KR101901244B1

KR101901244B1 - 컬러 전기영동 표시소자 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101901244B1
Application number: KR1020110125895A
Authority: KR
Inventors: 엄성용; 김진욱; 김영주; 이화열; 김준환
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2018-11-09
Also published as: KR20130059759A

Abstract

본 발명은 반사율 및 색재현율을 향상시킬 수 있는 컬러 전기영동 표시소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 컬러 전기영동 표시소자는 백색 화소와 복수의 컬러 화소를 포함하고, 백색 화소에는 백색 전기영동 입자 및 흑색 전기영동 입자를 포함하는 백색 화소의 잉크가 제공되고, 각 컬러 화소에는 해당 컬러 전기영동 입자 및 흑색 전기영동 입자를 포함하는 해당 컬러 화소의 잉크가 제공되며, 해당 컬러 전기영동 입자는 백색 입자로 이루어진 코어 부분과, 그 백색 입자를 둘러싸는 고분자 수지로 이루어지고 해당 착색제와 전하 조절제를 포함하는 쉘 부분으로 구성되고, 해당 착색제는 청구항 1의 일반식 1로 표현되는 구조 단위를 함유하는 고분자 염료 동종 중합체를 포함한다.

Description

컬러 전기영동 표시소자 및 그 제조 방법{COLOR ELECTROPHORETIC DISPLAY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 반사율 및 색재현율을 향상시킬 수 있는 컬러 전기영동 표시소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

전기영동 표시소자(EPD: ElectroPhoretic Display)는 전기장이 인가되는 한쌍의 전극 사이에서 절연성의 유체에 포함된 콜로이드 입자가 어느 한쪽의 극성으로 이동하는 현상을 이용한 화상 표시소자이다. 전기영동 표시소자는 마주하는 한쌍의 전극에 전압을 인가하여 표시면으로 백색 잉크 입자가 모이면 백색을, 흑색 잉크 입자가 모이면 흑색을 표시한다. 전기영동 표시소자는 액정 표시소자와 다르게 백라이트 광원을 사용하지 않으며, 넓은 시야각과 높은 반사율 및 소비 전력이 낮은 특징을 갖고 있다. 그러나, 백라이트 광원을 사용하지 않기 때문에 어두운 곳에서는 화소의 명암비가 떨어져 표시소자의 기능을 할 수 없는 단점을 가지고 있다.

또한, 전기영동 표시소자는 인가된 전기장을 제거하여도 전기장을 제거하기 이전의 색상을 유지하는 쌍안정성(Bistability)를 갖고 있어서 소비전력이 낮은 장점이 있다. 그러나, 전기영동 입자의 설계 및 표시소자의 구조에 따라 쌍안정성이 떨어지는 경우가 발생하는데, 이는 장시간에 걸쳐 대전된 입자들의 응집에 따른 것으로 이를 방지하기 위해 다양한 방법이 제시되고 있다.

미국특허 US 6,017,584, US 7,012,735호에서는 흑과 백으로 대전된 2색의 전기영동 입자와 절연성의 유체를 캡슐속에 담지하여 전기영동 현상을 이용하는 표시소자를 제안하고 있으나, 다색을 구현하기 어려운 흑, 백 단색의 명암만을 구현이 가능하며, 컬러를 구현하고자 하는 경우 액정 표시소자와 같이 컬러 필터를 상부에 적용해야 하므로 반사율이 낮으며, 캡슐 크기를 제어하기 어려워 입자의 구동 속도 및 화소의 명암비 제어가 어려운 단점이 있다.

이를 해결하고자 일본공개특허 제2006-259771호, 제2002-0075556호에서는 마이크로컵이라 불리는 패턴 내부에 전기영동 입자를 주입하는 방법을 제안하였으나, 구동되는 전기영동 입자가 착색된 것이 아니라 분산 유체가 색상을 구현하는 것이므로 색재현율이 낮으며, 명암비가 부족한 단점이 있다. 일본특허 제 4522101호에는 명암비를 증대를 위하여 흑색 전기영동 입자의 구동을 통해 화소를 제어하는 방법을 제안하고 있으나, 컬러를 구현하기 위하여 TFT 상부에 적색, 녹색, 청색의 컬러 반사판을 장착하고, 흑색 전기영동 입자가 상부와 측면으로 이동하여 차, 개폐를 통한 화소를 구현하므로, 색재현율과 반사율이 떨어지는 단점이 있다.

