KR100637404B1

KR100637404B1 - 전도성 고분자를 이용한 전기영동 매체 및 이를 이용한디스플레이

Info

Publication number: KR100637404B1
Application number: KR1020040013253A
Authority: KR
Inventors: 임대우
Original assignee: 학교법인 호서학원
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2006-10-23
Also published as: KR20050087445A

Abstract

본 발명은 전도성 고분자를 이용한 전기영동 매체 및 이를 이용한 디스플레이에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명의 전기영동 매체는 현탁유체에 부유되어 있는 복수의 파티클을 구비하는 전기영동 매체에 있어서, 상기 파티클이 전도성 고분자 또는 상기 전도성 고분자 및 염료이며, 현탁 유체에 0.25 내지 2.5중량%의 전도성 고분자 또는 상기 전도성 고분자 및 0.05 내지 0.6 중량%의 염료가 마이크로캡슐로 분산된 것으로 매체에 전계를 인가하면 상기 전도성 고분자가 전기 이동함으로써 종래보다 화상 안정도를 증가시킬 수 있는 개선된 전기영동 매체 및 이를 이용한 디스플레이를 제공할 수 있다.

전기영동 매체, 디스플레이, 전도성 고분자, 폴리아닐린

Description

전도성 고분자를 이용한 전기영동 매체 및 이를 이용한 디스플레이{ELECTROPHORETIC DISPLAYS AND MATERIALS FOR MAKING THE SAME USING CONDUCTIVE POLYMER}

본 발명은 전도성 고분자를 이용한 전기영동 매체 및 이를 이용한 디스플레이에 관한 것으로, 본 발명의 전기영동 매체는 현탁유체에 부유되어 있는 복수의 파티클을 구비하는 전기영동 매체에 있어서, 상기 파티클이 전도성 고분자 또는 상기 전도성 고분자 및 염료이며, 현탁유체에 0.25 내지 2.5중량%의 전도성 고분자 또는 상기 전도성 고분자 및 0.05 내지 0.6 중량%의 염료가 마이크로캡슐로 분산된 것이다.

최근, 네트워크의 보급에 따라서 종래 인쇄물의 형상으로 배포되어 있던 문서류가 소위 전자 서류로 바뀌고 있으며 더욱이 서적이나 잡지도 전자출판의 형태로 제공되는 경우가 많아지고 있다.

이러한 정보를 열람하기 위해서 종래는 CRT(브라운관) 또는 액정 디스플레이로부터 읽는 것이다. 그러나 이러한 발광형의 디스플레이는 인간 공학적 이유로부터 피로가 현저하고 장시간의 독서가 어려운 단점이 지적되고 있다. 또한 읽는 장소가 컴퓨터의 설치 장소에 한정된다는 단점이 있다.

최근 노트형 컴퓨터의 보급으로 휴대형 디스플레이로 사용할 수 있는 것도 있지만, 역시 발광형이고 소비 전력의 문제로 수 시간 이상의 독서에 사용할 수 없다. 따라서 최근 반사형 액정 디스플레이도 개발되고 이것을 사용하면 저소비 전력으로 구동할 수 있지만 액정의 무표시(백색 표시)에 있어서의 반사율은 30%이고, 이것으로는 종이로의 인쇄물에 비하여 현저하게 시인성이 나쁘고, 피로가 생기기 쉬우며, 이것도 장시간의 독서가 어렵다.

이러한 소자의 대안으로 최근에는 기존의 디스플레이 소자와 인쇄된 종이 각각의 장점을 가진 새로운 표시소자로서 전자종이(digital paper)라는 개념이 고려되어지고 있다. 전자종이는 일종의 반사형 디스플레이(reflective display)로서 기존의 종이와 잉크처럼 높은 해상도, 넓은 시야각, 밝은 흰색 배경으로 표시매체 중 가장 우수한 시각특성을 가지며, 플라스틱, 금속, 종이 등 어떠한 기판 상에서도 구현이 가능하고, 전원을 차단한 후에도 화상이 유지되고 백라이트(back light) 전원이 없어 이동 통신기기의 배터리 수명이 오래 유지되므로 원가 절감 및 경량화를 쉽게 적용시킬 수 있다. 또한 기존의 종이와 마찬가지로 넓은 면적에서 구현이 가능하므로 다른 어느 디스플레이보다도 대면적에 적용이 가능하다는 특징을 가지고 있다. 한마디로 전자종이는 종이처럼 얇은 재질과 촉감을 지니고 자료를 다운받거나 입력, 삭제, 저장할 수 있으며 수백만 번 지우고 쓰기를 반복할 수 있는 우수한 디스플레이 소자로 부상하고 있다. 따라서 전자종이는 종이 인쇄물과 기존의 디스플레이 매체를 대신하는 새로운 표시소자로서 신문, 잡지, 도서 등을 대체하는 전자신문, 전자잡지, 전자책의 개념으로 응용이 기대되고 옥내 및 옥외용 실시간 광고판 등 게시판용 디스플레이뿐만 아니라 핸드폰, PDA, web pad 등과 같은 이동통신 기기의 정보표시 매체를 대체할 것으로 기대되어 그 기술의 파급 효과는 엄청날 것으로 전망된다.

