KR100502115B1 - 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR100502115B1
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Abstract

전자종이로 응용될 수 있는 디스플레이 장치를 개시한다.
디스플레이 장치는: 전면판과 배면판의 사이에 마련되는 하전입자와 자성입자 및 하전 입자와 자성입자가 분산되는 액체를 포함하는 화상표시층; 상기 전기광학소자에 전기장을 형성하는 전기장발생부 그리고 자기광학소자에 자계를 형성하는 자계발생부;를 구비한다.
화상표시는 전기장과 자기장에 의해 동작하는 하전입자 및 자성입자의 거동에 의해 변화된다.

Description

디스플레이 장치{Display device}
본 발명은 디스플레이 장치(display device)에 관한 것으로서, 상세히는 전자종이(electric paper)로 응용될 수 있는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
국제출원번호 PCT/US1999/29922은 마이크로 캡슐을 이용한 전자표시장치에 관해 기술한다. 이는 전자-광학장치로서 자기영동입자 또는 전기영동 입자를 이용하며 기판은 가요성 재료를 사용할 수 있다. 이것은 전기장을 이용하여 광학적 변화를 유도하면 이를 통해 화상의 표시를 구현한다.
이러한 전자표시장치는 디스플레이 연구에서 현재 진행중인 전자종이에 응용될 수 있다. 전자종이 등은 얇고 플렉시블한 재료를 기재로 이용하고 전체적으로 얇은 두께를 가져야 하는 등의 많은 기술적 제약을 받고 있다.
전자종이의 개발은 자연에 가까운 칼라화상의 표시가 가능하면서도 실제 종이와 같이 자유롭게 변형이 가능한 구조 및 이의 제조방법에 집중되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 새로운 구조로서 칼라표시가 가능한 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전자 종이로 응용될 수 있으며 양질의 화상을 구현할 수 있는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치의 한 유형은:
전면판과 배면판;
상기 전면판과 배면판의 사이에 마련되는 것으로 전기광학 소자과 자기광학 소자에 의한 화상표시층;
상기 전기광학소자에 전기장을 형성하는 전기장발생부; 그리고
상기 자기광학소자에 자계를 형성하는 자계발생부;를 구비한다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치의 다른 유형은:
전면판과 배면판;
상기 전면판과 배면판의 사이에 마련되는 것으로 전기광학 소자과 자기광학 소자에 의한 화상표시층;
상기 전면판에 마련되는 제1전극;
상기 제1전극에 대해 직교하는 방향으로 배면판에 마련되는 제2전극;
상기 제1전극과 제2전극의 교차 부분에서 상기 자기광학소자에 자계를 형성하는 자계발생부;를 구비한다.
상기 본 발명의 디스플레이 장치에서, 전기광학 소자는 하전 입자이며, 그리고 자기광학 소자는 자성 입자 인 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전기광학소자와 자기광학소자는 입자 상태이며, 액체에 분산되어 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 화상표시층은 상기 전기광학소자와 자기광학소자를 수용하는 캡슐을 구비한다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 전기장 발생부는 상기 화상표시층 양측에 위치하는 전극을 구비하며, 상기 자기장 발생부는 상기 화상표시층의 일측 또는 그 양측에 위치하는 자기장 발생 코일을 구비한다. 또한, 상기 전기광학적 소자는 음하전입자와 양하전입자를 포함하며, 각각 다른 색상을 띤다.
본 발명의 디스플레이 장치에서, 상기 제1전극 및 제2전극은 다수 X-Y 매트릭스 상으로 배치되고, 상기 자계발생부는 상기 제1전극에 나란한 제1버스라인과 제2전극에 나란한 버스라인을 구비하며, 기 제1, 제2버스라인 간의 각 교차부에는 상기 제1전극과 제2전극의 교차부분에 자계를 인가하는 자기발생 코일이 마련되어 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 디스플레이장치의 실시예들을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는 전기장에 의해 거동의 변화를 보이는 하전입자와 자기장에 대해 거동의 변화를 보이는 자성입자를 전기광학소자 및 자기광학소자로 이용한다.
본 발명의 이해를 돕기 위하여 도 1을 통해 본 발명의 개념을 살펴본다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 분산액에 자성입자, 음하전입자 및 양하전입자가 분산되어 있다. 이것은 본 발명을 특징지우는 한 요소로서 화상표시가 이루어지는 작동층이다.
여기에서 상기 음하전입자와 양하전입자는 그 표면에 서로 다른 색상을 가진다. 이것은 전기장의 방향에 따라 표시되는 색상을 달리하기 위한 것이다. 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 음하전입자는 주황색, 양하전입자는 백색을 띈다. 그리고 자성입자는 두개의 색상을 띄게 되는데 예를 들어 N극 측에는 적색, S 극 측에는 청색을 띈다.
도 3a 및 도 3b는 전기장 하에 있는 작동층(10)의 하전입자의 거동을 보이는 모식도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 보는위치(VIEW SITE)에 있는 작동층의 일면에 양전하가 챠지되고 그 반대편에 음전하가 챠지되었을때, 전기장에 의해 음하전입자가 제1면향으로 이끌리게 되고 양하전입자는 그 반대편으로 이끌리게 된다. 이때에 자성입자는 외력을 받지 않은 자유로운 부유상태에 있으므로 음하전 입자와 양하전입자의 압력에 밀려서 작동층의 중간부분에 고립된다. 이와 같은 경우 보는위치에서는 음하전입자에 입혀진 색깔, 예를 들어 주황색을 인식하게 된다.