대한민국 공개특허 제2005-0055557호에는 다색 컬러 전기영동 입자 제조시 착색제로 안료를 마이크로 캡슐레이션하는 방법을 소개하고 있으나, 안료 입자의 결정성 및 입자 크기의 증가로 빛의 투과율을 저해하여 화소 구현시 반사율이 떨어지며, 입자 제조시 안료의 마이그레이션으로 인한 착색력 저하가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반사율 및 색재현율을 향상시킬 수 있는 컬러 전기영동 표시소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 컬러 전기영동 표시소자는 백색 화소와 컬러가 서로 다른 복수의 컬러 화소를 포함한다. 백색 화소에는 서로 다른 극성의 백색 전기영동 입자 및 흑색 전기영동 입자를 포함하는 백색 화소의 잉크가 제공된다. 복수의 컬러 화소 각각에는 서로 다른 극성의 해당 컬러 전기영동 입자 및 흑색 전기영동 입자를 포함하는 해당 컬러 화소의 잉크가 제공된다. 해당 컬러 전기영동 입자는 백색 입자로 이루어진 코어 부분과, 그 백색 입자를 둘러싸는 고분자 수지로 이루어지고 해당 착색제와 전하 조절제를 포함하는 쉘 부분으로 구성되고, 해당 착색제는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 기재된 일반식 1로 표현되는 구조 단위를 함유하는 고분자 염료 동종 중합체를 포함한다. 염료 고분자 동종 중합체의 분자량은 10,000~100,000이 바람직하다.

일 실시예에 따른 착색제는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 기재된 화학식 1의 적색 고분자 염료, 화학식 2의 녹색 고분자 염료, 또는 화학식 3의 청색 고분자 염료를 포함한다.

일 실시예에 따른 컬러 전기영동 표시소자의 제조방법은 고분자 염료 동종 중합체를 제조하는 단계와; 흑색 안료 분산액 및 백색 안료 분산액을 제조하는 단계와; 고분자 염료 동종 중합체를 포함하는 수지 용액과 전하 조절제와 백색 안료 분산액을 이용하여 해당 컬러 전기영동 입자를 제조한 후 용매에 해당 컬러 전기영동 입자가 분산된 해당 컬러 전기영동 입자 현탁액을 제조하는 단계를 포함한다. 또한, 제조방법은 백색 안료 분산액을 이용하여 백색 전기영동 입자를 제조한 후, 용매에 백색 전기영동 입자가 분산된 백색 전기영동 입자 현탁액을 제조하는 단계와; 흑색 안료 분산액을 이용하여 흑색 전기영동 입자를 제조한 후, 용매에 흑색 전기영동 입자가 분산된 흑색 전기영동 입자 현탁액을 제조하는 단계와; 해당 컬러 전기영동 입자 현탁액과 흑색 전기영동 입자 현탁액을 혼합하여 해당 컬러 화소의 잉크를 제조하는 단계와; 백색 전기영동 입자 현탁액과 흑색 전기영동 입자 현탁액을 혼합하여 백색 화소의 잉크를 제조하는 단계를 더 포함한다. 또한, 제조 방법은 복수의 제1 전극이 형성된 제1 기판 상에 매트릭스 구조의 격벽을 형성하여 백색 화소 및 복수의 컬러 화소 각각의 화소 공간을 형성하는 단계와; 백색 화소의 화소 공간에 백색 화소의 잉크를 제공하고, 복수의 컬러 화소 각각의 화소 공간에 해당 컬러 화소의 잉크를 제공하는 단계와; 각 화소 공간에 해당 잉크가 제공된 제1 기판 상에 복수의 제2 전극이 형성된 제2 기판을 합착하여 표시 패널을 제조하는 단계를 포함한다.

삭제

본 발명에서는 반사층을 형성하는 백색 안료 입자를 둘러싸는 고분자 수지가 착색제로 염료 고분자 동종 중합체를 포함함으로써 높은 착색력 및 균일한 크기를 갖는 컬러 전기영동 입자를 제조할 수 있다. 이에 따라, 색재현율 및 반사율이 높으며 쌍안정성이 우수한 컬러 전기영동 표시소자를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 컬러 전기영동 입자 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 전기영동 표시소자의 단면 구조를 나타낸 도면이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 컬러 전기영동 입자의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 컬러 전기영동 입자는 서브마이크론 크기를 갖는 코어/쉘(Core/Shell) 구조로, 반사 특성이 우수한 산화티탄을 포함하는 백색 입자(12)로 이루어진 코어 부분과, 백색 입자(12)를 캡슐 형태로 둘러싸는 고분자 수지층(14)으로 이루어진 쉘 부분으로 구성된다. 고분자 수지층(14)에는 컬러를 나타내는 착색제(16)와, 전하를 나타내는 전하 조절제 등이 포함된다.

착색제(16)는 색재현 범위를 확장하기 위하여 고분자 염료 동종 중합체를 포함하고, 고분자 염료 동종 중합체는 아래의 일반식 1로 표현되는 구조 단위를 포함한다.

<일반식 1>

상기 일반식 1에서, R1은 독립적으로 헤테로 원자를 갖는 치환기는 수소 또는 메틸기이며, n은 1~500,000이다. M은 산소, 메톡시, 에톡시, 포로폭시 등의 알콕시기, 카르복실기, 아마이드기, 아민기, 또는 술폰산기이다. A는 컬러를 나타내는 발색단으로 안트라퀴논, 디피롤로피롤, 이소인돌리돈, 아조피리돈, 아조피롤리돈, 디아조다이아릴라이드, 트리아릴메탄, 프탈로시아닌, 퀴노프탈론, 티오인디고이드, 티오잔센, 또는 잔센기를 나타낸다.

