KR20130028552A - 전기영동 표시장치 및 그의 구동방법 - Google Patents

전기영동 표시장치 및 그의 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 서로 마주보며 이격되며 다수의 부화소영역을 포함하는 제 1 및 제 2 기판과, 상기 다수의 각 부화소영역에 대응되는 상기 제 1 기판 상에 형성되는 다수의 화소전극과, 상기 제 2 기판의 내측면에 형성되는 공통전극 및 상기 다수의 화소전극과 상기 공통전극 사이에 단일극성만으로 대전된 다수의 전기영동입자를 가지는 전기영동층을 포함하는 전기영동 표시장치의 구동방법에 있어서, 제 1 화상을 표시하는 제 1 상태에서 다음 화상을 표시하는 제 2 상태로의 전환을 위해 상기 화소전극에 제 1 전압 범위내의 데이터 신호전압을 인가하기 전에 상기 제 1 전압보다 절대값이 작은 제 2 전압 범위의 리프레쉬 전압을 인가하여 상기 전기영동입자가 각부화소영역에서 고루 퍼진 오프 상태를 이루도록 한 후 상기 데이터 신호전압을 인가하여 상기 제 2 상태를 나타내는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 구동방법을 포함한다.

Description

전기영동 표시장치 및 그의 구동방법 {Driving Method for Electrophoretic Display Device}
본 발명은 단일극성만으로 대전된 전기영동입자를 가지는 전기영동층을 포함하는 전기영동 표시장치의 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.
따라서 이러한 기존의 평판표시장치의 단점을 최소화할 수 있는 것으로 전기영동표시장치가 제안되었다.
전기영동 표시장치는 휴대의 용이성을 장점으로 하고 있으며, 액정표시장치와 달리 편광판, 백라이트 유닛, 액정층 등을 필요로 하지 않으므로 제조 단가를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 종래의 전기영동 표시장치에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 종래의 전기영동 표시장치 일부에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 종래에 따른 전기영동 표시장치(1)는 대향 합착된 제 1 및 제 2 기판(11, 36)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(11, 36) 사이에 개재된 잉크층(57)을 포함한다. 상기 잉크층(57)은 마주보는 면에 대응하여 투명한 물질로 이루어진 제 1 및 제 2 점착층(51, 53)과, 그 사이에 투명 도전성 물질로 이루어진 공통전극(55)과, 축중합 반응을 통해 하전된 다수의 블랙 안료(61)와 화이트 안료(59)가 채워진 다수의 캡슐(63)과 더불어 필름 형태로써 부착된다. 또한, 상기 블랙 안료(82)는 (+)극성, 화이트 안료(84)는 (-)극성으로 각각 하전된다.
상기 제 2 기판(36)은 투명한 플라스틱 재질이나 유리가 이용되고, 상기 제 1 기판(11)은 불투명한 스테인레스(stainless) 재질이 주로 이용되며, 필요에 따라서는 투명한 플라스틱 재질이나 투명한 유리 재질이 이용될 수 있다.
한편, 상기 제 1 기판(10)에는 매트릭스 형태로 수직 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)이 구성되고, 상기 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)의 교차지점에는 화소영역(P)별로 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 구성된다.
상기 박막트랜지스터(Tr)는 게이트 배선(미도시)에서 연장된 게이트 전극(14)과, 상기 게이트 전극(14)을 덮는 게이트 절연막(16)과, 상기 게이트 전극(14)과 중첩하며 액티브층(18a)과 오믹콘택층(18b)으로 구성된 반도체층(18)과, 상기 반도체층(18)과 접촉하고 데이터 배선(미도시)에서 연장된 소스 전극(20)과, 상기 소스 전극(20)과 이격된 드레인 전극(22)을 포함한다.
또한, 상기 박막트랜지스터(Tr)의 상부에는 상기 드레인 전극(22)을 노출하는 드레인 콘택홀(27)을 포함하는 보호층(26)이 전면에 구성된다.
상기 보호층(26) 상에는 드레인 콘택홀(27)을 통해 드레인 전극(22)과 연결된 화소전극(28)이 각 화소영역(P)에 대응하여 구성되고 있다. 상기 화소전극(28)은 주로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)중 선택된 하나로 구성된다.