전자종이의 개발은 1970년대에 제록스(Xerox)가 최초로 연구에 착수하였으며, 당시 이 회사는 정전하가 충전된 반구형 회전구를 이용한 전자잉크의 개념을 발표하였고 이를 이용하여 유연성이 있는 얇은 기판에 인쇄할 수 있는 기술을 개발하였다. 여기에서 전자종이로 사용되는 핵심소재가 일명 트위스트 볼이라고 불리는 Gyricon 볼이다. 이 후 1990년대 들어 연구가 더욱 활발해지면서 어느 정도의 연구 성과를 보이는 전자종이의 개발은 제록스의 Gyricon 디스플레이 외에도 전기영동법과 마이크로캡슐을 응용한 E-Ink 사의 전기영동 디스플레이가 대표적이다.

이 외에도 콜레스테롤 액정을 이용한 Kent Display 사의 콜레스테롤 액정 디스플레이 또는 토너, 액정 등을 이용한 다양한 전자종이로의 연구가 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있다.

먼저, Gyricon 디스플레이는 수백만 개의 작은 비드가 오일이 채워진 엘라스토머 매트릭스 공동(cavity)에 분산되어 있고 양쪽으로 플라스틱 시트가 붙들고 있는 형태로 되어 있다. 여기서 볼은 양쪽이 강하게 대조되는 반구형태로, 한쪽은 빛을 흡수하는 검은색이고 다른 한쪽은 빛에 매우 반사적인 흰색이다. 이 2 색성 볼을 이용하여 전장으로 회전시켜 착색시키는 방법으로 그 방법이 매우 간단하여 제조단가가 저렴하다.

또 하나의 디스플레이는 전기영동을 이용한 E-Ink 디스플레이가 있다. 전계에서 콜로이드 현탁 상태의 마이크로 입자의 빠른 이동, 즉 전기영동에 기초한 것으로서 E-Ink는 전기영동 재료를 포집하고 있는 직경이 30∼300㎛인 마이크로캡슐을 제조하는 기술을 처음으로 개척하였다. 상기 디스플레이는 캡슐화된 전기영동 잉크라는 독창적인 개념을 기술의 핵심으로 포함하고 있다. 일반적으로, 캡슐화 전기이동 디스플레이에는 빛을 흡수하거나 산란시키는 하나 이상의 종류의 입자가 포함된다. 한 예로는 캡슐이 염색된 현탁 유체 내에 분산된 하나 이상의 종류의 전기이동적으로 이동성 입자를 함유하는 시스템이다. 또 다른 예는 캡슐이 투명한 현탁 유체 내에 현탁된 두 개의 개별적인 종류의 입자를 함유하는 시스템이고, 여기서 한 종류의 입자는 빛을 흡수하는(진함) 반면, 다른 종류의 입자는 빛을 산란시킨다(백색). 이러한 E-Ink 캡슐은 직경이 최소 30㎛ 까지 작게 만들 수 있고 매우 가까이 밀착시켜 패킹할 수 있으므로 볼의 크기와 공동의 공간에 의해 해상도가 제한받는 Gyricon 디스플레이보다 훨씬 더 높은 해상도를 나타낼 수 있다. 또한 E-Ink 디스플레이는 종이와 같은 외관을 가지고, 광반사 효율이 40% 이상으로 신문과 비슷하거나 오히려 약간 높은 수치를 나타낸다. 그러나 이러한 방법들은 입자 간의 틈이 광을 흡수하여 그 결과로서 콘트라스트(contrast)가 나빠지고, 구동하는 전압을 100V 이상으로 하지 않으면 실용상의 기록 속도(1초 이내)가 얻어지지 않는다는 단점이 있다.

