KR101101421B1

KR101101421B1 - 시트형 전자종이 표시장치의 제조방법

Info

Publication number: KR101101421B1
Application number: KR1020090109095A
Authority: KR
Inventors: 김상진; 오용수; 이환수; 이상문; 이영우
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2012-01-02
Also published as: US20110111119A1; KR20110052161A

Abstract

본 발명은 시트형 전자 종이 표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 시트형 전자종이 표시장치의 제조방법은 제1 회전체의 직경보다 큰 너비를 갖는 다수의 양각 패턴과 상기 양각 패턴에 사이에 형성된 다수의 셀 공간을 갖는 예비 기판을 형성하는 단계; 상기 다수의 셀 공간에 제2 회전체를 배치하는 단계; 상기 제2 회전체를 덮도록 상기 셀 공간에 제1 엘라스토머 매트릭스를 주입하는 단계; 상기 예비 기판과 상기 제1 엘라스토머 매트릭스를 분리하여, 상기 양각 패턴에 대응하는 음각 패턴, 상기 셀 공간에 대응하며, 상기 제1 엘라스토머 매트릭스로 형성된 돌출부, 상기 돌출부에 삽입된 제2 회전체를 포함하는 반시트형 구조물를 얻는 단계; 상기 음각 패턴에 제1 회전체를 배치하는 단계; 및 상기 제1 회전체를 덮도록 상기 음각 패턴에 제2 엘라스트머 메트릭스를 주입하는 단계를 포함한다.

회전체, 엘라스토머 매트릭스, 시트형 전자 종이.

Description

시트형 전자종이 표시장치의 제조방법{method for manufacturing electronic paper display device having the shape of a sheet}

본 발명은 시트형 전자종이 표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 대조비 및 낮은 구동 전압을 가지는 시트형 전자종이 표시장치의 제조방법에 관한 것이다.

오늘날 새로운 패러다임이 요구되는 정보 사회에 상응하여 정보 전달 및 공유 방식에 있어서 대변환이 요구된다. 이것을 충족시키기 위하여 유연한 디스플레이로서, 구부릴 수 있는 장점을 가진 전자종이의 기술 개발이 가속화되고 있으며 전자종이 기술 개발은 상업적 개발 단계에 접어들고 있다.

전자종이는 기존의 평면 디스플레이 패널에 비하여 생산단가가 저렴하고, 정화면처럼 배경조명이나 지속적인 재충전이 필요하지 않으므로 아주 적은 에너지로도 구동될 수 있어서 에너지 효율도 월등히 앞선다. 또한, 전자종이는 매우 선명하고, 시야각이 넓으며 전원이 없더라도 글씨가 완전히 사라지지 않는 메모리 기능도 가지고 있다. 이러한 장점으로 인해 전자종이는 종이와 같은 면과 움직이는 일러스트레이션을 갖는 전자서적, 자체 갱신성 신문, 이동 전화를 위한 재사용 가능 한 종이디스플레이, 폐기 가능한 TV 스크린 및 전자 벽지 등 실로 광대한 분야에 응용될 수 있으며, 거대한 잠재시장을 가지고 있다.

전자종이 구현을 위한 기술적 접근 방식은 크게 4가지로 나눌 수 있는데, 서로 반대되는 전하와 서로 다른 색상을 갖는 상하 반구로 구성된 구형 입자를 전계를 이용하여 회전시키는 트위스트 볼 방식, 오일에 혼합된 유색 대전입자를 마이크로 캡슐 또는 마이크로 컵 안에 가두거나, 대전입자 그대로를 전기장의 인가에 응답하게 하는 전기 영동 방식, 대전된 분류체를 이용하는 QR-LPD(Quick Response-Liquid Power Display) 방식, 콜레스테릭 액정 분자의 선택적 반사 특성을 이용하는 콜레스테릭 액정 디스플레이 방식 등이 있다.

트위스트 볼 방식은 셀 내부가 투명 매질로 채워져 있고, 투명 매질 내에 서로 반대되는 전하와 서로 다른 색상, 예를 들면, 흑과 백으로 착색된 트위스트 볼이 배치된다. 상기 트위스트 볼에 전압이 인가되면, 인가된 전압 방향에 따라 트위스트 볼은 인가된 하전 부호의 극성이 작용하여 서로 반대되는 극성이 전면을 향하도록 회전되어 흑백이 표시된다.

