KR101533096B1 - 전기영동표시장치 - Google Patents

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Abstract

서로 대향하는 제1 전극과 제2 전극 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치한 에멀전을 포함한 전기영동표시장치가 제공된다. 상기 제1 전극은 상기 제2 전극 사이의 전계의 분포를 가변시키는 복수의 나노 입자를 포함한다. 상기 에멀전은 연속상을 형성하는 비극성 용매와 분산상을 형성하는 극성 용매를 포함하여 형성된다.
전기영동, REED, 나노 입자, 나노와이어, 탄소나노튜브

Description

전기영동표시장치{ELECTROPHORETIC DISPLAY APPARATUS}
본 발명은 전기영동표시장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 높은 투명도를 갖는 전기영동표시장치에 관한 것이다.
근래, 핸드폰(Mobile Phone), PDA, 컴퓨터, 대형 TV와 같은 각종 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 평판표시장비(Flat Panel Display Device)에 대한 요구가 점차 증대되고 있으며, 최근에는 종이를 대체할 수 있는 전자종이(E-paper)가 각광받고 있다.
상기 전자 종이는 콘트라스트비가 높고 시야각 의존성이 없는 전기영동법을 이용하여 제조하는 것이 일반적이다.
상기한 전기영동법을 이용한 전기영동표시장치로는 지콘(Zikon) 사에서 개발한 REED(Reverse Emulsion Electrophoretic Display, 미국 특허 등록 제 5,582700호)가 있으며, 상기 REED는 상하의 투명전극 사이에 비극성 연속상과 극성 분산상의 에멀전을 위치시키고 상기 상하의 투명전극 사이에 전압을 인가하여 화상을 표현하는 방식이다.
그런데, 상기 지콘 사의 REED는 분극 시 전극 상에 시작점이 정의되지 않아 액적이 크게 형성되기 때문에 실질적인 투명도가 낮다.
본 발명의 목적은 투명도를 높인 전기영동표시장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 전기영동표시장치는 복수의 나노 입자를 포함하는 제1 전극과, 상기 제1 전극에 대향하며 상기 제1 전극과 함께 전계(electric field)를 형성하는 제2 전극 및 상기 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치한 에멀전을 포함한다. 상기 제1 전극은 제1 기판에, 제2 전극은 제2 기판에 접촉되어 형성되며, 두 기판 중 한 기판에는 표시신호에 따라 전극에 전압을 인가하기 위한 박막트랜지스터가 형성된다.
상기 에멀전은 연속상을 형성하는 비극성 용매와 상기 에멀전의 비극성 용매에 분산되며 상기 전계에 의해 제어되는 액적을 형성하는 극성 용매를 포함한다.
상기 에멀전은 필요에 따라 계면활성제를 더 포함하여 상기 극성용매가 상기 비극성 용매 내에서 역미셀을 용이하게 형성하도록 할 수 있다.
이때 사용될 수 있는 비극성 용매로는 C1 -30 알칸(alkane), C2 -30 알켄(alkene), C3 -30 알킨(alkyne), C3 -30 알데히드(aldehyde), C3 -30 케톤(ketone), C2 -30 에테르(ether), C2 -30 에스터(ester), C3 -30 티오에스터(thioester), 테르펜(terpene), C2 -30 유기실란(organosilane), 및 C2 -30 유기실록산(organosiloxane) 중 어느 하나, 또는 둘 이상의 혼합물을 들 수 있다.
상기 극성 용매는 알콜(alcohol), 아민(amine), 아미드(amide), 케톤(ketone), 카르복실산(carboxylic acid), 카르복실산(carboxylic acid)염, 글리콜(glycol), 폴리에테르(polyether), 설파이드(sulfide), 설폰산(sulfonicacid), 설폰산(sulfonicacid)염, 설페이트(sulfate), 포스파이드(phosphide), 포스파이트(phosphite), 포스포나이트(phosphonite), 포스피나이트(phosphinite), 포스페이트(phosphate), 포스포네이트(phosphonate), 포스피네이트(phosphinate), 이미드(imide), 니트릴(nitrile), 이소니트릴(isonitrile), 아미딘(amidine), 니트로 화합물(nitro compound), 니트로소 화합물(nitroso compound), 설폭사이드(sulfoxide), 설포네이트(sulfonate), 티올(thiol) 및 물(water) 중 어느 하나, 또는 둘 이상의 혼합물이 사용된다.
더욱 바람직하게는 상기 극성 용매는 DMSO(Dimethyl Sulphoxide), DMF(Dimethyl Formamide), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 니트로메탄(nitromethane), 아세토니트릴(acetonitrile), 메톡시에탄올(methoxyethanol), 메틸 셀로솔브(methyl Cellosolve) 및 모노에틸 에테르(monoethyl ether) 중 어느 하나, 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
상기 극성 용매에는 상기 비극성 용매에 용해되지 않는 염료(dye)가 더 포함될 수 있으며, 상기 염료는 모나조(monazo)계 염료, 디아조(diazo)계 염료, 트리페닐메탄(triphenylmethane)계 염료, 피라졸론(pyrazolone)계 염료, 아크리딘(acridine), 포르피린(porphyrine), 디포마잔(diformazan)계 염료, 스쿠아라 인(squarain)계 염료, 옥사진(oxazine), 포르마잔(formazan)계 염료, 유색 금속 및 전이금속착물, 금속염, 산 안트라퀴논(acid anthraquinone)계 염료, 암포테릭 안트라퀴논(amphoteric anthraquinone)계 염료, 디페닐메탄(diphenylmethane)계 염료, 폴리메틴(polymethine)계 염료, 티아진(thiazine), 프탈로시아닌(phthalocyanine) 및 테트라졸륨(tetrazolium)계 염료로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 혼합물을 포함한다.
