KR101286580B1 - 전자종이용 디스플레이 패널 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

코어-쉘 코팅방법에 의해 제조된 전기영동 잉크 조성물이 격벽 셀 어레이 내에 포함된 디스플레이 패널 및 이의 제조 방법이 개시되어 있다.디스플레이 패널은 제1 전극, 상기 제1 전극의 상부에 형성되며 격벽으로 구분된 다수의 셀 어레이, 상기 다수의 셀 어레이의 각 셀 내에 봉입되어 있으며, 이온화된 친수성 유기금속 화합물 1종 이상과 친지성 유기금속 화합물 1종 이상으로 코어-쉘 코팅되어 있는 잉크 입자, 분산제 및 유전 유체를 포함하는 잉크 조성물 및 상기 다수의 셀 어레이 상부에 형성되는 제2 전극을 포함하여 이루어진다. 크기에 제한이 없으므로 다양한 크기의 디스플레이 패널로 제조할 수 있으며 전자책, 전광판, 가격 표시 소자등 다양한 분야에 응용할 수 있다.

Description

전자종이용 디스플레이 패널 및 이의 제조방법{Display Panel for Electronic Paper and Method of Manufacturing the Same}
본 발명은 전자종이용 디스플레이 패널 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전기영동 입자를 이용한 전자종이용 디스플레이 패널 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
디스플레이 분야는 액정 표시장치(LCD), 유기발광다이오드(OLED) 또는 플라즈마 디스플레이 패널 (PDP) 등을 대표적인 예로 들 수 있으나, 이들 디스플레이 장치는 자체 발광 또는 램프를 이용한 발광 방식으로 작동 시에 눈이 피로해지거나 전력 차단시에 표시를 할 수 없다는 큰 단점을 가지고 있다.
종이의 경우 가독성이 좋으며, 눈이 쉽게 피로하지 않고 시야각의 제약이 없고 접거나 말아서 휴대할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 정보를 저장 할 수 없다는 단점과 대량의 정보를 얻기 위해서는 많은 양의 종이가 소비되어야 한다는 단점을 갖고 있다.
전자종이용 반사형 디스플레이는 전자 잉크 또는 E-잉크 기술을 사용하여 제조 되는데, 이는 신문, 휴대폰, 재사용 가능한 페이퍼 디스플레이, 휴대용 TV 스크린, 전자 벽지 등으로의 적용이 기대되고 있다. 전자 잉크 기술은 복수의 대전된 입자가 전기장의 영향 하에 현탁 유체 내에서 여기저기로 움직이는 전기영동 특성을 이용한다.
전기영동 특성을 이용하여 제조되는 전기영동 디스플레이는 액정 디스플레이에 비하여 양호한 휘도와 콘트라스트, 넓은 시야각, 상태 쌍안정성 및 낮은 전력 소비라는 속성을 나타낼 수 있다. 그럼에도 불구하고 이러한 디스플레이는 장기간의 영상 품질과 관련된 문제점을 가지고 있어서 보급이 어려웠다. 구체적으로, 전기영동 디스플레이를 구성하는 입자는 침강하는 경향이 있어서 이러한 디스플레이의 사용연한은 만족스러운 만큼 충분히 길지 못하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 전자잉크에 사용되는 입자들의 높은 대조비, 빠른 응답 속도, 쌍안정성 특성 등이 확보되어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 우수한 전기영동 특성을 갖는 잉크 입자를 포함하는 잉크 조성물이 다수의 셀 어레이에 주입된 형태의 흑백 또는 단 칼라 이상의 디스플레이 패널을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 디스플레이 패널의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 디스플레이 패널은 제1 전극, 상기 제1 전극의 상부에 형성되며 격벽으로 구분된 다수의 셀 어레이, 상기 다수의 셀 어레이의 각 셀 내에 봉입되어 있으며, 이온화된 친수성 유기금속 화합물 1종 이상과 친지성 유기금속 화합물 1종 이상으로 코어-쉘 코팅되어 있는 잉크 입자, 분산제 및 유전 유체를 포함하는 잉크 조성물 및 상기 다수의 셀 어레이 상부에 형성되는 제2 전극을 포함하여 이루어진다.
일 실시예에 있어서, 상기 잉크 조성물은 상기 잉크 입자 30 ~ 70 중량%, 상기 분산제 10 ~ 20 중량% 그리고 유전 유체 10 ~ 50 중량 %를 포함하여 이루어진다.
일 실시예에 있어서, 상기 잉크 입자는 화이트 칼라 잉크 입자, 블랙 칼라 잉크 입자, 레드 칼라 잉크 입자, 그린 칼라 잉크 입자, 블루 칼라 잉크 입자, 시아닌 칼라 잉크 입자, 마젠타 칼라 잉크 입자 및 옐로우 칼라 잉크 입자로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 잉크 입자일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 친수성 유기 금속 화합물은 양전하를 부여하기 위한 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 아미노프로필메틸디에톡시실란, m-아미노페닐트리메톡시실란, n-메틸아미노프로필메틸디메톡시실란, 페닐아미노프로필트리메톡시실란, 아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, 아미노에틸아미노프로필메틸디메톡시실란, 아미노에틸아미노이소부틸메틸디메톡시실란, 벤질에틸디아민프로필트리메톡시실란 및 벤질에틸디아민프로필트리에톡시실란으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 또는 음 전하를 부여하기 위한 소듐트리히드록시실릴프로필메틸포스포네이트, 소듐메틸실리코네이트, 포타시움메틸실리코네이트, 리튬메틸실리코네이트, 소듐실리케이트, 포타시움실리케이트 및 티타늄 포스페이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 친지성 유기금속 화합물은 메틸트리메톡시실란, 디메틸트리메톡시실란, 테트라오르소실리케이트 및 히드록시터미네이티드 폴리디메틸실록산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 격벽은 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지로 제조될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 열경화성 수지는 우레탄 계열 열경화성 수지로서 우레탄 주쇄에 우레아기가 도입된 일액형 열경화성 수지이며, 상기 우레탄 주쇄는 다가의 이소시아네이트로서 IPDI(isophorone diisocyanate)를 사용하며, 다가의 알코올은 폴리카르보네이트 계열의 분자량 1,000~2,000의 폴리올을 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 우레탄 주쇄에 분자량 증가를 위해 아민을 더 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 격벽은 평면 형상이 정사각형, 정육각형 및 직사각형 중 어느 하나의 모양을 가질 수 있으며, 상기 격벽은 상부가 곡율을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 제1 전극의 상부에 격벽으로 구분된 다수의 셀 어레이를 형성하는 단계, 안료 입자, 적어도 하나의 친수성 유기 금속 화합물, 적어도 하나의 친지성 유기 금속 화합물, 증류수 및 용제를 사용하여 코어-쉘 코팅하여 코어-쉘 코팅된 잉크 입자, 분산제 및 유전 유체를 포함하는 잉크 조성물을 상기 다수의 셀 어레이의 각 셀 내에 주입하는 단계, 상기 다수의 셀 어레이 상부를 봉지하는 단계 및 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 전기 영동 디스플레이 패널의 제조 방법에 의해 달성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 잉크 조성물은 스크린 인쇄법 또는 디스펜징법에 의해 주입될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 잉크 조성물을 상기 각 셀 내에 주입 후 상기 셀 어레이의 상부에 묻어 있는 상기 잉크 조성물을 제거하는 단계를 더 수행할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 잉크 조성물을 상기 각 셀 내에 주입 후 상기 유전 유체를 도포하는 단계를 더 수행할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 유전 유체를 도포한 후 상기 셀 어레이의 상부에 묻어 있는 상기 유전 유체를 제거하는 단계를 더 수행할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 봉지는 열가소성 탄성중합체 및 표면 장력이 30 mN/m (20℃) 이하인 용매를 포함하는 용액을 상기 셀 어레이 상부에 도포한 후 경화하여 1~10㎛ 두께로 경화막을 형성하는 단계를 통하여 수행할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 경화막의 상부에 자외선 경화형 조성물을 도포한 후 자외선 경화하여 2차 밀봉막을 형성하는 단계를 더 수행할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 봉지는 열경화성 조성물, 자외선 경화성 조성물 및 아크릭 타입의 점착제중 어느 하나를 사용하여 수행할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극은 유리, PMMA(polymethyl methacrylate), PC(polycarbonate) 및 PET(polyethylene terephthalate)를 포함하는 소재상에 ITO(indium tin oxide), ZnO, CNT(carbon nano tube) 및 Cu를 포함하는 도전성 물질이 코팅된 것일 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적은 제1 전극의 상부에 격벽으로 구분된 다수의 셀 어레이를 형성하는 단계, 안료 입자, 적어도 하나의 친수성 유기 금속 화합물, 적어도 하나의 친지성 유기 금속 화합물, 증류수 및 용제를 사용하여 코어-쉘 코팅하여 코어-쉘 코팅된 잉크 입자, 분산제 및 유전 유체를 포함하는 제1 단일 칼라 잉크 조성물 및 상기 제1 단일 칼라 잉크 조성물과 색상이 다른 제2 단일 칼라 잉크 조성물을 포함하는 혼합 칼라 잉크 조성물을 상기 다수의 셀 어레이의 각 셀 내에 주입하는 단계, 상기 다수의 셀 어레이 상부를 봉지하는 단계 및 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 전기 영동 디스플레이 패널의 제조 방법에 의해서도 달성된다.
