KR101534626B1 - 전기영동 표시장치 및 그 격벽의 형성방법 - Google Patents

전기영동 표시장치 및 그 격벽의 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기영동 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수직 전계와 횡전계를 선택적으로 이용하여 풀컬러를 구현할 수 있는 전기영동 표시장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명에 따른 전기영동 표시장치는 다수의 화소 영역으로 구분되고, 대향 합착된 제 1 기판 및 제 2 기판과; 상기 제 1 기판 상의 화소 영역별로 패턴된 다수의 하부 전극과; 상기 다수의 하부 전극과 이격된 양측으로 전기적으로 연결된 제 1 및 제 2 수평전극과; 상기 제 2 기판의 하부 전면에 구성된 상부 전극과; 상기 상부 전극의 하부로 상기 화소 영역별 경계부에 대응 구성된 교각 구조의 격벽과; 상기 다수의 격벽의 내부로 백색의 하전입자가 채워진 유전체 용매층과; 상기 유전체 용매층의 하부 면에 위치하는 백그라운드층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기영동 표시장치 및 그 격벽의 형성방법{Electro-Phoresis Display Device and the forming method of Separator}
본 발명은 전기영동 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수직 전계와 횡전계를 선택적으로 이용하여 풀컬러를 구현할 수 있는 전기영동 표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 표시장치는 액정 표시장치, 플라즈마 표시장치 및 유기전계 표시장치가 주류를 이루어 왔으나, 급속도로 다양화되는 소비자의 욕구를 충족시키기 위해 다양한 형태의 표시장치를 선보고 있는 상황이다.
최근, 유연한 표시장치로 전자종이(electronic paper)의 개발이 이루어지고 있는데, 전자종이는 종이의 질감으로 휴대할 수 있고, 표시와 소거가 용이한 차세대 표시장치로서 각광받고 있다.
이러한 전자종이는 전원을 끊어도 이미지가 안정적으로 유지되고 백라이트가 필요 없으므로 소비 전력이 매우 낮은 장점이 있다. 또한, 모바일폰이나 eBook과 같이 절전 기능이 크게 요구되는 응용분야에서 매우 중요하다. 특히, 전자종이는 기본적으로 종이 매체와 같은 성질을 지니므로 표시장치의 크기를 얼마든지 늘릴 수 있는 우수한 확장성과 물리적 스트레스에 대한 견고성을 가지며, 고해상도를 가지며 광시야각을 구현하고 있고, 나아가 플라스틱이나 금속 포일, 종이 등 어떠한 종류의 기판이라도 사용할 수 있는 융통성을 가지며, 1 밀리미터 정도의 매우 얇은 두께를 가진다.
특히, 정보 이용 환경의 고도화 및 휴대화에 힘입어 경량, 박형, 고효율 및 천연색의 동영상을 구현하는 데 박차를 가하고 있다. 이러한 일환으로 종이와 기존 표시장치의 장점만을 취합한 전기영동 표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 상황이다.
이러한 전기영동 표시장치는 전기영동 현상을 이용하여 형상이나 글자를 반복적으로 기입하고 지울 수 있는 반사형 표시장치이다. 여기서, 전기영동이란 전하를 띠고 있는 입자가 유체 내에서 분산된 상태에서 인가된 전기장에 의해 반대의 전하를 띤 전극 쪽으로 이동하는 현상을 말한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 종래에 따른 전기영동 표시장치에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 종래에 따른 전기영동 표시장치의 구동원리를 설명하기 위한 도면이다.
도시한 바와 같이, 종래에 따른 전기영동 표시장치(1)는 상부 전극(70)과 하부 전극(80)을 포함하며, 상부 및 하부 전극(70, 80)의 사이 공간에는 착색된 유전 체 용매층(30)이 위치한다. 유전체 용매층(30) 내에는 양 또는 음의 전하를 띠는 하전입자(40)들이 분산되어 있다. 이러한 하전입자(40)들은 양전하를 띠는 백색 안료입자들일 수 있으며, 유전체 용매층(30)은 흑색 염료를 포함할 수 있다. 상기 상부 및 하부 전극(70, 80)은 화소 영역(P1, P2)별로 패터닝될 수 있다. 이 때, 도 1에서는 제 1 및 제 2 화소 영역(P1, P2)만을 도시하였다.
종래에 따른 전기영동 표시장치(1)의 구동원리에 대해 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제 1 화소영역(P1)의 하부 전극(80)에는 양(+)의 전압을 인가하고, 상부 전극(70)에는 음(-)의 전압을 인가할 경우, 하전입자(40)들은 상부 전극(70) 쪽으로 이동하게 되고, 외부로부터의 빛은 하전입자(40)들에 반사되어 화이트를 구현하게 된다.
반면, 제 2 화소영역(P2)의 하부 전극(80)에는 음(-)의 전압을 인가하고, 상부 전극(70)에는 양(+)의 전압을 인가할 경우, 하전입자(40)들은 하부 전극(80) 쪽으로 이동하게 되고, 외부로부터 입사된 후 반사되는 빛은 유전체 용매층(30)의 색을 띠게 되므로, 블랙을 구현하게 된다. 따라서, 제 1 화소영역(P1)은 백색을 띠게 되고, 제 2 화소영역(P2)은 흑색을 띠게 된다.
