KR101246401B1 - 충돌대전형 전자종이용 대전입자 및 이를 이용한 표시장치 - Google Patents

충돌대전형 전자종이용 대전입자 및 이를 이용한 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 충돌대전형 전자종이용 대전입자 및 이를 이용한 장치에 관한 것으로, 종래의 전기영동형 입자에 무기질 실리카를 단순히 믹서로 회전시켜 물리적으로 피복시키면 상기 무기질 실리카가 쉽게 떨어져 입자의 대전특성이 변하는 문제점이 있었던바, 본 발명에 따라 표면에 관능기가 형성된 전기영동형 고분자 입자와, 상기 고분자 입자 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있고 말단에 관능기가 접합되어 있는 입자안정화제가 축합반응으로 결합된 충돌대전형 전자종이용 대전입자에 의하는 경우, 축합반응에 의한 화학적 방법으로 고분자 입자에 입자안정화제를 코팅시킴으로써 대전의 재현성이 향상되고 수명도 길어지는 효과가 있는 것이다.
전자종이, 입자안정화제, 그래프트 중합

Description

충돌대전형 전자종이용 대전입자 및 이를 이용한 표시장치{Charged Particle For Electronic Paper Using Collision Electrification and Display Device Thereof}
도 1은 종래 기술에 따른 충돌대전형 전자종이 표시소자의 셀 구조를 도시한 단면도이고,
도 2는 종래 기술에 따른 충돌대전형 전자종이 표시소자에서 사용되는 것으로, 고분자 입자에 무기질 외첨제가 피복된 상태를 나타내는 모식도이고,
도 3은 본 발명에 따른 충돌대전형 전자종이용 대전입자의 고분자 입자를 나타내는 모식도이고,
도 4는 본 발명에 따른 충돌대전형 전자종이용 대전입자의 고분자 입자에 관능기가 형성된 상태를 나타내는 모식도이고,
도 5는 본 발명에 따른 충돌대전형 전자종이용 대전입자의 입자안정화제에 관능기가 형성된 상태를 나타내는 모식도이고,
도 6은 본 발명에 따른 충돌대전형 전자종이용 대전입자의 고분자 입자와 입자안정화제 간에 축합반응이 형성된 상태를 나타내는 모식도이고,
도 7은 본 발명에 따른 충돌대전형 전자종이용 대전입자가 사용된 표시장치 의 셀 구조를 도시한 단면도이다.
**도면의 주요부분에 대한 기호의 설명**
1: 외첨제 2: 고분자 중합체
3: 안료나 염료 4: 전하조절제
5: 대향기판 6: 대전입자
7: 격벽 8: 투명기판
본 발명은 충돌대전형 전자종이용 대전입자 및 이를 이용한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면에 관능기가 형성된 전기영동형 고분자 입자와, 상기 고분자 입자 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있고 말단에 관능기가 접합되어 있는 입자안정화제가 축합반응으로 코팅된 충돌대전형 전자종이용 대전입자로써, 고분자 입자의 최외각으로부터 입자안정화제가 쉽게 떨어지지 않도록 화학적 방법에 의해 결합된 대전입자에 관한 것이다.
디지털 페이퍼 디스플레이(Display Paper Display)는 액정표시장치(Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel), 유기 전계발 광(Electro Luminescence) 소자를 뒤이을 차세대 표시소자로 개발되고 있다. 특히 전자종이(Electronic Paper)는 수백만개의 구슬이 기름 구멍안에 뿌려져 있는 박형의 플라스틱과 같은 유연한 기판과 문자나 영상을 표시할 수 있도록 한 디스플레이 소자로서, 수백만번을 재생해 쓸 수 있는 것이다.
전자종이 표시소자는 플렉서블(flexible)(또는 페이퍼) 디스플레이 구현의 핵심이 되는 소자이고, 도전성 물질에 전자기장을 가하여 운동성을 갖게 한다는 전기영동학에 기초를 둔 것으로 박형의 플렉서블한 기판들 사이에 도전성을 가진 미립자들을 분포시킨 후 전자기장의 극성변화에 의한 미립자들(또는 대전입자들)의 방향 배치 변화로 데이터를 표현한다. 전자종이는 기존의 평면 디스플레이 패널에 비하여 생산단가가 훨씬 저렴하며 액정표시소자처럼 배경조명이나 지속적인 재충전이 필요하지 않으므로 아주 적은 에너지로도 구동될 수 있어서 에너지 효율도 월등히 앞선다. 아울러, 전자종이는 매우 선명하고, 시야각이 넓으며 전원이 없더라도 글씨가 완전히 사라지지 않는 메모리 기능도 가지고 있다. 이러한 큰 장점으로 인해 전자종이는 종이와 같은 면과 움직이는 일러스트레이션을 갖는 전자서적, 자체 갱신성 신문, 이동 전화를 위한 재사용 가능한 종이 디스플레이, 폐기 가능한 TV 스크린 및 전자 벽지 등 실로 광대한 분야에 응용될 수 있으며 거대한 잠재 시장을 가지고 있다.
