KR20130078094A - 전기영동성 마이크로캡슐, 그 제조 방법 및 이를 함유하는 디스플레이 패널 - Google Patents

전기영동성 마이크로캡슐, 그 제조 방법 및 이를 함유하는 디스플레이 패널 Download PDF

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Abstract

전기영동성 마이크로캡슐은 안료입자, 유전매질 및 분산제를 포함하는 심물질 및 상기 심물질을 둘러싸는 캡슐 벽을 포함한다. 이는 안료입자, 유전매질 및 분산제를 분산시켜 심물질을 제조하고, 캡슐벽 물질을 포함하는 수용액을 제조하고, 상기 수용액에 계면활성제 및 상기 심물질을 혼합하고, 가교제 또는 경화제를 첨가하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다. 전기영동성을 갖는 안료 입자를 마이크로캡슐화 하여 화소를 형성하는 방식의 디스플레이 패널에 적용가능하며, 이는 컬러필터 없이도 우수한 컬러의 재현이 가능하다.

Description

전기영동성 마이크로캡슐, 그 제조 방법 및 이를 함유하는 디스플레이 패널{Electrophoretic Microcapsule, Method of Preparing the Same and Display Panel Including the Same}
본 발명은 전기영동성 마이크로캡슐, 그 제조 방법 및 이를 함유하는 디스플레이 패널에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 반사형 디스플레이 패널에 사용될 수 있는 전기영동성 마이크로캡슐, 그 제조 방법 및 이를 함유하는 디스플레이 패널에 관한 것이다.
전기영동 디스플레이 장치는 높은 쌍안정성을 갖기 때문에 외부 전기장 인가 없이도 원래의 화상을 그대로 유지하는 특성을 가지고 있다. 이로 인하여, 아무런 추가적인 에너지 없이 화상을 저장하는 기능을 가지며 유연성과 휴대성이 뛰어나며, 내구성 및 경량성 등의 특성을 지닌 전기영동(Electrophoresis)을 이용한 평판 디스플레이의 일종이다.
이러한 전기영동 디스플레이 장치는 종이 질감에 가장 가까운 특성을 가지고 있다. 광반사 효율이 약 40% 정도인 신문과 비슷하거나 오히려 약간 높은 수치의 광반사 효율을 나타내며, 우수한 대조비를 나타내고, 종이나 플라스틱과 같은 얇고 구부리기 쉬운 베이스 필름에 투명전극을 입혀 전기영동 부유입자를 구동하는 반사형 디스플레이로써, 액정표시장치, 플라즈마 디스플레이 패널, 유기 전계발광 소자와 차별화를 두고 앞으로 더욱 각광 받을 것으로 기대되는 장치이다.
전기영동 현상을 이용한 전기영동 디스플레이는 플렉서블 디스플레이 구현의 핵심이 되는 소자이고, 도전성 물질에 전자기장을 가하여 운동성을 갖게 한다는 전기영동성에 기초를 둔 것으로 박형의 플렉서블한 기판들 사이에 대전된 미립자들을 분포시킨 후 전자기장의 극성 변화에 의한 미립자들의 방향 배치 변화로 이미지를 표현한다. 자세히 언급하면 외부 전기장을 인가하면 양으로 대전된 입자들이 음전극으로 움직여 이들 입자의 색을 표시하고, 또한 양의 전압을 인가하면 입자들이 반대로 움직여 유체의 색을 표시하는 현상을 이용한 비 발광 반사형 정보 표시 장치이다. 코어 조성물 내에서 전기영동이 발생하면, 대전된 입자들은 유체의 유전특성 및 전하, 인가된 전기장의 세기, 점성 드래그에 의해서 결정되는 속도로 이동하게 된다.
미국의 이-잉크(E-ink)사에서 개발한 전기영동 디스플레이는 백색 반사율이 우수한 이산화티타늄(TiO2) 미립자에 청색 유전매질을 사용하여 청색 배경에 흰색 이미지를 구현하였으며, 근래에는 투명 유체에 양전하를 띤 백색 미립자와 음전하를 가진 흑색 미립자를 분산시킨 마이크로캡슐을 제조하여 흑/백 표시가 가능하도록 하였다.
마이크로캡슐은 유전매질과, 유전매질 내의 복수 개의 백색 대전입자 및 복수 개의 흑색 대전입자를 둘러싸도록 코팅된 캡슐로 이루어져 있고, 이것이 상하부 기판에 적층된 상하부 투명전극 사이에 구비되어 있다.
이러한 마이크로캡슐 내의 대전입자는 입자 자체의 높은 밀도로 인해 시간에 따른 분산 불안정성에 기인한 입자들의 클러스터화 및 응집(agglomeration) 현상이 발생되어 입자의 쌍안정성에도 영향을 미치게 되었다. 이-잉크(E-ink)사는 상기 문제점을 해결하고 쌍안정성과 전기영동을 위한 전하를 부여하기 위해 입자를 열가소성 비닐계 고분자, 열가소성 실리콘계 고분자, 열경화성 고분자 또는 이들 단량체의 공중합체 등의 기능성 폴리머를 코팅함으로써 안료의 비중을 조절하고 표면에 전하를 부여하는 방법을 실시하였다.
그러나 이러한 방식은 대전된 두 색의 대전입자와 유전매질간의 비중을 모두 같게 유지해야 하고, 두 대전된 입자들 간의 응집을 방지시키고, 전기영동 이동도를 가지도록 전하 부착을 위한 물리, 화학적 처리가 요구된다. 이러한 화학적 처리는 칼라 안료 입자에 기능성 유기 폴리머 코어-쉘 폴리머 처리 공정을 한다. 이것은 매우 복잡한 과정 및 많은 인력, 시간이 필요로 하며, 캡슐화 하여 구동 시 폴리머 층의 두께로 입자의 이동성 및 색상의 선명도에 영향을 미치는 단점이 있다.
또한 이-잉크사는 컬러 안료 입자를 포함한 마이크로캡슐의 평면기판 위에서의 미세 화소 형성이 어려운 점을 감안하여 전자종이의 컬러 구현을 위해 평면 기판위에 흑/백의 입자를 포함한 마이크로캡슐을 배치하고 컬러필터를 이용해 다양한 컬러 표시를 구현하고자 하는 기술을 제안하였지만, 이 방법은 색상의 계조도와 선명도가 매우 열악하다는 단점을 가지고 있는 실정으로 전기영동 입자를 포함한 디스플레이용 마이크로캡슐에 있어서, 컬러를 구현할 수 있는 다양한 제조기술이 절실히 요청되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 높은 색상의 선명도를 구현할 수 있는 심물질을 포함하는 전기영동성 마이크로캡슐을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 전기영동성 마이크로캡슐을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 전기영동성 마이크로캡슐을 포함하는 디스플레이 패널을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전기영동성 마이크로캡슐은 안료입자, 유전매질 및 분산제를 포함하는 심물질; 및 상기 심물질을 둘러싸는 캡슐 벽을 포함하여 이루어진다.