이에 상기 발명자들은 중력 하에서의 전기영동 색소 파티클이 전기 이동 디스플레이 장치에서 화상 안정도를 제한하는 주요인자임을 제시한 바 있다. 이런 설정 속도는 색소 물방울이 현탁유체 상의 점성에 1차 근사 역비례하기 때문에, 화상의 안정도는 액상의 점성도를 증가시켜서 증가될 수 있다. 그러나 이미 전기영동 디스플레이 장치 기술 분야의 당업자가 공지한 바와 같이, 색소 파티클의 전기 이동도는 또한 액상의 점성에 역비례하기 때문에 디스플레이 장치의 스위칭 시간은 액상 매체의 점성에 직접 비례한다. 따라서 액상 매체의 점성을 광범위하게 변화시키는 것이 당업계에 공지된 것이지만, 여기서는 임의의 선택된 점성도가 타협되어 점성을 증가시켜 증가된 스위칭 시간을 희생하여 화상 안정도를 증가시키게 된다. 또한, 특히 여러 정보 '페이지' 또는 화면을 통하여 이동하는 것이 필요한 PDA 디스플레이 장치등의 소형 디스플레이 장치는 기본적으로 약 1초 초과하는 스위칭 시간을 사용자가 견딜 수 있게 한다. 그러나 디스플레이에 인가된 구동 전압을 증가시킴으로써, 현탁유체의 증가된 점성에 기인하여 스위칭 시간의 증가를 상쇄하는 것이 가능하지만, 이것은 그 자체의 문제점 발생을 가져온다. 구동 전압의 증가는 각 구동 펄스의 에너지 소비를 증가시키며, 구동 펄스를 제어하도록 요구되는 전자회로의 비용 및 복잡성을 필수적으로 증가시킨다. 또한, 많은 배터리-구동 장치에 있어서, 임의의 한계 이상으로 구동 전압을 증가시키는 것은 실제로 어렵다. WO 2002/79869에서는 전자이동 디스플레이에서 사용된 현탁유체에 임의의 폴리머의 첨가는 폴리머의 첨가에 의해 야기되는 현탁유체의 점성의 증가에 의해 달성될 수 있는 것보다 더 큰 화상 안정도의 증가를 제공할 수 있다고 게재하고 있다. 따라서 현탁유체에 폴리머의 사용은 디스플레이의 스위칭 시간의 초과적인 증가없이 화상 안정도의 실질적인 증가를 허여한다.

상기 발명자들은 현탁유체에 부유되어 있는 복수의 파티클을 포함하는 전자이동 매체를 제공하며, 파티클은 매체에 전계를 인가하면 현탁유체를 통해 이동할 수 있으며, 상기 매체에는 현탁유체에 수평균 분자량 20,000 이상의 폴리머를 용해되거나 분산되고, 이때 폴리머는 본질적으로 파티클 상에 비흡수되어야 한다. 또한 폴리머는 화학적으로 매우 안정하고 현탁유체에서 우수한 용해성을 갖아야 하며 폴리올레핀 (polyolefin) 또는 폴리실록산 (polysiloxane)이 사용될 수 있으며 보다 바람직하게는 폴리이소부틸렌을 사용한다고 제시하고 있다.

이에 본 발명은 화상 안정도를 증가시킬 수 있는 개선된 전기영동 매체에 대한 연구를 꾸준히 진행하던 중 현탁유체에 0.25 내지 2.5중량%의 전도성 고분자 또는 상기 전도성 고분자 및 0.05 내지 0.6 중량%의 염료가 마이크로캡슐로 분산된 전기영동 매체 및 이를 이용한 디스플레이를 구현함으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 현탁유체에 전도성 고분자 또는 상기 전도성 고분자 및 염료가 마이크로캡슐로 분산된 전기영동 매체를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 현탁유체에 전도성 고분자가 분산된 전기영동 매체를 이용한 디스플레이를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 현탁유체에 전도성 고분자 또는 상기 전도성 고분자 및 염료가 마이크로캡슐로 분산된 전기영동 매체를 제공한다.
보다 구체적으로 본 발명의 전기영동 매체는 현탁유체에 부유되어 있는 복수의 파티클을 구비하는 전기영동 매체에 있어서, 상기 파티클이 현탁유체에 분산된 전도성 고분자 또는 상기 전도성 고분자 및 염료로 이루어진 것을 특징으로 하며, 매체에 전계를 인가하면 상기 현탁유체를 통해 자발적으로 전기 이동한다.
본 발명의 전기영동 매체는 현탁유체에 0.25 내지 2.5중량%로 분산된 폴리아닐린 또는 상기 폴리아닐린 및 0.05 내지 0.6 중량%의 염료로 이루어진다.

이하 본 발명의 전기영동 매체에 있어서 구성요소에 대하여 상세히 설명한다.

A. 파티클

본 발명의 전기이동 입자(particle)는 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜으로 이루어진 군에서 선택된 최소 하나의 전도성 고분자를 사용하는 것이다. 더욱 바람직하게는 폴리아닐린을 사용하는 것이다.　폴리아닐린은 다른 전도성 고분자에 비하여 전기전도도 등의 물성이 우수하여 가장 각광받는 전도성 고분자로서, 염산 수용액에서 산화중합하면 가공성이 없는 폴리에머랄딘 염이 얻어지나, 이를 암모니아 수용액으로 처리하여 얻어진 폴리에머랄딘 염기는 N-메틸피롤리돈(NMP)에 녹으며, 또한 이를 다시 산으로 처리하면 도핑이 되는 독특한 성질을 갖는다.　 에머랄딘 염기를 도핑할 때, 계면활성제로 사용할 수 있는 도데실벤젠술폰산(dodecylbenzensulfonic acid, DBSA), 디노닐나프탈렌술폰산(dinonylnaphthalenesulfonic acid, DNNSA) 또는 캄포술폰산(camphorsulfonic acid, CSA) 같은 유기술폰산으로 도핑하면 크실렌, 클로로포름, 디메틸술록사이드, m-크레졸 등의 유기용제에 일부 녹는 폴리아닐린이 얻어지는 것으로 알려져 있으며, 이들을 코팅하거나 다른 고분자와 블렌딩하여 사용하는 것이 지금까지 알려진 기술이다.

