KR20160136794A

KR20160136794A - 광결정 표시장치 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20160136794A
Application number: KR1020150070813A
Authority: KR
Inventors: 이원목; 박주현
Original assignee: 세종대학교산학협력단
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2016-11-30
Also published as: KR101726612B1

Abstract

광결정 표시장치 및 상기 광결정 표시장치의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

광결정 표시장치 및 이의 제조 방법{PHOTONIC CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND PREPARING METHOD OF THE SAME}

본원은, 광결정 표시장치 및 상기 광결정 표시장치의 제조 방법에 관한 것이다.

최근 전기적으로 구동 가능한 다양한 표시장치가 개발되고 있다. 이 가운데 차세대 표시장치의 일종으로서, 전자 잉크(electronic-ink)를 들 수 있다. 전자 잉크는 서로 다른 전하를 가진 흑백의 입자가 액체 분산매에 분산된 후 캡슐화 되어, 전기장 인가에 의해 흰색과 검은색을 나타내어 시간에 따라 표시된 내용이 바뀌는 기술이다. 전자 잉크는 저전력 구동이 가능하며 플렉서블(flexible) 표시장치 제작이 가능하다는 장점으로 인해 각광을 받고 있다. 그러나, 전자 잉크는 흑백의 표현만이 가능하고 표시내용의 전환이 느리다는 단점을 가지고 있다. 전자 잉크의 단점을 극복하기 위해 액상 분산매에 입자가 분산될 때 면심 입방 구조로 정렬되어 특정 파장의 빛을 반사시키는 광결정(photonic crystal) 원리를 이용한 풀컬러 반사형 표시소자가 연구 개발되었다.

종래 액상 광결정을 이용한 반사색 조절방법으로 사용한 나노입자는 이종의 물질로 코어-셀(core-shell), 멀티-코어(multi-core), 또는 클러스터(cluster)를 형성하여 이들 입자에 전하층을 감싸는 구조를 구성한 후, 전기 분극을 이용해 반사색을 조절하였다[대한민국 공개특허 제2011-0103372호]. 이러한 방법은 입자 제조 과정이 복잡하고 높은 단가를 가진다. 또한 간단한 고분자 입자 제조 과정으로 전기영동을 이용한 반사색 조절방법이 있는데, 이러한 방법은 유전상수가 높은 물에 입자를 물에 분산시켜 유사한 방법으로 표시장치를 구현하였다[대한민국 등록특허 제2009-0922892호]. 물의 전기분해 및 휘발성 문제를 개선하기 위하여 2 종 이상의 복합 분산매에 광결정 입자를 분산하여 광결정을 형성함으로써 부반응이 없고 휘발성이 낮아 안정성이 증진되며, 상기 복합 분산매의 농도 조절을 통하여 상기 광결정 입자의 간격을 정밀 조절한 예가 있다[대한민국 공개특허 제2015-0009719호]. 그러나 상기 특허들은 입자가 분산매에 분산되어 있으므로 입자의 응집, 또는 분산매 오염에 의한 구동전압의 증가 및 색상 저하 문제를 해결하는 데는 근본적인 한계가 있다.

전기장에 반응하고 풀 컬러(full color)를 구현하며 플렉서블 디스플레이에 적용가능한 광결정 표시장치로서, 상기 입자 분산형 표시장치 외에 화학적 및 기계적으로 안정성이 뛰어난 고체형 또는 준고체형 표시장치의 연구 개발이 필요하다.

본원은, 광결정 표시장치 및 상기 광결정 표시장치의 제조 방법을 제공하고자 한다.

그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본원의 제 1 측면은, 광투과성 하부 전극에 콜로이드 입자를 포함하는 템플레이트를 형성하는 단계; 상기 템플레이트에 수화젤 단량체를 주입하는 단계; 상기 콜로이드 입자를 제거하여 역오팔 수화젤 필름을 형성하는 단계; 및, 상기 역오팔 수화젤 필름 상에 완충용액층을 추가하고, 상기 완충용액층 상에 광투과성 상부 전극을 배치하는 단계를 포함하는, 광결정 표시장치의 제조 방법을 제공한다.

본원의 제 2 측면은, 제 1 측면에 따른 방법에 의해 제조되며, 광투과성 전극 사이에 역오팔 수화젤 필름을 포함하고, 상기 광투과성 전극 사이에 전기장을 인가하여 상기 역오팔 수화젤 필름의 두께를 조절함으로써 반사색 파장을 조절하는 것인, 광결정 표시장치를 제공한다.