일 실시예에 있어서, 상기 안료입자는 이온화된 친수성 유기금속 화합물 1종 이상과 친지성 유기금속 화합물 1종 이상으로 코어-쉘 코팅된 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 유기금속 화합물은 실리콘 화합물, 티타늄 화합물, 지르코늄 화합물 및 알루미늄 화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 심물질은 화이트 안료입자, 블랙 안료입자, 레드 안료입자, 그린 안료입자 및 블루 안료입자 중에서 적어도 하나가 상기 유전매질에 균일하게 분산된 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 안료입자는 아조(azo)계 안료, 프탈시아닌 안료를 포함하는 시아닌계 안료 및 안트라퀴논계 안료를 포함하는 유기 안료와, 카드뮴 레드 안료, 몰리브덴 레드 안료, 코발트 그린 안료, 코발트 블루 안료, 망간 바이올렛 안료 및 코발트 바이올렛 안료를 포함하는 무기 안료로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 마이크로캡슐 내에는 상기 유전 매질 30~80 중량%, 상기 안료입자 10~50 중량% 및 상기 분산제 10~20 중량%가 포함될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 마이크로캡슐의 직경은 20 마이크론 ~ 60마이크론 범위일 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적은,
안료입자, 유전매질 및 분산제를 분산시켜 심물질을 제조하는 단계;
캡슐벽 물질을 포함하는 수용액을 제조하는 단계;
상기 수용액에 계면활성제 및 상기 심물질을 혼합하는 단계; 및
가교제 또는 경화제를 첨가하는 단계를 포함하는 전기영동성 마이크로캡슐의 제조방법에 의해 달성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 혼합하는 단계 이후에 pH를 4.5~5.5 범위로 조절 단계를 더 수행할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 캡슐벽 물질은 젤라틴, 아카시아껌, 카르복실메틸셀룰로스, 카라기닌, 카제인, 알부민, 가수 분해된 스타일렌 무수물 공중합체, 메틸 비닐 에테르 코-말레인산 무수물 및 셀룰로스 프탈레이트 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 계면활성제는 상기 심물질의 사용 부피 대비 0.1~1.0 부피% 범위로 사용하며 예를 들면, 세틸 트리메틸 암모늄 클로라이드(cetyl trimethyl ammonium chloride), 옥타데실 트리메틸 암모늄 클로라이드(octadecyl trimethyl ammonium chloride), 트리메틸테트라데실 암모늄 브로마이드(trimethyltetradecylammonium bromide) 및 DTAB(Dodecyl Trimethylammoniumbromide) 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 가교제 또는 경화제는 포르말린(Formaline 37%) 및 글루타릭알데히드(Glutaric dialdehyde)를 포함하는 알데히드류 화합물일 수 있다.
상기한 본 발명의 또 다른 목적은
격벽으로 한정된 셀 구조를 갖는 기판; 및
상기 셀 구조에 봉입되고, 안료입자, 유전매질 및 분산제를 포함하는 심물질 및 상기 심물질을 둘러싸는 캡슐 벽을 포함하는 전기영동성 마이크로캡슐을 포함하는 디스플레이 패널에 의해 달성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 격벽은 격자 모양 및 선(stripe) 모양중 어느 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 기판은 하부 전극기판이고, 상기 마이크로캡슐을 중심으로 하여 상기 하부 전극기판과 대향하는 상부 전극기판을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 마이크로캡슐은 수용성 바인더와 혼합된 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 수용성 바인더는 수용화 가능한 셀룰로즈(cellulose)계 1~10% 수용액으로서, 전체 마이크로캡슐을 기준으로 할 때 5~40 중량% 범위로 혼합될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 수용성 바인더로서는 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오즈(hydroxy propyl methyl cellulose, HPMC), 하이드록시 에틸 셀룰로오즈(hydroxyethyl cellulose; HEC), 하이드록시 프로필 셀룰로오즈(hydroxypropyl cellulose; HPC), 에틸 하이드록시 에틸 셀룰로오즈(ethyl-HEC; EHEC), 메틸 에틸 하이드록시 에틸 셀룰로오즈(methyl-ethyl-HEC; MEHEC), 뷰틸 글리시딜 에테르 하이드록시 에틸 셀룰로오즈(butylglycidylether-HEC), 라우릴 글리시딜 에테르 하이드록시 에틸 셀룰로오즈(laurylglycidylether-HEC), 카르복시메틸레이티드 MHEC(carboxymethylated MHEC), 카르복시메틸레이티드 MHPC(carboxymethylated MHPC) 및 소디움 카르복시메틸 셀룰로오즈(sodium-carboxymethylcellulose; Na-CMC) 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 전기영동성 마이크로캡슐 내의 유전매질 안에서 칼라 안료 입자 표면에 부여된 전하로 인하여 전기적 움직임이 가능한 전기영동 특성과 구동에 있어서 전력 소모를 줄일 수 있는 전기적 쌍안정성 특성을 가진다. 또한 안료입자가 낮은 코팅 층으로 이루어져 색상의 계조도 발현 및 전기영동 반응 속도를 증가 시키도록 개발되었고 이를 담지한 마이크로캡슐은 균일한 크기를 가지며 높은 수율로 얻을 수 있다. 제조된 마이크로캡슐간 응집이 없고 장기 보관시 안정성에 문제가 없다. 격벽 구조로 이루어진 하부 전극기판에 배치가 편하도록 캡슐막을 제조하여 적용할 수 있으며 컬러 필터 없이 우수한 컬러 재현이 가능한 디스플레이용 패널을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 전기영동 마이크로캡슐을 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 전기영동 마이크로캡슐에 대한 사진이다.
도 3a 내지 3d는 마스터를 사용하여 격벽 구조를 갖는 셀 어레이를 제조하기 위한 공정을 나타내는 단면도들이다.
