WO2016060485A2 - 다양한 고유색이 가능한 컬러 표시장치 및 그 표시방법 - Google Patents

다양한 고유색이 가능한 컬러 표시장치 및 그 표시방법 Download PDF

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WO2016060485A2
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이동진
주재현
장보승
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주식회사 나노브릭
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements

Definitions

  • the present invention relates to a color display device capable of various intrinsic colors and a display method thereof, and more particularly, to a first particle and a magnetic field or an electric field which exhibit a specific color by movement and arrangement by application of a magnetic field or an electric field.
  • a color display device comprising second particles exhibiting intrinsic colors and a display method thereof.
  • the color display device is actively applied to various fields due to the optical characteristics peculiar to the photonic crystal material.
  • due to the limitation of intrinsic colors and the difficulty of mass production there is a big problem in commercialization.
  • various attempts have been made such as diversification of components of the photonic crystal and coating of various colors.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0099425 includes a base particle having a predetermined light transmittance and color particles having an intrinsic color, and a display device that displays color by moving particles when crossing a threshold by applying an electric field. Is disclosed.
  • Korean Patent Publication No. 10-1022061 discloses a display device that displays color by applying an electric field to adjust the spacing of particles dispersed in a solvent through electrical polarization.
  • a driving method of the display device may vary depending on a product to be applied. Therefore, in order to widen the range of such applications, development of display devices of various driving methods is required.
  • the present invention has been made to solve the above problems of the prior art, a first particle having a specific color by movement and arrangement when applying a magnetic field or an electric field and a second color exhibiting a unique color without reacting to the application of the magnetic or electric field It is an object of the present invention to provide a color display device and a method of displaying the same, including a display unit made of particles, which is capable of diversifying the color implementation of a display device and applying it to various applications.
  • the color display device and the color display method of the present invention are characterized in that the first particle and the magnetic field or the electric field do not respond to the application of the first particle and the magnetic or electric field. It characterized in that it comprises a display unit containing two particles.
  • the first particles may be made of any one of a photonic crystal material, a paraelectric material, a ferroelectric material, and a superphase dielectric material, and the first and second particles may be dispersed in a medium.
  • the medium may include a dye or a pigment, and the color lower substrate or the color sheet may be stacked on one side of the display unit using the medium as a transparent medium.
  • the first particles, the second particles, and the medium may be included in a unit cell including a capsule, a cataclysm, a bank, and the like.
  • first and second particles may be different in size or mass from each other, and the first and second particles may be disposed above and below or below and above the display unit, respectively.
  • first and second particles may exhibit intrinsic colors by mixing by application of a magnetic or electric field, and the first and second particles may be charged with opposite polarities by application of a magnetic or electric field.
  • a magnetic body may be stacked on one side of the display unit so that a magnetic field may be applied or a magnetic field may be applied by proximity of an external magnetic body.
  • the color display device and the display method thereof according to the present invention exhibit a unique color without reacting to the application of a magnetic field or electric field, in particular a first particle exhibiting a specific color by movement and arrangement upon application of a magnetic field and a magnetic or electric field, in particular a magnetic field.
  • a color display device capable of diversifying the color implementation of the display device, including a display unit made of second particles, and applicable to various applications such as color changeable display elements such as cards, tags, stickers, panels, and paper, or color change security devices Can provide.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a process of rearranging a display unit including first particles and second particles by an external magnetic material according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a display device implemented by a medium including a dye or a pigment.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of a display device including a display unit in which color lower substrates are stacked.
  • FIG. 4 is a graph showing changes in black color coordinates before and after applying a magnetic field to the display unit of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing changes in red color coordinates before and after applying a magnetic field to a display unit of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing changes in green color coordinates before and after applying a magnetic field to a display unit of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing changes in yellow color coordinates before and after applying a magnetic field to a display unit of the present invention.
  • 1 to 3 illustrate a color display device capable of various intrinsic colors according to various embodiments of the present disclosure.
  • the color display apparatus capable of various intrinsic colors of the present invention is characterized by the intrinsic color function of a non-driving color display apparatus which does not react to a first particle and a magnetic field and an electric field which exhibit a specific color by movement and arrangement of particles when a magnetic or electric field is applied.
  • the second particles may be combined.
  • the first particles may be formed of various types of photonic crystal materials, ferromagnetic materials, superparamagnetic materials, mixtures of two or more particles having different saturation magnetization values, ordinary dielectric materials, ferroelectric materials, and superphase dielectric materials. It can be made of either.
  • the photonic crystal material may be silicon (Si), titanium (Ti), barium (Ba), strontium (Sr),
  • styrene pyridine, pyrrole, aniline, pyrrolidone, acrylic acid, acrylate, urethane, thiophene, carbazole , Organic polymer containing at least one unit of fluorene, vinylalcohol, ethylene glycol, ethoxy acrylate or polystyrene, polyethylene, poly And polymer materials such as propylene, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, and the like.
  • the photonic crystal material may be configured in a form in which a material having a charge is coated on particles or clusters having no charge.
  • the surface is processed by an organic compound having particles (carboxylic acid groups, ester groups, acyl groups), the surface is processed (or coated) by an organic compound having a hydrocarbon group ( Or coated) particles, particles whose surfaces are processed (coated) by a complex compound containing halogen (F, Cl, Br, I, etc.) elements, including amines, thiols, and phosphines.
  • Particles whose surface is processed (coated) by the coordination compound, and particles having a charge by forming radicals on the surface may correspond thereto.
  • the surface of the particles of the photonic crystal material may be coated with a material such as silica, a polymer, a polymer monomer, or the like, so that the particles may have high dispersibility and stability in a solvent.
