KR100533146B1 - 전기영동 디스플레이용 유색 하전입자 슬러리 조성물 및 그의 제조 방법 - Google Patents

전기영동 디스플레이용 유색 하전입자 슬러리 조성물 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기영동 디스플레이에 적합한 유색 하전입자 슬러리 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 무기산화물, 아민계 실란커플링제, 분산제, 현탁유체, 이온부여제, 음이온성 유기염료로 구성되는 전기영동 디스플레이용 비캡슐형 유색 하전입자 슬러리 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 유색 하전입자 슬러리는 이온간의 반발력에 의해 유색입자간의 양호한 분산을 가능케 하였고, 종래 기술의 마이크로 캡슐형 입자와는 달리 본 발명에 의해서는 비캡슐형 유색 하전입자로서 그 제조 방법이 간단하고 안정성이 우수하다는 특징이 있었다. 또한 본 발명으로 인해 백색 및 흑색뿐만 아니라 광의 삼원색인 적색, 청색, 녹색 하전입자의 제조가 가능하므로 풀칼라(full color) 혹은 에리어 칼라 (area color) 전기영동 디스플레이의 제작이 가능한 효과가 있다.

Description

전기영동 디스플레이용 유색 하전입자 슬러리 조성물 및 그의 제조 방법{Slurry compositions of charged color particle and preparing method thereof for electrophoretic display}
일반적으로, LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 등의 현대적인 정보표시 장치들은 전통적인 종이에 비해 무겁고, 쉽게 눈에 피로를 주며, 구부림이 불가능하기 때문에 이러한 표시장치를 통하여 정보를 접하는 것보다 종이를 통하여 보는 것을 아직도 선호하고 있다. 그러나 현대의 디스플레이는 반복적으로 읽고, 쓸 수 있는 장점이 있으므로 자원의 재활용 측면에서 종이의 단점을 보완할 수 있다. 따라서, 종이의 장점을 가지면서도 현대 디스플레이의 기능을 지니는 새로운 형태의 표시장치가 요구되어 진다. 전기 영동 디스플레이 (Electrophoretic display) 혹은 이페이퍼(e-Paper) 디스플레이로 불리우는 새로운 디스플레이는 종이와 현대적인 디스플레이의 장점을 겸비한 표시장치로 여겨지고 있다.
도 1a와 1b는 종래기술에 의한 일반적인 전기영동 디스플레이의 구동 설명도로써, 제 1과 2 두 개의 전극(10,11) 사이에 마이크로 캡슐(20)이 위치되고, 그 마이크로 캡슐(20)은 플러스 (+) 전하를 갖는 제 1 색소입자(21)들 및 마이너스 (-) 전하를 갖는 제 2 색소입자(22)들과 유체를 포함하고 있다. 그러므로, 도 1a와 1b에 도시된 바와 같이, 전원(51,52)에서 상기 제 1과 2 전극(10,11)에 순방향 또는 역방향 전압(도 1a, 도 1b)을 인가하면, 상기 마이크로 캡슐(20)의 + 전하를 갖는 제 1 색소입자(21)들 및 - 전하를 갖는 제 2 색소입자(22)들은 인가된 전압의 극성에 따라 이동하게 되므로 문자 또는 그림을 실시간으로 표시하는 디스플레이를 얻을 수 있다.
전술된 원리로 마이크로 캡슐들을 고분자 지지체(Polymer matrix)에 배열시켜 전기영동 디스플레이 패널(Panel)을 제조하면, 마이크로 캡슐 내에 (+) 혹은 (-) 전하를 가지는 백색의 입자(통상 TiO2 백색안료)들이 전장의 형성에 따라 위 또는 아래로 모이므로 관찰자의 시야에서는 각각의 마이크로 캡슐에 해당하는 화소의 색상 차이를 감지할 수 있어, 디스플레이로서 작동할 수 있게 된다.
