KR20230140996A - 광학 적층체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기영동 층; 및 전기변색 층을 포함하는, 광학 적층체로,
상기 전기영동 층은, 제1 기재; 상기 제1 기재에 대향하는 제2 기재; 상기 제1 기재 상에 형성된 제1 공통전극; 상기 제1 공통전극 및 상기 제2 기재 사이에 배치되는 복수의 전기영동 셀; 및 상기 복수의 전기영동 셀 내부를 채우는 유전성 유체 및 상기 유전성 유체 내에 분산된 적어도 2종 이상의 전기영동입자를 포함하고, 상기 전기변색 층은, 상기 제2 기재; 상기 제2 기재에 대향하는 제3 기재; 상기 제2 기재 상에 형성된 복수의 단위 전극; 상기 제3 기재의 하부면에 형성된 제2 공통전극; 및 상기 제2 기재 및 상기 제2 공통전극 사이에 전기변색물질 및 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광학 적층체에 관한 것이다.
상기 전기영동 층은, 제1 기재; 상기 제1 기재에 대향하는 제2 기재; 상기 제1 기재 상에 형성된 제1 공통전극; 상기 제1 공통전극 및 상기 제2 기재 사이에 배치되는 복수의 전기영동 셀; 및 상기 복수의 전기영동 셀 내부를 채우는 유전성 유체 및 상기 유전성 유체 내에 분산된 적어도 2종 이상의 전기영동입자를 포함하고, 상기 전기변색 층은, 상기 제2 기재; 상기 제2 기재에 대향하는 제3 기재; 상기 제2 기재 상에 형성된 복수의 단위 전극; 상기 제3 기재의 하부면에 형성된 제2 공통전극; 및 상기 제2 기재 및 상기 제2 공통전극 사이에 전기변색물질 및 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광학 적층체에 관한 것이다.
Description
본 발명은 전기영동 층 및 전기변색 층을 동시에 구비하는 광학 적층체에 관한 것이다.
전기영동 디스플레이 장치는 외부 전기장 인가 없이도 원래의 화상을 그대로 유지하는 높은 쌍안정성(bistability)으로 인하여, 아무런 추가적인 에너지 없이 화상을 유지하는 기능을 가지며 유연성(flexibility)과 휴대성(portability)이 뛰어나며, 내구성 및 경량성 등의 특성을 지닌 전기영동(Electrophoresis; 전기장 내에서 전하를 지닌 콜로이드 입자가 양극 또는 음극쪽으로 이동하는 현상)을 이용한 평판 디스플레이의 일종이다.
이러한 전기영동 디스플레이 장치는 종이 질감에 가장 가까운 특성을 가지고 있으며 광반사 효율이 40% 정도인 신문과 비슷하거나 높은 수치의 광반사 효율, 그리고 우수한 명암비를 나타내며, 종이나 플라스틱과 같은 얇고 구부리기 쉬운 베이스 필름에 전극을 입혀 전기영동 부유입자(Electrophoretic Suspension)를 구동하는 반사형 디스플레이로서, 액정표시장치, 플라즈마 디스플레이 패널, 유기 전계발광 소자를 뒤이을 차세대 전자종이(Electronic Paper)로서 각광받을 것으로 기대되는 장치이다.
이러한 전기영동 디스플레이 장치는 별도의 컬러필터를 구비하지 않으면서, 두가지 전기영동 입자의 구동을 양 전극에 전기장을 제어하여 두가지 색상만을 재현하거나, 세가지 전기영동 입자의 구동을 펄스를 추가로 적용한 전기장을 제어하여 세가지 색상을 재현하여 소정 색상을 화상에 표시하게 된다.
그러나, 상기 전기영동 디스플레이 장치는 전기영동 구동방식에 의해서는 2종류의 색상만 표현이 가능하거나, 별도로 펄스를 추가로 적용하여 세가지 색상을 구현해야 하므로, 색상 표현이 제한적이거나 구동 방식이 복잡한 문제점이 있었다.
공개특허 제 10-2014-0192625호에서는 전기변색 입자를 포함하는 가변 패널에 대해서 개시하고 있으나, 광 투과/광 차단 효과 이외에 다양한 색상의 구현이 어려우며, 전기영동 층을 포함하고 있지 않아 화소의 색상 구현이 복잡하여 색상 구현의 효율성이 떨어진다는 문제가 있다.
