KR101797759B1 - 전자 종이 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판으로 종이를 이용하도록 된 전자 종이와 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전자 종이는 종이로 구성되는 하부 기판과, 투명한 재질로 구성되는 상부 기판, 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 설치되어 다수의 셀공간을 형성하는 다수의 격벽, 상기 셀공간에 충진됨과 더불어 정 또는 부 대전된 미세 입자 및, 상기 셀공간의 하부에 형성됨과 더불어 상기 정 또는 부 대전된 미세 입자를 셀공간의 상측 또는 하측으로 정렬시키는 구동수단을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

전자 종이 및 그 제조방법{E-Papar ane method of manufacturing the same}
본 발명은 전자 종이에 관한 것으로, 특히 기판으로서 종이를 이용하도록 된 전자 종이와 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 CRT, LCD, PDP 등의 다양한 종류의 디스플레이 장치가 개발되어 사용되고 있다. 이러한 종래의 디스플레이 장치는 모두 RGB 등의 동영상신호를 입력받아 출력하도록 된 것으로서, 통상 장치의 크기가 크고 무거우며 가격이 매우 높다는 단점이 있다.
한편, 최근에 이르러 전자 종이라 칭하는 디스플레이 장치가 개발되어 폭넓게 연구되고 있다. 이 전자 종이는 플라스틱 기판상에 상부 및 하부 전극을 만들고, 상기 양 전극사이에 격벽을 형성하면서 해당 공간내에 예컨대 정(+) 및 부(-) 대전된 토너 입자를 충전하여 제조한다.
전자 종이는 디스플레이되는 문자 등의 해상도가 좋고, 시야각이 넓다는 장점이 있기 때문에 차세대 디스플레이 수단으로서 크게 주목받고 있다.
그러나, 종래의 전자 종이는 대전된 토너 입자를 이용하여 디스플레이를 하기 때문에 상하부 전극에 전원이 차단상태에서는 디스플레이 영상이 오래 지속되지 못하고, 또한 외부 정전기 등에 의해 크게 영향을 받는 다는 단점이 있다.
또한, 종래의 전자 종이는 상부 및 하부 기판에 각각 전극을 형성하여야 하기 때문에 제조 공정이 복잡하고, 또한 상부 전극으로서 투명도가 좋은 ITO 전극 등을 이용하기 때문에 제조가격이 높아진다는 문제가 있다.
이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 제조공정이 간단하고 안정되면서도 선명한 디스플레이 화면을 제공할 수 있도록 된 전자종이와 그 제조방법을 제공함에 기술적 목적이 있다.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따른 전자 종이는 종이로 구성되는 하부 기판을 구비하고, 상기 하부 기판에는 도전성 물질이 주입 또는 흡착되어 하부 전극이 형성되며, 상기 하부 기판상에 형성되어 셀공간을 형성하는 격벽과, 상기 격벽 내측에 충진되는 대전된 미세 입자, 상기 격벽의 상측에 형성되는 상부 전극 및, 상기 상부 전극의 상측에 형성되는 상부 기판을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 도전성 물질은 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 기판상에 절연층이 추가로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상부 전극의 하측에 절연층이 추가로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 관점에 따른 전자 종이는 종이로 구성되는 하부 기판을 구비하고, 상기 하부 기판에는 일측 방향으로 도전성 물질이 주입 또는 흡착되어 다수의 하부 전극열이 형성되며, 상기 하부 기판상에 형성되어 다수의 셀공간을 형성하는 격벽, 상기 격벽 내측에 충진되는 대전된 미세 입자, 상기 격벽의 상측에 형성됨과 더불어 상기 하부 전극열과 직교하는 방향으로 배열되는 다수의 상부 전극열 및, 상기 상부 전극의 상측에 형성되는 상부 기판을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 다수의 셀공간이 하나의 화소를 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 다수의 셀공간에 각각 다른 칼라를 갖는 미세 입자가 충진되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 전극열이 형성되지 않은 다른 기판 영역에는 절연 물질이 주입 또는 흡착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 관점에 따른 전자 종이는 하부 기판과, 투명한 재질로 구성되는 상부 기판 및, 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 설치되고, 내부에 정 또는 부 대전된 미세 입자들이 구비되는 미세 캡슐을 구비하여 구성되고, 상기 상기 하부 기판에는 도전성 물질이 주입 또는 흡착되어 하부 전극이 형성되며, 상기 상부 기판의 하측에는 투명한 물질로 구성되는 상부 전극이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 관점에 따른 전자 종이는하부 기판과, 투명한 재질로 구성되는 상부 기판 및, 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 설치됨과 더불어 원구 형상으로 이루어지고, 원구의 일측 반구 부분과 타측 반구 부분이 서로 다른 전위로 대전됨과 더불어 서로 다른 색으로 착색되는 회전 볼을 구비하여 구성되고, 상기 상기 하부 기판에는 도전성 물질이 주입 또는 흡착되어 하부 전극이 형성되며, 상기 상부 기판의 하측에는 투명한 물질로 구성되는 상부 전극이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제5 관점에 따른 전자 종이는 종이로 구성되는 하부 기판과, 투명한 재질로 구성되는 상부 기판, 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 설치되어 다수의 셀공간을 형성하는 다수의 격벽, 상기 셀공간에 충진됨과 더불어 정 또는 부 대전된 미세 입자 및, 상기 셀공간의 하부에 형성됨과 더불어 상기 정 또는 부 대전된 미세 입자를 셀공간의 상측 또는 하측으로 