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KR20130020483A - 전기영동 표시장치의 제조방법 - Google Patents

전기영동 표시장치의 제조방법 Download PDF

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KR20130020483A
KR20130020483A KR1020110083141A KR20110083141A KR20130020483A KR 20130020483 A KR20130020483 A KR 20130020483A KR 1020110083141 A KR1020110083141 A KR 1020110083141A KR 20110083141 A KR20110083141 A KR 20110083141A KR 20130020483 A KR20130020483 A KR 20130020483A
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South Korea
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electrophoretic
display device
manufacturing
electrophoretic dispersion
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임유석
유영준
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 표시 품질 및 제조 효율을 향상시킬 수 있는 전기영동 표시장치와 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 하부 기판의 복수의 화소를 둘러싸도록 격벽을 형성하여 화소 영역을 정의하는 단계; 상기 화소 영역을 오픈 시키는 홀이 형성된 마스크를 상기 격벽 상부에 배치하는 단계; 상기 마스크를 이용하여 특정 컬러를 표시하도록 착색된 복수의 대전 입자 및 용제를 포함하는 전기영동 분산액을 상기 화소 영역에 충진 시키는 단계; 상부 기판 상에 공통 전극을 형성하는 단계; 상기 격벽 상부 또는 상기 공통 전극 하부에 실링 레이어 형성하는 단계; 및 상기 실링 레이어를 이용하여 상기 하부 기판과 상기 상부 기판을 합착하는 단계;를 포함하고, 상기 마스크의 배면에는 홈이 형성되어 전기영동 분산액이 상기 격벽 상부 및 이웃하는 화소로 넘치는 것을 방지한다.

Description

전기영동 표시장치의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF ELECTROPHORETIC DISPLAY DEVICE}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 표시 품질 및 제조 효율을 향상시킬 수 있는 전기영동 표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
전기영동 표시장치란 착색된 대전입자가 외부로부터 가해진 전계에 의해 이동하는 전기영동(Electrophoresis) 현상을 이용하여 화상을 표시하는 장치를 말한다. 여기서 전기영동 현상이란, 대전입자를 액체 속에 분산시킨 전기영동 분산액(e-ink)에 전계를 인가하는 경우에 상기 대전입자가 쿨롱력에 의하여 액체 속을 이동하는 현상을 의미한다.
전하를 갖는 물질이 전기장에 놓이면 그 물질들은 전하, 분자의 크기 및 모양 등에 따라 특유의 이동을 한다. 이동 정도의 차이에 의하여 물질이 분리되는 현상을 전기영동이라 한다.
전기영동 현상을 이용한 전기영동 표시장치는 쌍안정성(Bistability)의 특징을 갖고 있어, 인가된 전압이 제거되어도 원래의 이미지를 장시간 표시할 수 있다. 즉, 전기영동 표시장치는 지속적으로 전압을 인가하지 않아도 일정 화면을 장기간 유지할 수 있기 때문에 화면의 신속한 교환이 요구되지 않는 전자 책(e-book) 분야에 적합한 디스플레이 장치이다.
또한, 전기영동 표시장치는 액정 표시장치와는 달리 시야각(Viewing Angle)에 대한 의존성이 없을 뿐만 아니라, 종이와 유사한 정도로 눈에 편안한 화상을 제공할 수 있다. 아울러, 자유롭게 휘어지는 유연성(Flexibility), 저전력 소비(low power consumption), 친환경(eco like)의 장점을 가지고 있어 수요가 증가되고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기영동 표시장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 전기영동 표시장치는 대향 합착된 하부 기판(10) 및 상부 기판(20)과, 상기 하부 기판(10)과 상부 기판(20) 사이에 개재된 전기영동 필름(30)을 포함한다.
하부 기판(10)에는 상호 교차하도록 형성된 복수의 게이트 라인(미도시) 및 복수의 데이터 라인(미도시)를 포함한다. 상기 게이트 라인과 데이터 라인에 의해 복수의 화소가 정의된다.
하부 기판(10)에 형성된 복수의 화소에는 박막 트랜지스터(12, TFT)와 화소 전극(14)이 형성된다.
박막 트랜지스터(12)는 게이트 라인을 통해 인가된 스캔 신호에 따라 스위칭 된다. 박막 트랜지스터(12)의 스위칭에 의해 데이터 라인에 공급되는 데이터 전압이 화소 전극(14)에 공급되게 된다.
상부 기판(20)에는 상기 화소 전극(14)과 대향되는 공통 전극(22)이 형성된다.
전기영동 필름(30)은 복수의 대전 입자(34) 및 용제로 구성된 다수의 마이크로 캡슐(32)과, 상기 마이크로 캡슐(32)을 보호함과 아울러 하부 기판(10)과의 접착을 위한 보호층을 포함한다.
여기서, 복수의 대전 입자(34)는 일부가 포지티브(+)로 대전되고, 나머지 일부는 네거티브(-)로 대전된다.
하부 기판(10)의 화소 전극(14)과 상부 기판(20)의 공통 전극(22) 사이에 전계가 형성되면, 상기 마이크로 캡슐(32) 내에 포함된 대전 입자(34)들이 전기영동에 의해 이동함으로써 화상을 구현하게 된다.
이러한 종래 기술에 따른 전기영동 표시장치는 하부 기판(10), 상부 기판(20) 및 라미네이션(Lamination) 전기영동 필름(30)을 각각 제조한다. 이후, 전기영동 필름(30)을 하부 기판(10) 및 상부 기판(20) 사이에 개재시킨다.
