KR100619711B1 - 이-페이퍼 패널 및 그 격벽 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이-페이퍼 패널 및 그 격벽 제조 방법에 관한 것으로, 종래에는 격벽을 포토레지스트나 감광성 폴리머등을 이용하여 직접 기판 상에 형성하거나, 고분자 물질이나 필름등을 이용하여 외부에서 격벽을 제조한 후 기판에 접착하는 등의 방법을 이용하기 때문에 짙은 색상으로 제조되는 경우가 많으며, 그 측면은 모두 평탄한 구조를 가지게 되었다. 그로인해 외부에서 입사되는 광이 격벽으로 흡수되며, 내부 토너 입자들에 의해 반사되는 광도 격벽에 흡수되기 때문에 외부 광을 반사시켜 시각적인 표현을 실시하는 이-페이퍼의 구동 원리 상 콘트라스트 성능이 열화될 수 밖에 없는 문제점이 있었다. 상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 고분자 백색 물질로 격벽을 형성한 후 상기 격벽의 측면에 빛을 높은 효율로 반사시키기 위한 확산 비드를 분사 및 융착시켜 격벽의 측면 구조가 엠보싱 형태를 가지도록 함으로써, 외부 광이 격벽으로 흡수되지 않고 높은 효율로 반사되도록 하여 셀의 콘트라스트 성능을 높이는 효과가 있다.

Description

이-페이퍼 패널 및 그 격벽 제조 방법{E-PAPER PANEL AND SIDE-WALL 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 격벽에 의한 외부 광 흡수 상태를 보인 단면도.

도 4는 본 발명 일 실시예의 특징을 보인 단면도.

도 5a 내지 도 5b는 본 발명 일 실시예의 격벽 제조 과정을 보인 수순 사시도.

도 6a 내지 도 6b는 본 발명 다른 실시예의 격벽 제조 과정을 보인 수순 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: 백색 격벽 110: 확산 비드

200: 비드 분사 노즐

본 발명은 이-페이퍼 패널 및 그 격벽 제조 방법에 관한 것으로, 특히 충돌 대전형 이-페이퍼 패널의 격벽을 엠보싱 처리된 백색 고분자 물질로 형성하도록 하여 외부광의 반사 효율을 극대화 한 이-페이퍼 패널 및 그 격벽 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 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 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 접착하는 라미네이팅 방법등이 사용 될 수 있으며, 격벽의 색상은 제한되지 않는다. 상기 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 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, 아직까지 체계적인 제조 방법이 정립되어 있지 못하다. 특히, 격벽의 경우 다양한 재질 및 다양한 색상을 임의로 사용하고 있기 때문에 외부 반사광에 의해 패널 영상을 시각적으로 확인할 수 있도록 하는 이-페이퍼 패널의 콘트라스트 성능 역시 신뢰성이 낮다.

도 3은 전술한 종래 방식으로 격벽(40)을 형성한 패널 하판의 외부광 반사 형태를 보인 것으로, 종래에는 격벽(40)을 포토레지스트나 감광성 폴리머등을 이용하여 직접 기판 상에 형성하거나, 고분자 물질이나 필름등을 이용하여 외부에서 격벽을 제조한 후 기판에 접착하는 등의 방법을 이용하기 때문에 짙은 색상으로 제조되는 경우가 많으며, 그 측면은 모두 평탄한 구조를 가지게 되었다. 그로인해 외부에서 입사되는 광이 격벽(40)으로 흡수되며, 내부 토너 입자들에 의해 반사되는 광도 격벽(40)에 흡수되기 때문에 외부 광을 반사시켜 시각적인 표현을 실시하는 이-페이퍼의 구동 원리 상 콘트라스트 성능이 열화될 수 밖에 없는 문제점이 있었다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 고분자 백색 물질로 격벽을 형성한 후 상기 격벽의 측면에 빛을 높은 효율로 반사시키기 위한 확산 비 드를 분사 및 융착시켜 격벽의 측면 구조가 엠보싱 형태를 가지도록 함으로써, 외부 광이 격벽으로 흡수되지 않고 높은 효율로 반사되도록 하여 셀의 콘트라스트 성능을 높이도록 한 이-페이퍼 패널 및 그 격벽 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전극이 형성된 하부 기판과; 상기 전극이 형성된 하부 기판 상부에 위치하며, 측면이 엠보싱 구조로 형성된 백색 격벽과; 상기 백색 격벽으로 구분된 셀 영역에 주입된 토너 입자들과; 상기 백색 격벽 상부에 접합되는 상부 전극이 형성된 상부 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 백색 격벽은 고순도아크릴수지(PMMA), 아크릴계 재료, 폴리스틸렌, 폴리에스터 물질을 포함하는 재질로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 이-페이퍼 패널의 하판 상부에 형성할 격벽을 제조하는 방법에 있어서, 격벽으로 사용할 고분자 백색 패널을 패터닝하는 단계와; 상기 패터닝된 구조물에 마스크를 적용한 후 고분자 확산 비드를 분사하고 열처리하여 확산 비드를 상기 구조물의 측면에 융착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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