반대로 도 3b에 도시된 바와 같이 보는방향(VIEW SITE)에 있는 작동층의 일면이 음전위로 챠지되면, 양하전입자가 시청방향으로 이동하고 음하전입자는 그 반대편으로 이동한다. 이때에 역시 자성입자는 외력을 받지 않은 자유로운 부유상태에 있으므로 음하전 입자와 양하전입자의 압력에 밀려서 작동층의 중간부분에 고립된다. 이와 같은 경우 시청 방향에서는 양하전입자에 입혀진 색깔, 예를 들어 백색을 인식하게 된다.
도 4a 및 도 4b는 전기장이 없이 외부자계에 의한 자기장이 작동층(10)에 형성되었을 경우를 보이는 모식도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 보는위치(VIEW SITE)에 있는 작동층의 일면에 외부자계의 S극이 그리고 그 반대편에 외부자계의 N 극이 위치하게 되면, 외부자계의 자기력선 방향에 대응하여 자성입자가 정렬을 하게 된다. 이때에 자성입자들은 작동층에서 N극과 S극에 가깝게 작동층의 양면으로 이동하며, 이때에 자성입자의 이동에 의해 발생된 압력에 의해 음하전입자 및 양하전입자는 그 중앙에 고립된다. 따라서 시청방향에서는 자성입자의 N 극이 띄고 있는 색깔, 예를 들어 적색을 볼수 있게 된다.
그 반대로 작동층에 대한 자극이 반전되면, 즉 보는위치(VIEW SITE)에 있는 작동층의 일면에 외부자계의 N극이 그리고 그 반대편에 외부 자계의 S 극이 대응하게 되면, 이 두 극성의 방향에 대응하여 자성입자가 정렬을 하게 된다. 이때에 자성입자들은 작동층의 양면의 N극과 S극에 가깝게 작동층의 양면으로 이동하며, 이때에 자성입자의 이동에 의해 발생된 압력에 의해 음하전입자 및 양하전입자는 그 중앙에 고립된다. 따라서 시청방향에서는 자성입자의 N 극이 띄고 있는 색깔, 예를 들어 적색을 볼수 있게 된다.
한편, 전기장에 의해 이동된 하전 입자는 계면의 잔류전하에 의해 작동층(10)의 표면에 그대로 붙어있게 되어 소위 메모리효과를 가저 오게 되는데, 이러한 메모리효과를 제거하기 위하여 순간적으로 반대 극성으로 대전이 가해질수 있다. 이렇게 함으로써 전하에 의해 작동층(10)의 표면에 가까이에 집중되어 있던 하전 입자를 자유롭게 할 수 있다. 이와 같이 되면, 작동층(10)의 면에 붙어 있던 입자를 떨어지고 따라서 모든 입자가 자유롭게 혼재하게 됨으로써 4가지 색이 섞인 진한 회색의 색깔을 나타내 보이게 된다. 자기장에 의해 이동된 자성입자에 대해서는 순간적인 반대자극의 자계를 형성함으로써 메모리 효과를 제거할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 작동층 내에 적정한 색깔을 띈 하전입자 및 자성입자를 위치시키고 여기에 적절히 조절된 자기장 및 전기장을 인가함으로써 주어진 색상의 색상 표시가 가능하게 된다.
평판형 화상표시장치에서 X-Y 매트릭스형으로 배치되는 전극들의 각 교차부에 상기 작동층이 마련된다. 상기 작동층은 일반적으로 알려진 LCD 에서와 같이 대향된 두 기판의 사이에 충전될 수 있고, 다른 실시예에 따르면 캡슐의 형태 또는 이를 응용한 섬유 상의 형태로 두 기판 사이에 개재될 수 있다. 여기에서 기판이라함은 작동층과 이를 구동하는 전극 등의 전기적 요소를 지지하는 판상 부재를 의미한다.
도 5는 본 발명에 따른 평판표시소자의 한 화소부분을 발췌해 보인 개략적 사시도이다.
도 5를 참조하면, 작동층(10)의 상하에 제1, 제2전극(11, 12)가 상호 교차하는 방향으로 배치되어 있다. 제1, 제2전극(11, 12)은 보호층(11a, 12a)에 의해 덮있다.
상기 제1,제2전극(11,12)은 하전입자를 구동하기 위한 전기장발생수단이다. 이 전기장발생수단은 단위 화소의 전체 영역에 걸쳐 전기장을 형성하며, 전기력선의 방향에 따라 하전입자의 이동을 유발한다. 이러한 제1, 제2전극(11,12)은 ITO 등의 투명재료로 형성된다. 제2전극(12)은 제2기판(17)의 내면 즉, 도면을 기준으로 제2기판(17)의 상면에 형성되며, 이 제2기판(17)은 유연한 필름 또는 딱딱한 플라스틱, 유리 기판이 될 수 있다. 이와 같이 제2기판(17)은 다양한 물질로 형성될 수 있으며, 이러한 물질의 선택은 본 발명의 가장 넓은 기술적 범위를 제한하지 않으며 다만 응용가능한 다른 실시예에 속한다.
도면을 기준으로 제1전극(11)의 위에는 제1중간절연층(13a)이 마련되어 있고, 이 위에 제2중간절연층(13b)를 개재한 제1버스전극(14) 및 제2버스전극(15)이 이 마련되어 있고, 제2버스전극(15) 위에는 제1기판(16)이 마련되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 상기 제1버스전극(14) 및 제2버스전극(15)은 상호 교차하는 방향으로 배치되며, 이 들 사이에 자기장발생원으로서의 코일층(18)이 형성된다. 본 실시예에서는 코일층(18)은 서펜타인(serpentine)형이며, 코일층(18)의 일단은 제1버스전극(14)에 연결되며, 타단은 제2버스전극(14)에 연결된다. 여기에서 코일층(18)은 제1버스전극(14)과 같은 층에 형성되며, 제2버스전극(15)과는 제2중간절연층(13b)을 관통하는 콘택홀(13c)를 통해서 연결된다. 그러나, 상기 코일층(18)은 제1버스전극(14), 제2버스전극(15)과 다른 층에 형성될 수 있으며, 그리고 다른 형태로의 변형이 가능하나, 이는 본 발명의 가장 넓은 기술적 범위를 제한하지 않는다.
