KR20140074779A - 전기영동 표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컬러가 구현되는 전기영동 표시소자에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전기영동 표시소자는 복수의 화소영역을 포함하는 제1기판 및 제2기판; 제1기판상에 형성된 박막트랜지스터; 상기 제1기판 상에 형성된 보호층; 상기 보호층의 화상표시부에 형성된 화소전극; 상기 보호층 상부의 화소영역 사이의 화상비표시부에 형성된 격벽; 상기 보호층 상부의 격벽사이에 형성된 전기영동층; 제2기판에 형성된 컬러필터층; 및 상기 컬러필터층 위에 형성된 공통전극으로 구성된다.

Description

전기영동 표시소자 및 그 제조방법{ELECTROPHORETIC DISPLAY DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THEREOF}

본 발명은 전기영동 표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 전기영동층이 박막트랜지스터 기판상에 형성되고 컬러를 구현할 수 있는 전기영동 표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 전기영동 표시소자는 전압이 인가되는 한쌍의 전극을 콜로이드용액에 담그면 콜로이드 입자가 어느 한쪽의 극성으로 이동하는 현상을 이용한 화상표시장치로서, 백라이트를 사용하지 않으면서 넓은 시야각, 높은 반사율, 저소비전력 등의 특성을 갖기 때문에, 전기종이(electric paper) 등의 전자기기로서 각광받고 있다.

이러한 전기영동 표시소자는 2개의 기판 사이에 전기영동층이 개재된 구조를 가지며, 2개의 기판중 하나는 투명한 기판으로 이루어지고 다른 하나는 구동소자가 형성된 어레이기판으로 구성됨으로써 입력되는 광을 반사하는 반사형 모드로 화상을 표시할 수 있다.

도 1은 종래 전기영동 표시소자(1)의 구조를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전기영동 표시소자(1)는 제1기판(20) 및 제2기판(40)과, 상기 제1기판(20)에 형성된 박막트랜지스터 및 화소전극(18)과, 상기 제2기판(40)에 형성된 공통전극(42)과, 상기 제1기판(20) 및 제2기판(40) 사이에 형성된 전기영동층(60)과, 상기 전기영동층(60)과 화소전극(18) 사이에 형성된 접착층(56)으로 이루어진다.

박막트랜지스터는 상기 제1기판(2)에 형성된 게이트전극(11)과, 상기 게이트전극(11)이 형성된 제1기판(20) 전체에 걸쳐 형성된 게이트절연층(22)과, 상기 게이트절연층(22) 위에 형성된 반도체층(13)과, 상기 반도체층(13) 위에 형성된 소스전극(15) 및 드레인전극(16)으로 이루어진다. 상기 박막트랜지스터의 소스전극(15) 및 드레인전극(16) 위에는 보호층(24)이 형성된다.

상기 보호층(24) 위에는 상기 전기영동층(60)에 신호를 인가하는 화소전극(18)이 형성된다. 이때, 상기 보호층(24)에는 컨택홀(28)이 형성되어 보호층(24) 상부의 화소전극(18)이 상기 컨택홀을 통해 박막트랜지스터의 드레인전극(16)에 접속된다.

또한, 제2기판(40)에는 공통전극(42)이 형성되며, 상기 공통전극(42) 위에 전기영동층(60)이 형성되어 있다. 이때, 상기 전기영동층(60) 위에 접착층(56)이 형성되어 전기영동층(60)을 포함하는 제2기판(40)을 제1기판(20)과 합착한다. 상기 전기영동층(60)은 내부에 전기영동 특성을 갖는 화이트입자(74)와 블랙입자(76)가 채워진 캡슐(70)을 포함한다. 상기 화소전극(18)에 신호가 인가되면, 상기 공통전극(42)과 화소전극(18) 사이에 전계가 발생하며, 상기 전계에 의해 캡슐(70) 내부의 화이트입자(74)와 블랙입자(76)가 이동함으로써 화상을 구현하는 것이다.

예를 들어, 화소전극(18)에 (-)전압이 인가되면, 제2기판(40)의 공통전극(42)은 상대적으로 (+)전위를 가지게 되어, (+)전하를 띄는 화이트입자(74)는 제1기판(20)쪽으로 이동하고, (-)전하를 띄는 블랙입자(76)는 제2기판(40)쪽으로 이동하게 된다. 이 상태에서 외부, 즉 제2기판(40)의 상부로부터 광이 입력되면, 입력된 광이 상기 블랙입자(76)에 의해 반사되므로, 전기영동 표시소자에는 블랙이 구현된다.

반대로, 상기 화소전극(18)에 (+)전압이 인가되면, 제2기판(40)의 공통전극(42)은 (-)전위를 가지게 되어, (+)전하를 띄는 화이트입자(74)는 제2기판(40)으로 이동하고, (-)전하를 띄는 블랙입자(76)는 제1기판(20)으로 이동하게 된다. 이 상태에서 외부, 즉 제2기판(40)의 상부로부터 광이 입력되면, 입력된 광이 상기 화이트입자(74)에 의해 반사되므로, 전기영동 표시소자에는 화이트가 구현되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 구조의 종래 전기영동 표시소자(1)에서는 다음과 같은 문제가 발생한다.