이러한 구성을 갖는 전기영동 표시장치(1)는 자연광이나 실내광을 포함하는 외부광을 광원으로 이용하고, 박막트랜지스터(Tr)에 의해 (+)극성 또는 (-)극성을 선택적으로 인가받는 화소전극(28)이 캡슐(63) 내부에 채워진 다수의 화이트 안료(59)와 블랙 안료(61)의 위치 변화를 유도하여 화상 또는 텍스트를 구현하게 된다.
즉, 전술한 잉크층(57)에 (+) 극성 또는 (-) 극성을 띄는 전압을 인가하게 되면, 캡슐(63) 내부의 하전된 화이트 안료 및 블랙 안료(59, 61)는 반대 극성 쪽으로 끌려가게 된다. 즉, 상기 블랙 안료(61)가 상측으로 이동하면 블랙을 표시하게 되고, 상기 화이트 안료(59)가 상측으로 이동하게 되면 화이트를 표시하게 되는 원리를 이용하여 화상 또는 텍스트를 구현한 것이다.
하지만 이러한 구성을 갖는 종래의 전기영동 표시장치(1)는 응답속도가 200ms 정도가 되어 동영상을 구현하는데 어려움이 있으며, 반사율이 40%정도가 됨으로써 대비비(통상 10:1) 및 색재현율이 낮으며 계조 표현력이 낮아 표시장치로서의 한계가 있어 전자 책 등의 특정 어플리케이션으로만 사용되고 있는 실정이다.
또한, 이러한 구성을 갖는 종래의 전기영동 표시장치는 오랜 시간 구동 시 발생되는 내부 기생용량에 의해 고른 입자 분산이 저하됨으로써 인가되는 전압 크기에 따른 그레이 레벨이 변화되어 표시품질이 저하되는 문제가 발생하고 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 서로 대향하는 2 개의 전극 사이에 단일극성만으로 대전되고 광셔터 기능을 수행하는 전기영동입자를 포함하는 전기 영동층을 배치하여 응답속도 및 대비비를 향상시킬 수 있는 전기영동 표시소자를 제공하는 것을 그 목적으로 하고 있다.
나아가, 오랜 시간 구동 시 발생되는 내부 기생용량에 의해 고른 입자 분산이 저하됨으로써 인가되는 전압 크기에 따른 그레이 레벨이 변화되어 표시품질이 저하되는 문제를 해결할 수 있는 전기영동 표시소자의 구동방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 하고 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 구동방법은, 서로 마주보며 이격되며 다수의 부화소영역을 포함하는 제 1 및 제 2 기판과, 상기 다수의 각 부화소영역에 대응되는 상기 제 1 기판 상에 형성되는 다수의 화소전극과, 상기 제 2 기판의 내측면에 형성되는 공통전극 및 상기 다수의 화소전극과 상기 공통전극 사이에 단일극성만으로 대전된 다수의 전기영동입자를 가지는 전기영동층을 포함하는 전기영동 표시장치의 구동방법에 있어서, 제 1 화상을 표시하는 제 1 상태에서 다음 화상을 표시하는 제 2 상태로의 전환을 위해 상기 화소전극에 제 1 전압 범위내의 데이터 신호전압을 인가하기 전에 상기 제 1 전압보다 절대값이 작은 제 2 전압 범위의 리프레쉬 전압을 인가하여 상기 전기영동입자가 각부화소영역에서 고루 퍼진 오프 상태를 이루도록 한 후 상기 데이터 신호전압을 인가하여 상기 제 2 상태를 나타내는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 데이터 신호전압과 상기 리프레쉬 전압은 각각 프레임 단위로 교번하며 인가되는 것이 특징이다.
그리고, 상기 제 1 전압 범위는 -15V 내지 -25V 또는 +15V 내지 +25V 이며, 상기 제 2 전압 범위는 0V 보다는 작고 -15V보다는 크거나 또는 0V보다는 크고 +15V보다는 작은 것이 특징이다.
또한, 상기 다수의 전기영동입자는, 양(+) 또는 음(-)의 단일극성으로 대전되고 광흡수 성질을 가지는 블랙입자인 것을 특징으로 한다.
