KR101098515B1 - 능동 소자 재료의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

능동 소자는 일렉트릿 에멀젼에 기초하고 중성 액체에서 에멀젼 상태로 예비-분극화된 일렉트릿 물질의 입자들을 포함하고 상기 입자들의 양극들은 다른 색들로 채색된다. 상기 능동 소자를 위한 중성 액체를 제조하기 위한 액상의 불화탄소가 사용된다. 상기 능동 소자를 위한 일렉트릿 물질을 제조하기 위한 고상의 중합된 불화탄소 또는 일렉트릿 밀랍이 사용된다. 상기 능동 소자는 제어 전압의 인가에 의해 색을 변화시키는 시각적 매트릭스 디스플레이들, 인디케이터들, 표면들 및 표면 코팅들을 제조하기 위해 사용된다.

Description

능동 소자 재료의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING ACTIVE ELEMENT MATERIAL}

본 발명은 제어 전압의 인가에 의해 색을 변화시키는 표면들 및 표면 코팅들과 같은 능동 소자 재료의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 매트릭스 디스플레이들 및 인디케이터들에서 사용되는 소자들에 관한 것이다.

다양한 소자들이 다른 전자 디스플레이들에서 이미지들 및 정보를 시각화하기 위하여 사용되며, 전자 디스플레이들은 두 개의 주요한 그룹들, 즉, 능동(active) 디스플레이들 및 수동(passive) 디스플레이들로 구분된다.

수동 디스플레이들에 있어서, 제어 신호는 매트릭스 입자들의 반사 레벨을 변화시키고 외부 광을 사용하여 가시적인 이미지를 형성된다. 상기 광은 제어 전극들 사이에서 생성된 전기장에 따라 반사되거나 흡수된다. 수동 디스플레이들의 에너지 소비는 더 낮고 강렬한 외부 광의 조건들에서 읽기가 더 용이하다. 능동 디스플레이들에 비해 수동 디스플레이들의 주요한 약점은 낮은 콘트라스트(contrast) 레벨들, 낮은 시야각 및 낮은 반응 횟수들이며, 이러한 디스플레이들의 주요한 장점은 낮은 에너지 소비이다. 수동 디스플레이들은 예를 들면 전력 소비가 문제되는 시계, 계산기, 및 이동 전화들과 같은 배터리에 의해 전원이 공급되는 장치들에서 사용된다.

능동 디스플레이들에 있어서, 상기 이미지는 다른 강도를 갖는 각각의 매트릭스 방출 광의 도트(dot)에 의해 형성된다. 상기 매트릭스의 각각의 도트는 필름 기술에 의해 만들어지는 트랜지스터들에 의해 변화(스위치)될 수 있는 발광 다이오드 또는 상기 도트들의 변화(스위치)를 가속화하는 발광 소자들(플라즈마 솔루션 등)로 만들어진다. 이러한 종류의 디스플레이들은 더욱 많은 소스 에너지를 필요로 하며, 수동 디스플레이들에 비해 상기 이미지의 콘트라스트는 더욱 우수하고 더 넓은 이미지 시야각을 갖는다. 능동 디스플레이들은 예를 들면 전력 소비가 적게 문제되는 더 큰 휴대용 장치들 및 고정된 메인들에 의해 전력이 공급되는 장치에 사용된다. 능동 디스플레이들의 주요한 약점은 광 강도가 상당히 낮고 상기 이미지는 강렬한 외부 광(예를 들면 직접적인 햇빛)의 조건에서 가시적이지 않고 또한 제조비용 및 에너지 소비가 상대적으로 높아 이들의 시행 가능성을 제한시킨다.

또한 일반적으로 알려진 소위 전자기적 인포(info) 테이블들(스코어보드들)은 전자석에 제공된 전기적 펄스의 분극에 의존하며, 여기서 플레이트(일측면 상에 색광(coloured light) 및 다른 측면 상에 암광(dark light))는 자신의 일측면 또는 다른 측면을 관찰자에게 전환시킨다. 코일들을 사용하므로 도트들을 매우 작게 하는 것이 가능하지 않고 상기 장치의 기계적인 비활성(inertness)이 매우 높다. 이것은 이러한 종류의 디스플레이들의 시행 영역들을 상당히 제한시킨다.