본원의 일 구현예에 따른 광결정 표시장치는, 역오팔 수화젤 필름에 완충용액의 산도를 조절하여 상기 역오팔 수화젤 필름에 전하를 생성시킨다. 이때 상기 역오팔 수화젤 필름의 두께방향으로 전기장을 가해 완충용액의 이온들을 전기영동시킬 때 발생하는 수화젤 내의 삼투압 변화로 인해 수화젤의 두께가 변함으로써 반사색이 변하는 현상을 표시장치에 이용하여 광결정 표시장치의 반사색 조절방법을 제공할 수 있다.

또한, 본원의 일 구현예에 따른 광결정 표시장치는, 상기 역오팔 수화젤 필름이 양극에 고정된 준고체 상태이므로, 장시간 안정성이 우수한 표시소자를 제공할 수 있다.

도 1은, 본원의 일 구현예에 따른 광결정 표시장치의 제조 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는, 본원의 일 구현예에 있어서, 광결정 표시장치의 색변화를 나타낸 모식도이다.
도 3의 (a) 및 (b)는, 본원의 일 구현예에 있어서, 각각 음이온성 역오팔 수화젤 및 양이온성 역오팔 수화젤의 반사색 변색 원리를 나타낸 것이다.
도 4는, 본원의 일 실시예에 있어서, 4 V의 직류 전압 인가에 따른 광결정 표시장치의 반사색 변화를 나타낸 것이다.
도 5는, 본원의 일 실시예에 있어서, 음이온성 역오팔 수화젤 필름에 사용한 완충용액의 농도에 따른 반사색 파장의 이동을 나타낸 것이다.
도 6은, 본원의 일 실시예에 있어서, 광결정 표시장치에 사용한 완충용액의 농도에 따른 전압 인가 전과 전압 인가 후의 수축 속도를 반사 스펙트럼의 파장 변화로 나타낸 것이다.
도 7의 (a) 및 (b)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 음이온성 수화젤의 중합 시 가교제 함량에 따른 파장 변화의 동역학을 나타낸 것이다.
도 8의 (a) 및 (b)는, 본원의 일 실시예에 있어서, 광결정 표시장치에 사용한 콜로이드 입자의 크기에 따른 반사율 스펙트럼이다.
도 9는, 본원의 일 실시예에 있어서, 광결정 표시장치의 전기 변색 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 10은, 본원의 일 실시예에 있어서, 양이온성 수화젤을 이용한 광결정 표시장치의 전압 인가 전과 전압 인가 후의 동역학을 나타낸 것이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.

본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.

도 1은, 본원의 일 구현예에 따른 광결정 표시장치의 제조 과정을 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하면, 하부 전극과 유리 기재 사이에 배열된 콜로이드 입자를 포함하는 템플레이트를 형성하고, 수화젤 단량체를 주입 및 중합하여 양이온성 수화젤 또는 음이온성 수화젤을 형성한다. 이 후, 용매를 주입하여 상기 콜로이드 입자를 제거하여 역오팔 구조의 수화젤 필름을 형성하다. 이어서, 완충용액을 채운 후, 상부 전극을 배치함으로써, 광결정 표시장치를 제조한다. 상기 하부 전극과 상기 유리 기재 사이에 상기 템플레이트를 형성함으로써 균일한 두께의 상기 템플레이트 및 역오팔 광결정 표시장치를 제조할 수 있다. 상기 하부 전극에는 2 개 이상의 채널이 형성된 스페이서를 포함할 수 있고, 상기 유리 기재에는 홀이 형성되어 있는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 스페이서를 포함하는 경우, 상기 스페이서의 2 개 이상의 채널에 각각 동일한 및/또는 상이한 용액을 주입하여 다수의 역오팔 수화젤 필름을 제조하는 것일 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 홀이 형성되어 있는 경우, 상기 홀은 본원의 역오팔 광결정 표시장치를 제조하기 위해 주입되는 모든 물질을 주입하는 주입부의 역할을 하는 것일 수 있다.