또한, 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 한다.
또한, 상기 제 1 기판의 하부에 백라이트 유닛을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 기판 상에 반사층을 포함할 수 있으며, 이때, 상기 반사층은 서로 다른 굴절률을 가지는 제 1 및 제 2 물질층이 교번하여 적층되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기영동 표시장치 및 그 구동방법에서는, 단일극성만으로 대전되고 광셔터 기능을 수행하는 전기영동입자를 포함하는 전기 영동층을 배치하여 응답속도 및 대비비를 개선시키는 효과가 있다.
또한, 각 프레임 실현 후 리프레쉬 전압을 인가하여 초기화한 후, 새로운 프레임을 표시하는 구동을 실시함으로서 오랜시간 구동 시 발생되는 셀 내부의 기생용량 발생을 억제하여 인가되는 전압 크기에 따른 그레이 레벨이 변화되는 것을 억제함으로서 표시품질을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 종래에 따른 전기영동 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 제 1 기판의 평면도.
도 3은 도 2를 절단선 Ⅲ-Ⅲ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 하나의 부화소영역에 있어서 각각 고계조 상태(화이트 상태), 중간 계조(그레이 상태)상태 및 저계조 상태(블랙상태)를 각각 도시한 단면도.
도 5는 전기영동 표시장치에 있어 리프레쉬 구동없이 일반적인 구동을 실시한 상태에서의 구동회수 대비 반사율을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 리프레쉬 전압인가를 포함하는 구동 방법을 개략적으로 나타낸 모식도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치에 의해 리프레쉬 구동을 포함하는 구동을 실시한 상태에서의 구동회수 대비 반사율을 나타낸 그래프.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 제 1 기판의 평면도이고, 도 3은 도 2를 절단선 Ⅲ-Ⅲ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기영동표시장치(100)는, 서로 마주보며 이격된 제 1 및 제 2 기판(110, 140)과 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 140) 사이에 형성되는 전기 영동층(150)을 포함하여 구성된다.
상기 제 1 기판(110)에는 서로 교차하여 다수의 부화소영역을 정의하는 다수의 게이트 및 데이터 배선(112, 124)과. 다수의 부화소영역의 각 중앙부에 형성되고 상기 게이트 및 데이터 배선(112, 124)과 연결되는 박막트랜지스터(T)와, 상기 박막트랜지스터(T)의 상부에 형성되는 보호층(126)과, 상기 보호층(126) 상에 형성되는 무기물질로 구성되는 반사층(136)과, 상기 반사층(136) 상에 형성되는 컬러필터층(128) 및 상기 컬러필터층(128) 상부에 형성되고 다수의 박막트랜지스터(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 컬러필터 패턴(128a, 128b, 128c)을 포함하고, 적색, 녹색 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각에 대응되는 보호층(126) 상에는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(128a, 128b, 128c)이 각각 형성된다.
상기 컬러필터층(128)을 상기 제 1 기판(110) 상에 형성하는 것은, 상기 적, 녹 및 청색 컬러필터 패턴(128a, 128b, 128c) 각각이 적, 녹 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B)과 오정렬되는 현상을 방지하기 위함이며, 필요에 따라 컬러필터층(128)을 제 2 기판(140)의 내측면에 형성할 수도 있다.
상기 박막트랜지스터(T)는 상기 게이트 배선(112)과 연결되어 적, 녹 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각의 중앙부까지 연장되는 게이트 전극(114)과, 상기 게이트 전극(114) 상에 형성되는 게이트 절연층(116)과, 상기 게이트 전극(114)과 대응되는 게이트 절연층(116) 상에 형성되는 반도체층(118)과, 상기 반도체층(118)의 양측과 연결되는 소스 전극(120) 및 드레인 전극(122)을 포함한다.
한편, 상기 제 1 기판(110)은 유리 또는 플라스틱과 같은 투명한 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 게이트 배선(112) 및 게이트 전극(114)은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo) 및 몰리티타늄(MoTi) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어진다.
