KR20070074967A - 전기영동형 전자종이의 마이크로캡슐 및 이를 포함하는전기영동형 전자종이 디스플레이 장치 - Google Patents

전기영동형 전자종이의 마이크로캡슐 및 이를 포함하는전기영동형 전자종이 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기영동형 전자종이의 마이크로캡슐 및 이를 포함하는 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 백색입자, 흑색입자 및 현탁유체를 포함하는 코어(core)와, 상기 코어 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있는 코어캡슐(core capsule)로 이루어지고, 상기 백색입자와 흑색입자 중 적어도 하나는 상기 코어캡슐과 동일한 물질로 이루어진 표면활성제(surfactant)를 포함하는 전기영동형 전자종이의 마이크로캡슐과 이를 포함하는 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치에 의하는 경우, 상기 마이크로캡슐은 하부전극과 상부전극에 의해 인가된 전압에 대하여 문턱전압(threshold voltage)을 가질 수 있어서, 단순한 수동 구동으로도 고해상도 구현이 가능한 효과가 있다.
전자종이, 문턱전압, 표면활성제

Description

전기영동형 전자종이의 마이크로캡슐 및 이를 포함하는 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치{Microcapsule of Electrophoretic Electronic Paper and Electrophoretic Electronic Paper Display Device Having The Same}
도 1은 종래 기술에 따른 마이크로캡슐형 전자종이의 셀 구조 및 구동원리를 나타내는 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치의 마이크로캡슐 안에 있는 입자에 표면활성제가 포함된 상태를 나타내는 단면도이고,
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 표면활성제를 포함하는 입자가 문턱전압을 가질 수 있음을 설명하기 위하여 입자와 코어캡슐간 거리에 따른 에너지 분포도를 나타내는 그래프이다.
**도면의 주요부분에 대한 기호의 설명**
1: 하부전극 2: 상부전극
3: 백색입자 4: 흑색입자
5: 현탁유체 6: 코어캡슐
7: 표면활성제
본 발명은 전자종이에 관한 것으로, 특히 전기영동형 전자종이의 마이크로캡슐 및 이를 포함하는 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 마이크로캡슐 내부에 있는 입자 표면에 코어캡슐과 동일한 물질로 이루어진 표면활성제(surfactant)가 포함된 것을 특징으로 한다.
전자종이의 개발은 1970년대에 제록스(Xerox)가 최초로 연구에 착수하였으며, 당시 이 회사는 정전하가 충전된 반구형 회전구를 이용한 전자잉크의 개념을 발표하였고 이를 이용하여 유연성이 있는 얇은 기판에 인쇄할 수 있는 기술의 개발을 추진하였다. 여기에서 전자종이로 사용되는 핵심소재가 일명 트위스트 볼이라고 불리는 Gyricon 볼이다. 이 후 1990년대 들어 연구가 더욱 활발해지면서 어느 정도의 연구 성과를 보이는 전자종이의 개발은 제록스의 Gyricon 디스플레이 외에도 전기영동법과 마이크로 캡슐을 응용한 E-Ink 사의 전기영동 디스플레이를 비롯한 다양한 전자종이로의 연구가 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있다.
그 중에서 전기영동법과 마이크로 캡슐을 응용한　E-Ink 사의 전기영동 디스플레이는 전계에서 콜로이드 현탁 상태의 마이크로입자의 빠른 이동, 즉 전기영동에 기초 한 것으로서, E-Ink 사는 도 1에 나타난 바와 같이 전기영동 재료를 포집하고 있는 마이크로캡슐을 제조하는 기술을 처음으로 개척하였다. 이 디스플레이는 그 기술에 캡슐화된 전기영동 잉크라는 독창적인 개념을 포함하고 있다.
이러한 캡슐형 전자종이는 흑색미립자(40)와 백색미립자(30)가 색을 띤 유전유체에 포함된 투명한 마이크로캡슐을 제조한 후, 바인더(50)와 혼합하여 기판(10)에 내접한 상, 하부 투명전극(20) 사이에 위치시키고, 양의 전압을 인가하면 음으로 대전된 잉크 미립자들이 표면으로 이동하여 미립자의 색을 표시할 수 있는 것이다. 또한 음의 전압을 인가하면 잉크 미립자들이 아래쪽으로 이동하여 유체의 색을 볼 수 있게 된다. 이러한 방식에 의해서 문자나 이미지를 표시하게 되는 원리이다.