여기서, 전기영동 필름(30)은 상부 기판(20)에 부착된 상태로 보관 및 운반되다가 하부 기판(10)에 라미네이팅되기 직전에 하부에 부착된 릴리즈 필름(미도시) 제거되고, 라미네이팅 공정에 의해 하부 기판(10)에 부착된다.
따라서, 하부 기판(10), 상부 기판(20), 전기영동 필름(30) 각각을 별도로 제작하여야 함으로 제조 공정이 복잡하고, 제조 시간이 많이 소요되어 제조 효율이 떨어지는 단점이 있다. 또한, 별도로 제조된 전기영동 필름(30)을 적용하여야 함으로 제조 비용이 증가되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위해, 전기영동 레이어를 하부 기판에 내재화시키는 기술이 제안된 바 있으나, 전기영동 레이어를 하부 기판에 내재화시키는 제조공정 기술이 성숙되지 않은 이유로 여러 가지 문제점이 발생되어 기술 적용에 어려움이 있다.
특히, 하부 기판에 전기영동 분산액(대전 입자 및 용제)을 충진하는 공정 중에 전기영동 분산액이 인접한 셀로 넘쳐흘러 들어가 오염이 발생되는 문제점이 있다. 전기영동 표시장치가 풀 컬러 화상을 표시하는 경우, 특정 색상으로 착색된 대전 입자들이 이웃하는 다른 색상의 화소로 넘쳐흘러 들어가면 컬러 화상을 표시할 수 없고, 광 반사율 및 명암비(contrast ratio)가 떨어지는 문제점이 있다.
상술한 문제점들로 인해, 전기영동 표시장치의 구동 신뢰성이 저하되고, 제조효율이 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 표시품질이 높은 전기영동 표시장치와 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전기영동 분산액의 넘침을 방지하여 광 반사율을 증가시키고, 명암비(contrast ratio)를 높일 수 있는 전기영동 표시장치와 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전기영동 표시장치의 제조효율을 향상시킬 수 있는 전기영동 표시장치의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하부 기판에 내재화된 대전 입자의 안정성 및 구동 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전기영동 표시장치와 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다양한 컬러로 높은 품질의 화상을 구현할 수 있는 전기영동 표시장치와 이의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 하부 기판의 복수의 화소를 둘러싸도록 격벽을 형성하여 화소 영역을 정의하는 단계; 상기 화소 영역을 오픈 시키는 홀이 형성된 마스크를 상기 격벽 상부에 배치하는 단계; 상기 마스크를 이용하여 특정 컬러를 표시하도록 착색된 복수의 대전 입자 및 용제를 포함하는 전기영동 분산액을 상기 화소 영역에 충진 시키는 단계; 상부 기판 상에 공통 전극을 형성하는 단계; 상기 격벽 상부 또는 상기 공통 전극 하부에 실링 레이어 형성하는 단계; 및 상기 실링 레이어를 이용하여 상기 하부 기판과 상기 상부 기판을 합착하는 단계;를 포함하고, 상기 마스크의 배면에는 홈이 형성되어 전기영동 분산액이 상기 격벽 상부 및 이웃하는 화소로 넘치는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 상기 전기영동 분산액을 상기 화소 영역에 충진 시키는 단계에 있어서, 상기 홈을 통해 상기 전기영동 분산액이 상기 마스크의 배면을 타고 흐르는 것을 방지하여 상기 격벽 상부의 오염, 화소들의 오염 및 색 혼합을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법에서 상기 마스크의 배면에 형성된 홈은 5um~50um의 폭 및 20um~30um의 깊이를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 따른 본 발명은 표시품질이 높은 전기영동 표시장치와 이의 제조방법을 제공할 수 있다.
실시 예에 따른 본 발명은 제조 공정 중 전기영동 분산액의 넘침을 방지하여 광 반사율을 증가시키고, 명암비(contrast ratio)를 높일 수 있는 전기영동 표시장치의 제조방법을 제공할 수 있다.
실시 예에 따른 본 발명은 전기영동 표시장치의 제조효율을 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따른 본 발명은 하부 기판에 내재화된 대전 입자의 안정성 및 구동 신뢰성을 향상시킬 수 있는 전기영동 표시장치의 제조방법을 제공할 수 있다.
실시 예에 따른 본 발명은 다양한 컬러로 높은 품질의 화상을 구현할 수 있는 전기영동 표시장치의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 전기영동 표시장치의 양산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 전기영동 표시장치의 구동 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따른 본 발명은 하부 기판에 전기영동 분산액을 내재화 시킬 수 있는 전기영동 표시장치의 제조방법을 제공할 수 있다.
이 밖에도, 본 발명의 실시 예들을 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 새롭게 파악될 수도 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기영동 표시장치를 나타내는 도면.
도 2 본 발명의 실시 예에 따른 제조방법을 통해 제조된 전기영동 표시장치를 나타내는 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 전기영동 표시장치의 하부 기판을 나타내는 평면도.
도 4 내지 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법을 나타내는 도면.
이하, 첨부되는 도면들을 참고하여 본 발명의 실시 예들에 따른 전기영동 표시장치 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 어떤 구조물이 다른 구조물 '상에 또는 상부에' 및 '아래에 또는 하부에' 형성된다고 기재된 경우, 이러한 기재는 이 구조물들이 서로 접촉되어 있는 경우는 물론이고 이들 구조물들 사이에 제3의 구조물이 개재되어 있는 경우까지 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 대전 입자와 용제를 포함하는 전기영동 분산액이 하부 기판에 내재화된 전기영동 표시장치 및 이의 제조방법을 제안한다.
