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KR20060124035A - 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐 및 그 제조방법 - Google Patents

전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20060124035A
KR20060124035A KR1020050045757A KR20050045757A KR20060124035A KR 20060124035 A KR20060124035 A KR 20060124035A KR 1020050045757 A KR1020050045757 A KR 1020050045757A KR 20050045757 A KR20050045757 A KR 20050045757A KR 20060124035 A KR20060124035 A KR 20060124035A
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color
core
capsule
particles
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Application number
KR1020050045757A
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English (en)
Inventor
권순형
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐 및 그 제조방법에 관한 것으로, 종래의 컬러입자 또는 컬러필터에 의한 경우 염료에 따라 입자의 전기적인 특성이 변하거나 별도의 추가공정이 필요하다는 문제점이 있었던바, 백색입자, 흑색입자 및 현탁유체를 포함하는 코어(core)와, 상기 코어 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있으면서 착색 조성물이 포함된 코어캡슐(core capsule)로 이루어진 컬러 마이크로캡슐에 의하는 경우, 염료가 입자에 영향을 주지 않으면서도 간편한 공정에 의해 컬러 구현이 가능한 효과가 있는 것이다.
전기영동 디스플레이, 마이크로캡슐, 착색 조성물

Description

전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐 및 그 제조방법{Color Microcapsule For Electrophoresis Display and Manufacturing Process Thereof}
도 1은 종래 전기영동 디스플레이용 표시소자의 셀 구조를 도시한 단면도.
도 2는 종래 전기영동 디스플레이용 표시소자의 현탁유체 안에 염료를 사용한 마이크로캡슐의 구조를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 따라 코어(core) 주위를 둘러싼 코어캡슐(core capsule)에 착색 조성물이 포함된 컬러 마이크로캡슐의 구조를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 따라 코어캡슐에 착색 조성물이 포함된 컬러 마이크로캡슐을 포함하는 전기영동 디스플레이용 표시소자의 구조를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐의 제조방법을 설명하기 위한 플로차트.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐의 캡슐화를 수행하기 위한 기구의 개략도이다.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
1: 하부기판 2: 하부전극
3: 코어캡슐(core capsule) 4: 현탁유체
5: 백색입자 6: 흑색입자
7: 상부기판 8: 상부전극
9: 캡슐화 용기 10: 모니터용 장치
11: 온도조절 장치 12: pH 모니터
13: 에멀션 방울 14: 임펠러
본 발명은 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐과 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 백색입자, 흑색입자 및 현탁유체를 포함하는 코어(core)와, 상기 코어 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있으면서 착색 조성물이 포함된 코어캡슐(core capsule)로 이루어진 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐과, 이를 제조하기 위하여 캡슐기재에 착색 조성물을 첨가하여 혼합물을 형성함으로써 상기 컬러 마이크로캡슐을 제조하는 방법에 관한 것이다.
전기영동 디스플레이(Electrophoretic Display) 장치는 외부 광원이 필요없이 반사율이 우수하고, 유연성(Flexibility)과 휴대성(Portability)이 뛰어나며, 기타 경량 등의 특성을 지닌 전기영동(Electrophoresis; 전기장내에서 하전된 입자가 양극 또는 음극쪽으로 이동하는 현상)을 이용한 평판 디스플레이(Flat Display) 의 일종이다.
이러한 전기영동 디스플레이 장치는 종이나 플라스틱과 같은 얇고 구부리기 쉬운 베이스 필름(Base Film)에 투명전도막을 입혀 전기영동 부유입자(Electrophoretic Suspension)을 구동하는 반사형 디스플레이로서, 액정표시장치, 플라즈마 디스플레이 패널, 유기 전계발광 소자를 뒤이을 차세대 전자종이(Electric Paper)로서도 각광 받을 것으로 기대되는 장치이다. 특히 전자종이는 수백만개의 구슬이 기름 구멍 안에 뿌려져 있는 박형의 플라스틱과 같은 유연한 기판과 문자나 영상을 표시할 수 있도록 한 디스플레이 소자로서, 수백만번을 재생해 쓸 수 있으며 장래에 책, 신문, 잡지 등 기존의 인쇄매체를 대체할 재료로 기대된다.
