KR100872135B1 - 유동성 입자 및 이를 포함하는 충돌 대전형 전자 종이 표시장치 - Google Patents

유동성 입자 및 이를 포함하는 충돌 대전형 전자 종이 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유동성 입자 및 이를 포함하는 충돌 대전형 전자 종이 표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고분자 수지를 포함하는 코어 입자; 및 상기 코어 입자의 외부를 감싸는 에어로겔 층을 포함하는 유동성 입자, 및 이를 포함하는 충돌 대전형 전자 종이 표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 유동성 입자는 표면 윤활성이 좋고, 거칠기가 높은 에어로겔 층이 코어입자 전체를 감싸고 있으므로 입자간 응집이 적고, 높은 비표면적으로 인하여 외첨제의 안정성이 증가되어 이로 인한 내구성이 장점이 있다.
유동성, 입자, 전자종이, 충돌 대전, 에어로겔

Description

유동성 입자 및 이를 포함하는 충돌 대전형 전자 종이 표시 장치{FLUENT PARTICLE AND COLLISION ELECTRIFICATION TYPE OF ELECTRONIC PAPER DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
도 1은 모입자의 표면에 작은 외첨입자를 외첨시킨 종래의 유동성 입자의 모식도.
도 2는 본 발명의 유동성 입자의 일 예를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 유동성 입자의 에어로겔 층의 제조예를 나타낸 공정도
도 4는 본 발명의 전자종이 표시장치의 일 예를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 전자종이 표시장치의 구동 상태의 일 예를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 유동성 입자의 실리카 에어로겔 층에 대한 주사 전자 현미경(SEM) 사진.
[산업상 이용분야]
본 발명은 유동성 입자 및 이를 포함하는 충돌 대전형 전자 종이 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입자간 응집이 적고, 내구성이 우수한 유동성 입자 및 이를 포함하는 충돌 대전형 전자 종이 표시 장치에 관한 것이다.
[종래기술]
종래부터 액정(LCD)을 대신하는 화상표시장치로서 전기영동 방식, 일렉트로크로믹 방식, 서멀 방식, 2 색 입자 회전방식 등의 기술을 사용한 화상표시장치가 제안되어 있다. 이들 종래의 기술은 LCD에 비하여 통상의 인쇄물에 가까운 넓은 시야각이 얻어지고, 소비전력이 작으며, 메모리 기능을 갖고 있는 등의 장점으로부터 차세대의 저렴한 화상표시장치에 사용할 수 있는 기술로 여겨져, 휴대단말용 화상표시, 전자페이퍼 등으로의 전개가 기대되고 있다.
특히 최근에는, 분산입자와 착색 용액으로 이루어지는 분산액을 마이크로 캡슐화하여, 이것을 대향하는 기판 사이에 배치하는 전기영동 방식이 제안되어 기대가 모아지고 있다. 그러나, 전기영동 방식에서는 액 속을 입자가 영동하기 때문에 액의 점성저항에 의해 응답속도가 느리다는 문제가 있다. 또한, 저비중 용액 속에 산화티탄 등의 고비중 입자를 분산시키고 있기 때문에 침강되기 쉽고, 분산상태의 안정성 유지가 어려우며, 이로 인해 화상 반복 안정성이 부족하다는 문제를 안고 있다.
이와 같은 용액 속에서의 거동을 이용한 전기영동 방식에 대하여, 근래에는 용액을 사용하지 않고 적어도 일방이 투명한 2 장의 기판 사이에 색 및 대전특성이 다른 2 종류 이상의 입자를 봉입하고, 상기 기판의 일방 또는 양방에 형성한 전극으로 이루어지는 전극 쌍으로부터 상기 입자에 전계를 부여하고 쿨롱력에 의해 상기 입자를 비상 이동시켜 화상을 표시하는 화상표시장치가 제안되어 있다.
