JP5118121B2 - 電子ペーパー表示装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は電子ペーパー表示装置及びその製造方法に関し、より詳細には画像の安定性及び均一性に優れ、明度の調節が容易な電子ペーパー表示装置及びその製造方法に関する。
最近、新たなパラダイムが求められる情報社会に相応し情報の伝達及び共有方式において大きな変化が求められている。これを満たすために、柔軟なディスプレイとして、曲げられるという長所を有する電子ペーパーの技術開発が加速化しており、電子ペーパー技術開発は商業的な開発の段階に入っている。
電子ペーパーは、既存の平面ディスプレイパネルに比べて生産単価が低く、停止画面のように背景照明や持続的な再充電が不要であり、非常に小さいエネルギーでも駆動できるため、エネルギー効率も著しく優れる。また、電子ペーパーは非常に鮮明で、且つ視野角が広く、電源がなくても文字が完全に消えないメモリ機能も有する。このような大きなメリットにより電子ペーパーは紙のような面と動くイラストレーションを有する電子書籍、自ら更新する新聞、移動電話のための再利用が可能なペーパーディスプレイ、廃棄可能なＴＶスクリーン及び電子壁紙等実に広い分野に応用されることができ、巨大な潜在市場を有する。
電子ペーパーを具現するための技術的接近方式は、大きく４つに分けられ、互いに反対の電荷と異なる色相を有する上下半球で構成された球状の粒子を電界を利用して回転させるツイストボール方式、オイルに混合された有色帯電粒子をマイクロカプセルまたはマイクロカップ内に閉じ込めるか、または帯電粒子を電気場の印加に応答させる電気永動方式、帯電された分類体を利用するＱＲ−ＬＰＤ（Ｑｕｉｃｋ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ−Ｌｉｑｕｉｄ Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｓｐｌａｙ）方式、コレステリック液晶分子の選択的反射特性を利用するコレステリック液晶ディスプレイ方式等がある。
ツイストボール方式は、セル内部が透明媒質で満たされており、透明媒質内に反対の電荷と異なる色相、例えば、黒と白に着色されたツイストボールが配置される。上記ツイストボールに電圧が印加されると、印加された電圧方向によってツイストボールは印加された荷電符号の極性が作用し異なる極性が前面に向かうように回転されて白黒が表示される。
しかし、このような構造は、セルの上下に配置された上下透明電極から電圧が印加されるため、印加された電圧の方向によってツイストボールに形成された荷電状態が平衡になるように回転する。これにより常に白と黒の２つの状態のみが表現され階調表示に限界がある。
本発明は上記の従来の問題を解決するためのもので、画像の安定性及び均一性に優れ、明度の調節が容易な電子ペーパー表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決すべく、本発明の一実施形態は透明物質から成る第１電極と、上記第１電極と異なる距離を置いて対向して配置される少なくとも１つ以上の第２電極と、上記第１と第２電極との間に配置され、上記第１及び第２電極に印加される電圧により光学的特性が変更する少なくとも１つ以上のディスプレイユニットと、を含む電子ペーパー表示装置を提供する。
上記第２電極は、異なる高さを有する少なくとも１つ以上の段差部を有する下部構造物に形成されることができる。
上記第１電極は、光透過性物質から成る第１基板上に形成されることができる。
上記第１と第２電極との間に上記ディスプレイユニットを収容するための複数の隔壁を含むことができる。
上記電子ペーパー表示装置は、第１電極と異なる距離を置いて対向して配置される２つ以上の第２電極及び上記第２電極に配置される２つ以上のディスプレイユニットが１つのピクセルを構成することができる。
上記ディスプレイユニットは、異なる色で着色され、異なる帯電特性を示す２つの表示領域を有する回転体であることができる。
上記回転体は、球状、楕円状またはシリンダー状であることができる。
上記ディスプレイユニットは、異なる帯電特性を示す２種類の帯電粒子が分散された透明流体が封入されたマイクロカプセルであることができる。
上記ディスプレイユニットは、透明流体及び上記透明流体に分散された異なる帯電特性を示す２種類の帯電粒子であることができる。
本発明の他の実施形態は、異なる高さを有する少なくとも１つ以上の段差部を有する下部構造物を形成する段階と、上記段差部上に少なくとも１つ以上の第１電極を形成する段階と、上記第１電極上にディスプレイユニットを配置する段階と、上記第１電極と対向して配置され、上記ディスプレイユニットを覆うように第２電極を形成する段階と、を含む電子ペーパー表示装置の製造方法を提供する。
上記電子ペーパー表示装置の製造方法は、下部構造物に上記ディスプレイユニットを収容するための隔壁を形成する段階を含むことができる。
上記下部構造物は、インプリント方式、射出成形（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ）、レーザパターニング、またはフォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程で形成されることができる。