유사한 디스플레이들로서 알려진 몇몇의 다른 특허들이 있다. 미국등록특허 제4,288,788호에 개시되어 있는 정전기적 디스플레이는 큰 숫자 테이블들(스코어보드들)을 제조하는 데 사용된다. 상기 숫자들을 생성하기 위하여 전기적 구성요소들과 같은 큰 스트립이 사용된다. 이러한 요소들을 사용함으로써 여덟 개의 표시 패턴들이 구성될 수 있다. 어떤 숫자를 시각화하기 위하여 몇 개의 구성요소들이 제어 전압에 의해 전하를 갖고 상기 필요한 스트립들은 자신들의 명(light) 또는 암(dark) 측부를 관찰자에게 전환시킨다. 또한 숫자 테이블(스코어보드)로서 미국등록특허 제4,163,162호에는 상기 전자석이 정전기적 구동기에 의해 대체되는 방법이 개시되어 있다. 이러한 솔루션들의 주요한 약점들은 고전압이 필요하고 그들의 최소 물리적 크기들이 더 작은 고 해상도 디스플레이들에 사용하기가 불가능하다.

국제특허출원 WO 03034140호에는 입자들의 광 투과 또는 반사가 인가된 전기장에 의존하는 단분자 단일막들로 이루어진 디스플레이가 개시되어 있다.

본 발명의 목적과 가장 유사한 것은 미국등록특허 제6,054,071호에 개시되어 있으며, 페이퍼 내부로 위치하는 작은 일렉트릿(electret) 입자들을 사용하여 이미지들을 생성하는 전기 페이퍼 디스플레이를 형성한다. 상기 입자들은 전기장이 인가될 때 분극화된다. 첨가되는 파우더 염료는 어떤 분극을 갖는 입자의 극을 커버하고 상기 이미지는 상기 페이퍼에서 형성된다. 이러한 솔루션의 약점은 이미지를 구성하는 과정에서 상기 입자들이 페이퍼 디스플레이 내부에서 분극화(polarized)되고 채색화(coloured)되어 상기 솔루션의 실현을 매우 어렵게 만드는 것이다. 상기 결과가 본 발명과 유사할 지라도, 원리는 다르다. 본 발명은 관찰자에 대하여 예비-분극화되고 예비-채색화된 입자들의 오리엔테이션을 변화시키기 때문에 다르 다.

본 발명은 에멀젼 상태로 부유하는 예비-분극화되고 예비-채색화된 마이크로 입자들이 이들의 오리엔테이션을 변화시키는 제어 전압을 인가함으로써 이미지를 형성하는 능동 소자의 구성에 관련된다.

본 발명의 목적은 높은 콘트라스트 및 낮은 에너지 소비의 매트릭스 디스플레이들 및 빠른 반응 시간들 및 높은 가시성을 갖는 표면들의 구현을 가능하게 하는 능동 소자를 제조하는 것이다.

본 발명에 설명되는 능동 소자는 일렉트릿 에멀젼들에 기초하는 디스플레이들 및 표면들의 제조를 가능하게 하며 다음과 같은 장점들을 갖는다.

- 색 디스플레이를 생성하기 위하여 정밀하고 비싼 광학 필터들을 사용할 필요가 없으므로 기술적 단순성, 높은 제조 공간 및 낮은 제조 단가들

- 이미지의 높은 콘트라스트 레벨

- 낮은 에너지 소비

- 제어 전압이 꺼진 후 높은 이미지 유지

- 강렬한 외부 광의 조건들에서 이미지의 좋은 가시성

- 물리적 현상들의 사용 횟수에 대한 내재적인 안정성에 기인한 긴 수명

상술한 특징들은 본 발명이 상기 제어 전압이 스위치 온 또는 오프되면 색을 변화시킬 수 있는 표면들 및 표면 코팅들뿐만 아니라 다른 디스플레이들 및 인디케이터들에 추가적으로 사용되는 것을 가능하게 한다.

본 발명에 따라 생성된 능동 소자는 예비-분극화되며 예비-채색화되고 다른 채색화된 극들(poles)을 갖는 마이크로 입자들을 포함하는 에멀젼에 기초한다. 디스플레이 도트의 색은 극이 관찰자에 대해 전환되는 것에 의존한다. 상기 입자들은 일렉트릿 물질로 만들어지고 예비-분극화되어 전기장이 제어 전압에 의해 인가될 때 그들의 오리엔테이션을 변화시킨다. 제어 전극들 사이의 전기장의 분극화가 변하게 되면 상기 입자들의 오리엔테이션도 변화한다.