이러한 구동원리로 작동되는 전기영동 표시장치(1)는 반사율과 대비비가 높고 시야각에 대한 의존성이 없다. 또한, 쌍안정(bistable) 특성을 가지고 있어서, 지속적인 전압의 인가 없이 화상을 유지할 수 있으므로 소비 전력이 작다. 또한, 전기영동 표시장치(1)는 액정표시장치와 달리 편광판, 배향막, 액정 등을 필요하지 않으므로 생산 단가를 줄일 수 있는 장점이 있다.
그러나, 전술한 전기영동 표시장치는 블랙과 화이트만을 선택적으로 구현할 수 있다는 제약으로 풀-컬러를 구현하는 데는 한계가 있다. 이러한 문제를 개선하기 위해 상부 전극과 하부 전극 간의 수직 전계와 더불어, 하부 기판에 하부전극을 사이에 두고 양측으로 이격 구성된 막대형상의 제 1 및 제 2 수평전극을 구성하는 것을 통해 풀-컬러를 구현하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이에 대해서는, 하기에 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
도 2는 풀-컬러 구현이 가능한 전기영동 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도로, 도 1과 동일한 명칭에 대해서는 동일한 도면 번호를 부여하도록 한다.
도시한 바와 같이, 전기영동 표시장치(1)는 대향 합착된 제 1 기판(10)과 제 2 기판(20)을 포함한다. 상기 제 1 기판(10)의 상부면에는 화소 영역(P1, P2, P3)별로 패턴된 하부 전극(80)과, 상기 하부 전극(80)과 이격된 양측으로 제 1 및 제 2 수평전극(84, 86)이 형성되어 있다. 제 1 및 제 2 수평전극(84, 86)은 화소 영역(P1, P2, P3)별로 위치하며, 동일 화소 영역(P1, P2, P3)에 위치하는 수평전극 간에는 전기적으로 연결된다.
도면으로 제시하지는 않았지만, 상기 제 1 기판(10)에는 하부 전극(80)과 연결된 제 1 트랜지스터(미도시)와, 상기 제 1 트랜지스터와 이격된 일측으로 제 1 및 제 2 수평전극(84, 86)과 연결되는 제 2 트랜지스터(미도시)가 형성되어 있다. 이러한 제 1 트랜지스터와 제 2 트랜지스터는 보호막(미도시)에 의해 덮여진다.
상기 제 1 및 제 2 수평전극(84, 86)과 하부전극(80)은 동일층에서 인듐-틴- 옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 물질 그룹 중 선택된 하나로 형성될 수 있으며, 서로 다른층에서 상이한 물질로 형성될 수 있다.
즉, 상기 하부 전극(80)은 제 1 트랜지스터의 드레인 전극과, 상기 제 1 및 제 2 수평전극(84, 86)은 제 2 트랜지스터의 드레인 전극과 각각 연결된다. 여기서, 상부 전극(70)과 하부 전극(80) 간의 수직 전계와, 제 1 및 제 2 수평전극(84, 86) 간의 횡전계를 선택적으로 구동하는 것을 통해 풀-컬러를 구현할 수 있게 되는 바, 이에 대해서는 후술하도록 한다.
또한, 도시하지는 않았지만, 제 1 기판(10) 상에는 게이트 배선과 데이터 배선이 교차 구성된다. 이러한 게이트 배선과 데이터 배선은 제 1 트랜지스터와 연결된다. 상기 게이트 배선과 데이터 배선은 제 1 기판(10)의 최외곽 가장자리에 실장된 구동회로(미도시)로부터 게이트 신호 및 데이터 신호를 전달받아 제 1 트랜지스터에 데이터 신호를 전달한다. 한편, 제 1 및 제 2 수평전극(84, 86)도 외부로부터 신호를 전달받을 수 있도록 신호배선이 각각 구성되고, 제 1 기판(10)의 최외곽 가장자리에 실장된 신호전달부(미도시)로부터 신호를 인가받는다.
한편, 상기 제 2 기판(20)의 하부 전면에는 상부 전극(70)이 형성되고, 상기 상부 전극(70)의 하부 면에는 수직 형태의 격벽(90)이 화소 영역(P1, P2, P3) 간의 경계부에 각각 대응 형성된다. 상기 격벽(90)의 내부에는 유전체 용매층(30)이 채워진다. 이러한 유전체 용매층(30)은 염료 또는 안료를 포함하며 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 중 어느 하나로 착색될 수 있다.
유전체 용매층(30) 내에는 하전입자(40)가 분산되며, 이러한 하전입자(40)는 양전하를 띠는 백색 안료입자들일 수 있다. 상기 유전체 용매층(30)이 유출되는 것을 방지하기 위해 유전체 용매층(30)의 하부면에는 접착층(미도시)이 더 형성되는 바, 이러한 접착층은 고분자 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 접착층의 하부에는 흑색의 백그라운드층(background layer: 50)이 형성된다.
