KR20130061886A - 전기영동 입자, 이를 포함하는 전기영동 소자 및 전기영동 표시장치 - Google Patents

전기영동 입자, 이를 포함하는 전기영동 소자 및 전기영동 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전기영동 입자는 극성 결합기를 하나 이상 포함하고 있는 바인더 수지에 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 계면활성제가 2차 결합 또는 공유결합된 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
Figure pat00013

[화학식 2]
Figure pat00014

상기 화학식 1 및 2에서 n은 30 내지 100 이며, m은 적어도 2 내지 6 사이이다.

Description

전기영동 입자, 이를 포함하는 전기영동 소자 및 전기영동 표시장치{ELECTROPHORETIC PARTICLE AND ELECTROPHORETIC DEVICE AND ELECTROPHORETIC DISPLAY USING THE SAME}
본 발명은 전기영동 입자에 관한 것으로, 보다 자세하게는 전기영동 입자, 이를 포함하는 전기영동 소자 및 전기영동 표시장치에 관한 것이다.
전기영동 표시장치는 외부 전기장 인가 없이도 원래의 화상을 그대로 유지하는 높은 쌍안정성(bistability)으로 인하여, 추가적인 에너지 없이 화상을 저장하는 기능을 가지며 유연성(flexibility)과 휴대성(portability)이 뛰어나며, 내구성 및 경량성 등의 특성을 지닌 전기영동(Electrophoresis;전기장내 에서 전하를 띄는 콜로이드 입자가 양극 또는 음극쪽으로 이동하는 현상)을 이용한 평판표시장치의 일종이다.
이러한 전기영동 표시장치는 종이 질감에 가장 가까운 특성을 가지고 있으며 광반사 효율이 40% 정도인 신문과 비슷하거나 오히려 더 높은 수치의 광반사 효율과 우수한 콘트라스트비(contrast ratio)를 나타내며, 종이나 플라스틱과 같은 얇고 구부리기 쉬운 베이스 필름에 투명전극을 입혀 전기영동 콜로이드 입자를 구동하는 반사형 표시장치로서 액정표시장치, 플라즈마 디스플레이 패널, 유기 전계발광 소자 등을 이을 차세대 전자종이(Electronic paper)로서 각광 받을 것으로 기대되는 장치이다.
반사형 디스플레이 중에서 현재 상용화 되었거나 상용화 단계에 있는 대표적인 디스플레이는 E-ink사의 전기영동방식, Xerox사의 트위스트 볼(twist ball)을 이용한 입자회전방식, Bridgestone사의 에어로졸 형태의 입자를 이용한 건식이동방식이 있다.
특히 E-ink사는 전기영동 방식을 이용한 전자종이를 개발하고 있는 대표적인 주자로 전기영동 방식에서 가장 큰 문제가 되었던 콜로이드 상에서 안료 입자간의 응집이나 침전을 해결하기 위해 비중을 맞춘 유체에 전하를 띄는 안료입자를 분산시켜 투명하게 코팅하여 투명하게 코팅하여 투명한 마이크로 캡슐(micro capsule)을 제작하였다. 안료입자를 포함하는 마이크로 캡슐 형태의 전기영동 표시장치의 연구 개발 초점은 보다 향상된 영상 안정성 및 빠른 응답속도의 구현하는데 있다.
이를 위해서는 안료를 포함한 전기영동 입자가 외부 전기장 하에 매질내에서 신속하게 움직일 수 있어야 하며, 향상된 영상 안정성 및 색채 구현도를 가지기 위해서는 입자간 응집 현상이 최소화 되어야한다. 따라서 전기영동 입자간 응집 및 침전을 최소화하면서, 입자 제조가 용이한 전기영동 입자의 제조방법의 개발이 필요하다
이에 E-ink사의 US2009-0009852에서는 안료를 이온성 모노머로 표면 처리한 후, 2 단계의 중합을 거쳐 전기영동 입자를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나 상기 US2009-0009852에 개시된 방법에 따르면 안료 입자에 이온성 모노머를 처리하는 과정 및 후속하는 각 단계의 중합 과정 후에, 계속해서 안료 입자의 중합 결과물과 잔존 단량체 등을 원심 분리해 내는 작업을 반복해야 하므로, 제조 공정이 복잡하고 원하는 정도의 입체 장애 효과를 얻기 위해 중합 정도를 조절하기 어려운 단점이 있다.
따라서, 전기영동 입자의 제조가 용이하면서, 입자간 응집을 최소화 할 수 있는 전기영동 입자의 개발이 필요하다.
본 발명은 계면활성제의 체인 길이와 바인더 수지의 상호작용을 조절하여 입자분산안정성 및 고온 열안정성을 개선할 수 있는 전기영동 입자 및 이를 포함하는 전기영동 표시장치를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기영동 입자는 극성 결합기를 하나 이상 포함하고 있는 바인더 수지에 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 계면활성제가 2차 결합 또는 공유결합된 것을 특징으로 하는 전기영동 입자일 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
상기 화학식 1 및 2에서 n은 30 내지 100 이며, m은 적어도 2 내지 6 사이이다.
상기 바인더 수지와 상기 계면활성제 상에 분산되어 있는 색재 및 전하 조절제를 더 포함하고, 상기 계면활성제는 적어도 일부가 입자 표면으로 노출되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 바인더 수지는 복수의 반복 유닛(repeating unit)을 가지며, 하나 이상의 반복 유닛은 극성결합기를 하나 이상을 포함하며, 상기 복수의 반복 유닛이 입자 형상을 띄고 있는 것을 특징으로 한다.
상기 극성 결합기를 포함하는 바인더 수지는 폴리아미드(polyamide), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에스테르(polyester), 폴리아크릴레이트(polyacrylate) 및 폴리스티렌(polystyrene)등으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 극성 결합기는 카르복시기, 술폰산기, 인산기, 설페이트기, 술포네이트기의 액시드 그룹(acid group)과, 아임기, 암모늄기, 이민기의 베이스 그룹(base group)과, 술폰산나트륨염, 술폰산칼륨염, 인산나트륨염, 인산칼륨염, 아민염의 솔트 그룹(salt group)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 색재는 화이트 안료, 블랙 안료, 블루 안료, 녹색 안료, 레드 안료, 시안 안료, 옐로우 안료, 마젠타 안료, 양이온성 염료, 음이온성 염료, 분산 염료로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 전하조절제는 양전하조절제, 음전하조절제 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 바인더 수지는 제1 유기 용매에 대한 용해도보다 제2 유기 용매에 대한 용해도가 10% 이하로 더 낮은 것을 특징으로 한다.