일반적으로 트위스트 볼은 캐스팅(casting) 방법에 의하여 어레이(array)되는 것으로, 그 배열에 일정하지 않고, 트위스트 볼의 구동에 높은 전압이 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로, 높은 대조비 및 낮은 구동 전압을 가지는 시트형 전자종이 표시장치의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시형태는 제1 회전체의 직경보다 큰 너비를 갖는 다수의 양각 패턴과 상기 양각 패턴에 사이에 형성된 다수의 셀 공간을 갖는 예비 기판을 형성하는 단계; 상기 다수의 셀 공간에 제2 회전체를 배치하는 단계; 상기 제2 회전체를 덮도록 상기 셀 공간에 제1 엘라스토머 매트릭스를 주입하는 단계; 상기 예비 기판과 상기 제1 엘라스토머 매트릭스를 분리하여, 상기 양각 패턴에 대응하는 음각 패턴, 상기 셀 공간에 대응하며, 상기 제1 엘라스토머 매트릭스로 형성된 돌출부 및 상기 돌출부에 삽입된 제2 회전체를 포함하는 반시트형 구조물를 얻는 단계; 상기 음각 패턴에 제1 회전체를 배치하는 단계; 및 상기 제1 회전체를 덮도록 상기 음각 패턴에 제2 엘라스트머 메트릭스를 주입하는 단계;를 포함하는 시트형 전자종이 표시장치의 제조방법을 제공한다.

상기 양각 패턴의 높이는 제2 회전체의 직경보다 50 내지 80㎛의 범위에서 크게 형성될 수 있다.

상기 제1 회전체 및 제2 회전체는 동일한 직경을 가질 수 있다.

상기 양각 패턴의 높이는 제2 회전체의 직경보다 작게 형성될 수 있다.

상기 제1 회전체는 상기 제2 회전체보다 작은 직경을 가질 수 있다.

상기 예비 기판은 임프린트, 레이저 패터닝, 포토리소그래피(photolithography) 또는 에칭 공정에 의하여 형성될 수 있다.

상기 제1 및 제2 회전체는 서로 다른 색으로 착색되고, 서로 다른 대전 특성을 나타내는 2개의 표시 영역을 가질 수 있다.

상기 제1 및 제2 회전체는 구형, 타원형 또는 실린더형일 수 있다.

상기 제1 및 제2 엘라스토머 매트릭스는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 고리형 올레핀 고분자(COC), 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane) 및 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA, poly urethane acrylate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.

본 발명에 따른 시트형 전자종이 표시장치의 제조방법은 얇은 두께 내에서 회전체를 조밀하게 배열할 수 있다. 이에 따라 대조비가 향상되고, 전극 간의 간격을 작게 구현할 수 있어 상대적으로 낮은 구동전압을 갖는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다. 다만, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 종이 표시장치의 제조공정을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.

우선, 도 1a에 도시된 바와 같이, 다수의 양각 패턴(110)을 갖는 예비 기판(100)을 마련한다. 예비 기판(100)은 다수의 양각 패턴(110)에 의하여 다수의 셀 공간(H)이 형성된다.

상기 예비 기판(100)은 엘라스토머 매트릭스와 이형성이 우수한 물질로 형성될 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면 실리콘, 수지 등을 이용할 수 있다.

실리콘 또는 수지로 일정 두께를 갖는 구조물을 형성하고, 상기 구조물에 임프린트, 레이저 패터닝, 포토리소그래피(photolithography), 에칭 등의 방법을 이용하여 양각 패턴을 형성할 수 있다.

보다 구체적으로, 일정 두께의 수지층을 형성한 후, 양각 및 음각 패턴을 갖는 스탬프로 상기 수지층을 압착하여 스탬프의 양각 및 음각 패턴에 대응하는 양각 패턴과 셀 공간을 갖는 예비 기판을 형성할 수 있다. 이때, 스탬프의 양각 및 음각 패턴을 조절하여 예비 기판의 양각 패턴의 너비, 높이, 패턴의 간격 및 셀 공간 의 형태 및 크기를 조절할 할 수 있다.