도 3a, 도 3b, 도 3c는 화이트, 컬러, 블랙의 구동상태를 나타낸 각각의 단면도로, 이를 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 하부 전극(80)과 제 1 및 제 2 수평전극(84, 86)에는 모두 양(+)의 전압을 인가하고, 상부 전극(70)에는 음(-)의 전압을 인가하게 되면, 백색의 하전입자(40)는 상측 방향, 즉 상부 전극(70)이 위치하는 방향으로 이동하게 되고, 외부로부터 입사되는 빛은 하전입자(40)에 반사되어 백색의 빛을 출력하게 된다.
한편, 도 3b에 도시한 바와 같이, 하부 전극(80)과 제 1 및 제 2 수평전극(84, 86)에는 모두 음(-)의 전압을 인가하고, 상부 전극(70)에는 양(+)의 전압을 인가하게 되면, 백색의 하전입자(40)는 하측 방향, 즉 하부 전극(80)이 위치하는 방향으로 이동하게 되고, 외부로부터 입사된 빛은 유전체 용매층(30)의 색에 반사되어, 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B)의 빛을 출력하게 된다.
한편, 도 3c에 도시한 바와 같이, 상부 전극(70)과 하부 전극(80)은 0V로 설정하고, 제 1 및 제 2 수평전극(84, 86)에 음(-)의 전압을 인가하게 되면, 백색의 하전입자(40)는 제 1 및 제 2 수평전극(84, 86) 쪽으로 이동하게 되고, 외부로부터 입사된 빛은 유전체 용매층(30)을 거쳐 흑색의 백그라운드층(50)에 반사되어 블랙을 구현하게 된다.
그러나, 전술한 블랙 구현시, 제 1 및 제 2 수평전극(84, 86)의 주변으로 모인 백색의 하전입자(40)는 수직 형태의 격벽(90), 즉 동일한 폭으로 설계되는 격벽(90)에 기인하여 외부로부터 입사되는 빛에 그대로 노출되는 결과를 초래하게 된다. 그 결과, 제 1 및 제 2 수평전극(84, 86)의 주변으로 모인 백색의 하전입자(40)는 외부의 빛에 반사되어 컬러 반사를 일으키게 되는 바, 이로 인해 완벽한 블랙을 구현하는 데 어려움이 따르게 된다. 특히, 이러한 백색의 하전입자(40)에 의한 컬러 반사는 시인성을 떨어뜨려 대비비를 저하시키는 요인으로 작용한다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 횡전계 구동시 수직 형태의 격벽 주위로 이동한 하전입자의 반사에 의한 시인성 문제를 개선하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기영동 표시장치는, 다수의 화소 영역으로 구분되고, 대향 합착된 제 1 기판 및 제 2 기판과; 상기 제 1 기판 상의 화소 영역별로 패턴된 다수의 하부 전극과; 상기 다수의 하부 전극이 형성된 동일한 층에 상기 하부 전극과 동일한 물질로 이루어지며 상기 다수의 하부전극 각각과 이격된 양측으로 전기적으로 연결되도록 구성된 제 1 및 제 2 수평전극과; 상기 다수의 하부전극과 제 1 및 제 2 수평전극을 덮으며 구성된 백그라운드층과; 상기 제 2 기판의 하부 전면에 구성된 상부 전극과; 상기 상부 전극과 상기 백그라운드층 사이의 상기 화소 영역별 경계부에 대응 구성되며 상기 백그라운드층에 인접한 하단 부분보다 상기 상부전극과 접촉하는 상단 부분이 더 큰 폭을 갖는 교각 구조의 다수의 격벽과; 상기 격벽의 내부로 백색의 하전입자가 채워진 유전체 용매층을 포함하 상기 제 1 및 제 2 수평전극 각각은 상기 제 1 기판의 표면과 평행한 상기 격벽의 밑면과 일부 중첩하도록 구성된 것이 특징인 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 교각 구조의 격벽은 상부 전극과 맞닿는 부분에 대응된 제 1 폭이 백그라운드층과 맞닿는 부분에 대응된 제 2 폭 보다 큰 폭으로 설계된다. 상기 제 1 및 제 2 폭 간의 상이한 길이에 의해 상기 교각 구조의 격벽은 그 중심부를 기준으로 좌우 양측으로 동일한 길이로 돌출된 돌출부가 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 폭이 50μm로 설계될 경우, 상기 제 1 폭은 55μm 내지 75μm의 범위로 설계된다. 상기 유전체 용매층과 백그라운드층의 사이 공간으로, 상기 유전체 용매층이 외부로 유출되는 것을 방지하기 위한 접착층이 더 구성된다.
또한, 상기 제 1 기판에는 상기 하부 전극과 연결되는 제 1 트랜지스터와, 상기 제 1 및 제 2 수평전극과 연결되는 제 2 트랜지스터가 더 구성된다. 상기 제 1 및 제 2 수평전극은 동일한 신호를 인가받으며, 상기 하부 전극을 사이에 두고 양측으로 이격 구성된다.