상기 제조된 광결정 표시장치는 도 2에 나타낸 바와 같이, 역오팔 수화젤 필름이 배경 백색광을 회절하여 특유 파장의 반사색을 나타낸다. 이는, 상기 역오팔 수화젤 필름이 두께 방향으로 팽윤됨에 따라 상기 반사색의 파장이 길어져 색이 변한다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광투과성 상부 전극 또는 상기 광투과성 하부 전극은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), 안티몬 틴 옥사이드(ATO), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO₂), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 콜로이드 입자는 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스타이렌/디비닐벤젠(PS/DVB), 폴리아미드, 폴리(부틸메타크릴레이트)(PBMA), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 콜로이드 입자의 크기는 약 50 nm 내지 약 300 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 약 50 nm 내지 약 300 nm, 약 50 nm 내지 약 270 nm, 약 50 nm 내지 약 250 nm, 약 50 nm 내지 약 240 nm, 약 50 nm 내지 약 220 nm, 약 50 nm 내지 약 200 nm, 약 50 nm 내지 약 150 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 100 nm 내지 약 300 nm, 약 150 nm 내지 약 300 nm, 약 200 nm 내지 약 300 nm, 약 220 nm 내지 약 300 nm, 약 240 nm 내지 약 300 nm, 약 250 nm 내지 약 300 nm, 또는 약 270 nm 내지 약 300 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 콜로이드 입자를 포함하는 상기 템플레이트는 코팅법, 모세관법, 또는 플로우셀(flow cell)법 등을 이용하여 제조되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 템플레이트에 상기 수화젤 단량체를 주입하여 중합하는 것은, 수화젤에 이온기를 제공하는 이온성 수화젤을 형성하는 것으로서, 상기 수화젤 단량체 및 가교제 단량체에 양이온성 단량체 또는 음이온성 단량체를 혼합하여 양이온성 또는 음이온성의 수화젤을 형성할 수 있다. 상기 양이온성 단량체를 중합한 수화젤은 양전하를 띠므로 전압인가 시 파장 증가를 일으키고, 상기 음이온성 단량체를 중합한 수화젤은 음전하를 띠므로 전압인가에 의해 파장이 감소한다. 즉, 상기 양이온성 단량체와 상기 음이온성 단량체의 중합은 서로 반대의 변색 효과를 나타내며, 수화젤의 전하 생성을 위해 필요하다. 예를 들어, 상기 수화젤 중합은 광중합법, 전기화학 중합법, 또는 열중합법 등에 의해 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 광중합법을 이용하여 상기 수화젤 중합을 수행할 경우, 광중합 개시제를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광중합 개시제는 이르가큐어(irgacure), 아조비스이소부티로니트릴(azobisisobutyronitrile, AIBN), 벤조일퍼옥사이드(benzoylperoxide), 디메톡시페닐아세토페논(dimethoxyphenylacetophenone, DMPA), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 수화젤 단량체는 하이드록시에틸메타크릴레이트, 아크릴아마이드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 가교제 단량체는 에틸렌글리콜디메타크릴레이트(ethylene glycol dimethacrylate, EGDM), 디비닐벤젠(divinylbenzene, DVB), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있고, 상기 가교제 단량체는 상기 수화젤 단량체 양의 100 중량부에 대하여 약 1 중량부 내지 약 10 중량부를 사용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 음이온성 단량체는 아크릴산(acrylic acid, AA), 메타크릴산(methacrylic acid, MA), 에틸아크릴산(ethylacrylic acid, EA), 포스포닐산(phosphonic acid), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있고, 상기 음이온성 단량체는 상기 수화젤 단량체 양의 100 중량부에 대하여 약 1 중량부 내지 약 10 중량부를 사용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 음이온성 단량체는 상기 수화젤 단량체의 약 1 중량부 내지 약 10 중량부, 약 1 중량부 내지 약 8 중량부, 약 1 중량부 내지 약 6 중량부, 약 1 중량부 내지 약 4 중량부, 약 1 중량부 내지 약 2 중량부, 약 2 중량부 내지 약 10 중량부, 약 4 중량부 내지 약 10 중량부, 약 6 중량부 내지 약 10 중량부, 또는 약 8 중량부 내지 약 10 중량부를 사용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 양이온성 단량체는 비닐피리딘(vinylpyridine), 비닐이미다졸(vinylimidazole, VI), 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트(dimethylaminoethyl methacrylate, DEMAEMA), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있고, 상기 양이온성 단량체는 상기 상기 수화젤 단량체의 약 1 중량부 내지 약 10 중량부를 사용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 양이온성 단량체는 상기 수화젤 단량체 양의 100 중량부에 대하여 약 1 중량부 내지 약 10 중량부, 약 1 중량부 내지 약 8 중량부, 약 1 중량부 내지 약 6 중량부, 약 1 중량부 내지 약 4 중량부, 약 1 중량부 내지 약 2 중량부, 약 2 중량부 내지 약 10 중량부, 약 4 중량부 내지 약 10 중량부, 약 6 중량부 내지 약 10 중량부, 또는 약 8 중량부 내지 약 10 중량부를 사용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 수화젤의 중간용매는 상기 콜로이드 입자의 제거 시 사용되는 용매와 역오팔 광결정 필름의 제조 후 역오팔 수화젤 구조가 안정하게 유지되도록 혼합되는 물이 잘 섞이도록 하기 위하여 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 수화젤의 중간용매는 아세토니트릴(acetonitrile), 에탄올, 부탄올, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

