KR20130025297A - 컬러 전기영동 입자와, 이를 이용한 전기영동 표시소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

컬러 전기영동 입자와, 이를 이용한 전기영동 표시소자 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 높은 반사 특성 및 명암비 구현하여 색재현율을 향상시킬 수 있는 컬러 전기영동 입자와 컬러 전기영동 표시소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 컬러 전기영동 입자는 고분자 마이크로 입자의 내부에 발색단(A)을 포함하는 고분자 수지를 포함하고, 상기 고분자 수지가 아래의 일반식 1로 표현되는 구조 단위를 함유하는 화합물을 포함한다.
<일반식 1>
Figure pat00022

Description

컬러 전기영동 입자와, 이를 이용한 전기영동 표시소자 및 그 제조 방법{COLOR ELECTROPHORETIC PARTICLE, ELECTROPHORETIC DISPLAY USING THE SAME AND METHOD FOR MANUFACTURING ELECTROPHORETIC DISPLAY}
본 발명은 전기영동 표시소자에 관한 것으로, 특히 높은 반사 특성 및 명암비 구현하여 색재현율을 향상시킬 수 있는 컬러 전기영동 입자와 컬러 전기영동 표시소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전기영동 표시소자(EPD: ElectroPhoretic Display)는 전기장이 인가되는 한쌍의 전극 사이에서 절연성의 유체에 포함된 콜로이드 입자가 어느 한쪽의 극성으로 이동하는 현상을 이용한 화상 표시소자이다. 전기영동 표시소자는 마주하는 한쌍의 전극에 전압을 인가하여 표시면으로 백색 잉크 입자가 모이면 백색을, 흑색 잉크 입자가 모이면 흑색을 표시한다. 전기영동 표시소자는 액정 표시소자와 다르게 백라이트 광원을 사용하지 않으며, 넓은 시야각과 높은 반사율 및 소비 전력이 낮은 특징을 갖고 있다. 그러나, 백라이트 광원을 사용하지 않기 때문에 어두운 곳에서는 화소의 명암비가 떨어져 표시소자의 기능을 할 수 없는 단점을 가지고 있다.
또한, 전기영동 표시소자는 인가된 전기장을 제거하여도 전기장을 제거하기 이전의 색상을 유지하는 쌍안정성(Bistability)를 갖고 있어서 소비전력이 낮은 장점이 있다. 그러나, 전기영동 입자의 설계 및 표시소자의 구조에 따라 쌍안정성이 떨어지는 경우가 발생하는데, 이는 장시간에 걸쳐 대전된 입자들의 응집에 따른 것으로 이를 방지하기 위해 다양한 방법이 제시되고 있다.
미국특허 US 6,017,584, US 7,012,735호에서는 흑과 백으로 대전된 2색의 전기영동 입자와 절연성의 유체를 캡슐속에 담지하여 전기영동 현상을 이용하는 표시소자를 제안하고 있으나, 다색을 구현하기 어려운 흑, 백 단색의 명암만을 구현이 가능하며, 컬러를 구현하고자 하는 경우 액정 표시소자와 같이 컬러 필터를 상부에 적용해야 하므로 반사율이 낮으며, 캡슐 크기를 제어하기 어려워 입자의 구동 속도 및 화소의 명암비 제어가 어려운 단점이 있다.
이를 해결하고자 일본공개특허 제2006-259771호, 제2002-0075556호에서는 마이크로컵이라 불리는 패턴 내부에 전기영동 입자를 주입하는 방법을 제안하였으나, 구동되는 전기영동 입자가 착색된 것이 아니라 분산 유체가 색상을 구현하는 것이므로 색재현율이 낮으며, 명암비가 부족한 단점이 있다. 일본특허 제 4522101호에는 명암비를 증대를 위하여 흑색 전기영동 입자의 구동을 통해 화소를 제어하는 방법을 제안하고 있으나, 컬러를 구현하기 위하여 TFT 상부에 적색, 녹색, 청색의 컬러 반사판을 장착하고, 흑색 전기영동 입자가 상부와 측면으로 이동하여 차, 개폐를 통한 화소를 구현하므로, 색재현율과 반사율이 떨어지는 단점이 있다.
대한민국 공개특허 제2005-0055557호에는 다색 컬러 전기영동 입자 제조시 착색제로 안료를 마이크로 캡슐레이션하는 방법을 소개하고 있으나, 안료 입자의 결정성 및 입자 크기의 증가로 빛의 투과율을 저해하여 화소 구현시 반사율이 떨어지며, 입자 제조시 안료의 마이그레이션으로 인한 착색력 저하가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 높은 반사 특성 및 명암비 구현하여 색재현율을 향상시킬 수 있는 컬러 전기영동 입자와 컬러 전기영동 표시소자 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 컬러 전기영동 입자는 고분자 마이크로 입자의 내부에 발색단을 포함하는 고분자 수지를 포함하고, 상기 고분자 수지가 아래의 일반식 1로 표현되는 구조 단위를 함유하는 화합물을 포함한다.