상기와 같은 화소구조를 가지는 본 발명에 따른 평판표시소자는 제1전극 및 제2전극에 연결되어 하전입자구동을 위한 회로와 제1버스전극 및 제2버스전극에 연결되어 자성입자를 구동하는 회로를 별도로 가진다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 평판표시소자의 개략적 사시도이다. 본 실시예의 평판표시소자는 자기장발생원이 코일층 및 이에 대응하는 버스전극이 상기 작동층의 양측에 대칭적으로 마련되는 구조를 가진다. 이는 작동층의 일측에 자기장발생원이 마련된 것에 비해 강하고 방향성이 좋은 자기장을 형성하기 위한 것이다.
도 7을 참조하면, 작동층(10)의 상하에 제1, 제2전극(11, 12)가 상호 교차하는 방향으로 배치되어 있다. 제1, 제2전극(11, 12)은 보호층(11a, 12a)에 의해 덮있다.
상기 제1, 제2전극(11,12)은 전술한 실시예에서와 같이 하전입자를 구동하기 위한 전기장발생수단이다. 이 전기장발생수단은 단위 화소의 전체 영역에 걸쳐 전기장을 형성하며, 전기력선의 방향에 따라 하전입자의 이동을 유발한다. 이러한 제1, 제2전극(11, 12)은 ITO 등의 투명재료로 형성된다. 제 1 전극(11)과 제 1기판(16)의 사이와 제2전극(12)과 제2기판(17)의 사이에 대칭적 자기장발생수단이 마련된다.
먼저 제1기판(16)측을 살펴보면, 제1전극(11)의 위에는 제1중간절연층(13a)이 마련되어 있고, 이 위에 제2중간절연층(13b)를 개재한 제1버스전극(14) 및 제2버스전극(15)이 이 마련되어 있고, 제2버스전극(15) 위에는 제1기판(16)이 마련되어 있다. 그리고 제2기판(17) 측을 살펴보면, 제2전극(12)의 하부에 제3중간절연층(13d)이 마련되어 있고, 이 밑에 제4중간절연층(13e)를 개재한 제3버스전극(14') 및 제4버스전극(15')이 이 마련되어 있고, 제4버스전극(15) 밑에는 제2기판(17)이 마련되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이 상기 제1버스전극(14)과 제2버스전극(15) 그리고 상기 제3버스전극(14')과 제4버스전극(15')은 상호 교차하는 방향으로 배치되며, 이 들 각 쌍의 사이에 자기장발생원으로서의 코일층(18, 18')이 형성된다. 본 실시예에서는 코일층(18, 18')은 전술한 실시예에서와 같이 서펜타인(serpentine)형이며, 코일층(18, 18')의 일단은 제1버스전극(14)과 제3버스전극(14')에 각각 연결되며, 이들 타단은 제2버스전극(15)과 제4버스전극(15') 각각 연결된다. 여기에서 코일층(18, 18')은 자기력선을 형성할때에 상호 동일방향, 즉 순방향의 자극을 형성하며, 따라서 이들에 의해 강화된 자기력선이 작동층(10)을 통과하게 된다.
여기에서 코일층(18, 18')은 제1버스전극(14)과 제3버스전극(14')과 각각 같은 층에 형성되며, 제2버스전극(15)과 제4버스전극(15')과는 제2중간절연층(13b) 및 제4중간절연층을 관통하는 콘택홀(13c, 13c')를 통해서 각각 연결된다. 그러나, 상기 코일층들(18, 18')은 버스전극과는 별도로 다른 층에 형성될 수 있으며, 그리고 다른 형태로의 변형이 가능하나, 이는 본 발명의 가장 넓은 기술적 범위를 제한하지 않는다.
한편, 작동층(10) 중의 분산되어 있는 하전입자 및 자성입자는 중력에 의해 한쪽으로 치우칠 수 있고 따라서 화상표시가 불가능하게 될 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위하여, 적어도 화소 단위로 작동층(10)을 고립시켜 하전입자나 자성입자의 이동을 방지할 필요있다.
도 9는 화소간의 작동액의 이동을 방지하여 하전입자 및 자성입자의 뭉침, 엉김등을 방지하기 위한 구조를 보인다.
도 9에 도시된 바와 같이 제1전극(11)과 제2전극(12)의 사이에 반구형 단면형상을 가지는 채널(10c)이 형성된 벽체(10b)가 마련되어 있다. 이 벽체(10b)의 채널(10c)에 분산액에 자성입자 및 하전입자가 분산되어 있는 작동액(10a)이 수용되어 있다. 따라서 본 실시예에서 작동층(10)는 채널(10c)이 형성된 벽체(10b)와 채널(10c)에 수용되는 작동액(10a)을 구비한다.
이러한 방법 이외에 도 10에 도시된 바와 같이 상기 작동액(10b)을 캡슐화하여 제1전극(11)과 제12전극(12)의 사이에 개재시킬 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이 작동액(10b)이 공 모양으로 된 구형 캡슐(10d)의 내부에 수용된다.
한편 자성입자들간의 자력에 의한 엉김을 방지하기 위하여 도 11에 도시된 바와 같이, 한쪽 자극(본 실시예에서는 N극) 부분에 적당한 두께를 갖는 비자화물질로된 절연층을 형성한다. 이의 두께는 절연층에 의해 두께가 입자간의 인력을 충분히 약화시켜 상호간의 엉김을 방지할 수 있는 두께가 되도록 한다. 도 11에서는 편의상 자성입자를 사각 단면을 가지는 것으로 도시하였다.