본 발명은 또한 일반적으로 알려진 방법들(색 이미지가 다른 주된 색 구성요소들의 이미지의 광 혼합에 의해 형성되는 방법)에 의해 색 디스플레이들을 생성할 수 있다.

본 발명의 특징들 및 기타 이점들은 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 참조하여 다양한 실시예들을 상세하게 기술함으로써 더욱 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매트릭스 디스플레이의 능동 소자를 나타내는 단면도이다.

도 2는 도 1의 매트릭스 디스플레이를 나타내는 평면도이다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 실시예들에 설명되는 모든 조합들(combinations)이 본 발명에 있어서 필수 불가결한 것은 아니다. 실시예 1 내지 3은 능동 소자의 서로 다른 제조 방법들을 나타낸 다. 실시예 4는 상기 능동 소자의 사용을 나타낸다.

실시예 1 - 본 발명에 따른 능동 소자 재료의 제조 방법 1

본 발명에 따른 능동 소자 재료를 제조하기 위하여 비-중합 일렉트릿 물질(non-polymerized electret material)(예를 들면, 테프론(Teflon))이 광색성 안료(예를 들면, UV 조사에 의해 변색/탈색되는 안료)와 혼합된다. 상기 혼합된 물질은, 혼합되지 않는(non-blending) 동일한 밀도의 적당한 중성 액체, 예를 들면, 불화-탄소(fluorine-carbon)에서 유화된다. 상기 혼합물은 대기 조건이 아닌 제어된 압력 및 온도 하에서 상기 일렉트릿 액체 내의 입자들을 중합시킨다. 이어서, 상기 혼합물은 고온에서 강한 전기장을 받고 (예를 들면 상기 혼합물이 흘러, 상기 유화의 연속적이고 높은 부피를 생성할 수 있는 얇은 파이프에서) 냉각되어, 상기 입자들은 전하를 얻게 된다.

이후, 상기 전하를 갖는 입자들은 투명한 파이프에서 높은 UV 조사와 분극화 전기장을 받고 상기 입자들의 하나의 극은 색을 변화시키게 된다.

응용에 있어서 매우 낮은 에너지를 소비하는 장치들의 사용에도 적합한 상기 일렉트릿 유화의 좋은 절연 특성들 때문에 상기 이미지는 제어 전압이 제거된 후에도 유지된다.

상기 일렉트릿 유화를 생성하는 것은 연속적인 제조 공정이 될 수 있다.

실시예 2 - 본 발명에 따른 능동 소자 재료의 제조 방법 2

본 실시예에 있어서, 액상의 단량체의 중합 대신에 일렉트릿(예를 들면, 밀랍들(waxes))을 단순히 용해하는 방법이 사용되어 능동 소자를 얻을 수 있다. 사용되는 일렉트릿은 캐리어 액체(예를 들면, 불화탄소와 같은 중성 액체)에 용해된 상태로 유화된다.

상기 유화된 에멀젼은 높은 온도에서 강한 전기장을 받고 (예를 들면 상기 혼합물이 흐를 수 있는 얇은 파이프에서) 냉각되어 상기 입자들은 전하를 갖게 된다.

전하를 갖는 상기 입자들은 투명한 파이프에서 높은 UV 조사와 분극화 전기장을 받고 상기 입자들의 하나의 극은 색을 변화시키게 된다.

실시예 3 - 본 발명에 따른 능동 소자 재료의 제조 방법 3

본 실시예는 이와 다른 방법으로서 다른 색들을 갖는 측면들을 구비하는 일렉트릿 물질 이중 필름을 생성하여 능동 소자를 얻는다. 상기 필름은 가로방향의 강한 직류 전기장으로 가열되고 상기 필름의 물질이 상기 표면에 대해 십자형으로 안정적인 극성을 갖는 온도로 냉각된다. 상기 최종적인 필름의 한 측면은 하나의 극성을 갖고 또 다른 측면은 반대 극성을 갖게 된다. 상기 필름은 매우 작은 조각들로 절단되고 구형의 입자들을 만들기 위하여 볼 밀(ball mill)에서 연마되거나 소프트 몰딩되어, 상기 조각들은 필요하다면 적당한 유화제들을 사용하여 동일한 밀도의 액체 환경으로 혼합된다.

본 발명의 실시예들에 따른 생성된 능동 소자는, 중성 액체에서 에멀젼 상태로 예비-분극화(pre-polarised)되고 예비-채색화(pre-coloured)된 일렉트릿 물질을 포함하고 상기 사용된 입자들 각각의 전극(electric pole)은 다른 색을 갖는 것을 특징으로 하는 일렉트릿 에멀젼을 기초로 한다.