도 4a 내지 4c는 포토레지스트를 이용하여 격벽 구조를 갖는 셀 어레이를 제조하기 위한 공정을 나타내는 단면도들이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 격벽-셀 구조의 하부 전극기판에 대한 평면 현미경 사진으로서, 도 5a는 격자 구조를 갖는 전극기판에 대한 것이고, 도 5b는 스트라이프 구조를 갖는 전극기판에 대한 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 디스플레이 패널에 대한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 의하면 전기영동 특성을 나타내기 위하여 표면전하를 부여하고 쌍안정성 특성을 얻기 위하여 입자 비중조절 등을 목적으로 하는 기능성 유기폴리머 코팅 제조 방법의 기존 공정에서 탈피하였다. 즉, 반응 시간 조절과 후처리 공정이 간단한 졸-겔 공정을 도입하여, 다양한 기능성 유기 금속 화합물들을 가수분해 축합 반응을 통하여 안료 입자 표면에 코어-쉘(core-shell) 코팅하는 제조 방법으로 전기영동 안료 입자를 먼저, 제조하였다. 그리고 상기 안료 입자가 분산된 유전매질로 구성된 전자잉크 조성물과 상기 잉크 조성물을 코어로 하고, 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅된 마이크로캡슐을 제조하였다.
또한, 본 발명에서는 상기 전기영동성 마이크로캡슐을 포함하는 전기영동 디스플레이 패널을 제공한다. 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이 패널은 서로 대향하는 상부 전극기판 및 하부 전극기판과, 상기 상/하부 전극기판 사이에 구비된 복수 개의 전기영동성 마이크로캡슐을 포함하여 이루어진다.
상기의 하부 전극기판은 바람직하게, 격벽 구조 셀 어레이에 ITO가 증착된 필름을 점/접착제를 이용하여 부착시켜 제조된 형태를 갖는다. 상기에서 제조된 전기영동성 마이크로캡슐을 다양한 코팅방법을 이용하여 상기 격벽 구조 셀 어레이에 배치시킨 후, 상부 전극기판을 점/접착제로 봉합하여 디스플레이 패널 예컨대, 전자종이 디스플레이 패널을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 패널의 제조 공정을 몇 가지 단계로 나누면 다음과 같다.
a) 안료입자에 유기 금속화합물을 졸-겔 방법으로 코팅하는 단계; b) 유기 금속화합물로 코팅된 안료입자를 유전매질에 분산하여 심물질을 제조하는 단계; c) 심물질과 캡슐벽 물질을 이용하여 마이크로캡슐을 제조하는 단계; d) 격벽-셀 구조의 하부 전극 기판을 형성하는 단계; e) 하부 전극기판에 캡슐 화소를 형성하고 상부 전극기판과 붙여 전체 패널을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 전기영동성 마이크로캡슐의 제조 단계부터 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 전기영동 마이크로캡슐을 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 1을 참고로 하여 설명하기로 한다.
전기영동 디스플레이 패널용 마이크로캡슐은 유전매질 및 상기 유전매질에 분산되며 극성 관능기의 분극성 전하가 부여된 한 가지 또는 그 이상의 안료입자로 구성된 심물질(core material)과, 상기 심물질, 즉 유전매질과 안료입자의 주위를 둘러싼 캡슐 벽 물질을 포함하여 이루어진다.
a) 안료입자에 유기 금속화합물 졸-겔 방법으로 코팅하는 단계
마이크로캡슐의 안료입자는 극성관능기를 가지는 무기물과, 안료를 포함하는 컬러 복합 입자의 조성물로 구성되는데, 이러한 컬러 복합 입자는 극성 관능기의 분극성 양전하가 부여된 백색(white) 안료, 흑색(black) 안료, 적색(red) 안료, 녹색(green) 안료, 청색(blue) 안료 등을 포함할 수 있으며 유전매질에 분산된다.
마이크로캡슐을 이용한 전기영동 디스플레이에 있어서, 광학적인 대조비는 주로 유전매질에 분산되어 있는 대전된 안료 입자들의 이동으로 이루어진다. 예를 들면, 대전된 입자들이 관찰자 쪽으로 이동하면 대전된 입자들이 입사된 빛을 산란시켜 입자들의 색상을 나타내게 되고, 이때 대전된 입자가 청색 입자인 경우에는 청색을 나타내며 녹색 입자인 경우 녹색을 나타낸다. 따라서 시각적인 대조비를 이룰 수 있다. 이와 같이, 전기영동성 디스플레이에 있어서 컬러 화상의 발현은 코어에 포함된 안료 조성물, 특히 적, 녹, 청의 색상을 발현하는 안료가 포함된 캡슐을 투과해 나오는 빛들의 혼색에 의해 다양한 컬러 화상이 구현 가능한 것이다.
마이크로캡슐을 이용한 전기영동 디스플레이에 있어서 안료 조성물을 이용하여 다양한 색상을 선명하게 구현하기 위해서는 다음과 같은 기능성을 부여해야 한다. 즉, 이동하는 대전입자들에 의해 빛은 산란 또는 흡수되어야 하며, 대전된 입자들은 서로 응집 등의 저항 없이 낮은 전압에서 분극이 일어날 수 있도록 원활하게 이동하며, 분극이 일어난 후에도 그 상태를 유지하고 있도록 입자의 전기적 특성이 변하지 않도록 해야 한다.
기존에는 전기영동 디스플레이의 마이크로캡슐의 내부의 코어 입자는 전기영동을 위한 전하를 부여하기 위해 기능성 폴리머를 코팅함으로써 안료의 비중을 조절하고 표면에 전하를 부여하는 방법을 실시하였다. 그러나, 이 방법은 유기코어-쉘 코팅을 두껍게 하면 공정이 복잡해지고, 많은 시간과 인력이 소요되고 균일한 입자를 제조 할 수 없을 뿐만 아니라 칼라 입자의 이동도(mobility)가 낮아져 구동 속도가 느려지고 구동 전압이 높아질 수 있으며, 반복 구동 시 유기물의 응집으로 인해 쌍안전성이 떨어지는 문제점을 야기하였다.
본 발명의 실시예에 의하면, 까다롭지 않은 반응을 적용하면서 후처리 공정이 거의 없는 졸-겔 공정을 이용하는 방법을 통하여 안료 입자표면에 여러 가지 작용기를 가지는 유기금속 화합물을 코어-쉘 코팅하는 것이 가능하다. 이에 따라, 전기영동 특성과 얇은 코팅 층으로 인한 입자의 이동도를 향상 시켜 색상의 선명도 및 색상의 대조비를 향상 시키며 또한 전기적 쌍안정성 특성을 한꺼번에 구현할 수 있는 것이다.