본 발명에 따른 고분자 염료는 상기 일반식 1으로 표현되는 동종 중합체를 포함함으로써 이종 중합체를 포함하는 경우보다 발색단(A)의 함유량이 증가하여 색재현 범위를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 컬러 전기영동 입자를 이용한 표시소자의 제조 방법은 다음 단계를 포함한다.

① 고분자 염료 동종 중합체 제조 단계.

② 흑색 입자 및 백색 입자의 분산에 의한 안료 분산액 제조 단계.

③ 고분자 염료 동종 중합체와 안료 분산액을 포함하는 전기영동 입자 형성 및 현탁액 제조 단계.

④ 전기영동 입자의 잉크 배합 단계.

⑤ 배합된 잉크를 패널에 주입하여 전기영동 표시소자를 제조하는 단계.

본 발명에 따른 고분자 염료 동종 중합체의 제조 단계는 다음과 같다.

안트라퀴논, 디피롤로피롤, 이소인돌리돈, 아조피리돈, 아조피롤리돈, 디아조다이아릴라이드, 트리아릴메탄, 프탈로시아닌, 퀴노프탈론, 티오인디고이드, 티오잔센, 잔센기 등의 발색단(A)을 가지고 있는 착색 물질에 고분자 중합이 가능한 불포화 탄화수소기를 도입하고, 이를 모노머로 사용하여, 동종 중합체를 형성하여 고분자 착색제를 제조한다. 상기 불포화 탄화 수소기를 도입은 파라톨루엔수폰산과 같은 산 또는 폴리스티렌술폰산과 같은 이온교환수지를 촉매로 사용하여 아크릴산, 메타아크릴산, 히드록시에틸메타아크릴레이트, 아크릴로일클로라이드 등의 불포화 탄화수소를 상기와 같은 발색단을 가지고 있는 착색 물질과 반응시켜 모노머를 제조한다. 상기 불포화탄화수소기 도입은 본 발명에서의 방법을 사용하지 않고 다른 방법으로 진행하여도 무방하다. 염료고분자 제조시 중합법은 라디칼 중합 방법이 이용된다. 중합법으로는 벌크, 유화, 용액, 현탁, 분산 중합 등의 다양한 방법이 가능하며, 별도의 라디칼 개시제가 사용된다. 상기의 염료 고분자 동종 중합체의 분자량은 500~1,000,000이며, 바람직하게는 10,000~100,000이다. 이 범위보다 낮을 경우 전기영동입자 내부에서 용출이 일어나 색이 소실될 수 있으며, 높을 경우에는 입자 형성이 용매에 대한 용해도가 떨어져 불균일한 착색층을 가지는 입자가 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 흑색의 카본블랙 및 백색의 산화티탄 분산에 의한 안료 분산액 제조 단계는 다음과 같다.

흑색, 백색의 안료는 결정성의 응집체로 별도의 분산 공정이 필요하다. 만약 분산 공정을 거치지 않으면 안료 입자의 크기가 수미크론에서 수십미크론 크기로 전기영동 입자가 불가능하므로 별도의 분산 공정을 거쳐 수십나노미터에서 수백나노미터 크기의 안료 분산액을 제조한다. 분산 공정은 비드를 사용하는 비드밀, 고압의 압력으로 응집체의 크기를 작게 하는 플루다이져 등이 사용되며, 어떤 분산 장비를 사용하여도 상관없다. 분산 공정에서는 안료의 응집을 방지하는 바인더 수지가 사용된다. 바인더 수지로는 폴리에스터, 아클릴 공중합체, 우레탄 공중합체, 폴리에터르 등의 수지가 사용되며, 안료 입자의 표면에 흡착을 좋게 하기 위해 카르복실기, 아미노기. 히드록시기 등의 관능성 그룹이 있는 수지를 사용하는 것이 분산에 유리하며, 유리 전이 온도가 50도 이상인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전기영동 입자 현탁액 제조 단계는 다음과 같다.

극성의 용매 내에 백색 안료 분산액과 염료 고분자 동종 중합체, 음으로 하전된 전하 조절제가 포함된 내상의 용액을 비극성의 용매에 떨어뜨려 캡술화 하는 방법으로 컬러 전기영동 입자가 제조된다. 제조된 전기영동 입자의 크기는 200~500나노미터 크기가 바람직하다. 이 범위보다 작을 경우 반사율의 저하가 발생되고, 이 범위보다 클 경우 구동시 응답속도가 떨어지며, 많은 에너지가 필요하게 된다.