도 1은 전기영동 디스플레이 중 한 가지의 동작원리를 잘 보여주는 단면도이다. 전기영동 디스플레이는 투명한 현탁액에 부유하고 있는 입자의 정전기적 이동에 의존하는 소자로서 양의 전압이 부과되면 양전하가 대전된 흰색 입자들은 관찰자 쪽 전극으로 정전기적으로 이동한다. 이 때 흰색 광산란 입자는 near-Lambertain 반사를 제공한다. 반대로 음의 전압이 부과되면 관찰자에서 먼 쪽의 전극으로 흰색 입자들이 이동하고, 캡슐 상부로 검은색 입자들이 이동하여 빛을 흡수하므로 검은색이 관찰되게 된다.
일단 어떤 극에서든 이동이 일어난 후 전압을 제거해도 입자들은 그 자리에 그대로 머물러 있게 되고, 결국 쌍안정성을 지니는 메모리 디바이스를 제공하게 된다. 이와는 다르게 단일 입자를 이용한 전기영동 캡슐도 있는데, 이것은 투명한 고분자 캡슐 내부에 흰색의 대전된 입자가 어두운 색으로 염색된 유체에 부유하고 있는 형태로 구성되어 있다.
이러한 마이크로캡슐은 직경이 최소 30㎛ 까지 작게 만들 수 있고 매우 가까이 밀착시켜 패킹할 수 있으므로, 볼의 크기와 공동의 공간에 의해 해상도가 제한받는 Gyricon 디스플레이보다 훨씬 더 높은 해상도를 나타낼 수 있다. 그리고, 마이크로캡슐형 디스플레이는 종이와 같은 외관을 가지고, 광반사 효율이 40% 이상으로 신문과 비슷하거나 오히려 약간 높은 수치를 나타낸다. 또한, 인가된 전압의 세기를 이용하여 입자의 이동을 조절함으로써 회색 스케일의 구현이 또한 가능하다.
구동전압은 약 90V이고 대조비는 약 10:1 이상이다. 전기영동 입자가 캡슐의 한 쪽 면에서 다른 쪽 면으로 이동하는데 걸리는 시간은 100ms 대에 이르며, 이것은 비디오 매체로의 응용에는 너무 느린 편이다. 마이크로캡슐의 잉크미립자 재료는 천만번의 스위칭 사이클에도 디바이스 구현의 감쇠가 없이 디스플레이 신뢰도와 안정성을 보여주었다.
그러나, 이러한 마이크로캡슐형 전자종이의 가장 큰 문제점은 입자의 이동 변화에 있어서 전압의 문턱전압(threshold voltage)이 없다는 것이다. 다시 말해서, 어떤 전압에서도 마이크로캡슐 내 입자의 위상을 어느 정도 바꿀 수 있다는 의미로서, 전압인가에 따라 선형적인 입자의 움직임이 관찰된다. 이것은 실제로 해상도의 한계를 가져오고, 픽셀의 수가 증가할수록 디스플레이의 전계 조절은 매우 복잡하게 된다.
그러므로, 직접구동은 낮은 정보 콘텐트용 응용장치에는 효율적이지만 고해상도 이미지를 위해서는 TFT를 이용한 능동형 매트릭스가 사용되어야 하는 한계가 있고, 이에 따라 제조과정이 복잡하고 비용이 상승하게 되는 문제점도 있다. 따라서, 단순한 수동 구동으로도 고해상도 구현이 가능하게 문턱전압을 가지는 전자종이 개발이 절실히 요구되고 있는 시점이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 코어캡슐과 동일한 물질로 이루어진 표면활성제(surfactant)가 잉크미립자 표면에 포함된 것을 특징으로 하는 마이크로캡슐을 제공하기 위한 것이다. 또한, 상기한 마이크로캡슐을 포함하는 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치를 제공하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.