본 발명은 전기영동 층 및 전기변색 층을 동시에 구비하여, 별도의 펄스를 추가로 적용하지 않아도 전극의 전압을 제어하는 것만으로 3종 이상의 색상을 효율적으로 구현할 수 있는 광학 적층체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전기영동부에 전기영동 층; 및 전기변색부에 전기변색 층을 포함하는 광학 적층체로, 상기 전기영동 층은, 제1 기재; 상기 제1 기재에 대향하는 제2 기재; 상기 제1 기재 상에 형성된 제1 공통전극; 상기 제1 공통전극 및 상기 제2 기재 사이에 배치되는 복수의 전기영동 셀; 및 상기 복수의 전기영동 셀 내부를 채우는 유전성 유체 및 상기 유전성 유체 내에 분산된 적어도 2종 이상의 전기영동입자를 포함하고, 상기 전기변색 층은, 상기 제2 기재; 상기 제2 기재에 대향하는 제3 기재; 상기 제2 기재 상에 형성된 복수의 단위 전극; 상기 제3 기재의 하부면에 형성된 제2 공통전극; 및 상기 제2 기재 및 상기 제2 공통전극 사이에 전기변색물질 및 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광학 적층체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 광학 적층체는, 전기영동 층 및 전기변색 층을 동시에 구비하여, 별도의 펄스를 추가로 적용하지 않아도 전극의 전압을 제어하는 것만으로 3종 이상의 색상을 효율적으로 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 적층체를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 적층체에서, 기재 및 전극에 해당하는 부분만을 분해하여 도시한 분해사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 광학 적층체의 전압에 의한 구동방식의 구체적인 일 예를 설명하기 위한 광학 적층체의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 적층체에서, 기재 및 전극에 해당하는 부분만을 분해하여 도시한 분해사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 광학 적층체의 전압에 의한 구동방식의 구체적인 일 예를 설명하기 위한 광학 적층체의 단면도이다.
본 발명은, 광학 적층체에 관한 것으로, 전기영동부 및 전기변색부를 동시에 구비하여, 별도의 펄스를 추가로 적용하지 않아도 전극의 전압을 제어하는 것만으로 3종 이상의 색상을 효율적으로 구현하는 것을 발명의 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명은, 전기영동부에 전기영동 층; 및 전기변색부에 전기변색 층을 포함하는, 광학 적층체로, 상기 전기영동 층은, 제1 기재; 상기 제1 기재에 대향하는 제2 기재; 상기 제1 기재 상에 형성된 제1 공통전극; 상기 제1 공통전극 및 상기 제2 기재 사이에 배치되는 복수의 전기영동 셀; 및 상기 복수의 전기영동 셀 내부를 채우는 유전성 유체 및 상기 유전성 유체 내에 분산된 적어도 2종 이상의 전기영동입자를 포함하고, 상기 전기변색 층은, 상기 제2 기재; 상기 제2 기재에 대향하는 제3 기재; 상기 제2 기재 상에 형성된 복수의 단위 전극; 상기 제3 기재의 하부면에 형성된 제2 공통전극; 및 상기 제2 기재 및 상기 제2 공통전극 사이에 전기변색물질 및 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광학 적층체에 관한 것이다.
본 발명의 광학 적층체는 전자종이 디스플레이일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 도면을 참고하여, 본 발명의 실시 예들을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다. 예를 들어, 본 명세서의 도 2에서, 단위전극은 총 25개의 단위전극으로 표현되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 25개 이상의 단위전극을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 복수의 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다.
<광학 적층체>
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 적층체(1)를 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 적층체(1)에서, 기재(10, 11, 12) 및 전극(20, 21, 22)에 해당하는 부분만을 분해하여 도시한 분해사시도이며, 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 광학 적층체(1)의 전압에 의한 구동방식의 구체적인 일 예를 설명하기 위한 광학 적층체의 단면도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 적층체(1)는, 서로 대향하는 제1 기재(10), 제2 기재(11) 및 제3 기재(12), 상기 제1 기재(10) 상에 형성된 제1 공통전극(20), 상기 제3 기재(12)의 하부면에 형성된 제2 공통전극(21) 및 상기 제2 기재(11) 상에 형성된 단위 전극(22), 상기 제1 공통전극(20) 및 상기 제2 기재(11) 사이에 배치되는 전기영동 셀(30), 상기 단위 전극(22) 및 상기 제2 공통전극(21) 사이에 배치되는 전기변색 셀(40)을 포함할 수 있다.
기재
제1 기재(10), 제2 기재(11) 및 제3 기재(12)는 광학 적층체(1)의 여러 구성 요소들을 지지하기 위한 기지(base)로서의 역할을 수행하며, 제1 기재(10) 및 제2 기재(11)는 서로 대향하도록 배치되며, 제2 기재(11) 및 제3 기재(12)는 서로 대향하도록 배치된다. 제1 기재(10) 및 제3 기재(12)는 각각 광학 적층체(1)의 상부 및 하부에 위치하며, 제2 기재(11)는 제1 기재(10) 및 제3 기재(12)의 사이에 위치하고, 기재, 기판, 지지 부재, 지지 기판, 백플레인 등으로 지칭될 수 있다.
일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 제1 기재(10), 제2 기재(11) 및 제3 기재(12)는 독립적으로 유리; 환형올레핀중합체(COP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리아크릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리알릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(PI), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(CAP), 폴리에테르술폰(PES), 셀룰로오스 트리아세테이트(TAC), 폴리카보네이트(PC), 환형올레핀공중합체(COC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등의 고분자 물질; 및/또는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 금속 산화물 등의 무기 절연 물질 등을 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
제1 기재(10), 제2 기재(11) 및 제3 기재(12)는 광학 적층체(1)의 광 제어 목적이나 그 적용 목적에 따라 상이한 물질이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 적층체(1)에서, 제1 기재(10), 제2 기재(11) 및 제3 기재(12) 중 적어도 하나 이상은 절연성인 동시에 광 투과성인 물질로 이루어 질 수 있다. 예를 들어, 제1 기재(10), 제2 기재(11) 및 제3 기재(12)은 모두 유리로 이루어진 투명 기판일 수 있다.