또한 상기한 본 발명의 다른 목적은 제1 전극의 상부에 격벽으로 구분된 다수의 셀 어레이를 형성하는 단계, 안료 입자, 적어도 하나의 친수성 유기 금속 화합물, 적어도 하나의 친지성 유기 금속 화합물, 증류수 및 용제를 사용하여 코어-쉘 코팅하여 코어-쉘 코팅된 잉크 입자, 분산제 및 유전 유체를 포함하는 제1 단일 칼라 잉크 조성물 및 상기 제1 단일 칼라 잉크 조성물과 색상이 다른 제2 단일 칼라 잉크 조성물을 포함하는 제1 혼합 칼라 잉크 조성물을 상기 다수의 셀 어레이 중의 일부 셀 내에 주입하는 단계, 상기 제1 단일 칼라 잉크 조성물 및 상기 제1 및 제2 단일 칼라 잉크 조성물과 색상이 다른 제3 단일 칼라 잉크 조성물을 포함하는 제2 혼합 칼라 잉크 조성물을 상기 다수의 셀 어레이 중의 나머지 일부 셀 내에 주입하는 단계, 상기 다수의 셀 어레이 상부를 봉지하는 단계 및 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 전기 영동 디스플레이 패널의 제조 방법에 의해서도 달성된다.
본 발명에 의하면 저유전체와 친화성이 좋은 유기금속 모노머를 도입하여 분산 안정성이 향상되고, 극성이 강한 친수성 유기금속 모노머도 함께 도입하여 전기영동 특성이 우수한 잉크 조성물을 다수의 셀 어레이에 주입하여 장시간 동안 빠르고 선명한 표시가 가능한 디스플레이 패널을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 패널에 대한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3A 내지 3D는 본 발명의 일 실시예에 따라 마스터 금형을 이용하여 격벽 셀 구조를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 4A 내지 4C는 본 발명의 다른 실시예에 따라 포토리소그라피법을 이용하여 격벽 셀 구조를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 5A 내지 5E는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 샌드블라스트법을 이용하여 격벽 셀 구조를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 6A 내지 6D는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 리프트오프법을 이용하여 격벽 셀 구조를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 격벽 셀 구조에 의한 잉크 주입시의 양상에 대한 개념도이다.
도 8은 일반적인 스크린 인쇄 방법이다.
도 9는 스크린 인쇄 방법에서 흑백 또는 모노칼라 인쇄 방법을 나타내는 도면이다.
도 10은 스크린 인쇄 방법에서 칼라 픽셀화를 위한 픽셀 인쇄 방법을 나타내는 도면이다.
도 11은 디스펜징 방법에서 단 노즐을 이용한 인쇄 방법을 나타내는 도면이다.
도 12는 디스펜징 방법에서 칼라 픽셀화를 위한 픽셀 인쇄 방법을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에서 열경화성 조성물을 사용한 셀 어레이 봉지 방법의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에서 자외선 경화성 조성물을 이용한 셀 어레이 봉지 방법의 일례를 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에서는 제1 전극, 상기 제1 전극의 상부에 형성되며 격벽으로 구분된 다수의 셀 어레이, 상기 다수의 셀 어레이의 각 셀 내에 봉입되어 있으며, 이온화된 친수성 유기금속 화합물 1종 이상과 친지성 유기금속 화합물 1종 이상으로 코어-쉘 코팅되어 있는 잉크 입자, 분산제 및 유전 유체를 포함하는 잉크 조성물 및 상기 다수의 셀 어레이 상부에 형성되는 제2 전극을 포함하는 전기 영동 디스플레이 패널을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 패널에 대한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참고하면, 소정의 간격으로 이격된 제1 전극기판(110) 및 제2 전극기판(120) 사이에 다수의 격벽(140)이 형성된 셀 어레이(145)가 형성되어 있으며, 상기 격벽(140) 에 의해 형성된 셀 내에는 한 가지 색상 이상을 포함하는 잉크 조성물(150)이 주입되어 있다. 혼합 잉크 조성물(150)은 예컨대 검정과 백색, 적색과 백색, 녹색과 백색, 파랑색과 백색, 적색과 검정색, 녹색과 검정색, 파랑색과 검정색이 될 수 있으며, 그 외에도 시아닌, 마젠타, 옐로우 중의 한 가지 색상과 검정 또는 백색의 구성이 될 수도 있다. 이들 구성 중에 1종 또는 2종 이상이 될 수도 있다. 필요에 따라서는 언급한 색상을 갖는 잉크 입자가 3종 이상이 포함된 잉크 조성물을 사용할 수도 있다.
셀 어레이(145)의 상부에는 각 셀의 봉지를 위한 실링막(130)이 형성되어 있다. 완성된 패널의 제1 전극기판(110)은 ITO 투명전극을 공통 전극으로 사용하고, 격벽-셀 구조의 제2 전극기판은 각각의 격벽-셀 형태에 따라 독립된 화소 전극이 위치할 수 있다. 컬러필터 없이도 컬러의 영상이 구현 가능하게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 도전성을 갖는 투명 전극 필름으로 형성되는 제1 전극을 형성하도록 한다 (단계 S10). 제1 전극은 유리, PMMA(polymethyl methacrylate), PC(polycarbonate) 및 PET(polyethylene terephthalate)를 포함하는 소재상에 ITO(indium tin oxide), ZnO, CNT(carbon nano tube) 및 Cu를 포함하는 도전성 물질이 코팅된 것일 수도 있다.
제1 전극의 상부에 격벽으로 구분된 다수의 셀 어레이를 형성하도록 한다(단계 S22). 격벽 셀 어레이는 열경화성 수지, 자외선 경화성 수지 등의 재료를 사용하여 마스터 금형을 사용한 방법에 의해서도 형성할 수 있으며 포토레지스트를 사용한 방법에 의해서도 형성할 수 있다.
셀 어레이의 형성과는 별도로 잉크 조성물을 제조하도록 한다. 안료 입자, 적어도 하나의 친수성 유기 금속 화합물, 적어도 하나의 친지성 유기 금속 화합물, 증류수 및 용제를 사용하여 코어-쉘 코팅하여 코어-쉘 코팅된 잉크 입자, 분산제 및 유전 유체를 포함하는 잉크 조성물을 제조하도록 한다(단계 S24). 상기 다수의 셀 어레이의 각 셀 내에 상기 잉크 조성물을 주입하도록 한다(단계 S30). 잉크 조성물은 안료 입자, 적어도 하나의 친수성 유기 금속 화합물, 적어도 하나의 친지성 유기 금속 화합물, 증류수 및 용제를 사용하여 코어-쉘 코팅하여 코어-쉘 코팅된 잉크 입자, 분산제 및 유전 유체를 포함하는 제1 단일 칼라 잉크 조성물 및 상기 제1 단일 칼라 잉크 조성물과 색상이 다른 제2 단일 칼라 잉크 조성물을 포함하는 혼합 칼라 잉크 조성물일 수 있다.
