KR101409430B1 - 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법 - Google Patents

전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제1기판 상에 격벽을 형성하는 단계; 광경화성 또는 열경화성 수지층과, 상기 수지층 상의 테두리를 정의하는 실링제에 의해 구획된 3차원 공간 내에 대전 입자 슬러리를 충진하는 단계; 및 상기 대전 입자 슬러리로 상기 격벽이 침지되도록 상기 제1기판과 광경화성 또는 열경화성 수지층을 결합하는 단계를 포함하는 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법 에 관한 것으로서, 이에 의하면 최종 제품의 불량율을 최소화 할 수 있으며, 높은 대조비와 향상된 시인성을 나타내어 고화질의 텍스트를 구현할 수 있는 전기영동 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

Description

전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법{PREPARATION METHOD OF ELECTROPHORESIS DISPLAY DEVICE}
본 발명은 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최종 제품의 불량률을 최소화하고, 높은 대조비와 향상된 시인성을 나타내어 고화질의 텍스트를 구현할 수 있는 전기영동 디스플레이 장치를 제공할 수 있는 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 산업원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 10033294, 연구사업명: 산업소재 화학공정소재 부분 정보표시소자용 신소재 개발, 연구과제명: 저전압/장수명형 전자 잉크 소재 개발].
전자종이(Electronic Paper, Digital Paper)는 E-paper라고도 불리는데, 종이책, 종이신문, 종이잡지처럼 편리하게 휴대하고 필요할 때마다 쉽게 꺼내 볼 수 있고 메모도 할 수 있어 종이 역할을 할 수 있는 전자 장치를 말한다.
이러한 전자종이는 전기영동 디스플레이의 형태를 띌 수 있는데, 이러한 전기영동 디스플레이는 유연하여 구부릴 수 있다는 장점을 가질 뿐 아니라, 기존의 평면 디스플레이 등에 비해 생산단가가 훨씬 저렴하며 별도의 배경조명 등이 필요하지 않으므로 에너지 효율도 월등히 앞선다. 또, 상기 전자종이는 매우 선명하고 시야각이 넓으며 전원이 없더라도 글씨가 완전히 사라지지 않는 메모리 기능도 가질 수 있다.
이러한 큰 장점으로 인하여, 전자종이는 종이와 같은 면과 움직이는 일러스트레이션을 갖는 전자서적, 자체 갱신성 신문, 이동 전화를 위한 재사용 가능한 종이 디스플레이, 폐기 가능한 TV 스크린 및 전자 벽지 등 실로 광대한 분야에 응용될 수 있으며 거대한 잠재 시장을 가지고 있다. 전자종이를 구현 방법에 따라 나누어 보면, 대표적으로 전기영동(Electrophoresis) 방식, 액정(Liquid crystal) 방식, 토너 방식(QR-LPD), MEMS방식 등이 있다. 이들 중 전기 영동 방식은 유전성 용매 내에서 부유하는 대전 안료 입자들의 전기 영동 현상에 기초한 것으로서, 서로 대향하는 전극 사이에 전압차가 가해지면 인력에 의해서 대전 안료 입자가 반대되는 극을 지니는 전극으로 이동함으로서 색 또는 명암을 표현하게 된다.
이러한 전기 영동 디스플레이들 중, 가장 상용화에 근접한 기술은 Microcapsule형 전기영동 디스플레이와 Micro-cell형 전기영동 디스플레이로서, 이들은 색깔의 표시소자로 입자(Particle)을 사용한다.
상기 마이크로 캡슐형 전기 영동 디스플레이의 경우, 마이크로 캡슐이 수분이나 온도에 민감하고, 입자를 포함하는 마이크로 캡슐이 여러 층의 폴리머 매트릭스 내에 매설되며, 제조되는 캡슐의 크기에 따라 구동 셀 높이의 한계를 갖고 있어 응답속도가 느려지거나 대조비가 낮아지는 문제점을 가지고 있다.
이에 반하여, Micro-cell형 전기영동 디스플레이는 구동 높이를 자유롭게 조절할 수 있기 때문에 빠른 응답 속도 및 높은 대조비를 나타낼 수 있고, 각각의 단위 유닛들의 형태와 크기가 일정하고 정확하게 구성될 수 있어서 우수한 색 어드레스 지정 능력을 구현할 수 있다. 또한, Micro-cell형 전기영동 디스플레이는 roll-to-roll 연속공정 등의 방법을 적용할 수 있어서 높은 수득률을 갖는 대량생산 공정에 적합하기 때문에 최근 많은 주목을 받고 있다.
다만, Micro-cell형 전기 영동 디스플레이는 단위 유닛인 Micro-cell을 구성하는 격벽의 형성이 용이하지 않으며, 대전 입자 슬러리를 Micro-cell에 충진하고 빈 공간 없이 봉입하는 공정이 용이하지 않다는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 최종 제품의 불량률을 최소화하고, 높은 대조비와 향상된 시인성을 나타내어 고화질의 텍스트를 구현할 수 있는 전기영동 디스플레이 장치를 제공할 수 있는 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 제1기판 상에 격벽을 형성하는 단계; 광경화성 또는 열경화성 수지층과, 상기 수지층 상의 테두리를 정의하는 실링제에 의해 구획된 3차원 공간 내에 대전 입자 슬러리를 충진하는 단계; 및 상기 대전 입자 슬러리로 상기 격벽이 침지되도록 상기 제1기판과 광경화성 또는 열경화성 수지층을 결합하는 단계를 포함하는 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법이 제공된다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에서, '마이크로셀(Micro-cell)'은 전기영동 디스플레이 장치 내부에 형성된 컵 형상의 오목부를 의미하며, 예를 들어 서로 대향하는 2개의 기판과 상기 기판 사이에 형성된 격벽으로 둘러싸인 공간을 의미할 수 있다.