이와 같은 건식 표시 장치(충돌 대전형 표시장치라고도 함)의 동작 메커니즘은，색 및 대전 극성이 다른 2 종류의 입자를 혼합한 것을 전극 원판으로 끼워 넣고 전극 원판에 전압을 인가하는 것으로 극 원판 사이에 전계를 발생시켜서 극성이 다른 대전 입자를 다른 방향으로 비상시키는 것에 의해 표시 소자로서 사용하는 것이다．
이것들은 입자와 기판으로 이루어지고 기체 중에서의 입자 거동을 이용한 건식 표시 장치이며，용액을 전혀 이용하지 않기 때문에 전기영동 방식에서 문제가 되었던 입자의 침강，응집 등의 문제가 해결되고, 입자의 이동 저항이 작고 응답 속도가 빠르다는 장점이 있다．
그러나, 이와 같은 건식형 전자종이 표시소자에서 사용되는 건식형태의 입자에서는 상호 반대 극성으로 대전된 입자들이 대전상태에 따라 혹은 주변의 환경의 영향에 의해 서로 응집하는 현상이 발생할 수 있다. 예를 들면, 양전극에 전계를 가할 경우, 양 전극방향으로 상하운동을 하던 입자들이 서로 접촉하여 전기적으로 중화되면서 서로 응집될 수가 있으며, 이로 인해 반사율, 콘트라스트 비율 감소 등 정상적인 표시 화면 구현에 문제점을 동반하게 된다.
또한 충돌전하형 입자 제조 시, 가장 널리 이용되는 방법은 고분자 입자. 전하제어제, 색소/염료, 또는 입자안정화제 등의 구성성분 들을 혼합하고, 믹서기를 이용하여 입자 표면에 외첨시키는 외첨 혼합(external blending)방식인데, 이 경우 고분자 코어 입자의 거칠기가 작으면 외첨된 성분들이 쉽게 떨어져 나오는 문제점이 있다.
이와 같은 입자들의 응집을 방지하기 위해 도 1과 같이 모입자(11)의 표면에 작은 외첨입자(12)를 외첨시켜 표면에 거칠기(roughness)를 주는 방법이 제안되었으나, 수십 나노 미터 크기의 외첨 입자로 외첨을 하더라도 상기 외첨입자로 모입자의 전체 표면을 감싸는 것이 어렵고, 입자의 충돌시에 외첨제가 이탈되는 경우도 빈번하게 발생하여 사용 시간이 길어질수록 응집 발생 확률이 높아지는 문제점이 있었다.
대한민국 특허공개공보 제2006-0074480호에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 모입자에 다공성 표면을 형성한 후, 경질의 외첨제를 압입시키는 방법을 제안하고 있으나, 이 역시도 입자의 충돌시에 발생하는 외첨제의 이탈 현상을 완전히 극복하지는 못하였으며, 입자의 유동성이 좋지 못한 한계를 가지고 있었다.
대한민국 특허공개공보 제2006-0123948호는 적어도 1종의 입자가 모입자 및 크기가 다른 대외첨입자와 소외첨입자로 이루어진 입자를 제조하여 크기가 다른 외첨입자를 중첩하여 외첨시킴으로써 입자간의 인력 및 응집을 최소화시킨 대전입자를 기재하고 있으나, 제조 공정의 제어가 어렵고, 외첨입자가 모입자의 전체 표면을 감싸는 것이 어려운 한계를 극복하지 못하였다.
대한민국 특허공개공보 제2007-0027084호는 종래의 전기영동형 입자를 개질한 것으로서, 표면에 관능기가 형성된 전기영동형 고분자 입자와 세라믹 분말 또는 합성왁스를 축합반응으로 결합시키는 방법을 통하여 외첨 입자의 이탈을 방지하는 방법이 제안되기도 하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 내구성이 우수하고, 입자간 응집이 적은 유동성 입자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 유동성 입자를 포함하는 충돌전하형 전자종이 표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 고분자 수지를 포함하는 코어 입자 및 상기 코어 입자의 외부를 감싸는 에어로겔 층을 포함하는 유동성 입자를 제공한다.