그리고, 상기 게이트 절연층(116)은 무기절연물질 예를들면 질화실리콘(SiNx) 또는 산화실리콘(SiO2)으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 반도체층(118)은 순수 실리콘(intrinsic silicon)의 액티브층(미도시)과, 상기 액티브층 상부에서 이격되며 접촉하는 불순물 실리콘(impurity-doped silicon)의 오믹콘택층(미도시)으로 이루어질 수 있다.
상기 소스 전극(120) 및 드레인 전극(122)은 서로 마주보며 상기 반도체층 상에서 이격 형성된다. 상기 소스 전극(120)은 상기 데이터 배선(124)에 연결되어 적, 녹 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각의 중앙부까지 연장 형성되고 있다.
그리고, 상기 드레인 전극(122)은 상기 화소전극(130) 및 커패시터 전극(132)과 연결된다.
이때, 상기 소스 전극(120)과 드레인 전극(122) 및 데이터 배선(124)은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo) 및 몰리티타늄(MoTi) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어진다.
또한, 상기 보호층(126)과 이의 상부에 형성되는 반사층 및 적, 녹 및 청색 컬러필터 패턴(128a, 128b, 128c)에는 상기 드레인 전극(122)을 노출시키는 드레인 콘택홀(126a)이 구비되고 있으며, 상기 화소전극(130)은 상기 드레인 콘택홀(126a)을 통해 상기 드레인 전극(122)과 연결된다.
상기 화소전극(130)은 적, 녹 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B)의 중앙부에 형성되고 있다. 그리고, 상기 적, 녹 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각은 상기 화소전극(130)이 형성되는 전극영역과 상기 화소전극(130)이 형성되지 않는 비전극영역으로 구분되는 것이 특징이다.
이때, 상기 보호층(126)은 무기절연물질 예를들면 질화실리콘(SiNx) 또는 산화실리콘(SiO2)으로 이루어지거나, 또는 유기절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene: BCB) 또는 포토아크릴(photo acrylic)로 이루어질 수 있으며, 무기절연물질 또는 유기절연물질의 단일층 구조를 이루거나 또는 무기절연물질과 유기절연물질의 이중층 구조를 갖도록 형성될 수도 있다.
한편, 상기 화소전극(130)은 본 발명에 따른 전기영동 표시장치 특성 상 상기 박막트랜지스터(T)를 완전히 덮도록 형성되므로, 상기 화소전극(130)이 상기 반도체층(118) 상부에도 형성된다.
따라서 상기 화소전극(130)에 인가된 전압에 의하여 상기 박막트랜지스터(T)가 원하지 않은 타이밍에 턴-온(turn-on) 또는 턴-오프(turn-off) 될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 상기 화소전극(130)의 전압이 상기 반도체층(118)에 전기적으로 영향을 주지 않을 정도로 상기 보호층(126)을 두껍게 형성되고 있는 것이 특징이다.
또한, 상기 보호층(126) 상부에는 상기 게이트 배선(112)을 덮는 커패시터 전극(132)이 형성된다. 상기 커패시터 전극(132)은 상기 드레인 전극(122)과 연결되기 위하여, 상기 드레인 전극(122)은 상기 게이트 배선(112)에 인접한 적, 녹 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각의 주변부까지 연장되고 있으며, 상기 보호층(126)과 컬러필터층(128)에는 상기 드레인 전극(122)을 노출하는 커패시터 콘택홀(126b)이 형성되고 있다.
이때, 서로 중첩 형성된 상기 커패시터 전극(132)과, 보호층(126) 및 게이트 배선(112)은 상기 박막트랜지스터(T)에 연결되어 일 프레임 동안 데이터 신호에 대응되는 화소전압을 유지하는 스토리지 커패시터를 구성한다.
이러한 커패시터 전극(132)은 상기 화소전극(130)과 동일한 물질로 이루어지거나 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 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.
상기 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.
한편, 상기 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 상기 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.
한편, 상기 제 1 기판과 대향하는 상기 제 2 기판(140)의 내측면에는 표시영역 전면에 걸쳐서 상기 화소전극(130)과 함께 전위차를 발생시키는 공통전극(142)이 형성되고 있다.
이때, 상기 공통전극(142)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide: ITO), 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide: IZO)와 같은 투명 도전성물질로 이루어진다.