도 3의 (a)는, 본원의 일 구현예에 있어서, 각각 음이온성 역오팔 수화젤 및 양이온성 역오팔 수화젤의 반사색 변색 원리를 나타낸 것이다.

도 3의 (a)를 참조하면, 음이온성 수화젤의 경우, 전압 인가 전 수화젤의 음전하에 따라 반대 전하의 이온들이 상대적으로 수화젤 내에 높은 농도로 분포하여 삼투압이 발생하고, 이로 인해 수화젤이 팽윤상태에 있다가 전압 인가에 의해 이온이 반대극으로 이동하여 수화젤 내 삼투압이 감소하고 젤의 수축을 유도하게 된다. 즉, 반사색 파장의 감소를 가져 온다. 반면, 도 3의 (b)와 같이, 양이온성 수화젤의 경우, 전압 인가에 따라 수화젤 내 반대 이온 농도가 증가하여 수화젤이 더 팽창하게 되고, 반사색 파장이 증가하게 된다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 완충용액은 인산 완충용액, 아세테이트 완충용액, 헤페스 완충용액, 트리스 완충용액, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 콜로이드 입자를 제거하는 것은 상기 템플레이트에 용매를 주입하여 상기 콜로이드 입자를 제거하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 용매는 클로로포름(chloroform), 톨루엔(toluene), 벤젠(benzene), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide), 디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide), 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide) 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전기장의 인가 전압은 약 0.1 V 내지 약 20 V인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 전기장의 인가 전압은 약 0.1 V 내지 약 20 V, 약 0.1 V 내지 약 15 V, 약 0.1 V 내지 약 10 V, 약 0.1 V 내지 약 8 V, 약 0.1 V 내지 약 6 V, 약 0.1 V 내지 약 4 V, 약 0.1 V 내지 약 2 V, 약 0.1 V 내지 약 1 V, 약 0.1 V 내지 약 0.5 V, 약 0.5 V 내지 약 20 V, 약 0.1 V 내지 약 20 V, 약 1 V 내지 약 20 V, 약 2 V 내지 약 20 V, 약 4 V 내지 약 20 V, 약 6 V 내지 약 20 V, 약 8 V 내지 약 20 V, 약 10 V 내지 약 20 V, 또는 약 15 V 내지 약 20 V인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광투과성 전극은 2 개 이상일 수 있으며, 상기 광투과성 전극의 사이마다 상기 역오팔 수화젤 필름을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 광투과성 전극이 2 개일 경우, 광투과성 상부 기재 및 광투과성 하부 기재를 포함하는 것일 수 있고, 상기 광투과성 전극이 2 개 이상일 경우, 상기 광투과성 전극의 사이마다 상기 역오팔 수화젤 필름을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 전기장이 인가되는 영역이 2 개 이상의 부분 영역으로 구분되어 각 영역에 대하여 각각 전기장을 인가하는 것일 수 있다.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광투과성 전극은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), 안티몬 틴 옥사이드(ATO), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO₂), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

이하, 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.

[ 실시예 ]

< 광결정 입자의 합성>

콜로이드 입자로서 폴리스타이렌(polystyrene, PS)(Sigma Aldrich)이 계면활성제에 의한 유화중합으로 합성되었다. 구체적으로, 물에 질소를 약 1 시간 동안 불어주어 물 안에 있는 산소를 최대한 제거하였다. 이후 개시제로서 포타슘퍼설페이트(potassium persulfate, Sigma Aldrich)와 계면활성제로서 소듐도데실설페이트(sodium dodecylsulfate, Sigma Aldrich)를 0.3 mg 내지 4 mg으로 달리하여 상기 준비된 물에 용해하였다. 상기 물과 상기 개시제, 및 상기 계면활성제를 교반 용기에서 교반시키며 동시에 상기 교반 용기에 스타이렌(styrene) 단량체를 첨가하였다. 약 14 시간 동안 반응시킨 후, 상기 혼합 용액을 탈지면으로 여과하여 불순물을 제거하였고, 이후 원심분리를 이용하여 여러 차례 세척한 후, 구형의 콜로이드 입자를 제조하였다.

