[논문]3전극형 전자종이 디스플레이의 전자잉크 주입 방법에 따른 광학 특성 분석

이상일; 홍연찬; 김영조

doi:10.4313/jkem.2018.31.3.171

3전극형 전자종이 디스플레이의 전자잉크 주입 방법에 따른 광학 특성 분석
Analysis of Optical Characteristics According to Electronic Ink Loading Method of Three-Electrode Type E-Paper Display 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.31 no.3, 2018년, pp.171 - 176

이상일 (인천대학교 전자공학과) , 홍연찬 (인천대학교 전자공학과) , 김영조 (청운대학교 전자공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

An electronic paper display was fabricated by injecting electronic ink, including white and black particles coated by positive and negative charge control agents (CCA), respectively, into closed cells surrounded by micro-barriers. These two types of charged, colored particles are easily damaged or their charging value can be changed by the injection process; therefore, the electrical and optical properties of the image panel fabricated by the injection method were estimated in this study. The active particle-loading method, proposed as a new electronic ink injection process, was applied, and the electro-optical properties of the resulting three-electrode-type e-paper image panel were analyzed. The reflection rate of the white image-panel fabricated with our new injection method was 24.7%, while that of the same panel fabricated with a previously reported injection method was 19.8%. In addition, the response time was improved by about five times compared to those reported in other publications.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 전자종이 디스플레이에 전압을 인가하여 전자잉크를 주입하는 방법을 이용하여 소자의 광학 특성을 분석하였다. 본 연구에서 다루고자 하는 방법은 한 셀에 3개의 전극이 형성되어 있는 구조에서만 가능한 방법이기 때문에 이를 이용해 소자에 주입되는 전자잉크의 농도를 제어하여 광학 특성을 개선하는 방법을 제안하고자 한다.
본 연구에서는 전자종이 디스플레이에 전압을 인가하여 전자잉크를 주입하는 방법을 이용하여 소자의 광학 특성을 분석하였다. 본 연구에서 다루고자 하는 방법은 한 셀에 3개의 전극이 형성되어 있는 구조에서만 가능한 방법이기 때문에 이를 이용해 소자에 주입되는 전자잉크의 농도를 제어하여 광학 특성을 개선하는 방법을 제안하고자 한다.