本発明による電子ペーパー表示装置は、第１及び第２電極に同じ電圧が印加されても、ディスプレイユニットの回転量または移動量が異なる。これにより多様な範囲の明度を表現することができる。

また、第１電極と、異なる距離で配置される２つ以上の第２電極と、上記第１と第２電極との間に配置される２つ以上のディスプレイユニットが１つのピクセルを構成すると、各ピクセルに印加される電圧を調節して多様な範囲の明度を具現することができる。
また、隔壁により形成されるセル空間にディスプレイユニットが配置され、セル空間ではない隔壁等の他の位置にディスプレイユニットが存在する可能性が低い。これにより画面上の斑やスポット（ｓｐｏｔ）が発生せず画像の安定性及び均一性に優れる。
本発明の一実施形態による電子ペーパー表示装置を概略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による回転体を拡大して概略的に示す斜視図である。 本発明の他の実施形態による電子ペーパー表示装置を概略的に示した平面図である。 本発明の他の実施形態による電子ペーパー表示装置を概略的に示した断面図である。 本発明の他の実施形態によるマイクロカプセルを拡大して概略的に示した断面図である。 本発明の他の実施形態による電子ペーパー表示装置を概略的に示した断面図である。 本発明の一実施形態による電子ペーパー表示装置の製造工程を説明するための工程別断面図である。 本発明の一実施形態による電子ペーパー表示装置の製造工程を説明するための工程別断面図である。 本発明の一実施形態による電子ペーパー表示装置の製造工程を説明するための工程別断面図である。 本発明の一実施形態による電子ペーパー表示装置の製造工程を説明するための工程別断面図である。 本発明の一実施形態による電子ペーパー表示装置の製造工程を説明するための工程別断面図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。但し、本発明の実施形態は様々な他の形態で変形されることができ、本発明の範囲が以下で説明する実施形態で限定されるものではない。また、本発明の実施形態は当業界において平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。従って、図面における要素の形状及びサイズ等はより明確な説明のために誇張されることができ、図面上に同一符号で表示される要素は同一要素である。
図１は本発明の一実施例による電子ペーパー表示装置を概略的に示す断面図である。図１を参照すると、本実施形態による電子ペーパー表示装置は第１電極１０と、第２電極２０と、ディスプレイユニット３０を含む。
第１電極１０は表示面として提供されることができ、透明物質から成ることが好ましい。また、第１電極１０は光透過性物質から成る第１基板（不図示）上に形成されることができる。
第１基板は、ガラスまたは柔軟性のあるプラスチック類から成ることができる。上記プラスチックはこれに制限されるものではないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、またはポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、環状オレフィン高分子（ＣＯＣ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ、ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）またはポリウレタンアクリレート（ＰＵＡ、ｐｏｌｙ ｕｒｅｔｈａｎｅ ａｃｒｙｌａｔｅ）等を使用することができる。
本実施形態による電子ペーパー表示装置は、上記第１電極１０と、異なる間隔を置いて対向して配置される少なくとも１つの第２電極２１、２２、２３を含む。
夫々の第２電極２１、２２、２３は、上記第１電極１０と異なる間隔を置いて対向して配置される。
図１に図示されたように、第２電極２１、２２、２３は異なる高さを有する少なくとも１つ以上の段差部を有する下部構造物５０に形成されることができる。
上記第１電極１０及び第２電極２０は導電性材料であり、本発明の技術分野で通常使用される電極材料を使用することができる。例えば、ポリチオフェンまたはポリアニリンのような導電性ポリマー、銀やニッケルのような金属粒子、上記金属粒子を含むポリマーフィルム、インジウムティンオキサイド（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）等を使用することができる。
上記第１電極１０と第２電極２０との間にはディスプレイユニット３０が配置される。上記ディスプレイユニット３０は上記第１電極１０及び第２電極２０に印加される電圧により光学的特性が変更する。
また、上記第１電極１０と第２電極との間には、上記ディスプレイユニットを収容するための隔壁４０が形成されることができる。即ち、上記隔壁４０は複数の第２電極２１、２２、２３の間に形成され、第１電極１０と第２電極２０との間にディスプレイユニット３０が収容されることができるセル空間４１を形成することができる。
