KR20090054753A - 컬러 플렉서블 전자종이 디스플레이 - Google Patents

컬러 플렉서블 전자종이 디스플레이 Download PDF

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KR20090054753A
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이연근
권윤경
정우재
고현성
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Abstract

본 발명은 전도성이 부여된 컬러층을 디스플레이 내부에 형성한 컬러 전자종이 디스플레이를 제공한다. 즉, 전도성이 부여된 컬러층이 전극 역할을 수행함으로써, 별도의 전극이 필요하지 않은 컬러 전자종이 디스플레이를 제공한다.
컬러층, 컬러 전자종이 디스플레이

Description

컬러 플렉서블 전자종이 디스플레이{Color flexible electronic paper display}
본 발명은 컬러 전자종이 디스플레이에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 별도의 컬러 필터를 디스플레이 외부에 형성하지 않고도 컬러를 구현할 수 있고 별도의 전극을 구비하지 않은 컬러 전자종이 디스플레이에 관한 것이다.
필름 기재에 투명한 도전성 막을 코팅하여 기판을 형성하고, 상기 기판들 사이에서 대전 입자를 구동하는 외부광원이 필요없는 반사형 화상표시장치는 액정표시장치(LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 및 유기발광장치를 뒤이을 차세대 전자종이(e-paper)로서도 주목받는 화상표시장치이다.
특히, 상기 전자종이 표시장치는 플렉서블(flexible) 디스플레이 구현의 핵심이 되는 소자로서, 도전성 물질에 전자기장을 가하여 운동성을 갖게 한다. 즉, 박막형의 플렉서블한 기판들 사이에 대전 입자들을 분포시킨 후, 전자기장의 극성변화에 의한 대전 입자들의 방향 배치 변화로 데이터를 표현한다. 이 경우, 어떠한 극에서든 대전 입자들의 방향 배치가 발생하면 메모리 효과로 인하여 전압을 제거해도 입자들의 위치 변화가 없기 때문에 화상이 그대로 유지되어 종이에 잉크 인쇄 된 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 자체적인 발광이 없어 시각 피로도가 매우 낮으므로 실제 책을 보는 것과 같은 편안한 감상이 가능하며, 플렉서블한 기판을 사용하여 유연성 및 휴대성이 확보되어 미래형 평판 표시 기술로 큰 기대를 모으고 있다. 또한, 상기한 바와 같이 한번 구현된 화상이 기판을 리셋하지 않는 한 장시간 유지되므로 소비전력이 매우 낮아 휴대용 표시 장치로서 활용성이 뛰어나다.
또한, 상기 전자종이 표시 장치의 내부 또는 외부에 컬러 필터 등의 컬러층을 형성하여 대전입자들의 방향 배치에 따라 흑백 색상 뿐만 아니라, 컬러 표현이 가능할 수 있다.
도 1은 컬러필터를 외부에 설치한 일반적인 전자종이 표시 장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 대전 입자를 이용한 종래의 전자종이 표시장치의 셀구조는 플라스틱 또는 유리 중 어느 하나로 형성된 상부 및 하부 기판(11, 10), 상기 상부 및 하부 기판 상에 장치의 구동 전압을 인가하도록 투명전극(ITO)으로 형성된 상부 및 하부 전극(21, 20), 상기 상부 및 하부 전극에 선택적으로 코팅된 상부 및 하부 절연층(31, 30), 셀과 셀을 분리시키는 격벽(50), 상기 전극들 사이에 존재하는 각각 (-) 및 (+)전하로 대전된 흑,백색 대전 입자(40) 및 컬러 필터(60)로 구성된다.