다르게는, 안료 입자, 적어도 하나의 친수성 유기 금속 화합물, 적어도 하나의 친지성 유기 금속 화합물, 증류수 및 용제를 사용하여 코어-쉘 코팅하여 코어-쉘 코팅된 잉크 입자, 분산제 및 유전 유체를 포함하는 제1 단일 칼라 잉크 조성물 및 상기 제1 단일 칼라 잉크 조성물과 색상이 다른 제2 단일 칼라 잉크 조성물을 포함하는 제1 혼합 칼라 잉크 조성물을 상기 다수의 셀 어레이 중의 일부 셀 내에 주입하는 단계를 먼저 수행하고, 상기 제1 단일 칼라 잉크 조성물 및 상기 제1 및 제2 단일 칼라 잉크 조성물과 색상이 다른 제3 단일 칼라 잉크 조성물을 포함하는 제2 혼합 칼라 잉크 조성물을 상기 다수의 셀 어레이 중의 나머지 일부 셀 내에 주입하는 단계를 수행하는 방식으로 잉크 조성물을 주입하여 픽셀화를 구현할 수도 있다.
잉크 조성물의 주입이 완료되면 상기 다수의 셀 어레이 상부를 세정(단계 S40) 하고 봉지하도록 한다(단계 S50). 이후 도전성 투명 전극 필름으로 이루어지는 제2 전극을 형성하여(단계 S60) 디스플레이 패널을 완성하도록 한다.
이하, 본 발명의 디스플레이 패널을 제조하는 방법을 구체적이고 상세하게 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명에서 바람직하게 적용하고자 하는 잉크 조성물은 본 출원인에 의해 2011년 12월 29일자로 출원되고 발명의 명칭이"잉크 조성물, 그 제조 방법 및 이를 함유하는 디스플레이 패널"인 특허 출원 제 10-2011-0145370호에 개시되어 있는 잉크 조성물이다.
즉, 상기 잉크 조성물은 반응 시간 조절과 후처리 공정이 간단한 졸-겔 중합 공정을 도입하여 제조된 것이다.
졸-겔 중합 공정을 이용한 칼라 입자 코팅은 칼라 입자표면에 높은 전하를 부여하기 위해 친수성(Hydrophilic) 유기금속화합물 1종 이상, 전자잉크 제조시 사용되는 저유전유체와의 분산을 용이하게 하기 위해 친지성(Hydrophobic) 유기 금속 화합물 1종 이상을 사용하여 칼라 안료 입자들 표면에 유기금속 화합물을 졸-겔 공정으로 코어-쉘 코팅한 것이다.
일반적으로 저유전유체는 하이드로 카본 혹은 불소 혹은 실리콘으로 구성된다. 이것들은 표면장력이 매우 낮으며 높은 친지성 특성을 가지고 있기 때문에 일반적인 안료는 분산이 매우 어렵고 분산 안정성이 매우 취약하다. 하지만 상기 잉크 조성물은 저유전체와 친화성이 좋은 유기금속 모노머를 도입하여 분산 안정성이 향상되고 극성이 강한 친수성 유기금속 모노머 또한 함께 도입하여 우수한 전기영동 특성이 부여될 수 있는 것이다.
상기와 같이 제조된 칼라안료 입자는 저유전유체에서 분산이 용이하여 균일하게 분산되며 단일 칼라 전자 잉크를 만든 후 이것을 다시 두 가지 이상 단일 칼라 전자 잉크와 적당히 혼합하여 전기영동 방식의 전자 칼라 잉크를 제조할 수 있다.
본 발명에서 적용되는 잉크 조성물은 이온화된 친수성 유기금속 화합물 1종 이상과 친지성 유기금속화합물 1종 이상으로 코어-쉘 코팅되어 있는 잉크 입자, 분산제 및 유전 유체를 포함한다.
상기 잉크 조성물을 제조하기 위하여 먼저, 안료 입자, 적어도 하나의 친수성 유기 금속 화합물, 적어도 하나의 친지성 유기 금속 화합물, 증류수 및 용제를 사용하여 코어-쉘 코팅하여 코어-쉘 코팅된 안료 입자를 제조하도록 한다. 이후, 상기 코어-쉘 코팅된 안료입자, 용제 및 할로겐 화합물을 사용하여 이온화된 유기 금속화합물이 코팅된 잉크 입자를 제조하도록 한다. 상기 잉크 입자, 분산제 및 유전 유체를 혼합하여 잉크 조성물을 제조하도록 한다.
상기 잉크 입자는 화이트 칼라 잉크 입자, 블랙 칼라 잉크 입자, 레드 칼라 잉크 입자, 그린 칼라 잉크 입자 또는 블루 칼라 잉크 입자이다.
바람직하게, 상기 잉크 입자는 단일 칼라 전자 잉크를 제조하기 위해 이온화된 유기금속 화합물 코팅된 잉크 입자 30 ~ 70 중량%, 분산제 10 ~ 20 중량% 그리고 저 유전 유체 10 ~ 50 중량%를 잘 혼합 후 분산하여 제조한다.
화이트 잉크 입자에 사용될 수 있는 화이트 안료의 예로서는 아나타제 혹은 루타일 결정구조를 가지는 TiO2 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
블랙 잉크 입자에 사용될 수 있는 블랙 안료의 예로서는 카본 블랙, 카본나노튜브, 망간페라이트 옥사이드(MnFe oxide), 카파크롬옥사이드(CuCr oxide), 산화철(Fe2O3) 입자 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
레드 잉크 입자에 사용될 수 있는 레드 안료의 예로서는 C.I. 피그먼트 레드 190(C.I. 번호71140), C.I. 피그먼트 레드 224(C.I. 번호71127), C.I. 피그먼트 비올렛 29(C.I. 번호71129) 등의 페릴렌 화합물 안료, C.I. 피그먼트 Orange 43(C.I. 번호71105), 또는 C.I. 피그먼트 레드 194(C.I. 번호71100) 등의 페리논 화합물 안료, C.I. 피그먼트 비올렛 19(C.I. 번호 73900), C.I. 피그먼트 비올렛 42, C.I. 피그먼트 레드 122(C.I. 번호73915), C.I. 피그먼트 레드 192, C.I. 피그먼트 레드 202(C.I. 번호73907), C.I. 피그먼트 레드 207(C.I. 번호73900, 73906), 또는 C.I. 피그먼트 레드 209(C.I. 번호73905)의 퀴나크리돈 화합물 안료, C.I. 피그먼트 레드 206(C.I. 번호73900/73920) 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
그린 잉크 입자에 사용될 수 있는 그린 안료의 예로서는 피그먼트 그린 7(C.I. 번호 74260), C.I. 피그먼트 그린 36(C.I. 번호 74265) 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
블루 잉크 입자에 사용될 수 있는 블루 안료의 예로서는 C.I. 피그먼트 블루 60(C.I. 번호 69800) 등의 인단트론 화합물 안료, 피그먼트 블루 16(C.I. 번호 74100), C.I. 피그먼트 블루 75(C.I. 번호 74160:2), 또는 15(C.I. 번호 74160) 등의 프탈로시아닌 화합물 안료, C.I. 피그먼트 블루 56(C.I. 번호 42800), 또는 C.I. 피그먼트 블루61(C.I. 번호 42765:1) 등의 트리아릴카르보늄 화합물 안료, C.I. 피그먼트 비올렛 23(C.I. 번호 51319), 또는 C.I. 피그먼트 비올렛 37(C.I. 번호 51345) 등의 디옥사진 화합물 안료와 설퍼 화합물 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 안료의 함량은 조성물 총량을 기준을 할 때 30~70 중량% 범위가 되도록 사용하는 것이 바람직하다.