한편, 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 140) 사이로 상기 각 적, 녹 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B)에는 전기 영동층(150)이 형성되고 있으며, 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 140) 사이의 상기 적, 녹 및 청색 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각의 주변부에는 격벽(separator)(134)이 형성되고 있다.
이때, 상기 전기 영동층(150)은 2nm 내지 100nm 정도의 직경을 가지며 양(+) 또는 음(-)의 단일극성만으로 대전된 것을 특징으로 하는 구형 나노입자(nano-particle)인 전기영동입자(152)를 다수 포함한다.
상기 전기영동입자(152)는 모든 파장의 빛을 흡수하여 광셔터(light shutter)의 기능을 수행할 수 있는 블랙입자((black particl)인 것이 바람직하다.
상기 격벽(134)은 상기 적, 녹 및 청 부화소영역(PA-R, PA-G, PA-B) 각각에 상기 전기영동층(150)이 혼입되는 것을 방지하지 위한 분리벽으로서의 역할을 하며, 이때, 상기 격벽(134)은 95% 내지 100% 범위의 투과율과 3.0 내지 약 4.0 범위의 유전상수를 갖는 절연물질로 이루어지는 것이 특징이다.
상기 격벽(134) 내부는 공기(air) 또는 무극성 용매로 채워지며, 상기 전기영동입자(152)는 공기(air) 또는 무극성 용매에서 전기장에 따라 이동하는 것이 특징이다.
상기 전기 영동층이 종래와 같이 서로 다른 극성으로 대전된 블랙입자 및 화이트 입자를 포함하는 잉크층으로 구성되는 경우, 전계에 따라 상기 잉크층 내부에서 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.
더불어, 상기 화이트 입자에 의한 반사광이 인접한 화소영역에 영향을 주어 대비비(contrast ratio)가 낮아진다.
그러나, 본 발명의 실시예와 따른 전기영동 표시장치에서와 같이, 상기 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 대비비가 개선된다.
한편, 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 140) 중 하나에 격벽(134)을 형성한 후, 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 140)을 합착할 수도 있으나, 공정 안정성 측면에서 상기 제 1 기판(110)에 격벽(134)을 형성하는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 박막트랜지스터(T) 및 화소전극(130)이 형성된 상기 제 1 기판(110) 상부에 롤투롤(roll-to-roll) 프린팅 등의 프린팅 방식이나 포토리소그래피 방식에 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, 상기 격벽(134) 및 전기영동층(150)이 형성된 상기 제 1 기판(110)에 상기 제 2 기판(140)을 합착함으로써 전기영동패널을 완성할 수 있다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 140)의 합착을 위하여 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 140) 사이의 주변부에 씰패턴(미도시)을 형성할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치(100)는 반사층이 형성됨으로서 반사형 전기영동 표시장치를 이루고 있지만, 상기 반사층을 삭제하고 상기 제 1 기판 하부에 백라이트 유닛을 구비하는 경우, 투과형 전기영동 표시장치를 이룰 수도 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치(100)의 동작에 대해 간단히 설명한다.
상기 게이트 배선(112)으로 공급되는 게이트 신호에 의하여 상기 박막트랜지스터(T)가 턴-온(turn-on)되면 상기 데이터 배선(124)으로 공급되는 데이터 신호가 상기 박막트랜지스터(T)를 통하여 상기 화소전극(130)에 화소전압으로 인가되고 상기 공통전극(142)에 공통전압이 인가되면, 상기 화소전극(128)과 공통전극(142) 사이에 화소전압과 공통전압에 의하여 전기장이 생성된다.
이때, 상기 화소전극(130)과 공통전극(142) 사이에 생성되는 전기장의 크기에 의하여 전기영동입자(152)의 분포면적이 달라지며, 이에 따라 고계조(화이트 상태), 중간계조(그레이 상태) 및 저계조(블랙 상태)를 표시할 수 있다.