전자종이 구현을 위한 기술적 접근 방식은 크게 액정을 이용한 방법, 유기 EL, 반 사 필름 반사형 표시, 전기영동, 트위스트 볼, 미케니컬 반사형 표시등이 있으며, 이 중에서 현재 가장 주목받고 있는 기술은 전기영동현상을 이용한 전자종이 표시소자이다. 전기영동현상은 어떤 입자가 매체(분산 매체)에 현탁된 경우에 입자가 전기적으로 하전되고, 또한 전계가 하전입자에 인가되는 경우에 그들이 대향 전하를 가진 전극에 분산매체를 통해서 이동하는 현상이다. 이 현상을 이용한 전기영동 표시소자의 대표도를 도 1에 도시하였으며 간략히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 충돌 대전형 전자종이 표시소자에 대한 셀 구조를 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 플라스틱 또는 유리 중 어느 하나로 형성된 상부 및 하부기판(40, 30)과, 상기 상부 및 하부기판(40, 30) 상에 소자의 구동전압을 인가하고, 투명전극으로 형성된 상부 및 하부전극(10, 20)과, 상기 상부 및 하부기판(40, 30)간격을 일정하게 유지하고, 셀과 셀을 분리(isolation)시키는 격벽과, 상기 두전극 사이에 형성된 백색의 부(-) 대전입자(60)와 흑색의 정(+)대전입자(50)로 구성된다.
이러한 구성으로 이루어진 충돌 대전형 전자종이 표시소자는 상부전극(10)과 하부전극(20)에 충분한 전압이 인가되면 인가된 전극 극성에 따라 대전되는 대전입자들이 각 전극으로 끌려간다. 예컨대, 백색 대전입자(60)가 (-), 흑색 대전입자(50)가 (+)성질을 띄고, 상부전극(10)에 (+)전압, 하부전극(20)에 (-) 전압이 인가되면, 백색 대전입자는 상부전극으로, 흑색 대전입자(50)은 하부전극으로 이동되어 백색을 띄게 된다. 반대로 상부전극(10)에 (-) 전압이 걸리게 되면, 흑색 대전입자가 상부전극으로 이동되어 검은색을 띄게 되는 것이다.
그러나, 종래의 전기영동형 표시소자에서는 전기영동 대전입자가 극성을 띄기 때문에 분산매 중에 포함되어 있는 입자는 전극판에 부착되거나 서로 응집하며, 또는 전기영동 입자와 분산매와의 비중의 차이에 의해 시간의 경과와 함께 전기 영동 입자가 서서히 침강하거나 혹은, 전기 영동 입자의 대전이 불충분해 인가 전압에 대해서 충분히 응답할 수 없는 문제점이 있었다. 이로 인해 신뢰성이 높은 내구성이 있는 전기영동 표시소자는 구현되지 않았었다.
이러한 결점을 해결하기 위해서, 전기영동 입자를 수지로 피복 함으로써 전기영동 입자와 분산매와의 비중을 실질상 동일하게 하는 방법이 공지되었다. 또한, 전기영동 입자로써 이산화티탄 미립자를 실리콘 수지로 피복하여, 전기영동 입자에 큰 자연발생 대전량을 부여하는 방법이 제안되었다. 나아가, 전기영동 입자를 티타네이트계의 커플링제와 소르비탄 지방산 에스테르로 처리하는 방법도 공지되어 있다.
그러나, 상기 수지로 피복된 전기영동 입자는 비중이 분산매와 실질적으로 동일해져 분산매 중에서 전기영동 입자의 침강 등은 방지되지만, 전기영동 입자를 피복하고 있는 수지가 분산매 중의 염료 등에 의해 오염되기 쉽고, 전기영동 입자와 분산매간의 콘트라스트가 저하된다고 하는 문제가 있다. 게다가 가열한 용해 수지 중 에 전기영동 입자를 분산시킨 뒤 냉각 경화한후, 전기영동 표시소자에 적합한 소정의 크기로 미분쇄 하는 것이 곤란하다는 문제점도 있다.
또한, 상기 실리콘 수지로 피복된 이산화티탄 미립자를 전기영동 입자로 사용하는 경우는, 소비 전력이 낮기 때문에 대형화가 용이한 전기영동 표시소자를 제조할 수는 있지만, 실리콘 수지가 분산매 중의 염료 등에 의해 오염되고 쉽고, 경시적으로는 전기영동 입자와 분산매 간의 콘트라스트가 저하된다고 하는 문제가 있다.
게다가, 상기 티타네이트계의 커플링제와 소르비탄 지방산 에스테르로 처리된 전기영동 입자는, 표면에 유기 단분자막이 형성되어 있어 이것에 의해 유기 분산매와의 친화성이 향상되기 때문에 전극판에 부착되거나 대전입자 상호 간에 응집에 의한 침강은 방지되지만, 전기영동 입자의 비중 그 자체는 변함없다. 따라서, 비중이 큰 무기입자를 전기영동 입자로 사용하는 경우에는, 일반적으로 독성이 크고, 고가의 비중이 큰 분산매를 이용하지 않으면 입자의 단독 침강이 발생한다고 하는 문제가 있다.
