KR20220092951A - 전기 광학 디바이스용 전사가능한 투광성 전극 필름 - Google Patents

전기 광학 디바이스용 전사가능한 투광성 전극 필름 Download PDF

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니쉬트 무라리
제이 윌리엄 앤세스
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이 잉크 코포레이션
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Abstract

제 1 기재층, 제 1 접착층 및 제 1 전극층을 포함하는 도전성 필름, 전기 광학 재료층, 및 제 2 전극층을 포함하는 전기 광학 디바이스 및 그 제조 방법이 개시된다. 상기 전기 광학 재료층과 접촉하는 제 1 전극층은 도전성 입자들, 금속 재료 또는 도전성 폴리머와 같은 도전성 재료를 포함한다. 제 1 접착층은 높은 저장 탄성률을 가지며, 전기 광학 디바이스의 제조, 저장, 및 동작 조건 하에서 플라스틱 유동을 나타내지 않는다. 상기 도전성 필름은 전기 광학 재료층의 제 1 표면의 표면 거칠기와 정합하지 않는다. 상기 도전성 필름은 얇고 가요성이며 투명하도록 설계될 수도 있다. 결과적인 전기 광학 디바이스는 전기 광학 재료층이 갭들의 형태의 결함들을 가지는 경우에도 우수한 전기 광학 성능을 나타낸다.

Description

전기 광학 디바이스용 전사가능한 투광성 전극 필름
관련 출원들
본 출원은 2019년 12월 23일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/952,600호에 대해 우선권을 주장하고, 이는 본원에 개시된 다른 특허들 및 특허출원들과 함께 그 전체가 참조에 의해 통합된다.
발명의 배경
본 발명은 전기 광학 디바이스들 및 이에 사용되는 재료에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 향상된 전기 광학 성능을 갖는 전기 광학 디바이스에 관한 것이다. 전기 광학 디바이스는 제 1 접착층 및 제 1 전극층을 포함하는 도전성 필름을 포함하고, 상기 제 1 전극층은 도전성 입자들, 금속 재료 및 도전성 폴리머로 이루어진 그룹으로부터 선택된 도전성 재료를 포함한다. 본 발명은 또한, 전기 광학 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 배타적이지는 않지만, 캡슐화된 전기영동 매체를 포함하는 디스플레이들에서 사용하도록 의도된다.
재료, 디스플레이, 또는 디바이스에 적용되는 것과 같은 용어 "전기 광학 (electro-optic)" 은 적어도 하나의 광학적 특성이 상이한 제 1 및 제 2 디스플레이 상태들을 갖는 재료를 지칭하기 위해 이미징 분야에서의 통상의 의미로 본 명세서에서 사용되고, 그 재료는 재료에 대한 전기장의 인가에 의해 그 제 1 디스플레이 상태로부터 그 제 2 디스플레이 상태로 변경된다. 광학 특성은 통상적으로 인간 눈에서 인지가능한 컬러이지만, 이는 광학 투과, 반사율, 발광, 또는 머신 판독을 위해 의도된 디스플레이들의 경우, 가시 범위 밖의 전자기 파장들의 반사율에서의 변화의 의미에서의 의사-컬러와 같은 다른 광학 특성일 수도 있다.
용어 "그레이 상태(gray state)" 는 픽셀의 2 개의 극단 광학 상태들 중간의 상태를 지칭하도록 이미징 기술에서의 그 종래 의미로 본 명세서에서 사용되고, 반드시 이들 2 개의 극단 상태들 간의 블랙-화이트 천이를 암시하는 것은 아니다. 예를 들어, 하기에서 언급되는 수개의 E Ink 특허들 및 공개된 출원들은 극단적인 상태들이 화이트 및 딥 블루이어서, 중간의 "그레이 상태" 는 실제로 페일 블루일 것인 전기영동 디스플레이들을 기술한다. 실제로, 이미 언급된 바와 같이, 광학 상태의 변화는 컬러 변화가 전혀 아닐 수도 있다. 용어들 "블랙 (black)" 및 "화이트 (white)" 는 디스플레이의 두 극단적 광학 상태들을 지칭하는데 사용될 수도 있으며, 엄밀하게 블랙 및 화이트가 아닌 극단적 광학 상태들, 예를 들어 위에 언급된 화이트 및 다크 블루 상태들을 보통 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 용어 "모노크롬(monochrome)" 은, 오직 개재하는 그레이 상태들이 없는 그 2개의 극단적인 광학 상태들만으로 픽셀들을 구동하는 구동 방식을 나타내기 위해 이하 사용될 수도 있다.
일부 전기 광학 재료들은 재료들이 고형의 외부 표면들을 갖는다는 의미에서 고체이지만, 재료들은 내부 액체 또는 가스 충전된 공간들을 가질 수도 있고 종종 갖는다. 고체 전기 광학 재료들을 사용하는 그러한 디스플레이들은 이하 편의상 "고체 전기 광학 디스플레이들" 로서 지칭될 수도 있다. 따라서, 용어 "고체 전기 광학 디스플레이들" 은 회전 2색성 부재 디스플레이들, 캡슐화된 전기영동 디스플레이들, 마이크로 셀 전기영동 디스플레이들 및 캡슐화된 액정 디스플레이들을 포함한다.
용어들 "쌍안정(bistable)" 및 "쌍안정성(bistability)" 은 적어도 하나의 광학 특성에 있어서 상이한 제 1 및 제 2 디스플레이 상태들을 갖는 디스플레이 엘리먼트들을 포함하는 디스플레이들을 지칭하도록 당업계에서의 그 통상의 의미로 본 명세서에서 사용되며, 그에 따라, 임의의 주어진 엘리먼트가 그 제 1 또는 제 2 디스플레이 상태 중 어느 하나를 가정하기 위해 유한한 지속기간의 어드레싱 펄스에 의해 구동된 이후, 어드레싱 펄스가 종료된 후, 그 상태는 디스플레이 엘리먼트의 상태를 변경하는데 요구된 어드레싱 펄스의 최소 지속기간의 적어도 수배, 예를 들어, 적어도 4배 동안 지속될 것이다. 그레이 스케일이 가능한 일부 입자-기반 전기영동 디스플레이들은 이들의 극단적 블랙 및 화이트 상태들뿐만 아니라 이들의 중간 그레이 상태들에서도 안정적이며, 일부 다른 타입들의 전기 광학 디스플레이들에서도 마찬가지라는 것이 미국 특허 제 7,170,670 호에 나타나 있다. 이러한 타입의 디스플레이는 쌍안정성이라기 보다는 "멀티-안정성" 으로 적절히 지칭되지만, 편의상, 용어 "쌍안정성" 은 쌍안정성 및 멀티-안정성 디스플레이들 양자 모두를 커버하기 위해 본 명세서에서 사용될 수도 있다.
여러 타입들의 전기 광학 디스플레이들이 알려져 있다. 일 타입의 전기 광학 디스플레이는 예를 들어, 미국 특허 번호들 제5,808,783호; 제5,777,782호; 제5,760,761호; 제6,054,071호; 제6,055,091호; 제6,097,531호; 제6,128,124호; 제6,137,467호; 및 제6,147,791호에서 설명된 바와 같은 회전 이색성 부재 타입이다 (이러한 타입의 디스플레이는 종종 "회전 이색성 볼" 디스플레이로 지칭되지만, 상기 언급된 특허들 중 일부에서 회전 부재들은 구형이 아니기 때문에 용어 "회전 이색성 부재" 가 보다 정확한 것으로서 선호된다). 그러한 디스플레이는 광학 특성들이 상이한 2 개 이상의 섹션들, 및 내부 다이폴을 갖는 다수의 소형 보디들 (통상적으로, 구형 또는 실린더형) 을 사용한다. 이들 보디들은 매트릭스 내에 액체 충전형 액포들 내에서 현탁되고, 그 액포들은 보디들이 자유롭게 회전하도록 액체로 충전된다. 전기장을 인가하는 것, 따라서, 다양한 포지션들로 보디들을 회전시키고 보디들의 섹션들 중 어느 것이 시인 표면을 통하여 보이는지를 변경하는 것에 의해 디스플레이의 외관이 변경된다. 이러한 타입의 전기 광학 매체는 통상적으로 쌍안정적이다.
다른 타입의 전기 광학 디스플레이는 일렉트로크로믹 매체, 예를 들어 반도전성 금속 산화물로부터 적어도 부분적으로 형성되는 전극, 및 전극에 어태치된 가역적 컬러 변화가 가능한 복수의 염료 분자들을 포함하는 나노크로믹 필름의 형태의 일렉트로크로믹 매체를 사용하며; 예를 들어, O'Regan, B., 등의, Nature 1991, 353, 737; 및 Wood, D., Information Display, 18(3), 24 (March 2002) 를 참조한다. 또한, Bach, U., 등의, Adv. Mater., 2002, 14(11), 845 를 참조한다. 이러한 타입의 나노크로믹 필름들은 또한 예를 들어, 미국 특허 번호들 제6,301,038호; 제6,870,657호; 및 제6,950,220호에서 기술된다. 이러한 타입의 매체는 또한 통상적으로 쌍안정이다.
