KR101957141B1 - 전기영동 표시장치용 컬러 입자 및 이를 포함하는 전기영동 표시장치 - Google Patents

전기영동 표시장치용 컬러 입자 및 이를 포함하는 전기영동 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 반사특성을 갖는 코어와; 상기 코어를 감싸며, 고분자 수지와 착색제 및 착색 증진제를 포함하고, 상기 착색 증진제는 하기 화학식으로 표시되는 전기영동 표시장치용 컬러 입자를 제공한다.
Figure 112012051678330-pat00009

Description

전기영동 표시장치용 컬러 입자 및 이를 포함하는 전기영동 표시장치 {color particle for electrophoretic display device and electrophoretic display device including the same}
본 발명은 전기영동 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코어/쉘 (core/shell) 형태의 입자에 있어 쉘을 이루는 고분자 수지층에 색상을 띠는 착색제와 반사특성을 향상시킬 수 있는 착색 증진제가 포함되어 우수한 반사특성을 갖는 컬러 입자 및 이를 포함하는 전기영동 표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 표시장치는 액정표시장치, 플라즈마 표시장치 및 유기전계 표시장치가 주류를 이루어 왔다. 그러나, 최근 급속도로 다양화되는 소비자의 욕구를 충족시키기 위해 다양한 형태의 표시장치를 선보이고 있는 상황이다.
특히, 정보 이용 환경의 고도화 및 휴대화에 힘입어 경량, 박형, 고효율 및 천연색의 동영상을 구현하는 데 박차를 가하고 있다. 이러한 일환으로 종이와 기존 표시장치의 장점만을 취합한 전기영동 표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 상황이다.
전기영동 표시장치는 우수한 대조비와 시인성, 빠른 응답 속도, 휴대의 용이성을 장점으로 하는 차세대의 표시장치로 각광받고 있다.
또한, 전기영동 표시장치는 액정표시장치와 달리 편광판, 백라이트 유닛, 액정층 등을 필요로 하지 않으므로 제조 단가를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 종래의 전기영동 표시장치에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 전기영동 표시장치의 구동 원리를 설명하기 위해 그 구조를 간략히 나타낸 도면이다.
도시한 바와 같이, 종래의 전기영동 표시장치(1)는 제1 및 제2기판(11, 36)과, 제1 및 제2기판(11, 36) 사이에 개재된 잉크층(57)을 포함한다. 잉크층(57)은 축중합 반응을 통해 하전된 다수의 화이트 입자(59)와 블랙 입자(61)가 채워진 다수의 캡슐(63)을 포함한다.
한편, 제1기판(11)에는 다수의 박막트랜지스터(미도시)에 연결된 다수의 화소전극(28)이 화소영역(미도시) 별로 형성되는데, 다수의 화소전극(28)에는 선택적으로 (+)전압 또는 (-)전압이 각각 인가된다.
전술한 잉크층(57)에 (+)극성 또는 (-)극성을 띄는 전압을 인가하면, 캡슐(63) 내부의 하전된 화이트 및 블랙 입자(59, 61)는 반대 극성 쪽으로 끌려가게 된다.
여기서, 상기 블랙 입자(61)가 상측으로 이동하면 블랙을 표시하게 되고, 상기 화이트 입자(59)가 상측으로 이동하게 되면 화이트를 표시하게 되는 원리를 이용하여 영상을 표시할 수 있다.
이러한 전기영동 표시장치(1)는 화이트 입자(59)와 블랙 입자(61)를 이용하므로, 컬러 표시를 위해서는 컬러필터층을 필요로 한다.
즉, 종래의 전기영동 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도인 도 2를 참조하면, 종래의 전기영동 표시장치(1)는, 대향 합착된 제1 및 제2기판(11, 36)과, 제1 및 제2기판(11, 36) 사이에 개재된 잉크층(57)을 포함하는데, 잉크층(57)은 마주보는 면에 대응하여 투명한 물질로 이루어진 제1 및 제2접착층(51, 53)과, 그 사이에 투명 도전성 물질로 이루어진 공통전극(55)과, 하전된 다수의 블랙 입자(61)와 화이트 입자(59)가 채워진 다수의 캡슐(63)과 더불어 필름 형태로서 부착된다.
또한, 화이트 입자(59)는 (-)극성으로, 블랙 입자(61)는 (+)극성으로 각각 하전된다.
제2기판(36)은 투명한 플라스틱 재질이나 유리가 이용되고, 제1기판(11)은 불투명한 스테인리스(stainless) 재질이 주로 이용되며, 필요에 따라서는 투명한 플라스틱 재질이나 투명한 유리 재질이 이용될 수 있다.
이때, 제2기판(36)의 하부 전면에는 적, 녹, 청색의 컬러필터로 구성된 컬러필터층(40)이 형성된다.