상기한 마이크로 캡슐형 전기영동방식의 이페이퍼는 다양한 구동 방식들 중 가장 밝은 표시화면을 낼 수 있으며 고해상도를 구현하기에 가장 적합한 것으로 알려져 있어 많은 관심을 끌고 있다. 이 방식의 핵심 기술들 중의 하나가 바로 내부입자를 싸고 있는 마이크로 캡슐인데 많은 연구 기관들이 캡슐내부에 들어 갈 하전입자 재료를 개발 중에 있으며, 특히 컬러 구현에 적합한 재료 개발에 역점을 두고 있다. 다양한 칼라특성의 측면에서는 무기안료보다는 유기염료가 보다 적합하지만, 유기염료의 경우 무기안료에 비해 구동의 측면 즉 전기영동의 측면에서 어려운 점이 많다는 문제가 있다. 또한, 현재 개발된 마이크로 캡슐형 전기영동방식의 이페이퍼는 디스플레이로서의 요구 조건을 만족하기에는 아직 미흡한 상태이다. 이는 밝은 화면 구현에는 적합하지만 캡슐내부의 입자 구동의 전압이 비교적 높은 편이며, 느린 응답 속도로 인한 잔상 현상이 발생하며, 높은 해상도와 컬러 구현에도 아직 문제점이 남아있다. 하전입자의 경우 입자의 크기, 밀도, 전하와 같은 전기영동에 있어서 중요한 영향을 미치게 되는데 그 입자 크기는 1nm ~ 100μm 정도가 이용가능하나 가능한 작은 크기를 가지고 전기영동도 10-4 ~ 10-5cm2/V·sec 이상인 것이 요구되고 있다.
본 발명자들이 종래기술(U.S. Patent 6,017,584 및 U.S. Patent 6,120,588)에 제시된 방법으로 전기영동 디스플레이용 안료입자를 제조하여 평가한 결과 다음과 같은 문제점을 발견하였다. 종래기술에 의한 전기영동 디스플레이용 입자는 주로 마이크로캡슐 내부에 포함되어 있는데, 오일상(oil phase)의 제조, 수용성 상(aqueous phase)의 제조 및 캡슐화(encapsulation) 단계의 과정을 거쳐 제조될 수 있으며, 이러한 마이크로 캡슐의 제조방법 및 조건이 까다롭고 또한 마이크로 캡슐형은 최종 입자의 안정성이 낮아서 응집 혹은 전기영동도의 저하라는 문제점이 있었다. 이러한 상황하에서 전기영동 디스플레이용 유색 하전입자의 제조방법이 간단하고 또한 최종 제조된 유색 하전입자의 안정성이 우수한 새로운 개념의 유색 하전입자의 제조방법이 요구되었다.
본 발명은 상기와 같이 마이크로 캡슐형 입자제조의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서 종래기술과는 달리 비캡슐형이라는 특징을 가지고 있으며, 다양한 칼라의 전기영동성의 유색 하전입자 조성물 및 그의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다. 즉 전기영동에 적합한 입자크기 및 전기영동도를 가지면서 칼라를 띠는 비캡슐형의 하전입자 조성물 및 유색 하전입자의 제조방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명에서는 무기입자 표면에 하전을 부여할 수 있도록 아민기(amine group)를 갖는 실란커플링제를 도입하고, 실란커플링제의 아민기를 이온부여제와 반응시켜 4급화된 양이온을 형성시키고, 이들 양이온의 일부를 음이온성의 유기 염료와 반응시킴으로써 원하는 칼라의 비캡슐형 유색하전입자의 제조가 가능하다는 새로운 사실을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 풀칼라(full color) 혹은 에리어칼라(area color) 전기영동 디스플레이 구현이 가능하도록 하는 전기영동성의 유색 하전입자 조성물 및 그의 제조방법에 관한 것으로서 상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 비캡슐형의 새로운 유색 하전입자 슬러리 조성물 및 그 제조방법이 제공된다. 상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면 전기영동성의 비캡슐형 유색 하전입자 슬러리 조성물이 제공되며, 무기산화물 0.1 ~ 15 중량%, 분산제 0.05 ~ 7 중량%, 아민계 실란커플링제 0.1 ~ 15 중량%, 현탁유체 40 ~ 99 중량%, 이온부여제 0.05 ~ 7 중량%, 음이온성 유기염료 0 ~15 중량%로 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면 무기산화물, 분산제 및 아민계 실란커플링제를 현탁유체에 가하여 분산과 동시에 무기산화물 입자표면에 아민기를 도입하는 제1단계와, 여기에 이온부여제를 가하여 무기산화물 입자표면에 도입된 아민기와 반응하도록 하여 양이온을 형성시키는 제2단계와, 여기에 상기 제1단계의 아민계 실란커플링제 대비 5 ~ 95 몰%의 음이온성 유기염료를 가하여 무기산화물 입자표면의 양이온과 이온결합하여 무기산화물에 유기염료를 도입하는 제3단계에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이용 비캡슐형 유색 하전 입자의 제조 방법이 제공된다.
이하 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 보다 용이하게 실시 할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 비캡슐형 유색 하전입자 조성물과 그 제조과정을 통해 본 발명을 상세히 소개하기로 한다.