정렬시키는 구동수단을 구비하여 구성되고, 상기 구동수단은 하부 기판에 도전성 물질을 주입 또는 흡착시켜 형성되는 하부 전극과, 상기 하부 전극상에 형성되는 강유전체층 및, 상기 강유전체층상에 형성되는 상부전극을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 도전성 물질이 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 강유전체층이 강유전 무기물과 강유전 유기물 또는 유기물의 혼합물 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 강유전체층이 강유전 물질과 금속의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상부 전극이 하부 전극과 직교하는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상부 전극상에 절연층이 추가로 구비되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 강유전체층이 상부 전극과 하부 전극의 교차 영역에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 강유전체층이 하부 전극이 형성된 하부 기판상에 전체적으로 도포되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상부 전극은 도전성 유기물, 도전성 유기물의 혼합물 또는 화합물 중 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제6 관점에 따른 전자 종이는 종이로 구성되는 하부 기판과, 투명한 재질로 구성되는 상부 기판, 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 설치되고, 내부에 정 또는 부 대전된 미세 입자들이 구비되는 미세 캡슐 및, 상기 미세 캡슐의 하부에 형성됨과 더불어 미세 캡슐 내측에 구비되는 상기 정 또는 부 대전된 미세 입자를 미세 캡슐의 상측 또는 하측으로 정렬시키는 구동수단을 구비하여 구성되고, 상기 구동수단은 하부 기판에 도전성 물질을 주입 또는 흡착시켜 형성되는 하부 전극과, 상기 하부 전극상에 형성되는 강유전체층 및, 상기 강유전체층상에 형성되는 상부전극을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제7 관점에 따른 전자 종이는 종이로 구성되는 하부 기판과, 투명한 재질로 구성되는 상부 기판, 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 설치됨과 더불어 원구 형상으로 이루어지고, 원구의 일측 반구 부분과 타측 반구 부분이 서로 다른 전위로 대전됨과 더불어 서로 다른 색으로 착색되는 회전 볼 및, 상기 회전 볼의 하부에 형성되어 회전 볼을 회전 구동하는 구동수단을 구비하여 구성되고, 상기 구동수단은 하부 기판에 도전성 물질을 주입 또는 흡착시켜 형성되는 하부 전극과, 상기 하부 전극상에 형성되는 강유전체층 및, 상기 강유전체층상에 형성되는 상부전극을 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제8 관점에 따른 전자 종이의 제조방법은 하부 기판으로서 종이 기판을 준비하는 단계와, 상기 하부 기판에 도전성 물질을 주입 또는 흡착시켜 하부 전극을 형성하는 단계 및, 상기 하부 기판상에 격벽을 형성하는 단계를 구비하여 하부 구조체를 형성하는 단계와, 상부 기판을 준비하는 단계와, 상기 상부 기판상에 상부 전극을 형성하는 단계를 구비하여 상부 구조체를 형성하는 단계, 상기 격벽으로 구성되는 셀공간내에 대전된 미세 입자를 충진하는 단계 및, 상기 하부 구조체와 상부 구조체를 결합하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 도전성 물질은 도전성 유기물인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 도전성 물질은 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 격벽 형성단계는 포토레지스트층을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트층 중 격벽 형성을 위한 부분을 UV 경화시키는 단계 및, 상기 UV 경화층을 제외한 다른 부분을 에칭하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 구조체의 형성단계는 상기 하부 전극의 상측에 절연층을 형성하는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상부 구조체의 형성단계는 상기 상부 전극의 하측에 절연층을 형성하는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상부 기판이 투명한 재질의 유기물인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제9 관점에 따른 전자 종이의 제조방법은 하부 기판으로서 종이 기판을 준비하는 단계와, 상기 하부 기판에 일측 방향으로 도전성 물질을 주입 또는 흡착시켜 일측 다수의 하부 전극열을 형성하는 단계 및, 상기 하부 기판상에 다수의 격벽을 형성하여 다수의 셀공간을 형성하는 단계를 구비하여 하부 구조체를 형성하는 단계와, 상부 기판을 준비하는 단계와, 상기 상부 기판상에 상기 하부 전극과 직교하는 방향으로 상부 전극열을 형성하는 단계를 구비하여 상부 구조체를 형성하는 단계, 상기 다수의 셀공간내에 대전된 미세 입자를 충진하는 단계 및, 상기 하부 구조체와 상부 구조체를 결합하는 단계를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 하부 기판의 하부 전극열을 제외한 부분에 절연물질을 주입 또는 흡착시키는 단계를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제10 관점에 따른 전자 종이의 제조방법은 전자 종이를 제조하는 방법에 있어서, 하부 기판으로 종이 기판을 준비하는 단계와, 상기 하부 기판에 도전성 물질을 주입 또는 흡착시켜 하부 전극을 형성하는 단계, 상기 하부 전극상에 강유전체층을 형성하는 단계, 상기 강유전체층상에 상부 전극을 형성하는 단계, 상기 상부 전극이 형성된 구조체상에 격벽을 형성하여 셀공간을 형성하는 단계, 상기 셀공간에 미세 입자를 충진하는 단계 및, 상기 셀공간의 상측에 상부 