발명의 일 구현예에 따르면, 제1기판 상에 격벽을 형성하는 단계; 광경화성 또는 열경화성 수지층과, 상기 수지층 상의 테두리를 정의하는 실링제에 의해 구획된 3차원 공간 내에 대전 입자 슬러리를 충진하는 단계; 및 상기 대전 입자 슬러리로 상기 격벽이 침지되도록 상기 제1기판과 광경화성 또는 열경화성 수지층을 결합하는 단계를 포함하는 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법이 제공될 수 있다.
이전의 마이크로셀형 전기영동 디스플레이 장치는 롤-투-롤(roll-to-roll) 타입의 공정을 통하여 대량 생산되어 왔는데, 이러한 공정 상에서는 마이크로셀의 형성 및 대전 입자 슬러리의 충진이 연속적으로 이루어질 수 있는 장점이 있으나, 충진된 슬러리에 빈 공간(void) 없이 봉입하기가 용이하지 않고, 실제 디스플레이 장치의 제조 공정에서 대전 입자 슬러리가 마이크로셀의 상부에 존재하여 봉입층과의 접착 특성이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명자들은, 보다 높은 품질의 전기영동 디스플레이 장치를 제공할 수 있는 방법에 대한 연구를 계속 진행하여, 일정한 용기 또는 구조물에 충진된 대전 입자 슬러리로 기판 상에 형성된 격벽이 침지되도록 전극과 상기 용기 또는 구조물을 결합하면, 추가적인 봉입 단계 없이도 마이크로셀 또는 대전입자 슬러리 내부에 빈 공간을 효과적으로 제거하여 우수한 품질을 갖는 전기영동 디스플레이 장치를 제조할 수 있는 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.
상기 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법은, 기판 상에 형성된 격벽을 아래로 향하게 하여 일정한 용기 또는 구조물에 충진된 대전 입자 슬러리로 침지시키는 점에서, 기판 상에 형성된 격벽에 의해 구획되는 마이크로셀에 직접 대전 입자 슬러리를 주입하는 이전의 제조 방법과 방법과 구별될 수 있다.
특히, 상기 대전입자 슬러리가 충진되는 3차원 공간의 바닥면은 탄성 및 점착성이 있는 광경화성 또는 열경화성 수지층으로 되어 있어서, 상기 격벽의 일면과 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층이 접촉시 공기 등으로 인한 빈 공간의 발생을 방지할 수 있으며, 상기 격벽의 일면과 수지층의 접촉면에 슬러리의 잔류물이 존재하는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 상기 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법에 따르면, 마이크로셀 내에 대전 입자 슬러리를 충진하고 빈 공간(void) 없이 봉입할 수 있어서, 최종 제품의 불량률을 최소화할 수 있으며, 높은 대조비와 향상된 시인성을 나타내어 고화질의 텍스트를 구현할 수 있는 전기영동 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 제조 방법에서는, 대전 입자 슬러리에 사용되는 용매의 점도에 별 다른 제한을 받지 않기 때문에 다양한 용매를 선택하여 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기 제조 방법에서는 1 내지 100cps의 점도를 갖는 대전 입자 슬러리를 공정 조건에 맞추어 적절히 선택하여 사용할 수 있는데, 일반적인 조건의 제조 공정(20 내지 100℃의 온도 조건)에 적용 시에는 1 내지 30cps의 점도를 갖는 슬러리를 사용하는 것이 바람직하며, 저온 공정(-20 내지 10℃의 온도 조건)에 적용 시에는 30 내지 100cps의 점도를 갖는 슬러리를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 대전 입자 슬러리가 충진되는 3차원 공간은, 광경화성 또는 열경화성 수지층과 상기 수지층 상의 테두리를 정의하는 실링제에 의해 구획되어 이루어질 수 있다. 이러한 3차원 공간은 제조되는 디스플레이 장치의 형상에 따라 다양한 다면체의 형상으로 적용될 수 있는데, 예를 들어 광경화성 또는 열경화성 수지층의 밑면과 실링제의 옆면 4개로 이루어진 정육면체 또는 직육면체 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 3차원 공간은 대전 입자 슬러리가 충진되는 다면체 형상의 용기 또는 구조물일 수 있다. 상기 실링제는 제조되는 전기영동 디스플레이 장치의 옆면을 봉입하는 역할을 할 수 있다.
도1은 격벽이 형성된 제1기판과 대전 입자 슬러리가 충진된 육면체 형상의 구조물을 결합하는 단계를 간략히 도시한 것이다. 상기 '육면체 형상의 구조물'은 광경화성 또는 열경화성 수지층이 밑면을 이루고, 실링제로부터 형성된 4개의 면이 옆면(테두리)을 이루는 구조물을 의미한다. 다만, 도1은 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법의 일 예를 나타낸 것일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니다.