본 발명은 또한, 서로 대향 배치되는 제1기판 및 제2기판; 상기 제2기판에 대향되는 제1기판 상에 순차적으로 형성되는 제1전극, 및 제1절연층; 상기 제1기판에 대향되는 제2기판 상에 순차적으로 형성되는 제2전극, 및 제2절연층; 상기 제1기판과 제2기판의 사이에 다수의 셀을 구획하도록 배치되는 격벽; 및 상기 격벽에 의해 구획된 셀 내에 존재하는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 유동성 입자를 포함하며, 상기 제1기판, 제1전극, 및 제1절연층을 포함하는 제1기판 그룹과 상기 제2기판, 제2전극, 및 제2절연층을 포함하는 제2기판 그룹 중 적어도 한쪽의 그룹은 투명한 것인 충돌 대전형 전자 종이 표시장치를 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 유동성 입자의 구조의 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 2에서 보는 것과 같이, 본 발명의 유동성 입자(20)는 고분자 수지를 포함하는 코어 입자(21), 및 상기 코어 입자의 외부를 감싸는 에어로겔 층(22)을 포함 한다.
상기 코어 입자에 포함되는 고분자 수지의 예는 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 우레탄 수지, 우레아 수지, 아크릴 수지, 폴리아크릴레이트 수지, 폴리메타크릴레이트 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴우레탄 수지, 아크릴우레탄실리콘 수지, 아크릴우레탄불소 수지, 아크릴불소 수지, 실리콘 수지, 아크릴실리콘 수지, 에폭시 수지, 폴리스티렌 수지, 스티렌아크릴 수지, 폴리올레핀 수지, 부티랄 수지, 염화비닐리덴 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 불소 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리술폰 수지, 폴리에테르 수지, 및 폴리아미드 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하며, 상기 수지를 포함하는 코어 입자는 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 또는 할로겐화기와 같은 작용기를 표면에 포함하는 것이 유화(emulsion) 또는 현탁화(suspension)가 용이하여 더욱 바람직하다.
상기 코어 입자 내에는 필요에 따라 양(+)대전성 하전제어제 또는 음(-)대전성 하전제어제가 더욱 포함될 수 있으며, 또한, 유기 착색제 또는 무기착색제가 추가적으로 포함될 수 있다. 다만, 본 발명의 에어로겔 층에 상기 하전제어제 또는 착색제가 포함되는 경우에는 상기 코어 입자 내에 하전제어제와 착색제가 포함되지 않을 수도 있다.
상기 코어 입자는 대전특성의 측면에서 0.5 ㎛ 내지 30 ㎛의 평균입경을 가지는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 1 ㎛ 내지 10㎛의 평균입경을 가질 수 있다.
에어로겔은 IT/BT/NT 분야의 미래 소재로 각광받는 첨단 소재로서, 공기를 의미하는 'aero'와 3차원 네트워크 구조를 의미하는 'gel'의 조합으로 이루어진 에어로겔의 어원이 의미하듯이, 에어로겔은 비표면적이 매우 큰 3차원 네트워크 구조로 이루어져 있다. 또한, 에어로겔은 저유전율, 고비표면적, 고투광성, 고단열성질을 가지며, 지금까지는 주로 우주항공, IT/BT, 산업용/수송용 단열재 분야에 적용되고 있다.
본 발명에서 에어로겔은 비표면적이 100 내지 1500 m2/g인 금속 산화물을 포함하는 것으로 정의한다.
상기 에어로겔의 대표적인 예로는 실리카 에어로겔이 있으며, 그 외에도 Ti, Zr, Ce, Sn, 및 Al을 포함하는 금속산화물을 기반으로 하는 무기 소재, 유기 소재, 및 유무기 하이브리드 소재 등이 본 발명의 에어로겔로서 사용될 수 있다.
상기 에어로겔 층의 비표면적이 커질수록 표면의 거칠기가 증가하고, 이로 인해 외첨제의 이탈을 줄일 수 있는 반면에, 기계적 강도가 약해질 염려가 있다. 따라서, 비표면적이 100 내지 800 m2/g인 것이 기계적 강도 확보, 유동성 입자의 응집 방지 및 외첨 입자의 이탈 방지 측면에서 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명의 에어로겔층은 표면에 -OH 기를 포함하는 친수성 에어로겔을 포함할 수도 있으나, 입자의 유동성 향상, 수분에 의해 대전특성의 변화 배제, 및 건조 과정 중 충분한 비표면적을 확보하기 위해서, 소수화된 표면을 가지는 것이 바람직하다.