다른 타입의 전기 광학 디스플레이는 Philips 에 의해 개발되고 Hayes, R.A., 등의, "Video-Speed Electronic Paper Based on Electrowetting", Nature, 425, 383-385 (2003) 에서 설명된 전기 습윤 디스플레이이다. 그러한 전기 습윤 디스플레이들이 쌍안정이 될 수도 있다는 것은 미국 특허 번호 제7,420,549호에 나타나 있다.
수년 동안 집중적인 연구 및 개발의 대상이 되었던 일 타입의 전기 광학 디스플레이는, 복수의 하전 입자들이 전기장의 영향 하에서 유체를 통해 이동하는 입자 기반 전기영동 디스플레이이다. 전기영동 디스플레이들은, 액정 디스플레이들과 비교할 때, 우수한 휘도 및 콘트라스트, 광시야각들, 상태 쌍안정성, 및 낮은 전력 소비의 속성들을 가질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이들 디스플레이들의 장기간 이미지 품질에 대한 문제들은 그들의 광범위한 사용을 방해하였다. 예를 들어, 전기영동 디스플레이들을 구성하는 입자들은 침강하는 경향이 있어서, 이들 디스플레이들에 대해 부적절한 서비스 수명을 초래한다.
상기 언급된 바와 같이, 전기영동 매체는 유체의 존재를 필요로 한다. 대부분의 종래 기술의 전기영동 매체에서, 이 유체는 액체이지만, 가스상 유체를 사용하여 전기영동 매체가 제조될 수도 있다; 예를 들어, Kitamura, T., 등의 "Electrical toner movement for electronic paper-like display", IDW Japan, 2001, Paper HCS1-1, 및 Yamaguchi, Y., 등의 "Toner display using insulative particles charged triboelectrically", IDW Japan, 2001, Paper AMD4-4) 을 참조한다. 또한 미국 특허 번호들 제7,321,459호 및 제7,236,291호를 참조한다. 그러한 가스 기반 전기영동 매체는, 매체가 입자 침강을 허용하는 배향으로, 예를 들어 매체가 수직 평면에 배치되는 사인 (sign) 으로 사용될 때, 액체 기반 전기영동 매체와 그러한 침강으로 인한 동일한 타입들의 문제들을 겪기 쉬운 것으로 보인다. 실제로, 입자 침강 (particle settling) 은 액체 기반 전기영동 매체에서보다 가스 기반 전기영동 매체에서 더 심각한 문제로 보이는데, 왜냐하면 액체 현탁 유체와 비교하여 가스상 현탁 유체들의 더 낮은 점도가 전기영동 입자들의 더 빠른 침강을 허용하기 때문이다.
MIT (Massachusetts Institute of Technology), E Ink Corporation, E Ink California, LLC 및 관련 회사들에 양도되거나 또는 이들 이름으로 된 다수의 특허들 및 출원들이 캡슐화된 및 마이크로셀 전기영동 및 다른 전기 광학 매체들에 사용되는 다양한 기술들을 설명한다. 캡슐화된 전기영동 매체는 다수의 소형 캡슐들을 포함하고, 그 각각은 자체가 유체 매체에서 전기영동적으로 이동가능한 입자들을 함유하는 내부 상 (internal phase), 및 그 내부 상을 둘러싸는 캡슐 벽 (capsule wall) 을 포함한다. 통상적으로, 캡슐들은 그 자체가 중합성 바인더 내에 유지되어 2 개의 전극들 사이에 위치되는 코히어런트 층을 형성한다. 마이크로셀 전기영동 디스플레이에 있어서, 하전된 입자 및 유체는 마이크로캡슐들 내에 캡슐화되지 않지만, 대신 캐리어 매체, 통상, 폴리머 필름 내에 형성된 복수의 캐비티들 내에 보유된다. 이들 특허들 및 출원들에서 설명된 기술들은 다음을 포함한다:
(a) 전기영동 입자들, 유체들 및 유체 첨가제들; 예를 들어, 미국 특허 번호들 제7,002,728호 및 제7,679,814호를 참조한다;
(b) 캡슐들, 바인더들 및 캡슐화 프로세스들; 예를 들어, 미국 특허 번호들 제6,922,276호; 제7,411,719호 및 미국 특허 출원 공개 번호 제US2017/0251155호 참조;
(c) 마이크로셀 구조들, 벽 재료들 및 마이크로셀 형성 방법들; 예를 들어, 미국 특허 번호 제7,072,095호; 제9,279,906호 참조;
(d) 마이크로셀 충전 및 밀봉을 위한 방법들; 예를 들어, 미국 특허 번호 제7,144,942호; 제7,715,088호 참조;
(e) 전기 광학 재료들을 함유하는 필름 및 서브어셈블리들; 예를 들어, 미국 특허 번호 제6,982,178호; 제7,839,564호; 및 제9,835,925호 참조;
(f) 디스플레이들에 사용되는 백플레인들, 접착층들 및 다른 보조층들 및 방법들; 예를 들어, 미국 특허 번호 제7,116,318호; 제7,535,624호; 제7,672,040호; 제7,173,752호; 제7,342,068호; 및 미국 특허 출원 공개 번호 제WO 2007/121104호 참조;
(g) 컬러 형성 및 컬러 조정; 예를 들어 미국 특허 번호 제7,075,502호; 제7,839,564호 참조;
(h) 디스플레이들을 구동하기 위한 방법들; 예를 들어, 미국 특허 번호 제7,012,600호; 제7,453,445호 참조;
(i) 디스플레이들의 애플리케이션들; 예를 들어, 미국 특허 번호 제7,312,784호; 제8,009,348호 참조; 및
(j) 미국 특허 번호 제6,241,921호 및 미국 특허 출원 공개 번호 제 2015/0277160호에 설명된 바와 같은 비-전기영동 디스플레이들; 및 디스플레이들 이외의 캡슐화 및 마이크로셀 기술의 애플리케이션들; 예를 들어, 미국 특허 출원 공개 번호 제 2015/0005720호 및 제 2016/0012710호 참조.
전술한 특허들 및 출원들 중 다수는 캡슐화된 전기영동 매체에서 이산 마이크로캡슐들을 둘러싸는 벽들이 연속 상에 의해 대체될 수 있고, 따라서 전기영동 매체가 복수의 이산 전기영동 유체의 액적들 및 중합성 재료의 연속 상을 포함하는, 소위 폴리머-분산 전기영동 디스플레이를 생성하는 것, 그리고 그러한 폴리머-분산 전기영동 디스플레이 내의 이산 전기영동 유체의 액적들은 분리된 캡슐 막이 각각의 개별 액적과 연관되어 있지 않더라도 캡슐들 또는 마이크로캡슐들로 간주될 수도 있다는 것을 인식하고 있다; 예를 들어, 미국 특허 번호 제6,866,760호 참조. 따라서, 본 출원의 목적들을 위해, 이러한 폴리머-분산 전기영동 매체는 캡슐화된 전기영동 매체의 하위 종으로 간주된다.
전기영동 매체는 종종 (예를 들어 많은 전기영동 매체에서, 입자들이 디스플레이를 통한 가시 광의 투과를 실질적으로 차단하기 때문에) 불투명하고 반사 모드에서 동작하지만, 많은 전기영동 디스플레이들은 하나의 디스플레이 상태가 실질적으로 불투명하고 하나는 광-투과성인 소위 "셔터 모드" 에서 동작하도록 만들어질 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 번호 제 5,872,552; 6,130,774; 6,144,361; 6,172,798; 6,271,823; 6,225,971; 및 6,184,856 호를 참조한다. 전기영동 디스플레이와 유사하지만 전기장 강도의 변동에 의존하는 유전영동 디스플레이가 유사한 모드에서 동작할 수 있다; 예를 들어 미국 특허 제 4,418,346 호 참조. 다른 타입들의 전기 광학 디스플레이들이 또한 셔터 모드에서 동작하는 것이 가능할 수도 있다. 셔터 모드에서 동작하는 전기 광학 매체는 풀 컬러 디스플레이들을 위한 다층 구조들에서 유용할 수도 있다; 그러한 구조들에서, 디스플레이의 시인 표면에 인접한 적어도 하나의 층은 시인 표면으로부터 더 멀리 떨어진 제 2 층을 노출 또는 숨기기 위해 셔터 모드에서 동작한다.