상기 극성 용매는 양이나 음으로 하전될 수 있으며, 상기 제1 전극과 제2 전극에 전압이 인가되면, 상기 하전된 전하와 반대로 하전된 전극 상에 모여 액적을 형성한다.
상기 나노 입자는 나노와이어, 카본나노튜브, 나노로드, 나노리본 등의 직경이 100nm 이하의 나노 스케일의 입자 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있으며, 상기 전극으로 형성된 상기 각 나노 입자 사이의 거리는 더 작은 액적을 형성하기 위해 5㎛ 미만인 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 나노 입자의 거리는 가시광선의 파장의 절반보다 작은 200nm 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 제1 전극은 상기 나노 입자를 지지하는 지지체를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 지지체는 수지로 이루어진 충진제를 포함할 수 있다.
상기한 전기영동표시장치는 가요성을 가지도록 형성할 수 있으며, 특히 상기 기판이 가요성 기판일 수 있다.
　본 발명은 전기영동표시장치의 전극을 나노 입자로 형성함으로써 상기 전극 상에 형성되는 전계를 불균일하게 변동시킨다. 상기 전계의 변동에 의해 극성 용매의 정렬 지점이 지정되며 이에 따라 상기 정렬 지점에 모인 액적의 크기를 작게 형성할 수 있다. 이에 따라 상기 전기영동표시장치의 투명도가 증가한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전기영동표시장치를 설명한다. 본 명세서의 실시예들에 대해 참조된 도면은 도시된 형태로 한정하도록 의도된 것이 아니며, 그와는 달리, 청구항에 의해 정의된 본 발명의 원리 및 범위 내에 있는 모든 변형, 등가물, 및 대안들을 포함하도록 의도된 것이다. 도면에서는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 일부 구성요소의 스케일을 과장하거나 축소하여 나타내었다. 명세서 전체에 걸쳐 유사한 참조 부호는 유사한 구성 요소를 지칭한다.
어떤 막(층)이 다른 막(층)의 '상에' 형성되어(위치하고) 있다는 것은, 두 막(층)이 접해 있는 경우뿐만 아니라 두 막(층) 사이에 다른 막(층)이 존재하는 경우도 포함한다.
본 발명은 에멀전에 있어서 비극성 연속상과 극성 비연속상의 상대적인 상 분리를 제어하기 위해 전기장의 변조를 통해 이미지를 형성하는 전기영동표시장치에 관한 것이다.
여기서 사용된 용어 '연속상(continuous phase)'과 '분산상(dispersed phase)'은 균일한 상(phase)을 이루고 있는 물질 속에 다른 물질이 미세한 입자 형태로 흩어져 있는 물질계인 분산계와 관련된다. 상기 분산계 내에서, 상기 연속상 은 분산상에 대립하여 사용하는, 2개의 상이 혼재되어 있는 계에서 분산되어 있는 상을 둘러싸고 연속해 있는 상을 뜻하며, 상기 분산상은 상기 연속상 내에 분산된 다른 물질을 뜻한다.
또한,'에멀전'은 연속상 내에서 연속상과 액적(droplet)을 형성할 수 있는 비연속상으로 구성된 불균질계(heterogeneous system)를 말한다.
상기 상기 연속상이나 상기 분산상은 필요에 따라 고체, 액체, 기체 중 어느 상를 띨 수도 있다. 다만, 본 발명에서는 설명의 편의상 액상을 예로 들어 설명하며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 비극성 용매는 에멀전의 연속상(continuous phase)을 형성한다. 극성 용매는 에멀전의 비연속상(non-continuous phase)으로서 비극성 용매 내에 액적들로 분산된다. 비극성 용매에 불용성인 염료는 극성 용매에 용해되어 포함되어 있다.
상기 에멀전에는 계면활성제가 선택적으로 더 포함될 수 있으며, 계면활성제가 극성 용매 내에 사용될 때 계면활성제의 일부는 비극성 용매 내에 용해될 수 있다.
상기 극성 용매는 염료에 따라 무색이거나 유색일 수 있다. 또한, 상기 염료는 상기 극성 용매에 용해되어 포함될 수 있으나, 상기 극성 용매와 상기 염료의 두 기능을 동시에 하는 물질로 제공될 수도 있다.
상기 비극성 용매은 무색이거나 유색일 수 있다.
상기 에멀전의 색은 상기 비극성 용매의 색깔과, 상기 극성 용매와 상기 염 료 및 상기 비극성 용매의 조합된 색깔이 나타난다. 상기 두 색 사이의 콘트라스트의 차이에 의해 색이 나타나는 것이다.
전계는 상기 비극성 용매에 비해 상기 극성 용매가 이동하여 응집하도록 에너지를 제공하는데 사용된다. 상기 에멀전 내에 전기장을 가하면 상기 비극성 용액 내의 상기 극성 용매가 응집되거나, 상기 비극성 용매로부터 상기 극성 용매가 분리될 수 있다.
그리고, 전기영동표시장치 내의 상기 염료, 극성 용매나 계면활성제 등은 하전될 수 있다. 특히 상기 하전된 염료, 극성 용매, 계면활성제를 사용하는 경우에는 전계가 형성될 때 하전된 부호와 반대의 전하를 가지는 인접한 반대 전극으로 이동하게 된다.