전술한 목적으로 달성하기 위한 본 발명의 제 1 예에 따른 전기영동 표시장치용 격벽의 형성방법은 기판 상에 제 1 감광층을 제 1 두께로 형성하고 이를 선택적 노광 및 현상 공정으로 화소 영역 간의 경계부에 대응하여 제 1 두께와 제 1 폭 을 가지는 다수의 제 1 감광패턴을 형성하는 단계와; 상기 다수의 제 1 감광패턴이 형성된 기판 상에 제 2 감광층을 제 2 두께로 형성하고 이를 선택적 노광 및 현상 공정으로 상기 다수의 화소 영역 간의 경계부에 위치하는 상기 다수의 제 1 감광패턴의 상부로 제 1 폭 보다 좁은 제 2 폭을 가지는 다수의 제 2 감광패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적으로 달성하기 위한 본 발명의 제 2 예에 따른 전기영동 표시장치용 격벽의 형성방법은 기판 상에 상에 감광층을 형성하고, 상기 감광층과 이격된 상부로 투과부, 반투과부 및 차단부로 이루어진 마스크를 정렬하는 단계와; 상기 마스크를 이용한 선택적 노광 및 현상 공정으로 화소 영역 간의 경계부에 대응하여 제 1 두께와 제 1 폭을 가지는 다수의 제 1 감광패턴과, 상기 제 1 감광패턴의 상부로 제 1 폭 보다 좁은 제 2 폭을 가지는 다수의 제 2 감광패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적으로 달성하기 위한 본 발명의 제 3 예에 따른 전기영동 표시장치용 격벽의 형성방법은 기판 상에 감광층을 형성하고, 상기 감광층과 이격된 상부 또는 하부로 투과부와 차단부로 이루어진 마스크를 정렬하는 단계와; 상기 투과부와 차단부의 갭과 노광기로부터 조사되는 노광량의 조절을 통해 상부 전극 쪽으로 갈수록 그 폭이 점점 작아지는 역사다리꼴 구조의 격벽을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적으로 달성하기 위한 본 발명의 제 4 예에 따른 전기영동 표시장치용 격벽의 형성방법은 기판 상에 감광층을 형성하고, 상기 감광층과 이격된 상부 로 교각 형태의 패턴을 가지는 성형물을 정렬하는 단계와; 상기 성형물을 이용한 프린팅 공정을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전기영동 표시장치는 교각 구조의 격벽을 적용하는 것을 통해, 격벽 주변으로 모인 백색의 하전입자가 외부의 빛에 반사되어 블랙 휘도를 떨어뜨리는 데 기인한 시인성 문제를 해결할 수 있게 되고, 나아가 블랙 특성은 향상시킬 수 있다.
--- 실시예 ---
본 발명은 블랙 구동시 하전입자가 외부의 빛에 노출되는 것을 방지할 수 있도록 교각 구조의 격벽을 설계하는 것을 통해 블랙 휘도를 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기영동 표시장치에 대해 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명에 따른 전기영동 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기영동 표시장치(101)는 대향 합착된 제 1 기판(110)과 제 2 기판(120)을 포함한다. 상기 제 1 기판(110)의 상부 면에는 화소 영역(P1, P2, P3)별로 패턴된 하부 전극(180)과, 상기 하부 전극(180)과 이격 된 양측으로 제 1 및 제 2 수평전극(184, 186)이 형성되어 있다. 제 1 및 제 2 수평전극(184, 186)은 화소 영역(P1, P2, P3)별로 위치하며, 동일 화소 영역(P1, P2, P3)에 위치하는 제 1 및 제 2 수평전극(184, 186)간에는 전기적으로 각각 연결된다.
도면으로 제시하지는 않았지만, 상기 제 1 기판(110)에는 하부 전극(180)과 연결된 제 1 트랜지스터(미도시)와, 상기 제 1 트랜지스터와 이격된 일측으로 제 1 및 제 2 수평전극(184, 186)과 연결되는 제 2 트랜지스터(미도시)가 형성되어 있다. 이러한 제 1 트랜지스터와 제 2 트랜지스터는 보호막(미도시)에 의해 덮여진다. 상기 제 1 및 제 2 수평전극(184, 186)과 하부전극(180)은 동일층에서 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 물질 그룹 중 선택된 하나로 형성될 수 있으며, 서로 다른층에서 상이한 물질로 형성될 수 있다.
즉, 상기 하부 전극(180)은 제 1 트랜지스터의 드레인 전극과, 상기 제 1 및 제 2 수평전극(184, 186)은 제 2 트랜지스터의 드레인 전극과 각각 연결된다. 여기서, 상부 전극(170)과 하부 전극(180) 간의 수직 전계와, 제 1 및 제 2 수평전극(184, 186) 간의 횡전계를 선택적으로 구동하는 것을 통해 풀-컬러를 구현할 수 있게 되는 바, 이에 대해서는 후술하도록 한다.