  • the photonic crystal material may have a particle diameter of several nm to several hundred ⁇ m, but is not necessarily limited thereto, and the refractive index and the solvent of the particle by the Bragg 'Law when the particles are arranged at a constant distance by an external electric field.
  • the refractive index of may be set to the size of the particle may be included in the photonic crystal wavelength band of the visible light region.
  • the photonic crystal material in order to configure the photonic crystal material to have a unique color, it may be given a specific color through the oxidation water control or coating such as inorganic pigments, pigments.
  • inorganic pigments for example, Zn, Pb, Ti, Cd, Fe, As, Co, Mg, Al, etc., including chromophores, may be used in the form of oxides, emulsions, lactates, and the like.
  • Fluorescent dyes, acid dyes, basic dyes, mordant dyes, sulfide dyes, bat dyes, disperse dyes, reactive dyes and the like can be used.
  • the photonic crystal material may be a material having a specific structural color to display a specific color.
  • particles such as silicon oxide (SiO x ) and titanium oxide (TiO x ) may be formed to be uniformly arranged at regular intervals in a medium having a different refractive index to reflect a light having a specific wavelength.
  • the first particles may be particles to which electrical polarization characteristics are imparted. That is, as the external magnetic field or electric field is applied to polarize the medium, the polarization of ions or atoms is further induced to increase the amount of polarization, and the residual polarization amount exists even when the external magnetic field or the electric field is not applied and the magnetic or electric field is applied. It can contain ferroelectric materials that remain hysteresis along the direction, and when an external magnetic or electric field is applied, an additional ionic or atomic polarization is induced to increase the amount of polarization greatly, but no external magnetic or electric field is applied. In this case, it may include a paraelectric material and a superparaelectric material in which residual polarization and hysteresis remain.
  • Such materials may include materials having a perovskite structure. That is, as a material having an ABO 3 structure, PbZrO 3 , PbTiO 3 , Pb (Zr, Ti) O 3 , SrTiO 3 , BaTiO 3 ,
  • Examples thereof include (Ba, Sr) TiO 3 , CaTiO 3 , LiNbO 3, and the like.
  • the first particles may be magnetic color display materials and may be formed of particles or oxide particles containing a single or different type of metal in the photonic crystal.
  • a metal in the case of a metal, a metal nitrate compound, a metal sulfate compound, a metal fluoracetoacetate compound, a metal halide compound, a metal perchloroate compound, a metal sulfamate compound, a metal styrate compound and an organometallic compound
  • Magnetic precursors selected from the group consisting of: alkyl trimethylammonium halide-based cationic ligands, alkyl acids, trialkylphosphines, trialkylphosphine oxides, neutral ligands such as alkylamines, alkylthiols, sodium alkyl sulfates, sodium alkylcarboxylates
  • the amorphous metal gel may be prepared by adding a ligand selected from the group consisting of anionic ligands such as sodium alkyl phosphate, sodium acetate, and the like to a solvent to dissolve it, and heating the phase to crystalline particles.
  • the magnetic properties of the particles finally obtained by containing heterogeneous precursors may be enhanced, or various magnetic materials such as superparamagnetism, paramagnetic, ferromagnetic, antiferromagnetic, ferrimagnetic, and diamagnetic may be obtained.
  • the second particle is a color nanoparticle having an intrinsic color, and functions as an intrinsic color of a color display device in a non-driven state that does not respond to magnetic and electric fields.
  • These particles are colored nanoparticles coated with an insulating material that does not respond to magnetic or electric fields, colored nanoparticles having a variation in the amount of charge relative to the first particle, and colored nanoparticles having a threshold magnetic field deviation under the magnetic field with respect to the first particle. Can be used.
  • the color nanoparticles coated with the insulating material may include particles whose surface is processed (or coated) by an organic compound having no charge such as a hydrocarbon group, and the color nanoparticles having the variation in the amount of charge or the threshold magnetic field may include the first particles. It may be a particle having a very low interfacial potential as compared to the particle.
  • the first and second particles may be dispersed in a medium such as fluid, gel, or air as an auxiliary means for stably maintaining the position and arrangement of the particles.
  • the medium is preferably composed of a light transmissive material, and may include at least one component of an inorganic pigment, a dye, a fluorescent material, a phosphor, a light emitting material, and a material having a structure color to reflect light of a specific wavelength. .
  • the medium may be one having a specific gravity similar to that of the color display material so that the color display material may be uniformly dispersed.
  • solvents for example, water, trichloroethylene, carbon tetrachloride, diisopropyl ether, toluene, methyl- t-butyl ether (Methyl-t-Bytyl Ether), xylene, benzene (Benzene), diethyl ether, dichloromethane, 1,2-dichloroethane (1,2-Dichloroethane ), Butyl Acetate, Isopropanol, Isopropanol, Butanol, n-Butanol, Tetrahydrofuran, Propanol, n-Propanol, Chloroform, Ethyl acetate, 2-Butane 2-Butanone, Dioxane, Acetone, Methanol, Ethanol, Acetonitrile, Acetic Acid, Dimethylformamide, Dimethylsulfoxide (Dimethyl sulfoxide), propy
  • a color display device capable of various intrinsic colors reflects a specific wavelength by moving or arranging the first particles 200 according to the strength and direction of a magnetic field or an electric field to reflect various colors. Can be represented.
  • the positions of the second particles 300 may be adjusted by the movement and arrangement of the first particles 200 to represent colors. For example, as the spacing between particles becomes narrower, the wavelength of red series is transmitted or reflected, and as the spacing between particles increases, the wavelength of blue system is transmitted or reflected, so that color change can be realized by using such characteristics.