실시예 4 - 전자 장치의 매트릭스 디스플레이들, 및 색을 변화시키는 표면들 및 표면 코팅들에서의 본 발명에 따른 능동 소자의 사용

본 발명에 다른 능동 소자는 예를 들면 전자 장치(컴퓨터, TV, 이동 전화, 인디케이터(indicator) 등)에서의 사용을 위한 매트릭스 디스플레이들, 및 색을 변화시키는 표면들 및 표면 코팅들을 제조하는 데 사용될 수 있다. 상술한 일렉트릿 에멀젼에 기초하고 중성 액체에 에멀젼 상태로 예비-분극화된 물질의 입자들을 포함하며 상기 입자들의 양극들은 다른 색들로 채색된 능동 소자는 디스플레이 또는 표면 코팅의 두개의 층들 사이에 배치되고, 디스플레이 또는 표면 코팅은 투명한 외측 플레이트(1)로 구성되고, 투명한 제어 전극(2)은 외측 플레이트(1) 상에 배치된다. (상기 디스플레이의 크기에 비교하여) 작은 거리만큼 떨어져 내부 플레이트(3)가 있고, 내부 플레이트(3) 상에 다른 제어 전극들(4)이 배치된다. 제어 전극들(2, 4) 사이의 갭은 일렉트릿 에멀젼으로 채워지고, 일렉트릿 에멀젼은 동일한 밀도의 액체에서 부유하며 관찰자에게 그들의 오리엔테이션(orientation)을 변화시킬 수 있는 고체 일렉트릿 입자들(5)을 포함한다. 입자들(5)은 직류 전류로 예비-분극화(pre-polarised)되어 있고 상기 입자들 각각의 극(pole)은 다른 색(colour)을 갖는다.

이미지를 생성시키거나 표면 코팅의 색을 변화시키는 것은 상기 제어 전극들 사이의 전압의 분극에 의해 제어되어 관찰자에게 전환되는 일렉트릿 입자의 측면에 의존한다. 이미지를 생성하기 위하여 제어 전극들(2, 4) 사이의 제어 전압은, 상기 분극을 변화시키는 것이 상기 입자들이 외측 플레이트(1)에 대하여 일측면 또는 다른 측면으로 전환시켜 상기 매트릭스의 대응하는 도트가 명 또는 암이 되도록, 또는 이후 채색화된 입자들이 하나의 색 또는 또 다른 색으로 사용되도록 하는 방법으로 변화된다. 색 디스플레이는 다른 색 입자들로 구성된 스트립들(또는 다른 형상들)로 구성된다.

본 발명에 따른 솔루션에 사용된 입자들(5)은 매우 작으며(0.1 내지 100 ㎛) 낮은 (100V 이하) 제어 전압을 조정함으로써 매우 선명한 이미지들을 가시화할 수 있다. 입자들(5)은 동일한 밀도의 중성 캐리어에 부유되어 빠르고 정확한 제어(회전)가 가능하다. 상기 중성 캐리어는 상기 제어 전극들 또는 입자들(5)에 사용된 물질과 반응하지 않는다. 상기 중성 캐리어는 상기 생성된 이미지가 상기 제어 전압이 스위치 오프된 후에도 유지될 수 있는 매우 좋은 절연체이다(예를 들면 불화탄소가 사용되면 상기 전하들은 몇 주 동안 보유될 수 있음). 상기 디스플레이의 에너지 소비가 매우 작으므로, 에너지는 상기 제어 전극들에 의해 형성된 커패시터를 오버차징하는 데에만 소비된다.

본 발명에 따른 능동 소자를 사용함에 따라 전자 장치를 위한 높은 해상도 및 낮은 소비 전력을 갖는 매트릭스 디스플레이들을 제조할 수 있다. 상기 디스플레이의 해상도는 상기 능동 소자가 사용되는 목적에 따라 인치 당 1,000 도트들(다 른 경우들에 있어서 더 높을 수 있음)까지 증가될 수 있다. 더 높은 해상도를 얻기 위하여 더 작은 입자들이 사용될 수 있다. 입자들(5)의 최소 크기는 사용되는 물질들의 특성에 따라 결정될 수 있으며 수 십 나노미터들의 크기를 가질 수도 있다.