상기 양각 패턴(110)에 의하여 추후에 반시트형 구조물의 음각 패턴이 형성된다. 상기 반시트형 구조물의 음각 패턴에는 제1 회전체가 배치되므로, 상기 양각 패턴의 너비(W)는 제1 회전체의 직경보다 크게 형성된다.

상기 양각 패턴(110)의 높이(h)는 제2 회전체(210)의 직경보다 클 수 있다. 상기 양각 패턴(110)은 추후 공정에서 제1 회전체가 배치되는 음각 패턴을 형성하게 된다. 상기 양각 패턴의 높이(h)가 제2 회전체(210)의 직경과 유사한 범위에 있으면, 상기 제2 회전체(210)와 동일한 직경을 갖는 제1 회전체를 배치할 수 있다. 이에 따라 제1 회전체 및 제2 회전체의 중심이 동일선 상에 위치한 단층 구조의 전자 종이를 제조할 수 있다. 제1 회전체 및 제2 회전체를 둘러싸는 캐비티의 형성 영역을 고려하여, 상기 양각 패턴의 높이는 제2 회전체의 직경보다 50 내지 80㎛의 범위에서 크게 형성될 수 있다.

또는, 도시되지 않았으나, 상기 양각 패턴(110)의 높이(h)는 제2 회전체(210)의 직경보다 작게 형성될 수 있다. 이러한 경우, 제2 회전체(210)보다 작은 직경을 갖는 제1 회전체를 배치할 수 있다. 이러한 경우, 제1 회전체와 제2 회전체(210)의 중심은 동일선 상에 위치하지 않으나, 동일 선 상에 제1 회전체 및 제2 회전체가 배치될 수 있다.

다음으로, 상기 예비 기판(100)에 형성된 다수의 셀 공간(H)에 전기적 및 광학적 이방성을 가지는 제2 회전체(210)를 배치한다.

상기 제2 회전체(210)는 스퀴지 등을 이용하여 셀 공간(H)에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 셀 공간(H)만을 개방하는 마스크 또는 필터를 배치하고, 스퀴지와 같은 수단으로 제2 회전체(210)를 배치할 수 있다.

도 1b는 제2 회전체(210)를 확대하여 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 1b를 참조하면, 회전체(210)는 서로 다른 색으로 착색되고, 서로 다른 대전 특성을 나타내는 2개의 표시영역(210a, 210b)을 가진다. 상기 2개의 표시영역(210a, 210b)은 서로 다른 색으로 착색될 수 있으며, 제1 표시영역(210a)은 백색으로 착색되고, 제2 표시영역(210b)은 흑색으로 착색될 수 있다. 제1 표시영역(210a)이 양전하로 대전되는 경우 제2 표시영역(210b)은 음전하로 대전된다. 제2 회전체(120)에 전압이 인가되면 전압의 크기 및 방향에 따라 회전하게 되고, 2개의 표시영역에 착색된 색상에 의하여 흑색 또는 백색을 표시하게 된다.

상기 제2 회전체(210)를 전기적 및 광학적으로 처리하여 제1 및 제2 표시영역(210a, 210b)을 형성하는 방법은 당업계의 공지된 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면, 2개의 착색 액을 구비하는 회전 디스크에 회전체을 투입한 후 상기 회전체에 원심력을 작용하는 방법 등을 사용할 수 있다.

제2 회전체(210)의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 구형, 타원형 또는 실린더형 일 수 있다. 또한, 제2 회전체(120)의 직경은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면 50 내지 120㎛일 수 있다.

본 실시 형태에서 제2 회전체(210)는 표면에 2개의 표시 영역이 형성된 경우를 설명하고 있으나, 필요에 따라 표시 영역의 개수는 3개 이상이 될 수도 있다.

또한, 흑색이나 백색이 아닌 다양한 색으로 표시 영역을 착색시킬 수 있다.

예를 들면, 제1 표시영역(210a)은 백색 또는 흑색으로 착색되고, 제2 표시영역(210b)은 적색(Red), 녹색(Green), 또는 청색(Blue)으로 착색될 수 있다. 이에 따라 각 회전체는 적색, 녹색, 또는 청색을 나타낼 수 있다.