상기 에어로겔의 소수화된 표면은 하기 화학식 1로 표시되는 소수성 실릴 그 룹을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112007029440785-pat00001
상기 식에서, R1, R2, 및 R3는 각각 독립적으로 수소, C1-C10 알킬, C1-C10 헤테로 알킬, C5-C20인 아릴, C5-C20인 헤테로 아릴, C7-C20인 알킬 아릴, C7-C20인 헤테로 알킬 아릴, C7-C20인 아릴 알킬, 및 C7-C20인 헤테로 아릴 알킬로 이루어진 군에서 선택되는 소수성 작용기이다.
또한, 상기 에어로겔 층의 평균 두께(d2)에 대한 코어 입자의 지름(d1)의 비율(d1/d2)은 3 내지 500 인 것이 바람직하다. 만약 d1/d2가 3보다 작으면, 에어로겔 층이 너무 두꺼워, 하전 성능 등을 조절하기가 어렵고, d1/d2가 500 보다 크면, 에어로겔 층의 두께가 너무 얇아서 입자의 내구성과 입자 유동성 확보 측면에서 바람직하지 않다.
상기 에어로겔 층 내에는 필요에 따라 양(+)대전성 하전제어제(Charge Control Agent) 또는 음(-)대전성 하전제어제가 더욱 포함될 수 있으며, 또한, 유기 착색제 또는 무기착색제가 추가적으로 포함될 수 있다.
단, 상기 코어 입자와 에어로겔 층 중 적어도 하나에는 양(+)대전성 하전제 어제 또는 음(-)대전성 하전제어제가 포함되는 것이 바람직하며, 그중에서도 비표면적이 넓은 구조를 가지는 에어로겔 층에 포함되는 것이 우수한 대전성을 나타내기에 바람직하다.
본 발명에서 코어 입자 또는 에어로겔 층에 포함될 수 있는 양(+)대전성 하전제어제는 니그로신 염료, 트리페닐메탄계 화합물, 4급암모늄염계 화합물, 폴리아민 수지, 및 이미다졸 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하고, 음(-)대전성 하전제어제는 살리실산 금속착체, 금속함유 아조염료, 금속함유(금속이온이나 금속원자를 포함함)의 유용성 염료, 4급암모늄염계 화합물, 칼릭스아렌 화합물, 붕소함유 화합물(벤질산붕소 착체), 및 니트로이미다졸 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.
다만, 상기 하전제어제의 예 이외에도 통상적인 전자종이용 입자의 하전제어제가 본 발명의 유동성 입자에 적용될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 상기 예로만 한정되는 것은 아니며, 초미립자 실리카, 초미립자 산화티탄, 초미립자 알루미나 등의 금속산화물, 피리딘 등의 질소함유 환상 화합물 및 그 유도체나 염, 각종 유기안료, 불소, 염소, 질소 등을 포함한 수지 등도 본 발명의 하전제어제로서 사용될 수 있다.
또한, 상기 유기 착색제 및 무기 착색제도 에어로겔 층에 포함되는 것이 색상 발현 측면에서 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 유기 착색제의 예로는 니그로신, 메틸렌블루, 퀴놀린옐로, 및 로즈벵갈로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 있으며, 상기 무기 착색제의 예로는 산화 티탄, 아연화, 황화아연, 산화안티몬, 탄산칼슘, 연백(鉛白), 탈크, 실리카, 규산칼슘, 알루미나화이트, 카드뮴옐로, 카드뮴레드, 카드뮴오렌지, 티탄옐로, 감청, 군청, 코발트블루, 코발트그린, 코발트바이올렛, 산화철, 카본블랙, 망간페라이트블랙, 코발트페라이트블랙, 동(銅)분, 및 알루미늄분으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유동성 입자는 건식형 전자종이 표시장치의 화상 표시 입자로 사용되기에 매우 적합한 특성을 가진다.