  • the external particles 400 such as permanent magnets, electromagnets, etc. are brought close to the display unit 100. Since the magnetic field of the external magnetic material 400 moves, the distribution of the first particles 200 and the second particles 300 is divided in a portion where the external magnetic material 400 is close, and thus the region of the external magnetic material 400 is close. You will see color changes in and out of areas.
  • the size or mass of the first particle 200 and the second particle 300 may be varied.
  • the first particle 200 when the size of the first particle 200 is smaller than that of the second particle 300, the first particle 200 may be easily moved by the application of an external magnetic field, thereby changing color. Can be made larger.
  • the color range that can be realized can be extended by setting the color of the second particle 300 to be a unique color to a wavelength band that cannot be displayed by an electric or magnetic field to which the color display device is applied.
  • the direction of the magnetic field or the electric field applied from the outside is set so that the positions of the first particles 200 and the second particles 300 are separated from each other in the upper and lower portions or the lower and upper portions. Can be. In this case, even when a magnetic field or an electric field is not applied, the first intrinsic color of the first particles 200 and the second intrinsic color of the second particles 300 may be represented.
  • the intrinsic colors of the second particles 300 may be mixed to exhibit a third intrinsic color.
  • the first particles 200 and the second particles 300 may exhibit a third intrinsic color by being attracted to each other by the coulomb force.
  • the color display device may have a structure in which a magnetic material having a magnet or magnetism is disposed on one side of the display unit 100 to display the intrinsic color of the first particles 200. .
  • the external magnetic material 400 of the permanent magnet or the electromagnet may be used to which the magnetic field may be harder than the magnet or the magnetic material positioned on one side of the display unit 100.
  • a color display device having an intrinsic color may be implemented by a medium in which a material that imparts color, such as dye or pigment, is mixed with a medium 500 through which a photonic crystal material reacting to an electric or magnetic field may move.
  • a medium 500 through which a photonic crystal material reacting to an electric or magnetic field may move.
  • the photonic crystal material may be implemented by moving and arranging the upper and lower portions of the medium by adjusting the direction of an electric or magnetic field applied from the outside in order to expand the range of colors to be implemented.
  • the first medium 200 or a mixture of the first particles 200 and the second particles 300 is positioned on the transparent medium 500 and has a specific color at the bottom thereof.
  • the color lower substrate or the color sheet By arranging the color lower substrate or the color sheet, the intrinsic color of the photonic crystal material and the external light source may be transmitted through the photonic crystal material and the medium and mixed with the light reflected by the color lower substrate or the color sheet 600 to display a specific intrinsic color.
  • an intrinsic color of the photonic crystal material may be adjusted, or a medium having a constant transmittance and having a color may be applied, or the ratio of the photonic crystal material and the medium may be adjusted. have.
  • the color lower substrate 600 provided with a constant transmittance may be positioned on the display unit 100 to be reflected by the intrinsic color of the photonic crystal material and may be selectively absorbed and reflected by the color lower substrate 600 to display colors.
  • the color display device of the present invention includes the display portion and can be manufactured by laminating outer layer portions such as a thin film layer, a film layer, a sheet layer, an adhesive layer, and the like.
  • outer layer portions such as a thin film layer, a film layer, a sheet layer, an adhesive layer, and the like.
  • a color lower substrate or a color sheet may be laminated on the opposite surface of the display unit on which the outer layer parts are stacked.
  • the color change was measured while applying a magnetic field to an external magnet adjacent to a color display device manufactured by stacking a light absorbing layer on a lower portion of the display unit and a transparent film on the upper side.
  • the display unit was mixed with the photonic crystal particles and particles exhibiting an intrinsic color, and the medium was mixed with red, green, and yellow pigments according to the color to be measured.
  • Solvent Red 27 was used as the red pigment, Elixa Green 540 as the green pigment, and Elixa Yellow 129 as the yellow pigment, and the average value was calculated by performing four measurements on the color display device.
  • Color coordinate measurements were measured in SCE mode (D65) using CM5 (Konica Minolta Ltd.).
  • the color difference of the black, red, green, and yellow showed a large value before and after applying the magnetic field, which was changed by applying the magnetic field or the electric field by applying the display unit mixed with the first and second particles as in the present invention. It was found that it was clear and could exhibit high observability as a color display device.
  • the display device of the present invention is capable of combining and implementing a distinct color change and various colors, and has excellent visibility, so that the user can easily recognize the color change visually, and thus form a card, tag, sticker, panel, paper, or the like. It can be applied to a discoloration display device or a discoloration security device having a.

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Abstract

본 발명은 다양한 고유색이 가능한 컬러 표시장치 및 그 표시방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 자기장 내지 전기장 인가 시 입자들의 이동과 배열에 의하여 특정 컬러를 나타내는 제1 입자(광결정 입자)와 자기장과 전기장에 반응하지 않는 구동하지 않는 상태의 컬러 표시장치의 고유색 기능을 하는 제 2 입자가 조합된 표시장치 구조가 제공된다.

Description

다양한 고유색이 가능한 컬러 표시장치 및 그 표시방법
본 발명은 다양한 고유색이 가능한 컬러 표시장치 및 그 표시방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 자기장 또는 전기장의 인가에 의해 이동과 배열에 의하여 특정 컬러를 나타내는 제1 입자 및 자기장 또는 전기장의 인가에 반응하지 않고 고유색을 나타내는 제2 입자로 이루어지는 컬러 표시장치 및 그 표시방법에 관한 것이다.