도1에 나타난 바와 같이, 제1기판(d) 상에 형성된 격벽(e)이 대전 입자 슬러리(c)가 충진된 육면체 형상의 구조물을 향하여 주입됨에 따라서, 마이크로셀에 대전 입자 슬러리가 충진되고 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층(a)에 의하여 마이크로셀이 밀봉될 수 있다. 이때, 상기 격벽의 침지는 상기 격벽과 광경화성 또는 열경화성 수지층이 접하도록 이루어질 수 있다. 이에 따라, 상기 육면체 형상의 구조물의 광경화성 또는 열경화성 수지층이 마이크로셀의 밀봉층 역할을 할 수 있으며, 육면체 형상의 구조물의4개의 옆면(b)이 전기 영동 디스플레이 장치의 옆면 실링층을 이룰 수 있다.
상기 '기판'은 대전 입자 슬러리가 충진된 마이크로셀을 포함하는 전기 영동부의 외부 양면, 예를 들어 상/하부면을 구성하는 기재면을 의미한다. 이러한 기판은 전기 영동 디스플레이 장치에서 마이크로셀의 외부 면을 구성하며, 다양한 종류의 층 또는 구조물 또는 전기 영동을 위한 전극 등이 기판의 일면에 형성되거나 내부에 포함될 수 있다.
이에 따라, 상기 기판은 기재층, 전도성 기재층 또는 전극층 등을 포함할 수 있다. 상기 기재층으로는 디스플레이 소자의 기재 또는 기판으로 사용할 수 있는 것으로 알려진 것이면 별 다른 제한 없이 적용할 수 있고, 예를 들어 열가소성 또는 열경화성 수지를 사용하거나, PET, PAN, PI 또는 Glass 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 전도성 기재층은 디스플레이 소자에 통상적으로 사용되는 것으로 알려지는 전도성 소재를 별 다른 제한 없이 포함할 수 있으며, 예를 들어 CNT, 전도성 고분자 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 전극층에는 디스플레이 소자에 사용될 수 있는 것으로 알려진 전극 물질을 별 다른 제한 없이 사용할 수 있으나, 양 기판에 포함된 전극 물질 중 적어도 하나는 투명 전극 물질, 예를 들어, ITO, SnO2, ZnO 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법은 제1기판 상에 격벽을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1기판의 일면에 격벽이 형성됨으로서 마이크로셀의 공간이 정의되게 되며, 상기 격벽은 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층과 접하게 된다.
상기 격벽에 의하여 전기영동 디스플레이 장치 내부의 마이크로셀 유닛들이 구분될 수 있다. 이러한 격벽은 직사각형, 정사각형, 사다리꼴 등의 다양한 모양의 단면을 가질 수 있으나, 전기영동 디스플레이 장치에서 대조비를 높이기 위해서 사다리꼴 모양의 단면, 예를 들어 상기 제1기판에 접하는 면이 더 긴 사다리꼴 모양의 단면을 갖는 것이 바람직하다.
상기 격벽의 높이 및 두께는 전기영동 디스플레이 장치의 특성 및 상기 대전 입자 슬러리의 특성에 따라서 적절히 조절할 수 있으며, 예를 들어 상기 격벽은 10 내지 100um의 높이 및 5 내지 50um의 두께를 가질 수 있다. 상기 격벽의 높이는 제1기판과 수직한 격벽의 최대 세로 길이를 의미하며, 예를 들어 제1기판과 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층 사이의 최대 거리로 정의될 수 있다. 상기 격벽의 두께는 상기 제 1 기판과 수평한 격벽의 최대 가로 길이를 의미한다.
상기 격벽의 평면 모양, 즉 상기 제1기판과 수평한 단면의 모양에 따라 마이크로셀의 평면 모양이 결정될 수 있다. 마이크로셀의 평면 모양은 원형, 삼각형, 사각형, 타원형 또는 다양한 다각형일 수 있으나, 구조적 안정성과 높은 대조비를 구현하기 위해서는 정육각형 또는 육각형의 평면 모양을 가져 전체적으로 벌집 형태를 구성하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제1기판 상에 격벽을 형성하는 단계는, 상기 제1 기판 상에 감광성 수지 조성물을 도포하는 단계; 및 상기 도포된 감광성 수지 조성물을 노광, 현상 및 세정하여 격벽을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 격벽을 형성하는데 사용되는 감광성 수지 조성물은 광중합성 고분자 화합물, 광중합 개시제 및 기타 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 광중합성 고분자 화합물의 예로는 투명한 아크릴계 고분자, 아크릴 실리콘 공중합체 또는 아크릴 우레탄 공중합체 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 상기 감광성 수지 조성물은 노광된 부분이 현상액에 불용화하는 네가티브형 또는 노광된 부분이 현상액에 가용화되는 포지티브형 일 수 있다.
도2는 네가티브형 감광성 수지 조성물을 이용하여 격벽을 형성하는 단계의 일예를 관하여 개략적으로 나타낸 것이다. 다만, 상기 제1기판 상에 격벽을 형성하는 단계가 이에 한정되는 것은 아니며, 포지티브형 감광성 수지 조성물을 이용하여 격벽을 형성하는 것도 가능하다.
상기 격벽 형성용 감광성 수지 조성물은 스핀 코팅(spin coating), 바 코팅(bar coating), 스크린 프린팅(screen printing), 스핀레스 코팅(Spin-less Coating) 등의 통상적인 도포 방법을 통하여 또는 드라이 필름 포토레지스트를 라미네이션 등의 방법을 통해 제1기판 상에 도포될 수 있다. 그리고, 상기 도포된 감광성 수지 조성물은 프리베이크, 노광, 현상, 포스트 베이크, 세정 등의 과정을 거쳐서 패턴화 될 수 있다. 상기 프리베이크, 노광, 현상, 포스트 베이크, 세정 등의 단계에는 감광성 수지를 형성하는데 통상적으로 사용될 수 있는 것으로 알려진 방법, 조건 및 장치를 별 다른 제한 없이 사용할 수 있다. .