종래 전기영동 표시소자(1)에서는 제1기판(20) 및 제2기판(40)을 별도로 제작한 후, 접착층(56)에 의해 상기 제1기판(20) 및 제2기판(40)을 합착함으로써 완성된다. 즉, 제1기판(20) 상에 단위 화소를 구동시키는 박막트랜지스터와 전기영동층(60)에 전계를 인가하는 화소전극(18)을 형성하고 별도의 공정에서 제2기판(40) 상에 공통전극(42), 전기영동층(60) 및 접착층(56)을 형성한 후, 상기 제1기판(20) 및 제2기판(40)을 합착함으로써 형성된다.

그러나, 통상 전기영동표시소자의 단위 화소는 가로 및 세로의 크기가 150마이크로미터 이내의 작은 크기로 형성되기 때문에, 이 크기에 정확히 맞도록 전기영동층을 정렬시키는 것은 매우 어렵게 된다. 전기영동층과 박막트랜지스터가 형성되어 있는 제1기판이 정확히 정렬되지 못하면 전계가 전기영동입자에 정확히 전달되지 못해 구동에러의 원인이 된다.

또한, 상기 제1기판(20) 및 제2기판(40)은 각각 다른 공정상에서 제작된 후, 이송수단에 의해 이송되어 합착공정에서 서로 합착해야 되므로, 인라인으로 제조공정을 형성할 수가 없었다.

한편, 제2기판(40)상에는 공통전극(42)을 형성하고 전기영동층(60)을 도포한 후 접착층(56)을 도포한다. 상기 제2기판(40)을 합착공정으로 이송하여 제1기판(20)과 합착하기 위해서는 상기 접착층(56)의 접착력이 저하되거나 접착층(56)에 이물질이 부착되는 것을 방지하기 위해, 상기 접착층(56)에 보호필름을 부착한 상태에서 이송해야만 한다. 이송된 제2기판(40)을 제1기판(20)에 부착하기 위해서는 제2기판(40)으로부터 보호필름을 박리해야만 하는데, 보호필름의 박리과정에서 정전기가 발생하게 되며, 이 발생된 정전기는 전기영동입자의 초기 배열에 오정렬을 유발시키게 되어 전기영동표시소자의 동작시 빗살무늬모양의 모아레가 발생하는 원인이 되었다.

이와 같이, 종래 전기영동 표시소자에서는 상기 제1기판(20) 및 제2기판(40)은 각각 다른 공정에서 제작되기 때문에, 전기영동층의 접착시 제1기판(20)과 제2기판(40) 사이에 오정렬이 발생하거나 공정이 복잡해지고, 접착의 박리시 정전기가 발생하여 화질이 불량으로 된다는 문제 등이 있었다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 전기영동층을 박막트랜지스터가 형성되는 기판에 직접 형성함으로써 전기영동층과 제1기판 사이의 오정렬을 방지하며, 제조비용을 절감하고 제조공정을 단순화할 수 있는 전기영동 표시소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 컬러를 구현할 수 있는 전기영동 표시소자를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전기영동 표시소자는 복수의 화소영역을 포함하는 제1기판 및 제2기판; 제1기판상에 형성된 박막트랜지스터; 상기 제1기판 상에 형성된 보호층; 상기 보호층의 화상표시부에 형성된 화소전극; 상기 보호층 상부의 화소영역 사이의 화상비표시부에 형성된 격벽; 상기 보호층 상부의 격벽 사이에 형성된 전기영동층; 제2기판에 형성된 컬러필터층; 및 상기 컬러필터층 위에 형성된 공통전극으로 구성된다.

전기영동물질은 전하특성을 갖는 화이트입자 및 블랙입자, 분산매질로 이루어지며, 상기 화이트입자는 제2기판 측으로 이동되어 입사되는 광을 화이트입자에 의해 반사시켜 컬러필터층을 투과함으로써 컬러를 구현한다.

또한, 본 발명에 따른 전기영동 표시소자 제조방법은 복수의 화소영역을 포함하는 제1기판상에 박막트랜지스터를 형성하는 단계; 상기 제1기판 상에 보호층을 형성하는 단계; 상기 보호층 상부의 화소영역의 격벽을 형성하는 단계; 상기 보호층 상부의 화소영역에 화소전극을 형성하는 단계; 상기 보호층 상부의 격벽 사이의 화소내에 전기영동물질을 충진하는 단계; 제2기판 상에 컬러필터를 형성하는 단계; 상기 컬러필터층 상에 공통전극을 형성하는 단계; 및 제1기판 및 제2기판을 합착하는 단계로 구성된다.

본 발명에서는 전기영동층이 박막트랜지스터가 형성되어 있는 어레이기판에 직접 도포되어 형성되므로, 별도의 기판에 전기영동층이 형성되던 종래에 비해 전기영동층을 합착하기 위한 접착층이나 접착층을 보호하기 위한 보호필름이 필요없게 되어 제조비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 기존의 박막트랜지스터 제조라인상에서 전기영동층 인라인으로 형성할 수 있기 때문에 제조공정을 단순화할 수 있게 된다. 또한, 전기영동층이 어레이기판상에 직접 형성되기 때문에 전기영동층과 어레이 기판을 정확히 정렬시키는 정렬과정이 필요없게 되므로, 제1기판과 전기영동층의 오정열 문제를 근본적으로 해결할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 제2기판상에 컬러필터를 구비하여 블랙입자 및 화이트입자를 구동함으로써 원하는 컬러를 구현할 수 있게 된다.