이하 설명되는 본 발명의 기술적 사상은, 모노 타입 및 컬러 필터를 포함하는 전기영동 표시장치는 물론이고, 전기영동 분산액(전기영동 잉크) 내의 대전 입자가 레드(red), 그린(green), 블루(blue), 엘로우(yellow), 시안(cyan), 마젠타(magenta), 블랙(black), 화이트(white)의 색상이 선택적으로 착색되어 풀 컬러 화상을 표시하는 전기영동 표시장치에도 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 모노 또는 컬러 구현의 여부와 관계없이 모든 타입의 전기영동 표시장치에 적용될 수 있으나, 이하에서는 대전 입자가 레드(red), 그린(green), 블루(blue) 및 블랙(black)의 컬러로 착색되어 풀 컬러 화상을 표시하는 전기영동 표시장치를 일 예로 설명한다.
도 2 본 발명의 실시 예에 따른 제조방법을 통해 제조된 전기영동 표시장치를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 제조방법에 의해 제조된 전기영동 표시장치는 전기영동 분산액이 내재화된 하부 기판(100); 공통 전극(210)이 형성된 상부 기판(200); 및 상기 하부 기판(100)과 상기 상부 기판(200)을 합착시키는 실링 레이어(300);를 포함한다.
하부 기판(100)은 투명 재질의 유리기판, 가요성(Flexibility)을 가지는 플라스틱 기판 또는 금속 기판이 적용될 수 있다. 하부 기판은 화상이 표시되는 화면의 반대 측에 위치함으로 반드시 투명할 필요는 없으며, 전기영동 표시장치를 플렉서블 하게 제조할 경우에 플렉서블 한 플라스틱 기판이 하부 기판(100)으로 적용될 수 있다.
도면에 도시되지 않았지만, 하부 기판(100)은 상호 교차하도록 형성된 복수의 게이트 라인 및 복수의 데이터 라인을 포함한다.
여기서, 상기 게이트 라인 및 데이터 라인은 비저항(Resistivity)이 낮은 은(Ag), 알루미늄(Al), 또는 이들의 합금(Alloy)으로 이루어진 단일막으로 형성된다.
한편, 상기 게이트 라인 및 데이터 라인은 상기 단일막에 더하여 전기적 특성이 우수한 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 또는 탄탈륨(Ta)으로 이루어진 막을 더 포함하는 다층막으로 형성될 수 있다.
상기 게이트 라인과 데이터 라인 사이에는 질화막(SiNx) 등으로 이루어진 게이트 절연막이 위치할 수 있다.
복수의 게이트 라인 및 복수의 데이터 라인의 교차에 의해 복수의 화소가 정의되고, 각각의 화소에 대응되도록 TFT(110) 및 화소 전극(120)이 형성된다.
상기 TFT(110)의 게이트 전극은 상기 게이트 라인에 접속되고, 소스 전극은 상기 데이터 라인에 접속되며, 드레인 전극은 상기 화소 전극(120)과 접속된다.
상기 화소 전극(120)은 상기 격벽(130)에 의해 정의되는 복수의 화소 영역에 대응되도록 형성되고, 상기 TFT(110)의 스위칭에 의해 화소 영역에 전압을 인가한다.
이러한, 화소 전극(120)은 도전성의 금속 레이어(conductive metal layer)로 콘택홀을 통해 TFT(110)의 드레인 전극과 전기적으로 접속되며, 구리, 알루미늄, 인듐틴옥사이드(ITO)의 물질로 형성될 수 있다.
또한, 화소 전극(120)은 구리, 알루미늄, 인듐틴옥사이드(ITO)의 물질에 니켈 및/또는 금 등이 더 적층되어 형성될 수도 있다.
하부 기판(100) 상에는 화소 영역을 정의하는 격벽(130, Partition wall)이 형성되며, 격벽(130)은 도 3에 도시된 바와 같이, 화소 전극(120)을 둘러싸도록 형성된다.
이러한, 격벽(130)에 의해 각 화소마다 충진 공간이 형성되고, 이렇게 형성된 충진 공간에 전기영동 분산액이 충진되어 하부 기판(100) 상에 전기영동 분산액이 내재화 된다.
한편, 도면에 도시되지 않았지만 상기 충진 공간 내부에는 인터 레이어가 형성되어 있어 상기 전기영동 분산액의 대전 입자(150)들을 격벽(130)과 물리적으로 격리시킬 수도 있다.
격벽(130)은 하부 기판 상에 형성되어 화소 영역을 정의함과 아울러, 전기영동 분산액이 충진되는 충진 공간을 정의한다. 이때, 격벽(130)은 10um ~ 100um의 높이 및 5um ~ 30um의 폭을 가지도록 형성되며, 화소 전극(120)을 둘러싸도록 형성된다.
여기서, 격벽(130)은 포토 리소그래피(Photo lithography) 또는 몰드 프린팅(Mold Printing) 공정을 통해 형성되며, 격벽(130)은 전기영동 분산액과 물성이 일치되도록 무극성의 유기물(organic) 또는 무극성의 무기물로 형성될 수 있다.
전기영동 분산액은 포지티브(+) 또는 네거티브(-) 극성으로 대전된 복수의 대전 입자(150)와 바인더를 포함하는 용제(160)로 구성되며, 상기 격벽(130)에 의해 정의된 충진 공간(충진 셀)에 충진된다.