일반적으로 산화중합법으로 직접 제조된 폴리에머랄딘 염은 용매에 녹지 않고 잘 분산되지 않으나, 이들은 대부분 약 10 nm 내지 150 nm 사이의 1차 입자 (primary particle)로 구성되어 있으며, 이러한 1차 입자가 모여서 사이즈가 큰 2차 입자(secondary particle)가 형성된다.　따라서 폴리아닐린 그 자체는 유기나노금속(organic nanometal)이라 할 수 있으며, 이 경우 고분자 매트릭스에 분산시킬 경우 침투(percolation)에 의하여 전기전도도를 증가시킨다.

본 발명의 폴리아닐린은 톨루엔에 용해된 5% 용액을 사용하고, 현탁유체에 0.25 내지 2.5중량%가 분산 또는 용해된 것이 바람직하며, 더욱 바람직한 것은 0.75 내지 2.0 중량%가 분산된 것이다. 이때. 약 0.25% 이하의 경우에, 폴리머는 현탁유체의 점성의 증가에 기인하는 것 이외에 화상 안정도의 어떠한 증가를 형성하지 않으며, 약 2.5% 이상의 폴리머 농도는 스위칭 시간을 허용하지 않는 점성의 증가를 초래한다.

B. 염료

염료는 광학적 흡수 염료가 바람직하며, 현탁유체에 가용성이여야 하지만 일반적으로 캡슐의 다른 성분에 대해서는 불용성이다.　이때 염료는 순수한 화합물 또는 검정을 포함하여 특정한 색에 이르기 위한 염료들의 혼합물일 수 있다.　염료는 형광성일 수 있고, 이는 입자의 위치에 따라 형광성이 좌우되는 디스플레이를 제조할 것이다. 염료는 가시광선 또는 자외선 조사 시 다른 색으로 변하거나 무색이 될 수 있는 광활성일 수 있어 광학적 반응을 수득하기 위한 또 다른 수단을 제공한다.　또한 염료는 중합될 수 있어 결합 쉘 내에 고체 흡수 중합체를 형성한다.　캡슐화 전기이동 디스플레이용으로 사용될 수 있는 염료로는 아조, 안트라퀴논, 및 트리페닐메탄 유형 염료의 군으로부터 선택될 수 있고, 화학적으로 개질하여 오일 상에서의 용해도를 증가시키고 입자 표면에 의한 흡수를 감소시킬 수 있다.　본 발명에서 사용한 바람직한 염료는 오일 레드(Oil Red)염료, 오일 블루(Oil Blue)염료, 수단레드(sudan Red) 및 수단블랙(Sudan Black)로 이루어진 군에서 선택되며, 그 사용량은 0.05 내지 0.6 중량%, 가장 바람직한 사용량은 0.5 중량%이다.

C. 현탁유체

유용한 현탁유체로는 할로겐화 유기 용매, 포화 선형 또는 가지형 탄화수소, 실리콘 오일, 및 저분자량 할로겐-함유 중합체이며, 이것은 미세입자의 제작에서 사용하기에 유리하다.　현탁유체는 단일 유체 또는 화학적 및 물리적 성질을 조절하기 위하여 하나 이상의 혼합물 형태로도 사용될 수 있다.　또한, 유체는 전기이동 입자 또는 결합 캡슐의 표면 에너지 또는 전하를 개질시키기 위한 표면 개질제를 추가로 포함할 수 있으며, 마이크로캡슐화 공정의 반응물 또는 용매 (예를 들어, 지용성 단량체)를 포함할 수 있다.