전기영동 현상을 이용한 전기영동 디스플레이는 플렉서블(flexible) 디스플레이 구현의 핵심이 되는 소자이고, 도전성 물질에 전자기장을 가하여 운동성을 갖게 한다는 전기영동학(Electrophoresis)에 기초를 둔 것으로 박형의 플렉서블한 기판들 사이에 도전성을 가진 미립자들을 분포시킨 후 전자기장의 극성변화에 의한 미립자들의 방향 배치 변화로 데이터를 표현한다. 여기서, 전기영동 현상이란 전기장이 인가되는 경우에 대전된 입자들(charged particles)이 이동하는 현상을 의미한다. 유체 내에서 전기영동이 발생하면, 대전된 입자들은 점성 드래그(viscous drag), 전하(charge), 유체의 유전 특성(dielectric properties), 및 인가된 전기장의 세기(magnitude of applied electric field)에 의해서 결정되는 속도(velocity)로 이 동하게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 전기영동 디스플레이용 표시소자의 셀 구조를 도시한 단면도이다. 종래기술에 따른 전기영동 디스플레이 표시소자는 도 1에 도시된 바와 같이, 그 구조가 플라스틱 또는 유리 중 어느 하나로 형성된 상부 및 하부기판(70, 10)과, 상기 상부 및 하부기판 상에 소자의 구동 전압을 인가하도록 투명전극(ITO)으로 형성된 상부 및 하부전극(80, 20)과, 상기 상부 및 하부 전극에 선택적으로 코팅된 상부 및 하부절연층(90, 30)과, 셀과 셀을 분리 시키는 격벽(40)과, 상기 두 전극 사이에 존재하는 백색의 정(+)대전입자(50)와 흑색의 부(-)대전입자(60)로 구성된다.
상기와 같은 구조로 이루어진 충돌 대전형 전자종이 표시소자는 상부전극(80)과 하부전극(20)에 충분한 전압이 인가되면 인가된 전극 극성에 따라 대전되는 대전입자들(50, 60)이 각 전극으로 끌려간다. 예컨대, 상부전극(80)에 -전압을 인가하고 하부전극(20)에 +전압을 인가하면 쿨롱력에 의해 정(+)대전된 백색 대전입자(50)는 상부기판(70)쪽으로 이동하고, 부대전된 흑색 대전입자(60)는 하부기판(10)쪽으로 이동한다. 상부기판(70)쪽에 백색 대전입자(50)가 위치하고 있으므로, 외부에서 관찰하는 경우 백색으로 보이게 된다. 반대로, 상부전극(80)에 +전압을 인가하고 하부전극(20)에 -전압을 인가하면 부대전된 흑색 대전입자(60)는 상부기판(70)쪽으로 이동하고, 정대전된 백색 대전입자(50)는 하부기판(10)쪽으로 이동하여 흑색으 로 표시되게 된다. 따라서, 처음에 모든 셀이 백색으로 보이도록 전압을 가한 후, 원하는 셀만 반대 전압을 가해 흑색으로 보이도록 하는 것으로 그림이나 문자 등을 표현할 수 있게 되는 것이다.
이와 같은 전기영동 현상을 이용한 디스플레이는 쌍안정성(bistablity)을 가진다. 즉, 인가된 전기장이 제거된 이후에도 전기장이 제거되기 전의 색상을 유지하고 있다. 그러나, 전기영동 현상을 이용한 디스플레이는 안정성에 문제가 있다. 즉, 유체 내에 있는 대전된 입자의 밀도와 유체의 밀도를 동일하게 함으로써, 대전된 입자의 침전을 방지할 수 있으나, 장시간에 걸쳐서는 대전된 입자들의 응집(agglomeration)에 따른 문제점을 해결할 수 없다. 특히, 한가지 이상의 색상을 가진 두 입자가 전기영동 현상에 의해 이동하는 경우는 더 심각한 문제를 야기한다. 이러한 문제에 의하여 디스플레이가 열화된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 미국의 이 잉크(E-ink) 사에서는 색을 띤 유체속에 빛을 산란하는 미소입자, 즉 잉크 미립자를 분산시켜 캡슐(capsule) 속에 넣고 이들의 전기영동 현상을 이용하는 디스플레이를 제안하였다. 즉, 양의 전압을 인가하면 음으로 대전된 잉크 미립자들이 표면으로 움직여 미립자의 색을 표시할 수 있으며, 음의 전압을 인가하면 미립자들이 반대로움직여 유체의 색을 표시할 수 있는 것이다. 도 2에는 이러한 마이크로캡슐을 이용한 전기영동 디스플레이 표시조자의 구조를 도시하였다. 도시된 바와 같이, 마이크로캡슐은 백색 대전입자(50), 흑색 대전입자(60) 및 색을 띤 현탁 유체(120)로 이루져있고, 이것이 상하부기판(70, 10)에 적층된 상하부전극(80, 20) 사이에 혼합되어 있는 것이다. 이들 마이크로캡슐을 바인더와 혼합하여 상하부 투명전극 사이에 위치시키고 전압을 인가하면 위에서 설명한 방식에 의해서 문자나 이미지를 표시하게 된다.
이 잉크사의 초기 디스플레이는 백색 반사율이 우수한 이산화티튬(TiO2) 미립자에 청색 유체를 사용해서 청색 배경에 흰색 이미지를 구현하였으며, 근래에는 투명 유체에 양전하를 띤 백색 미립자와 음전하를 가진 흑색 미립자를 분산시킨 마이크로캡슐을 제조하여 흑/백 표시가 가능하다. 그러나, 이러한 마이크로캡슐에서 색을 띤 염료는 마이크로캡슐 내부에 있는 현탁 유체에 포함된 형태로서, 상기 현탁 유체와 전하를 가진 흑백색 미립자와의 전기영동 반응으로 인하여 응답속도가 늦어지고, 컬러 이미지 등의 구현에는 이미지가 깨지는 등의 문제점이 발생하게 되었다.
