KR102001887B1 - 전기변색입자 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색입자는 어느 하나의 유채색을 발하는 코어 및 상기 코어를 둘러싸며, 투명, 블랙 또는 유채색 중 적어도 둘 이상을 나타내는 전기변색물질로 이루어진 쉘을 포함한다.

Description

전기변색입자 및 이를 포함하는 표시장치{ELECTRO CHROMIC PARTICLE AND DISPLAY DEVICE COMPRISING OF THE SAME}
본 발명은 전기변색입자 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 색좌표, 반사율 및 응답속도를 향상시킬 수 있는 전기변색입자 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
반사형 표시장치는 별도의 광원이 없이 외부의 빛을 이용하여 정보를 표시하는 표시장치이다. 종래의 반사형 표시장치 방식 중 가장 대표적인 전기영동 표시장치는 비극성 용매에 분산되어진 전하를 띈 입자를 전기장의 작용에 따라 표시면에서 전기영동을 유도하고, 용매와 입자의 광학 특성을 이용하여 표시를 실행하는 표시장치이다. 상기 전기영동 표시장치(EPD)는 다른 평판 표시장치(FPD)에 비해 낮은 소비전력과 전력 공급 없이도 표시 상태를 유지하는 특성을 갖고 있으며, 그 대표적인 제품으로 “전자종이(electric paper)”가 각광을 받고 있다.
일반적으로 전기영동 표시장치는, 하전된 입자인 마이크로 캡슐을 얇게 배열하여 분산용매에 주입하는 구조로 E-Ink 사의 마이크로 캡슐 방식과 마이크로 크기의 컵 형 용기를 제조하여 각 각의 컵에 입자를 주입하는 방식인 Sipix사의 마이크로컵 방식이 대표적인 전기영동 표시장치로 구분 된다. 마이크로 캡슐 방식은 캡슐화된 대전 입자를 특정한 분산용매로 채워진 용매제에 산포하는 방식으로 전기장에 의해 마이크로 캡슐이 전하를 띠면서 반대되는 표시전극에 흑과 백의 색깔을 표시하게 된다. 그리고 컬러를 표현 하기 위해 표시장치 상단에 컬러 필터를 사용하거나, 염료나 안료를 사용하여 색상을 띄고 있는 유체를 사용 혹은 색상을 띄고 있는 전기영동입자를 사용하여 컬러 전기영동 표시장치를 구현한다.
한편. 대한민국 공개특허 2012-0021075호에 개시된 전기습윤 표시장치(electrowetting display)는 전극 위에 소수성 절연물질을 적층하고 절연물질 위에 물과 기름이 맞닿아 있을 때 물과 전극에 전압을 인가하여 물의 소수성 계면의 성질이 친수성으로 변하면서 물의 접촉각이 낮아지고, 물의 접촉각이 낮아지면서 기름을 화소 벽으로 밀어내면서 반사전극에서 빛이 반사하는 원리로 서로 다른 색상을 표시하는 형태의 표시장치이며 컬러 필터 또는 셀 내부의 수용액에 염료 또는 안료를 분산 또는 용해시켜 컬러를 구현할 수 있다.
그리고, 대한민국 공개특허 2010-0020105호에는 흑/백의 입자를 포함하는 전기영동 표시장치에 전기변색 장치를 컬러 필터로 사용하여 컬러 및 흑색을 구현하는 기술이 소개되고 있다. 상기 기술에 소개되는 컬러 필터는 적색, 녹색, 청색의 전기변색물질이 각 픽셀에 적용되어 컬러를 표현하는 방식으로 전압 인가 시 산화 및 환원 반응에 의해 물질의 색상이 가역적으로 변하여 표시하는 전기변색현상을 이용한 원리이다.
컬러 전기영동 표시장치의 경우 상판 부분에 컬러 필터를 위치하여 반사되는 빛에 컬러를 부여하는 방식으로 구현하고 있으며, 다른 방법으로는 색상을 띄고 있는 유체에 전기영동 입자를 구동하거나, 투명한 유체에 색상을 띄고 있는 컬러 전기영동 입자를 구동하는 방식을 사용 할 수 있는데, 첫번째 컬러 필터를 사용하는 컬러 전기영동 표시장치는 색상을 구현하기 위하여 컬러 필터를 사용하기 때문에 컬러 필터에 대한 추가적인 재료 및 공정 비용의 추가로 제품의 단가 상승의 주 요인이 되며, 또한 컬러를 구현함에 있어 기본적으로 컬러 필터층에 흡수되는 빛으로 인해 컬러의 밝기와 선명도 측면에 있어서 바람직하지 못하다. 또한, 색상을 띄는 유체를 사용 할 경우 색상 유체의 상단부에서 대부분의 빛이 반사되기 때문에 바람직하지 못하며 색상을 띄고 있는 전기영동 입자를 구동하는 방식은 빛을 반사하는 백색 입자에 의해 그 반사율 및 색상이 결정되는 단점이 있다.
