KR20130021601A - 전기영동 표시장치 및 그의 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단일극성만으로 대전된 전기영동입자를 가지는 전기영동층을 포함하는 전기영동 표시장치 및 그 구동방법에 관한 것으로, 전기영동 표시장치는, 서로 마주보며 이격되며 다수의 부화소영역을 포함하는 제 1 및 제 2 기판; 상기 다수의 부화소영역에 대응되는 상기 제 1 기판 상에 형성되는 다수의 화소전극; 상기 제 2 기판의 하부에 형성되는 공통전극; 및 상기 다수의 화소전극 및 상기 공통전극 사이에 배치되며, 단일극성만으로 대전된 다수의 전기영동입자를 가지는 전기영동층;을 포함한다.

Description

전기영동 표시장치 및 그의 구동방법 {Electrophoretic Display Device and Method of Driving the same}
본 발명은 단일극성만으로 대전된 전기영동입자를 가지는 전기영동층을 포함하는 전기영동 표시장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 영상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(liquid crystal display: LCD), 플라즈마표시장치(plasma display panel: PDP), 유기전계발광표시장치(organic light emitting diode: OLED)와 같은 여러 가지 평판표시장치(flat panel display: FPD)가 활용되고 있다.
이들 평판표시장치 중에서, 액정표시장치는 박형화 및 대면적화에 장점이 있으며, 플라즈마표시장치와 유기전계발광표시장치는 자체 발광형(emissive type)이라는 면에서 휘도에 장점이 있다.
그러나, 액정표시장치는 액정층의 굴절율 이방성으로 인한 좁은 시야각과, 편광판, 액정층, 컬러필터층, 다수의 박막층으로 인한 낮은 광효율과, 느린 응답속도 보상 및 고속 구동을 위한 구동전압 증가로 인한 높은 소비전력과, 다수의 박막층 형성으로 인한 복잡한 제조공정과, 백라이트, 액정, 편광판 등의 다수의 부품으로 인한 높은 제조비용이라는 단점이 있다.
또한, 플라즈마표시장치는 수명과 소비전력 측면에서 단점이 있으며, 유기전계발광표시장치는 대면적화 및 안정성 측면에서 단점이 있다.
본 발명은 서로 대향하는 2 개의 전극 사이에 단일극성만으로 대전되고 광셔터 기능을 수행하는 전기영동입자를 포함하는 전기영동층을 배치하여 응답속도 및 대조비가 개선되고 셀갭을 최소화할 수 있는 전기영동 표시소자 및 그의 구동방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서로 마주보며 이격되며 다수의 부화소영역을 포함하는 제 1 및 제 2 기판; 상기 다수의 부화소영역에 대응되는 상기 제 1 기판 상에 형성되는 다수의 화소전극; 상기 제 2 기판의 하부에 형성되는 공통전극; 및 상기 다수의 화소전극 및 상기 공통전극 사이에 배치되며, 단일극성만으로 대전된 다수의 전기영동입자를 가지는 전기영동층;을 포함하는 전기영동 표시장치를 제공한다.
상기 다수의 전기영동입자는, 양(+) 또는 음(-)의 단일극성으로 대전되고 광흡수 성질을 가지는 블랙입자인 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치를 제공한다.
상기 제 1 기판 상에 형성되고 상기 다수의 부화소영역을 정의하는 다수의 게이트 및 데이터 배선과, 상기 다수의 게이트 및 데이터 배선 각각에 연결되는 다수의 박막 트랜지스터를 포함하고, 상기 다수의 화소전극 및 박막 트랜지스터는 상기 다수의 부화소영역의 중앙부에 형성되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치를 제공한다.
상기 제 1 기판 상에 형성되고 상기 다수의 부화소영역을 정의하는 다수의 게이트 및 데이터 배선과, 상기 다수의 게이트 및 데이터 배선 각각에 연결되는 다수의 박막 트랜지스터를 포함하고, 상기 박막 트랜지스터는 다수의 게이트 및 데이터 배선의 교차영역과 인접하여 설치되고, 상기 다수의 화소전극 각각은 상기 다수의 부화소영역에 균일하게 배치되는 선형패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치를 제공한다.
상기 제 1 기판의 하부에 백라이트 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치를 제공한다.
상기 제 1 기판 상에 반사층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치를 제공한다.
상기 반사층은 서로 다른 굴절률을 가지는 제 1 및 제 2 물질층이 교번하여 적층되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치를 제공한다.