칼라 입자 표면에 이온화된 유기금속화합물을 코어-쉘 코팅하기 위한 졸-겔 공정에서 사용되는 유기 금속 화합물은 1개 이상의 실리콘 금속 혹은 준금속이 포함되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 사용할 수 있는 금속 또는 준금속의 예로서는 Si, Al, Ti, Zr 등을 들 수 있다.
본 발명에 의하면, 안료 입자, 적어도 하나의 친수성 유기 금속 화합물, 적어도 하나의 친지성 유기 금속 화합물, 증류수 및 용제를 사용하여 코어-쉘 코팅 공정을 수행하여 코어-쉘 코팅된 안료 입자를 제조하고, 상기 코어-쉘 코팅된 안료입자, 용제 및 할로겐 화합물을 사용하여 이온화된 유기 금속화합물이 코팅된 잉크 입자를 제조하고, 상기 잉크 입자, 분산제 및 유전 유체를 혼합하여 상기 잉크 조성물을 제조한다.
일 실시예에 의하면, 블랙, 레드, 그린, 블루 칼라 전자 잉크용 칼라 입자를 제조하기 위해 화이트 혹은 블랙 혹은 레드 혹은 그린 혹은 블루 입자와 같은 안료 입자 30~70 중량%, 1종 이상의 친수성 유기금속 화합물 10 ~ 30 중량%, 1종 이상의 친지성 유기금속화합물 5 ~ 20 중량%, 증류수 10 ~ 40 중량% 그리고 용제 30 ~ 50 중량%를 사용하여 안료 입자 표면에서의 졸-겔 공정 반응을 수용하여 코어-쉘 코팅한다.
상기와 같은 방법으로 코어-쉘 코팅된 화이트, 블랙, 레드, 그린, 블루 단일 칼라 입자는, 상기에서 제조된 유기금속 코팅 입자 30~50 중량%를 용제 20~50 중량%와 할로겐 화합물 10~30 중량%와 함께 반응하여 이온화된 유기금속화합물이 코팅된 칼라 전자잉크 입자를 생성한다.
본 실시예에서 사용할 수 있는 양전하를 위한 친수성 화합물의 예로서는 아미노프로필 트리메톡시 실란, 아미노프로필 트리에톡시 실란, 아미노프로필 메틸디에톡시 실란, m-아미노페닐 트리메톡시실란, n-메틸아미노프로필 메틸디메톡시 실란, 페닐아미노프로필 트리메톡시 실란, 아미노에틸 아미노프로필 트리메톡시 실란, 아미노에틸 아미노프로필 메틸디메톡시 실란, 아미노에틸 아미노이소부틸메틸디메톡시실란, 벤질에틸 디아미노프로필 트리메톡시 실란, 벤질에틸디아민 프로필트리에톡시 실란 등을 들 수 있다.또한, 음전하를 위한 친수성 유기금속 화합물의 예로서는 소듐 트리히드록시실릴프로필메틸포스포네이트, 소듐 메틸실리코네이트, 포타시움메틸실리코네이트, 리튬메틸실리코네이트, 소듐실리케이트, 포타시움실리케이트, 티타늄 포스페이트 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 친수성 유기 금속 화합물의 함량은 10 ~ 30 중량%로 하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서 친지성 화합물의 예로서는 메틸트리메톡시실란, 디메틸트리메톡시실란, 테트라오르소실리케이트, 히드록시터미네이티드 폴리디메틸실록산을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.친지성 화합물의 함량은 5 ~ 20 중량%인 것이 바람직하다.
일 실시예에서 증류수의 함량은 10 ~ 40 중량%인 것이 바람직하다.
일 실시예에서 용제는 메틸알코올, 에틸알코올, 이소프로필알코올, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸옥시톨, 디옥시톨, 셀로솔브 아세테이트, 부틸 셀로솔브 아세테이트, 에틸렌 글리콜, 부틸 글리콜, 메틸 디글리콜, 에틸 글리콜, 글리세린, 디에틸에테르, 디이소프로필 에테르, 프로필렌 글리콜, 글리콜모노아세테이트, 메틸 글리콜 아세테이트, 에틸 글리콜아세테이트, 부틸셀로솔브 아세테이트 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 용제의 함량은 30 ~ 50 중량% 인 것이 바람직하다.
이렇게 코팅된 입자는 더 많은 전하를 부여하기 위하여 이온화를 시켜야하는데 이를 위해서 할로겐화합물을 반응시켜 이온화한다. 일 실시예에서 사용할 수 있는 할로겐 화합물의 예로서는 메틸클로라이드, 에틸클로라이드, 부틸클로라이드, 펜틸클로라이드, 헥실클로라이드, 헵틸 클로라이드, 옥테닐클로라이드, 노네닐클로라이드, 데카닐클로라이드, 벤질클로라이드와 같은 염화물, 메틸술포네이트, 에틸술포네이트, 부틸술포네이트, 펜틸술포네이트와 같은 술포네이트화합물을 들 수 있다. 할로겐 화합물의 함량은 10 ~ 30 중량% 인 것이 바람직하다.
상기에서 제조된 칼라 입자는 단일 칼라 전자 잉크를 제조하기 위해 이온화된 유기금속 화합물 코팅된 화이트 혹은 블랙 혹은 레드 혹은 블루 입자 30 ~ 70 중량%와 분산제 10 ~ 20 중량% 그리고 저 유전 유체 10 ~ 50 중량 %를 잘 혼합 후 분산하여 제조한다.
일 실시예에 의하면, 상기와 같은 방법으로 이온화된 유기금속 화합물 코어-쉘 코팅된 화이트, 블랙, 레드, 그린, 블루 칼라 입자는 단일 칼라 전자 잉크를 제조하기 위해 이온화된 유기금속 화합물 코팅된 화이트 혹은 블랙 혹은 레드 혹은 블루 입자 30 ~ 70 중량%, 분산제 10 ~ 20 중량% 그리고 저 유전 유체 10 ~ 50 중량%를 잘 혼합한 후 분산하여 제조한다.
유기 금속화합물이 코어-쉘 코팅된 화이트 혹은 블랙 혹은 레드 혹은 그린 혹은 블루 단일 칼라 입자의 함량은 30 ~ 70 중량%가 가장 적당하다.
본 발명의 실시예에서 사용할 수 있는 분산제의 예로서는 솔스퍼스(Solspers) 사 제품의 솔스퍼스 5000, 솔스퍼스 8000, 솔스퍼스 11200, 솔스퍼스 12000, 솔스퍼스 13300, 솔스퍼스 20000, 솔스퍼스 22000, 솔스퍼스 32000, 솔스퍼스 38500, 솔스퍼스 39000, 솔스퍼스 40000, 솔스퍼스 41000, 솔스퍼스 41090, 솔스퍼스 43000, 솔스퍼스 44000, 솔스퍼스 46000, 솔스퍼스 53000등과 같은 고점도 분산제를 들 수 있다. 분산제 사용량은 10 ~ 20중량%가 가장 적당하다.
본 발명의 실시예에서 사용할 수 있는 유전 유체의 예로서는 EXXON사의 ISOPA C, ISOPA E, ISOPA G, ISOPA M, ISOPA H, ISOPA L 불소 타입의 저유전유체로는 Halocarbon 사 제품의 Halocarbon 0.8, Halocarbon 1.8, 3M 사 제품의 FC-40, FC-43, FC-70, FC-72, FC-84, FC-87, FC-3283 등을 들 수 있다. 유전 유체의 사용량은 10 ~ 50 중량% 범위가 가장 적당하다.
이렇게 제조된 화이트 혹은 블랙 혹은 레드 혹은 블루 단일 칼라 전자 잉크는 혼합 칼라 전자 잉크를 제조하기 위해 2가지 이상의 단일 전자칼라 잉크 각각을 10 ~ 50 중량%와 저유전 유체 30 ~ 80 중량%를 혼합하여 전기적으로 칼라 상변화가 가능한 전기영동 특성을 가지는 반사형 칼라 전자 잉크를 제조한다.