현재에도, 이 잉크사에서는 마이크로캡슐을 이용한 전기영동 디스플레이에서 컬러 필터를 이용해 다양한 컬러 표시를 구현하고자 하는 제조기술을 연구중에 있고, 이와 같이 전기영동 디스플레이용 마이크로캡슐에 있어서, 컬러를 구현할 수 있는 다양한 제조기술이 절실히 요청되고 있는 실정이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전기영동형 디스플레이 장치에 있어서 백색입자, 흑색입자 및 현탁유체를 포함하는 코어(core)와, 상기 코어 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있으면서 착색 조성물이 포함된 코어캡슐(core capsule)로 이루어지는 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐 및 이를 제조하기 위한 방법을 제공하고자 한다.
이와 같은 본 발명으로 컬러 염료에 의해 입자의 전기적 특성이 변하지 않으면서도 별도의 컬러필터나 컬러입자 없이 간단한 제조공정에 의해 전기영동 디스플레이 장치의 컬러 화상을 구현하고자 한 것이다. 또한, 마이크로캡슐에 있어서 입자를 포함하는 현탁 유체와 컬러염료를 분리함으로써 전기영동 반응 속도를 증가시키고 우수한 컬러 재현 특성으로 선명한 화질을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐은 백색입자, 흑색입자 및 현탁유체를 포함하는 코어(core)와, 상기 코어 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있으면서 착색 조성물이 포함된 코어캡슐(core capsule)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 착색 조성물은 적색(Red) 코어캡슐을 형성하기 위한 적색 착색 조성물, 녹색(Green) 코어캡슐을 형성하기 위한 녹색 착색 조성물 또는 청색(Blue) 코어캡슐을 형성하기 위한 청색 착색 조성물이 바람직하고, 여기에는 아조 염료, 안트라퀸 염료 또는 트리페닐메탄 염료가 포함된 착색 조성물도 가능하다. 그리고, 상기 현탁유체는 씨클로헥사, 테트라클로르에틸렌 및 톨루엔 중에서 하나 이상이 선택된 유기 용매를 포함하여 1 내지 10 범위의 유전상수를 가지는 것일 수 있고, 상기 코어와 코어캡슐로 이루어진 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐은 150㎛ 내지 250㎛의 직경을 가진 것이 가장 바람직하다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐의 제조방법에서는 용제에 무기물 산화입자 및 비결정성 탄소분말이 분산되어 이루어진 콜로이드 용액을 형성한다. 그리고, 착색 조성물 및 캡슐기재와 상기 콜로이드 용액과의 균일한 혼합물을 형성한후, 상기 혼합물의 온도를 낮추어 상기 무기물 산화입자 및 비결정성 탄소분말의 주위를 구형으로 둘러싸도록 상기 착색 조성물이 코팅된 결정을 형성하도록 한다.
본 발명에서 사용된 상기 캡슐기재는 투명한 폴리머가 바람직하고, 투명한 우레탄 폴리머는 더욱 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 상기 용제는 수용성 용제와 비수용성 용제의 혼합물일 수 있고, 상기 수용성 용제는 물, 알코올류, 에틸렌 글리콜, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택될 수 있으며, 상기 비수용성 용제는 할로겐화 탄화수소, 할로겐화 탄화수소 오일, 아이소파 계열 물질 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레 이용 컬러 마이크로캡슐의 제조방법이다.
본 발명에 따른 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐의 제조방법에 있어서, 상기 착색 조성물 및 캡슐기재와 상기 콜로이드 용액과의 균일한 혼합물을 형성하는 단계는 착색 조성물 및 캡슐기재 각각을 상기 콜로이드 용액에 균일하게 혼합하여 형성할 수도 있고, 착색 조성물 및 캡슐기재가 포함된 수성 결합제를 이용하여 상기 수성 결합제를 상기 콜로이드 용액과 균일하게 혼합하여 형성하는 것도 가능하다. 상기 착색 조성물 및 캡슐기재가 포함된 수성 결합제는 착색 조성물 및 우레탄 폴리머가 포함된 우레탄 수성 결합제가 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참고로 하여 구체적으로 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해 될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
도 3은 본 발명에 따라 코어(core) 주위를 둘러싼 코어캡슐(core capsule)에 착색 조성물이 포함된 형태의 컬러 마이크로캡슐 구조를 보여주는 단면도이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 전기영동형 디스플레이의 마이크로캡슐은 백색, 흑색입자(5, 6)들과 현탁유체(4)를 포함하는 코어 및 상기 코어 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있고, 착색 조성물이 포함된 코어캡슐(3)로 이루어진다.