이때, 용매는 특별히 제한되지 않으나, 데칸 에폭시드 및 도데칸 에폭시드 등의 에폭시드계; 시클로헥실 비닐 에테르, Decave^ⓡ(International Flvors & Fragrances, Inc., New Yo가, NY)등의 비닐 에테르계; 테트라플루오르디브로모에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 트리플루오르클로로에틸렌, 1,2,4-트리클로로벤젠, 사염화탄소 등의 할로겐화 유기용매; 도데칸, 테트라데칸, Isopar^ⓡ 시리즈의 지방족 탄화수소(Exxon, Houston, TX), Norpar^ⓡ (일련의 일반의 파라핀계 액체), Shell-Sol^ⓡ (Shell, Houston, TX) 및 Sol-Trol^ⓡ(Shell), 나프타 , 기타 페트로륨 용매 등의 탄화수소; 및 폴리(클로로트리플루오르에틸렌 중합체 (Haloganated hydrocarbon Inc., River Edge, NJ), Galden^ⓡ (Ausimount, Morristown, NJ의 퍼플루오르화 에테르), Dupont (Wimington, DE)의 Krytox^ⓡ등의 저분자량의 할로겐-함유 중합체가 바람직하다.　 이때, 중합도가 약 2 내지 약 10의 폴리(클로로트리프루오르에틸렌) 중합체를 사용 시 바람직한 구현을 실현할 수 있다.　나아가, 가장 바람직하게는 Isopar^ⓡ 단독 또는 Isopar^ⓡ 및 할로겐화 탄화수소를 1:1의 비율로 혼합 사용한 것이다.

현탁유체는 캡슐이 형성되기 전에 작은 방울로 형성되어야 하며, 작은 방울을 형성시키기 위한 공정으로 통과 (flow-through) 제트, 막, 노즐 또는 구멍뿐만 아니라, 전단-기재 에멀션화시키고, 계면활성제 및 중합체를 사용하여 에멀션 유형 캡슐화의 경우 방울의 안정화 및 에멀전화를 도울 수 있다.

현탁유체가 광학적 흡수 염료를 함유하는 것이 유리하며, 이때 염료는 현탁유체에 가용성이어야 하고 캡슐의 다른 성분에는 불용성이여야 한다.　염료는 순수한 화합물, 또는 검정을 포함하여 특정한 색에 이르기 위한 염료들의 혼합물을 사용할 수 있다.　또한 염료는 형광성일 수 있고, 이는 입자의 위치에 따라 형광성이 좌우되는 디스플레이를 제조할 것이다.　염료는 가시광선 또는 자외선으로의 조사시 다른색으로 변하거나 무색이 될 수 있는 광활성일 수 있어, 광학적 반응을 수득하기 위한 또 다른 수단을 제공한다.　또한 염료는 중합될 수 있어, 결합 쉘 내에 고체 흡수 중합체를 형성한다.

상기 조성 이외에 전하조절제 또는 입자 안정화제를 추가로 첨가할 수 있다.　전하조절제는 전기이동 입자에 양호한 전기 이동성을 제공하기 위해 사용되며, 입자 안정화제는 전기이동 입자의 응집을 방지할 뿐만 아니라 전기이동 입자가 비가역적으로 캡슐 벽상에 침착되는 것을 방지하기 위해 사용된다.　

바람직한 전하조절제는 유기 설페이트 또는 설포네이트, 금속 비누, 블록 또는 빗살 중합체, 유기 아미드, 유기 쯔비터이온, 유기 포스페이트 및 포스포네이트에서 선택하여 사용할 수 있다.　이 중, 유기 설페이트 및 설포네이트는 특별히 제한되지는 않지만 비스(2-에틸 헥실) 나트륨 술포숙시네이트, 칼슐 도데실 벤젠 술포네이트, 칼슘 페트롤륨 술포네이트, 천연 또는 기본 바륨 디노닐나프탈렌 술포네이트, 천연 또는 기본 칼슘 디노닐나프탈렌 술포네이트, 도데실벤젠술폰산 나트륨 염, 및 암모늄 라우릴 술페이트를 사용한다.　유용한 금속 비누로는 기본 또는 천연 바륨 페트로네이트, 칼슘 페트로네이트, 나프텐산의 Co-, Ca-, Cu-, Mn-, Ni-, Zn- 및 Fe- 염, 스테아르산의 Ba-, Al-, Zn-, Cu-, Pb- 및 Fe- 염, 2가 또는 3가 금속 카르복실레이트, 예컨대 알루미늄 트리스테아레이트, 알루미늄 옥토에이트, 리튬 헵타노에이트, 철 스테아레이트, 철 디스테아레이트, 바륨 스테아레이트, 크롬 스테아레이트, 마그네슘 옥토에이트, 칼슘 스테아레이트, 철 나프테네이트, 및 아연 나프테네이트, Mn- 및 Zn- 헵타노에이트, 및 Ba-, Al-, Co-, Mn- 및 Zn-옥토에이트가 포함된다.　유용한 블록 또는 빗살 공중합체로는, 제한되지는 않지만, (A) 메틸-p-톨루엔술포네이트로 4차화된 2-(N,N) 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트의 중합체와 (B) 폴리-2-에틸헥실 메타크릴레이트의 AB 2블록 공중합체, 및 폴리(메틸 메타크릴레이트-메타크릴산)의 지용성 앵커 기에 매달린, 폴리 (12-히드록시스테아르산)의 지용성 꼬리를 갖고 분자량이 약 1800인 빗살 그라프트 공중합체가 포함된다.　유용한 유기 아미드로는 특별히 제한되지는 않지만, 폴리이소부틸렌 숙신이미드 예컨대 OLOA 1200, 및 N-비닐 피롤리돈 중합체가 포함된다.　유용한 유기 쯔비터이온에는 특별히 제한되지는 않지만, 레시틴이 포함된다. 유용한 유기 포스페이트 및 포스포네이트로는 포화 및 불포화 산 치환기를 갖는 포스페이트화 모노- 및 디-글리세리드의 나트륨 염이 포함된다.

