KR20080073948A - 미소 캡슐 배열 장치, 이를 이용한 전기영동 표시 기판제조 방법 및 이로써 제조된 전기영동 표시 장치 - Google Patents

미소 캡슐 배열 장치, 이를 이용한 전기영동 표시 기판제조 방법 및 이로써 제조된 전기영동 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다색 구현을 가능하게 하는 미소 캡슐 배열 장치, 이를 이용한 전기영동 표시 기판 제조 방법 및 이로써 제조된 전기영동 표시 장치에 관한 것으로서, 각기 다른 적어도 1 색을 가지는 다수 종의 전기영동 입자가 함유된 캡슐이 색상 별로 투광성 바인더와 함께 저장되는 분할저장부 및 분할저장부에 저장된 다수 종의 캡슐 수에 부합하는 개수를 가지는 분사노즐을 포함하여, 적색, 녹색, 청색으로 구성되는 일 군의 전자잉크재를 원하는 형태로 배열시켜 다색구현에 적합하도록 할 수 있다.
전기영동, 표시 장치, 표시 기판, 투광성 바인더

Description

미소 캡슐 배열 장치, 이를 이용한 전기영동 표시 기판 제조 방법 및 이로써 제조된 전기영동 표시 장치{Apparatus for arraying micro-capsule, the array method using it and electrophoretic display }
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미소 캡슐 배열 장치를 나타낸 개략 사시도,
도 2는 도 1의 분사노즐을 나타낸 단면도,
도 3은 도 1의 장치를 이용한 전기영동 표시 기판 제조 방법을 개략적으로 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 미소 캡슐을 포함하는 전기영동 표시 장치를 나타낸 부분 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1... 전기영동 표시 장치, 2... 미소 캡슐 배열 장치,
110...제1기판, 120,130,140...마이크로 캡슐,
121,131,141...흑색 전기영동 입자, 122,132,142...다색 전기영동 입자,
123,133,143...분산 용매, 150...매질,
160...제2기판.
본 발명은 미소 캡슐 배열 장치, 이를 이용한 전기영동 표시 기판 제조 방법 및 이로써 제조된 전기영동 표시 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 다색 구현을 가능하게 하는 미소 캡슐 배열 장치, 이를 이용한 전기영동 표시 기판 제조 방법 및 이로써 제조된 전기영동 표시 장치에 관한 것이다.
전자잉크 또는 e-잉크(ink)로서 알려진 기술로 제조된 표시 장치는 전계 하에서 이동하는 입자를 이용한 완전 반사형 표시수단으로서, 여타의 표시 장치에 비하여 전력소모가 적고 표시품질이 종이 상의 인쇄물과 유사하여 가독성이 높다는 이점으로 인해 전자 종이 등의 가요성 표시 장치로 활용될 가능성이 가장 높은 기술이다.
전자잉크를 구현하기 위한 전기영동 표시 장치는 한 쌍의 대향기판 간에 수용된 현탁매질 유체에 전기영동으로 이동가능한 복수의 피포된(encapsulated) 영동입자가 분산되거나, 광을 흡수하는 일 종의 영동입자와 광을 산란하는 타 종의 영동입자가 각각 다수로 현탁된 구성을 가지며, 전계 인가에 의해 상기 영동입자들을 이동 또는 회전시켜 외부광을 제어하는 방식이다.
이러한 전기영동 표시 장치의 제조에 있어서 전자잉크재, 즉 복수의 피포된 영동입자를 플라스틱 기판 상에 도포하고 일정 온도 하에서 적정 시간 양생한 뒤 습도조절을 거쳐 플라스틱 기판 상에 도포된 면을 박막 트랜지스터 기판과 합착시킨다.
종래에는 흑백구현용 전자잉크재를 기판 상에 도포하기 위하여 롤 코팅 등의 방법이 사용되었으며, 이러한 롤 코팅으로 도포된 전자잉크재는 기판 상에서 무작위 배열을 하게 된다. 흑백구현을 위한 단일 종류의 전자잉크재는 기판 상에서 무작위 배열을 하게 되더라도 일정한 밀도 이상으로 도포되면 표시 장치의 구동에 충분하였다.
그러나, 적색, 녹색, 청색을 이용한 전자잉크재의 다색구현이 가능해짐에 따라 종래와 같은 무작위 배열보다는 각각의 전자잉크재의 배열을 정밀히 조절하여 원하는 색상을 구현되도록 하는 기술이 요구되었다.
본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 적색, 녹색, 청색으로 구성되는 일 군의 전자잉크재를 원하는 형태로 배열시켜 다색구현에 적합하도록 하는 미소 캡슐 배열 장치, 이를 이용한 전기영동 표시 기판 제조 방법 및 이로써 제조된 전기영동 표시 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 미소 캡슐 배열 장치는, 각기 다른 적어도 1 색을 가지는 다수 종의 전기영동 입자가 함유된 캡슐이 색상 별로 투광성 바인더와 함께 저장되는 분할저장부 및 분할저장부에 저장된 다수 종의 캡슐 수에 부합하는 개수를 가지는 분사노즐을 포함한다.