상기 코어 입자를 시드(seed)로 하여 에어로겔의 제조 방법을 진행시키는 방법으로 진행될 수 있으며,
본 발명의 유동성 입자는 에어로겔의 제조에 사용되는 원료물질과 상기 코어 입자를 함께 분산시킨 후, 유화액(emulsion) 또는 현탁액(suspension) 속에서 금속산화물의 졸-겔 반응을 실시하여 금속산화물의 3차원적 네트워크 구조를 형성한 후, 상기 3차원적 네트워크를 유지한 상태에서 용매 및 미반응 잔류물 등을 제거하는 방법으로 제조될 수 있다.
금속 산화물의 졸-겔 반응 후 용매, 및 미반응 잔류물 등을 포함한 상태를 통상 습윤겔이라 부르며, 습윤겔의 건조를 통해 에어로겔을 얻을 수 있다. 이 때, 에어로겔의 최종 물성은 상기 건조 방법에 따라서 크게 영향을 받는다. 따라서, 상기 습윤겔의 건조 조건을 적절히 조절함으로써 도 3과 같이 비표면적이 매우 크지만, 강도가 매우 약한 에어로겔부터 비표면적은 작지만 높은 모듈러스를 가진 제로겔(Xerogel)까지 다양한 형태의 금속산화물 구조를 제조할 수 있다.
일반적인 건조공정에서 습윤겔을 건조하면, 기-액 계면에 작용하는 매우 큰 모세관압력과 겔 내부 표면 안의 -OH그룹들이 서로 반응하여 새로운 분자간 결합을 형성하며, 겔 구조의 수축이 발생되므로, 도 3의 (e)에 도시된 것과 같이 치밀한 구조의 제로겔의 형태로 얻어지게 된다.
제로겔은 가장 일반적인 방법으로 메탈옥사이드를 제조하였을 때, 얻는 금속산화물 구조의 형태로, 높은 모듈러스를 보이나, 겔 표면의 거칠기(roughness)가 낮고, 비표면적이 적어 외첨제의 부착이 용이하지 않을 수가 있다.
이러한 제로겔과는 달리, 졸-겔반응으로 형성된 습윤겔의 3차원 구조를 그대로 유지한 채로 용매 및 미반응 잔류물 만을 제거하는 방법으로 제조할 수 있다.
에어로겔을 제조하기 위한 건조 공정으로는 (1) 초임계 공정을 이용한 건조, 및 (2) 습윤 겔의 표면을 소수화 처리한 후, 용매 치환을 이용한 상압 건조 등이 이용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유동성 입자의 에어로겔 층을 제조하기 위한 바람직한 전구체로는 금속알콕사이드나 물유리 등이 사용될 수 있으나, 알콕시 실란이나 Ti, Zr, Ce, Sn, 및 Al 중에서 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 금속알콕사이드를 사용하는 것이 반응성 측면에서 보다 바람직하다.
상기 전구체를 졸-겔 반응하여 코어 입자의 표면에 습윤겔을 형성할 수 있다. 알콕시 실란을 이용한 졸-겔 반응을 예로 들면, 상기 졸-겔 반응은 하기 반응식 1과 같은 가수분해 반응과 하기 반응식 2 또는 3과 같은 축합반응으로 구성된 다. 상기 졸-겔 반응의 주요 변수로는 전구체의 종류, [H2O]/[전구체] 비율, 용매의 종류 및 농도, pH, 온도, 숙성조건 등이 있으며, 상기 조건들은 통상적인 범위 내에서 적절히 조절될 수 있는 것이므로 본 발명에서는 이에 특별히 한정되지 않는다.
[반응식 1]
Si(OR)4 + 4 H2O -> (OR)3Si-OH + ROH
[반응식 2]
≡Si-OH + HO-Si≡ -> ≡Si-O-Si≡ + H2O
[반응식 3]
≡Si-OH + RO-Si≡ -> ≡Si-O-Si≡ + ROH
상기 반응식 1 내지 3에서 R은 탄화수소 그룹이며, 바람직하게는 알킬 그룹이나, 본 발명이 반드시 이로만 한정되는 것은 아니다.