이러한 구동을 하는 전기영동 표시장치(100)의 계조표시에 대하여 도면을 참조하여 조금 더 상세히 설명한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 하나의 부화소영역에 있어서 각각 고계조 상태(화이트 상태), 중간 계조(그레이 상태)상태 및 저계조 상태(블랙상태)를 각각 도시한 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c에서는 전기영동입자(152)가 양(+)의 극성으로 대전된 상태에서 상기 공통전극(142)과 화소전극(130) 사이에 생성되는 전기장(E)에 따라 상기 전기영동입자(152)의 확산도를 제어하여 대표적으로 적색 부화소영역에서의 고계조상태(화이트상태), 중간계조(그레이상태) 및 저계조(블랙상태)를 도시하였으나, 녹 및 청색 부화소영역에서도 동일한 형태로 계조가 표시된다.
그리고, 양의 극성으로 대전된 전기영동입자 뿐만 아니라 음(-)의 극성으로 대전된 전기영동입자(152)를 사용할 수 있으며, 이 경우, 전기영동입자(152)는 전기장(E)에 대하여 반대방향으로 거동한다.
우선, 도 4a와 같이, 적색 부화소영역(PA-R)이 고계조(화이트 상태)를 표시하는 경우, 상기 공통전극(142)에는 공통전압(Vcom)이 인가되고, 화소전극(130)에는 공통전압(Vcom)보다 낮은 화소전압(Vp < Vcom)이 인가된다.
이 경우, 상기 화소전극(130) 및 공통전극(142) 사이에는 상기 공통전극(142)에서 상기 화소전극(130)을 향하여 경사진 강한 전기장(E)이 생성되고, 양(+)의 극성을 갖는 전기영동입자(152)는 생성된 전기장(E)에 의하여 상기 화소전극(130) 쪽으로 이동하여 상기 화소전극(130) 부근에 집중 배치된다.
따라서, 상기 제 2 기판(140)을 투과한 외부광은 화소전극(130)이 형성되지 않은 비전극영역에 대응되는 상기 반사층(136)에 의해 반사되어, 상기 적색 부화소영역(PA-R)은 고계조(화이트상태)를 표시한다.
다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 적색 부화소영역(PA-R)이 중간 계조(그레이 상태)상태를 표시할 경우, 상기 공통전극(142)에는 공통전압(Vcom)이 인가되고, 상기 화소전극(130)에는 공통전압(Vcom)과 유사한 화소전압(Vp ~ Vcom)이 인가된다.
이 경우, 상기 화소전극(130) 및 공통전극(142) 사이에는 상기 공통전극(142)에서 상기 화소전극(152)을 향하여 경사지거나 또는 상기 화소전극(152)에서 상기 공통전극(142)을 향하여 경사진 약한 전기장(E)이 생성되고, 양(+)의 극성을 가지는 전기영동입자(152)는 생성된 전기장(E)에 의하여 상기 화소전극(130) 및 공통전극(142) 사이에 산포된다.
따라서, 상기 제 2 기판(140)을 투과한 외부광의 일부는 블랙입자인 전기영동입자(152)에 의해 흡수되고, 다른 일부는 상기 반사층(136)에 의해서 반사되어, 적색 부화소영역(PA-R)은 중간 계조(그레이상태)를 표시한다.
다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 적색 부화소영역(PA-R)이 저계조(블랙상태)상태를 표시할 경우, 상기 공통전극(142)에는 공통전압(Vcom)이 인가되고, 상기 화소전극(130)에는 공통전압(Vcom)보다 큰 화소전압(Vp > Vcom)이 인가된다.
이 경우, 상기 화소전극(130) 및 공통전극(142) 사이에는 상기 화소전극(130)에서 상기 공통전극(142)을 향하여 경사진 강한 전기장(E)이 생성되고, 양(+)의 극성을 갖는 전기영동입자(152)는 생성된 전기장(E)에 의하여 상기 공통전극(142) 쪽으로 이동하여 상기 공통전극(142) 부근에 집중적으로 배치된다.
따라서, 외부광은 상기 공통전극(142)의 근처에 집중적으로 배치된 블랙입자인 전기영동입자(152)에 의해 거의 흡수되므로, 상기 적색 부화소영역(PA-R)은 저계조(블랙상태)를 표시한다.