기판을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 도전성 물질이 유기물인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 도전성 물질이 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 강유전체층의 형성은 강유전 무기물과 강유전 유기물의 혼합물을 형성하는 단계와, 상기 혼합물을 이용하여 강유전체층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 강유전체층의 형성은 강유전 무기물과 유기물의 혼합물을 형성하는 단계와, 상기 혼합물을 이용하여 강유전체층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 강유전체층의 형성은 강유전 무기물과 금속을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계와, 상기 혼합물을 이용하여 강유전체층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 금속이 철(Fe)인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 격벽의 형성단계는 상부 전극이 형성된 구조체상에 포토레지스트층을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트층을 경화시키는 단계 및, 상기 경화된 포토레지스트층 중 셀공간에 해당하는 부분을 에칭하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 상부 전극상에 절연층을 형성하는 단계를 추가로 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제11 관점에 따른 전자 종이의 제조방법은 전자 종이를 제조하는 방법에 있어서, 하부 기판으로 종이 기판을 준비하는 단계와, 상기 하부 기판에 도전성 물질을 주입 또는 흡착시켜 하부 전극을 형성하는 단계, 상기 하부 전극상에 강유전체층을 형성하는 단계, 상기 강유전체층상에 상부 전극을 형성하는 단계, 상기 상부 전극과 이격되도록 상부 기판을 형성하는 단계 및, 상기 상부 전극과 상부 기판의 사이에 유체를 충진하고 미세 캡슐을 분산 배치하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제12 관점에 따른 전자 종이의 제조방법은 전자 종이를 제조하는 방법에 있어서, 하부 기판으로 종이 기판을 준비하는 단계와, 상기 하부 기판에 도전성 물질을 주입 또는 흡착시켜 하부 전극을 형성하는 단계, 상기 하부 전극상에 강유전체층을 형성하는 단계, 상기 강유전체층상에 상부 전극을 형성하는 단계, 상부 전극의 상측에 회전 볼을 배치하는 단계 및, 상기 회전 볼의 상측에 상부 기판을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 전자 종이의 재질로서 종이를 사용하게 되므로 제조비용이 절감됨은 물론 제조공정이 간단화 된다. 또한 화소를 구성하는 셀단위로 각각 별도의 구동수단이 설치되고, 이들 구동수단은 전원이 차단된 상태에서도 지속적으로 셀공간 내에 충진되는 대전 입자들을 구동하게 된다. 따라서, 전자 종이의 외측을 통해 정전기 등이 가해지는 경우에도 전자 종이를 통해 제공되는 문자나 영상화면이 항상 안정적으로 유지되게 된다
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전자 종이의 단면 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자종이의 단면 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 도 2에 나타낸 전자종이를 제조하기 위한 제조 공정을 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자종이의 단면 구조를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자종이의 단면 구조를 나타낸 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명한다. 단, 이하에서 설명하는 실시예는 본 발명의 하나의 바람직한 구현예를 나타낸 것으로서, 이러한 실시예의 예시는 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명은 그 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전자 종이의 단면 구조를 나타낸 것으로서, 이는 본 발명을 충돌대전형 또는 전기영동현상을 이용한 건식 전자 종이에 적용한 경우를 예로 들어 나타낸 것이다.
도 1에서 참조번호 1은 하부 기판으로서, 이 하부 기판(1)은 종이로 구성된다. 본 발명에서 종이라 함은 펄프를 주원료로 하여 제조된 일체의 종이와 더불어, 이러한 종이를 포함하는 재질, 예컨대 종이에 실리콘 등의 내열성 재료를 코팅하거나 침투시킨 것을 포함한다.
상기 하부 기판(1)에는 종방향 또는 횡방향으로 다수의 도전성 영역(11)이 형성되고, 이 도전성 영역(11)을 제외한 다른 부분에는 절연 영역(12)이 형성된다.
상기 도전성 영역(11)은 종이 기판(1)에 도전성 유기물이나 도전성 유기물과 예컨대 금속 등의 도전성 무기물의 혼합 물질을 주입 또는 흡착시켜 형성된다. 그리고 절연 영역(12)은 플라스틱 등의 유기물이 주입 또는 흡착시켜 형성된다. 도전성 영역(11) 및 절연 영역(12)을 형성하는 경우에는 우선 종이 기판(1)에 비도전성 유기물을 주입 또는 흡착시켜 절연 영역(12)을 형성한 후, 절연 영역(12) 이외의 영역에 도전성 물질을 주입 또는 흡착시키는 방법으로 도전성 영역(11)을 형성하게 된다.
상기 도전성 영역(11)은 전자 종이의 하부 전극으로서 기능하는 것이다. 본 명세서에서는 도전성 영역(11)과 하부 전극은 동일한 용어로서 사용될 것이다.
상기 종이 기판(1)의 상측에는 각 셀들을 구획하기 위한 다수의 격벽(3)이 형성된다. 이 격벽(2)은 예컨대 포토레지스트를 UV 경화시킨 후 적절하게 에칭하는 방법을 통해 생성된다.
상기 격벽(2)들에 의해 형성되는 셀공간내에는 토너 입자 또는 바람직하게는 금속 나노 입자 등의 미세 입자(4)가 충진된다. 이때, 셀공간내에 주입되는 미세 입자들은 예컨대 백색 및 흑색 입자들을 포함하고, 이중 예컨대 백색 입자는 부(-) 대전, 흑색 입자는 정(+) 대전된 상태로 설정된다.