상기 졸-겔 공정을 통한 유기 금속 화합물은 코팅된 안료입자가 분극에 의하여 전하를 갖게 하는 역할을 한다. 상기 유기금속 화합물은 극성의 관능기를 가지고 있어서 양극과 음극 사이에 유도전류에 의해 분극 되는 성질을 갖는다. 이때 사용될 수 있는 물질은 칼라 입자 표면에 코어-쉘 코팅을 위한 졸-겔 공정에서 사용되는 유기 금속 화합물로서는 실리콘 화합물, 티타늄 화합물, 지르코늄 화합물, 알루미늄 화합물 등과 같은 금속이 1개 이상 포함되어야 하며, 이들 물질을 단독 또는 혼합하여 적용할 수 있다.
본 발명에 의하면 상기 유기금속 화합물로 코팅된 단일 또는 복합 컬러 입자가 마이크로캡슐 내에 존재하게 된다. 단일 또는 컬러 복합입자로 구성된 안료 조성물은 순수한 화합물 또는 특정한 색에 이르기 위한 화합물들의 혼합물일 수 있다. 본 발명에 따른 마이크로캡슐에 포함되는 상기 안료 조성물은 극성관능기의 분극성 전하가 부여된 백색(white), 흑색(black), 적색(red), 녹색(green), 청색(blue) 중 적어도 하나를 포함한다. 이들은 단독 또는 그 이상으로 함유될 수도 있으며 두 가지의 컬러를 함유하는 것이 바람직하다.
상기 안료 조성물은 유기 또는 무기의 안료를 포함할 수 있으며, 본 발명에서는 안료를 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다. 여기서 고려해야할 중요한 요인으로는 내광성, 유전매질에의 용해도, 색 및 비용 등이 있다. 안료는 순수한 화합물이거나 컬러를 포함하여 특정한 색에 이르기 위한 안료들의 혼합물일 수 있다.
전기영동 마이크로캡슐에 사용하기 위해 선택할 수 있는 다양한 안료가 존재하지만, 발색성이 높고, 내열성이 높은 안료, 특히 내열 분해성이 높은 안료가 바람직하고 이를 충족하는 유기 또는 무기 안료를 사용할 수 있다. 유용한 안료로는 아조계 안료, 동 프탈로시아닌 안료를 포함한 시아닌계 안료, 안트라퀴논계 안료 등의 유기 안료, 또는 TiO2, 탄산칼슘, 활석, 흑색 산화철, 카드뮴 레드, 카드뮴 옐로우, 코발트 그린, 코발트 블루, 망간 바이올렛, 코발트 바이올렛 등의 무기 안료 또는 카본블랙 등을 예로 들 수 있다.
바람직하게, 본 발명에서는 "잉크 조성물, 그 제조 방법 및 이를 함유하는 디스플레이 패널"이라는 발명의 명칭으로 2011년 12월 28일자로 출원된 특허출원 제 10-2011-0145370호에 개시된 유기 금속화합물로 코팅된 안료입자들을 적용할 수 있다.
b) 유기 금속화합물로 코팅된 안료입자를 유전매질에 분산하여 심물질을 제조하는 단계
본 발명에 따른 전기영동 마이크로캡슐은 상기 유기 금속화합물로 코팅된 유기물 및 무기물 안료입자와 유전매질이 포함된 코어와 이를 담지할 수 있는 캡슐 벽 물질을 포함하여 이루어져 있다. 이는 전기장 하에서 일정 범위 이상의 균일한 이동도를 가지고 있다. 전기영동 마이크로캡슐은 이후 전기영동 디스플레이 패널에 적용하기 용이한 캡슐 크기로 제조하는 것이 바람직하다. 예컨대, 하기 설명할 하부 격벽-셀 구조의 하판 전극에 마이크로캡슐을 배치하여 색의 선명도, 재현성, 대조비를 향상 시키면서 스크린 프린팅(Screen printing) 및 디스펜싱(Dispensing)이 원할 할 수 있도록 하기 위해서 캡슐 크기는 20 마이크론 내지 60 마이크론 범위 내의 직경을 갖는 것이 바람직하다.
상기 마이크로캡슐의 심물질 중에 유전매질(Dielectric oil)은 화학적 불활성도, 전기이동 입자와 조화된 밀도 또는 전기이동 입자 및 캡슐 벽과의 화학적 혼화성의 관계에 따라 다양한 물질을 선택하여 적용할 수 있다. 유기 용매 예컨대 탄화수소 종류인 헥사테칸, 데카하이드로 나프탈렌(decahydronaphthalene), 5-에틸리덴-2-노르보르넨(5-ethylildene-2-norbornene), 방향족 탄화수소 종류인 톨루엔(Toluene), 자일렌(Xylene), 도데실 벤젠(Dodecyl benzene), 할로카본 오일(Halocarbon Oil)종류인 폴리클로로트리플루오로에틸렌(Polychlorotriethylene), 아이소파 계열 종류인 아이소파-지(Isopar-G), 아이소파에이치(Isopar-H) 등이 사용될 수 있다. 상기 유전매질은 하나 또는 그 이상의 혼합물로 사용 가능하다.
이와 같은 유기 용매는 낮은 유전상수, 높은 부피 저항률, 낮은 점도, 낮은 독성 및 환경 영향성이 적은 낮은 수용해도, 높은 비중 및 낮은 반사 지수를 갖는 것이 바람직하다. 특별히 유전상수는 2 내지 30 범위의 낮은 유전상수를 갖는 것이 바람직하다. 더불어 상기 유전매질에는 전기이동 입자 또는 결합 캡슐의 표면 에너지 또는 전하를 개질하기 위한 표면 개질제와 전기이동 입자에 이동성을 높이기 위한 전하 조절제 및 전기이동 입자의 응집을 방지하고 전기이동 입자가 비가역적으로 캡슐 벽 표면에 침착되는 것을 방지하기 위한 안정화제가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 상기 표면 개질제, 전하 조절제의 역할과 유전매질 안에서 안료 입자가 응집 및 상호 작용 없이 안정하게 분산될 수 있는 역할을 모두 나타낼 수 있도록 말단에 극성기를 가지는 분산제를 사용하도록 한다. 사용가능한 분산제는 BYK社 제품 BYK-102, BYK-106, BYK-108와 Solspers社 solsperse 5000, solsperse 8000, solsperse 11200, solsperse 12000, solsperse 13300, solsperse 20000, solsperse 22000, solsperse 32000, solsperse 38500, solsperse 39000, solsperse 40000, solsperse 41000, solsperse 41090, solsperse 43000, solsperse 44000, solsperse 46000, solsperse 53000 등을 예로 들 수 있다. 목표하는 전하량 및 분산안정성을 위해 상기 분산제는 단독으로 또는 1가지 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상술한 안료입자, 유전매질, 분산제 등이 적절한 비율로 혼합되어 마이크로캡슐의 심물질(core material)을 형성한다 (단계 S10). 심물질 내 안료입자의 적절한 비율은 색의 재현성, 은폐력 등을 고려하여 전체 심물질 중 10~50 중량% 범위가 적당하다. 만약 10 중량% 미만으로 사용 시 색 재현율 및 은폐가 이루어지기 어렵고, 50 중량% 초과 혼합 시 유전매질 안에서 분산안정성이 떨어지게 되기 때문이다.