도 4는 본 발명 일 실시예의 특징을 보인 단면도로서, 도시한 바와 같이 백색 격벽 구조물(100) 측면에 엠보싱 구조로 융착된 백색 비드(110)를 확인할 수 있다. 이렇게 격벽 구조물(100)을 백색으로 제조하는 경우 외부 광을 효과적으로 반 사시킬 수 있으며, 광이 반사되는 측면에 엠보싱 구조를 형성하면 외부광의 효과적인 산란과 셀 내부의 토너 입자들에 반사되는 광들의 산란 특성도 개선할 수 있게 되어 표시되는 영상이 뚜렷해지게 된다.

외부 광을 반사하여 그 반사도의 차이에 의해 영상을 표시하도록 하는 이-페이퍼의 동작 특성상 이러한 셀 내부의 외부광 반사는 표시 영상의 콘트라스트 특성과 밀접한 관련이 있을 수 밖에 없고, 본 발명에서와 같이 외부 광을 측면의 엠보싱 구조에 의해 고르게 반사하도록 하면 영상이 뚜렷해지게 된다. 만일 엠보싱 구조 없이 격벽 만을 백색으로 만들 경우 입사되는 외부 광을 반사시켜 외부 광이 강하게 입사된 부분은 격벽이 시각적으로 노출되기 쉬우므로 반드시 엠보싱 구조를 통해 광을 산란시켜 강한 입사광이라도 셀 전체가 밝아지도록 구성해야만 한다.

상기 백색 비드(110)는 일반적으로 광을 확산시키기 위한 용도로 확산 필름등에 적용되는 확산용 백색 알갱이를 의미하며, 이는 백색 필름에 분사된 후 열처리를 통해 융착되어 백라이트의 빛을 확산하거나 발광 다이오드 디스플레이 소자(그래픽 LED 모듈 소자)의 상판 인쇄 필름으로 적용되고 있다.

본 발명에서는 이러한 확산용 백색 비드(110)를 격벽 패턴을 가지는 구조물의 측면에 직접 적용한 후 열처리하여 이를 융착시킴으로써 엠보싱 구조의 측면을 가지는 백색 격벽을 형성하도록 하는데 가장 큰 특징이 있다. 이러한 백색 비드(110)는 주로 고분자 물질로 형성되는데, 고순도아크릴수지(PMMA), 아크릴계 재료, 폴리스틸렌, 폴리에스터 물질을 포함하는 재질로 이루어지며, 상기 백색 비드(110)와 융착되어야 하는 격벽 패턴을 가지는 구조물(100) 역시 동일한 재질의 백색 패 널을 패터닝하는 것으로 형성한다. 이는 동일한 용융점을 가지는 재질을 이용하여 상호 융착 특성을 높이기 위한 것이다.

즉, 상기와 같은 엠보싱 측면을 가지는 격벽 구조물(100, 110)은 먼저 고분자 백색 패널(수십~수백㎛의 두께(격벽 두께)를 가지는 패널)을 펀칭, 식각, 샌드 블라스팅 등의 다양한 물리 화학적 기법으로 패터닝하여 격벽 구조로 형성한후, 상기 구조물에 백색 비드(110)를 분사 및 열처리하여 형성한다.

이러한 격벽 구조물(100, 110)을 하판(10, 20, 30) 상에 접착하는 순서나 백색 비드(110)가 격벽 구조를 가지는 패턴된 패널 구조물(100) 상부에 융착되지 않도록 하는 마스킹 공정 및 순서는 실시예에 따라 다양해질 수 있다. 예를 들어 별도의 공정으로 백색 비드(110)가 측면에 융착된 격벽 구조물(100)을 형성한 후 하판에 접합할 수 있고, 하판에 격벽 구조로 패터닝된 패널 구조물(100)을 접합한 후 백색 비드(100)를 분사하고 열처리하여 하판에 접합된 상태에서 엠보싱 구조의 측벽을 형성할 수도 있다. 그리고, 마스킹 과정은 백색 비드(100)의 분사 전에 실시된 후 분사 직후 제거되거나, 열처리 후 제거될 수 있으며, 열처리 과정 중에 제거될 수도 있다.

그러면, 상기 여러가지 실시예들 중 몇가지를 공정 수순 단면도들을 통해 확인하도록 한다.

도 5a 내지 도 5b는 별도의 공정으로 엠보싱 측면을 가지는 격벽 구조물을 형성하는 과정을 보인 것으로, 도 5a에 도시한 바와 같이 고분자 백색 패널을 패터닝하여 격벽 패턴이 형성된 패널 구조물(100)을 형성한 후, 그 상부 및 하부(없을 수도 있음)에 마스크(MSK) 층을 적용한다.