상기 구조로 이루어진 전자종이 표시 장치는 전극(20, 21)에 충분한 전압이 인가되면 극성에 따라 대전 입자(40)가 각 전극으로 이동하게 된다. 예를 들어, 상 부 및 하부 전극(21, 20)에 각각 (-)전압과 (+)전압을 인가하면 쿨롱력에 의해 흑색 및 백색 대전 입자는 각각 하부 기판(10) 및 상부 기판(11) 쪽으로 이동하게 된다. 따라서 상부기재가 관찰면인 경우, 백색으로 표시되고 빛을 반사하게 된다. 이와 같은 원리를 이용하여 처음에 모든 셀의 상부 전극으로 백색 대전입자가 배열되도록 전압을 가한 후, 원하는 셀만 반대 전압을 인가하여 흑색 대전 입자가 배열되도록 표시함으로써 컬러 필터를 통과하는 반사광의 색상 조합을 통하여 그림이나 문자를 표현할 수 있게 되는 것이다.
그러나, 상기한 컬러 필터를 사용하는 종래기술의 경우, 컬러 필터를 구성하는 별도의 기판을 사용함으로써 광투과도가 감소하는 단점이 있다. 또한, 컬러 물질을 보호하기 위한 보호층을 추가함으로써 광이 보호층에서 흡수되는 만큼 휘도가 감소하는 문제점이 있다. 또한, 각 셀간의 원하지 않는 혼색을 방지하기 위한 블랙 매트릭스를 형성해야 하므로 컬러필터의 제조 공정이 복잡해지고, 이에 따라 원가가 상승하는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 한국공개특허 2007-0024752호에는 디스플레이 내부에 형성된 컬러층을 포함하는 컬러 전자종이 디스플레이가 기재되어 있다. 즉, 도 2에 나타낸 바와 같이 상부 기판의 하부에 별도의 컬러층을 형성하여 종래 컬러 필터에 사용되는 별도의 기판과 보호층이 불필요하여 광투과도를 증가시키는 컬러 전자종이 디스플레이에 대한 기술이 기재되어 있다.
그러나, 전극위에 컬러층을 형성하기 위해 포토리쏘그래피와 같은 복잡한 공정이 필요하고, ITO전극을 사용하는 경우 컬러층 형성시 균열이 발생하기 쉬어 작 업의 어려움이 있으며, ITO/컬러층 계면이 취약하여 제품의 내구성에 문제가 있다. 또한, 전자종이 디스플레이의 제조공정에서 격벽과 상하부 구조물간의 합착이 잘 이루어지지 않으면 봉입된 대전입자가 외부로 유출되거나 인접한 셀로 이동하는 등의 현상이 발생하여 화상의 품질을 저하시키고, 전자종이 디스플레이의 수명을 단축시키는 결과를 초래하는 문제점이 있다.
또한, 한국공개특허 2007-0058151호에는 상부 기판의 하부에 컬러 필터를 위치시켜 컬러 필터와 셀 내의 대전입자 사이의 간격을 줄임으로써, 혼색을 개선한 반사형 컬러 표시 장치가 개시되어 있다. 그러나, 상기 컬러 표시 장치의 경우에도 전압을 인가하기 위한 별도의 상부 전극이 필요하므로, 전극과 컬러 필터의 계면이 취약함으로 인해 발생하는 제품 수명 및 화상 품질이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같이 별도의 컬러 필터를 디스플레이 외부에 설치할 경우 발생하는 고비용, 작업의 어려움 및 품질저하의 문제를 해결할 수 있고, 또한, 내부에 별도의 컬러층을 형성하는 경우 발생하는 전극/컬러층 계면의 취약성의 문제를 개선한 컬러 전자종이 디스플레이를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전도성이 부여된 컬러층을 디스플레이 내부에 형성한 컬러 전자종이 디스플레이를 제공한다. 즉, 전도성이 부여된 컬러층이 전극 역할을 수행함으로써, 별도의 전극이 필요하지 않은 컬러 전자종이 디스플레이를 제공한다.
또한, 컬러층에 전도성 입자를 혼합하여 전도성이 부여된 컬러층을 형성하는 단계를 포함하는 컬러 전자종이 디스플레이의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 별도의 컬러 필터가 불필요하고 전극층과 컬러층을 일체화하여 디스플레이의 제조가 간편하고, 반사율 및 콘트라스트 등의 광학 특성이 개선된 컬러 전자종이 디스플레이를 제공할 수 있다.