또한, 미합중국특허 6017584호와 7012735호에서는 흑과 백으로 대전된 2색의 전기영동 입자와 절연성의 유체를 캡슐에 담지하여 전기영동 현상을 이용하는 표시장치를 제안하였으나, 다색을 구현하기 어려운 흑, 백 단색의 명암만 구현이 가능하며, 컬러를 구현하고자 하는 경우 액정표시장치와 같이 컬러 필터를 상부에 적용해야 함으로 반사율이 낮으며, 캡슐의 크기를 제어하기 어려워 입자의 구동속도 및 화소의 명암비 제어가 어려운 단점이 있다.
대한민국 공개특허 2005-0055557호에는 다색 컬러 전기영동입자 제조 시 착색제로 안료를 마이크로 캡슐레이션 하는 방법을 소개하고 있으나, 안료입자의 결정성 및 입자크기의 증가로 인한 빛의 투과율을 저해하여 화소 구현 시 반사율이 떨어지며, 입자 제조 시 안료의 마이그레이션으로 인한 착색력 저하가 발생할 수 있다.
또한, 미합중국 특허 2009-0009852호에 개시되어 있는 기술은 안료 입자에 이온성 모노머를 처리하는 과정 및 후속하는 각 단계의 중합 과정에서 중합의 결과물과 잔존 단량체를 원심 분리해 내는 작업의 반복으로 인해 번거로운 공정의 반복이 이루어지며 원하는 분산력을 얻기 위해 그 중합의 정도를 조절하기 어렵다.
또한, 대한민국 공개특허 2010-0048076호에는 전기변색층을 도입하여 가역적인 컬러 필터층으로 사용하였으나 이는 더 넓은 색영역을 표현하기에 적합하지 않다. 또한, 2012-0021075호에 개시된 전기습윤 표시장치에서도 마찬가지로 컬러 필터와 반사판을 별개로 사용함으로서 입사광이 컬러 필터에 의해 흡수 및 산란됨에 따라 반사광이 입사광에 비해 현저히 떨어져 고반사율 및 고색재현율을 달성 할 수 없다.
또한, 대한민국 공개특허 2010-0020105호에는 흑/백의 입자를 포함하는 전기영동 표시장치에 전기변색 장치를 컬러 필터로 사용하여 컬러 및 흑색을 구현하고 있는데, 전기변색을 이용한 색상 구현은 색재현율이 떨어지며, 순색의 표현이 어려운 단점이 있다.
본 발명은 색좌표, 반사율 및 응답속도를 향상시킬 수 있는 전기변색입자 및 이를 포함하는 표시장치를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색입자는 어느 하나의 유채색을 발하는 코어; 및 상기 코어를 둘러싸며, 투명, 블랙 또는 유채색 중 적어도 둘 이상을 나타내는 전기변색물질로 이루어진 쉘을 포함한다.
상기 코어는 유기안료, 염료 또는 형광체로 이루어진다.
상기 유기안료 또는 상기 염료는 안트라퀴논, 디피롤로피롤, 이소인돌리돈, 아조피리돈, 아조피롤리돈, 디아조다이아릴라이드, 트리아릴메탄, 프탈로시아닌, 퀴노프탈론, 티오인디고이드, 티오잔센 및 잔센기 중 어느 하나 이상을 포함한다.
상기 형광체는 ZnS: Sm, CaS:Eu, SrTiO3:Pr,Al, Ba2ZnS3:Mn, ZnGa2O4:Eu, (Ca,Sr)Y2S4:Eu, ZnS:Mn, ZnS:Tb, SrGa2S4:Eu, CaAl2S4:Eu, Zn(Ga,Al)2O4:Mn, Y3(Al,Ga)5O12:Tb, Y2SiO2:Tb, ZnS:Tm, CaGa2S4:Ce, SrGa2S4:Ce, SrS:Ag, CaS:Pb, BaAl2S4:Eu, Ba2SiS4:Ce,Ga, ZnS:Sm, CaS:Tb, SrS:Eu, ZnS:Tb, CaS:Ce, SrS:Mn, ZnS:Tm, SrS:Cu, SrGa2S4:Ce, BaAl2S4:Eu, Zn2SiO4, ZnGa2O4, Ga2O3, Zn2Si0.5Ge0.5O4, Zn2G2O4 중 어느 하나 이상을 포함한다.