이와 같은 구성을 가지며 전술한 바와같은 구동을 하는 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치는 오랜 시간동안 특정 온/오프 전압 인가에 의한 반복 구동을 하게되면 셀내의 기생용량이 발생하여 구동회수가 증가할 수록 도 5(전기영동 표시장치에 있어 리프레쉬 구동없이 일반적인 구동을 실시한 상태에서의 구동회수 대비 반사율을 나타낸 그래프)에 도시한 바와같이 화이트 휘도는 저하되며 블랙 휘도는 상승하는 현상이 발생된다.
따라서 이러한 현상을 방지할 수 있는 본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 구동 방법에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 리프레쉬 전압인가를 포함하는 구동 방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다. 도면에 있어서는 하나의 부화소영역에 있어 제 1 및 제 2 기판과 이들 기판에 각각 구비된 화소전극 및 공통전극과 전기영동입자만을 간략히 도시하였다.
전압 계조 표현이 가능한 전기영동 표시장치의 경우, 제 1 및 제 2 기판(110, 140)에 각각 구비되는 화소전극(130)과 공통전극(142) 면적의 비대칭 구조와 단일 극성을 갖는 전기영동입자(152) 적용으로 인해 셀 내부 기생용량이 발생하며 이에 의해 구동회수 증가에 따른 화이트 휘도 저하 및 블랙 휘도 증가가 발생되며, 이러한 현상에 의해 최종적으로 동일한 전계가 발생됨에도 불구하고 표현되는 그레인 레벨이 변화되는 표시품질 저하를 유발시키게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 구동은 이러한 문제를 해결하여 구동회수에 관계없이 안정적인 블랙 및 화이트 상태와 그레이 상태를 표시하기 위해 각각 하나의 화상을 표시하는 각 프레임간에 통상적인 화소전극(130)에 인가되는 전압보다 낮은 크기의 오프 전압을 인가하는 리프레쉬 구동을 실시하는 것이 특징이다.
즉, 각 부화소영역에서 각각 G1 상태(제 1 그레이 상태)에서 G2 상태(제 2 그레이 상태)로 전환 시, 우선적으로 전기영동입자(152)의 고른 분산을 위해 저전압의 오프 시그널을 인가하여 상기 부화소영역에서 블랙 상태를 표시하는 오프 상태를 이루도록 한 후, 이후 프레임 단계에서 G2 상태의 그레이 레벨 표현을 위한 데이터 전압을 인가하는 구동을 실시하는 것이 특징이다. 여기서 저전압이란 상기 화소전극에 인가되는 전압보다 작은 절대값 크기를 갖는 전압이 된다. 일례로 화소전극에 음(-) 또는 양(+)의 15 내지 25V의 전압이 온 전압으로 인가되는 경우, 상기 저전압은 0V 보다는 작고 -15V보다는 크거나 또는 0V보다는 크고 +15V보다는 작은 범위의 전압이 된다.
즉, 현재 화상이 표현되는 그레이 레벨 상태를 G1(제 1 그레이 상태), 다음 화상을 표시하기 위한 그레이 레벨 상태를 G2(제 2 그레이 상태)라 할 때, 종래의 구동은 제 2 프레임에서 G1을 표시한 후, 제 3 프레임에서 바로 G2를 표현하였지만, 본 발명의 실시예에 따른 구동방법에 의해서는 제 2 프레임에서 G1을 표시한 후, 제 3 프레임에서는 리프레쉬를 위해 저전압의 오프 시그날을 인가하여 블랙 상태를 이루도록 한 후, 제 4 프레임에서 G2를 표시하기 위한 데이터 전압을 인가한다.
즉, 화이트에서 블랙, 블랙에서 화이트, 제 1 그레이 상태에서 제 2 그레이 상태, 화이트에서 그레이, 그레이에서 화이트를 표시하는 경우, 각각의 다음 단계의 상태로의 전환 전에 전기영동입자(152)가 각 부화소영역에 퍼지 상태 즉 블랙을 나타내는 리프레쉬 상태를 이루도록 한 후, 최종적으로 화상표시를 위한 상태 구현을 위한 데이터 전압을 인가한다.ㅣ
이렇게 각 프레임 사이에 블랙 상태를 나타내는 리프레쉬 구동을 실시하면, 화상 구현을 위한 모든 상태 즉 화이트, 블랙, 그레이 상태는 모두 베이스를 이루는 블랙 상태에서 각각의 상태를 구현하게 됨으로써 리프레쉬에 의해 전기영동입자(152)간의 내부 차징에 의한 움직임이 무뎌지는 현상을 완화할 수 있다.