입자 안정화제는 입자 엉김 또는 캡슐 벽에의 부착을 방지하기 위해 사용될 수 있다.　전기이동 디스플레이에서 현탁 유체로 사용되는 전형적인 높은 저항률 액체용으로서 비수성 계면활성제를 사용할 수 있다.　이들에는 제한되지는 않지만 글리콜 에테르, 아세틸렌 글리콜, 알칸올아미드, 소르비톨 유도체, 알킬 아민, 4차 아민, 이미다졸린, 디알킬 옥시드, 및 술포숙시네이트가 포함된다.

각각의 성분은 광범위한 분자량 (저분자량, 올리고머성, 또는 중합성)에 걸친 물질로부터 구축될 수 있고, 순수하거나 혼합물일 수 있다.　입자 표면 전하를 개질시키고/시키거나 안정화시키기 위해 사용되는 전하조절제는 액체 토너, 전기이동 디스플레이, 비-수성 페인트 분산액, 및 엔진-오일 첨가물 업계에 일반적으로 공지된 대로 적용된다.

선택적인 전하조절제 또는 전하 도파제를 사용할 수 있다.　이러한 성분들은 전형적으로 저분자량의 계면활성제, 중합성 약제 또는 하나 이상의 성분들의 혼합물로 구성되고 전기이동 입자상의 전하의 신호 및/또는 크기를 안정화시키거나 개질시킨다.　안료의 산성 또는 염기성 표면 성질을 고려하여 안료 자체의 충전 성질을 고려할 수 있거나, 충전 부위는 캐리어 수지 표면 (존재한다면) 또는 둘의 조합 상에서 일어날 수 있다.

전하 보강제 또한 첨가될 수 있으며 전하조절제 또는 전하 도파제의 유효성을 증가시킨다.　전하 보강제는 폴리히드록시 화합물 또는 아미노알코올 화합물일 수 있으며, 2개 이상의 히드록실기를 함유하는 폴리히드록시 화합물의 예로는 에틸렌 글리콜, 2,4,7,9-테트라메틸-데신-4,7-디올, 폴리(프로필렌 글리콜), 펜타에틸렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 글리세롤, 펜타에리트리톨, 글리세롤-트리-12 히드록시스테아레이트, 프로필렌 글리세롤 모노히드록시스테아레이트, 및 에틸렌 글리콜 모노히드록시스테아레이트가 포함된다.　동일한 분자 내에 하나 이상의 알코올 관능기 및 하나 이상의 아민 관능기를 함유하는 아미노알코올 화합물의 예로는 트리이소프로판올아민, 트리에탄올아민, 에탄올아민, 3-아미노-1 프로판올, o-아미노페놀, 5-아미노-1-펜탄올, 및 테트라(2-히드로시에틸)에틸렌디아민이 있다.　전하 보강제는 바람직하게는 입자 질량의 g당 약 1 내지 약 100 ㎎ (㎎/g), 더욱 바람직하게는 약 50 내지 약 200 ㎎/g의 양으로 현탁 유체 내에 존재한다.

또한 입자의 표면은 분산을 돕고 표면 전하 및 분산액의 안정성을 개선시키기 위해 화학적으로 개질될 수 있다.　표면 개질제로는 유기 실록산, 유기할로겐 실란 및 기타 관능성 실란 커플링제;　유기 티타네이트 및 지르코네이트; C₁₂ 내지 C₅₀의 소수성의 알킬기 및 알킬 벤젠 술폰산, 지방 아민, 디아민 및 이들의 염 또는 4차 유도체; 및 입자 표면에 공유결합적으로 결합될 수 있는 양쪽성 중합체가 포함된다.

D. 캡슐화

본 발명의 마이크로캡슐 제조에 있어서, 음이온성 계면활성제를 사용해 유화액을 제조하고 이 용액에 탄화수소 용매 및 톨루엔 용액에 희석된 5%의 폴리아닐린을 염료와 혼합한 후 초음파처리하여 균일화된 일정크기로 오일(심지물질)상을 제조한다.

우레아 또는 멜라민, 포름알데히드 및 물을 일정 비율(수지의 내구성으로 볼 때 우레아보다는 멜라민을 사용하는 것이 바람직함)로 혼합한 후 pH를 중성으로 조정한 후 적정온도에서 교반하며 전중합용액을 제조한다.