제조된 단일 칼라 전자 잉크들은 서로 다른 전하와 이동도(Mobility)를 가지고 있기 때문에 2가지 이상 단일 칼라 잉크들을 혼합하여 상변화가 이뤄질 수 있도록 하기 위하여 화이트 혹은 블랙 혹은 레드 혹은 그린 혹은 블루 단일 칼라 전자 잉크 각각 2종 이상을 10 ~ 50 중량%와 저유전 유체 10 ~ 50 중량%를 사용하여 제조 한다.
그리고 저유전체의 사용은 상기 단일 칼라 사용 유전 유체 중 1종 이상 사용이 가능하며 저유전유체의 사용량은 10 ~ 50 중량%가 가장 적당하다.
상술한 잉크 조성물은 열경화성 또는 자외선 경화성 수지 조성물을 이용하여 형성된 격벽 셀 어레이 내에 주입되고 열경화성 또는 자외선 경화성 조성물을 사용하여 잉크가 주입된 격벽 구조 셀 어레이에 봉지되어 패널로 제조될 수 있다.
칼라 전자잉크를 제조하기 위해 칼라 안료 입자들은 무기 혹은 유기안료들을 사용 하였으며 전기적으로 움직임이 가능하도록 입자표면에 높은 전하를 부여하여 저 전압에서도 빠르게 움직일 수 있으며 저 유전유체 안에서 분산 특성이 뛰어나도록 기능성 유기금속화합물을 졸-겔 공정을 이용하여 코어-쉘 코팅 후 이것을 할로겐 화합물을 이용하여 이온화 하였다. 이와 같은 방법으로 이온화된 유기금속 화합물 코어-쉘 코팅된 칼라 안료 입자들은 저 유전 유체와 분산제를 이용하여 단일 칼라 전자 잉크로 제조 후, 단일 칼라 입자 두 가지 이상을 혼합하여 전기적으로 움직여 칼라 구현이 가능한 혼합 칼라 전자잉크를 제조할 수 있다. 이렇게 만들어진 혼합 칼라 전자 잉크는 픽셀화 하기 위하여 격벽 셀에 다양한 방법으로 주입 또는 도포 하게 된다. 주입된 전자잉크들은 서로 다른 전하를 가질 뿐 만 아니라 저 유전 유체 안에서 잘 분산된 상태에서 전기적으로 높은 이동도를 가지고 있기 때문에 저 전압을 인가하여도 구현하고자 하는 색상의 상이 빠르고 선명하게 변화될 수 있다.
전자 잉크를 주입하기 위한 다수의 셀을 구현하기 위한 격벽 셀 어레이는 다양한 방법을 통하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 격벽 구조 셀을 갖는 마스터 금형을 이용하여 격벽 구조 셀 어레이를 제조할 수도 있고 포토레지스트를 이용하여 격벽 구조 셀 어레이를 제조할 수도 있다.
마스터를 사용한 격벽구조 셀 어레이의 제조
도 3A 내지 3D는 마스터를 사용하여 격벽 구조를 갖는 셀 어레이를 제조하기 위한 공정을 나타내는 단면도들이다.
도 3A에 도시한 바와 같이, 격벽의 구조를 음각 또는 양각으로 형성시킨 마스터(master) 금형(210)을 제작한다. 다음에, 상기 마스터 금형(210)을 이용하여 몰드재층을 도포한 후, 탈형하여 도 3B에 도시한 바와 같이 소프트 몰드(220)를 제조한다. 다음에, 도 3C를 참조하면, 상기 소프트 몰드(220)에 열경화성 조성물 또는 자외선 경화성 조성물을 도포하여 경화액층(230)을 형성한다.
열경화성 조성물은 우레탄 계열 열경화성 조성물로서 우레탄 주쇄에 우레아기가 도입된 일액형 열경화성 수지로 합성할 수 있다. 우레탄 주쇄는 다가의 이소시아네이트로서 IPDI를 사용할 수 있으며 다가의 알코올로서는 폴리카르보네이트 계열의 분자량 1,000~2,000의 폴리올을 사용할 수 있다. 우레탄 주쇄의 분자량 증가를 위하여 아민을 더 사용할 수도 있다.
도 3D를 참조하면, 상기 경화액층(230)에 일정량의 열 또는 자외선을 조사하여 경화시켜 경화시킨 후 탈형하여 셀 어레이(240)를 제작한다.
이렇게 형성한 격벽 구조 셀 어레이에서 각 셀의 평면 형상은 다양한 형상을 가질 수 있으며 정사각형, 정육각형, 직사각형 등을 포함할 수 있다. 특히, 격벽 구조 셀의 상부의 모양은 곡율을 갖는 것을 특징으로 한다. 이러한 특징을 갖는 격벽은 잉크의 주입시 격벽 상부에 잉크가 묻어나는 것을 방지 하여 전자종이 패널의 제조 공정중에 잉크 주입 후 상부 크리닝(세정) 공정을 생략 할 수 있다. 또한 이러한 설계는 잉크 주입 공정에서 고정 마진의 폭을 넓히는 효과 또한 부여할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 반도체 또는 타 디스플레이에서 사용하는 것과 유사하게 포토레지스트를 이용하여 격벽을 형성한다. 격벽 재료는 UV 경화형 조성물이며, 스핀 코팅 또는 디스펜징법 등을 이용하여 도포한다. 도포한 포토레지스트는 패턴노광 후 현상/에칭을 하거나 패턴 인쇄 등의 방법으로 격벽 어레이를 제조 한다. 이러한 격벽 형성 방법을 위한 공정으로서는 스크린 인쇄법, 샌드 블라스트법, 리프트 오프법, 포토리소그래피법등을 들 수 있다.
포토레지스트를 이용한 격벽 형성 방법 예
도 4A 내지 도 4C는 포토리소그라피법을 이용하여 격벽 셀 구조를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다. 도 4A를 참조하면, 기판(300)상에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트막(310)을 형성한다. 도 4B를 참조하면, 상기 포토레지스트막(310)을 격벽 형성을 위한 패턴이 형성된 포토 마스크(312)를 사용하여 노광하면 노광부위는 가교 결합하여 불용성부분으로 변화시킨다. 도 4C를 참조하면, 상기 노광된 포토레지스트막(310)을 현상하여 상기 포토레지스트막(310)중에서 노광되지 않은 부분인 가용성 부분을 제거하고, 불용성 부분은 남겨서 포토레지스트 패턴(310a)을 형성한다. 포토레지스트 패턴(310a)은 격벽으로 사용될 수 있다.
포토레지스트를 이용한 격벽 형성의 다른 예로서는 샌드블라스트법이 있다.
도 5A 내지 5E는 샌드블라스트법을 이용하여 격벽 셀 구조를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다. 도 5A를 참고하면, 기판(300)의 상부에 격벽 형성용 조성물로 이루어지는 격벽재료막(322)을 형성한다. 이후 도 5B에 나타난 바와 같이 격벽재료막(322) 상부에 포토레지스트막(324)을 형성한다. 포토레지스트막(324)의 상부에 포토 마스크(326)를 개재하여 노광하도록 한다. 도 5C를 참고하면, 노광된 부분을 현상하여 포토레지스트 패턴(324a)을 형성한다. 도 5D를 참고하면, 상기 포토레지스트 패턴(324a)에 의해 노출된 격벽재료막(322) 부분을 에칭하여 격벽재료막 패턴(322a)을 형성하도록 한다. 도 5E를 참고하면, 이후 포토레지스트 패턴(324a)을 제거한다. 상기 격벽재료막 패턴(322a)은 격벽으로 사용될 수 있다.
포토레지스트를 이용한 격벽 형성의 또 다른 예로서는 리프트오프법이 있다.
도 6A 내지 6D는 리프트오프법을 이용하여 격벽 셀 구조를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다. 도 6A를 참고하면, 먼저 기판(300)상에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트막(332)을 형성하도록 한다. 도 6B를 참고하면, 포토리소그라피법에 의해 포토레지스트막(332)을 패터닝하여 포토레지스트패턴(332a)을 형성하도록 한다. 도 6C를 참고하면, 상기 포토레지스트패턴(332a) 사이의 공간에 격벽 형성용 조성물을 충진하여 격벽재료막 패턴(334a)을 형성하도록 한다. 도 6D를 참고하면, 상기 포토레지스트 패턴(332a)을 제거하여 충진물로 이루어지는 격벽재료막 패턴(332a)을 형성하도록 한다. 상기 격벽재료막 패턴(332a)은 격벽으로 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 격벽 셀 구조에 의한 잉크 주입시의 양상에 대한 개념도이다.
