상 별 전기영동 분산액 결정(141~144)을 각각의 색상 별 결정 틀(200)에서 분리시킨다.
이후, 화소의 충진 공간에 대응되는 크기로 형성된 색상 별 전기영동 분산액 결정(141~144)을 격벽(130)에 의해 형성된 충진 공간에 디스펜스(Dispense) 방식, 스퀴징(squeezing) 방식, 스크린 프린팅(Screen printing) 방식 또는 잉크젯 프린팅(Inkjet printing) 방식을 이용하여 주입한다.
이후, 상온에서 복수의 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)을 용융시켜, 4색의 컬러 입자를 포함하는 전기영동 분산액을 컬로 화소 별로 충진 공간 내에 내재화 시킬 수 있다.
한편, 도 11에 도시된 것과 상이하게, 전기영동 분산액이 담긴 용기(230, bath)에 결정 틀(200)을 뒤집어 침지시켜, 복수의 패턴(220)의 충진 공간에 전기영동 분산액을 충진시킬 수도 있다.
이어서, 도 12를 참조하면, 상기 하부 기판(100)을 형성하는 제조공정과는 별도의 제조공정을 수행하여 상부 기판(170)을 제조한다.
투명 재질의 유리 또는 가요성(Flexibility)의 투명한 플라스틱의 재질의 기판 상에 인듐 틴 옥사이드(ITO: Indium Tin Oxide) 또는 인듐 징크 옥사이드(IZO: Indium Zinc Oxide)와 같은 전도성 투명 물질로 공통 전극(180)을 형성한다.
공통 전극(180)은 상기 대전 입자(150)의 구동을 위해, 상기 화소 전극(120)과 대응되어 화소 영역 각각에 공통전압을 공급한다.
이후, 상기 공통 전극(180) 상에 전기적으로 절연성을 가지는 유기물(organic) 또는 무기물(inorganic)로 실링 레이어(190)를 형성한다.
이때, 공통 전극(180) 및 실링 레이어(190)는 화상이 표시되는 면에 형성되므로 투명하도록 형성된다.
실링 레이어(190)는 하부 기판(100)에 내재화되는 전기영동 분산액의 대전 입자(150)의 실링을 위한 것이다. 또한, 실링 레이어(190)는 대전 입자(150)가 공통 전극(180)과 직접 접하는 것을 방지한다. 이러한, 실링 레이어(190)는 전기적으로 절연성을 가지는 유기물(organic) 또는 무기물(inorganic)로 투명하도록 상기 공통 전극(180) 상에 형성되고, 0.1um ~ 40um의 두께를 가진다.
이러한, 실링 레이어(190)가 상기 하부 기판(100)의 격벽(130) 상부와 접착되어, 하부 기판(100)과 상부 기판(170)이 합착된다. 이와 함께, 상기 하부 기판(100)에 내재화되는 전기영동 분산액이 밀봉된다.
여기서, 실링 레이어(190)는 자외선(UV) 및 열을 이용하여 경화할 수 있는 유기물 또는 무기물(SiNx, SiOx)로 형성될 수 있다.
실링 레이어(190)는 진공 증착(CVD, Sputter) 방식, 다이 코팅(Die coating) 방식, 캐스트(Casting) 방식, 바 코팅(Bar Coating) 방식, 슬릿 코팅(Slit Coating) 방식, 디스펜스(Dispense) 방식 스퀴징(squeezing) 방식, 스크린 프린팅(Screen printing) 방식 또는 잉크젯 프린팅(Inkjet printing) 방식으로 형성할 수 있다.
이후, 롤러를 이용한 롤투롤 공정을 통해 하부 기판(100)과 상부 기판(170)을 합착시킨다. 여기서, 하부 기판(100)과 상부 기판(170)의 합착 공정은 일정 압력을 가하는 가압 공정과 함께 일정 온도를 가하는 어닐링 공정을 더 이용할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 화소의 색상에 대응되는 컬러로 착색된 대전 입자를 포함하는 전기영동 분산액을 화소의 충진 공간과 대응되는 크기로 얼린(결정화) 후, 화소 색상 별로 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)을 충진시켜 전기영동 분산액의 미충진 및 과충진을 방지할 수 있다.
또한, 실링 레이어(190)를 이용하여 하부 기판(100)과 상부 기판(170)의 합착이 원활이 이어지도록 하고, 하부 기판(100)에 내재화되는 전기영동 분산액의 밀봉되도록 하여 공기 및 수분의 침투를 방지할 수 있다.