상기 에멀전의 비극성 용매 내에 극성 용매의 분포는 전기영동표시장치에 가해진 전기포텐셜 주파수(frequency), 진폭(amplitude) 및/또는 극성도(polarity)에 따라 제어된다. 일반적으로, 비극성 용매 내의 극성 용매의 분포는 상기 전기영동표시장치에 사용된 전극들 사이의 분리 정도, 전압의 세기, 전압 오프셋 및 전압 주파수에 의존하며, 이러한 변수들은 또한 사용된 상기 비극성과 극성 용매의 특정 물성에 의존한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기영동표시장치(100)를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전기영동표시장치(100)는 서로 대향하는 제1 기판(110)과 제2 기판(130) 및 상기 기판(110, 130) 사이에 형성된 에멀전(170)을 포함한다.
상기 제1 기판(110) 상에는 제1 전극(140)이 형성되어 있다.
상기 제1 기판(110)은 제1 절연기판(101)과, 상기 제1 절연기판(101) 상에 형성된 박막트랜지스터(T) 및 상기 박막트랜지스터(T) 상에 형성된 보호막(125)을 포함한다.
상기 절연기판(101)은 유리 또는 수정과 같은 투명하고 단단한 절연물질이나 플라스틱과 같은 투명한 가요성 물질로 이루어진다.
상기 절연기판(101) 상에는 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(미도시)과 데이터라인(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 게이트라인과 상기 데이터라인의 교차영역에는 상기한 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다.
상기 박막트랜지스터(T)는 상기 게이트라인의 일부를 구성하는 게이트전극(113), 상기 데이터라인에 연결된 소스전극(121) 및 상기 제1 전극(140)에 연결된 드레인전극(123)으로 구성되어 있다. 상기 게이트전극(113)은 상기 제1 절연기판(101) 상에 상기 게이트라인과 연결되어 형성된다. 상기 게이트전극(111) 및 상기 게이트라인 상에는 게이트절연막(115)이 절연을 위한 재질로 형성되어 있다. 예를 들어, 상기 게이트절연막(115)은 실리콘질화물(SiNx), 실리콘산화물(SiOx) 등으로 상기 게이트전극(113)이 형성된 상기 제1 기판(110)의 전면에 걸쳐 형성된다.
상기 게이트절연막(115) 상에는 상기 게이트전극(113)과 중첩되도록 액티브층(117)이 형성된다. 상기 액티브층(117)은 상기 게이트절연막(115) 상에 비정질실리콘으로 패터닝되어 형성된다. 또한, 상기 액티브층(117)은 다결정실리콘으로 형성될 수도 있다. 상기 액티브층(117) 위에는 오믹 콘택층(119)이 불순물이 도핑된 비정질실리콘으로 또는 다결정실리콘으로 형성된다.
상기 소스전극(111)은 상기 게이트절연막(115) 및 상기 오믹콘택층(119) 상에 상기 데이터라인과 연결되어 상기 드레인전극(123)과 이격되도록 형성된다. 여기서, 상기 소스전극(121)과 상기 드레인전극(123)은 상기 데이터라인과 동일한 재질로 형성된다.
상기 게이트절연막(115), 상기 액티브층(117), 상기 소스전극(121) 및 드레인전극(123) 상에는 보호막(125)이 절연 및 평탄화를 위해 형성된다. 상기 보호막(125)은 무기 보호막 및 유기 보호막 중 적어도 하나로 형성되어 상기 박막트랜지스터(T)의 절연 및 오프 특성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 상기 보호막(125)에는 상기 드레인전극(123)의 일부를 노출시키는 컨택홀(129)이 형성되어 있다.
상기 보호막(125) 상에는 제1 전극(140)이 형성되어 있다. 상기 제1 전극(140)은 상기 컨택홀(129)을 통해 상기 박막트랜지스터(T)의 상기 드레인전극(123)에 연결된다. 이때, 제1 전극(140)은 복수의 나노 입자를 포함하여 형성되며, 상기 나노 입자를 지지하는 지지체를 더 포함할 수 있다. 상기 지지체로는 수지로 이루어진 충진제를 예로 들 수 있다.
상기 제2 기판(130) 상에는 상기 제1 전극(110)과 함께 상기 제1 전극(110)과 상기 제2 전극(130) 사이의 공간에 전계를 형성하는 제2 전극(150)이 형성되어 있다.
도 2 내지 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기영동표시장치(100)에서 영상이 표시되는 과정을 설명하기 위해 상기 박막트랜지스터를 생략하여 도시한 단면도이다.
본 발명에 따른 전기영동표시장치(100)는 복수의 화소로 이루어져 있다. 도면에서는 설명의 편의상 한 화소만을 나타내었다.
본 발명에 따른 전기영동표시장치(100)는 제1 기판(110)과, 상기 제1 기판(110)에 대향하는 제2 기판(130)을 포함한다. 상기 제1 기판(110)과 상기 제2 기판(130)은 이격되어 배치되어 있으며, 그 사이의 이격된 공간에는 에멀전(170)이 형성되어 있다. 이 때, 상기 제1 기판(110)과 제2 기판(130) 사이의 공간을 명확히 정의하기 위해 상기 제1 기판(110)과 제2 기판(130)과 함께 측벽(179)이 더 구비될 수 있다.