캡슐화된 전기영동 디스플레이는 통상적으로 전통적인 전기영동 디바이스들의 클러스터화 및 침강 실패 모드를 겪지 않으며, 광범위한 가요성 및 강성 기재들 상에 디스플레이를 인쇄 또는 코팅하는 능력과 같은 추가의 이점들을 제공한다. 단어 "프린팅 (printing)" 의 사용은, 패치 다이 코팅, 슬롯 또는 압출 코팅, 슬라이드 또는 캐스케이드 코팅, 커튼 코팅과 같은 사전-계측된 코팅들; 나이프 오버 롤 코팅, 포워드 및 리버스 롤 코팅과 같은 롤 코팅; 그라비어 코팅; 딥 코팅; 스프레이 코팅; 메니스커스 코팅; 스핀 코팅; 브러시 코팅; 에어 나이프 코팅; 실크 스크린 프린팅 프로세스들; 정전 프린팅 프로세스들; 열 프린팅 프로세스들; 잉크젯 프린팅 프로세스들; 전기영동 디포지션 (미국 특허 번호 제7,339,715호 참조); 및 다른 유사한 기법들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 모든 형태들의 프린팅 및 코팅을 포함하도록 의도된다. 따라서, 결과적인 디스플레이는 가요성 (flexible) 일 수 있다. 또한, (다양한 방법들을 사용하여) 디스플레이 매체가 프린팅될 수도 있 때문에, 디스플레이 자체가 저렴하게 제조될 수도 있다.
다른 타입들의 전기 광학 재료들이 또한 본 발명에서 사용될 수도 있다. 특히, 쌍안정 강유전성 액정 디스플레이 (FLC) 가 당해 기술분야에서 알려져 있다.
전기 광학 디바이스는 전형적으로, 전면 전극, 전기 광학 재료층, 및 후면 전극을 포함하지만 이에 제한되지 않는 복수의 기능 층들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 일부 전기영동 디스플레이들에서, 전기 광학 재료층은 바인더 내에 분포된 복수의 캡슐들을 포함할 수도 있다. 대부분의 그러한 디바이스들에 있어서, 그 층들 양자 모두는 전극 층들이고, 전극 층들 중 하나 또는 양자 모두는 디스플레이의 픽셀들을 정의하도록 패터닝된다. 예를 들어, 하나의 전극층은 세장형 로우 (row) 전극들로 패터닝되고 다른 전극층은 로우 전극들에 직각으로 이어지는 세장형 컬럼 (column) 전극들로 패터닝될 수도 있으며, 픽셀들은 로우 및 컬럼 전극들의 교차점들에 의해 정의된다. 대안적으로 그리고 더 일반적으로, 하나의 전극층은 단일의 연속 전극의 형태를 갖고, 다른 전극층은 픽셀 전극들의 매트릭스로 패터닝되며, 그 매트릭스의 각각은 디스플레이의 하나의 픽셀을 정의한다. 디스플레이로부터 분리된 스타일러스, 프린트 헤드 또는 유사한 가동 전극과의 사용을 위해 의도된 다른 타입의 전기영동 디스플레이에 있어서, 전기영동 층에 인접한 층들 중 오직 하나만이 전극을 포함하며, 전기영동 층의 대향 측 상의 층은 통상적으로, 가동 전극이 전기영동 층을 손상시키는 것을 방지하도록 의도된 보호 층이다.
3-층 전기 광학 디스플레이의 제조는 일반적으로 적어도 하나의 라미네이션 공정을 수반한다. 예를 들어, 수개의 전술된 MIT 및 E Ink 특허들 및 출원들에서, 바인더에 캡슐들을 포함하는 캡슐화된 전기영동 매체가 플라스틱 필름 상에 인듐-주석-산화물 (ITO) 또는 유사한 도전성 코팅 (이는 최종 디스플레이의 하나의 전극으로서 작용함) 을 포함하는 가요성 기재(flexible substrate)에 코팅되는 캡슐화된 전기영동 디스플레이를 제조하기 위한 프로세스가 설명되며, 캡슐/바인더 코팅은 기재에 단단히 부착된 전기영동 매체의 코히어런트 층을 형성하도록 건조된다. 별도로, 픽셀 전극들의 어레이 및 구동 회로부에 픽셀 전극들을 접속하기 위한 전도체들의 적절한 배열을 포함하는 백플레인 (backplane) 이 준비된다. 최종 디스플레이를 형성하기 위해, 캡슐/바인더 층을 갖는 기재는 라미네이션 접착제를 사용하여 백플레인에 라미네이팅된다. 매우 유사한 프로세스가, 스타일러스 또는 다른 가동 전극이 슬라이딩할 수 있는 플라스틱 필름과 같은 단순한 보호 층으로 백플레인을 대체함으로써 스타일러스 또는 유사한 가동 전극과 함께 사용가능한 전기영동 디스플레이를 준비하는데 사용될 수 있다. 그러한 프로세스의 하나의 선호된 형태에 있어서, 백플레인은 그 자체로 가요성이고, 플라스틱 필름 또는 다른 가요성 기재 상에 픽셀 전극들 및 전도체들을 프린팅함으로써 준비된다. 이러한 프로세스에 의한 디스플레이들의 대량 생산을 위한 명백한 라미네이션 기법은 라미네이션 접착제를 사용한 롤 라미네이션이다.
전술된 미국 특허 제6,982,178호는 대량 생산에 잘 적응되는 고체 전기 광학 디스플레이 (캡슐화된 전기영동 디스플레이 포함) 를 어셈블리하는 방법을 설명한다. 본질적으로, 이 특허는 광 투과성 전기 전도층; 전기 전도층과 전기적으로 접촉하는 고체 전기 광학 매체의 층; 접착층; 및 이형 시트를 순서대로 포함하는 소위 "전면 라미네이트” ("FPL") 를 설명한다. 통상적으로, 광 투과성 전기 도전성 층은 광 투과성 기재 상에 운반될 것이며, 이 광 투과성 기재는, 그 기재가 영구 변형 없이 직경이 10 인치 (254 mm) 로 드럼 (세이) 에 수동으로 랩어라운드될 수 있다는 의미에서 바람직하게는 가요성이다. 용어 "광 투과성 (light-transmissive)” 은 본 특허 및 본 명세서에서 사용되어, 이에 따라 지정된 층이 그 층을 통해 관찰하는 관찰자로 하여금 일반적으로 전기 도전성 층과 인접한 기재 (존재하는 경우) 를 통해 관측될 전기 광학 매체의 디스플레이 상태들의 변화를 관찰할 수 있도록 충분한 광을 투과시키는 것을 의미하며; 전기 광학 매체가 비-가시 파장들에서 반사율의 변화를 디스플레이하는 경우들에 있어서, 용어 "광 투과성” 은 물론, 관련 비-가시 파장들의 투과를 지칭하도록 해석되어야 한다. 기재는 통상적으로 폴리머 필름일 것이며, 일반적으로 약 1 내지 약 25 mil (25 내지 634 ㎛), 바람직하게는 약 2 내지 약 10 mil (51 내지 254 ㎛) 의 범위의 두께를 가질 것이다. 전기 전도성 층은 편리하게, 예를 들어, 알루미늄 또는 ITO 의 얇은 금속 또는 금속 산화물 층이거나, 또는 도전성 폴리머일 수도 있다. 알루미늄 또는 ITO 로 코팅된 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) (PET) 필름들은, 예를 들어, E.I. du Pont de Nemours & Company, Wilmington DE 로부터의 "알루미늄화 Mylar” ("Mylar” 는 등록 상표임) 로서 상업적으로 입수가능하고, 그러한 상업적 재료들은 전면 라미네이트에서 좋은 결과들로 사용될 수도 있다.
그러한 전면 라미네이트를 사용한 전기 광학 디스플레이의 어셈블리는 전면 라미네이트로부터 이형 시트를 제거하고, 접착층이 백플레인에 접착되도록 하는 효과적인 조건들 하에서 접착층을 백플레인에 접촉시키고 이에 의해 접착층, 전기 광학 매체의 층 및 전기 전도성 층을 백플레인에 고정시킴으로써 실시될 수도 있다. 이러한 프로세스는, 통상적으로 롤-투-롤 코팅 기법들을 사용하여 전면 라미네이트가 대량 생산된 다음 특정 백플레인들과 함께 사용하는데 필요한 임의의 사이즈의 피스들로 절단될 수도 있기 때문에 대량 생산에 잘 적응된다.
미국 특허 제7,561,324호는 전술된 미국 특허 제6,982,178호의 전면 라미네이트의 본질적으로 단순화된 버전인 소위 "이중 이형 시트” 를 설명한다. 이중 이형 시트의 일 형태는 2개의 접착층들 사이에 샌드위치된 고체 전기 광학 매체의 층을 포함하며, 접착층들 중 하나 또는 양자 모두가 이형 시트에 의해 커버된다. 이중 이형 시트의 다른 형태는 2 개의 이형 시트들 사이에 샌드위치된 고체 전기 광학 매체의 층을 포함한다. 이중 이형 시트의 양자 모두의 형태들은 이미 설명된 전면 라미네이트로부터 전기 광학 디스플레이를 어셈블리하기 위한 프로세스와 일반적으로 유사한 프로세스에서 사용하기 위해 의도되지만 2개의 별도의 라미네이션들을 수반하며; 통상적으로, 제 1 라미네이션에서 이중 이형 시트는 전면 서브-어셈블리를 형성하기 위해 전면 전극에 라미네이팅되고, 그 다음, 제 2 라미네이션에서 전면 서브-어셈블리는 최종 디스플레이를 형성하기 위해 백플레인에 라미네이팅되지만, 이들 2개의 라미네이션들의 순서는 원할 경우 반전될 수 있을 것이다.