상기 셀공간의 상측에는 하부 전극(11)과 직교하는 방향으로 상부 전극(3)이 형성된다. 이 상부 전극(3)은 예컨대 ITO(Indium-Tin-Oxide)나 IZO(Indium-Zinc-Oxide) 등의 투명전극으로 이루어진다. 또한, 이 경우에 필요에 따라 상기 상부 전극(3)의 하측에는 상부 전극(5)과 대전 입자가 직접적으로 접촉하는 것을 방지하기 위한 투명한 재질의 절연체가 피복된다.
또한 상기 상부 전극(3)으로서는 도전성 유기물이나 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물질이 사용된다. 이와 같은 도전성 물질을 이용하게 되면 잉크젯법이나 스크린 인쇄법 등을 통해 전극(3)을 형성할 수 있게 되므로 전자종이의 제조방법이 간단화 되고 제조비용이 대폭 절감되게 된다.
그리고, 상기 상부 전극(3)의 상측에는 예컨대 투명한 재질의 유기물로 구성되는 상부 기판(5)이 형성된다.
상기 실시예에 따른 전자종이에 있어서는 기판(1)으로서 종이를 사용하게 되므로 질감이 종이와 동일한 전자종이가 구현된다. 또한 도전성 유기물과 도전성 무기물을 혼합하여 전극을 형성하는 경우에는 경우에 따라서 전극층에 크랙이 발생되어 전극층의 품질이 저하될 우려가 있게 된다. 그러나 상술한 실시예에 있어서는 하부 전극(11)을 형성할 때 도전성 유기물과 도전성 무기물이 종이에 흡착되어 형성되므로 종이에 의해 도전성 유기물 및 무기물이 견고하게 결합되어 크랙 등이 발생되지 않게 된다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자종이의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2에서도 도 1과 마찬가지로 기판(1)으로서 종이를 사용하고, 이 종이기판(1)에는 도전성 영역(11)과 절연 영역이 형성된다.
한편, 상기 하부 전극(11)의 상측, 바람직하게는 격벽(24)에 의해 구획되는 셀의 저면에는 강유전체층(22)이 형성된다. 강유전체층(22)을 형성하기 위한 강유전 물질로서는 산화물 강유전체, BMF(BaMgF4) 등의 불화물 강유전체, 강유전체 반도체 등의 무기물 강유전체와, 고분자 강유전체 등의 유기물 강유전체가 사용될 수 있다.
상기 산화물 강유전체로서는 예컨대 PZT(PbZrxTi1-xO3), BaTiO3, PbTiO3 등의 페로브스카이트(Perovskite) 강유전체, LiNbO3, LiTaO3 등의 수도 일메나이트(Pseudo-ilmenite) 강유전체, PbNb3O6, Ba2NaNb5O15 등의 텅스텐-청동(TB) 강유전체, SBT(SrBi2Ta2O9), BLT((Bi,La)4Ti3O12), Bi4Ti3O12 등의 비스무스 층구조의 강유전체 및 La2Ti2O7 등의 파이로클로어(Pyrochlore) 강유전체와 이들 강유전체의 고용체(固溶體)를 비롯하여 Y, Er, Ho, Tm, Yb, Lu 등의 희토류 원소(R)를 포함하는 RMnO3과 PGO(Pb5Ge3O11), BFO(BiFeO3) 등이 있다.
또한, 상기 강유전체 반도체로서는 CdZnTe, CdZnS, CdZnSe, CdMnS, CdFeS, CdMnSe 및 CdFeSe 등의 2-6족 화합물이 있다.
또한, 상기 고분자 강유전체로서는 예컨대 폴리비닐리덴 플로라이드(PVDF)나, 이 PVDF를 포함하는 중합체, 공중합체, 또는 삼원공중합체가 포함되고, 그 밖에 홀수의 나일론, 시아노중합체 및 이들의 중합체나 공중합체 등이 포함된다.
또한, 상기 강유전 물질로서는 강유전 무기물과 유기물을 혼합물, 강유전 무기물과 강유전 유기물의 혼합물, 강유전 무기물의 고용체와 유기물의 혼합물, 강유전 무기물의 고용체와 강유전 유기물의 혼합물, 강유전 무기물과 강유전 무기물 또는 유기물의 혼합물에 예컨대 Fe 등의 금속, 실리사이드, 또는 실리케이트가 혼합된 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 강유전 물질로서 예컨대 PZT 등의 강유전 무기물에 Fe 등의 금속이 혼합된 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 강유전 무기물에 혼합되는 유기물로서는 일반적인 모노머(monomer), 올리고머(oligomer), 폴리머(polymer), 코폴리머(copolymer), 바람직하게는 유전율이 높은 유기물 재료가 사용될 수 있다.
유전율이 높은 유기물로서는 예컨대 PVP(polyvinyl pyrrolidone), PC(poly carbonate), PVC(polyvinyl chloride), PS(polystyrene), 에폭시(epoxy), PMMA(polymethyl methacrylate), PI(polyimide), PE(polyehylene), PVA(polyvinyl alcohol), 나일론 66(polyhezamethylene adipamide), PEKK(polytherketoneketone) 등이 있다.