대전 입자(150)는 적색(red), 청색(blue), 녹색(green), 황색(yellow), 시안(cyan), 마젠타(magenta), 흑색(black), 백색(white)의 색상이 선택적으로 착색될 수 있다.
용제(160)는 할로겐 솔벤트(halogenated solvents), 포화 탄화수소(saturated hydrocarbons), 실리콘 오일(silicone oils), 저 분자량 할로겐을 포함하는 폴리머(low molecular weight halogen-containing polymers), 에폭사이드(epoxides), 비닐 에테르(vinyl ethers), 비닐 에스테르(vinyl ester), 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon), 톨루엔(toluene), 나프탈렌(naphthalene), 액상 파라핀(paraffinic liquids) 또는 폴리 클로로트리플루오로에틸렌 폴리머(poly chlorotrifluoroethylene polymers) 물질이 사용될 수 있다.
이러한, 전기영동 분산액은 격벽(130)에 의해 정의된 화소 영역(충진 셀)에 다이 코팅(Die coating) 방식, 캐스팅(Casting) 방식, 바 코팅(Bar Coating) 방식, 슬릿 코팅(Slit Coating) 방식, 디스펜스(Dispense) 방식, 스퀴징(squeezing) 방식, 스크린 프린팅(Screen printing) 방식, 잉크젯 프린팅(Inkjet printing) 방식 또는 포토 리쏘그래피(Photo lithography) 방식을 통해 충진될 수 있다.
이와 같이, 화소 영역에 복수의 대전 입자(150) 및 용제(160)로 구성된 전기영동 분산액이 충진되어, 하부 기판(100)에 전기영동 레이어가 내재화 된다.
이어서, 상기 상부 기판(200)은 공통 전극(210)을 포함한다.
상부 기판(200)은 화상을 표시하기 위해 투명하여야 함으로, 투명 재질의 유리 또는 가요성(Flexibility)의 투명한 플라스틱의 재질로 형성된다.
상기 공통 전극(210)은 하부 기판(100)의 화소 전극(120)과 대응되어 화소 영역 각각에 공통 전압을 공급한다. 이러한 공통 전극(210)은 인듐 틴 옥사이드(ITO: Indium Tin Oxide) 또는 인듐 징크 옥사이드(IZO: Indium Zinc Oxide)와 같은 전도성 투명 물질로 형성된다.
상부 기판(200)의 상기 공통 전극(210)과 상기 화소 전극(120)에 인가된 전압에 의해 각 화소 영역에 전계가 형성되고, 상기 전계에 의해 대전 입자(150)들이 용제(160) 내에서 이동하여 화상을 구현한다.
하부 기판(100)과 상부 기판(200) 사이에는 실링 레이어(300)가 형성된다.
이러한, 실링 레이어(300)는 하부 기판(100)과 상부 기판(200)의 합착 및 전기영동 분산액의 실링을 위한 것으로, 하부 기판(100)의 격벽(130)과 상부 기판(200)의 공통 전극(210) 사이에 위치한다.
실링 레이어(300)는 전기영동 분산액이 이웃하는 화소로 넘치지 않도록 전기영동 분산액과 반발력(repulsion)을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 실링 레이어(300)는 전기적으로 무극성의 유기물(organic) 또는 무극성의 무기물(inorganic)로 0.1um ~ 40um의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
여기서, 실링 레이어(300)는 하부 기판(100)의 최상단에 유기물 또는 무기물을 코팅한 후, 자외선(UV) 또는 열을 가하여 경화시켜 형성할 수 있다.
한편, 실링 레이어(300)는 공통 전극(210) 하부에 유기물 또는 무기물을 코팅한 후, 자외선 또는 열을 가하여 경화시켜 형성할 수 있다.
전기영동 분산액과 반발력을 가지는 물질로 형성된 실링 레이어(300)를 통해 전기영동 분산액이 다른 화소의 충진 공간으로 넘치는 것을 방지함과 아울러, 하부 기판(100)과 상부 기판(200)을 합착하여 전기영동 분산액을 실링한다.
또한, 실링 레이어(300)는 하부 기판(100)에 내재화되는 전기영동 분산액의 대전 입자(150)가 공통 전극(210)과 직접 접하는 것을 방지하여, 대전 입자(150)의 극성이 소멸되는 것을 방지할 수 있다.
실링 레이어(300)가 유기물로 형성되는 경우, 폴리머(Polymer), 아크릴 자외선 경화 수지(Acrylic UV curable resin), 유기 자기 조립 단층 박막(organic SAM layer)으로 코팅 가능한 유기물 또는 비전도성의 투명 유기물이 재료로 이용될 수 있다.
한편, 실링 레이어(300)가 무기물로 형성되는 경우, 실리콘 질화물(일 예로서, SiNx), 비정질 실리콘(a-Si), 실리콘 산화물(일 예로서, SiOx), 알루미늄 산화물(일 예로서, Al2O3) 또는 비전도성의 투명 무기물이 재료로 이용될 수 있다.
상술한 설명에서는 실링 레이어(300)을 이용하여 하부 기판(100)과 상부 기판(200)을 합착하는 것으로 설명하였으나, 실링 레이어(300)를 형성시키지 않고 라미네이션 방식을 이용하여 하부 기판(100)과 상부 기판(200)을 합착시킬 수도 있다.
상술한 구성을 포함하는 전기영동 표시장치의 제조공정 중에, 전기영동 분산액(대전 입자 및 용제) 이웃하는 화소로 넘쳐흐르면 격벽(130) 상부 및 화소들이 오염되고, 광 반사율 및 명망비가 떨어지게 된다.