상기 제 1 및 제 2 물질층 각각은 산화티타늄(TiO2) 및 산화 실리콘(SiO2)을 사용하거나, 또는 산화 실리콘(SiO2) 및 질화 실리콘(SiN)을 사용하는 것을 특징으로하는 전기영동 표시장치를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서로 마주보며 이격되며 다수의 부화소영역을 포함하는 제 1 및 제 2 기판; 상기 다수의 부화소영역에 대응되는 상기 제 1 기판 상에 형성되는 다수의 화소전극; 상기 제 2 기판의 하부에 형성되는 공통전극; 및 상기 다수의 화소전극 및 상기 공통전극 사이에 배치되며, 단일극성으로만 대전된 다수의 전기영동입자를 가지는 전기영동층;을 포함하는 전기영동 표시장치의 구동방법에 있어서, 상기 다수의 화소전극 및 상기 공통전극에 화소전압 및 공통전압을 각각 인가하여 상기 다수의 화소전극 및 상기 공통전극 사이에 경사진 전기장을 생성하는 단계와; 상기 전기장에 따라 상기 다수의 전기영동입자의 확산도를 제어하여 상기 다수의 부화소영역 각각이 영상의 계조를 표시하는 단계;를 포함하는 전기영동 표시장치의 구동방법을 제공한다.
상기 영상의 계조는 저계조, 중간계조 및 고계조를 포함하고, 상기 다수의 부화소영역 각각이 상기 저계조를 표시하는 경우, 상기 다수의 전기영동입자는 상기 공통전극의 근처에 집중 배치되고, 상기 다수의 부화소영역 각각이 상기 중간계조를 표시하는 경우, 상기 다수의 전기영동입자는 상기 다수의 화소전극 각각과 상기 공통전극 사이에 산포하고, 상기 다수의 부화소영역 각각이 상기 고계조를 표시하는 경우, 상기 다수의 전기영동입자는 상기 다수의 화소전극 각각의 근처에 집중 배치되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 구동방법을 제공한다.
본 발명에 따른 전기영동 표시장치 및 그 구동방법에서는, 단일극성만으로 대전되고 광셔터 기능을 수행하는 전기영동입자를 포함하는 전기영동층을 배치하여 응답속도 및 대조비를 개선하고, 셀갭(cell gap)을 최소화할 수 있다.
그리고, 박막 트랜지스터가 형성되는 제 1 기판 상에 컬러필터층을 형성하여, 컬러필터층이 화소영역에 오정렬되는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 무기절연 반사층을 사용하여 고성능의 반사형 전기영동 표시소자의 제작이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 제 1 기판의 평면도
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 단면도
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 고계조상태, 중간계조 및 저계조상태를 도시한 단면도
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 제 1 기판의 평면도
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 단면도
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 단면도
도 9 내지 도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 고계조, 중간계조 및 저계조를 도시한 단면도
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
제 1 실시예
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 제 1 기판의 평면도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 단면도로서, 도 1의 절단선 II-II에 대응되는 도면이다. 제 1 실시예에서는 백라이트 유닛을 포함하는 투과모드의 전기영동 표시장치를 설명한다.
도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기영동표시장치(100)는, 서로 마주보며 이격된 제 1 및 제 2 기판(110, 140), 제 1 및 제 2 기판(110, 140) 사이에 형성되는 전기 영동층(150), 및 제 1 기판(110)의 하부에 배치되는 백라이트 유닛(160)을 포함하여 구성된다.
제 1 기판(110)은, 서로 교차하여 다수의 부화소영역을 정의하는 다수의 게이트 및 데이터 배선(112, 124), 다수의 부화소영역의 중앙부에 형성되고 다수의 게이트 및 데이터 배선(112, 124)과 연결되는 다수의 박막 트랜지스터(T), 다수의 박막 트랜지스터(T)의 상부에 형성되는 보호층(126), 보호층(126) 상에 형성되는 컬러필터층(128), 및 컬러필터층(128) 상에 형성되고 다수의 박막 트랜지스터(T)에 연결되는 다수의 화소전극(130)을 포함한다.
하나의 화소영역은 영상을 표시하는 최소단위이고 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B)을 포함한다. 컬러필터층(128)은 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층(128a, 128b, 128c)을 포함하고, 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각에 대응되는 보호층(126) 상에는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층(128a, 128b, 128c)이 형성된다. 컬러필터층(128)을 제 1 기판(110) 상에 형성하는 것에 의해, 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층(128a, 128b, 128c) 각각이 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B)과 오정렬되는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 필요에 따라 컬러필터층(128)을 제 2 기판(140)의 하부에 형성할 수 있다.
박막 트랜지스터(T)는 게이트 배선(112)에 연결되어 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각의 중앙부까지 연장되는 게이트 전극(114), 게이트 전극(114) 상에 형성되는 게이트 절연층(116), 게이트 전극(114)과 대응되는 게이트 절연층(116) 상에 형성되는 반도체층(118), 및 반도체층(118)의 양측에 연결되는 소스전극(120)과 드레인전극(122)을 포함한다.
제 1 기판(110)은 유리 또는 플라스틱과 같은 투명한 재질로 이루어질 수 있다. 게이트 배선(112) 및 게이트 전극(114)은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금과 같은 금속물질로 이루어질 수 있으며, 게이트 절연층(116)은 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiO2)과 같은 무기절연물질로 이루어질 수 있다. 반도체층(118)은 순수 실리콘(intrinsic silicon)의 액티브층(미도시)과, 액티브층 상부에서 이격되며 접촉하는 불순물 실리콘(impurity-doped silicon)의 오믹 콘택층(미도시)으로 이루어질 수 있다.