상기 코어의 입경은 100 내지 10000nm로 이루어진다.
상기 전기변색물질은 WO3, NiOxHy, Nb2O5, TiO2, MoO3 중 선택된 무기물 또는, 티오펜, 카르바졸, 페닐렌 비닐렌, 아세틸렌, 아닐린, 페닐렌디아민 및 피롤 단량체로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 중합체, 비올로겐 유도체, 페노티아진 및 테트라티아풀발렌 중 선택된 전도성 고분자를 포함한다.
상기 쉘은 전기장에 따라 투명해지거나 블랙을 나타낸다.
상기 쉘은 전기장에 따라 투명해지거나 적색을 나타내는 적색 전기변색물질과, 투명해지거나 녹색을 나타내는 녹색 전기변색물질과, 투명해지거나 청색을 나타내는 청색 전기변색물질이 혼합되어 이루어지되, 상기 적색, 녹색 및 청색 전기변색물질이 각각 적색, 녹색 및 청색을 나타내어 이들의 혼합에 의해 블랙을 나타낸다.
상기 쉘은 전기장에 따라 블랙 또는 상기 코어의 색과 동일한 색을 나타낸다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 하부 전극과 상부 전극이 각각 형성된 하부 기판과 상부 기판, 상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이에 형성되어, 복수의 화소를 구획하는 복수의 격벽, 상기 복수의 화소에 주입된 전기변색입자 분산액 및 상기 복수의 화소에 대응되는 상기 하부 전극 상에 형성된 반사판을 포함하며, 상기 전기변색입자는 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 전기변색입자를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색입자 및 이를 포함하는 표시장치는 전기변색입자의 색좌표 및 반사율을 향상시킬 수 있는 이점이 있고, 이에 따라 표시품질이 우수한 표시장치를 제공할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명의 전기변색입자는 전기영동입자와 같이 입자의 움직임이 없기 때문에 응답속도가 매우 빠른 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색입자를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기변색입자를 나타낸 도면.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 컬러 반사형 표시장치를 구현하기 위한 전기변색 입자에 관한 것으로, 컬러를 표현하는 코어와, 이온 또는 전자에 의해 산화 및 환원 작용을 하여 코어의 색상을 나타내거나 차단할 수 있는 전기변색 물질이 쉘층으로 이루어진 코어/쉘 형태의 전기변색입자를 개시한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색입자를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색입자(100)는 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나를 발하는 코어(110) 및 상기 코어(110)를 둘러싸며, 빛을 투과하거나, 블랙 또는 유채색을 발하는 전기변색물질로 이루어진 쉘(120)을 포함한다.
상기 코어(110)는 적색, 녹색 및 청색을 발하는 물질로 이루어지며 예를 들어, 유기안료, 염료 또는 형광체로 이루어진다. 여기서, 유기안료 또는 상기 염료는 안트라퀴논, 디피롤로피롤, 이소인돌리돈, 아조피리돈, 아조피롤리돈, 디아조다이아릴라이드, 트리아릴메탄, 프탈로시아닌, 퀴노프탈론, 티오인디고이드, 티오잔센 및 잔센기 중 어느 하나 이상을 포함한다. 또한, 상기 형광체는 ZnS: Sm, CaS:Eu, SrTiO3:Pr,Al, Ba2ZnS3:Mn, ZnGa2O4:Eu, (Ca,Sr)Y2S4:Eu, ZnS:Mn, ZnS:Tb, SrGa2S4:Eu, CaAl2S4:Eu, Zn(Ga,Al)2O4:Mn, Y3(Al,Ga)5O12:Tb, Y2SiO2:Tb, ZnS:Tm, CaGa2S4:Ce, SrGa2S4:Ce, SrS:Ag, CaS:Pb, BaAl2S4:Eu, Ba2SiS4:Ce,Ga, ZnS:Sm, CaS:Tb, SrS:Eu, ZnS:Tb, CaS:Ce, SrS:Mn, ZnS:Tm, SrS:Cu, SrGa2S4:Ce, BaAl2S4:Eu, Zn2SiO4, ZnGa2O4, Ga2O3, Zn2Si0.5Ge0.5O4, Zn2G2O4 중 어느 하나 이상을 포함하여 이루어진다.
상기 컬러를 나타내는 코어(110)는 100 내지 10000nm의 입경으로 이루어지며, 또는 그 이상의 마이크로 크기의 구형 혹은 무정형 상태로 이루어질 수 있다. 또한, 코어(110)는 유기 물질이나 무기 물질 등 제한없이 사용가능하며, 원하는 특정 색을 발하기 위해 단일 혹은 2종 이상 혼합된 상태로 사용할 수도 있다.