또한, 도면으로 제시하지는 않았지만, 제 1 기판(110) 상에는 서로 교차하여 화소 영역(P1, P2, P3)을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선이 구성된다. 이러한 게이트 배선과 데이터 배선은 제 1 트랜지스터와 연결된다. 상기 게이트 배선과 데이터 배선은 제 1 기판(110)의 최외곽 가장자리에 실장된 구동회로(미도시)로부터 게이트 신호 및 데이터 신호를 전달받아 제 1 트랜지스터에 데이터 신호를 전달한다. 한편, 제 1 및 제 2 수평전극(184, 186)도 외부로부터 신호를 전달받을 수 있도록 신호배선이 각각 구성되고, 제 1 기판(110)의 최외곽 가장자리에 실장된 신호전달부(미도시)로부터 신호를 인가받는다.
한편, 상기 제 2 기판(120)의 하부 전면에는 상부 전극(170)이 형성되고, 상기 상부 전극(170)의 하부 면에는 T자 형으로 설계된 교각 구조의 격벽(190)이 화소 영역(P1, P2, P3) 간의 경계부에 각각 대응 형성된다.
이 때, 상기 격벽(190)의 내부에는 유전체 용매층(130)이 채워진다. 이러한 유전체 용매층(130)은 염료 또는 안료를 포함하며 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 중 어느 하나로 착색될 수 있다. 유전체 용매층(130) 내에는 하전입자(140)가 분산되며, 이러한 하전입자(140)는 양전하를 띠는 백색 안료입자들일 수 있다. 상기 유전체 용매층(130)이 유출되는 것을 방지하기 위해 유전체 용매층(130)의 하부 면에는 접착층(160)이 더 형성되는 바, 이러한 접착층(160)은 고분자 물질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 접착층(160)의 하부에는 흑색의 백그라운드층(background layer: 150)이 형성된다.
전술한 구성에서, 교각 구조의 격벽(190)은 상부 전극(120)과 맞닿는 부분에서의 폭(W1)이 접찹층(160)과 맞닿는 부분에서의 폭(W2) 보다 더 크게 설계된다. 따라서, 상이한 폭으로 설계되는 교각 구조의 격벽(190)은 좌우 양측으로 돌출부(PP)를 가지게 된다. 이러한 돌출부(PP)는 횡전계를 통한 블랙 구동시 외부로부 터의 빛이 백색의 하전입자(140)로 입사되는 것을 차단하는 차단막의 기능을 담당하게 된다.
이 때, 상기 격벽이 교각 구조로 형성된 것을 일 예로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 역사다리꼴 구조 등, 백색의 하전입자로 입사되는 빛을 차단할 수 있는 구조라면 어느 형상이라도 설계 변경할 수 있다.
이에 대해서는, 이하 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 5a, 도 5b, 도 5c는 본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 구동방법을 설명하기 위한 도면으로, 보다 상세하게는 화이트, 컬러, 블랙의 구동상태를 나타낸 각각의 단면도이다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 하부 전극(180)과 제 1 및 제 2 수평전극(184, 186)에는 모두 양(+)의 전압을 인가하고, 상부 전극(170)에는 음(-)의 전압을 인가하게 되면, 백색의 하전입자(140)는 상측 방향, 즉 상부 전극(170)의 하측 표면으로 이동하게 되고, 외부로부터 입사되는 빛은 하전입자(140)에 반사되어 화이트 상태를 구현하게 된다.
한편, 도 5b에 도시한 바와 같이, 하부 전극(180)과 제 1 및 제 2 수평전극(184, 186)에는 모두 음(-)의 전압을 인가하고, 상부 전극(170)에는 양(+)의 전압을 인가하게 되면, 백색의 하전입자(140)는 하측 방향, 즉 접착층(160)의 상부 표면으로 이동하게 되고, 외부로부터 입사된 빛은 유전체 용매층(140)의 색에 반사되어, 적색(R), 녹색(G) 또는 청색(B)의 빛을 출력하게 된다.
또한, 도 5c에 도시한 바와 같이, 상부 전극(170)과 하부 전극(180)에는 모두 0V를 인가하고, 제 1 및 제 2 수평전극(184, 186)에는 음(-)의 전압을 인가하게 되면, 백색의 하전입자(140)는 제 1 및 제 2 수평전극(184, 186) 쪽으로 이동하게 되고, 외부로부터 입사된 빛은 유전체 용매층(140)을 거쳐 흑색의 백그라운드(150)에 반사되어 블랙 상태를 구현하게 된다.
이 때, 횡전계를 이용한 블랙 상태의 구현시, 교각 구조의 격벽(190)은 제 1 및 제 2 수평전극(184, 186)에 의해 격벽(190) 주변으로 모인 백색의 하전입자(140)가 외부로부터 입사되는 빛에 노출되는 것을 차단하는 차단막의 기능을 담당하게 된다. 그 결과, 외부로부터 입사되는 빛은 교각 구조의 격벽(190)에 의해 차단되므로 백색의 하전입자(140)가 외부의 빛에 의해 반사되는 것을 최소화할 수 있게 된다.
따라서, 이러한 교각 구조의 격벽을 포함하는 전기영동 표시장치는 격벽 주변으로 모인 백색의 하전입자가 외부의 빛에 반사되어 블랙 휘도를 떨어뜨리는 데 기인한 시인성 문제를 해결할 수 있게 되고, 그 결과 블랙 특성은 향상된다.