전기영동 분산액의 충진 시, 격벽(130)의 상부에 메탈 소재의 마스크(metal mask)를 배치시키고, 전기영동 분산액을 화소 영역 내에 충진하게 된다. 이때, 전기영동 분산액이 마스크의 배면을 타고 격벽(130) 상부로 넘쳐 격벽(130) 상부를 오염시킬 수 있다.
전기영동 표시장치가 풀 컬러 화상을 표시하는 경우, 화소가 표시하는 색상에 맞춰 착색된 대전 입자가 충진되는데, 특정 색상으로 착색된 대전 입자가 다른 색상을 표시하는 화소로 넘쳐흘러 들어가면 인접한 화소들이 오염되고, 화소들 간에 색 혼합이 발생되어 컬러 화상을 구현할 수 없게 된다.
이와 같이, 색 혼합이 발생되면 컬러 화상을 표시할 수 없게 됨으로, 컬러 화상을 표시하기 위해서는 전기영동 분산액의 충진 시, 전기영동 분산액이 격벽(130) 상부로 넘치는 것을 필히 방지하여야 한다.
본 발명에서는 이러한 문제점들을 방지하기 위해, 배면에 홈이 형성된 마스크를 제조공정에 이용하여 전기영동 분산액의 충진이 원활이 이루어지도록 함과 아울러, 전기영동 분산액이 이웃하는 화소로 넘치는 것을 방지한다.
도 4 내지 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법을 나타내는 도면이다. 이하, 도 4 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 4를 참조하면, 하부 기판(100) 상에 복수의 화소 영역 각각에 대응되도록 TFT(110)를 형성하고, TFT(110)를 덮도록 절연층을 형성한다.
이후, 절연층 상에 구리, 알루미늄, ITO와 같은 도전성 물질을 도포한 후, 포토 리쏘그래피 공정 및 에칭 공정을 수행하여 복수의 화소 영역 각각에 화소 전극(120)을 형성한다.
여기서, 화소 전극(120)은 상술한 구리, 알루미늄, 인듐틴옥사이드(ITO)의 물질에 니켈 및/또는 금 등이 더 적층되어 형성될 수도 있다.
여기서, 하부 기판(100)은 투명 재질의 유리기판, 가요성(Flexibility)을 가지는 플라스틱 기판 또는 금속 기판이 적용될 수 있다. 하부 기판(100)은 화상이 표시되는 화면의 반대 측에 위치함으로 반드시 투명할 필요는 없으며, 전기영동 표시장치를 플렉서블 하게 제조할 경우에 플렉서블 한 플라스틱 기판이 하부 기판(100)으로 적용될 수 있다.
상기 도 4에 도시하지 않았지만, 하부 기판(100)에는 상호 교차하는 복수의 게이트 라인 및 데이터 라인이 형성되어 있다. 복수의 게이트 라인 및 데이터 라인이 교차되는 영역에 TFT(110)가 형성된다.
상기 데이터 라인은 TFT(110)의 소스 전극과 접속되고, 게이트 라인은 TFT(110)의 게이트 전극과 접속되며, TFT(110)의 드레인 전극은 콘택홀을 통해 화소 전극(120)과 전기적으로 접속되도록 형성된다.
이어서, 도 5를 참조하면, 화소 전극(120)이 형성된 하부 가판(100) 상에 유기 물질 또는 무기 물질을 도포한 후, 포토 리소그래피(Photo lithography) 방식을 통해 패터닝하여 화소 전극(120)을 둘러싸도록 격벽(130)을 형성한다.
여기서, 상기 격벽(130)은 전기영동 분산액과 상호작용이 발생되지 않는 무극성의 유기물 또는 무기물로 형성될 수 있다.
격벽(130)은 상술한 포토 리소그래피(Photo lithography) 방식뿐만 아니라, 임프린팅(imprinting) 또는 몰드 프린팅(Mold Printing) 방식을 이용하여 형성될 수도 있다.
이어서, 도 6을 참조하면, 화소 영역이 오픈 된 마스크(400)를 격벽(130) 상부에 얼라인 시키고, 대전 입자(150)와 용제(160)로 구성된 전기영동 분산액을 화소 영역 내에 충진한다.
구체적으로, 전체 화소들 중에서 특정 색상을 표시하기 위한 화소들만을 오픈 시키는 홀이 형성된 마스크(400)를 격벽(130) 상부에 얼라인 시킨다. 이후, 스퀴지 바(340, squeeze bar)를 이용한 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 대전 입자(150) 및 용제(160)로 구성된 전기영동 분산액을 화소들에 충진 시킨다. 이때, 마스크(400)에 형성된 홀은 화소 영역 보다 작에 형성된다.
여기서, 전기영동 표시장치가 풀 컬러를 구현하는 경우, 상기 대전 입자(150)는 각 셀이 표시하고자 하는 컬러에 대응되는 컬러로 착색되게 된다. 따라서, 대전 입자(150)와 용제(160)로 구성된 전기영동 분산액의 충진 공정은 착색된 대전 입자(150)의 컬러 별로 순차적으로 이루어질 수 있다.
일 예로서, 복수의 화소가 레드(red), 그린(green), 블루(blue)의 3가지 컬러로 구성되는 경우, 레드(red), 그린(green), 블루(blue)의 컬러와 대응되는 화소에 상기 마스크(400)를 얼라인 시킨 후, 레드(red), 그린(green), 블루(blue)의 화소 별로 전기영동 분산액의 충진이 순차적으로 이루어질 수 있다.