한편, 상기 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법은 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층의 다른 일면 상에 제2기판을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법에서는, 상기 격벽이 형성된 제1기판과 광경화성 또는 열경화성 수지층을 결합한 이후에, 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층의 다른 일면 상에 제2기판이 결합될 수도 있으며, 상기 제2기판 상에 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층을 형성하여 상기 격벽이 형성된 제1기판과 결합시킬 수도 있다.
상기 제1기판 및 제2기판은 상기 전기영동 디스플레이 장치 내에서 서로 대향하게 형성될 수 있다. 상기 제1기판 및 제2기판은 일정한 간격, 예를 들어 10 내지 100um 의 간격을 두고 서로 대향할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법은, 광경화성 또는 열경화성 수지층을 형성하는 단계; 및 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층 상에, 실링제를 포함하는 테두리를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 광경화성 또는 열경화성 수지층 및 상기 수지층 상에 형성된 테두리에 의하여 대전 입자 슬러리가 충진될 수 있는 3차원 공간이 정의될 수 있다.
상기 광경화성 또는 열경화성 수지층은 일정한 기재 또는 제2기판 상에 광경화성 또는 열경화성 수지를 도포하고 경화하여 형성될 수 있다. 상기 도포 단계는 상술한 통상적인 도포 방법을 사용하여 이루어질 수 있다. 상기 경화 단계에서는 사용된 수지의 종류에 따라서 경화 방법을 달리할 수 있는데, 예를 들어 50℃이상으로 가열하는 열경화, 자외선을 조사하는 광경화 또는 상기 열경화 및 광경화를 병용하는 방법 등을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 격벽의 일면과 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층이 접촉시 공기 등으로 인한 빈 공간의 발생하는 현상과 상기 격벽의 일면과 수지층의 접촉면에 슬러리의 잔류물이 존재하는 현상을 방지하기 위하여, 광경화성 또는 열경화성 수지층은 탄성 및 점착성을 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 격벽이 형성된 제1기판과 광경화성 또는 열경화성 수지층을 결합하는 단계까지는, 상기 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층은 부분적으로, 예를 들어 50 내지 80%정도로 경화되어 탄성 및 점착성을 갖는 상태일 수 있다.
상기 부분 경화 정도는 완전 경화된 광경화성 또는 열경화성 수지층에 대한 상대적인 경화 비율로 나타낼 수 있으며, 이러한 상대적인 경화 비율은 부분 경화된 수지층이 갖는 특정한 물성, 예를 들어 완전 경화된 수지와 점도, 점착성, 경도 등의 차이점을 비교하여 나타낼 수 있고, 또는 일정 용매에 대한 팽윤(swelling)상태를 비교하여 나타낼 수 있다.
이에 따라, 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층을 형성하는 단계에서는 열경화의 온도 조건, 자외선 강도, 경화 시간 등을 적절히 조절하여 형성되는 수지층을 부분적으로, 예를 들어 50% 내지 80% 정도로 일부만 경화할 수 있다. 이렇게 부분적으로 경화된 수지층은 상기 제1기판과 상기 육면체 형상의 구조물이 결합된 이후에 추가로, 예컨대 100% 경화될 수 있다.
상기 광경화성 또는 열경화성 수지층에는 통상적으로 알려진 광경화성 또는 열경화성 수지 중 대전 입자 슬러리에 용해되지 않는 것이면 별 다른 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 광경화성 수지층은 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 아크릴릭 아크릴레이트, 글리시딜 아크릴레이트, 시클로지방성 에폭사이드, 아세틸렌 또는 비닐 벤젠, 비닐 아크릴레이트 또는 비닐 에테르와 같은 비닐, 얼라이 에스테르, 상술한 작용기를 포함하는 폴리머 및 올리고머 등을 포함할 수도 있으며, 상기 열경화성 수지층은 에폭시 수지, 예를 들어 비스페놀 A계 수지, 노볼락 수지, 에폭시 아크릴레이트 등을 포함할 수 있다.
한편, 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층 상에 형성되는 테두리는 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층 상에 실링제를 도포하고 경화하여 형성될 수 있다. 상기 도포 단계는 상술한 통상적인 도포 방법 등을 사용하여 이루어질 수 있다. 상기 경화 단계에서는 사용된 실링제의 종류에 따라서 경화 방법을 달리할 수 있는데 예를 들어 50℃이상으로 가열하는 열경화, 자외선을 조사하는 광경화 또는 상기 열경화 및 광경화를 병용하는 방법 등을 사용할 수 있다.
또한, 이러한 실링제가 광경화성 수지인 경우, 예컨대 프리-베이크(pre-bake), 노광, 현상, 포스트-베이크(post-bake) 단계를 순차적으로 진행하여, 일정한 두께 및 높이를 갖는 테두리를 형성할 수 있다.