상기 제1 기판(110)과 제2 기판(130) 상에는 각각 상기 제1 기판(110)와 제2 기판(130) 사이에 전계를 형성하기 위한 제1 전극(140)과 제2 전극(150)이 배치되어 있다.
상기 두 기판(110, 130) 사이에 구비된 에멀전(170)은 비극성 용매(171)와 극성 용매(173)로 이루어진다. 상기 비극성 용매(171)는 상기 에멀전(170)의 연속상을 형성하며, 상기 극성 용매(173)는 상기 에멀전(170)의 비연속상을 형성한다. 본 실시예에 있어서, 상기 두 기판(110, 130) 사이의 공간은 실질적으로 에멀전(170)을 형성하는 극성 용매(173)와 비극성 용매(171)들의 상들에 의해 채워진다.
상기 극성 용매(173)에는 상기 비극성 용매(171)에 용해되지 않으나 상기 극 성 용매(173)에는 용해되는 염료(175)가 더 포함되어 색을 나타낸다. 상기 염료(175)는 흑백을 포함하여 다양한 색을 가진 것으로 사용될 수 있다. 다만, 상기 극성 용매(173) 자체가 색을 띨 수 있으며, 이 경우에는 상기 염료(175)가 사용되지 않을 수 있다.
또한 상기 에멀전(170)에는 상기 비극성 용매(171)와 상기 극성 용매(173)의 계면의 표면장력을 약화시키는 계면활성제(미도시)를 함유한 세제를 포함할 수 있다. 상기 계면활성제에 의해 분산상인 상기 극성 용매(173)가 연속상인 비극성 용매(171) 내에 더 용이하게 분산될 수 있다.
여기서, 상기 에멀전(170)의 연속상을 이루는 비극성 용매(171)는 C1 -30 알칸(alkane), C2 -30 알켄(alkene), C3 -30 알킨(alkyne), C3 -30 알데히드(aldehyde), C3 -30 케톤(ketone), C2 -30 에테르(ether), C2 -30 에스터(ester), C3 -30 티오에스터(thioester), 테르펜(terpene), C2 -30 유기실란(organosilane), 및 C2 -30 유기실록산(organosiloxane) 중에서 하나, 또는 적어도 두 종 이상의 용매를 섞은 혼합물일 수 있다.
또한, 상기 극성 용매(173)는 알콜(alcohol), 아민(amine), 아미드(amide), 케톤(ketone), 카르복실산(carboxylic acid), 카르복실산(carboxylic acid)염, 글리콜(glycol), 폴리에테르(polyether), 설파이드(sulfide), 설폰산(sulfonicacid), 설폰산(sulfonicacid)염, 설페이트(sulfate), 포스파이드(phosphide), 포스파이트(phosphite), 포스포나이트(phosphonite), 포스피나이트(phosphinite), 포스페이 트(phosphate), 포스포네이트(phosphonate), 포스피네이트(phosphinate), 이미드(imide), 니트릴(nitrile), 이소니트릴(isonitrile), 아미딘(amidine), 니트로 화합물(nitro compound), 니트로소 화합물(nitroso compound), 설폭사이드(sulfoxide), 설포네이트(sulfonate), 티올(thiol) 및 물(water) 중 어느 하나, 또는 둘 이상의 용매를 섞은 혼합물일 수 있다.
상기 극성 용매(173)는 바람직하게는 DMSO(Dimethyl Sulphoxide), DMF(Dimethyl Formamide), 아미드(amide), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 글리콜(glycol), 니트로메탄(nitromethane), 아세토니트릴(acetonitrile), 물(water), 메톡시에탄올(methoxyethanol), 메틸 셀로솔브(methyl Cellosolve) 및 모노에틸 에테르(monoethyl ether) 중 어느 하나, 또는 둘 이상의 용매를 섞은 혼합물일 수 있다.
상기 극성 용매(173)에 용해될 수 있는 염료는 모나조(monazo)계 염료, 디아조(diazo)계 염료, 트리페닐메탄(triphenylmethane)계 염료, 피라졸론(pyrazolone)계 염료, 아크리딘(acridine), 포르피린(porphyrine), 디포마잔(diformazan)계 염료, 스쿠아라인(squarain)계 염료, 옥사진(oxazine), 포르마잔(formazan)계 염료, 유색 금속 및 전이금속착물, 금속염, 산 안트라퀴논(acid anthraquinone)계 염료, 암포테릭 안트라퀴논(amphoteric anthraquinone)계 염료, 디페닐메탄(diphenylmethane)계 염료, 폴리메틴(polymethine)계 염료, 티아진(thiazine), 프탈로시아닌(phthalocyanine) 및 테트라졸륨(tetrazolium)계 염료 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 두 전극(140, 150) 사이의 비극성 용매(171)의 분포는 연속적이며, 상기 염료(175)를 용해시킬 수 있는 극성 용매(173)는 상기 비극성 용매(171) 내에서 비극성 용매(171)와 함께 에멀전(170)을 형성한다.
도 3은 도 2에 도시된 전기영동표시장치(100) 전면의 화상이 표시되는 영역을 나타낸 것으로, 상기 비극성 용매(171) 내에서 상기 극성 용매(173)의 분포가 연속적으로 나타나는 것을 나타낸 것이다. 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 색을 띠는 극성 용매(173, 175)의 분포가 상기 비극성 용매(171)내에서 상대적으로 균질하게 분산되어 전면적으로 분포하게 되면 상기 상기 전기영동표시장치(100)는 상기 염료(175)와, 상기 극성 용매(173) 및 상기 비극성 용매(171)의 조합된 색을 취하게 된다.