상기 쉘(120)은 상기 코어(110)를 둘러싸게 형성되며, 빛을 투과하거나 블랙 또는 유채색을 발하는 전기변색물질로 이루어진다. 상기 전기변색물질은 WO3, NiOxHy, Nb2O5, TiO2, MoO3 중 선택된 무기물, 또는 티오펜, 카르바졸, 페닐렌 비닐렌, 아세틸렌, 아닐린, 페닐렌디아민 및 피롤 단량체로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 중합체, 비올로겐 유도체, 페노티아진 및 테트라티아풀발렌 중 선택된 어느 하나 이상을 포함하여 이루어진다.
본 발명에서의 쉘(120)의 전기변색물질은 블랙의 차폐와 투명의 투과를 나타내기 때문에, 전기변색물질을 선정할 때 투명한 상태에서 블랙으로 변화하거나 흑색에서 투명한 상태로 변화되는 물질일 수 있다. 만약 1가지 색상으로 블랙의 구현이 어려울 경우 청록, 노랑, 다홍색의 조합 또는 적색, 녹색, 청색의 조합으로 흑색을 표현할 수도 있다. 또한, 전기변색물질은 이에 한정되지 않으며, 블랙에서 적색으로 변화하거나, 블랙에서 녹색 또는 블랙에서 청색으로 변화하는 물질일 수도 있다.
상기 코어(110)를 둘러싸는 쉘(120)은 쉘(120)을 이루고 있는 전기변색물질이 링커(linker)에 의해 코어(110)와 화학적으로 결합된다. 링커는 코어(110)에 결합되어 추후 쉘(120)과의 합성반응에서 쉘(120)의 전기변색물질과 결합될 수 있는 물질이라면 제한없이 사용가능하며, 예를 들어, 3-아미노프로필트리에톡시실란과 같은 물질을 사용할 수 있다.
이와 같이 이루어진 전기변색입자(100)는 전압의 인가에 따라 전기변색물질인 쉘(120)이 코어(110)의 색을 차폐하거나 투과시켜 작동된다. 예를 들어, 코어(110)가 적색을 발하는 형광체로 이루어지고 쉘(120)이 블랙에서 투과 또는 투과에서 블랙으로 변할 경우, 쉘(120)이 블랙이면 코어(110)의 적색이 차폐되어 블랙이 구현되고 쉘(120)이 투명하면 코어(110)의 적색이 투과되어 적색이 구현된다.
전술한 본 발명의 코어/쉘 형태의 전기변색입자는 투명한 액체 전해질에 분산하여 사용하거나 투명한 고체 전해질과 함께 필름화하여 사용한다. 상기 액체 전해질로는 1M LiOH 수용액, 1M의 LiClO4수용액, 1M의 KOH수용액 등을 사용할 수 있고, 상기 고체 전해질로는 Poly-AMPS, Poly(VAP), Modified PEO/LiCF3SO3 등을 사용할 수 있다. 특히, 고체 전해질은 고체 상태에서 이온을 전달할 수 있는 물질로 소자의 제작시 액체의 누수와 같은 문제점이 없어 환경친화적이며, 박막화가 가능하여 원하는 모든 형태로 제작이 가능한 장점을 가진다.
상기 전기변색입자가 전해질에 분산된 전기변색입자 분산액은 다음과 같이 제조될 수 있다. 코어를 이루는 물질 예를 들어 형광체를 용매와 혼합한 후 분산시키고 링커와 혼합하여 1차 형광체 분산액을 제조한다. 그 다음 쉘을 이루는 전기변색물질을 용매와 혼합한 후 상기 형광체 분산액과 혼합한 후 세정한다. 마지막으로 상기 혼합 용액을 전해질과 혼합하여 전기변색입자 분산액을 제조한다.
여기서, 코어를 이루는 형광체, 안료 등의 물질은 결정성의 응집체로 별도의 분산 공정이 필요하다. 만약 분산 공정을 거치지 않으면 입자의 입경이 수 마이크로에서 수 십 마이크로 크기로 전기변색입자가 불가능하므로 별도의 분산 공정을 거쳐 수 십 나노미터에서 수 백 나노미터 크기의 분산액을 제조한다. 상기 분산은 롤러밀(roller mill), 제트밀(jet mill), 수직비드밀(vertical-bead mill), 수평비드밀(horizontal-bead mill), 초음파 분쇄기 중 하나의 방법을 사용할 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.
또한, 상기 용매는 프로필글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 아세톤, 메틸에텔케톤, 싸이클로헥사논, 에탄올, 메틸렌클로라이드, 에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜, 모노에틸에테르, 에톡시프로피온산, 자일렌, 톨루엔, 부틸아세테이트, 부탄올 등을 사용할 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.