상기 백색, 흑색입자(5, 6)들은 다양한 이미지를 표현하기 위해 인가된 전압과 반응할 수 있도록 대전된 상태로 현탁유체(4)에 분산되어 있고, 상기 현탁유체(4)는 화학적 불활성도, 전기이동 입자와 조화된 밀도 또는 전기이동 입자 및 결합캡슐 모두와의 화학적 혼화성의 관계에 따라 다양한 용매가 선택될 수 있다. 유기 용매 예컨대 할로겐화 유기 용매, 포화 선형 또는 가지형 탄화수소, 실리콘 오일 및 저분자량 할로겐-함유 중합체가 일부 유용한 현탁유체이고, 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐에서 상기 현탁유체(4)는 씨클로헥사, 테트라클로르에틸렌 및 톨루엔 중에서 하나 이상이 선택된 유기 용매가 바람직하다.
또한, 이와 같은 유기 용매는 낮은 유전상수, 높은 부피 저항률, 낮은 점도, 낮은 독성 및 환경 영향 낮은 수용해도, 높은 비중, 높은 비중 및 낮은 반사지수를 갖는 것이 유용하고, 특별히 유전상수는 1 내지 10 범위의 낮은 유전상수를 가지는 것이 바람직하다. 더불어, 상기 현탁유체(4)에는 전기이동 입자 또는 결합 캡슐의 표면 에너지 또는 전하를 개질시키기 위한 표면 개질제와 전기이동 입자에 양호한 이동성을 제공하기 위한 전하 조절제 및 전기이동 입자의 응집을 방지할 뿐만 아니라 전기이동 입자가 비가역적으로 캡슐 벽 상에 침착되는 것을 방지하기 위한 안정화제가 포함될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따라 코어캡슐에 착색 조성물이 포함된 컬러 마이크로캡슐 로 이루어지는 전기영동 디스플레이용 표시소자의 구조를 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 마이크로캡슐형 전기이동 디스플레이는 수백만개의 마이크로캡슐로 구성되어 있고, 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐에 있어서 컬러를 표현하기 위한 착색 조성물은 상기 현탁유체(4)에 포함되는 것이 아니라, 상기 현탁유체(4)의 외부 표면을 둘러싸고 있는 코어캡술(3)에 포함된 것임을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따른 착색 조성물의 선택에는 많은 융통성이 있고, 상기 착색 조성물은 코어캡술(3)의 캡슐기재에 가용성이어야 하지만, 일반적으로 현탁유체(4)의 다른 성분에는 불용성일 것이다. 착색 조성물은 순수한 화합물 또는 검정을 포함하여 특정한 색에 이르기 위한 상기 화합물들의 혼합물일 수 있다. 본 발명에 따른 컬러 마이크로캡슐의 코어캡슐에 포함되는 상기 착색 조성물은 적색(Red) 코어캡슐을 형성하기 위한 적색 착색 조성물, 녹색(Green) 코어캡슐을 형성하기 위한 녹색 착색 조성물 또는 청색(Blue) 코어캡슐을 형성하기 위한 청색 착색 조성물이 바람직하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 이외에 노란색, 오렌지색, 시안색, 마젠타색 등과 같은 다양한 색상의 코어캡슐을 형성하기 위한 청색 착색 조성물들도 가능하다.
본 발명에 의한 착색 조성물은 유기 또는 무기의 착색료가 바람직하고, 상기 착색료는 투명수지, 그 전구체 또는 그것들의 혼합물로 이루어지는 착색료 담체와 혼합되어 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 착색 조성물의 하나인 상기 착색료로서는 유기 또는 무기의 염료를 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 여기서 중요한 성질에는 내광성, 현탁 유체에의 용해도, 색 및 비용이 포함된다. 염료는 순수한 화합물이거나 검정을 포함하여 특정한 색에 이르기 위한 염료들의 혼합물일 수 있다. 필요에 따라 상기 염료는 형광성일 수 있으며 이는 입자의 위치에 따라 형광성이 좌우되는 디스플레이에 적합할 것이다. 염료는 가시광선 또는 자외선으로의 조사시 다른색으로 변하거나 무색이 될 수 있는 광활성일 수 있어, 광학적 반응을 수득하기 위한 또 다른 수단을 제공한다.