또한, 흑색의 전기영동 입자는 흑색 안료 분산액과 양으로 하전된 전하 조절제를 포함하는 극성의 내상 용액을 비극성의 외상 용액에 떨어뜨려 제조된다. 흑색 전기영동 입자의 크기는 100~800나노미터 크기가 바람직하다. 이 범위보다 작을 경우 입자의 응집이 잘 일어나 명암비가 저하되며, 이 범위보다 클 경우 패널 구동시 응답속도가 저하된다.

이와 같이 제조된 컬러 및 흑색 전기영동 입자를 20 중량퍼센트 이상으로 농축하여 컬러 전기영동 입자 현탁액을 제조한다.

컬러 및 흑색 전기영동 입자 현탁액을 적절히 배합하여 패널에 주입함으로써 컬러 전기영동 표시소자를 형성하게 된다.

이하, 본 발명에 실시예에서는 대표적인 1종의 적색, 녹색, 청색의 염료 고분자 제조 방법과 전기영동 잉크 제조 방법 및 전기영동 표시소자의 방법을 설명하며, 이는 단지 예시에 불과한 것이므로 범위를 한정하거나 제한하지 않는다.

실시예 1: 적색 염료 고분자 중합체 제조

CI# Disperse Red 279 108.8그램(20밀리몰)을 메타아크릴산 430그램(5.0몰)과 파라톨루엔술폰산 1.72그램(1밀리몰)이 혼합액에 첨가하여 110도에서 12시간 동안 반응 및 교반한다. 상기 반응 용액을 온도가 3도 이하로 냉각된 수용액에 첨가한 후, 탄산나트륨으로 pH를 8.0으로 맞추어 중화시킨 후 용액상에 석출된 결정을 여과 및 건조한다. 이와 같이 얻어진 석출물 16그램을 디메틸2,2 아조비스-메틸프로피오네이트 5.5그램이 용해되어 있는 메틸에틸케톤 50그램에 첨가 용해시킨 후 온도가 70도로 유지되어 있는 메틸에틸케톤 150그램에 30분 동안 적하시켜 10시간 동안 중합을 진행하여 아래의 화학식 1과 같이 표현되는 적색의 염료 고분자를 얻는다. 이러한 적색 염료 고분자 용액을 160도의 온도에서 20분동안 고형분 측정결과는 8.7중량퍼센트였으며, GPC를 이용한 분자량(n) 측정 결과는 34,800이였다.

실시예 2: 녹색 염료 고분자 중합체 제조

디하이드로안트라퀴논 50.4 그램(21밀리몰)을 150밀리의 아세트니트릴과 15밀리의 트리에탄올아민에 첨가하여 교반한 후 p-톨루엔설포닐클로라이드 9.6그램(50밀리몰)을 천천히 첨가하여 상온에서 10시간 동안 환류를 진행하고, 증류를 하여 아세토니트릴을 제거 및 물로 세척 건조하여 고체화합물 47.5그램을 얻는다. 얻어진 고체 화합물을 디메틸설폭사이드 200그램에 용해시킨 후 4-아미노페닐에탄올 14.4그램(10.5밀리몰), p-톨루이딘 11.2그램(10.5밀리몰)을 첨가하고, 150도에서 2시간 동안 반응시킨 다음 10%의 염산수용액 10.0그램을 천천히 첨가하고, 메틸렌클로라이드에서 침전시켜 녹색의 고체 화합물을 얻는다.

이렇게 얻어진 녹색 고체 화합물 45.3그램 (10밀리몰)과 메타이크릴산 86그램(1몰)에 넣은 후 p-톨루엔술폰산 0.86그램을 혼합하고 105도에서 10시간 동안 반응시킨 후, 온도가 3도 이하로 냉각된 수용액에 첨가하고, 탄산나트륨으로 pH를 8.0으로 중화하여 녹색의 석출물을 여과 건조한다. 이렇게 얻어진 석출물 15.6그램을 디메틸2,2 아조비스-메틸프로피오네이트 2.7그램이 용해되어있는 메틸에틸케톤 50그램에 첨가 용해시킨 후 온도가 70도로 유지되어 있는 메틸에틸케톤 150그램에 30분동안 적하시켜 10시간동안 중합을 진행하여 아래의 화학식 2로 표현되는 녹색의 염료 고분자를 얻는다. 상기 녹색 염료 고분자 용액을 160도의 온도에서 20분동안 고형분 측정결과는 8.3중량퍼센트였고, GPC를 이용한 분자량(n) 측정 결과는 27,600이였다.