본 발명에 따른 평판표시소자에서의 실질적인 하나의 화소가 전술한 실시예의 화소가 다수개 마련될 수 있다. 이러한 평판표시소자는 일반적인 표시소자에서와 같은 X-Y 매트릭스 구조로 배열된 화소를 가지며, 이러한 화소에 전술한 바와 같은 작동층(10)이 마련된다.
전술한 본 발명에 따른 평판표시소자에서 작동액에 분산되어 있는 입자는 미립상태의 하전입자와 자성 입자를 포함하며, 따라서 하나의 화소에 수백만 입자가 수용될 수 있다. 이하 본 발명에 따른 평판표시소자에서 하전입자의 제조방법에 대해 살펴본다. 하전 입자의 제조는 한국특허공개번호 특2000-0076345, 특2003-0029597의 기술이 이용될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 하전입자는 표면 대전 미립자로서 분산 매체에 분산되어 마이크로 켑슐에 봉입되거나, 케리어 유체에 분산되어 유리 또는 플라스틱 판들 사이에 직접 주입된다. 마이크로 켑슐은 결합제 내에 분산되며, 프린팅 공정등의 공정에 의해 증착되는 것이 바람직하다. 광범위한 색소 입자가 미립자로서 사용될 수 있으며, 그 선택을 좌우하는 주된 표준은 적절한 전하, 크기, 색상 및 아래와 같이 처리될 수 있는지의 여부이다. 입자는 목적에 따라 다양한 크기를 가질 수 있으나 반경이 1㎛정도가 되는 것이 되는 것이 여러가지 측면에서 유리하다.
전술한 바와 같이 본 발명은 양전하와 음전하를 띤 두가지 입자를 요구한다.
미립화되는 입자는 대전제 또는 대전 제어제(charge-control agent, CCA)에 의해 독립적으로 대전될 수도 있고, 유전 유체 내에서의 부유 시 전하를 얻을 수도 있다. CCA는 색소 입자에 첨가되어 표면 전하(제타 전위)를 제공할 수도 있다. CCA는 입자 표면에 직접적으로 흡착될 수도 있고, 또는 입자의 제조시 혼합될 수도 있다. 일반적으로, CCA는 반경이 1㎛인 입자의 표면 상에 50-100 단위 전하와 동일한 제타 전위를 제공한다. 이는 10-4 내지 10-5 ㎠/Vsec 정도의 충분한 전기 영동 기동력을 제공한다. CCA는 프라스틱, 비 프라시틱, 이온성 또는 비이온성 등이 비이온성으로 플라스틱인 CCA로는 폴리에틸렌, 폴리부틴 숙신이미드(polybutene succinimide) 및 다양한 폴리비닐 피리딘 블록 코폴리머가 있다. CCA, 입자의 성분인 안료와 플라스틱의 혼합물 및 그 외의 하부 코팅재는 제타 포텐셜을 고려해서 선정해야하는데, 입자의 광학적 특성과 간섭해서는 안 된다.
CCA는 미립자를 형성하는 공정 동안 폴리머 내에 넣을 수 있는데, 분산 용매에 투입하기 직전이나 밀링하기 직전에 입자에 흡착시키는 것이 좋다. 입자에 포함된 대전제는 마이크로 분상 용매 입자가 장시간에 걸쳐 용해되어, 미립자의 수명 기간 동안 천천히 용액 속으로 분산되어 미립자가 전하를 띄게 해 준다.
입자의 대전을 위한 다른 방법으로 유전 코팅이 있다. 예를 들면 마그네슘 플루오라이드와 알미늄을 진공에서 증발시키면 흑색 코팅이 되고 인디움을 천천히 증착시키면 백색 코팅이 된다.
입자의 대전 방법의 다른 예로서, 마찰 전기 시리즈 상에 서로 거리가 많이 떨어져 있는 상이한 플라스틱들의 셋트를 이용하는 방법이 있는데, 예를 들면 제1색의 폴리에틸렌, 제2색은 나일론 폴리머를 이용하여 서로 마찰시키면, 나이론 입자는 양전하, 폴리에틸렌 입자는 음전하를 띄게 된다.
또 다른 방법은, 용융된 폴리머를 유리관을 통해 흘림으로써 이 과정에서 폴리에틸렌이 음전하를 띄게 된다. 이러한 원리는 분무 또는 그 밖의 공정에 의해 생성된 미립자들을 마찰시켜 전기적으로 대전하는 데 사용될 수 있다.
본 발명에 적용되는 하전입자들은 허용 가능한 광학적인 특성들을 갖고, 유전 용매에 의해 팽윤되거나 연화되지 않아야 하며, 화학적으로 안정해야 한다. 또한, 최종 현탁액은 통상의 작동 조건하에서 침강, 엉김, 또는 응집에 대해 안정해야 한다.
하전 입자의 미립자화는, 그라인딩(grinding), 밀링(milling), 노즐 분무, 회전 분무, 초음파 기술, 또는 폴리머 빌딩 블록등 다양한 종래의 공지 기술 중 하나를 선택한다.
최종의 입자는 일반적으로 구형이며, 크기가 다양하여 그 중 일부 크기의 것을 사용해야 한다. 크기별 분류 방법은 스크린 위에 입자를 두고 스크린을 흔들거나 초음파를 이용하여 스크린을 빠져 나가게 하는 방법 등이 있으며, 당 업계에 잘 알려져 있다. 먼저 너무 작은 입자를 걸러 없앤 후 원하는 사이즈를 거르는 2 단계 방법으로 원하는 크기의 미립자를 얻을 수 있다. 너무 작거나, 큰 입자는 순환하여 쓸 수도 있다. 대전 방법, 미립자화, 크기 선별 등은 당 업계에서 잘 알려져 있는 방법이다.