이러한 본 발명에 따라, 코어캡슐과 동일한 물질로 이루어진 표면활성제를 입자 표면에 포함시킴으로서, 입자와 코어캡슐과의 접착상태를 변화시켜 입자의 위상을 이 동시키는데 어느 정도의 외부전압이 필요하도록 하게 하고자 하는 것이다. 즉, 본 발명은 코어캡슐과 동일한 물질을 입자에 부착시킴으로써 입자와 코어캡슐의 부착력을 높여서, 입자의 이동에 문턱전압(threshold voltage)을 가지게 하는 것이 본 발명의 목적이다. 이에 따라, 단순한 수동 구동으로도 고해상도 구현이 가능한 전자종이 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기영동형 전자종이의 마이크로캡슐은 백색입자, 흑색입자 및 현탁유체를 포함하는 코어(core)와, 상기 코어 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있는 코어캡슐(core capsule)로 이루어지고, 상기 백색입자와 흑색입자 중 적어도 하나는 상기 코어캡슐과 동일한 물질로 이루어진 표면활성제(surfactant)를 포함하는 것이다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 다른 실시형태는 상기한 마이크로캡슐ㅇ르 포함하는 전자종이 디스플레이 장치이다. 즉, 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 하부기판과 상부기판; 상기 하부기판과 상부기판에 각각 내접하여 전압을 인가하는 하부전극과 상부전극; 및 상기 하부전극과 상부전극 사이의 공간에 봉입된 마이크로캡슐;을 포함하는 것으로, 상기 마이크로캡슐은 백색입자, 흑색입자 및 현탁유체를 포함하는 코어(core)와, 상기 코어 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있는 코어캡슐(core capsule)로 이루어지고, 상기 백색입자와 흑색입자 중 적어도 하나 는 상기 코어캡슐과 동일한 물질로 이루어진 표면활성제(surfactant)를 포함하며, 상기 마이크로캡슐 안에 있는 백색입자와 흑색입자가 상기 하부전극과 상부전극에 의해 인가된 전압에 대하여 문턱전압(threshold voltage)을 가지는 것을 특징으로 하는 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치이다.
여기서, 본 발명에 따른 상기 표면활성제는 코어캡슐과 들러붙으려고 하는 성질을 가지는 것을 특징으로 하는바, 상기 표면활성제는 상기 코어캡슐과 수소결합을 할 수 있는 것이 가능하고, 상기 표면활성제는 히드록시기(-OH)를 가지는 화합물인 것이 바람직하며, 상기 표면활성제는 알코올(alcohol)인 것이 더욱 바람직하다. 그중에서도, 상기 표면활성제는 우레탄(urethane), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate: PMMA) 또는 이들의 조합물로 이루어진 것을 특징으로 할 수도 있다.
이와 더불어, 본 발명에 따른 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치는 상기 현탁유체가 씨클로헥사, 테트라클로르에틸렌, 톨루엔 또는 이들의 조합물을 포함하여 저유전율을 가지는 것이 가능하고, 상기 저유전율은 1 내지 10 범위 내의 유전상수를 가지는 것일 수 있으며, 이를 포함하는 상기 마이크로캡슐은 150㎛ 내지 250㎛ 범위 내의 직경을 가지는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명은 입자의 이동에 문턱전압을 가지게 하여 단순한 수동 구동으로도 고해상도 구현이 가능한 전자종이 디스플레이 장치를 제공하고자 하는 것을 목적으로 하는바, 본 발명에 따른 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치는 수동행렬(passive matrix) 구동 장치를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참고로 하여 구체적으로 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치의 마이크로캡슐 안에 있는 입자에 표면활성제가 포함된 상태를 나타내는 단면도이다. 여기에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기영동형 전자종이의 마이크로캡슐은 백색입자(3), 흑색입자(4) 및 현탁유체(5)를 포함하는 코어(core)와, 상기 코어 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있는 코어캡슐(core capsule)(6)로 이루어지고, 상기 백색입자(3)와 흑색입자(4) 중 적어도 하나는 상기 코어캡슐(6)과 동일한 물질로 이루어진 표면활성제(surfactant)(7)를 포함한다.
즉, 본 발명은 도 2에 나타난 바와 같이, 마이크로캡슐 내부에 있는 입자(3, 4) 표면에 코어캡슐(6)과 동일한 물질로 이루어진 표면활성제(7)가 포함된 것을 특징으 로 한다. 입자(3, 4)가 코어캡슐(6)에 더 부착되도록 함으로서, 입자(3, 4)의 위상을 변화시키기는데 있어서 어느 정도의 필요전압을 도입하기 위함이다.