<일반식 1>
Figure pat00001
상기 일반식 1에서 R1, R2, R3은 독립적으로 헤테로 원자를 갖는 치환기로 수소 원자, 탄소수 1~20의 알킬기, 탄소수 2~21의 알케닐기, 탄소수 6~21의 아릴기 및 질소원자를 포함하는 복소환을 나타내며, R4는 수소원자 또는 탄소수 1~4의 알킬기를 나타내며, k, l, m, n은 0.01~0.5이내 이고, A는 색상을 나타내는 발색단으로 안트라퀴논, 디피롤로피롤, 이소인돌리돈, 아조피리돈, 아조피롤리돈, 디아조다이아릴라이드, 트리아릴메탄, 프탈로시아닌, 퀴노프탈론, 티오인디고이드, 티오잔센기를 가지고 있는 카르복실기, 아마이드기, 아민기, 술폰산기, 알코올기이다.
상기 고분자 수지가 아래 화학식 2로 표현되는 청록색의 반응성 착색 모노머를 중합한 청록색 중합체 수지를 포함한다.
<화학식 2>
Figure pat00002
상기 고분자 수지가 아래 화학식 3으로 표현되는 다홍색 반응성 착색 모노머를 중합한 다홍색 중합체 수지를 포함한다.
<화학식 3>
Figure pat00003
상기 고분자 수지가 아래 화학식 7로 표현되는 황색 반응성 착색 모노머를 중합한 황색 중합체 수지를 포함한다.
<화학식 7>
Figure pat00004
본 발명에 따른 컬러 전기영동 표시소자는 전기장 인가시 절연성 유체 내부에서 서로 다른 전하로 대전되는 복수의 전기영동 입자가, 상기 절연성 유체에 현탁 상태로 분산된 컬러 잉크가 주입된복수의 화소를 포함하고; 상기 전기영동 입자는 상기 컬러 전기영동 입자를 포함한다.
상기 복수의 화소는 백색, 청록색, 다홍색, 황색 화소를 포함하고; 상기 백색 화소에는 백색 전기영동 입자 및 흑색 전기영동 입자를 포함하는 백색 잉크가 주입되고, 상기 청록색 화소에는 청록색 전기영동 입자 및 흑색 전기영동 입자를 포함하는 청록색 잉크가 주입되고, 상기 황색 화소에는 황색 전기영동 입자 및 흑색 전기영동 입자를 포함하는 황색 잉크가 주입된다.
상기 백색, 청록색, 다홍색, 황색 전기영동 입자는 정극성으로 대전되고, 상기 흑색 전기영동 입자는 부극성으로 대전된다.
상기 부극성으로 대전된 전기영동 입자는 10~1000 나노미터의 크기를 갖고, 상기 정극성으로 대전된 전기영동 입자는 200~500 나노미터의 크기를 갖는 다.
상기 청록색의 전기영동 입자는 상기 청록색의 중합체 수지, 전하 조절제, 백색 안료를 포함하고, 상기 다홍색 전기영동 입자는 상기 다홍색 중합체 수지, 전하 조절제, 백색 안료를 포함하고, 상기 황색 전기영동 입자는 상기 황색 중합체 수지, 전하 조절제, 백색 안료를 포함하고, 상기 백색 전기영동 입자는 백색 안료, 전하 조절제를 포함하고, 상기 흑색 전기영동 입자는 흑색 안료, 전하 조절제를 포함한다.
본 발명에 따른 전기영동 표시소자의 제조 방법은 고분자 마이크로 입자의 내부에 발색단을 포함하는 중합체 수지를 제조하는 단계와; 흑색 안료 분산액 및 백색 안료 분산액을 제조하는 단계와; 상기 중합체 수지와 안료 분산액을 포함하는 전기영동 입자를 제조한 후 전기영동 입자 현탁액을 제조하는 단계와; 상기 전기영동 입자 현탁액을 이용하여 잉크를 제조하는 단계와; 상기 잉크를 각 화소에 주입하여 표시 패널을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 중합체 수지가 상기 일반식 1로 표현되는 구조 단위를 함유하는 화합물을 포함한다.
상기 중합체 수지를 제조하는 단계는, 상기화학식 2로 표현되는 청록색의 반응성 착색 모노머를 제조하여 중합으로써 청록색 중합체 수지를 제조하는 단계를 포함한다.
상기 중합체 수지를 제조하는 단계는, 상기 화학식 3으로 표현되는 다홍색 반응성 착색 모노머를 제조하여 중합함으로써 다홍색 중합체 수지를 제조하는 단계를 포함한다.
상기 중합체 수지를 제조하는 단계는, 아래 화학식 7로 표현되는 황색 반응성 착색 모노머를 제조하여 중합함으로써 황색 중합체 수지를 포함한다.
상기 전기영동 입자 현탁액을 제조하는 단계는, 상기 청록색, 다홍색, 황색 중 어느 하나의 중합체 수지 용액과 상기 백색 안료 분산액을 혼합하여 컬러 전기영동 입자를 제조한 후, 용매에 상기 컬러 전기영동 입자가 분산된 컬러 전기영동 입자 현탁액을 제조하는 단계와, 상기 백색 안료 분산액을 이용하여 백색 전기영동 입자를 제조한 후, 용매에 상기 백색 전기영동 입자가 분산된 백색 전기영동 입자 현탁액을 제조하는 단계와, 상기 흑색 안료 분산액을 이용하여 흑색 전기영동 입자를 제조한 후, 용매에 상기 흑색 전기영동 입자가 분산된 흑색 전기영동 입자 현탁액을 제조하는 단계를 포함한다.