이하 자성입자의 제조에 대해 설명한다.
자성입자는 구형인 것이 바람직하며, 구형입자의 표면은 2분화되고 각 영역에 다른 색상을 띈다. 이러한 두가지 색상을 띈 구형입자의 제조는 미국특허 4,810,431, 4,143,103에 개시된 방법을 이용할 수 있다.
그 한 방법으로서, 자성체, 플라스틱, 제1색의 안료를 섞어 녹여서 원심 분무를 하여 입자를 만든다. 이 입자를 착자(着磁)하여 한층으로 깔아 놓는다. 착자할 때 인가해 주는 외부 자장은 10,000가우스 이상으로 하여 자성체를 충분히 포화시킨다. 외부 자장의 세기는 다른 방법으로 입자를 만들 때에도 적용한다. 바탕색을 검게 할 때에는 자성체의 색이 검은 색이므로 안료를 석지 않는다. 착자한 상태에서 제2색소를 코팅한다. 코팅 과정에서 고열로 큐어링했을 때에는 다시 한번 착자 과정을 밟아 자성을 강화 시킨다.
다른 방법으로서, 자성체, 플라스틱, 안료를 섞어서 만든 용융액을 상하 두곳으로부터 받아서 섞이지 않게 층류유동(laminar flow)를 유지 하면서 두 용융액의 상하가 바뀌지 않게 한 노즐을 통해 분출 시킨후 50가우스 이상의 자기장을 통과 시킴으로써 착자된 구형의 입자를 얻을 수 있다.
폴리에틸렌 망이나 유리 같은 임시 케리어에 페라이트, 색소, 바인더를 용융하여 섞어서 얇은 두개의 다른 색을 가진 층을 형성한 후, 착자한 후 임시 케리어를 떼어 내고 분쇄하는 방법도 있다. 착자기의 폭을 고려하여 착자하기 전에 폭을 8mm로 만든다. 임시 케리어를 떼어내는 방법은 비틀고 공기 블로어를 사용하는 등 껍질을 떼어낼 때 보통 사용하는 방법을 쓰면 된다. 분쇄는 교반기 등에 넣어 세게 교반하는 일반적인 방법을 사용하며 분쇄 후에는 분말을 취급하는 업계에서 일반적으로 쓰는 다양한 방법을 이용하여 크기를 선별한다. 좀더 자세한 작업 조건의 예는 다음과 같다.
제1층을 위하여 스타이렌 부타디엔 코폴리머 (제1 안료를 원하는 색을 표현하기 위하여 40% - 65% 정도 혼합) 17: 톨루올 25의 비율로 재료 혼합물을 만든다. 이 재료 혼합물을 플라스틱 망 위에 로토그라비어로 코팅하여 오븐에서 섭씨 120도 정도로 말린다. 제2층을 위하여 스타이렌 부타디엔 코폴리머( 40 65%의 제2 안료 포함) 4.5: 바륨 페라이트 0.224: 톨루올 14.5의 비율로 혼합물을 만들어 제1층 위에 도포하여 섭씨 120도에서 건조시킨다. 10,000 가우스 이상에서 착자한다. 프라스틱 망에서 이 막을 구부리고 공기로 부는 등의 방법으로 뜯어 낸 후 분쇄하여 선별한다. 입자의 직경은 두께의 150% 정도가 좋다. 안료의 비율의 예는 산화 티타늄은 코포리머의 186%, 카본 블랙은 코포리머의 67% 정도가 좋다.
셀루로즈 나이트레이트, 에스터 검, 가소제(Plasticizer), 글리콜 에스터, 알코올류, 방향족 탄화수소, 비방향족 탄화수소등이 포함된 락커, 약간 량의 신너와 옥수수 전분(점도를 조절하여 잘 펴지게 하기 위함)과 안료 바륨 페라이트의 혼합물을 만든다. 제 1 층은 락커와 산화 티타늄을 60:50, 제2층은 적색 안료/바륨 페라이트/라커의 비율을 25: 10: 75로 한다. 제1층의 두께는 0.013mm, 적색층의 두께는 0.0065mm로 하여 폴리 에틸렌 막에 도포하는데 두께는 위의 두께에 맞게 간격을 조절한 봉 사이로 막을 당김으로 조절한다. 이후에 착자, 분쇄, 입경별로 선별하여 소망하는 입경의 자성입자를 얻는다.
본 발명에서 이용하는 분산액 즉, 캐리어 액체는 본질적으로 잘 알려져 있다. 캐리어 액체는 극성이거나 또는 비극성일 수 있다. 통상적인 극성 캐리어 액체는 물, 에탄올과 같은 저급 알콜, 합성 에스터 등을 포함한다. 본 발명에서는 물이 바람직하다. 통상적인 비극성 캐리어 액체로는 헵탄, 자이렌, 또는 톨루엔과 같은 유기 용매, 다른 탄화수소, 폴리글리콜, 폴리페닐 에테르, 퍼플루오르폴리에테르, 실라하이드로카본(silahydrocarbon) 또는 스티렌 등을 사용할 수 있다. 대전 입자의 혼탁액과 같은 액을 사용해야 하므로 헵탄, 톨루엔 같은 것이 사용되어 질 수 있다.