본 발명의 비캡슐형 유색 하전입자 제조방법에 있어서 제1단계는 먼저 수~수백 nm크기의 무기산화물을 현탁유체에 가한 후 10 ~30분간 초음파 처리하여 응집된 무기산화물을 분쇄하고, 여기에 아민계 실란커플링제와 분산안정성을 위한 분산제를 첨가하고 1 ~ 24시간동안 교반 혹은 밀링시키는 과정으로 구성된다. 상기의 교반 혹은 밀링 과정에서 무기산화물 표면에 존재하는 수산기(-OH group)와 아민계 실란커플링제의 알콕시실릴기(alkoxysilyl group; RO-Si-)가 반응하여 무기 산화물 표면에 아민기가 도입된다. 즉 무기산화물-O-Si-아민기 형태의 입자가 형성된다. 또한 분산제는 아민기가 도입된 무기산화물 입자를 현탁 유체내에서 적절히 분산시킴과 동시에 입자의 침전을 최소화하는 역할을 한다.
본 발명의 무기산화물은 수~수백 nm 크기를 가지며, 입자 표면에 수산기를 포함하는 물질이면 어느 것이나 가능하며, TiO2, SiO2, Al2O3, Fe2O3, CuO, In2O3, ZnO, SiMnO4, PbO, B2O3, MgO, RuO, NiO, Cr2O3, BaCO3, ZrO2, MgCO3, BaO, Bi2O3 등을 예로 들 수 있으며, 그 예는 무수히 많다고 할 수 있겠다. 무기 산화물 입자표면에 수산기를 가지지 않는 경우는 인위적으로 수산기를 형성시킬 수도 있으며, 그 방법으로는 수소, 산소, 수분 혹은 공기 존재 하에서 플라즈마 처리를 하면 무기산화물 표면에 수산기를 도입할 수 있다.
또한 본 발명의 현탁유체(suspending fluid)는 1~15 범위의 유전상수, 높은 부피 저항율, 저점도, 낮은 독성, 고비중, 고비점 및 낮은 반사지수를 가지는 물질이 적절하며, 사이클로헥사논(cyclohexanone), 테트라크로로에탄(tetra chloroethane), 메틸렌클로라이드(methylenechloride), 에탄올(ethanol), 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene), 클로로트리플루오르에틸렌(chlorotrifluoro ethylene), 도데실벤젠(dodecylbenzene), 펜타클로로벤젠(pentachlorobenzene) 등을 예로 들 수 있다. 본 발명의 현탁유체는 염료 또는 안료에 착색(현탁유체 착색제)될 수도 있으며, 비이온성 아조계 염료, 안트라퀴논 블루, 솔벤트 블루 35, 솔벤트 블루 37, 오일 블루 N, 솔벤트 그린 계열, 솔벤트 오렌지 계열, 솔벤트 레드 계열, 솔벤트 엘로우 계열 등이 사용될 수 있다. 본 발명의 아민계 실란커플링제는 무기산화물 표면에 수산기와 반응할 수 있는 알콕시실릴기[(RO)H2Si-, (RO)2HSi-, (RO)3Si-]와 아민기 (-NH2, -NRH, -NR2)를 동시에 갖는 물질이면 가능하며, 아미노프로필트리에톡시실란 (aminopropyltriethoxysilane), 아미노프로필트리메톡시 실란(aminopropyltrimthoxy silane), 아미노프로필메틸디에톡시실란(aminopropyl methyldiethoxysilane), 아미노프로필메틸디메톡시실란(aminopropylmethyl dimethoxysilane), 아미노에틸아미노프로필트리메톡시 실란(aminoethylaminopropyl trimethoxysilane), 아미노에틸아미노프로필트리에톡시실란(aminoethylaminopropyl triethoxysilane), 아미노에틸아미노프로필메틸디메톡시실란(aminoethylamino propylmethyldimethoxysilane), 디에틸렌트리아미노프로필트리메톡시실란(di ethylenetriaminopropyltrimethoxysilane), 디에틸렌트리아미노프로필트리에톡시실란(diethylenetriaminopropyltriethoxy silane),디에틸렌트리아미노프로필메틸디메톡시실란(diethylenetriaminopropylmethyldimethoxysilane), 디에틸렌트리아미노프로필메틸디에톡시실란(diethylenetriaminopropylmethyldiethoxysilane) 등을 예로 들 수 있다.