일반적으로, 종래의 마이크로캡슐에 있어서, 흑색입자 또는 백색입자는 용제에 무기물 산화입자와 비결정성 탄소분말을 분산시켜 이루어진 콜로이드 용액으로 형성된다. 여기에 필요에 따라 분산제를 첨가한 후, 상 분리 방법에 따라 분산시키는 것이다. 상기 무기물 산화입자로서는 Ti 산화물, Zn 산화물, Mg 산화물, Zr 산화물, Br 산화물, Al 산화물, Si 산화물, Cr 산화물, Co 산화물, Cu 산화물, Fe 산화물 등을 사용할 수 있으며, 구체적인 예를 들면, TiO2, ZnO, MgO, ZrO, BaO, Al2O3, SiO2, Cr2O3, Co3O4, CuO, Fe2O3 등을 사용할 수 있고, 그 중에서도 산화티타늄(TiO2)이 가장 일반적으로 사용된다.
그리고, 여기에 캡슐기재를 혼합시키는 것이다. 종래에 일반적으로 사용되는 캡슐기재는 상 분리 공정에 유용한 물질로 제한되는 것은 아니지만, 폴리스티렌, PMMA, 폴리에틸 메타크릴레이트, 폴리부틸 메타크릴레이트, 에틸 셀룰로스,폴리비닐 피리딘, 및 폴리 아크릴로니트릴 등과 같은 투명한 폴리머가 일반적이다. 이러한 폴리머를 이용하여 입자와 현탁유체로 이루어진 코어를 둘러싸도록 코팅되는 코어캡슐을 형성하는 것이다.
그러나, 이렇게 무기물 산화입자로 이루어진 마이크로캡슐의 잉크미립자는 현탁유체 안에서 제한없이 자유롭게 이동하게 되고, 조그마한 외부 인가 전압에 대해서도 반응하여 위상을 변화시킨다. 즉, 입자의 이동 변화에 있어서 전압의 문턱전압(threshold voltage)이 없이 이동하는 문제점이 나타나게 되었다. 이에 본 발명자는 마이크로 캡슐의 입자 표면에 표면활성제를 도입하고자 하였고, 상기 표면활성제를 캡슐기재와 동일한 것을 사용함으로써, 입자가 덜 자유롭게 움직이도록 한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 표면활성제를 포함하는 입자가 문턱전압을 가질 수 있음을 설명하기 위하여 입자와 코어캡슐간 거리에 따른 에너지 분포도를 나타내는 그래프이다.
먼저, 도 3a는 종래 기술에 따라 마이크로캡슐 내부에 있는 잉크미립자 사이의 거리에 따라 상기 잉크미립자 사이에 작용하는 에너지 분포를 도시한 그래프이다. 즉, 잉크미립자 사이의 거리가 가까우면 반데르발스의 힘에 따라 상호척력이 작용하고, 사이 거리가 점점 멀어질수록 상호인력이 작용하였다가 어느 거리 이상이 되면 서로에 영향을 주지 않게 된다. 도 3a에서 알 수 있는 특징은 잉크미립자 사이의 거리가 가까웠다가 점점 사이가 벌어지는 과정에서 상호인력이 점진적으로 천천히 감소한다는 것이다. 즉, 도 3a의 그래프 곡선이 완만한 기울기로 줄어든다는 것이다.
만약, 상기 그래프 곡선의 기울기가 도 3b에 나타난 것처럼 기울기가 급하고, 그래프 곡선의 모양이 깊은 골짜기 모양을 하고 있는 것처럼 만들 수 있다면, 상기 깊은 골짜기 모양의 인력 크기만큼이 외부에서 공급되어야만 입자 사이에 위상 변화가 생길 수 있는 것이다. 본 발명자는 여기에 착안하여, 마이크로캡슐의 입자와 이를 포함하는 캡슐 기재와의 사이에 반데르발스의 힘을 적용하고자 한 것이다.
즉, 본 발명에 따라 마이크로캡슐의 백색입자 또는 흑색입자와 이를 포함하는 코어캡슐 사이에 결합력을 높이고자 하였다. 이를 위하여 인가되는 전압에 의해 이동해야 하는 입자 자체를 코어캡슐과 동일한 물질로 제조할 수는 없었고, 입자에 표면활성제를 도입하게 된 것이다. 입자 표면에 코어캡슐과 동일한 물질로 이루어진 표면활성제를 도입함으로서, 입자와 코어캡슐과의 상호인력을 증가시키기 위한 것이다.