도 3D에 나타난 바와 같은 마스터를 이용하여 제조된 셀 어레이(410)에서 격벽(412)의 상부는 곡율을 갖도록 형성될 수 있다. 이에 따라 노즐(420)과 같은 수단으로부터 잉크 조성물(430)이 주입되면 격벽(412) 사이의 셀내를 채우게 된다. 격벽(412)의 상부면으로 잉크가 주입되더라도 잉크가 격벽의 상부면에 거의 남지 않고 곡율을 따라 셀내로 주입되므로 격벽(412) 상부에 잉크가 묻는 것이 방지되는 구조이다. 잉크 주입 공정의 완료후 격벽 상부에 대한 세정 공정을 생략할 수도 있다.
이상과 같은 다양한 방법에 따라 기판 및/또는 투명전극상에 격벽 셀 어레이를 형성할 수 있다. 격벽 셀 어레이가 완성되면 전기 영동 입자를 1종 이상 포함하는 전기영동 잉크를 격벽 어레이에 주입하여 이미지 필름을 제조하도록 한다. 잉크를 격벽 어레이에 주입하기 위해서는 다양한 방법이 적용될 수 있다. 대표적인 방법으로는 스크린 인쇄 방법을 예로 들 수 있다.
도 8은 일반적인 스크린 인쇄 방법을 나타내는 개략도이다.
도 8을 참고하면, 도트형 또는 라인형 격벽 셀 어레이(510 또는 511) 상부에 스크린 프레임(530)에 의해 고정되고 균일한 크기의 다수의 통공을 포함하는 스크린(520)을 배치하고, 상기 스크린(520) 상에 전기영동 잉크 조성물(540)을 스크린(520) 상부에 균일하게 도포하도록 한다. 잉크 조성물의 도포는 스퀴지(550)를 사용하여 수행하도록 하며, 도포된 잉크 조성물은 스크린(520)에 형성된 통공을 통과하여 격벽 셀 어레이(510 또는 511) 상부에 도포된다. 도포된 잉크 조성물은 각 셀 내에 주입된다. 셀을 구분하는 격벽 상부에도 잉크 조성물이 묻게 되지만 격벽 상부가 곡면을 갖도록 형성된 경우에는 잉크가 거의 묻지 않고 셀 내로 주입된다.
본 방법의 일실시예에서는 전기영동 잉크의 구성물 중에 저유전유체의 함량을 최소화하여 페이스트 상태의 전기영동 잉크를 제조한 후 스크린 인쇄 방법 등을 이용하여 격벽 셀 어레이에 주입한다는 것이다. 사용하는 전기영동 잉크를 구성하는 전기영동 입자의 색상은 검정과 백색, 적색과 백색, 녹색과 백색, 파랑색과 백색 또는 적색과 검정색, 녹색과 검정색, 파랑색과 검정색이 될 수 있으며, 이들의 구성 중에 1종 또는 2종 이상이 될 수 있다.
전기영동 입자를 포함한 전기영동 잉크의 색상 구성은 이외에도 시아닌, 마젠타, 노랑 중의 1가지 색상과 검정 또는 백색의 구성이 될 수도 있다. 필요에 따라서는 위에서 언급한 색상을 갖는 전기영동 입자가 3종 이상이 포함된 전기영동 잉크 페이스트를 사용할 수 도 있다.
도 9는 흑백 또는 모노 칼라 인쇄 방법을 나타내고, 도 10은 칼라 픽셀화를 위한 픽셀 인쇄 방법을 나타낸다. 도 9에 의하면 격벽 셀 어레이(512) 상부에 균일한 통공을 갖는 스크린(522)을 배치하고 잉크를 주입하여 각 셀에 동일한 흑백 또는 모노칼라 잉크 조성물을 주입하게 된다.
도 10에 의하면 격벽 셀 어레이(512) 상부에 균일한 통공을 갖되 픽셀화를 위하여 소정 부분의 픽셀이 오픈된 스크린 마스크(524)를 배치하고 선택된 칼라의 잉크를 주입하여 정해진 셀 내에 선택된 잉크 조성물을 주입하게 된다. 이후, 다른 부분의 픽셀이 오픈된 스크린 마스크를 배치하고 다른 칼라의 잉크를 주입하여 정해진 다른 셀에 다른 칼라의 잉크 조성물을 주입하도록 함으로써 픽셀화를 구현 하도록 한다.
픽셀화를 위한 스크린 마스크는 폴리에스테르 메쉬를 사용하는 폴리 마스크, 스테인레스 메쉬를 사용하는 서스 마스크, 스테인레스 메쉬의 강도를 증가시키기 위해 스퀴징 처리를 한 카렌다 마스크, 도포 영역을 뚫어 놓은 형태의 메탈 마스크 등을 포함하여 다양한 종류의 스크린 마스크 중에서 적절한 것으로 선택하여 사용할 수 있다.
다르게는 격벽 셀 어레이의 각 셀 내에 잉크를 주입하기 위하여 디스펜징 방법을 사용할 수도 있다.
도 11은 디스펜징 방법에서 단 노즐을 이용한 인쇄 방법을 나타내는 도면이다. 스트라이프 형태의 격벽 셀 어레이(610)에 라인별로 각기 다른 색상의 잉크 조성물을 노즐(612)을 통하여 순차적으로 도포 및 주입하여 픽셀화 하고 있다.
도 12는 디스펜징 방법에서 칼라 픽셀화를 위한 픽셀 인쇄 방법을 나타내는 도면이다. 격벽 셀 어레이(710)를 네스트(720)에 장착하고 디스펜서(730)에 형성된 다수의 노즐(732)을 통하여 선택된 색상의 잉크 조성물을 셀 어레이에 도포 및 주입하여 픽셀화 하고 있다.
디스펜징 방법에 의해 잉크 조성물을 도포할 경우 노즐 부분이 이동할 수도 있으며, 기판이 있는 스테이지 부분이 움직일 수도 있다.
상술한 바와 같은 다양한 인쇄 방법을 이용하여 셀 어레이에 잉크를 주입하고 난후, 열경화성 조성물 또는 자외선 경화성 조성물을 사용하여 잉크가 주입된 격벽 구조 셀 어레이를 봉지하도록 한다.
경우에 따라서는 별도의 경화성 조성물을 사용하지 않고 잉크 조성물 자체가 점/접착제 기능을 갖는 조성물이 될 수도 있으며 표면에 경화막을 형성할 수도 있다.
격벽 셀 어레이의 크기와 셀 내부의 폭은 필요에 따라 다양하게 할 수 있으며, 셀의 높이는 예컨대 15~70㎛ 범위에서 선택적으로 설정할 수 있다. 또한 전기영동 잉크를 주입한 후 경우에 따라 격벽 상부에 묻어있는 잉크는 세정블로이드 또는 세척롤러 등을 이용하여 제거 하도록 한다.
필요에 따라서는 이후 전기영동 특성이 원활하게 나타날 수 있는 정도의 점도를 가지도록 저유전유체를 근접 스프레이 또는 잉크젯과 같은 디스펜징 법에 의해 전기영동 잉크 페이스트가 주입된 격벽 어레이에 도포할 수도 있다. 이 경우에는 이후 다시 한번 세정블로이드 또는 세척롤러 등을 이용하여 격벽 어레이 상부에 묻어있는 저유전유체를 제거한다.