미국 특허 제7,839,564호는 전술된 미국 특허 제6,982,178호에서 설명된 전면 라미네이트의 변형예인 소위 “역전형 전면 라미네이트” 를 설명한다. 이 역전형 전면 라미네이트는 광 투과성 보호층 및 광 투과성 전기 전도성 층 중 적어도 하나; 접착층; 고체 전기 광학 매체의 층; 및 이형 시트를 순서대로 포함한다. 이 역전형 전면 라미네이트는 전기 광학 층과 전면 전극 또는 전면 기재 사이에 라미네이션 접착제의 층을 갖는 전기 광학 디스플레이를 형성하는 데 사용되고; 제 2 의 통상적으로 얇은 접착제 층이 전기 광학 층과 백플레인 사이에 존재할 수도 있거나 존재하지 않을 수도 있다. 그러한 전기 광학 디스플레이들은 양호한 해상도와 양호한 저온 성능을 결합할 수 있다.
전술된 제2007/0109219호는 또한 역전형 전면 라미네이트들을 사용한 전기 광학 디스플레이들의 고용량 제조를 위해 설계된 다양한 방법들을 설명하며; 이들 방법들의 선호된 형태들은 한번에 복수의 전기 광학 디스플레이들에 대한 컴포넌트들의 라미네이션을 허용하도록 설계된 "멀티-업” 방법들이다.
전술한 프로세스들에서, 백플레인에 전기 광학 층을 운반하는 기재의 라미네이션은 진공 라미네이션(vacuum lamination)에 의해 유리하게 수행될 수도 있다. 진공 라미네이션은 라미네이팅되는 2개의 재료들 사이로부터 공기를 방출하는데 효과적이며, 따라서 최종 디스플레이에서 원치않는 기포를 회피하며; 이러한 기포들은 디스플레이 상에 생성된 이미지들에서 원치않는 아티팩트들을 도입할 수도 있다.
일반적인 전기 광학 디바이스들의 전면 전극은 전기 광학 재료층과 전기적으로 접촉하는 인듐 주석 산화물 (ITO) 의 연속 막을 포함한다. 많은 경우들에서, 전기 광학 디바이스 내의 전면 전극과 후면 전극 사이에 접착층이 개재된다. 접착층의 삽입은 디바이스의 기계적 안정성을 개선하지만, 또한 (a) 제조 비용을 증가시키고, (b) 디바이스를 구동하기 위해 요구되는 전압 및 에너지 소비를 증가시키고, (c) 동작 온도 범위를 감소시키고, (d) 스위칭 속도를 감소시킬 수도 있다. 따라서, 성능이 향상된 전기 광학 디바이스의 개발이 요구된다. 본 특허 출원의 발명은 전기 광학 디바이스의 전면 전극과 후면 전극 사이의 접착층에 대한 필요성을 제거함으로써 전술된 단점들을 회피한다. 본 발명은 또한 얇고, 가요성이며, 광 투과성의 전면 전극을 갖는 가요성 전기 광학 디바이스들의 구성을 가능하게 한다. 또한, 본 발명에 의하면, 전기 광학 재료층에서의 코팅 결함들 또는 보이드들의 경우에도 전기 광학 디바이스의 우수한 전기 광학 성능의 보존을 가능하게 한다.
요약
따라서, 일 양태에서, 본 발명은 제 1 기재층, 제 1 접착층 및 제 1 전극층을 포함하는 도전성 필름(conductive film), 전기 광학 재료층(electro-optic material layer), 및 제 2 전극층을 포함하는 전기 광학 디바이스를 제공한다. 제 1 전극층은 도전성 재료를 포함하고, 제 1 표면(surface) 및 제 2 표면을 갖는다. 전기 광학 재료층은 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는다. 제 1 전극층의 제 1 표면은 제 1 접착층과 접촉한다. 제 1 전극층의 제 2 표면은 전기 광학 재료층의 제 1 표면과 접촉한다. 도전성 필름은 광투과성일 수도 있다. 도전성 필름은 가요성일 수도 있다. 도전성 필름은 전기 광학 재료층의 제 1 표면의 표면 거칠기(surface roughness)와 정합(conform)하지 않는다. 도전성 필름의 제 1 접착층은 10-3 Hz의 주파수 및 70oC의 온도에서 측정된 저장 탄성률(storage modulus) G' 이 104 Pa 이상일 수도 있다. 전기 광학 디바이스의 제 1 기재층, 도전성 필름, 전기 광학 재료층 및 제 2 전극층이 이 순서로 배열될 수도 있다. 제 1 기재층은 제 1 이형 필름일 수도 있다. 전기 광학 디바이스는 또한 제 2 기재층을 포함할 수도 있고, 제 2 전극층은 전기 광학 재료층과 제 2 기재층 사이에 개재된다. 제 2 기재층은 제 2 접착층을 통해 제 2 전극에 부착되는 제 2 이형 시트일 수도 있다. 제 2 전극층은 하나의 전극 또는 복수의 전극들을 포함할 수도 있다. 복수의 전극들은 픽셀 전극들이라고도 한다. 전기 광학 디바이스는 가요성일 수도 있다.
전기 광학 디바이스의 제 1 전극층은 금속 재료, 도전성 폴리머(conductive polymer), 도전성 입자들, 또는 이들의 조합들을 포함할 수도 있다. 상기 도전성 입자들은 도전성 카본 블랙, 단일 벽 탄소나노튜브들, 다중 벽 탄소 나노튜브들, 그래핀, 도전성 금속 산화물 입자들 또는 이들의 조합들일 수도 있다. 금속 재료는 금속 입자들, 금속 나노입자들, 금속 와이어들, 금속 나노와이어들, 금속 섬유들, 금속 나노섬유들, 금속 플레이크들(metal flakes), 금속 디스크들(metal disks) 또는 이들의 조합들을 포함할 수도 있다.
전기 광학 디바이스의 전기 광학 재료층은 비극성 액체 및 복수의 분산된 하전 안료 입자들을 포함하는 내부 상(internal phase) 및 중합성 바인더를 포함하는 캡슐화된 전기영동 매체를 포함할 수도 있다. 상기 전기영동 매체는 약 30 ㎛ 내지 약 120 ㎛ 의 평균 캡슐 직경을 갖는 복수의 캡슐들로 캡슐화될 수도 있다.
다른 양태에서, 본 발명은 (1) (a) 제 1 이형 시트 상에 도전성 재료를 포함하는 도전성 분산액을 코팅하고, (b) 도전성 분산액을 건조시켜 제 1 이형 시트 상에 제 1 전극층을 생성함으로써, 제 1 전극층을 포함하는 도전성 시트를 제조하는 단계; (2) (a) 제 1 기재층 상에 제 1 접착제 조성물을 코팅하고, (b) 제 1 접착제 조성물을 건조 또는 경화시켜 제 1 접착층을 형성함으로써, 기재 시트를 제조하는 단계; (3) 기재 시트 상에 도전성 시트를 전사하여 도전성 웹(web)을 제조하는 단계로서, 상기 도전성 시트의 제 1 전극층은 기재 시트의 제 1 접착층과 접촉하고, 제 1 접착층과 제 1 전극층은 도전성 필름을 구성하는, 상기 도전성 웹을 제조하는 단계; (4) 제 2 전극층 상에 전기 광학 매체를 코팅하여 제 2 전극층 상에 전기 광학 재료층을 형성함으로써 전기 광학 모듈 전구체를 제조하는 단계; (5) 도전성 웹의 제 1 전극층을 전기 광학 모듈 전구체의 전기 광학 재료층과 접촉시키는 단계로서, 상기 전기 광학 디바이스의 도전성 필름은 전기 광학 재료층의 표면 거칠기에 정합하지 않는, 상기 접촉시키는 단계를 포함하는, 전기 광학 디바이스의 제조 방법을 제공한다. 상기 도전성 시트는 광 투과성일 수도 있다. 도전성 시트의 % 총 광 투과율은 60% 초과, 또는 70% 초과, 또는 80% 초과, 또는 90% 초과, 또는 95% 초과일 수도 있다. 상기 도전성 시트는 가요성일 수도 있다. 도전성 필름의 제 1 접착층은 10-3 Hz의 주파수 및 70oC의 온도에서 측정된 저장 탄성률 G' 이 104 Pa 이상일 수도 있다.
