KR20140035732A - 전기 영동 입자, 전기 영동 입자의 제조 방법, 전기 영동 슬러리 조성물 및 이를 포함하는 전기 영동 디스플레이 장치 - Google Patents

전기 영동 입자, 전기 영동 입자의 제조 방법, 전기 영동 슬러리 조성물 및 이를 포함하는 전기 영동 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무기 입자, 이러한 무기 입자 표면에 형성된 특정의 고분자 수지층 및 일정한 전하를 갖는 표면층을 포함하는 전기 영동 입자; 이러한 전기 영동 입자의 제조 방법; 상기 전기 영동 입자를 포함하는 전기 영동 슬러리 조성물; 및 상기 전기 영동 슬러리를 적용한 전기 영동 디스플레이 장치;에 관한 것이다.

Description

전기 영동 입자, 전기 영동 입자의 제조 방법, 전기 영동 슬러리 조성물 및 이를 포함하는 전기 영동 디스플레이 장치{ELECTROPHORESIS PARTICLE, PREPARATION METHOD OF ELECTROPHORESIS PARTICLE, ELECTROPHORESIS SLURRY COMPOSTION AND ELECTROPHORESIS DISPLAY DEVICE}
본 발명은 전기 영동 입자, 전기 영동 입자의 제조 방법, 전기 영동 슬러리 조성물 및 전기 영동 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 높은 대조비 및 응답 반응 속도를 구현할 수 있고, 전기 영동 슬러리 내에서 높은 형태 안정성 및 분산 안정성을 갖는 전기 영동 입자, 이러한 전기 영동 입자의 제조 방법, 상기 전기 영동 입자를 포함하는 전기 영동 슬러리 조성물 및 상기 전기 영동 슬러리 조성물을 포함하는 전기 영동 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 산업원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 10033294, 연구사업명: 산업소재 산업원천기술 개발사업(화학공정소재), 연구과제명: 저전압/장수명형 전자 잉크 소재 개발].
전자종이(Electronic Paper, Digital Paper)는 E-paper라고도 불리는데, 종이책, 종이신문, 종이잡지처럼 편리하게 휴대하고 필요할 때마다 쉽게 꺼내 볼 수 있고 메모도 할 수 있어 종이 역할을 할 수 있는 전자장치를 말한다.
이러한 전자종이는 전기 영동 디스플레이의 형태를 띌 수 있는데, 이러한 전기 영동 디스플레이는 유연하여 구부릴 수 있다는 장점을 가질 뿐 아니라, 기존의 평면 디스플레이 등에 비해 생산단가가 훨씬 저렴하며 별도의 배경조명 등이 필요하지 않으므로 에너지 효율도 월등히 앞선다. 이러한 전자종이는 매우 선명하고 시야각이 넓으며 전원이 없더라도 글씨가 완전히 사라지지 않는 메모리 기능도 가질 수 있다.
이러한 큰 장점으로 인하여, 전자종이는 종이와 같은 면과 움직이는 일러스트레이션을 갖는 전자서적, 자체 갱신성 신문, 이동 전화를 위한 재사용 가능한 종이 디스플레이, 폐기 가능한 TV 스크린 및 전자 벽지 등 실로 광대한 분야에 응용될 수 있으며 거대한 잠재 시장을 가지고 있다. 전자종이를 구현 방법에 따라 나누어 보면, 대표적으로 전기 영동(Electrophoresis) 방식, 액정(Liquid crystal) 방식, 토너 방식(QR-LPD), MEMS방식 등이 있다. 이들 중 전기 영동 방식은 유전성 용매 내에서 부유하는 대전 안료 입자들의 전기 영동 현상에 기초한 것으로서, 서로 대향하는 전극 사이에 전압차가 가해지면 인력에 의해서 대전 안료 입자가 반대되는 극을 지니는 전극으로 이동함으로서 색 또는 명암을 표현하게 된다.
이러한 전기 영동 디스플레이들 중, 가장 상용화에 근접한 기술은 마이크로캡슐(Microcapsule)형 전기 영동 디스플레이와 마이크로컵(Micro-cup)형 전기 영동 디스플레이로서, 이들은 색채의 표시소자로 입자(Particle)를 사용한다. 마이크로캡슐형 전기 영동 디스플레이는 대전 입자와 유동 유체 등을 포함하는 분산액을 마이크로캡슐화하여 대향하는 전극 사이에 배치하는 방식의 디스플레이 장치이고, 마이크로컵형 전기 영동 디스플레이는 대향하는 전극 사이에 격벽으로 정의되는 오목부 유닛이 형성되고 여기에 대전 입자 또는 대전 입자 슬러리가 봉입된 형태의 디스플레이 장치이다.
이전에 알려진 전기 영동 디스플레이 장치는 다양한 분야에 실제 적용될 수 있을 정도의 색상 구현력 또는 대조비 등을 갖지 못하였으며, 구동 전압에 대한 반응성 또는 구동 전압 소거시에 잔상을 적절히 유지할 수 있는 능력을 충분히 확보하지 못하였다. 또한, 이전에 알려진 전기 영동 입자는 유동 유체 상에 안정적으로 분산되지 못하여 뭉치기나, 장기 보관 또는 사용시 그 물성이 크게 저하되는 문제점을 가지고 있었다.
이에 따라, 상대적으로 낮은 구동 전압에 대해서도 높은 반응 속도를 나타내어 소비 전력을 낮추면서도 보다 높은 대조비 및 색조비를 구현할 수 있는 전기 영동 장치의 상용화가 필요하다.
본 발명은 높은 대조비 및 응답 반응 속도를 구현할 수 있고, 전기 영동 슬러리 내에서 높은 형태 안정성 및 분산 안정성을 갖는 전기 영동 입자를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 전기 영동 입자를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 전기 영동 입자를 포함하여, 높은 대조비 및 응답 반응 속도를 구현할 수 있는 전기 영동 슬러리 조성물을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 높은 대조비 및 응답 반응 속도를 갖는 전기 영동 디스플레이 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은, 무기 입자; 상기 무기 입자의 표면에 형성된 고분자 수지층; 및 상기 고분자 수지층과 결합되고, -30mV 내지 -200mV의 제타 전위(Zeta potential)를 갖는 표면층;을 포함하는, 전기 영동 입자를 제공한다.
또한, 본 발명은, 무기 입자의 표면에 고분자 수지층을 형성하는 단계; 및 상기 고분자 수지층 상에 -30mV 내지 -200mV의 제타 전위(Zeta potential)를 갖는 표면층을 형성하는 단계를 포함하는, 전기 영동 입자의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 전기 영동 입자; 및 유동 유체를 포함하는 전기 영동 슬러리 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은, 서로 대향하는 2개의 기판; 상기 2개의 기판 사이에 형성된 전기 영동부; 및 상기 전기 영동부 내에 위치하는 상기 전기 영동 슬러리 조성물을 포함하는 전기 영동 디스플레이 장치를 제공한다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른, 전기 영동 입자, 전기 영동 입자의 제조 방법, 전기 영동 슬러리 조성물 및 전기 영동 디스플레이 장치에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 명세서에서, '전기 영동 입자'라 함은 일정한 대전 특성을 가질 수 있고, 특정의 전압이 가해지는 전극 사이에서 인력에 의해서 반대로 대전된 전극으로 이동하여 색 또는 명암을 표현할 수 있는 입자를 의미한다.