상기 잉크를 제조하는 단계는, 상기 청록색, 다홍색, 황색 중 어느 하나의 전기영동 입자 현탁액과, 상기 흑색 전기영동 입자 현탁액을 혼합하여 컬러 잉크를 제조하는 단계와; 상기 백색 전기영동 입자 현탁액과 상기 흑색 전기영동 입자 현탁액을 혼합하여 백색 잉크를 제조하는 단계를 포함한다.
상기 잉크를 각 화소에 주입하여 표시 패널을 제조하는 단계는, 제1 전극이 형성된 하판 상에 매트릭스 구조의 격벽을 형성하여 상기 복수의 화소를 형성하는 단계와; 상기 복수의 화소에 상기 복수의 컬러 잉크 및 백색 잉크를 각각 인쇄하여 주입하는 단계와; 제2 전극이 형성된 상판과, 상기 잉크가 주입된 하판을 합착하여 실링하는 단계를 포함한다.
상기 잉크는 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄, 옵셋 인쇄, 플렉소 인쇄 방법 중 하나의 인쇄 방법을 통해 인쇄된다.
본 발명에서는 고분자 마이크로 입자 내부에 착색기를 갖는 고분자 수지와 반사층을 형성하는 무기계 산화물을 포함하는 코어 셸 구조의 전기영동 입자를 이용함으로써 전기영동 표시소자의 컬러 구현이 가능하며, 전기영동 입자 내부에서 높은 투과 특성을 갖는 착색층에 의한 반사율 증대가 가능하므로, 색재현율 및 응답 속도가 형상된 컬러 전기영동 표시소자를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 컬러 전기영동 표시소자의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명은 컬러 전기영동 표시소자를 구현하기 위하여 고온 구동 특성과 높은 반사 특성을 갖는 컬러 전기영동 입자를 제시한다. 본 발명의 컬러 전기영동 입자는 고분자 마이크로 입자 내부에 발색단을 포함하는 고분자 수지와, 반사층을 형성하는 무기계 산화물을 포함하고 있는 코어 셸(Core Shell) 구조를 갖는다. 또한, 본 발명의 컬러 전기영동 입자는 표면에 전하 조절제를 함유하여 전기장 인가시 대전된 입자가 이동하는 전기영동 원리를 이용한 표시소자의 제조 방법을 제시한다. 또한, 본 발명은 입자의 내부에서 컬러를 나타내는 고분자 수지(dyed polymer)의 제조 방법 및 그 고분자 수지를 포함하는 전기영동 입자 및 표시소자를 제시한다.
본 발명에 따른 컬러 전기영동 입자를 이용한 표시소자의 제조 방법은 다음 단계를 포함한다.
① 다수의 컬러 구현을 위한 반응성 모노머 제조 단계.
② 상기 ①의 반응성 모노머를 포함하는 중합체 수지 제조 단계.
③ 흑색의 카본 블랙 및 백색의 산화티탄 분산에 의한 안료 분산액 제조 단계.
④ 상기 ②의 중합체와 상기 ③의 안료 분산액을 포함하는 전기영동 입자 형성 및 현탁액 제조 단계.
⑤ 전기영동 입자의 잉크 배합 단계.
⑥ 배합된 잉크를 패널에 주입하여 전기영동 표시소자를 제조하는 단계.
본 발명에 따른 컬러 전기영동 입자는 착색기를 갖는 고분자 수지를 포함하는 것이 특징이며, 그 고분자 수지는 아래의 일반식 1로 표현되는 구조 단위를 함유하는 화합물을 포함한다.
<일반식 1>
Figure pat00005
상기 일반식 1에서 R1, R2, R3는 독립적으로 헤테로 원자를 갖는 치환기로 수소 원자, 탄소수 1~20의 알킬기, 탄소수 2~21의 알케닐기, 탄소수 6~21의 아릴기 및 질소원자를 포함하는 복소환을 나타내며, R4는 수소원자 또는 탄소수 1~4의 알킬기를 나타내며, k, l, m, n은 0.01~0.5이내 이다. A는 색상을 나타내는 발색단으로 안트라퀴논, 디피롤로피롤, 이소인돌리돈, 아조피리돈, 아조피롤리돈, 디아조다이아릴라이드, 트리아릴메탄, 프탈로시아닌, 퀴노프탈론, 티오인디고이드, 티오잔센기를 가지고 있는 카르복실기, 아마이드기, 아민기, 술폰산기, 또는 알코올기이다.
이하, 본 발명에 실시예에 따른 청록색(Cyan), 다홍색(Magenta), 황색(Yellow)의 중합체 및 잉크 제조 방법을 설명하며, 이는 단지 예시에 불과한 것이므로 범위를 한정하거나 제한하지 않는다.
실시예 1: 청록 착색 모노머 및 중합체 제조
디하이드로안트라퀴논 5.0 그램(21밀리몰)을 150밀리의 아세트니트릴과 트리에탄올아민 15.0밀리(107밀리몰)에 첨가하여 교반한 후, p-톨루엔설포닐클로라이드 9.6그램(50밀리몰)을 천천히 첨가하여 상온에서 10시간동안 환류를 진행하고, 증류를 하여 아세토니트릴을 제거 및 물로 세척 건조하여 고체 화합물 11.9그램을 얻는다. 상기의 고체 화합물을 디메틸설폭사이드 100그램에 용해시킨 후 에탄올아민 5.0그램을 첨가한 후 150도에서 2시간동안 반응시킨 후 10%의 염산수용액 10.0그램을 천천히 첨가하고, 메틸렌클로라이드에서 침전시켜서 아래의 화학식 1로 표현되는 청록색의 고체 화합물 8.5그램을 얻었다.