상기 실링제 테두리의 경화 정도는 제조되는 디스플레이의 특성에 따라 달라질 수 있으나, 상기 제1기판과 상기 육면체 형상의 구조물의 용이한 결합을 위하여 상기 격벽이 형성된 제1기판과 광경화성 또는 열경화성 수지층을 결합하는 단계까지는, 상기 테두리를 정의하는 실링제는 부분적으로, 예를 들어 50 내지 80%정도로 경화되어 탄성 및 점착성을 갖는 상태일 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 부분 경화 정도는 완전 경화된 실링제 테두리에 대한 상대적인 경화 비율로 나타낼 수 있으며, 이러한 상대적인 경화 비율은 부분 경화된 실링제 테두리가 갖는 특정한 물성, 예를 들어 완전 경화된 수지와 점도, 점착성, 경도 등의 차이점을 비교하여 나타낼 수 있고, 또는 일정 용매에 대한 팽윤(swelling)상태를 비교하여 나타낼 수 있다.
이에 따라, 상기 실링제를 포함하는 테두리를 형성하는 단계에서는 열경화의 온도 조건, 자외선 강도, 경화 시간 등을 적절히 조절하여 형성되는 테두리를 부분적으로, 예를 들어 50% 내지 80% 정도로 일부만 경화할 수 있다. 이렇게 부분적으로 경화된 테두리는 상기 제1기판과 상기 육면체 형상의 구조물이 결합된 이후에 추가로, 예컨대 100% 경화될 수 있다.
상기 실링제는 디스플레이 장치의 실링제로 사용되는 것으로 알려진 화합물은 별 다른 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 실링제로는 열경화성 실링제 또는 광경화성 실링제를 사용할 수 있다. 구체적으로, 열경화성 실링제로는 비스페놀A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락계 에폭시 수지, 환상지방족계 에폭시 수지 등의 에폭시 수지를 사용할 수 있으며, 광경화성 실링제로는 아크릴레이트계 수지, 폴리엔/폴리티올계 수지, 스피란 수지계 수지, 비닐에테르 수지 등을 사용할 수 있다. 그리고, 상기 실링제는 외부의 공기나 수분의 침투를 방지하기 위해서 실리카 등의 필러(filler)를 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 광경화성 또는 열경화성 수지층 및 이러한 수지층 상에 형성되는 테두리는 동일한 성분으로 형성될 수도 있다. 이러한 경우, 광경화성 또는 열경화성 수지를 일정한 기재 또는 기판 상에 도포하고, 이렇게 형성되는 수지층의 가장자리에 도포 방법을 달리하는 등의 과정을 통하여 일정한 두께 및 높이를 갖는 테두리를 형성시킬 수 있다. 즉, 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층 및 테두리를 동일 성분으로 구성하는 경우, 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층을 형성하는 단계; 및 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층 상에 실링제를 포함하는 테두리를 형성하는 단계를 단일 공정 단계로 진행할 수 있다.
그리고, 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층 및 이러한 수지층 상에 형성되는 테두리를 동일한 성분으로 구성하는 경우, 한번의 경화 과정을 통하여 상기 수지층과 테두리를 경화시킬 수 있으며, 테두리를 형성하기 위한 추가적인 공정 단계를 필요로 하지 않아서, 제조 공정의 경제성 및 효율성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법은, 상기 격벽이 형성된 제1기판과 광경화성 또는 열경화성 수지층을 결합한 이후에, 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층을 추가로 경화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 광경화성 또는 열경화성 수지층은 탄성 및 점착성을 갖는 것이 바람직하며, 이에 따라 상기 수지층은 완전히 경화되지 않은 상태인 것이 바람직한데, 상기 제1기판과 광경화성 또는 열경화성 수지층을 결합한 이후에 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층을 추가로 경화하여 마이크로셀을 완전히 밀봉할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층 및 이러한 수지층 상에 형성되는 테두리를 동일한 성분으로 구성하는 경우에는, 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층을 경화하는 단계를 통하여 수지층의 테두리를 구성하는 부분도 동시에 경화시킬 수 있다.
한편, 상기 대전 입자 슬러리는 대전 입자 및 유동 유체를 포함하는 슬러리를 의미한다.
상기 유동 유체로는 20cP이하의 점도를 갖는 용매를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 20cP이하의 점도를 갖는 탄화수소계 용제를 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 유동 유체로는 2 내지 30의 유전 상수를 갖는 용매를 사용할 수 있다. 이러한 유동 유체의 예로는 데카하이드로나프탈렌 (DECALIN), 5-에틸리덴-2-노르보르넨, 지방유, 파라핀유(Isopar G, Isopar L, Isopar M 등) 등의 하이드로카본; 톨루엔, 크실렌, 페닐크실릴에탄, 도데실벤젠 및 알킬나프탈렌 등의 방향족 하이드로카본; 퍼플루오르데칼린, 퍼플루오르톨루엔, 퍼플루오르크실렌, 디클로로벤조트리플루오라이드, 3,4,5-트리클로로벤조트리플루오라이드, 클로로펜타플루오르-벤젠, 디클로로노네인, 펜타클로로벤젠 등의 할로겐화 용매; 퍼플루오르 용매; 퍼플루오르폴리알킬에테르와 같은 폴리머들을 함유하는 저분자량 할로겐 용매 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 유동 유체는 전기영동 디스플레이 장치의 특성에 따라 투명, 반투명 또는 유색일 수 있으며, 반투명 또는 유색의 유동 유체의 경우 염료에 의해 착색될 수 있다. 유동 유체의 착색에 사용되는 염료로는 대전 입자 슬러리에 사용될 수 있는 것으로 알려진 것이면 별 다른 제한 없이 사용할 수 있으나, 비이온성 아조(non-ionic azo) 염료, 안트라퀴논(anthraquinone) 염료 또는 플루오로화(fluorinated) 염료를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 대전 입자는 자체적으로 전하를 띄거나 전하 제어제에 의하여 대전된 것일 수 있다. 마이크로셀에 채워진 대전 입자는 인가되는 전압에 따라서 상하로 움직이면서 명암 차이 및 색깔을 구현할 수 있다. 상기 전하 제어제로는 입자의 대전에 사용될 수 있는 것으로 알려진 것이면 별 다른 제한 없이 사용할 수 있다.