이와 같이 전기영동 입자를 수지로 피복하거나, 이산화티탄 미립자를 실리콘 수지로 피복하거나, 전기영동 입자를 티타네이트계의 커플링제와 소르비탄 지방산 에스테르로 처리하는 방법 등은 수지, 실리콘 수지 또는 커플링제를 단순히 전기영동 입자에 피복하는 것으로, 믹서나 회전을 이용하여 혼합시킴으로써 도포한 것에 불 과하다. 도 2는 종래 기술에 따른 충돌대전형 전자종이 표시소자에서 사용되는 것으로, 전기영동형 고분자 입자에 무기질 외첨제가 피복된 상태를 나타내는 모식도이다. 도시된 바와 같이, 전하조절제(4) 및 안료나 염료(3)를 포함하는 고분자 중합체(2)의 최외각에는 수지, 실리콘 수지 또는 커플링제와 같은 외첨제(1)가 단순히 물리적으로 코팅되어 있다. 분산용제에 외첨제를 첨가시켜 믹서나 회전으로 단순히 혼합하는 물리적 방법에 의해 피복된 입자는 외첨제가 고분자 입자에서 쉽게 떨어질 수 있다. 이와 같이, 외첨제가 쉽게 떨어지면 대전입자는 동일한 인가 전압에 의해 충분히 응답할 수 없으며, 대전특성도 쉽게 변하기 때문에 화질이 떨어지는 심각한 문제점이 발생하게 된다. 또한, 전체적으로도 화질의 단일성이 떨어져 제품의 수명이 단축되는 결과를 가져온다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고분자 입자의 최외각으로부터 입자안정화제가 쉽게 떨어지지 않도록 화학적 방법에 의해 결합된 대전입자에 의해, 대전의 재현성이 향상되고 수명도 긴 충돌대전형 전자종이의 대전입자를 제공하기 위한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 충돌대전형 전자종이용 대전입자는 외첨제에 그래프트 중합반응으로 관능기가 결합되어 있을 뿐만 아니라 고분자 입자 표면에도 폴리머 관능기가 형성되어 있고, 상기 외첨제와 고분자 입자는 축합 반응으로 입자의 안정화를 도모하고자 한다. 본 발명에 의한 대전입자에 따라, 폴리머 관능기에 의한 그래프트 중합을 고분자 입자 및 입자안정화제의 표면에 형성하여 대전입자를 화학적 방법으로 개질시킴으로써, 분산매 중에서 전기영동 입자의 응집, 침강 또는 전극판에의 고착 등이 해결된 전기영동형 대전입자 및 표시장치를 얻는 것이 본 발명의 목적이다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결한 전기영동형 대전입자를 제공하여 메모리성이 뛰어나고 신뢰성도 높은 전기영동형 표시소자를 제공하는 것을 본 발명의 목적으로 한다. 본 발명에 따른 전기영동 표시소자는 상기한 대전입자 또는 분산제가 적어도 한편이 투명한 1조의 전극판을 소정의 간격으로 대향 배치해 형성된 사이 공간에 봉입되고, 제어 수단에 의해 전극판 간에 제어용 전압을 인가함으로써 표시 동작을 얻고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 충돌대전형 전자종이용 대전입자는 표면에 관능기가 형성된 전기영동형 고분자 입자와, 상기 고분자 입자 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있고 말단에 관능기가 접합되어 있는 입자안정화제가 축합반응으로 결합된 것을 특징으로 하는 것이다.
여기서, 상기 관능기는 카르복실기(-COOH), 수산기(-OH), 아미노기(-NH2) 또는 할로겐화기(-X)인 것이 가능하고, 상기 고분자 입자에 형성된 관능기와 입자안정화제에 접합되어 있는 관능기 사이에서는 상기 축합반응에 의해 물, 암모니아 또는 산이 제거되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 충돌대전형 전자종이용 대전입자는 고분자 입자에 유도성을 증가시키기 위한 입자안정화제가 코팅되는 것을 특징으로 하는바, 상기 고분자 입자에는 전하를 띄거나 전하를 획득할 수 있는 고분자 중합체, 염색된 안료나 염료, 입자표면을 개질시켜 전기 이동성을 부여하는 전하조절제 중에서 적어도 하나 이상이 포함된 형태일 수 있고, 상기 입자안정화제는 입자의 유동성 향상을 위한 대전제어제 역할을 하는 것으로, 세라믹 분말이나 천연 또는 합성 왁스일 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 충돌대전형 전자종이용 대전입자를 구성하는 상기 입자안정화제는 유동성 향상을 위한 대전제어제이면 어떤 것이든 가능하다. 본 발명에 따른 입자안정화제의 상기 세락믹 분말로써 바람직한 예는 바륨타이타네이트(BaTiO3), 스트론튬타이타네이트(SrTiO3), 칼슘타이타네이트(CaTiO3), 리드타이타네이트(PbTiO3), 타이타늄디옥사이드(TiO2), 틴디옥사이드(SnO2), 칼슘옥사이드(CaO), 마그네슘옥사이드(MgO), 알루미늄옥사이드(Al2O3),산화철(Fe2O3), 감마 산화철, 마그 네슘실리케이트(MgSiO3), 마그네타이트(Fe3O4), 지르코니아(ZrO2), 보론옥사이드(B2O3), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 니켈페라이트, 징크페라이트, 니켈징크페라이트 및 바륨페라이트(BaFe2O4)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상일 수 있고, 가장 바람직하게는 실리카(SiO2)가 적합하다.