상기 능동 소자의 사용 목적에 따라 가능한 높은 콘트라스트 레벨을 달성하기 위하여, 다른 광색성 안료가 각 케이스에 선택될 수 있다. 상기 안료는 흑백 디스플레이의 제조를 위해 흑색 및 백색일 수 있다. 상기 안료는 컬러 디스플레이를 위해 하나의 주된 색으로 채색될 수 있거나 색 변화 표면들을 위해 두 개의 다른 색들로 채색될 수 있다. 상기 입자의 각각의 극이 다른 색을 갖도록 채색하기 위하여 두개의 다른 탈색 안료들을 사용할 수 있다.

디스플레이들 또는 표면 코팅들에서 다색 이미지들을 얻기 위하여 주된 색들을 갖는 다른 스트립들이 사용된다. 상기 스트립들을 결합함으로써 요구되는 상기 색들은 광 혼합에 근거하여 얻을 수 있다.

본 발명은 일렉트릿 물질들이 사용된 상술한 실시예들에 제한되지 않는다.

상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 동일한 밀도의 중성 캐리어 액체에서 혼합되지 않는 분극 가능한 마이크로 입자들을 포함하는 일렉트릿 에멀젼에 기초하는 능동 소자 재료의 제조 방법에 있어서, 상기 제조 방법은,

   비중합 혹은 용해 상태의 일렉트릿 물질을 채색성 안료에 혼합하는 단계;

   상기 단계에 의해 형성된 혼합물을 혼합되지 않는 동일한 밀도의 중성 액체에 유화시키는 단계;

   상기 단계에 의해 형성된 일렉트릿 에멀젼을 소정의 압력과 온도에 노출시키는 단계;

   상기 일렉트릿 에멀젼의 입자들을 중합시키는 단계;

   중합된 상기 일렉트릿 에멀젼의 입자들이 전하를 얻도록 파이프 내에서 소정의 온도 및 전기장을 가한 후 냉각시키는 단계; 및

   전하를 얻은 상기 입자들에 투명한 상기 파이프 내에서 UV 조사 및 분극화 전기장을 인가하여 상기 입자들의 하나의 극은 색을 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 소자 재료의 제조 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 일렉트릿 에멀젼은 중성 캐리어의 용해 조건에서 일렉트릿 물질 또는 액상 단량체를 유화시킴으로써 생성되며, 상기 일렉트릿 에멀젼은 소정의 온도 및 전기장을 가한 후 파이프에서 냉각되어 상기 일렉트릿 에멀젼의 입자들은 전하를 얻게 되고, 상기 전하를 갖는 입자들은 투명한 파이프에서 UV 조사 및 분극화 전기장을 받고 상기 입자들의 하나의 극은 색을 변화시키게 되는 것을 특징으로 하는 능동 소자 재료의 제조 방법.
8. 제 6 항에 있어서,

   필요한 다른 색들을 갖는 측면들을 갖는 일렉트릿 물질 이중 필름을 제조하는 단계;

   상기 필름을 가로방향의 직류 전기장으로 가열하고 상기 필름의 물질이 표면에 대해 십자형으로 안정적인 극성을 갖는 온도로 냉각하여 상기 필름의 한 측면은 하나의 극성을 갖고 또 다른 측면은 반대 극성을 갖도록 하는 단계;

   볼 밀(ball mill)에서의 연마 또는 부분적인 용해 및 형상화에 의해 상기 필름을 조각들로 절단하여 구형의 입자들로 형성하는 단계; 및

   상기 조각들을 유화제를 사용하여 동일한 밀도의 액체 환경으로 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 소자 재료의 제조 방법.
9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 제조된 능동 소자 재료를 제어 전극들 사이에 위치시키고 색을 변화시킬 수 있는 표면들 및 표면 코팅들을 제조하는 것을 특징으로 하는 상기 능동 소자의 사용 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 능동 소자의 재료는 인디케이터(indicator)들을 제조하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 능동 소자의 사용 방법.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 능동 소자의 재료는 시각적 매트릭스 디스플레이들을 제조하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 능동 소자의 사용 방법.
12. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 중성 액체는 불화탄소인 것을 특징으로 하는 능동 소자 재료의 제조 방법.
13. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 일렉트릿 물질은 고상의 중합된 불화탄소인 것을 특징으로 하는 능동 소자 재료의 제조 방법.
14. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 일렉트릿 물질은 일렛트릿 밀랍인 것을 특징으로 하는 능동 소자 재료의 제조 방법.

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