또한, (메타)아크릴-는 아크릴- 및 메타크릴-를 양쪽 모두를 의미한다. 예를 들어, (메타)아크릴레이트는 아크릴레이트 및 메타크릴레이트를 양쪽 모두를 의미하며, (메타)아크릴산은 아크릴산과 메타크릴산 양쪽 모두를 의미한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 무기 입자; 상기 무기 입자의 표면에 형성된 고분자 수지층; 및 상기 고분자 수지층과 결합되고, -30mV 내지 -200mV의 제타 전위(Zeta potential)를 갖는 표면층;을 포함하는, 전기 영동 입자가 제공될 수 있다.
본 발명자들은, -30mV내지 -300mV 의 제타 전위(Zeta potential)를 갖는 표면층이 외부에 형성되어 있는 전기 영동 입자가, 상대적으로 낮은 구동 전압에 대해서도 높은 반응 속도를 나타내어 소비 전력을 낮출 수 있으며, 전기 영동 입자들 간에 일정한 척력을 발생하여 전기 영동 슬러리 내에서 보다 높은 쌍안정성 및 분산 안정성을 나타낼 수 있고, 표면 대전 특성 등으로 인하여 전기 영동 디스플레이 장치에서 높은 대조비 및 응답 반응 속도를 구현할 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.
특히, 상기 전기 영동 입자는 표면에 -30mV 내지 -200mV, 바람직하게는 -70mV 내지 -180mV, 보다 바람직하게는 -100mV 내지 -150mV의 제타 전위(Zeta potential)를 나타낼 수 있다. 이러한 전기 영동 입자는 전기 영동 디스플레이 장치의 구동 전압을 낮추어 전체 소비 전력을 줄일 수 있으며, 동일한 구동 전압 영역에서도 보다 높은 응답 속도와 함께 높은 대조비 또는 색도비를 구현할 수 있다. 또한, 상기 전기 영동 입자들은 표면의 전하 특성으로 인하여 일정한 입자간의 척력을 발생시킬 수 있으며, 이에 따라 전기 영동 슬러리의 분산도를 향상시켜 쌍안정성을 높일 수 있고, 전체 화소를 향상 할 수 있다.
상기 전기 영동 입자는 표면의 제타 전위가 -30mV 이상인 경우에는, 전기 영동 장치에 전압이 인가되어도 명암이나 색상 구현이 잘 되지 않거나 일정 수준 이상의 대조비를 구현하는데 긴 시간이 소요되며, 입자간의 응집 현상으로 인하여 화소가 떨어지며 구동 횟수가 증가할수록 응답 속도 및 대조비가 현저히 떨어질 수 있다.
또한, 상기 전기 영동 입자는 표면의 제타 전위가 -200mV 미만인 경우에는, 전기 영동 입자와 다른 성분 들간의 응답 속도 차이가 너무 커지거나, 전하량이 지나치게 커져서 다른 성분 들과 뭉치는 현상이 나타날 수 있다.
상기 전기 영동 입자의 표면 제타 전위 특성은 상술한 표면층으로부터 기인한다. 이러한 표면층은 (메타)아크릴레이트계 고분자 수지를 포함할 수 있으며, 이러한 표면층에는 (메타)아크릴산이 결합되어 있을 수 있다. 구체적으로, 상기 표면층에 결합된 (메타)아크릴산은 상기 표면층에 포함된 (메타)아크릴레이트계 고분자 수지에 결합될 수 있으며, 이러한 (메타)크릴산의 카르복실기(-COOH)로 인하여 상술한 표면 제타 전위를 나타낼 수 있다.
한편, 후술하는 제조 방법에 나타난 바와 같이, 상기 표면에 고분자 수지층이 형성된 무기 입자와 (메타)아크릴레이트계 단량체를 반응시키면, 상기 고분자 수지층 상에 또 다른 제2의 고분자 수지층이 형성되며 이러한 제2 고분자 수지층의 표면에 미반응 모노머가 남게 된다. 이러한 제2 고분자 수지층의 표면에 존재하는 미반응 모노머가 (메타)아크릴산과 반응을 함에 따라, 최종적으로 (메타)아크릴레이트계 고분자 수지를 포함하고 표면에 (메타)아크릴산이 결합되어 있는 표면층이 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 미반응 모노머와 반응하는 (메타)아크릴산의 사용량을 최적화하여야 (메타)아크릴산이 상기 표면층에 균일하게 결합될 수 있으며, 상기 전기 영동 입자가 상술한 범위의 제타 전위를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 (메타)아크릴레이트계 고분자 수지에 대한 상기 (메타)아크릴산의 중량 비율은 0.5% 내지 30%, 바람직하게는 2% 내지 25%, 보다 바람직하게는 8% 내지 18%일 수 있다. 상기 (메타)아크릴레이트계 고분자 수지에 대한 상기 (메타)아크릴산의 중량 비율이 0.5% 미만이면, 상기 표면층이 갖는 제타 전위의 절대값이 크게 낮아질 수 있다. 또한, 상기 (메타)아크릴레이트계 고분자 수지에 대한 상기 (메타)아크릴산의 중량 비율이 30% 초과이면, 상기 (메타)아크릴산이 표면층에 불균일하게 결합되는 등의 이유로 상기 표면층이 갖는 제타 전위의 절대값이 크게 낮아질 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 표면층은 (메타)아크릴레이트계 고분자 수지를 포함한 고분자 수지를 포함할 수 있으며, 이러한 고분자 수지는 10,000 내지 200,000의 중량평균분자량을 가질 수 있다.
상기 표면층에 포함되는 (메타)아크릴레이트계 고분자 수지는 (메타)아크릴레이트계 단량체를 중합하여 형성된 중합체 또는 공중합체일 수 있다. 또한, 이러한 (메타)아크릴레이트계 고분자 수지는 (메타)아크릴레이트계 단량체 뿐만 아니라 1이상의 관능기를 갖는 단량체를 추가로 사용하여 중합된 공중합체일 수 있다.
상기 (메타)아크릴레이트계 단량체의 예로는, 메틸 (메타)아크릴레이트, 에틸 (메타)아크릴레이트, n-프로필 (메타)아크릴레이트, 이소프로필 (메타)아크릴레이트, n-부틸 (메타)아크릴레이트, t-부틸 (메타)아크릴레이트, sec-부틸 (메타)아크릴레이트, 펜틸 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트, n-옥틸 (메타)아크릴레이트, 이소옥틸 (메타)아크릴레이트, 이소노닐 (메타)아크릴레이트로, 라우릴 (메타)아크릴레이트 또는 테트라데실 (메타)아크릴레이트 등의 (메타)아크릴계 단량체; 스티렌(styrene), a-메틸스티렌(a-methylstryene), p-브로모스티렌(p-bromostryene), p-메틸스티렌(p-methylstryene), p-클로로스티렌(p-chlorostryene) 또는 o-브로모스티렌(o-bromostryene) 등의 방향족 비닐계 단량체; 또는 아크릴로니트릴(acrylonitrile), 메타크릴로니트릴(methacrylonitrile) 또는 에타크릴로니트릴(ethacrylonitrile) 등의 비닐시안계 단량체 을 들 수 있다.