상기 염료(175)를 포함한 상기 극성 용매(173) 및 상기 계면활성제는 상기 비극성 용매(171)의 연속상 내에서 역미셀(reverse micelle)을 형성한다. 역미셀은 상기 비극성 용매(171)의 연속상 내에 상기 극성 용매(173)가 상기 계면활성제로 둘러싸인 형태를 만들며 형성된다. 상기 계면활성제는 상기 색을 띤 극성 용매(173, 175)가 상기 비극성 용매(171) 내에 전체적으로 용이하게 분산되게 하므로, 상기 에멀전(170)은 전체적으로 불투명하게 보인다. 만약 상기 염료(175)가 포함되지 않을 경우에는 상기 극성 용매(173) 자체와 비극성 용매(171)의 혼합색을 띠게 된다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 극성 용매(173)와 상기 염료(175) 및 상기 계면활성제의 조합은 전체적으로 양이나 음의 전하를 갖도록 하전된 것을 특징으로 한다. 상기 각 극성 용매(173), 염료(175), 계면활성제가 각각 하전될 수도 있으나 어느 한 요소가 하전되어 전체적으로 하전된 분산상을 이룰 수 있다. 상기 극성 용매(173)와 상기 염료(175) 및 상기 계면활성제의 조합은 전체적으로 양이나 음의 전하를 갖도록 하전됨으로써 전계가 형성되면 전계의 방향에 따라 이동할 수 있게 된다.
예를 들어, 상기 극성 용매(173)와 상기 염료(175) 및 상기 계면활성제의 조합이 전체적으로 양으로 하전된 경우를 보면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기영동표시장치의 제1 전극과 제2 전극에 전압이 인가된 경우를 나타낸 단면도이다. 도시된 바와 같이, 예를 들어, 제1 전극(140)을 캐소드(cathode)로, 제2 전극(150)을 애노드(anode)로 하여 제1 전극(140)과 제2 전극(150)에 전압이 인가되면 두 전극(140, 150) 사이에 전계가 형성된다.
상기 조합은 전체적으로 양의 전하를 띠므로, 전기적 인력에 의해 캐소드인 제1 전극(140) 방향으로 이동하게 되며 제1 전극(140)에 다다른 상기 극성 용매들은 서로 뭉치게 되어 더 큰 사이즈의 액적(177)을 형성하게 된다. 이때 액적(177)의 모양은 제1 전(140)극의 모양에 달라질 수 있으나 제1 전극(140)이 선형으로 형성된 경우 바늘형으로 형성될 수 있다.
상기한 예와 반대로, 상기 조합이 음의 전하를 띠게 되면 전기적 인력에 의해 상기 조합이 애노드인 제2 전극(150) 방향으로 지속적으로 이동하게 되며 제2 전극(150) 쪽에서 액적을 형성하게 된다. 또한, 상기 두 전극에 상기 경우와 반대 로 하전되도록, 즉 제1 전극(140)이 애노드, 제2 전극(150)이 캐소드로 전압이 인가될 수 있으며, 이 경우 또한 액적은 제1 전극(140)이나 제2 전극(150) 중 반대로 하전된 전극에 모인다.
이때, 상기 분산된 극성 용매가 전압이 인가된 상태에서 더 큰 사이즈의 극성 용매 액적(177)으로 뭉치게 되면, 상기 액적(177)과 액적(177) 사이에 연속상인 비극성 용매(171)만으로 이루어진, 액적(177)이 형성되지 않은 틈이 나타난다. 즉, 뭉쳐진 액적(177)을 통과하지 않고 곧바로 두 기판(110, 130)을 통과하는 영역(visible gap)이 나타난다.
도 5는 도 4에 도시된 전압이 인가된 전기영동표시장치(100) 전면의 화상이 표시되는 영역을 나타낸 것으로, 제1 전극(140)이 선형으로 형성되었을 때의 상기 비극성 용매(171) 내에서의 상기 극성 용매 액적(177)의 분포를 보여준다. 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 극성 용매의 더 큰 액적(177)들 사이의 영역은 상기 전기영동표시장치(100)가 전체적으로 상기 비극성 용매(171)의 색을 나타내게 한다.
그러나, 본 실시예에서와 같이 상기 액적(177)이 모이게 되는 제1 전극(140)이 평면으로 형성되는 경우, 상기 더 큰 사이즈의 액적(177)은 분극 지점이 정의되지 않아 액적의 직경이 5㎛에 이르는 큰 크기로 뭉치게 된다. 도 6은 상기 제1 전극(140)이 평면으로 형성되었을 경우의 액적의 모양을 나타낸 사진으로, 액적의 직경이 약 5㎛에 해당한다.
도 7a 내지 도 7d는 제1 전극이 전도체인 물질을 이용하여 평면 형태로 형성되었을 경우, 제1 전극(140) 상에 액적(177)이 더 크게 모이는 과정을 도시한 단면도이다. 설명의 편의상 분산된 상기 극성 용매(173)는 점 하나로 나타내었으며, 상기 각 극성 용매의 점이 모여 분산되어 있을 때보다 더 큰 액적(177)을 형성하는 것을 표시하였다. 상기 도면에서는 설명의 편의상 액적(177)을 점이 모인 형태로 나타내었으나 실질적으로는 분산되었던 극성 용매(173)가 모여 더 큰 액적(177)을 형성한 것임에 유의해야 할 것이다.