그리고, 도 5b에 도시한 바와 같이 마스크층이 적용된 패널 구조물(100)에 비드 분사 노즐(200)을 통해 백색 비드(110)를 분사하고 열처리한 후 마스크층(MSK)을 분리하여 엠보싱 측면을 가지는 격벽 구조물을 형성한다. 상기 과정에서 마스크(MSK)층의 분리 시점은 앞서 언급한 바와 같이 분사 직후, 열처리 후, 열처리 중 임의의 시간이 될 수 있다. 이후, 완전히 형성된 격벽 구조물(100, 110)을 하판 상에 자외선 접합 수단 등을 통해 접합시킨다.

도 6a 내지 도 6b는 하판 상에 격벽 패턴이 형성된 패널 구조물(100)을 먼저 접합시킨 후 백색 비드(110)를 융착시키는 경우를 보인 것이다.

먼저, 도 6a에 도시한 바와 같이 고분자 백색 패널을 패터닝하여 격벽 패턴이 형성된 패널 구조물(100)을 형성한 후, 이를 하판(10, 20, 30) 상에 다양한 방법을 통해 접합한 후, 상기 패널 구조물(100) 상부를 보호하기 위해 마스크(MSK) 층을 적용하고 비드 분사 노즐(200)을 통해 백색 비드(110)를 분사한다.

그리고, 도 6b에 도시한 바와 같이 열처리하여 패널 구조물(100)에 백색 비드(110)를 융착시킨다. 백색 비드(110)는 입자 크기가 미소하기 때문에 쉽게 용융되어 융착되며, 동일 재질로 이루어진 패널 구조물(100)과 쉽게 융착하므로 상기 백색 비드(110)보다 용융점이 높은 기판(10) 상의 하부 전극(20)이나 절연층(30)에 쉽게 융착되지 않는다. 상기 마스크층(MSK)의 제거는 앞서 설명한 바와 같이 다양한 시점에서 실시될 수 있다.

전술한 바와 같이 측면에 엠보싱 구조가 형성된 백색 격벽을 적용하는 것으 로 외부광을 높은 효율로 반사하면서 그 반사광을 산란시키도록 하여 셀의 밝기를 밝게 유지시켜 표시 영상의 콘트라스트 성능을 높일 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명 이-페이퍼 패널 및 그 격벽 제조 방법은 고분자 백색 물질로 격벽을 형성한 후 상기 격벽의 측면에 빛을 높은 효율로 반사시키기 위한 확산 비드를 분사 및 융착시켜 격벽의 측면 구조가 엠보싱 형태를 가지도록 함으로써, 외부 광이 격벽으로 흡수되지 않고 높은 효율로 반사되도록 하여 셀의 콘트라스트 성능을 높이는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 전극이 형성된 하부 기판과;

   상기 전극이 형성된 하부 기판 상부에 위치하며, 측면이 엠보싱 구조로 형성된 백색 격벽과;

   상기 백색 격벽으로 구분된 셀 영역에 주입된 토너 입자들과;

   상기 백색 격벽 상부에 접합되는 상부 전극이 형성된 상부 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 이-페이퍼 패널.
2. 제 1항에 있어서, 상기 백색 격벽 측면의 엠보싱 구조물과 격벽 구조물은 동일한 재질의 고분자 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이-페이퍼 패널.
3. 제 2항에 있어서, 상기 백색 격벽은 고순도아크릴수지(PMMA), 아크릴계 재료, 폴리스틸렌, 폴리에스터 물질을 포함하는 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 이-페이퍼 패널.
4. 이-페이퍼 패널의 하판 상부에 형성할 격벽을 제조하는 방법에 있어서,

   격벽으로 사용할 고분자 백색 패널을 패터닝하는 단계와;

   상기 패터닝된 구조물에 마스크를 적용한 후 고분자 확산 비드를 분사하고 열처리하여 확산 비드를 상기 구조물의 측면에 융착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이-페이퍼 패널 격벽 제조 방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 마스크는 확산 비드와 구조물의 융착 상태에 따라 열처리 과정 중 임의의 시점에서 제거되는 것을 특징으로 하는 이-페이퍼 패널 격벽 제조 방법.
6. 제 4항에 있어서, 상기 구조물에 확산 비드를 분사하고 열처리하는 단계는 별도의 공정으로 하판과 분리된 상태에서 진행되어 확산 비드가 패터닝된 백색 구조물 측면에 융착된 상태의 격벽 구조물을 준비하는 단계를 포함하며, 이후 해당 격벽 구조물을 접착 수단을 이용하여 이-페이퍼 패널에 접합하는 것을 특징으로 하는 이-페이퍼 패널 격벽 제조 방법.
7. 제 4항에 있어서, 상기 구조물에 확산 비드를 분사하고 열처리하는 단계는 상기 패터닝된 구조물을 접착 수단을 이용하여 하판에 접합하는 단계와; 상기 접합된 구조물의 상부에 마스크를 적용하고 확산 비드를 분사하고 열처리를 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이-페이퍼 패널 격벽 제조 방법.

Images