또한, 상기 (메타)아크릴레이트계 단량체는 하기 화학식1의 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식1]
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상기 화학식1에서, R2는 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기이고, R3는 직접 결합, 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬렌기, 또는 탄소수 2 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄의 알케닐렌기이고, R4는 수소 또는 메틸기이다.
상기 1이상의 관능기를 갖는 단량체는 비닐기 또는 (메타)아크릴레이트기를 포함하는 단량체일 수 있다. 상기1이상의 비닐기를 포함하는 단량체의 예로는 디비닐벤젠 등을 들 수 있다. 또한, 상기1이상의 (메타)아크릴레이트기를 포함하는 단량체의 예로는, 1,2-에탄디올디아크릴레이트; 1,3-프로판디올디아크릴레이트; 1,3-부탄디올디아크릴레이트; 1,4-부탄디올디아크릴레이트; 1,5-펜탄디올디아크릴레이트; 1,6-헥산디올디아크릴레이트; 에틸렌글리콜디아크릴레이트; 프로필렌글리콜디아크릴레이트; 부틸렌글리콜디아크릴레이트; 트리 에틸렌글리콜디아크릴레이트; 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트; 폴리프로필렌글리콜디아크릴레이트; 폴리부틸렌글리콜디아크릴레이트; 알킬아크릴레이트; 1,2-에탄디올디메타크릴레이트; 1,3-프로판디올메타크릴레이트; 1,3-부탄디올디메타크릴레이트; 에틸렌글리콜디메타크릴레이트; 프로필렌글리콜디메타크릴레이트; 부틸렌글리콜디메타크릴레이트; 트리에틸렌글리콜디메타크릴레이트; 폴리에틸렌글리콜디메타크릴레이트; 폴리프로필렌글리콜디메타크릴레이트; 폴리부틸렌글리콜디메타크릴레이트; 알릴메타크릴레이트; 우레탄아크릴레이트 또는 디알릴말레이트 등을 들 수 있다.
상기 표면층은 5nm 내지 20㎛의 두께를 가질 수 있다.
한편, 상기 무기 입자는 백색 또는 시각적으로 백색으로 구분될 수 있는 색상 또는 명암을 갖는 백색의 무기 입자일 수 있다. 이의 구체적인 예로는 산화 티타늄(TiO2), 산화 마그네슘(MgO), 산화 아연(ZnO), 산화 칼슘(CaO), 산화 지르코늄(ZrO2) 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다.
그리고, 이러한 무기 입자는 10nm 내지 10㎛, 바람직하게는 30nm 내지 1㎛, 보다 바람직하게는 100nm 내지 800nm의 최대 직경을 가질 수 있다. 상기 백색 무기 입자의 최대 직경이 너무 크면 입자 유동 속도가 저하되거나 상기 전기 영동 입자를 이용한 디스플레이 장치의 화소가 떨어질 수 있으며, 상기 백색 무기 입자의 직경이 너무 작으면 대조비가 크게 저하될 수 있다.
한편, 상기 고분자 수지층은 상기 무기 입자의 표면에 형성되어 있으며, 보다 바람직하게는 상기 백색 무기 입자의 표면을 둘러싸고 있을 수 있다. 후술하는 제조 방법에 나타난 바와 같이, 무기 입자가 분산된 수용성 용액에, (메타)아크릴레이트계 화합물, 1이상의 관능기를 갖는 단량체 및 중합 개시제를 첨가하고 40℃이상에 중합 반응을 진행함으로서, 상기 무기 입자의 표면에 고분자 수지층이 형성될 수 있다.
상기 고분자 수지층은 10,000 내지 200,000의 중량평균분자량을 갖는 (메타)아크릴레이트계 고분자 수지를 포함할 수 있다.
상기 고분자 수지층에 포함되는 (메타)아크릴레이트계 고분자 수지는 (메타)아크릴레이트계 단량체를 중합하여 형성된 중합체 또는 공중합체일 수 있다. 또한, 이러한 (메타)아크릴레이트계 고분자 수지는 (메타)아크릴레이트계 단량체 뿐만 아니라 1이상의 관능기를 갖는 단량체를 추가로 사용하여 중합된 공중합체일 수 있다.
상기 (메타)아크릴레이트계 단량체로는, 상기 표면층의 (메타)아크릴레이트계 고분자 수지의 합성에 사용될 수 있는 것으로 제시한 예의 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 상기 1이상의 관능기를 갖는 단량체에 관한 내용도 상술한 바와 같다.
상기 고분자 수지층은 1nm 내지 50㎛, 바람직하게는 10 nm 내지 1um의 두께를 가질 수 있다. 상기 고분자 수지층의 두께가 너무 크면, 상기 전기 영동 입자를 사용한 전기 영동 디스플레이 장치의 대조비가 저하될 수 있으며, 상기 고분자 수지층의 두께가 너무 작으면 입자의 밀도가 높아 쌍안정성이 유지되지 않을 수 있다.
상기 전기 영동 입자는 상술한 고분자 수지층을 2층 이상으로 포함할 수도 있다.
상기 전기 영동 입자는 상기 무기 입자 50 내지 90 중량%; 상기 고분자 수지층 1 내지 40 중량%; 및 상기 표면층 1 내지 40 중량%을 포함할 수 있다.
상기 전기 영동 입자는 상기 고분자 수지층 및 표면층을 포함함으로서 무기 입자만을 사용하는 경우에 비하여 낮은 밀도값을 가질 수 있으며, 이에 따라 다른 종류의 전기 영동 입자, 예를 들어 산화철, CuCr(수정) 또는 Carbon Balck등의 유색 입자와 전기 영동 슬러리에서 혼합되어도 밀도차에 따라 쌍안정성이 크게 저하되지 않을 수 있고, 유동 유체 내에서 입자들의 뭉침 없이 안정적으로 분산될 수 있다.
상기 전기 영동 입자는 상대적으로 낮은 밀도, 예를 들어 3.9g/㎤이하의 밀도, 바람직하게는 3.0 내지 3.8g/㎤를 가질 수 있다.
한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 무기 입자의 표면에 고분자 수지층을 형성하는 단계; 및 상기 고분자 수지층 상에 -30mV 내지 -200mV의 제타 전위(Zeta potential)를 갖는 표면층을 형성하는 단계를 포함하는, 전기 영동 입자의 제조 방법 이 제공될 수 있다.
상기 제조 방법에 의하여 제조된 전기 영동 입자는 상대적으로 낮은 구동 전압에 대해서도 높은 반응 속도를 나타내어 소비 전력을 낮출 수 있으며, 전기 영동 입자들 간에 일정한 척력을 발생하여 전기 영동 슬러리 내에서 보다 높은 쌍안정성 및 분산 안정성을 나타낼 수 있고, 표면 대전 특성 등으로 인하여 전기 영동 디스플레이 장치에서 높은 대조비 및 응답 반응 속도를 구현할 수 있다.
특히, 상기 제조되는 전기 영동 입자는 표면에 -30mV 내지 -200mV, 바람직하게는 -70mV 내지 -180mV, 보다 바람직하게는 -100mV 내지 -150mV의 제타 전위(Zeta potential)를 나타낼 수 있다.