제안 방법

3전극형 전자종이 디스플레이는 하부기판에 2개의 전극을 형성하는 방법으로 제작하기 때문에 전극구조를 설계하고 마스크를 제작하여 포토공정에 의해 패널을 제작하였다. 그림 2(a)는 3전극의 구조를 위한 하부기판 패널의 전체 설계도이며, 그림 2(b)는 한 셀에 3개의 전극이 배치되어 있는 패널의 모습이다.
Active particle-loading method가 3전극형 전자종이 디스플레이 패널의 광학 특성을 개선하는지를 확인하기 위해 active particle-loading method를 이용하지 않고 전자잉크를 주입한 패널과 active particle-loading method를 이용하여 전자잉크를 주입한 패널의 반사율과 응답 시간을 측정하여 비교 분석하였다. 반사율 측정은 반사율 측정장비인 RT-200 (㈜제이앤씨테크)을 이용하여 측정하였다.
3전극형 전자종이 디스플레이 패널의 전기 및 광학 특성에 직접적인 영향을 주는 요소인 전자잉크의 농도는 주입하는 방법에 따라서 패널의 전기 및 광학 특성에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 기존의 전자잉크 충전방법을 보완하고 패널의 광학 특성을 개선하기 위한 방법으로 active particle-loading method를 제안하였으며, active particle-loading method가 패널의 전기 및 광학 특성에 미치는 영향을 확인하기 위해 충전전압을 다르게 한 4개의 샘플을 제작하여 실험을 진행하였다. 실험은 반사율 측정과 응답속도 측정을 실시하였으며, active particle-loading method를 이용한 패널이 active particle-loading method를 이용하지 않은 패널과 비교할 경우 상대적으로 광학 특성이 개선되고 컬러 구현 시 이미지가 선명하게 표현되는 것을 확인하였다.
Active particle-loading method가 3전극형 전자종이 디스플레이 패널의 광학 특성을 개선하는지를 확인하기 위해 active particle-loading method를 이용하지 않고 전자잉크를 주입한 패널과 active particle-loading method를 이용하여 전자잉크를 주입한 패널의 반사율과 응답 시간을 측정하여 비교 분석하였다. 반사율 측정은 반사율 측정장비인 RT-200 (㈜제이앤씨테크)을 이용하여 측정하였다.
응답시간 측정 시스템은 적분구에서 광을 전자종이 패널에 입사하고 구동한 전자종이 패널의 입자가 이동하는 시간을 실시간으로 적분구에 있는 포토다이오드가 이를 감지하여 오실로스코프(agilent technologies-DSO-X 2022A)에 데이터화한다. 실험은 active particle-loading method 유무에 따른 광학 특성의 비교가 필요하기 때문에 충전전압을 0~3 V 구간에서 서로 다르게 한 4개의 샘플을 제작하여 진행하였다.
응답 시간의 측정은 응답 시간 측정 시스템을 이용하여 측정하였다. 응답 시간 측정 시스템은 (주)이엘피 ELP Corporation에 의뢰하여 주문/제작 하였다. 응답 시간 측정을 위해 반사율 측정과 동일 방법으로 패널을 구동하면서 응답 시간을 측정하였으며, 이때 하부전극에서 상부전극까지 입자가 이동하는 시간을 측정하였다.
응답 시간 측정 시스템은 (주)이엘피 ELP Corporation에 의뢰하여 주문/제작 하였다. 응답 시간 측정을 위해 반사율 측정과 동일 방법으로 패널을 구동하면서 응답 시간을 측정하였으며, 이때 하부전극에서 상부전극까지 입자가 이동하는 시간을 측정하였다. 응답시간 측정 시스템은 적분구에서 광을 전자종이 패널에 입사하고 구동한 전자종이 패널의 입자가 이동하는 시간을 실시간으로 적분구에 있는 포토다이오드가 이를 감지하여 오실로스코프(agilent technologies-DSO-X 2022A)에 데이터화한다.
측정 방법은 3전극형 전자종이 디스플레이 패널에 1~3 V의 전압을 0.1 V 간격으로 상부전극과 2개의 하부전극에 모두 전압을 인가하여 백색 및 흑색 입자를분리시켜 상부기판과 하부기판에 위치하게 한 후 상부기판에서 나타내는 이미지의 반사율을 측정하였다. 응답 시간의 측정은 응답 시간 측정 시스템을 이용하여 측정하였다.
그림 2(a)는 3전극의 구조를 위한 하부기판 패널의 전체 설계도이며, 그림 2(b)는 한 셀에 3개의 전극이 배치되어 있는 패널의 모습이다. 하부기판에 형성하는 전극은 2개 이상인 3개로 제작하는 것이 가능하며 본 연구에서는 active particle-loading method를 이용한 전자잉크 주입에 대한 실험을 하기 위해 하부기판에 2개의 전극을 형성한 패널을 제작하였다. 그림 2(c)는 2개의 전극을 형성하고 격벽을 형성한 패널의 단면도를 보인 것이다.

대상 데이터

제작한 패널의 한 셀의 크기는 150×150 μm, 전극 1과 전극 2의 크기는 65 μ m, 그리고 셀 높이는 23.4 μm이다.

이론/모형

셀 전체에 주입되는 전자잉크의 농도가 다르면 전자종이 디스플레이의 광학 특성을 저하한다는 것은 선행연구를 통해 확인된 바 있다 [13]. 본 연구에서는 전자 종이 디스플레이 패널의 광학 특성을 저하하는 요인이 되는 전자잉크 농도의 편차 없이 주입하기 위해 전자잉크 주입 시 전계를 인가하는 active particle-loading method를 이용하였다. 그림 4(b)는 active particle-loading method를 도시한 것으로 active particle-loading method는 3전극형 전자종이 디스플레이의 하부기판에 3개의 전극이 형성되어 있는 특징을 이용해 전자잉크를 주입하는 방법이다.
1 V 간격으로 상부전극과 2개의 하부전극에 모두 전압을 인가하여 백색 및 흑색 입자를분리시켜 상부기판과 하부기판에 위치하게 한 후 상부기판에서 나타내는 이미지의 반사율을 측정하였다. 응답 시간의 측정은 응답 시간 측정 시스템을 이용하여 측정하였다. 응답 시간 측정 시스템은 (주)이엘피 ELP Corporation에 의뢰하여 주문/제작 하였다.

