KR101949254B1 - 전기영동 유체 및 이를 포함한 전자종이 패널 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파라핀계 오일 및 이소프로필 알콜을 포함하는 분산매; 및 상기 분산매에 분산된 대전입자들;을 포함하여 열안정성 및 분산성을 동시에 향상시킬 수 있는 전기영동 유체 및 이를 포함한 전자종이 패널에 관한 것이다.

Description

전기영동 유체 및 이를 포함한 전자종이 패널{Electrophoretic fluid and electronic paper panel having the same}
본 발명은 전자종이에 관한 것으로, 분산 안정성 및 고온에서의 내화학성을 동시에 향상시킬 수 있는 전기영동 유체 및 이를 포함한 전자종이 패널에 관한 것이다.
최근, 전자종이는 다른 표시장치에 비해 뛰어난 유연성과 휴대성을 가짐에 따라, 종이와 디스플레이 특성을 갖는 차세대 표시장치로 급진적으로 발전하고 있다.
이와 같은 전자종이는 전기영동방식 및 트위스트볼 방식을 포함할 수 있다. 여기서, 전기영동방식의 전자종이는 안정성 및 응답속도등에서 우수한 장점을 가진다.
전기영동 방식의 전자종이는 양극과 음극 사이에 개재된 전기영동유체를 포함한다. 여기서, 전기영동유체는 분산매와 분산매에 분산된 대전입자를 포함한다. 또한, 대전 입자는 서로 반대의 전하로 대전된 백색 입자와 흑색 입자를 포함할 수 있다. 이때, 양극과 음극 사이에 전계를 인가할 경우, 백색 입자와 흑색 입자는 각각 반대 전하를 띠는 전극으로 이동하게 되어, 사용자에게 영상을 표시한다.
여기서, 대전입자가 분산매에 안정적으로 분산시키기 위해, 대전입자의 표면에 폴리머를 구비하여, 대전입자의 비중을 줄이고자 하였다. 이는 대전입자와 분산매간의 큰 비중차로 인해, 분산매 내에서 대전입자가 침강될 수 있기 때문이다.
하지만, 고온환경에서 분산매가 대전입자의 폴리머를 용해 또는 팽윤시킴에 따라, 대전 입자의 변형 또는 대전 입자간의 응집을 발생할 수 있다. 특히, 대전 입자간의 응집 현상은 구동 성능 또는 영상 안정성을 저하시키는 요인이 되었다. 더욱이, 대전입자는 유기안료로도 형성될 수 있어, 대전입자에 대한 분산 안정성 및 고온에서의 내화학성을 동시에 갖는 분산매의 개발은 더욱 시급하다.
본 발명은 전자종이에서 발생할 수 있는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 구체적으로 분산 안정성 및 열안정성을 동시에 향상시킬 수 있는 전기영동 유체 및 이를 포함한 전자종이를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 해결 수단의 전기영동 유체를 제공한다. 본 발명에 따른 전기영동유체는 파라핀계 오일 및 이소프로필 알콜을 포함하는 분산매; 및 상기 분산매에 분산된 대전입자들;을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 또 하나의 해결 수단의 전자종이 패널을 제공한다. 본 발명에 따른 전자종이 패널은 제 1 전극을 포함한 어레이 기판; 및 상기 어레이 기판 상에 배치되며, 파라핀계 오일 및 이소프로필알콜을 포함하는 분산매 및 상기 분산매에 분산된 대전입자들을 포함하는 전기영동 유체를 포함하는 전기영동 부재;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기영동 유체는 파라핀계 오일 및 이소프로필 알코올을 포함함에 따라, 환경친화적이며, 열안정성과 분산 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전자종이는 상기의 전기영동 유체를 구비함에 따라, 고온환경에서의 구동 성능 및 영상 안정성의 저하를 방지하며, 구동시간을 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기영동 부재의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전자종이 패널에 구비된 어레이 기판의 일부 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전자종이 패널의 단면도이다.
본 발명의 실시예들은 전기영동 부재 및 전자종이 패널의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다.
따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기영동 부재의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전기영동 부재(100)는 제 1 및 제 2 기재층(110, 120), 제 1 및 제 2 기재층(110, 120) 사이에 개재된 전기영동유체(140)를 포함할 수 있다.