다음 공정은 위와 같이 전기영동 잉크 구성물이 주입된 격벽 어레이를 밀봉(봉지)하는 과정이다. 밀봉을 위한 조성물을 스크린 인쇄 또는 잉크젯 방법, 디스펜징 법, 근접 스프레이, 커튼코팅 등의 방법에 의해 셀 어레이 상부에 도포한 후 건조, 열경화, 자연경화, 습기경화, UV 경화 방법 중에 적절한 방법을 선택하여 경화 후 막의 두께가 1~10㎛ 정도가 되도록 한다. 여기서 밀봉(봉지)을 위한 조성물은 젤라틴과 아카시아로 구성이 되는 조성물 일 수도 있으며 열가소성 탄성중합체를 이용할 수도 있다.
열경화성 조성물은 우레탄 계열 열경화성 조성물이 바람직하게 사용가능하며 이는 우레탄 주쇄에 우레아기가 도입된 일액형 열경화성 수지로 합성한다. 우레탄 주쇄의 제조를 위하여 다가의 이소시아네이트로서 IPDI(isophorone diisocyanate), MDI(methylene diisocyanate), TDI(toluene diisocyanate) 등을 사용할 수 있으며 황변 및 반응성을 고려하여 IPDI를 사용하는 것이 바람직하다. 다가의 알코올로서는 접착력, 내화학성, 내열성 등을 고려하여 폴리카르보네이트 계열의 분자량 1,000~2,000 범위의 폴리올을 사용할 수 있다.
열적 성질 및 접착력, 인장강도, 최종 구성물의 강도 등을 고려하고 우레탄 주쇄의 분자량을 증가시키기 위하여 아민을 더 첨가할 수도 있다. 열경화성 조성물을 셀 어레이 상부에 도포한 후 봉지를 위하여 사용되는 롤 또는 라미네이터의 온도는 약 20~60℃ 범위가 되도록 가열할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에서 열경화성 조성물을 사용한 셀 어레이 봉지 방법을 나타내는 단면도이다. 격벽이 형성된 셀 어레이(800)의 각 셀 내에 잉크 조성물(810)을 주입한 후, 라미네이터(820)를 이용하여 격벽 셀 어레이를 밀봉한다. 밀봉을 위하여 이형처리가 되어 있는 필름(830)에 1~10㎛ 두께의 경화제막(840)을 형성한 후 약 60℃ 이하의 온도에서 라미네이터(820)를 사용하여 셀 어레이를 밀봉한다.
자외선 경화성 조성물은 전기영동 잉크 조성물과의 비중 차이로 인해 격벽 셀 어레이에 주입되어 있는 잉크와 혼합될 시에 상층으로 부상하는 특징을 갖는다. 이러한 원리로 인해 자외선 경화성 조성물에 자외선을 조사하면 밀봉이 된다. 상기 자외선 경화성 조성물은 2 이하의 비중을 갖는 것이 바람직하다. 따라서 자외선 경화성 조성물은 잉크 조성물과 혼합되어 적용될 수도 있고, 잉크 조성물의 주입완료후 셀 어레이 상부에 도포하는 방식으로 적용될 수도 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에서 자외선 경화성 조성물을 이용한 셀 어레이 봉지 방법을 나타내는 단면도이다.
격벽 셀 어레이(900)의 각 셀 내에 잉크 조성물(910) 주입이 완료되면 셀 어레이(900)의 상부에 노즐(920)을 통하여 자외선 경화성 조성물을 도포 하고 난후 자외선을 조사하여 경화시킴으로써 자외선 경화막(930)을 형성하여 각 셀을 봉지하도록 한다.
열가소성 탄성중합체 (고무 타입을 포함)는 2-블록 이상의 공중합체 또는 고무 타입의 1종으로 구성된 물질일 수 있다. 2-블록 이상의 공중합체는 ABA 또는 (AB)n 으로 나타내지는 2-블록 (di-block), 3-블록 (tri-block) 또는 다중-블록 (multi-block) 공중합체 (copolymers)를 포함할 수 있으며, A 는 스티렌 (styrene), α-메틸스티렌 (α-methylstyrene), 에틸렌 (ethylene), 프로필렌 (propylene) 또는 노르보넨 (norbonene); B 는 부타디엔 (butadiene), 이소프렌 (isoprene), 에틸렌 (ethylene), 프로필렌 (propylene), 부틸렌 (butylene), 디메토일실록산 (dimethoylsiloxane) 또는 황화 프로필렌 (propylene sulfide)일 수 있다. 그리고 A 와 B 는 동일할 수는 없다. n 은 1 이상의 정수를 나타내며, 바람직하게는 1 - 10 중 어느 하나이다. 대표적인 공중합체는 폴리(스티렌-b-부타디엔) (poly (styrene-b-butadiene)), 폴리 (스티렌-b-부타디엔-b-스티렌) (poly (styrene-b-butadiene-b-styrene)), 폴리 (스티렌-b-이소프렌-b-스티렌) (poly (styrene-b-isoprene-b-styrene)), 폴리 (스티렌-b-에틸렌/부틸렌-b-스티렌) (poly (styrene-b-ethylene/butylene-b-styrene)), 폴리 (스티렌-b-디메틸실록산-b-스티렌) (poly (styrene-b-dimethylsiloxane-b-styrene)), 폴리 (α-메틸스티렌-b-이소프렌) (poly (α-methylstyrene-b-isoprene)), 폴리 (α-메틸스티렌-b-이소프렌-b-α-메틸스티렌) (poly (α-methylstyrene-b-isoprene-b-α-methylstyrene)), 폴리 (α-메틸스티렌-b-황화 프로필렌-b-α-메틸스티렌) (poly (α-methylstyrene-b-propylene sulfide-b-α-methylstyrene)), 폴리 (α-메틸스티렌-b-디메틸실록산-b-α-메틸스티렌) (poly (α-methylstyrene-b-dimethylsiloxane-b-α-methylstyrene))을 포함한다.
이들 중에 1종 이상을 포함하는 봉지용 조성물의 제조를 위해 사용되는 용매는 열가소성 탄성 중합체를 용해시키는 것이며, 표면장력이 30 mN/m (20℃) 이하인 것이 바람직하다. 예를 들면 적합한 용매는 헵탄, 알칸, 옥탄 등이 있으며, 이들의 1종 이상의 혼합용매를 사용할 수도 있다. 또한 격벽 어레이와의 부착 및 밀봉에 의해 형성된 막의 평활도를 좋게 하기 위하여 이에 적합한 첨가제가 사용될 수 있다.
위와 같은 구성으로 형성된 조성물을 이용한 밀봉 공정이 완료되면, 자외선 경화형 조성물에 의해 2차 밀봉막이 형성될 수도 있다. 자외선 경화형 조성물에 의한 2차 밀봉막은 1차 밀봉에 의해 형성된 막의 경도와 치밀도 및 평활도를 보조하기 위해 사용될 수도 있으며, 사용되지 않을 수도 있다. 위의 공정이 완료된 후에 점착제가 코팅되어 있는 도전성 필름을 라미네이트 설비를 이용하여 밀봉막 위에 붙여주어 제2 전극을 형성하게 된다.이로써 전자종이용 이미지 필름 또는 패널의 제조가 가능하다.
이상과 같이 본 발명에 따른 전자종이용 디스플레이 패널의 제조 방법에 의하면 격벽 어레이를 이용하여 각 단위셀에 스크린 인쇄법 등을 사용하여 흑백 또는 모노칼라 및 픽셀화를 위한 각각의 칼라 전기영동 잉크 조성물을 주입하는 것으로 흑백 또는 모노칼라 및 픽셀화가 가능하다. 이렇게 제조되는 디스플레이 패널은 별도의 칼라 필터를 사용하지 않고도 칼라화가 가능하다.
본 발명은 외부광에 의한 반사형 디스플레이 패널을 위한 적용이 가능할 뿐만 아니라 패널 내에 백라이트라는 광원이 필요 없기 때문에 얇고 플레시블한 디스플레이 패널의 제조에 적용이 가능하다. 또한 이러한 디스플레이 패널은 크기에 제한이 없다는 장점이 있으므로 다양한 크기의 디스플레이 패널로 사용이 가능하다.