동일한 물질이 서로 더 달라붙으려고 한다는 사실은 본 발명이 마이크로캡슐을 가진 전기영동형 전자종이에 적용된다는 사실에 기인한다. 즉, 마이크로캡슐은 저유전율을 가진 현탁유체 안에 입자가 존재하는 습식형 전자종이이다. 예를 들어, 물과 기름을 섞으면 동일한 물질끼리 모여서 응집하려는 성질을 갖는 것과 마찬가지로, 현탁유체 안에 있는 입자는 이종물질보다 동일한 물질로 이루어진 것에 더 달라붙으려고 할 것이다. 이러한 성질은 현탁유체가 존재하지 않는 건식형 전자종이 에서 동일한 물질이 서로 척력을 작용하기 때문에 입자의 유동성에 도움을 줄 수 있다는 사실과는 구별되는 것이다.
이러한 본 발명에 의하는 경우, 코어캡슐(6)과 동일한 물질로 이루어진 표면활성제(7)가 입자(3, 4) 표면에 포함되어 있고, 이에 따라 코어캡슐(6)과 입자(3, 4)는 현탁유체(5)보다 동일한 물질끼리 서로 들러붙으려고 하기 때문에, 입자(3, 4)와 코어캡슐(6) 간의 상호인력은 더욱 증가할 것이다. 이러한 입자(3, 4)와 코어캡슐(6) 간의 상호인력이 증가하면 증가할수록 입자(3, 4)는 미세한 외부 전압에는 거동을 하지 않을 것이고, 입자(3, 4)와 코어캡슐(6)과의 접착상태를 변화시켜 입자(3, 4)의 위상을 이동시키기 위해서는 어느 정도의 외부전압이 필요하게 된다. 즉, 본 발명에 따른 전기영동형 전자종이의 마이크로캡슐은 코어캡슐(6)과 동일한 물질을 입자(3, 4)에 부착시킴으로써 입자(3, 4)와 코어캡슐(6)의 부착력을 높여서, 입자(3, 4)의 이동에 문턱전압(threshold voltage)을 가지게 할 수 있는 유용성을 가지고 있는 것이다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 다른 실시형태는 상기한 마이크로캡슐을 포함하는 전자종이 디스플레이 장치이다. 즉, 도 2에 나타난 바와 같이, 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 하부기판(도시하지 않음)과 상부기판(도시하지 않음); 상기 하부기판과 상부기판에 각각 내접하여 전압을 인가하는 하부전극(1)과 상부전극(2); 및 상기 하부전극(1)과 상부전극(2) 사이의 공간에 봉입된 상기한 마 이크로캡슐;을 포함하는 것으로, 상기 마이크로캡슐 안에 있는 백색입자(3)와 흑색입자(4)가 상기 하부전극(1)과 상부전극(2)에 의해 인가된 전압에 대하여 문턱전압(threshold voltage)을 가지는 것을 특징으로 하는 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치이다.
이러한 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치는 상술한 바와 같은 마이크로캡슐을 포함하는 것을 특징으로 한다. 그리하여, 상기한 마이크로캡슐 안에 있는 백색입자(3)와 흑색입자(4) 중 적어도 하나는 상기 코어캡슐(6)과 동일한 물질로 이루어진 표면활성제(7)를 포함하고, 표면활성제(7)와 코어캡슐(6)과의 상호인력이 증가함으로 인해서 상기 마이크로캡슐 안에 있는 백색입자(3)와 흑색입자(4)가 하부전극(1)과 상부전극(2)에 의해 인가된 전압에 대하여 문턱전압을 가질 수 있는 것이다.
이러한, 본 발명에 따른 마이크로캡슐의 광학적 목적은 입자의 이동에 따라 빛을 산란시키거나 빛을 흡수하거나 또는 빛을 산란시키고 흡수하는 것이고, 백색 및 흑색입자(3, 4)와 현탁유체(5)가 포함된 코어와 코어캡슐(3)로 이루어진 본 발명에 따른 전기영동형 전자종이의 마이크로캡슐은 전기장하에서 일정범위 이상의 균일한 이동도를 가지기 위해, 150㎛ 내지 250㎛ 범위 내의 직경을 갖는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명에 따른 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치의 각 구성 요소와 상기 마이크로캡술의 표면활성제와 코어캡슐간의 상호인력을 증가시키기 위한 여러가지 실시형태를 설명한다.