도시한 바와 같이, 제1 기판(110) 상에 형성된 평면 제1 전극(140)에 전압이 인가되면, 상기 제1 전극 전체가 전도체이므로 표면 전체가 동일한 전위(점선으로 표시)를 갖게 된다(도 7a). 표면 전체에 동일하게 형성된 상기 편평한 전계에 의해 상기 극성 용매(173)가 임의의 장소에 부착된다 (도 7b).
임의의 장소에 부착된 상기 극성 용매(173)는 분극되며, 전극의 일부가 된다. 따라서, 표면을 따라 전위가 형성되어 전극의 표면으로 작용하게 되며, 임의의 장소에 부착된 상기 극성 용매의 주변의 전계가 불균일해진다. 이에 따라, 분극된 극성 용매 주변의 전위가 높아지기 때문에, 그 다음으로 모이게 되는 극성 용매(173)는 이미 부착된 극성 용매(173)의 표면에 부착되어 액적(177)이 된다(도 7c).
이후, 상기 모인 극성 용매는 다시 분극되어 전극의 표면으로 작용한다.
상기한 바와 같이 지속적으로 상기 극성 용매(173)가 모이게 되면, 상기 극성 용매(173)가 형성하는 액적(177)은 점점 측면과 상부로 성장하게 되며, 형성된 액적(177)의 발생 위치가 임의의 위치이므로 가까운 부근의 액적(177)을 지속적으로 병합하여 점점 큰 크기의 액적(177)을 형성한다 (도 7d).
상기한 바와 같은 전기영동표시장치는 액적(177)의 크기가 작게 형성될수록 광의 투과경로가 짧아 투명도가 높아진다는 점을 감안하면, 상기 액적(177)이 소정 크기 이상으로 커지게 되면, 광의 투명도가 매우 낮아지게 된다. 실제로, 상기한 과정을 거쳐 형성된 액적(177)은 직경이 5㎛에 이르게 되는데, 이 경우 투명도가 50% 이하로 낮아진다.
따라서, 본 발명은 상기 액적의 직경이 5㎛ 미만의 액적(177)을 형성하도록 하여 투명도를 높인 전기영동표시장치(100)를 제공한다.
5㎛ 크기의 액적보다 더 작은 액적(177)을 형성하기 위해, 본 발명의 실시예에서는 상기한 제1 전극(140)이 전계의 분포를 변하게 하는 복수의 나노 입자(160)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
물론 인가되는 전압의 극성에 따라, 상기 극성 용매나 상기 염료 등의 조합의 전하의 종류에 따라 어느 전극을 복수의 나노 입자로 형성할 것인지는 바뀔 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 나노 입자(160)는 나노와이어(nanowire), 나노막대(nanorod), 나노리본(nanoribbon), 탄소나노튜브(carbon nano tube) 등과 같은 직경이 100nm 이하의 일차원 구조의 나노 물질을 포함한다. 물질의 크기가 마이크로미터로 작아져도 벌크물질의 물리적 특성들은 대부분 그대로 유지되는 것과 달리, 나노미터 스케일이 되면 새로운 물리적 특성들이 발현된다. 특히, 나노 입자와 같은 크기가 작은 물질에서는 양자구속효과(quantum confinement effect)가 나타나는데, 양자구속효과의 가장 두드러진 점은 물체의 크기가 작아지면 띠 간격(band gap)이 커지는 현상이다. 상기 물체의 크기에 따라 띠 간격이 변하는 이러한 현상을 이용하면 나노 입자의 크기를 조절함으로써 반도체나 전도체로서 다양하게 이용할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 상기 나노 입자의 크기를 조절하여 전도체로서 이용한 것이다. 본 발명에서는 상기 제1 전극(140)이 전도체인 상기 나노 입자로 형성됨으로써 전극으로서 기능하게 된다. 결국 상기 나노 입자로 이루어진 제1 전극(140)에 전압이 인가됨에 따라 상기 제1 전극(140)을 이루는 각각의 나노 입자(160)에도 전압이 인가되게 된다. 이때, 상기 나노 입자(160)의 특성상 전압이 인가된 상기 제1 전극(140)의 전하는 모두 상기 나노 입자(160)의 표면에 존재하게 된다. 이에 따라 전계는 상기 나노 입자(160)의 배열 형태에 따라 상기 나노 입자(160)의 표면 상에 형성된다. 이에 비해, 상기 제1 전극이 종래의 일반적인 금속 산화물의 편평한 투명 전극일 경우에는 상기 편평한 전극 자체의 표면 상에 전계가 평행하게 형성됨을 유의할 필요가 있다.상기 제1 전극(140)은 상기 나노 입자(160)과 함께 상기 나노 입자를 지지하는 지지체(161)로 이루어질 수 있다. 상기 지지체(161)는 수지(resin)과 같은 물질의 충진제를 이용할 수 있으며 상기 나노 입자(140)를 지지하는 역할을 한다.