합성된 구형입자의 크기는 220 nm, 240 nm, 및 270 nm의 폴리스타이렌이었으며, 물에 분산된 상태로 보관하였다.

< 광결정 표시장치의 제조>

광결정 표시장치의 제조를 위해 하부 기재(ITO) 상에 100 ㎛ 내지 200 ㎛ 두께의 스페이서를 올린 후 상기 스페이서 상에 홀을 가지는 상부 기재(ITO)를 형성하여 주형을 제조하였다. 이후, 상기 실시예에서 제조된 콜로이드 구형입자를 섞어준 용액을 상기 주형에 각각의 홀을 통해 주입하고, 상기 홀을 밀폐시켜 증발부로 물이 증발됨에 따라 콜로이드 결정상 필름을 제조하였다. 이후 80℃에서 열처리하여 상기 콜로이드 결정상 필름의 기계적 강도를 증가시켰다.

상기 콜로이드 결정상 필름이 제조된 주형의 홀(hole)로 단량체로서 주된 기계적 물성을 제공하는 수화젤인 하이드록시에틸메타크릴레이트(hydroxyethylmethacrylate, HEMA), 가교제 단량체인 에틸렌글리콜디메타크릴레이트(ethyleneglycoldimethacrylate, EGDM), 광중합 개시제인 이르가큐어(irgacure), 및 물과 각각 pH 5 이상에서 음전하를 띠는 아크릴산(acrylic acid, AA) 또는 pH 5 이하에서 양전하를 띠는 바이닐이미다졸(vinylimidazole, VI)과 혼합된 혼합 용액을 주사기로 주입하고, 약 30 분 동안 템플레이트 내로 침투하도록 둔 뒤 200 W 자외선 램프로 30 분간 광중합하였다. 그 후 상부 기재, 스페이서를 제거한 후, 클로로포름에 12 시간 동안 침지시켜 상기 콜로이드 입자를 제거함으로써 역오팔 수화젤 필름을 제조하였다. 이후 상기 역오팔 수화젤 구조가 안정하게 유지되도록 아세토니트릴, 물, 완충액 순서대로 각각 혼합 후 교체하였다. 이후 제거했던 상기 스페이서와 상기 상부 기재를 상기 주형에 다시 형성하여 최종 역오팔 광결정 표시장치를 제조하였다. 이후 상부 기재 및 하부 기재를 각각 전원에 연결하여 전압 인가 변색실험을 수행하였다.

상기 전압인가 변색실험의 결과를 도 4 내지 도 10에 나타내었다.

도 4는 4 V의 직류 전압 인가에 따른 광결정 표시장치의 반사색의 변화를 나타낸 것으로서, 색변화에 따라 본 실시예에 따른 광결정 표시장치의 반사 스펙트럼 또한 640 nm 에서 540 nm로 변화함을 확인할 수 있었다.

도 5는, 음이온성 역오팔 수화젤 필름에 완충용액으로서 사용한 헤페스(HEPES) 용액의 농도에 따른 반사색 파장 이동을 나타낸 것이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 수화젤의 수축(0 V에서 4 V) 또는 팽윤(4 V에서 0 V) 시, 완충용액의 농도가 높을수록 삼투압의 변화가 크기 때문에 반사색의 변화 정도가 커짐을 확인할 수 있었다.

도 6은, 본 실시예에 따른 음이온성 역오팔 수화젤을 포함하는 광결정 표시장치에 사용한 헤페스 완충용액 농도에 따른 4 V의 전압 인가 시 수축하는 속도를 반사 스펙트럼의 파장 변화로 나타낸 것이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 4 V의 전압 인가 시 수축 속도는 약 5 초로 나타났고, 전압 인가 후 전기장을 제거, 다시 수화젤이 팽윤되는 속도는 약 10 배 증가된 약 50 초로 나타났다. 상기 결과로 보아, 수축 또는 팽윤 정도는 완충용액의 농도에 비례하지만, 수축 속도 또는 팽윤 속도는 완충용액의 농도와 상관 없다는 것을 알 수 있었다.

