KR100700522B1 - 이-페이퍼 패널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개선된 계조 표현 특성을 가지는 이-페이퍼 패널에 관한 것으로,종래 쿨롱력에 의해 동작하는 이-페이퍼 패널 제조시 상부 전극과 하부 전극의 거리를 일정하게 유지하도록 하고 있으므로 동일한 전하를 가진 토너 입자들이 전계에 의해 동시에 움직이기 때문에 계조 표현의 신뢰성이 낮아지는 문제점이 있었다. 상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 이-페이퍼 패널의 셀에 전계를 가하는 상부 전극 혹은 하부 전극의 형태를 변경하여 하나의 셀 영역을 담당하는 상부 전극과 하부 전극의 거리가 가변되도록 구성함으로써, 인가하는 전압에 따라 구동 토너 입자의 양과 해당 토너 입자들이 분포되는 전극 영역을 정밀하고 신뢰성 있게 조절할 수 있어 계조 표현 특성이 획기적으로 개선되는 효과가 있다.

Description

이-페이퍼 패널{E-PAPER PANEL WITH ENHANCED GRAYSCALE DISPLAY CHARACTERISTIC}

도 1은 종래 이-페이퍼 패널 구조를 보인 단면도.

도 2a 내지 도 2f는 종래 이-페이퍼 패널 제조 과정을 보인 수순 단면도.

도 3은 본 발명 일 실시예의 구조를 보인 단면도.

도 4는 본 발명 다른 실시예의 구조를 보인 단면도.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

10: 하부 기판 20: 하부 전극

30: 하부 절연층 40: 격벽

50: 토너 입자 60: 상부 기판

70: 상부 전극 80: 상부 절연층

100, 120: 상부 기판 110, 130: 상부 전극

본 발명은 개선된 계조 표현 특성을 가지는 이-페이퍼 패널에 관한 것으로, 특히 충돌 대전형 이-페이퍼 패널의 상판 전극 구조를 곡면으로 형성하도록 하여 상부 전극과 하부 전극 사이의 거리에 변화를 줌으로써 전압에 따라 토너 입자들이 이동하여 위치하는 상부 기판 영역의 크기를 조절하여 계조 특성을 향상시키도록 한 개선된 계조 표현 특성을 가지는 이-페이퍼 패널에 관한 것이다.

다양한 표시 장치들의 필요성이 대두되고 있는 가운데, 보다 작은 구동 전력으로 보다 오랫동안 선명한 화질을 제공해 줄 수 있는 이-페이퍼(E-paper) 기술이 개발되었다.

이-페이퍼 기술은 전기장에 의한 마이크로 입자의 빠른 이동을 이용하여 일정한 공간 내에 부유하는 대전된 입자를 정전기적으로 이동시켜 색을 표시하는 기술로서, 어떠한 극에서든 이동이 일어난 후에는 메모리 효과로 인해 전압을 제거해도 입자들의 위치변화가 없기 때문에 이미지가 사라지지 않아 마치 종이에 잉크로 인쇄된 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 자체적인 발광은 하지 않지만 시각 피로도가 대단히 낮아 실제 책을 보는 것과 같은 편안한 감상이 가능하며 패널의 유연성이 뛰어나 구부릴 수 있는 정도가 높으며 그 두께 역시 대단히 얇게 형성할 수 있어 미래형 평판 표시 기술로 큰 기대를 모으고 있다. 또한, 언급한 바와 같이 한번 표시된 이미지가 패널을 리셋하지 않는한 오랜시간 유지되기 때문에 소비전력이 극히 낮아 휴대용 표시 장치로서의 활용성이 뛰어나다. 특히, 간단한 공정 및 저가 재료에 의한 낮은 가격은 이-페이퍼 패널의 대중화에 기여할 것으로 예상되고 있다.

도 1은 건식 입자를 이용하는 종래의 충돌 대전형 이-페이퍼 패널의 단면을 보인 것으로, 그 구조는 절연층(30, 80)으로 코팅된 투명 전극(ITO)들(20, 70)이 형성된 상하부 기판들(10, 60) 사이에 격벽(40)이 형성되며, 상기 격벽(40)에 의해 확보된 공간에 정대전된 토너 입자들과 부대전된 토너 입자들(50)이 존재하는 비교적 간단한 구조이다.

상기 하부 기판(10)과 상부 기판(60)의 두께는 제약이 없으나, 정전기력으로 토너 입자들(50)을 움직여야 하므로 실제 격벽(40)의 두께(수십~수백㎛)나 토너 입자들(50)의 크기는 대단히 미소하다는데 주의한다. 그리고, 상기 상하부 기판들(10, 20)의 두께에 비해서 투명한 상하부 전극들(20, 70)의 두께는 표현된 것 보다 훨씬 얇고, 상기 전극들(20, 70)과 토너 입자들(50)의 접촉에 의한 전자 이동을 방지하도록 상기 전극들(20, 70)에 코팅된 절연층(30)의 두께 또한 얇다는데 주의한다.