성능/효과

따라서 기존의 전자잉크 충전방법을 보완하고 패널의 광학 특성을 개선하기 위한 방법으로 active particle-loading method를 제안하였으며, active particle-loading method가 패널의 전기 및 광학 특성에 미치는 영향을 확인하기 위해 충전전압을 다르게 한 4개의 샘플을 제작하여 실험을 진행하였다. 실험은 반사율 측정과 응답속도 측정을 실시하였으며, active particle-loading method를 이용한 패널이 active particle-loading method를 이용하지 않은 패널과 비교할 경우 상대적으로 광학 특성이 개선되고 컬러 구현 시 이미지가 선명하게 표현되는 것을 확인하였다. 이로써 active particle-loading method를 이용한 전자잉크 주입방법은 패널의 광학 특성을 개선시킬 수 있음을 확인하였고 전자잉크의 농도를 조절하여 입자를 주입할 수 있음을 확인하였다.
위에서부터 순서대로 백색, 흑색, 청색을 나타낸 모습으로 충전전압을 인가한 패널의 이미지가 상대적으로 더 선명한 이미지를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 위의 실험결과들에 의하면 3전극형 전자종이 디스플레이에서만 활용이 가능한 active particle-loading method는 전자잉크를 패널의 각 셀에 전자잉크의 농도를 균등하게 분포시키는 것이 가능한 방법이며, 이는 active particle-loading method를 이용하지 않은 패널과 비교할 경우 상대적으로 광학 특성이 개선되는 것을 확인하였다. 또, 전압을 조절하여 각 셀에 주입되는 전자잉크의 농도를 조절하는 것이 가능하기 때문에 이미지의 투명도 조절이 가능하며, 인가하는 전압에 따라서 대조비를 조절하는 것도 가능하다고 판단된다.
응답 시간 측정 결과 active particle-loading method를 이용하지 않은 패널의 rising time은 35.37s, falling time은 7.03s로 측정되었으며, 충전전압을 3 V 인가하여 전자잉크를 주입한 패널의 rising time은 30.78s, falling time은 2.33s로 약 5초 정도의 응답 시간 차이를 보이는 것을 확인하였다. 이러한 차이를 보인 것은 각 셀에 주입된 전자잉크의 농도 때문이다.
실험은 반사율 측정과 응답속도 측정을 실시하였으며, active particle-loading method를 이용한 패널이 active particle-loading method를 이용하지 않은 패널과 비교할 경우 상대적으로 광학 특성이 개선되고 컬러 구현 시 이미지가 선명하게 표현되는 것을 확인하였다. 이로써 active particle-loading method를 이용한 전자잉크 주입방법은 패널의 광학 특성을 개선시킬 수 있음을 확인하였고 전자잉크의 농도를 조절하여 입자를 주입할 수 있음을 확인하였다. 추후 3개 이상의 3개의 하부전극을 형성한 패널에 active particleloading method를 이용하여 전자잉크를 주입하는 경우 전기 광학적 특성을 평가하고 투명디스플레이 연구에 적용할 예정이다.