다음으로, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 예비 기판(100)의 셀 공간(H) 및 상기 셀 공간에 배치된 제2 회전체(210)를 덮도록 제1 엘라스토머 매트릭스(310)를 형성한다.

상기 제1 엘라스토머 매트릭스(310)은 유연성이 있는 수지로 이루어질 수 있다. 상기 수지는 이에 제한되는 것은 아니나, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 고리형 올레핀 고분자(COC), 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane) 또는 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA, poly urethane acrylate) 등이 있으며, 이들을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane)은 점착력이 우수하여 이종 물질과 결합 및 분리가 용이하므로, 바람직하게는 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane)을 이용할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 예비 기판(100)에 형성된 양각 패턴(110)과 같거나 큰 높이를 갖는 틀(T)에 상기 예비 기판(100)을 배치한다. 이후, 제1 엘라스토머 매트릭스(310)를 상기 틀(T) 내에 주입한다. 이후, 일정 온도 및 일정 시간 하에서 상기 제1 엘라스토머 매트릭스(310)를 경화시키고, 이후, 상기 틀(T)을 제거한다. 예를 들면, 상기 제1 엘라스토머 매트릭스(310)로 PDMS를 이용하는 경우, 실온에서는 약 24시간, 70℃에서는 약 4시간, 100℃에서는 약 1시간, 150℃에서는 약 15분이 경과하면 경화 공정이 완료된다.

다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 엘라스토머 매트릭스(310)가 경화되면, 예비 기판(100)과 제1 엘라스토머 매트릭스(310)를 분리한다. 분리된 제1 엘라스토머 매트릭스(310)는 상기 예비 기판(100)의 양각 패턴(110)에 대응하는 음각 패턴(111)을 갖는다. 또한, 예비 기판(100)의 셀 공간(H)에 주입된 제1 엘라스토머에 의하여 형성된 돌출부(311)를 갖고, 상기 돌출부(311)에는 제2 회전체(210)가 삽입되어 있다. 이하, 이러한 구성을 포함하는 제1 엘라스토머(310)를 반시트형 구조물로 명명한다.

상기 반시트형 구조물에서 상기 음각 패턴(111)은 예비 기판(100)의 양각 패턴(110)에 의하여 형성된 것으로, 상기 음각 패턴(111)의 너비(W) 및 높이(h)는 양 각 패턴의 너비 및 높이에 대응한다.

다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 음각 패턴(111)에 제1 회전체(220)를 배치한다. 상술한 바와 같이, 음각 패턴(111)의 너비(W)는 제1 회전체(220)의 직경보다 크게 형성된다.

상기 제1 회전체는 상술한 제2 회전체와 동일한 특징을 갖으나, 직경은 제2 회전체와 다를 수 있다.

다음으로, 상기 반시트형 구조물(310)에 제2 엘라스토머 매트릭스를 형성한다. 보다 구체적으로, 반시트형 구조물(310)의 음각 패턴(111)에 배치된 제1 회전체(220)를 덮도록 상기 음각 패턴(111)에 제2 엘라스토머 매트릭스(320)를 주입한다.

상기 제2 엘라스토머 매트릭스(320)는 유동성 수지로써, 상기 제1 엘라스토머 매트릭스(310)와 동일하거나 다른 종류를 사용할 수 있다.

상기 제2 엘라스토머 매트릭스(320)은 제1 엘라스토머 매트릭스의 주입과 동일하게 틀(T)을 이용하여 주입될 수 있다. 이후, 일정 온도 및 일정 시간 하에서 상기 제2 엘라스토머 매트릭스(320)를 경화시키고, 이후, 상기 틀(T)을 제거한다.

이러한 엘라스토머 매트릭스의 주입방법에 의하여 두께 조절이 용이하고, 얇은 두께의 시트형 전자종지 표시 소자를 제조할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아 니나, 본 실시형태에 따른 시트형 전자종이 표시소자는 300㎛이하로 제조될 수 있다.

상기 틀(T)을 제거하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 회전체(210)와 제1 회전체(220)가 조밀하게 단층으로 배열된다. 제1 회전체(220)는 상기 음각 패턴(111)에 주입된 제2 엘라스토머에 의해 형성된 돌출부(321) 내에 삽입되어 있다.