본 발명을 이용하여 제조된 디스플레이 패널은 전자책, 전광판, 가격표시 소자 등과 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (21)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극의 상부에 형성되며 격벽으로 구분된 다수의 셀 어레이;
    상기 다수의 셀 어레이의 각 셀 내에 봉입되어 있으며, 이온화된 친수성 유기금속 화합물 1종 이상과 친지성 유기금속 화합물 1종 이상으로 코어-쉘 코팅되며, 할로겐화합물을 반응시켜 이온화되어 있는 잉크 입자, 분산제 및 유전 유체를 포함하는 잉크 조성물; 및
    상기 다수의 셀 어레이 상부에 형성되는 제2 전극을 포함하는 디스플레이 패널.
  2. 제1항에 있어서, 상기 잉크 조성물은 상기 잉크 입자 30 ~ 70 중량%, 상기 분산제 10 ~ 20 중량% 그리고 유전 유체 10 ~ 50 중량 %를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  3. 제1항에 있어서, 상기 잉크 입자는 화이트 칼라 잉크 입자, 블랙 칼라 잉크 입자, 레드 칼라 잉크 입자, 그린 칼라 잉크 입자, 블루 칼라 잉크 입자, 시아닌 칼라 잉크 입자, 마젠타 칼라 잉크 입자 및 옐로우 칼라 잉크 입자로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 잉크 입자인 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  4. 제1항에 있어서, 상기 친수성 유기 금속 화합물은 양전하를 부여하기 위한 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, 아미노프로필메틸디에톡시실란, m-아미노페닐트리메톡시실란, n-메틸아미노프로필메틸디메톡시실란, 페닐아미노프로필트리메톡시실란, 아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, 아미노에틸아미노프로필메틸디메톡시실란, 아미노에틸아미노이소부틸메틸디메톡시실란, 벤질에틸디아민프로필트리메톡시실란 및 벤질에틸디아민프로필트리에톡시실란으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 인 또는 음 전하를 부여하기 위한 소듐트리히드록시실릴프로필메틸포스포네이트, 소듐메틸실리코네이트, 포타시움메틸실리코네이트, 리튬메틸실리코네이트, 소듐실리케이트, 포타시움실리케이트 및 티타늄 포스페이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  5. 제1항에 있어서, 상기 친지성 유기금속 화합물은 메틸트리메톡시실란, 디메틸트리메톡시실란, 테트라오르소실리케이트 및 히드록시터미네이티드 폴리디메틸실록산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  6. 제1항에 있어서, 상기 격벽은 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지로 제조된 것임을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  7. 제6항에 있어서, 상기 열경화성 수지는 우레탄 계열 열경화성 수지로서 우레탄 주쇄에 우레아기가 도입된 일액형 열경화성 수지이며, 상기 우레탄 주쇄는 다가의 이소시아네이트로서 IPDI(isophorone diisocyanate)를 사용하며, 다가의 알코올은 폴리카르보네이트 계열의 분자량 1,000~2,000의 폴리올을 사용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  8. 제7항에 있어서, 상기 우레탄 주쇄에 분자량 증가를 위해 아민을 더 사용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  9. 제1항에 있어서, 상기 격벽은 평면 형상이 정사각형, 정육각형 및 직사각형 중 어느 하나의 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  10. 제1항에 있어서, 상기 격벽은 상부가 곡율을 갖는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  11. 제1 전극의 상부에 격벽으로 구분된 다수의 셀 어레이를 형성하는 단계;
    안료 입자, 적어도 하나의 친수성 유기 금속 화합물, 적어도 하나의 친지성 유기 금속 화합물, 증류수 및 용제를 사용하여 코어-쉘 코팅하여 코어-쉘 코팅된 잉크 입자, 분산제 및 유전 유체를 포함하는 잉크 조성물을 상기 다수의 셀 어레이의 각 셀 내에 주입하는 단계;
    상기 다수의 셀 어레이 상부를 봉지하는 단계; 및
    제2 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 잉크 조성물을 상기 다수의 셀 어레이의 각 셀 내에 주입하는 단계는 상기 코어-쉘 코팅된 잉크 입자에 할로겐화합물을 반응시켜 이온화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 잉크 조성물은 스크린 인쇄법 또는 디스펜징법에 의해 주입하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 잉크 조성물을 상기 각 셀 내에 주입 후 상기 셀 어레이의 상부에 묻어 있는 상기 잉크 조성물을 제거하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 잉크 조성물을 상기 각 셀 내에 주입 후 상기 유전 유체를 도포하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 유전 유체를 도포한 후 상기 셀 어레이의 상부에 묻어 있는 상기 유전 유체를 제거하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널의 제조 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 봉지는 열가소성 탄성중합체 및 표면 장력이 30 mN/m (20℃) 이하인 용매를 포함하는 용액을 상기 셀 어레이 상부에 도포한 후 경화하여 1~10㎛ 두께로 경화막을 형성하는 단계를 통하여 수행하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 경화막의 상부에 자외선 경화형 조성물을 도포한 후 자외선 경화하여 2차 밀봉막을 형성하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널의 제조 방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 봉지는 열경화성 조성물, 자외선 경화성 조성물 및 아크릭 타입의 점착제중 어느 하나를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널의 제조 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 제1 전극은 유리, PMMA(polymethyl methacrylate), PC(polycarbonate) 및 PET(polyethylene terephthalate)를 포함하는 소재상에 ITO(indium tin oxide), ZnO, CNT(carbon nano tube) 및 Cu를 포함하는 도전성 물질이 코팅된 것임을 특징으로 하는 디스플레이 패널의 제조 방법.
  20. 제1 전극의 상부에 격벽으로 구분된 다수의 셀 어레이를 형성하는 단계;
    안료 입자, 적어도 하나의 친수성 유기 금속 화합물, 적어도 하나의 친지성 유기 금속 화합물, 증류수 및 용제를 사용하여 코어-쉘 코팅하여 코어-쉘 코팅된 잉크 입자, 분산제 및 유전 유체를 포함하는 제1 단일 칼라 잉크 조성물 및 상기 제1 단일 칼라 잉크 조성물과 색상이 다른 제2 단일 칼라 잉크 조성물을 포함하는 혼합 칼라 잉크 조성물을 상기 다수의 셀 어레이의 각 셀 내에 주입하는 단계;
    상기 다수의 셀 어레이 상부를 봉지하는 단계; 및
    제2 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 잉크 조성물을 상기 다수의 셀 어레이의 각 셀 내에 주입하는 단계는 상기 코어-쉘 코팅된 잉크 입자에 할로겐화합물을 반응시켜 이온화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널의 제조 방법.
  21. 제1 전극의 상부에 격벽으로 구분된 다수의 셀 어레이를 형성하는 단계;
    안료 입자, 적어도 하나의 친수성 유기 금속 화합물, 적어도 하나의 친지성 유기 금속 화합물, 증류수 및 용제를 사용하여 코어-쉘 코팅하여 코어-쉘 코팅된 잉크 입자, 분산제 및 유전 유체를 포함하는 제1 단일 칼라 잉크 조성물 및 상기 제1 단일 칼라 잉크 조성물과 색상이 다른 제2 단일 칼라 잉크 조성물을 포함하는 제1 혼합 칼라 잉크 조성물을 상기 다수의 셀 어레이 중의 일부 셀 내에 주입하는 단계;
    상기 제1 단일 칼라 잉크 조성물 및 상기 제1 및 제2 단일 칼라 잉크 조성물과 색상이 다른 제3 단일 칼라 잉크 조성물을 포함하는 제2 혼합 칼라 잉크 조성물을 상기 다수의 셀 어레이 중의 나머지 일부 셀 내에 주입하는 단계;
    상기 다수의 셀 어레이 상부를 봉지하는 단계; 및
    제2 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 혼합 칼라 잉크 조성물을 상기 다수의 셀 어레이 중의 일부 셀 내에 주입하는 단계 및 상기 제2 혼합 칼라 잉크 조성물을 상기 다수의 셀 어레이 중의 나머지 일부 셀 내에 주입하는 단계는 상기 코어-쉘 코팅된 잉크 입자에 할로겐화합물을 반응시켜 이온화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널의 제조 방법.
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