상기 대전 입자의 크기에는 별 다른 제한이 없으나, 수백 나노미터에서 서브마이크론(submicron)이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 대전 입자는 상기 유동 유체에 의하여 팽윤되거나 연화되지 않아야 하며, 화학적으로 안정하여야 한다. 그리고, 상기 대전 입자 슬러리는 전기영동 디스플레이 장치의 통상적인 작동 조건 하에서 침강, 엉김, 또는 응집에 대해 안정해야 한다.
상기 대전 입자는 전기영동 디스플레이 장치에서 구현하고자 하는 색깔에 따라서 선택될 수 있다. 예를 들어, 백색의 대전 입자를 적용하고자 하는 경우에는 TiO2, MgO, ZnO, CaO, ZrO2등의 금속 무기 입자 또는 이들의 유기 화합물 등을 사용할 수 있으며, 유색 대전 입자를 사용하는 경우에는 산화철, CrCu, Carbon Balck 등의 유기 또는 무기 안료를 사용할 수 있다. 다만, 사용 가능한 대전 입자의 예가 이에 한정되는 것은 아니고, 전기영동 디스플레이 장치에 사용될 수 있는 것으로 통상적으로 알려진 대전 입자는 별 다른 제한 없이 사용 가능하다.
또한, 상기 대전 입자는 유색 안료로 착색 될 수 있는데, 이러한 유색 안료의 구체적인 예로는 프탈로시아닌 (phthalocyanine) 블루, 프탈로시아닌 그린, 디아릴리드 (diarylide) 옐로우, 디아릴리드 AAOT 옐로우, 및 퀸아크리돈 (quinacridone), 아조(azo), 로다민 (rhodamine), 페릴렌 (perylene) 안료 시리즈, Hansa yellow G 입자 등이 있다. 다만, 대전 입자의 착색에 사용되는 유색 안료의 예는 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 유동 유체에 불용성이며 대전 입자의 착색에 사용되는 것으로 알려진 것이면 별 다른 제한 없이 사용할 수 있다.
한편, 상기 대전 입자 슬러리는 유동 유체에 특정의 색상을 발현하기 위해서 유색 안료, 예를 들어 프탈로시아닌 (phthalocyanine) 블루, 프탈로시아닌 그린, 디아릴리드 (diarylide) 옐로우, 디아릴리드 AAOT 옐로우, 및 퀸아크리돈 (quinacridone), 아조(azo), 로다민 (rhodamine), 페릴렌 (perylene) 안료 시리즈, Hansa yellow G 입자, 카본 블랙 등의 안료를 더 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 대전 입자는 비중 및 하전량을 조절하기 위해서 표면에 유기물을 포함하는 코어-쉘 구조를 가질 수 있다.
상기 대전 입자와 유동 유체는 통상적으로 알려진 혼합 방법, 예들 들어 그라인딩, 밀링(milling), 마멸(attriting), 마이크로플루다이징(micorfludizing) 또는 초음파 처리 등의 방법을 사용하여 균일하게 분산되어 대전 입자 슬러리를 형성할 수 있다.
상기 광경화성 또는 열경화성 수지층과 상기 수지층 상의 테두리를 정의하는 실링제에 의해 구획된 3차원 공간 내에 상기 대전 입자 슬러리를 충진하는 단계에서는 전기영동 디스플레이 장치에서 통상적으로 사용되는 대전 입자 슬러리 주입 또는 충진 방법을 사용할 수 있다.
상기 충진되는 대전 입자 슬러리의 양은 제조되는 전기영동 디스플레이 장치의 특성 및 형성된 마이크로셀의 체적에 따라서 적절히 조절될 수 있다. 다만, 마이크로셀 유닛의 내부에 빈 공간(void) 또는 기포가 생기는 현상 및 상기 대전 입자 슬러리가 격벽과 제2기판 상에 존재하는 현상을 방지하기 위하여, 상기 대전 입자 슬러리를 상기 제1기판 상에 형성된 마이크로셀의 체적의 97% 내지 105%정도로 사용하여 충진하는 것이 바람직하다.
상기 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법에 따르면, 1이상의 마이크로셀이 형성된 전기영동 디스플레이 장치를 제조할 수 있다. 구체적으로, 상기 제조 방법에 따르면, 다양한 형태의 평면 모양, 예를 들어, 육각형, 직사각형 또는 정사각형 등의 평면 모양을 갖는 마이크로셀들이 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배열된 전기영동 디스플레이 장치가 제공될 수 있다. 상기 마이크로셀들의 각각의 모양은 서로 같거나 다를 수 있다.
본 발명에 따르면, 최종 제품의 불량률을 최소화하고, 높은 대조비와 향상된 시인성을 나타내어 고화질의 텍스트를 구현할 수 있는 전기영동 디스플레이 장치를 제공할 수 있는 제조 방법이 제공될 수 있다.