한편, 제1기판(10)에는 매트릭스 형태로 수직 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)이 구성되고, 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)의 교차지점에는 화소영역(P)별로 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 구성된다.
박막트랜지스터(Tr)는 게이트 배선(미도시)에서 연장된 게이트 전극(14)과, 게이트 전극(14)을 덮는 게이트 절연막(16)과, 게이트 전극(14)과 중첩하며 액티브층(18a)과 오믹콘택층(18b)으로 구성된 반도체층(18)과, 반도체층(18)과 접촉하고 데이터 배선(미도시)에서 연장된 소스 전극(20)과, 소스 전극(20)과 이격된 드레인 전극(22)을 포함한다.
또한, 박막트랜지스터(Tr)의 상부에는 드레인 전극(22)을 노출하는 드레인 콘택홀(27)을 포함하는 보호층(26)이 전면에 형성된다.
보호층(26) 상에는 드레인 콘택홀(27)을 통해 드레인 전극(22)과 연결된 화소전극(28)이 각 화소영역(P)에 대응하여 형성되는데, 화소전극(28)은 주로 투명 도전성 물질, 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)중 선택된 하나로 구성된다.
전술한 구성을 갖는 전기영동 표시장치(1)는, 자연광이나 실내광을 포함하는 외부광을 광원으로 이용하고, 박막트랜지스터(Tr)에 의해 (+)극성 또는 (-)극성을 선택적으로 인가받는 화소전극(28)이 캡슐(63) 내부에 채워진 다수의 화이트 입자(59)와 블랙 입자(61)의 위치 변화를 유도하며, 캡슐(63)에서 반사된 빛이 컬러필터층(40)을 통과함으로써 컬러 영상을 구현하게 된다.
전술한 전기영동 표시장치는 컬러 영상의 구현을 위해 컬러필터층을 필요로 하며, 이에 의해 전기영동 표시장치의 두께 및 무게가 증가하게 된다.
또한, 컬러필터층의 형성에 따라 제조 원가가 상승하고 제조 공정이 복잡해지는 문제가 발생한다.
본 발명에서는 컬러필터층 없이 컬러 영상을 표시할 수 있는 전기영동 표시장치를 제공하고자 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 반사특성을 갖는 코어와; 상기 코어를 감싸며, 고분자 수지와 착색제 및 착색 증진제를 포함하고, 상기 착색 증진제는 하기 화학식으로 표시되는 전기영동 표시장치용 컬러 입자를 제공한다.
Figure 112012051678330-pat00001
(여기서, R1, R5는 각각 독립적으로 헤테로 원자를 갖는 치환기로서, 수소, 탄소수 1 내지 8의 알킬기, 탄소수 2 내지 8의 알케닐기, COOH, SO3H, CONH2, SO2NH2 및 NCS 중에서 선택되고,
R2, R3, R4는 각각 독립적으로 헤테로 원자를 갖는 치환기로서, 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 2 내지 12의 알케닐기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기, 탄소수 7 내지 21의 아랄킬기 및 이들에 결합되어있는 질소원자와 함께 탄소수 4 내지 17의 복소환 중에서 선택되고,
B-는 음의 부호를 가지는 착염으로 SO3-, NO2-, Cl-, Br-, PO3-, CN- 중에서 선택된다.)
여기서, 상기 코어는 산화티탄, 탄산칼슘, 산화실리콘, 산화아연, 산화지르코륨, 산화망간, 산화마그네슘,산화바륨, 산화알루미늄 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 고분자 수지층은 폴리에스테르, 아크릴, 폴리아마이드, 폴리아믹산, 알키드, 폴리우레탄 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명은, 서로 마주하는 제1 및 제2기판과; 상기 제1기판에 위치하는 제1전극과; 상기 제2기판에 위치하는 제2전극과; 상기 제1 및 제2기판 사이에 위치하며, (+) 또는 (-)극성 중 어느 하나로 하전된 블랙입자와 (+) 또는 (-)극성 중 다른 하나로 하전된 컬러입자를 포함하는 잉크층을 포함하고, 상기 컬러입자는 반사특성을 갖는 코어와, 상기 코어를 감싸며, 고분자 수지와 착색제 및 착색 증진제를 포함하고, 상기 착색 증진제는 하기 화학식으로 표시되는 전기영동 표시장치를 제공한다.
Figure 112012051678330-pat00002
(여기서, R1, R5는 각각 독립적으로 헤테로 원자를 갖는 치환기로서, 수소, 탄소수 1 내지 8의 알킬기, 탄소수 2 내지 8의 알케닐기, COOH, SO3H, CONH2, SO2NH2 및 NCS 중에서 선택되고,
R2, R3, R4는 각각 독립적으로 헤테로 원자를 갖는 치환기로서, 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 2 내지 12의 알케닐기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기, 탄소수 7 내지 21의 아랄킬기 및 이들에 결합되어있는 질소원자와 함께 탄소수 4 내지 17의 복소환 중에서 선택되고,
B-는 음의 부호를 가지는 착염으로 SO3-, NO2-, Cl-, Br-, PO3-, CN- 중에서 선택된다.)