다른 양태에 따르면, 본 발명은 (1) (a) 제 1 기재층 상에 제 1 접착제 조성물을 코팅하고, (b) 제 1 접착제 조성물을 건조 또는 경화하여 제 1 기재층 상에 제 1 접착층을 형성함으로써, 기재 시트를 제조하는 단계; (2) (a) 제 1 접착층 상에 도전성 재료를 포함하는 도전성 분산액을 코팅하고, (b) 도전성 분산액을 건조하여 제 1 전극층을 형성함으로써 도전성 테이프를 제조하는 단계로서, 상기 제 1 전극층 및 제 1 접착층은 접착 필름을 구성하는, 상기 도전성 테이프를 제조하는 단계; (3) 제 2 전극층 상에 전기 광학 매체를 코팅하여 그 제 2 전극층 상에 전기 광학 재료층을 형성함으로써 전기 광학 모듈 전구체를 제조하는 단계; (4) 도전성 테이프의 제 1 전극층을 전기 광학 모듈 전구체의 전기 광학 재료층과 접촉시키는 단계로서, 상기 도전성 필름은 상기 전기 광학 재료층의 표면 거칠기와 정합하지 않는, 상기 접촉시키는 단계를 포함하는, 전기 광학 디바이스의 제조 방법을 제공한다. 상기 도전성 테이프는 광 투과성이다. 상기 도전성 필름은 가요성일 수도 있다. 도전성 테이프의 % 총 광 투과율은 60% 초과, 또는 70% 초과, 또는 80% 초과, 또는 90% 초과, 또는 95% 초과일 수도 있다. 도전성 필름의 제 1 접착층은 10-3 Hz의 주파수 및 70oC의 온도에서 측정된 저장 탄성률 G' 이 104 Pa 이상일 수도 있다.
도면들의 간단한 설명
도 1 은 제 1 기재층, 제 1 접착층 및 제 1 전극층을 포함하는 도전성 필름, 전기 광학 재료층, 및 제 2 전극층을 포함하는 전기 광학 디바이스의 일 실시양태를 나타낸다.
도 2 는 본 발명의 방법들을 사용하여 구성된 전기 광학 디바이스의 일 실시양태의 현미경 사진이다.
도 3a 및 도 3b는 전기 광학 재료층 상에 도전성 필름을 전사하는 단계를 이용하여 본 발명의 전기 광학 디바이스를 제조하는 프로세스의 일 예의 예시를 제공한다.
도 4 는 전기 광학 재료층 상에 도전성 필름을 코팅하는 단계를 이용하여 본 발명의 전기 광학 디바이스를 제조하는 프로세스의 일 예의 예시를 제공한다.
상세한 설명
본 명세서에서 사용되는 용어 "도전성(conductive)"은 "전기 전도성"과 동의어이며, 달리 언급되지 않는 한, 열 전도성 또는 자기 전도성 등과 같은 다른 유형의 전도성과는 반드시 동의어인 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 2개의 층에 대해 "접촉"이라는 용어는 층들 중 하나의 층의 표면의 위치가 다른 층의 표면의 위치의 10 nm의 거리 내에 있다는 것을 의미한다. "접촉"하는 2개의 층들은 또한 하나의 층을 형성하는 재료가 다른 층에 침투하는 부피를 가질 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 층 표면에 대해 "실질적으로 평면형"이라는 용어는 표면의 모든 점들이 동일한 평면 내에 또는 평면으로부터 10 ㎛ 미만의 거리 내에 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 층 B의 표면에 정합하지 않는 층 A에 대한 "표면 거칠기에 정합하지 않는다"는 용어는 전기 광학 디바이스의 제조, 저장 및 동작의 조건들 하에서, 층 A가 10 ㎛ 초과의 깊이를 갖는 거칠기 갭들에 대해 층 B의 표면의 거칠기의 체적의 30% 미만을 점유하는 것에만 부합할 것임을 의미한다. 깊이는 표면에서 수직으로 층의 표면으로부터의 치수이다.
본 명세서에서 "가요성(flexible)"라는 용어는 디스플레이에 대한 거시적인 손상 없이 반복적으로 휘어질 수 있는 디바이스를 지칭하기 위해 디스플레이 기술 분야에서 일반적인 의미와 일관되게 사용된다.
필름 또는 층 또는 시트의 % 총 광 투과율은 입사광의 에너지에 대한 필름 또는 층으로부터의 투과 광의 총 에너지 x 100 의 비율이다. 분광광도계를 사용하여 D65 발광체를 사용하여 표준 방법 ISO 13468 로 % 총 광 투과율이 측정된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "분자량(molecular weight)"은 달리 언급되지 않는 한 중량 평균 분자량을 의미한다. 분자량은 산업 표준 사이즈 배제 컬럼 크로마토그래피를 사용하여 측정한다.
본 명세서에 제공된 접착층의 저장 탄성률 값은 실시예 섹션에 기술된 저장 탄성률 측정 방법을 통해 측정된다.
일 양태에서, 본 발명은 제 1 기재 층, 제 1 접착층 및 제 1 전극층을 포함하는 도전성 필름, 전기 광학 재료층, 및 제 2 전극층을 포함하는 전기 광학 디바이스를 제공한다.
제 1 전극층은 도전성 재료를 포함하고, 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는다. 전기 광학 재료층은 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는다. 전기 광학 재료층은 복수의 마이크로 캡슐들 또는 복수의 마이크로 셀들을 포함할 수도 있다. 제 1 전극층의 상기 제 1 표면은 제 1 접착층과 접촉하고, 제 1 전극층의 제 2 표면은 상기 전기 광학 재료층과 접촉한다. 전기 광학 재료층의 제 2 표면은 제 2 전극층과 접촉한다. 전기 광학 디바이스는 또한 제 2 기재층을 포함할 수도 있고, 제 2 전극층은 전기 광학 재료층과 제 2 기재 사이에 개재된다. 도전성 필름의 제 1 접착층은 10-3 Hz의 주파수 및 70oC의 온도에서 측정된 적어도 104 Pa, 보다 바람직하게는 3x104 Pa, 더욱 더 바람직하게는 5x104 Pa의 저장 탄성률 G' 을 가질 수도 있다. 이는 도전성 필름이 전기 광학 재료층의 제 1 표면의 표면 거칠기에 정합하지 않는다는 사실에 기여한다. 그 결과, 전기 광학 재료층의 특정 위치들에서 결함들 또는 보이드들(핀홀들)의 경우들에서도 전기 광학 디바이스의 양호한 전기 광학 성능이 보존된다. 도전성 필름이 전기 광학 재료층의 제 1 표면의 갭들에 정합한다면, 제 1 전극층은 제 2 전극층과 전기적으로 연결될 수 있을 것이다. 이 경우, 갭의 위치에서 회로가 단락되어, 비-최적의 전기 광학 성능을 초래할 것이다.
제 1 기재층은 제 1 이형 시트일 수도 있다. 제 2 기재는 또한 제 2 이형 시트일 수도 있고, 이는 제 2 접착층을 통해 제 2 전극에 부착될 수도 있다. 이는 이형 시트가 제거될 수도 있고 디바이스가 다양한 기재들 또는 컴포넌트들 중 임의의 것에 부착될 수도 있기 때문에 특히 도움이 될 수도 있다.
일 실시양태에서, 전기 광학 디바이스는 서로 수직으로 적층되는 층들을 포함하고, 층들은 평면형 표면들을 갖는다. 이러한 디바이스들의 예들은 2차원 디바이스들, 이를테면 e 리더들, 컴퓨터 스크린들, 모바일 폰 스크린들 등이다. 이 실시양태에서, 도전성 필름은 실질적으로 평면형이고, 전기 광학 재료층의 비-평면형 결함들에 부합하지 않는다.
본 발명의 다른 양태는 전기 광학 디바이스의 제조 방법들을 포함한다. 일 실시양태에서, 상기 제조 방법은 제 1 접착층 상에 제 1 전극층을 전사하는 전사 단계(transfer step)를 포함한다. 상기 제 1 전극층과 상기 제 1 접착층은 도전성 필름을 구성한다. 제 1 이형 시트를 또한 포함하는 생성된 구조체는, 제 1 이형 시트의 제거 후에, 전기 광학 재료층 및 제 2 전극층을 포함하는 전기 광학 모듈 전구체와 접촉된다. 이 방법은 라미네이션 프로세스를 포함한다.
다른 실시양태에서, 제조 방법은 제 1 접착층 상에 제 1 전극층을 코팅하는 단계를 포함한다. 생성된 도전성 필름을 전기 광학 재료층 및 제 2 전극층을 포함하는 전기 광학 모듈 전구체와 접촉시켜 전기 광학 디바이스 제조를 완료한다. 이 방법은 다수의 코팅 단계를 포함한다.
도전성 필름은 광 투과성일 수도 있다. 도전성 필름의 % 총 광 투과율은 60% 초과, 또는 70% 초과, 또는 80% 초과, 또는 90% 초과, 또는 95% 초과일 수도 있다. 상기 도전성 필름은 또한 가요성일 수도 있다.