이를 통해, 각 화소 영역 내에 균일한 양의 전기영동 분산액이 충진되어 대전 입자(150)의 구동 안정성 및 효율을 향상시켜 전기영동 표시장치의 표시품질을 높일 수 있다.
전기영동 분산액이 균일한 양으로 화소의 충진 공간에 충진되므로 풀 컬러 화상 구현 시, 컬러 화소들 간의 그레이 레벨의 편차를 줄여 표시품질을 높일 수 있다. 아울러, 대전 입자(150)를 이용한 광 반사 및 광 흡수율을 높여 콘트라스트 비율(contrast ratio) 향상시킨다. 이를 통해, 컬러 화상의 시인성을 높일 수 있다.
도 13 내지 도 17은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법을 나타내는 도면이다.
본 발명의 제3 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 각 컬러 화소 별로 전기영동 분산액을 충진시키는 제조방법을 제외한 다른 구성은 도 4 내지 도 12에 도시된 본 발명의 제1 실시 및 제2 실시 예와 동일하다.
따라서, 앞서 설명한 내용과 동일한 구성 및 제조방법에 대해서는 상세한 설명을 생략할 수 있다.
도 13 내지 도 17을 참조하면, 대전 입자(150) 및 용제(160)로 구성된 전기영동 분산액을 화소 영역과 대응되는 형상 및 크기를 가지도록 얼려 컬러 화소의 색상 별로 복수의 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)을 형성한다.
여기서, 복수의 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)은 복수의 화소 각각이 나타내는 컬러에 맞춰 생성된다.
블랙 및 화이트 색상을 표시하는 화소에는 화이트 대전 입자 및 블랙 대전 입자가 충진되어야 함으로, 화이트 대전 입자 및 블랙 대전 입자를 포함하는 전기영동 분산액을 얼려 복수의 제1 전기영동 분산액 결정(141)을 형성한다.
레드 색상을 표시하는 화소에는 레드 대전 입자가 충진되어야 함으로, 레드 대전 입자를 포함하는 전기영동 분산액을 얼려 복수의 제2 전기영동 분산액 결정(142)을 형성한다.
그린 색상을 표시하는 화소에는 그린 대전 입자가 충진되어야 함으로, 그린 대전 입자를 포함하는 전기영동 분산액을 얼려 복수의 제3 전기영동 분산액 결정(143)을 형성한다.
블루 색상을 표시하는 화소에는 블루 대전 입자가 충진되어야 함으로, 블루 대전 입자를 포함하는 전기영동 분산액을 얼려 복수의 제4 전기영동 분산액 결정(144)을 형성한다.
이후, 각 화소의 색상에 맞춰 결정화된 복수의 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)을 컬러에 맞게끔 복수의 화소의 충진 공간에 주입한다.
이때, 화소의 충진 공간에 복수의 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)의 충진이 원활히 이루어질 수 있도록, 화소의 충진 공간의 80%~95% 크기로 복수의 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)을 형성한다.
여기서, 복수의 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144) 상기 도 11을 참조하여 설명한 방법과 동일하다.
상온(25℃) 이상의 온도에서 용기(230)에 담긴 용제(160)에 대전 입자(160)를 분산시켜 전기영동 분산액을 형성시킨다.
색상 별 대전 입자를 포함하는 전기영동 분산액이 담긴 용기(230)에 화소의 컬러에 대응되도록 마련된 4색의 결정 틀(200)을 침지시켜, 복수의 패턴(220)의 충진 공간에 전기영동 분산액을 충진시킨다.
이후, 색상 별 대전 입자를 포함하는 전기영동 분산액이 충진된 복수의 결정 틀(200)에 -18℃~10℃ 범위의 온도를 가해 패턴(220) 내에 충진된 전기영동 분산액을 얼려 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)을 형성한다.
이후, 색상 별로 마련된 복수의 결정 틀(200)들에 -18℃~10℃ 범위의 온도를 가한다. 이를 통해, 각각의 결정 틀에 주입된 전기영동 분산액을 얼려 색상 별로 복수의 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)을 형성한다.
이후, 어름 틀에 물은 붙고 얼린 후, 얼음을 얼음 틀에서 분리시키듯 색상 별 전기영동 분산액 결정(141~144)을 각각의 색상 별 결정 틀(200)에서 분리시킨다.