상기 바인더 수지는 제2 유기 용매에 대해 상기 계면활성제의 용해도보다 10% 이하로 더 낮은 용해도를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 바인더 수지는 제2 유기 용매에 대해 상기 극성반응기에 2차 결합된 계면활성제의 용해도보다 10% 이하로 더 낮은 용해도를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 바인더 수지는 상기 제2 유기 용매에 대해 0.005g/ml 이하의 용해도를 가지며, 제1 유기 용매에 대해 0.05g/ml 이상의 용해도를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 바인더 수지는 상기 제2 유기 용매에 대해 0.005g/ml 이하의 용해도를 가지며, 제1 유기 용매에 대해 0.05~1g/ml 의 용해도를 가지고, 상기 극성 반응기에 2차 결합된 계면활성제는 상기 제1 및 제2 유기 용매에 대해 0.05g/ml 이상의 용해도를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 유기 용매는 톨루엔(toluene), 아세톤(acetone), 메틸에틸케톤(methylethylketone), 메틸렌 클로라이드(methylene chloride), 에틸렌 클로라이드(ethylene chloride) 및 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 제2 유기 용매는 알코올, 탄화수소계 유기 용매, 이소파라핀계 용매 및 할로카본계 오일로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 전기영동 입자는 부피평균 입경이 50 내지 3000nm인 것을 특징으로 한다.
상기 전기영동 입자는 부피평균 입경이 100 내지 1000nm인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기영동 소자는 절연매체(dielectric fluid)에 분산된 전술한 전기영동 입자를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 절연매체에 분산된 상기 전기영동 입자를 수용하는 캡슐을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 절연매체는 지방족 탄화수소 또는 할로겐화 탄화수소와 지방족 탄화수소의 혼합액인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기영동 표시장치는 적어도 하나의 투명 전극을 포함하는 한 쌍의 전극과, 상기 전극 사이에 상기 전기영동 소자를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기영동 입자, 이를 포함하는 전기영동 소자 및 전기영동 표시장치는 입자의 제조가 간단하고 용이하면서, 입자 간 응집 현상을 방지함으로써 입자분산안정성, 고온 열안정성 및 영상안정성을 나타낼 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명은 일 실시예에 따른 전기영동표시장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 화학식 1에 따른 전기영동 입자 간의 관계를 나타낸 모식도.
도 3은 본 발명의 화학식 1에 따른 전기영동 입자의 화학 결합을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 화학식 2에 따른 전기영동 입자 간의 관계를 나타낸 모식도.
도 5는 본 발명의 화학식 2에 따른 전기영동 입자의 화학 결합을 나타낸 도면.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명은 일 실시예에 따른 전기영동표시장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기영동표시장치(200)는 제1 기판(210) 상에 게이트 전극(215)이 위치한다. 게이트 전극(215) 상에 게이트 전극(215)을 절연시키는 게이트 절연막(220)이 위치하고, 게이트 절연막(220) 상에 상기 게이트 전극(215)과 대응되도록 반도체층(225)이 위치한다. 반도체층(225)의 양 측에는 오믹콘택층(230)이 위치하고, 오믹콘택층(230)과 접속된 소오스 전극(235a) 및 드레인 전극(235b)이 위치하여 TFT 어레이(300)를 구성한다.
상기 TFT 어레이(300)를 보호하는 보호막(240)이 위치하고, 보호막(240)의 콘택홀을 통해 화소 전극(245)이 드레인 전극(235b)에 연결된다. 화소 전극(245) 상에는 전기영동 소자(260)가 위치한다. 전기영동 소자(260)는 전기영동 입자(261a, 261b)들이 배치될 영역을 구획함과 아울러, 전기영동 입자(261a, 261b)들을 수용하는 격벽(270))과, 격벽(270)에 의해 구획된 각각의 영역에 형성된 전기영동 입자(261a, 261b)를 구비한다.
전기영동 입자(261a, 261b)들은 컬러 입자(261a)와 블랙 입자(261b)로 구성되며, 일측에 양의 전하 또는 음의 전하를 띄도록 대전된 컬러 입자(261a)가 배치되고, 타측에 블랙 입자(261b)가 배치된다. 컬러 입자(261a)는 적색, 녹색 및 청색 입자로 이루어질 수 있다. 그리고, 컬러 입자(261a)와 블랙 입자(261b)는 절연매체(dielectric fluid)(261c)에 분산되어 컬러 화상을 구현한다.
상기 전기영동 소자(260) 상에는 제1 기판(210)과 대향하는 제2 기판(280)이 위치하고, 제2 기판(280)에는 화소 전극(245)과 대향하여 전계를 형성하는 공통 전극(263)이 배치된다.
상기 전기영동 소자(260)의 컬러 입자(261a)들은 박막 트랜지스터를 통해 화소 신호가 공급된 화소 전극(245)과 공통 전압이 공급된 공통 전극(263) 사이에 수직 전계에 의하여 회전한다. 본 발명의 전기영동 표시장치(200)는 이러한 적색, 녹색, 청색의 컬러 입자(261a)들의 회전에 의하여 적색, 녹색, 청색 전기영동 입자(110Ra, 110Ga, 110Ba)가 위에 위치하는 영역에서는 외부광을 반사하고, 블랙 입자(261b)가 위에 위치하는 영역에서는 외부광을 흡수함으로써 컬러 화상을 구현한다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기영동 표시장치는 투명한 전극인 화소 전극과 공통 전극 사이에 격벽으로 구획되는 전기영동 소자를 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 전기영동 입자와 절연매체를 수용하는 캡슐로 이루어질 수도 있다. 또한, 전기영동 표시장치는 휴대용 컴퓨터, e-book, mobile, smart card, 광고 표시판 또는 시계의 표시 장치에 사용가능하다.
이하, 전술한 전기영동 표시장치에 구비된 전기영동 소자의 전기영동 입자에 대해 후술하는 실시예에서 보다 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 화학식 1에 따른 전기영동 입자 간의 관계를 나타낸 모식도이고, 도 3은 본 발명의 화학식 1에 따른 전기영동 입자의 화학 결합을 나타낸 도면이다.
본 발명의 전기영동 입자는 극성 결합기를 하나 이상 포함하고 있는 바인더 수지에 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 계면활성제가 2차 결합 또는 공유결합된다.
[화학식 1]
Figure pat00003
[화학식 2]
Figure pat00004
여기서, 화학식 1 및 2에서 n은 30 내지 100 이며, m은 적어도 2 내지 6 사이이다.
도 2 및 화학식 1을 참조하면, 본 발명의 전기영동 입자는 폴리이소부틸렌(polyisobutylene; PIB)의 체인 길이(chain length)를 증가시켜 입체 장해 효과(steric hindrance effect)를 극대화하여 입자분산 안정성을 개선할 수 있다. 또한, 아민(amine)수 증가에 의한 바인더(binder)와 상호작용(interaction)의 강화를 위한 계면활성제(surfactant)를 합성한다.
기존 계면활성제는 폴리이소부틸렌(PIB)의 n 개수가 20 내지 25로 입체 장해 효과가 낮음으로써 입자의 분산 안정성이 좋지 않았다. 그러나, 본 발명의 전기영동 입자는 폴리이소부틸렌(PIB)의 n 개수를 40 이상으로 체인 길이를 증가시킨 계면활성제를 합성하여, 입체 장해 효과로 입자 간의 응집현상을 최소화하여 입자 분산안정성 개선할 수 있다.