전극
제1 공통전극(20)은 제1 기재(10) 상에 형성되는 도전성 구조물이고, 수집전극(Collecting Electrode)으로써, 전기영동입자(35)를 얕은 영역에 수집하는 역할을 수행한다. 제1 공통전극(20)은 투명한 도전성 물질 내지 도전성 금속 물질로 형성될 수 있다. 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 제1 공통전극(20)은, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 카본나노튜브(Carbon Nano Tube), 그래핀(Graphene), PEDOT:PSS (Poly(3,4-ehylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate)) 등의 물질로 형성될 수 있고, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 마그네슘-은 합금(MgAg), 마그네슘-칼슘 합금(MgCa), 알루미늄-은 합금(AlAg), 또는 이터븀-은 합금(YbAg), 나노 Ag 등의 금속, 또는 전술한 금속물질 이외의 복수의 다른 금속물질로 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
제2 공통전극(21)은 제3 기재(12)의 하부면에 형성되는 도전성 구조물로써, 전류의 흐름에 따라 전기변색물질(미도시)의 산화/환원 반응이 진행되고, 이에 따라 전기변색물질이 전해질에 의해 이온 상태가 변화되어 특정한 색상이 구현되도록 전기변색 셀(40)에 전기장을 인가하는 역할을 수행한다.
제2 공통전극(21)은 투명한 도전성 물질 내지 도전성 금속 물질로 형성될 수 있다. 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 제2 공통전극(21) 은, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 카본나노튜브(Carbon Nano Tube), 그래핀(Graphene), PEDOT:PSS (Poly(3,4-ehylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate)) 등의 물질로 형성될 수 있고, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 마그네슘-은 합금(MgAg), 마그네슘-칼슘 합금(MgCa), 알루미늄-은 합금(AlAg), 또는 이터븀-은 합금(YbAg), 나노 Ag 등의 금속, 또는 전술한 금속물질 이외의 복수의 다른 금속물질로 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
도 2를 참조하면, 단위 전극(22)은 제2 기재(11) 상에 의해 형성되는 도전성 구조물로, 단일 또는 복수개로 형성될 수 있다. 구체적으로, 단위 전극(22)은 일정한 길이, 폭을 가진 서브픽셀의 형태로 형성될 수 있으며, 서브픽셀의 개수는 도 2에 도시된 개수에 한정되지 않는다. 단위 전극(22)은 공통 전극으로써, TFT(Thin Film Transistor) 전극일 수 있다.
단위 전극(22)은 제1 공통전극(20)과 대향하여 수집전극(Collecting Electrode)으로써, 전기영동 입자(35)를 얕은 영역에 수집하는 역할을 수행함과 동시에, 제2 공통전극(21)과 대향하여 전기변색 셀(40)에 전기장을 인가하는 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해 단위전극은 목적에 맞는 기능을 유지할 수 있는(전위차를 형성할 수 있는) 수준이라면 제2 기재(11)의 상부면 혹은 하부면 중에서 적절히 선택하여 형성할 수 있다.
단위 전극(22)은 투명한 도전성 물질 내지 도전성 금속 물질로 형성될 수 있다. 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 단위 전극(22) 은, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 카본나노튜브(Carbon Nano Tube), 그래핀(Graphene), PEDOT:PSS (Poly(3,4-ehylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate)) 등의 물질로 형성될 수 있고, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 마그네슘-은 합금(MgAg), 마그네슘-칼슘 합금(MgCa), 알루미늄-은 합금(AlAg), 또는 이터븀-은 합금(YbAg), 나노 Ag 등의 금속, 또는 전술한 금속물질 이외의 복수의 다른 금속물질로 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
제1 공통전극(20), 제2 공통전극(21) 및 단위 전극(22) 중 적어도 하나 이상은 광투과성일 수 있다.
제1 공통전극(20), 제2 공통전극(21) 및 단위 전극(22)은 전압이 인가되거나, 그라운드(Ground) 상태일 수 있고, 플로팅(Floating) 상태일 수 있다. 플로팅 상태란, 전극이 배선 등으로 연결되어 있지 않아 전극이 다른 구성과 전기적으로 연결되어 있지 않은 상태를 의미한다.
전기영동 층(2)
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기영동 층(2)은, 제1 기재(10), 제1 기재(10)에 대향하는 제2 기재(11), 제1 기재 상에 형성된 제1 공통전극(20), 제1 공통전극(20) 및 제2 기재(11) 사이에 배치되는 복수의 전기영동 셀(30)로 구성되어 있으며, 전기영동 셀(30)의 내부에는 유전성 유체(미도시) 및 유전성 유체 내에 분산된 흑색 및/또는 백색의 전기영동입자(35)가 포함되어 있을 수 있다.