여기서, 상기 코어는 산화티탄, 탄산칼슘, 산화실리콘, 산화아연, 산화지르코륨, 산화망간, 산화마그네슘,산화바륨, 산화알루미늄 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 고분자 수지층은 폴리에스테르, 아크릴, 폴리아마이드, 폴리아믹산, 알키드, 폴리우레탄 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 블랙입자는 상기 컬러입자보다 큰 직경을 가질 수 있다.
그리고, 상기 블랙입자는 500~800nm의 직경을 갖고, 상기 컬러입자는 200~400nm의 직경을 가질 수 있다.
또한, 상기 착색제는 적색 착색제일 수 있다.
그리고, 상기 전기영동 표시장치는, 상기 제1 및 제2기판 중 어느 하나에 형성되어 밀폐된 공간을 제공하는 격벽을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서는 전기영동 표시장치가 하전된 컬러입자를 포함함으로써 컬러필터층 없이 컬러 영상을 구현할 수 있다. 따라서, 컬러필터층에 의한 두께 및 무게 증가, 제조 원가 상승, 제조 공정의 복잡화 등의 문제를 방지할 수 있다.
또한, 컬러 입자의 고분자 수지층에 포함된 착색 증진제에 의해 반사특성이 향상됨으로써 고휘도의 영상을 구현할 수 있다.
또한, 향상된 쌍안정성을 가져, 고품질의 영상을 구현할 수 있다.
도 1은 전기영동 표시장치의 구동 원리를 설명하기 위한 도면.
도 2는 종래 전기영동 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 컬러 입자의 특성을 보여주는 그래프.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기영동 표시장치에 대해 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도시된 바와 같이, 전기영동 표시장치(100)는 제1기판(110)과, 제1기판(110)과 마주하는 제2기판(120)과, 제1기판(110) 내면에 형성되는 제1전극(130)과, 제2기판(120) 내면에 형성되는 제2전극(140)과, 제1 및 제2전극(130, 140) 사이에 형성되는 잉크층(150)을 포함한다.
도시하지 않았으나, 제1기판(110)에는 매트릭스 형태로 수직 교차하여 화소영역을 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선이 구성되고, 게이트 배선과 데이터 배선의 교차지점에는 화소영역별로 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 형성된다.
예를 들어, 박막트랜지스터는 게이트 배선에서 연장되는 게이트 전극과, 게이트 전극을 덮는 게이트 절연막과, 게이트 전극과 중첩하며 액티브층과 오믹콘택층으로 구성되어 게이트 절연막 상부에 형성되는 반도체층과, 반도체층과 접촉하고 데이터 배선에서 연장되는 소스 전극과, 반도체층과 접촉하고 소스 전극과 이격되는 드레인 전극을 포함할 수 있다.
상기 액티브층은 순수 비정질 실리콘으로 이루어지고, 상기 오믹콘택층은 불순물 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다.
제1전극(130)은 박막트랜지스터에 연결되며 각 화소영역에 위치하는데, 예를 들어 제1전극(130)은 박막트랜지스터의 드레인 전극과 직접 접촉할 수 있다.
한편, 드레인 전극을 노출시키는 콘택홀이 형성된 보호층이 박막트랜지스터를 덮으며 형성되고, 제1전극(130)이 보호층 상에 형성될 수도 있다. 이러한 경우, 제1전극(130)은 콘택홀을 통해 박막트랜지스터의 드레인 전극에 연결된다.
제1전극(130)은 투명 도전성 물질, 예를 들어 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 구성될 수 있다.
한편, 전기영동 표시장치(100)는 자연광이나 실내광 등 외부광을 광원으로 이용하는 반사형 표시장치이기 때문에, 제1전극(130)은 불투명한 금속물질을 포함할 수 있다.
제2전극(140)은 제1전극(130)과 마주보며 제2기판(120)에 위치한다. 외부광이 잉크층(150)에 의해 반사된 후 제2전극(140)을 통과하여 외부로 표시되기 때문에, 제2전극(130)은 투명 도전성 물질, 예를 들어 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide, ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide, IZO) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
화소영역의 경계에는 격벽(160)이 형성되어, 화소영역 별로 상기 잉크층(150)을 분리시킬 수 있다.
즉, 제1기판(110)에는 다수의 화소영역이 정의되고, 제1전극(130)은 각 화소영역에 독립적으로 형성됨으로써 각 화소영역은 독립적으로 구동된다. 이때, 격벽(160)은 제1 및 제2기판(110, 120) 중 어느 하나에 형성되어 각 화소영역을 밀폐한다.