본 발명은 (a) 상부 및 하부 기판, (b) 상기 하부 기판에 내접하는 하부 전극, (c) 상기 상부 기판에 내접하는 전도성 컬러층, (d) 상기 상부 기판 및 하부 기판 사이에 위치하여 셀을 형성하는 격벽, 및 (e)상기 셀에 충진되는 대전입자를 포함하는 컬러 전자종이 디스플레이를 제공한다.
본 발명의 컬러 전자종이 디스플레이에 사용되는 상부 및 하부 기판 중 적어도 어느 하나의 기판은 화상을 표시하기 위해서 투명해야 한다. 바람직하게는 컬러층이 내접하는 상부 기판이 투명하다.
상기 상부 또는 하부 기판에는 대전 입자의 전하가 셀 외부로 누출되어 대전 성질을 상실하여 화상 표시가 열화되는 것을 방지하기 위하여 절연층이 추가로 적층될 수 있다. 즉, 상기 절연층은 통상의 증착방법 또는 스프레이 방법으로 하부 기판의 전극에 내접하거나, 상부 기판의 전도성 컬러층에 내접하도록 코팅하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 절연층이 전도성 컬러층에 내접하도록 형성되는 경우, 도 3에 나타낸 바와 같이 상기 전도성 컬러층이 감싸지도록 상기 절연층에는 요홈이 형성될 수 있다.
상기 절연층의 재료는 특별히 한정되는 것은 아니며, 각종 절연 세라믹이나, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에테르술폰 등의 절연특성이 있는 폴리머를 사용할 수 있다. 바람직하게는 산화규소, 질화규소, 탄확규소, 산화알루미늄, 산화탄탈(Ta2O3) 및 투명한 폴리머를 사용할 수 있다.
상기 상부 또는 하부기판의 재료는 투명 또는 불투명할 수 있고, 리지드(rigid) 또는 플렉시블(flexible)할 수 있다.
투명한 리지드 재료로는 아크릴수지나 PC(Polycarbonate) 등의 다양한 투명 한 플라스틱 재료 및 유리나 석영등과 같은 무기물 재료가 사용될 수 있고, 불투명한 리지드 재료로는 일반적으로 PCB의 원자재로 쓰이는 유리섬유가 함침된 페놀이나 에폭시 수지 등이 사용될 수 있다.
투명한 플렉시블 재료로는 PET(Polyethylene Terephthalate), PEN(Polyethylene Naphthalate) 등과 같이 투과율이 높은 필름을 사용할 수 있고, 불투명한 플렉시블 재료로는 일반적으로 PCB에서 사용하는 PI(Polyimide) 등을 사용할 수 있다.
상기 하부 전극의 재료로는 통상적으로 사용되는 전극재료는 모두 사용될 수 있으며, 투명한 기재를 사용하는 경우 ITO, IZC(Indium Zinc Oxide), 투명 전도성 폴리머, 카본 나노 튜브 등과 같은 재료를 증착, 코팅하여 사용할 수 있다. 특히, 투과율 대비 표면 저항이 낮은 ITO를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 대전입자는 화상 구현을 위한 것으로, 색 및 대전특성이 다른 2종류의 대전입자가 셀 내부로 충진될 수 있다. 상기 대전입자로는, 기술분야에서 화상표현을 위해 사용되는 대전입자라면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 점성 특성이 없는 것이 바람직하다.
상기 전도성 컬러층은 발색성 재료에 전극으로 사용될 수 있는 전도성 재료를 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 전도성 컬러층은 빛의 혼합에 의해 백색이 구현되는 세가지 색상인 레드(R), 그린(G) 및 블루(B)의 발색성 재료를 사용할 수 있다.
상기 발색성 재료로는 컬러 필터를 제조하기 위해 당 기술분야에 사용되는 착색물 또는 염색물일 수 있다. 예를 들어, 투명수지, 그 전구체 또는 그 혼합물로 이루어지는 착색료 담체, 착색료 또는 그 혼합물일 수 있다. 또한, 유기 또는 무기염료를 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 염료 중에는 발색성 및 내열성이 높은 것이 바람직하며, 통상적으로 유기 염료를 사용할 수 있다.