입자에 입혀지는 색상 재료로 사용할 수 있는 염료와 색소는 다양하게 구할 수 있고 미국특허 5,717,514, 등에 공개되어 있는데, Baker Chemical의 Cresyl violet blue, Rhodamine 6G, Dupont의 Rhodamine B1. Spirit Blue NS, Victoria Blue B base, R900 titanium dioxide, Ferro의 6331 black pigment Allied Chemicals의 Iosol Blue, Estman의 Acridine orange, Calco의 Oil blue N, Oil black, Cabot의 mogul L carbon black, Monarch 1000 carbon black, 프탈로시아닌 블루, 프탈로시아닌 그린, 다이어리리드 옐로, 다이어리리드 AAOT 옐로; Sun Chemical 사의 퀴나크리돈, 아조, 퍼릴렌 안료 시리즈; Hansa 옐로 G 입자들, Carbon Lampblack등이 있고, 성분으로 분류한 무기 안료는 Barium sulfate (white), Cadmium red, Cadmium sulfo-selenide (black), Calcium silicate (white), Chromium oxide (green), Iron oxide (black), Iron oxide (red) Lead chromate (yellow), Manganese dioxide (brown), Selenium (arsenic dope), Silicon monoxide (reddish brown), Sulfur (yellow), Vermilion red, Zinc oxide (white) Zirconium oxide, 등이 있다. 안료가 빛에 민감하면 적절한 필터를 사용해 주어야 한다.
입자의 켑슐화 등에 대해 살펴본다.
준비된 자성입자 및 하전입자를 직접 밀봉하거나, 일단 마이크로 켑슐에 넣어서 밀봉하여 일종의 종이나 천같이 만드는 단계와 여기에 구동용 전기 장치를 부착하는 단계, 그리고 이 둘을 결합한 완성품을 보호하기 위하여 최종의 내마모성 플라스틱을 코팅하는 단계로 나눌 수 있다. 최종 코팅은 통상의 코팅 방법을 이용하는 방법으로 일반적으로 잘 알려져 있다. 밀봉 단계와 전기 장치 부착 단계의 실시예를 보인다. 사용하는 접착제는 자석이 이미 내장되어 있는 단계에서는 자연 증발 또는 UV 경화 접착제를 사용한다.
마이크로 켑슐을 바인더에 섞어서 직접 기판 위에 코팅하는 방법도 있는데, 이때 상부와의 간격을 유지하기 위하여 스페이서를 마이크로 컵과 함께 섞는 방법과 마이크로 컵 자체를 스페이서 역할을 하도록 하는 방법이 있다. 스페이서는 디스플레이를 타치 스크린으로 쓸 때에 타치를 감지하는 쎈서 역할을 할 수도 있다.
마이크로 컵을 이용하는 방법은 현탁액 또는 마이크로 켑슐과 바인더의 혼합액(이하에서 표시액)에, 다관능성 아크릴레이트, 아크릴화 올리고머와 광개시제를 함유하는 UV 경화성 조성물을 분산시키는 것이다. UV 경화성 조성물은 그 비중이 표시액보다 낮으므로 표시액과 섞이지 않는다. UV 경화성 표시액을 혼합기 내에서 완전히 혼합한 후, Myrad 바 (bar) 법, 그라비어 인쇄법, 닥터 블레이드법, 슬롯 코팅 또는 슬릿 코팅 등의 정밀 코팅 메커니즘에 의해 하부 기판이나 마이크로컵 상에 즉시 코팅한다. 과잉 유체는 와이퍼 블레이드 또는 유사한 장치로 제거한다. 마이크로컵의 격벽 상단 표면에 남아 있는 현탁액은, 이소프로판올, 메탄올, 또는 그들의 수용액 등의 약용매 또는 용매 혼합물을 소량 사용하여 세정할 수 있다. 이후 건조하면, UV 경화성 조성물이 전기영동 유체의 상부에 떠오르게 된다. UV 경화성 조성물이 상부에 부유한 후에 또는 상부에 부유하는 동안, 부유 UV 경화성 층을 경화하여 마이크로컵을 밀봉한다. UV 경화성 물질을 경화하고 밀봉하는 데는, UV를 사용한다.
일레스토머의 팽윤을 이용하여 표시 소자를 밀봉하여 일단 천이나 종이같이 만드는 방법은, 당 발명에서는 혼합 입자에 더 적합한 방법이다. 먼저 입자와 도우 코닝 실가드(Sylgard) 182 같은 투명한 액체 일레스토머를 잘 섞어서 경화하는데 실가드의 경우에는 섭씨140도에 10분간 가열하여 경화하여 평평한 판(스랩)을 만든다. 경화된 판을 실리콘 오일 (예를 들면 도우 코닝 200 fluid, 10cst) 같은 유전액 가소제에 8시간 정도 담구어 두면 일레스토머가 입자보다 가소제를 더 쉽게 흡수하여 부풀어 오른다. 결과적으로 입자가 옆으로 이동할 수는 없으나 제자리에서 회전할 수 있는 공간과 이공간을 채운 유전액(가소제)를 포함한 판이 형성된다. 이 경우에 입자는 폴리에틸렌이나 폴리스타이렌으로 만들 수 있으며 이 재료는 일레스토머보다 프라스티사이저를 덜 흡수하여, 공간을 만들 수 있다.
슬랩 재료로 일레스토머 대신 폴리에틸렌, 폴리스타이렌, 탄력 유리 같이 딱딱한 플라스틱을 써도 된다. 켑슐화는 위의 일레스토머를 쓰는 경우와 같이 입자가 움직일 수 있는 공간을 만들어 이 공간에 속에 입자를 넣는 작업을 총칭하는데, 딱딱한 플라스틱을 쓰는 경우에는 인켑슐런트(켑슐화 시키는 물질)를 휘발성이 있는 용매에 용융시키거나 녹인 물질로 켑슐화 작업을 할 수 있다. 투명한 에폭시 같이 경화시키지 않은 딱딱한 물질도 인켑슐런트로 쓸 수 있다. 중요한 점은 슬랩 재질이 입자보다 가소제를 더 빠르고 쉽게 흡수해야 만 입자가 움직일 공간이 생길 수 있다는 것이다. 이 경우에 입자는 프라스티사이저를 흡수하지 않는 유리나, 조금 밖에 흡수하지 않는 물질로 만들어야 한다.