본 발명의 전기영동 표시장치(100)는 컬러입자(154)를 포함하기 때문에, 서로 이웃한 화소영역의 컬러입자(154)가 서로 섞이지 않도록 하여야 하며, 이를 위해 격벽(160)이 각 화소영역을 밀폐하도록 하는 것이다. 이러한 격벽(160)은 유기절연물질로 이루어질 수 있다.
제1 및 제2전극(130, 140) 사이에 위치하는 잉크층(150)은, 전기영동 매질(152)과, 전기영동 매질(152) 내의 컬러입자(154) 및 블랙입자(156)를 포함한다.
이러한 잉크층(150)은 스크린 인쇄법, 그라이바 인쇄법, 옵셋 인쇄법, 플렉소 인쇄법 중 어느 하나에 의해 형성될 수 있다.
여기서, 컬러입자(154)는 (+)극성으로 하전되고, 블랙입자(156)는 (-)극성으로 하전될 수 있으며, 이와 달리 컬러입자(154)가 (-)극성으로 하전되고, 블랙입자(156)가 (+)극성으로 하전될 수 있음은 물론이다. 즉, 컬러입자(154)와 블랙입자(158)는 서로 다른 극성을 갖도록 하전된다.
컬러입자(154)가 (+)극성으로 하전되고, 블랙입자(156)가 (-)극성으로 하전되는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1전극(130)에 (+) 전압이 인가되고, 제2전극(140)에 (-) 전압이 인가되면, 블랙입자(156)는 제1전극(130) 쪽으로 끌려가고 컬러입자(154)는 제2전극(140) 쪽으로 끌려가게 된다.
따라서, 외부광은 컬러입자(154)에 의해 반사되어 전기영동 표시장치(100)는 컬러 영상을 구현하게 된다.
한편, 제1전극(130)에 (-) 전압이 인가되고, 제2전극(140)에 (+) 전압이 인가되면, 블랙입자(156)는 제2전극(140) 쪽으로 끌려가고 컬러입자(154)는 상기 제1전극(140) 쪽으로 끌려가게 된다.
따라서, 외부광은 블랙입자(156)에 의해 흡수되어 전기영동 표시장치(100)는 블랙 영상을 구현하게 된다.
이에 따라, 본 발명의 전기영동 표시장치(100)는 컬러필터층 없이도 컬러 영상을 구현할 수 있는 장점을 갖게 된다.
컬러입자(154)는 코어(core)와 이를 감싸는 쉘(shell)의 형태를 가지며, 약 200~400nm의 직경을 가질 수 있다.
컬러입자(154)의 직경이 약 200nm 보다 작을 경우 반사율의 저하가 발생할 수 있고, 약 400nm 보다 클 경우 구동 시 응답속도가 떨어지며 많은 에너지가 필요할 수 있다.
코어는 반사특성을 갖는 백색의 금속 산화물로 이루어질 수 있는데, 예를 들어 산화티탄, 탄산칼슘, 산화실리콘, 산화아연, 산화지르코늄, 산화망간, 산화마그네슘,산화바륨, 산화알루미늄 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
쉘은, 고분자 수지층과, 고분자 수지층 내의 착색제 및 착색 증진제를 포함하며, 전하 조절제를 더 포함할 수 있다.
고분자 수지층은 폴리에스테르, 아크릴, 폴리아마이드, 폴리아믹산, 알키드, 폴리우레탄과 같은 고분자 수지 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
그리고, 착색제는 안트라퀴논(anthraquinone), 디케토피롤로피롤(diketopyrolopyrole), 이소인돌리돈(isoindolidone), 아조피리돈(axopyridone), 아조피롤리돈(azopyrolidone), 디아조다이아릴라이드(diazodiarylide), 트리아릴메탄(triarylmethane), 프탈로시아닌(Phthalocyanine), 퀴노프탈론(quinophthalone), 티오인디고이드(thioindigoid), 티오잔센(thioxanthene), 잔센(xanthene)과 같은 발색단을 갖는 물질 중 하나로 이루어질 수 있다.
착색제용 물질이 극성의 용매에 용해가 가능한 경우에는 별도의 추가공정 없이 그대로 사용할 수 있으나, 착색제용 물질이 극성의 용매에 용해가 불가능한 경우에는 별도의 분산공정을 통하여 불용성의 착색입자의 크기를 조절하여 사용함으로써, 외부광에 의한 투과 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 착색 증진제는, 착색제에 대하여 약 10 내지 300 중량 퍼센트(wt%)를 가지며, 바람직하게는 50~200 중량 퍼센트를 가질 수 있다.
착색 증진제가 착색제에 대하여 10 중량 퍼센트보다 작을 경우 반사율이 현저히 저하되며, 착색 증진제가 착색제에 대하여 300 중량 퍼센트보다 클 경우 본래 구현하고자 하는 색상을 나타내기 어렵다.