또한,강유전 물기물에 혼합되는 유기물로서는 불화 파라-자일렌(fluorinated para-xylene), 플루오로폴리아릴에테르(fluoropolyarylether), 불화 폴리이미드(fluorinated polyimide), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리(α-메틸 스티렌)(poly(α-methyl styrene)), 폴리(α-비닐나프탈렌)(poly(α-vinylnaphthalene)), 폴리(비닐톨루엔)(poly(vinyltoluene)), 폴리에틸렌(polyethylene), 시스-폴리부타디엔(cis-polybutadiene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리이소프렌(polyisoprene), 폴리(4-메틸-1-펜텐)(poly(4-methyl-1-pentene)), 폴리(테트라플루오로에틸렌)(poly(tetrafluoroethylene)), 폴리(클로로트리플루오로에틸렌)(poly(chlorotrifluoroethylene), 폴리(2-메틸-1,3-부타디엔)(poly(2-methyl-1,3-butadiene)), 폴리(p-크실릴렌)(poly(p-xylylene)), 폴리(α-α-α'-α'-테트라플루오로-p-크실릴렌)(poly(α-α-α'-α'-tetrafluoro-p-xylylene)), 폴리[1,1-(2-메틸 프로판)비스(4-페닐)카보네이트](poly[1,1-(2-methyl propane)bis(4-phenyl)carbonate]), 폴리(시클로헥실 메타크릴레이트)(poly(cyclohexyl methacrylate)), 폴리(클로로스티렌)(poly(chlorostyrene)), 폴리(2,6-디메틸-1,4-페닐렌 에테르)(poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene ether)), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene), 폴리(비닐 시클로헥산)(poly(vinyl cyclohexane)), 폴리(아릴렌 에테르)(poly(arylene ether)) 및 폴리페닐렌(polyphenylene) 등의 비극성 유기물이나, 폴리(에틸렌/테트라플루오로에틸렌)(poly(ethylene/tetrafluoroethylene)), 폴리(에틸렌/클로로트리플루오로에틸렌)(poly(ethylene/chlorotrifluoroethylene)), 불화 에틸렌/프로필렌 코폴리머(fluorinated ethylene/propylene copolymer), 폴리스티렌-코-α-메틸 스티렌(polystyrene-co-α-methyl styrene), 에틸렌/에틸 아크릴레이트 코폴리머(ethylene/ethyl acrylate copolymer), 폴리(스티렌/10%부타디엔)(poly(styrene/10%butadiene), 폴리(스티렌/15%부타디엔)(poly(styrene/15%butadiene), 폴리(스티렌/2,4-디메틸스티렌)(poly(styrene/2,4-dimethylstyrene), Cytop, Teflon AF, 폴리프로필렌-코-1-부텐(polypropylene-co-1-butene) 등의 저유전율 코폴리머 등이 사용될 수 있다.
그리고, 그 밖에 폴리아센(polyacene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리(페닐렌 비닐렌) (poly(phenylene vinylene)), 폴리플루오렌(polyfluorene)과 같은 공액 탄화수소 폴리머, 및 그러한 공액 탄화수소의 올리고머; 안트라센(anthracene), 테트라센(tetracene), 크리센(chrysene), 펜타센(pentacene), 피렌(pyrene), 페릴렌(perylene), 코로넨(coronene)과 같은 축합 방향족 탄화수소 (condensed aromatic hydrocarbons); p-쿼터페닐(p-quaterphenyl)(p-4P), p-퀸쿼페닐(p-quinquephenyl)(p-5P), p-섹시페닐(p-sexiphenyl)(p-6P)과 같은 올리고머성 파라 치환 페닐렌 (oligomeric para substituted phenylenes); 폴리(3-치환 티오펜) (poly(3-substituted thiophene)), 폴리(3,4-이치환 티오펜) (poly(3,4-bisubstituted thiophene)), 폴리벤조티오펜 (polybenzothiophene)), 폴리이소티아나프텐 (polyisothianaphthene), 폴리(N-치환 피롤) (poly(N-substituted pyrrole)), 폴리(3-치환 피롤) (poly(3-substituted pyrrole)), 폴리(3,4-이치환 피롤) (poly(3,4-bisubstituted pyrrole)), 폴리퓨란(polyfuran), 폴리피리딘(polypyridine), 폴리-1,3,4-옥사디아졸 (poly-1,3,4-oxadiazoles), 폴리이소티아나프텐(polyisothianaphthene), 폴리(N-치환 아닐린) (poly(N-substituted aniline)), 폴리(2-치환 아닐린) (poly(2-substituted aniline)), 폴리(3-치환 아닐린) (poly(3-substituted aniline)), 폴리(2,3-치환 아닐린) (poly(2,3-bisubstituted aniline)), 폴리아줄렌 (polyazulene), 폴리피렌 (polypyrene)과 같은 공액 헤테로고리형 폴리머; 피라졸린 화합물 (pyrazoline compounds); 폴리셀레노펜 (polyselenophene); 폴리벤조퓨란 (polybenzofuran); 폴리인돌 (polyindole); 폴리피리다진 (polypyridazine); 벤지딘 화합물 (benzidine compounds); 스틸벤 화합물 (stilbene compounds); 트리아진 (triazines); 치환된 메탈로- 또는 메탈-프리 포르핀 (substituted metallo- or metal-free porphines), 프탈로시아닌 (phthalocyanines), 플루오로프탈로시아닌 (fluorophthalocyanines), 나프탈로시아닌 (naphthalocyanines) 또는 플루오로나프탈로시아닌 (fluoronaphthalocyanines); C60 및 C70 풀러렌(fullerenes); N,N'-디알킬, 치환된 디알킬, 디아릴 또는 치환된 디아릴-1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실릭 디이미드 (N,N'-dialkyl, substituted dialkyl, diaryl or substituted diaryl-1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic diimide) 및 불화 유도체; N,N'-디알킬, 치환된 디알킬, 디아릴 또는 치환된 디아릴 3,4,9,10-페릴렌테트라카르복실릭 디이미드 (N,N'-dialkyl, substituted dialkyl, diaryl or substituted diaryl 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic diimide); 배쏘페난쓰롤린 (bathophenanthroline); 디페노퀴논 (diphenoquinones); 1,3,4-옥사디아졸 (1,3,4-oxadiazoles); 11,11,12,12-테트라시아노나프토-2,6-퀴노디메탄 (11,11,12,12-tetracyanonaptho-2,6-quinodimethane); α,α'-비스(디티에노[3,2-b2',3'-d]티오펜) (α,α'-bis(dithieno[3,2-b2',3'-d]thiophene)); 2,8-디알킬, 치환된 디알킬, 디아릴 또는 치환된 디아릴 안트라디티오펜 (2,8-dialkyl, substituted dialkyl, diaryl or substituted diaryl anthradithiophene); 2,2'-비벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜 (2,2'-bibenzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene) 등의 유기 반-전도성(semi-conducting) 재료나 이들의 화합물, 올리고머 및 화합물 유도체 등이 사용될 수 있다.