도 6a는 본 발명에 따른 교각 구조의 격벽을 나타낸 단면도이고, 도 6b는 교각 구조의 격벽 너비에 따른 명암비를 나타낸 그래프이고, 도 6c는 교각 구조의 격벽 너비에 따른 화이트 및 블랙 반사도를 나타낸 그래프이다.
도 6a, 도 6b, 도 6c에 도시한 바와 같이, 제 1 및 제 2 수평전극(도 4의 184, 186)을 이용한 횡전계 구동시, 백색의 하전입자(도 4의 140)가 외부의 빛에 노출되는 데 기인한 빛샘 불량을 제거하기 위해 T자형으로 설계된 교각 구조의 격벽(190)을 형성하게 된다. 이러한 교각 구조의 격벽(190)은 상부 전극(170)과 맞닿는 부분은 제 1 폭(w1)으로, 접착층(160)과 맞닿는 부분은 제 2 폭(w2)으로 각각 설계된다. 이러한 제 1 폭(w1)은 제 2 폭(w2)을 기준으로 좌우 양측으로 동일한 길이의 돌출부(PP)를 가진다.
전술한 구성을 가지는 교각 구조의 격벽(190)에 있어서, 제 1 폭(w1)으로 설계되는 부분은 제 1 높이(t1), 제 2 폭(w2)으로 설계되는 부분은 제 2 높이(t2)를 가지도록 설계된다. 제 1 높이(t1)와 제 2 높이(t2)의 비는 1:9, 2:8, 3:7 등 다양하게 변경할 수 있다. 제 1 폭(w1)의 길이와, 제 1 폭(w1)을 기준으로 좌우 어느 일측으로 돌출된 부분과의 합산 길이를 격벽의 너비(L)라 정의하고, 제 1 및 제 2 수평전극(184, 186)의 폭은 10μm, 제 1 및 제 2 수평전극(184, 186)과 하부 전극(180) 간의 각각의 이격 거리는 5μm, 제 1 및 제 2 수평전극(184, 186)의 이격된 사이 공간에 위치하는 하부 전극(180)의 폭은 220μm로 설계한 화소 설계를 바탕으로 실험한 데이터를 도 6b와 도 6c에 도시하였다.
이러한 교각 구조의 격벽(190)에 있어서, 격벽(190)의 제 1 폭(w1)은 50μm로 설계하고, 격벽의 너비(L)는 55μm, 60μm, 70μm, 75μm로 설계했을 때의 명암비를 도 6b에 도시하고 있다.
이 때, 격벽의 너비(L)를 55μm ~ 70μm로 설계했을 경우에는 그 설계 폭이 커짐에 비례하여 명암비가 상승하다가 75μm를 정점으로 그 설계 폭이 커지더라도 명암비는 하락하는 것을 알 수 있다. 이러한 그래프를 나타내는 것은 격벽의 너 비(L)가 개구율과 직접적으로 관련되는 변수로 작용하는 데 기인한 것이다.
따라서, 전술한 빛샘에 의한 블랙 휘도의 증가 및 교각 구조의 도입으로 인한 화이트 휘도와 블랙 휘도를 감소시키기 위해서는 격벽의 너비와 제 1 수평전극과 제 2 수평전극 간의 이격거리를 적절히 조절하는 것이 중요한 변수로 작용한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 격벽 형성방법에 대해 설명하도록 한다. 특히, 본 발명에 따른 격벽은 교각 구조, 역사다리꼴 등으로 형성될 수 있으며, 그 형상에 따라 제조방법은 달라질 수 있다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 제 1 예에 따른 격벽 형성방법을 설명하기 위한 도면으로, 보다 상세하게는 교각 구조의 격벽을 형성하는 방법을 나타낸 공정 단면도이다. 이 때, 도 7a 내지 도 7c는 2회의 포토 마스크 공정을, 도 7d 내지 도 7e는 1회의 포토 마스크 공정을 통해 제작되는 격벽 형성 방법을 각각 나타낸 것이다.
도 7a에 도시한 바와 같이, 유리나 금속과 같은 견고한 재질, 또는 메탈 호일이나 플라스틱과 같은 유연한 재질의 기판(120)을 준비하는 단계를 진행한다. 다음으로, 상기 기판(120) 상에 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 물질 그룹 중 선택된 하나로 상부 전극(170)을 형성한다.
다음으로, 상기 기판(120) 상에 포토레지스트를 도포하여 제 1 감광층(190a)을 제 1 두께(t1)로 형성하고, 상기 제 1 감광층(190a)과 이격된 상부로 투과 부(T1)와 차단부(T2)로 이루어진 제 1 마스크(M)를 정렬하는 단계를 진행한다. 상기 제 1 감광층(190a)은 빛에 노출되는 부분이 선택적으로 남겨지는 네거티브 타입(negative type)이 이용되며, 필요에 따라서는 빛에 노출되는 부분이 선택적으로 제거되는 포지티브 타입(positive type)이 이용될 수도 있다.