이하, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색입자를 이용한 표시장치에 대해 설명하면 다음과 같다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(200)는 적색, 녹색, 청색 화소 각각에 적색 전기변색입자, 녹색 전기변색입자 및 청색 전기변색입자가 주입된다. 보다 자세하게, 표시장치(200)는 하부 전극(220)이 형성된 하부 기판(210)과, 상부 전극(270)이 형성된 상부 기판(260)과, 상부 기판(260)과 하부 기판(210) 사이에 형성되어 화소를 구획하는 격벽(230)과, 격벽(230)에 의해 형성된 각 화소 공간에 적색, 녹색, 청색 전기변색입자(250R, 250G, 250B) 분산액이 주입된 적색, 녹색 및 청색 화소(300R, 300G, 300B)를 구비한다.
하부 기판(210)은 투명한 유리 기판으로 이루어지고, 상부 기판(260)은 PET(Polyethylene Terephthalate) 필름으로 이루어질 수 있다. 하부 기판(210) 상에 각 화소의 하부 전극(220)이 형성되고, 그 위에 네거티브 포토레지스트를 이용하여 매트릭스 구조의 격벽(230)이 형성됨으로써 적색, 녹색 및 청색 화소(300R, 300G, 300B) 공간이 형성된다. 각 화소 공간에는 외부 광을 반사할 수 있는 반사판(240)이 형성되고, 적색, 녹색 및 청색 전기변색입자 분산액을 스크린 인쇄 방법을 이용하여 각각 주입한다. 적색 화소(300R)에 적색 전기변색입자 분산액을 인쇄한 후 건조하고, 동일 인쇄 방법으로 녹색 화소(300G) 및 청색 화소(300B)에 녹색 및 청색 전기변색입자 분산액을 순차적으로 인쇄하여 형성된다.
상기와 같이 구성된 표시장치(200)는 전기장을 인가하면 예를 들어, 적색 화소(300R)는 하부 전극(220) 및 상부 전극(270)에 인가된 전압에 응답하여, 적색 전기변색입자(250R)의 쉘이 투명하게 변하여 적색 코어의 컬러를 투과시킨다. 그리고, 녹색 화소(300G)는 하부 전극(220) 및 상부 전극(270)에 인가된 전압에 응답하여, 녹색 전기변색입자(250G)의 쉘이 블랙으로 변하여 녹색 코어의 컬러를 차폐하여 블랙으로 표시된다. 한편, 청색 화소(300B)는 하부 전극(220) 및 상부 전극(270)에 인가된 전압에 응답하여, 청색 전기변색입자(250B)의 쉘이 투명하게 변하여 청색 코어의 컬러를 투과시킨다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색입자를 포함하는 표시장치는 적색, 녹색 및 청색의 컬러를 투과 또는 차폐함으로써 컬러를 구현하여 이미지를 표시할 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기변색입자를 나타낸 도면이다. 전술한 본 발명의 일 실시예의 전기변색입자는 쉘이 블랙과 투명으로 변하는 것을 예로 설명하였지만, 전기변색입자는 블랙과 적색, 녹색 및 청색으로 변할 수도 있다.
보다 자세하게, 도 3을 참조하면, 적색 화소(300R)에 형성된 적색 전기변색입자(250R)는 적색을 발하는 코어(310)와 코어(310)를 둘러싸는 쉘(320)로 구성된다. 이때, 쉘(320)은 전기장의 인가에 따라 블랙에서 적색으로 변하거나, 적색에서 블랙으로 변하는 물질로 이루어진다. 따라서, 적색 화소(300R)는 쉘(320)이 블랙으로 변하면 코어(310)의 적색을 차폐하여 블랙으로 표시되고, 쉘(320)이 적색으로 변하면 코어(310)의 적색과 더불어 적색을 발하여 적색으로 표시된다.
그리고, 녹색 화소(300G)에 형성된 녹색 전기변색입자(250G)는 녹색을 발하는 코어(310)와 코어(310)를 둘러싸는 쉘(320)로 구성된다. 이때, 쉘(320)은 전기장의 인가에 따라 블랙에서 녹색으로 변하거나, 녹색에서 블랙으로 변하는 물질로 이루어진다. 따라서, 녹색 화소(300G)는 쉘(320)이 블랙으로 변하면 코어(310)의 녹색을 차폐하여 블랙으로 표시되고, 쉘(320)이 녹색으로 변하면 코어(310)의 녹색과 더불어 녹색을 발하여 녹색으로 표시된다.