상기 졸-겔 반응에 의해 제조된 습윤겔 층은 도 3의 (d)에 도시된 것과 같이, 3차원 네트워크 구조 내에 용매가 채워져 있는 구조를 가지며, 건조공정을 거쳐 도 3의 (f) 또는 (g)와 같이 제어된 구조의 에어로겔 층으로 제조된다.
상기 졸-겔 반응과 건조 공정 사이에는 습윤겔의 표면을 소수화 처리하기 위한 소수화 반응 공정이 추가되는 것이 바람직하며, 상기 화학식 1로 표시되는 치환기를 습윤겔의 금속산화물 표면에 도입하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 소수화 처리는 (1) 건조 후 유동성 입자에 유동성 및 소수성을 부여하 고, (2) 용액건조 시 겔 구조의 붕괴로 인한 비표면적 저하를 방지하는 효과가 있다.
상기 기재된 내용 이외의 에어로겔의 제조 방법에 관한 일반 상세 내용은 본 출원인이 기 출원한 출원번호 제10-2006-98634호 및 제10-2007-29234호의 기재 내용에 준한다.
도 4는 본 발명의 유동성 입자를 포함하는 전자종이 표시장치의 일 예를 나타낸 단면도이다. 도 4에서 보는 것과 같이, 본 발명의 전자종이 표시장치(40)는 기본적으로 서로 대향 배치되는 제1기판(41) 및 제2기판(45); 상기 제2기판에 대향되는 제1기판 상에 순차적으로 형성되는 제1전극(42), 및 제1절연층(43); 상기 제1기판에 대향되는 제2기판 상에 순차적으로 형성되는 제2전극(46), 및 제2절연층(47); 상기 제1기판과 제2기판의 사이에 다수의 셀을 구획하도록 배치되는 격벽(44); 및 상기 격벽에 의해 구획된 셀 내에 존재하는 상기 유동성 입자(48a, 48b)를 포함하며, 상기 제1기판(41), 제1전극(42) 및 제1절연층(47)을 포함하는 제1기판 그룹과 상기 제2기판(45), 제2전극(46) 및 제2절연층(47)을 포함하는 제2기판 그룹 중 적어도 한쪽의 그룹은 투명한 것이 바람직하다.
이 때, 상기 전자종이 표시장치는 각각의 셀 내에 양(+)대전성 유동성 입자(48a)와 음(-)대전성 유동성입자(48b)를 포함하며, 상기 양(+)대전성 유동성 입자와 음(-)대전성 유동성 입자의 색깔이 서로 상이한 것이 바람직하고, 상기 양(+)대전성 유동성 입자와 음(-)대전성 유동성 입자의 색깔이 흑색과 백색 또는 백색과 흑색의 대비를 이루는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 전자종이 표시장치의 구동 상태의 일 예를 나타낸 단면도이다. 도 4의 전자종이 표시장치의 제1전극(42)과 제2전극(46) 사이에 전압을 인가하면, 도 5에 나타내는 것과 같이, 쿨롱력에 의해 양대전성 유동성 입자(48a)는 제1전극(41) 측으로 비상 이동하고, 음대전성 유동성 입자(48b)는 제2전극(45) 측으로 이동한다. 이 경우, 제1기판 그룹이 투명하다고 할 때에 상기 제1기판(41) 측에서 보는 표시면은 양대전성 유도성 입자(48a)의 색으로 보인다. 또한, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 전하를 반대로 걸어주게 되면, 양대전성 유동성 입자(48a)와 음대전성 유동성 입자(48b)가 반대 방향으로 이동하여 상기 제1기판(41) 측에서 보는 표시면은 음대전성 유동성 입자(48b)의 색으로 보이게 된다.
