전자비드를 이용한 반사형 디스플레이의 제작 및 평가에 관한 연구 = A study on Fabrication and Evaluation of Reflective Display using Electronic Beads

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 다양한 소재를 적용하여 패널의 격벽을 형성함으로써 전자종이의 특성을 개선하기 위한 방안을 연구하였다. 전자종이용 패널 형성에 필수적인 전자비드는 화학적 중합방법 중 중합방식이 용이하고 범용적으로 널리 쓰이는 현탁 중합방법을 이용하여 개발된 입자를 사용하였다. 크기가 작고 둥근 형태를 가진 전자비드는 전기적인 특성을 가질 수 있도록 입자 표면에 전기적 특성을 지닌 silica가 코팅되었으며, 크기는 10∼12㎛이고 전하량은 ±8∼12uC/g이다. 전자종이의 성능을 향상시키려면 전자비드가 패널 내에서 낮은 전압에 구동되고 빠른 응답속도를 가져야 한다.
전자종이의 저 전압 구동과 빠른 응답속도를 실현하기 위하여 나노입자와 매질인 솔벤트의 혼합 구조나 MEMS 구조 등 여러 가지 기술이 개발되고 있다. 그러나 이러한 기술을 적용하여도 <0.2ms와 같은 빠른 응답속도 구현에는 한계가 있다. 또한 경량화, 박형화 요구에 대응하기 위하여 패널 구조도 간단하게 제작할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 DFR과 유전체 등 다양한 소재를 적용하여 패널의 격벽을 형성하고 그 특성을 평가하였다. 포토레지스트를 이용하면 격벽의 높이를 자유롭게 조절할 수 있고, Cell의 크기 및 모양을 설계에 맞추어 형성할 수 있었다.
본 논문에 사용된 포토레지스트는 THB 151N의 Thick-PR로서 수㎛∼수십㎛ 두께까지 공정이 가능하다. 본 연구에서는 두께가 1.1mm인 Cr-ITO Glass를 이용하여 격벽 높이 25㎛, Cell 크기가 300㎛ⅹ300㎛인 6인치 패널을 제작하였다. 또한 STM社의 FPGA를 이용하여 Max. 90V의 구동 모듈 보드를 제작하였다. 또한 STV社의 구동 칩을 이용하여 스캔 및 데이터 라인을 각각 320ⅹ320 array로 구성하여 최대 1280ⅹ960의 해상도를 구현하였다.
제작된 패널 내에 입자를 공기 압축 방식으로 주입한 후, 구동모듈 시스템을 이용하여 평가한 결과, 응답속도는 0.3ms이었고 흰색 전자비드는 36%, 검정색 전자비드는 5%의 반사율을 각각 나타내어 약 7:1의 높은 반사율을 구현할 수 있었다. 이때의 해상도는 약 80ppi로 측정되었다. 코로나 건으로 전자비드를 주입하는 방식은 응답속도 0.5ms, 반사율 5:1의 특성을 보였으며, 해상도는 80ppi로 동일하였다. 이 결과로부터 코로나 건 주입방식보다 공기 압축 분사방식을 사용할 때 패널 내에서 전자비드의 운동특성이 향상됨을 알 수 있었다. 그 이유는 코로나 건 방식은 전자비드가 코로나 건 앞쪽의 탐침을 통과하면서 과충전되어 패널 내에서의 운동성이 낮아지기 때문이다.
결과적으로, 포토레지스트를 이용하여 패널의 격벽을 제작하면, DFR을 사용할 때의 단점인 입자 주입 시 발생하는 격벽 손상이나 유전체 패널에서 발생한 Cell의 모양에 따른 격벽 높이 조절의 어려움 등을 개선할 수 있고 반사율 및 응답속도도 크게 향상되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In the present study, a measure to improve the properties of electronic paper by applying diverse materials to form barrier ribs of panels was studied. As electronic beads essential to form panels for electronic paper, particles developed using the suspension polymerization method which is easy and widely used among chemical polymerization methods were used. The small and spherical electronic beads are coated with silica that has electric characteristics on their surfaces so that they can have electric characteristics. Their sizes are 10∼12㎛ and the quantities of their electric charge are ±8∼12μC/g. To improve the performance of electronic paper, electronic beads should be driven at low voltage in panels and should have high response speeds.
To realize electronic paper’s low voltage driving and high response speeds, various technologies have been developed such as mixed structures of nano particles and solvents as media or MEMS structures. However, even when these technologies are applied high response speeds such as <0.2ms cannot be easily implemented. Furthermore, panel structures should be easily producible to respond to demands for lighter and thinner panels. In the present study, diverse materials such as DFR and dielectrics were applied to form barrier ribs of panels and the characteristics of the barrier ribs were assessed. By using photoresists, the heights of barrier ribs could be freely adjusted and the sizes and views of cells could be formed in accordance with the design.
The photoresists used in the present study are Thick-PR of THB 151N which can be processed to be of several ㎛∼several ten ㎛ thicknesses. In the present study, 1.1mm thick Cr-ITO Glass was used to make 6 inch panels having 25㎛ high barrier ribs and 300㎛ⅹ300㎛ sized cells. In addition, using FPGA from STM Co., driving module boards of Maximum 90V were made. Driving chips from STV Co., were used to construct can and data lines in 320ⅹ320 arrays thereby implementing resolution of maximum 1280ⅹ960.
Particles were injected into the produced panels by air compression and the panels were assessed using a driving module system. Based on the results, the response speed of the panels was 0.3ms and white electronic beads and black electronic beads showed reflectivity values of 36% and 5% respectively and thus high reflectivity of around 7:1 implemented. The resolution at this time was measured to be around 80ppi. The method to inject electronic beads using a corona gun showed the characteristics of a response speed of 0.5ms and reflectivity of 5:1 and while showing the same resolution at 80ppi. From these results, it could be seen that the kinetic properties of electronic beads in panels were improved when the air compression injection method was used compared to the corona gun injection method. The reason is that, in the case of the corona gun method, electronic beads are overcharged as they pass the probe in front of the corona gun and thus their mobility in the panel decreases.
Consequently, when barrier ribs of panels were made using photoresists, the disadvantages of using DFR such as damage to barrier ribs occurring when particles are injected and difficulties in adjusting the heights of barrier ribs in accordance with cell views formed on dielectric panels could be improved and reflectivity and response speeds were also remarkably improved.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 1 절 연구동향 2
• 제 2 절 기술적 배경 15
• 1. 전자비드에 작용하는 힘 15
• 2. 전자비드의 제조 및 전기적 특성 18
• 제 2 장 Dry film resist를 이용한 glass 패널 제작 및 평가 26
• 제 1 절 패널 제조공정 27
• 제 2 절 DFR을 이용하여 제작한 패널 구동특성 및 평가 34
• 제 3 절 펄스 발생기의 제작 46
• 제 3 장 유전체를 이용한 glass 패널 제작 및 평가 49
• 제 1 절 패널 제조공정 50
• 제 2 절 유전체를 이용하여 제작한 패널 구동특성 및 평가 62
• 제 4 장 포토레지스트를 이용한 glass 패널 제작 및 평가 68
• 제 1 절 패널 제조공정 69
• 제 2 절 포토레지스트로 격벽을 제작한 패널의 구동특성 79
• 제 3 절 격벽 소재에 따른 패널의 특성비교 96
• 제 5 장 결 론 100
• 참 고 문 헌 104
• Abstract (in English) 108