여기서, 분사노즐은 공압식, 솔레노이드 및 압전 노즐로 구성되는 일 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
바람직하게는, 분사노즐은 공압식이며, 캡슐이 유입되는 유입구, 유입구와 개폐 연통되며, 유입구로 유입되는 캡슐과 투광성 바인더를 외부로 배출하는 노즐 팁, 노즐 팁으로의 캡슐 유입을 개폐하는 피스톤 및 피스톤을 적어도 일축 방향으로 이동시키는 공압부를 포함하고, 다수의 분사노즐의 상기 노즐 팁 간의 간격은 5 ㎜ 이내이며, 캡슐의 직경은 100 ㎛ 이하이고, 노즐 팁의 직경은 150~250 ㎛이다.
본 발명에 따른 전기영동 표시 기판 제조 방법은, 각기 다른 적어도 1 색을 가지는 다수 종의 전기영동 입자가 함유된 캡슐과 투광성 바인더를 캡슐에 함유된 전기영동 입자 색상 수에 부합하는 개수를 가지는 분사노즐을 포함하는 장치에 분할저장하는 단계 및 분할저장된 캡슐과 투광성 바인더를 기판의 어느 한 일변에서부터 일변과 대향되는 타 일변으로까지 주사 배출하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 전기영동 표시 기판 제조 방법은, 각기 다른 적어도 1 색을 가지는 다수 종의 전기영동 입자가 함유된 캡슐과 투광성 바인더를 캡슐에 함유된 전기영동 입자 색상 수에 부합하는 개수를 가지는 분사노즐을 포함하는 장치에 분할저장하는 단계 및 분할저장된 캡슐과 투광성 바인더를 기판의 어느 한 부분에 점 배출한 뒤 타 부분으로 이동하여 점 배출하는 단계를 포함한다.
어느 경우에나, 캡슐과 투광성 바인더가 도포된 기판에 자외선 또는 적외선을 조사하여 광경화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전기영동 표시 장치는, 표시화소를 가지는 기판 및 기판 상에 점 배출 또는 주사 배출의 방법으로 배열되는 전기영동 입자를 함유하는 캡슐을 포함한다.
이때, 투광성 바인더는, 폴리이미드계, 폴리아미드계, 페놀계, 폴리비닐 부티랄계, 폴리비닐 아세탈계 및 폴리아크릴레이트 에스터계로 구성되는 일 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 투광성 바인더의 점도는 1700~2300 cps인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 미소 캡슐 배열 장치, 이를 이용한 전기영동 표시 기판 제조 방법 및 이로써 제조된 전기영동 표시 장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 함께 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미소 캡슐 배열 장치를 나타낸 개략 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 미소 캡슐 배열 장치(2)는, 각기 다른 적어도 1 색을 가지는 다수 종의 캡슐 각각이 투광성 바인더와 함께 저장되는 분할저장부(220, 230, 240)와, 분할저장부(220, 230, 240)에 저장된 입자 종의 수에 부합하는 개수를 가지는 분사노즐(270, 280, 290)을 포함한다.
각각의 분할저장부(220, 230, 240)에는 상호 다른 색상의 미소 캡슐(본 도면에서는 미도시)과 이를 담지하는 바인더가 같이 저장된다. 본 도면에서는 세 개의 분할저장부(220, 230, 240)에 대하여 세가지 색, 즉 적색, 녹색, 청색의 미소 캡슐이 바인더와 같이 저장된다.
여기서, 바인더는 미소 캡슐을 담지하는 유체 유기물로서, 투광성이며 폴리이미드계, 폴리아미드계, 레졸 수지나 노볼락 수지 등의 페놀계, 폴리비닐 부티랄계, 폴리비닐 아세탈계 및 폴리아크릴레이트 에스터계로 구성되는 일 군에서 선택 된 적어도 하나 이상을 포함하고, 최종적으로 기판 상에 도포된 후에 양생 또는 광경화 과정을 거쳐 매질층을 형성할 수 있다.
필요에 따라, 분할저장부(220, 230, 240)에는 투광성 바인더의 응축 또는 점도 저하 등을 방지하기 위하여 보온/가열 수단이 더 구비될 수도 있다. 바람직한 투광성 바인더의 점도는 1700~2300 cps이다. 점도가 1700 cps 미만으로 낮으면, 기판 상에 인출된 후에 측방향 유동에 의하여 미소 캡슐의 배열을 산재시킬 수 있으며, 2300 cps를 초과하면 과도한 점성으로 인하여 표면에 요철이 생기거나 적합한 인출이 저해될 수 있다.
이 분할저장부(220, 230, 240)와 연통하여 제어부(250)가 구비된다. 제어부(250)는, 바람직하게는 분할저장부(220, 230, 240)의 하부에 구비되며, 제어연산부(260)와 연결된다.
제어연산부(260)는 사용자의 조작에 의하여 제어부(250)를 제어하며, 제어부(250)의 제어에 의해서 미소 캡슐 배열 장치(2)가 작동된다.
제어부(250)와 연통되어, 더 정확하게는 제어부(250)를 통하여 각각의 분할저장부(220, 230, 240)와 연통되어 분할저장부(220, 230, 240)의 개수와 부합하는 분사노즐(270, 280, 290)이 마련된다.
분사노즐(270, 280, 290)은 분할저장부(220, 230, 240)에 저장된 미소 캡슐을 이를 통하여 분사되도록 하며, 이때의 분사는 제어부(250)를 통하여 제어된다.