上記隔壁の材質は、柔軟性のある材料であれば特に制限されず、熱硬化性樹脂またはＵＶ硬化性樹脂を使用することができ、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、またはポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、環状オレフィン高分子（ＣＯＣ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ、ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）またはポリウレタンアクリレート（ＰＵＡ、ｐｏｌｙ ｕｒｅｔｈａｎｅ ａｃｒｙｌａｔｅ）等を使用することができる。
また、上記ディスプレイユニットの回転が容易になるように第１と第２電極との間には、誘電液（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｉｑｕｉｄ）が充填されることができる。
本実施形態における上記ディスプレイユニット３０は、回転体であることができる。図２は回転体を拡大して概略的に示した斜視図である。図２を参照すると、回転体は異なる色で着色され、異なる帯電特性を示す２つの表示領域３０ａ、３０ｂを有する。上記２つの表示領域は異なる色で着色されることができ、第１表示領域３０ａは白色で着色され、第２表示領域３０ｂは黒色で着色されることができる。第１表示領域３０ａが正電荷に帯電されると第２表示領域３０ｂは負電荷に帯電される。上記回転体３０に電圧が印加されると電圧の大きさ及び方向によって回転し、２つの表示領域に着色された色相により黒色または白色を表示する。
上記回転体３０を電気的及び光学的に処理して第１及び第２表示領域を形成する方法は、当業界に公知の方法を使用することができる。例えば、２つの着色液を備える回転ディスクに回転体を投入した後、上記回転体に遠心力を作用させる方法等を使用することができる。
上記回転体の形態は特に制限されず、例えば、球状、楕円状またはシリンダー状であることができる。
本実施形態における回転体は、表面に２つの表示領域が形成された場合を説明しているが、必要に応じて表示領域は３つ以上になることもできる。
また、黒色や白色ではない多様な色で表示領域を着色させることができる。
上記第１電極１０及び第２電極２０により回転体３０に電圧が印加される。印加された電圧の方向により回転体３０に形成された荷電状態が平衡になるように回転する。これにより黒と白の状態が表現される。
本実施形態によれば、回転体３１、３２、３３に電圧を印加する第１電極１０と複数の第２電極２１、２２、２３は異なる間隔で配置される。回転体に電圧を印加する第１及び第２電極の間隔が異なるため、同じ大きさの電圧が印加されると、回転体の回転量、即ち、回転角度が異なる。
第１と第２電極の間隔が近いほど回転体の回転量が増加して回転角度が大きくなり、第１と第２電極の間隔が遠くなるほど回転体の回転量が減少して回転角度が小さくなる。
より具体的に、図１に図示されたように、第１電極１０と異なる間隔で配置された複数の第２電極２１、２２、２３が繰り返して形成されることができる。このとき、上記第１と第２電極との間の間隔は２１＞２２＞２３で形成されている。
同じ大きさの電圧が印加されると、第１と第２電極間の距離が最も近い第２電極２１に配置された第１回転体３１の回転角度が最も大きく、第１と第２電極間の距離が中間程度の第２電極２２に配置された第２回転体３２の回転角度は中間であり、第１と第２電極間の距離が最も遠い第２電極２３に配置された第３回転体３３の回転角度が最も小さい。
これにより、各回転体３１、３２、３３に印加される電圧が同一である場合にも多様な範囲の明度が表現されることができる。
上記のような特性を利用して、１つのディスプレイユニットが１つのピクセルを構成することも、第１電極と異なる距離に配置される２つ以上の第２電極及び上記第２電極に配置される２つ以上のディスプレイユニットが１つのピクセルを構成することもできる。
例えば、３つの第２電極及びこれに配置された３つの回転体が１つのピクセルを構成することができる。１つのピクセルを構成する３つの第２電極２１、２２、２３は第１電極１０との距離が異なるため、同じ電圧が印加されると、上記各第２電極に配置される３つの回転体３１、３２、３３の回転角度は互いに異なる。
図３に図示されたように、３つの第２電極２１、２２、２３が１つのピクセルＰ１、Ｐ２、Ｐ３を構成する。このとき、３つの第２電極は第１電極と異なる距離を置いて配置される。
第１ピクセルＰ１には、３つの回転体が全て１８０°回転することができる最も大きい電圧を印加し、白色、即ち、明度の大きい色を具現する。
第２ピクセルＰ２には、中間大きさの電圧を印加し、３つの回転体の回転角度を異なる。これにより中間程度の明度を具現する。
第３ピクセルＰ３には、最も小さい電圧を印加し、３つの回転体の回転角度を小さくして明度の小さい色を具現する。