도 1은 종래 전기영동 표시소자를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 전기영동 표시소자의 구조를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 전기영동 표시소자의 R,G,B 화소의 구조를 개념적으로 나타내는 도면.
4a-4f는 본 발명에 따른 전기영동 표시소자의 제조방법을 나타내는 도면.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명에 따른 전기영동 표시소자의 전기영동층을 형성하는 방법을 나타내는 도면.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기영동 표시소자에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에서는 전기영동층을 박막트랜지스터가 형성되는 제1기판에 형성한다. 즉, 본 발명에서는 박막트랜지스터 제조공정에서 전기영동층을 형성한다. 따라서, 박막트랜지스터의 제조장비를 이용하여 전기영동층을 형성할 수 있기 때문에, 다른 공정상에서 제2기판상에 전기영동층을 형성한 후 제2기판을 제1기판과 합착함으로써 전기영동 표시소자를 완성하는 종래의 방법에 비해 제조공정을 대폭 간소화할 수 있게 된다.

통상적으로 제2기판에 전기영동층을 형성하는 종래의 전기영동 표시소자 제조공정에서는 전기영동층을 다른 공장, 심지어는 다른 부품회사로부터 공급받아 이를 박막트랜지스터가 형성되는 제조공장으로 이송한 후, 제1기판과 합착해야만 하기 때문에 제조공정이 지연되고 번거로울 뿐만 아니라 차량과 같은 이송수단에 의해 제2기판을 이송하는 과정에서 제2기판이 파손되는 문제도 있었다.

반면에, 본 발명에서는 이미 존재하는 박막트랜지스터 제조장비를 이용하여 전기영동층을 제1기판상에 형성하므로, 신속한 전기영동 표시소자의 제작이 가능하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 전기영동 표시소자의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기영동 표시소자에서는 제1기판(120) 위에 박막트랜지스터가 형성된다. 상기 박막트랜지스터는 제1기판(120)에 형성된 게이트전극(111)과, 상기 제1기판(120) 전체에 걸쳐 형성된 게이트절연층(122)과, 상기 게이트절연층(122) 위에 형성된 반도체층(113)과, 상기 반도체층(113) 위에 형성된 소스전극(115) 및 드레인전극(116)으로 이루어진다.

도면에는 도시하지 않았지만, 제1기판(120)에는 복수의 게이트라인 및 데이터라인이 배치되며, 박막트랜지스터는 게이트라인 및 데이터라인의 교차점에 배치되어, 박막트랜지스터의 게이트전극(111)이 게이트라인에 접속되고 소스전극(115)이 데이터라인에 접속된다.

상기 박막트랜지터(107)가 형성된 제1기판(120)에는 보호층(124)이 형성되며, 보호층(124) 위의 화상표시부에는 화소전극(118)이 형성된다. 상기 보호층(118)은 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oixde)와 같은 투명도전물질이나 불투명한 금속으로 이루어진다. 또한, 보호층(124) 위, 화소영역의 화상비표시부에는 실제 화소를 정의하는 격벽(180)이 형성된다.

화소전극(118)은 격벽(180)이 형성되지 않은 보호층(124) 위에만 형성되지만, 상기 화소전극(118)이 격벽(180)의 측벽까지 연장되어 보호층(124) 위의 화소전극과 격벽(180) 측벽의 화소전극(118)이 일체로 형성될 수도 있는데, 이와 같이 화소전극(118)을 격벽(180)의 측벽까지 연장하는 이유는 다음과 같다.

첫째, 화소전극(118)을 격벽(180)의 측벽까지 연장함에 따라 화질이 향상된다. 화소전극(118)을 보호층(124) 위에만 형성하고 격벽(180)에는 형성하지 않는 경우, 격벽(180) 아래의 화소전극(118), 즉 격벽과 보호층(124)의 모서리영역에 화소전극(118)이 정상적으로 형성되지 않아 전계가 비정상적으로 인가되는 사영역(dead area)이 된다. 이와 같은 사영역은 액정표시소자의 개구율을 저하시킬 뿐만 아니라 콘트라스트의 저하 등과 같은 많은 문제를 일으키게 된다.

그러나, 본 발명과 같이 격벽(180)의 측벽에 화소전극(118)을 형성하는 경우 격벽(180)과 보호층(124) 사이의 모서리영역까지 화소전극(118)이 형성되기 때문에, 사영역이 발생하지 않게 되며, 그 결과 개구율이 향상되고 콘트라스트가 향상되며, 응답속도가 향상된다.

둘째, 화소전극(118)을 격벽(180)의 측벽까지 연장함에 따라 공정이 용이하게 된다. 격벽(180)과 보호층(124)에 의해 정의되는 제1기판(120) 상부 영역에는 전기영동물질이 충진된다. 화소전극(118)을 보호층(124) 위에만 형성하고 격벽(180)에는 형성하지 않는 경우, 전기영동물질의 충진시 보호층(124) 상부의 화소전극(118)의 표면 특성과 격벽(180)의 표면 특성이 다르기 때문에, 전기영동물질의 충진시 격벽(180)의 표면에 전기영동물질이 잘 도포되지 않게 되어 전기영동물질의 주입이 용이하게 이루어지지 않게 된다. 이를 방지하기 위해, 격벽의 표면을 플라즈마 처리하거나 화학처리하여 표면특성을 향상시킬 수는 있지만, 이 경우 공정이 복잡해지고 비용이 증가하게 된다.

그러나, 화소전극(118)을 격벽(180)의 측벽까지 연장하는 경우 별도의 표면처리 없이도 격벽(180)의 측면, 즉 화소전극(118)이 형성된 측벽에 전기영동물질이 용이하게 도포되므로, 전기영동물질을 격벽(180) 내부로 원활하게 충진할 수 있게 된다.