즉, 제어부(250)는 실제적으로 미소 캡슐 배열 장치(2)의 구동부로서 미소 캡슐 배열 장치(2)의 운동, 더 상세하게는 x-y-z 방향으로의 운동을 제어하고, 분 할저장부(220, 230, 240)에 저장된 미소 캡슐의 분사노즐(270, 280, 290)을 통한 분사여부 및 분사량을 결정한다.
이때, 분사노즐(270, 280, 290)은 솔레노이드식 또는 압전방식일 수 있으며, 바람직하게는 공압식이다.
또한, 바람직하게는, 각각의 분사노즐(270, 280, 290) 간의 간격(D)은 5 ㎜ 이내이다. 간격(D)이 5 ㎜를 초과하면, 미소 캡슐 배열 장치(2)의 크기가 커지게 되고, 분사되는 미소 캡슐 간의 간격이 넓어지게 되어 전체적인 배열 조정이 어렵게 된다.
도 2는 도 1의 분사노즐을 나타낸 단면도이다.
도 2에 도시된 분사노즐(270)은 공압식으로서, 분할저장부(220; 도 1)로부터 공급되는 미소 캡슐 및 투광성 바인더가 유입되는 유입구(271)와, 유입구(271)와 연통되어 유입구(271)로 유입되는 미소 캡슐 및 투광성 바인더를 외부로 배출하는 노즐 팁(273)과, 노즐 팁(273)으로의 미소 캡슐 및 투광성 바인더 유입을 개폐하는 피스톤(277) 및 피스톤(277)을 일 방향으로 이동시키는 공압부를 포함한다.
분할저장부(220)로부터 제어부(250)에 의해 제어되어 분사노즐(270)로 공급되는 미소 캡슐 및 투광성 바인더는 몸체(272) 하부에 관통구성된 유입구(271)로 공급되며, 이 유입구(271)는 노즐 팁(273)과 연통된다.
통상적으로 사용되는 미소 캡슐의 직경은 100 ㎛ 이하이고, 노즐 팁(273)의 내경은 150~250 ㎛이다. 따라서, 노즐 팁(273) 하나에 대하여 미소 캡슐이 1~2 개씩만 인출되도록 구성된다.
유입구(271)와 노즐 팁(273) 사이에 유입구(271)를 통한 미소 캡슐 및 투광성 바인더의 유입을 개폐하도록 피스톤(277)이 마련된다.
이 피스톤(277)은 공압에 의하여 상하이동 가능하도록, 몸체(272) 내 상단에 계지된 탄성부재(279)에 의하여 노즐 팁(273) 방향으로 가압되고, 공기 주입구(275)를 통하여 주입된 공기에 의해 피스톤(277)이 탄성부재(279) 방향으로 가압되도록 구성된다.
즉, 공기 주입구(275)를 통하여 공기가 주입되지 않을 시에는 피스톤(277)이 탄성부재(279)에 의하여 몸체(272) 하부 방향으로 가압되어 유입구(271)와 노즐 팁(273)을 폐쇄하도록 하고, 공기 주입구(275)를 통하여 공기가 주입될 시에 피스톤(277)이 탄성부재(279) 방향, 즉 몸체(272)의 상부 방향으로 가압되어 유입구(271)와 노즐 팁(273)의 폐쇄가 해제되어 미소 캡슐과 투광성 바인더가 노즐 팁(273)으로 공급되도록 한다.
분사노즐(270)은 도 2와 같은 구성을 가지며, 이외의 분사노즐(280, 290) 또한 각각 분할저장부(230, 240)와 연결되는 동일한 구성 및 작용을 가진다.
도 3은 도 1의 장치를 이용한 전기영동 표시 기판 제조 방법을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 2에서와 같은 구성을 가지는 미소 캡슐 배열 장치(2)는 기판(110)에 대하여 그 어느 한 끝에서부터 다른 한 끝까지 주사 또는 점 배출로 미소 캡슐(120, 130, 140) 및 투광성 바인더를 배출할 수 있다.
이와 같이 배출된 미소 캡슐(120, 130, 140)은 기판(110) 상에서 각각 도트 형 또는 스트라이프형 매트릭스 구조로 형성되고, 이는 사용되는 기판(110) 또는 이 기판(110)을 포함하는 표시 장치에 따라 가변될 수 있다.
점 배출 또는 주사 배출 어느 방식이나 미소 캡슐 배열 장치(2)를 시프트시켜 미소 캡슐(120, 130, 140)이 미배열된 기판(110) 상에 도포를 하도록 하고, 이때, 각각의 미소 캡슐(120, 130, 140)이 최종적으로 세 가지 색, 즉 적색, 녹색, 청색이 교번된 배열을 가지도록 한다.
한편, 미소 캡슐(120, 130, 140)과 투광성 바인더가 배출된 형태로 기판(110) 상에 유지되도록 하기 위하여, 투광성 바인더는 상기와 같은 점도 범위로 유지되어야 한다. 또는, 기판(110)이 상온에 노출된 인출된 투광성 바인더의 유동성을 확보할 수 있도록 최소 120℃ 이상으로 가열되어야 한다.
미소 캡슐(120, 130, 140)과 투광성 바인더가 점 배출 또는 주사 배출을 통하여 도트형 또는 스트라이프형 매트릭스 구조를 이루게 되면, 기판(110) 상에 자외선 또는 적외선을 조사하여 광경화를 수행한다.
이때, 사용되는 투광성 바인더에 따라 360~440 ㎚의 자외선이나 760~1200 ㎚의 적외선이 사용될 수 있다.