도 3을 참조하면, 폴리아민(polyamine) 수를 5개로 증가시킨 계면활성제를 합성하여 바인더와 수소 결합을 강화함으로써 입자 분산안정성과 고온 열 안정성을 개선할 수 있다. 그리고, 화화식 1의 계면활성제와 바인더 수지의 2차 결합인 수소 결합(hydrogen bonding) 및 공유결합으로 입체 장해 효과와 상호작용을 향상시킬 수 있다. 따라서, 전기영동 입자의 분산안정성 개선 및 열 안정성 향상으로 반사율, 명암비(C/R), 쌍안정성(Bistability)을 높일 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 화학식 2에 따른 전기영동 입자 간의 관계를 나타낸 모식도이고, 도 5는 본 발명의 화학식 2에 따른 전기영동 입자의 화학 결합을 나타낸 도면이다.
도 4 및 화학식 2를 참조하면, 본 발명의 전기영동 입자는 폴리아민(polyamine)에 비스(Bis-), 트리스(Tris-) 타입(type)의 계면활성제를 더 합성하여, 향상된 입체 장해 효과로 입자 간의 응집현상을 최소화하여 입자 분산안정성 개선할 수 있다. 그리고, 도 5를 참조하면, 폴리아민 수의 증가에 의한 바인더와 상호작용을 강화한 계면활성제를 합성하여, 바인더와 수소 결합을 강화함으로써 입자 분산안정성과 고온 열 안정성을 개선할 수 있다.
한편, 본 발명의 전기영동 입자는 상기 바인더 수지와 상기 계면활성제 상에 분산되어 있는 색재 및 전하 조절제를 더 포함하고, 상기 계면활성제의 적어도 일부가 입자 표면으로 노출되어 있다.
여기서, 상기 바인더 수지는 복수의 반복 유닛(repeating unit)을 가지며, 하나 이상의 반복 유닛은 극성결합기를 하나 이상을 포함하며, 상기 복수의 반복 유닛이 입자 형상을 띈다. 상기 극성 결합기를 포함하는 바인더 수지는 폴리아미드(polyamide), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에스테르(polyester), 폴리아크릴레이트(polyacrylate) 및 폴리스티렌(polystyrene)등으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. 그리고, 상기 극성 결합기는 카르복시기, 술폰산기, 인산기, 설페이트기, 술포네이트기의 액시드 그룹(acid group)과, 아임기, 암모늄기, 이민기의 베이스 그룹(base group)과, 술폰산나트륨염, 술폰산칼륨염, 인산나트륨염, 인산칼륨염, 아민염의 솔트 그룹(salt group)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 바인더 수지는 제1 유기 용매에 대한 용해도보다 제2 유기 용매에 대한 용해도가 10% 이하로 더 낮고, 제2 유기 용매에 대해 상기 계면활성제의 용해도보다 10% 이하로 더 낮은 용해도를 갖는다. 또한, 상기 바인더 수지는 제2 유기 용매에 대해 극성반응기에 2차 결합된 계면활성제의 용해도보다 10% 이하로 더 낮은 용해도를 갖는다. 보다 구체적으로, 상기 바인더 수지는 제2 유기 용매에 대해 0.005g/ml 이하의 용해도를 가지며, 제1 유기 용매에 대해 0.05g/ml 이상의 용해도를 갖고, 상기 제2 유기 용매에 대해 0.005g/ml 이하의 용해도를 가지며, 제1 유기 용매에 대해 0.05~1g/ml 의 용해도를 갖는다.
그리고, 상기 극성 반응기에 2차 결합된 계면활성제는 상기 제1 및 제2 유기 용매에 대해 0.05g/ml 이상의 용해도를 갖는다. 전술한, 제1 유기 용매는 톨루엔(toluene), 아세톤(acetone), 메틸에틸케톤(methylethylketone), 메틸렌 클로라이드(methylene chloride), 에틸렌 클로라이드(ethylene chloride) 및 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다. 또한, 상기 제2 유기 용매는 알코올, 탄화수소계 유기 용매, 이소파라핀계 용매 및 할로카본계 오일로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
한편, 상기 색재는 화이트 안료, 블랙 안료, 블루 안료, 녹색 안료, 레드 안료, 시안 안료, 옐로우 안료, 마젠타 안료, 양이온성 염료, 음이온성 염료, 분산 염료로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있고, 상기 전하조절제는 양전하조절제, 음전하조절제 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 전기영동 입자는 부피평균 입경이 50 내지 3000nm일 수 있으며, 바람직하게는 100 내지 1000nm일 수 있다. 상기와 같은, 본 발명의 전기영동 입자는 도 1에서 전술한 절연매체(dielectric fluid)에 분산된다. 절연매체는 지방족 탄화수소 또는 할로겐화 탄화수소와 지방족 탄화수소의 혼합액일 수 있다.
이하, 본 발명의 전기영동 입자의 합성예 및 전기영동 입자를 포함하는 전기영동 소자에 관하여 하기 합성예 및 실시예에서 상술하기로 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
계면 활성제의 합성예 1
1) 콤라이크 폴리이소부틸렌숙신 안하이드라이드(Comblike polyisobutylenesuccinic anhydride[Comblike PIBSA])의 합성
Figure pat00005
250ml 3구 둥근 플라스크에 폴리이소부틸렌(polyisobutylene)(100g, 0.04mol), 말레익 안하이드라이드(4g, 0.04mol)와 다이클로로에탄(dichloroethane)을 넣고 메카니컬 스티어(mechanical stirrer)로 45℃에서 교반시킨다. 터트-부틸퍼옥시벤조에이트(Tert-butylperoxybenzoate)(0.8g, 0.004mol)를 넣고 80 ℃에서 30시간 동안 반응시킨다. TLC로 반응 확인 후 온도를 상온으로 내린 다음, 300ml의 헥산(Hexane)으로 희석(dilution)하여 플래쉬 컬럼(flash column)으로 폴리이소부틸렌숙신 안하이드라이드(polyisobutylenesuccinic anhydride[Comblike PIBSA]) 75g(yield:70%)을 얻었다.
2) 콤라이크 폴리이소부틸렌숙신 이미드(Comblike polyisobutylenesuccinic imide[Comblike PIBSI-TETA])의 합성
Figure pat00006
250ml 3구 둥근 플라스크에 콤라이크 폴리이소부틸렌숙신 안하이드라이드(Comblike polyisobutylenesuccinic anhydride[Comblike PIBSA])(50g, 0.02mol), 트리에틸렌테트라아민(triethylenetetramine)(7.6g, 0.05mol)을 100mL의 O-크실렌(O-xylene)에 넣고 딘-스타크 장치(dean-stark apparatus) 하에서 160℃에서 16시간 동안 반응시킨다. TLC로 반응 확인 후 온도를 상온으로 내린 다음, 200ml의 헥산(hexane)으로 희석하여 플래쉬 컬럼으로 콤라이크 폴리이소부틸렌숙신 이미드(Comblike polyisobutylenesuccinic imide[Comblike PIBSI-TETA]) 41g(yield:80%)을 얻었다.