화상표시부의 격벽(180) 내부에는 전기영동층(160)이 형성된다. 상기 전기영동층(160)은 전기영동물질로 이루어지는데, 이러한 전기영동물질은 양전하 및 음전하 특성을 갖는 입자로 이루어진다. 이때, 상기 입자는 화이트입자(164)와 블랙입자(165)일 수도 있고, 시안(cyan), 마젠타(Magenta), 옐로우(yellow)와 같은 컬러입자 또는 R(Red), G(Green), B(Blue)와 같은 컬러입자일 수도 있다.

화이트입자(164)의 경우 TiO₂와 같은 반사율이 좋은 입자를 사용하며, 블랙입자(165)의 경우 카본블랙(canbon black) 등과 같은 블랙특성을 갖는 입자를 사용한다. 이때, 화이트입자(164)가 음전하특성을 갖고 블랙입자(165)가 양전하특성을 갖을 수도 있고 화이트입자(164)가 양전하특성을 갖고 블랙입자(165)가 음양전하특성을 갖을 수도 있을 것이다.

상기 전기영동물질에는 액상폴리머와 같은 분산매질이 포함될 수 있다. 이 분산매질은 블랙입자나 화이트입자가 분포되는 것으로, 액상 폴리머와 같은 액체일 수도 있고 공기 자체일 수도 있다. 상기와 같이 분산매질이 공기 자체라는 것은 분산매질이 없어도 전압이 인가됨에 따라 입자가 공기중에서 움직인다는 것을 의미한다.

그리고, 상기 전기영동물질은 폴리머중합체(polymer binder)에 전자잉크를 충진한 캡슐을 분포시킨 물질일 수도 있다. 이때, 상기 캡슐내에 분포하는 전자잉크는 화이트입자(또는 화이트잉크)와 블랙입자(또는 블랙잉크)로 이루어져 있다. 이때, 상기 화이트입자와 블랙입자는 각각 양전하와 음전하 특성을 가진다. 한편, 화이트입자나 블랙입자는 특정한 물질만 사용되는 것이 아니라 현재 알려진 모든 입자가 사용될 수 있을 것이다.

상기 전기영동층(160)은 격벽(180)에 의해 인접하는 화소영역의 전기영동층(160)과는 분리된다. 즉, 격벽(180)에 의해 해당 화소영역의 전기영동층(160)이 인접하는 화소영역의 전기영동층(160)으로 독립적으로 구동하여 해당 화소에 화상신호가 인가되는 경우, 이에 대응하는 컬러를 구현하게 된다.

상기 격벽(180)에 의해 구획된 전기영동층(160)은 실링층(168)에 의해 실링된다.

제2기판(140)에는 컬러필터층(144) 및 공통전극(142)이 형성된다. 상기 제2판(140)은 투명한 유리 또는 플라스틱으로 이루어지며, 컬러필터층(144)은 실제 컬러를 구현하기 위한 것으로, R,G,B 컬러필터층으로 이루어진다. 또한, 공통전극(142)은 ITO나 IZO와 같이 투명한 도전물질을 적층함으로써 형성된다.

상기와 같이 구성된 제1기판(120) 및 제2기판(140)은 정렬된 상태로 제1기판(120) 및 제2기판(140)을 합착됨으로써 전기영동 표시소자가 완성된다. 이때, 상기 제1기판(120) 및 제2기판(140)의 합착은 실링층(168)에 의해 이루어질 수 있으며, 별도의 접착층을 도포하여 합착할 수도 있다.

이러한 구조의 전기영동 표시소자 구동을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 R,G,B화소의 구동을 나타내는 개념도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 전기영동 표시소자는 R,G,B화소로 이루어지며, 각각의 화소는 도 2에 도시된 구조로 형성된다. 이때, R-화소(R)에는 R-컬러필터층(144R)이 형성되고 G-화소(G)에는 G-컬러필터층(144G)이 형성되며, B-화소(B)에는 B-컬러필터층(144B)이 형성된다.

외부의 게이트구동부로부터 게이트라인(105)을 통해 박막트랜지스터(107)에 주사신호가 입력되면, 박막트랜지스터(107)의 반도체층(113)이 활성화되어, 외부의 데이터구동부로부터 데이터라인(106)을 통해 입력되는 화상신호가 박막트랜지스터(107)의 소스전극(115), 반도체층(113)의 채널영역 및 드레이전극(116)을 거쳐 화소전극(118)으로 입력된다. 이와 동시에, 외부의 공통전압 공급부로부터 공통전압 공급라인(183)을 통해 공통전압이 공급되면, 이 공통전압은 제2격벽(180b)에 의해 형성되는 도전층(184)을 통해 제2기판(140)의 공통전극(142)으로 인가되어, 상기 화소전극(118)과 공통전극(142) 사이에 전계가 형성된다.

전기영동물질(160)의 화이트입자(164)가 양전하 또는 음전하 특성을 가지기 때문에, 화소전극(118)과 공통전극(142) 사이에 발생하는 전계에 의해 화이트입자(164)와 전기영동층(160) 내에서 이동하게 된다.

예를 들어, 화이트입자(164)가 (+)전하를 갖는 경우, 화소전극(118)에 (+)전압이 인가되면 제2기판(140)의 공통전극(142)은 상대적으로 (-)전위를 가지게 되므로 (+)전하를 띄는 화이트입자(164)는 제2기판(140)쪽으로 이동하게 된다. 따라서, 외부, 즉 제2기판(140)의 상부로부터 광이 입력되면, 입력된 광이 상기 화이트입자(164)에 의해 대부분 반사되며 이 반사된 광이 컬러필터층을 투과하면서 컬러가 구현된다.