소스전극(120) 및 드레인전극(122)는 서로 마주보며 이격된다. 소스전극(120)은 데이터배선(124)에 연결되어 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각의 중앙부까지 연장된다. 드레인전극(122)은 화소전극(130) 및 캐패시터전극(132)과 연결된다. 소스전극(120), 드레인전극(122), 및 데이터배선(124)은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금과 같은 금속물질로 이루어질 수 있다.
보호층(126)과 보호층(126) 상에 형성되는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층(128a, 128b, 128c)에는 드레인전극(122)을 노출하는 드레인 콘택홀(126a)이 형성되고, 화소전극(130)은 드레인 콘택홀(126a)을 통하여 드레인 전극(122)과 연결된다. 화소전극(130)은 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B)의 중앙부에 형성된다. 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각은 화소전극(130)이 형성되는 전극영역과 화소전극(130)이 형성되지 않는 비전극영역으로 구분할 수 있다.
보호층(126)은 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiO2)과 같은 무기절연물질이나 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene: BCB), 아크릴 수지(acrylic resin)과 같은 유기절연물질로 이루어질 수 있는데, 미리 정해진 두께 이상으로 형성하여야 하므로 유기절연물질의 단일층 또는 무기절연물질 및 유기절연물질의 이중층으로 형성될 수 있다.
화소전극(130)이 박막트랜지스터(T)를 완전히 덮도록 형성되므로, 화소전극(130)이 반도체층(118) 상부에도 형성되며 화소전극(130)에 인가된 전압에 의하여 박막 트랜지스터(T)가 원하지 않은 타이밍에 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off) 될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 화소전극(130)의 전압이 반도체층(118)에 전기적으로 영향을 주지 않을 정도로 보호층(126)을 두텁게 형성할 수 있다. 화소전극(130)은 백라이트 유닛(160)으로부터 공급되는 빛을 차단할 수 있도록 불투명한 금속물질로 이루어질 수 있다.
보호층(126) 상부에는 게이트 배선(112)을 덮는 커패시터 전극(132)이 형성된다. 커패시터 전극(132)은 드레인전극(122)과 연결되기 위하여, 드레인전극(122)은 게이트 배선(112)에 인접한 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각의 주변부까지 연장되고 보호층(126)과 컬러필터층(128)에는 드레인전극(122)을 노출하는 커패시터 콘택홀(126b)이 형성될 수 있다. 커패시터전극(132), 보호층(126) 및 게이트배선(112)은, 박막 트랜지스터(T)에 연결되어 일 프레임 동안 데이터신호에 대응되는 화소전압을 유지하는 스토리지 커패시터를 구성한다. 이러한 커패시터전극(132)은 화소전극(130)과 동일한 물질로 이루어지거나 투명도전성 물질로 이루어질 수 있다.
제 2 기판(140)의 하부에는 전체에 걸쳐서 화소전극(130)과 함께 전위차를 발생시키는 공통전극(142)이 형성된다. 공통전극(142)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide: ITO), 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide: IZO)와 같은 투명 도전성물질로 이루어진다. 백라이트 유닛(160)은, 광원(162)과, 광원(162)의 출사광을 제 1 기판(110)으로 전달하는 도광판(164)을 포함한다.
제 1 및 제 2 기판(110, 140) 사이의 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B)에는 전기 영동층(150)이 형성되고, 제 1 및 제 2 기판(110, 140) 사이의 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각의 주변부에는 격벽(separator)(134)이 형성된다. 전기 영동층(150)은 약 2nm 내지 약 100nm 범위의 직경을 가지며 양(+) 또는 음(-)의 단일극성만으로 대전된 구형 나노입자(nano-particle)인 전기영동입자(152)를 포함한다. 전기영동입자(152)는 모든 파장의 빛을 흡수하여 광셔터(light shutter)의 기능을 수행할 수 있는 블랙입자((black particl)를 사용한다.
격벽(134)은 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각의 전기 영동층(150)이 혼입되는 것을 방지하지 위한 분리벽으로 기능한다. 격벽(134)은 약 95% 내지 약 100% 범위의 투과율과 약 3.0 내지 약 4.0 범위의 유전상수를 갖는 절연물질로 이루어질 수 있다. 격벽(134) 내부는 공기(air) 또는 무극성 용매로 채워질 수 있으며, 전기영동입자(152)는 공기(air) 또는 무극성 용매에서 전기장에 따라 이동할 수 있다.
전기 영동층이 서로 다른 극성으로 대전된 블랙입자 및 화이트 입자로 구성되는 경우, 전계에 따라 블랙입자 및 화이트 입자가 이동하면서 서로 충돌하기 때문에 응답속도가 느려지고, 2 가지의 극성의 블랙 및 화이트 입자를 포함하기 때문에 입자수가 증가하므로 이들을 수용하기 위해 셀갭(cell gap)이 증가된다. 더불어서, 화이트 입자에 의한 반사광이 인접한 화소영역에 영향을 주어 대조비(contrast ratio)가 낮아진다. 그러나, 전기 영동층(150)의 전기영동입자(152)를 단일극성만으로 대전된 블랙입자로 구성하는 경우, 전기장에 따라 블랙입자가 물리적 저항이 없는 상태에서 이동할 수 있어 응답속도가 개선되고, 블랙입자의 단일입자만을 수용하므로 셀갭이 감소될 수 있다. 또한, 전기영동입자(152)를 모든 빛의 파장을 흡수하는 블랙입자로 구성되기 때문에, 산란광이 인접한 화소영역에 영향을 주지 않아 대조비가 개선된다.