전기영동 셀(30)은 단위 전극(22)이 서브픽셀의 형태로 형성된 영역과 대응되는 영역에 형성되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 도 1 및 도 2를 참조하면, 각각의 전기영동 셀(30)을 구분하기 위하여 견고한 재질의 격벽이 형성될 수 있으나, 각각의 전기영동 셀(30)이 흑색 및/또는 백색의 전기영동입자(35)가 함유된 복수개의 캡슐(미도시)이 압축, 압력 등의 외부의 힘에 의하여 다각형의 캡슐들이 밀집되어 전기영동 셀(30)을 형성하는 형태로 전기영동 셀(30)이 형성되는 것이 보다 바람직하다. 전기영동 셀(30)이 복수개의 캡슐이 밀집되어 형성되는 경우에는, 상기 캡슐이 상대적으로 경도가 낮은 재질로 형성되어 캡슐의 형태 변환이 자유로우며 외부의 힘에 의한 영향을 적게 받고, 이에 따라 형성된 전기영동 셀(30)은 밀집된 캡슐의 형태로 제1 공통전극(20) 및 단위 전극(21)의 사이에 견고하게 배치될 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 전기영동 셀(30)을 이루는 캡슐은 액체 또는 고체의 코어물질을 미립화하고, 이를 막으로 코팅하여 제조될 수 있으며, 상기 코어물질을 막으로 피복하는 방법에는 특별히 제한이 없다.
구체적인 피복 방법의 화학적 기법의 예로는 계면중합법, in situ 중합법(표면개질법) 및 액중경화 피복법 등의 방법으로 캡슐이 제조될 수 있다.
구체적인 피복 방법의 물리화학적 기법의 예로는 상분리법(수용액 또는 유기용매), 액중건조법, 융해분산냉각법, 내포물교환법 및 분상법 등의 방법으로 캡슐이 제조될 수 있다.
구체적인 피복 방법의 기계적 기법의 예로는 저온캡슐화법, 기중현탁피복법, 무기질 금속질벽 유기질벽 캡슐화법, 진공증착 피복법, 스프레이 드라잉법 및 고속기류중 충격법 등의 방법으로 캡슐이 제조될 수 있다.
전기영동 셀(30)은 복수의 단위셀들로 구분되게 형성된 격벽구조를 포함할 수 있다. 상기 전기영동 셀(30)이 격벽구조를 포함하는 경우에, 격벽은 이웃한 전기영동 셀(30)을 구분하기 위하여 일정한 이격거리를 두고 형성될 수 있으며, 종래 격벽 조성물에서 사용되는 조성물에 의해 제조되는 것일 수 있으며, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 투명 물질, 흑색 물질, 그레이(gray) 물질 등을 포함하는 감광성 조성물에 의해 형성되는 것일 수 있다.
전기영동 셀(30)의 내부에 포함되는 유전성 유체(미도시)는, 전기영동 입자(35)가 분산되는 공간을 제공하기 위한 것으로, 내부에 분산된 전기영동 입자(35)를 외부의 충격으로부터 보호할 수 있다. 유전성 유체는 액체 용매 또는 기체 용매일 수 있으나, 상대적으로 낮은 구동 전압과 오프(off) 시에도 전기영동 입자(35)의 위치가 유지될 수 있다는 측면에서 액체 용매인 것이 바람직하다.
상기 액체 용매는, 바인더를 포함할 수 있고, 할로겐 솔벤트(halogenated solvents), 포화 탄화수소(saturated hydrocarbons), 실리콘 오일(silicone oils), 저 분자량 할로겐을 포함하는 폴리머(low molecular weight halogen-containing polymers), 에폭사이드(epoxides), 비닐 에테르(vinyl ethers), 비닐 에스테르(vinyl ester), 방향족 탄화수소(aromatic hydrocarbon), 톨루엔(toluene), 나프탈렌(naphthalene), 액상 파라핀(paraffinic liquids) 및 폴리 클로로트리플루오로에틸렌 폴리머(poly chlorotrifluoroethylene polymers)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 포함되는 것일 수 있다.
전기영동 셀(30)의 내부에 포함되는 전기영동입자(35)는 차광 기능 또는 투명화 기능을 가지고, 전극 간에 발생되는 전위차에 의한 움직임을 통해 광 제어 기능을 수행하게 되는 대전입자를 의미한다. 전기영동입자(35)는, 종래 또는 이후 개발되는 전기영동입자가 사용될 수 있으며, 코어 물질, 폴리머 및 대전 물질로 구성될 수 있고, 상기 대전 물질의 전하에 따라 전기영동입자(35)의 양전하 또는 음전하 여부가 결정된다.
일 또는 복수의 실시 형태에 있어서 흑색, 유채색, 백색 또는 고굴절률을 갖는 투명 입자일 수 있다.
전기영동입자(35)는 흑색 전기영동입자(35) 및 백색 전기영동입자(35)를 포함할 수 있다. 상기 흑색 전기영동입자(35)는 예를 들어 차광 기능을 가진 카본입자를 포함할 수 있으며, 상기 백색 전기영동입자(35)는 TiO2 입자를 포함할 수 있다. 도 1에서는 전기영동입자(35)가 흑색 및/또는 백색인 것으로 가정하고 도시하였으나, 이에 국한되지 않는 것은 전술한 바와 같다.
