KR20060074480A - 이-페이퍼 패널용 토너 입자 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이-페이퍼 패널용 토너 입자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 종래에는 완전한 원형을 이루는 토너 입자에 미세한 외첨제를 충돌시켜 압인시키는 방식으로 외첨하게 되는데, 이러한 경우 토너의 매끄러운 표면 때문에 외첨제가 토너의 표면을 완전히 감싸면서 외첨되지 못하며, 외첨제가 모두 토너 표면에 노출되어 있으므로 토너입자들 간 충돌시 외첨제가 이탈되는 경우도 빈번히 발생되어 결과적으로 사용 시간이 길어질 수록 토너 입자의 응집 발생 확률이 높아져 신뢰성이 악화되는 문제점이 있었다. 상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 중합법을 통해 제조되는 연질 토너 입자 생성시 성장 속도를 고속으로 설정하여 토너 입자가 다공성 표면을 가지도록 형성한 후 상기 표면적이 획기적으로 증가된 토너 입자에 경질 외첨제를 외첨하도록 하여 보다 많은 외첨제로 토너 입자를 보호함으로써, 충돌에 의한 외첨제의 탈락을 억제하고 외첨제 부족으로 의한 토너 입자 응집을 방지하여 패널의 신뢰성을 크게 향상시키는 효과가 있다.

Description

이-페이퍼 패널용 토너 입자 및 그 제조 방법{TONER PARTICLE FOR E-PAPER PANEL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

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 종래 이-페이퍼 패널의 동작에 따른 토너 입자들의 상태를 보인 단면도.

도 4는 종래 외첨제가 외첨된 토너 입자의 구조.

도 5는 본 발명 일 실시예의 토너 입자 생성 방법.

도 6은 본 발명 일 실시예의 토너 입자 구조.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***

10: 하부 기판 20: 하부 전극

30: 하부 절연층 40: 격벽

50: 토너 입자 55: 외첨제

60: 상부 기판 70: 상부 전극

80: 상부 절연층 100: 토너 입자

110: 외첨제

본 발명은 이-페이퍼 패널용 토너 입자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 충돌 대전형 이-페이퍼 패널의 토너 입자를 다공성 표면을 가지도록 형성한 후 외첨제를 적용하여 입자 구동시 발생하는 토너 입자 응집 및 외첨제 탈락을 방지하도록 한 이-페이퍼 패널용 토너 입자 및 그 제조 방법에 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 있 다.

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 부 대전된 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 하는 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 구조 를 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 주입한다. 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 액상형보다 뛰어나지만, 셀 내부에서 구동되는 토너 입자들에 대한 신뢰성이 부족하여 상품화 하기는 어려운 문제점이 있다.

상기 설명한 충돌 대전형 건식 이-페이퍼는 셀 내부의 도전된 토너 입자들이 전극에 인가되는 전압에 따른 전계에 의해 상하로 운동하여 영상을 표시하게 된다. 그리고, 보다 뛰어난 대비를 위해 백색과 흑색의 두종류 토너 입자들을 서로 다른 전위로 대전시켜 전극에 가해지는 전압의 극성에 따라 표시 영상의 색 표현을 달리하고 있으므로, 셀 구동시 내부의 토너 입자들이 상하로 운동하면서 상호 충돌하게 된다.

도 3은 종래 셀 구동시 토너 입자들(50)의 운동 상태를 보인 것으로, 도시한 바와 같이 백색 토너 입자가 상부 전극 쪽에 위치하고, 흑색 토너가 하부 전극 쪽에 위치하고 있던 상태에서 전극에 제공하는 전압의 극성을 변경하게 되면, 백색 토너 입자들이 하부 전극쪽으로 이동하게 되고, 반대로 흑색 토너 입자들이 상부 전극 쪽으로 이동하게 된다. 이러한 과정에서 필연적으로 백색 토너와 흑색 토너는 상호 충돌하게 되고, 이러한 충돌에서 전자를 주고 받으면서 비껴나감으로써 상호 대전 특성을 유지할 수 있게 해 준다.

하지만, 상호 반대 극성으로 대전된 토너 입자들이 서로 접촉하여 전기적으로 중화되면서 서로 응집되는 경우도 발생하게 되며, 이러한 입자간 응집은 정상적 인 표시 화면 구현에 많은 문제점을 야기하게 된다. 따라서, 입자들이 구동하면서 서로 근접하더라도 밀착되지 못하고 서로 전자만 이동시키면서 빗겨가도록 하기 위해 토너 입자에 외첨제를 더 부가한다.