즉, R-화소(R)의 화소전극(118a)에 (+)전압이 인가되고 G-화소(G) 및 B-화소(B)의 화소전극(118b,118c)에는 각각 (-)전압이 인가되면, R-화소(R)의 공통전극(142)은 상대적으로 (-)전위를 가지게 되므로 (+)전하를 띄는 화이트입자(164)는 제2기판(140)쪽으로 이동하게 되고 G-화소(G) 및 B-화소(B)의 공통전극은 상대적으로 (+) 전위를 갖게 되므로, (+)전하를 띄는 화이트입자(164)는 제1기판(120)쪽으로 이동하게 된다. 따라서, R-화소(R)로 입력되는 광만이 상기 화이트입자(164)에 의해 반사하고 G-화소(G) 및 B-화소(B)로 입력되는 광은 반사되지 않아서, 결국 R-화소(R)의 화이트입자(164)에 의해 반사된 광이 R-컬러필터층(144R)을 투과하게 되어 화면상에는 적색의 컬러가 구현된다.

또한, G-화소(G)의 화소전극(118b)에 (+)전압이 인가되고 R-화소(R) 및 B-화소(B)의 화소전극(118a,118c)에는 각각 (-)전압이 인가되면, G-화소(G)의 공통전극(142)은 상대적으로 (-)전위를 가지게 되므로 (+)전하를 띄는 화이트입자(164)는 제2기판(140)쪽으로 이동하게 되고 R-화소(R) 및 B-화소(B)의 공통전극은 상대적으로 (+) 전위를 갖게 되므로, (+)전하를 띄는 화이트입자(164)는 제1기판(120)쪽으로 이동하게 된다. 따라서, G-화소(G)로 입력되는 광만이 상기 화이트입자(164)에 의해 반사하고 R-화소(R) 및 B-화소(B)로 입력되는 광은 반사되지 않아서, 결국 G-화소(G)의 화이트입자(164)에 의해 반사된 광이 G-컬러필터층(144G)을 투과하게 되어 화면상에는 녹색의 컬러가 구현된다.

B-화소(G)의 화소전극(118c)에 (+)전압이 인가되고 R-화소(R) 및 G-화소(G)의 화소전극(118a,118b)에는 각각 (-)전압이 인가되면, B-화소(B)의 공통전극(142)은 상대적으로 (-)전위를 가지게 되므로 (+)전하를 띄는 화이트입자(164)는 제2기판(140)쪽으로 이동하게 되고 R-화소(R) 및 G-화소(G)의 공통전극은 상대적으로 (+) 전위를 갖게 되므로, (+)전하를 띄는 화이트입자(164)는 제1기판(120)쪽으로 이동하게 된다. 따라서, B-화소(G)로 입력되는 광만이 상기 화이트입자(164)에 의해 반사하고 R-화소(R) 및 G-화소(G)로 입력되는 광은 반사되지 않아서, 결국 B-화소(B)의 화이트입자(164)에 의해 반사된 광이 B-컬러필터층(144B)을 투과하게 되어 화면상에는 청색의 컬러가 구현된다.

이때, 각각의 화소전극(118a,118b,118c)에 인가되는 전압을 조절함으로써 원하는 제2기판(140)쪽으로 이동하는 화이트입자(164)의 밀도 또는 제2기판(140)과의 간격이 달라지기 때문에, 외부로부터 입력되어 화이트입자(164)에 의해 반사되는 광의 세기도 달라지게 되므로, 원하는 컬러를 구현할 수 있게 된다.

한편, 화이트입자(164)가 (-)전하를 갖는 경우, 상기 화소전극(118)에 (-)전압이 인가되면, 제2기판(140)의 공통전극(142)은 (+)전위를 가지게 되어, (-)전하를 띄는 화이트입자(164)는 제2기판(140)으로 이동하게 되어 외부로부터 광이 입력되면, 입력된 광이 상기 화이트입자(164)에 의해 반사되며, 이 반사된 광이 컬러필터층을 투과하면서 컬러가 구현된다.

즉, R-화소(R)의 화소전극(118a)에 (-)전압이 인가되고 G-화소(G) 및 B-화소(B)의 화소전극(118b,118c)에는 각각 (+)전압이 인가되면, R-화소(R)의 공통전극(142)은 상대적으로 (+)전위를 가지게 되므로 (-)전하를 띄는 화이트입자(164)는 제2기판(140)쪽으로 이동하게 되고 G-화소(G) 및 B-화소(B)의 공통전극은 상대적으로 (-) 전위를 갖게 되므로, (-)전하를 띄는 화이트입자(164)는 제1기판(120)쪽으로 이동하게 된다. 따라서, R-화소(R)로 입력되는 광만이 상기 화이트입자(164)에 의해 반사하고 G-화소(G) 및 B-화소(B)로 입력되는 광은 반사되지 않아서, 결국 R-화소(R)의 화이트입자(164)에 의해 반사된 광이 R-컬러필터층(144R)을 투과하게 되어 화면상에는 적색의 컬러가 구현된다.