제 1 및 제 2 기판(110, 140) 중 하나에 격벽(134)을 형성한 후, 제 1 및 제 2 기판(110, 140)을 합착할 수도 있으나, 공정 안정성 측면에서 제 1 기판(110)에 격벽(134)을 형성하는 것이 유리할 수 있다. 다시 말하면, 박막 트랜지스터(T) 및 화소전극(130)이 형성된 제 1 기판(110) 상부에 롤투롤(roll-to-roll) 프린팅 등의 프린팅 방식이나 노광식각방식에 의하여 유기절연물질의 격벽(134)을 형성한 후, 잉크젯 등의 프린팅 방식에 의하여 격벽(134) 내부에 전기영동입자(152)를 충진함으로써 전기영동층(150)을 형성할 수 있다. 그리고, 격벽(134) 및 전기영동층(150)이 형성된 제 1 기판(110)에 제 2 기판(140)을 합착함으로써 전기영동패널을 완성할 수 있다. 이때, 제 1 및 제 2 기판(110, 140)의 합착을 위하여 제 1 및 제 2 기판(110, 140) 사이의 주변부에 씰패턴(미도시)을 형성할 수 있다.
도 1 및 도 2의 전기영동 표시장치(100)의 동작을 간단히 설명하면, 게이트 배선(112)으로 공급되는 게이트 신호에 의하여 박막 트랜지스터(T)가 턴-온(turn-on)되면 데이터 배선(124)으로 공급되는 데이터 신호가 박막 트랜지스터(T)를 통하여 화소전극(130)에 화소전압으로 인가되고 공통전극(142)에 공통전압이 인가되면, 화소전극(128)과 공통전극(142) 사이에 화소전압과 공통전압에 의하여 전기장이 생성된다. 화소전극(130)과 공통전극(142) 사이에 생성되는 전기장의 크기에 의하여 전기영동입자(152)의 분포면적이 달라지며, 이에 따라 고계조(화이트상태), 중간계조(그레이상태) 및 저계조(블랙상태)를 표시할 수 있다.
이러한 전기영동 표시장치(100)의 계조표시에 대하여 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 3 내지 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 고계조상태(화이트상태), 중간계조(그레이상태) 및 저계조상태(블랙상태)를 도시한 단면도이다. 도 3 내지 도 5에서는 전기영동입자(152)가 양(+)의 극성으로 대전된 상태에서, 공통전극(142)과 화소전극(130) 사이에 생성되는 전기장(E)에 따라 전기영동입자(152)의 확산도를 제어하여, 대표적으로 적색 부화소영역에서의 고계조상태(화이트상태), 중간계조(그레이상태) 및 저계조(블랙상태)를 도시하였으나, 녹색 및 청색 부화소영역에서도 동일한 형태로 계조가 표시된다. 도 3 내지 도 5에서 음(-)의 극성으로 대전된 전기영동입자(152)를 사용할 수 있으며, 이 경우, 전기영동입자(152)는 전기장(E)에 대하여 반대방향으로 거동한다.
도 3과 같이, 적색 부화소영역(PA-R)이 화이트 상태(고계조)를 표시하는 경우, 공통전극(142)에는 공통전압(Vcom)이 인가되고, 화소전극(130)에는 공통전압(Vcom)보다 낮은 화소전압(Vp < Vcom)이 인가된다. 이에 따라, 화소전극(130) 및 공통전극(142) 사이에는 공통전극(142)에서 화소전극(130)을 향하여 경사진 강한 전기장(E)이 생성되고, 양(+)의 극성을 갖는 전기영동입자(152)는 생성된 전기장(E)에 의하여 화소전극(130) 쪽으로 이동하여 화소전극(130) 부근에 집중 배치된다. 따라서, 적색 부화소영역(PA-R)의 중앙부에 위치한 화소전극(130)과 화소영역(130)과 인접한 영역에 집중적으로 분포하는 블랙입자인 전기영동입자(152)에 의해서 백라이트 유닛(도 2의 160)의 출사광 중 일부가 차단되거나 흡수되지만, 백라이트 유닛(도 2의 160)의 대부분의 출사광은 화소전극(130)이 형성되지 않은 비전극영역의 적색 부화소영역(PA-R)을 통과하므로, 적색 부화소영역(PA-R)은 고계조상태(화이트상태)를 표시한다.