이러한 착색 증진제는 하기의 화학식1로 표시되는 것이 특징이다.
화학식1
Figure 112012051678330-pat00003
화학식1에서, R1, R5는 각각 독립적으로 헤테로 원자를 갖는 치환기로서, 수소, 탄소수 1 내지 8의 알킬기, 탄소수 2 내지 8의 알케닐기, COOH, SO3H, CONH2, SO2NH2 및 NCS 중에서 선택되며, R2, R3, R4는 각각 독립적으로 헤테로 원자를 갖는 치환기로서, 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 2 내지 12의 알케닐기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기, 탄소수 7 내지 21의 아랄킬기 및 이들에 결합되어있는 질소원자와 함께 탄소수 4 내지 17의 복소환 중에서 선택된다.
또한, B-는 음의 부호를 가지는 착염으로 SO3-, NO2-, Cl-, Br-, PO3-, CN- 중에서 선택된다.
블랙입자(156)는, 예를 들어 카본 블랙을 포함하여 흑색을 가지며, 약 500~800nm의 직경을 가질 수 있다.
블랙입자(156)의 직경이 약 500nm 보다 작을 경우 입자의 응집이 잘 일어나 명암비가 저하될 수 있으며, 블랙입자(156)의 직경이 약 800nm 보다 클 경우 패널 구동 시 응답속도가 저하될 수 있다.
여기서, 블랙입자(158)가 약 500~800nm의 직경을 갖고, 컬러입자(154)가 약 200~400nm의 직경을 갖도록 형성하여, 블랙입자(158)의 크기가 컬러입자(154)보다 크도록 구성함으로써, 쌍안정성이 향상되어 고품질의 영상을 구현할 수 있다.
즉, 컬러입자(154)는 가시광선 영역 파장(약 400~700nm)의 빛을 반사시키기 위해, 약 200~400nm의 직경을 가질 수 있는데, 이때 블랙입자(158)의 크기가 컬러입자(154)의 크기와 같거나 이보다 작으면 쌍안정성이 저하된다.
쌍안정성이란, 제1 및 제2전극(130, 140)에 전압 차를 형성한 상태에서 명도를 측정한 후, 제1 및 제2전극(130, 140)의 전압 차를 제거하고 일정 시간 경과 후 명도를 측정하였을 때, 그 명도 차이를 의미한다. 즉, 명도 차이가 작은 경우 우수한 높은 쌍안정성을 가지며, 전기영동 표시장치(100)가 안정된 구동 상태를 갖는다.
전술한 컬러입자(154)의 착색 증진제는 형광 특성을 나타내며, 이에 의해 컬러입자(154)는 높은 반사율을 갖는다. 따라서, 고휘도의 영상을 구현할 수 있다. 또한, 컬러입자(154)와 블랙입자(156)의 크기에 의해 쌍안정성이 향상되는 효과를 갖는다.
이하, 컬러입자 및 블랙입자를 제조하고 그 특성을 평가한 결과에 대하여 설명한다.
1. 실험예1
백색 안료로 티타늄 산화물 3.0그램, 바인더로 폴리에스테르 수지 2.0그램 및 디메틸 클로라이드 45.0그램을 250㎖ 광구 튜브에 넣은 후, 0.5㎜ 내지 1.0mm 크기의 지르코니아 볼을 60%의 부피비로 채웠다. 이후, 볼밀 분산을 이용하여 일정 시간 동안 분산을 진행하여 평균 입도가 200nm인 백색 안료 분산액을 제조하였다.
이와 같이 제조된 백색 안료 분산액에서 지르코니아볼을 제거한 후, 하기 화학식 2로 표시되는 적색 착색제 0.285그램과 화학식 3으로 표시되는 착색 증진제 0.015그램, 음의 전하를 갖는 전하조절제로 세틸 트리메틸 암모늄 브로마이드(cetyl trimethyl ammonium bromide: CTAB) 0.01그램, 디메틸 클로라이드 280.0그램을 첨가하여 내상(inner phase)의 용액을 제조하였다.
이와 같이 제조된 내상의 용액을 이소파라핀계 용매(Isopar G) 600.0그램에 적하하여 전기영동입자를 제조하였다.
이후, 70도에서 디메틸 클로라이드와 이소파라핀 용매를 증류하여 농축한 후 원심분리로 수 회 세정을 하고, 농도가 36 중량 퍼센트가 되도록 적색 전기영동입자 현탁액을 제조하였다.
화학식2
Figure 112012051678330-pat00004
화학식3
Figure 112012051678330-pat00005

2. 실험예2
백색 안료로 티타늄 산화물 3.0그램, 바인더로 폴리에스테르 수지 2.0그램 및 디메틸 클로라이드 45.0그램을 250㎖ 광구 튜브에 넣은 후, 0.5㎜ 내지 1.0mm 크기의 지르코니아 볼을 60%의 부피비로 채웠다. 이후, 볼밀 분산을 이용하여 일정 시간 동안 분산을 진행하여 평균 입도가 200nm인 백색 안료 분산액을 제조하였다.