일반적으로 무기물 강유전 물질의 경우에는 유전율이 높은 반면에 그 형성온도가 높게 형성된다. 또한, 유기물 강유전 물질을 포함하는 유기물의 경우에는 유전율이 낮은 반면에 그 형성온도가 매우 낮다. 따라서, 무기물 강유전 물질과 유기물 또는 유기물 강유전 물질을 혼합하게 되면 일정 이상의 유전율을 가지면서 형성온도가 매우 낮은 강유전 물질을 얻을 수 있게 된다.
이어, 상기 강유전체층(22)상에 하부 전극(12)과 직교하는 방향으로 상부 전극(23)이 구비된다. 상기 상부 전극(23)으로서는 금, 은, 알루미늄, 플라티늄, 인듐주석화합물(ITO), 스트론튬티타네이트화합물(SrTiO3)이나, 그 밖의 전도성 금속 산화물과 이것들의 합금 및 화합물, 또는 전도성 중합체를 기재로 하는 예컨대 폴리아닐린, 폴리(3, 4-에틸렌디옥시티오펜)/폴리스티렌술포네이트(PEDOT:PSS) 등의 혼합물이나 화합물 또는 다층물 등의 재질이 이용될 수 있다.
또한 상기 상부 전극(23)으로서는 도전성 유기물 또는 도전성 유기물과 도전성 무기물의 혼합물이 이용될 수 있다.
또한, 상기 상부 전극(23)상에는 상부 전극(23)과 미세 입자(25)가 직접적으로 접촉되는 것을 방지하기 위한 절연층이 구비될 수 있다.
상기 상, 하부 전극(11, 23)상에는 각 셀들을 구획하기 위한 다수의 격벽(24)이 형성된다. 이 격벽(24)은 예컨대 포토레지스트를 UV 경화시킨 후 적절하게 에칭하는 방법을 통해 생성된다.
상기 격벽(24)들에 의해 형성되는 셀공간내에는 토너 입자 또는 바람직하게는 금속 나노 입자 등의 미세 입자(25)가 충진된다. 이때, 셀공간내에 주입되는 미세 입자들은 예컨대 백색 및 흑색 입자들을 포함하고, 이중 예컨대 백색 입자는 부(-) 대전, 흑색 입자는 정(+) 대전된 상태로 설정된다.
그리고, 상기 격벽(24)과 셀공간의 상측에는 예컨대 유리나, 투명한 재질의 유기물로 구성되는 상부 기판(26)이 구비된다.
이하, 상기한 구조를 갖는 전자 종이의 동작에 대하여 설명한다.
도 1에 나타낸 전자 종이는 격벽(2)들로 이루어지는 셀공간의 하부 및 상부에 전극을 설치하고, 이들 전극에 전압을 인가하는 방식으로 셀공간내에 충진되는 대전 입자들을 구동한다. 이에 대하여 본 실시예에 있어서는 셀공간의 하부, 즉 하부 기판(1)상에 셀공간내에 충진되는 미세 입자(25)들을 구동하기 위한 구동수단이 설치된다. 이 구동수단은 하부 전극(11) 및 상부 전극(23)과 이들 전극(11, 23) 사이에 위치하는 강유전체층(22)을 구비하여 구성된다.
상기 하부 전극(11)과 상부 전극(23)을 통해 강유전체층(22)에 전압을 인가하게 되면 강유전체층(22)이 분극화 되어 강유전체층(22)으로부터 분극 전계가 발생된다. 분극 전계의 방향은 하부 전극(11) 및 상부 전극(23)에 인가되는 전압에 따라 그 방향이 달라지게 된다. 예를 들어, 하부 전극(11)을 접지시킨 상태에서 상부 전극(23)에 소정의 양전압(+)을 인가하게 되면 상측 방향으로 양 전계가 발생되고, 하부 전극(11)을 접지시킨 상태에서 상부 전극(23)으로 음전압(-)을 인가하게 되면 상측 방향으로 음 전계가 발생된다. 그리고, 일단 강유전체층(22)이 분극화가 되면 상기한 전계의 발생은 하부 및 상부 전극(11, 23)에 인가되는 전압을 차단하는 경우에도 지속적으로 유지된다.