컬러 표시장치는 광결정물질 특유의 광학 특성으로 인하여 다양한 분야에 응용이 활발하게 이루어지고 있다. 그러나 고유색의 제한과 대량생산의 어려움으로 인하여 상업화에 큰 문제가 있는 현실이다. 이를 개선하기 위하여 광결정의 성분의 다양화, 다양한 컬러의 코팅 등의 다양한 시도들이 이루어 지고 있다.
예를 들어, 대한민국 공개특허공보 10-2014-0099425호에는 광 투과도가 기설정된 베이스 입자, 고유색을 갖는 컬러 입자로 이루어지며, 전기장을 인가함으로써 문턱값을 넘어설 때 입자가 움직여 색상을 나타내는 표시장치가 개시되어 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 10-1022061호에서는 전기장을 인가하여 전기 분극을 통해 용매 내에 분산된 입자들의 간격을 조절함으로써 색상을 나타내는 표시장치가 개시되어 있다.
그러나 이러한 종래기술에서는 이종 입자의 혼합방법 및 배치방법을 다양화하지 못하며, 전기장 외에 다른 수단으로 색상을 구현하지 못하는 등 다양한 형태의 표시장치로의 응용이 어려운 문제가 있었다.
또한, 표시장치에 있어서 색상 변화를 유발하는 방법은 무수히 많으며, 적용하는 제품에 따라 그 표시장치의 구동 방법이 달라질 수 있다. 따라서 이러한 적용의 폭을 넓히기 위하여 다양한 구동 방식의 표시장치에 대한 개발이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 자기장 또는 전기장 인가 시 이동과 배열에 의하여 특정 컬러를 나타내는 제1 입자 및 자기장 또는 전기장의 인가에 반응하지 않고 고유색을 나타내는 제2 입자로 이루어지는 표시부를 포함하여 표시장치의 색상 구현의 다양화와 다양한 응용분야에의 적용이 가능한 컬러 표시장치 및 그 표시방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 컬러 표시장치 및 컬러 표시방법은 자기장 또는 전기장 인가 시 이동과 배열에 의하여 특정 컬러를 나타내는 제1 입자 및 자기장 또는 전기장의 인가에 반응하지 않고 고유색을 나타내는 제2 입자를 포함하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1 입자는 광결정 물질, 상유전성 물질, 강유전성 물질, 초상유전성 물질 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 제1 및 제2 입자는 매개체에 분산될 수 있다.
상기 매개체는 염료 또는 안료를 포함할 수 있으며, 상기 매개체를 투명 매개체로 하고 상기 표시부의 일측에 컬러하부기판 또는 컬러시트가 적층될 수도 있다.
상기 제1 입자, 제2 입자, 및 매개체는 캡슐, 격변, 뱅크 등으로 이루어지는 단위 셀에 포함된 상태일 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 입자는 크기 또는 질량이 서로 상이할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 입자는 상기 표시부의 상부와 하부 또는 하부와 상부에 각각 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 입자는 자기장 또는 전기장의 인가에 의해 혼합됨으로써 고유색을 나타낼 수 있으며, 상기 제1 및 제2 입자는 자기장 또는 전기장의 인가에 의해 반대 극성의 전하를 띌 수 있다.
또한, 상기 표시부의 일측에 자성체가 적층되어 자기장이 인가되거나 또는 외부자성체의 근접에 의해 자기장이 인가될 수 있다.
본 발명에 따른 컬러 표시장치 및 그 표시방법은 자기장 또는 전기장, 특히, 자기장 인가시 이동과 배열에 의하여 특정 컬러를 나타내는 제1 입자 및 자기장 또는 전기장, 특히, 자기장의 인가에 반응하지 않고 고유색을 나타내는 제2 입자로 이루어지는 표시부를 포함하여 표시장치의 색상 구현의 다양화와 카드, 태그, 스티커, 패널, 종이 등의 변색 표시소자 또는 변색 보안장치 등의 다양한 응용분야에의 적용이 가능한 컬러 표시장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 입자 및 제2 입자를 포함하는 표시부가 외부자성체에 의해 재배열되는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 2는 염료 또는 안료를 포함한 매제체에 의해 구현되는 표시장치를 나타낸 개념도이다.
도 3은 컬러 하부기판이 적층된 표시부를 포함하는 표시장치의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 표시부에 자기장을 인가하기 전후의 블랙 색좌표 변화를 타나낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 표시부에 자기장을 인가하기 전후의 레드 색좌표 변화를 타나낸 그래프이다.
도 6는 본 발명의 표시부에 자기장을 인가하기 전후의 그린 색좌표 변화를 타나낸 그래프이다.
도 7는 본 발명의 표시부에 자기장을 인가하기 전후의 옐로우 색좌표 변화를 타나낸 그래프이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 하여 과장되어 표현될 수도 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 여러 실시예에 따른 다양한 고유색이 가능한 컬러 표시장치를 나타낸다.
본 발명의 다양한 고유색이 가능한 컬러 표시장치는, 자기장 또는 전기장 인가 시 입자들의 이동과 배열에 의하여 특정 컬러를 나타내는 제1 입자와 자기장과 전기장에 반응하지 않는 구동하지 않는 상태의 컬러 표시장치의 고유색 기능을 하는 제 2입자가 조합될 수 있다.