이와 같이 제조된 백색 안료 분산액에서 지르코니아볼을 제거한 후, 하기 화학식 2로 표시되는 적색 착색제 0.270그램과 화학식 3으로 표시되는 착색 증진제 0.300그램, 음의 전하를 갖는 전하조절제로 세틸 트리메틸 암모늄 브로마이드(cetyl trimethyl ammonium bromide: CTAB) 0.01그램, 디메틸 클로라이드 280.0그램을 첨가하여 내상(inner phase)의 용액을 제조하였다.
이와 같이 제조된 내상의 용액을 이소파라핀계 용매(Isopar G) 600.0그램에 적하하여 전기영동입자를 제조하였다.
이후, 70도에서 디메틸 클로라이드와 이소파라핀 용매를 증류하여 농축한 후 원심분리로 수 회 세정을 하고, 농도가 36 중량 퍼센트가 되도록 적색 전기영동입자 현탁액을 제조하였다.
3. 실험예3
백색 안료로 티타늄 산화물 3.0그램, 바인더로 폴리에스테르 수지 2.0그램 및 디메틸 클로라이드 45.0그램을 250㎖ 광구 튜브에 넣은 후, 0.5㎜ 내지 1.0mm 크기의 지르코니아 볼을 60%의 부피비로 채웠다. 이후, 볼밀 분산을 이용하여 일정 시간 동안 분산을 진행하여 평균 입도가 200nm인 백색 안료 분산액을 제조하였다.
이와 같이 제조된 백색 안료 분산액에서 지르코니아볼을 제거한 후, 하기 화학식 2로 표시되는 적색 착색제 0.240그램과 화학식 3으로 표시되는 착색 증진제 0.600그램, 음의 전하를 갖는 전하조절제로 세틸 트리메틸 암모늄 브로마이드(cetyl trimethyl ammonium bromide: CTAB) 0.01그램, 디메틸 클로라이드 280.0그램을 첨가하여 내상(inner phase)의 용액을 제조하였다.
이와 같이 제조된 내상의 용액을 이소파라핀계 용매(Isopar G) 600.0그램에 적하하여 전기영동입자를 제조하였다.
이후, 70도에서 디메틸 클로라이드와 이소파라핀 용매를 증류하여 농축한 후 원심분리로 수 회 세정을 하고, 농도가 36 중량 퍼센트가 되도록 적색 전기영동입자 현탁액을 제조하였다.
4. 실험예4
백색 안료로 티타늄 산화물 3.0그램, 바인더로 폴리에스테르 수지 2.0그램 및 디메틸 클로라이드 45.0그램을 250㎖ 광구 튜브에 넣은 후, 0.5㎜ 내지 1.0mm 크기의 지르코니아 볼을 60%의 부피비로 채웠다. 이후, 볼밀 분산을 이용하여 일정 시간 동안 분산을 진행하여 평균 입도가 200nm인 백색 안료 분산액을 제조하였다.
이와 같이 제조된 백색 안료 분산액에서 지르코니아볼을 제거한 후, 하기 화학식 2로 표시되는 적색 착색제 0.210그램과 화학식 3으로 표시되는 착색 증진제 0.900그램, 음의 전하를 갖는 전하조절제로 세틸 트리메틸 암모늄 브로마이드(cetyl trimethyl ammonium bromide: CTAB) 0.01그램, 디메틸 클로라이드 280.0그램을 첨가하여 내상(inner phase)의 용액을 제조하였다.
이와 같이 제조된 내상의 용액을 이소파라핀계 용매(Isopar G) 600.0그램에 적하하여 전기영동입자를 제조하였다.
이후, 70도에서 디메틸 클로라이드와 이소파라핀 용매를 증류하여 농축한 후 원심분리로 수 회 세정을 하고, 농도가 36 중량 퍼센트가 되도록 적색 전기영동입자 현탁액을 제조하였다.
5. 비교예1
백색 안료로 티타늄 산화물 3.0그램, 바인더로 폴리에스테르 수지 2.0그램 및 디메틸 클로라이드 45.0그램을 250㎖ 광구 튜브에 넣은 후, 0.5㎜ 내지 1.0mm 크기의 지르코니아 볼을 60%의 부피비로 채웠다. 이후, 볼밀 분산을 이용하여 일정 시간 동안 분산을 진행하여 평균 입도가 200nm인 백색 안료 분산액을 제조하였다.