전기영동 셀(30) 내에서의 전기영동입자(35)의 함량은, 특별히 제한되는 것은 아니나, 광 제어 기능의 측면에서 전기영동입자(35)를 포함하는 유전성 유체 총 중량에 대하여, 0.01 내지 15 중량%인 것이 바람직하다. 전기영동입자(35)의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우에는 광 차단 기능이 원활히 수행하기 어려울 수 있고, 15 중량%를 초과하는 경우에는 광 투과율이 저하될 수 있다.
전기변색 층(3)
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색 층(3)은, 제2 기재(11), 제2 기재에 대향하는 제3 기재(12), 제2 기재(11) 상에 형성된 단위 전극(22), 제3 기재(12)의 하부면에 형성된 제2 공통전극(21), 단위 전극(22) 및 제2 공통전극(21) 사이에 배치되는 복수의 전기변색 셀(40)로 구성되어 있으며, 전기변색 셀(40)의 내부에는 전기변색물질층(미도시) 및 전기변색 셀(40)의 내부를 채우는 전해질층(미도시)이 포함되어 있을 수 있다.
전기변색 셀(40)은 단위 전극(22)이 서브픽셀의 형태로 형성된 영역과 대응되는 영역에 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 도 1 및 도 2를 참조하면, 각각의 전기변색 셀(40)을 구분하기 위하여 포토레지스트 공정에 의해 전기변색 셀(40)의 형태로 구성될 수 있으며, 전기변색 셀(40)의 내부에는 전기변색물질, 전해질, 양극(anode) 및 음극(cathode)이 포함될 수 있다.
전기변색물질은 전기변색 셀(40)과 접촉하는 제2 공통전극(21) 및 단위 전극(22)에 전압이 인가되어 전기변색 셀(40)의 내부에 포함되는 양극 및 음극을 통해 전기장이 형성되면, 전자가 이동하게 되고, 이로 인해 산화/환원 반응이 진행되어 전기변색물질의 색깔이 변하는 원리로 색상이 구현된다. 제2 공통전극(21) 및 단위 전극(22)에 인가되는 전압에 따라, 전기변색물질이 산화/환원 반응으로 이온상태가 변화되어 특정한 색상이 화소에 표현될 수 있으며, 인가된 전압의 방향이 반대로 변하면 전기변색물질이 역반응으로 인해 환원/산화되면 투명한 상태가 되어 화소에 표현될 수도 있다. 즉, 전기변색 셀(40)은 전압의 구동 방향에 따라 착색 모드 또는 투명 모드로 전환될 수 있다. 또한, 대부분의 전기변색물질은 변색이 된 후에는 전기장이 사라지더라도 색이 유지될 수 있으므로 전기영동 방식과 함께 저전력 장치에의 적용이 용이하다.
전기변색물질은 무기 전기변색물질과 유기 전기변색물질로 나눌 수 있다. 대표적인 무기 전기변색물질은 환원착색 전기변색물질로써 Ti, Cu, Nb, Mo, Ta, W, 산화착색 전기변색물질로써 V, Cr, Mn, Fe, Co, No, Ni, Rh, Ir 등의 전이금속 원자를 포함할 수 있으며, 구체적으로 WO3, NiOxHy, Nb2O5, TiO2, MoO3, 및 Ir(OH)x 에서 선택되는 군에서 1종 이상을 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 환원착색 물질과 산화착색 물질을 전해질층을 사이로 두고 적층하는 것이 유리하다. 또한 여기서 착색-탈색이 되는 물질은 무기물 외에도 유기 전기변색물질 viologen, phenothiazine, polyaniline 등을 사용할 수 있다.
구체적인 일 예로 상기 전기변색물질의 하나인 WO3에 대하여 상기의 변색과정을 표시하면 아래의 [반응식 1]과 같이 표현할 수 있다.
[반응식 1]
WO3(bleached, 투명)+xe_ +xM+ [0035] MxWO3(dark blur colored, 진한청색)
상기 [반응식 1]에서 M은 리튬이나 프로톤, 칼슘 등을 나타내며, 대표적으로는 리튬을 가장 많이 사용한다. 리튬 이온은 WO3와 반응하여 위와 같이 청색으로 변하는 전기변색효과를 가지게 된다. 이처럼 리튬이온을 공급하기 위해서 상기 고체 전해질을 사용할 수 있다
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색물질은 그 종류 및 치환된 작용기의 종류에 따라서, 다양한 색을 구현할 수 있는 전기변색물질을 사용할 수 있다.
전기변색 셀(40)에 포함되는 전해질로는 액체 전해질이나 고체 고분자 전해질이 이용될 수 있으며, 고체 고분자 전해질은 고체 상태에서 이온을 전달할 수 있는 물질로 소자의 제작 시 액체의 누수와 같은 문제점이 없어 환경친화적이며, 박막화가 가능하여 원하는 모든 형태로 제작이 가능한 장점을 가진다. 액체 전해질의 예로는 예로는 1M LiOH 수용액, 1M의 LiClO4수용액, 1M의 KOH수용액이 대표적이며, 무기계 수화물로는 Ta2O5ㆍ3.92H2O, Sb2O5ㆍ4H2O 등이 있으며, 고체 고분자 전해질로는 Poly-AMPS, Poly(VAP), Modified PEO/LiCF3SO3등을 사용할 수 있다.