또한, 유전매질의 혼합량은 전체 심물질 안에서의 30~80 중량% 인 것이 적당하다. 만약 30 중량% 미만으로 사용시 심물질의 점도 상승과 함께 입자의 이동도에 영향을 미쳐 구동전압이 상승될 수 있으며, 80 중량% 초과 사용시 안료입자의 분산 안정성에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.
분산제의 사용량은 전체 심물질 안에서 10~20 중량% 범위로 하는 것이 적당하다. 만약 10 중량% 미만으로 사용시 분산안정성 및 효율을 낮출 수 있으며, 20 중량% 초과하면 분산제의 자체 응집 및 심물질의 점도상승으로 구동에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.
적정 비율의 안료입자, 분산매질 및 분산제의 혼합물은 초음파(Sonificator) 분산, 다이노밀(Dyno mill) 분산, 3롤 밀(3-Roll-mill), 고속교반, 콜로이드밀(Colloid mill) 등과 같은 기존 도료 제조에 사용하는 분산기를 사용하여 분산시킬 수 있다. 본 발명에서는 특정 분산기를 사용을 한정하지 않는다. 바람직하게는 다이노밀과 3롤 밀을 사용하여 동일 분산시간에서 안료입자의 분산안전성을 극대화 시킬 수 있다.
c) 심물질과 캡슐 벽 물질을 이용하여 마이크로캡슐을 제조하는 단계
상기의 분산방법으로 만들어진 심물질(안료입자, 유전매질 및 분산제 포함)의 마이크로캡슐화는 하기에 설명할 격벽-셀 방식의 하부 전극기판에 화소 형성이 쉽도록 코아세르베이션(Coacervation) 방식으로 제조된다.
먼저, 젤라틴, 아카시아껌, 카르복실메틸셀룰로스, 카라기닌, 카제인, 알부민, 가수 분해된 스타일렌 무수물 공중합체, 메틸 비닐 에테르 코-말레인산 무수물 및 셀룰로스 프탈레이트 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 벽 물질(wall material) 성분을 물에 용해시켜 수용액을 제조한다 (단계 S20). 제조된 수용액에 적절한 계면활성제를 혼합한 후 상기에서 제조한 심물질을 적절한 속도로 투입하여 에멀젼을 제조한다 (단계 S30).
계면활성제는 수용액에 투입되는 심물질을 일차로 포집하여 수용액 안에서 심물질을 안정하게 보호하고, 최종 캡슐의 크기 및 수율(yield)을 조절하는 역할을 한다. 본 발명에서 사용할 수 있는 계면활성제는 음이온, 양이온, 비이온 계면활성제 중에서 선택할 수 있다.
특히 본 발명에서는 음이온 계면활성제 사용보다, 동일 함량에서 안정하고 캡슐벽간 응집이 적은 양이온 계면활성제를 사용하는 것이 좋다. 구체적인 예로서는 세틸 트리메틸 암모늄 클로라이드(cetyl trimethyl ammonium chloride), 옥타데실 트리메틸 암모늄 클로라이드(octadecyl trimethyl ammonium chloride), 트리메틸테트라데실 암모늄 브로마이드(trimethyltetradecylammonium bromide), DTAB(Dodecyl Trimethylammoniumbromide) 등을 들 수 있으며 이들은 단독 또는 혼합하여사용할 수 있다.
계면활성제의 사용량은 심물질의 사용 부피 대비 0.1~1.0 부피% 범위로 하는 것이 바람직하다. 만약 계면활성제의 함량이 0.1 부피% 보다 적으면 심물질이 수용액 내에서 안정한 에멀젼을 형성 시키지 못해 캡슐 깨짐이 심하고, 만약 1.0%를 초과하면 수용액 안에서 에멀젼 입자가 너무 작아져 최종 캡슐 크기가 작아지며 캡슐간 응집이 발생할 수 있기 때문이다.
다음에, 상기 에멸젼의 pH, 온도 등을 조절하여 상분리(Phase seperation)를 유도하여 , 심물질 위로 벽물질이 올라오도록 한 다음 가교제나 경화제를 첨가한다 (단계 S40). 이는 벽물질의 강도를 조절하는 과정으로서 이 과정을 통하여 마이크로캡슐을 제조하게 된다 (단계 S50). 가교제나 경화제로서는 포르말린(Formaline 37%) 이나 글루타릭알데히드(Glutaric dialdehyde) 같은 알데히드류를 사용할 수 있다.
상분리를 위한 pH 조절 범위는 일반적으로 적용되는 중, 산성(3.0~4.5) 범위 보다는 약 산성(5.5~4.5) 정도가 되도록 조절하며, pH 조절은 변화 폭(control rate)이 최소가 되도록 조절하여 급격한 상변화에 따른 캡슐간 응집을 최소화 하도록 하는 것이 좋다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 전기영동 마이크로캡슐에 대한 사진이다.
d) 격벽-셀 구조의 하부 전극 기판을 형성하는 단계
디스플레이 패널을 제조하기 위해서는 상술한 방법에 따라 제조된 마이크로캡슐을 상/하부 전극기판 사이에 포함시키도록 한다. 상기 하부 전극기판은 다양한 방법으로 제조할 수 있는데, 예를 들면 열경화성 또는 열가소성 및 UV경화성 수지 조성물을 이용하여 격벽 구조 셀을 갖는 마스터 금형을 이용하여 형성시킨 격벽 구조 셀 어레이 또는 포토레지스트(PR)를 이용하여 형성시킨 격벽 구조 셀 어레이에 ITO가 증착된 필름 및 유리판을 점/접착제 이용하여 부착시켜 형성시킬 수 있다.