상기와 같은 구조로 이루어진 이-페이퍼의 동작 원리를 알아보면, 먼저 상기 흑색 토너 입자가 정대전되고, 백색 토너 입자가 부대전되었다고 가정(반대로 대전될 수도 있음)한다. 먼저, 상부 전극(70)에 -전압을 인가하고, 하부 전극(20)에 +전압을 인가하면 쿨롱력에 의해 정대전된 백색 입자는 상부 기판(60)쪽으로 이동하고, 부대전된 흑색 입자는 하부 기판(10)쪽으로 이동한다. 상부 기판(60)쪽에 백색 토너 입자(50)가 위치하고 있으므로, 외부에서 관찰할 경우 백색으로 보이게 된다. 반대로, 상부 전극(70)에 +전압을 인가하고, 하부 전극(20)에 -전압을 인가하면 부대전된 흑색 입자는 상부 기판(60)쪽으로 이동하고, 정대전된 백색 입자는 하부 기판(10)쪽으로 이동하여 흑색으로 표시되게 된다. 따라서, 처음에 모든 셀이 백색으로 보이도록 전압을 가한 후, 원하는 셀만 반대 전압을 가해 흑색으로 보이도록 하 는 것으로 그림이나 문자등을 표현할 수 있게 되는 것이다.

도 2는 도 1에 도시한 종래 건식 이-페이퍼 패널을 제조하는 과정을 보인 수순 단면도이다.

먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이 하부 기판(10) 상부에 투명한 하부 전극(20)과 절연층(30)을 차례로 형성한다. 상기 이-페이퍼 패널의 기본 전극 구조는 매트릭스 구조이므로 상기 하부 전극(20)은 우측에 도시한 사시도와 같은 형태를 가진다. 상기 투명 전극은 ITO인 것이 바람직하며, 그 상부에 적용되는 절연층(30)은 생략되어도 구동에는 문제가 없으나, 대전된 토너 입자들이 전극에 밀착되면서 전자 이동이 발생하게 되면 메모리 효과가 감소되어 새로운 전원 인가 없이 영상을 오랫동안 보존하기 어려울 수 있으므로 적용되는 것이 바람직하다.

그리고, 도 2b에 도시한 바와 같이 상기 기판 상부에 격벽(40)을 형성한다. 상기 격벽(40)은 단순히 셀 단위를 구분하기 위한 용도로 사용되는 것이므로 그 재료는 폴리머, 무기질 소재 등 다양할 수 있는데, 일반적으로 격벽(40)을 구성하기 위한 방법으로는 포토레지스트를 이용하는 포토리소그래피 방법, 감광성 폴리머를 이용하는 방법, 미리 만들어진 재료를 잘라서 사용하는 라미네이팅 방법등이 사용될 수 있으며, 접착의 경우 자외선 접착제와 자외선 조사등의 방식으로 기 형성된 하판 상에 적용될 수 있다. 일반적인 격벽(40)은 우측의 사시도와 같은 격자 구조를 가지게 된다.

그리고, 도 2c에 도시한 바와 같이 코로나 방전등을 이용하여 음으로 대전시킨 토너 입자들(50)을 노즐로 분사하여 상기 격벽(40)으로 구분된 공간 상에 주입 한다. 이때, 하부 전극(20)에 양전압을 인가하거나 기판(10) 하부에 양전계를 가할 수 있는 수단을 부가하여 분사되는 토너 입자들(50)이 격벽(40) 내부에 쉽게 도달할 수 있도록 한다. 상기 토너 입자들(50)은 내부적으로 대전 특성을 조절할 수 있는 첨가물질을 가지고 있으며, 토너 입자들(50)끼리 충돌하게 되면 대전 특성이 나타나게 되므로 주입을 위해 음으로 대전한다 하더라도 패널 완성후 전극에 교류를 인가하게 되면 자신의 대전 특성을 찾을 수 있게 된다.

그리고, 도 2d에 도시한 바와 같이 상기 격벽(40) 상부에 위치한 토너 입자들(50a)을 다양한 방법으로 제거한다. 가장 일반적인 방법은 접착제를 바른 롤러등으로 격벽(40) 상부의 토너 입자들(50a)을 흡착시켜 제거하는 방법이 있으며, 별도의 마스크를 격벽(40) 상부에 배치한 상태로 토너 분사를 마친후 해당 마스크를 제거하는 방법 등도 사용할 수 있다.

그리고, 도 2e에 도시한 바와 같이 상판으로 사용하기 위해 하판과 동일한 공정으로 투명 상부 기판(60)에 차례로 투명 상부 전극(70) 및 상부 절연층(80)을 형성한다. 이때의 상부 전극(70) 역시 도 2a에 도시한 바와 같은 구조를 가질 수 있으나 방향은 하부 전극과 수직 방향을 가지도록 한다.