도 4와 같이, 적색 부화소영역(PA-R)이 중간계조(그레이상태)를 표시할 경우, 공통전극(142)에는 공통전압(Vcom)이 인가되고, 화소전극(130)에는 공통전압(Vcom)과 유사한 화소전압(Vp ~ Vcom)이 인가된다. 이에 따라, 화소전극(130) 및 공통전극(142) 사이에는 공통전극(142)에서 화소전극(152)을 향하여 경사지거나 또는 화소전극(152)에서 공통전극(142)을 향하여 경사진 약한 전기장(E)이 생성되고, 양(+)의 극성을 가지는 전기영동입자(152)는 생성된 전기장(E)에 의하여 화소전극(130) 및 공통전극(142) 사이의 적색 부화소영역(PA-R)에 산포된다. 따라서, 백라이트 유닛(도 2의 160)의 출사광 중 일부는 블랙입자인 전기영동입자(152)에 의해서 일부는 흡수되고, 다른 일부는 전기영동층(150)을 투과하므로, 적색 부화소영역(PA-R)는 중간계조(그레이상태)를 표시한다.
도 5와 같이, 적색 부화소영역(PA-R)이 저계조(블랙상태)를 표시할 경우, 공통전극(142)에는 공통전압(Vcom)이 인가되고, 화소전극(130)에는 공통전압(Vcom)보다 큰 화소전압(Vp > Vcom)이 인가된다. 이에 따라, 화소전극(130) 및 공통전극(142) 사이에는 화소전극(130)에서 공통전극(142)을 향하여 경사진 강한 전기장(E)이 생성되고, 양(+)의 극성을 갖는 전기영동입자(152)는 생성된 전기장(E)에 의하여 공통전극(142) 쪽으로 이동하여 공통전극(142) 부근에 집중적으로 배치된다. 따라서, 백라이트 유닛(도 2의 160)의 출사광이 공통전극(142)의 부근에 집중적으로 배치된 전기영동입자(152)에 의해 거의 흡수되므로, 적색 부화소영역(PA-R)은 저계조(블랙상태)를 표시한다.
제 2 실시예
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 제 1 기판의 평면도이고, 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 단면도로서, 도 6의 절단선 III-III에 대응되는 도면이다. 제 2 실시예는 백라이트 유닛을 포함하는 투과모드의 전기영동 표시장치에 관한 것으로, 제 1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용한다. 또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전기영동 표시장치는 박막 트랜지스터 및 화소전극의 위치를 제외하고 제 1 실시예에 따른 전기영동 표시장치와 동일하므로 중복되는 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 6 및 도 7과 같이, 제 2 실시예에 따른 전기영동 표시장치(100)는 서로 마주보며 이격된 제 1 및 제 2 기판(110, 140), 제 1 및 제 2 기판(110, 140) 사이에 형성되는 전기 영동층(150), 및 제 1 기판(110)의 하부에 배치되는 백라이트 유닛(160)을 포함하여 구성된다.
제 1 기판(110)은, 서로 교차하여 다수의 부화소영역을 정의하는 다수의 게이트 및 데이터 배선(112, 124), 다수의 게이트 및 데이터 배선(112, 124)과 연결되는 다수의 박막 트랜지스터(T), 다수의 박막 트랜지스터(T)의 상부에 형성되는 보호층(126), 보호층(126) 상에 형성되는 컬러필터층(128), 및 컬러필터층(128) 상에 형성되고 다수의 박막 트랜지스터(T)에 연결되는 다수의 화소전극(130)을 포함한다.
박막 트랜지스터(T)는 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각에서 게이트 및 데이터 배선(112, 114)의 교차부분과 인접한 영역에 형성되고, 게이트 배선(112)과 연결되는 게이트 전극(114), 게이트 전극(114) 상에 형성되는 게이트 절연층(116), 게이트 전극(114)과 대응되는 게이트 절연층(116) 상에 형성되는 반도체층(118), 및 반도체층(118)의 양측에 연결되는 소스전극(120)과 드레인전극(122)을 포함하여 구성된다.
컬러필터층(128)은 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층(128a, 128b, 128c)을 포함하고, 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각에 대응되는 보호층(126) 상에는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층(128a, 128b, 128c)이 형성된다. 소스전극(120)은 데이터 배선(124)에 연결되고, 드레인전극(122)는 화소전극(130) 및 캐패시터전극(132)과 연결된다.
보호층(126)과 보호층(126) 상에 형성되는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층(128a, 128b, 128c)에는 드레인전극(122)을 노출하는 드레인 콘택홀(126a)이 형성되고, 화소전극(130)은 드레인 콘택홀(126a)을 통하여 드레인 전극(122)과 연결된다. 화소전극(130)은 수직바(130a), 수평바(130b) 및 개구부(130c)로 이루어진다. 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각은 화소전극(130)의 수직바(130a) 및 수평바(130b)가 형성되는 전극영역과 개구부(130c)가 위치하는 비전극영역으로 구분할 수 있다. 수직바(130a) 및 수평부(130b)와 같은 전극영역은 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각에 균일하게 분포하고, 다양한 패턴으로 형성될 수 있다.