마스터를 사용한 격벽구조 셀 어레이의 제조
도 3a 내지 3d는 마스터를 사용하여 격벽 구조를 갖는 셀 어레이를 제조하기 공정을 나타내는 단면도들이다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 격벽의 구조를 음각 또는 양각으로 형성시킨 마스터(master) 금형(10)을 제작한다. 다음에, 상기 마스터 금형(10)을 이용하여 몰드재층을 도포한 후, 탈형하여 도 3b에 도시한 바와 같이 소프트 몰드(20)를 제조한다. 다음에, 도 3c를 참조하면, 상기 소프트 몰드(20)에 UV 경화액을 도포하여 경화액층(30)을 형성한다. 도 3d를 참조하면, 상기 경화액층(30)에 일정량의 UV를 조사하여 경화시켜 경화시킨 후 탈형하여 셀 어레이를 제작한다. 도 5a는 도 3d에서 제조된 격벽 구조를 갖는 셀 어레이의 평면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 반도체 또는 타 디스플레이에서 사용하는 것과 유사하게 포토레지스트를 이용하여 격벽을 형성한다. 격벽재료는 UV 경화형 조성물이며, 스핀 코팅 또는 디스펜징 법 등을 이용하여 도포한다. 도포한 포토레지스트는 패턴노광 후 현상/에칭을 하거나 패턴 인쇄 등의 방법으로 격벽 어레이를 제조 한다. 이러한 격벽 형성 방법을 위한 공정으로서는 스크린 인쇄법, 샌드 블라스트법, 리프트 오프법, 포토리소그래피법등을 들 수 있다.
포토레지스트를 이용한 격벽 형성 방법 예
도 4a 내지 도 4c는 포토레지스트를 이용한 격벽 형성방법을 나타내는 단면도들이다. 도 4a를 참조하면, 기판(100)상에 포토 레지스트를 도포하여 포토 레지스트막(110)을 형성한다. 도 4b를 참조하면, 상기 포토레지스트막(110)을 격벽 형성을 위한 패턴이 형성된 포토 마스크(120)를 사용하여 노광하면 노광부위는 가교 결합하여 불용성부분으로 변화시킨다. 도 4c를 참조하면, 상기 노광된 포토레지스트막(110)을 현상하여 상기 포토레지스트막(110)중에서 노광되지 않은 부분인 가용성 부분을 제거하고, 불용성 부분은 남겨서 격벽(110a)을 형성한다.
상기한 방법 외에도 다양한 코팅방법을 이용하여 전기영동성 마이크로캡슐을 배치한 후, 상부 기판을 점/접착제로 합체하여 디스플레이 패널을 형성할 수 있다.
컬러 마이크로캡슐의 화소 형성을 위한 격벽-셀의 단면 패턴은 색 재현성 및 컬러의 선명도를 높이기 위해 도 5a에 나타난 바와 같이 격자무늬로 패턴을 형성할 수 있으며, 화소에 캡슐 프린팅이 용이하도록 도 5b에 나타난 바와 같이 선(strip) 모양의 패턴으로 형성할 수도 있다. 또한 격벽 구조의 단위 셀의 크기는 최종 적용을 위한 화질의 요구 정도에 따라 달라질 수 있으며, 이러한 요구에 따른 단위 셀의 크기 조절은 포토마스크의 패턴 또는 마스터 구조설계의 변경을 통해 구현 가능하다.
e) 상기 하부 전극기판에 캡슐 화소를 형성하여 상부 전극기판과 붙여 전체 패널을 형성하는 단계
제조된 격벽-셀에 다양한 코팅법을 이용하여 마이크로캡슐의 화소를 배치하도록 한다. 예를 들면, 스크린 프린팅(Screen printing) 방법과 디스펜싱(Dispensing) 방법을 사용하여 격벽에 다수의 마이크로캡슐을 배치할 수 있다.
마이크로캡슐을 프린팅하기 위하여 캡슐과 수용성 바인더를 적정 비율로 혼합하여 점도 및 점성을 조절할 수 있다. 본 발명에서는 수용액으로 제조가 용이하고, 소량으로도 점도 증점 효과를 얻을 수 있다. 격벽-셀과의 부착력 및 전기 저항 등을 고려하여 상기 수용성 바인더로서 수용화 가능한 셀룰로즈(cellulose)계 화합물을 사용할 수 있다.
수용화 가능한 셀룰로즈의 구체적인 예로서 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오즈(hydroxy propyl methyl cellulose, HPMC), 하이드록시 에틸 셀룰로오즈(hydroxyethyl cellulose; HEC), 하이드록시 프로필 셀룰로오즈(hydroxypropyl cellulose; HPC), 에틸 하이드록시 에틸 셀룰로오즈(ethyl-HEC; EHEC), 메틸 에틸 하이드록시 에틸 셀룰로오즈(methyl-ethyl-HEC; MEHEC), 뷰틸 글리시딜 에테르 하이드록시 에틸 셀룰로오즈(butylglycidylether-HEC), 라우릴 글리시딜 에테르 하이드록시 에틸 셀룰로오즈(laurylglycidylether-HEC), 카르복시메틸레이티드 MHEC(carboxymethylated MHEC), 카르복시메틸레이티드 MHPC(carboxymethylated MHPC), 소디움 카르복시메틸 셀룰로오즈(Na-CMC) 등을 예로 들 수 있다.
상기 수용성 바인더는 바람직하게 1~10% 수용액으로 제조하여, 전체 마이크로캡슐을 기준으로 할 때 5~40 중량% 범위로 혼합하는 것이 좋다.
더욱 바람직하게 상기 수용성 바인더는 Na-CMC(sodium-carboxymethylcellulose)를 사용할 수 있다. Na-CMC (Sodium-carboxymethylcellulose)를 1~5% 수용액으로 제조하고, 전체 캡슐 중량 대비 5~30 중량% 범위에서 사용한 Na-CMC 수용액을 바인더로 사용하는 것이 바람직하다.
상기의 방법을 수행하여 마이크로캡슐로 화소가 형성된 전극 하부 전극판에 ITO가 증착된 필름 또는 유리판을 전극으로 하는 상부 전극판을 점/접착제를 사용하여 합지시켜 패널을 완성하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 디스플레이 패널의 단면도이다.
도 6을 참고하면, 소정의 간격으로 이격된 하부 전극기판(210) 및 상부 전극기판(220) 사이에 다수의 격벽(240)이 형성되어 있으며, 상기 격벽(240) 내에는 마이크로캡슐(250)이 배치되어 있다. 미설명부호 230은 실링재이다.
완성된 패널의 상부 전극기판은 ITO 투명전극을 공통 전극으로 사용하고, 격벽-셀 구조의 하부 전극기판은 각각의 격벽-셀 형태에 따라 독립된 화소 전극이 위치하게 되어, 컬러필터 없이도 컬러의 영상이 구현 가능하게 된다.