본 발명의 전기 광학 디바이스의 실시양태의 예가 가 도 1 에 제공된다. 도 1의 전기 광학 디바이스(140)는 제 1 기재 층(103), 제 1 접착층(104)을 포함하는 도전성 필름(112) 및 제 1 전극층(102)을 포함한다. 제 1 전극층(102)은 제 2 전극층(105)과 접촉하는 전기 광학 재료층(106)과 접촉한다.
본 발명의 전기 광학 디바이스의 수직 단면의 현미경사진이 도 2에서 제공된다. 전기 광학 디바이스(140)는 제 1 기재층(103), 도전성 필름(112), 전기 광학 재료층(106) 및 제 2 전극층(105)을 포함한다. 전기 광학 재료층(216)의 더 어두운 컬러 영역들(원)은 그것의 제 1 표면에 가깝게 위치된 갭들에 대응한다. 전기 광학 디바이스를 면도날을 이용하여 슬라이싱하고, 수직 단면의 현미경 사진을 얻었다. 현미경 사진은 도전성 필름(112)의 제 2 표면이 전기 광학 재료층의 제 1 표면 거칠기에 정합(conform)하지 않음을 보여준다.
본 발명의 전기 광학 디바이스(140)의 제조 방법의 일 예가 도 3a 및 도 3b에 도시된다. 보다 구체적으로, 상기 방법은 도전성 분산액(conductive dispersion)을 제 1 이형 시트(101) 상에 코팅하여 도전성 시트(110)를 제조하는 단계를 포함한다. 도전성 분산액은 도전성 재료 및 캐리어를 포함한다. 그 도전성 분산액을 건조시킨 후, 제 1 이형 시트(101) 상에 제 1 전극층(102)을 형성하여 도전성 시트(110)의 제조를 완료한다. 상기 방법은 또한 제 1 기재 층(103) 상에 제 1 접착제 조성물을 코팅함으로써 기재 시트(113)를 제조하는 단계를 포함한다. 제 1 접착제 조성물의 건조 또는 경화는 제 1 접착층(104)을 포함하는 기재 시트(113)의 제조를 완료한다. 도전성 시트(110)와 기재 시트(113)의 연결은 도전성 웹(120)을 형성한다. 이는 도전성 시트(110)의 제 1 전극층(102)을 기재 시트의 제 1 접착층(104)과 접촉시킴으로써 달성된다. 따라서, 도전성 웹(120)은 순서대로 제 1 기재 층(103), 제 1 접착층(104), 제 1 전극층(102), 및 제 1 이형 시트(101)를 포함한다. 제 1 접착층과 제 1 전극층은 도전성 필름(112)을 구성한다. 제조 방법은 또한 전기 광학 모듈 전구체(130)의 제조 단계를 포함한다. 이는 제 2 전극(105) 상에 전기 광학 매체를 코팅함으로써 달성된다. 도전성 웹(120)으로부터 제 1 이형 시트(101)를 제거하고 도전성 웹(120)의 제 1 전극층(102)의 노출된 표면을 전기 광학 모듈 전구체(130)의 전기 광학 재료층(106)과 접촉시킴으로써 전기 광학 디바이스(140)가 최종적으로 형성된다. 도전성 필름(112)은 전기 광학 재료층(106)의 표면 거칠기에 정합하지 않는다.
본 발명의 전기 광학 디바이스(140)의 제조 방법의 다른 예가 도 4에 도시된다. 보다 구체적으로, 그 방법은 제 1 기재층(203) 상에 제 1 접착제 조성물을 코팅함으로써 기재 시트(213)를 제조하는 단계를 포함한다. 제 1 접착제 조성물의 건조 또는 경화는 제 1 접착층(204)을 포함하는 기재 시트(213)의 제조를 완료한다. 기재 시트(213)의 제 1 접착층(204) 상에 도전성 분산액을 코팅하는 것 및 그 도전성 분산액을 건조하는 것은 제 1 전극층(203)을 형성하고, 도전성 테이프(210)의 제조를 완료한다. 도전성 테이프는 제 1 기재층(203), 제 1 접착층(204) 및 제 1 전극층(202)을 포함한다. 제 1 접착층(204)과 제 1 전극층(202)은 도전성 필름(212)을 구성한다. 이 제조 방법은 또한 전기 광학 모듈 전구체(130)의 제조 단계를 포함한다. 이는 제 2 전극(105) 상에 전기 광학 매체를 코팅함으로써 달성된다. 전기 광학 디바이스(220)는 도전성 테이프(210)의 제 1 전극층(203)을 전기 광학 모듈 전구체(130)의 전기 광학 재료층(106)과 접촉시킴으로써 최종적으로 형성된다. 도전성 필름(212) 은 전기 광학 재료층(106)과 접촉한다. 도전성 필름(212)은 전기 광학 재료층(106)의 표면 거칠기에 정합하지 않는다.
전기 광학 재료층의 제 1 표면의 표면 거칠기에 대한 도전성 필름의 정합이 아니라는 사실은 전기 광학 디바이스의 제조, 저장 및 동작 조건에서 도전성 필름이 상당한 플라스틱 유동을 겪지 않는다는 것을 의미한다. 도전성 필름의 제 1 접착층은 이러한 물성에 영향을 미친다. 제 1 접착층이 10-3 Hz의 주파수 및 70oC의 온도에서 측정된 적어도 104 Pa의 저장 탄성률 G'을 갖는 경우, 상당한 플라스틱 유동이 관찰되지 않는다. 바람직하게는, 제 1 접착층은 적어도 3x104 Pa의 저장 탄성률 G'을 갖고, 더욱 바람직하게는 제 1 접착층은 적어도 5x104 Pa의 저장 탄성률 G'을 갖는다. 접착층들의 저장 탄성률은 실시예 섹션에 기술된 저장 탄성률 측정 방법을 사용하여 결정된다.
전기 광학 디바이스의 제 1 접착층은 약 1 ㎛ 내지 약 1 cm, 바람직하게는 약 2 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 더욱 바람직하게는 약 5 ㎛ 내지 약 25 ㎛의 두께를 가질 수도 있다.
전기 광학 디바이스의 제 1 전극층은 5 ㎛ 미만, 바람직하게는 2 ㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 1 ㎛ 미만의 두께를 가질 수도 있다.
전기 광학 재료의 제 1 전극층은 도전성 재료를 포함한다. 도전성 재료는 금속 재료, 도전성 폴리머, 도전성 입자들, 및 이들의 조합들일 수도 있다. 금속 재료들의 비제한적인 예들은 금속 입자들, 금속 나노입자들, 금속 와이어들, 금속 나노와이어들, 금속 섬유들, 금속 나노섬유들, 금속 플레이크들 및 금속 디스크들 및 이들의 조합들을 포함한다. 금속 입자들, 금속 와이어들 및 금속 섬유들의 최소 치수는 약 1 ㎛ 내지 약 50 ㎛ 일 수도 있다. 금속 나노입자들, 금속 나노와이어들 및 금속 나노섬유들의 최소 치수는 20 nm 내지 1 ㎛일 수도 있다. 금속 플레이크들 또는 금속 디스크들은 약 1 nm 내지 약 200 nm의 평균 두께, 및 100 nm 내지 약 50 ㎛의 평균 직경을 가질 수도 있다. 금속 재료의 원소는 은, 구리, 아연, 금, 백금, 코발트, 니켈, 철, 망간, 다른 금속들 및 이들의 조합들일 수도 있다. 도전성 폴리머들의 비제한적인 예들은 PEDOT-PSS, 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리페닐렌 비닐렌, 및 이들의 조합들을 포함한다. 도전성 입자들은 도전성 탄소 입자들 또는 도전성 금속 산화물 입자들을 포함할 수도 있다. 도전성 탄소 입자들의 비제한적인 예들은 도전성 카본 블랙 입자들, 단일 벽 탄소 나노튜브들, 다중 벽 탄소 나노튜브들, 및 그래핀을 포함한다. 도전성 금속 산화물 입자들의 비제한적인 예들은 루테늄 산화물 입자들, 이리듐 산화물 입자들, 백금 산화물 입자들, 스트론튬 루테네이트 입자들, 및 란타늄 스트론튬 코발트 산화물 입자들을 포함한다.
제 1 전극층과 접촉하는 전기 광학 재료층은 또한 제 1 접착층과 접촉할 수도 있다. 이는 전기 광학 디바이스의 기계적 무결성을 제공한다. 제 1 접착제 조성물은, 전극층이 다공성(porous)일 수도 있으므로, 제조 프로세스 동안 제 1 전극층을 관통할 수도 있다. 따라서, 도전성 필름이 상기 전기 광학 재료층과 접촉할 때, 도전성 필름의 제 1 전극층 및 제 1 접착층 양자 모두가 전기 광학 재료층과 접촉할 수도 있다.