이때, 상기 제1 입자는 다양한 형태의 광결정 물질, 강자성체(ferromagnetic materials), 초상자성체(superparamagnetic materials), 서로 다른 포화자화값을 갖는 2 이상의 입자의 혼합물, 상유전성 물질, 강유전성 물질, 초상유전성 물질 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 광결정 물질로는 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr),
철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 납(Pb), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 텅스텐(W), 몰리부덴(Mo), 아연(Zn), 지르코늄(Zr) 등의 원소나 이들을 포함하는 산화물, 질화물 등의 화합물을 들 수 있다. 또한, 스티렌(styrene), 피리딘(pyridine), 피롤(pyrrole), 아닐린(aniline), 피롤리돈(pyrrolidone), 아크릴산(acrylate), 우레탄(urethane), 티오펜(thiophene), 카바졸(carbazole), 플루오렌(fluorene), 비닐알코올(vinylalcohol), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 에톡시아크릴레이트(ethoxy acrylate) 중 적어도 하나의 단위체를 포함하는 유기 고분자 또는 폴리스티렌(polystyrene), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 등의 고분자 물질을 들 수도 있다.
상기 광결정 물질은 전하를 갖지 않는 입자 혹은 클러스터에 전하를 갖는 물질이 코팅된 형태로서 구성될 수도 있다. 예를 들면, 탄화수소기를 갖는 유기화합물에 의하여 표면이 가공(혹은 코팅)된 입자, 카르복실산(carboxylic acid)기, 에스테르(ester)기, 아실(acyl)기를 가지는 유기 화합물에 의하여 표면이 가공(혹은 코팅)된 입자, 할로겐(F, Cl, Br, I 등) 원소를 포함하는 착화합물에 의하여 표면이 가공(코팅)된 입자, 아민(amine), 티올(thiol), 포스핀(phosphine)을 포함하는 배위화합물에 의하여 표면이 가공(코팅)된 입자, 표면에 라디칼을 형성함으로써 전하를 갖는 입자가 이에 해당될 수 있다. 이와 같이 광결정 물질의 입자의 표면을 실리카, 고분자, 고분자 단량체 등의 물질로 코팅함으로써 입자가 용매 내에서 높은 분산성과 안정성을 갖도록 할 수 있다.
한편, 광결정 물질은 입자 직경이 수 nm 내지 수백 μm일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 외부 전기장에 의해 입자 들이 일정한 거리로 배열될 때 브래그 법칙(Bragg' Law)에 의해 입자의 굴절률 및 용매의 굴절률과 연계되어 가시광 영역의 광결정 파장대가 포함될 수 있는 입자의 크기로 설정할 수 있다.
또한, 상기 광결정 물질이 고유의 컬러를 갖도록 구성하기 위하여, 산화수 조절 또는 무기안료, 안료 등의 코팅을 통하여 특정 컬러를 부여할 수 있다. 예를 들면, 광결정 물질에 코팅되는 무기 안료로는 발색단을 포함하는 Zn, Pb, Ti, Cd, Fe, As, Co, Mg, Al 등이 산화물, 유화물, 유산염의 형태로 사용될 수 있고, 염료로는 형광 염료, 산성 염료, 염기성 염료, 매염 염료, 황화 염료, 배트 염료, 분산 염료, 반응성 염료 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 광결정 물질이 특정 컬러를 표시할 수 있도록 특정 구조색(structural color)을 갖는 물질일 수도 있다. 예를 들면, 실리콘 산화물(SiOx), 티타늄산화물(TiOx) 등의 입자가 굴절률이 다른 매체에 일정한 간격으로 균일하게 배열된 형태로 구성되어 특정 파장의 광을 반사시키는 물질일 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 제1 입자는 전기 분극 특성을 부여한 입자일 수 있다. 즉, 매개체와의 분극을 위하여 외부 자기장 또는 전기장이 인가됨에 따라 이온 또는 원자의 분극이 추가 유발되어 분극량이 크게 증가하고, 외부 자기장 또는 전기장이 인가되지 않는 경우에도 잔류 분극량이 존재하며 자기장 또는 전기장 인가 방향에 따라 이력(hysteresis)이 남는 강유전성(ferroelectric) 물질을 포함할 수 있고, 외부 자기장 또는 전기장이 인가됨에 따라 이온 또는 원자 분극이 추가 유발되어 분극량이 크게 증가하지만, 외부 자기장 또는 전기장이 인가되지 않는 경우에는 잔류 분극량과 이력(hysteresis)이 남지 않는 상유전성 물질, 초상유전성(superparaelectric) 물질을 포함할 수 있다.
이러한 물질로는 페로브스카이트(perovskite) 구조를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 즉, ABO3 구조를 갖는 물질로서 PbZrO3, PbTiO3, Pb(Zr,Ti)O3, SrTiO3, BaTiO3,
(Ba, Sr)TiO3, CaTiO3, LiNbO3 등의 물질을 그 예로 들 수 있다.
또한, 제1 입자는 자성을 가지는 컬러 표시 물질로서 광결정 중 단일 또는 이종의 금속이 함유된 입자, 산화물 입자로도 이루어질 수 있다.
금속의 경우, 금속 나이트레이트계 화합물, 금속 설페이트계 화합물, 금속 플루오르아세토아세테이트계 화합물, 금속 할라이드계 화합물, 금속 퍼클로로레이트계 화합물, 금속 설파메이트계 화합물, 금속 스티어레이트계 화합물 및 유기 금속 계열 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 자성 선구물질과 알킬트리메틸암모늄할라이드계 양이온 리간드, 알킬산, 트리알킬포스핀, 트리알킬포스핀옥사이드, 알킬아민, 알킬티올 등의 중성 리간드, 소듐알킬설페이트, 소듐알킬카복실레이트, 소듐알킬포스페이트, 소듐아세테이트 등의 음이온 리간드로 이루어진 군에서 선택되는 리간드를 용매에 첨가하여 녹임으로써 비정질 금속 겔을 제조하고, 이를 가열하여 결정성 입자로 상전이시킴으로써 제조할 수 있다.