아래에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
<실시예 1>
a) 안료입자에 유기 금속화합물을 졸-겔 방법으로 코팅하는 단계
Dupont 社 화이트 TiO2 R-706 입자 안료 40 중량%와 이소프로필알콜 40 중량%를 PVA(Poly vinyl alchol) 20 중량%와 혼합한 후 5mm 지르코니아 비드와 함께 3000 rpm 속도로 3시간 동안 고속 교반하였다. 교반 후 50㎛ 필터를 이용하여 지르코니아 비드와 분산체를 분리 하였다.
교반이 가능한 플라스크에 입자 1차 분산 완료된 용액 50 중량%와 페닐아미노프로필 트리메톡시 실란(phenylaminopropyltrimethoxysilane) 20 중량%, 에틸 알콜 20 중량%를 넣고 약 1시간 교반 후 온도를 50도로 승온하였다. 승온 완료 후 증류수 10 중량%를 30 분간 적하하였다. 적하 완료 후 6시간 동안 유지 반응 시킨 후 감압 필터하여 에틸알콜을 분리하였다. 그리고 진공 오븐에서 12시간 완전 건조 시켜 유기 금속 화합물로 코어-셀 코팅된 화이트 컬러 안료입자를 얻었다.
상기 화이트 안료 대신에 적색의 Pigment Red 224 입자를 동일한 양으로 사용하여 동일한 공정에 따라 유기 금속 화합물로 코어-셀 코팅된 레드 컬러 안료입자를 얻었다.
b) 유기 금속화합물로 코팅된 안료입자를 유전매질에 분산하여 심물질을 제조하는 단계
유기 금속화합물로 코팅된 칼라 입자 중 Dupont 社 화이트 TiO2 R-706 입자 50 중량 %, 분산제 BYK-106 20 중량%, 할로카본(Halocarbon) 30 중량% 을 균일하게 혼합 후 0.5mm 비드의 다이노 밀을 이용하여 3시간 동안 분산 하였다.
다음, 유기 금속화합물로 코팅된 적색의 Pigment Red 224 입자를 상기의 화이트 안료, 분산제, 유전매질의 혼합비율과 동일한 비율로 균일하게 혼합하고 다이노 밀을 이용하여 분산 시켰다.
마지막으로 상기 두 가지 색상의 유기금속 화합물로 코팅된 칼라 입자의 유전매질 분산물을 화이트 칼라 분산물 40 중량 %, 레드 칼라 분산물 20 중량%, Halocarbon1.8 30 중량% 와 Isopar-G 10 중량%를 각각 혼합하여 약 30분간 바스켓 타입의 소니케이터를 이용하여 분산하여 마이크로캡슐의 심물질로 준비하였다.
c) 심물질과 캡슐 벽 물질을 이용하여 마이크로캡슐을 제조하는 단계
온수 가열이 가능한 이중 쟈켓 플라스크에 DIW(deionzed water) 500g을 넣고 40℃로 승온한 후, 젤라틴-A(Porcine gelatin, Sigma-aldrich) 10g 을 투입하고 200rpm 으로 기포발생 없이 서서히 교반하면서 용해한 후, 미리 제조된 10% 껌 수용액(Acarcia gum, Sigma-aldrich) 100g을 서서히 투입하여, 200rpm으로 기포 발생을 억제하면서 30분간 균일하게 교반하였다. 그 후 상기에서 준비된 심물질 100ml를 분별 깔때기를 이용하여 공기중이 아닌 수용액 안으로 투입하였다.
교반기는 일반 교반기에서 호모믹서(Homo-mixer)로 바꾸고 속도는 800~1000rpm으로 하여 10분간 교반한 후 아세트산을 이용하여 pH를 4.5~5.0 범위로 조절하였다. 이때 다시 교반기는 호모믹서가 아닌 일반 교반기로 바꾸고, 교반 속도는 300~400rpm으로 하면서 10℃로 냉각한 다음 내용물이 냉각되면 가교제인 글루타르알데히드 50% 수용액을 20g 투입하고, 내온을 25℃로 승온하여 3시간 이상 유지한 후에 컬러 마이크로캡슐을 제조하였다.
제조된 마이크로캡슐은 내부 입자의 응집 및 쌍안정성이 우수하고 캡슐 자체의 응집 및 저장안정성이 높아졌다. 또한 색의 선명도도 더욱 높아졌다. 하기 표 1에 제조된 마이크로캡슐의 특징을 기존의 캡슐에 대한 것과 비교하여 나타내었다.
구분 본 발명 종개 기술
capsule size(㎛) 20~60 20~40
구동전압(V) 15 20
응답속도(msec) 200 300
대조비(black/while 기준) 10:1 6:1
색 재현율(%) 10% 8%
d) 격벽-셀 구조의 하부 전극 기판을 형성하는 단계
격벽의 구조를 음각 또는 양각으로 형성시킨 마스터(master) 금형을 제작하고 UV 경화액을 도포하여 일정량의 UV를 조사 후 탈형하여 제작하였다. 제작된 격벽은 격벽-셀 구조를 가지고 있고 독립된 각각의 셀은 가로 200마이크론, 세로 200마이크론 형태의 정사각형 형태로 제작 되었다.
e) 하부 전극기판에 캡슐 화소를 형성하여 상부 전극기판과 붙여 전체 패널을 형성하는 단계
상기 c) 단계에서 제조된 직경 20~40 마이크론 크기의 마이크로캡슐 70 중량% 와 미리 제조된 Na-CMC(sodium-carboxymethylcellulose) 5% 수용액 바인더를 30 중량%로 투입하여 교반속도 200~300rpm 으로 3중 날개 임펠라 교반기로 10분간 교반하여 캡슐과 바인더를 균일하게 혼합하였다.
이후, d) 단계에서 제조된 격벽-셀 구조의 하부 전극기판에 디스펜서(Dispenser)의 니들(needle) 내경 170마이크론 외경 200마이크론 장착한 뒤, 이동속도 30~40mm/sec로 격벽-셀에 디스펜싱(Dispensing)하여 화소를 형성하였다. 이후 습도 50%, 내온 50℃로 설정한 항온, 항습기에서 2시간 동안 건조하여 컬러 전기영동 마이크로캡슐 화소가 형성된 하부 전극기판을 제조하였다.