제 2 기판(140)의 하부에는 전체에 걸쳐서 화소전극(130)과 함께 전위차를 발생시키는 공통전극(142)이 형성된다. 백라이트 유닛(160)은, 광원(162)과, 광원(162)의 출사광을 제 1 기판(110)으로 전달하는 도광판(164)을 포함한다.
제 1 및 제 2 기판(110, 140) 사이의 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B)에는 전기 영동층(150)이 형성되고, 제 1 및 제 2 기판(110, 140) 사이의 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각의 주변부에는 격벽(separator)(134)이 형성된다. 전기 영동층(150)은 양(+) 또는 음(-)의 단일극성만으로 대전되고 광흡수 성질을 가지는 블랙입자인 전기영동입자(152)로 구성된다.
제 2 실시예는, 화소전극(130)의 수직바(130a) 및 수평바(130b)가 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B)에 균일하게 분산 배치되기 때문에, 제 1 실시예와 비교하여 전기영동입자(152)가 전기장(E)에 반응하는 속도가 빠르게 된다. 따라서, 제 2 실시예의 전기영동 표시소자(100)는 제 1 실시예보다 빠른 응답속도, 대조비 및 중간계조의 표현이 개선될 수 있다. 제 2 실시예의 전기영동 표시소자(100)의 동작은 제 1 실시예와 동일하다.
제 3 실시예
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 단면도로서, 도 1의 절단선 II-II에 대응되는 도면이다. 제 3 실시예에서는 반사층이 형성되는 반사모드의 전기영동 표시장치를 설명한다. 제 3 실시예에서는 제 1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 제 1 실시예와 중복되는 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 2 및 도 8에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기영동표시장치(100)는, 서로 마주보며 이격된 제 1 및 제 2 기판(110, 140), 및 제 1 및 제 2 기판(110, 140) 사이에 형성되는 전기 영동층(150)을 포함하여 구성된다.
제 1 기판(110)은, 서로 교차하여 다수의 부화소영역을 정의하는 다수의 게이트 및 데이터 배선(112, 124), 다수의 부화소영역의 중앙부에 형성되고 다수의 게이트 및 데이터 배선(112, 124)과 연결되는 다수의 박막 트랜지스터(T), 다수의 박막 트랜지스터(T)의 상부에 형성되는 보호층(126), 보호층(126) 상에 형성되는 무기물질로 구성되는 반사층(136), 반사층(136) 상에 형성되는 컬러필터층(128) 및 컬러필터층(128) 상에 형성되고 다수의 박막 트랜지스터(T)에 연결되는 다수의 화소전극(130)을 포함한다.
컬러필터층(128)은 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층(128a, 128b, 128c)을 포함하고, 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각에 대응되는 반사층(136) 상에는 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층(128a, 128b, 128c)이 형성된다.
박막 트랜지스터(T)는 게이트 배선(112)에 연결되어 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각의 중앙부까지 연장되는 게이트 전극(114), 게이트 전극(114) 상에 형성되는 게이트 절연층(116), 게이트 전극(114)과 대응되는 게이트 절연층(116) 상에 형성되는 반도체층(118), 및 반도체층(118)의 양측에 연결되는 소스전극(120)과 드레인전극(122)을 포함한다.
소스전극(120)은 데이터배선(124)에 연결되어 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각의 중앙부까지 연장된다. 드레인전극(122)은 화소전극(130) 및 캐패시터전극(132)과 연결된다. 보호층(126), 반사층(136), 및 적색, 녹색 및 청색 컬러필터층(128a, 128b, 128c)에는 드레인전극(122)을 노출하는 드레인 콘택홀(126a)이 형성되고, 화소전극(130)은 드레인 콘택홀(126a)을 통하여 드레인 전극(122)과 연결된다. 화소전극(130)은 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B)의 중앙부에 형성된다.
제 3 실시예에서는 박막 트랜지스터(T)와 화소전극(130)이 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각의 중앙부에 형성되지만, 제 2 실시예에서와 같이, 박막 트랜지스터(T)가 게이트 및 데이터 배선(112, 124)의 교차부분과 인접한 부분에 형성되고, 화소전극(130)이 수직바, 수평바 및 개구부를 가지는 형태로 형성될 수 있다.
반사층(136)은 브래그 반사체(Distributed Bragg Reflector: DBR)를 사용한다. 브래그 반사체는 반사 효과들을 만들기 위해 광 파동들의 보강 간섭을 이용하는 것으로, 서로 다른 굴절률을 가진 제 1 및 제 2 물질층(136a, 136b)을 교번하여 적층하여 형성한다. 제 1 및 제 2 물질층(136a, 136b)으로 각각 산화티타늄(TiO2) 및 산화 실리콘(SiO2)을 사용하거나, 또는 산화 실리콘(SiO2) 및 질화 실리콘(SiN)을 사용하여 반사층(136)을 형성할 수 있다.