분산 안정화 및 무기산화물 입자의 침강을 최소화 하기 위한 목적으로 첨가되는 분산제는 BYK-Chemie사의 BYK-192, BYK-190, Aldrich사의 Span 20, Span 40, Span 60, Span 80, Span 85, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80 등을 예로 들 수 있다. 본 발명자들은 상기와 같은 첨가형 타입(type)의 분산제를 이용하는 방법 외에 또 다른 방법(결합형 타입의 분산제)으로 유색하전 입자를 양호하게 분산시킬 수 있는 방법을 고안하였으며, 그 내용을 소개하면 다음과 같다. 상기 유색 하전입자 제조 방법의 제1단계인 무기산화물을 현탁유체에 분산시키고, 아민계 실란커플링제와 분산제를 가하여 교반 혹은 밀링시키는 단계에 있어서, 분산제로 탄소수가 5개 이상의 알킬기(alkyl group)를 갖는 무극성 실란커플링제를 이용하면 이들이 무기산화물의 표면에 도입(아민계 실란커플링제의 도입과 동일원리)되고 긴 알킬기의 입체장애 효과에 의해 무기산화물간에 일정거리를 유지하게 됨으로써 분산효과를 얻을 수 있음을 확인하였다. 이러한 무극성 실란커플링제는 n-옥틸트리에톡시실란(n-octyltriethoxy silane), n-옥타데실트리엑톡시 실란(n-octadecyl triethoxy silane) n-pentyltrimethoxy silane, n-dodecyltrimethoxy silane, n-hexyltriethoxy silane, n-hexadecylmethoxy silane 등을 예로 들수 있으며 그 종류는 매우 많다.
이상과 같이 무기산화물, 현탁유체, 실란커플링제 및 분산제를 포함하는 슬러리 상태의 액은 분산 및 반응을 진행시키기 위해 1~24시간 동안 교반 혹은 밀링과정을 거치며, 밀링효과를 향상시키기 위해 지르코니아 비드(zirconia bead) 등이 포함 될 수 있다.
본 발명의 비캡슐형 유색 하전입자 제조방법에 있어서 제2단계는 상기 제1단계 과정에 의해 무기산화물 표면에 도입된 아민기를 4급화하여 양이온화 시키는 단계로서, 상기 제1단계가 완료된 슬러리상태의 액에 이온부여제를 가하여 산염기 반응에 의한 양이온을 형성시키게 된다. 본 발명의 이온부여제는 아민기와 반응하여 4급화를 할 수 있는 물질이면 가능하며, 브로모에탄, 브로모부탄, 크로로부탄, 크로로프로판 등과 같은 알킬할라이드, 벤질브로마이드, 벤질크로라이드, 디메틸술페이트, 벤젠술포닉에시드, 톨루엔술포닉에시드, 아세트산 등을 예로들 수 있으며, 그 예는 무수히 많다. 이상과 같이 무기 산화물 표면에 도입된 아민기를 이온부여제와 반응시켜 4급화함으로써 무기산화물 표면에 양이온의 도입이 가능하게 된 것이다.
본 발명의 비캡슐형 유색 하전입자 제조방법에 있어서 제3단계는 상기 제2단계에 의해 제조된 무기산화물 표면의 양이온을 음이온성의 유기염료와 반응시켜 칼라를 부여하는 단계이다. 제1단계 및 제2단계에 의해 무기산화물 표면에 양이온을 부여할 수 있었으며, 이러한 양이온은 음이온 성분과 이온결합을 할 수 있으므로, 다양한 칼라를 갖는 음이온성의 유기염료를 가하여 반응시키면 양이온-음이온 이온결합이 이루어지게 되어 무기산화물 표면에 유기염료를 도입할 수 있게 된다. 이때 주의하여야 할 것은 제1단계 및 제2단계에 의해 도입된 양이온은 제3단계의 유기염료의 도입이라는 역할과 동시에 전기영동성의 부여라는 또 다른 역할을 수행하기 위한 것이므로 음이온성 유기염료의 사용량 제어가 필수적이다. 즉 음이온성의 유기염료는 무기산화물 표면의 양이온과 반응하여 그 이온성을 잃어버리게 되며, 이 경우 전기영동성의 특성이 소실되어 버리는 문제가 발생할 수 있다(도 2a). 따라서 음이온성유기염료의 도입 수는 무기산화물 표면에 존재하는 양이온의 수보다 반드시 적어야 하며, 음이온성 유기염료와 반응하지 않고 양이온 형태로 존재하는 부분을 반드시 포함해야 하는 것이다(도 2b). 이러한 양이온은 유색하전입자간의 반발을 유도하여 입자 분산성 향상에도 효과적이다. 본 발명의 음이온성 유기염료로는 양이온과 이온결합을 할 수 있는 아세테에트기(-COO-), 술포네이트기(-SO3 -)를 갖는 유기 염료면 가능하며, 적색 염료로는 에시드 레드(acid red) 계열인 에시드 레드 1, 4, 8, 14, 17, 18, 26, 27 및 29 등을 예로들 수 있고, 청색 염료로는 에시드 블루(acid blue) 계열인 에시드 블루 1, 7, 9, 25, 29, 40, 45 및 74 등을 예로 들 수 있고, 녹색 염료로는 에시드 그린(acid green) 계열인 에시드 그린 1, 3, 5, 25, 27 및 50 등을 예로 들 수 있고, 흑색 염료로는 에시드 블랙(acid black) 계열인 에시드 블랙 1, 2, 24 및 48 등을 예로 들 수 있으며, 보라색 염료로는 에시드 바이오렛(acid violet) 계열인 에시드 바이오렛 7, 9, 17 및 19 등을 예로 들 수 있으며, 오랜지색 염료로는 에시드 오렌지(acid orange) 계열인 에시드 오랜지 6, 7, 8, 10, 12, 51, 52, 63 및 74 등을 예로 들 수 있으며, 황색 염로로는 에시드 옐로우(acid yellow) 계열인 에시드 옐로우 1, 3, 9, 11, 17, 23 및 25 등을 예로 들 수 있으며, 이외에도 그 예는 무수히 많다.