실시예 3: 청색의 염료 고분자 중합체 제조

CI# Disperse Blue 102 73.2그램(20밀리몰)을 메타아크릴산 430그램(5.0몰)과 파라톨루엔술폰산 1.72그램(1밀리몰)이 혼합액에 첨가하여 110도에서 12시간 동안 반응 및 교반한다. 상기 반응 용액을 온도가 3도 이하로 냉각된 수용액에 첨가한 후, 탄산나트륨으로 pH를 8.0으로 맞추어 중화시킨 다음 용액상에 석출된 결정을 여과 및 건조한다. 이렇게 얻어진 석출물 21.5그램을 디메틸2,2 아조비스-메틸프로피오네이트 6.6그램이 용해되어 있는 메틸에틸케톤 50그램에 첨가 용해시킨 후 온도가 70도로 유지되어 있는 메틸에틸케톤 170그램에 30분동안 적하시켜 10시간 동안 중합을 진행하여 아래의 화학식 3으로 표현되는 청색의 염료 고분자를 얻는다. 상기 청색 염료 고분자 용액을 160도의 온도에서 20분동안 고형분 측정결과는 9.4중량퍼센트였으며, GPC를 이용한 분자량(n) 측정 결과는 15,200이였다.

실시예 4: 백색 안료 분산액 제조

바인더 수지로 폴리에스테르 16.0그램을 메틸에틸케톤 260.0그램에 용해시킨 후 산화티탄 24.0그램을 혼합한 후 0.8mm의 지르코니아 비드가 60부피 퍼센트로 충진되어 있는 분산기로 1시간 동안 분산을 진행하여 평균 입도가 200나노미터인 백색 안료 분산액을 제조한다.

실시예 5: 흑색 안료 분산액 제조

바인더 수지로 폴리에스테르 16.0그램과 전하조절제로 4급 암모늄염 4.0그램을 메틸에틸케톤 260.0그램에 용해시킨 후 카본 블랙 4.0그램을 혼합한 후 0.8mm의 지르코니아 비드가 60부피 퍼센트로 충진되어 있는 분산기로 1시간 동안 분산을 진행하여 평균 입도가 150나노미터인 흑색 안료 분산액을 제조한다.

실시예 6: 적색 전기영동 입자 형성 및 현탁액 제조

상기 실시예 1에서 제조한 적색 수지 용액 10.2그램과, 전하 조절제로 아연살리실릭산 0.3그램과, 상기 실시예 4에서 제조된 백색 안료 분산액 150.0그램과, 메틸에틸케톤 1200그램을 혼합 및 교반한 후 이소파라핀계 용매 1800그램에 적하하여 적색의 전기영동 입자를 제조한다. 제조된 적색 전기영동 입자를 60도에서 메틸에틸케톤을 증류한 후 원심분리로 세정하고, 이소파라핀계 용매를 이용하여 농도가 36중량퍼센트인 적색 전기영동 입자 현탁액을 제조한다.

실시예 7: 녹색 전기영동 입자 형성 및 현탁액 제조

상기 실시예 2에 제조한 녹색 수지 용액 15.7그램을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 6의 조건과 동일하게 농도가 36중량퍼센트인 녹색 전기영동 입자 현탁액을 제조한다.

실시예 8: 청색 전기영동 입자 형성 및 현탁액 제조

상기 실시예 3에서 제조한 청색 수지 용액 5.6그램을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 6의 조건과 동일하게 농도가 36중량퍼센트인 청색 전기영동 입자 현탁액을 제조한다.

실시예 9: 백색 전기영동 입자 분산액 제조

상기 실시예 4에서 제조한 백색 안료 분산액150.0그램과, 전하 조절제로 아연살리실릭산 0.3그램과, 메틸에틸케톤 1200그램을 혼합 및 교반한 후 이소파라핀계 용매 1800그램에 적하하여 백색 전기영동 입자를 제조한다. 제조된 백색 전기영동 입자를 60도에서 메틸에틸케톤을 증류한 후 원심분리로 세정한 후 이소파라핀계 용매를 이용하여 농도가 36중량퍼센트인 백색 전기영동 입자 분산액을 제조한다.

실시예 10: 흑색 전기영동 입자 분산액 제조

상기 실시예 5에서 제조한 흑색 안료 분산액 150.0그램과, 메틸에틸케톤 1200그램을 혼합 및 교반한 후 이소파라핀계 용매 1800그램에 적하하여 흑색 전기영동 입자를 제조한다. 제조된 흑색 전기영동 입자를 60도에서 메틸에틸케톤을 증류한 후 원심분리로 세정한 후 이소파라핀계 용매를 이용하여 농도가 36중량퍼센트인 흑색 전기영동 입자 분산액을 제조한다.

실시예 11: 적색 잉크 제조

상기 실시예 6에서 제조한 적색 전기영동 입자 현탁액 42.8부피퍼센트, 상기 실시예 10에서 제조한 흑색 전기영동 입자 분산액 14.3부피퍼센트, 폴리이소부틸렌서시닉이미드 7.1부피퍼센트, 프로필렌글리콜 14.3부피퍼센트, 이소파라핀계 용매와 할로카본 용매 각 21.4부피퍼센트를 혼합 교반하여 적색의 잉크를 제조한다.