　전기 광학 디바이스의 제 1 접착층은 전기 광학 디바이스의 다른 층들을 결합시키기에 충분한 접착 강도를 가질 수도 있다. 전기 광학 디바이스가 가요성이어야 하는 경우들에서, 제 1 접착층은 디스플레이가 휘어질 때 디스플레이 내로 결함들을 도입하지 않을 만큼 충분한 가요성을 가질 수도 있다.
제 1 접착층은 접착제 조성물에 의해 형성된다. 그 접착제 조성물은 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카프로락톤, 폴리비닐알코올, 폴리비닐아세테이트, 폴리에테르, 폴리비닐 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐피롤리돈, 폴리)2-에틸-2-옥사졸린), 아크릴레이트 폴리머, 아크릴 코폴리머, 메타크릴레이트 폴리머, 메타크릴산 코폴리머, 말레산 무수물 코폴리머, 비닐에테르 코폴리머, 스티렌 코폴리머, 디엔 코폴리머, 실록산 코폴리머, 셀룰로오스 유도체, 아라비아 검, 알기네이트, 레시틴, 아미노산으로부터 유래된 폴리머, 및 이들의 조합들과 같은 폴리머를 포함할 수도 있다. 접착제 조성물은 또한 올리고머 또는 모노머 또는 이들의 조합들을 포함할 수도 있다. 올리고머 또는 모노머는 열 또는 광 에너지를 이용하여 건조 또는 경화하여 중합할 수도 있다.
제 1 접착제 조성물은 물 또는 유기용매에 폴리머를 포함할 수도 있다. 제 1 접착제 조성물은 물 또는 유기용매에 포함된 폴리머의 분산액 또는 용액일 수도 있다. 그 조성물은 또한 용매가 없을 수도 있다.
제 1 접착제 조성물은 가교 또는 비가교 폴리머를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 접착제 조성물은 또한 비가교된 또는 가교된 폴리우레탄을 포함할 수도 있다. 접착층을 형성하는 건조 또는 경화 프로세스에서 비가교 폴리우레탄이 가교될 수도 있다. 예를 들어, 비가교 폴리우레탄 수성 분산액은 에폭시 작용기를 함유하는 N,N-디글리시딜아닐린과 같은 가교제를 포함할 수도 있다. 가교제는 또한 3급 아민을 포함할 수도 있다. 가교제는 열적으로 활성화되거나, UV 광을 통해 활성화될 수도 있다. 다른 유용한 유형들의 가교제는 알킬 또는 시클로알킬 폴리올의 에폭시 에테르를 포함한다. 구체적인 유용한 가교제는 1,4-시클로헥산디메탄올 디글리시딜 에테르, 네오펜틸 글리콜 디글리시딜 에테르, O,O,O-트리글리시딜글리세롤 및 글리시딜 메타크릴레이트의 호모폴리머 및 코폴리머를 포함한다. 접착제 조성물에서의 가교제의 농도는 접착제 조성물의 0.005 중량% 초과, 더욱 바람직하게는 0.01 중량% 초과일 수도 있다. 가교기는 접착제 조성물의 비가교 폴리머의 일부일 수도 있고, 이는 제 1 접착층의 형성 동안 가교될 수도 있다.
제 1 접착제 조성물은 또한 필요한 경우 제 1 접착층의 체적 저항률과 같은 전기적 특성을 조절하기 위한 도핑제를 포함할 수도 있다. 도핑제는 무기염, 유기염, 이온성 폴리머, 이온성 액체 등일 수도 있다.
도전성 필름의 제조 방법은 종래 기술에서 개시하고 있는 통상적인 방법들과는 근본적으로 다르다. 이는 표면 에너지 또는 거칠기에 관계없이 다양한 기재들 상에 도전성 필름을 제조하는데 사용될 수 있다. 또한, 그것은 매우 유연하고 자립적인 투명 도전성 필름을 제공하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 도전성 필름은 종래 기술에서 개시된 통상적인 방법들과는 달리 도전성 재료와 폴리머를 미리혼합하여 제조하지 않는다. 오히려, 제 1 전극층은 제 1 접착층 상에 직접 코팅되거나 전사된다. 제 1 접착층은 여전히 디바이스의 일부이지만, 탄소 나노튜브와 같은 도전성 재료는 개재하는 접착층의 필요 없이 전기 광학 재료와 접촉한다. 따라서, 본 발명의 전기 광학 디바이스는 우수한 전기-광학 성능을 나타낸다. 이는 낮은 구동 전압, 동작 온도 범위 확대, 및 증가된 스위칭 속도에 기여한다. 본 발명의 도전성 필름들은 전기 광학 디바이스의 전기 광학 재료층의 양측에 전극층으로 사용될 수도 있다. 도전성 필름의 가요성 및 자립형의 능력은 가요성 디바이스들 및 3D 형상들을 갖는 디바이스들에서 그것의 사용을 가능하게 한다.
제 1 이형 시트, 제 1 전극층, 제 1 접착층, 및 제 1 기재층을 포함하는 도전성 웹은 독립형 아이템으로서 존재할 수 있다.
실시예들
실시예 1: 기재층, 폴리우레탄을 포함하는 제 1 접착층, 제 1 전극층, 전기영동 재료층 및 제 2 전극을 포함하는 본 발명의 전기 광학 디바이스를 제작하였다. 전기 광학 디바이스는 다음과 같은 방법에 따라 제조하였다.
a.폴리우레탄의 제조: 미국특허 제7,342,068호에 개시된 방법에 따라, α,α,α,α-테트라메틸크실렌 디이소시아네이트 및 폴리(프로필렌 옥사이드)디올 (2000 MW) 시약, n-메틸피롤리돈 용매, 디부틸 틴 라우레이트 촉매, 디메틸올 프로피온산 개질제, 트리메틸 아민 중화제, 및 1,6-헥사메틸렌 디아민 사슬 연장제를 사용하여 접착제 조성물의 폴리우레탄을 제조하였다.
b.폴리우레탄 분산액의 제조: 수성 폴리우레탄 폴리머 분산액(물 중 35%)을 디글리시딜아닐린 가교제와 혼합하였다. 가교제의 농도는 폴리우레탄 분산액의 0.02 중량%였다. 이것은 접착제 조성물이다. 이는 후술하는 전기 광학 디바이스의 접착층 구성을 위해 사용되었다. 저장 탄성률은 8 x 104 Pa (주파수 10-3 Hz 및 온도 70oC)이었다. 접착제 조성물에 의해 형성된 접착 필름의 저장 탄성률은 또한 후술하는 저장 탄성률 측정법을 이용하여 측정하였다.
c.전기 광학 디바이스의 제작: 물에서의 단일벽 탄소나노튜브의 0.05 중량% 분산액이 제 1 이형 시트 상에 Meyer rod #14를 이용하여 코팅하였다. 그 분산액을 60oC에서 30분간 건조하여 도전성 시트를 형성하였다. 적분구 및 D65 발광체가 장착된 BYK haze-gard i 분광광도계를 사용하여 표준 방법 ISO 13468 로 측정하였을 때, 필름의 저항은 3 kOhm/square였고, 그것의 % 총 광 투과율은 89%였다. 상기 (b) 에서 제조된 접착제 조성물을 Meyer rod #70을 이용하여 PET 기재 상에 코팅하였다. 분산액의 공기 건조 후, PET 기재 상에 32 그램/미터의 폴리우레탄 필름을 포함하는 기재 시트를 형성하였다. 그 다음, 도전성 시트를 기재 시트와 접촉시켜 도전성 웹을 형성하였다. PET 기재, 제 1 접착층, 제 1 전극층, 및 제 1 이형 시트를 포함하는 도전성 웹은 매우 가요성이고, 독립형 아이템으로서 저장될 수 있다. 도전성 웹을 전기 광학 재료층 및 제 2 전극층을 포함하는 전기 광학 모듈 전구체 상에 라미네이팅하였다. 라미네이션은 분당 0.5 피트의 속도로, 60 psi 압력 및 250oF 에서 수행하였다. 전기 광학 재료층은 탄화수소 캐리어 내에 음으로 하전된 흑색 안료 입자들 및 양으로 하전된 백색 안료를 포함하는 캡슐화된 내부 상을 포함한다. 접착층의 폴리머를 가교시키기 위해 전기 광학 디바이스를 60oC의 오븐에서 120시간 동안 가열하였다.
비교 실시예 2: 제 1 기재층, ITO 제 1 전극층, 접착층, 실시예 1과 같은 전기영동 재료층 및 제 2 전극층을 포함하는 제어 전기 광학 디바이스.
실시예 1 및 실시예 2 의 전기 광학 디바이스들의 제 1 전극층과 제 2 전극 사이의 저항을 측정하였다. 측정된 데이터는 표 1 에 제공된다. 표 1 의 데이터는 실시예 1 의 저항이 실시예 2 의 저항보다 높다는 것을 나타낸다. 이는 실시예 1의 전기 광학 디바이스의 제 1 전극층이 전기 광학 재료층의 제 1 표면에 정합하지 않는다는 사실에 의해 야기될 가능성이 높다. 그 결과, 실시예 2 에서보다 실시예 1 에서 제 1 전극층과 제 2 전극층 사이에 쇼트가 발생할 확률이 훨씬 낮다.