전기영동 분산액의 충진 시, 전기영동 분산액이 마스크(400)의 배면을 타고 격벽(130) 상부로 넘쳐 격벽(130) 상부를 오염시킬 수 있고, 전기영동 분산액이 이웃하는 화소로 넘쳐 색 혼합의 불량이 발생될 수 있다.
특히, 격벽(130) 상부와 마스크(400)의 배면 사이에는 미세한 갭이 형성되기 때문에, 전기영동 분산액이 마스크(400)의 배면을 타고 격벽(130) 상부 및 이웃하는 화소로 흘러 들어갈 수 있다.
또한, 스퀴지 프린팅 방법으로 전기영동 분산액이 충진될 때, 대전 입자(150)는 직경이 1um 이하의 크기로 작게 형성되고, 격벽(130)은 10um~100um의 높이로 형성되어 있기 때문에, 전기영동 분산액이 화소 영역의 하부와 바로 접촉되지 않고 마스크(400)의 배면을 타고 흐르는 현상이 발생된다.
도 7을 참조하면, 본 발명에서는 전기영동 분산액의 충진 시 발생될 수 있는 상기 문제점들을 개선하기 위해, 마스크(400)의 배면에 소정 깊이(D) 및 폭(C)을 가지는 홈을 형성하였다.
이때, 화소 영역의 폭(A)은 100um ~ 130um로 형성되고, 전기영동 분산액의 충진을 위해 마스크(400)에 형성되는 홀은 상기 화소 영역의 폭(A) 대비 20%~80%의 폭(B)을 가지도록 형성된다.
또한, 마스크(400)는 30um~40um의 두께로 형성되고, 마스크(400)의 배면에 형성된 홈(420)은 5um~50um의 폭(C) 및 20um~30um의 깊이(D)를 가지도록 형성된다.
이와 같이, 마스크(400)의 배면에 소정 깊이 및 폭을 가지는 홈(420)이 형성되고, 상기 홈(420)의 외주에는 화소 영역 내로 전기영동 분산액의 충진을 유도하는 가이드부(410)가 형성된다.
여기서, 가이드부(410)는 그 길이가 마스크(400)의 상면으로부터 격벽(130)의 상면까지 형성되고, 가이드부(410)의 하단부 폭(E)은 1um~10um로 형성될 수 있다.
마스크(400)의 상부에 도포된 전기영동 분산액은 스퀴지 바(340)를 이용한 스크린 프린팅 방법에 의해 화소 영역 내로 충진될 수 있는데, 마스크(400)의 배면에 소정 깊이 및 폭을 가지는 홈(420)을 형성함으로써, 전기영동 분산액이 마스크의 배면을 타고 흐르는 영역을 줄일 수 있다.
즉, 마스크(400)의 배면에 소정 깊이 및 폭을 가지는 홈(420)이 형성되어 있어 전기영동 분산액이 마스크(400)의 배면을 타고 격벽(130) 상부로 넘치거나, 이웃하는 화소로 넘치는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 마스크(400)는 메탈(metal) 마스크 또는 메쉬(mesh) 마스크로 형성될 수 있으며, 상기 메탈(metal) 마스크와 메쉬(mesh) 마스크가 하이브리드(hybrid)되어 형성될 수도 있다.
상기 마스크(400)가 메탈 소재로 형성된 경우, 니켈(Ni), 스테인리스 또는 니켈을 함유한 철의 합금(invar)이 소재로 이용될 수 있다.
이러한, 마스크(400)는 전기 도금(electroforming) 방식, 에칭(etching) 방식 또는 레이저(laser) 성형 방식을 이용하여 형성할 수 있다. 이때, 마스크(400)에 형성되는 홀은 사각형, 원형, 슬릿 또는 메쉬 형상으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 가이드부(410) 및 홈(420)을 포함하는 마스크(400)에 의해 전기영동 분산액이 격벽(130) 상부 및 이웃하는 화소로 흘러 넘치는 것을 방지하고, 화소 영역 내에 정확히 충진되도록 할 수 있다.
한편, 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예로서 전기영동 분산액의 충진을 더욱 원활히 하기 위해, 마스크(400)의 가이드부(410)의 길이를 신장시켜 화소 영역 내부로 가이드부(410)가 삽입되도록 할 수 있다.
여기서, 격벽(130) 상면으로부터 가이드부(410)의 길이(L)를 격벽(130)의 상면으로부터 25um~30um 신장시켜, 가이드부(410)가 화소 영역 내에 삽입되도록 한다. 즉, 가이드부(410)의 길이를 화소 영역의 하단부 방향으로 신장시켜, 가이드부(410)가 화소 영역 내로 삽입되도록 한다.
이와 같이, 마스크(400)의 가이드부(410)가 화소 영역 내부로 삽입되면 전기영동 분산액이 화소 영역 내로 충진되는 것을 용이하게 하여, 전기영동 분산액이 마스크(400)의 배면을 타고 격벽(130)의 상부 및 이웃하는 화소로 흘러 넘치는 불량을 방지할 수 있다.
특히, 화소 영역 내부로 마스크(400)의 가이드부(410)가 삽입되면, 가이드부(410)와 화소 영역 하부의 단차를 줄여 전기영동 분산액의 충진이 보다 원활이 이루어지도록 할 수 있다.