도 4는 다색구현 가능한 미소 캡슐을 포함하는 전기영동 표시 장치를 나타낸 부분 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기영동 표시 장치(1)는, 표시화소를 가지는 제1기판(110) 및 제1기판(110) 상에 배열된 다색의 전기영동 입자(122, 132, 142)가 함유된 캡슐(120, 130, 140)이 배치되는 매질층(150) 및 매질층(150) 상에 구비되는 투광성의 제2기판(160)을 포함한다.
미소 캡슐(120, 130, 140)은 피포체로서, 도 3에서와 같은 방법으로 제1기판(110) 상에 일련의 적색 미소 캡슐(120), 녹색 미소 캡슐(130), 청색 미소 캡슐(140)로 배열된다.
이와 같은 적색, 녹색, 청색 미소 캡슐(120, 130, 140)의 배열은 단면으로 도시된 도면의 횡방향으로 주기적으로 배열되며, 도면 상의 지면 방향 또는 지면 밖 방향으로 점 배출을 통하여 주기적으로 또는 주사배출을 통하여 동일한 색상끼리 배열될 수도 있다.
흑색의 전기영동 입자(121, 131, 141)와 적어도 1색을 가지는 1 종 이상의 전기영동 입자(122, 132, 142)가 분산된 분산 용매(123, 133, 143)가 피포된다.
이때, 분산 용매(123, 133, 143)에는 전기영동 표시 장치(1)의 구동 온도 범위를 넓게 하기 위하여 부동액이 포함될 수 있다.
전기영동 표시 장치(1)는 전자 페이퍼로서 사용 가능한 것이며, 대향하여 배치된 제1 및 제2기판(110, 160)의 각 대향면측에 설치된 2 개의 전극(미도시)의 사이에 복수의 흑색 전기영동 입자(121, 131, 141) 및 다색의 전기영동 입자(122, 132, 142)가 미소 캡슐(120, 130, 140) 내에 피포되어(encapsulated) 구성된다.
제1기판(110) 상에는 투명 화소 전극이 형성될 수 있다.
투명 화소 전극은 대략 직사각형 혹은 정방형 패턴으로 형성된 투명 도전성막으로 이루어지고, 각 화소 사이가 분리되며, 그 일부에 각 화소마다의 박막 트랜 지스터가 형성되어 있다. 여기서 이용되는 투명 화소 전극의 막은 In2O3과 SnO2의 혼합물, 소위 ITO막이나 SnO2 또는 In2O3을 코팅한 막을 이용할 수 있고, 이들 ITO막이나 SnO2 또는 In2O3을 코팅한 막에 Sn이나 Sb를 도핑한 것이라도 되고, 또한 Mg0나 Zn0 등을 이용해도 된다.
각 화소마다 형성된 박막 트랜지스터는 배선에 의하여 선택되어 대응하는 투명 화소 전극을 제어한다.
박막 트랜지스터는 화소간의 크로스토크를 방지하는 데 매우 유효하다. 박막 트랜지스터는 예를 들면 투명 화소 전극의 일각(一角)을 차지하도록 형성되지만, 투명 화소 전극이 박막 트랜지스터와 적층 방향에서 중첩되는 구조라도 무난하다. 박막 트랜지스터에는, 구체적으로 설명하면, 게이트선과 데이터선이 접속되고, 각 게이트선에 각 박막 트랜지스터의 게이트 전극이 접속되고, 데이터선에는 각 박막 트랜지스터의 소스/드레인 중 어느 한쪽이 접속되고, 그 소스/드레인중 다른 한 쪽은 투명 화소 전극에 전기적으로 접속된다. 또한, 박막 트랜지스터 이외의 구동 소자는 액정 디스플레이 등의 평면형 표시 소자에 이용되고 있는 매트릭스 구동 회로에서, 투명 기판 상에 형성할 수 있는 것이면 다른 재료라도 사용될 수 있다.
흑색 전기영동 입자(121, 131, 141) 및 다색 전기영동 입자(122, 132, 142)는 매체로서의 분산 용매(123, 133, 143)를 포함하는 미소 캡슐(120, 130, 140)내에 포함되어 분산계를 형성한다. 또한, 각 미소 캡슐(120, 130, 140)은 그 주위에 충전된 결합 매질층(150)에 의해 제1 및 제2기판(110, 160) 간에 고정되어 있다.
여기에서, 분산이란 흑색 전기영동 입자(121, 131, 141) 및 다색 전기영동 입자(122, 132, 142)가 용매(123, 133, 143)내에 산재한 상태, 즉, 현탁한 상태이다. 또한, 본 실시예에서의 흑색 전기영동 입자(121, 131, 141)나 다색 전기영동 입자(122, 132, 142)를 포함하는 상태의 분산 용매(123, 133, 143)는 불투명하다.
본 발명의 실시예에 있어서, 흑색 또는 다색 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)란 분산 용매(123, 133, 143) 중에서 전기 영동성을 가지는 고체입자, 즉 분산 용매(123, 133, 143) 중에서 양 또는 음의 전하를 가지고, 외부전장에 응답해서 분산 용매(123, 133, 143) 내에서 실질적으로 이동하는 고체입자를 의미한다.
흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)로서, 분산 용매(123, 133, 143) 중에서 전기 영동성을 가지지 않거나, 혹은 전기 영동성이 불충분한 고체입자를 사용할 경우에는, 필요에 따라서 예를 들면 대전성기를 가지는 커플링제로 처리하는 등, 종래 공지의 방법에 의해 고체입자에 충분한 전기 영동성을 부여할 수 있다.
흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)를 구성하는 고체입자로서는 특별하게 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면 안료입자를 사용할 수 있다. 혹은, 염료로 착색한 폴리머 입자나 안료를 함유시킨 폴리머 입자를 사용할 수 있다. 이들의 고체입자는 단독으로 사용하여도, 2종 이상을 병용하여도 좋다. 이들의 고체입자 중, 안료입자가 바람직하다.
흑색 전기영동 입자(121, 131, 141)를 구성하는 고체입자에 사용하는 안료입 자로서는 흑색계에서는 카본 블랙, 티탄 블랙, 철흑 등의 무기안료나, 아닐린 블랙 등의 유기안료 등으로 구성되는 고체입자를 들 수 있다.
또한, 다색 전기영동 입자(122, 132, 142)를 구성하는 고체입자에 사용하는 안료입자로서는 황색계에서는 황색산화철, 카드뮴 엘로우, 티탄 옐로, 크롬 엘로우, 황연 등의 무기안료나, 퍼스트 옐로 등의 불용성 아조 화합물류, 크로모프탈 옐로 등의 축합 아조 화합물류, 벤즈이미다졸론 아조 옐로 등의 아조 착염류, 플라반 옐로 등의 축합다환류, 한자 옐로, 나프톨 옐로, 니트로 화합물, 피그먼트 옐로 등의 유기안료; 귤색계에서는, 몰리브데이트 오렌지 등의 무기안료나, 벤즈이미다졸론 아조 오렌지 등의 아조 착염류, 페리논 오렌지 등의 축합다환류 등의 유기안료; 적색계에서는 인디언 레트, 카드뮴 레드 등의 무기안료나, 마다(mada) 레이크 등의 염색 레이크류, 레이크 레드 등의 용해성 아조 화합물류, 나프톨 레드 등의 불용성 아조 화합물류, 크로모프탈스카렛트 등의 축합 아조 화합물류, 티오인디고 보르도 등의 축합다환류, Cinquacia 레드 Y, 호스타펌 레드 등의 퀴나크리돈 안료, 퍼머넌트 레드, 퍼스트 슬로우 레드 등의 아조계 안료 등의 유기안료; 자색계에서는, 망간 바이올렛 등의 무기안료나, 로다민 레이크 등의 염색 레이크류, 디옥사진 바이올렛 등의 축합다환류 등의 유기안료; 청색계에서는 감청, 군청, 코발트 블루, 서루리언 블루 등의 무기안료나, 프탈로시아닌 블루 등의 프탈로시아닌류, 인단트렌 블루 등의 인단트렌류, 알칼리 블루 등의 유기안료; 녹색계에서는 에메럴드 그린, 크롬 그린, 산화크로늄, 비리디언 등의 무안료나, 니켈 아조 옐로 등의 아조 착염류, 피그먼트 그린, 나프톨 그린 등의 니트로소 화합물류, 프탈로시아닌 그린 등의 프탈로시아닌류 등의 유기안료; 등으로 구성되는 고체입자를 들 수 있다.
다색 구현을 위하여, 다색 전기영동 입자(122, 132, 142)는 각각 적색(122), 녹색(132), 청색(142) 전기영동 입자인 것이 바람직하다.
이것들의 고체입자는 단독으로 사용하여도, 2종 이상을 병용하여도 좋다.
흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)를 구성하는 고체입자에 폴리머 입자를 사용하는 경우, 그 구성 폴리머로서는, 특별하게 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 폴리올레핀계 폴리머, 폴리 할로겐화 올레핀계 폴리머, 폴리에스테르계 폴리머, 폴리우레탄계 폴리머, 폴리스틸렌계 폴리머, 아크릴계 폴리머, 에폭시계 폴리머, 멜라민계 폴리머, 요소계 폴리머 등을 들 수 있다. 여기에서, "폴리머"란 호모 폴리머뿐만 아니라, 소량의 공중합 가능한 다른 모노머를 공중합시킨 코폴리머를 포함하는 것으로 한다. 이것들의 폴리머 입자는 단독으로 사용하여도, 2종 이상을 병용하여도 좋다.
이것들의 폴리머 입자를 착색하는 염료로서는 통상의 폴리머 입자 착색 염료가 사용될 수 있다. 또 이것들의 폴리머 입자에 함유시키는 안료로서는 예를 들면 다색 전기영동 입자(122, 132, 142)를 구성하는 고체입자에 사용하는 안료로서 열거한 상기와 같은 안료일 수 있다.
흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)의 평균 입자경은, 특별하게 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 부피평균 입자경으로 그 하한이 바람직하게는 0.1㎛, 더욱 바람직하게는 0.2㎛, 또, 그 상한이 바람직하게는 5㎛, 더욱 바람직하게는 3㎛이다. 평균 입자경이 0.1㎛미만이면, 충분한 색도를 얻 을 수 없고, 콘트라스트가 저하하여, 표시가 불선명해지는 경우가 있다. 반대로, 평균 입자경이 5㎛을 넘으면, 입자자체의 착색도를 필요 이상으로 높게 해야할 필요가 있고, 안료 등의 사용량이 증대하거나, 표시를 위한 전압을 인가한 부분에서, 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)의 빠른 이동이 곤란하게 되어, 그 응답속도(표시 응답성)가 저하되는 경우가 있다.
흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)를 분산 용매(123, 133, 143), 즉 전기영동 표시 장치(1)에 사용했을 경우에 흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)를 분산시켜 두는 용매에 분산시킨 경우에 분산액이 나타내는 제타 전위는 특별하게 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 절대값으로 바람직하게는 30mV 이상, 더욱 바람직하게는 40mV 이상, 더더욱 바람직하게는 50mV이상이다. 제타 전위는 절대값이 큰 것이라면, 양 또는 음의 어느 하나일 수 있고, 특별하게 한정되는 것은 아니다. 제타 전위의 절대값이 30mV 이상이라면, 전기영동 표시 장치(1)에 사용한 경우에, 표시 응답성이나 콘트라스트 등의 표시 특성이 크게 향상한다.
흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)를 1 입자계의 전기영동 표시 장치에 사용하는 경우에는, 분산매에 분산시켰을 경우에 분산액이 나타내는 제타 전위가 양 또는 음의 어느 하나의 흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)일 수 있고, 2 입자계의 전기영동 표시 장치에 사용하는 경우에는 분산매에 분산시켰을 경우에 분산액이 나타내는 제타 전위가 양의 전기영동 입자와, 분산매에 분산시켰을 경우에 분산액이 나타내는 제타 전위가 음의 전기영동 입자의 조합이다. 또, 2 입자계의 전기영동 표시 장치의 경우, 콘트라스트를 높이기 위해서, 이것들의 흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)는 광학적 반사 특성, 예를 들면 색조가 서로 다를 필요가 있다.
흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)는 전기영동 표시용 분산액에 사용하는 분산매에, 그대로 분산시켜도 좋지만, 그 표면에 커플링제를 반응시키거나, 그 표면을 폴리머로 피복하거나 해서, 표면처리를 실행하고 나서 분산시켜도 좋다. 이 경우, 흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)를 구성하는 고체입자가 안료입자로서 상기 안료입자가 커플링제 또는 폴리머로 표면처리되어 있는 것이 바람직하다. 통상적으로, 이렇게 표면처리된 전기영동 입자를 단순하게 전기영동 입자라고 부르는 경우가 있다.
표면처리된 전기영동 입자는 흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)로서 단리하여도 좋고, 전기영동 표시액에 사용하는 분산매와 같은 종류의 분산매를 표면처리에 사용하는 경우에는 표면처리한 후에 수득된 분산액을, 그대로, 혹은 적당하게 분산매를 첨가해서 충분히 혼합하고나서, 전기영동 표시용 분산액의 제조에 사용하면 좋다. 또, 흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)를 단리하기 위해서는 예를 들면 표면처리한 후에 수득된 분산액을 원심분리하고, 상청액은 버려고 침강물만을 흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)로서 회수하면 좋다. 또한, 이렇게 해서 수득된 흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)를 분산매로 재 분산하고, 원심분리하여, 그리고 침강물만을 회수하는 조작을 적어도 1회, 바람직하게는 복수 회, 더욱 바람직하게는 3회 또는 그 이상 실시하고, 흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)를 세정할 수 있다. 원심분리 조건은 사용하는 기기에 따라서 적당하게 설정할 수 있으며, 특별하게 한정되는 것은 없지만, 미세한 분체의 분산액을 원심분리해서 침강한 분체를 회수할 때에 사용되는 일반적인 조건, 예를 들면 10,000 G에서 15∼30분간을 사용할 수 있다.
이러한 흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)는 본 발명의 실시예에서와 같이 미소 캡슐(120, 130, 140) 내에 피포된 형태로 사용될 수 있으며, 이외에도 트위스트볼형, 전자분류체형, 인플레인형, 착색용액형 등으로 사용될 수도 있다.
분산 용매(123, 133, 143)는 절연저항율이 높은 용매이고, 또한, 흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)의 분산매이다.
분산 용매(123, 133, 143)는 흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)의 분산성을 향상시키도록, 분산제를 더 포함하는 것이 바람직하다. 분산제로서는 각종의 분산제를 사용할 수 있고, 구체적으로는 예를 들면, 지방산염, 알킬설페이트, 알콕시설페이트, 알킬벤젠설폰산염, 폴리카복실산, 아민아세트산염, 벤질암모늄염, 폴리알킬렌글리콜 유도체, 소르비탄에스테르, 소르비탄에스테르에테르, 모노그리세라이드폴리글리세린알킬에스테르, 알카놀아미드, 알킬폴리에테르아민, 아민옥사이드 등을 들 수 있다.
이러한, 분산 용매(123, 133, 143)로서는 착색 액체라도 좋지만 무색 투명액 체가 바람직하며, 수지 등의 용질이 용해되어 있어도 무난하다.
더욱이, 흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)를 분산시키기 위해서, 균질기(Homogenizer), 초음파분산기, 블렌더나 교반기 등의 기기를 사용하여 분산액을 조제하는 것이 바람직하다.
흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)가 피포 및 분산된 미소 캡슐(120, 130, 140)이 배치된 매질층(150) 상에는 투광성의 제2기판(160)이 마련된다.
이 투광성의 제2기판(160)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 소위 PET, 등과 같은 투명한 재질로 이루어지며, 사실상 매질층(150)은 제1기판(110) 또는 제2기판(160) 상에 코팅된 형태로 제작된다.