광학 적층체의 구동방식
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 적층체(1)는, 제1 공통전극(20)에 인가되는 전압을 Vp, 제2 공통전극(21)에 인가되는 전압을 Vc, 단위 전극(22)에 인가되는 전압을 Vt라 할 때, 상기 Vt 값이 가변됨에 따라 3가지 이상의 색을 동시에 구현하여, 별도의 펄스를 추가로 적용하지 않아도 전극의 전압을 제어하는 것만으로 3종 이상의 색상을 효율적으로 구현할 수 있는 이점을 가진다.
이하에서는, 상기 광학 적층체(1)의 전압 인가에 따른 구동방식에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 적층체(1)에서, 제1 공통전극(20)에 인가되는 전압이 Vp, 제2 공통전극(21)에 인가되는 전압이 Vc, 단위 전극(22)에 인가되는 전압이 Vt으로 정의되었을 때, Vp 및 Vt는 Vp>Vt 또는 Vp<Vt로 서로 상이한 전압이 인가되어 제1 공통전극(20) 및 단위 전극(22) 사이의 전기영동 셀(30)에 전기장에 형성되고, Vt 및 Vc는 Vc<Vt 또는 Vc>Vt로 서로 상이한 전압이 인가되어 단위 전극(22) 및 제2 공통전극(21) 사이의 전기변색 셀(40)에 전기장이 형성된다.
전기영동 셀(30)에 형성된 전기장에 의하여 양의 전하를 띄는 전기영동입자(35)는 전압이 낮은 전극쪽으로 이동하고, 음의 전하를 띄는 전기영동입자(35)는 전압이 높은 전극쪽으로 이동하여 백색 및 흑색의 전기영동입자(35)가 위/아래로 각각 나누어 배치되어, Vp 및 Vt의 전압구동에 따라 흑색 또는 백색으로 전환된다.
또한, 전기변색 셀(40)에 형성된 전기장에 의한 전자의 이동에 따라 전기 변색 셀(40)의 내부에 포함된 전기변색물질이 산화(또는 환원)반응하여, Vt 및 Vc의 전압구동에 전기변색물질에 의하여 화소가 착색모드 또는 투명모드로 전환된다.
광학 적층체(1)의 화소가 착색모드로 전환될 때에는, 전기영동 셀(30)에서는 백색의 전기영동입자(35)가 단위 전극(22) 쪽으로 이동할 수 있도록 전기장을 제어하여, 전기영동 셀(30)을 백색으로 전환하여야 한다.
본 발명의 전기변색층(3)은 산화착색 전기변색물질 및 환원착색 전기변색물질 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 광학 적층체(1)의 전압구동의 구체적인 일 예로써, 도 3a를 참조하면, 각각의 서브 픽셀에 대응되는 전극의 전압 Vp, Vt 및 Vc를 아래 [표 1]의 예시에서와 같이, 착색 모드에서는 Vp<Vc 일 때, Vc<Vt, Vp<Vt 가 되도록 전압을 인가하여 전기영동 셀(30)에서는 전기장이 아래 방향으로, 전기변색 셀(40)에서는 전기장이 위 방향이 되도록 제어한다. 상기 전기장에 의하여 전기변색 셀(40)에서는 전자가 아래 방향으로 이동함에 따라, 환원반응이 진행되어 음전하를 가지고, 제1 기재(10)의 표면에는 산화반응이 진행되어 양전하를 가진다. 이 경우 전기변색층(3)의 하부에 Ti, Cu, Nb Mo, Ta, W 등의 환원착색 전기변색물질이 적층되고, 전기변색층(3)의 상부에 V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Rh, Ir 등의 산화착색 전기변색물질이 적층되어 전기변색부가 전기장에 의해 착색 모드로 전환된다.
아래 표 1에 따른 일 예에서와 같이, Vc>Vp일 때, 상기 산화착색 전기변색물질은 제3 기재(12)의 표면에 위치하고, 상기 환원착색 전기변색물질은 제2 기재(11)의 표면에 위치하여, 산화/환원 반응이 진행될 수 있다.
또한, 전기영동 셀(30)에서는 음전하의 백색 전기영동입자(35)가 위로 이동하고, 양전하의 흑색 전기영동입자(35)가 아래로 이동하게 되어 백색을 표현하게 되고 따라서 외광의 반사량이 많아지게 한다. 반사되는 빛들은 전기변색층의 착색효과에 의해 흑색, 백색 이외에도 착색을 표시할 수 있게 된다.