먼저, 본 발명에 따라 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 하부기판과 상부기판은 전자종이 외측에서 화상 표시용 입자의 색을 확인할 수 있는 투명 기판이고, 가시광의 투과율이 높고 내열성이 좋은 재료가 적합하다. 기판 재료를 예시하면, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌, 폴리카보네이트 등의 폴리머 시트나 유리, 석영 등의 무기 시트를 들 수 있다.
그리고, 여기에 각각 내접하여 전압을 인가하는 하부전극(1)과 상부전극(2)이 형성된다. 본 발명에 따른 전자종이 표시소자의 기본 전극 구조는 매트릭스 구조이므로 상기 하부전극(1)과 상부전극(2)은 서로 교차하는 형태를 가지도록 형성되며, 이러한 전극으로는 투명한 ITO 전극인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로캡슐은 상술한 바와 같이, 백색입자(3), 흑색입자(4) 및 현탁유체(5)를 포함하는 코어(core)와, 상기 코어 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있는 코어캡슐(core capsule)(6)로 이루어지고, 상기 백색입자(3)와 흑색입자(4) 중 적어도 하나는 상기 코어캡슐(6)과 동일한 물질로 이루어진 표면활성제(surfactant)(7)를 포함한다.
여기서, 상기 백색, 흑색입자(3, 4)들은 다양한 이미지를 표현하기 위해 인가된 전압과 반응할 수 있도록 대전된 상태로 현탁유체(5)에 분산되어 있고, 상기 현탁유체(5)는 화학적 불활성도, 전기이동 입자와 조화된 밀도 또는 전기이동 입자 및 결합캡슐 모두와의 화학적 혼화성의 관계에 따라 다양한 용매가 선택될 수 있다. 유기 용매 예컨대 할로겐화 유기 용매, 포화 선형 또는 가지형 탄화수소, 실리콘 오일 및 저분자량 할로겐-함유 중합체가 일부 유용한 현탁유체(5)이고, 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐에서 상기 현탁유체(5)는 씨클로헥사, 테트라클로르에틸렌 및 톨루엔 중에서 하나 이상이 선택된 유기 용매가 바람직하다.
또한, 이와 같은 유기 용매는 낮은 유전상수, 높은 부피 저항률, 낮은 점도, 낮은 독성 및 환경 영향 낮은 수용해도, 높은 비중, 높은 비중 및 낮은 반사지수를 갖는 것이 유용하고, 특별히 유전상수는 1 내지 10 범위의 낮은 유전상수를 가지는 것이 바람직하다. 더불어, 상기 현탁유체(5)에는 전기이동 입자 또는 결합 캡슐의 표면 에너지 또는 전하를 개질시키기 위한 표면 개질제와 전기이동 입자에 양호한 이동성을 제공하기 위한 전하 조절제 및 전기이동 입자의 응집을 방지할 뿐만 아니라 전기이동 입자가 비가역적으로 캡슐 벽 상에 침착되는 것을 방지하기 위한 안정화제가 포함될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 상기 백색입자(3)와 흑색입자(4)는 코어캡슐(6)과 동일한 물질로 이루어진 표면활성제(surfactant)(7)를 포함하는 것을 특징으로 하여, 용제에 무기물 산화입자와 비결정성 탄소분말을 분산시켜 이루어진 콜로이드 용액에 의해 형성될 수 있다.
이와 같은 무기물 산화입자는 높은 굴절지수, 높은 산란계수 및 낮은 흡수 계수를 가진 입자, 특히 (+)으로 대전된 백색입자를 제조하는데 적합하고, 비결정성 탄소분말에 의한 다른 입자들은 폐인트 및 잉크에서 사용되는 카본블랙 또는 유색 안료와 같이 높은 흡수성을 가진 입자, 특히 (-)으로 대전된 흑색입자를 제조하는데 적합하다. 백색입자가 (-)로 대전되고, 흑색입자가 (+)로 대전되는 것도 가능하다. 염색된 유형의 진한 흑색입자는 임의의 빛 흡수 물질, 예컨대 카본블랙 또는 비결정성 탄소분말로부터 구축될 수 있다. 또한 진한 흑색입자는 선택적으로 흡수할 수도 있다. 예를 들어, 진녹색 안료를 사용할 수 있다. 또한 검정 물질은 라텍스를 산화금속으로 착색시킴으로써 형성될 수 있고, 이같은 라텍스 공중합체는 임의의 부타디엔, 스티렌, 이소프렌, 메타크릴산, 메틸 메타크릴레이트, 아크릴로니트릴, 비닐 클로라이드, 아크릴산, 나트륨 스티렌 술포네이트, 비닐 아세테이트, 클로로스티렌, 디메틸아미노프로필메타크릴아미드, 이소시아노에틸 메타크릴레이트 및 N-(이소부톡시메타크릴아미드)로 구성되고, 콘쥬게이트화 디엔 화합물 예컨대 디아크릴레이트, 트리아크릴레이트, 디메틸아크릴레이트 및 트리메틸아크 릴레이트가 선택적으로 포함된다. 또한 검정 입자는 분산 중합 기술에 의해 형성될 수도 있다.