매질층(150)과 제1기판(110), 그리고 제2기판(160) 간에는 매질층(150) 내에 수용된 흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)에 전계를 인가하여 주기 위하여 전극(미도시)이 각각 더 구비될 수 있다.
이때, 제2기판(160) 측에 구비되는 전극은 제2기판(160)의 내면 상의 거의 전체면에 걸쳐 형성되며, 제1기판(110) 측에 구비되는 전극은 제1기판(110)의 내면상에 매트릭스상으로 형성된 매트릭스 전극일 수 있다.
이 매트릭스 전극은 행 또는 열을 1단위로서 행하는 심플 매트릭스 제어 및 각각의 화소에 TFT, MIM 등의 반도체 스위칭 소자를 설치하여 오픈 상태의 ON/OFF 제어를 독립으로 하는 것이 가능한 액티브 매트릭스 제어의 어떠한 것이라도 좋고, 바람직하게는 액티브 매트릭스 제어이다. 반도체 스위칭 소자로서는 유기 박막 트 랜지스터를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 또, 제1기판(110) 측에 구비되는 전극을 전면 전극으로 하여도 좋다.
경우에 따라, 제1기판(110)과 매질층(150) 사이에 미소 캡슐(120, 130, 140)을 담지하는 매질층(150)을 보호하기 위하여 절연층이 형성될 수도 있으며, 이 절연층은 제1기판(110)에 라미네이션 접착되어 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 제2기판(160)에는 컬러 필터가 더 구비될 수도 있다.
이러한 전기영동 표시 장치(1)에 있어서, 양 전극 간에 전압을 인가함으로써, 분산 용매(123, 133, 143)내에 전계가 작용하여, 흑색 또는 다색의 전기영동 입자(121, 122, 131, 132, 141, 142)의 이동 속도에 차를 발생시킨다.
그리고, 제2기판(160)측에 흑색 전기영동 입자(121, 122, 131)가 모이면, 그 부분은 제2기판(160)측으로부터 검게 보이는 한편, 제2기판(160)측에 다색 전기영동 입자(122, 132, 142)가 모이면 그 부분은 다색 전기영동 입자(122, 132, 142)에 의한 반사로 다색 등으로 보이기 때문에, 표시 장치로서 이용할 수 있다.
여기에서, 본 실시예의 전기영동 표시 장치(1)에 있어, 흑색 전기영동 입자(121, 131, 141)로는 외형 형상이 대략 구형이며 탄소를 주성분으로 하는 입자를 사용하고 있다. 이러한 흑색 전기영동 입자(121, 131, 141)는 외형 형상이 대략 구형이기 때문에, 채널 블랙, 퍼니스(furnace) 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙 등의 1차 입자가 융착한 구조를 갖고, 안료나 도전재료로서 사용되는 탄소재료이며 불규칙 형상을 갖고 응집성이 높은 카본 블랙 등의 탄소입자에 비하여 체적당의 표면적이 적다.
이 때문에, 흑색 전기영동 입자(121, 131, 141)끼리의 상호작용이 약해져서, 흑색 전기영동 입자(121, 131, 141)의 분산이 용이하게 되어 흑색 전기영동 입자(121, 131, 141)의 응집체가 형성되기 어렵다. 이로서 제1 전기영동 입자(121, 131, 141)의 영동 속도, 즉 표시 속도가 향상된다. 또한, 흑색 전기영동 입자(121, 131, 141)의 응집체가 형성되기 어렵기 때문에 명암비가 향상된다. 또한, 흑색 전기영동 입자(121, 131, 141)의 외형 형상이 구형이기 때문에, 흑색 전기영동 입자(121, 131, 141)가 응집한 경우라도, 흑색 전기영동 입자(121, 131, 141)끼리의 접촉점 수가 적어져 도전 경로가 적어진다. 이 때문에, 흑색 전기영동 입자(121, 131, 141)의 응집체로서의 저항이 종래의 불규칙 형상의 카본블랙의 응집체에 비하여 높아진다. 따라서, 응집체에 의한 전극 간의 단락이 일어나기 어려워진다.
또한, 탄소는 화학적으로 안정하고, 내광성, 내계절성, 내전성능이 높다. 또한, 입자밀도가 1500 내지 2000 kg/㎥이고, 산화철 등의 무기재료에 비하여 입자밀도가 낮기 때문에, 매체속에서 침강하기 어렵다. 이 때문에, 정보를 장기간에 걸쳐 유지할 수 있고, 메모리 효율이 높아지며, 이동 속도가 빨라진다.
여기에서, 흑색 전기영동 입자(121, 131, 141)를, 매체의 중량에 대하여, 0.05 내지 10중량% 함유하는 것이 바람직하다. 이 정도의 농도이면, 이 흑색 전기영동 입자(121, 131, 141)가 관찰자측으로 이동함으로써, 흑색 전기영동 입자(121, 131, 141)가 모인 부분의 반사율이 충분히 낮아지고, 관찰자에게 충분한 흑색으로서 인식될 수 있다.