이와 같이 제조된 백색 안료 분산액에서 지르코니아볼을 제거한 후, 하기 화학식 2로 표시되는 적색 착색제 0.285그램과 음의 전하를 갖는 전하조절제로 세틸 트리메틸 암모늄 브로마이드(cetyl trimethyl ammonium bromide: CTAB) 0.01그램, 디메틸 클로라이드 280.0그램을 첨가하여 내상(inner phase)의 용액을 제조하였다. (실험예1의 착색 증진제를 첨가하지 않았다)
이와 같이 제조된 내상의 용액을 이소파라핀계 용매(Isopar G) 600.0그램에 적하하여 전기영동입자를 제조하였다.
이후, 70도에서 디메틸 클로라이드와 이소파라핀 용매를 증류하여 농축한 후 원심분리로 수 회 세정을 하고, 농도가 36 중량 퍼센트가 되도록 적색 전기영동입자 현탁액을 제조하였다.
6. 블랙입자의 제조
바인더 수지로 폴리에스테르 16.0그램과 전하조절제로 아연 살리실릭산 4.0그램을 염화메틸렌 260.0그램에 용해시킨 후 카본블랙 4.0그램을 혼합한 후 0.8mm의 지르코니아 비드가 60부피 퍼센트로 충진되어있는 분산기로 1시간동안 분산을 진행하여 평균입도가 150나노미터인 흑색 안료분산액을 제조하였다.
이와 같이 제조된 흑색 안료분산액을 염화메틸렌 1200그램을 혼합 및 교반한 후, 이소파라핀계 용매(Isopar G) 1800그램에 적하하여 전기영동입자를 제조하였다.
이후, 60도에서 염화메틸렌을 증류한 후 원심분리로 세정하고, Isopar G를 이용하여 농도가 36중량퍼센트가 되도록 흑색의 전기영동입자 분산액을 제조하였다.
실험예1 내지 4와 비교예1에서 제조된 분산액과 블랙입자 분산액을 일정 비율로 혼합한 후, 두께 약 30마이크론의 격벽과 ITO 전극이 각각 형성된 제1 및 제2기판 (2inchㅧ2inch) 사이에 주입하여, 15V의 전압으로 350밀리초의 펄스를 사용하여 스위칭하였고, 스위칭 진행시 휴지기는 2초로 설정하였으며, 10분 동안 연속하여 D65광원으로 세팅되어 있는 분광측색장비(CM-5, 코니카미놀타社)를 사용하여 색좌표 및 광반사율을 측정하였으며, 측정결과는 표1에 나타내었다.
표1에서, △L은 초기 명도와 10분 후의 명도 차를 나타내며 쌍안정성, 즉 영상의 안정성을 보여준다.
Figure 112012051678330-pat00006
도 4는 컬러 입자의 특성을 보여주는 그래프이다.
도 4와 함께 표1을 참조하면, 실험예1 내지 4의 컬러입자는 높은 반사율을 가져 고 휘도의 영상을 구현할 수 있다.
즉, 약 500nm 파장에서 착색 증진제를 포함하는 실험예1 내지 4의 반사율은 착색 증진제를 포함하지 않는 비교예1의 반사율보다 20% 이상 증가하고, 약 600nm 파장에서 착색 증진제를 포함하는 실험예1 내지 4의 반사율은 착색 증진제를 포함하지 않는 비교예1의 반사율보다 10% 이상 증가한다.
또한, 착색 증진제를 포함하는 실험예1 내지 4의 분광스펙트럼이 착색 증진제를 포함하지 않는 비교예1의 분광스펙트럼보다 중파장(500~600nm) 영역에서 더 높은 것을 확인 할 수 있다.
한편, 색의 진하기를 나타내는 CIE(x) 값 및 CIE(y) 값에 있어서는, 착색 증진제를 포함하는 실험예1 내지 4의 CIE(x) 값과 착색 증진제를 포함하지 않는 비교예1의 CIE(x) 값은 서로 유사한 반면, 착색 증진제를 포함하는 실험예1 내지 4의 반사율은 착색 증진제를 포함하지 않는 비교예1의 반사율보다 크기 때문에, 착색 증진제를 포함하는 실험예1 내지 4는 착색 증진제를 포함하지 않는 비교예와 비교해서 색순도는 유사한 수준이지만 반사율은 더 높다는 것을 알 수 있다.
그리고, 실험예1 내지 4는 비교예1보다 낮은 △L 값을 갖는다.
즉, 착색 증진제를 포함하지 않는 비교예1에 비하여 착색 증진제를 포함하는 실험예1 내지 4의 경우, 전압이 제거된 상태(OFF)된 후에도 전압 인가 상태(ON)의 명도를 더 잘 유지함을 알 수 있으며, 이에 따라 안정된 영상을 제공할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 착색 증진제를 포함하는 컬러입자를 이용하는 경우 쌍안정성이 향상되며, 특히 컬러입자의 크기를 블랙입자보다 작게 함으로써 쌍안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 컬러입자는 반사 특성을 갖는 코어와, 코어를 감싸는 쉘로 이루어지며, 쉘은 착색제와 착색 증진제로 이루어지는 것이 특징이다. 특히, 상기 착색 증진제는 화학식1에 표시되며 반사특성을 향상시켜 고 휘도의 영상을 구현할 수 있다.
