KR20110058605A - 전자인쇄를 이용한 전자디스플레이의 패널형성 - Google Patents

Abstract

본 고안은 EPD(Electronic Panel Display, 이하 EPD 라함)의 동작을 위해 패널을 형성하는 방법의 일종으로, 기존 FPCB를 이용하던 것을 전자인쇄 기술을 이용하여 구현한 것이다.

본 고안에서 이용된 전자인쇄 기술은 잉크젯 방식, 롤링 방식과는 다른 실크스크린 인쇄방식이다. 기존 실크스크린 인쇄에 사용되는 잉크를 전도성 잉크로 대체하여 전기적 특성을 띄게 하였고, 절연층을 만들어 주기 위하여 부 전도성 잉크를 사용하여 절연층을 형성하게 된다. 전도층과 부전도층을 복합적으로 형성함으로 PCB와 동일한 성능을 가지게 된다.

EPD의 윗면과 아랫면 중 윗면은 Display 되는 부분이고 아래 면은 패널을 형성하는 부분이다. 전자인쇄를 이용하여 아래 면에 전도층 패턴을 인쇄하고, 전도층 위에 부전도층을 인쇄한다. 부전도층을 인쇄하는 경우에는 전도층과 연결을 시키기 위한 구멍(hole)을 형성하여 인쇄를 하게 되며, 부전도층 위에 전기회로를 형성하는 전도층을 인쇄 한다.

전도성 잉크의 경우 경화되는 온도가 120℃ 이상, 경화시간은 30분 이상이다. EPD의 경우 100℃가 초과할 경우 변형의 위험이 있다. 이를 방지하기 위하여 80℃, 1시간으로 경화한다. 부전도성 절연층의 경우 빠른 경화를 위하여 UV계열의 잉크를 사용하고 UV 경화기를 통하여 짧은 시간에 경화를 시키게 된다.

본 고안은 EPD에 패턴을 형성하기 위해 FPCB를 이용한 공정의 순서를 대폭 줄였으며, FPCB와 EPD를 접합하는 과정에서 발생하는 여러 문제점 역시 해결할 수가 있다. 또한 FPCB 생성과정에서 발생하는 여러 공해 발생을 줄일 수 있다. FPCB 공정과 비교하여 본 고안을 적용하여 생산할 경우, 80% 정도의 COST DOWN을 실현하였다.

EPD, E-PAPER, 전자인쇄, 인쇄전자, EPD패턴, EPD패턴형성, EPD 인쇄전자

Description

전자인쇄를 이용한 전자디스플레이의 패널형성 {Manufacture electronic display panel(EPD)' pattern used by electronic printing}

본 안은 EPD의 동작을 위한 패널을 전자인쇄를 이용하여 구현한 것이다.

EPD의 패턴 구현을 위하여 기존 FPCB를 사용하였을 경우, 높은 제조단가와 제작기간이 길다는 단점을 보완하고 대체할 목적으로 전자인쇄를 이용한 패턴을 구현하게 되었다.

본 고안은 EPD의 동작을 위해 패널을 구현하는 FPCB를 이용하였을 경우에 발생하는 높은 가격, 장시간, 유발하는 공해, 접착등의 문제점을 해결하기 위함이다.

본 고안은 EPD의 동작을 위해 패널을 형성하는 방법의 일종으로 기존 FPCB를 이용하던 것을 전자인쇄 기술을 이용하여 구현한 것이다.

본 고안에서 이용된 전자인쇄 기술은 잉크젯 방식, 롤링 방식과는 다른 실크스크린 인쇄이다. 기존 실크스크린 인쇄에 사용되는 잉크를 전도성 잉크로 대체하여 전기적 특성을 띠게 하였고, 절연층을 만들어 주기 위하여 부 전도성 잉크를 사용하여 절연층을 형성하게 된다. 전도층과 부전도층을 복합적으로 형성함으로 PCB와 동일한 성능을 가지게 된다.