반대로, Vc>Vt가 되도록 전압을 인가하는 경우에는 전기변색 셀(40)에서는 전기장이 아래 방향으로 형성되며, 전자가 위 방향으로 이동함에 따라 상부에는 환원반응, 하부에는 산화반응이 일어난다. 상기의 구성처럼 전기변색 셀(40)의 상부에 산화착색 전기변색물질을 적층하거나, 하부에 환원착색 전기변색물질을 적층한 구조에서는 전기변색층이 투명 모드로 전환된다. 투명 모드인 화소에서는, Vp<Vt인 경우에는 전기장이 아래 방향으로 형성되고, 음전하의 백색 전기영동입자(35)가 전기영동 셀(30)의 상부(제2 기재의 표면)로 이동하게 되어 백색이 구현되고, Vp>Vt인 경우에는 전기장이 위 방향으로 형성되고, 양전하의 흑색 전기영동입자(35)가 전기영동 셀(30)의 상부(제2 기재의 표면)로 이동하게 되어 흑색이 구현된다.
| 전압/색상 | Color | White | Black |
| Vc | 1 | ||
| Vt | 2 | 0 | -2 |
| Vp | -1 | ||
본 발명의 광학 적층체(1)의 전압구동의 구체적인 또 다른 일 예로써, 도 3b를 참조하면, 각각의 서브 픽셀에 대응되는 전극의 전압 Vp, Vt 및 Vc를 아래 [표 2]의 예시에서와 같이, 착색 모드에서는 Vc>Vt, Vp>Vt 가 되도록 전압을 인가하여 전기영동 셀(30)에서는 전기장이 위 방향으로, 전기변색 셀(40)에서는 전기장이 아래 방향이 되도록 제어한다. 상기 전기장에 의하여 전기변색 셀(40)에서는 전자가 위 방향으로 이동함에 따라, 전기변색 셀(40)의 하부에는 산화반응이 진행되어 양전하를 가지고, 상부에는 환원반응이 진행되어 음전하를 가진다. 이 경우 전기변색층(3)의 하부에 V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Rh, Ir 등의 산화착색 전기변색물질이 적층되고, 전기변색층(3)의 상부에 Ti, Cu, Nb, Mo, Ta, W 등의 환원착색 전기변색물질이 적층되어 전기변색부가 착색 모드로 전환된다.
아래 표 2에 따른 일 예에서와 같이, Vc<Vp일 때, 상기 환원착색 전기변색물질은 제3 기재(12)의 표면에 위치하고, 상기 산화착색 전기변색물질은 제2 기재(11)의 표면에 위치하여, 산화/환원 반응이 진행될 수 있다.
또한, 전기영동 셀(30)에서는 양전하의 백색 전기영동입자(35)가 위로 이동하고, 음전하의 흑색 전기영동입자(35)가 아래로 이동하게 되어 백색을 표현하게 되고 따라서 외광의 반사량이 많아지게 한다. 반사되는 빛들은 전기변색층의 착색효과에 의해 흑색, 백색 이외에도 착색을 표시할 수 있게 된다.
반대로, Vc<Vt가 되도록 전압을 인가하는 경우에는 전기변색 셀(40)에서는 전기장이 위 방향으로 형성되며, 전자가 아래 방향으로 이동함에 따라 하부에는 환원반응, 상부에는 산화반응이 일어난다. 상기의 구성처 전기변색 셀(40)의 하부에 산화착색 전기변색물질을 적층하거나, 상부에 환원착색 전기변색물질을 적층한 구조에서는 전기변색층이 투명 모드로 전환된다. 투명 모드인 화소에서는, Vp>Vt인 경우에는 전기장이 위 방향으로 형성되고, 양전하의 백색 전기영동입자(35)가 전기영동 셀(30)의 상부로 이동하게 되어 백색이 구현되고, Vp<Vt인 경우에는 전기장이 아래 방향으로 형성되고, 음전하의 흑색 전기영동입자(35)가 전기영동 셀(30)의 상부로 이동하게 되어 흑색이 구현된다.
| 전압/색상 | Color | White | Black |
| Vc | -2 | ||
| Vt | -4 | 0 | 4 |
| Vp | 2 | ||
광학 적층체(1)의 전압에 의한 구동방식은 본 발명의 광학 적층체의 구동방식을 설명하기 위한 일 예일 뿐, 상기 구체예에 한정되지 않으며, 흑색 및/또는 백색 전기영동입자(35)는 각각 양전하 또는 음전하를 가질 수 있으며, 흑색 전기영동입자(35)와 백색 전기영동입자(35)서로 반대되는 전하를 가질 수 있다. 또한, 전기변색물질은 화합물의 성질에 따라, 산화 또는 환원반응이 진행될 수 있다.
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.