구체적으로, 상기 무기 입자의 표면에 고분자 수지층을 형성하는 단계는, 무기 입자가 분산된 수용성 용액에, (메타)아크릴레이트계 화합물, 1이상의 관능기를 갖는 단량체 및 중합 개시제를 첨가하고 40℃이상에 중합 반응을 진행하는 단계를 포함할 수 있다.
소수성인 무기 입자를 수용성 용액에 분산시키고, 아러한 분산 용액에 (메타)아크릴레이트계 화합물, 1이상의 관능기를 갖는 단량체 및 중합 개시제를 첨가하면, 고분자 수지층이 표면에 형성된 무기 입자를 얻을 수 있다.
상기 수용성 용액은 물(H2O), 또는 물과 수용성 물질을 포함하는 용액을 의미한다. 상기 수용성 물질의 예가 구체적으로 한정되는 것은 아니며, 상기 무기 입자 또는 고분자 수지층의 성질을 변화시키지 않는 각종 수용성 염이나 수용성 물질일 수 있다.
상기 무기 입자의 표면에 고분자 수지층을 형성하는 단계는, 상기 수용성 용액에 무기 입자 및 분산 안정제를 첨가하고 고속 교반하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 무기 입자는 소수성이여서 수용성 용액에 원활히 분산되지 않을 수 있으며, 이에 따라 폴리비닐알코올(PVA) 등의 무기 입자와 함께 분산 안정제를 수용성 용액에 첨가하고 고속 교반, 예를 들어 교반기(Homogeneizer)를 이용하여 1000rpm 이상의 속도로 교반하여 균질한 분산액을 얻을 수 있다.
한편, 상기 고분자 수지층 상에 -30mV 내지 -200mV의 제타 전위(Zeta potential)를 갖는 표면층을 형성하는 단계는, 상기 고분자 수지층이 표면에 형성된 무기 입자가 분산된 수용성 용액에, (메타)아크릴레이트계 화합물, 1이상의 관능기를 갖는 단량체 및 중합 개시제를 첨가하고 40℃이상에 중합 반응을 진행하는 단계; 및 상기 중합 반응의 결과물에, 아크릴산 및 메타크릴산으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물 및 중합 개시제를 첨가하고 40℃이상에 중합 반응을 진행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 표면에 고분자 수지층이 형성된 무기 입자와 (메타)아크릴레이트계 단량체를 반응시키면, 상기 고분자 수지층 상에 또 다른 제2의 고분자 수지층이 형성되며 이러한 제2 고분자 수지층의 표면에 미반응 모노머가 남게 된다. 이러한 제2 고분자 수지층의 표면에 존재하는 미반응 모노머가 (메타)아크릴산과 반응을 함에 따라, 최종적으로 (메타)아크릴레이트계 고분자 수지를 포함하고 표면에 (메타)아크릴산이 결합되어 있는 표면층이 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 미반응 모노머와 반응하는 (메타)아크릴산의 사용량을 최적화하여야 (메타)아크릴산이 상기 표면층에 균일하게 결합될 수 있으며, 상기 전기 영동 입자가 상술한 범위의 제타 전위를 가질 수 있다.
상기 고분자 수지층이 표면에 형성된 무기 입자가 분산된 수용성 용액에 첨가되는 (메타)아크릴레이트계 화합물에 대한 상기 아크릴산 및 메타크릴산으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물의 중량 비율은 0.5% 내지 30%, 바람직하게는 2% 내지 25%, 보다 바람직하게는 8% 내지 18%일 수 있다.
상기 (메타)아크릴레이트계 화합물에 대한 상기 (메타)아크릴산의 중량 비율이 0.5% 미만이면, 상기 표면층에 결합되는 (메타)아크릴산의 양이 충분하지 못하여 상기 표면층이 갖는 제타 전위의 절대값이 크게 낮아질 수 있다. 또한, 상기 (메타)아크릴레이트계 화합물에 대한 상기 (메타)아크릴산의 중량 비율이 30% 초과이면, 상기 (메타)아크릴산이 표면층에 불균일하게 결합되는 등의 이유로 상기 표면층이 갖는 제타 전위의 절대값이 크게 낮아질 수 있다.
상기 중합 반응의 결과물에 첨가되는 (메타)아크릴산 및 중합 개시제는, 수용성 용액에 혼합되어 사용될 수 있으며, 이러한 수용성 용액은 물 또는 알코올 등의 수용성 물질을 포함할 수 있다.
상기 무기 입자의 표면에 고분자 수지층을 형성하는 단계 또는 상기 표면층을 형성하는 단계에서 이루어지는 중합 반응은, 40℃ 이상의 온도에서 30분 이상의 시간 동안 이루어질 수 있으며, 구체적으로 40℃ 내지 200℃, 바람직하게는 60℃ 내지 150℃의 온도에서 1시간 내지 24시간 동안 이루어질 수 있다.
상기 중합 반응에 사용되는 (메타)아크릴레이트계 화합물, 1이상의 관능기를 갖는 단량체 또는 중합 개시제를 유기 용매에 혼합되어 사용될 수 있다. 이때 사용 가능한 유기 용매의 구체적인 예도 크게 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 벤젠, 클로로포름, 디에틸 에테르, 톨루엔, 헥산, 또는 카본 테트라클로라이드 등의 유기 용매나, 데카하이드로나프탈렌 (DECALIN), 5-에틸리덴-2-노르보르넨, 지방유, 파라핀유(Isopar G, Isopar L, Isopar M 등) 등의 하이드로카본; 톨루엔, 크실렌, 페닐크실릴에탄, 도데실벤젠 및 알킬나프탈렌 등의 방향족 하이드로카본; 퍼플루오르데칼린, 퍼플루오르톨루엔, 퍼플루오르크실렌, 디클로로벤조트리플루오라이드, 3,4,5-트리클로로벤조트리플루오라이드, 클로로펜타플루오르-벤젠, 디클로로노네인, 펜타클로로벤젠 등의 할로겐화 용매; 퍼플루오르 용매; 퍼플루오르폴리알킬에테르와 같은 폴리머들을 함유하는 저분자량 할로겐 용매 등을 사용할 수 있다.
상기 무기 입자의 표면에 고분자 수지층을 형성하는 단계 또는 상기 표면층을 형성하는 단계에서 사용 가능한 반응 개시제로는 통상적으로 알려진 열개시제를 사용할 수 있다.
이러한 열개시제의 구체적인 예로는, 2,2-아조비스-2,4-디메틸발레로니트릴, 2,2-아조비스이소부티로니트릴 또는 2,2-아조비스-2-메틸부티로니트릴 등의 아조계 개시제; 디프로필 퍼옥시디카보네이트, 디이소프로필 퍼옥시 디카보네이트, 비스-4-부틸시클로헥실 퍼옥시 디카보네이트, 디에톡시에틸 퍼옥시 디카보네이트, 디에톡시헥실 퍼옥시 디카보네이트, 헥실 퍼옥시 디카보네이트, 디메톡시부틸 퍼옥시 디카보네이트, 비스(3-메톡시-3-메톡시부틸)퍼옥시 디카보네이트, 헥실 퍼옥시 피발레이트, 아밀 퍼옥시 피발레이트, 부틸 퍼옥시 피발레이트 또는 트리메틸헥사노일 퍼옥사이드 등의 퍼옥시에스테르 화합물; 디메틸 하이드록시부틸 퍼옥사네오데카노에이트, 아밀 퍼옥시 네오데카노에이트 또는 부틸 퍼옥시 네오데카노에이트 등의 퍼옥시 디카보네이트 화합물; 3,5,5-트리메틸헥사노일 퍼옥사이드, 라우릴 퍼옥사이드 또는 디벤조일 퍼옥사이드 등의 아실 퍼옥사이드; 케톤 퍼옥사이드, 디알킬 퍼옥사이드, 퍼옥시 케탈 또는 히드로퍼옥사이드 등의 퍼옥사이드계 개시제 등을 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 사용할 수 있다.