본 발명에 따른 다른 입자안정화제로 상기 천연 또는 합성 왁스의 바람직한 예는 S-왁스, PE 왁스, 에틸렌-아크릴산 왁스, 에틸렌-비닐아세테이트, 말단에 카르복시산이 부분적으로 접합된 몬탄(montan) 계열의 천연 왁스, 폴리에틸렌 계열의 합성 왁스, 폴리프로필렌 계열의 합성 왁스, 폴리머왁스 및 말단에 아미드 또는 아민이 부분적으로 접합된 염기성 기능기를 가지는 합성 왁스로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다.
더불어, 상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 충돌대전형 전자종이 표시장치는 상기한 충돌대전형 전자종이 표시장치의 대전입자가 적어도 한편이 투명한 전극판을 소정의 간격으로 대향 배치한 사이 공간에 포함되고, 상기 전극판에 제어용 전압을 인가해 대전입자의 분포상태를 바꾸기 위한 제어수단이 구비된 것을 특징으로 하는 충돌대전형 전자종이 표시장치이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참고로 하 여 구체적으로 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
도 3은 본 발명에 따른 충돌대전형 전자종이용 대전입자의 고분자 입자를 나타내는 모식도이고, 도 4는 상기 고분자 입자에 관능기가 형성된 상태를 나타내는 모식도이며, 도 5는 본 발명에 따른 대전입자의 입자안정화제에 관능기가 형성된 상태를 나타내는 모식도이다. 여기서, 도면 식별번호 1은 외첨제, 2는 고분자 중합체, 3은 안료나 염료, 4는 전하조절제, 5는 대향기판, 6은 대전입자, 7은 격벽 그리고 8은 투명기판을 표시한다.
본 발명은 전자종이에서 사용되는 대전입자에 관한 것으로, 고분자 입자의 최외각으로부터 입자안정화제가 쉽게 떨어지지 않도록 화학적 방법에 의해 결합시키는 것을 특징으로 하여, 대전의 재현성이 향상되고 수명도 긴 충돌대전형 전자종이의 대전입자를 제공하기 위한 것이다. 보다 상세하게는, 표면에 관능기가 형성된 전기영동형 고분자 입자와, 상기 고분자 입자 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있고 말단에 관능기가 접합되어 있는 입자안정화제가 축합반응으로 코팅된 것을 특징으로 하는 충돌대전형 전자종이용 대전입자이다.
먼저, 본 발명에서 사용된 고분자 입자로써 상기 표면에 관능기가 형성된 전 기영동형 고분자 입자는 전하를 띠거나 또는 전하를 획득할 수 있는 임의의 성분(도 3)이고, 이러한 고분자 입자의 표면에는 관능기가 형성되어 있는 것(도 4)을 특징으로 한다. 도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 고분자 입자는 표면에 폴리머 그래프트 쇠사슬이 형성된 전기영동형 대전입자이다.
전기영동형 대전입자로써 상기 고분자 입자는 이산화티탄, 산화아연, 유화아연, 백연, 황연, 황화카드뮴, 흑연, 카본 블랙등이 이용될 수 있고, 바람직하게는 PMMA(poly methyl methcrylate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate:PETE), 폴리스티렌(Poly Styrene:PS) 또는 이들의 공중합체가 적합하다. 이러한 고분자 입자의 크기는 0.2 ~ 2.0μm 정도가 가장 바람직하다. 그리고, 이러한 전기영동형 입자의 표면에 형성되는 그래프트 쇠사슬은 고분자 입자의 표면에 관능기를 도입하고, 상기 관능기에 폴리머를 그래프트 반응시킴으로써 행해진다. 도입되는 관능기로는 후에 그래프트 중합되는 폴리머와의 적성을 고려하여 결정할 수 있고, 예를 들면 카르복실기(-COOH), 수산기(-OH), 아미노기(-NH2) 또는 할로겐화기(-X)와 같은 관능기를 들 수가 있으며, 본 발명에 있어서는 축합반응을 위해 도 4에 나타난 바와 같이 수산기(-OH)가 선택되는 것이 가장 바람직하다.
다음으로, 본 발명에서 사용된 입자안정화제는 입자의 엉김을 방지하여 유동성을 향상시키기 위한 것으로, 말단에 관능기가 접합되어 입자안정화제가 그래프트 중합에 의해 고분자 입자 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되는 것을 특징으로 한다. 도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 입자안정화제는 상기 고분자 입자와 축합반응 하기 위해 표면에 폴리머 그래프트 쇠사슬이 형성된 외첨입자이다.
본 발명에 따른 충돌대전형 전자종이의 대전입자를 구성하는 상기 입자안정화제는 입자의 유동성을 증가시키거나 캡슐 벽에 부착되는 것을 방지하기 위한 것으로, 전기영동 디스플레이에서 현탁 유체로 사용되는 전형적인 높은 저항률 액체용으로 비수성 계면활성제를 사용할 수 있다. 여기에 제한되지는 않지만, 글리콜 에테르, 아세틸렌 글리콜, 알칸올아미드, 소르비톨 유도체, 알킬 아민, 4차 아민, 이미다졸린, 디알킬 옥시드 및 술포숙시네이트를 사용할 수도 있고, 바람직하게는 나노 사이즈의 실리카를 사용하는 것이 적합하다. 그리고, 이러한 전기영동형 대전입자의 입자안정화제 표면에 형성되는 그래프트 쇠사슬 역시 관능기를 그래프트 반응시킴으로써 행해진다. 도입되는 관능기는 후에 그래프트 중합되는 폴리머와의 적성을 고려하여 결정할 수 있고, 본 발명에 있어서는 축합반응을 위해 도 6에 나타난 바와 같이 수산기(-OH)가 선택되는 것이 가장 바람직하다.