도 7의 (a) 및 (b)는 음이온성 역오팔 수화젤 중합 시 가교제인 EGDM의 함량에 따라 4 V 전압 인가 시 파장 변화 동역학을 측정한 것으로서, EGDM의 함량이 0.025 g(HEMA mol 대비 0.65 mol%)[도 7의 (a)]일 때 보다 EGDM의 함량이 더 적은 0.0125 g(HEMA mol 대비 0.4 mol%)[도 7의 (b)]일 때 팽윤 속도가 증가함을 알 수 있었다.

본 실시예에 따른 역오팔 수화젤 표시장치 제조 시 콜로이드 입자의 크기에 따른 전기 변색 파장 변화를 반사율 측정을 실시하여 수득한 반사율 스펙트럼을 도 8의 (a) 및 (b)에 나타내었다. 다른 모든 조건은 동일하며, 폴리스타이렌 입자의 크기만 220 nm[도 8의 (a)] 및 270 nm[도 8의 (b)]로서 상이하다. 상기 폴리스타이렌 입자의 크기가 클수록 수축 전후 파장이 증가함을 알 수 있었다.

도 9 및 도 10에 본 실시예에 따른 양이온성 역오팔 수화젤을 포함하는 광결정 표시장치의 특성을 나타내었다.

양이온성 단량체로서 바이닐이미다졸(vinylimidazole, VI) 5 mol%를 포함하는 양이온성 역오팔 수화젤 표시장치는 pH 4에서 4 V 전압 인가 시 녹색에서 점차 적색으로 적색 이동(red shift)되는 것을 확인하였다(도 9). 또한, pH 5 인산 완충용액을 사용한 상기 양이온성 역오팔 수화젤 표시장치에 4 V 전압 인가 후 다시 0 V로 전압 인가 시의 동역학 그래프에서 나타낸 바와 같이, 팽윤 및 수축 모두 10 초 이하의 감응 속도를 보임을 알 수 있었다(도 10).

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

광투과성 하부 전극에 콜로이드 입자를 포함하는 템플레이트를 형성하는 단계;
상기 템플레이트에 수화젤 단량체를 주입하는 단계;
상기 콜로이드 입자를 제거하여 역오팔 수화젤 필름을 형성하는 단계; 및,
상기 역오팔 수화젤 필름 상에 완충용액층을 추가하고, 상기 완충용액층 상에 광투과성 상부 전극을 배치하는 단계
를 포함하는, 광결정 표시장치의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 광투과성 상부 전극 또는 상기 광투과성 하부 전극은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), 안티몬 틴 옥사이드(ATO), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO₂), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 광결정 표시장치의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 콜로이드 입자는 폴리스타이렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스타이렌/디비닐벤젠(PS/DVB), 폴리아미드, 폴리(부틸메타크릴레이트)(PBMA), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 광결정 표시장치의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 콜로이드 입자의 크기는 50 nm 내지 300 nm인 것인, 광결정 표시장치의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 수화젤 단량체는 하이드록시에틸메타크릴레이트, 아크릴아마이드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 광결정 표시장치의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 완충용액은 인산 완충용액, 아세테이트 완충용액, 헤페스 완충용액, 트리스 완충용액, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 광결정 표시장치의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 콜로이드 입자를 제거하는 것은 상기 템플레이트에 용매를 주입하여 상기 콜로이드 입자를 제거하는 것인, 광결정 표시장치의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 용매는 클로로포름, 톨루엔, 벤젠, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, 디메틸설폭사이드, 테트라하이드로퓨란, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 광결정 표시장치의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되며, 광투과성 전극 사이에 역오팔 수화젤 필름을 포함하고, 상기 광투과성 전극 사이에 전기장을 인가하여 상기 역오팔 수화젤 필름의 두께를 조절함으로써 반사색 파장을 조절하는 것인, 광결정 표시장치.
제 9 항에 있어서,
상기 전기장의 인가 전압은 0.1 V 내지 20 V인 것인, 광결정 표시장치.
제 9 항에 있어서,
상기 광투과성 전극은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 플루오린 틴 옥사이드(FTO), 안티몬 틴 옥사이드(ATO), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO₂), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 광결정 표시장치.
제 9 항에 있어서,
상기 광투과성 전극은 2 개 이상일 수 있으며, 상기 광투과성 전극의 사이마다 상기 역오팔 수화젤 필름을 포함하는 것인, 광결정 표시장치.