상기 반응 개시제는 상기 사용되는 (메타)아크릴레이트계 화합물 100 중량부 대지 0.1 내지 20중량부로 사용할 수 있다.
상기 전기 영동 입자의 제조 방법은, 얻어진 전기 영동 입자를 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 건조 과정을 통하여 전기 영동 입자에 포함된 유기 용매 또는 수용액을 제거할 수 있다. 이러한 건조 과정에 사용될 수 있는 구체적인 방법 및 장치는 크게 제한되는 것은 아니며, 전기 영동 입자의 제조 과정에서 통상적으로 사용될 수 있는 장치 및 방법, 예를 들어 열풍이나 열원을 이용한 건조 또는 동결 건조 등을 사용할 수 있다.
한편, 상기 전기 영동 입자의 제조 방법에서는, 상기 무기 입자의 표면에 고분자 수지층을 형성하는 단계를 2회 이상 반복함으로서, 상기 무기 입자 표면에 2층 이상의 고분자 수지층을 형성할 수도 있다.
한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 상술한 전기 영동 입자; 및 유동 유체를 포함하는 전기 영동 슬러리 조성물이 제공될 수 있다.
상술한 전기 영동 입자를 포함한 전기 영동 슬러리 조성물은 상대적으로 낮은 구동 전압에 대해서도 높은 반응 속도를 나타내어 소비 전력을 낮출 수 있다. 또한, 상기 전기 영동 슬러리 조성물 내에서는 상술한 전기 영동 입자들 간에 일정한 척력을 발생하여 보다 높은 쌍안정성 및 분산 안정성을 나타낼 수 있고, 상기 전기 영동 입자의 표면 대전 특성 등으로 인하여 전기 영동 디스플레이 장치에서 높은 대조비 및 응답 반응 속도를 구현할 수 있다.
본 명세서에서 '전기 영동 슬러리'는 유동 유체, 전기 영동 입자 및 선택적으로 기타 성분(예를 들어, 염료, 안정제, 또는 분산제 등의 첨가제)를 포함하고, 특정의 구동 전압 하에서 상기 성분들이 일정한 반응 또는 구동을 할 수 있는 분산상의 물질을 의미한다.
상기 전기 영동 입자에 관한 내용은 상술한 바와 같다.
상기 유동 유체로는 20cP이하의 점도를 갖는 용매를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 20cP이하의 점도를 갖는 탄화수소계 용제를 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 유동 유체로는 2 내지 30의 유전 상수를 갖는 용매를 사용할 수 있다. 이러한 유동 유체의 예로는 데카하이드로나프탈렌 (DECALIN), 5-에틸리덴-2-노르보르넨, 지방유, 파라핀유(Isopar G, Isopar L, Isopar M 등) 등의 하이드로카본; 톨루엔, 크실렌, 페닐크실릴에탄, 도데실벤젠 및 알킬나프탈렌 등의 방향족 하이드로카본; 퍼플루오르데칼린, 퍼플루오르톨루엔, 퍼플루오르크실렌, 디클로로벤조트리플루오라이드, 3,4,5-트리클로로벤조트리플루오라이드, 클로로펜타플루오르-벤젠, 디클로로노네인, 펜타클로로벤젠 등의 할로겐화 용매; 퍼플루오르 용매; 퍼플루오르폴리알킬에테르와 같은 폴리머들을 함유하는 저분자량 할로겐 용매 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전기 영동 슬러리 조성물은 산화철, CrCu 및 Carbon Balck으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 유색 입자를 더 포함할 수 있다.
상기 유동 유체는 상술한 전기 영동 입자의 양을 고려하여 적절한 함량으로 사용될 수 있으며, 추가적인 첨가제의 사용에 따라서도 함량 범위가 적절히 변경될 수 있다.
한편, 상기 전기 영동 슬러리 조성물의 제조 방법은 별 다른 제한이 있는 것이 아니며, 통상적인 대전 입자의 슬러리를 제조하는데 사용하는 것으로 알려진 방법을 별 다른 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 전기 영동 입자 및 유동 유체를 그라인딩, 밀링(milling), 마멸(attriting), 마이크로플루다이징(micorfludizing) 또는 초음파 처리 등의 통상적은 방법으로 혼합하여 균일하게 분산된 전기 영동 슬러리를 형성할 수 있다.
그리고, 상기 전기 영동 슬러리 조성물을 전하조절제 및 분산안정제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
한편, 발명을 또 다른 구현예에 따르면, 서로 대향하는 2개의 기판; 상기 2개의 기판 사이에 형성된 전기 영동부; 및 상기 전기 영동부 내에 위치하는 상술한 전기 영동 슬러리 조성물을 포함하는 전기 영동 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
상기 전기 영동 디스플레이 장치는, 상술한 전기 영동 입자를 포함한 전기 영동 슬러리 조성물을 적용하여 상대적으로 낮은 구동 전압에 대해서도 높은 반응 속도를 나타내어 소비 전력을 낮출 수 있다. 또한, 상기 전기 영동 슬러리 조성물 내에서는 상술한 전기 영동 입자들 간에 일정한 척력을 발생하여 보다 높은 쌍안정성 및 분산 안정성을 나타낼 수 있고, 상기 전기 영동 입자의 표면 대전 특성 등으로 인하여 전기 영동 디스플레이 장치에서 높은 대조비 및 응답 반응 속도를 구현할 수 있다.
상기 '기판'은 전기 영동부를 포함하는 전기 영동 디스플레이 장치 내부의 양면, 예를 들어 상/하부면을 구성하는 기재면을 의미한다. 이러한 기판은 다양한 종류의 층 또는 구조물 또는 전기 영동을 위한 전극 등이 기판의 일면에 형성되거나 내부에 포함될 수 있다.
이에 따라, 상기 기판은 기재층, 전도성 기재층 또는 전극층 등을 포함할 수 있다. 상기 기재층으로는 디스플레이 소자의 기재 또는 기판으로 사용할 수 있는 것으로 알려진 것이면 별 다른 제한 없이 적용할 수 있고, 예를 들어 열가소성 또는 열경화성 수지를 사용하거나, PET, PAN, PI 또는 Glass 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 전도성 기재층은 디스플레이 소자에 통상적으로 사용되는 것으로 알려지는 전도성 소재를 별 다른 제한 없이 포함할 수 있으며, 예를 들어 CNT, 전도성 고분자 등을 사용할 수 있다. 그리고, 상기 전극층에는 디스플레이 소자에 사용될 수 있는 것으로 알려진 전극 물질을 별 다른 제한 없이 사용할 수 있으나, 양 기판에 포함된 전극 물질 중 적어도 하나는 투명 전극 물질, 예를 들어, ITO, SnO2, ZnO 또는 IZO(Indi㎛ Zinc Oxide) 등을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 전기 영동부는 서로 대향하는 기판 사이에 전압차가 가해지면 인력에 의해서 대전 입자들이 전극으로 이동하여 색 또는 명암을 구현하는 부분을 의미한다. 상기 전기 영동부는 상술한 전기 영동 슬러리를 포함할 수 있다.