상기 전중합용액과 마이크로화한 에멀젼에 에멀젼 대비 0.1～5%의 약산성의 첨가제(아세트산, 포름산, 올레닉산 등)를 첨가 후, 적정온도에서 100～300분간 교반한다. 이후 실온으로 냉각한 후 잔류 포름알데히드를 제거하기 위해 일정량의 암모니아를 일정량 첨가하여 1시간이상 교반한다.

본 발명은 오일/물 에멀션을 사용하고, 이것은 수성 환경 내에 전기이동 조성물 (즉, 염료 입자의 현탁유체를 함유하는 현탁유체의 액체)을 분산시킴으로써 형성된다.　즉, 하나 이상의 콜로이드가 수성 상으로부터 응집되고, 온도, pH 및/또는 상대적인 농도의 조절을 통해 오일성 방울 주변에 쉘로 침착되어, 마이크로캡슐이 생성된다.

본 발명은 상기의 전기영동 매체를 이용한 디스플레이를 제공한다.　상세하게는 현탁유체에 전도성 고분자 또는 상기 전도성 고분자 및 염료를 분산시켜 오일(심지물질)상을 제조하는 단계;

음이온성 계면활성제를 사용하여 유화액을 제조하고 이 용액에 오일상 물질을 혼합하고 호모믹서를 사용하여 에멀젼을 제조하는 단계;

우레아 또는 멜라민, 포름알데히드와 물을 사용하여 전중합용액을 제조하는 단계;

상기 제조된 전중합용액에 에멀젼을 적가하면서 마이크로캡슐화 하는 단계; 및

상기 마이크로캡슐 슬러리 100 중량부에 대하여 우레탄 결합제 10~20 중량부로 혼합하여 혼합물을 제조하고 상기 혼합물을 필름 상에 코팅하여 제조된 단일층을 건조하는 단계로 제조된다.　

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.

본 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 이용하여 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예 에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

단계 1: 마이크로캡슐의 제조

제1공정 : 계면활성제 용액 제조

물과 스타이렌말레익안하이드라이드를 혼합하여 약산성의 계면활성제 용액을 제조한다.

제2공정 : 심지물질 제조

탄화수소 오일 94 g 내의 톨루엔 용액에 용해된 5%의 폴리아닐린 2 g, 염료인 Sudan Red 7B (Aldrich) 0.54 g을 혼합하여 심지물질을 제조한다. 이어서 이 혼합물을 5 분 동안 30 ℃에서 Aquasonic Model 75D 초음파처리기 (VWR, Westchester, PA)에서 파워 9로 초음파처리한다.

제3공정 : 에멀젼 제조

계면활성제 용액 138.5g과 심지물질 94g을 혼합한 후 상기 혼합물을30분동안 30℃에서 Aquasonic Model 75D 초음파처리기 (VWR, Westchester, PA)에서 파워 9로 초음파처리한다.　이어서 35～40℃에서 호모믹서를 사용해 12,000～13,000rpm의 속도로 약 4분간 교반하여 마이크로화한 에멀젼을 제조한다.

제 4공정 : 전중합용 포름알데히드 용액 제조

물 14g과 포름알데히드(35～37%) 15.5g을 혼합한 후 가성소다용액을 사용해 중성으로 맞추어 제조한다.

제 5공정 : 전중합용액 제조

멜라민 5.6g과 제4공정에서 제조된 포름알데히드 용액 29.5g을 혼합한 후 55～65℃에서 30분간 교반하고 35～40℃로 냉각하여 투명한 전중합용액을 제조한다.

제 6공정 : 마이크로캡슐 제조

전중합용액 35.1g 및 제3공정에서 제조된 에멀젼과 아세트산 4.7g을 혼합한 후 55～65℃에서 150분간 300～400rpm의 속도로 교반한다. 이후 실온으로 냉각한 후 잔류 포름알데히드를 제거하기 위해 암모니아 용액(28%) 2.5g을 첨가하여 1시간이상 교반하여 폴리아닐린 및 염료 오일 함유 마이크로캡슐을 제조한다. 이와같이 제조된 마이크로캡슐은 고형분 함량이 약 40%이었다.

단계 2: 디스플레이의 형성

상기로부터의 생성된 캡슐 슬러리를 수성 우레탄 결합제 NeoRez R-9320 (Zeneca Resins, Wilmington, MA)과 1 부 결합제 대 10 부 캡슐의 비율로 혼합한다.　이어서 생성된 혼합물을 약 100 ㎛ 내지 약 125 ㎛ 두께의 인듐-주석 산화물이 스퍼터된 폴리에스테르 필름의 시트 상에 훑개날을 사용하여 코팅한다.　훑개날의 블레이드 갭을 0.18 ㎜로 조절하여 캡슐의 단일층이 생기도록 한다.　이어서 코팅된 필름을 고온 공기 (60 ℃)에서 30 분 동안 건조시킨다.　건조 후, 건조된 필름을 60 ℃에서 두꺼운 필름 실버 및 유전체 잉크가 프린트된 약 100 ㎛ 내지 약 125 ㎛ 두께의 폴리에스테르 스크린의 시트로 이루어지는 후면에 15 psi의 압력으로 Cheminstruments (Fairfield, OH)의 고온 롤 적층물에서 고온 적층시킨다.　이방성 테이프를 사용하여 후면을 필름에 연결시킨다.　전도성 영역은 생성된 디스플레이의 어드레스로 불러낼 수 있는 (addressable) 영역을 형성한다.