이때 이종의 선구물질을 함유함으로써 최종적으로 얻어지는 입자의 자기적 특성이 증강되거나, 초상자성, 상자성, 강자성, 반강자성, 페리자성, 반자성 등의 다양한 자성 물질을 얻을 수 있다.
본 발명에서 제2 입자는 고유색을 나타내는 컬러 나노입자로서, 자기장과 전기장에 반응하지 않는 구동하지 않는 상태의 컬러 표시장치의 고유색 기능을 한다. 이러한 입자는 자기장 또는 전기장에 반응하지 않는 절연 물질을 코팅한 컬러 나노입자, 제1 입자에 대해서 상대적인 전하량의 편차를 가지는 컬러 나노입자, 제1 입자에 대하여 자기장 하에서 문턱 자기장의 편차를 가지는 컬러 나노입자를 사용할 수 있다.
상기 절연 물질을 코팅한 컬러 나노입자는 탄화수소기와 같이 전하를 갖지 않는 갖는 유기화합물에 의하여 표면이 가공(혹은 코팅)된 입자를 들 수 있으며, 전하량 또는 문턱 자기장의 편차를 가지는 컬러 나노입자는 제1 입자에 비하여 매우 낮은 계면동전위를 갖는 입자일 수 있다.
상기 제1 및 제2 입자는 입자들이 위치와 배열을 안정적으로 유지할 수 있는 보조수단으로 유체, 겔, 공기 등의 매개체에 분산될 수 있다.
상기 매개체는 광투과성 물질로 구성되는 것이 바람직하며, 특정 파장의 광을 반사시키기 위하여 무기 안료, 염료, 형광물질, 인광물질, 발광물질 및 구조색을 갖는 물질 중 적어도 하나의 성분을 포함할 수도 있다.
상기 매개체는 상기 컬러 표시 물질이 균일하게 분산될 수 있도록 컬러 표시 물질의 비중과 비슷한 비중을 갖는 것을 사용할 수 있다.
유체의 경우, 다양한 종류의 용매를 사용할 수 있는데, 예를 들어, 물, 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene), 카본테트라클로라이드(Carbon Tetrachloride), 디이소프로필에테르(Diisopropyl Ether), 톨루엔(Toluene), 메틸-t-부틸에테르(Methyl-t-Bytyl Ether), 자일렌(Xylene), 벤젠(Benzene), 디에틸에테르(Diethyl Ether), 디클로로메탄(Dichloromethane), 1,2-디클로로에탄(1,2-Dichloroethane), 부틸아세테이트(Butyl Acetate), 이소프로판올(Isopropanol), 부탄올(n-Butanol), 테트라히드로퓨란(Tetrahydrofuran), 프로판올(n-Propanol), 클로로포름(Chloroform), 에틸아세테이트(Ethyl Acetate), 2-부탄온(2-Butanone), 디옥세인(Dioxane), 아세톤(Acetone), 메탄올(Metanol), 에탄올(Ethanol), 아세토니트릴(Acetonitrile), 아세트산(Acetic Acid), 디메틸포름아미드(Dimethylformamide), 디메틸설폭사이드(Dimethyl Sulfoxide), 프로필렌 카보네이트(Propylene carbonate), N,N-디메틸포름아미드(N,N-Dimethylformamide), 디메틸아세트아미드(Dimethyl Acetamide), N-메틸피롤리돈(N-Methylpyrrolidone) 등을 들 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 고유색이 가능한 컬러 표시장치는 자기장 또는 전기장의 세기와 방향에 따라 제1 입자(200)가 이동 내지 배열하여 특정 파장을 반사함으로써 다양한 색상을 나타낼 수 있다. 동시에 제2 입자(300)는 자기장 또는 전기장에 반응하지 않으므로, 제1 입자(200)의 이동과 배열에 의하여 위치가 조절되어 컬러를 나타낼 수 있다. 예를 들어 입자 간 간격이 좁아질수록 적색 계열의 파장이 투과 또는 반사되며, 입자간 간격을 크게 할 수록 청색 계열의 파장이 투과 또는 반사되므로, 이러한 특성을 이용함으로써도 색상 변화를 구현할 수 있다.
즉, 제1 입자(200)와 제2 입자(300)가 무작위로 매개체에 분산되어 구성된 상기 표시부(100)에 영구자석, 전자석 등의 외부자성체(400)를 근접시키면 제1 입자(200)는 외부자성체(400)의 자기장에 의해 이동하므로, 외부자성체(400)가 근접한 부분에 있어서 제1 입자(200)와 제2 입자(300)의 분포가 나뉘게 되며 이에 따라 외부자성체(400)가 근접한 영역과 그렇지 않은 영역에서의 색상 변화가 나타나게 된다.
이때, 전기장 또는 자기장에 반응하는 제1 입자(200)의 이동속도 및 이동경로 확보를 위하여 제1 입자(200)와 제2 입자(300)의 크기 내지 질량에 편차를 둘 수 있다. 예를 들어, 도 1에서와 같이 제1 입자(200)의 크기가 제2 입자(300)에 비해 작을 경우, 외부 자기장의 인가에 의해 제1 입자(200)가 쉽게 이동할 수 있게 되어 색변화를 더 크게 할 수 있다.
또한, 고유색이 되는 제2 입자(300)의 색상을 컬러 표시장치가 인가되는 전기장 내지 자기장에 의하여 표시할 수 없는 파장대 영역으로 색상으로 설정함으로써 구현할 수 있는 색상범위를 확장할 수 있다.
또한, 본 발명의 표시장치에 있어서 외부로부터 인가되는 자기장 또는 전기장의 방향을 설정하여 제1 입자(200)와 제2 입자(300)의 위치를 상부 및 하부 또는 하부 및 상부로 서로 분리시켜 배치할 수 있다. 이 경우, 자기장 또는 전기장이 인가되지 않을 때에도 제1 입자(200)가 지닌 제1 고유색과 제2 입자(300)가 지닌 제2 고유색을 각각 나타낼 수 있다.