캡슐화 전기이동 디스플레이에서 사용하기 위해 선택할 수 있는 많은 염료가 존재하지만, 발색성이 높고, 내열성이 높은 염료, 특히 내열 분해성이 높은 염료가 바람직하고, 통상은 유기 염료를 사용할 수 있다. 이들은 일반적으로 아조, 안트라퀴논, 및 트리페닐메탄 유형 염료의 군으로부터 선택될 수 있고, 화학적으로 개질되어 오일 상에서의 용해도를 증가시키고 입자 표면에 의한 흡수를 감소킬 수 있다. 본 발명에서 사용되는 염료는 전기이동 디스플레이 업계에서 보통의 지식을 가진자에게 이미 공지된 다수의 염료가 유용하다. 유용한 아조 염료로는 여기에 제한되지는 않지만 Oil Red 염료, 및 Sudan Red 및 Sudan Black 시리즈의 염료가 포함된다. 유용한 안트라퀴논 염료로는 여기에 제한되지는 않지만 Oil Blue 염료, 및 Macrolex Blue 시리즈의 염료가 포함된다. 유용한 트리페닐메탄 염료로는 여기에 제한되지는 않지만 Michler's hydrol, Malachite Green, Crystal Violet 및 Auramine O이 포함된다.
또한, 본 발명에 따른 착색 조성물의 하나인 상기 착색료로서 무기염료는 황산 바륨, 아연화, 황산납, 황색납, 아연황, 벵가라(적색산화철(III)), 카드뮴 적색, 군청색, 감청색, 산화크로늄 녹색, 코발트 녹색, 엄버, 티탄 블랙, 합성철 흑색, 산화티탄, 사산화철 등의 금속산화물 분말이나, 금속황화물 분말이나, 금속 분말 등을 들 수 있다. 무기염료는, 채도와 명도의 밸런스를 취하면서 양호한 도포성, 감도, 현상성 등을 확보하기 위해서 유기염료와 조합하여 사용된다.
본 발명에 의한 착색 조성물의 다른 하나는 상술한 바와 같이, 상기한 유기 또는 무기의 착색료에 투명수지, 그 전구체 또는 그것들의 혼합물로 이루어지는 착색료 담체를 혼합시킨 혼합물이다. 여기서 투명수지에는 열가소성 수지, 열경화성 수지 및 감광성 수지가 포함되고, 그 전구체에는 방사선조사에 의해 경화하여 투명수지를 생성하는 모노머 혹은 올리고머가 포함되며, 이것들을 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 착색료 담체는 착색 조성물의 전체 고형분 양을 기준으로 하여 10∼90 중량%의 비율로 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20∼80 중량%이다.
본 발명에 따른 컬러 마이크로캡슐의 광학적 목적은 입자의 이동에 따라 빛을 산란시키거나 빛을 흡수하거나 또는 빛을 산란시키고 흡수하는 것이다. 백색 및 흑색입자와 현탁유체가 포함된 코어와 코어캡슐(3)로 이루어진 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐은 전기장하에서 일정범위 이상의 균일한 이동도를 가지기 위해, 150㎛ 내지 250㎛ 범위 내의 직경을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐에 있어서, 광학적인 대조비는 주로 현탁유체(4)에 포함되어 대전된 입자들의 이동으로 이루어진다. 예를 들면, 대전된 입자들이 관찰자 쪽으로 이동하면 대전된 입자들이 입사된 빛을 산란시켜 입자들의 색상을 나타내게 되고, 이 때 대전된 입자가 백색 입자인 경우에는 백색을 나타내며 흑색 입자인 경우에는 흑색을 나타낸다. 대전된 입자들이 관찰자로부터 멀어지게 되면, 입사된 빛은 코어캡슐(3)의 염료에 의해 산란되거나 흡수된다. 이 때, 상기 염료가 흑색이면 빛을 다 흡수하여 흑색이 되고 상기 염료가 파란색이면 파란색 빛을 반사시켜 파란색이 된다. 따라서, 시각적인 대조비를 이룰 수 있다. 이와 같이, 코어캡슐(3)을 포함하는 전기영동형 디스플레이에 있어서 컬러 화상의 발현은 코어캡슐(3)에 포함된 착색 조성물, 특히 적, 녹, 청의 색상을 발현하는 염료가 포함된 코어캡슐(3)을 투과해 나오는 빛들의 혼색에 의해 다양한 컬러 화상의 구현이 가능한 것이다.
마이크로캡슐을 이용한 전기영동 디스플레이에 있어서, 착색 조성물을 이용하여 다양한 색상을 선명하게 구현하기 위해서는 다음과 같은 기능성을 부여해야만 한다. 즉, 이동하는 대전입자들에 의해 빛은 산란 또는 흡수되어야 하며, 대전된 입자들 은 염료에 영향을 받지 않고 원할하게 이동하여 입자의 전기적인 성격이 변하지 않도록 해야한다. 그러므로 전기영동형 디스플레이에서 사용되는 마이크로캡슐을 제조하기 위해서는 이러한 대전입자들과 염료들간의 영향을 줄여서 전기적 성격이 변하지 않도록 제조하는 것이 중요하다.