이러한 관능기를 상기 고분자 입자 또는 입자안정화제의 표면에 도입하기 위해서는 관능기를 말단에 구비한 말단 반응형 커플링제에 의해 상기 고분자 입자 또는 입자안정화제를 처리하는 것도 가능하다. 또한, 상기 고분자 입자 또는 입자안정화제의 표면에 도입된 관능기와 용이하게 반응하여 그라프트 쇠사슬을 형성하기 위한 폴리머는 말단 반응형의 변성 폴리머인 것이 바람직하다. 이 경우, 말단 반응형 커플링제는 전기 영동 입자에 대해서 0.5~10 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 그리고, 변성 폴리머는 용제를 이용하지 않는 경우, 상기 고분자 입자 또는 입자안정화제에 대해서 과잉으로 첨가하는 것이 바람직하고, 예를 들면 500~1000 중량%로 첨가할 수 있다.
이와 같이 충돌대전형 전자종이용 대전입자의 고분자 입자 및 입자안정화제는 그 표면에 그래프트 중합에 의해 관능기가 결합된 것이며, 본 발명에 따라 이러한 관능기는 축합반응과 같은 화학적 방법으로 결합되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 있어서, 그래프트 중합(graft polymerization)이라 함은 골격이 되는 고분자 물질에 임의의 고분자 물질의 가지를 붙여 주는 혼성중합 또는 공중합(共重合)을 말하고, 축합반응이라 함은 유기화합물의 2분자 또는 그 이상의 분자가 반응하여 간단한 분자가 제거되면서 새로운 화합물을 만드는 반응을 의미한다.
즉, 본 발명은 졸-겔과 같은 화학적 방법을 이용하여 무기질인 나노사이즈의 입자안정화제를 고분자 입자에 코팅시키는 것이다. 종래의 충돌대전형 전자종이 장치에 사용되는 고분자 입자는 유동성을 향상시키기 위해 외첨제를 믹서나 회전를 이용하여 물리적으로 코팅을 시켰다. 이러한 방법을 사용하여 코팅된 입자에서는 실리카가 고분자 입자에서 쉽게 떨어질 수 있어 입자의 대전특성이 변하고 화질이 떨어지며 단일성(uniformity) 감소하여 수명이 감소될 수 있었다. 그러나 본 발명에 따라 고분자 입자의 최외각에 입자안정화제를 외첨시키는 방법에 의하는 경우, 입자안정화제가 고분자 입자로부터 쉽게 떨어지지 않아 입자의 유동성이 증가하고 대전의 재현성이 향상되며 수명이 길어질 수 있는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 축합반응에 의해 화학적으로 결합되는 것을 특징으로 하는바, 도 4에 나타난 고분자 입자의 수산기와 도 5에 나타난 입자안정화제의 수산기가 축합반응하여 도 6에 나타난 바와 같은 결합을 이룬다. 이에 따라 상기 결합에 의해 물분자가 제거되는 것이고, 그래프트 중합에 의해 결합되는 폴리머 관능기에 따라 상기 축합반응에 의해서는 물, 암모니아 또는 산이 제거될 수 있는 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 충돌대전형 전자종이의 대전입자를 구성하는 고분자 입자와 입자안정화제에 대해서 더욱 상세하게 살펴보기로 한다.
먼저, 본 발명에서 사용된 고분자 입자로써 상기 표면에 관능기가 형성된 전기영동형 고분자 입자를 설명한다. 상기 고분자 입자에는 도 3에 나타난 바와 같이, 전하를 띄거나 전하를 획득할 수 있는 고분자 중합체, 염색된 안료나 염료, 입자표면을 개질시켜 전기 이동성을 부여하는 전하조절제 중에서 적어도 하나 이상이 포함될 수 있다.
전기영동형 전자종이에서 사용하기 위한 입자의 선택에는 많은 융통성이 있다. 본 발명의 목적을 위해 사용되는 상기 고분자 입자는 전하를 띠거나 또는 전하를 획득할 수 있는(즉, 전기영동형 이동성을 갖거나 획득할 수 있는) 임의의 성분이 바람직하다. 입자들은 순수 안료, 염색된(레이크화:laked) 안료 또는 안료/중합체 복합물 또는 전하를 띠거나 전하를 획득할 수 있는 임의의 다른 성분일 수 있다. 전기영동형 대전입자에 대해 전형적으로 고려할 사항은 이것의 광학적 성질, 전기적 성질 및 표면의 화학적 성질이며, 본 발명에 따른 고분자 입자는 유기 또는 무기 화합물일 수 있고, 빛을 흡수하거나 빛을 산란시킬 수 있다. 본 발명에서 사용하기 위한 입자에는 산란 안료, 흡수 안료 및 발광 입자가 더 포함될 수 있다. 입자는 역반사성 예컨대 코너 큐브일 수 있거나, AC 필드에 의해 여기되었을 때 빛을 방출하는 황화아연 입자와 같이 전자발광성일 수 있거나, 또는 광발광성일 수 있다.