실시예 12: 녹색 잉크 제조

상기 실시예 7에서 제조한 녹색 전기영동 입자 현탁액 42.8부피퍼센트, 상기 실시예 10에서 제조한 흑색 전기영동 입자 분산액 14.3부피퍼센트, 폴리이소부틸렌서시닉이미드 7.1부피퍼센트, 프로필렌글리콜 14.3부피퍼센트, 이소파라핀계 용매와 할로카본 용매 각 21.4부피퍼센트를 혼합 교반하여 녹색의 잉크를 제조한다.

실시예 13: 청색의 잉크 제조

상기 실시예 8에서 제조한 청색 전기영동 입자 현탁액 42.8부피퍼센트, 상기 실시예 10에서 제조한 흑색 전기영동 입자 분산액 14.3부피퍼센트, 폴리이소부틸렌서시닉이미드 7.1부피퍼센트, 프로필렌글리콜 14.3부피퍼센트, 이소파라핀계 용매와 할로카본 용매 각 21.4부피퍼센트를 혼합 교반하여 황색 잉크를 제조한다.

실시예 14: 백색 잉크 제조

상기 실시예 9에서 제조한 백색 전기영동 입자 분산액 42.8부피퍼센트, 상기 실시예 10에서 제조한 흑색 전기영동 입자 분산액 14.3부피퍼센트, 폴리이소부틸렌서시닉이미드 7.1부피퍼센트, 프로필렌글리콜 14.3부피퍼센트, 이소파라핀계 용매와 할로카본 용매 각 21.4부피퍼센트를 혼합 교반하여 백색 잉크를 제조한다.

실시예 15: 잉크 주입을 통한 전기영동 표시소자 제조

도 2는 실시예 15에 따른 전기영동 표시소자를 나타낸 단면도이다.

도 2에 도시된 전기영동 표시소자는 제1 전극(7)이 형성된 하부 기판(1)과, 제2 전극(8)이 형성된 상부 기판(2)과, 상하부 기판(1, 2) 사이에 형성된 매트릭스 구조의 격벽(3)과, 상하부 기판(1, 2)과 격벽(3)에 의해 형성된 각 화소 공간에 백색, 적색, 녹색, 청색 잉크가 주입된 백색, 적색, 녹색, 청색 화소(W, R, G, B)를 구비한다.

하부 기판(1)으로는 주로 유리 기판이 이용되고, 상부 기판(2)으로는 PET(Polyethylene Terephthalate) 필름이 이용된다. 하부 기판(1) 상에 각 서브화소의 제1 전극(7)이 형성되고, 그 위에 네거티브 포토레지스트를 이용하여 매트릭스 구조의 격벽이 형성됨으로써 백색, 적색, 녹색, 청색 화소(W, R, G, B)의 공간이 마련된다. 각 화소 공간에 상기 실시예 11, 12, 13, 14에서 제조된 적색, 녹색, 청색 및 백색 잉크를 스크린 인쇄 방법을 이용하여 각각 주입한다. 백색 화소(W)에 백색 잉크를 인쇄한 후 용매를 건조하고, 그 다음 적색 화소(R)에 적색 잉크를 인쇄한 후 건조하고, 동일 인쇄 방법으로 녹색 화소(G) 및 청색 화소(B)에 녹색 잉크 및 청색 잉크를 순차적으로 인쇄한다. 이와 같이 4색 잉크를 백색, 적색, 녹색, 청색 화소(W, R, G, B)에 인쇄 완료한 후 이소파라핀계 용매를 재주입하여 각 화소(W, R, G, B)에서 건조된 백색, 적색, 녹색, 청색, 흑색 전기영동 입자(5W, 5R, 5G, 5B, 6)의 재분산을 진행한다. 그리고, 백색, 적색, 녹색, 청색 화소(W, R, G, B)가 형성된 하부 기판(1)과, 제2 전극(8)이 형성된 상부 기판(2)을 합착 및 실링하여 컬러 전기영동 표시소자를 제조한다.

전기영동 입자가 포함된 잉크의 인쇄 방법으로는 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄, 옵셋 인쇄, 플렉소 인쇄 방법 중 하나를 이용한다.

도 2를 참조하면, 전기장 인가시 백색, 적색, 녹색, 청색 전기영동 입자(5W, 5R, 5G, 5B)는 음극성(-)의 전하를 갖고, 흑색 전기영동 입자(6)는 양극성(+)의 전하를 갖는다. 음극성(-)을 갖는 백색, 적색, 녹색, 청색 전기영동 입자(5W, 5R, 5G, 5B)는 50~450나노미터 크기를 갖고, 양극성(+)을 갖는 흑색 전기영동 입자(6)는 500~1500나노미터 크기를 갖는다.

백색 화소(W)는 전기영동 매질의 용매(4)에 혼합된 백색 전기영동 입자(5W) 및 흑색 전기영동 입자(6)를 포함한다. 백색 화소(W)는 제1 및 제2 전극(7, 8)에 인가된 전압에 응답하여, 백색 전기영동 입자(5W)가 상부 기판(2) 쪽으로 이동하면 백색을, 흑색 전기영동 입자(6)가 상부 기판(2) 쪽으로 이동하면 흑색을 표시한다.