이상과 같이 제1단계, 제2단계 및 제3단계에 의해 전기영동성을 가지면서 색상을 나타내는 비캡슐형 유색하전 입자를 제조할 수 있었으며, 이를 음극과 양극으로 이루어진 전기영동 디스플레이용 패널에 주입시키고 전계를 인가하면 양이온 및 유기염료를 갖는 무기산화물이 음극으로 이동하여 음극표면에 위치됨으로서 칼라형 전기영동 디스플레이의 구현이 가능하게 되는 것이다.
이상의 과정으로 얻어진 전기영동 디스플레이용 비캡슐형 유색 하전입자 슬러리는 무기산화물 0.1 ~ 15 중량%, 분산제 0.05 ~ 7 중량%, 아민계 실란커플링제 0.1 ~ 15 중량%, 현탁유체 40 ~ 99 중량%, 이온부여제 0.05 ~ 7 중량%, 음이온성 유기염료 0 ~15 중량%로 구성됨을 특징으로 한다. 특히 상기의 음이온성 유기염료는 아민계 실란커플링제 대비 5 ~ 95 몰(mol)%가 적절하며, 5몰% 이하에서는 칼라의 순도가 낮고 95몰% 이상에서는 무기산화물 표면의 양이온의 수가 적어서 전기영동성이 저하되는 경향이 있다. 또한 상기 이온부여제는 아민계 실란커플링제 대비 10 ~ 300 몰%가 바람직하며, 10 몰% 이하에서는 양이온의 수가 적어서 전기영동성이 저하되는 문제가 있으며, 300 몰% 이상에서는 과량의 이온부여제가 불순물로 작용하는 문제를 초래하게 된다.
본 발명자들은 상술한 기본 개념을 바탕으로 연구를 거듭하여 본 발명의 비캡슐형 유색 하전입자 슬러리 조성물 및 그의 제조방법을 완성하게 되었으며, 또한 상술한 기본개념을 약간 변형시켜 다양한 칼라 구현은 물론 백색 하전입자의 구현도 가능하였으며, 그 예를 소개하면 다음과 같다.
본 발명에 있어서 무기산화물로서 TiO2를 사용할 경우는 TiO2 자체가 백색을 나타내므로 본 발명의 비캡슐형 유색 하전입자 제조방법 중 제1단계 및 제2단계 만으로도 백색 하전입자의 제조가 가능하였다. 즉 TiO2 분말을 현탁유체, 아민계 실란커플링제, 분산제와 함께 혼합, 밀링시켜, TiO2 표면에 아민기를 도입하고 여기에 이온부여제를 가하여 양이온을 형성시켰다. 이를 두개의 전극을 갖는 전기영동 디스플레이용 패널에 주입한 후 전계를 인가하였으며, 그 결과 TiO2가 전기영동되어 음극표면으로 이동되어 있음을 확인할 수 있었다.
또한 본 발명의 비캡슐형 유색하전입자 제조방법에 있어서, 제1단계, 제2단계 및 제3단계 과정에서 사용되는 모든 물질(무기산화물, 아민계 실란커플링제, 분산제, 현탁유체, 이온부여제, 음이온성 유기염료)을 단계별로 투입하지 않고, 일시에 혼합하여 교반 혹은 밀링시켜도 최종 얻어진 유색하전입자 슬러리의 전기영동성은 상술한 제1, 2 및 3단계에 의해 제조된 것과 동일함을 확인하였다.