또한, 외부로부터 인가되는 자기장 내지 전기장의 세기를 조절하여 제1 입자(200)와 제2 입자(300)의 위치가 혼합된 상태로 만들고 전기장 내지 자기장을 제거하여 제1 입자(200)의 고유색과 제2 입자(300)의 고유색이 혼합되도록 하여 제3의 고유색을 나타낼 수도 있다.
또한, 제1 입자(200)와 제2 입자(300)의 위치가 혼합된 상태의 제3의 고유색을 외부로부터 인가되는 전기장 내지 자기장이 없이 나타내기 위하여 제1 입자(200)와 제2 입자(300)가 반대극성의 전하를 부여하고 쿨롱의 힘에 의하여 두 입자들이 인력에 의하여 서로 근접하여 제3의 고유색을 나타낼 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 컬러 표시장치는, 제 1입자(200)에 의한 고유색을 나타내기 위하여 표시부(100)의 일측에 자석 또는 자성이 부여된 자성물질이 배치된 구조를 가질 수 있다.
이때, 상기 표시부(100)의 일측에 위치한 자석 또는 자성물질보다 자기장이 세게 인가할 수 있는 영구자석 또는 전자석의 외부자성체(400)를 이용할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 고유색을 나타내는 컬러 표시장치는 전기장 또는 자기장에 반응하는 광결정물질이 이동할 수 있는 매개체(500)에 염료 또는 안료와 같은 색상을 부여하는 물질을 혼합한 매개체에 의하여 구현할 수 있다.
또한, 광결정물질의 고유색을 흑색을 제외한 다양한 색상을 부여하여 외부로부터 입사되는 광원에 의하여 선택적인 가시광 파장을 흡수 및 반사하는 빛과 매개체에 의하여 반사되는 빛의 간섭 및 회절에 의하여 색상을 구현할 수 있다.
또한, 구현되는 색상의 범위를 확대하기 위하여 외부로부터 인가되는 전기장 내지 자기장의 방향을 조절하여 광결정 물질이 매개체의 상부 내지 하부에 이동 및 배열하여 구현할 수도 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 컬러 표시장치는 투명한 매개체(500)에 제1 입자(200) 또는 제1 입자(200) 및 제2 입자(300)의 혼합물이 위치하고, 하부에 특정 색상을 나타내는 컬러 하부 기판 내지 컬러 시트를 배치하여 광결정물질의 고유색과 외부광원이 광결정 물질과 매개체를 투과하여 컬러 하부 기판 또는 컬러 시트(600)에 의하여 반사되는 빛과 혼합됨으로써 특정한 고유색을 나타낼 수 있다.
또한, 컬러 하부 기판 또는 컬러 시트(600)에 반사되는 빛의 세기를 조절하기 위하여 광결정물질의 고유색을 조절하거나 일정한 투과도가 부여되고 색상을 띠는 매개체를 적용하거나 광결정 물질과 매개체의 비율을 조절할 수도 있다.
또한, 일정한 투과성이 부여된 컬러 하부 기판(600)을 표시부(100)에 위치하여 광결정물질의 고유색에 의하여 반사되고 컬러 하부 기판(600)에 의하여 선택적으로 흡수 및 반사되어 색상을 나타낼 수 있다.
본 발명의 컬러 표시장치는 상기 표시부를 포함하며 박막층, 필름층, 시트층, 접착층 등의 외층부를 적층함으로써 제조될 수 있다. 이때 필요에 따라 상기 외층부가 적층된 표시부의 반대면에 컬러 하부 기판 또는 컬러 시트를 적층할 수도 있다.
본 발명의 표시부의 하부에 광흡수층을 적층하고, 상부에 투명 필름을 적층하여 제조한 컬러 표시장치에 외부 자석을 인접하여 자기장을 인가하면서 색상변화를 측정하였다. 이때 표시부에는 광결정 입자 및 고유색을 나타내는 입자를 혼합하였으며, 매개체에는 측정하고자 하는 색상에 맞추어 레드, 그린, 옐로우 안료를 각각 혼합하였다. 레드 안료로는 Solvent Red 27, 그린 안료로는 Elixa Green 540, 옐로우 안료로는 Elixa Yellow 129를 사용하였으며, 상기 컬러 표시장치에 대해 4번에 걸쳐 측정을 실시하여 평균값을 산출하였다. 색좌표 측정은 CM5(Konica Minolta Ltd.)를 사용하여 SCE 모드(D65)로 측정하였다.
그 결과 도 4 내지 7과 같은 자기장 인가 전후의 CIE 표색계의 색좌표 변화 및 반사율 변화 결과를 얻었다.
자기장 인가 전후의 블랙 색좌표는 표 1과 같다.
L*(D65) a*(D65) b*(D65) Y(D65)
1차 인가전 21.66 -1.88 5.56 3.42
인가후 24.17 -11.78 10.73 4.15
2차 인가전 21.52 -2.06 5.8 3.38
인가후 23.76 -11.69 10.87 4.03
3차 인가전 21.43 -2.1 5.33 3.36
인가후 24.48 -11.33 10.6 4.25
4차 인가전 20.99 -2.22 5.29 3.24
인가후 24.76 -11.19 10.48 4.34
표 1의 결과를 살펴보면, 본 발명의 제1 입자는 빛의 굴절과 반사를 이용하여 색을 표현하는 특성을 가지고 있으므로 L* 값의 변화는 크지 않았다. 이러한 결과는 레드, 그린, 옐로우에 있어서 동일하였다.