화소 영역 내부로 삽입된 가이드부(410)의 벽면을 타고 전기영동 분산액이 화소 영역 내로 주입되어 화소 영역의 하부면과 바로 접촉하게 된다. 이와 같이, 전기영동 분산액이 화소 영역의 하부와 접촉하면, 전기영동 분산액이 마스크(400)의 배면을 타고 흘러 넘치는 불량을 방지할 수 있다.
전기영동 분산액이 화소 영역 내에 충진될 때, 화소 전극(120)에는 그라운드(GND) 전압이 공급된다.
한편, 전기영동 분산액 충진 공정은 상기 스크린 프린팅 방법 이외에도 다이 코팅(Die coating) 방식, 캐스팅(Casting) 방식, 바 코팅(Bar Coating) 방식, 슬릿 코팅(Slit Coating) 방식, 디스펜스(Dispense) 방식, 스퀴징(squeezing) 방식, 방식 또는 잉크젯 프린팅(Inkjet printing) 방식을 이용할 수도 있다.
대전 입자(150)는 적색(red), 청색(blue), 녹색(green), 황색(yellow), 시안(cyan), 마젠타(magenta), 흑색(black), 백색(white)의 색상이 선택적으로 착색될 수 있으며, 도 6에서는 대전 입자(150)가 적색(red), 청색(blue), 녹색(green) 및 흑색(black)으로 착색된 것을 일 예로 도시하고 있다.
용제(160)는 무극성의 특성을 가진다. 분산액의 용제(160)는 할로겐 솔벤트(halogenated solvents), 포화 탄화수소(saturated hydrocarbons), 실리콘 오일(silicone oils), 저 분자량 할로겐을 포함하는 폴리머(low molecular weight halogen-containing polymers), 에폭사이드(epoxides), 비닐 에테르(vinyl ethers), 비닐 에스테르(vinyl ester), 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon), 톨루엔(toluene), 나프탈렌(naphthalene), 액상 파라핀(paraffinic liquids) 또는 폴리 클로로트리플루오로에틸렌 폴리머(poly chlorotrifluoroethylene polymers) 물질이 사용될 수 있다.
일 예로서, 잉크젯 방식을 이용하여 화소 영역에 전기영동 분산액을 충진시키는 경우 용제(160)로서 솔벤트(solvents)가 이용될 수 있으며, 충진 방식에 따라 대전입자의 반응성을 고려하여 용해 및 침전이 없는 재료를 용제(160)로 이용할 수 있다.
이와 같이, 컬러 화소 별로 대전 입자(150) 및 용제(160)를 충진하여 도 9에 도시된 바와 같이, 전체 화소에 전기영동 분산액의 충진을 완료한다.
이와 같이, 전기영동 분산액이 화소 영역 내에 충진되는 과정에서, 용제(160)가 마스크(400)의 배면을 타고 격벽(130) 상부를 넘어서 이웃하는 화소로 넘칠 수 있는데, 본 발명에서는 마스크(400)의 배면에 홈(420)을 형성하고, 전기영동 분산액의 충진을 유도하는 가이드부(410)를 형성하여 전기영동 분산액이 격벽(130) 상부 및 이웃하는 화소로 넘치는 것을 방지할 수 있다.
이어서, 도 10을 참조하면, 격벽(130) 상부에 실런트를 도포하여 실링 레이어(300)를 형성한다. 이러한 실링 레이어(300)를 통해 격벽(130) 상부 및 전기영동 분산액을 실링한다.
이때, 실링 레이어(300)는 전기영동 분산액을 실링하는 용도뿐만 아니라 상기 하부 기판(100)과 후술되는 제조공정에서 형성되는 상부 기판(200)을 합착시킨다.
이러한, 실링 레이어(300)는 전기영동 분산액이 이웃하는 화소로 넘치지 않도록 전기영동 분산액과 반발력(repulsion)을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 실링 레이어(300)는 전기적으로 무극성의 유기물(organic) 또는 무극성의 무기물(inorganic)로 0.1um ~ 40um의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
여기서, 실링 레이어(300)는 진공 증착(CVD, Sputter) 방식, 다이 코팅(Die coating) 방식, 캐스트(Casting) 방식, 바 코팅(Bar Coating) 방식, 슬릿 코팅(Slit Coating) 방식, 디스펜스(Dispense) 방식 스퀴징(squeezing) 방식, 스크린 프린팅(Screen printing) 방식 또는 잉크젯 프린팅(Inkjet printing) 방식 또는 그라비어 롤 프린팅(gravure roll printing) 방식을 이용하여 하부 기판(100)의 최상단에 유기물 또는 무기물을 코팅한 후, 자외선(UV) 또는 열을 가하여 경화시켜 형성할 수 있다.
이어서, 도 11을 참조하면, 상부 기판(200) 상에 공통 전극(210)을 형성하고, 실링 레이어(300)를 이용하여 하부 기판(100)과 상부 기판(200)을 합착한다.
이때, 상부 기판(200)의 제조는 하부 기판(100)의 제조 공정과 별도로 이루어지며, 선행 제조공정을 통해 상부 기판(200)이 미리 마련될 수 있다.
투명 재질의 유리 또는 가요성(Flexibility)의 투명한 플라스틱의 재질의 기판 상에 인듐 틴 옥사이드(ITO: Indium Tin Oxide) 또는 인듐 징크 옥사이드(IZO: Indium Zinc Oxide)와 같은 전도성 투명 물질로 공통 전극(210)을 형성한다.
공통 전극(210)은 상기 대전 입자(150)의 구동을 위해, 상기 화소 전극(120)과 대응되어 화소 영역 각각에 공통전압을 공급한다.