또한, G-화소(G)의 화소전극(118b)에 (-)전압이 인가되고 R-화소(R) 및 B-화소(B)의 화소전극(118a,118c)에는 각각 (+)전압이 인가되면, G-화소(G)의 공통전극(142)은 상대적으로 (+)전위를 가지게 되므로 (-)전하를 띄는 화이트입자(164)는 제2기판(140)쪽으로 이동하게 되고 R-화소(R) 및 B-화소(B)의 공통전극은 상대적으로 (-) 전위를 각 게 되므로, (-)전하를 띄는 화이트입자(164)는 제1기판(120)쪽으로 이동하게 된다. 따라서, G-화소(G)로 입력되는 광만이 상기 화이트입자(164)에 의해 반사하고 R-화소(R) 및 B-화소(B)로 입력되는 광은 반사되지 않아서, 결국 G-화소(G)의 화이트입자(164)에 의해 반사된 광이 G-컬러필터층(144G)을 투과하게 되어 화면상에는 녹색의 컬러가 구현된다.

B-화소(G)의 화소전극(118c)에 (-)전압이 인가되고 R-화소(R) 및 G-화소(G)의 화소전극(118a,118b)에는 각각 (+)전압이 인가되면, B-화소(B)의 공통전극(142)은 상대적으로 (+)전위를 가지게 되므로 (-)전하를 띄는 화이트입자(164)는 제2기판(140)쪽으로 이동하게 되고 R-화소(R) 및 G-화소(G)의 공통전극은 상대적으로 (-) 전위를 갖게 되므로, (-)전하를 띄는 화이트입자(164)는 제1기판(120)쪽으로 이동하게 된다. 따라서, B-화소(G)로 입력되는 광만이 상기 화이트입자(164)에 의해 반사하고 R-화소(R) 및 G-화소(G)로 입력되는 광은 반사되지 않아서, 결국 B-화소(B)의 화이트입자(164)에 의해 반사된 광이 B-컬러필터층(144B)을 투과하게 되어 화면상에는 청색의 컬러가 구현된다.

이때, 각각의 화소전극(118a,118b,118c)에 인가되는 전압을 조절함으로써 원하는 제2기판(140)쪽으로 이동하는 화이트입자(164)의 밀도 또는 제2기판(140)과의 간격이 달라지기 때문에, 외부로부터 입력되어 화이트입자(164)에 의해 반사되는 광의 세기도 달라지게 되므로, 원하는 컬러를 구현할 수 있게 된다.

도면에는 도시하지 않았지만, 본 발명의 전기영동 표시소자에서는 R,G,B 화소 이외에 자연광을 출력하여 표시소자 전체의 휘도를 향상시키기 위해 W화소를 구비할 수도 있다. 이때, W화소에는 컬러필터층이 형성되지 않으며, 외부로부터 입력되는 광을 화이트입자에 의해 그대로 반사하여 출력함으로써 표시소자의 휘도를 향상시킬 수 있게 된다.

도 4a-도 4f는 본 발명에 따른 전기영동 표시소자의 제조방법을 나타내는 도면이다.

우선, 도 4a에 도시된 바와 같이, 화소영역이 화상표시부와 비표시부로 이루어지고 유리나 플라스틱과 같이 투명한 물질로 이루어진 제1기판(120) 위에 Cr, Mo, Ta, Cu, Ti, Al 또는 Al합금과 같이 도전성이 좋은 불투명 금속을 스퍼터링법(sputtering process)에 의해 적층한 후 사진식각방법(photolithography process)에 의해 식각하여 게이트전극(111)을 형성한 후, 상기 게이트전극(111)이 형성된 제1기판(120) 전체에 걸쳐 CVD(Chemicla Vapor Deposition)법에 의해 SiO₂나 SiNx 등과 같은 무기절연물질을 적층하여 게이트절연층(122)을 형성한다.

이어서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1기판(120) 전체에 걸쳐 비정질실리콘(a-Si)과 같은 반도체물질을 CVD법에 의해 적층한 후 식각하여 반도체층(113)을 형성한다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 반도체층(113)의 일부에 불순물을 도핑하거나 불순물이 첨가된 비정질실리콘을 적층하여 이후 형성되는 소스전극 및 드레인전극을 반도체층(113)과 오믹접합시키는 오믹컨택층(ohmic contact layer)을 형성한다.

그 후, 제1기판(120) 상에 Cr, Mo, Ta, Cu, Ti, Al 또는 Al합금과 같이 도전성이 좋은 불투명 금속을 스퍼터링법에 의해 적층한 후 식각하여 반도체층(113) 위, 엄밀하게 말해서 오믹컨택층 위에 소스전극(115) 및 드레인전극(116)을 형성하여 박막트랜지스터를 형성한다.

이어서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 박막트랜지스터가 형성된 제1기판(120) 전체에 걸쳐 BCB(Benzo Cyclo Butene)이나 포토아크릴(photo acryl)과 같은 유기절연물질을 적층하여 보호층(124)을 형성한다.

또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 보호층(124)은 복수의 층으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 보호층(124)은 BCB이나 포토아크릴과 같은 유기절연물질로 이루어진 유기절연층 및 SiO₂나 SiNx 등과 같은 무기절연물질로 이루어진 무기절연층의 이중의 층으로 형성될 수도 있고, 무기절연층과 유기절연층 및 무기절연층으로 형성할 수도 있을 것이다. 유기절연층을 형성함에 따라 보호층(124)의 표면이 평탄하게 형성되며, 무기절연층을 적용함에 따라 보호층(124)과의 계면특성이 향상된다.