여기서, 제 1 및 제 2 기재층(110, 120) 중 어느 하나 또는 두 기재층은 필름 또는 기판일 수 있다. 필름은 플렉서블한 상태이며, 기판은 리지드한 상태일 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 기재층(110, 120) 은 서로 동일한 재질이거나 서로 다른 재질일 수 있다. 상기 재질은 폴리머 재질 또는 유리일 수 있다. 폴리머 재질의 예로서는 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴레에테르 술폰(PES) 및 폴리이미드 필름 중 어느 하나일 수 있다.
그러나, 본 발명의 실시예에서 제 1 및 제 2 기재층(110, 120) 의 재질을 한정하는 것은 아니다.
제 1 및 제 2 기재층(110, 120) 은 일정간격을 가지며 이격되며 서로 마주하도록 배치될 수 있다.
제 1 및 제 2 기재층(110, 120) 사이에 전기영동유체(140)를 영역별로 수용하기 위한 수용부를 갖는 격벽층(130)이 배치될 수 있다. 여기서, 상기 영역은 영상을 표시하기 위한 최소 단위인 화소영역일 수 있다. 이때, 격벽층(130)은 전기영동유체(140)를 화소영역별로 구획하여, 화소영역들간에 전기영동유체(140)의 이동을 방지하는 역할을 할 수 있다.
격벽층(130)은 감광성 수지로써, 폴리이미드계 수지로 형성될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서 이를 한정하는 것은 아니다. 여기서, 격벽층(130)은 제 1 기재층(110) 및 제 2 기재층(120) 중 어느 하나의 기재층상에 감광성 수지를 도포하여 감광성 수지막을 형성한 후, 상기 감광성 수지막에 마스크를 이용한 노광 공정 및 현상 공정을 수행하여 수용부를 형성하기 위한 격벽을 형성할 수 있다. 여기서, 수용부는 기재층을 노출하도록 형성될 수 있다. 격벽은 수지로 형성될 수 있다.
전기영동유체(140)는 분산매(142)와 상기 분산매(142)에 분산된 대전입자들(141)을 포함할 수 있다. 여기서, 대전입자(141)는 흑색입자(141b)와 백색입자(141a)를 포함할 수 있다. 여기서, 대전입자(141)는 무기안료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 흑색입자(141b)는 카본 블랙, 산화구리, 산화아연, 아닐린 블랙 및 활성탄 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 백색 입자(141a)는 황산 바륨, 산화 지르코늄, 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화철, 이산화티탄(TiO2) 및 삼산화 안티몬 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 흑색입자(141b)와 백색입자(141a)는 서로 상반된 전하로 대전될 수 있다. 예를 들어, 흑색입자(141b)는 음전하로 대전되어 있으며, 백색입자(141a)는 양전하로 대전될 수 있다.
이에 더하여, 대전입자(141)는 분산매(142)상에서 안정적으로 분산되거나 기재층과의 부착력을 제어하기 위해 무기안료의 표면에 화학적으로 결합된 폴리머를 포함할 수 있다. 여기서, 폴리머의 예로서는 아크릴우레탄 수지, 아크릴 실리콘 수지, 아크릴불소계 수지, 아크릴우레탄실리콘수지, 아크릴우레탄불소수지, 불소수지, 실리콘수지, 폴리에테르 수지 및 폴리우레탄수지 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 대전입자(141)는 무기안료로 형성된 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 유기안료, 예컨대 프탈로시아닌 블루 및 프탈로시아닌 그린등을 이용할 수도 있다.
분산매(142)는 투명한 액체로 이루어질 수 있다. 여기서, 분산매(142)는 종래의 분산매로 사용된 할로카본(Halocarbon)계 오일보다 우수한 열안정성을 갖는 용매를 선택할 수 있다. 이는 종래 분산매로 사용된 할로카본(Halocarbon)계 오일은 고온에서 내화학성, 즉 대전입자에 포함된 폴리머 또는 유기안료가 고온에서 용매에 의해 용해되거나 팽융시켜 구동 성능 및 영상 안정성을 저하시켰기 때문이다. 또한, 분산매(142)는 대전입자(141)를 안정적으로 분산시킬 수 있는 용매를 선택할 수 있다.