상기 전기 영동부의 형태 또는 구조는 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 마이크로캡슐 또는 마이크로컵의 구조를 포함할 수 있다. 상기 마이크로컵은 전기영동 디스플레이 장치 내부에 형성된 컵 형상의 오목부를 의미하며, 예를 들어 서로 대향하는 2개의 전극과 상기 전극 사이에 형성된 격벽으로 둘러싸인 공간을 의미할 수 있다. 상기 마이크로캡슐은 전기영동 디스플레이 장치 내부에 형성되고 직경이 마이크로미터(㎛)단위인 구형 또는 타원 구형의 밀폐 용기를 의미한다.
상기 마이크로컵은 전기 영동부에 형성되는 격벽에 의하여 크기 및 형태가 정의될 수 있으며, 제조되는 전기 영동 디스플레이 장치의 특성 및 크기 등에 따라 적절히 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 격벽은 10 내지 100㎛의 높이 및 5 내지 50㎛의 두께를 가질 수 있고, 직사각형, 정사각형, 사다리꼴 등의 다양한 모양의 단면을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 마이크로컵은 원형, 삼각형, 사각형, 타원형 또는 다양한 다각형 등의 평면 모양을 가질 수 있다.
상기 마이크로캡슐의 크기 및 재질은 제조되는 디스플레이의 특성에 따라 조절할 수 있으며, 예를 들어 각각의 마이크로캡슐은 10내지 200 ㎛의 최장 입경을 갖는 구형 또는 타원 구형일 수 있다. 상기 마이크로캡슐은 결합제 또는 유기 용매와 더불어 일정한 기재에 결합되어 전기 영동부를 구성할 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니고 마이크로캡슐형 전기 영동 디스플레이에 사용가능 한 것으로 알려진 형태의 전기 영동부는 별 다른 제한 없이 사용 가능하다.
상술한 전기 영동 슬러리 조성물은 상기 전기 영동부 내에 위치하게 되는데, 즉 일정한 유동 유체에서 유동하는 전기 영동 입자가 포함될 수 있다. 이러한 전기 영동 슬러리 내에서 유동 유체의 부피비는 40% 내지 95%일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상대적으로 낮은 구동 전압에 대해서도 높은 반응 속도를 나타내어 소비 전력을 낮출 수 있으며, 이웃하는 입자들 간에 일정한 척력을 발생하여 전기 영동 슬러리 내에서 보다 높은 쌍안정성 및 분산 안정성을 나타낼 수 있고, 표면 대전 특성 등으로 인하여 전기 영동 디스플레이 장치에서 높은 대조비 및 응답 반응 속도를 구현할 수 있는 전기 영동 입자, 상기 전기 영동 입자의 제조 방법, 상기 전기 영동 입자를 포함하는 전기 영동 슬러리 조성물 및 상기 전기 영동 슬러리를 포함하는 전기 영동 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
도1은 실시예1의 전기 영동 입자를 사용하여 제조된 전기 영동 장치에 15V 및 -15V의 전압을 인가한 상태를 관찰한 전자 현미경 사진이다.
도2은 실시예2의 전기 영동 입자를 사용하여 제조된 전기 영동 장치에 15V 및 -15V의 전압을 인가한 상태를 관찰한 전자 현미경 사진이다.
도3은 실시예3의 전기 영동 입자를 사용하여 제조된 전기 영동 장치에 15V 및 -15V의 전압을 인가한 상태를 관찰한 전자 현미경 사진이다.
도4은 실시예4의 전기 영동 입자를 사용하여 제조된 전기 영동 장치에 15V 및 -15V의 전압을 인가한 상태를 관찰한 전자 현미경 사진이다.
도5은 실시예5의 전기 영동 입자를 사용하여 제조된 전기 영동 장치에 15V 및 -15V의 전압을 인가한 상태를 관찰한 전자 현미경 사진이다.
도6은 실시예6의 전기 영동 입자를 사용하여 제조된 전기 영동 장치에 15V 및 -15V의 전압을 인가한 상태를 관찰한 전자 현미경 사진이다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
< 실시예 : 전기 영동 입자의 제조 >
실시예1 .
(1) 상기 무기 입자의 표면에 고분자 수지층 형성
분산안정제인 폴리비닐알코올(PVA) 10g및 TiO2 20g를 분산매인 탈이온수 분산매에 첨가하고, 이러한 분산액을 교반기(Homogeneizer)를 이용해 7000rpm에서 30분 동안 균질화하여 유화시켰다.
그리고, 메틸메타아크릴레이트(MMA) 50g, 다관능성 단량체인 에틸렌글리콜디메타아크릴레이트(EGDMA) 10g, 및 중합 개시제 2,2]아조비스이소부틸로니트릴(AIBN) 1g를 혼합하고, 이러한 혼합물을 0.5mL씩 상기 유화 분산액에 첨가하면서, 질소분위기하에서 65℃에서 6시간동안 반응시키고, 온도를 75℃로 올려 4 시간 동안 반응시켰다.
상기 반응에 의하여 합성된 중합체를 여과한 후, 물과 에탄올 수용액으로 세척하고 여과물을 진공 오븐에 넣어 하루 동안 건조시켜 백색 무취의 입자를 제조하였다.
(2) 표면층 형성
분산안정제인 폴리비닐알코올(PVA) 7g및 상기 회수된 백색 무취의 입자 20g를 분산매인 탈이온수 분산매에 첨가하고, 이러한 분산액을 교반기(Homogeneizer)를 이용해 8000rpm에서 5분 동안 균질화하여 유화시켰다.
그리고, 메틸메타아크릴레이트(MMA) 50g, 다관능성 단량체인 디비닐벤젠(DVB) 20g및 중합 개시제로 [2,2]아조비스이소부틸로니트릴(AIBN) 1g를 혼합하고, 이러한 혼합물을 0.5mL씩 상기 유화 분산액에 첨가하면서, 질소분위기하에서 50℃에서 2시간 동안 반응시켰다.
이후, 상기 반응 결과물에 메타크릴산(MAA) 1g, AIBN 0.05g 및 에탄올 50g을 혼합한 용액을 한 방울씩 첨가하면서 65℃에서 6시간동안 반응시키고, 2시간 후 온도를 75℃로 올려 4 시간 동안 반응시켰다.
상기 반응에 의하여 합성된 중합체를 여과한 후, 물과 에탄올 수용액으로 세척하고 여과물을 진공 오븐에 넣어 하루 동안 건조시켜, 전기 영동 입자를 얻었다.
실시예2 .
상기 표면층 형성 단계에서, 상기 반응 결과물에 MAA 3g, 중합개시제(AIBN) 0.15g 및 에탄올 50g을 혼합한 용액을 한 방울씩 첨가하면서 50℃에서 3시간 동안 반응 시킨 점을 제외하고, 실시예1과 동일한 방법으로 전기 영동 입자를 얻었다.