<화학식 1>
Figure pat00006
상기 화학식 1로 표현되는 고체 화합물 6.56그램(20밀리몰)과 1.44그램(20밀리몰)을 물 100그램에 넣은 후, p-톨루엔술폰산 0.5그램을 혼합하고 105도에서 10시간동안 반응시켜서 아래의 화학식 2로 표현되는 청록색의 반응성 착색 모노머를 제조한다.
<화학식 2>
Figure pat00007
상기 화학식 2로 표현되는 청록색 모노머 1.5그램, 메타아크릴산 1.5그램, 스타이렌 1.0그램, 벤질메타아크릴레이트 6.0그램과, 개시제로 디메틸 아조비스(2-메틸프로피오네이트)(Dimethyl 2, 2'-azobis(2-methylpropionate) 0.5그램 및 메틸에틸케톤 50그램이 혼합된 용액을 75도의 메틸에틸케톤 100그램에 천천히 적하하여 10시간동안 중합한 후 상온으로 냉각하여 청록색 중합체 수지 용액을 제조한다.
실시예 2: 다홍 착색모노머 및 중합체 제조
상기 실시예 1에서 에탄올아민 5.0그램을 2.5그램으로 첨가한 후 150도에서 2시간동안 반응시킨 후 10%의 염산수용액 10.0그램을 천천히 첨가하고, 메틸렌클로라이드에서 침전시켜 적색의 고체 화합물을 얻는다. 이와 같이 얻어진 적색 고체 화합물 98그램(20밀리몰)과 1.44그램(20밀리몰)을 물 100그램에 넣은 후 p-톨루엔술폰산 0.5그램을 혼합하고 105도에서 10시간동안 반응시켜서 아래의 화화식 3으로 표현되는 다홍색의 반응성 착색 모노머를 제조한다.
<화학식 3>
Figure pat00008
상기 화학식 3으로 표현되는 다홍색의 반응성 착색 모노머를 상기 실시예 1에서의 조건으로 중합하여 다홍색 중합체 수지 용액을 제조한다.
실시예 3: 황색의 착색 모노머 및 중합체 제조
에틸시아노포메이트 33.93그램과 에틸헥실아민 38.74그램을 혼합한 후 70도에서 3시간동안 교반하여 에틸헥실아미노카보닐니트릴을 합성한다. 이 합성물을 상온에서 메틸아세토아세테이트 41.80그램과 에탄올 100그램이 혼합되어 있는 용액에 첨가하고 온도를 45도로 승온한 후 수산화나트륨25그램이 용해되어 있는 에탄올 200그램을 천천히 적하하고, 85도로 승온하여 10시간동안 교반한 후 용매를 증류하여 아래의 화학식 4로 표현되는 고체 화합물 74.67그램을 얻는다.
<화학식 4>
Figure pat00009
니트로벤젠술포닐클로라이드 33.24그램과 디클로로벤젠 100그램이 혼합되었는 다른 반응기에서 에탄올아민 14.25그램을 혼합하고 45도로 승온한 후 탄산나트륨 7.95그램이 10%로 용해되어 있는 수용액을 적하하고 30분동안 교반한 후 70도로 승온하여 1시간동안 반응시킨다. 이 반응 용액에 환원철 27.3그램과 초산 19.5그램이 용해되어 있는 수용액 60그램을 천천히 적하하여 세정 건조 과정을 거친 후 아래의 화학식 5로 표현되는 고체화합물 16.5그램을 얻는다.
<화학식 5>
Figure pat00010
상기 화학식 5로 표현되는 고체 화합물 3.1그램을 염산 15그램이 용해되어 있는 60그램의 수용액에 혼합하고 0도로 냉각하여 0.84그램이 용해되어 있는 아질산나트륨 수용액을 천천히 적하하여 4시간동안 교반한 후, 상기 화학식 4로 표현되는 고체 화합물 3.34그램과 pH가 2로 맞추어진 20그램의 수용액을 적하하여 1시간동안 교반 후, 탄산나트륨으로 pH를 7로 조정한 후 아세톤으로 수세 및 건조하여 아래의 화학식 6으로 표현되는 황색의 화합물 3.2그램을 얻는다.
<화학식 6>
Figure pat00011
상기 화학식 6으로 표현되는 황색 화합물 2.7그램을 아크릴산 27.4그램과 p-톨루엔술포닐산 0.39그램을 혼합하고 100도에서 10시간동안 교반하여 아래의 화학식 7로 표현되는 반응성 황색 착색모노머 2.3그램을 제조한다.
<화학식 7>
Figure pat00012
상기 화학식 7로 표현되는 황색 화합물 2.5그램, 메타아크릴산 1.5그램, 스타이렌 1.0그램, 벤질메타아크릴레이트 6.0그램과 개시제로 디메틸 아조비스(2-메틸프로피오네이트)(Dimethyl 2, 2'-azobis(2-methylpropionate) 0.5그램 및 메틸에틸케톤 50그램이 혼합된 용액을 75도의 메틸에틸케톤 100그램에 천천히 적하하여 10시간동안 중합한 후 상온으로 냉각하여 황색 중합체 수지 용액을 제조한다.