그리고, 청색 화소(300B)에 형성된 청색 전기변색입자(250B)는 청색을 발하는 코어(310)와 코어(310)를 둘러싸는 쉘(320)로 구성된다. 이때, 쉘(320)은 전기장의 인가에 따라 블랙에서 청색으로 변하거나, 청색에서 블랙으로 변하는 물질로 이루어진다. 따라서, 청색 화소(300B)는 쉘(320)이 블랙으로 변하면 코어(310)의 청색을 차폐하여 블랙으로 표시되고, 쉘(320)이 청색으로 변하면 코어(310)의 청색과 더불어 청색을 발하여 청색으로 표시된다.
이와는 달리, 전기변색입자(250B)의 쉘(320)은 투명과 적색으로 변하는 전기변색물질과, 투명에서 녹색으로 변하는 전기변색물질 및 투명에서 청색으로 변하는 전기변색물질이 혼합하여 형성될 수도 있다.
보다 자세하게는, 적색 화소(300R)에 형성된 적색 전기변색입자(250R)는 적색을 발하는 코어(310)와 코어(310)를 둘러싸는 쉘(320)로 구성된다. 이때, 쉘(320)은 전기장의 인가에 따라 투명과 적색으로 변하는 전기변색물질과, 투명에서 녹색으로 변하는 전기변색물질 및 투명에서 청색으로 변하는 전기변색물질이 혼합하여 형성된다. 따라서, 적색 화소(300R)는 쉘(320)의 전기변색물질이 각각 적색, 녹색 및 청색으로 변하면 이들이 혼합하여 블랙이 됨에 따라 코어(310)의 적색을 차폐하여 블랙으로 표시된다. 반면, 적색 화소(300R)는 쉘(320)이 투명으로 변하면 코어(310)의 적색을 투과시켜 적색으로 표시된다.
이와 마찬가지로, 녹색 화소(300G) 및 청색 화소(300B)도 각각 코어(310)만 녹색과 청색을 발하고 나머지 쉘(320)은 적색 화소(300R)와 동일하게 구성되어, 녹색 및 청색을 표시할 수 있다. 상술한 본 발명의 실시예에서는 코어 및 전기변색물질이 적색, 녹색 또는 청색만을 나타내는 것으로 예시하였지만 이에 한정되지 않으며 유채색이면 어떠한 색도 나타낼 수 있다.
이하, 본 발명의 전기변색입자 분산액 및 이를 포함하는 표시장치에 관하여 하기 실험예에서 상술하기로 한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실험예
적색, 녹색 및 청색 전기변색입자 분산액의 제조
적색 형광체((Y,Gd)BO3:Eu, DPP-201R, DAEJOO) 3g과 에탄올(Ethanol) 40ml를 100ml 광구 튜브에 넣은 후, 입경이 2mm인 지르코니아 볼을 50 ~ 60 vol%로 넣고 15시간 동안 볼밀 분산을 한다. 볼을 제거 한 후 30℃에서 강하게 교반하면서 3-아미노프로필트리에톡시실란((3-aminopropyl)triethoxysilane, Aldrich) 2g을 넣어준다. 충분히 교반 한 다음 5%의 암모니아수(NH4OH) 20ml를 1ml/min의 속도로 적하하여 1차 형광체 분산액을 제조한다.
아이오도메탄(Iodomethane(Aldrich)) 3g과 4,4-바이피리딘(4,4-bipyridine(Aldrich)) 2g을 50ml의 톨루엔(toluene)에 넣고 40℃에서 4시간 동안 환류 시킨다. 동일 몰의 3-브로모프로필아민 하이드로브로마이드(3-bromopropylamine hydrobromide(aldrich))를 아세토니트릴(acetonitrile)에 용해 시킨 후 상기의 용액과 섞어 85℃에서 6시간 환류시킨다. 이 후 에틸 아세테이트(Ethyl acetate)를 소량 적하하여 결정을 생성하고, 메탄올(methanol)을 이용하여 3회 세정 후 1차 형광체 분산액과 혼합한다. 글루타르알데히드 용액(glutaraldehyde solution(25%, Aldrich)) 5.25ml를 추가하여 상온에서 24시간 교반 후, 에탄올(ethanol)과 초순수(DI water)로 수 회 세정하여 각 종 불순물을 제거한다. 0.5M의 LiClO4가 용해된 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate) 전해액에 고형분이 20w%가 되도록 혼합하여 적색 전기변색입자 분산액을 제조하였다.
상기 적색 전기변색입자 분산액의 제조와 동일한 공정 조건 하에, 적색 형광체 대신 녹색 형광체(Zn2SiO4:Mn, DPP-301G1, DAEJOO) 3g을 사용하여 녹색 전기변색 입자 분산액을 제조하였다.