또한 본 발명의 무기산화물은 그 자체가 칼라를 띠지 않는 것일수록 유리하다. 왜냐하면 제3단계에서 이용되어지는 음이온성 유기염료의 고유한 칼라를 유지하기 위해서는 무기 산화물 자체 칼라가 없어야 하며, 만약 무기산화물 자체가 칼라를 가진다면 최종 전기영동 디스플레이는 무기산화물 입자의 칼라와 유기염료의 칼라가 혼합된 제2의 칼라를 구현하게 될 것이다. 이상의 관점에서 본 발명자들이 무기 산화물에 대한 검증을 실시한 결과 무기산화물로서 SiO2를 사용하면 그 자체가 무색, 투명하여 음이온성 유기염료의 칼라를 그대로 구현할 수 있음을 확인하였다.
이상과 같이 본 발명의 비캡슐형 유색 하전입자 제조방법을 통해 본 발명의 구현 방법을 소개하였으며, 또한 중요 특징적인 사항에 대해서도 소개하였다. 기존에 알려지지 않은 새로운 방법으로 비캡슐형 유색 하전입자를 제조할 수 있었고, 또한 이들의 전기영동 특성을 평가한 결과 25V 이하라는 저전압에서 구동됨을 확인하였다. 본 발명의 비캡슐형 유색하전입자 슬러리가 종래대비 저전압 구동(전기영동)이 가능한 것은 슬러리의 하전밀도가 향상되었다는 간접적인 증거로 볼 수 있으며, 또한 본 발명의 비캡슐형 슬러리는 조성물을 구성하는 분산제에 의한 분산효과와 무기산화물 표면에 도입된 양이온간 반발력에 의한 분산효과를 동시에 가지고 있기 때문에 아주 우수한 분산상태를 유지하고 있으며, 결국 입자간의 우수한 분산상태로 인한 이동성이 크게 나타난 것으로 평가할 수 있다.
이하에 본 발명의 실시예를 나타내어 본 발명을 구체적으로 설명하지만 본 발명이 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
현탁유체로서 사클로헥사논(cyclohexanone) 50g에 무기산화물인 TiO2 입자 1.0g을 넣고 10분간 초음파 처리하여 응집된 TiO2 입자를 분쇄하였다. 다음으로 아민계 실란커플링제인 2-(아미노에틸)-3-아미노에틸메틸디메톡시실란[2-(amino ethyl)-3-aminoethylmethyl dimethoxysilane] 1.0 g과 첨가형 분산제 BYK-192(BYK-chemie사) 0.5 g을 가한 후 2시간 밀링시켜 TiO2 입자표면에 아민기를 도입하였다(제1단계). 이때 밀링효과를 향상시키기 위하여 혼합물 내에는 0.4~0.5 mm 크기의 지르코니아 비드(zirconia bead)를 포함하고 있으며, 밀링장비로는 포트밀(pot mill)을 이용하였다. 밀링이 완료된 후 이온부여제로서 아세트산을 가하여 TiO2 입자표면에 도입된 아민기를 4급화 시켜 양이온을 생성시켰다(제2단계). 이어서 현탁유체 착색제로서 솔벤트 블루 35(0.5 g)를 가하여 최종 얻어진 백색 하전 입자 슬러리의 바탕색을 청색으로 착색시켰다. 이상의 방법으로 바탕색이 청색이고, 하전입자가 백색인 슬러리를 제조하였으며, 분산된 하전입자의 제타포텐셜 값은 약 +76 mV의 양의 하전(+ 값은 양의 하전을 의미하고, - 값은 음의 하전을 의미함)을 띄고 있었으며, 또한 하전입자의 크기는 평균 280 nm로서 그 분포는 도3에 나타내었다. 이상의 비캡슐형 백색 하전입자 슬러리를 음극과 양극이 대향하고 있는 전기영동 디스플레이용 패널에 주입하여 직류전계를 인가하여 백색 하전입자가 전기영동에 의해 음극표면에 이동됨을 확인하였으며, 전기영동 개시전압이 10V 이었으며, 30V에서 최대 콘트라스트비(contrast ratio)를 나타내었다. 도 4는 실시예 1에 의해 얻어진 백색하전 입자를 이용하여 제작된 전기영동 디스플레이의 전압인가에 따른 휘도 그래프를 나타낸 것이다. 도 5a 및 5b는 본 실시예 1에 의해 제조된 전기영동성의 백색 하전입자 슬러리를 이용하여 제작된 전기영동 디스플레이의 사진을 나타낸 것이다. 도 5a는 전계를 인가하기 전의 상태이며, 도 5b는 21 V의 직류전계가 인가되었을 때 청색 하전입자가 전기영동에 의해 음극으로 이동하여 음극표면에 부착된 상태의 사진이다. 도 5a 및 도 5b에 나타난 바와 같이 솔벤트 블루 35가 용해되어 있기 때문에 바탕색은 청색을 나타내고 있으며, 전기영동에 의해 음극으로 이동된 입자는 백색(TiO2)을 나타내고 있다.