이때, 분산매(142)는 파라핀계 오일과 이소프로필 알콜을 포함할 수 있다. 여기서, 파라핀계 오일의 예로서는 아이소파지(Isopar G, 상품명) 및 아이솔지(ISOL G, 상품명)중 어느 하나를 선택할 수 있다. 파라핀계 오일과 이소프로필 알콜은 대전입자(141)에 포함된 폴리머 또는 유기 안료에 대한 내화학성을 가질 수 있다. 여기서, 파라핀계 오일을 단독으로 사용할 경우, 상온에서 파라핀계 오일의 점도로 인해 종래에 비해 전자종이의 구동 시간이 증대될 수 있다. 이는, 종래의 분산매는 할로카본(Halocarbon)계 오일을 이용하였는데, 상온에서 파라핀계 오일은 할로카본계 오일보다 큰 점도를 가지기 때문이다.
즉, 분산매는 파라핀계 오일과 이소프로필 알콜을 혼합하여 형성함에 따라, 열안정성 및 분산성을 향상시키며, 이와 더불어 전자종이의 구동 시간이 단축되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 이소프로필 알콜이 다른 알콜, 예컨대 메탄올 또는 에탄올으로 대체되었을 경우, 대전입자의 분산 안정성이 저하되는 문제점이 있었다. 즉, 분산매는 파라핀계 오일과 이소프로필 알콜을 혼합하여 형성함에 따라, 대전입자의 분산 안정성을 확보할 수 있었다.
또한, 파라핀계 오일과 이소프로필 알콜은 종래 할로 카본계 오일보다 열안정성 및 분산 안정성이 뛰어날 뿐만 아니라, 환경 친화적인 장점이 있다.
파라핀계 오일과 이소프로필 알콜의 혼합비는 95/5 내지 70/30일 수 있다. 즉, 이소프로필 알콜은 분산매(142)의 전체 중량, 즉 파라핀계 오일과 이소프로필 알콜의 전체 중량을 기준으로 5wt% 내지 30wt%로 혼합될 수 있다. 이때, 이소프로필 알콜이 5wt% 미만으로 혼합될 경우, 파라핀계 오일의 점도로 인해 구동 시간이 증가되며 분산 안정성이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 이소프로필 알콜이 30wt%를 초과할 경우, 분산 안정성이 저하될 뿐만 아니라 이소프로필 알콜이 휘발성 용매이므로 전기영동 유체의 취급성이 저하될 수 있다.
제 2 기재층(120)과 격벽층(130) 사이에 밀봉층(150)이 더 배치될 수 있다. 여기서, 밀봉층(150)은 수용부를 덮으며 격벽상에 밀착되어 있을 수 있다. 이에 따라, 밀봉층(150)은 수용부내에 수용된 전기영동유체(140)을 밀봉하여 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 밀봉층(150)은 열압착을 통해 격벽층(130)상에 부착될 수 있다. 여기서, 밀봉층(150)의 예로서는 실리콘계 수지 또는 에폭시계 수지등일 수 있으나, 본 발명의 실시예에서 이를 한정하는 것은 아니다.
또한, 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기재층(110, 120) 의 외곽을 따라 밀봉부재(160)가 구비되어, 제 1 및 제 2 기재층(110, 120) 간의 합착력을 증대시킬 수 있다.
이에 더하여, 도면에는 도시하지 않았으나, 전기영동 부재(100)는 제 1 기재층(110)의 내측면에 배치된 화소전극과 제 2 기재층(120)의 내측면에 배치된 공통전극을 포함할 수도 있다. 이때, 화소전극과 공통전극은 각각 외부 회로부와 연결되어, 전기영동 부재(100)는 영상을 표시할 수 있다.
전기영동 부재(100)는 제 2 기재층(120)의 내측면에 공통전극(도3의 170)이 더 구비될 수 있다. 여기서, 전기영동 부재(100)가 공통전극(170)을 구비할 경우, 제 1 기재층(110)은 이형층과 점착층(도 3의 110a)의 이중 구조로 이루어질 수 있다. 이때, 전기영동 부재(100)는 이형층을 분리한 후, 점착층(110a)을 어레이 기판상에 부착함에 따라, 전자종이 패널을 용이하게 형성할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 어레이 기판 상에 부착된 전기영동 부재를 포함한 전자종이 표시장치를 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전자종이 패널에 구비된 어레이 기판의 일부 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 I-I'선과 대응된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전자종이 표시장치의 단면도이다. 본 발명의 실시예에서, 앞서 설명한 제 1 실시예의 전기영동 부재를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제 1 실시예와 반복된 설명은 생략하기로 하며, 동일한 기술적 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전자종이 표시장치는 어레이 기판(200) 및 전기영동 부재(100)를 포함할 수 있다.