3) 콤라이크 폴리이소부틸렌숙신 이미드(Comblike polyisobutylenesuccinic imide[Comblike PIBSI-TEPA])의 합성
Figure pat00007
250ml 3구 둥근 플라스크에 콤라이크 폴리이소부틸렌숙신 안하이드라이드(Comblike polyisobutylenesuccinic anhydride[Comblike PIBSA])(50g, 0.02mol), 테트라에틸렌펜타아민(tetraethylenepentamine)(9.9g, 0.05mol)을 100mL의 O-크실렌(O-xylene)에 넣고 딘-스타크 장치(dean-stark apparatus) 하에서 160℃에서 16시간 동안 반응시킨다. TLC로 반응 확인 후 온도를 상온으로 내린 다음, 200ml의 헥산(hexane)으로 희석하여 플래쉬 컬럼으로 아민이 치환된 콤라이크 폴리이소부틸렌숙신 이미드(Comblike polyisobutylenesuccinic imide[Comblike PIBSI-TEPA]) 44g(yield:80%)을 얻었다
4) 음이온성 폴리에스테르와 콤라이크(Comblike)PIBSI-TETA의 공중합체[PET- Comblike PIBSI-TETA]의 합성
250ml 3구 둥근 플라스크에 콤라이크(Comblike) PIBSI-TETA 50g과 숙신 안하이드라이드(succinic anhydride) 5g, 촉매로 트리에틸아민(triethylamine) 3ml를 에틸렌 클로라이드(ethylene chloride) 150ml를 넣고 70℃에서 5시간 동안 반응 시킨다. TLC로 반응확인 후 온도를 상온으로 내린 다음 에틸렌 클로라이드(ethylene chloride)로 추출(extraction)한다. MgSO4를 넣고 30분 동안 스티어링(stirring) 후, 필터링(filtering)하였다. 솔벤트를 날리고 헥산:에틸 아세테이트(hexane:Ethyl acetate)(10:1)에서 플래쉬 컬럼하여 콤라이크(comblike) PIBSI-TETA가 치환된 숙신 산(succinic acid) 45g을 얻었다.
250ml 3구 둥근 플라스크에 음이온성 폴리에스테르 50g과 콤라이크(comblike) PIBSI-TETA가 치환된 숙신 산(succinic acid) 40g, N,N'-디시킬로헥실카보드이미드(N,N’-dicyclohexylcarbodimide(DCC)) 5g, 메틸렌 클로라이드(methylene chloride) 100ml을 넣고 30℃에서 2시간 동안 반응 시킨다. TLC로 반응 확인 후 온도를 상온으로 내린 다음, 메틸렌 클로라이드(methylene chloride)로 추출한다. MgSO4를 넣고 30분 동안 스티어링 후, 필터링하였다. 솔벤트를 날리고 헥산:에틸 아세테이트(hexane:Ethyl acetate)(10:1)에서 플래쉬 컬럼하여 콤라이크(Comblike) PIBSI-TETA가 치환된 폴리에스테르[PET-Comblike PIBSI-TETA] 55g을 얻었다.
5) 음이온성 폴리에스테르와 콤라이크(Comblike)PIBSI-TEPA의 공중합체[PET- Comblike PIBSI-TEPA]의 합성
250ml 3구 둥근 플라스크에 콤라이크(Comblike) PIBSI-TEPA 50g과 숙신 안하이드라이드(succinic anhydride) 5g, 촉매로 트리에틸아민(triethylamine) 3ml를 에틸렌 클로라이드(ethylene chloride) 150ml를 넣고 70℃에서 5시간 동안 반응 시킨다. TLC로 반응확인 후 온도를 상온으로 내린 다음 에틸렌 클로라이드(ethylene chloride)로 추출(extraction)한다. MgSO4를 넣고 30분 동안 스티어링(stirring) 후, 필터링(filtering)하였다. 솔벤트를 날리고 헥산:에틸 아세테이트(hexane:Ethyl acetate)(10:1)에서 플래쉬 컬럼하여 콤라이크(comblike) PIBSI-TETA가 치환된 숙신 산(succinic acid) 45g을 얻었다.
250ml 3구 둥근 플라스크에 음이온성 폴리에스테르 50g과 콤라이크(comblike) PIBSI-TETA가 치환된 숙신 산(succinic acid) 40g, N,N'-디시클로헥실카보드이미드(N,N’-dicyclohexylcarbodimide(DCC)) 5g, 메틸렌 클로라이드(methylene chloride) 100ml을 넣고 30℃에서 2시간 동안 반응 시킨다. TLC로 반응 확인 후 온도를 상온으로 내린 다음, 메틸렌 클로라이드(methylene chloride)로 추출한다. MgSO4를 넣고 30분 동안 스티어링 후, 필터링하였다. 솔벤트를 날리고 헥산:에틸 아세테이트(hexane:Ethyl acetate)(10:1)에서 플래쉬 컬럼하여 콤라이크(Comblike) PIBSI-TEPA가 치환된 폴리에스테르[PET-Comblike PIBSI-TEPA] 60g을 얻었다.
계면 활성제의 합성예 2
1) 콤라이크 폴리이소부틸렌숙신 안하이드라이드(Comblike polyisobutylenesuccinic anhydride[Comblike PIBSA])의 합성
Figure pat00008
250ml 3구 둥근 플라스크에 폴리이소부틸렌(polyisobutylene)(100g, 0.04mol), 말레익 안하이드라이드(4g, 0.04mol)와 다이클로로에탄(dichloroethane)을 넣고 메카니컬 스티어(mechanical stirrer)로 45℃에서 교반시킨다. 터트-부틸퍼옥시벤조에이트(Tert-butylperoxybenzoate)(0.8g, 0.004mol)를 넣고 80 ℃에서 30시간 동안 반응시킨다. TLC로 반응 확인 후 온도를 상온으로 내린 다음, 300ml의 헥산(Hexane)으로 희석(dilution)하여 플래쉬 컬럼(flash column)으로 폴리이소부틸렌숙신 안하이드라이드(polyisobutylenesuccinic anhydride[Comblike PIBSA]) 75g(yield:70%)을 얻었다.
2) 콤라이크 폴리이소부틸렌숙신 이미드(Comblike Bis polyisobutylenesuccinic imide[Comblike PIBSI-TETA])의 합성
Figure pat00009
250ml 3구 둥근 플라스크에 콤라이크 폴리이소부틸렌숙신 안하이드라이드(Comblike polyisobutylenesuccinic anhydride[Comblike PIBSA])(160g, 0.07mol), 트리에틸렌테트라아민(triethylenetetramine)(4g, 0.03mol)을 100mL의 O-크실렌(O-xylene)에 넣고 딘-스타크 장치(dean-stark apparatus) 하에서 160℃에서 16시간 동안 반응시킨다. TLC로 반응 확인 후 온도를 상온으로 내린 다음, 200ml의 헥산(hexane)으로 희석하여 플래쉬 컬럼으로 콤라이크 폴리이소부틸렌숙신 이미드(Comblike polyisobutylenesuccinic imide[Comblike Bis PIBSI-TETA]) 90g(yield:70%)을 얻었다.