후속연구

이로써 active particle-loading method를 이용한 전자잉크 주입방법은 패널의 광학 특성을 개선시킬 수 있음을 확인하였고 전자잉크의 농도를 조절하여 입자를 주입할 수 있음을 확인하였다. 추후 3개 이상의 3개의 하부전극을 형성한 패널에 active particleloading method를 이용하여 전자잉크를 주입하는 경우 전기 광학적 특성을 평가하고 투명디스플레이 연구에 적용할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전자종이 디스플레이의 컬러 구현을 위한 방법 중 컬러필터 방법의 단점은?	전자종이 디스플레이의 컬러 구현을 위한 방법으로 주로 이용되는 방법은 컬러필터 방법과 컬러입자 방법 등이 있다. 컬러필터 방법은 서브픽셀 개념의 컬러 기술이기 때문에 이미지를 표시하기 위한 광원이 충분히 반사되지 않고 원리적으로 단일컬러의 표시가 불가능하다. 또한, 컬러입자 방법은 입자의 문턱전압을 조절하여 컬러를 표시하기 때문에 구동전압이 복잡하다는 단점이 있다 [5,6].
	3전극형 전자종이 디스플레이의 구조는?	이와 같은 전자종이의 컬러 표현 시 단점을 보완하고 단일컬러를 구현하기 위해 고안한 3전극형 전자종이 디스플레이는 그림 1에서 보이는 바와 같이 하부기판에 전극이 2개로 형성되어 있는 특수한 구조로 픽셀화 방식을 이용하기 때문에 컬러필터방식과 컬러입자방식의 단점을 극복할 수 있는 구조이다 [7,8].
	전자종이 디스플레이의 장점은?	전자종이 디스플레이는 신문, 잡지, 책 등 전자책으로써 활용이 가능하며 광고판, 가격표시라벨 등 게시판용으로도 사용되고 있다 [1]. 전자종이 디스플레이는 백라이트로 빛을 발산하여 이미지를 표시하는 발광형 디스플레이와는 달리 자연광을 흡수하고 반사하여 이미지를 표시하기 때문에 외부의 광량이 매우 큰 옥외에서 용이하게 사용할 수 있다는 장점을 갖는다 [2,3]. 전자종이 디스플레이는 유리나 플라스틱으로 제작된 상부 및 하부기판 사이에 서로 다른 극성을 가진 대전입자를 유체에 혼합한 전자잉크를 주입하고 전기영동현상을 이용해 대전입자를 운동시켜 이미지를 표시하는 전기영동방식을 주로 사용한다 [4,5].

참고문헌 (13)

R. Sakurai, S. G. Lee, W. K Cho, B. G. Ryu, and M. B. Song, IMID Digest, 5, 423 (2005).
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I. H. Kim and Y. C. Kim, J. Korean Acad.-Ind. Coop. Soc., 10, 1175 (2009). [DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2009.10.6.1175]
C. W. Kim and Y. C. Kim, J. Korean Inst. Electr. Electron. Mater. Eng., 23, 691 (2010). [DOI: https://doi.org/10.4313/JKEM.2010.23.9.691]
J. S. Kim and Y. C. Kim, J. Korean Inst. Electr. Electron. Mater. Eng., 24, 669 (2011). [DOI: https://doi.org/10.4313/JKEM.2011.24.8.669]
S. I. Lee and Y. C. Kim, J. Korean Inst. Electr. Electron. Mater. Eng., 28, 109 (2015). [DOI: https://doi.org/10.4313/JKEM.2015.28.2.109]
Y. K. Shin and Y. C. Kim, J. Korean Inst. Electr. Electron. Mater. Eng., 28, 21 (2015). [DOI: https://doi.org/10.4313/JKEM.2015.28.1.21]
D. J. Lee, B. E. Park, and Y. C. Kim, J. Disp. Technol., 8, 534 (2012). [DOI: https://doi.org/10.1109/JDT.2012.2199280]

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S. I. Lee, Y. C. Hong, and Y. C. Kim, J. Korean Inst. Electr. Electron. Mater. Eng., 29, 231 (2016). [DOI: https://doi.org/10.4313/JKEM.2016.29.4.231]
D. J. Lee, Y. M. Oh, S. W. Park, B. E. Park, and Y. C. Kim, J. Disp. Technol., 8, 361 (2012). [DOI: https://doi.org/10.1109/JDT.2012.2190135]

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J. S. Kim and Y. C. Kim, J. Korean Inst. Electr. Electron. Mater. Eng., 25, 48 (2012). [DOI: https://doi.org/10.4313/JKEM.2012.25.1.48]
D. J. Lee and Y. C. Kim, J. Disp. Technol., 9, 972 (2013). [DOI: https://doi.org/10.1109/JDT.2013.2273125]

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H. L. Kang, C. A. Kim, S. I. Lee, Y. K. Shin, Y. H. Lee, Y. C. Kim, and B. K. Ju, J. Disp. Technol, 12, 747 (2016). [DOI: https://doi.org/10.1109/JDT.2016.2524023]

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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