실시예3 .
상기 표면층 형성 단계에서, 상기 반응 결과물에 MAA 5g, 중합개시제(AIBN) 0.25g 및 에탄올 50g을 혼합한 용액을 한 방울씩 첨가하면서 50℃에서 3시간 동안 반응 시킨 점을 제외하고, 실시예1과 동일한 방법으로 전기 영동 입자를 얻었다.
실시예4 .
상기 표면층 형성 단계에서, 상기 반응 결과물에 MAA 8g, 중합개시제(AIBN) 0.45g 및 에탄올 50g을 혼합한 용액을 한 방울씩 첨가하면서 50℃에서 3시간 동안 반응 시킨 점을 제외하고, 실시예1과 동일한 방법으로 전기 영동 입자를 얻었다.
실시예5 .
상기 표면층 형성 단계에서, 상기 반응 결과물에 MAA 10g, 중합개시제(AIBN) 0.50g 및 에탄올 50g을 혼합한 용액을 한 방울씩 첨가하면서 50℃에서 3시간 동안 반응 시킨 점을 제외하고, 실시예1과 동일한 방법으로 전기 영동 입자를 얻었다.
< 비교예 : 전기 영동 입자의 제조 >
(1) 상기 무기 입자의 표면에 고분자 수지층 형성
분산안정제인 폴리비닐알코올(PVA) 10g및 TiO2 20g를 분산매인 탈이온수 분산매에 첨가하고, 이러한 분산액을 교반기(Homogeneizer)를 이용해 7000rpm에서 30분 동안 균질화하여 유화시켰다.
그리고, 메틸메타아크릴레이트(MMA) 50g, 다관능성 단량체인 에틸렌글리콜디메타아크릴레이트(EGDMA) 10g, 및 중합 개시제 2,2]아조비스이소부틸로니트릴(AIBN) 1g를 혼합하고, 이러한 혼합물을 0.5mL씩 상기 유화 분산액에 첨가하면서, 질소분위기하에서 65℃에서 6시간동안 반응시키고, 온도를 75℃로 올려 4 시간 동안 반응시켰다.
상기 반응에 의하여 합성된 중합체를 여과한 후, 물과 에탄올 수용액으로 세척하고 여과물을 진공 오븐에 넣어 하루 동안 건조시켜 백색 무취의 입자를 제조하였다.
(2) 표면층 형성
분산안정제인 폴리비닐알코올(PVA) 7g및 상기 회수된 백색 무취의 입자 20g를 분산매인 탈이온수 분산매에 첨가하고, 이러한 분산액을 교반기(Homogeneizer)를 이용해 8000rpm에서 5분 동안 균질화하여 유화시켰다.
그리고, 메틸메타아크릴레이트(MMA) 50g, 다관능성 단량체인 디비닐벤젠(DVB) 20g및 중합 개시제로 [2,2]아조비스이소부틸로니트릴(AIBN) 1g를 혼합하고, 이러한 혼합물을 0.5mL씩 상기 유화 분산액에 첨가하면서, 질소분위기하에서 50℃에서 2시간 동안 반응시켰다.
상기 반응에 의하여 합성된 중합체를 여과한 후, 물과 에탄올 수용액으로 세척하고 여과물을 진공 오븐에 넣어 하루 동안 건조시켜, 전기 영동 입자를 얻었다.
< 실험예 >
　실험예 1. 전기 영동 입자의 물성 측정
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 전기 영동 입자의 Zeta potential을 OTSUKA ELECTRONIS의 ELS-8000을 사용하여 전기 영동 입자의 표면 전하를 측정하여 구하였다.
전기 영동 입자의 제타 포텐셜 측정 결과
제타 포텐셜 측정(mV)
실시예1 -52.75
실시예2 -78.36
실시예3 -120.68
실시예4 -125.56
실시예5 -70.55
비교예 -15.23
상기 표1에 나타난 바와 같이, 실시예에서 얻어지는 전기 영동 입자는 -52.75 mV 내지 -125.56 mV의 제타 전위를 갖는 것으로 확인되었으며, 이는 실시예의 전기 영동 입자의 표면층에 결합된 메타아크릴산으로부터 유래된 것으로 보인다.
구체적으로, 실시예의 전기 영동 입자의 표면층 형성시 첨가된 메타아크릴산의 양이 증가할수록 측정되는 제타 전위의 절대값은 커지는 경향성이 확인되었다. 특히 상기 표면층 형성에 사용된 (메타)아크릴레이트계 화합물[메틸메타아크릴레이트]의 중량 대비 대략 10% 내지 16%의 메타크릴 산(methacrylic acid)을 사용한 경우 제타 전위의 절대값이 크게 높아지는 점을 확인할 수 있다.
실시예5의 경우는 상기 표면층 형성에 사용된 (메타)아크릴레이트계 화합물 대비 메타크릴 산의 사용 함량이 커짐에 따라서 중합 효율이 조금 낮아지고 표면 제타 전위의 절대값이 낮아진 것으로 보인다.
실험예 2. 전기 영동 디스플레이 장치의 성능 측정
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 전기 영동 입자를 사용하여 얻어진 전기 영동 슬러리를 전기 영동 디스플레이 장치의 구동 특성을 다음과 같이 평가하였다.
(1) 대조비 측정
상기 실시예 및 비교예에서 얻어진 전기 영동 입자를 5:1의 비율로 하이드로카본계 용매(Isopar G:Halocarbon = 1:1 solution)에 분산시켜 전기 영동 입자 슬러리를 제조하였다. 이러한 전기 영동 입자 슬러리를 상/하판에 전류가 통할 수 있는 ITO셀(40mm X 45mm X 80um: 가로*세로*높이)에 주입하고 상/하부에 +15V 및 -15V 의 전압을 인가한 후, 백색 반사율의 최대값의 절대값과 흑색 반사율 최소값의 절대값을 측정한 뒤, 상기 2개의 값을 나누어 비율로 환산하여 측정하였다.
구체적으로, 상기 ITO셀에 의하여 구현되는 명암을 KONICA MINOLTA사의 CHROMA METER CS-100A 휘도계를 이용하여 측정하고 휘도값(L)을 얻었으며, Standard white plate 인 barium sulfate(100cd/m2)로 만들어진 plate와 비교하여 L* 값(휘도)을 산정하였다.
(2) 반응 속도 측정
상기 대도비 측정시와 동일한 방법으로 ITO 상/하판 사이에 전자 영동 슬러리를 주입하고 +15V 및 -15V의 전압을 인가하여 백색 휘도의 최대값 및 흑색 휘도의 최소값에 이르는 시간을 측정하였다.
상기 측정된 대조비 및 반응 속도의 결과를 하기 표2에 나타내었다.
전기영동 입자의 대조비 및 반응 속도 측정 결과
대조비 반응속도
(L/sec)
실시예1 2.57:1 32.35
실시예2 3.89:1 46.23
실시예3 4.55:1 45.21
실시예4 4.21:1 48.23
실시예5 2.18:1 24.51
비교예 1.25:1 10.21
상기 표2에 나타난 바와 같이, 실시예에서 얻어진 전기 영동 입자를 사용하는 경우 2:1이상의 대조비와 20 L/sec 이상의 반응 속도를 구현할 수 있다는 점이 확인되었다. 특히, 실시예 3 및 4의 전기 영동 입자(상기 표면층 형성에 사용된 (메타)아크릴레이트계 화합물[메틸메타아크릴레이트]의 중량 대비 대략 10% 내지 16%의 메타크릴 산(methacrylic acid)을 사용)는 4:1이상의 대조비와 45 L/sec 이상의 반응 속도를 나타내어 보다 우수한 성능 및 효과를 갖는다는 점이 확인되었다.