다수의 격벽(24)들로 구성되는 셀공간 하부의 구동수단, 즉 하부 및 상부 전극(11, 23)과 강유전체층(22)을 구비하는 구동수단이 구동되어 구동수단으로부터 일정 방향의 전계가 발생되면 셀공간에 충진되어 있는 정(+) 또는 부(-) 대전된 흑색 또는 백색 대전입자(25)들이 상측 및 하측으로 정렬된다.
따라서, 각 셀공간에 구비되는 구동수단을 선택적으로 구동하는 방법을 통해 다수의 셀들로 구성되는 전자 종이의 상측에 원하는 형태의 문자나 영상을 표시할 수 있게 된다.
상기 구조에 있어서는 화소를 구성하는 셀단위로 각각 별도의 구동수단이 설치되고, 이들 구동수단은 전원이 차단된 상태에서도 지속적으로 셀공간 내에 충진되는 대전 입자(25)들을 구동하게 된다. 따라서, 전자 종이의 외측을 통해 정전기 등이 가해지는 경우에도 전자 종이를 통해 제공되는 문자나 영상화면이 항상 안정적으로 유지되게 된다.
또한, 상기 구조에서는 상부 기판(26)에 별도의 투명 전극이 구비되지 않게 된다. 통상 투명 전극은 매우 고가이고 상부 기판(26)의 투명도에 영향을 미칠 수 있게 된다. 따라서, 상기 실시예에 있어서는 종래에 비해 보다 선명한 문자나 영상화면을 제공할 수 있음은 물론, 그 제조가격을 낮출 수 있게 된다.
도 3은 도 2에 나타낸 전자 종이의 제조공정을 나타낸 각 공정별 단면도이다.
우선, 도 3a에 나타낸 바와 같이 하부 기판(1)을 준비하고, 도 3b에 나타낸 바와 같이 상기 하부 기판(1)에 비도전성 유기물을 주입 또는 흡착시켜 절연 영역을 형성한 후, 절연 영역 이외의 영역에 도전성 물질을 주입 또는 흡착시키는 방법으로 도전성 영역(11)을 형성하게 된다.
이어, 도 3c에 나타낸 바와 같이 상기 하부 전극(11)상에 강유전 물질로 구성되는 강유전체층(22)을 형성한다. 이때, 강유전체층(22)은 하부 전극(11)과 상부 전극(23)이 상호 교차되는 영역에만 형성할 수 있고, 하부 기판(1)과 하부 전극(11)상에 전체적으로 형성하는 것도 가능하다.
또한, 강유전체층(22)의 형성에는 진공증착, 잉크젯, 스핀코팅법 또는 스크린 인쇄 등을 이용할 수 있다. 강유전 물질로서 무기물을 사용하는 경우에는 강유전체층(3)은 바람직하게는 진공증착을 이용하여 형성하는 것이 가능하다. 또한, 강유전 물질로서 무기물과 유기물의 혼합물을 이용하는 경우에는 강유전 무기물과 유기물 또는 강유전 유기물을 이용하여 혼합 용액을 생성한 후, 잉크젯, 스핀코팅법 또는 스크린 인쇄 등을 이용하여 강유전체층(22)을 형성할 수 있다.
상기 혼합 용액의 생성에는 다음과 같은 방법을 이용할 수 있다.
1. 무기물 파우더와 유기물 파우더를 혼합한 후, 이를 용매에 녹여서 혼합 용액을 생성.
2. 무기물 용액에 유기물 파우더를 용해시켜 혼합 용액을 생성.
3. 유기물 용액에 무기물 파우더를 용해시켜 혼합 용액을 생성.
4. 무기물 용액과 유기물 용액을 혼합하여 혼합 용액을 생성.
상기한 방식에서 무기물과 유기물의 혼합비는 필요에 따라 적절하게 설정하는 것이 가능하다. 만일 강유전 무기물의 혼합비가 높아지게 되면 혼합물의 유전율은 높아지는 반면에 형성온도가 높아지게 되고, 강유전 무기물의 혼합비가 낮아지게 되면 혼합물의 유전율은 낮아지는 반면에 형성온도가 낮아지게 된다.
상기 강유전체층(22)상에는 도 3d에 나타낸 바와 같이 상부 전극(23)이 형성된다. 상부 전극(23)은 하부 전극(11)과 직교하는 방향으로 배열된다.
이어, 도 3e에 나타낸 바와 같이 상기 하부 전극(11) 및 상부 전극(23)상에 예컨대 포토레지스트를 이용하여 셀공간을 형성하기 위한 격벽(24)을 형성한다. 이때, 도면에 구체적으로 나타내지는 않았으나 상기 상부 전극(23)상에는 상부 전극(23)과 미세 입자(25)가 직접적으로 접촉되는 것을 방지하기 위한 절연층이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 격벽(24)으로 구성되는 셀공간내에 정(+) 및 부(-)로 대전된 토너 또는 금속 나노입자(25)를 충진하고, 하부 구조체상에 투명한 재질로 구성되는 상부 기판(26)을 예컨대 접착제 등을 이용하여 결합함으로써 전자 종이를 완성하게 된다.