그리고, 도 2f에 도시한 바와 같이 상기 형성한 상판(60, 70, 80)을 기 형성된 하판(10, 20, 30) 및 격벽(40) 상부에 배치하여 접합한다. 이후, 필요하다면 각 전극에 반대 전압을 교번하여 반복 인가하는 것으로 토너들(50)을 움직여 서로 출돌시켜 각각 음 혹은 양으로 대전되도록 한다.

이러한 건식 이-페이퍼 패널은 응답속도 및 공정 용이성 면에서 기존의 액상 형보다 뛰어나지만, 토너 입자들의 이동 정도를 상하판에 가하는 전압으로 정확히 제어하기 어려워 계조 표현의 신뢰성을 유지하기 어려운 문제점이 있었다.

이-페이퍼 패널의 동작 원리인 쿨롱의 법칙(F=k×q1×q2/R²)에 따르면, 거리가 멀어질수록 토너 입자를 움직이는데 더 많은 힘(쿨롱력)이 필요하며, 거리가 가까워질 수록 토너 입자를 움직이는데 더 작은 힘이 필요하게 된다.

이러한 쿨롱력에 의해 동작하는 이-페이퍼 패널 제조시 앞서 제조 과정에서 보인 바와 같이 상부 전극과 하부 전극의 거리를 일정하게 유지하도록 하고 있으므로 동일한 전하를 가진 토너 입자들이 전계에 의해 동시에 움직이기 때문에 전압 조절을 통한 정확한 계조 표현이 어려운 문제점이 있었다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 이-페이퍼 패널의 셀에 전계를 가하는 상부 전극 혹은 하부 전극의 형태를 변경하여 하나의 셀 영역을 담당하는 상부 전극과 하부 전극의 거리가 가변되도록 구성함으로써, 인가하는 전압에 따라 구동 토너 입자의 양과 해당 토너 입자들이 분포되는 전극 영역을 정밀하고 신뢰성 있게 조절할 수 있도록 한 개선된 계조 표현 특성을 가지는 이-페이퍼 패널을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 상하방향으로 상호 이격된 상부 기판 및 하부 기판; 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판의 사이에 배치되어 대전된 토너 입자들이 주입된 셀 영역을 형성하는 격벽; 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 각각에 마련되는 상부 전극 및 하부 전극을 포함하며, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극 중 적어도 하나의 전극 형상은 상기 상부 전극과 상기 하부 전극사이의 상하방향의 거리가 상하방향에 수직한 평면상의 위치에 따라 변화되게 변경되며, 상기 상부 전극 및 상기 하부 전극 각각의 형상은 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판의 형상에 의해 결정되는 것을 특징으로 합니다.

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상기한 바와같은 본 발명을 일 실시예를 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명 일 실시예의 구조를 보인 것으로 도시한 바와 같이 이-페이퍼 패널의 상부 기판(100) 및 해당 상부 기판(100)에 형성된 상부 전극(110)의 변경된 구조와, 이러한 변경된 구조를 이용한 계조 표현 상태를 보이고 있다.

이-페이퍼 패널의 기본적인 동작 방식은 동일하게 대전된 토너 입자들(50)을 상부 전극(110)과 하부 전극(20)에 가하는 전압에 의해 이동시켜 원하는 색상의 토너 입자들(50)이 상부 전극(110) 쪽에 모이도록 하는 것이다. 즉, 쿨롱력에 의한 입자들(50)의 이동을 기본 원리로 하기 때문에 개별 토너 입자들(50)을 이동시키기 위한 힘은 쿨롱의 법칙(F=k×q1×q2/R²)에 따라 발생되게 되므로, 도시된 바와 같이 상부 전극(110)과 하부 전극(20) 사이의 거리를 점진적으로 변화시키는 구조로 상부 전극(110)을 형성하게 되면 해당 셀의 상부 전극(110)과 하부 전극(20)에 고정된 전압을 인가하더라도 토너 입자들(50)이 느끼는 쿨롱력은 각각 틀리게 된다. 즉, 상기 상부 전극(110)은 상기 상부 전극(110)과 상기 하부 전극(20)사이의 상하방향의 거리가 상하방향에 수직한 가상의 평면상의 위치에 따라 변화되게 변경되어 하부 전극(20)과 상하방향 거리가 가까운 상부 전극(110) 영역의 하부에 위치한 토너 입자들(50)이 받는 힘은 커지고 하부 전극(20)과의 상하방향 거리가 먼 상부 전극(110) 영역의 하부에 위치한 토너 입자들(50)이 받는 힘은 상대적으로 작아지게 된다.

