전자 잉크

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전자 잉크는 전기장에 노출될 때 다른 색상을 표시할 수 있는 특수 유형의 잉크입니다. 투톤 하전 입자를 생성하고 투명한 폴리머 쉘에 캡슐화하는 2단계 공정을 통해 만들어집니다. 생성된 나노입자 쉘은 잉크가 표면에 적용될 수 있을 때까지 용매에 현탁됩니다. 1990년대 초에 처음 개발된 전자 잉크는 인쇄 산업에 혁명을 일으키고 우리가 세상과 상호 작용하는 방식을 바꿀 수도 있습니다.

배경

잉크는 수세기 동안 사용되어 왔으며 아이디어를 표시하기 위해 종이에 잉크를 사용하면 전자 디스플레이보다 많은 이점이 있습니다. 종이는 휴대하기 쉽고 거의 언제 어디서나 읽을 수 있습니다. 전원이 필요하지 않으며 비교적 내구성이 있습니다. 그러나 종이 위의 잉크는 업데이트가 되지 않는 단점이 있습니다. 전자 잉크는 기존 종이와 잉크의 장점을 유지하면서 업데이트 및 고용량 데이터 저장이라는 추가 이점을 제공하도록 설계되었습니다.

전자 잉크는 거의 모든 표면에 코팅할 수 있는 유색 액체라는 점에서 기존 잉크와 유사합니다. 액체에 떠 있는 수백만 개의 마이크로캡슐에는 작은 2색 중합체 입자가 들어 있습니다. 입자의 한 면은 어두운 색이고 다른 면은 대비되는 밝은 색입니다. 자석과 유사하게 입자의 어두운 색 면은 밝은 색 면의 반대 전하를 띠고 있습니다. 잉크가 전기장에 노출되면 입자는 전기장의 전하에 따라 스스로 재정렬됩니다. 어두운 색상의 면이 모두 표면에 끌리면 잉크가 어둡게 보입니다. 반대 전하가 가해지면 밝은 색의 면이 정면을 향하고 표면이 밝게 보입니다. 원할 때마다 흰색에서 검은색으로 또는 그 반대로 변경할 수 있는 이 기능은 전자 잉크를 매우 유용하게 만듭니다. 책이나 다른 표면이 전자 잉크로 코팅되면 다른 단어나 그림을 표시하도록 다시 프로그래밍할 수 있습니다.

인쇄 업계에서는 문자와 그림이 별개의 점 또는 픽셀을 사용하여 표시될 수 있다는 사실이 오랫동안 알려져 왔습니다. 더 가깝게 배치할 수 있는 픽셀이 많을수록 이미지가 더 잘 보입니다. 표준 신문에서 약 300픽셀이 평방 인치 영역에 사용됩니다. 표면에 전자잉크를 일정량 도포하면 전자장을 어떻게 가하느냐에 따라 화소가 밝거나 어두워질 수 있다. 인쇄 기술은 제곱인치당 1,200픽셀 이상의 전자 잉크로 표면을 덮는 데 이미 사용할 수 있습니다. 이 해상도는 전자 잉크를 거의 모든 인쇄 작업에 적합하게 만듭니다.

전자 잉크 디스플레이가 작동하는 방식은 컴퓨터 화면과 매우 유사합니다. 잉크의 각 픽셀은 연결된 컴퓨터로 제어할 수 있습니다. 인접한 픽셀 그룹을 켜거나 꺼서 문자, 숫자 및 그림을 만들 수 있습니다. 이것은 표준 종이로 달성하기 어려울 수 있지만, 종이처럼 느껴지고 보이지만 실제로는 각 픽셀을 제어하기 위한 방대한 전기 회로를 갖춘 미니 컴퓨터인 특별히 설계된 종이가 개발되고 있습니다. 그러나 이 특수 용지는 동일한 효과를 가지도록 특수 스캐너를 개발할 수도 있기 때문에 필수적인 것은 아닙니다.

전자 잉크의 가장 유용한 특성 중 하나는 전기장이 제거된 후에도 잉크가 그 구성을 유지한다는 것입니다. 즉, 일반적인 전자 디스플레이에 비해 적은 양의 전력만 필요합니다. 그러나 원할 때마다 새로운 전기장을 적용하여 구성을 변경할 수 있습니다. 이것은 책이 전자 잉크로 인쇄된 경우 어느 날에는 한 책의 단어를 포함하고 다음 날에는 다른 책의 단어를 포함할 수 있음을 의미합니다. 메모리 저장 장치가 장착된 경우 단일 전자 책에 수천 개의 다른 텍스트가 포함될 수 있습니다.