도 7b에 도시한 바와 같이, 선택적 노광 및 현상 공정을 진행하여, 기판(120) 상의 화소 영역(P1, P2, P3)별 경계부에 대응하여 제 1 두께(t1) 및 제 1 폭(w1)을 가지는 다수의 제 1 감광패턴(190b)을 각각 형성한다. 다음으로, 상기 다수의 제 1 감광패턴(190b)이 형성된 기판(120) 상에 포토레지스트를 도포하여 제 2 감광층(190c)을 제 2 두께(t2)로 형성한다. 다음으로, 상기 제 2 감광층(190c)과 이격된 상부로 제 2 마스크(M)를 정렬하는 단계를 진행한다.
도 7c에 도시한 바와 같이, 선택적 노광 및 현상 공정으로, 다수의 화소 영역(P1, P2, P3)별 경계부에 위치하는 다수의 제 1 감광패턴(190b)의 상부로 제 1 폭(w1) 보다 좁은 제 2 폭(w2)을 가지는 다수의 제 2 감광패턴(190d)을 각각 형성한다.
이 때, 상기 제 2 감광패턴(190d)의 제 2 두께(t2)는 제 1 감광패턴(190a)의 제 1 두께(t1) 보다 크거나 작을 수 있으며, 동일한 크기로 형성할 수도 있다. 상기 다수의 제 1 감광패턴(190b)과 제 2 감광패턴(190d)을 포함하여 교각 구조의 격벽(190)을 이룬다. 따라서, 전술한 2회에 걸친 포토 마스크 공정을 통해 본 발명의 제 1 예에 따른 교각 구조의 격벽(190)을 형성할 수 있다.
도 7d 내지 도 7e는 하프톤 마스크를 이용하여 교각 구조의 격벽을 형성하는 방법을 공정 순서에 따라 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.
도 7d에 도시한 바와 같이, 기판(120) 상에 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 물질 그룹 중 선택된 하나로 상부 전극(170)을 형성한다.
상기 기판(120) 상에 포토레지스트를 도포하여 감광층(190a)을 형성하고, 상기 감광층(190a)과 이격된 상부로 투과부(T1), 반투과부(T2) 및 차단부(T3)로 이루어진 하프톤 마스크(HTM)를 정렬하는 단계를 진행한다.
상기 하프톤 마스크(HTM)는 반투과부(T2)에 반투명막을 형성하여 빛의 강도를 낮추거나 빛의 투과량을 낮추어 감광층(190a)이 불완전 노광될 수 있도록 하는 기능을 한다. 이때, 상기 하프톤 마스크(HTM) 이외에 반투과부(T2)에 슬릿 패턴을 두어 빛의 투과량을 조절하는 슬릿 마스크가 이용될 수 있다. 상기 감광층(190a)은 빛에 노출되는 부분이 선택적으로 남겨지는 네거티브 타입(negative type)이 이용되며, 필요에 따라서는 빛에 노출되는 부분이 선택적으로 제거되는 포지티브 타입(positive type)이 이용될 수도 있다.
도 7e에 도시한 바와 같이, 선택적 노광 및 현상 공정을 진행하여, 기판(120) 상의 화소 영역(P1, P2, P3)별 경계부에 대응하여 제 1 두께(t1) 및 제 1 폭(w1)을 가지는 다수의 제 1 감광패턴(190b)과, 상기 제 1 감광패턴(190b)의 상부로 제 1 폭(w1) 보다 좁은 제 2 폭(w2)을 가지는 다수의 제 2 감광패턴(190c)을 포함하는 교각 구조의 격벽(190)을 형성한다. 따라서, 전술한 하프톤 마스크를 이용 한 1회의 포토 마스크 공정으로 교각 구조의 격벽(190)을 형성할 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 제 2 예에 따른 격벽 형성방법을 형성하기 위한 도면으로, 보다 상세하게는 역사다리꼴 구조의 격벽을 형성하는 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 8a에 도시한 바와 같이, 상부 전극(170)이 형성된 기판(120) 상에 포토레지스트를 도포하여 감광층(190a)을 형성하고, 상기 감광층(190a)과 이격된 상부로 투과부(T1)와 차단부(T2)로 이루어진 마스크(M)를 정렬하는 단계를 진행한다. 상기 감광층(190a)은 빛에 노출되는 부분이 선택적으로 남겨지는 네거티브 타입(negative type)이 이용될 수 있다.
도 8b에 도시한 바와 같이, 선택적 노광 및 현상 공정을 진행하게 되면, 화소 영역(P1, P2, P3)별 경계부에 대응하여 역사다리꼴 구조의 격벽(190)이 형성된다. 이 때, 전술한 선택적 노광 공정시 마스크 패턴, 즉 투과부(T1)와 차단부(T2) 간의 갭(gap)과 노광기(미도시)로부터 조사되는 노광량을 조절하는 것을 통해 역사다리꼴 구조의 격벽(190)을 형성할 수 있다.
따라서, 마스크 패턴과 노광량의 조절을 통한 선택적 노광을 진행하는 것을 통해 노출된 상측 표면으로부터 상부 전극(170) 쪽으로 갈수록 폭이 점점 커지는 역사다리꼴 구조의 격벽(190)을 형성할 수 있다.