완성된 하부 전극기판에 미리 제조된 ITO 증착된 투명 필름에 점착제 10~15마이크론 두께로 코팅된 상부 전극기판을 라미네이터를 사용하여 상/하부 전극기판을 합지하여 최종으로 컬러 마이크로캡슐 디스플레이 패널을 완성하였다.
제조된 디스플레이 패널은 칼라 캡슐을 직접 패터닝하여 제조할 수 있기 때문에 칼라 필터 없이도 칼라 구현이 가능하다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 전기영동성을 갖는 안료 입자를 마이크로캡슐화 하여 화소를 형성하는 방식의 디스플레이 패널에 적용가능하다. 컬러필터 없이도 우수한 컬러의 재현이 가능하고 우수한 색 대조 특성을 나타내며 이에 따라 선명한 화질의 구현이 가능하다.
본 발명은 기존 LCD, PDP 디스플레이 패널에서 사용하는 백라이트를 이용한 이미지 구현과는 달리 외부광에 의한 반사형 디스플레이 패널을 위한 적용이 가능할 뿐만 아니라 패널 내에 백라이트라는 광원이 필요 없기 때문에 얇고 플레시블(Flexible)한 디스플레이 패널에 적용이 가능하다.
이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (18)

  1. 안료입자, 유전매질 및 분산제를 포함하는 심물질; 및
    상기 심물질을 둘러싸는 캡슐 벽을 포함하는 전기영동성 마이크로캡슐.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안료입자는 이온화된 친수성 유기금속 화합물 1종 이상과 친지성 유기금속 화합물 1종 이상으로 코어-쉘 코팅된 것임을 특징으로 하는 마이크로캡슐.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유기금속 화합물은 실리콘 화합물, 티타늄 화합물, 지르코늄 화합물 및 알루미늄 화합물로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로캡슐.
  4. 제1항에 있어서, 상기 심물질은 화이트 안료입자, 블랙 안료입자, 레드 안료입자, 그린 안료입자 및 블루 안료입자 중에서 적어도 하나가 상기 유전매질에 균일하게 분산된 것임을 특징으로 하는 마이크로캡슐.
  5. 제1항에 있어서, 상기 안료입자는 아조(azo)계 안료, 프탈시아닌 안료를 포함하는 시아닌계 안료 및 안트라퀴논계 안료를 포함하는 유기 안료와, 카드뮴 레드 안료, 몰리브덴 레드 안료, 코발트 그린 안료, 코발트 블루 안료, 망간 바이올렛 안료 및 코발트 바이올렛 안료를 포함하는 무기 안료로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로캡슐.
  6. 제1항에 있어서, 상기 마이크로캡슐 내에는 상기 유전 매질 30~80 중량%, 상기 안료입자 10~50 중량% 및 상기 분산제 10~20 중량%가 포함되는 것을 특징으로 하는 마이크로캡슐.
  7. 제1항에 있어서, 상기 마이크로캡슐의 직경은 20 마이크론 ~ 60마이크론 범위인 것을 특징으로 하는 마이크로캡슐.
  8. 안료입자, 유전매질 및 분산제를 분산시켜 심물질을 제조하는 단계;
    캡슐벽 물질을 포함하는 수용액을 제조하는 단계;
    상기 수용액에 계면활성제 및 상기 심물질을 혼합하는 단계; 및
    가교제 또는 경화제를 첨가하는 단계를 포함하는 전기영동성 마이크로캡슐의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 혼합하는 단계 이후에 pH를 4.5~5.5 범위로 조절 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 마이크로캡슐의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 캡슐벽 물질은 젤라틴, 아카시아껌, 카르복실메틸셀룰로스, 카라기닌, 카제인, 알부민, 가수 분해된 스타일렌 무수물 공중합체, 메틸 비닐 에테르 코-말레인산 무수물 및 셀룰로스 프탈레이트 로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로캡슐의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 계면활성제는 상기 심물질의 사용 부피 대비 0.1~1.0 부피% 범위로 사용하며 세틸 트리메틸 암모늄 클로라이드(cetyl trimethyl ammonium chloride), 옥타데실 트리메틸 암모늄 클로라이드(octadecyl trimethyl ammonium chloride), 트리메틸테트라데실 암모늄 브로마이드(trimethyltetradecylammonium bromide) 및 DTAB(Dodecyl Trimethylammoniumbromide)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로캡슐의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 가교제 또는 경화제가 포르말린(Formaline 37%) 및 글루타릭알데히드(Glutaric dialdehyde)를 포함하는 알데히드류 화합물인 것을 특징으로 하는 마이크로캡슐의 제조방법.
  13. 격벽으로 한정된 셀 구조를 갖는 기판; 및
    상기 셀 구조에 봉입되고, 안료입자, 유전매질 및 분산제를 포함하는 심물질 및 상기 심물질을 둘러싸는 캡슐 벽을 포함하는 전기영동성 마이크로캡슐을 포함하는 디스플레이 패널.
  14. 제13항에 있어서, 상기 격벽은 격자 모양 및 선(stripe) 모양중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  15. 제13항에 있어서, 상기 기판은 하부 전극기판이고, 상기 마이크로캡슐을 중심으로 하여 상기 하부 전극기판과 대향하는 상부 전극기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  16. 제13항에 있어서, 상기 마이크로캡슐은 수용성 바인더와 혼합된 것임을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  17. 제16항에 있어서, 상기 수용성 바인더는 수용화 가능한 셀룰로즈(cellulose)계 화합물이며, 이는 1~10% 수용액으로서, 전체 마이크로캡슐을 기준으로 할 때 5~40 중량% 범위로 사용되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
  18. 제17항에 있어서, 상기 수용성 바인더는 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오즈(hydroxy propyl methyl cellulose, HPMC), 하이드록시 에틸 셀룰로오즈(hydroxyethyl cellulose; HEC), 하이드록시 프로필 셀룰로오즈(hydroxypropyl cellulose; HPC), 에틸 하이드록시 에틸 셀룰로오즈(ethyl-HEC; EHEC), 메틸 에틸 하이드록시 에틸 셀룰로오즈(methyl-ethyl-HEC; MEHEC), 뷰틸 글리시딜 에테르 하이드록시 에틸 셀룰로오즈(butylglycidylether-HEC), 라우릴 글리시딜 에테르 하이드록시 에틸 셀룰로오즈(laurylglycidylether-HEC), 카르복시메틸레이티드 MHEC(carboxymethylated MHEC), 카르복시메틸레이티드 MHPC(carboxymethylated MHPC) 및 소디움 카르복시메틸 셀룰로오즈(sodium-carboxymethylcellulose; Na-CMC) 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
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