연혁

인쇄된 단어는 수세기 동안 존재해 왔지만 전자 잉크에 대한 아이디어는 비교적 최근의 발명품입니다. 1970년대 후반, Xerox PARC의 연구에서는 전자 책의 원형을 개발했습니다. 이 장치는 얇고 부드러운 고무 표면에 반대 색상의 면(한 쪽은 검은색, 다른 쪽은 흰색)이 박힌 수백만 개의 작은 자석을 사용했습니다. 전하가 도입되면 자석이 뒤집어져 비디오 화면의 픽셀과 유사한 검은색 또는 흰색 표시가 만들어집니다. 이 장치는 크고 사용하기 어려웠기 때문에 상업적으로 성공하지 못했습니다.

그 후 10년 동안 다양한 스크린이 도입되었고 전자책이라는 아이디어가 현실이 되었습니다. 그러나 이러한 장치는 여전히 인쇄된 종이보다 더 복잡합니다. 1993년 MIT의 연구원인 Joe Jacobson은 스스로 조판하는 책에 대한 아이디어를 조사하기 시작했습니다. 그는 가역 입자를 사용하여 PARC 아이디어의 변형을 고안했습니다. 결국 그는 투명한 껍질에 들어있는 유색 폴리머를 사용하는 전자 잉크를 만들었습니다. 그는 1996년에 특허에 대한 아이디어를 제출했고 결국 2000년에 하나의 보상을 받았습니다.

Jacobson은 전자 잉크를 시장에 출시하기 위해 설계된 E Ink Corporation을 설립했습니다. 최초의 상용 제품은 Immedia 디스플레이입니다. 마치 종이 사인물과 같은 모양과 느낌을 주는 광고 사인입니다. 그러나 이 기호는 전자 잉크로 코팅되어 있어 메시지를 변경하도록 프로그래밍할 수 있습니다. 전자잉크는 결국 신문, 책, 잡지, 의류 등 기존 잉크가 쓰이던 영역에서 전자잉크가 활용될 것으로 기대하고 있다.

원자재

전자 잉크 생산에는 다양한 원료가 사용됩니다. 여기에는 폴리머, 반응제, 용매 및 착색제가 포함됩니다.

폴리머는 화학적으로 결합된 모노머로 구성된 고분자량 물질입니다. 전자 잉크 폴리에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 기타 적절한 폴리머의 충전된 착색 부분을 만들기 위해 사용됩니다. 이러한 물질은 가열하면 액체가 되고 냉각되면 고형화되고 오래 지속되는 안정적인 쌍극자를 유지할 수 있기 때문에 유용합니다.

필러 재료는 폴리머에 추가되어 물리적 특성을 변경합니다. 폴리머는 일반적으로 무색이므로 전자 잉크에 필요한 대비를 생성하기 위해 착색제가 추가됩니다. 이들은 용해성 염료 또는 분쇄된 안료일 수 있습니다. 백색을 나타내기 위하여 이산화티타늄과 같은 무기물을 사용할 수 있다. 산화철은 노란색, 빨간색 및 갈색과 같은 다른 색상을 생성하는 데 사용할 수 있습니다. 피라졸론 레드, 퀴나크리돈 바이올렛 및 플라반트론 옐로우와 같은 유기 염료도 사용할 수 있습니다. 가소제와 같은 다른 충전제를 첨가하여 폴리머의 전기적 특성을 변경할 수 있습니다. 이것은 전자 잉크에 특히 중요합니다. 생산하는 동안 폴리머가 가열됩니다. 이러한 이유로 분해를 방지하기 위해 안정제가 추가됩니다. 열 안정제에는 대두유와 같은 불포화 오일이 포함됩니다. 추가되는 보호 물질에는 벤조페논과 같은 자외선 보호제와 지방족 티올과 같은 항산화제가 포함됩니다. 이러한 재료는 각각 UV 분해 및 환경 산화를 방지하는 데 도움이 됩니다.

전자 잉크 캡슐화 과정에서 다양한 화합물이 사용됩니다. 물은 에멀젼을 생성하고 캡슐화 반응이 일어나기 위한 매개체를 제공하는 데 사용됩니다. 캡슐화 쉘을 생성하기 위해 단량체가 추가됩니다. 단량체를 반응시키는 가교제가 사용됩니다. 실리콘 오일은 캡슐의 유색 입자와 결합되는 소수성 물질입니다. 이 물질은 전기장이 적용될 때 입자가 통과할 수 있는 액체 매질을 제공합니다. 투명하고 무색이며 매우 미끄럽습니다. 기타 젤 또는 고분자 재료 두 가지 톤의 전하를 띤 작은 나노입자로 구성된 전자 잉크는 빛에 노출될 때 다른 색상이나 메시지를 표시할 수 있습니다. 전기장. 전하의 유형에 따라 입자는 표면에서 끌어당기거나 반발하여 다른 효과를 생성합니다. 시스템의 안정성을 향상시키기 위해 캡슐에 추가할 수 있습니다.