또한, a*(D65) 값에 있어서 자기장 인가에 의해 약 10배의 감소가 발생했고, b*(D65)에 있어서 자기장 인가에 의해 약 2배의 증가가 발생하여 색변화가 두드러지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 색차(ΔE* ab)는 약 2.7로 두드러진 색변화를 나타내었다.
또한, 자기장 인가 전후의 레드 색좌표는 표 2와 같다.
L*(D65) a*(D65) b*(D65) Y(D65)
1차 인가전 26.43 7.67 8.43 4.89
인가후 26.29 -0.71 10.76 4.85
2차 인가전 26.11 7.84 8.51 4.78
인가후 26.76 -0.79 10.71 5.01
3차 인가전 25.75 7.91 8.76 4.66
인가후 27.03 -0.92 10.88 5.1
4차 인가전 25.69 7.59 8.61 4.64
인가후 26.59 -0.36 10.24 4.95
표 2의 결과를 살펴보면, 레드 색좌표에 있어서도 a*(D65) 값에 있어서 자기장 인가에 의해 약 8배의 차이가 발생했고, b*(D65)에 있어서도 자기장 인가에 의해 약 20%의 증가 발생하여 +a 값의 변화가 큰 것으로 나타났다. 따라서 레드의 색변화가 크게 발생하는 점을 확인할 수 있었다. 또한, 색차(ΔE* ab)는 약 2.2로 두드러진 색변화를 나타내었다.
다음으로, 자기장 인가 전후의 그린 색좌표는 표 3과 같다.
L*(D65) a*(D65) b*(D65) Y(D65)
1차 인가전 26.59 -6.03 10.1 4.95
인가후 27.66 -12.73 11.81 5.33
2차 인가전 26.04 -6.09 9.7 4.76
인가후 27.91 -13.05 12.15 5.42
3차 인가전 26.77 -5.96 10.06 5.01
인가후 27.94 -12.8 11.98 5.43
4차 인가전 26.06 -6.13 9.76 4.77
인가후 28.01 -12.54 12.1 5.46
표 3의 결과를 살펴보면, 그린 색좌표에 있어서도 색차(ΔE* ab)가 약 2.2로 두드러진 색변화를 나타내었다.
다음으로, 자기장 인가 전후의 옐로우 색좌표는 표 4와 같다.
L*(D65) a*(D65) b*(D65) Y(D65)
1차 인가전 29.33 1.84 26.74 5.97
인가후 33.84 -11.48 32.62 7.93
2차 인가전 30.49 2.6 28.02 6.44
인가후 34.18 -11.2 34.11 8.09
3차 인가전 29.39 1.88 26.42 5.99
인가후 34.05 -12.25 33.37 8.03
4차 인가전 29.91 1.9 26.61 6.2
인가후 33.19 -11.63 32.11 7.63
표 4의 결과를 살펴보면, 옐로우 색좌표에 있어서 색차(ΔE* ab)가 약 2.9로 가장 큰 색변화를 나타내었다.
따라서 블랙, 레드, 그린, 옐로우에 있어서 자기장 인가 전후 색차가 큰 값을 보였으며, 이는 본 발명에서와 같이 제1 및 제2 입자를 혼합한 표시부를 적용함으로써 자기장 또는 전기장의 인가에 의해 색상 변화가 뚜렷하여 컬러 표시장치로서 높은 시인성(observability)을 나타낼 수 있는 것으로 파악되었다.
본 발명의 표시장치는 뚜렷한 색상 변화와 다양한 색상의 조합 및 구현이 가능하며, 시인성이 우수하여 이용자가 시각적으로 그 색변화를 쉽게 인식할 수 있으므로, 카드, 태그, 스티커, 패널, 종이 등의 형태를 가지는 변색 표시소자 또는 변색 보안장치 등에 적용할 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims (11)

  1. 자기장 또는 전기장 인가 시 이동과 배열에 의하여 특정 컬러를 나타내는 제1 입자;
    및 자기장 또는 전기장의 인가에 반응하지 않고 고유색을 나타내는 제2 입자를 포함하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 표시장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 입자는 광결정 물질, 상유전성 물질, 강유전성 물질, 초상유전성 물질 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 컬러 표시장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 입자는 매개체에 분산되는 것을 특징으로 하는 컬러 표시장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 입자는 크기 또는 질량이 서로 상이한 것을 특징으로 하는 컬러 표시장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 입자는 상기 표시부의 상부와 하부 또는 하부와 상부에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 컬러 표시장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 입자는 자기장 또는 전기장의 인가에 의해 혼합됨으로써 고유색을 나타내는 것을 특징으로 하는 컬러 표시장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 입자는 자기장 또는 전기장의 인가에 의해 반대 극성의 전하를 띄는 것을 특징으로 하는 컬러 표시장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 표시부의 일측에 자성체가 적층되어 자기장이 인가되거나 또는 외부자성체의 근접에 의해 자기장이 인가되는 것을 특징으로 하는 컬러 표시장치.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 매개체는 염료 또는 안료를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러 표시장치.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 매개체는 투명 매개체이며, 상기 표시부의 일측에 컬러하부기판 또는 컬러시트가 적층되는 것을 특징으로 하는 컬러 표시장치.
  11. 자기장 또는 전기장 인가 시 이동과 배열에 의하여 특정 컬러를 나타내는 제1 입자 및 자기장 또는 전기장의 인가에 반응하지 않고 고유색을 나타내는 제2 입자를 포함하는 표시부를 포함하여 컬러를 표시하는 것을 특징으로 하는 컬러 표시방법.
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