3) 콤라이크 폴리이소부틸렌숙신 이미드(Comblike polyisobutylenesuccinic imide[Comblike Bis PIBSI-TEPA])의 합성
Figure pat00010
250ml 3구 둥근 플라스크에 콤라이크 폴리이소부틸렌숙신 안하이드라이드(Comblike polyisobutylenesuccinic anhydride[Comblike PIBSA])(120g, 0.05mol), 테트라에틸렌펜타아민(tetraethylenepentamine)(4g, 0.02mol)을 100mL의 O-크실렌(O-xylene)에 넣고 딘-스타크 장치(dean-stark apparatus) 하에서 160℃에서 24시간 동안 반응시킨다. TLC로 반응 확인 후 온도를 상온으로 내린 다음, 200ml의 헥산(hexane)으로 희석하여 플래쉬 컬럼으로 아민이 치환된 콤라이크 폴리이소부틸렌숙신 이미드(Comblike polyisobutylenesuccinic imide[Comblike Bis PIBSI-TEPA]) 70g(yield:70%)을 얻었다
4) 음이온성 폴리에스테르와 콤라이크(Comblike)PIBSI-TETA의 공중합체[PET- Comblike PIBSI-TETA]의 합성
250ml 3구 둥근 플라스크에 콤라이크(Comblike) PIBSI-TETA 50g과 숙신 안하이드라이드(succinic anhydride) 5g, 촉매로 트리에틸아민(triethylamine) 3ml를 에틸렌 클로라이드(ethylene chloride) 150ml를 넣고 70℃에서 5시간 동안 반응 시킨다. TLC로 반응확인 후 온도를 상온으로 내린 다음 에틸렌 클로라이드(ethylene chloride)로 추출(extraction)한다. MgSO4를 넣고 30분 동안 스티어링(stirring) 후, 필터링(filtering)하였다. 솔벤트를 날리고 헥산:에틸 아세테이트(hexane:Ethyl acetate)(10:1)에서 플래쉬 컬럼하여 콤라이크(comblike) PIBSI-TETA가 치환된 숙신 산(succinic acid) 45g을 얻었다.
250ml 3구 둥근 플라스크에 음이온성 폴리에스테르 50g과 콤라이크(comblike) PIBSI-TETA가 치환된 숙신 산(succinic acid) 40g, N,N'-디시킬로헥실카보드이미드(N,N’-dicyclohexylcarbodimide(DCC)) 5g, 메틸렌 클로라이드(methylene chloride) 100ml을 넣고 30℃에서 2시간 동안 반응 시킨다. TLC로 반응 확인 후 온도를 상온으로 내린 다음, 메틸렌 클로라이드(methylene chloride)로 추출한다. MgSO4를 넣고 30분 동안 스티어링 후, 필터링하였다. 솔벤트를 날리고 헥산:에틸 아세테이트(hexane:Ethyl acetate)(10:1)에서 플래쉬 컬럼하여 콤라이크(Comblike) PIBSI-TETA가 치환된 폴리에스테르[PET-Comblike PIBSI-TETA] 55g을 얻었다.
5) 음이온성 폴리에스테르와 콤라이크(Comblike)PIBSI-TEPA의 공중합체[PET- Comblike PIBSI-TEPA]의 합성
250ml 3구 둥근 플라스크에 콤라이크(Comblike) PIBSI-TEPA 50g과 숙신 안하이드라이드(succinic anhydride) 5g, 촉매로 트리에틸아민(triethylamine) 3ml를 에틸렌 클로라이드(ethylene chloride) 150ml를 넣고 70℃에서 5시간 동안 반응 시킨다. TLC로 반응확인 후 온도를 상온으로 내린 다음 에틸렌 클로라이드(ethylene chloride)로 추출(extraction)한다. MgSO4를 넣고 30분 동안 스티어링(stirring) 후, 필터링(filtering)하였다. 솔벤트를 날리고 헥산:에틸 아세테이트(hexane:Ethyl acetate)(10:1)에서 플래쉬 컬럼하여 콤라이크(comblike) PIBSI-TETA가 치환된 숙신 산(succinic acid) 45g을 얻었다.
250ml 3구 둥근 플라스크에 음이온성 폴리에스테르 50g과 콤라이크(comblike) PIBSI-TETA가 치환된 숙신 산(succinic acid) 40g, N,N'-디시클로헥실카보드이미드(N,N’-dicyclohexylcarbodimide(DCC)) 5g, 메틸렌 클로라이드(methylene chloride) 100ml을 넣고 30℃에서 2시간 동안 반응 시킨다. TLC로 반응 확인 후 온도를 상온으로 내린 다음, 메틸렌 클로라이드(methylene chloride)로 추출한다. MgSO4를 넣고 30분 동안 스티어링 후, 필터링하였다. 솔벤트를 날리고 헥산:에틸 아세테이트(hexane:Ethyl acetate)(10:1)에서 플래쉬 컬럼하여 콤라이크(Comblike) PIBSI-TEPA가 치환된 폴리에스테르[PET-Comblike PIBSI-TEPA] 60g을 얻었다.
이하, 앞에서 제조된 계면 활성제들을 사용한 화이트 및 블랙 잉크를 제작한 제조예를 개시한다.
제조예 1
바인더 수지 폴리에스테르(Mn=4000) 8g을 제1 유기 용매인 MC(methylethylketone) 100ml에 용해한 후, 백색안료 R104(Dupont) 6g을 첨가한 후, 볼밀(ballmill)을 이용하여 TiO2의 부피평균 입경이 D50=200nm가 되도록 상온에서 분산을 진행하였다.(분산액 1) 상기 용액에 전하조절제(charge control agent)로 Bontron E88(orient corporation) 0.05g을 첨가하여 용해하였다.(분산액2) 상기 분산액 2에 제1 유기 용매인 MC 100ml를 첨가하여 희석한 후, 계면활성제로 Comblike PIBSI-TETA 0.27g을 첨가하였다. 현미경이나 육안으로 관찰되지는 않으나 미량의 고분자 회합을 유도하였다.(분산액 3) 이와 같이 제조된 분산액3 45ml를 제2 유기 용매인 Isopar G 100ml가 첨가되어 100rpm으로 교반 중인 반응기에 100ml/min.으로 첨가하였다.(반응액1) 상기의 혼합액에 전기절연유인 Isopar G(비중 0.75) 또는 Isopar M과 halocarbon oil 1.8(비중 1.8)을 혼합하여 비중이 1.35가 되게 혼합한 후 혼합액을 상기 반응액 1에 6ml를 첨가하고, 40℃에서 감압 증류하여 제1 유기 용매와 제 2 유기 용매를 제거하여 상대적으로 음전하를 띄는 전기영동 입자를 포함한 화이트 잉크 8ml를 제조하였으며, 농도 측정결과 0.280g/ml로 나타났다. 부피 입도 분포는 Malvern Zetasizer Nano ZS를 이용하여 측정하였다. 측정결과 입도분포는 D10=167nm, D50=235nm, D90=316nm로 나타났다.