이러한 고분자 입자용으로 유용한 중합체는, 제한되지는 않지만, PMMA(poly methyl methcrylate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate:PETE), 폴리스티렌(Poly Styrene:PS), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 페놀 수지, Du Pont Elvax 수지(에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체), 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 에틸렌 아크릴산 또는 메타크릴산 공중합체(Nucrel Resins-Dupont, Primacor Resins-Dow Chemical) 아크릴산 공중합체 및 3량체(Elvacite Resins, DuPont)가 포함된다. 또한, 이것들의 공중합체로써, 높은 전단 용융의 단독중합체 및/또는 안료 상분리에 유용한 물질로는, 제한되지는 않지만, 폴리에틸렌, 폴리프 로필렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리이소부틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리이소부틸렌, 폴리라우릴 메타크릴레이트, 폴리스테아릴 메타크릴레이트, 폴리이소보르닐 메타크릴레이트, 폴리-t-부틸 메타크릴레이트, 폴리에틸 메타크릴레이트, 폴리메틸 아크릴레이트, 폴리에틸 아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴 및 두 개 이상의 이러한 물질의 공중합체가 포함된다.
그리고, 상기 염색된 안료나 염료를 포함하는 전기이동 입자는 일반적으로 안료, 중합체, 레이크화 안료 또는 이들의 몇몇 조합물일 수 있다. 순수 안료는 임의의 안료일 수 있고, 일반적으로 담색 입자용으로 금홍석(티타니아), 아나타제(티타니아), 황산바륨, 카올린 또는 산화아연과 같은 안료가 유용하다. 몇몇 전형적인 입자는 높은 굴절지수, 높은 산란 계수 및 낮은 흡수 계수를 갖는다. 다른 입자들은 페인트 및 잉크에서 사용되는 카본 블랙 또는 유색 안료와 같이 흡수성이다. 또한 안료는 현탁 유체에 불용성이어야 한다. 황색 안료 예컨대 디아릴리드 옐로우, 한사 옐로우 및 벤지딘 옐로우 또한 유사한 디스플레이에서 사용된다. 금속성 입자와 같은 비-안료 물질을 포함하여 임의의 기타 반사 물질을 담색 입자용으로 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고분자 입자에 포함되는 상기 전하조절제는 전기이동 입자에 양호한 전기이동 이동성을 제공하기 위해 사용된다. 이와 비교하여 상기 고분자 입자의 표면에 축합반으로 코팅되는 본 발명에 따른 입자안정화제는 전기이동 입자 의 응집을 방지할 뿐만 아니라 전기이동 입자가 비가역적으로 캡슐 벽 상에 침착되는 것을 방지하기 위해 사용되는 것이다. 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. 모든 이러한 업계에서, 충전 종들이 전기이동 이동성을 증가시키거나 정전기 안정화를 증가시키기 위해 비-수성 매체에 첨가될 수도 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 고분자 입자에 축합반응으로 코팅되는 외첨제로써, 상기 전하조절제와 구분되는 입자안정화제를 설명한다. 본 발명에 따른 입자안정화제는 전기이동 입자의 응집을 방지할 뿐만 아니라 전기이동 입자가 비가역적으로 캡슐 벽 상에 침착되는 것을 방지하기 위해 사용되는 것이다. 이러한 상기 입자안정화제는 입자의 유동성 향상을 위한 대전제어제 역할을 하는 것으로, 세라믹 분말이나 천연 또는 합성 왁스가 사용될 수 있는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 세락믹 분말은 실리카(SiO2), 바륨타이타네이트(BaTiO3), 스트론튬타이타네이트(SrTiO3), 칼슘타이타네이트(CaTiO3), 리드타이타네이트(PbTiO3), 타이타늄디옥사이드(TiO2), 틴디옥사이드(SnO2), 칼슘옥사이드(CaO), 마그네슘옥사이 드(MgO), 알루미늄옥사이드(Al2O3),산화철(Fe2O3), 감마 산화철, 마그네슘실리케이트(MgSiO3), 마그네타이트(Fe3O4), 지르코니아(ZrO2), 보론옥사이드(B2O3), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 니켈페라이트, 징크페라이트, 니켈징크페라이트 및 바륨페라이트(BaFe2O4)로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상이 선택된 것을 특징으로 하고, 상기 천연 또는 합성 왁스는 S-왁스, PE 왁스, 에틸렌-아크릴산 왁스, 에틸렌-비닐아세테이트, 말단에 카르복시산이 부분적으로 접합된 몬탄(montan) 계열의 천연 왁스, 폴리에틸렌 계열의 합성 왁스, 폴리프로필렌 계열의 합성 왁스, 폴리머왁스 및 말단에 아미드 또는 아민이 부분적으로 접합된 염기성 기능기를 가지는 합성 왁스로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상이 선택될 수 있는 것이다.