그 후, 상기 보호층(124)에 컨택홀(117)을 형성하여 박막트랜지스터의 드레인전극(116)을 외부로 노출시킨 후, 화소영역의 보호층(124) 위에 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명한 도전물질 또는 불투명한 금속을 적층하고 식각하여 화소전극(118)을 형성한다. 이때, 상기 화소전극(118)은 보호층(124)에 형성된 컨택홀(117)을 통해 박막트랜지스터의 드레인전극(116)과 전기적으로 접속된다.

이어서, 도 4d에 도시된 바와 같이, 화소영역의 비표시부의 보호층(124) 상부에 격벽(180)을 형성한다. 상기 격벽(180)은 수지 등으로 이루어진 절연층을 적층한 후 포토레지스트를 이용한 사진식각방법에 의해 식각함으로써 형성할 수도 있고 감광성 수지를 적층한 후 사진식각방법에 의해 식각함으로써 형성할 수도 있다. 또한, 상기 격벽(180)은 인쇄롤 등과 같은 인쇄법에 의해 패턴화된 격벽(180)을 인쇄함으로써 형성할 수도 있으며, 격벽(180)에 대응하는 홈이 형성된 몰드를 제작한 후, 상기 몰드의 절연물질을 제1기판(120)으로 전사함으로써 형성할 수도 있다. 그리고, 상기 격벽(180)은 임프린트(imprint)방식으로 형성될 수도 있을 것이다.

실질적으로 이러한 격벽(180)의 형성은 특정한 방법에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기에서 특정한 방법을 설명한 것은 설명의 편의를 위한 것이지, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 상기 격벽(180)은 이미 알려진 다양한 방법에 의해 형성될 수 있을 것이다.

상기 격벽(180)는 100㎛ 이하의 높이, 특히 20-40㎛의 높이로 형성하고 폭은 약 5㎛ 이상, 특히 약 100-1000㎛로 형성할 수 있다. 상기와 같은 격벽(180)의 높이와 폭은 특정한 수치에 한정되는 것은 아니다.

한편, 화소전극(118)은 상기 격벽(180)의 측벽으로 연장되게 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 격벽(180)이 화소전극(118)이 형성된 후에 형성되는 것이 아니라, 격벽(180)이 형성된 후 화소전극(118)을 형성한다.

즉, 화소영역 사이의 화상비표시영역에 격벽(180)을 형성한 후, 보호층(124)과 격벽(180) 상부에 투명도전물질이나 금속층을 형성한 후, 상기 투명도전물질이나 금속층을 식각함으로써 보호층(124) 상부 및 격벽(180)의 측벽에 화소전극(118)을 형성하는 것이다.

그 후, 도 4e에 도시된 바와 같이, 격벽(180) 사이에 화소영역에 전기영동물질을 충진하여 전기영동층(160)을 형성한다.

격벽(180) 사이로의 상기 전기영동물질의 충전은 다양한 방법에 의해 이루어질 수 있는데, 이러한 전기영동물질의 충전방법을 설명하면 다음과 같다.

도 5a 및 도 5b는 제1기판(120)에 형성된 격벽(180) 사이의 영역으로 전기영동물질을 충진하여 전기영동층(160)을 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 5a에 도시된 방법은 잉크젯방식 또는 노즐방식에 관한 것으로, 도 5a에 도시된 바와 같이 실린지(또는 노즐)(185) 내부에 전기영동물질(160a)을 충진한 후, 상기 제1기판(120) 상부에 상기 실린지(185)를 위치시킨다. 이후, 외부의 공기공급장치(도면표시하지 않음)에 의해 실린지(185)에 압력을 인가한 상태에서 상기 실린지(185)를 제1기판(120) 상에서 이동시킴에 따라 상기 격벽(180) 사이의 영역에 전기영동물질(160a)이 적하되어 제1기판(120) 상에 전기영동층(160)이 형성된다.

도 5b에 도시된 방법은 스퀴즈방법에 관한 것으로, 도 5b에 도시된 바와 같이 복수의 격벽(180)이 형성된 제1기판(120) 상부에 전기영동물질(160a)을 도포한 후, 스퀴즈바(187)에 의해 제1기판(120) 상에서 이동시킴으로써 스퀴즈바(187)의 압력에 의해 전기영동물질(160a)이 단위 화소내의 격벽(180) 사이로 충진되어 전기영동층(160)이 형성되는 것이다.

물론, 본 발명이 상술한 바와 같은 방법에만 한정되는 것은 아니다. 상술한 방법은 본 발명에서 사용될 수 있는 전기영동층(160)의 형성공정의 일례를 나타내는 것으로서, 본 발명이 이러한 특정 공정에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 캐스팅인쇄법, 바코팅인쇄법, 스크린인쇄법, 몰드인쇄법과 같은 다양한 전기영동층(160) 형성공정이 본 발명에 적용될 수 있을 것이다.

이어서, 도 4f에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 전기영동층(160) 위에 실링재를 도포하여 실링층(168)을 형성하여 상기 전기영동층(160)을 실링한 후, 제1기판(120)을 제2기판(140)과 합착하여 전기영동 표시소자를 완성한다.

상기 실링층(168)은 점도가 낮은 염료로 이루어진 전기영동층(160)이 유동하여 염료가 외부 혹은 인접하는 화소로 넘치는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한, 상기 실링층(168)은 상기 전기영동층(160) 내부로 수분이 침투하여 전기영동층(160)이 불량으로 되는 것을 방지한다.