도 4는 종래 토너 입자의 외관을 보인 것으로, 연질 소재(레진 등의 고분자 물질)로 제조된 토너 입자에 크기가 작고 단단한 산화물인 외첨제(카본 블랙, 산화 티탄, 실리카 등)를 다양한 방법으로 부가하여 상기 외첨제가 토너 입자의 표면상에 박히거나, 정전기적 효과로 인해 토너 입자 표면에 접착되거나, 혹은 미세 입자에 작용하는 물리 현상에 의해 토너 입자 표면에 위치하게 되어 상기 토너 입자들이 소정 거리 이상 상호 근접하지 못하게 한다. 즉, 외첨제는 토너 입자 충돌시 서로 빗겨가도록하며 상호 응집되지 않도록 하는 역할을 하는 것이다.

그러나, 종래에는 완전한 원형을 이루는 토너 입자에 미세한 외첨제를 충돌시켜 압인시키는 방식으로 외첨하게 되므로 토너의 매끄러운 표면 때문에 외첨제가 토너의 표면을 완전히 감싸면서 외첨되지 못한다. 또한, 외첨제가 모두 토너 표면에 노출되어 있으므로 토너 입자들 간 충돌시 외첨제가 이탈되는 경우도 빈번히 발생되어 결과적으로 사용 시간이 길어질 수록 토너 입자의 응집 발생 확률이 높아지게 되는 신뢰성 문제가 발생할 수 있다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 중합법을 통해 제조되는 연질 토너 입자 생성시 성장 속도를 고속으로 설정하여 토너 입자가 다공성 표면을 가지도록 형성한 후 상기 표면적이 획기적으로 증가된 토너 입자에 경질 외 첨제를 외첨하도록 하여 보다 많은 외첨제가 토너 입자에 외첨되어 토너 입자들의 응집을 방지하고, 충돌에 의한 외첨제 탈락을 방지하도록 한 이-페이퍼 패널용 토너 입자 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고속 성장에 따라 다공성 표면을 가지는 구형으로 형성된 연질 토너 입자와; 상기 토너 입자의 다공성 표면에 외첨된 경질 외첨제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 토너 입자를 생성하는 중합과정의 성장 속도를 증가시켜 완전한 구형이 아닌 다공성 표면을 가지는 구형 입자를 생성하는 단계와; 상기 형성된 다공성 구형 입자에 상기 입자보다 미세한 경질 산화물 입자를 외첨시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 다공성 구형 입자 생성 단계는 연질의 레진과 안료 및 전하 제어제를 정량하여 용액에 분포시킨 후 현탁 중합법을 실시하는 단계를 포함하며, 상기 미세한 경질 산화물 입자를 외첨시키는 단계는 상기 연질의 다공성 구형 입자와 미세한 경질 산화물 입자를 고속 회전시켜 상기 미세한 경질 산화물이 연질의 다공성 구형 입자 표면에 압입되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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

도 3은 본 발명 일 실시예의 제조 과정을 보인 것으로 중합법에 의한 토너 입자의 형성시 성장 시간을 빠르게 설정하여 다공성 토너 입자를 제조할 수 있음을 보인 것이다.

이-페이퍼 셀에 적용되는 건식 형태의 토너 입자는 흑색 혹은 백색의 고분자 복합체로서, 일반적으로 수지, 안료, 전하 제어제, 왁스 및 실리카등이 혼합되어 구성된다. 일반적인 복사기나 레이터 프린터용 토너는 분쇄법에 의하여 제조되지만, 이렇게 제조된 입자는 형상이 불규칙하고, 입경의 분포가 넓으며 또한 충전제의 분산이 고르지 못하기 때문에 이-페이퍼용으로는 사용되지 않으며, 새롭게 등장한 중합법 토너가 이-페이퍼 용으로 사용된다.

중합법에 의한 토너 입자 생성은 도시된 바와 같이 이-페이퍼의 구동 입자로 사용할 토너의 구성분(수지, 안료, 전하 제어제, 왁스 및 실리카등)을 정량한 후, 수용액에 넣어 현탁 중합법으로 ㎛단위의 입자를 성장시키는 방법이다. 중합법으로 제조된 토너는 입자가 구형이므로 전하분포가 균일하기 때문에 이-페이퍼 패널용 건식 입자로 사용하기 적합하다.

하지만, 중합 공정시 성장 시간을 충분히 설정하여 토너 입자를 제조하게 되면 완전한 구형 형상의 입자가 생성되므로 외첨제의 외첨시 표면에 고르게 외첨제가 분포되지 못하였다. 따라서, 본 발명에서는 중합법을 통한 토너 입자의 제조시 성장 시간을 충분하지 못하게 설정(고속으로 설정)하여 표면이 거칠어 지도록 한다. 즉, 성장 시간의 조절을 통해 다공성 표면을 가지는 토너 입자를 제조하는 것이다. 물론, 토너 입자가 어느 정도의 직경을 가질때 까지는 성장 속도를 충분히 주다가 성장 속도를 고속으로 조정하여 표면 만을 다공성으로 형성할 수도 있다.