상부 기판(200)과 하부 기판(100)의 합착은 일정 압력을 가하는 가압 공정을 통해 이루어질 수 있으며, 상기 가압 공정과 함께 일정 온도를 가하는 어닐링 공정이 함께 이루어질 수 있다.
한편, 실링 레이어(300)를 하부 기판(100) 상에 형성하지 않고, 상부 기판(200)의 공통 전극(210) 상에 형성한 후, 하부 기판(100)과 상부 기판(200)을 합착시킬 수도 있다.
이때, 실링 레이어(300)는 진공 증착(CVD, Sputter) 방식, 다이 코팅(Die coating) 방식, 캐스트(Casting) 방식, 바 코팅(Bar Coating) 방식, 슬릿 코팅(Slit Coating) 방식, 디스펜스(Dispense) 방식 스퀴징(squeezing) 방식, 스크린 프린팅(Screen printing) 방식 또는 잉크젯 프린팅(Inkjet printing) 방식 또는 그라비어 롤 프린팅(gravure roll printing) 방식을 이용하여 공통 전극(210) 하부에 유기물 또는 무기물을 코팅한 후, 자외선 또는 열을 가하여 경화시켜 형성할 수 있다.
또한, 상기 실링 레이어(300)를 필름 형태(film type)로 제조한 뒤, 라미네이션(lamination) 공정을 이용하여 상부기판(100)과 하부기판(200)을 합착시킬 수도 있다.
이와 같이, 실링 레이어(300)을 이용하여 하부기판(100)과 상부기판(200)을 합착함으로써, 표시 영역의 차폐가 완벽하게 이루어지도록 할 수 있다. 따라서, 외부 공기 및 수분에 의해 전기영동 표시장치가 오염되는 불량을 방지하고, 전기영동 표시장치의 양산성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상술한 제조공정을 수행하여 하부 기판(100)에 전기영동 분산액이 내재화된 전기영동 표시장치를 제조할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 제조방법을 통해 제조된 전기영동 표시장치는 복수의 화소 전극(120)에 인가되는 데이터 전압과 공통 전극(210)에 인가되는 공통전압에 의해 형성된 전계에 의해 화소 영역에 충진 된 전기영동 분산액의 대전 입자(150)들이 용제(160) 내에서 이동하여 모노 화상 및 컬러 화상을 구현할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 제조 공정 중에 전기영동 분산액이 격벽(130)의 상부로 넘쳐 오염되는 것을 방지하고, 이웃하는 화소들로 넘쳐 화소들의 오염 및 색 혼합이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 이를 통해, 광 반사율을 증가시키고, 명암비(contrast ratio)를 높일 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 전기영동 표시장치의 제조효율을 향상시키고, 하부 기판(100)에 내재화된 대전 입자(150)의 안정성 및 구동 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 하부 기판(100)에 내재화되는 전기영동 분산액의 넘침을 방지하고, 실링이 원활이 이루어지도록 함으로써 다양한 컬러로 높은 품질의 화상을 구현할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예들에 따른 전기영동 표시장치의 제조방법은 기존의 액정 표시장치의 제조 공정에 이용되는 제조 인프라(infra)를 적용할 수 있는 장점이 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 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.
100: 하부 기판 110: TFT
120: 화소 전극 130: 격벽
150: 대전 입자 160: 용제
200: 상부 기판 210: 공통 전극
300: 실링 레이어 400: 마스크
410: 가이드부 420: 홈

Claims (10)

  1. 하부 기판의 복수의 화소를 둘러싸도록 격벽을 형성하여 화소 영역을 정의하는 단계;
    상기 화소 영역을 오픈 시키는 홀이 형성된 마스크를 상기 격벽 상부에 배치하는 단계;
    상기 마스크를 이용하여 특정 컬러를 표시하도록 착색된 복수의 대전 입자 및 용제를 포함하는 전기영동 분산액을 상기 화소 영역에 충진 시키는 단계;
    상부 기판 상에 공통 전극을 형성하는 단계;
    상기 격벽 상부 또는 상기 공통 전극 하부에 실링 레이어 형성하는 단계; 및
    상기 실링 레이어를 이용하여 상기 하부 기판과 상기 상부 기판을 합착하는 단계;를 포함하고,
    상기 마스크의 배면에는 홈이 형성되어 전기영동 분산액이 상기 격벽 상부 및 이웃하는 화소로 넘치는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기영동 분산액을 상기 화소 영역에 충진 시키는 단계에 있어서,
    상기 홈을 통해 상기 전기영동 분산액이 상기 마스크의 배면을 타고 흐르는 것을 방지하여 상기 격벽 상부의 오염, 화소들의 오염 및 색 혼합을 방지하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크의 배면에 형성된 홈은 5um~50um의 폭 및 20um~30um의 깊이를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크는 30um~40um의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 영역은 100um~130um의 폭을 가지도록 형성되고, 상기 마스크의 홀은 상기 화소 영역의 폭 대비 20%~80%의 폭을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크는 화소 영역 내로 전기영동 분산액의 충진을 유도하는 가이드부를 포함하며,
    상기 가이드부는 상기 홈의 외주에 형성되고, 하단부 폭은 1um~10um로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가이드부는 상기 화소 영역 내로 25um~30um 삽입되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크의 홀은 상기 화소 영역보다 작게 형성되고, 사각형, 원형, 슬릿 또는 메쉬로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크는 니켈, 스테인리스 또는 니켈을 함유한 철의 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크는 전기 도금 방식, 에칭 방식 또는 레이저 성형 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치의 제조방법.
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