실시예 1 및 실시예 2 의 전기 광학 디바이스들은 또한 어두운 상태로 구동되었고, 그 후 화이트 상태로 구동되었다. 양자의 디바이스들에 대해 화이트 상태의 반사율 L* 값을 측정하여 표 1에 나타내었다. 측정들은 PR-650 SpectraScan 비색계를 사용하여 수행하였다. L* 값은 일반적인 CIE 정의를 갖는다:
L*=116(R/R0)1/3-16
여기서, R은 반사율이고, R0 은 표준 반사율이다.
표 1
　 저항 화이트 상태의 반사율 L*
실시예 1 5 MOhms　 65
비교 실시예 2 4.2 kOhms　 42
표 1의 반사율 데이터는 실시예 1의 본 발명의 전기 광학 디바이스의 전기-광학 성능이 실시예 2 의 비교 전기 광학 디바이스에 비해 향상된 전기-광학 성능을 보여줌을 나타낸다.
저장 탄성률 측정 방법: 접착층의 저장 탄성률을 측정하는 방법은 접착층의 준비 및 동적 기계적 분석 측정을 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 제 1 접착제 조성물을 금속 호일에 코팅하고 건조하여 약 17 ㎛의 두께를 갖는 51 mm x 51 mm 정사각형 접착필름을 제조하였다. 가교가 요망되는 경우(조성물은 가교제를 포함함)에, 필름을 60oC에서 120시간 동안 가열하였다. 그 다음, 금속 호일로부터 접착 필름을 제거하고, 접어서 대략 600㎛ 두께의 접착층을 형성하였다. 그 다음, 이 접착층을 TA 인스트루먼츠 DMA 테스터를 사용하여 동적 기계적 분석(DMA)을 수행하였다. 시료는 70oC의 온도에서 10-6 Hz 내지 108 Hz 의 주파수 범위에 걸쳐 0.01%의 인가된 스트레인으로 1000 Pa의 일정한 스트레스에서 DMA 시험을 수행하였다.

Claims (20)

  1. 전기 광학 디바이스로서,
    제 1 기재층;
    제 1 접착층 및 제 1 전극층을 포함하는 도전성 필름으로서, 상기 제 1 전극층은 도전성 재료를 포함하고 제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는, 상기 도전성 필름;
    제 1 표면 및 제 2 표면을 갖는 전기 광학 재료층; 및
    제 2 전극층을 포함하고,
    상기 제 1 전극층의 상기 제 1 표면은 상기 제 1 접착층과 접촉하고, 상기 제 1 전극층의 상기 제 2 표면은 상기 전기 광학 재료층의 상기 제 1 표면과 접촉하며, 그리고
    상기 도전성 필름은 상기 전기 광학 재료층의 상기 제 1 표면의 표면 거칠기와 정합하지 않는, 전기 광학 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 필름은 광 투과성인, 전기 광학 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 필름은 가요성인, 전기 광학 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 광학 디바이스는 가요성인, 전기 광학 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기재는 이형 시트인, 전기 광학 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제 2 기재층을 더 포함하고, 상기 제 2 전극층은 상기 전기 광학 재료층과 상기 제 2 기재층 사이에 개재되는, 전기 광학 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 기재층은 제 2 접착층을 통해 상기 제 2 전극에 부착되는 제 2 이형 시트인, 전기 광학 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 필름의 상기 제 1 접착층은 10-3 Hz 의 주파수 및 70℃ 의 온도에서 측정된 적어도 104 Pa의 저장 탄성률 G' 을 갖는, 전기 광학 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기재층, 상기 제 1 접착층, 상기 제 1 전극층, 상기 전기 광학 재료층, 및 상기 제 2 전극층이 이 순서로 배열되는, 전기 광학 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 광학 재료층은 복수의 마이크로캡슐들을 포함하는, 전기 광학 디바이스.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극층의 상기 도전성 재료는 도전성 폴리머, 도전성 입자들, 및 금속 재료로 이루어진 군으로부터 선택되는, 전기 광학 디바이스.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 전극층의 상기 도전성 폴리머는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리스티렌 설포네이트(PEDOT-PSS), 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리페닐렌 비닐렌 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는, 전기 광학 디바이스.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 전극층의 상기 도전성 입자들은 도전성 카본 블랙, 단일 벽 탄소 나노튜브들, 다중 벽 탄소 나노튜브들, 그래핀, 도전성 금속 산화물 입자들 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는, 전기 광학 디바이스.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 전극층의 상기 금속 재료는 금속 입자들, 금속 나노입자들, 금속 와이어들, 금속 나노와이어들, 금속 섬유들, 금속 나노섬유들, 금속 플레이크들 및 금속 디스크들 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는, 전기 광학 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 금속 입자들, 금속 나노입자들, 금속 와이어들, 금속 나노와이어들, 금속 섬유들, 금속 나노섬유들, 금속 플레이크들 및 금속 디스크들은 은, 구리, 아연, 금, 백금, 코발트, 니켈, 철, 망간, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 원소를 포함하는, 전기 광학 디바이스.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 광학 재료층은 비극성 액체 및 복수의 분산된 하전 안료 입자들을 포함하는 내부 상 및 폴리머 바인더를 포함하는 캡슐화된 전기영동 매체를 포함하는, 전기 광학 디바이스.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전기영동 매체는 약 30 ㎛ 내지 약 120 ㎛ 의 평균 캡슐 직경을 갖는 복수의 캡슐들로 캡슐화되는, 전기 광학 디바이스.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 접착층은 상기 전기 광학 재료층과 또한 접촉하는, 전기 광학 디바이스.
  19. 전기 광학 디바이스의 제조 방법으로서,
    (a) 도전성 재료를 포함하는 도전성 분산액을 제 1 이형 시트 상에 코팅하는 것, 및 (b) 상기 도전성 분산액을 건조시켜 상기 제 1 이형 시트 상에 제 1 전극층을 생성하는 것에 의해, 제 1 전극층을 포함하는 도전성 시트를 제조하는 단계;
    (a) 제 1 기재층 상에 제 1 접착제 조성물을 코팅하는 것, 및 (b) 상기 제 1 접착제 조성물을 건조 또는 경화하여 제 1 접착층을 형성하는 것에 의해, 기재 시트를 제조하는 단계;
    상기 도전성 시트를 상기 기재 시트 상에 전사함으로써 도전성 웹을 제조하는 단계로서, 상기 도전성 시트의 상기 제 1 전극층은 상기 기재 시트의 상기 제 1 접착층과 접촉하고, 상기 제 1 접착층과 상기 제 1 전극층은 도전성 필름을 구성하는, 상기 도전성 웹을 제조하는 단계;
    제 2 전극층 상에 전기 광학 매체를 코팅하여 상기 제 2 전극층 상에 전기 광학 재료층을 형성함으로써 전기 광학 모듈 전구체를 제조하는 단계;
    상기 도전성 웹의 상기 제 1 전극 층을 상기 전기 광학 모듈 전구체의 전기 광학 재료층과 접촉시키는 단계로서, 상기 도전성 필름은 상기 전기 광학 재료층의 표면 거칠기와 정합하지 않는, 상기 접촉시키는 단계를 포함하는, 전기 광학 디바이스의 제조 방법.
  20. 전기 광학 디바이스의 제조 방법으로서,
    (a) 제 1 기재층 상에 제 1 접착제 조성물을 코팅하는 것, 및 (b) 상기 제 1 접착제 조성물을 건조 또는 경화하여 상기 제 1 기재층 상에 제 1 접착층을 형성하는 것에 의해, 기재 시트를 제조하는 단계;
    (a) 상기 제 1 접착층 상에 도전성 재료를 포함하는 도전성 분산액을 코팅하는 것, 및 (b) 상기 도전성 분산액을 건조하여 제 1 전극층을 형성하는 것에 의해, 도전성 테이프를 제조하는 단계로서, 상기 제 1 전극층과 상기 제 1 접착층은 접착 필름을 구성하는, 상기 도전성 테이프를 제조하는 단계;
    제 2 전극층 상에 전기 광학 매체를 코팅하여 상기 제 2 전극층 상에 전기 광학 재료층을 형성함으로써 전기 광학 모듈 전구체를 제조하는 단계;
    상기 도전성 테이프의 상기 제 1 전극 층을 상기 전기 광학 모듈 전구체의 전기 광학 재료층과 접촉시키는 단계로서, 도전성 필름은 상기 전기 광학 재료층의 표면 거칠기와 정합하지 않는, 상기 접촉시키는 단계를 포함하는, 전기 광학 디바이스의 제조 방법.
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