제조예 2
입자제조 방법은 제조예 1과 같고 계면활성제로 Comblike PIBSI-TEPA를 사용하여 화이트 잉크 8ml를 제조하였으며, 농도 측정 결과 0.282g/ml로 나타났다. 부피입도 분포는 D10=175nm, D50=241nm, D90=323nm로 나타났다.
제조예 3
입자제조 방법은 제조예 1과 같고 바인더 수지로 PET-Comblike PIBSI-TETA, 계면활성제로 Comblike PIBSI-TETA를 사용하여 화이트 잉크 8ml를 제조하였으며,농도 측정 결과 0.281g/ml로 나타났다. 부피입도 분포는 D10=179nm, D50=244nm, D90=328nm로 나타났다.
비교예 1
입자제조 방법은 제조예 1과 같고 계면활성제로 PIBSI-TETA(Mn=1000)를 사용하여 화이트 잉크 8ml를 제조하였으며, 농도 측정 결과 0.280g/ml로 나타났다. 부피입도 분포는 D10=194nm, D50=297nm, D90=478nm로 나타났다.
제조예 4
입자제조 방법은 제조예 1과 같고 계면활성제로 Comblike Bis PIBSI-TETA를 사용하여 화이트 잉크 8ml를 제조하였으며, 농도 측정 결과 0.279g/ml로 나타났다. 부피입도 분포는 D10=172nm, D50=240nm, D90=321nm로 나타났다.
제조예 5
입자제조 방법은 제조예 1과 같고 계면활성제로 Comblike Bis PIBSI-TEPA를 사용하여 화이트 잉크 8ml를 제조하였으며, 농도 측정 결과 0.281g/ml로 나타났다. 부피입도 분포는 D10=180nm, D50=242nm, D90=328nm로 나타났다.
제조예 6
입자제조 방법은 제조예 1과 같고 바인더 수지로 PET-Comblike PIBSI-TETA, 계면활성제로 Comblike Bis PIBSI-TETA를 사용하여 화이트 잉크 8ml를 제조하였으며,농도 측정 결과 0.280g/ml로 나타났다. 부피입도 분포는 D10=175nm, D50=245nm, D90=326nm로 나타났다.
비교예 2
입자제조 방법은 제조예 1과 같고 계면활성제로 PIBSI-TETA(Mn=1000)를 사용하여 화이트 잉크 8ml를 제조하였으며, 농도 측정 결과 0.280g/ml로 나타났다. 부피입도 분포는 D10=194nm, D50=297nm, D90=478nm로 나타났다.
제조예 7
바인더수지 폴리에스테르(Mn=6000) 8g을 제1 유기 용매인 MC (methylethylketone) 100ml에 용해한 후, 카본블랙(carbon black) 2g을 첨가한 후, 볼밀(ballmill)을 이용하여 카본블랙의 부피평균 입경이 D50=150nm가 되도록 상온에서 분산을 진행하였다. 상기 용액에 전하조절제(charge controlling agent)로 Bontron N07(orient corporation) 2.0g을 첨가하여 용해하였다.(분산액1) 상기 분산액 1에 제1 유기 용매인 MC 100ml를 첨가하여 희석한 후, 계면활성제로 Comblike PIBSI-TETA 0.225g을 첨가하였다. (분산액 2) 현미경이나 육안으로 관찰되지는 않으나 미량의 고분자 회합을 유도하였다.(분산액 3) 이와 같이 제조된 분산액3 45ml를 제 2 유기 용매인 Isopar G 100ml가 첨가되어 100rpm으로 교반 중인 반응기에 100ml/min.으로 첨가하였다.(반응액1) 상기의 혼합액에 전기절연유인 Isopar G(비중 0.75) 또는 Isopar M과 halocarbon oil 1.8(비중 1.8)을 혼합하여 비중이 1.35가 되게 혼합한 후 혼합액을 상기 반응액 1에 6ml를 첨가하고, 40℃에서 감압 증류하여 제1 유기 용매와 제2 유기 용매를 제거하여 상대적으로 양전하를 띄는 전기영동 입자(제조예 3)를 포함한 블랙 잉크 8ml를 제조하였으며, 농도 측정결과 0.271g/ml로 나타났다. 부피 입도분포는 D10=573nm, D50=758nm, D90=975nm로 나타났다.
제조예 8
입자제조 방법은 제조예 7과 같고 계면활성제로 Comblike PIBSI-TEPA를 사용하여 블랙 잉크 8ml를 제조하였으며, 농도 측정 결과 0.272g/ml로 나타났다. 부피입도 분포는 D10=565nm, D50=749nm, D90=960nm로 나타났다.
제조예 9
입자제조 방법은 제조예 7과 같고 바인더 수지로 PET- Comblike PIBSI-TETA, 계면활성제로 Comblike PIBSI-TETA를 사용하여 블랙 잉크 8ml를 제조하였으며,농도 측정 결과 0.274g/ml로 나타났다. 부피입도 분포는 D10=570nm, D50=755nm, D90=970nm로 나타났다.
비교예 3
입자제조 방법은 제조예 7과 같고 계면활성제로 PIBSI-TETA(Mn=1000)를 사용하여 블랙 잉크 8ml를 제조하였으며, 농도 측정 결과 0.270g/ml로 나타났다. 부피입도 분포는 D10=410nm, D50=641nm, D90=885nm로 나타났다.
제조예 10
입자제조 방법은 제조예 7과 같고 계면활성제로 Comblike Bis PIBSI-TETA 0.225g을 사용하여 블랙 잉크 8ml를 제조하였으며, 농도 측정 결과 0.270g/ml로 나타났다. 부피입도 분포는 D10=550nm, D50=735nm, D90=962nm로 나타났다.
제조예 11
입자제조 방법은 제조예 7과 같고 계면활성제로 Comblike Bis PIBSI-TEPA를 사용하여 블랙 잉크 8ml를 제조하였으며, 농도 측정 결과 0.272g/ml로 나타났다. 부피입도 분포는 D10=565nm, D50=744nm, D90=966nm로 나타났다.
제조예 12
입자제조 방법은 제조예 7과 같고 바인더 수지로 PET- Comblike PIBSI-TETA, 계면활성제로 Comblike Bis PIBSI-TETA를 사용하여 블랙 잉크 8ml를 제조하였으며,농도 측정 결과 0.274g/ml로 나타났다. 부피입도 분포는 D10=559nm, D50=740nm, D90=966nm로 나타났다.