このように、第１電極と異なる距離を置いて配置される２つ以上の第２電極及び上記第２電極に配置される回転体が１つのピクセルを構成し、各ピクセルに印加される電圧を調節し、多様な範囲の明度を具現することができる。
図示はしていないが、上記第１電極と第２電極には、回転体に印加される電圧の大きさと方向を調節するための調節手段が備えられることができる。
図４は本発明の他の実施形態による電子ペーパー表示装置を概略的に示す断面図である。上述の実施例と異なる構成要素を中心に説明し、同じ構成要素に対する詳細な説明は省略する。
本実施形態において、上記第１電極１０と第２電極２０との間に配置されるディスプレイユニットは異なる帯電特性を有する２種類の粒子が分散された透明流体が封入されたマイクロカプセル６０であることができる。
図５はマイクロカプセル６０を拡大して示した断面図である。図５を参照すると、マイクロカプセル６０は電気泳動現象により移動する異なる帯電特性を有する２種類の粒子６１ａ、６２ａが分散された透明流体（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｆｌｕｉｄ）がカプセルの外壁により封入される。上記透明流体内に分散された帯電粒子は、正電荷を帯びた白色粒子６１ａと負電荷を帯びた黒色粒子６２ａであることができる。
また、図示されていないが、マイクロカプセルの形態は特に制限されず、例えば、球状、楕円状またはシリンダー状であることができる。
上記第１電極１０と第２電極２０によりマイクロカプセル６０に電圧が印加されると、帯電された粒子が飛上または下降し、これにより黒色または白色が表現される。
同じ大きさの電圧が印加されると、第１と第２電極間の距離が最も近い第２電極２１に配置された第１マイクロカプセル６１に含まれた帯電粒子の移動量が最も多く、第２電極２２に配置された第２マイクロカプセル６２に含まれた帯電粒子の移動量は中間程度であり、第２電極２３に配置された第３マイクロカプセル６３に含まれた帯電粒子の移動量が最も少ない。これにより、多様な範囲の明度が表現されることができる。
図６は本発明の他の実施形態による電子ペーパー表示装置を概略的に示す断面図である。上述の実施例と他の構成要素を中心に説明し、同じ構成要素に対して詳細な説明は省略する。
本実施形態において、上記第１電極１０と第２電極２０との間には、透明流体（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｆｌｕｉｄ）及び上記透明流体に分散された異なる帯電特性を有する第１及び第２帯電粒子７１、７２が配置される。
上記異なる帯電特性を有する第１及び第２帯電粒子７１、７２は、第１帯電粒子７１が正電荷を帯びた白色粒子であり、第２帯電粒子が負電荷を帯びた黒色粒子であることができる。
上記第１電極１０と第２電極２０により上記帯電粒子に電圧が印加されると帯電された粒子は飛上または下降し、これにより黒色または白色が表現する。
同じ大きさの電圧が印加されると、第１と第２電極間の距離が最も近い第２電極２１に配置された帯電粒子の移動量が最も多く、第２電極２２に配置された帯電粒子の移動量は中間程度であり、第２電極２３に配置された帯電粒子の移動量が最も少ない。これにより多様な範囲の明度が表現されることができる。
以下、本発明の一実施例による表示装置の製造方法を説明する。図７から図１１は本発明の一実施例による表示装置の製造方法を説明するための工程別断面図である。
先ず、図７に図示されたように、異なる高さを有する少なくとも１つ以上の段差部を有する下部構造物５０を形成する。
下部構造物の形成方法は特に制限されず、インプリント方式、射出成形（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ）、レーザパターニング、またはフォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）等を利用することができる。
下部構造物の材料は特に制限されず、熱硬化性樹脂またはＵＶ硬化性樹脂を利用することができる。上記熱硬化性樹脂またはＵＶ硬化性樹脂としてはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、環状オレフィン高分子（ＣＯＣ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ、ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）またはポリウレタンアクリレート（ＰＵＡ、ｐｏｌｙ ｕｒｅｔｈａｎｅ ａｃｒｙｌａｔｅ）等を使用することができる。
次に、図８に図示されたように、上記段差部の夫々に複数の第１電極を形成する。図１に図示された電子ペーパー表示装置の第１電極１０及び第２電極２０は製造工程を説明するための図７から図１１では夫々第２電極１０及び第１電極２０で表示する。
電極の形成方法は特に制限されず、メッキ工程または導電性材料を利用した印刷法等により形成することができる。
次に、図９から図１０に図示されたように、複数の第１電極２１、２２、２３を区画し、ディスプレイユニットを収容するための隔壁４０を形成することができる。