제 1 그레이 상태에서 제 2 그레이 상태를 반복하여 오랜시간 구동하는 경우, 도면에서와 같이 화소전극(130) 주변에 대해서만 상기 전기영동입자(152)가 지속적으로 뭉쳐있게 된다. 따라서 전기영동입자(152)의 퍼짐 특성이 저하됨으로써 블랙휘도의 상승을 초래함으로써 최종적으로 대비비 특성을 포함하는 화질특성이 저하된다.
하지만, 본 발명에 의한 구동방법에 의해서는 제 1 그레이 상태에서 제 2 그레이 상태로 전환 전에 전기영동입자를 각 부화소영역에서 모두 상기 공통전극(142)에 인접하여 퍼진 상태를 이후 후, 제 2 그레이 상태를 이루기 때문에 화소전극(130) 근방에 지속적으로 뭉쳐있지 않게 되므로 전술한 바와같은 문제를 방지할 수 있는 것이다.
나아가 항상 동일한 기준점에서 화이트, 블랙, 그레이를 표현하게 되므로 특히 제 1 그레이 상태에서 제 2 그레이 상태를 표현하는데 가해져야할 전압차를 반영하여 신호전압을 인가할 필요가 없으므로 오차에 의한 왜곡 발생이 적어 더욱 우수한 표시품질을 갖는 화상을 구현할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치에 의해 리프레쉬 구동을 포함하는 구동을 실시한 상태에서의 구동회수 대비 반사율을 나타낸 그래프이다.
도시한 바와같이, 구동회수가 증가한다 하더라도 블랙휘도와 화이트 휘도 간의 차이는 거의 일정하게 유지됨을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치의 구동방법은 구동회수가 증가한다 하더라도 블랙휘도 및 화이트 휘도 변화에 따른 대비비가 저하됨으로서 표시품질이 저감되는 현상을 억제시키는 효과가 있음을 알 수 있다.
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 의하여나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 제 1 기판
130 : 화소전극
140 : 제 2 기판
142 : 공통전극
152 : 전기영동입자

Claims (8)

  1. 서로 마주보며 이격되며 다수의 부화소영역을 포함하는 제 1 및 제 2 기판과, 상기 다수의 각 부화소영역에 대응되는 상기 제 1 기판 상에 형성되는 다수의 화소전극과, 상기 제 2 기판의 내측면에 형성되는 공통전극 및 상기 다수의 화소전극과 상기 공통전극 사이에 단일극성만으로 대전된 다수의 전기영동입자를 가지는 전기영동층을 포함하는 전기영동 표시장치의 구동방법에 있어서,
    제 1 화상을 표시하는 제 1 상태에서 다음 화상을 표시하는 제 2 상태로의 전환을 위해 상기 화소전극에 제 1 전압 범위내의 데이터 신호전압을 인가하기 전에 상기 제 1 전압보다 절대값이 작은 제 2 전압 범위의 리프레쉬 전압을 인가하여 상기 전기영동입자가 각부화소영역에서 고루 퍼진 오프 상태를 이루도록 한 후 상기 데이터 신호전압을 인가하여 상기 제 2 상태를 나타내는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 구동방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 신호전압과 상기 리프레쉬 전압은 각각 프레임 단위로 교번하며 인가되는 것이 특징인 전기영동 표시장치의 구동방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전압 범위는 -15V 내지 -25V 또는 +15V 내지 +25V 이며, 상기 제 2 전압 범위는 0V 보다는 작고 -15V보다는 크거나 또는 0V보다는 크고 +15V보다는 작은 것이 특징인 전기영동 표시장치의 구동방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 전기영동입자는, 양(+) 또는 음(-)의 단일극성으로 대전되고 광흡수 성질을 가지는 블랙입자인 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 구동방법.
  5. 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 표시장치의 구동방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판의 하부에 백라이트 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 구동방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판 상에 반사층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 구동방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 반사층은 서로 다른 굴절률을 가지는 제 1 및 제 2 물질층이 교번하여 적층되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 구동방법.
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