더불어, 본 발명에 따른 고분자 입자의 표면은 분산을 보조하고, 표면 전하를 개선시키며, 분산액의 안정성을 개선시키기 위해 화학적으로 개질되는 것도 가능하다. 표면 개질제로는 유기 실록산, 유기할로겐 실란 및 기타 관능성 실란 커플링제, 유기 티타네이트 및 지르코네이트, 소수화제, 장쇄(C12 내지 C50) 알킬 및 알킬 벤젠 술폰산, 지방 아민 또는 디아민 및 이들의 염 또는 4차 유도체 그리고 입자 표면에 공유결합적으로 결합될 수 있는 양쪽성 중합체를 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 다른 바람직한 하나의 실시형태는 상 기와 같은 충돌대전형 전자종이용 대전입자를 이용하는 충돌대전형 전자종이 표시장치이다. 이러한 충돌대전형 전자종이 표시장치는 상기한 충돌대전형 전자종이용 대전입자가 적어도 한편이 투명한 전극판을 소정의 간격으로 대향 배치한 사이 공간에 포함되고, 상기 전극판에 제어용 전압을 인가해 대전입자의 분포상태를 바꾸기 위한 제어수단이 구비된 것을 특징으로 하는 충돌대전형 전자종이 표시장치를 특징으로 한다.
도 7은 도 7은 본 발명에 따른 충돌대전형 전자종이용 대전입자가 사용된 표시장치의 셀 구조를 도시한 단면도이다. 즉, 본 발명에 따른 화상 표시장치는 도 7에 나타난 바와 같이 대향하는 투명기판(8) 및 대향기판(5)과 이들 기판 사이에 위치하는 본 발명에 따른 상술한 충돌대전형 전자종이용 입자가 양 또는 음으로 대전된 대전입자(6) 및 필요에 따라 설치되는 격벽(7)으로 이루어진다.
본 발명의 화상 표시장치에 있어서, 투명기판(5)은 장치 외측에서 대전입자(6)의 색을 확인할 수 있는 투명 기판이고, 가시광의 투과율이 높고 내열성이 좋은 재료가 적합하다. 화상표시 장치로서의 가요성 유무는 용도에 따라 적절히 선택되며, 예를 들어 본 발명에 따른 전자종이의 용도에는 가요성이 있는 재료가 적합하다. 기판 재료를 예시하면, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트 등의 폴리머 시트나 유리, 석영 등의 무기 시트를 들 수 있다. 기판 두께는 2∼5000㎛, 바람직하게는 5∼1000㎛가 바람직하고, 너무 얇으면 강도, 기판 사이의 간격 균일성을 유지하기 어려워지고, 너무 두꺼우면 표시기 능으로서의 선명도, 콘트라스트의 저하가 발생하며, 특히 전자종이 용도의 경우에는 플렉시빌리티(flexibility)성이 부족하다.
기판에는 필요에 따라 전극을 형성해도 된다. 기판에 전극을 형성하지 않는 경우는, 기판 외부 표면에 정전잠상을 형성하여 그 정전잠상에 따라 발생하는 전계로 소정 특성으로 대전된 착색된 분류체를 기판으로 끌어당기거나 또는 반발시킴으로써, 정전잠상에 대응하여 배열된 분류체를 투명한 기판을 통해 표시장치 외측에서 본다. 또, 이 정전잠상의 형성은 전자사진 감광체를 사용하여 통상의 전자사진 시스템에서 실시되는 정전잠상을 본 발명의 화상표시 장치의 기판 위에 전사 형성하거나 또는 이온 플로우에 의해 정전잠상을 기판 위에 직접 형성하는 등의 방법으로 실시할 수 있다. 기판에 전극을 설치하는 경우는, 전극 부위에 대한 외부 전압 입력에 의해 기판 위의 각 전극 위치에 발생한 전계에 의해 소정 특성으로 대전된 색의 분류체를 끌어당기거나 또는 반발시킴으로써, 정전잠상에 대응하여 배열한 분류체를 투명한 기판을 통해 표시장치 외측에서 본다. 이 때의 전극은, 투명하고 패턴 형성이 가능한 도전성 재료로 형성되며, 예시하면 산화인듐, 알루미늄 등의 금속류, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 등의 도전성 고분자류를 들 수 있고, 진공증착, 도포 등의 형성수법을 예시할 수 있다. 또, 전극 두께는 도전성을 확보할 수 있고 광투과성에 지장이 없으면 되며, 3∼1000㎚, 바람직하게는 5∼400㎚가 바람직하다. 이 경우의 외부 전압 입력은 직류 또는 교류를 중첩해도 된다.
본 발명의 화상 표시장치에서는 대전입자의 기판 평행 방향의 여분의 이동을 저지하기 위해, 대향하는 기판을 연결하는 격벽을 형성하고 표시부를 복수의 표시 셀에 의해 구성하는 것이 바람직하다. 격벽의 형상은 표시에 관한 분류체의 사이즈에 의해 적절히 최적 설정되며 일률적으로 한정되지는 않지만, 격벽의 폭은 10∼1000㎛, 바람직하게는 10∼500㎛로, 격벽의 높이는 10∼5000㎛, 바람직하게는 10∼500㎛로 조정된다. 또한 격벽을 형성할 때에, 대향하는 양 기판의 각각에 리브를 형성한 후에 접합하는 양리브법과, 편측의 기판 위에만 리브를 형성하는 편리브법을 생각할 수 있는데, 본 발명의 화상표시 장치에서는 접합시의 어긋남을 방지할 목적으로 편리브법에 의한 격벽 형성이 바람직하다.
