전자책 단말기에 쓰이는 전자 종이는 캡슐 안의 대전된 유기 입자들이 이동하며 글자를 만듭니다. 전기장에 의한 유기 입자의 거동을 설명해주세요.

Question

이충흔 · Accepted Answer

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.전자책 단말기의 핵심인 전자 종이는 전기 영동이라는 물리적 현상을 이용합니다. 미세한 마이크로캡슐 안에는 투명한 오일과 함께 전하를 띤 흰색과 검은색 유기 입자들이 가득 들어 있습니다. 보통 흰색 입자는 음전하를, 검은색 입자는 양전하를 띠도록 화학적으로 처리되어 있는데, 이 입자들이 외부에서 가해주는 전기장의 방향에 따라 일사불란하게 움직이며 화면을 구성하게 됩니다.​작동 원리를 살펴보면 화면 아래쪽의 전극판에 어떤 전압을 거느냐가 결정적인 역할을 합니다. 예를 들어 전극판에 양전원을 공급하면 음전하를 띤 흰색 입자들은 아래로 끌려 내려가고, 양전하를 띤 검은색 입자들은 전기적인 밀어내는 힘에 의해 화면 위쪽으로 떠오르게 됩니다. 이때 사용자는 검은색 입자를 보게 되어 화면에 글자가 나타나는 식입니다. 반대로 전극의 극성을 바꾸면 입자들의 위치가 뒤바뀌면서 흰 바탕이 나타나게 됩니다.​이 기술의 가장 큰 특징은 입자들이 한 번 자리를 잡으면 전기장을 제거해도 그 위치를 유지하려는 성질이 있다는 점입니다. 일반적인 액정 디스플레이처럼 화면을 유지하기 위해 지속적으로 빛을 내거나 전기를 소모할 필요가 없습니다. 화면을 넘길 때만 일시적으로 전기장을 형성해 입자들을 이동시키면 되기 때문에 전력 효율이 극도로 높으며, 유기 입자가 직접 반사하는 빛을 보기 때문에 종이 인쇄물을 읽는 것과 유사한 편안함을 느끼게 됩니다. 결국 전자 종이는 전기력을 이용해 나노 크기의 입자들을 체스판 위 말처럼 정교하게 배치하는 기술이라고 할 수 있습니다.

김지호 · Answer

안녕하세요.전자책 단말기의 전자 종이는 마이크로캡슐 안에 서로 다른 전하를 띠는 유기 입자들이 분산된 구조를 이용하며, 전기장에 의해 이 입자들이 이동하는 원리를 통해 화면을 표시하는데요, 이 현상은 기본적으로 전하를 띤 입자가 전기장 속에서 힘을 받아 이동하는 전기영동에 해당합니다. 각 캡슐 내부에는 보통 서로 반대 전하를 띠는 두 종류의 입자가 액체 매질 속에 떠 있는데요, 외부에서 전압을 가하면 캡슐 위아래에 전기장이 형성되고, 이때 입자는 쿨롱 힘을 받아 전기장의 방향에 따라 이동합니다. 양전하 입자는 음극 방향으로, 음전하 입자는 양극 방향으로 끌려가게 됩니다. 이동 과정에서는 액체 속에서 움직이기 때문에 점성에 의한 저항력이 동시에 작용합니다. 그래서 입자는 일정 시간이 지나면 전기력과 점성 저항력이 균형을 이루는 속도, 즉 종단 속도에 도달하며 이 속도는 입자의 크기, 전하량, 그리고 액체의 점도에 의해 결정됩니다. 이때 전압의 극성을 바꾸면 입자의 이동 방향도 즉시 반대로 바뀌어, 어떤 색의 입자가 화면 표면 쪽으로 올라오느냐가 달라지는데요, 예를 들어 흰색 입자가 위로 올라오면 해당 픽셀은 흰색으로 보이고, 검은 입자가 올라오면 검은색으로 보입니다. 특히 전기장을 제거한 후에도 입자들이 그 위치에 그대로 머무르는 경향이 있어 화면을 유지하는 데 추가적인 전력이 거의 필요 없습니다. 감사합니다.