또한, 본 발명에 따라 코어캡슐(6)과 동일한 물질로 이루어진 표면활성제(surfactant)(7)는 저유전 물질에 녹지 않는 성질을 가지는 폴리머이면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 우레탄(urethane), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate: PMMA) 또는 이들의 조합물로 이루어진 것이 바람직하며, 그 중에서도 우레탄 폴리머가 가장 바람직하다.
이러한 표면활성제(7)는 코어캡슐(6)과의 부착력을 증가시키기 위한 것으로, 상기 코어캡슐(6)과 동일한 물질로 이루어질 수 있고, 코어캡슐(6)과의 부착력을 증가시키기 위해서 상기 표면활성제(7)는 상기 코어캡슐(6)과 수소결합을 할 수 있는 것도 바람직하다. 수소결합이라 함은 2개의 원자 사이에 수소원자가 들어감으로써 생기는 화학결합을 말하는 것으로, 일반적으로 수소결합에 의하는 분자간의 결합은 그 결합력이 다른 분자 사이의 결합력보다 크다.
본 발명은 이러한 분자 사이의 결합력에 착안하여, 표면활성제(7)와 코어캡슐(6)과의 부착력을 증가시키기 위한 것이다. 본 발명에 따른 표면활성제(7)나 코어캡슐(6)은 수소결합을 위해 수소와 전기음성도 차이가 큰 원소(O, F, N) 와 직접적으로 결합을 하고 있는 것일 수 있고, 그 원소가 비공유 전자쌍을 가지 있는 것도 가능하다.
또한, 이러한 수소결합 이외에 본 발명에 따른 표면활성제(7)는 히드록시기(-OH)를 가지는 화합물일 수 있다. 히드록시기(-OH)는 －OH로 표시되는 1가(價)의 작용기를 말하는 것으로, 이러한 히드록시기는 마이크로캡슐 내부에서 수산화이온으로 작용하여 음이온으로서 정전기적 인력에 의해 양이온과 결합하는 성질이 강하다. 본 발명에서는 이러한 히드록시기를 가진 표면활성제를 이용하여 코어캡슐과 이온성 결합을 할 수 있도록 하는 것이 가능하다.
나아가, 본 발명에 따른 표면활성제(7)는 알코올(alcohol)인 것을 특징으로 할 수도 있다. 알코올이라 함은 탄화수소의 수소원자를 히드록시기 －OH로 치환한 화합물의 총칭을 뜻하는 것으로, 이러한 알코올에는 히드록시기가 있으므로 수소결합을 할 수도 있고, 탄소사슬은 물과는 섞이지 않아 소수적이다. 탄소사슬이 짧은 알코올에서는 친수성이 강하게 나타나 물에 잘 녹는데 반하여, 탄소사슬이 길어지면 소수성이 강해져 물과 섞이기 어렵게 된다. 따라서, 본 발명에 적합한 표면활성제로는 현탁유체에 녹지 않는 특별히 탄소사슬이 긴 알코올이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에 표면활성제(7)가 코어캡슐과 수소결합을 할 수 있거나 히드록시기(-OH)를 가지는 화합물이거나 또는 알코올(alcohol)인 경우, 표면활성제를 포함하는 입자와 코어캡슐과의 에너지 관계는 도 3b에 나타난 것처럼 기울기가 급하고, 그래프 곡선의 모양이 깊은 골짜기 모양을 하고 있는 것처럼 제작할 수 있 다. 이러한 본 발명에 의하면, 마이크로캡슐 내부에 있는 입자와 코어캡슐과의 접착상태를 변화시켜 입자의 위상을 이동시키기 위해서는 어느 정도의 외부전압이 필요하게 된다. 즉, 코어캡슐과 동일한 물질을 입자에 부착시킴으로써 입자와 코어캡슐의 부착력을 높여서, 입자의 이동에 문턱전압(threshold voltage)을 가지게 할 수 있는 것이다.