EPD의 윗면과 아랫면 중 윗면은 Display 되는 부분이고 아래 면은 패널을 형성하는 부분이다. 전자인쇄를 이용하여 아래 면에 전도층 패턴을 인쇄하고, 전도층 위에 부전도층을 인쇄한다. 부전도층을 인쇄하는 경우에는 전도층과 연결을 시키기 위한 구멍을 형성하여 인쇄를 하게 되며, 부전도층 위에 전기회로를 형성하는 전도층을 인쇄한다.

전도성 잉크의 경우 경화 되는 온도가 섭씨 120도 이상, 경화시간은 30분 이상이다. EPD의 경우 섭씨 100도가 넘어갈 경우 변형의 위험이 있다. 이를 방지 하기 위하여 섭씨 80도, 1시간으로 경화한다. 부전도성 절연층의 경우 빠른 경화를 위하여 UV계열의 잉크를 사용하고 UV 경화기를 통하여 짧은 시간에 경화를 시키게 된다.

하나의 패턴을 만들기까지 걸리는 시간을 FPCB 대비 1/8 정도로 줄일 수 있고, 생산 가격은 FPCB 대비 80% 정도 절감할 수 있다. 또한 FPCB의 복잡한 과정을 인쇄와 경화의 반복을 통해서 공정과정 역시 줄일 수 있다. 그리고 FPCB의 생산과정에서 발생하는 여러 유해물질의 발생도 줄일 수 있어 환경오염 방지면에서 효과가 있다.

본 고안을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1 은 각 인쇄되는 층을 세분화하여 설명을 하기 위한 도식으로서 EPD(11)의 후면에 전도성 잉크를 사용하여 패턴(도2)를 인쇄하게 된다. 패턴(도2)는 원하는 그림, 문자 등을 인쇄할 수 있다. 패턴(도2)의 크기나 모양은 정해진 것이 없으며 EPD(11)의 크기에 따라 최대 크기가 정해진다. 패턴(도2)이 인쇄되는 영역은 EPD(11) 면적과 동일한 면적이며 패턴(도2)을 인쇄할 경우 패턴(도2)와 패턴(도2) 사이에는 절연(14)을 형성해 주어야 한다. 절연(14)을 형성하는 이유는 EPD의 패턴이 각기 독립적으로 동작을 시키기 위함이다. 절연(14)의 간격은 10 um ~ 1mm 이며 간격의 좁아 질수록 공정의 난이도가 증가하게 된다. 공정의 어려움을 해결하기 위해 반자동 실크스크린 인쇄기의 속력, 압력과 잉크의 점성을 조합하여야 한다. 인쇄의 속력은 잉크의 양과 관련되어 있는데 잉크의 양이 적어 패턴(12)의 높이가 낮 아지면 전기적 저항이 증가하게 된다. 이런 문제를 해결하기 위해 속도는 200mm/s ~ 600mm/s로 셋팅 해야 한다. 속도가 감소할수록 인쇄되는 잉크의 양이 증가하여 패턴(12)의 높이가 높아지며, 속도가 증가하면 패턴(12)의 높이가 낮아진다. 패턴(도2)의 인쇄시 또 다른 영향을 미치는 요소가 압력인데 좌우의 압력이 일정하지 않으면 인쇄가 균일하게 이루어 지지 않게 된다. 전체 패널의 압력을 일정하게 셋팅해 주어야 한다. 잉크 점성의 경우 스크린 인쇄의 mess와 관련이 있는데 점성이 클 경우 단위가 높은 mess의 스크린을 사용할 수가 없게 된다. 또한 점성이 낮을 경우 절연(14)선이 서로 이어져 절연이 되지 않는다. 따라서 잉크의 점성은 인쇄가 가능한 최대치로 인쇄를 한다.