<실시예 2>

하기는 원위치 중합에 의한 마이크로캡슐 제조의 예이다.

500 ㎖의 차폐되지 않은 쟈켓 반응기에서 에틸렌 코-말레산 무수물 (Aldrich)의 10 wt% 용액 50 ㎖, 물 100 ㎖, 레소르시놀 (Aldrich) 0.5 g 및 요소 (Aldrich) 5.0 g을 혼합한다.　혼합물을 200 rpm에서 교반하고 1 분에 걸쳐 25 wt% NaOH로 pH를 3.5로 조절한다.　미리 pH 7.0으로 검정된 pH 측정기 및 pH 4.0 완충액을 사용하여 pH를 모니터링한다.　여기에, 상기 실시예 1에서 기술된 대로 제조된 오일 상을 천천히 첨가하고, 진탕을 450 rpm으로 증가시켜 평균 입자 크기를 200 ㎛ 미만으로 감소시킨다.　이어서 12.5 g의 37 % 포름알데히드 수용액을 첨가하고 온도를 55 ℃로 증가시킨다.　용액을 두 시간 동안 55 ℃에서 가열한다.

<실시예 3>

하기는 계면 중합에 의한 마이크로캡슐 제조의 예이다.

상기 실시예 1에서 기술된 대로 제조된 44 g의 오일 상에 1.0 g의 세바코일 클로라이드 (Aldrich)를 첨가한다.　이어서 3 ㎖의 혼합물을 실온에서 300 rpm으로 교반하면서 200 ㎖의 물에 분산시킨다.　이어서 이러한 분산액에 1,6-디아미노헥산의 10 wt% 수용액 2.5 ㎖를 첨가한다.　약 1 시간 후에 캡슐이 형성된다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 현탁유체에 전도성 고분자 또는 상기 전도성 고분자 및 염료가 분산된 본 발명의 전기영동 매체는 매체에 전계를 인가하 면 상기 전도성 고분자로 인하여 전기 이동성이 향상됨으로써, 디스플레이의 스위칭 시간의 초과적인 증가없이 화상 안정도를 증가시킬 수 있는 개선된 전기영동 매체를 제공하였다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

현탁유체에 부유되어 있는 복수의 파티클을 구비하는 전기영동 매체에 있어서,

상기 파티클은 현탁유체에 폴리아닐린 0.25 내지 2.5 중량% 분산된 전도성 고분자 또는 상기 전도성 고분자 및 0.05 내지 0.6 중량%의 오일레드(oil red), 오일블루(oil blue), 수단레드(sudan red), 수단블랙(sudan black)으로 이루어진 군에서 선택된 염료로 이루어지며 매체에 전계를 인가하면 상기 파티클이 지방족 탄화수소 단독 또는 상기 지방족 탄화수소 및 할로겐화 탄화수소를 1:1 비율로 혼합된 현탁유체를 통해 전기 이동하는 것을 특징으로 하는 전기 영동 매체.
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현탁유체에 전도성 고분자 또는 상기 전도성 고분자 및 염료를 분산시켜 오일(심지물질)을 제조하는 단계;

상기 제조된 오일에 음이온성 계면활성제를 사용하여 유화액을 제조하고 이 용액에 오일상 물질을 혼합하고 호모믹서를 사용하여 에멀젼을 제조하는 단계;

상기 에멀젼 제조 후 전도성 고분자 단독 또는 상기 전도성 고분자 및 염료를 탄화수소용액에 첨가하고, 유화제를 사용하여 8,000 내지 15,000rpm의 속도로 교반하면서 미세분산 유화시킨 후, 우레아 및 멜라민 중 어느 하나와 포름알데히드와 물을 사용하여 전중합용액을 제조하는 단계;

상기 제조된 전중합용액에 약산성 첨가제를 첨가하여 55 내지 65℃에서 중합시켜 에멀젼을 적가하면서 마이크로캡슐화 하는 단계;

상기 마이크로캡슐화 후 마이크로캡슐 슬러리 100 중량부에 대하여 우레탄 결합제 10 내지 20 중량부로 혼합하여 제조하고, 상기 제조된 혼합물을 필름 상에 코팅하여 제조된 단일층을 건조하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기영동 매체를 이용한 디스플레이.