이와 같은 조건들을 만족시키기 위하여 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐은 백색입자, 흑색입자 및 현탁유체를 포함하는 코어(core)와, 상기 코어 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있으면서 착색 조성물이 포함된 코어캡슐(core capsule)로 이루어진다. 이와 같은 구성을 가지는 컬러 마이크로캡슐을 제조하는 데 있어서, 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐의 제조방법에서는 대전입자와 착색 조성물를 구분하기 위하여, 착색 조성물 및 캡슐기재가 포함된 수성 결합제를 물리적인 코팅제로 사용한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기영동 디스플레이용 마이크로캡슐의 제조방법을 설명하기 위한 플로차트이다. 상기 도 5를 참조하면, 먼저 용제에 무기물 산화입자 및 비결정성 탄소분말이 분산되어 이루어진 콜로이드 용액을 형성한다(단계 S10). 또한, 상기 용제에 대한 상기 무기물 산화입자의 농도를 증가시키기 위하여 상기 콜로이드 용액 형성시 분산제를 사용할 수도 있다.
상기 무기물 산화입자로서 Ti 산화물, Zn 산화물, Mg 산화물, Zr 산화물, Br 산화 물, Al 산화물, Si 산화물, Cr 산화물, Co 산화물, Cu 산화물, Fe 산화물 등을 사용할 수 있으며, 구체적인 예를 들면, TiO2, ZnO, MgO, ZrO, BaO, Al2O3, SiO2, Cr2O3, Co3O4, CuO, Fe2O3 등을 사용할 수 있으나, 상기 예시된 것들에 제한되는 것은 아니다. 상기 무기물 산화입자로서 사용하기 적합한 예들 중 하나인 산화티타늄(TiO2)은 크게 친수성 산화티타늄 및 친유성 산화티타늄으로 나뉜다. 친수성 입자는 용해 상수(solubilityparameters)가 20 ~ 40 δ(SI)인 수용성 용제, 예를 들면 물, 알코올류, 에틸렌 글리콜 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 수용성 용제에 분산시키고, 친유성 입자는 용해 상수가 14 ~ 20 δ(SI)인 비수용성 용제, 예를 들면 디클로로메탄 또는 그 유도체 등과 같은 할로겐화 탄화수소, 할로겐화 탄화수소 오일(halocarbon), 갈덴(Galden), 아이소파(Isopar) 계열의 물질, 또는 이들이 혼합물로 이루어지는 비수용성 용제에 분산시켜 사용한다. 본 발명에 따른 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐의 제조방법에 있어서, 상기 용제는 수용성 용제, 비수용성 용제 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
이와 같은 무기물 산화입자는 높은 굴절지수, 높은 산란계수 및 낮은 흡수 계수를 가진 입자, 특히 (+)으로 대전된 백색입자를 제조하는데 적합하고, 비결정성 탄소분말에 의한 다른 입자들은 폐인트 및 잉크에서 사용되는 카본블랙 또는 유색 안료와 같이 높은 흡수성을 가진 입자, 특히 (-)으로 대전된 흑색입자를 제조하는데 적합하다. 백색입자가 (-)로 대전되고, 흑색입자가 (+)로 대전되는 것도 가능하다. 염색된 유형의 진한 흑색입자는 임의의 빛 흡수 물질, 예컨대 카본블랙 또는 비결정성 탄소분말로부터 구축될 수 있다. 또한 진한 흑색입자는 선택적으로 흡수할 수도 있다. 예를 들어, 진녹색 안료를 사용할 수 있다. 또한 검정 물질은 라텍스를 산화금속으로 착색시킴으로써 형성될 수 있고, 이같은 라텍스 공중합체는 임의의 부타디엔, 스티렌, 이소프렌, 메타크릴산, 메틸 메타크릴레이트, 아크릴로니트릴, 비닐 클로라이드, 아크릴산, 나트륨 스티렌 술포네이트, 비닐 아세테이트, 클로로스티렌, 디메틸아미노프로필메타크릴아미드, 이소시아노에틸 메타크릴레이트 및 N-(이소부톡시메타크릴아미드)로 구성되고, 콘쥬게이트화 디엔 화합물 예컨대 디아크릴레이트, 트리아크릴레이트, 디메틸아크릴레이트 및 트리메틸아크 릴레이트가 선택적으로 포함된다. 또한 검정 입자는 분산 중합 기술에 의해 형성될 수도 있다.
본 발명에 따른 전기영동 디스플레이용 마이크로캡슐의 제조방법에서는 상기 콜로이드 용액을 형성하기 위하여 화학적 방법 예컨대 상분리, 분산 중합, 미니- 또는 마이크로-에멀션 중합, 현탁 중합 침전, 용매 증발, 원위치 중합, 파종 에멀션 중합 또는 일반적인 마이크로캡슐화의 범주 내에 속하는 임의의 방법을 사용할 수 있다. 이러한 유형의 전형적인 방법은 용해된 중합성 물질이 용매 희석, 증발 또는 열 변화를 통해 분산된 안료 표면 상에 용액으로부터 침전되는 상 분리 공정이다. 다른 방법에는, 예를 들어 산화 금속 또는 염료로 중합성 라텍스를 착색시키기 위한 화학적 수단이 포함된다.