상기 전도성 재료로는, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 카본 나노 튜브 등의 전도성 카본 재료, 폴리티오핀 또는 폴리아닐린과 같은 전도성 폴리머, 은이나 니켈 등의 금속 나노입자 및 ITO, ATO 등의 전도성 산화물 나노입자를 사용할 수 있다.
상기 전도성 재료는 컬러층에 균일하게 입자가 분산될 수 있도록 0.1 ㎚ 내지 10 ㎛의 크기의 입자인 것이 바람직하고, 1 ㎚ 내지 1 ㎛의 크기의 입자인 것이 더욱 바람직하다.
상기 전도성 재료는 발색성 재료에 대하여 0.0001 내지 90 중량부의 범위로 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 0.001 내지 60 중량부, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 30 중량부의 범위로 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 전도성 컬러층은 접착력 향상과 분산성을 용이하게 하기 위하여 용매 및 분산제 등의 첨가제를 필요에 따라 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 분산제로는, 예를 들어 양이온계, 음이온계, 비이온계, 양쪽성, 실리콘계, 불소계 등의 계면활성제를 사용할 수 있다.
상기 계면활성제로는, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 폴리옥시에틸렌 라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌 스테아릴에테르, 폴리옥시에틸렌올레일에테르 등의 폴리 옥시에틸렌 알킬에테르; 폴리옥시에틸렌 n-옥틸페닐에테르, 폴리옥시에틸렌 n-노닐페닐에테르 등의 폴리옥시에틸렌 알킬페닐에테르; 폴리에틸렌글리콜 디라우레이트, 폴리에틸렌글리콜 디스테아레이트등의 폴리에틸렌글리콜 디에스테르; 소르비탄 지방산 에스테르; 지방산 변성 폴리에스테르; 3급 아민 변성 폴리우레탄; 폴리에틸렌 이민류; KP(신에쯔 가가꾸 고교(주) 제조), 폴리플로우(교에이샤가가꾸(주) 제조), 에프톱(토켐 프로덕츠사 제조), 메가팩(다이닛본 잉크 가가꾸 고교(주) 제조), 플로라드(스미또모 쓰리엠(주) 제조), 아사히가드, 서프론(이상, 아사히 가라스(주) 제조), BYK, 디스퍼빅(Disperbyk) (이상, 빅케미 재팬(주) 제조), 솔스파스(제네카(주) 제조)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 분산제는 발색성 재료 100중량부에 대하여 1 내지 70중량부인 것이 바람직하고, 10 내지 50중량부인 것이 더욱 바람직하다.
또한 상기 용매는 분산제를 이용하여 분산액을 제조할 수 있는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니며, 발색성 재료 100 중량부에 대하여 200 내지 1000중량부인 것이 바람직하고, 300 내지 800중량부인 것이 더욱 바람직하다.
상기 전도성 컬러층은, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 스프레이 방식, 스크린 프린팅, 롤코팅, 스핀코팅 및 잉크젯 코팅 등의 통상적인 인쇄방법으로 상부 기판상에 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 상태로서, (a) 발색성 재료 및 전도성 재료의 혼합물을 상부 기판에 코팅하여 전도성 컬러층을 형성하는 단계, (b) 하부 전극이 구비되 고 격벽에 의해 형성된 셀에 대전입자를 충진하는 단계, 및 (c) 상기 전도성 컬러층이 형성된 상부 기판과 대전입자가 충진된 하부 기판을 상기 격벽을 통해 접합하는 단계를 포함하는 컬러 전자종이 디스플레이의 제조방법을 제공한다.
상기 (a) 단계 및 (b) 단계는 그 순서가 서로 바뀔 수 있으며, 필요에 따라 하부 기판 대신 상부 기판에 전도성 컬러층을 형성한 후 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 추가적으로 상기 전도성 컬러층을 상부 기판에 형성하는 단계 이전에 상부 기판에 셀 패턴의 블랙 매트릭스 층을 형성한 후, 패턴 내부에 컬러층을 형성함으로써 불필요한 혼색에 의한 색상의 저하를 방지할 수 있다. 상기 블랙 매트릭스의 형성은 당 기술분야에 알려진 재료 및 제조방법을 사용하여 형성될 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 컬러 필터가 외부에 장착되는 컬러 전자종이 디스플레이의 단면도이다.