제 1 및 제 2 물질층(136a, 136b)으로 각각 산화티타늄(TiO2) 및 산화 실리콘(SiO2)을 사용하는 경우, 공정이 다소 어려워지는 문제가 있지만 산화티타늄(TiO2)과 산화 실리콘(SiO2)의 굴절률이 각각 2.43 및 1.48로 제 1 및 제 2 물질층(136a, 136b) 사이의 굴절률 차이가 상대적으로 크기 때문에 반사층(136)의 반사효과가 극대화될 수 있다. 그리고, 제 1 및 제 2 물질층(136a, 136b)으로 산화 실리콘(SiO2) 및 질화 실리콘(SiN)을 사용하는 경우, 공정이 용이한 반면, 산화 실리콘(SiO2) 및 질화 실리콘(SiN)의 굴절률이 각각 1.48 및 1.9로 굴절율의 차이가 상대적으로 작기 때문에 반사층(136)의 반사효과가 다소 낮아질 수 있다.
제 2 기판(140)의 하부에는 전체에 걸쳐서 화소전극(130)과 함께 전위차를 발생시키는 공통전극(142)이 형성된다. 제 1 및 제 2 기판(110, 140) 사이의 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B)에는 전기 영동층(150)이 형성되고, 제 1 및 제 2 기판(110, 140) 사이의 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각의 주변부에는 격벽(separator)(134)이 형성된다. 전기 영동층(150)은 양(+) 또는 음(-)의 단일극성만으로 대전되고 광흡수 성질을 가지는 블랙입자인 전기영동입자(152)로 구성된다.
제 3 실시예에 따른 전기영동 표시장치(100)의 동작을 간단히 설명하면, 게이트 배선(112)으로 공급되는 게이트 신호에 의하여 박막 트랜지스터(T)가 턴-온(turn-on)되면 데이터 배선(124)으로 공급되는 데이터 신호가 박막 트랜지스터(T)를 통하여 화소전극(130)에 화소전압으로 인가되고 공통전극(142)에 공통전압이 인가되면, 화소전극(128)과 공통전극(142) 사이에 화소전압과 공통전압에 의하여 전기장이 생성된다. 화소전극(130)과 공통전극(142) 사이에 생성되는 전기장의 크기에 의하여 전기영동입자(152)의 분포면적이 달라지며, 이에 따라 고계조(화이트상태), 중간계조(그레이상태) 및 저계조(블랙상태)를 표시할 수 있다.
이러한 전기영동 표시장치(100)의 계조표시에 대하여 도면을 참조하면 설명하면 다음과 같다. 도 9 내지 도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 고계조(화이트상태), 중간계조(그레이상태) 및 저계조(블랙상태)를 도시한 단면도이다. 도 9 내지 도 11에서는 전기영동입자(152)가 양(+)의 극성으로 대전된 상태에서, 공통전극(142)과 화소전극(130) 사이에 생성되는 전기장(E)에 따라 전기영동입자(152)의 확산도를 제어하여, 대표적으로 적색 부화소영역에서의 고계조상태(화이트상태), 중간계조(그레이상태) 및 저계조(블랙상태)를 도시하였으나, 녹색 및 청색 부화소영역에서도 동일한 형태로 계조가 표시된다. 도 9 내지 도 11에서 음(-)의 극성으로 대전된 전기영동입자(152)를 사용할 수 있으며, 이 경우, 전기영동입자(152)는 전기장(E)에 대하여 반대방향으로 거동한다.
도 9와 같이, 적색 부화소영역(PA-R)이 고계조(화이트상태)를 표시하는 경우, 공통전극(142)에는 공통전압(Vcom)이 인가되고, 화소전극(130)에는 공통전압(Vcom)보다 낮은 화소전압(Vp < Vcom)이 인가된다. 이에 따라, 화소전극(130) 및 공통전극(142) 사이에는 공통전극(142)에서 화소전극(130)을 향하여 경사진 강한 전기장(E)이 생성되고, 양(+)의 극성을 갖는 전기영동입자(152)는 생성된 전기장(E)에 의하여 화소전극(130) 쪽으로 이동하여 화소전극(130) 부근에 집중 배치된다. 따라서, 제 2 기판(140)을 투과한 외부광은 화소전극(130)이 형성되지 않은 비전극영역에 대응되는 반사층(136)에 의해 반사되어, 적색 부화소영역(PA-R)은 고계조(화이트상태)를 표시한다.
도 10과 같이, 적색 부화소영역(PA-R)이 중간계조(그레이상태)를 표시할 경우, 공통전극(142)에는 공통전압(Vcom)이 인가되고, 화소전극(130)에는 공통전압(Vcom)과 유사한 화소전압(Vp ~ Vcom)이 인가된다. 이에 따라, 화소전극(130) 및 공통전극(142) 사이에는 공통전극(142)에서 화소전극(152)을 향하여 경사지거나 또는 화소전극(152)에서 공통전극(142)을 향하여 경사진 약한 전기장(E)이 생성되고, 양(+)의 극성을 가지는 전기영동입자(152)는 생성된 전기장(E)에 의하여 화소전극(130) 및 공통전극(142) 사이에 산포된다. 따라서, 제 2 기판(140)을 투과한 외부광의 일부는 블랙입자인 전기영동입자(152)에 의해 흡수되고, 다른 일부는 반사층(136)에 의해서 반사되어, 적색 부화소영역(PA-R)은 중간계조(그레이상태)를 표시한다.