제조 공정

전자잉크는 단계적으로 만들어집니다. 첫째, 두 개의 대조 잉크에 반대 전하가 주어집니다. 그런 다음 잉크는 전도성 미소구체로 캡슐화되어 원하는 표면에 적용됩니다.

대전 잉크 생성

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1 두 개의 대조 액체 폴리머가 분무 노즐이 부착된 별도의 용기에 적재됩니다. 재료는 계속 가열되어 액체 상태를 유지합니다. 노즐 중 하나는 양전하를 띠고 다른 하나는 음전위를 가집니다. 그런 다음 압력을 사용하여 노즐을 통해 잉크를 강제로 통과시켜 잉크를 작은 입자로 분해하고 반대 전하를 얻습니다. 용기는 잉크가 노즐에서 나올 때 접촉하도록 서로 옆에 위치합니다. 서로 반대 전하를 띠기 때문에 서로 끌어당겨 더 크고 중성인 입자를 형성합니다.

2 더 큰 입자가 형성된 후 재료를 냉각시켜 응고시킵니다. 그 결과 긍정적인 면과 부정적인 면이 있는 작은 투톤 고체 입자가 생성됩니다. 그런 다음 입자는 표면 장력을 줄이고 더 완벽한 구를 만드는 가열 요소를 지나갑니다.

3 그런 다음 입자가 전극 세트를 통과하여 불완전하게 충전된 전극을 분리합니다. 전극을 통과할 때 불완전한 입자는 해당 전극에 끌어당겨 제거됩니다. 나머지 입자는 캡슐화 영역으로 전송됩니다.

캡슐화 잉크

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4 입자는 실리콘 오일에 단량체의 액체 용액이 들어 있는 탱크로 이동됩니다. 입자가 고르게 분산되도록 철저히 혼합됩니다. 이 용액은 에멀젼을 생성하는 수상과 결합됩니다. 에멀젼은 기름과 물의 반 안정 혼합물입니다. 전자 잉크 입자는 물로 둘러싸여 있는 실리콘 오일에 남아 있습니다.

5 단량체가 자체적으로 반응하도록 하는 가교제를 용액에 첨가합니다. 이것은 약간의 실리콘 오일과 전자 잉크 입자를 포함하는 작은 구체를 생성합니다. 잉크 입자는 다양한 적용을 위해 수상으로부터 분리될 수 있습니다. 이는 후속 용매 세척과 함께 증발에 의해 수행될 수 있습니다.

6 반응이 완료된 후 전자 잉크 제품을 적용할 수 있을 때까지 액체 용매에 보관합니다. 최종 제품에 따라 이 적용 과정에는 특수 종이, 직물 또는 기타 섬유 종류에 액체 잉크를 펴 바르는 작업이 포함될 수 있습니다.

품질 관리

전자 잉크의 품질을 보장하기 위해 생산 공정의 각 단계를 모니터링합니다. 상대적으로 새로운 기술이기 때문에 전자 잉크는 대량으로 빠르게 만들어지지 않습니다. 이러한 이유로 다음 단계로 진행하기 전에 각 단계를 철저히 테스트할 수 있습니다. 검사는 들어오는 원자재의 평가로 시작됩니다. 이러한 재료는 pH, 점도 및 비중과 같은 항목에 대해 테스트됩니다. 또한 색상과 외관을 평가합니다. 전자 잉크가 완성된 후 전기장에 적절하게 반응하는지 테스트합니다. 재료는 얇은 표면에 퍼지고 전기장이 적용될 수 있습니다. 그에 따라 표면의 색상이 변경되어야 합니다. 다양한 메쉬 스크린을 사용하여 입자 크기도 테스트합니다.

미래

전자잉크를 활용한 최초의 제품이 출시되고 있습니다. 평면 패널 전자 디스플레이보다 인상적이지 않은 단순한 투톤 장치입니다. 그러나 미래 세대는 광범위한 적용을 약속하며 우리가 세상과 상호 작용하는 방식에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 전자 잉크 제조업체는 이 재료가 처음에 옥외 광고판, 휴대용 컴퓨터 장치, 책 및 신문에 통합되기를 희망합니다. 그러나 궁극적으로 전자잉크는 옷, 벽, 제품 라벨, 범퍼 스티커와 같은 모든 표면에 부착될 것입니다. 그러면 언제 어디서나 모든 메시지를 표시할 수 있도록 환경에 유비쿼터스하게 됩니다.

현재 전자잉크 제품은 2가지 색상으로만 구성돼 있어 이를 활용한 제품은 풀컬러 디스플레이를 구현하지 못한다. 앞으로 더 많은 색상의 전자 잉크가 개발될 것입니다. 과학자들은 여전히 ​​적절한 시간에 이러한 다양한 색상을 표시하는 방법을 연구해야 하지만 일단 완료되면 전자 잉크로 코팅된 표면은 텔레비전 화면만큼 흥미롭게 볼 수 있습니다.