상기 나노 입자(160)을 포함하여 구성된 전극(140)은 무작위의 방향으로 그물망을 이루면서 제1 전극을 이루게 되며, 상기 나노 입자(160)와 나노 입자 사이(160)가 5㎛ 미만으로 형성된다. 또한 상기 나노 입자(160)는 무작위 방향으로 연장되어 교차하거나 결합되어 있다. 이에 따라, 상기 나노 입자(160)의 개개의 위 치에서는 국부적으로 불균일한 전계를 형성하나 제1 전극(140) 면 전체에서는 상대적으로 균일한 전계를 형성한다. 도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 일 실시예에 따라 나노 입자를 포함하여 형성된 제1 전극(140) 상에 나노 입자(160)가 구비된 경우 액적(177)이 모이는 과정을 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 일 실시예에 따르면 제1 기판(110) 상의 제1 전극(140)이 형성되어 있으며, 상기 제1 전극은 복수의 나노 입자(160)를 포함한다. 상기 나노 입자(160)는 전압이 인가되면 제1 전극(140)의 표면에 제1 전극(140)면에 평행하지 않는 불균일한 전위면(점선으로 표시)을 갖는 전계로 변화시킨다 (도 8a).
따라서, 상기 제1 전극(140)과 제2 전극(150)에 전계가 형성되면 분산된 극성 용매(173)가 반대 하전을 가지는 제1 전극(140) 쪽, 특히 나노 입자(160) 표면에 모이게 된다 (도 8b).
다음으로 극성 용매(173)가 분극되어 부착될 때에는 이미 나노 입자(160) 표면에 놓인 액적(177) 상에 다시 극성 용매가 정렬하게 된다 (도 8c).
이러한 과정이 반복되게 되면 상기 나노 입자(160) 상에 액적(177)이 형성되면서 상부로 성장하게 된다 (도 8d).
이 결과, 형성되는 액적(177)은 상기 나노 입자(160)가 형성하는 전계의 굴곡에 따라 작게 형성된다. 특히, 상기 나노 입자(160)와 나노 입자(160) 사이의 거리가 5㎛ 미만이므로 상기 액적(177)이 5㎛ 미만의 간격을 두고 상기 나노 입자(160) 상에 작게 형성된다.
여기서, 상기 나노 입자(160)와 나노 입자(160) 사이의 거리는 약 200nm 이하 인 것이 바람직하다. 이는 가시광선의 파장이 380~770nm 가량임을 감안한 것으로, 상기 나노 입자(160) 사이의 거리가 가시광선의 파장의 절반보다 짧게 되면, 액적(177) 또한 나노 입자(160)의 배열에 따라 200nm 이하로 형성되기 때문에, 결국 육안으로 보이지 않게 되며 투과도가 상승한다.
또한, 본 실시예에서는 상기 나노 입자(160)의 직경이 크면 상기 나노 입자(160) 상에 모이는 상기 액적(177)의 직경 또한 커지므로 상기 나노 입자(160)의 직경은 100nm 이하인 것이 바람직하다. 상기 나노 입자(160)의 형태로 만들 수 있을 정도의 크기라면 더 작아도 무방하며, 필요에 따라 약 1nm의 크기로도 만들 수 있다.
결국, 본 실시예에서는 상기 액적(177)의 크기가 상기 나노 입자(160)가 형성되지 않았을 때보다 상대적으로 작기 때문에 투명도가 증가하게 되며 결국 전기영동표시장치의 콘트라스트가 증가하게 된다.
도 9a와 도 9b는 본 발명의 실시예로서 각각 나노와이어와 탄소나노튜브를 나타낸 SEM(scanning electron microscopy) 사진으로 두 나노 입자 모두 그물망 형태로 제조될 수 있음을 보여주고 있다. 상기 나노와이어 또는 탄소나노튜브는 무작위의 방향으로 연장되어 서로 교차하거나 결합되어 있으며 이에 따라 미시적으로는 불균일한 전계를 형성하나 전극 전체 즉, 거시적으로는 균일한 전계를 형성한다. 이에 따라 미세한 액적을 형성하되, 소정 크기 이상으로 커지지 않게 하는 역할을 함으로써 투명도를 증기시킨다.
상기 나노와이어 또는 탄소나노튜브를 비롯한 나노 입자는 예를 들어 졸(sol) 방법, 미셀(micelle) 방법, 졸-겔(sol-gel) 방법, 화학적 합성, 수열합성법(hydrothermal synthesis), 열분해(pyrolysis) 방법, 화학적 기상증착(chemical vapour deposition), 물리적 기상 증착(physical vapour deposition) 등의 방법으로 제조할 수 있으며, 상기 나노와이어 또는 탄소나노튜브를 비롯한 나노 입자는 적절한 용매에 분산시켜 액상으로 기판 상에 코팅하거나 기판 상에 직접적으로 형성할 수 있다. 그러나, 특별히 그 방법이 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 분산상으로 형성된 나노 입자를 기판 상에 스핀 코팅이나 잉크젯 방법으로 도포한다. 이때, 나노 입자의 농도를 조절함으로써 나노 입자와 나노 입자 사이의 간격을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예와 같은 전기영동표시 가요성(flexible) 표시장치로서 이용할 수 있다. 즉, 제1 기판과 제2 기판 중 적어도 하나를 플라스틱과 같은 가요성 기판으로 형성함으로써 표시장치 자체의 연성도를 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 다양한 범위에서 사용가능하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에서는 전극의 전계를 변동시키기 위해 나노 입자를 형성한 것을 특징으로 하나, 나노 입자 대신 실질적으로 전계를 변동시키기 위한 돌기 등을 형성할 수도 있을 것이다. 즉, 제1 전극이나 제2 전극 중 에멀전의 극성 용매가 모이는 쪽의 전극 상에 도전체를 이용하여 나노 입자와 유사한 직경, 예를 들어 100nm 이하로, 나노 입자와 유사한 거리, 예를 들어 5㎛ 미만으로 형성할 수 있다. 이 경우 또한 상기 돌기가 전극의 일부가 되므로 나노 입자와 유사하게 전계를 형성하게 되어 동일한 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전기영동표시장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기영동표시장치에서 박막트랜지스터를 생략하여 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 전기영동표시장치의 전면을 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전기영동표시장치의 제1 전극과 제2 전극에 전압이 인가된 경우를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 전압이 인가된 전기영동표시장치를 나타낸 전면을 나타낸 것이다.