상기 적색 전기변색입자 분산액의 제조와 동일한 공정 조건 하에, 적색 형광체 대신 청색 형광체(BaMgAl10O17:Eu, DPP-501B, DAEJOO) 3g을 사용하여 청색 전기변색 입자 분산액을 제조하였다.
컬러 반사형 표시장치의 제조
상기의 실험예를 통하여 제조한 전기변색입자 분산액을 두께 10㎛의 격벽이 형성되고 ITO가 코팅된 가로, 세로 2인치의 상부/하부 기판 사이에 주입하여 표시장치를 제조하였다.
비교예
전기영동입자의 제조
주쇄와 측쇄에 극성기가 1중량% 포함된 바인더를 이용한 바인더 수지 10g을 에틸 아세테이트 용매 100g에 용해시키고, 백색 안료(TiO2), 적색 안료(유기안료: Red 354) 0.3g, 음전하 전하 조절제 3g과 0.3~3mm 입경의 지르코니아 볼 2000g을 포함하여 12시간 분산기를 이용하여 1차 분산시켰다. 그 다음 동일 조건으로 음전하 조절제 3g를 포함하여 2차 분산시켰다. 2차 분산시킨 분산액에서 희석제(에틸 아세테이트, 응집방지제 10중량 %)를 이용하여 볼을 제거한 다음, 이를 저점도 분산기를 이용한 반응기에서 60℃, 2000RPM 조건 하에서 15분 동안 혼합하고, 입자를 이소파라핀계 용매 내에서 고속 분산시킴으로써 음전하를 띄는 적색 전기영동입자가 분산된 적색 전기영동입자 분산액을 제조하였다.
상기 적색 전기영동입자 분산액의 제조와 동일한 공정 조건 하에, 적색 안료 대신 녹색 안료(유기안료: Green 58) 0.3g을 사용하여 녹색 전기영동입자 분산액을 제조하였다.
상기 적색 전기영동입자 분산액의 제조와 동일한 공정 조건 하에, 적색 안료 대신 청색 안료(유기안료: Blue 15:6) 0.3g을 사용하여 청색 전기영동입자 분산액을 제조하였다.
전기영동 표시장치의 제조
상기의 비교예를 통하여 제조한 전기영동입자 분산액을 두께 35㎛의 격벽이 형성되고 ITO가 코팅된 가로, 세로 2인치의 상부/하부 기판 사이에 주입하여 표시장치를 제조하였다.
상기 실험예 및 비교예에 따라 제조된 표시장치에 +3V, -3V의 전압을 10초 간격으로 100회 가하여 에이징 시킨 후 D65 표준 광원을 이용하여 코니카 미놀타社의 CM-5 분광측색장비를 사용하여 색좌표를 측정하였고 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다. 하기 표1의 컬러 스테이트(Color state)는 쉘층의 전기변색물질이 탈색되어 코어의 색이 보이는 상태이며 블랙 스테이트(Black state)는 쉘층의 전기변색물질이 색을 발하여 코어의 색을 차단한 상태를 의미한다.

 컬러 스테이트 블랙 스테이트
CIE_x CIE_y 반사율(%) 반사율(%)

실험예
 적색 0.513 0.322 29.7 3.7
녹색 0.241 0.483 53.4 5.8
청색 0.195 0.123 22.5 3.2

비교예
 적색 0.483 0.320 21.1 2.9
녹색 0.189 0.210 15.4 2.6
청색 0.296 0.325 32.1 3.1
상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 실험예에 따라 제조된 반사형 표시장치는 적색, 녹색 및 적색의 색좌표 및 반사율이 비교예인 전기영동 표시장치에 비해 현저하게 향상된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 블랙을 표시하는데 있어서, 본 발명의 표시장치는 비교예에 비해 반사율이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색입자 및 이를 포함하는 표시장치는 전기변색입자의 색좌표 및 반사율을 향상시킬 수 있는 이점이 있고, 이에 따라 표시품질이 우수한 표시장치를 제공할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명의 전기변색입자는 전기영동입자와 같이 입자의 움직임이 없기 때문에 응답속도가 매우 빠른 이점이 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
200 : 표시장치 210 : 하부 기판
220 : 하부 전극 230 : 격벽
240 : 반사판 250R : 적색 전기변색입자
250G : 녹색 전기변색입자 250B : 청색 전기변색입자
255 : 전해질 260 : 상부 기판
270 : 상부 전극 300R : 적색 화소
300G : 녹색 화소 300B : 청색 화소

Claims (12)

  1. 하부 전극과 상부 전극이 각각 형성된 하부 기판과 상부 기판;
    상기 하부 기판과 상기 상부 기판 사이에 형성되어, 복수의 화소를 구획하는 복수의 격벽;