이후, 화소의 충진 공간에 대응되는 크기로 형성된 색상 별 전기영동 분산액 결정(141~144)을 격벽(130)에 의해 형성된 충진 공간에 충진시킨다.
여기서, 메탈 마스크를 이용하여 색상 별로 화소의 충진 공간에 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)을 충진시킨다.
도 13에 도시된 바와 같이, 전체 화소 중에서 화이트 및 블랙 색상을 표시하는 제1 화소들의 영역이 오픈 된 제1 마스크(241)를 하부 기판(100) 상에 정렬 시킨다.
상기 제1 마스크(241)를 이용하여 상기 제1 화소들만 오픈 시킨 후, 블랙 및 화이트 대전 입자를 포함하는 제1 전기영동 분산액 결정(141)을 충진시킨다.
이어서, 도 14에 도시된 바와 같이, 전체 화소 중에서 레드 색상을 표시하는 제2 화소들의 영역이 오픈 된 제2 마스크(242)를 하부 기판(100) 상에 정렬 시킨다.
상기 제2 마스크(242)를 이용하여 상기 제2 화소들만 오픈 시킨 후, 레드 대전 입자를 포함하는 제2 전기영동 분산액 결정(142)을 충진시킨다.
이어서, 도 15에 도시된 바와 같이, 전체 화소 중에서 그린 색상을 표시하는 제3 화소들의 영역이 오픈 된 제3 마스크(243)를 하부 기판(100) 상에 정렬 시킨다.
상기 제3 마스크(243)를 이용하여 상기 제3 화소들만 오픈 시킨 후, 그린 대전 입자를 포함하는 제3 전기영동 분산액 결정(143)을 충진시킨다.
이어서, 도 15에 도시된 바와 같이, 전체 화소 중에서 블루 색상을 표시하는 제4 화소들의 영역이 오픈 된 제4 마스크(244)를 하부 기판(100) 상에 정렬 시킨다.
상기 제4 마스크(244)를 이용하여 상기 제4 화소들만 오픈 시킨 후, 블루 대전 입자를 포함하는 제4 전기영동 분산액 결정(144)을 충진시킨다.
이와 같이, 4색의 화소 영역 각각에 대응되는 영역을 오픈 시키는 제1 내지 제4 마스크(241~244)를 이용하여, 하부 기판 상에 화소들의 색상 별로 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)을 충진시킬 수 있다.
이후, 상온에서 복수의 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)을 용융시켜, 4색의 컬러 입자를 포함하는 전기영동 분산액을 컬로 화소 별로 충진 공간 내에 내재화 시킬 수 있다.
이어서, 도 17을 참조하면, 공통 전극(180) 및 실링 레이어(190)를 포함하는 상부 기판(170)을 하부 기판(100)과 합착한다.
이러한, 실링 레이어(190)가 상기 하부 기판(100)의 격벽(130) 상부와 접착되어, 상기 하부 기판(100)에 내재화되는 전기영동 분산액이 밀봉된다.
여기서, 하부 기판(100)과 상부 기판(170)의 합착 공정은 일정 압력을 가하는 가압 공정과 함께 일정 온도를 가하는 어닐링 공정을 더 이용할 수 있다.
본 발명의 제3 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 화소의 색상에 대응되는 컬러로 착색된 대전 입자를 포함하는 전기영동 분산액을 화소의 충진 공간과 대응되는 크기로 얼려(결정화) 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)을 형성한다.
이후, 4색의 화소 영역 각각에 대응되는 영역을 오픈 시키는 제1 내지 제4 마스크(241~244)를 이용하여, 하부 기판 상에 화소들의 색상 별로 제1 내지 제4 전기영동 분산액 결정(141~144)을 충진시킬 수 있다.
이를 통해, 복수의 화소의 색상 별로 전기영동 분산액을 충진시킴과 아울러, 전기영동 분산액의 미충진 및 과충진을 방지할 수 있다.