비교예 4
입자제조 방법은 제조예 7과 같고 계면활성제로 PIBSI-TETA(Mn=1000)를 사용하여 블랙 잉크 8ml를 제조하였으며, 농도 측정 결과 0.270g/ml로 나타났다. 부피입도 분포는 D10=410nm, D50=641nm, D90=885nm로 나타났다.
전술한 제조예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 전기영동 입자의 입경 및 입경 분포도 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 즉, 제조된 전기영동 입자를 분산매로 Isopar G에 0.01g/ml의 농도로 분산한 후, 25℃에서 Zetasizer Nano ZS(Malvern사)를 이용하여 부피입도 분포를 측정하였다. Zetasizer Nano ZS를 사용함에 있어서 전기영동 입자와 Isopar G의 reflective Index를 입력하고, 측정각도는 173° Backscatter으로 설정하여 측정하였다.
No.
 입도분포(nm)
D10 D50 D90
제조예 1 167 235 316
제조예 2 175 241 323
제조예 3 179 244 328
비교예 1 194 297 478
제조예 4 172 240 321
제조예 5 180 242 328
제조예 6 175 245 326
비교예 2 194 297 478
제조예 8 573 758 975
제조예 9 565 749 960
제조예 10 570 755 970
비교예 3 410 641 885
제조예 11 550 735 962
제조예 12 565 744 966
제조예 13 559 740 963
비교예 4 410 641 885
상기 표 1을 참조하면, 제조예 1 내지 6에 따라 제조된 화이트 전기영동 입자는 D50이 기준인 250에 가깝게 제조되었으나, 비교예 1 및 2의 경우 D50이 297로 다소 차이가 큰 것을 알 수 있다. 또한, 제조예 7 내지 12에 따라 제조된 블랙 전기영동 입자도 D50이 기준인 750에 가깝게 제조되었으나, 비교예 3 및 4의 경우 641로 차이가 큰 것을 알 수 있다.
이하, 전술한 화이트 및 블랙 전기영동 입자들을 포함하는 전기영동 소자를 제작한 실시예를 개시한다.
전기영동 소자의 제작
ITO 투명 전극이 코팅되어 있는 유리에 KORON KS-8700 DFR(감광성필름)을 이용하여 라미네이션, 노광, 현상 공정을 통하여 격벽을 형성하고, 상대적으로 양전하를 띄는 전기영동 입자를 포함한 블랙 잉크와 상대적으로 음전하를 띄는 전기영동 입자를 포함한 화이트 잉크를 1:10의 부피비로 혼합한 후 격벽에 주입하고 ITO 투명 전극이 코팅되어 있는 유리로 덮고 UV접착제(DHUV-301, Glue-Tech adhesive)를 이용하여 외부를 봉합하였다. 반사율 측정은 암실 내부에 휘도 측정장비(SpectraDuo PR-680), 광원(Halogen lamp), 시료 거치대가 이루는 각도를 45°로 유지된 상태에서 표준 백색 반사판(SRS-3, Photo Research사)의 반사율을 100%로 레퍼런스(reference)를 설정한 후 측정 시료에 파워공급기(EEC-P640, 이엘피사)로 전압을 인가하면서 각 전압에서의 표준 백색 반사판 대비 반사율과 색좌표를 측정하였다.
쌍안정성(Bistability) 측정은 파워공급기(EEC-P640, 이엘피사)를 이용하여 -15V를 350ms동안 인가하여 블랙 상태(state)로 전환하고 파워공급을 중단시키고 시간에 따른 반사율을 측정함으로 블랙 상태의 쌍안정성을 측정하였으며, +15V를 350ms동안 전압을 인가하여 백색 상태로 전환하고 파워공급을 중단시키고 시간에 따른 반사율을 측정함으로써 백색 상태의 쌍안정성을 측정하였다.
실시예 1
제조예 1의 화이트 잉크와 제조예 7의 블랙입자를 10:1의 부피비로 혼합한 후, 격벽에 주입하여 반사율이 상온에서 각각 49.0%와 3.3%로 나타났고, 고온보관 후 각각 47.2%와 3.5%로 나타났으며, 콘트라스트 비(contrast ratio; CR)는 상온에서 14.8:1, 고온보관 후 13.5:1로 나타났다.
실시예 2
제조예 2의 화이트 잉크와 제조예 8의 블랙입자를 10:1의 부피비로 혼합한 후, 격벽에 주입하여 반사율이 상온에서 각각 48.4%와 3.5%로 나타났고, 고온보관 후 각각 45.3%와 3.7%로 나타났으며, 콘트라스트 비는 상온에서 13.8:1, 고온보관 후 12.1:1로 나타났다.
실시예 3
제조예 3의 화이트 잉크와 제조예 9의 블랙입자를 10:1의 부피비로 혼합한 후, 격벽에 주입하여 반사율이 상온에서 각각 48.2%와 3.7%로 나타났고, 고온보관 후 각각 45.2%와 3.8%로 나타났으며, 콘트라스트 비는 상온에서 13:1, 고온보관 후 11.9:1로 나타났다.
비교예 5
비교예 1의 화이트 잉크와 비교예 3의 블랙입자를 10:1의 부피비로 혼합한 후, 격벽에 주입하여 반사율이 상온에서 각각 49.1%와 5.6%로 나타났고, 고온보관 후 각각 32.7%와 12.1%로 나타났으며, 콘트라스트 비는 상온에서 8.8:1, 고온보관 후 2.7:1로 나타났다.
실시예 4
제조예 4의 화이트 잉크와 제조예 10의 블랙입자를 10:1의 부피비로 혼합한 후, 격벽에 주입하여 반사율이 상온에서 각각 49.5%와 3.2%로 나타났고, 고온보관 후 각각 46.2%와 3.3%로 나타났으며, 콘트라스트 비는 상온에서 15.5:1, 고온보관 후 14.0:1로 나타났다.
실시예 5
제조예 5의 화이트 잉크와 제조예 11의 블랙입자를 10:1의 부피비로 혼합한 후, 격벽에 주입하여 반사율이 상온에서 각각 48.9%와 3.4%로 나타났고, 고온보관 후 각각 45.3%와 3.6%로 나타났으며, 콘트라스트 비는 상온에서 14.4:1, 고온보관 후 12.6:1로 나타났다.
실시예 6
제조예 6의 화이트 잉크와 제조예 12의 블랙입자를 10:1의 부피비로 혼합한 후, 격벽에 주입하여 반사율이 상온에서 각각 48.0%와 3.8%로 나타났고, 고온보관 후 각각 44.5%와 4.0%로 나타났으며, 콘트라스트 비는 상온에서 12.6:1, 고온보관 후 11.1:1로 나타났다.
비교예 6
비교예 3의 화이트 잉크와 비교예 4의 블랙입자를 10:1의 부피비로 혼합한 후, 격벽에 주입하여 반사율이 상온에서 각각 49.1%와 5.6%로 나타났고, 고온보관 후 각각 32.7%와 12.1%로 나타났으며, 콘트라스트 비는 상온에서 8.8:1, 고온보관 후 2.7:1로 나타났다.