도 11과 같이, 적색 부화소영역(PA-R)이 저계조(블랙상태)를 표시할 경우, 공통전극(142)에는 공통전압(Vcom)이 인가되고, 화소전극(130)에는 공통전압(Vcom)보다 큰 화소전압(Vp > Vcom)이 인가된다. 이에 따라, 화소전극(130) 및 공통전극(142) 사이에는 화소전극(130)에서 공통전극(142)을 향하여 경사진 강한 전기장(E)이 생성되고, 양(+)의 극성을 갖는 전기영동입자(152)는 생성된 전기장(E)에 의하여 공통전극(142) 쪽으로 이동하여 공통전극(142) 부근에 집중적으로 배치된다. 따라서, 외부광은 공통전극(142)의 근처에 집중적으로 배치된 블랙입자인 전기영동입자(152)에 의해 거의 흡수되므로, 적색 부화소영역(PA-R)은 저계조(블랙상태)를 표시한다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 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.

Claims (10)

  1. 서로 마주보며 이격되며 다수의 부화소영역을 포함하는 제 1 및 제 2 기판;
    상기 다수의 부화소영역에 대응되는 상기 제 1 기판 상에 형성되는 다수의 화소전극;
    상기 제 2 기판의 하부에 형성되는 공통전극; 및
    상기 다수의 화소전극 및 상기 공통전극 사이에 배치되며, 단일극성만으로 대전된 다수의 전기영동입자를 가지는 전기영동층;
    을 포함하는 전기영동 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 전기영동입자는, 양(+) 또는 음(-)의 단일극성으로 대전되고 광흡수 성질을 가지는 블랙입자인 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판 상에 형성되고 상기 다수의 부화소영역을 정의하는 다수의 게이트 및 데이터 배선과, 상기 다수의 게이트 및 데이터 배선 각각에 연결되는 다수의 박막 트랜지스터를 포함하고,
    상기 다수의 화소전극 및 박막 트랜지스터는 상기 다수의 부화소영역의 중앙부에 형성되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판 상에 형성되고 상기 다수의 부화소영역을 정의하는 다수의 게이트 및 데이터 배선과, 상기 다수의 게이트 및 데이터 배선 각각에 연결되는 다수의 박막 트랜지스터를 포함하고,
    상기 박막 트랜지스터는 다수의 게이트 및 데이터 배선의 교차영역과 인접하여 설치되고, 상기 다수의 화소전극 각각은 상기 다수의 부화소영역에 균일하게 배치되는 선형패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판의 하부에 백라이트 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판 상에 반사층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 반사층은 서로 다른 굴절률을 가지는 제 1 및 제 2 물질층이 교번하여 적층되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 물질층 각각은 산화티타늄(TiO2) 및 산화 실리콘(SiO2)을 사용하거나, 또는 산화 실리콘(SiO2) 및 질화 실리콘(SiN)을 사용하는 것을 특징으로하는 전기영동 표시장치.
  9. 서로 마주보며 이격되며 다수의 부화소영역을 포함하는 제 1 및 제 2 기판; 상기 다수의 부화소영역에 대응되는 상기 제 1 기판 상에 형성되는 다수의 화소전극; 상기 제 2 기판의 하부에 형성되는 공통전극; 및 상기 다수의 화소전극 및 상기 공통전극 사이에 배치되며, 단일극성으로만 대전된 다수의 전기영동입자를 가지는 전기영동층;을 포함하는 전기영동 표시장치의 구동방법에 있어서,
    상기 다수의 화소전극 및 상기 공통전극에 화소전압 및 공통전압을 각각 인가하여 상기 다수의 화소전극 및 상기 공통전극 사이에 경사진 전기장을 생성하는 단계와;
    상기 전기장에 따라 상기 다수의 전기영동입자의 확산도를 제어하여 상기 다수의 부화소영역 각각이 영상의 계조를 표시하는 단계;
    를 포함하는 전기영동 표시장치의 구동방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 영상의 계조는 저계조, 중간계조 및 고계조를 포함하고,
    상기 다수의 부화소영역 각각이 상기 저계조를 표시하는 경우, 상기 다수의 전기영동입자는 상기 공통전극의 근처에 집중 배치되고,
    상기 다수의 부화소영역 각각이 상기 중간계조를 표시하는 경우, 상기 다수의 전기영동입자는 상기 다수의 화소전극 각각과 상기 공통전극 사이에 산포하고,
    상기 다수의 부화소영역 각각이 상기 고계조를 표시하는 경우, 상기 다수의 전기영동입자는 상기 다수의 화소전극 각각의 근처에 집중 배치되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 구동방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150015326A (ko) * 2013-07-31 2015-02-10 엘지디스플레이 주식회사 반사형 표시장치
KR20150038806A (ko) * 2013-09-30 2015-04-09 엘지디스플레이 주식회사 광 셔터
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