상술한 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예들에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 하부 기판에 내재화되는 전기영동 분산액의 넘침을 방지하고, 실링이 원활이 이루어지도록 하여 다양한 컬러로 높은 품질의 화상을 구현할 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: 하부 기판 110: 박막 트랜지스터
120: 화소 전극 130: 격벽
140: 전기영동 분산액 결정 150: 대전 입자
160: 용제 170: 상부 기판
180: 공통 전극 190: 실링 레이어
200: 결정 틀 210: 베이스 기판
220: 패턴 230: 용기
241~244: 마스크

Claims (10)

  1. 하부 기판에 형성된 복수의 화소 전극을 둘러싸도록 격벽을 형성하여 화소들의 충진 공간을 마련하는 단계;
    상기 화소들의 충진 공간과 대응되는 형상 및 크기를 가지는 패턴이 형성된 결정 틀에 복수의 대전 입자 및 용제를 포함하는 전기영동 분산액을 충진시킨 후, 상기 결정 틀을 냉각시키는 단계;
    상기 결정 틀에 충진된 전기영동 분산액을 결정화시켜 전기영동 분산액 결정을 형성한 후, 상기 결정 틀에서 상기 전기영동 분산액 결정을 분리시키는 단계;
    화소들의 충진 공간에 상기 전기영동 분산액 결정을 충진시킨 후, 상온(25℃)을 가해 상기 전기영동 분산액 결정을 용해시키는 단계; 및
    공통 전극 및 실링 레이어가 형성된 상부 기판을 상기 격벽 상부에 정렬시킨 후, 상기 후부 기판과 상기 상부 기판을 합착하여 상기 화소들의 충진 공간에 내재화된 전기영동 분산액을 실링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용제의 빙점 이하의 온도로 상기 결정 틀을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 용제는 빙점이 -18℃~10℃인 물질인 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용제는 테트라데칸(tetradecane, C14H30), 헥사데칸(hexadecane, C16H34), 페놀(phenol, C6H5OH) 또는 나프탈렌(naphthalene, C10H8)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 대전 입자는 레드, 그린, 블루, 옐로우, 시안, 마젠타, 블랙, 화이트의 색상이 선택적으로 착색된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소들이 모노 화상을 표시하는 경우 상기 블랙과 화이트로 착색된 대전 입자를 포함하는 전기영동 분산액을 결정화시켜 모노 화소용 전기영동 분산액 결정을 생성하고,
    전체 화소들에 상기 모노 화소용 전기영동 분산액 결정을 충진시킨 후, 상온으로 용해시켜 상기 충진 공간에 전기영동 분산액을 내재화 시키는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소들이 컬러 화상을 표시하는 경우, 상기 화소들에 대응되는 색상으로 착색된 대전 입자를 포함하는 전기영동 분산액을 결정화시켜 복수의 컬러 화소용 전기영동 분산액 결정을 생성하고,
    상기 화소들의 색상 별로 상기 복수의 컬러 화소용 전기영동 분산액 결정을 충진시킨 후, 상온으로 용해시켜 상기 충진 공간에 화소의 색상 별로 전기영동 분산액을 내재화 시키는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소들의 충진 공간의 80%~95% 크기로 상기 전기영동 분산액 결정을 형성하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    디스펜스(Dispense) 방식, 스퀴징(squeezing) 방식, 스크린 프린팅(Screen printing) 방식 또는 잉크젯 프린팅(Inkjet printing) 방식을 이용하여
    상기 화소들의 충진 공간에 상기 전기영동 분산액 결정을 충진시키는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소들의 충진 공간에 상기 전기영동 분산액 결정을 충진시키는 단계에 있어서,
    상기 화소들 중에서 화이트 및 블랙 색상을 표시하는 제1 화소들의 영역이 오픈 된 제1 마스크로 상기 제1 화소들만 오픈시켜, 블랙 및 화이트 대전 입자를 포함하는 제1 전기영동 분산액 결정을 상기 제1 화소들에 충진시키는 단계;
    상기 화소들 중에서 레드 색상을 표시하는 제2 화소들의 영역이 오픈 된 제2 마스크로 상기 제2 화소들만 오픈시켜, 레드 대전 입자를 포함하는 제2 전기영동 분산액 결정을 상기 제2 화소들에 충진시키는 단계;
    상기 화소들 중에서 그린 색상을 표시하는 제3 화소들의 영역이 오픈 된 제3 마스크로 상기 제3 화소들만 오픈시켜, 레드 대전 입자를 포함하는 제3 전기영동 분산액 결정을 상기 제3 화소들에 충진시키는 단계; 및
    상기 화소들 중에서 블루 색상을 표시하는 제4 화소들의 영역이 오픈 된 제4 마스크로 상기 제4 화소들만 오픈시켜, 레드 대전 입자를 포함하는 제4 전기영동 분산액 결정을 상기 제4 화소들에 충진시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
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