실시예 4:백색 안료 분산액 제조
바인더 수지로 폴리에스테르 16.0그램을 메틸에틸케톤 260.0그램에 용해시킨 후 산화티탄 24.0그램을 혼합한 후 0.8mm의 지르코니아 비드가 60부피 퍼센트로 충진되어 있는 분산기로 1시간동안 분산을 진행하여 평균 입도가 200나노미터인 백색 안료 분산액을 제조한다.
실시예 5: 흑색 안료분산액 제조
바인더 수지로 폴리에스테르 16.0그램과 전하조절제로 4급 암모늄염 4.0그램을 메틸에틸케톤 260.0그램에 용해시킨 후 카본 블랙 4.0그램을 혼합한 후 0.8mm의 지르코니아 비드가 60부피 퍼센트로 충진되어 있는 분산기로 1시간동안 분산을 진행하여 평균 입도가 150나노미터인 흑색 안료 분산액을 제조한다.
실시예 6: 청록색 전기영동 입자 형성 및 현탁액 제조
상기 실시예 1에서 제조한 청록색 수지 용액 5.0그램과, 전하 조절제로 아연살리실릭산 0.3그램과, 상기 실시예 4에서 제조된 백색 안료 분산액 150.0그램과, 메틸에틸케톤 1200그램을 혼합 및 교반한 후 이소파라핀계 용매 1800그램에 적하하여 청록색의 전기영동 입자를 제조한다. 청록색의 전기영동 입자를 60도에서 메틸에틸케톤을 증류한 후 원심분리로 세정한 후 이소파라핀계 용매를 이용하여 농도가 36중량퍼센트인 청록색의 전기영동 입자 현탁액을 제조한다.
실시예 7: 다홍색 전기영동 입자 형성 및 현탁액 제조
상기 실시예 2에 제조한 다홍색 수지 용액 5.0그램을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 6의 조건과 동일하게 농도가 36중량퍼센트인 다홍색 전기영동입자 현탁액을 제조한다.
실시예 8: 황색 전기영동 입자 형성 및 현탁액 제조
상기 실시예 3에서 제조한 황색 수지 용액 5.0그램을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 6의 조건과 동일하게 농도가 36중량퍼센트인 황색 전기영동 입자 현탁액을 제조한다.
실시예 9: 백색 전기영동 입자 제조
상기 실시예 4에서 제조한 백색 안료 분산액150.0그램과, 전하 조절제로 아연살리실릭산 0.3그램과, 메틸에틸케톤 1200그램을 혼합 및 교반한 후 이소파라핀계 용매 1800그램에 적하하여 백색 전기영동입자를 제조한다. 이백색 전기영동입자를 60도에서 메틸에틸케톤을 증류한 후 원심분리로 세정한 후 이소파라핀계 용매를 이용하여 농도가 36중량퍼센트인 백색 전기영동 입자 분산액을 제조한다.
실시예 10: 흑색 전기영동 입자 제조
상기 실시예 5에서 제조한 흑색 안료 분산액 150.0그램과, 메틸에틸케톤 1200그램을 혼합 및 교반한 후 이소파라핀계 용매 1800그램에 적하하여 흑색 전기영동 입자를 제조한다. 이 흑색 전기영동 입자를 60도에서 메틸에틸케톤을 증류한 후 원심분리로 세정한 후 이소파라핀계 용매를 이용하여 농도가 36중량퍼센트인 흑색 전기영동 입자 분산액을 제조한다.
실시예 11: 청록색 잉크 제조
상기 실시예 6에서 제조한 청록색 전기영동 입자 현탁액 42.8부피퍼센트, 상기 실시예 10에서 제조한 흑색 전기영동 입자 분산액 14.3부피퍼센트, 폴리이소부틸렌서시닉이미드 7.1부피퍼센트, 프로필렌글리콜 14.3부피퍼센트, 이소파라핀계 용매와 할로카본 용매 각 21.4부피퍼센트를 혼합 교반하여 청록색의 잉크를 제조한다.
실시예 12: 다홍색 잉크 제조
상기 실시예 7에서 제조한 다홍색 전기영동 입자 현탁액 42.8부피퍼센트, 상기 실시예 10에서 제조한 흑색 전기영동 입자 분산액 14.3부피퍼센트, 폴리이소부틸렌서시닉이미드 7.1부피퍼센트, 프로필렌글리콜 14.3부피퍼센트, 이소파라핀계 용매와 할로카본 용매 각 21.4부피퍼센트를 혼합 교반하여 다홍색의 잉크를 제조한다.
실시예 13: 황색의 잉크 제조
상기 실시예 8에서 제조한 황색 전기영동 입자 현탁액 42.8부피퍼센트, 상기 실시예 10에서 제조한 흑색 전기영동 입자 분산액 14.3부피퍼센트, 폴리이소부틸렌서시닉이미드 7.1부피퍼센트, 프로필렌글리콜 14.3부피퍼센트, 이소파라핀계 용매와 할로카본 용매 각 21.4부피퍼센트를 혼합 교반하여 황색 잉크를 제조한다.