도1은 격벽이 형성된 제1기판과 대전 입자 슬러리가 충진된 구조물을 결합하는 단계를 간략히 도시한 것이다.
도2는 제1기판 상에 격벽을 형성하는 단계를 간략히 도시한 것이다.
도3는 대전 입자 슬러리가 충진된 구조물의 단면을 간략히 도시한 것이다.
도4는 실시예1에서 제조된 전기영동 디스플레이 장치의 일 부분을 나타낸 것이다.
도5는 실시예2에서 제조된 전기영동 디스플레이 장치의 일 부분을 나타낸 것이다.
도6은 비교예에서 제조된 전기영동 디스플레이 장치의 일 부분을 나타낸 것이다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 및 비교예 : 전기영동 디스플레이 장치의 제조>
실시예1
(1) 제 1 기판상에 마이크로셀 형상의 격벽 형성
드라이 필름 포토레지스트(Accuimage?, BU-6200 series, 코오롱 인더스트리)를 사용하여 ITO/PET 필름(6인치, 두께 5mm) 상에 격벽을 형성하였다.
구체적으로, 상기 드라이 필름 포토레지스트는 폴리이미드, 바인더 수지(우레탄 아크릴레이트 또는 폴리에스테르 아크릴레이트 등의 가교성 올리고머), 기타 광개시제 및 광중합성 단량체를 포함하는 조액이며, 이러한 드라이 필름 포토레지스를 ITO/PET필름 위에 코팅 한 후, 정육각형 모양의 마스크(최장 대각선 50um)를 이용한 노광, 현상 및 세정 과정을 거쳐 상기 격벽을 형성하였다. 이때, 형성된 격벽의 단면 모양은 사다리꼴(윗변: 8um, 아랫변: 10um)이였으며, 격벽의 높이는 30um이였다.
(2) 제2기판 상에 광경화성 수지층 및 테두리의 형성
ITO 전극(6인치) 상에, 투명 아크릴계 감광제(Onlymer PV?, 코오롱인더스트리)와 실리카 (30%)를 포함한 용액을 스핀 코팅한 후, 순차적으로 프리-베이크(pre-bake), 노광, 현상, 포스트-베이크(post-bake)하여 상기 ITO상에 광경화성 수지층 및 테두리를 형성하였다.
이때, 스핀 코팅의 rpm을 조절하여 테두리의 높이를 30um로 하였고, 포토 마스크의 패턴 크기를 조절하여 테두리의 두께를 20um로 하였다. 그리고, 상기 광경화성 수지층 및 테두리는 60% 경화된 상태가 되도록 하였다.
이때, 부분 경화 및 완전 경화 상태는 메틸에틸케톤(MEK) 용매에 대한 팽윤 정도를 비교하여 나타낸 수치이다. 구체적으로, 광경화성 수지층 및 테두리가 형성된 기판을 23℃에서 4시간 침지 후 접촉식 두께 측정기(Alpha step)로 치수 변화를 측정하고, 완전 경화된 상태와 부분 경화된 상태의 부피 변화율의 차이로부터 부분 경화된 정도를 구하였다.
(3) 대전 입자 슬러리의 충진
1.2~ 1.4 g/cm3의 밀도를 갖는 백색 대전 입자와 안료 및 첨가제를 포함하는 유동유체를 1:2의 질량비로 혼합하고, 상온에서 회전 고정 균질제(IKA ULTRA-TURRAX T25, IKA WORKS)로 10분 동안 균질화 하여 대전 입자 슬러리(점도: 20cps)를 제조하였다.
그리고, 이러한 대전 입자 슬러리를 제2기판 상에 형성된 광경화성 수지층 및 테두리로 이루어진 공간으로 주입하였다. 이때, 상기(1)에서 제조된 격벽에 의해 정의되는 마이크로셀의 체적을 계산하여, 주입되는 대전입자 슬러리의 양이 전체 마이크로셀 체적의 101%가 되도록 하였다.
(4) 격벽이 형성된 제1기판과 광경화성 수지층 및 테두리가 형성된 제2기판의 결합
80℃에서 라미네이터를 이용하여, 상기 격벽이 형성된 제1기판을 상기 충진된 대전 입자 슬러리로 20cm/min 의 선형 속도로 침지시켜, 상기 제1기판 상의 격벽과 제2기판 상의 광경화성 수지층이 결합하도록 하였다.
그리고, 60% 경화 상태인 상기 제2기판 상의 광경화성 수지층 및 테두리를 추가의 열과 UV에 의해 완전 경화시켰다.
(5) 상기 제조된 전기 영동 디스플레이 장치를 Reflective Digital Microscope (Xi-Cam BV410, Bestecvition Co. Ltd.)를 이용하여 관찰한 결과, 각각의 마이크로셀 유닛들 내부에 빈 공간(void)이 없이 균일하게 밀봉되었고, 격벽과 광경화성 수지층이 분리되는 지점이 없이 견고하게 결합되었음이 확인되었다. 상기 관찰된 전기 영동 디스플레이 장치의 일 부분을 도4에 나타내었다.
실시예2
(1) 상기 제 1 기판상에 마이크로셀 형상의 격벽 형성 과정에서, 정사각형 모양의 마스크를 이용한 노광, 현상 및 세정 과정을 거쳐 격벽을 형성한 점을 제외하고는 실시예1과 동일한 방법으로 전기 영동 디스플레이 장치를 제조 하였다.