図９に図示されたように、上記複数の第１電極２１、２２、２３を覆うように樹脂層４０ａを形成する。その後、図１０に図示されたように、陽刻及び陰刻パターンを有するスタンプＳで上記樹脂層４０ａを圧着する。スタンプの陽刻及び陰刻パターンにより、上記複数の第１電極２１、２２、２３を区画し、ディスプレイユニットを収容することができる隔壁４０が形成される。
スタンプＳの陽刻及び陰刻パターンを調節して隔壁の間隔及びサイズを調節することができる。
次に、図１１に図示されたように、複数の第１電極２１、２２、２３上にディスプレイユニット３０を配置する。上記ディスプレイユニットはスキージ等を利用して隔壁４０により形成されたセル空間４１に注入されることができる。隔壁４０により形成されるセル空間にディスプレイユニット３０が配置される構造であり、セル空間ではない隔壁等の他の位置に回転体が存在する可能性が少ない。
その後、複数の第１電極２１、２２、２３と対向して配置され、上記ディスプレイユニット３０を覆うように第２電極１０を形成する。このとき、上記第１電極と第２電極との間には回転体が容易に回転できるようにする誘電液（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｌｉｑｕｉｄ）が充填されることができる。
第２電極１０は光透過性物質から成る基板上に形成されることができる。
上記ディスプレイユニットは回転体、マイクロカプセル、または帯電粒子そのものであることができる。
本発明は上述の実施形態及び添付の図面により限定されるものではなく、添付の請求範囲により限定する。従って、請求範囲に記載の本発明の技術的思想を外れない範囲内で当技術分野の通常の知識を有する者により多様な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これも本発明の範囲に属する。
１０ 第１電極（第２電極）
２０ 第２電極（第１電極）
３０ 回転体
４０ 隔壁
５０ 下部構造物
６０ マイクロカプセル
７１、７２ 第１及び第２帯電粒子

Claims (8)

  1. 透明物質から成る第１電極と、
    上記第１電極と異なる離隔距離を置いて対向して配置される２つ以上の第２電極と、
    上記第１電極と上記それぞれの第２電極との間に配置され、上記第１及び第２電極に印加される電圧により光学的特性が変更する２つ以上のディスプレイユニットと、
    を含み、
    上記それぞれの第２電極は、異なる高さを有する２つ以上の段差部を有する下部構造物に形成され、
    上記第２電極の間には、上記第１電極と上記第２電極との間に上記ディスプレイユニットを一ずつ収容するためのセル空間が形成されるように、複数の隔壁が形成され、
    上記２つ以上の第２電極および上記２つ以上のディスプレイユニットが１つのピクセルを構成する電子ペーパー表示装置。
  2. 上記第１電極は、光透過性物質から成る第１基板上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の電子ペーパー表示装置。
  3. 上記ディスプレイユニットは、異なる色で着色され、異なる帯電特性を示す２つの表示領域を有する回転体であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子ペーパー表示装置。
  4. 上記回転体は、球状、楕円状またはシリンダー状であることを特徴とする請求項３に記載の電子ペーパー表示装置。
  5. 上記ディスプレイユニットは、異なる帯電特性を示す２種類の帯電粒子が分散された透明流体が封入されたマイクロカプセルであることを特徴とする請求項１または２に記載の電子ペーパー表示装置。
  6. 上記ディスプレイユニットは、透明流体及び上記透明流体に分散された異なる帯電特性を示す２種類の帯電粒子であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子ペーパー表示装置。
  7. 異なる高さを有する２つ以上の段差部を有する下部構造物を形成する段階と、
    上記それぞれの段差部上に第１電極をそれぞれ形成する段階と、
    上記第１電極の間に、上記下部構造物にディスプレイユニットを収容するためのセル空間が形成されるように、隔壁を形成する段階と、
    上記それぞれのセル空間にディスプレイユニットを１つずつ配置する段階と、
    上記第１電極と対向して配置され、上記ディスプレイユニットを覆うように第２電極を形成して上記第１電極と上記ディスプレイユニットが１つのピクセルを構成する段階と、
    を含む電子ペーパー表示装置の製造方法。
  8. 上記下部構造物は、インプリント方式、射出成形（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ）、レーザパターニング、またはフォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）工程で形成されることを特徴とする請求項７に記載の電子ペーパー表示装置の製造方法。
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