이 때, 역사다리꼴 구조의 격벽(190)을 형성하는 공정에서, 전면 노광을 이용하는 방법에 대해서만 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 배면 노광을 이 용하더라도 전면 노광과 동일하게 역사다리꼴 구조의 격벽(190)을 형성할 수 있다.
도 9a 내지 도 9b는 본 발명의 제 3 예에 따른 격벽 형성방법을 형성하기 위한 도면으로, 보다 상세하게는 교각 구조의 격벽을 IPP(In-plain printing) 공법을 이용하여 형성하는 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 9a에 도시한 바와 같이, 상부 전극(170)이 형성된 기판(120) 상에 포토레지스트를 도포하여 감광층(190a)을 형성하고, 상기 감광층(190a)과 이격된 상부로 교각 형태의 패턴(BP)을 가지는 성형물(ML)을 정렬한다.
도 9b에 도시한 바와 같이, 상기 성형물(도 9a의 ML)을 이용한 프린팅 공정으로, 화소 영역(P1, P2, P3)별 경계부에 각각 대응하여 다수의 교각 구조의 격벽(190)을 형성한다.
이러한 성형물을 이용한 프린팅 공정은 노광 공정을 필요로 하지 않을 뿐만 아니라, 성형물을 이용하여 선택적으로 프린팅하기 때문에 대량 생산에 적합하다는 이점이 있다.
그러나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 정신 및 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형 및 변경할 수 있다는 것은 자명한 사실일 것이다.
도 1은 종래에 따른 전기영동 표시장치의 구동원리를 설명하기 위한 도면.
도 2는 풀-컬러 구현이 가능한 전기영동 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 3a, 도 3b, 도 3c는 화이트, 컬러, 블랙의 구동상태를 나타낸 각각의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 전기영동 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 5a, 도 5b, 도 5c는 본 발명에 따른 전기영동 표시장치의 구동방법을 설명하기 위한 도면.
도 6a는 본 발명에 따른 교각 구조의 격벽을 나타낸 단면도.
도 6b는 교각 구조의 격벽 너비에 따른 명암비를 나타낸 그래프.
도 6c는 교각 구조의 격벽 너비에 따른 화이트 및 블랙 반사도를 나타낸 그래프.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 제 1 예에 따른 격벽 형성방법을 설명하기 위한 도면.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 제 2 예에 따른 격벽 형성방법을 형성하기 위한 도면.
도 9a 내지 도 9b는 본 발명의 제 3 예에 따른 격벽 형성방법을 형성하기 위한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
110 : 제 1 기판 120 : 제 2 기판
130 : 유전체 용매층 140 : 하전입자
150 : 백그라운드층 160 : 접착층
170 : 상부 전극 180 : 하부 전극
184, 186 : 제 1 및 제 2 수평전극 190 : 격벽
P1, P2, P3 : 제 1, 제 2, 제 3 화소 영역

Claims (11)

  1. 다수의 화소 영역으로 구분되고, 대향 합착된 제 1 기판 및 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판 상의 화소 영역별로 패턴된 다수의 하부 전극과;
    상기 다수의 하부 전극이 형성된 동일한 층에 상기 하부 전극과 동일한 물질로 이루어지며 상기 다수의 하부전극 각각과 이격된 양측으로 전기적으로 연결되도록 구성된 제 1 및 제 2 수평전극과;
    상기 다수의 하부전극과 제 1 및 제 2 수평전극을 덮으며 구성된 백그라운드층과;
    상기 제 2 기판의 하부 전면에 구성된 상부 전극과;
    상기 상부 전극과 상기 백그라운드층 사이의 상기 화소 영역별 경계부에 대응 구성되며 상기 백그라운드층에 인접한 하단 부분보다 상기 상부전극과 접촉하는 상단 부분이 더 큰 폭을 갖는 교각 구조의 다수의 격벽과;
    상기 격벽의 내부로 백색의 하전입자가 채워진 유전체 용매층
    을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 수평전극 각각은 상기 제 1 기판의 표면과 평행한 상기 격벽의 밑면과 일부 중첩하도록 구성된 것이 특징인 전기영동 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 교각 구조의 격벽은 상부 전극과 맞닿는 부분에 대응된 제 1 폭이 백그라운드층과 맞닿는 부분에 대응된 제 2 폭 보다 큰 폭으로 설계된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 폭 간의 상이한 길이에 의해 상기 교각 구조의 격벽은 그 중심부를 기준으로 좌우 양측으로 동일한 길이로 돌출된 돌출부가 구성된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 폭이 50μm로 설계될 경우, 상기 제 1 폭은 55μm 내지 75μm의 범위로 설계된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 용매층과 백그라운드층의 사이 공간으로, 상기 유전체 용매층이 외부로 유출되는 것을 방지하기 위한 접착층이 더 구성된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판에는 상기 하부 전극과 연결되는 제 1 트랜지스터와, 상기 제 1 및 제 2 수평전극과 연결되는 제 2 트랜지스터가 더 구성된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 수평전극은 동일한 신호를 인가받으며, 상기 하부 전극을 사이에 두고 양측으로 이격 구성된 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
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