도시한 경우에는 레진과 같은 연질 물질을 주 재료로 하여 다공성 표면을 가지는 토너 입자(100)를 생성한 경우로, 다공성 표면에 의해 표면적이 크게 증가하 게 된다. 따라서, 상기와 같은 다공성 표면을 가지는 토너 입자(100)에 상기 토너 입자(100)보다 훨씬 미세한 외첨제를 적용하게 되면 외첨제가 다공성 표면의 돌출 부분 뿐만 아니라 요입 부분에도 압인될 수 있으므로 외첨제를 고르게 분포시킬 수 있고, 탈착 가능성도 낮출 수 있다.

도 6은 상기 토너 입자(100)에 외첨제(110)를 외첨한 상태를 보인 것이다. 상기 외첨제(110)는 카본 블랙, 산화 티탄, 실리카 등과 같은 경질 산화물 분말로서 분쇄등의 방법으로 날카로운 모서리를 가지도록 제조된다.

이러한 외첨제(110)의 외첨 공정은 다양한 방법이 사용될 수 있으나, 일반적으로 연질 다공성 토너 입자(100)와 함께 고속 회전시킴으로써 상기 미세한 경질 산화물 외첨제(110)가 연질의 다공성 구형 입자 표면에 압입되도록 하는 방법이 사용된다. 넓어진 표면적을 가지는 상기 토너 입자(100)에 외첨제(110)가 압입될 확률이 커지게 되므로 토너 입자(100)의 표면 대부분에 외첨제(110)가 외첨될 수 있으며, 이렇게 외첨된 외첨제(110)는 압입 상태와 정전기적 효과에 의해 외첨 상태를 유지하게 된다.

따라서, 다공성 표면에 외첨제(110)가 고르게 외첨된 토너 입자(100)를 사용하게 되면 토너 입자들의 충돌 시 외첨제(110)의 이탈을 최대한 억제할 수 있으며, 외첨제(110) 부족에 의한 토너 입자들의 응집 현상을 방지할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명 이-페이퍼 패널용 토너 입자 및 그 제조 방법은 중합법을 통해 제조되는 연질 토너 입자 생성시 성장 속도를 고속으로 설정하여 토 너 입자가 다공성 표면을 가지도록 형성한 후 상기 표면적이 획기적으로 증가된 토너 입자에 경질 외첨제를 외첨하도록 하여 보다 많은 외첨제로 토너 입자를 보호함으로써, 충돌에 의한 외첨제의 탈락을 억제하고 외첨제 부족으로 의한 토너 입자 응집을 방지하여 패널의 신뢰성을 크게 향상시키는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 고속 성장에 따라 다공성 표면을 가지는 구형으로 형성된 연질 토너 입자와;

   상기 토너 입자의 다공성 표면에 외첨된 경질 외첨제를 포함하는 것을 특징으로 하는 이-페이퍼 패널용 토너 입자.
2. 제 1항에 있어서, 상기 토너 입자는 현탁 중합법으로 성장되어 ㎛단위의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 이-페이퍼 패널용 토너 입자.
3. 제 1항에 있어서, 상기 외첨제는 카본 블랙, 산화 티탄, 실리카를 포함하는 경질 미세 산화물 입자들 중 하나인 것을 특징으로 하는 이-페이퍼 패널용 토너 입자.
4. 토너 입자를 생성하는 중합과정의 성장 속도를 증가시켜 완전한 구형이 아닌 다공성 표면을 가지는 구형 입자를 생성하는 단계와;

   상기 형성된 다공성 구형 입자에 상기 입자보다 미세한 경질 산화물 입자를 외첨시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이-페이퍼 패널용 토너 입자 제조 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 다공성 구형 입자 생성 단계는 연질의 레진과 안료 및 전하 제어제를 정량하여 용액에 분포시킨 후 현탁 중합법을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
6. 제 4항에 있어서, 상기 미세한 경질 산화물 입자를 외첨시키는 단계는 상기 다공성 구형 입자와 미세한 경질 산화물 입자를 고속 회전시켜 상기 미세한 경질 산화물이 연질의 다공성 구형 입자 표면에 압입되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이-페이퍼 패널용 토너 입자 제조 방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 연질의 다공성 구형 입자 표면에 압입된 외첨 입자는 압입 상태와 정전기적 효과에 의해 외첨 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 이-페이퍼 패널용 토너 입자 제조 방법.

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