실시예 14: 백색 잉크 제조
상기 실시예 9에서 제조한 백색 전기영동 입자 분산액 42.8부피퍼센트, 상기 실시예 10에서 제조한 흑색 전기영동 입자 분산액 14.3부피퍼센트, 폴리이소부틸렌서시닉이미드 7.1부피퍼센트, 프로필렌글리콜 14.3부피퍼센트, 이소파라핀계 용매와 할로카본 용매 각 21.4부피퍼센트를 혼합 교반하여 백색 잉크를 제조한다.
실시예 15: 잉크 주입을 통한 전기영동 표시소자 제조
도 1은 실시예 15에 따른 전기영동 표시소자를 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 전기영동 표시소자는 제1 전극(7)이 형성된 하부 기판(1)과, 제2 전극(8)이 형성된 상부 기판(2)과, 상하부 기판(1, 2) 사이에 형성된 매트릭스 구조의 격벽(3)과, 상하부 기판(1, 2)과 격벽(3)에 의해 형성된 각 화소 공간에 백색, 청록색, 다홍색, 황색 잉크가 주입된 백색, 청록색, 다홍색, 황색 화소(W, C, M, Y)를 구비한다.
하부 기판(1)으로는 주로 유리 기판이 이용되고, 상부 기판(2)으로는 PET(Polyethylene Terephthalate) 필름이 이용된다. 하부 기판(1) 상에 각 서브화소의 제1 전극(7)이 형성되고, 그 위에 네거티브 포토레지스트를 이용하여 매트릭스 구조의 격벽이 형성됨으로써 백색, 청록색, 다홍색, 황색 화소(W, C, M, Y)의 공간이 마련된다. 각 화소 공간에 상기 실시예 11, 12, 13, 14에서 제조된 청록색, 다홍색, 황색 및 백색 잉크를 스크린 인쇄 방법을 이용하여 각각 주입한다. 백색 화소(W)에 백색 잉크를 인쇄한 후 용매를 건조하고, 그 다음 청록색 화소(C)에 청록색 잉크를 인쇄한 후 건조하고, 동일 인쇄 방법으로 다홍색 화소(M) 및 황색 화소(Y)에 다홍색 잉크 및 황색 잉크를 순차적으로 인쇄한다. 4색 잉크를 백색, 청록색, 다홍색, 황색 화소(W, C, M, Y)에 인쇄완료한 후 이소파라핀계 용매(Isopar G)를 재주입하여 각 화소(W, C, M, Y)에서 건조된 백색, 청록색, 다홍색, 황색, 흑색 전기영동입자(5W, 5C, 5M, 5Y, 5B)의 재분산을 진행한다. 그리고, 백색, 청록색, 다홍색, 황색 화소(W, C, M, Y)가 형성된 하부 기판(1)과, 제2 전극(8)이 형성된 상부 기판(2)을 합착 및 실링하여 컬러 전기영동 표시소자를 제조한다.
전기영동 입자가 포함된 잉크의 인쇄 방법으로는 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄, 옵셋 인쇄, 플렉소 인쇄 방법 중 하나를 이용한다.
도 1을 참조하면, 전기장 인가시 백색, 청록색, 다홍색, 황색 전기영동 입자(5W, 5C, 5M, 5Y)는 정극성으로 대전되고, 흑색 전기영동 입자(5B)는 부극성으로 대전됨을 알 수 있다. 부극성으로 대전된 백색, 청록색, 다홍색, 황색 전기영동 입자는 200~500나노미터의 크기를 갖고, 상기 정극성으로 대전된 흑색 전기영동 입자는 10~1000나노미터의 크기를 갖는다.
백색 화소(W)는 전기영동 매질의 용매(4)에 혼합된 백색 전기영동 입자(5W) 및 흑색 전기영동 입자(5B)를 포함한다. 백색 화소(W)는 제1 및 제2 전극(7, 8)에 인가된 전압에 응답하여, 백색 전기영동 입자(5W)가 상부 기판(2) 쪽으로 이동하면 백색을, 흑색 전기영동 입자(5B)가 상부 기판(2) 쪽으로 이동하면 흑색을 표시한다.
청록색 화소(C)는 전기영동 매질의 용매(4)에 혼합된 청록색 전기영동 입자(5C) 및 흑색 전기영동 입자(5B)를 포함한다. 청록색 화소(C)는 제1 및 제2 전극(7, 8)에 인가된 전압에 응답하여, 청록색 전기영동 입자(5C)가 상부 기판(2) 쪽으로 이동하면 청록색을, 흑색 전기영동 입자(5B)가 상부 기판(2) 쪽으로 이동하면 흑색을 표시한다.
다홍색 화소(M)는 전기영동 매질의 용매(4)에 혼합된 다홍색 전기영동 입자(5M) 및 흑색 전기영동 입자(5B)를 포함한다. 다홍색 화소(M)는 제1 및 제2 전극(7, 8)에 인가된 전압에 응답하여, 다홍색 전기영동 입자(5M)가 상부 기판(2) 쪽으로 이동하면 다홍색을, 흑색 전기영동 입자(5B)가 상부 기판(2) 쪽으로 이동하면 흑색을 표시한다.
황색 화소(Y)는 전기영동 매질의 용매(4)에 혼합된 황색 전기영동 입자(5Y) 및 흑색 전기영동 입자(5B)를 포함한다. 황색 화소(Y)는 제1 및 제2 전극(7, 8)에 인가된 전압에 응답하여, 황색 전기영동 입자(5Y)가 상부 기판(2) 쪽으로 이동하면 황색을, 흑색 전기영동 입자(5B)가 상부 기판(2) 쪽으로 이동하면 흑색을 표시한다.