여기서, 어레이 기판(200)은 기판(210)상에 배치된 다수의 배선, 스위칭 소자 및 화소전극을 포함할 수 있다.
기판(210)은 플라스틱 필름, 플라스틱 기판, 금속기판 및 유리기판 중 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 본 발명의 실시예에서 이를 한정하는 것은 아니다.
다수의 배선은 서로 교차하여 배치된 게이트 배선(201)과 데이터 배선(202)을 포함할 수 있다. 게이트 배선(201)과 데이터 배선(202)은 게이트 절연막(220)에 의해 서로 절연될 수 있다. 여기서, 기판(210)은 게이트 배선(201)과 데이터 배선(202)의 교차에 의해 정의된 다수의 화소영역들을 포함할 수 있다.
스위칭 소자(Tr)는 각 화소영역에 배치될 수 있다. 스위칭 소자(Tr)는 게이트 배선(201)과 데이터 배선(202)과 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 스위칭 소자(Tr)는 게이트 배선(201)과 전기적으로 연결된 게이트 전극(203), 게이트 전극(203)을 포함한 기판(210)상에 배치된 게이트 절연막(220), 게이트 전극(203)과 대응된 게이트 절연막(220) 상에 배치된 반도체 패턴(204) 및 반도체 패턴(204) 상에 채널영역을 사이에 두고 반도체 패턴(204)상에 배치된 소스 및 드레인 전극(205, 206)을 포함할 수 있다. 여기서, 소스 전극(205)은 데이터 배선(202)과 전기적으로 연결되어 있을 수 있다.
스위칭 소자(Tr)를 포함한 기판(210) 상에 보호막(230)이 구비될 수 있다. 보호막(230)은 무기막 또는 유기막으로 이루어질 수 있다. 보호막(230)은 스위칭 소자(Tr)의 일부, 특히 드레인 전극(206)의 일부를 노출하는 콘택홀을 구비할 수 있다.
보호막(230)상에 콘택홀을 통해 드레인 전극(206)과 전기적으로 연결된 화소전극(240)이 배치될 수 있다. 여기서, 화소전극(240)은 각 화소영역상에 배치될 수 있다. 화소전극(240)은 ITO, IZO, 구리 및 알루미늄 중 어느 하나 또는 어느 하나를 포함한 합금으로 이루어질 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서 화소전극(240)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
여기서, 스위칭 소자(Tr)는 게이트 배선(201)을 통해 인가된 게이트 신호에 의해 턴-온 또는 턴-오프되어, 데이터 배선(202)을 통해 공급되는 데이터 전압을 화소전극(240)에 인가되는 스위칭한다.
화소전극(240)을 포함하는 기판(210)상에 전기영동 부재(100)가 배치된다. 여기서, 전기영동 부재(100)는 제 1 기재층의 점착층(110a), 점착층(110a) 상에 배치되며 각 화소영역을 정의하는 격벽층(130), 격벽층(130)에 의해 정의된 각 화소영역에 배치된 전기영동 유체(140), 전기영동 유체(140)를 포함한 격벽층(130) 상에 배치된 제 2 기재층(120)을 포함할 수 있다
여기서, 전기영동 부재(100)는 점착층(110a)과 이형층의 이층 구조로 이루어진 제 1 기재층을 포함할 수 있다. 전기영동 부재(100)를 어레이 기판(200)상에 부착하는 과정에서, 점착층(110a)을 포함한 전기영동 부재(100)로부터 제 1 기재층의 이형층을 분리한다. 이후, 이형층이 제거된 전기영동 부재(100)를 어레이 기판(200)상에 부착함으로써, 용이하게 전자종이 패널을 제조할 수 있다.
여기서, 점착층(110a)을 형성하는 재질의 예로서는 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 실리콘계 수지 및 페놀수지 중 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서 이를 한정하는 것은 아니다.
전기영동 유체(140)는 파라핀계 오일 및 이소프로필알콜을 포함하는 분산매(142) 및 분산매(142)에 분산된 대전입자(141)들을 포함할 수 있다. 여기서, 이소프로필 알콜은 상기 분산매(142)의 전체 중량을 기준으로 5wt% 내지 30wt%로 혼합될 수 있다.
이에 따라, 전기영동 유체(140)는 분산 안정성과 열안정성을 확보할 수 있다.