(2) 그리고, 상기 제조된 전기 영동 디스플레이 장치를 Reflective Digital Microscope (Xi-Cam BV410, Bestecvition Co. Ltd.)를 이용하여 관찰한 결과, 실시예1과 동일하게, 각각의 마이크로셀 유닛들 내부에 빈 공간(void)이 없이 균일하게 밀봉되었고, 격벽과 광경화성 수지층이 분리되는 지점이 없이 견고하게 결합되었음이 확인되었다.
상기 관찰된 전기 영동 디스플레이 장치의 일 부분을 도5에 나타내었다.
실시예3
(1) 상기 격벽이 형성된 제1기판과 광경화성 수지층 및 테두리가 형성된 제2기판의 결합시키는 단계에서, 적용 온도를 4℃로 유지한 점을 제외하고 실시예1과 동일한 방법으로 전기 영동 디스플레이 장치를 제조 하였다.
(2) 그리고, 상기 제조된 전기 영동 디스플레이 장치를 Reflective Digital Microscope (Xi-Cam BV410, Bestecvition Co. Ltd.)를 이용하여 관찰한 결과, 실시예1과 동일하게, 각각의 마이크로셀 유닛들 내부에 빈 공간(void)이 없이 균일하게 밀봉되었고, 격벽과 광경화성 수지층이 분리되는 지점이 없이 견고하게 결합되었음이 확인되었다.
비교예
(1) 상기 실시예2에서와 동일한 방법으로 제 1 기판상에 마이크로셀 형상의 격벽을 형성하였다.
(2) 1.2~ 1.4 g/cm3의 밀도를 갖는 백색 대전 입자와 안료 및 첨가제를 포함하는 유동유체를 1:2의 질량비로 혼합하고, 상온에서 회전 고정 균질제(IKA ULTRA-TURRAX T25, IKA WORKS)로 10분 동안 균질화 하여 대전 입자 슬러리(점도: 20cps)를 제조하였다. 그리고, 이러한 대전 입자 슬러리를 상기 제1기판상에 형성된 마이크로셀 내부로 주입하였다.
(3) 제2기판상에 수분경화타입의 접착제를 오버 코팅하고, 이러한 제2기판을 상기 슬러리가 충진되어 있는 마이크로셀이 형성된 제1기판과 결합시켰다.
(4) 그리고, 상기 제조된 전기 영동 디스플레이 장치를 Reflective Digital Microscope (Xi-Cam BV410, Bestecvition Co. Ltd.)를 이용하여 관찰한 결과, 도6에 나타난 바와 같이, 일부의 마이크로셀 유닛의 내부에 빈 공간(void) 또는 기포가 생긴 것이 관찰되었으며, 상기 대전 입자 슬러리가 격벽의 상부면에 존재하여 상기 제2기판상의 접착제가 격벽과 완전히 결합하지 못하는 부분이 나타나는 점이 확인되었다.
a: 광경화성 또는 열경화성 수지층
b: 실링제
c: 대전 입자 슬러리
d: 제1기판
e: 격벽

Claims (12)

  1. 제1기판 상에 격벽을 형성하는 단계;
    광경화성 또는 열경화성 수지층과, 상기 수지층 상의 테두리를 정의하는 실링제에 의해 구획된 3차원 공간 내에 대전 입자 슬러리를 충진하는 단계; 및
    상기 대전 입자 슬러리로 상기 격벽이 침지되도록 상기 제1기판과 광경화성 또는 열경화성 수지층을 결합하는 단계를 포함하는 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1기판과 광경화성 또는 열경화성 수지층을 결합하는 단계 이후에 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층의 다른 일면 상에 제2기판을 형성하는 단계를 더 포함하는 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1기판 상에 격벽을 형성하는 단계는,
    제1 기판 상에 감광성 수지 조성물을 도포하는 단계; 및
    상기 도포된 감광성 수지 조성물을 노광, 현상 및 세정하여 격벽을 형성하는 단계를 포함하는 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 격벽은 10 내지 100um의 높이 및 5 내지 50um의 두께를 갖는 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 대전 입자 슬러리가 -20 내지 100℃에서 1 내지 100cps 의 점도를 갖는 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광경화성 또는 열경화성 수지층과, 상기 수지층 상의 테두리를 정의하는 실링제에 의해 구획된 3차원 공간 내에 대전 입자 슬러리를 충진하는 단계는
    광경화성 또는 열경화성 수지층을 형성하는 단계; 및
    상기 광경화성 또는 열경화성 수지층 상에 실링제를 포함하는 테두리를 형성하는 단계를 더 포함하는 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 기판과의 결합 단계까지, 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층이 부분 경화되어 있는 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1기판과의 결합 단계 이후에, 상기 광경화성 또는 열경화성 수지층을 추가 경화하는 단계를 더 포함하는 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 기판과의 결합 단계까지, 상기 테두리를 정의하는 실링제가 부분 경화되어 있는 전기 영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1기판과의 결합 단계 이후에, 상기 테두리를 정의하는 실링제를 추가 경화하는 단계를 더 포함하는 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    1이상의 마이크로셀이 형성된 전기영동 디스플레이 장치를 제조하는 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    육각형, 직사각형 및 정사각형으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 평면 모양을 갖는 마이크로셀들이 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배열된 전기영동 디스플레이 장치의 제조 방법.
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