즉, 제조되는 전기 영동 입자 표면의 제타 전위가 증가할수록 입자의 반응 속도는 증가하게 되어, 이에 따라 전기 영동 장치의 대조비와 반응 속도가 전체적으로 상승할 수 있다.
이에 반하여, 비교예에서 얻어진 전기 영동 입자를 사용한 경우, 1.25:1의 대조비와 10.21 L/sec의 반응속도를 나타내어, 실시예의 전기 영동 입자에 비하여 성능이 크게 낮다는 것을 확인할 수 있다. 뿐만 아니라, 하기 도6에 나타난 바와 같이, 비교예에서 얻어진 전기 영동 입자를 사용하면 백색과 흑색을 짧은 시간안에 명확히 구별하기 어려웠으며, 명확한 명암비를 구현하기 위해서는 1분 이상의 시간이 소요되었다.
(3) 광학 현미경 측정
상기 대조비 및 반응 속도 측정 과정에서, 상기 ITO셀의 상부 및 하부에 +15V 및 -15V 의 전압을 가하면서 전자 현미경을 이용하여 백색도 및 입자 형상을 관찰하였다. 이와 같은 관찰 결과를 나타낸 도 1내지 6에서 확인되는 바와 같이, +15V의 전압을 인가하였을 때 백색도가 상승하였다.
실시예의 전기 영동 입자를 사용한 실시예 1 내지 5에 관한 도 내지 5에서 확인되는 바와 같이, 실시예의 전기 영동 입자는 비교예의 전기 영동 입자에 비하여 백색과 흑색을 보다 명확히 구현해낼 수 있었으며, 보다 우수한 입자의 형태 안정성이나 전기 영동 입자 슬러리를 안정성(입자의 응집 현상 등의 발생 여부)를 나타내었다.
특히, 실시예 3 및 실시예4의 전기 영동 입자를 이용한 경우, 전압을 가한 이후에 일정 수준 이상의 명암비를 구현하는데 까지 걸리는 시간(예를 들어, 2:1 이상의 대조비를 구현하는데 걸린 시간)이 매우 짧으며, 백색 및 흑색을 명확히 구현해내었고, 입자나 슬러리가 부분적으로 뭉치는 현상도 최소화할 수 있었다.

Claims (23)

  1. 무기 입자;
    상기 무기 입자의 표면에 형성된 고분자 수지층; 및
    상기 고분자 수지층과 결합되고, -30mV 내지 -200mV의 제타 전위(Zeta potential)를 갖는 표면층;을 포함하는, 전기 영동 입자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면층은 (메타)아크릴레이트계 고분자 수지를 포함하고 표면에 (메타)아크릴산이 결합되어 있는, 전기 영동 입자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (메타)아크릴레이트계 고분자 수지에 대한 상기 (메타)아크릴산의 중량 비율은 0.5% 내지 30%인, 전기 영동 입자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 표면층은 5nm 내지 20㎛의 두께를 갖는, 전기 영동 입자
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무기 입자는 산화 티타늄(TiO2), 산화 마그네슘(MgO), 산화 아연(ZnO), 산화 칼슘(CaO) 및 산화 지르코늄(ZrO2)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 전기 영동 입자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무기 입자는 10nm 내지 10㎛의 최대 직경을 갖는 전기 영동 입자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 수지층은 10,000 내지 200,000의 중량평균분자량을 갖는 (메타)아크릴레이트계 고분자 수지를 포함하고, 전기 영동 입자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 수지층은 1nm 내지 50㎛의 두께를 갖는, 전기 영동 입자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 무기 입자 50 내지 90 중량%;
    상기 고분자 수지층 1 내지 40 중량%; 및
    상기 표면층 1 내지 40 중량%을 포함하는, 전기 영동 입자.
  10. 제1항에 있어서,
    3.9g/㎤이하의 밀도를 갖는 전기 영동 입자.
  11. 무기 입자의 표면에 고분자 수지층을 형성하는 단계; 및
    상기 고분자 수지층 상에 -30mV 내지 -200mV의 제타 전위(Zeta potential)를 갖는 표면층을 형성하는 단계를 포함하는, 전기 영동 입자의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 무기 입자의 표면에 고분자 수지층을 형성하는 단계는, 무기 입자가 분산된 수용성 용액에, (메타)아크릴레이트계 화합물, 1이상의 관능기를 갖는 단량체 및 중합 개시제를 첨가하고 40℃이상에 중합 반응을 진행하는 단계를 포함하는 전기 영동 입자의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    수용성 용액에 무기 입자 및 분산 안정제를 첨가하고 고속 교반하는 단계를 더 포함하는, 전기 영동 입자의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 고분자 수지층 상에 -30mV 내지 -200mV의 제타 전위(Zeta potential)를 갖는 표면층을 형성하는 단계는,
    상기 고분자 수지층이 표면에 형성된 무기 입자가 분산된 수용성 용액에, (메타)아크릴레이트계 화합물, 1이상의 관능기를 갖는 단량체 및 중합 개시제를 첨가하고 40℃이상에 중합 반응을 진행하는 단계; 및
    상기 중합 반응의 결과물에, (메타)아크릴산 및 중합 개시제를 첨가하고 40℃이상에 중합 반응을 진행하는 단계를 포함하는, 전기 영동 입자의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 (메타)아크릴레이트계 화합물에 대한 상기 아크릴산 및 메타크릴산으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물의 중량 비율이 0.5% 내지 30%인, 전기 영동 입자의 제조 방법.
  16. 제12항 또는 제14항에 있어서,
    상기 중합 개시제는 아조계 화합물, 퍼옥시에스테르 화합물, 퍼옥시 디카보네이트계 화합물, 아실 퍼옥사이드계 및 퍼옥사이드계 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 열개시제를 포함하는 전기 영동 입자의 제조 방법.
  17. 제1항의 전기 영동 입자; 및 유동 유체를 포함하는 전기 영동 슬러리 조성물.
  18. 제17항에 있어서,
    산화철, CrCu 및 Carbon Balck으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 유색 입자를 더 포함하는 전기 영동 슬러리 조성물.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 유동 유체는 20cP이하의 점도를 갖는 전기 영동 슬러리 조성물.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 유동 유체는 2 내지 30의 유전 상수를 갖는 용매를 포함하는 전기 영동 슬러리 조성물.
  21. 제17항에 있어서,
    전하조절제 및 분산안정제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함하는 전기 영동 슬러리 조성물.
  22. 서로 대향하는 2개의 기판;
    상기 2개의 기판 사이에 형성된 전기 영동부; 및
    상기 전기 영동부 내에 위치하는 제15항의 전기 영동 슬러리 조성물을 포함하는 전기 영동 디스플레이 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 전기 영동부가 마이크로셀 또는 마이크로컵를 포함하는 전기 영동 디스플레이 장치.
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