적색 화소(R)는 전기영동 매질의 용매(4)에 혼합된 적색 전기영동 입자(5R) 및 흑색 전기영동 입자(6)를 포함한다. 적색 화소(R)는 제1 및 제2 전극(7, 8)에 인가된 전압에 응답하여, 적색 전기영동 입자(5R)가 상부 기판(2) 쪽으로 이동하면 적색을, 흑색 전기영동 입자(6)가 상부 기판(2) 쪽으로 이동하면 흑색을 표시한다.

녹색 화소(G)는 전기영동 매질의 용매(4)에 혼합된 녹색 전기영동 입자(5G) 및 흑색 전기영동 입자(6)를 포함한다. 녹색 화소(G)는 제1 및 제2 전극(7, 8)에 인가된 전압에 응답하여, 녹색 전기영동 입자(5G)가 상부 기판(2) 쪽으로 이동하면 녹색을, 흑색 전기영동 입자(6)가 상부 기판(2) 쪽으로 이동하면 흑색을 표시한다.

청색 화소(B)는 전기영동 매질의 용매(4)에 혼합된 청색 전기영동 입자(5B) 및 흑색 전기영동 입자(6)를 포함한다. 청색 화소(B)는 제1 및 제2 전극(7, 8)에 인가된 전압에 응답하여, 청색 전기영동 입자(5B)가 상부 기판(2) 쪽으로 이동하면 청색을, 흑색 전기영동 입자(6)가 상부 기판(2) 쪽으로 이동하면 흑색을 표시한다.

영상 안정성 및 색특성 측정 결과

상기 실시예 11, 12, 13, 14에서 제조한 적색, 녹색, 청색 및 백색 잉크를 두께 30미크론의 격벽이 형성되고 ITO 전극이 코팅된 상하부 유리기판(2inch×2inch) 사이에 주입하고, 15V의 전압으로 350밀리초의 펄스를 사용하여 스위칭하고, 스위칭시 휴지기간은 2초로 하고, 10분 동안 연속하여 D65 광원으로 세팅되어 있는 분광 측색 장비(CS-200)을 사용하여 광반사율을 측정하여 영상 안정성 및 색특성을 측정한 결과는 다음 표 1과 같다. 표 1은 ΔL*와 반사율, 색좌표 측정 결과를 나타낸 것이다. ΔL*은 10분후의 L*10 값과, 초기 L*0 값과의 차이로 쌍안정성을 나타낸 것으로, 영상 안정성의 척도로 평가한다.

<표 1>

상기 표 1에서 ΔL* 값이 컬러 상태 및 블랙 상태에서 모두 2.5 이하로 쌍안정성이 우수하고, 명암비(C/R)도 단색 구현시 10:1 이상으로 우수함을 알 수 있다. 또한, 컬러 상태에서 반사율이 높아 색좌표(x, y)로 표현되는 색재현율 또한 우수함을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 반사층을 형성하는 백색 안료 입자를 둘러싸는 고분자 수지가 착색제로 염료 고분자 동종 중합체를 포함함으로써 높은 착색력 및 균일한 크기를 갖는 컬러 전기영동 입자를 제조할 수 있다. 이에 따라, 색재현율 및 반사율이 높으며 쌍안정성이 우수한 컬러 전기영동 표시소자를 제공할 수 있다.

1: 하부 기판 2: 상부 기판
3: 격벽 4: 전기영동 매질
5W: 백색 전기영동 입자 5R: 적색 전기영동 입자
5G: 녹색 전기영동 입자 5B: 청색 전기영동 입자
6: 흑색 전기영동 입자 7: 제1 전극
8: 제2 전극 12: 백색 입자
14: 고분자 수지 16: 착색제

Claims

백색 화소와 컬러가 서로 다른 복수의 컬러 화소를 포함하고,
상기 백색 화소에는 서로 다른 극성의 백색 전기영동 입자 및 흑색 전기영동 입자를 포함하는 백색 화소의 잉크가 제공되고,
상기 복수의 컬러 화소 각각에는 서로 다른 극성의 해당 컬러 전기영동 입자 및 상기 흑색 전기영동 입자를 포함하는 해당 컬러 화소의 잉크가 제공되고,
상기 해당 컬러 전기영동 입자는
백색 입자로 이루어진 코어 부분과, 그 백색 입자를 둘러싸는 고분자 수지로 이루어지고 해당 착색제와 전하 조절제를 포함하는 쉘 부분으로 구성되며,
상기 해당 착색제는 아래의 일반식 1로 표현되는 구조 단위를 함유하는 고분자 염료 동종 중합체를 포함하는 컬러 전기영동 표시소자.
<일반식 1>