이와 같이 본 발명의 전자종이 표시장치에서는 전원의 전위를 반전시키는 것만으로 가역적으로 색을 변화시킬 수 있으며, 입자의 색은 자유롭게 선정할 수 있다. 예를 들어, 음대전성 유동성 입자(48b)를 백색으로 하고 양대전성 유동성 입자(48a)를 흑색으로 하거나, 음대전성 유동성 입자(48b)를 흑색으로 하고 양대전성 유동성 입자(48a)를 백색으로 하면, 표시는 백색과 흑색 사이의 가역표시가 된다. 이 방식에서, 각 입자는 한번 전극에 Van Der Waals 힘에 의해 부착된 상태에 있기 때문에, 전원을 끈 후에도 표시화상은 장기적으로 보전되어 메모리 보전성이 좋다.
본 발명에서는 각 대전성 입자는 기체 속을 비상하기 때문에 화상표시의 응답속도가 빠르고, 액정표시소자와 같이 배향막이나 편광판 등이 불필요하며, 구조가 단순하고, 저비용이며 대면적이 가능하다.
또한, 온도변화에 대해서도 안정적으로 저온에서 고온까지 사용 가능하며, 시야각이 없고, 고반사율, 반사형이고 밝은 곳에서도 보기 쉬우며, 소비전력이 낮다. 메모리성도 있어 화상을 보전하는 경우에 전력을 소비하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
(유동성 입자의 제조)
아민 말단(amine-terminated) 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 입자 (평균입경 10㎛)을 포함하는 수성에멀젼(고형분 함량 10 중량%) 100 g을 제조하였다.
또한, 테트라에틸오르소실리케이트(Testraethyl-ortho-silicate, TEOS) 200g와 물 100g을 혼합한 후, 염산을 첨가하여 pH 2인 조건에서 교반하여 TEOS를 가수분해하여 Si(OH)4 를 제조하였다.
상기 제조된 TEOS 가수분해 생성물 20 g과 PS 에멀젼 100 g을 혼합한 후, 암모늄 하이드록사이드를 첨가하여 pH 11로 조절하여 4시간 정도 상온에서 축합 반응을 진행시켰다.
상기 얻어진 습윤겔 입자를 필터를 통해 얻은 후 플라스크에 담고, 이 입자가 충분히 잠기도록 에탄올 95 중량%와 에톡시트리메틸실란(ethoxytrimethylsilane, ETMS) 5 중량%를 포함하는 ETMS 용액을 부은 후, 4시간 동안 환류(reflux)시켜 습윤겔의 표면 소수화 반응을 진행시켰다. 상기 소수화 반응 후 얻어진 입자를 다시 필터링하여 90 ℃의 오븐에서 5시간 이상을 충분히 건조시켰다.
상기 제조된 유동성 입자의 에어로겔 층에 대한 주사 전자 현미경(SEM) 사진을 도 6에 도시하였다.
또한, 소수성을 측정하기 위한 실험으로서 물 위에 상기 유동성 입자를 띄운 후 평가하였다. 소수화 처리 전의 에어로겔 층은 물에 대한 친화력이 높아 상기 유동성 입자를 물에 넣자마자, 물속으로 균일하게 분산되는 반면에, 소수화 처리된 에어로겔 층은 물 위에 장기간 떠있는 것을 육안으로 확인하였으며, 이로부터 본 발명의 유동성 입자의 에어로겔 층의 표면이 영구적 소수화 개질되었음을 알 수 있었다.
또한, 본 발명의 유동성 입자에서 에어로겔 층의 비표면적 값을 측정하기 위해 상기 실시예 1에 따라 제조된 제조된 입자를 톨루엔 용액에 담가서 PS만을 녹여낸 후, 120℃의 오븐에서 충분히 건조하여 에어로겔 층 만을 분리해 냈다. 이렇게 얻어진 에어로겔 층의 비표면적(BET) 값은 700m2/g 이었다.
또한, 실시예 1에 따라 제조된 유동성 입자는 공기 중에 수 개월 이상 방치하여도 서로 응집되는 현상이 관찰되지 않았으며, 용기에 담아 흔들었을 시에는 유체와 같은 유동성을 나타내는 것을 육안으로 확인할 수 있었다.