기름 방울 속에 입자를 포함시켜 이것이 플라스틱 속에 포함되게 하는 방법도 있다. 먼저 입자를 기름과 섞어서 이것을 프라스틱과 섞어서 표시부의 하부 기판 혹은 표시부에 별도의 하부 기판을 사용하지 않을 때는 장치의 최종 하부 기판 혹은 제1 전극 위에 바르고 실내 온도의 바른 공기로 말리면 표면에 얇은 프라스틱의 막이 생긴다. 이후에도 계속해서 8 시간 정도 말리면 표시부가 형성된다. 표시부 내부에는 입자가 기름 방울 안에 떠 있는데 이 입자는 외부의 힘에 움직일 수 있는 상태이다.
켑슐화의 또 다른 방법은 내부에는 표시용 현탁액, 외부에는 플라스틱을 방출하는 동심 이중관을 통해 현탁액이 포함된 실을 방사하여, 이 실로 천을 짜는 방법이 있다.
켑슐 안에 충분한 입자가 필요한 반면 입자가 너무 과밀하게 있으면 서로 충돌하여 입자의 운동에 방해가 되므로 둘 사이에 조화를 이룰 필요가 있다. 입자의 전체 현탁액에 대한 비율은 10% 정도로 하는 편이 바람직하며 20%를 넘지 않는 편이 좋다. 입자의 직경이 가시 광선의 파장보다 짧으면, 빛을 거의 반사하지 못하므로 1 마이크론 이하의 입자는 확실히 스크린하여 없애고, 평균 입도를 2 마이크론 정도로 하는 편이 좋다. 표시 장치를 수직 또는 수직에 가깝게 사용하는 경우가 많고 입자가 서로 엉기거나 침전하는 문제가 있으므로 서브 화소의 폭이 켑슐의 내경의 1.5배 이하로 하고 캡슐의 내경을 200 마이크론 이하로 하는 편이 좋다.
이렇게 만든 판이 종이나 천 같은 판 같은 모양( 이것을 편의상 표시부라고 한다) 이 되는데, 이 판의 외부의 한면 또는 양면에 표시 소자를 구동시킬 전기 장치를 부착하면 전체 디스플레이가 완성된다. 외부의 전기 장치가 표시부의 밀봉 재로 직접 쓰일 수도 있다. 유전액으로부터 입자가 전하를 받아야 하는 경우에는 가소제를 유전 가소제로 한다. 피시비(PCB)를 만들 때에 회로, 마이크로 캡슐(컵이라고 볼 수도 있다), 쏠레노이드를 동시에 만드는 방법도 있다. 피씨비에 구멍을 내면 이 구멍이 마이크로 켑슐이 된다. 이 구멍을 알미늄등 도체로 코팅을 한 후, 나사 탭을 이용하여 나선형으로 코팅 부분의 일부를 제거하면 남은 부분이 코일이 되어 마이크로 켑슐 내벽에 형성된다.
본 발명의 디스플레이장치를 구현함에 있어서, 자성입자 구동을 위한 버스 라인, 전기장 발생용 전극 및 자기장 발생용 코일 등의 설치는 화상표시층, 즉 작동층을 중심으로, 표시면(상부층)과 반대면 (하부층)에 전극, 자극을 모두 부착할 수 있다.
투명한 전극은 ITO, 산화 주석 (Tin oxide -NESA glass), 안티모니를 도핑한 산화 주석, 아주 가는 스테인레스 스틸 와이어(stainless steel wire), 유기 전도체( 고분자 전도체, 분자 유기 전도체), 전도성 분말, 알루마늄, 동, 산화동, 은, 금, 백금, 브라스, 철의 합금 등의 재료를 이용하는데, 금속은 차차 불투명 전극에는 사용하지 않게 되어가고 있다. 고분자 전도체에는 폴리아닐렌(polyaniline)과 그 유도체, 폴리시디오펜(polythiophene)과 그 유도체, 폴리 3, 4 에틸렌디옥시티오핀(poly 3,4-ethylenedioxythiopene- PEDOT)과 그 유도체, 폴리파이롤(polypyrrole)과 그 유도체, 폴리페닐렌비닐렌 (polyphenylene)과 그 유도체 등이 있다. 유기 분자 전도체에는 나프탈린(naphthalene)의 유도체, 프탈로시아닌(phthalocyanine)의 유도체 펜타신의 유도체 등이 있다. 특히 전기장용 투명 전극은 전류량이 중요하지 않기 때문에 아주 얇게 코팅하여 투명성을 높힐 수 있다. 전도성 분말은 듀폰 케미컬의 젤렉 이씨피( Zelec ECP) 전도성 분말 등이 있다. 불투명 전극의 재료는 위의 금속과 흑연 잉크 및 금속 함유 인크, 솔더 페이스트, 동을 도금한 폴리아마이드 등을 사용한다.