이상에서 설명한 것처럼, 본 발명에 따른 충돌대전형 전자종이용 대전입자는 고분자 입자 및 입자안정화제의 표면에 폴리머 관능기가 그라프트 중합에 의해 형성되고, 상기 관능기에 위치하여 입자의 표면에 드러나는 수산기가 축합반응에 의해 제거됨으로써 대전입자의 친유성이 향상되는 것이다. 이로 인해, 분산매 중에서의 대전입자의 응집 혹은 전극에의 부착이 방지되는 것과 동시에, 대전입자의 겉보기 비중이 감소함으로써 분산매 중에서의 입자 침강을 방지할 수 있다. 나아가, 이러한 대전입자를 전극판 사이에 봉입한 전자종이 표시소자는 대전의 재현성이 향상되고, 표시성이 뛰어나며 수명이 길어질 수 있는 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 종래의 전기영동형 입자에 무기질 실리카를 단순히 믹서로 회전시켜 물리적으로 피복시키면 상기 무기질 실리카가 쉽게 떨어져 입자의 대전특성이 변하는 문제점이 있었던바, 본 발명에 따라 표면에 관능기가 형성된 전기영동형 고분자 입자와, 상기 고분자 입자 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있고 말단에 관능기가 접합되어 있는 입자안정화제가 그래프트 중합에 의해 코팅된 충돌대전형 전자종이용 대전입자에 의하는 경우, 축합반응에 의한 화학적 방법으로 고분자 입자에 입자안정화제를 코팅시킴으로써 대전의 재현성이 향상되고 수명도 길어지는 효과가 있는 것이다.
본 발명에 따른 충돌대전형 전자종이용 대전입자는 외첨제에 그래프트 중합을 위한 관능기가 결합되어 있을 뿐만 아니라 고분자 입자 표면에도 폴리머 관능기가 형성되어 있어서, 상기 외첨제와 고분자 입자 간의 축합반응에 의해 입자의 안정화를 달성하였다. 본 발명에 의한 대전입자에 따라, 폴리머 관능기에 의한 그래프트 중합이 입자 표면에도 형성됨으로써 대전입자가 화학적 방법으로 개질되기 때문에, 분산매 중에서 전기영동 대전입자의 응집, 침강 또는 전극판에의 고착 등과 같은 문제점을 해결한 것이다.
그리고, 본 발명에 따른 전기영동 표시소자는 적어도 한편이 투명한 1조의 전극판을 소정의 간격으로 대향 배치해 형성된 사이 공간에 상기한 본 발명에 따른 대전 입자 또는 분산계가 봉입되고, 분산매 내의 전기영동 입자의 분포 상태를 바꾸기 위한 제어수단이 포함됨으로써, 메모리성이 뛰어나고 신뢰성도 높은 전기영동형 표시소자를 제공할 수 있게 되었다.

Claims (8)

  1. 표면에 관능기로써 수산기(-OH)가 형성된 전기영동형 고분자 입자와,
    상기 고분자 입자 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있고, 말단에 관능기로써 수산기(-OH)가 접합되어 있는 입자안정화제가, 상기 수산기(-OH) 간의 축합반응에 의해 결합된 것이며,
    상기 입자안정화제는 입자의 유동성 향상을 위한 대전제어제 역할을 하는 것으로, 세라믹 분말인 것을 특징으로 하는 충돌대전형 전자종이용 대전입자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 고분자 입자에는 전하를 띄거나 전하를 획득할 수 있는 고분자 중합체, 염색된 안료나 염료 및 입자표면을 개질시켜 전기 이동성을 부 여하는 전하조절제로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상이 포함된 것을 특징으로 하는 충돌대전형 전자종이용 대전입자.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 분말은 실리카(SiO2), 바륨타이타네이트(BaTiO3), 스트론튬타이타네이트(SrTiO3), 칼슘타이타네이트(CaTiO3), 리드타이타네이트(PbTiO3), 타이타늄디옥사이드(TiO2), 틴디옥사이드(SnO2), 칼슘옥사이드(CaO), 마그네슘옥사이드(MgO), 알루미늄옥사이드(Al2O3),산화철(Fe2O3), 감마 산화철, 마그네슘실리케이트(MgSiO3), 마그네타이트(Fe3O4), 지르코니아(ZrO2), 보론옥사이드(B2O3), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘 나이트라이드(Si3N4), 니켈페라이트, 징크페라이트, 니켈징크페라이트 및 바륨페라이트(BaFe2O4)로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상이 선택된 것을 특징으로 하는 충돌대전형 전자종이용 대전입자.
  7. 삭제
  8. 제1항, 제4항 및 제6항 중 어느 한 항에 따른 상기 충돌대전형 전자종이용 대전입자가 적어도 한편이 투명한 전극판을 소정의 간격으로 대향 배치한 사이 공간에 포함되고, 상기 전극판에 제어용 전압을 인가해 대전입자의 분포상태를 바꾸기 위한 제어수단이 구비된 것을 특징으로 하는 충돌대전형 전자종이 표시장치.
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