도 6은 상기 제1 전극이 평면으로 형성되었을 경우의 액적의 모양을 나타낸 사진이다.
도 7a 내지 도 7d는 평면 형태로 형성된 전극 상에 액적이 더 크게 모이는 과정을 도시한 단면도이다.
도 8a 내지 도 8d는 평면 형태로 형성된 전극 상에 나노 입자가 구비된 경우 액적이 모이는 과정을 도시한 단면도이다.
도 9a와 도 9b는 본 발명의 실시예로서 각각 나노와이어와 탄소나노튜브를 나타낸 SEM 사진이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
110 : 제1 기판 130 : 제2 기판
140 : 제1 전극 150 : 제2 전극
160 : 나노 입자 170 : 에멀전
171 : 비극성 용매 173 : 극성 용매
175 : 염료 177 : 액적

Claims (19)

  1. 복수의 나노 입자 및 상기 복수의 나노 입자를 지지하는 지지체를 포함하는 제1 전극;
    상기 제1 전극에 대향하며 상기 제1 전극과 함께 전계를 형성하는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치한 에멀전을 포함하고,
    상기 에멀전은,
    상기 에멀전의 연속상을 형성하는 비극성 용매; 및
    상기 에멀전의 비극성 용매에 분산되며 상기 전계에 의해 제어되는 액적을 형성하는 극성 용매를 포함하는 전기영동표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 극성 용매는 상기 비극성 용매에 용해되지 않는 염료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 염료는 모나조(monazo)계 염료, 디아조(diazo)계 염료, 트리페닐메탄(triphenylmethane)계 염료, 피라졸론(pyrazolone)계 염료, 아크리딘(acridine), 포르피린(porphyrine), 디포마잔(diformazan)계 염료, 스쿠아라인(squarain)계 염료, 옥사진(oxazine), 포르마잔(formazan)계 염료, 유색 금속 및 전이금속착물, 금 속염, 산 안트라퀴논(acid anthraquinone)계 염료, 암포테릭 안트라퀴논(amphoteric anthraquinone)계 염료, 디페닐메탄(diphenylmethane)계 염료, 폴리메틴(polymethine)계 염료, 티아진(thiazine), 프탈로시아닌(phthalocyanine) 및 테트라졸륨(tetrazolium)계 염료로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 극성 용매는 하전된 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 극성 용매에 하전된 전하와 반대로 하전된 전극인 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 나노 입자는 나노와이어, 카본나노튜브, 나노로드, 나노리본 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 나노와이어의 직경은 100nm 이하인 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 각 나노 입자 사이의 거리는 5㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 각 나노 입자 사이의 거리는 200nm 이하인 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 에멀전은 계면활성제를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 계면활성제와 상기 극성 용매는 상기 비극성 용매 내에서 역미셀(reverse micell)을 형성하는 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 비극성 용매는 C1 -30 알칸(alkane), C2 -30 알켄(alkene), C3 -30 알 킨(alkyne), C3 -30 알데히드(aldehyde), C3 -30 케톤(ketone), C2 -30 에테르(ether), C2 -30 에스터(ester), C3 -30 티오에스터(thioester), 테르펜(terpene), C2 -30 유기실란(organosilane), 및 C2 -30 유기실록산(organosiloxane)으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 극성 용매는 알콜(alcohol), 아민(amine), 아미드(amide), 케톤(ketone), 카르복실산(carboxylic acid), 카르복실산(carboxylic acid)염, 글리콜(glycol), 폴리에테르(polyether), 설파이드(sulfide), 설폰산(sulfonicacid), 설폰산(sulfonicacid)염, 설페이트(sulfate), 포스파이드(phosphide), 포스파이트(phosphite), 포스포나이트(phosphonite), 포스피나이트(phosphinite), 포스페이트(phosphate), 포스포네이트(phosphonate), 포스피네이트(phosphinate), 이미드(imide), 니트릴(nitrile), 이소니트릴(isonitrile), 아미딘(amidine), 니트로 화합물(nitro compound), 니트로소 화합물(nitroso compound), 설폭사이드(sulfoxide), 설포네이트(sulfonate), 티올(thiol) 및 물(water)로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 극성 용매는 DMSO(Dimethyl Sulphoxide), DMF(Dimethyl Formamide), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 니트로메탄(nitromethane), 아세토니트릴(acetonitrile), 메톡시에탄올(methoxyethanol), 메틸 셀로솔브(methyl Cellosolve) 및 모노에틸 에테르(monoethyl ether)로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어서,
    상기 지지체는 수지로 이루어진 충진제를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 외측에 각각 접촉하여 형성된 제1 기판과 제2 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 기판에 상기 제1 전극과 연결되어 상기 제1 전극에 전압을 인가하기 위한 박막트랜지스터를 더 포함하는 하는 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 중 적어도 하나는 가요성 기판인 것을 특징으로 하는 전기영동표시장치.
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