또한, 전기영동 표시 장치(1)에는 반사 방지층(미도시)가 더 구비될 수 있 다. 이 반사 방지층은 적어도 가시광선 영역에서 90% 이상의 투광성을 가지는 물질로 이루어지며, 제2기판(160)보다 굴절률이 낮으면 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 AlF3, MgF2, AlF3·MgF2, CaF2 등의 금속 불화물, 불화비닐리덴, 테프론(R) 등의 불소 원자를 함유하는 호모폴리머, 코폴리머, 그라프트 중합체, 블록 중합체 또한 불소 원자를 함유하는 관능기(官能基)로 수식(修飾)한 변성 폴리머 등의 유기 불화물 등이, 상술한 투명 지지체보다 굴절률이 낮게 되는 것이 바람직하다.
반사 방지층 내에는 광 산란제(미도시)가 분포되어 있으며, 이 광 산란제는 비교적 약한 강도의 입사광을 산란시켜 반사를 방지한다.
이러한 반사 방지층이 구비된 경우에, 불필요한 반사광, 즉 미소 캡슐(120, 130, 140)에서 반사되지 않고 여타의 부재에서 반사된 반사광이 발생되지 아니하며, 이에 의해 표시정보가 포함되지 않은 불필요한 반사광이 관찰자에게 시인되지 않으므로 총체적 가독성이 더욱 향상될 수 있다.
이때, 시인성이 더욱 향상되도록 하기 위하여 반사 방지층은 적어도 가시광선 영역에서 90% 이상의 투광성을 가지는 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 스넬의 법칙에 의하여 제2기판(160)보다 굴절률이 낮은 물질로 이루어지는 것이 또한 바람직하다.
이러한 반사 방지층을 형성하는 물질로는 AlF3, MgF2, AlF3·MgF2, CaF2 등의 금속 불화물, 불화비닐리덴, 테프론(R) 등의 불소 원자를 함유하는 호모폴리머, 코폴리머, 그라프트 중합체, 블록 중합체 또한 불소 원자를 함유하는 관능기(官能基) 로 수식(修飾)한 변성 폴리머 등의 유기 불화물 등이 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 미소 캡슐 배열 장치, 이를 이용한 전기영동 표시 기판 제조 방법 및 이로써 제조된 전기영동 표시 장치에 의하여, 적색, 녹색, 청색으로 구성되는 일 군의 전자잉크재를 원하는 형태로 배열시켜 다색구현에 적합하도록 할 수 있다.

Claims (11)

  1. 각기 다른 적어도 1 색을 가지는 다수 종의 전기영동 입자가 함유된 캡슐이 색상 별로 투광성 바인더와 함께 저장되는 분할저장부; 및
    상기 분할저장부에 저장된 다수 종의 캡슐 수에 부합하는 개수를 가지는 분사노즐;
    을 포함하는 미소 캡슐 배열 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분사노즐은 공압식, 솔레노이드 및 압전 노즐로 구성되는 일 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 미소 캡슐 배열 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 분사노즐은 공압식이며,
    상기 캡슐이 유입되는 유입구;
    상기 유입구와 개폐 연통되며, 상기 유입구로 유입되는 상기 캡슐과 상기 투광성 바인더를 외부로 배출하는 노즐 팁;
    상기 노즐 팁으로의 상기 캡슐 유입을 개폐하는 피스톤; 및
    상기 피스톤을 적어도 일축 방향으로 이동시키는 공압부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 미소 캡슐 배열 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 다수의 분사노즐의 상기 노즐 팁 간의 간격은 5 ㎜ 이내인 것을 특징으로 하는 미소 캡슐 배열 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 캡슐의 직경은 100 ㎛ 이하이고, 상기 노즐 팁의 직경은 150~250 ㎛인 것을 특징으로 하는 미소 캡슐 배열 장치.
  6. 각기 다른 적어도 1 색을 가지는 다수 종의 전기영동 입자가 함유된 캡슐과 투광성 바인더를 상기 캡슐에 함유된 상기 전기영동 입자 색상 수에 부합하는 개수를 가지는 분사노즐을 포함하는 장치에 분할저장하는 단계; 및
    상기 분할저장된 캡슐과 상기 투광성 바인더를 기판의 어느 한 일변에서부터 상기 일변과 대향되는 타 일변으로까지 주사 배출하는 단계;
    를 포함하는 전기영동 표시 기판 제조 방법.
  7. 각기 다른 적어도 1 색을 가지는 다수 종의 전기영동 입자가 함유된 캡슐과 투광성 바인더를 상기 캡슐에 함유된 상기 전기영동 입자 색상 수에 부합하는 개수를 가지는 분사노즐을 포함하는 장치에 분할저장하는 단계; 및
    상기 분할저장된 캡슐과 상기 투광성 바인더를 기판의 어느 한 부분에 점 배출한 뒤 타 부분으로 이동하여 점 배출하는 단계;
    를 포함하는 전기영동 표시 기판 제조 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 캡슐과 상기 투광성 바인더가 도포된 상기 기판에 자외선 또는 적외선을 조사하여 광경화하는 단계를 더 포함하는 전기영동 표시 기판 제조 방법.
  9. 표시화소를 가지는 기판; 및
    상기 기판 상에 제6항 또는 제7항의 방법으로 배열되는 전기영동 입자를 함유하는 캡슐;
    을 포함하는 전기영동 표시 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 투광성 바인더는, 폴리이미드계, 폴리아미드계, 페놀계, 폴리비닐 부티랄계, 폴리비닐 아세탈계 및 폴리아크릴레이트 에스터계로 구성되는 일 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하는 전기영동 표시 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 투광성 바인더의 점도는 1700~2300 cps인 것을 특징으로 하는 전기 영동 표시 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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