대전입자(141)는 서로 상반된 전하로 대전된 백색 입자(141a)와 흑색 입자(141b)를 포함할 수 있다.
제 2 기재층(120) 내측면에 공통전극(170)이 배치되어 있다. 공통전극(170)은 ITO 또는 IZO로 형성될 수 있다.
여기서, 화소전극(240)과 공통전극(170)에 각각 데이터 전압과 공통전압이 인가될 경우, 흑색 입자(141b)와 백색 입자(141a) 각각은 서로 반대되는 극성을 갖는 전극을 향해 이동하게 되어, 흑과 백을 표시할 수 있다.
제 2 기재층(120)과 격벽층(130) 사이에 밀봉층(150)이 더 배치될 수 있다. 밀봉층(150)은 수용부내에 수용된 전기영동 유체(140)를 밀봉하여 외부로 방출되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 어레이 기판(210)상에 전기영동 부재(100)를 부착하여 전자종이 표시장치를 제조하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 전자종이 표시장치는 어레이 기판 상에 포토리소그래피 공정을 통해 격벽층을 형성하고, 격벽층에 의해 정의된 각 화소영역에 전기영동 유체를 충진한 후, 격벽층 상에 공통전극을 포함한 기재층을 부착함으로써 제조될 수도 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서와 같이, 전자종이 패널은 열안정성 및 분산 안정성을 갖는 분산매를 포함한 전기영동 유체를 포함함에 따라, 고온 환경에서의 구동 성능 및 영상 안정성을 확보할 수 있으며, 구동 시간을 종래와 대비하여 단축할 수 있다.
100 : 전기영동 부재 110 : 제 1 기재층
110a : 점착층 120 : 제 2 기재층
130 : 격벽층 140 : 전기영동 유체
141 : 대전입자 142 : 분산매
150 : 밀봉층 160 : 밀봉부재
170 : 공통전극 200 : 어레이 기판
210 : 기판 Tr : 스위칭 소자
240 : 화소전극

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 전극을 포함한 어레이 기판; 및
    상기 어레이 기판 상에 배치되며, 파라핀계 오일 및 이소프로필 알코올을 포함하는 분산매 및 상기 분산매에 분산된 대전입자들을 포함하는 전기영동 유체를 포함하는 전기영동부재; 를 포함하며,
    상기 전기영동부재는
    제 1 기재층;
    상기 제 1 기재층 상에 배치되며 화소 영역별로 구획하는 격벽층;
    상기 격벽층에 의해 정의된 상기 화소영역에 충진된 상기 전기영동 유체; 및
    상기 전기영동 유체를 포함한 상기 격벽층상에 합착된 제 2 기재층;
    을 포함하고,
    상기 제1 기재층은 점착층을 포함하며,
    상기 점착층이 상기 어레이 기판상에 부착된 전자종이 패널.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 파라핀계 오일과 상기 이소프로필 알코올의 혼합비는 95/5 내지 70/30 인
    전자종이 패널.
  7. 삭제
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 어레이 기판은 상기 화소영역별로 배치된 상기 제 1 전극을 포함하며,
    상기 전기영동 부재는 상기 제 2 기재층의 내측면에 배치된 제 2 전극을 포함하는 전자종이 패널.
  9. 삭제
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 어레이 기판은 기판, 상기 제1 전극과 상기 기판 사이에 배치된 스위칭 소자, 상기 제1 전극과 상기 스위칭 소자의 사이에 배치된 보호막 및 상기 보호막에 구비된 콘택홀을 더 포함하며,
    상기 제1 전극은 상기 콘택홀을 통해 상기 스위칭 소자에 연결된,
    전자종이 패널.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 전기영동부재는
    제 1 기재층;
    제 2 기재층;
    상기 제 1 기재층과 상기 제 2 기재층의 사이에 배치되어 화소영역 별로 전기영동 유체가 수용되는 수용부를 형성하는 격벽층;
    상기 제 2 기재층과 상기 격벽층의 사이에 배치되고 상기 수용부를 덮으며, 상기 격벽 상에 밀착되어 상기 수용부에 수용된 상기 전기영동유체를 밀봉하는 밀봉층;
    상기 수용부에 충진된 상기 전기영동 유체; 및
    상기 제 1 기재층과 상기 제 2 기재층의 외곽을 따라 구비된 밀봉부재;
    를 포함하는 전자종이 패널.
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