영상 안정성 및 색특성 측정 결과
상기 실시예 11, 12, 13, 14에서 제조한 청록색, 다홍색, 황색 및 백색 잉크를 두께 30미크론의 격벽이 형성되고 ITO 전극이 코팅된 상하부 유리기판(2inch×2inch) 사이에 주입하고, 15V의 전압으로 350밀리초의 펄스를 사용하여 스위칭하고, 스위칭시 휴지기간은 2초로 하고, 10분동안 연속하여 D65 광원으로 세팅되어 있는 분광 측색 장비(CS-200)을 사용하여 광반사율을 측정하여 영상 안정성 및 색특성을 측정한 결과는 다음 표 1과 같다. 표 1은 ΔL*와 반사율, 색좌표 측정 결과를 나타낸 것이다. ΔL*은 10분후의 L*10 값과, 초기 L*0 값과의 차이로 쌍안정성을 나타낸 것으로, 영상 안정성의 척도로 평가한다.
Figure pat00013
상기 표 1에서 ΔL* 값이 컬러 상태 및 블랙 상태에서 모두 2이하로 안정성이 우수하고, 명암비(C/R)도 단색 구현시 10:1 이상으로 우수함을 알 수 있다. 또한, 컬러 상태에서 반사율이 높아 색좌표(x, y)로 표현되는 색재현율 또한 우수함을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 고분자 마이크로 입자 내부에 착색기를 갖는 고분자 수지와 반사층을 형성하는 무기계 산화물을 포함하는 코어 셸 구조의 전기영동 입자를 이용함으로써 전기영동 표시소자의 컬러 구현이 가능하며, 전기영동 입자 내부에서 높은 투과 특성을 갖는 착색층에 의한 반사율 증대가 가능하므로, 색재현율 및 응답 속도가 형상된 컬러 전기영동 표시소자를 제공할 수 있다.
1: 하부 기판 2: 상부 기판
3: 격벽 4: 전기영동 매질
5W: 백색 전기영동 입자 5C: 청록색 전기영동 입자
5M: 다홍색 전기영동 입자 5Y: 황색 전기영동 입자
5B: 흑색 전기영동 입자 7: 제1 전극
8: 제2 전극

Claims (19)

  1. 고분자 마이크로 입자의 내부에 발색단을 포함하는 고분자 수지를 포함하고, 상기 고분자 수지가 아래의 일반식 1로 표현되는 구조 단위를 함유하는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 전기영동 입자.
    <일반식 1>
    Figure pat00014

    상기 일반식 1에서 R1, R2, R3은 독립적으로 헤테로 원자를 갖는 치환기로 수소 원자, 탄소수 1~20의 알킬기, 탄소수 2~21의 알케닐기, 탄소수 6~21의 아릴기 및 질소원자를 포함하는 복소환을 나타내며, R4는 수소원자 또는 탄소수 1~4의 알킬기를 나타내며, k, l, m, n은 0.01~0.5이내 이고, A는 색상을 나타내는 상기 발색단이다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발색단(A)은 안트라퀴논, 디피롤로피롤, 이소인돌리돈, 아조피리돈, 아조피롤리돈, 디아조다이아릴라이드, 트리아릴메탄, 프탈로시아닌, 퀴노프탈론, 티오인디고이드, 티오잔센기를 가지고 있는 카르복실기, 아마이드기, 아민기, 술폰산기, 알코올기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 컬러 전기영동 입자.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고분자 수지가 아래 화학식 2로 표현되는 청록색의 반응성 착색 모노머를 중합한 청록색 중합체 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 전기영동 입자.
    <화학식 2>
    Figure pat00015
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 고분자 수지가 아래 화학식 3으로 표현되는 다홍색 반응성 착색 모노머를 중합한 다홍색 중합체 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 전기영동 입자.
    <화학식 3>
    Figure pat00016
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 고분자 수지가 아래 화학식 7로 표현되는 황색 반응성 착색 모노머를 중합한 황색 중합체 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 전기영동 입자.
    <화학식 7>
    Figure pat00017
  6. 전기장 인가시 절연성 유체 내부에서 서로 다른 전하로 대전되는 복수의 전기영동 입자가, 상기 절연성 유체에 현탁 상태로 분산된 컬러 잉크가 주입된복수의 화소를 포함하고;
    상기 전기영동 입자는 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 컬러 전기영동 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 컬러 전기영동 표시소자.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수의 화소는 백색, 청록색, 다홍색, 황색 화소를 포함하고;
    상기 백색 화소에는 백색 전기영동 입자 및 흑색 전기영동 입자를 포함하는 백색 잉크가 주입되고,
    상기 청록색 화소에는 청록색 전기영동 입자 및 흑색 전기영동 입자를 포함하는 청록색 잉크가 주입되고,
    상기 황색 화소에는 황색 전기영동 입자 및 흑색 전기영동 입자를 포함하는 황색 잉크가 주입되는 것을 특징으로 하는 컬러 전기영동 표시소자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 백색, 청록색, 다홍색, 황색 전기영동 입자는 정극성으로 대전되고, 상기 흑색 전기영동 입자는 부극성으로 대전되는 것을 특징으로 하는 컬러 전기영동 표시소자.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 부극성으로 대전된 전기영동 입자는 10~1000 나노미터의 크기를 갖고, 상기 정극성으로 대전된 전기영동 입자는 200~500 나노미터의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 컬러 전기영동 표시소자.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 청록색의 전기영동 입자는 상기 청록색의 중합체 수지, 전하 조절제, 백색 안료를 포함하고,
    상기 다홍색 전기영동 입자는 상기 다홍색 중합체 수지, 전하 조절제, 백색 안료를 포함하고,
    상기 황색 전기영동 입자는 상기 황색 중합체 수지, 전하 조절제, 백색 안료를 포함하고,
    상기 백색 전기영동 입자는 백색 안료, 전하 조절제를 포함하고,
    상기 흑색 전기영동 입자는 흑색 안료, 전하 조절제를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 전기영동 표시소자.