<실시예 2>
현탁유체로서 에탄올(ethanol) 50g에 무기산화물인 SiO2 입자 1.0g을 넣고 10분간 초음파 처리하여 응집된 SiO2 입자를 분쇄하였다. 다음으로 아민계 실란커플링제인 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyl triethoxysilane) 1.0 g과 결합형 분산제 n-octyl triethoxy silane 0.5 g을 가한 후 30℃에서 1.5시간 교반시켜 SiO2 입자표면에 아민기를 도입하였다(제1단계). 그 후 이온부여제로서 디메틸술페이트(dimethylsulfate) 0.6 g을 적하하여 SiO2 입자표면에 도입된 아민기를 4급화(제2단계)시켜 양(+)의 전하를 띄도록 하였으며, 여기에 음이온성 유기염료인 에시드 레드 4(acid red 4) 1.0 g을 가하여 SiO2 입자표면에 도입된 양이온과 에시드 레드 4의 음이온(-SO3 -)과 반응시켜 비캡슐형 적색 하전입자 슬러리를 제조하였다. 이상의 적색 하전입자 슬러리를 음극과 양극이 대향하고 있는 전기영동 디스플레이용 패널에 주입하여 직류전계를 인가하여 적색 하전입자가 전기영동에 의해 음극표면에 이동됨을 확인하였으며, 전기영동 개시전압이 20 V로 나타났다.
<실시예 3>
현탁유체로서 메틸렌클로라이드(methylenechloride) 50 g에 무기산화물인 SiO2 입자 1.0 g을 넣고 10분간 초음파 처리하여 응집된 SiO2 입자를 분쇄하였다. 다음으로 아민계 실란커플링제인 디에틸아미노메틸트리에톡시실란(diethylamino methyltriethoxysilane) 1.2 g과 결합형 분산제 n-옥타데실트리에톡시실란(n-octadecyl triethoxy silane) 0.5 g을 가한 후 50 ℃에서 1.5시간 교반시켜 SiO2 입자표면에 아민기를 도입하였다(제1단계). 그 후 이온부여제로서 브로모에탄 (bromoethane) 0.52 g을 가하여 SiO2 입자표면에 도입된 아민기를 4급화(제2단계)시켜 양(+)의 전하를 띄도록 하였으며, 여기에 음이온성 유기염료인 에시드 블루 129(acid blue 129) 1.10 g을 가하여 SiO2 입자표면에 도입된 양이온과 에시드 블루 129의 음이온(-SO3 -)과 반응시켜 비캡슐형 청색 하전입자 슬러리를 제조하였다. 이상의 청색 하전입자 슬러리를 음극과 양극이 대향하고 있는 전기영동 디스플레이용 패널에 주입하여 직류전계를 인가하여 청색 하전입자가 전기영동에 의해 음극표면에 이동됨을 확인하였으며, 전기영동 개시전압이 17 V로 나타났다.