상기 양각 패턴의 높이(h)가 제2 회전체(210)의 직경과 유사한 범위에 있으면, 상기 제2 회전체(210)와 동일한 직경을 갖는 제1 회전체(220)를 배치할 수 있다. 이에 따라 제1 회전체(220) 및 제2 회전체(210)의 중심이 동일선 상에 위치한 단층 구조의 전자 종이를 제조할 수 있다. 이에 따라 대조비가 향상되고, 전극 간의 간격을 작게 구현할 수 있어 상대적으로 낮은 구동전압을 갖는다.

다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 엘라스토머 매트릭스(310, 320)를 유전액(dielectric liquid)에 담그고, 초음파(ultra sonic) 공정을 이용하여 제1 및 제2 회전체(220, 210)를 둘러싸는 캐비티(C)를 형성한다. 제1 및 제2 엘라스토머 매트릭스(310, 320)를 유전액에 담그면, 제1 및 제2 회전체(220, 210) 주위에 유전액이 침투하여 제1 및 제2 회전체(220, 210)를 감싸면서 캐비티(C)를 형성하게 된다.

다음으로, 도시되지 않았으나, 제1 엘라스토머 매트릭스(310)에 제1 전극을 형성하고, 제2 엘라스토머 매트릭스에 제2 전극을 형성할 수 있다. 제1 및 제2 전극은 ITO(Indium Tin Oxide) 등으로 형성될 수 있다.

제1 및 제2 전극을 통하여 제1 및 제2 회전체(220, 210)에 전압이 인가되고, 인가되는 전압의 크기 및 방향에 따라 제1 및 제2 회전체(220, 210)는 회전하게 된다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 예비 기판 110: 양각 패턴

H: 셀 공간 111: 음각 패턴

210: 제2 회전체 220: 제1 회전체

310: 제1 엘라스토머 매트릭스 320: 제2 엘라스토머 매트릭스

Claims

제1 회전체의 직경보다 큰 너비를 갖는 다수의 양각 패턴과 상기 양각 패턴에 사이에 형성된 다수의 셀 공간을 갖는 예비 기판을 형성하는 단계;

상기 다수의 셀 공간에 제2 회전체를 배치하는 단계;

상기 제2 회전체를 덮도록 상기 셀 공간에 제1 엘라스토머 매트릭스를 주입하는 단계;

상기 예비 기판과 상기 제1 엘라스토머 매트릭스를 분리하여, 상기 양각 패턴에 대응하는 음각 패턴, 상기 셀 공간에 대응하며, 상기 제1 엘라스토머 매트릭스로 형성된 돌출부, 및 상기 돌출부에 삽입된 제2 회전체를 포함하는 반시트형 구조물를 얻는 단계;

상기 음각 패턴에 제1 회전체를 배치하는 단계; 및

상기 제1 회전체를 덮도록 상기 음각 패턴에 제2 엘라스트머 메트릭스를 주입하는 단계;

를 포함하는 시트형 전자종이 표시장치의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 양각 패턴의 높이는 제2 회전체의 직경보다 50 내지 80㎛의 범위에서 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 시트형 전자종이 표시장치의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 회전체 및 제2 회전체는 동일한 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 시트형 전자종이 표시장치의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 양각 패턴의 높이는 제2 회전체의 직경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 시트형 전자종이 표시장치의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 회전체는 상기 제2 회전체보다 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 시트형 전자종이 표시장치의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 예비 기판은 임프린트, 레이저 패터닝, 포토리소그래피(photolithography) 또는 에칭 공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 시트 형 전자종이 표시장치의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2 회전체는 서로 다른 색으로 착색되고, 서로 다른 대전 특성을 나타내는 2개의 표시 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 시트형 전자종이 표시 장치의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2 회전체는 구형, 타원형 또는 실린더형 인 것을 특징으로 하는 시트형 전자종이 표시장치의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2 엘라스토머 매트릭스는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 고리형 올레핀 고분자(COC), 폴리디메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane) 및 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA, poly urethane acrylate)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 시트 형 전자종이 표시장치의 제조방법.