도면에서는 비록 상기 제1기판(120) 전체에 걸쳐 전기영동층(160)의 상면 에 형성되어 있지만, 상기 실링층(168)이 제1기판(120) 전체가 아니라 단위 화소의 외곽영역, 즉 격벽(180)의 상부영역에만 형성될 수도 있다. 이 경우에도 제1기판(120) 및 제2기판(140)가 합착될 때 격벽(180) 상부의 실링층(168)에 의해 제1기판(120)과 제2기판(140) 사이가 밀봉되므로, 전기영동층(160)의 전기영동물질이 합착된 전기영동 표시소자의 외부로 흘러 나가거나 외부의 수분이 전기영동층(160)의 내부로 침투하는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 도면에서는 상기 실링층(168)에 의해 제1기판(120) 및 제2기판(140)이 합착되지만, 제1기판(120) 및 제2기판(140)의 합착력을 향상시키기 위해 접착층을 형성할 수도 있다. 상기 접착층은 전기영동 표시소자의 외곽영역, 즉 격벽(180) 상부의 실링층(168)에만 형성할 수도 있고 전기영동층(160) 상부의 실링층(168) 전체에 형성할 수도 있을 것이다.

유리나 플라스틱과 같이 투명한 물질로 이루어진 제2기판(140)에는 컬러잉크나 컬러레지스트를 적층하여 컬러필터층(144)이 형성되고 그 위에 ITO나 IZO와 같이 투명한 도전물질을 적층함으로써 공통전극(142)이 형성된다. 이때, 컬러필터층(144)은 R,G,B-컬러필터층으로 이루어져 있으며, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 R,G,B-컬러필터층 사이에는 CrO나 CrO₂와 같은 금속산화물이나 블랙수지로 이루어진 블랙매트릭스(black matrix)를 형성할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 전기영동층(160)이 직접 제1기판(120)에 형성되므로, 전기영동층이 제2기판(140)에 형성되는 종래에 비해 전기영동층을 제2기판(140)에 부착하기 위한 접착층이나 접착층을 보호하기 위한 보호필름 등이 필요없게 된다. 또한, 본 발명에서는 전기영동층(160)을 기존의 박막트랜지스터 형성공정라인, 예를 들면 절연층 형성 등과 같은 공정라인에서 형성할 수 있기 때문에, 별도의 공정라인이 필요없게 되므로 제조비용을 더욱 절감할 수 있게 된다.

또한, 별도의 공장이나 제조업체에서 전기영동층을 제작하여 이를 운송하여 제2기판에 부착하고 이 제2기판을 다시 제1기판과 합착하는 종래에 비해, 본 발명에서는 전기영동층의 이송이나 전기영동층이 부착 등의 공정이 필요없게 되므로 제조공정을 단순화할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명에서는 블랙입자 및 화이트입자를 포함하는 전기영동층 위에 컬러필터층을 배치함으로서 외부로부터 입사되어 반사되는 광이 상기 컬러필터층을 투과함으로써 컬러를 구현할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

120,140 : 기판 111 : 게이트전극
113 : 반도체층 115 : 소스전극
116 : 드레인전극 118 : 화소전극
124 : 보호층 142 : 공통전극
144 : 컬러필터층 160 : 전기영동층
164 : 화이트입자 165 : 블랙입자
180 : 격벽

Claims (11)

1. 복수의 화소영역을 포함하는 제1기판 및 제2기판;
   제1기판상에 형성된 박막트랜지스터;
   상기 제1기판 상에 형성된 보호층;
   상기 보호층의 화상표시부에 형성된 화소전극;
   상기 보호층 상부의 화소영역 사이의 화상비표시부에 형성된 격벽;
   상기 보호층 상부의 격벽 사이에 형성된 전기영동층;
   제2기판에 형성된 컬러필터층; 및
   상기 컬러필터층 위에 형성된 공통전극으로 구성된 전기영동 표시소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 박막트랜지스터는,
   제1기판 위에 형성된 게이트전극;
   상기 게이트전극 위에 형성된 반도체층; 및
   상기 반도체층 위에 형성된 소스전극 및 드레인전극으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기영동 표시소자.
3. 제1항에 있어서, 상기 전기영동물질은 전하특성을 갖는 화이트입자 및 블랙입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시소자.
4. 제3항에 있어서, 상기 전기영동물질은 분산매질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시소자.
5. 제3항에 있어서, 상기 화이트입자를 제2기판 측으로 이동시켜 입사되는 광을 화이트입자에 의해 반사시키고 컬러필터층을 투과함으로써 컬러를 구현하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시소자.
6. 제1항에 있어서, 상기 전기영동물질 상부에 형성되어 전기영동물질을 밀봉하는 실링층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시소자.
7. 제1항에 있어서, 상기 화소전극은 격벽의 측벽까지 연장되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시소자.
8. 복수의 화소영역을 포함하는 제1기판상에 박막트랜지스터를 형성하는 단계;
   상기 제1기판 상에 보호층을 형성하는 단계;
   상기 보호층 상부의 화소영역의 격벽을 형성하는 단계;
   상기 보호층 상부의 화소영역에 화소전극을 형성하는 단계;
   상기 보호층 상부의 격벽 사이의 화소내에 전기영동물질을 충진하는 단계;
   제2기판 상에 컬러필터를 형성하는 단계;
   상기 컬러필터층 상에 공통전극을 형성하는 단계; 및
   제1기판 및 제2기판을 합착하는 단계로 구성된 전기영동 표시소자 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 실링층을 형성하여 상기 격벽 내부의 전기영동물질을 실링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시소자 제조방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 전기영동물질은 전하특성을 갖는 화이트입자 및 블랙입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시소자 제조방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 전기영동물질은 분산매질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시소자 제조방법.

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