이와 더불어서, 본 발명에 따른 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치는 상기와 같이 문턱전압을 가질 수 있게 됨으로서, 단순한 수동 구동 방식에 의해 구동될 수 있고, 이를 위하여 본 발명에 따른 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치의 다른 실시형태는 상기 하부기판 또는 상부기판에 실장된 수동행렬(passive matrix) 구동 장치를 더 포함할 수 있는 것이다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 새로운 전자종이 디스플레이 장치, 특히 백색입자, 흑색입자 및 현탁유체를 포함하는 코어(core)와, 상기 코어 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있는 코어캡슐(core capsule)로 이루어지고, 상기 백색입자와 흑색입자 중 적어도 하나는 상기 코어캡슐과 동일한 물질로 이루어진 표면활성제(surfactant)를 포함하는 전기영동형 전자종이의 마이크로캡슐과 이를 포함하는 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
이러한 본 발명에 의하는 경우, 코어캡슐과 동일한 물질로 이루어진 표면활성제가 입자 표면에 포함되어 있고, 이에 따라 코어캡슐과 입자는 현탁유체보다 동일한 물질끼리 서로 들러붙으려고 하기 때문에, 입자와 코어캡슐과의 접착상태를 변화시켜 입자의 위상을 이동시키기 위해서는 어느 정도의 외부전압이 필요하게 된다. 즉, 코어캡슐과 동일한 물질을 입자에 부착시킴으로써 입자와 코어캡슐의 부착력을 높여서, 입자의 이동에 문턱전압(threshold voltage)을 가지게 할 수 있는 효과가 있는 것이다.
이에 따라, 마이크로캡슐 안에 있는 백색입자와 흑색입자는 하부전극과 상부전극에 의해 인가된 전압에 대하여 문턱전압을 가질 수 있어서, 본 발명에 따른 전자종이 디스플레이 장치는 단순한 수동 구동으로도 고해상도 구현이 가능한 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 백색입자, 흑색입자 및 현탁유체를 포함하는 코어(core)와,
    상기 코어 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있는 코어캡슐(core capsule)로 이루어지고,
    상기 백색입자와 흑색입자 중 적어도 하나는 상기 코어캡슐과 동일한 물질로 이루어진 표면활성제(surfactant)를 포함하는 전기영동형 전자종이의 마이크로캡슐.
  2. 소정의 간격을 두고 대향 배치되는 하부기판과 상부기판;
    상기 하부기판과 상부기판에 각각 내접하여 전압을 인가하는 하부전극과 상부전극; 및
    상기 하부전극과 상부전극 사이의 공간에 봉입된 마이크로캡슐;을 포함하는 것으로,
    상기 마이크로캡슐은 백색입자, 흑색입자 및 현탁유체를 포함하는 코어(core)와, 상기 코어 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있는 코어캡슐(core capsule)로 이루어지고, 상기 백색입자와 흑색입자 중 적어도 하나는 상기 코어캡슐과 동일한 물질로 이루어진 표면활성제(surfactant)를 포함하며,
    상기 마이크로캡슐 안에 있는 백색입자와 흑색입자가 상기 하부전극과 상부 전극에 의해 인가된 전압에 대하여 문턱전압(threshold voltage)을 가지는 것을 특징으로 하는 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 표면활성제는 우레탄(urethane), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate: PMMA) 또는 이들의 조합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 표면활성제는 상기 코어캡슐과 수소결합을 할 수 있는 것을 특징으로 하는 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 표면활성제는 히드록시기(-OH)를 가지는 화합물인 것을 특징으로 하는 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 표면활성제는 알코올(alcohol)인 것을 특징으로 하는 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 현탁유체는 씨클로헥사, 테트라클로르에틸렌, 톨루엔 또는 이들의 조합물을 포함하여 저유전율을 가지는 것을 특징으로 하는 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 저유전율은 1 내지 10 범위 내의 유전상수를 가지는 것을 특징으로 하는 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치.
  9. 제2항에 있어서, 상기 마이크로캡슐은 150㎛ 내지 250㎛ 범위 내의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치.
  10. 제2항에 있어서, 상기 하부기판 또는 상부기판에 실장된 수동행렬(passive matrix) 구동 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동형 전자종이 디스플레이 장치.
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