한편, 상기 실시예는 본 발명을 충돌대전형 또는 전기영동현상을 이용한 건식 전자 종이에 적용한 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 다른 구조 및 방식의 전자 종이에 대해서도 동일한 방식으로 적용하여 실시할 수 있다.
도 4는 미세 캡슐을 이용하는 전자 종이에 본 발명을 적용한 경우를 예로 들어 나타낸 단면도이다.
도 4에 있어서는 유체가 충전된 캐비티의 하측 및 상측에 각각 하부 기판(1) 및 상부 기판(26)이 설치된다. 상기 실시예와 마찬가지로 상기 하부 기판(1)에는 도전성 영역(11) 및 절연 영역이 형성되고, 하부 기판(1)상에는 강유전체층(22) 및 상부 전극(23)을 구비하여 구성되는 구동수단이 설치된다. 그리고, 상기 캐비티의 내측에는 정(+) 및 부(-)로 대전된 입자(41)들을 구비하는 미세 캡슐(40)이 분산 배치된다.
본 실시예에 있어서는 하부 기판(1)상에 구비되는 구동수단의 구동에 따라 미세 캡슐(40) 내측의 대전 입자(41)들이 상하측으로 정렬됨으로써 특정한 문자나 영상을 생성하게 된다.
도 5는 회전 볼을 이용하는 전자 종이에 본 발명을 적용한 경우를 예로 들어 나타낸 단면도이다.
도 5에 있어서는 하부 기판(1)과 상부 기판(26)의 사이에 회전 볼(50)이 설치되고, 상기 실시예와 마찬가지로 상기 하부 기판(1)에는 도전성 영역(11) 및 절연 영역이 형성되면서, 그 상측에는 강유전체층(22) 및 상부 전극(23)을 구비하여 구성되는 구동수단이 설치된다. 상기 회전 볼(50)은 일측 반구 부분이 예컨대 정(+) 대전되면서 타측 반구 부분은 부(-) 대전된다. 그리고, 정(+) 대전된 부분과 부(-) 대전된 부분은 각각 예컨대 흑색 또는 백색의 서로 다른 색으로 착색된다.
본 실시예에 있어서는 하부 기판(1)상에 구비되는 구동수단의 구동에 따라 회전 볼(50)이 회전하면서 상측으로 백색 또는 흑색 부분이 정렬됨으로써 특정한 문자나 영상을 생성하게 된다.
이상으로 본 발명에 대한 실시예를 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다. 즉, 예를 들어 상술한 실시예에 있어서는 하나의 화소를 하나의 셀공간으로 구성하여 흑백 화상을 제공하는 전자 종이에 대하여 설명하였으나, 하나의 화소를 R(Red), G(Green), B(Blue)의 3개의 셀로 구성함으로써 전자 종이를 통해 칼라 화상을 구현할 수 있게 된다.
또한, 상술한 실시예에 있어서는 하부 기판(1)상에 형성되는 구동수단으로서 하부 전극(11)과 강유전체층(22) 및 상부 전극(23)으로 구성되는 구조를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 하부 기판(1)과 상부 기판(26) 사이에 존재하는 대전 입자 또는 대전 구체에 일정 방향의 전계를 제공할 수 있는 다른 형태의 구동수단도 동일한 방식으로 채용할 수 있다.
또한 도 1에 나타낸 실시예는 도 4 및 도 5의 실시예에 동일한 방식으로 적용할 수 있다.
1: 하부 기판, 2: 격벽,
3: 상부 전극, 4: 미세 입자,
5: 상부 기판, 11: 도전성 영역,
12: 절연 영역.

Claims (41)

  1. 종이로 구성되는 하부 기판을 구비하고,
    상기 하부 기판에는 일측 방향으로 도전성 물질이 주입 또는 흡착되어 다수의 하부 전극열이 형성되며,
    상기 하부 기판상에 형성되어 다수의 셀공간을 형성하는 격벽,
    상기 격벽 내측에 충진되는 대전된 미세 입자,
    상기 격벽의 상측에 형성됨과 더불어 상기 하부 전극열과 직교하는 방향으로 배열되는 다수의 상부 전극열 및,
    상기 상부 전극열의 상측에 형성되는 상부 기판을 구비하여 구성되고,
    상기 다수의 셀공간이 하나의 화소를 구성하며,
    상기 다수의 셀공간에 각각 다른 칼라를 갖는 미세 입자가 충진되고,
    상기 하부 전극열이 형성되지 않은 다른 기판 영역에는 절연 물질이 주입 또는 흡착되며,
    상기 절연 물질을 이용하여 상기 대전된 미세 입자가 상기 상부 전극열에 직접 접촉되는 것이 방지되고,
    상기 격벽의 셀공간의 저면에 구비된 강유전체층을 더 포함하며,
    상기 강유전체층의 분극화를 이용하여 분극 전계가 발생되고,
    상기 상부 전극열 및 하부 전극열에 인가되는 전압이 차단되는 경우, 상기 상부 전극열 및 하부 전극열은 상기 분극 전계를 이용하여 구동되는 것을 특징으로 하는 전자 종이.
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JP2005241916A (ja) * 2004-02-26 2005-09-08 Brother Ind Ltd 電気泳動表示装置
JP2006003924A (ja) * 2005-08-31 2006-01-05 Kenji Sato 蛍光電子ペーパ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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