    상기 복수의 화소에 주입되며, 적색, 녹색 및 청색 전기변색입자를 포함하는 전기변색입자 분산액; 및
    상기 복수의 화소에 대응되는 상기 하부 전극 상에 형성된 반사판을 포함하며,
    상기 복수의 화소는 상기 적색 전기변색입자가 포함된 적색 화소, 상기 녹색 전기변색입자가 포함된 녹색 화소, 및 상기 청색 전기변색입자가 포함된 청색 화소를 포함하며,
    상기 전기변색입자는,
    어느 하나의 유채색을 발하는 코어; 및
    상기 코어를 둘러싸며, 전기장에 따라 투명, 블랙 또는 유채색 중 적어도 둘 이상을 나타내는 전기변색물질로 이루어진 쉘을 포함하며,
    상기 쉘이 투명인 경우 상기 쉘은 상기 코어의 어느 하나의 유채색을 투과시키고, 상기 쉘이 블랙인 경우 상기 쉘은 상기 코어의 어느 하나의 유채색을 차폐시키며, 상기 쉘이 유채색을 나타내는 경우 상기 쉘은 상기 코어의 어느 하나의 유채색과 동일한 색을 나타내는 표시장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 코어는 유기안료, 염료 또는 형광체로 이루어진 표시장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 유기안료 또는 상기 염료는 안트라퀴논, 디피롤로피롤, 이소인돌리돈, 아조피리돈, 아조피롤리돈, 디아조다이아릴라이드, 트리아릴메탄, 프탈로시아닌, 퀴노프탈론, 티오인디고이드, 티오잔센 및 잔센기 중 어느 하나 이상을 포함하는 표시장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 형광체는 ZnS: Sm, CaS:Eu, SrTiO3:Pr,Al, Ba2ZnS3:Mn, ZnGa2O4:Eu, (Ca,Sr)Y2S4:Eu, ZnS:Mn, ZnS:Tb, SrGa2S4:Eu, CaAl2S4:Eu, Zn(Ga,Al)2O4:Mn, Y3(Al,Ga)5O12:Tb, Y2SiO2:Tb, ZnS:Tm, CaGa2S4:Ce, SrGa2S4:Ce, SrS:Ag, CaS:Pb, BaAl2S4:Eu, Ba2SiS4:Ce,Ga, ZnS:Sm, CaS:Tb, SrS:Eu, ZnS:Tb, CaS:Ce, SrS:Mn, ZnS:Tm, SrS:Cu, SrGa2S4:Ce, BaAl2S4:Eu, Zn2SiO4, ZnGa2O4, Ga2O3, Zn2Si0.5Ge0.5O4, Zn2G2O4 중 어느 하나 이상을 포함하는 표시장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 코어의 입경은 100 내지 10000nm로 이루어진 표시장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 전기변색물질은 WO3, NiOxHy, Nb2O5, TiO2, MoO3 중 선택된 무기물 또는, 티오펜, 카르바졸, 페닐렌 비닐렌, 아세틸렌, 아닐린, 페닐렌디아민 및 피롤 단량체로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 중합체, 비올로겐 유도체, 페노티아진 및 테트라티아풀발렌 중 선택된 전도성 고분자를 포함하는 표시장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 쉘은 전기장에 따라 투명해지거나 블랙을 나타내는 표시장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 쉘은 전기장에 따라 투명해지거나 적색을 나타내는 적색 전기변색물질과, 투명해지거나 녹색을 나타내는 녹색 전기변색물질과, 투명해지거나 청색을 나타내는 청색 전기변색물질이 혼합되어 이루어지되,
    상기 적색, 녹색 및 청색 전기변색물질이 각각 적색, 녹색 및 청색을 나타내어 이들의 혼합에 의해 블랙이 나타나는 표시장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 쉘은 전기장에 따라 블랙 또는 유채색을 나타내는 표시장치.
  10. 삭제
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 쉘이 투명인 경우 상기 쉘은 상기 코어의 어느 하나의 유채색을 투과시키고, 상기 쉘이 블랙인 경우 상기 쉘은 상기 코어의 어느 하나의 유채색을 차폐시키는 표시장치.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 쉘이 블랙인 경우 상기 쉘은 상기 코어의 어느 하나의 유채색을 차폐시키고, 상기 쉘이 유채색을 나타내는 경우 상기 쉘은 상기 코어의 어느 하나의 유채색과 동일한 색을 나타내는 표시장치.
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