단계 S10 에서는 상기 콜로이드 용액을 형성하기 위하여 상기 용제에 일정한 비율의 무기물 산화입자 및 비결정성 탄소분말을 첨가하고, 또한 여기에 필요에 따라 분산제를 첨가한 후 상 분리 방법에 따라 분산시키었다.
그 후, 착색 조성물 및 캡슐기재와 상기 콜로이드 용액과의 균일한 혼합물을 형성한다(단계 S20). 여기서, 상기 착색 조성물 및 캡슐기재와 상기 콜로이드 용액과의 균일한 혼합물을 형성하는 단계는 착색 조성물 및 캡슐기재 각각을 상기 콜로이드 용액에 균일하게 혼합하여 형성하는 것이 가능하고(단계 S21), 착색 조성물 및 캡슐기재가 포함된 수성 결합제를 상기 콜로이드 용액에 균일하게 혼합하여 형성하는 것도 바람직하다(단계 S22).
본 발명에 따른 방법에서 컬러를 구현하기 위해 사용되는 착색 조성물은, 상술한 바와 같이, 코어캡술(3)의 캡슐기재에는 가용성이어야 하지만, 일반적으로 현탁유체(4)의 다른 성분에는 불용성일 것이다. 본 발명에 따른 컬러 마이크로캡슐의 제조방법에서 사용되는 상기 착색 조성물은 적색 코어캡슐을 형성하기 위한 적색 착색 조성물, 녹색 코어캡슐을 형성하기 위한 녹색 착색 조성물 또는 청색 코어캡슐을 형성하기 위한 청색 착색 조성물이 바람직하지만 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 의한 착색 조성물은 유기 또는 무기의 착색료가 바람직하고, 상기 착색료는 투명수지, 그 전구체 또는 그것들의 혼합물로 이루어지는 착색료 담체와 혼합 되어 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 착색 조성물의 하나인 상기 착색료로서는 유기 또는 무기의 염료를 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
이와 같은 착색 조성물은 캡슐기재와 함께 상기 콜로이드 용액과 혼합될 수 있고, 상기 캡슐기재는 상 분리 공정에 유용한 물질로 제한되는 것은 아니지만, 폴리스티렌, PMMA, 폴리에틸 메타크릴레이트, 폴리부틸 메타크릴레이트, 에틸 셀룰로스,폴리비닐 피리딘, 및 폴리 아크릴로니트릴 등과 같은 투명한 폴리머가 바람직하며, 우레탄 폴리머가 가장 바람직하다. 본 발명에서 캡슐기재로 사용된 우레탄 폴리머는 착색 조성물과 가용성을 가지고, 이것은 코어를 둘러싸도록 코팅되는 코어캡슐을 형성하는 것이다.
단계 S20에서 상기 착색 조성물 및 캡슐기재는 상기 콜로이드 용액과 균일하게 혼합된 혼합물을 형성하는 것이 가능하다. 먼저 상기 콜로이드 용액을 빠르게 교반시키면서 상기 용액의 온도를 상기 착색 조성물 및 캡슐기재의 녹는점 이상의 온도로 가열한다. 그 후, 상기 가열된 콜로이드 용액에 소정량의 상기 착색 조성물 및 캡슐기재를 첨가한다. 상기 착색 조성물 및 캡슐기재는 고체 상태로 각각 첨가될 수도 있고(단계 S21), 수성 결합제에 의해 소량의 용제로 녹여져 첨가 되는 것도 가능하다(단계 S22). 상기 수성 결합제는 캡슐을 지지하고 보호할 뿐만 아니라 전극 물질을 캡슐 분산액에 결합시키는 접착제 매질로써 사용되는 것으로, 우레탄 수성 결합제가 바람직하며, 코어캡슐은 상기 우레탄 폴리머로부터 형성될 수 있는 것 이다. 그 후, 상기 착색 조성물 및 캡슐기재가 상기 용제와 무기물 산화입자 및 비결정성 탄소분말 사이에 균일하게 분포될 수 있도록 하기 위하여, 상기 착색 조성물 및 캡슐기재가 첨가된 콜로이드 용액을 약 30분 동안 교반한다. 이 때, 효과적인 입자의 분산을 위하여 동시에 초음파를 인가할 수도 있다.
이어서, 상기 착색 조성물 및 캡슐기재와 상기 콜로이드 용액과의 균일한 혼합물이 얻어졌으면, 상기 착색 조성물 및 캡슐기재가 결정화되면서 상기 무기물 산화입자 및 비결정성 탄소분말의 주위를 구형으로 둘러싸도록 상기 혼합물을 교반시키면서 상기 혼합물의 온도를 낮춘다(단계 S30). 이때, 상기 혼합물의 온도를 서서히 낮출수도 있고 급냉시킬 수도 있다. 그 결과, 상기 무기물 산화입자 및 비결정성 탄소분말에 착색 조성물 및 캡슐기재가 코팅된 결정을 얻는다.