<실시예 4>
현탁유체로서 클로로트리플루오르에틸렌(chlorotrifluoroethylene) 50g에 무기산화물인 SiO2 입자 1.0 g을 넣고 10분간 초음파 처리하여 응집된 SiO2 입자를 분쇄하였다. 다음으로 아민계 실란커플링제인 사이클로헥실아미노프로필트리메톡시 실란(cyclohexylaminopropyltrimethoxy silane) 1.5 g과 첨가형 분산제 Tween 80(Aldrich 사) 0.5 g을 가한 후 40 ℃에서 3시간 교반시켜 SiO2 입자표면에 아민기를 도입하였다(제1단계). 그 후 이온부여제로서 프로필크로라이드 (propylchloride) 0.45 g을 가하여 SiO2 입자표면에 도입된 아민기를 4급화(제2단계)시켜 양(+)의 전하를 띄도록 하였으며, 여기에 음이온성 유기염료인 에시드 그린 25(acid green 25) 1.07 g을 가하여 SiO2 입자표면에 도입된 양이온과 에시드 그린 25의 음이온(-SO3 -)과 반응시켜 비캡슐형 녹색 하전입자 슬러리를 제조하였다. 이상의 녹색 하전입자 슬러리를 음극과 양극이 대향하고 있는 전기영동 디스플레이용 패널에 주입하여 직류전계를 인가하여 녹색 하전입자가 전기영동에 의해 음극표면에 이동됨을 확인하였으며, 전기영동 개시전압이 20V로 나타났다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 무기산화물, 실란커플링제, 분산제, 현탁유체, 이온부여제, 음이온성 유기염료로 구성되는 전기영동 디스플레이용 비캡슐형 유색 하전입자 슬러리 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 종래 기술의 마이크로 캡슐형 입자와는 달리 본 발명에 의해서는 비캡슐형 유색 하전입자로서 그 제조 방법이 간단하고 안정성이 우수하다는 특징이 있었다. 또한 본 발명에 의한 유색 하전입자 슬러리는 이온간의 반발력을 유도하여 유색입자간의 양호한 분산을 가능케 하였고, 25V 이하의 저전압 구동이 가능하다는 효과가 있었다. 또한 본 발명에 의해 백색 및 흑색뿐만 아니라 광의 삼원색인 적색, 청색, 녹색 하전입자의 제조가 가능하므로 풀칼라 혹은 에리어 칼라 전기영동 디스플레이의 제작이 가능한 효과가 있었다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술 사상범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위 내에 속함은 당연한 것이다.
도 1a와 1b는 종래기술에 의한 일반적인 마이크로 캡슐형 전기영동 디스플레이의 구동 설명도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10,11 : 전극 20 : 마이크로 캡슐
51.52 : 전원 21,22 : 안료 입자
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 의한 비캡슐형 유색 하전입자를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명으로 제조한 비캡슐형 백색 하전입자의 입경 분포도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의해 얻어진 비캡슐형 백색 하전입자를 이용하여 제조된 전기영동 디스플레이 패널의 전압별 휘도를 나타내는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예 1에 의해 얻어진 비캡슐형 백색하전 입자를 이용하여 제조된 전기영동 디스플레이의 사진도이다[(a) 전원 인가 전(Power Off) (b) DC 21V 인가(Power On)].

Claims (6)

  1. 전기영동 디스플레이의 안료 슬러리에 있어서 표면에 수산기를 갖는 무기산화물 0.1 ~ 15 중량%, 분산제 0.05 ~ 7 중량%, 아민계 실란커플링제 0.1 ~ 15 중량%, 현탁유체 40 ~ 99 중량%, 이온부여제 0.05 ~ 7 중량%, 음이온성 유기염료 0 ~ 15 중량%로 구성됨을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이용 비캡슐형 유색 하전입자 슬러리 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서 무기산화물이 티타늄옥사이드(TiO2)이고 음이온성 유기염료가 0 중량%로서 그 슬러리가 백색 하전입자 슬러리임을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이용 비캡슐형 유색 하전입자 슬러리 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서 무기산화물이 실리콘옥사이드(SiO2)이고 음이온성 유기염료가 0.1 ~ 8 중량%인 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이용 비캡슐형 유색 하전입자 슬러리 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서 표면에 수산기를 갖는 무기산화물은 플라즈마(plasma) 처리에 의해 무기산화물 표면에 수산기가 도입된 것임을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이용 비캡슐형 유색 하전입자 슬러리 조성물.
  5. 제 1 항 및 제 3 항에 있어서 음이온성 유기염료는 에시드 레드(acid red) 계열, 에시드 블루(acid blue) 계열, 에시드 그린(acid green) 계열, 에시드 블랙(acid black) 계열, 에시드 바이오렛(acid violet) 계열, 에시드 오렌지(acid orange) 계열, 에시드 옐로우(acid yellow) 계열 중에서 선택되는 1종이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이용 비캡슐형 유색 하전입자 슬러리 조성물.
  6. 전기영동 디스플레이용 안료 제조에 있어서 표면에 수산기를 갖는 무기산화물, 분산제 및 아민계 실란커플링제를 현탁유체에 가하여 분산과 동시에 무기산화물 입자표면에 아민기를 도입하는 제1단계와, 여기에 이온부여제를 가하여 무기산화물 입자표면에 도입된 아민기와 반응하도록 하여 양이온을 형성시키는 제2단계와, 여기에 상기 제1단계의 아민계 실란커플링제 대비 5 ~ 95 몰%의 음이온성 유기염료를 가하여 무기산화물 입자표면의 양이온과 이온결합하여 무기산화물에 유기염료를 도입하는 제3단계에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이용 비캡슐형 유색 하전 입자 제조 방법.
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