상기 일반식 1에서 R1은 독립적으로 헤테로 원자를 갖는 치환기는 수소 또는 메틸기이며, n은 1~500,000이고, M은 산소, 메톡시, 에톡시, 포로폭시를 포함하는 알콕시기, 카르복실기, 아마이드기, 아민기, 또는 술폰산기이다. A는 컬러를 나타내는 발색단으로 안트라퀴논, 디피롤로피롤, 이소인돌리돈, 아조피리돈, 아조피롤리돈, 디아조다이아릴라이드, 트리아릴메탄, 프탈로시아닌, 퀴노프탈론, 티오인디고이드, 티오잔센, 또는 잔센기이다.
청구항 1에 있어서,
상기 고분자 염료 동종 중합체가 아래 화학식 1로 표현되는 적색 고분자 염료를 포함하고, 아래 화학식 1에서 n은 상기 일반식 1의 n과 동일한 컬러 전기영동 표시소자.
<화학식 1>
청구항 1에 있어서,
상기 고분자 염료 동종 중합체가 아래 화학식 2로 표현되는 녹색 고분자 염료를 포함하고, 아래 화학식 2에서 n은 상기 일반식 1의 n과 동일한 컬러 전기영동 표시소자.
<화학식 2>
청구항 1에 있어서,
상기 고분자 염료 동종 중합체가 아래 화학식 3으로 표현되는 청색 고분자 염료를 포함하고, 아래 화학식 3에서 n은 상기 일반식 1의 n과 동일한 컬러 전기영동 표시소자.
<화학식 3>
청구항 1에 있어서,
상기 고분자 염료 동종 중합체의 분자량은 10,000~100,000인 컬러 전기영동 표시소자.
청구항 1 내지 5 중 어느 한 청구항에 있어서,
복수의 제1 전극을 포함하는 제1 기판과,
복수의 제2 전극을 포함하는 제2 기판과,
상기 제1 및 제2 기판 사이에 위치하여 상기 백색 화소 및 복수의 컬러 화소들 각각의 해당 잉크가 제공된 화소공간을 마련하는 격벽을 더 포함하는 컬러 전기영동 표시소자.
청구항 6에 있어서,
상기 복수의 컬러 화소는 적색, 녹색, 청색 화소를 포함하고;
상기 적색 화소에는 적색 전기영동 입자 및 상기 흑색 전기영동 입자를 포함하는 잉크가 제공되고,
상기 녹색 화소에는 녹색 전기영동 입자 및 상기 흑색 전기영동 입자를 포함하는 잉크가 제공되고,
상기 청색 화소에는 청색 전기영동 입자 및 상기 흑색 전기영동 입자를 포함하는 잉크가 제공된 컬러 전기영동 표시소자.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 청구항에 기재된 컬러 전기영동 표시소자의 제조 방법에 있어서,
상기 고분자 염료 동종 중합체를 제조하는 단계와;
흑색 안료 분산액 및 백색 안료 분산액을 제조하는 단계와;
상기 고분자 염료 동종 중합체를 포함하는 수지 용액과 상기 전하 조절제와 상기 백색 안료 분산액을 이용하여 상기 해당 컬러 전기영동 입자를 제조한 후 용매에 상기 해당 컬러 전기영동 입자가 분산된 해당 컬러 전기영동 입자 현탁액을 제조하는 단계와;
상기 백색 안료 분산액을 이용하여 상기 백색 전기영동 입자를 제조한 후, 상기 용매에 상기 백색 전기영동 입자가 분산된 백색 전기영동 입자 현탁액을 제조하는 단계와;
상기 흑색 안료 분산액을 이용하여 상기 흑색 전기영동 입자를 제조한 후, 상기 용매에 상기 흑색 전기영동 입자가 분산된 흑색 전기영동 입자 현탁액을 제조하는 단계와;
상기 해당 컬러 전기영동 입자 현탁액과 상기 흑색 전기영동 입자 현탁액을 혼합하여 상기 해당 컬러 화소의 잉크를 제조하는 단계와;
상기 백색 전기영동 입자 현탁액과 상기 흑색 전기영동 입자 현탁액을 혼합하여 상기 백색 화소의 잉크를 제조하는 단계와;
복수의 제1 전극이 형성된 제1 기판 상에 매트릭스 구조의 격벽을 형성하여 상기 백색 화소 및 상기 복수의 컬러 화소 각각의 화소 공간을 형성하는 단계와;
상기 백색 화소의 화소 공간에 상기 백색 화소의 잉크를 제공하고, 상기 복수의 컬러 화소 각각의 화소 공간에 상기 해당 컬러 화소의 잉크를 제공하는 단계와;
상기 각 화소 공간에 해당 잉크가 제공된 제1 기판 상에 복수의 제2 전극이 형성된 제2 기판을 합착하여 표시 패널을 제조하는 단계를 포함하는 컬러 전기영동 표시 소자의 제조 방법.
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