본 발명의 유동성 입자는 표면 윤활성이 좋은 에어로겔 층이 코어 입자 전체를 감싸고 있으므로 입자간 응집이 적고, 높은 비표면적으로 인하여 외첨가제의 안정성이 증가되어, 우수한 내구성을 가지는 장점이 있다

Claims (12)

  1. 고분자 수지를 포함하는 코어 입자; 및
    상기 코어 입자의 외부를 감싸는 에어로겔 층
    을 포함하고,
    상기 에어로겔 층은 비표면적이 100 내지 1500 m2/g인 유동성 입자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어 입자는 우레탄 수지, 우레아 수지, 아크릴 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴우레탄 수지, 아크릴우레탄실리콘 수지, 아크릴우레탄불소 수지, 아크릴불소 수지, 실리콘 수지, 아크릴실리콘 수지, 에폭시 수지, 폴리스티렌 수지, 스티렌아크릴 수지, 폴리올레핀 수지, 부티랄 수지, 염화비닐리덴 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 불소 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리술폰 수지, 폴리에테르 수지, 폴리아미드 수지, 및 이들 중에서 선택되는 수지의 말단이 카르복실기, 히드록시기, 아민기, 또는 할로겐화기로 치환된 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 유동성 입자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코어입자는 0.5 내지 30 ㎛의 평균입경을 가지는 것인 유동성 입자.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에어로겔 층은 3차원 네트워크 구조의 실리카 에어로겔을 포함하는 것인 유동성 입자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 실리카 에어로겔은 표면에 하기 화학식 1로 표시되는 소수성 실릴 그룹을 포함하는 것인 유동성 입자:
    [화학식 1]
    Figure 112007029440785-pat00002
    상기 식에서, R1, R2, 및 R3는 각각 독립적으로 수소, C1-C10 알킬, C1-C10 헤테로 알킬, C5-C20인 아릴, C5-C20인 헤테로 아릴, C7-C20인 알킬 아릴, C7-C20인 헤테로 알킬 아릴, C7-C20인 아릴 알킬, 및 C7-C20인 헤테로 아릴 알킬로 이루어진 군에서 선택되는 소수성 작용기이다.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 코어 입자, 에어로겔 층, 또는 이들 모두에 양(+)대전성 하전제어제 또는 음(-)대전성 하전제어제를 더욱 포함하는 유동성 입자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코어 입자, 에어로겔 층, 또는 이들 모두에 유기 착색제 또는 무기 착색제를 더욱 포함하는 유동성 입자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유동성 입자는 상기 에어로겔 층의 평균 두께 (d2)에 대한 코어 입자의 지름(d1)의 비율(d1/d2)이 3 내지 500 인 유동성 입자.
  10. 제1항에 있어서, 상기 유동성 입자는 건식형 전자종이의 화상 표시 입자인 유동성 입자.
  11. 서로 대향 배치되는 제1기판 및 제2기판;
    상기 제2기판에 대향되는 제1기판 상에 순차적으로 형성되는 제1전극, 및 제1절연층;
    상기 제1기판에 대향되는 제2기판 상에 순차적으로 형성되는 제2전극, 및 제2절연층;
    상기 제1기판과 제2기판의 사이에 다수의 셀을 구획하도록 배치되는 격벽; 및
    상기 격벽에 의해 구획된 셀 내에 존재하는 제1항 내지 제3항 및 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 유동성 입자
    를 포함하며,
    상기 제1기판, 제1전극, 및 제1절연층을 포함하는 제1기판 그룹과 상기 제2기판, 제2전극, 및 제2절연층을 포함하는 제2기판 그룹 중 적어도 한쪽의 그룹은 투명한 것인 충돌 대전형 전자 종이 표시장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 각각의 셀 내에 양(+)대전성 유동성 입자와 음(-)대전성 유동성입자를 포함하며, 상기 양(+)대전성 유동성 입자와 음(-)대전성 유동성 입자의 색깔이 서로 상이한 것인 충돌 대전형 전자 종이 표시장치.
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