또한, 착색 증진제에 의해 쌍안정성이 향상되어 고 품질의 영상 구현이 가능하며, 컬러입자의 크기를 블랙입자보다 작게 함으로써 쌍안정성이 더욱 향상되는 효과를 갖는다.
착색 증진제를 포함하는 컬러입자를 이용하는 본 발명의 전기영동 표시장치는 컬러필터층 없이도 컬러 영상의 구현이 가능하다. 따라서, 컬러필터층에 의한 전기영동 표시장치의 두께 및 무게 증가를 방지할 수 있다. 또한, 컬러필터층을 형성하기 위한 공정이 생략되기 때문에, 제조 원가의 절감 및 제조 공정을 단순화할 수 있는 장점을 갖는다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 전기영동 표시장치 101: 제1기판
120: 제2기판 130: 제1전극
140: 제2전극 150: 잉크층
152: 전기영동 매질 154: 컬러입자
156: 블랙입자 160: 격벽

Claims (12)

  1. 반사특성을 갖는 코어와;
    상기 코어를 감싸며, 고분자 수지와 착색제 및 착색 증진제를 포함하는 쉘
    을 포함하고,
    상기 착색 증진제는, 형광 특성을 나타내고, 하기 화학식으로 표시되는 전기영동 표시장치용 컬러 입자.
    Figure 112018095510890-pat00007

    (여기서, R1, R5는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 8의 알킬기, 탄소수 2 내지 8의 알케닐기, COOH, SO3H, CONH2, SO2NH2 및 NCS 중에서 선택되고,
    R2, R3, R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 2 내지 12의 알케닐기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기, 탄소수 7 내지 21의 아랄킬기 및 이들에 결합되어있는 질소원자와 함께 탄소수 4 내지 17의 복소환 중에서 선택되고,
    B-는 음의 부호를 가지는 착염으로 SO3-, NO2-, Cl-, Br-, PO3-, CN- 중에서 선택된다.)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어는 산화티탄, 탄산칼슘, 산화실리콘, 산화아연, 산화지르코륨, 산화망간, 산화마그네슘,산화바륨, 산화알루미늄 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 컬러 입자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 폴리에스테르, 아크릴, 폴리아마이드, 폴리아믹산, 알키드, 폴리우레탄 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 컬러 입자.
  4. 서로 마주하는 제1 및 제2기판과;
    상기 제1기판에 위치하는 제1전극과;
    상기 제2기판에 위치하는 제2전극과;
    상기 제1 및 제2기판 사이에 위치하며, (+) 또는 (-)극성 중 어느 하나로 하전된 블랙입자와 (+) 또는 (-)극성 중 다른 하나로 하전된 컬러입자를 포함하는 잉크층을 포함하고,
    상기 컬러입자는 반사특성을 갖는 코어와, 상기 코어를 감싸며, 고분자 수지와 착색제 및 착색 증진제를 포함하는 쉘을 포함하고, 상기 착색 증진제는, 형광 특성을 나타내고, 하기 화학식으로 표시되는 전기영동 표시장치.
    Figure 112018095510890-pat00008

    (여기서, R1, R5는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 8의 알킬기, 탄소수 2 내지 8의 알케닐기, COOH, SO3H, CONH2, SO2NH2 및 NCS 중에서 선택되고,
    R2, R3, R4는 각각 독립적으로 수소, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 2 내지 12의 알케닐기, 탄소수 6 내지 12의 아릴기, 탄소수 7 내지 21의 아랄킬기 및 이들에 결합되어있는 질소원자와 함께 탄소수 4 내지 17의 복소환 중에서 선택되고,
    B-는 음의 부호를 가지는 착염으로 SO3-, NO2-, Cl-, Br-, PO3-, CN- 중에서 선택된다.)
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 코어는 산화티탄, 탄산칼슘, 산화실리콘, 산화아연, 산화지르코륨, 산화망간, 산화마그네슘,산화바륨, 산화알루미늄 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 폴리에스테르, 아크릴, 폴리아마이드, 폴리아믹산, 알키드, 폴리우레탄 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 블랙입자는 상기 컬러입자보다 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 블랙입자는 500~800nm의 직경을 갖고, 상기 컬러입자는 200~400nm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 착색제는 적색 착색제인 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2기판 중 어느 하나에 형성되어 밀폐된 공간을 제공하는 격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 착색 증진제는 상기 착색제에 대하여 10 내지 300 중량 퍼센트(wt%)를 갖는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 컬러 입자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉘은, 전하 조절제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 표시장치용 컬러 입자.
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