각 화소 또는 서브 화소에 트랜지스터(transistor)를 사용하여 진기력을 조절하는 연결 방식은 LCD 판넬과 유사한 형식이며 당업계에 액티브 매트릭스 어드레싱 방법이라고 불리는 잘 알려져 있는 방법이다. 각 화소별로 제어가 가능하기 때문에 본 발명에서 주극과 보조극이 있는 방식에 활용하여 아래에 설명하는 패씨브 메트릭스 어드레싱과 달리 여러 서브 화소를 사용하지 않고도 다양한 계조를 쉽게 표현할 수 있다. 이 방식에서는 먼저 두개의 서브 화소를 한 개의 화소로 하고 각각의 서브 화소에 전극의 주극을 한쪽 끝에, 자극의 주극과을 다른 끝에 설치하고, 각각의 보조극을 주극에서 다른 방향으로 차차 높은 저항을 갖고 병렬로 배치되게 하는 방법이다 다른 잘 알려진 방법에 패씨브 메트릭스 어드레싱 방식이 있는데, 이 경우는 트란지스터를 쓰지 않기 때문에 가격이 저렴하다. 이 방식에서는 행 전극과 열 전극이 만나는 곳의 화소가 양 전극에 전기가 모두 인가되면 전기장이 두배가 되어 화소가 작동하는 방식인데 표시 소자가 문턱 전압을 넘는 경우에만 움직여야 하는 제한이 있다. 이 방식도 콘트롤러에 각 행과 열 별로 트란지스터를 하나 씩 배치하는 방식으로 개선되고 있으며 특히 자극 쪽의 제어는 아주 훌륭하게 수행할 수 있다.
패시브 메트릭스 어드레싱을 사용하면서 계조를 자유롭게 표현하고자 본 발명에서 제안하는 다른 방법은 서브 화소의 수를 늘리는 방법으로 해결할 수 있다. 즉, 서브 화소를, 예를 들면 16개로 하고, 각 서브 화소의 크기를 RGBW(적,녹,청,백) 넷으로 하는 경우의 1/4로 하면, 최대 12계조가 표현될 수 있다. 즉 적색을 표현할 때 백색의 수를 0에서 11까지 바꾸면 12개의 다른 적색이 표현된다. 즉, 서브 픽셀 개개의 강도에서 서브 픽셀의 수로 바꾸면 패시브 매트릭스 디스플레이의 저렴한 생산비, 투자비, 생산과 품질관리(QC)의 용이성과 액티브 메트릭스의 다양한 계조 표현을 모두 달성할 수 있게 된다. 단순히 단색의 표시만 하는 표시판 등에서는 계조 표시를 할 필요가 없으므로 이러한 고려를 할 필요가 없다.
본 발명은 상기한 바와 같이 화상표시수단이 자기장과 전기장을 이용하며 이에 의해 작동되는 입자를 가지는 디스플레이를 제공한다. 이러한 디스플레이는 특히 소위 전자종이로 응용되기 매우 적합하다.
이러한 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 몇몇의 모범적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었으나, 이러한 실시예들은 단지 넓은 발명을 예시하고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이며, 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 구조와 배열에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이며, 이는 다양한 다른 수정이 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
도 1은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 화상표시 개념을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 디스플레이 장치에 적용되는 입자들을 설명하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서 하전 입자의 작동에 따른 화상표시를 설명하는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서 자성 입자의 작동에 따른 화상표시를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 디스플레이 장치에서 한 화소 영역을 발췌해 보인 개략적 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 디스플레이 장치에서 자기장 발생부의 평면적 배치 구조를 보인 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치에서 한 화소 영역을 발췌해 보인 개략적 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 디스플레이 장치에서 자기장 발생부의 평면적 배치 구조를 보인 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 디스플레이장치의 화상표시부인 작동층의 구조의 변형례를 보인 단면도이다.
도 11은 본 발명의 디스플레이장치에 적용되는 자성입자의 한 예를 보이는 도면이다.

Claims (20)

  1. 전면판과 배면판;
    상기 전면판과 배면판의 사이에 마련되는 것으로, 하전입자와 자성입자 및 하전 입자와 자성입자가 분산되는 액체를 포함하는 한 화상표시층;
    상기 하전입자에 전기장을 형성하는 전기장발생부; 그리고
    상기 자성입자에 자계를 형성하는 자계발생부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 화상표시층은 상기 하전입자와 자성입자를 수용하는 캡슐을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기장 발생부는 상기 화상표시층 양측에 위치하는 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기장 발생부는 상기 화상표시층의 일측에 위치하는 자기장 발생 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기장 발생부는 상기 화상표시층의 양측에 위치하는 한쌍의 자기장 발생 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기장 발생부는 상기 화상표시층의 일측에 위치하는 자기장 발생 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하전입자는 음하전입자와 양하전입자를 포함하며, 음하전입자와 양하전 입자는 서로 다른 색상을 띠는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  11. 전면판과 배면판;
    상기 전면판과 배면판의 사이에 마련되는 것으로, 하전입자와 자성입자 및 하전 입자와 자성입자가 분산되는 액체를 포함하는 한 화상표시층;
    상기 전면판에 마련되는 제1전극;
    상기 제1전극에 대해 직교하는 방향으로 배면판에 마련되는 제2전극;
    상기 제1전극과 제2전극의 교차 부분에서 상기 자기광학소자에 자계를 형성하는 자계발생부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1전극 및 제2전극은 다수 X-Y 매트릭스 상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 자계발생부는 상기 제1전극에 나란한 제1버스라인과 제2전극에 나란한 버스라인을 구비하며,
    상기 제1, 제2버스라인 간의 각 교차부에는 상기 제1전극과 제2전극의 교차부분에 자계를 인가하는 자기발생 코일이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 자계발생부는 상기 화상표시층의 양측에 대칭적으로 마련되는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 자계발생부는 서펜타인형 자기발생코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 화상표시층은 상기 하전입자와 자성입자를 수용하는 캡슐을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 하전입자는 음하전입자와 양하전입자를 포함하며, 음하전입자와 양하전 입자는 서로 다른 색상을 띠는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
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