1: 광학 적층체
2: 전기영동 층
3: 전기변색 층
10: 제1 기재
11: 제2 기재
12: 제3 기재
20: 제1 공통전극
21: 제2 공통전극
22: 단위 전극
30: 전기영동 셀
35: 전기영동입자
40: 전기변색 셀
2: 전기영동 층
3: 전기변색 층
10: 제1 기재
11: 제2 기재
12: 제3 기재
20: 제1 공통전극
21: 제2 공통전극
22: 단위 전극
30: 전기영동 셀
35: 전기영동입자
40: 전기변색 셀
Claims (17)
- 전기영동 층; 및
전기변색 층을 포함하는, 광학 적층체로,
상기 전기영동 층은,
제1 기재;
상기 제1 기재에 대향하는 제2 기재;
상기 제1 기재 상에 형성된 제1 공통전극;
상기 제1 공통전극 및 상기 제2 기재 사이에 배치되는 복수의 전기영동 셀; 및
상기 복수의 전기영동 셀 내부를 채우는 유전성 유체 및 상기 유전성 유체 내에 분산된 적어도 2종 이상의 전기영동입자를 포함하고,
상기 전기변색 층은,
상기 제2 기재;
상기 제2 기재에 대향하는 제3 기재;
상기 제2 기재 상에 형성된 복수의 단위 전극;
상기 제3 기재의 하부면에 형성된 제2 공통전극; 및
상기 제2 기재 및 상기 제2 공통전극 사이에 전기변색물질 및 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는,
광학 적층체.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1 공통전극, 상기 제2 공통전극 및 상기 단위전극 중 적어도 하나 이상은 ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), 그래핀 (Grephene), 및 카본나노튜브(Carbon Nano Tube)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는,
광학 적층체.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1 공통전극, 상기 제2 공통전극 및 상기 단위전극 중 적어도 하나 이상은 광 투과성인, 광학 적층체.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1 기재, 상기 제2 기재 및 상기 제3 기재 중 적어도 하나 이상은 광 투과성인, 광학 적층체.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전기영동입자는 흑색 전기영동입자 및 백색 전기영동입자를 포함하는 것을 특징으로 하는,
광학 적층체.
- 청구항 5에 있어서,
상기 백색 전기영동입자는 TiO2 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는,
광학 적층체.
- 청구항 6에 있어서,
상기 흑색 전기영동입자는 카본 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는,
광학 적층체.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전기변색물질은,
산화 반응 또는 환원 반응하여 착색 모드와 투명 모드로 상변화 되는 것을 특징으로 하는,
광학 적층체.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전기영동입자는 양전하 전기영동입자 및 음전하 전기영동입자를 포함하고,
상기 제1 공통전극에 인가되는 전압이 Vp, 상기 단위 전극에 인가되는 전압이 Vt로 정의될 때, 상기 Vp 및 Vt의 전압차이에 의해 인가되는 전기장이 형성되고,
상기 양전하 전기영동입자 및 음전하 전기영동입자가 상기 전기장에 따라 나누어 배치되는 것을 특징으로 하는,
광학 적층체.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1 공통전극에 인가되는 전압이 Vp, 상기 제2 공통전극에 인가되는 전압이 Vc, 상기 단위 전극에 인가되는 전압이 Vt로 정의될 때,
상기 Vt 값이 가변됨에 따라 3가지 이상의 색이 동시에 구현되는 것을 특징으로 하는,
광학 적층체.
- 청구항 10에 있어서,
Vp<Vc 일 때, Vc<Vt 인 조건에서 상기 전기변색물질이 착색되고,
Vp<Vt 인 조건에서 상기 백색 전기영동입자가 상기 제2 기재의 표면에, 상기 흑색 전기영동입자가 상기 제1 기재의 표면에 위치하고,
Vp>Vt 인 조건에서 상기 백색 전기영동입자가 상기 제1 기재의 표면에, 상기 흑색 전기영동입자가 상기 제2 기재의 표면에 위치하는 것을 특징으로 하는,
광학 적층체.
- 청구항 11에 있어서,
상기 백색 전기영동입자는 음전하를 가지며, 상기 흑색 전기영동입자는 양전하를 가지는 것을 특징으로 하는,
광학 적층체.
- 청구항 10에 있어서,
상기 전기변색층은 산화착색 전기변색물질 및 환원착색 전기변색물질 중 하나 이상을 포함하고,
Vc > Vp일 때,
상기 산화착색 전기변색물질은 상기 제3 기재의 표면에 위치하고,
상기 환원착색 전기변색물질은 상기 제2 기재의 표면에 위치하는 것을 특징으로 하는,
광학 적층체.
- 청구항 10에 있어서,
Vp > Vc 일 때, Vc > Vt 인 조건에서 상기 전기변색물질이 착색되고,
Vp > Vt 인 조건에서 상기 백색 전기영동입자가 상기 제2 기재의 표면에, 상기 흑색 전기영동입자가 상기 제1 기재의 표면에 위치하고,
Vp < Vt 인 조건에 상기 백색 전기영동입자가 상기 제1 기재의 표면에, 상기 흑색 전기영동입자가 상기 제2 기재의 표면에 위치하는 것을 특징으로 하는,
광학 적층체.
- 청구항 14에 있어서,
상기 백색 전기영동입자는 양전하를 가지며, 상기 흑색 전기영동입자는 음전하를 가지는 것을 특징으로 하는,
광학 적층체.
- 청구항 14에 있어서.
상기 전기변색층은 산화착색 전기변색물질 및 환원착색 전기변색물질 중 하나 이상을 포함하고,
Vc < Vp일 때,
상기 환원착색 전기변색물질은 상기 제3 기재의 표면에 위치하고,
상기 산화착색 전기변색물질은 상기 제2 기재의 표면에 위치하는 것을 특징으로 하는,
광학 적층체.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전기변색물질은 viologen, phenothiazine, polyaniline, Ti, Cu, Nb, Mo, Ta, W, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Rh 및 Ir 으로부터 선택되는 군에서 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
광학 적층체.
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