도 6은 상기 무기물 산화입자 및 비결정성 탄소분말을 포함하는 코어에 착색 조성물 및 캡슐기재를 포함하는 코어캡슐이 캡슐화되는 공정을 수행하기 위한 예시적인 장치 및 환경을 설명한다. 수용성/비수용성 혼합물을 모니터용 장치(10) 및 온도 조절용 장치(11)가 장착된 용기(9)에서 교반시킨다. pH 모니터(12)가 포함될 수 있고, 임펠러(14)는 캡슐화 공정 동안 진탕을 유지시키고, 유화제와 함께 조합되어 마무리된 캡슐에서 에멀션 방울(13)의 크기를 조절하기 위해 사용될 수 있다. 이와 같은 내부 상의 캡슐화는 다수의 상이한 방식으로 이루어질 수 있다. 다수의 적절한 마이크로캡슐화용 절차는 계면 중합, 원위치 중합, 물리적 공정 예컨대 공 압출 및 기타 상 분리 공정, 액체 내 경화 및 단순/복합 코아세르베이션을 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 백색입자, 흑색입자 및 현탁유체를 포함하는 코어(core)와, 상기 코어 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있으면서 착색 조성물이 포함된 코어캡슐(core capsule)로 이루어지는 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐을 제조하여 입자를 포함하는 현탁유체와 컬러를 발현하는 염료가 구분되게 이루어지도록 한 것임을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명의 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐에 의하는 경우, 컬러 염료에 의해 입자의 전기적 특성이 변하지 않으면서도 별도의 컬러필터나 컬러입자 없이 간단한 제조공정에 의해 전기영동형 디스플레이의 컬러 화상을 제공할 수 있다. 본 발명은 전기영동 디스플레이의 마이크로캡슐에 있어서 대전입자를 포함하는 현탁유체 외부층에 색을 발현하는 컬러염료를 구현함으로써 전기영동 반응 속도 및 그 응답속도를 증가시키고, 이로 인하여 우수한 컬러 재현 특성 등의 선명한 화질을 제공하는 효과가 있는 것이다.

Claims (13)

  1. 백색입자, 흑색입자 및 현탁유체를 포함하는 코어(core)와,
    상기 코어 주위를 구형으로 둘러싸도록 코팅되어 있으면서, 착색 조성물이 포함된 코어캡슐(core capsule)로 이루어지는 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐.
  2. 제1항에 있어서, 상기 착색 조성물은 적색(Red) 코어캡슐을 형성하기 위한 적색 착색 조성물, 녹색(Green) 코어캡슐을 형성하기 위한 녹색 착색 조성물 또는 청색(Blue) 코어캡슐을 형성하기 위한 청색 착색 조성물인 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 착색 조성물에는 아조 염료, 안트라퀸 염료 또는 트리페닐메탄 염료가 포함된 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐.
  4. 제3항에 있어서, 상기 현탁유체는 씨클로헥사, 테트라클로르에틸렌 및 톨루 엔 중에서 하나 이상이 선택된 유기 용매를 포함하여 1 내지 10 범위의 유전상수를 가지는 것임을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐.
  5. 제4항에 있어서, 상기 코어와 코어캡슐로 이루어진 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐은 직경이 150㎛ 내지 250㎛인 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐.
  6. 용제에 무기물 산화입자 및 비결정성 탄소분말이 분산되어 이루어진 콜로이드 용액을 형성하는 단계와;
    착색 조성물 및 캡슐기재와 상기 콜로이드 용액과의 균일한 혼합물을 형성하는 단계와;
    상기 혼합물의 온도를 낮추어 상기 무기물 산화입자 및 비결정성 탄소분말의 주위를 구형으로 둘러싸도록 상기 착색 조성물이 코팅된 결정을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 특징으로 하는 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 캡슐기재는 투명한 폴리머인 것을 특징으로 하는 전기 영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 투명한 폴리머는 투명한 우레탄 폴리머인 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐의 제조방법.
  9. 제6항 또는 제8항에 있어서, 상기 용제는 수용성 용제와 비수용성 용제의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 수용성 용제는 물, 알코올류, 에틸렌 글리콜 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 비수용성 용제는 할로겐화 탄화수소, 할로겐화 탄화수소 오일, 아이소파 계열 물질 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 착색 조성물 및 캡슐기재와 상기 콜로이드 용액과의 균일한 혼합물을 형성하는 단계는 착색 조성물 및 캡슐기재 각각을 상기 콜로이드 용액에 균일하게 혼합하여 형성하는 것임을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐의 제조방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 착색 조성물 및 캡슐기재와 상기 콜로이드 용액과의 균일한 혼합물을 형성하는 단계는 착색 조성물 및 캡슐기재가 포함된 수성 결합제를 상기 콜로이드 용액에 균일하게 혼합하여 형성하는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이용 컬러 마이크로캡슐의 제조방법.
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