도 2는 종래기술에 따른 상부 전극에 컬러층이 형성되어 있는 컬러 전자종이 디스플레이의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 컬러층과 상부 전극이 일체형인 컬러 전자종이 디스플레이의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 절연층이 생략된 컬러 전자종이 디스플레이의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 블랙 매트릭스를 포함하는 컬러층을 갖는 컬러 전자종이 디스플레이의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 격벽 상에 블랙 매트릭스가 설치되어 있는 컬러 전자종이 디스플레이의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 상부 절연층이 생략된 블랙매트릭스를 포함하는 컬러층을 갖는 컬러 전자종이 디스플레이의 단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 하부 기판 11 : 상부 기판
20 : 하부 전극 21 : 상부 전극
30 : 하부 절연층 31 : 상부 절연층
40 : 대전입자 50 : 격벽
61, 62, 63 : 전도성 컬러층 70 : 블랙 매트릭스

Claims (14)

  1. (a) 상부 및 하부 기판, (b) 상기 하부 기판에 내접하는 하부 전극, (c) 상기 상부 기판에 내접하는 전도성 컬러층, (d) 상기 상부 기판 및 하부 기판 사이에 위치하여 셀을 형성하는 격벽, 및 (e)상기 셀에 충진되는 대전입자를 포함하는 컬러 전자종이 디스플레이.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 상부 기판은 투명한 것을 특징으로 하는 컬러 전자종이 디스플레이.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 컬러층 또는 상기 하부 전극에 내접하는 절연층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 전자종이 디스플레이.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 전도성 컬러층에 내접하는 절연층은 상기 전도성 컬러층이 감싸지도록 요홈이 형성된 것을 특징으로 하는 컬러 전자종이 디스플레이.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 컬러층은 발색성 재료 및 전도성 재료의 혼합물인 것을 특징으로 하는 컬러 전자종이 디스플레이.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 전도성 컬러층은 용매 및 분산제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 전자종이 디스플레이.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 전도성 재료는 전도성 카본 재료, 전도성 폴리머, 금속 나노입자 및 전도성 금속산화물 나노입자로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 컬러 전자종이 디스플레이.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 전도성 재료는 0.1 ㎚ 내지 10 ㎛의 크기의 입자인 것을 특징으로 하는 컬러 전자종이 디스플레이.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 컬러층은 셀 패턴의 블랙 매트릭스를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 전자종이 디스플레이.
  10. (a) 발색성 재료 및 전도성 재료의 혼합물을 상부 기판에 코팅하여 전도성 컬러층을 형성하는 단계, (b) 하부 전극이 구비되고 격벽에 의해 형성된 셀에 대전입자를 충진하는 단계, 및 (c) 상기 전도성 컬러층이 형성된 상부 기판과 대전입자가 충진된 하부 기판을 상기 격벽을 통해 접합하는 단계를 포함하는 컬러 전자종이 디스플레이의 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 필요한 경우 상기 (a) 단계에서 상부 기판에 격벽으로 셀 형성 후 대전입자를 충진하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 전자종이 디스플레이의 제조방법.
  12. 청구항 10에 있어서, 상기 전도성 재료는 전도성 카본 재료, 전도성 폴리머, 금속 나노입자 및 전도성 금속산화물 나노입자로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 컬러 전자종이 디스플레이의 제조방법.
  13. 청구항 10에 있어서, 상기 전도성 재료는 0.1 ㎚ 내지 10 ㎛의 크기의 입자인 것을 특징으로 하는 컬러 전자종이 디스플레이의 제조방법.
  14. 청구항 10에 있어서, 상기 (a) 단계 이전에 상기 상부 기판에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 전자종이 디스플레이의 제조방법.
KR1020070121594A 2007-11-27 2007-11-27 컬러 플렉서블 전자종이 디스플레이 KR20090054753A (ko)

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