  11. 고분자 마이크로 입자의 내부에 발색단을 포함하는 중합체 수지를 제조하는 단계와;
    흑색 안료 분산액 및 백색 안료 분산액을 제조하는 단계와;
    상기 중합체 수지와 안료 분산액을 포함하는 전기영동 입자를 제조한 후 전기영동 입자 현탁액을 제조하는 단계와;
    상기 전기영동 입자 현탁액을 이용하여 잉크를 제조하는 단계와;
    상기 잉크를 각 화소에 주입하여 표시 패널을 제조하는 단계를 포함하고,
    상기 중합체 수지가 아래의 일반식 1로 표현되는 구조 단위를 함유하는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 전기영동 표시소자의 제조 방법.
    <일반식 1>
    Figure pat00018

    상기 일반식 1에서 R1, R2, R3은 독립적으로 헤테로 원자를 갖는 치환기로 수소 원자, 탄소수 1~20의 알킬기, 탄소수 2~21의 알케닐기, 탄소수 6~21의 아릴기 및 질소원자를 포함하는 복소환을 나타내며, R4는 수소원자 또는 탄소수 1~4의 알킬기를 나타내며, k, l, m, n은 0.01~0.5이내이고, A는 색상을 나타내는 발색단이다.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 발색단(A) 안트라퀴논, 디피롤로피롤, 이소인돌리돈, 아조피리돈, 아조피롤리돈, 디아조다이아릴라이드, 트리아릴메탄, 프탈로시아닌, 퀴노프탈론, 티오인디고이드, 티오잔센기를 가지고 있는 카르복실기, 아마이드기, 아민기, 술폰산기, 알코올기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 컬러 전기영동 표시소자의 제조 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 중합체 수지를 제조하는 단계는
    아래 화학식 2로 표현되는 청록색의 반응성 착색 모노머를 제조하여 중합으로써 청록색 중합체 수지를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 전기영동 표시소자의 제조 방법.
    <화학식 2>
    Figure pat00019
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 중합체 수지를 제조하는 단계는
    아래 화학식 3으로 표현되는 다홍색 반응성 착색 모노머를 제조하여 중합함으로써 다홍색 중합체 수지를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 전기영동 표시소자의 제조 방법.
    <화학식 3>
    Figure pat00020
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 중합체 수지를 제조하는 단계는
    아래 화학식 7로 표현되는 황색 반응성 착색 모노머를 제조하여 중합함으로써 황색 중합체 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 전기영동 표시소자의 제조 방법.
    <화학식 7>
    Figure pat00021
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 전기영동 입자 현탁액을 제조하는 단계는
    상기 청록색, 다홍색, 황색 중 어느 하나의 중합체 수지 용액과 상기 백색 안료 분산액을 혼합하여 컬러 전기영동 입자를 제조한 후, 용매에 상기 컬러 전기영동 입자가 분산된 컬러 전기영동 입자 현탁액을 제조하는 단계와,
    상기 백색 안료 분산액을 이용하여 백색 전기영동 입자를 제조한 후, 용매에 상기 백색 전기영동 입자가 분산된 백색 전기영동 입자 현탁액을 제조하는 단계와,
    상기 흑색 안료 분산액을 이용하여 흑색 전기영동 입자를 제조한 후, 용매에 상기 흑색 전기영동 입자가 분산된 흑색 전기영동 입자 현탁액을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 전기영동 표시소자의 제조 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 잉크를 제조하는 단계는
    상기 청록색, 다홍색, 황색 중 어느 하나의 전기영동 입자 현탁액과, 상기 흑색 전기영동 입자 현탁액을 혼합하여 컬러 잉크를 제조하는 단계와;
    상기 백색 전기영동 입자 현탁액과 상기 흑색 전기영동 입자 현탁액을 혼합하여 백색 잉크를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 전기영동 표시소자의 제조 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 잉크를 각 화소에 주입하여 표시 패널을 제조하는 단계는
    제1 전극이 형성된 하판 상에 매트릭스 구조의 격벽을 형성하여 상기 복수의 화소를 형성하는 단계와;
    상기 복수의 화소에 상기 복수의 컬러 잉크 및 백색 잉크를 각각 인쇄하여 주입하는 단계와;
    제2 전극이 형성된 상판과, 상기 잉크가 주입된 하판을 합착하여 실링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 전기영동 표시소자의 제조 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 잉크는 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄, 옵셋 인쇄, 플렉소 인쇄 방법 중 하나의 인쇄 방법을 통해 인쇄되는 것을 특징으로 하는 컬러 전기영동 표시소자의 제조 방법.
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