절연층(도3, 13)은 부전도성 잉크를 사용한다. PCB의 절연층과 동일한 기능을 수행하기 위한 층이라 할 수 있다. 절연층(13)은 구멍(15)이 뚫어져 있는데 이 구멍을 통해서 전도성 잉크가 흘러 들어가게 되고 패턴(12)과 연결이 되어 전기가 통할 수 있게 해주는 역활이다. 절연층(13)의 높이는 5 um 이상을 유지해야 한다. 절연층(13)의 높이가 낮을 경우 EPD에 전기 배선(도4, 16)의 모양이 그대로 표시가 되기 때문이다. 또한 광학 현미경으로 확대를 해 보았을 때 아주 미세한 구멍이 발견이 되고 이 구멍을 통해 전도성 잉크가 흘러 들어가게 되고, 이 경우 절연층(13)의 기능이 상실된다. 이 문제를 해결하기 위하여 절연층(13)의 높이를 5um 이상 만들어 준다. 절연층(13)을 동일한 방법으로 2~3회(인쇄->건조->인쇄->건조) 인쇄를 하면 높이와 미세 구멍의 문제를 해결할 수 있다. 절연층(13)의 경우 UV계열의 잉크를 사용하는 이유는 구명(15)의 형성시 빠른 건조가 이루어져야 하기 때문이다. IR잉크의 사용시 건조시간이 길고 점착력이 떨어져 구명(15)의 형성에 어려움이 있다. 형성된 절연층(13)은 패턴(12)와 전기배선(16)을 정확히 절연시켜준다.

전기 배선(도4, 16)은 전도성 잉크를 사용하여 형성을 하게 된다. 형성된 전기 배선(16)은 패턴(12)과 전기적으로 도통이 되며 도통을 가능하게 하기 위하여 인쇄되는 잉크의 양을 증가시킨다. 이 경우 패턴(12) 인쇄의 잉크 점도와는 다르게 인쇄를 하는데 그 이유는 점도가 높을 경우 구명(15)을 통해 잉크가 충분히 흘러 들어가지 않기 때문이다. 접지(16)는 구멍과 동일한 면적으로 구성이 되어 있다. 구멍(15)의 면적이 10 um2 ~ 100um2 정도이며 높이는 5 um이상이기 때문에 평상시와 동일한 인쇄 방법으로는 구현이 어렵다. 이 문제를 해결하기 위하여 연속으로 인쇄를 하는 방법을 사용하겠다. 연속으로 인쇄를 한다는 것은 인쇄 후 건조의 단계를 거치지 않은 것을 의미하는데 건조를 시킨 상태에서 인쇄를 하게 되면 구멍(15)이 막히게 되고 잉크가 구멍(15)으로 흘러 들어 가지 않기 때문이다. 또한 전도성 잉크의 높이가 높아질수록 전기 전도성은 더 높아져 저항이 낮아지게 된다.

인쇄의 과정이 끝나면 배선의 끝 단에 data cable을 Bonding한다. bonding을 할 경우에는 EPD가 섭씨 100도 이상의 온도에서 손상이 오기 때문에 안정성을 위하여 섭씨 80도 이하에서 bonding 작업을 해 주어야 한다.

인쇄된 부분의 손상을 막기 위하여 반 투과성 보호필름을 부착해 준다. 이로써 모든 공정은 마무리된다. 반 투과성 보호필름의 경우 전도성을 지니면 안 되고 잘 휘어지는 보호필름을 사용하여야 한다.

전자 인쇄를 이용하여 EPD의 동작 구현을 하게 됨으로써 생산 단가의 절감, 생산시간의 단축, 유해물질의 배출방지, 제품의 두께가 얇아지는 효과를 확인할 수 있었다. 또한 다량생산, 다품종 소량생산 모두 적합한 방식이라고 할 수 있다.

EPD를 이용한 전자가격표시장치(ESL)의 제조. EPD를 이용한 각종 광고용 표시장치의 제조.

도 1은 본 고안에 의한 전자인쇄를 이용한 패널의 측면도

도 2는 본 고안에 의한 전도성 잉크를 사용한 패턴 디자인층

도 3은 본 고안에 의한 부전도성 잉크를 사용한 절연층

도 4는 본 고안에 의한 전도성 잉크를 사용한 전기 배선층

Claims (2)

1. 전도성 잉크는 카본, 실버, 골드, 구리등이 포함된 전도성 잉크이며, 그라비아, 실크 스크린, 메탈 스크린 인쇄가 가능한 전도성 잉크를 포함한다.
2. 인쇄시 사용되는 스크린의 구멍은 100 mess ~ 800 mess 사이를 포함한다

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