전술한 실시예 1 내지 6 및 비교예 5 및 6에 따라 제작된 전기영동 소자의 반사율 및 쌍안정성을 상온과 고온 보관 후에 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 하기 표에서 WT는 화이트 잉크이고, BK는 블랙 잉크 그리고 CR은 콘트라스트 비를 나타낸다.
상온 고온 보관(70℃, 24hrs)
특성

 반사율(%) 쌍안정성
(ㅿL＊@10m)		 반사율(%) 쌍안정성
(ㅿL＊@10m)
WT BK CR WT BK WT BK CR WT BK
실시예1 49.0 3.3 14.8:1 0.0 0.5 47.2 3.5 13.5:1 0.0 0.6
실시예2 48.4 3.5 13.8:1 0.1 0.7 45.3 3.7 12.2:1 1.5 0.8
실시예3 48.2 3.7 13:1 0.1 0.6 45.2 3.8 11.9:1 1.6 0.6
비교예5 49.1 5.6 8.8:1 0.2 0.9 32.7 12.1 2.7:1 6.4 12.9
실시예4 49.5 3.2 15.5:1 0.0 2.9 46.2 3.3 14:1 0.0 0.4
실시예5 48.9 3.4 14.4:1 0.0 2.6 45.3 3.6 12.6:1 0.3 0.6
실시예6 48.0 3.8 12.6:1 0.1 2.6 44.5 4.0 11.1:1 0.6 0.6
비교예6 49.1 5.6 8.8:1 0.2 0.9 32.7 12.1 2.7:1 6.4 12.9
상기 표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예 1 내지 6에 따라 제조된 전기영동 소자는 비교예 5 및 6보다 상온에서 반사율 및 쌍안정성 특성이 우수하면서, 고온 보관 후에도 그 특성이 거의 저하되지 않고 유지됨을 확인할 수 있다. 반면, 비교예 5 및 6의 경우, 고온 보관 후에 반사율 및 쌍안정성 특성이 현저하게 저하됨을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기영동 입자, 이를 포함하는 전기영동 소자 및 전기영동 표시장치는 입자의 제조가 간단하고 용이하면서, 입자간 응집 현상을 방지함으로써 향상된 입자 안정성 및 영상안정성을 나타낼 수 있는 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 : 전기영동표시장치 210 : 제1 기판
215 : 게이트 전극 220 : 게이트 절연막
225 : 반도체층 230 : 오믹콘택층
245 : 화소 전극 260 : 전기영동 소자
261a, 261b : 전기영동 입자 261c : 절연 매체
270 : 격벽

Claims (20)

  1. 극성 결합기를 하나 이상 포함하고 있는 바인더 수지에 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 계면활성제가 2차 결합 또는 공유결합된 것을 특징으로 하는 전기영동 입자.
    [화학식 1]
    Figure pat00011

    [화학식 2]
    Figure pat00012

    상기 화학식 1 및 2에서 n은 30 내지 100 이며, m은 적어도 2 내지 6 사이이다.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 바인더 수지와 상기 계면활성제 상에 분산되어 있는 색재 및 전하 조절제를 더 포함하고,
    상기 계면활성제는 적어도 일부가 입자 표면으로 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 전기영동 입자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 복수의 반복 유닛(repeating unit)을 가지며, 하나 이상의 반복 유닛은 극성결합기를 하나 이상을 포함하며, 상기 복수의 반복 유닛이 입자 형상을 띄고 있는 것을 특징으로 하는 전기영동 입자.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 극성 결합기를 포함하는 바인더 수지는 폴리아미드(polyamide), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에스테르(polyester), 폴리아크릴레이트(polyacrylate) 및 폴리스티렌(polystyrene)등으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전기영동 입자.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 극성 결합기는 카르복시기, 술폰산기, 인산기, 설페이트기, 술포네이트기의 액시드 그룹(acid group)과, 아임기, 암모늄기, 이민기의 베이스 그룹(base group)과, 술폰산나트륨염, 술폰산칼륨염, 인산나트륨염, 인산칼륨염, 아민염의 솔트 그룹(salt group)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전기영동 입자.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 색재는 화이트 안료, 블랙 안료, 블루 안료, 녹색 안료, 레드 안료, 시안 안료, 옐로우 안료, 마젠타 안료, 양이온성 염료, 음이온성 염료, 분산 염료로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전기영동 입자.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 전하조절제는 양전하조절제, 음전하조절제 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전기영동 입자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 제1 유기 용매에 대한 용해도보다 제2 유기 용매에 대한 용해도가 10% 이하로 더 낮은 것을 특징으로 하는 전기영동 입자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 제2 유기 용매에 대해 상기 계면활성제의 용해도보다 10% 이하로 더 낮은 용해도를 갖는 것을 특징으로 하는 전기영동 입자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 제2 유기 용매에 대해 상기 극성반응기에 2차 결합된 계면활성제의 용해도보다 10% 이하로 더 낮은 용해도를 갖는 것을 특징으로 하는 전기영동 입자.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 상기 제2 유기 용매에 대해 0.005g/ml 이하의 용해도를 가지며, 제1 유기 용매에 대해 0.05g/ml 이상의 용해도를 갖는 것을 특징으로 하는 전기영동 입자.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 상기 제2 유기 용매에 대해 0.005g/ml 이하의 용해도를 가지며, 제1 유기 용매에 대해 0.05~1g/ml 의 용해도를 가지고,
    상기 극성 반응기에 2차 결합된 계면활성제는 상기 제1 및 제2 유기 용매에 대해 0.05g/ml 이상의 용해도를 갖는 것을 특징으로 하는 전기영동 입자.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 제 1 유기 용매는 톨루엔(toluene), 아세톤(acetone), 메틸에틸케톤(methylethylketone), 메틸렌 클로라이드(methylene chloride), 에틸렌 클로라이드(ethylene chloride) 및 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전기영동 입자.
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 유기 용매는 알코올, 탄화수소계 유기 용매, 이소파라핀계 용매 및 할로카본계 오일로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전기영동 입자.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 전기영동 입자는 부피평균 입경이 50 내지 3000nm인 것을 특징으로 하는 전기영동 입자.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 전기영동 입자는 부피평균 입경이 100 내지 1000nm인 것을 특징으로 하는 전기영동 입자.
  17. 절연매체(dielectric fluid)에 분산된 상기 청구항 제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 따른 전기영동 입자를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 절연매체에 분산된 상기 전기영동 입자를 수용하는 캡슐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  19. 제 15항에 있어서,
    상기 절연매체는 지방족 탄화수소 또는 할로겐화 탄화수소와 지방족 탄화수소의 혼합액인 것을 특징으로 하는 전기영동 소자.
  20. 적어도 하나의 투명 전극을 포함하는 한 쌍의 전극과, 상기 전극 사이에 상기 청구항 제17 항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 따른 전기영동 소자를 포함하는 전기영동 표시장치.
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