따라서, 도시된 바와 같이 셀 위치에 타원형 요입부를 가지도록 상부 기판(100)을 형성한 경우, 상하부 전극(110, 20) 사이에 가하는 전압을 높일수록 토너 입자들(50)이 타원의 하부로부터 상부까지 전압 증가에 따라 순차적으로 배치되므로 강한 전압을 가하는 경우에는 도면의 우측 셀과 같이 상부 전극(110)의 모든 영역에 토너 입자들(50)이 위치하게 되며, 중간 정도의 전압을 가하는 경우에는 도면의 중간 셀과 같이 상부 전극(110)의 일부 영역에 토너 입자들(50)이 위치하게 된다. 즉, 전압을 높임에 따라 셀의 주변 영역부터 토너 입자들(50)이 분포하기 시작하여 최고 전압을 가하면 모든 셀 영역에 토너 입자들(50)이 분포하므로 상기 전압 조절을 통해 계조를 신뢰성 있게 표현할 수 있다.

상기 상부 기판(100)의 셀 영역에 형성된 요입부 구조물은 상부 전극(110) 라인을 따라 일렬로 형성된 고랑 형태를 가질 수도 있고, 셀 영역에 맞추어 도트 형태로 형성될 수도 있다. 그리고, 상부 기판(100)이 아닌 하부 기판(10)에 요입부 구조물을 형성하는 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있으며, 두 기판 모두에 요입부 구조물을 형성하는 것도 가능하다.

도 4는 본 발명 다른 실시예의 구조를 보인 단면도로서, 도시한 경우에는 단면이 반 타원인 돌출 구조물을 형성한 상부 기판(120)을 이용하여 이-페이퍼 패널 을 형성한 경우로서, 이 경우에는 도 3에 도시한 경우와 다르게 상부 전극(130)과 하부 전극(20)에 가하는 전압을 높일 수록 셀의 중심 영역부터 토너 입자들(50)이 배치되기 시작하여 최고 전압을 인가할 경우 모든 셀 영역에 토너 입자들(50)이 배치되는 동작 특성을 보이게 된다. 기본적인 동작 원리는 상기 도 3과 유사하다.

상기 도 3과 도 4에 도시한 변경된 셀 영역 기판 혹은 전극 구조는 다양한 방법을 통해 변경될 수 있는데, 기판에 요철 구조를 형성하지 않고 요철 구조를 위한 부가적인 절연층을 더 사용할 수 있으며, 전극층을 중첩하여 요철 구조를 형성할 수도 있다. 또한, 상기 요철 구조를 도시한 바와 같이 부드러운 호를 가지는 타원 형태가 아닌 계단형이나 다양한 다면체 형태로도 형성할 수 있다.

전술한 바와 같이 하나의 셀을 담당하는 상부 전극과 하부 전극 사이의 거리가 가변되도록 셀 구조를 변경하는 것으로 보다 세밀하고 신뢰성 있는 계조 표현이 가능해질 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명 개선된 계조 표현 특성을 가지는 이-페이퍼 패널은 이-페이퍼 패널의 셀에 전계를 가하는 상부 전극 혹은 하부 전극의 형태를 변경하여 하나의 셀 영역을 담당하는 상부 전극과 하부 전극의 거리가 가변되도록 구성함으로써, 인가하는 전압에 따라 구동 토너 입자의 양과 해당 토너 입자들이 분포되는 전극 영역을 정밀하고 신뢰성 있게 조절할 수 있어 계조 표현 특성이 획기적으로 개선되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 상하방향으로 상호 이격된 상부 기판 및 하부 기판;

   상기 상부 기판 및 상기 하부 기판의 사이에 배치되어 대전된 토너 입자들이 주입된 셀 영역을 형성하는 격벽;

   상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 각각에 마련되는 상부 전극 및 하부 전극을 포함하며,

   상기 상부 전극 및 상기 하부 전극 중 적어도 하나의 전극의 형상은 상기 상부 전극과 상기 하부 전극사이의 상하방향의 거리가 상하방향에 수직한 평면상의 위치에 따라 변화되게 변경되며,

   상기 상부 전극 및 상기 하부 전극 각각의 형상은 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판의 형상에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 이-페이퍼 패널.
2. 제1항에 있어서, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이의 방향 거리는 상기 평면상의 위치에 따라 점진적으로 변화되는 것을 특징으로 하는 이-페이퍼 패널.
3. 제2항에 있어서, 상기 상부 전극과 상기 하부 전극 중 적어도 어느 하나의 전극에는 상기 셀 영역으로 점진적으로 돌출된 돌출부나 상기 셀 영역으로부터 점진적으로 요입된 요입부가 형성된 것을 특징으로 하는 이-페이퍼 패널.
4. 제3항에 있어서, 상기 돌출부 혹은 요입부는 부드러운 호를 가지는 것을 특징으로 하는 이-페이퍼 패널.

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