KR102264872B1 - 디스플레이 패널 구조 및 이의 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상부기판, 하부기판, 상기 상부기판의 일면에 배치되는 상부전극, 상기 하부기판의 일면에 배치되는 하부전극 및 상기 상부기판과 상기 하부기판 사이에 형성되는 단위 픽셀 영역을 정의하는 격벽을 포함하되, 상기 단위 픽셀 영역은 각각 유체에 분산된 제1의 컬러를 나타내는 복수의 제1 입자, 제2의 컬러를 나타내는 복수의 제2 입자, 제3의 컬러를 나타내는 복수의 제3 입자 및 제4의 컬러를 나타내는 복수의 제4 입자를 포함하고, 상기 복수의 제1 입자 및 제2 입자 각각은 하나의 입자 내에 양전하 및 음전하를 모두 가지며, 상기 양전하와 음전하의 전하량은 서로 상이하고, 상기 복수의 제1 입자 및 제2 입자들이 상기 상부전극에서 하부전극까지 일정한 간격으로 수직 및 수평 배열을 하여 4가지 색상의 풀 컬러 구현이 가능한 것을 특징으로 하는 복합 물질 상으로 이루어진 디스플레이 패널 구조 및 반사 모드, 차폐 모드 또는 투과 모드 변환이 가능한 이의 구동 방법에 대한 것이다.

Description

디스플레이 패널 구조 및 이의 구동 방법 {Display Panel and Method of Driving the Same}

본 발명은 입자들의 구조와 입자들이 띄는 전하에 따른 전기적 거동 특성을 이용하여 외부로부터 입사되는 빛을 선택적으로 반사, 차폐 및 투과 조절이 모두 가능하고 다양한 컬러 구현이 가능한 복합 물질 상으로 이루어진 디스플레이 패널 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.

도 1a 및 도 1b는 각각 종래의 투과도 가변 디스플레이의 차폐모드(a)와 투과모드(b)를 구현한 디스플레이 패널 구조를 나타내는 단면도이다.

종래의 투과도 가변 디스플레이 패널이 적용된 대표적인 예는 도 1a 및 도 1b에 나타낸 바와 같이, 전기장을 인가하기 위하여 상부(105) 하부 기판(100)에 최소 두개 이상의 전극(104)(106)이 비대칭으로 패터닝된 단위 픽셀(unit cell) 또는 서브셀(sub-cell) 내부에 투명한 유체(102)에 양전하 혹은 음전하를 띄는 미세 입자(103)들이 분산된 잉크가 채워진 형태의 패널 구조를 가진다.

도 1a 및 도 1b의 단위 픽셀 내지 서브셀 내의 두 전극(104)(106)에 외부로부터 인가되는 전압에 의하여 전기장이 생성되면 입자(103)들이 지닌 전하의 극성과 반대 부호의 전압이 인가되는 방향으로 이동하는 전기영동 특성을 나타낸다. 이때, 상대적으로 넓은 면적을 가진 상부 전극(104)으로 입자(103)들이 위치하면 도 1(a)에 나타낸 바와 같이 외부로부터 입사되는 빛(107)이 입자(103)들에 의하여 빛이 흡수되어 차폐(흡수)되고 입자(103)들이 상대적으로 좁은 면적으로 패터닝된 전극(106)으로 위치하면 도 1(b)에 나타낸 바와 같이 외부로부터 입사되는 빛은 입자(103)들이 집중된 영역을 제외하고 투과가 된다.

도 1a 및 도 1b의 패널 구조는 서브셀들을 선택적으로 on/off 제어 시 단순한 정보 표시가 가능하나 차폐상태와 투과상태의 명암비 차가 크지 않고 계조범위가 넓지 않아 명확하고 복잡한 이미지 내지 정보를 표시하는데 많은 제약이 따른다.

도 2a 및 도 2b는 종래의 차폐모드/반사모드/투과모드가 가능한 디스플레이의 패널 구조를 나타내는 단면도이다.

도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 단위 픽셀 내지 서브셀 내에 최소 3개 이상의 전극(204)(206)을 패터닝하고 투명한 유체(202)에 분산된 서로 반대 부호의 전하를 띄고 대조되는 컬러를 지닌 입자(203)(208)들을 이용하여 차폐모드/반사모드/투과모드 기능을 모두 수행할 수 있는 패널의 구조와 구동 방법을 나타낸 도면이다.

차폐모드 내지 흡수모드를 수행하기 위해서는 도 2(a)에 나타낸 바와 같이 외부로부터 입사되는 빛(207)을 흡수하여 차단하는 기능을 하는 입자(203)들이 상부전극(204)으로 위치하여 차폐모드 내지 흡수모드의 기능을 수행한다. 만약 도 2(a)에서 가해지는 전기장의 방향이 바뀌면 반대 부호의 전하를 띄는 입자(208)들이 상부전극(204)으로 위치하게 되며 이때, 외부로부터 입사되는 빛(207)은 입자(208)들의 표면에 띄는 컬러에 따라 특정한 파장대의 가시광을 흡수하고 반사시켜 도 2(b)에서 나타낸 바와 같이 입자(208)들이 지닌 컬러에 의한 색상을 나타내는 방식으로 반사모드의 기능을 수행한다.

또한, 도 2d를 참조하면, 상부기판(205)에는 입자(208)들이 위치하지 않고 하부기판(200)의 패터닝된 두 전극(206)들에만 서로 반대 부호의 전하를 띄는 입자(203)(208)들이 각각 위치하였을 때 도 2(d)에 나타낸 바와 같이 하부기판(200)에 패터닝된 두 전극(206)들 이외의 영역으로 빛이 투과되어 투과모드의 기능을 수행한다. 하지만 투과모드를 구현하기 위해서는 도 2(c)의 나타낸 바와 같이 극성이 다른 두 종류의 입자들이 상부전극(204)으로 위치한 후 순차적으로 하부기판(200)의 두 전극(206)으로 이동시키기 위한 과정이 필요하여 이미지 내지 정보를 업데이트하기 위하여 소요되는 시간이 많으며 매우 복잡한 구동 방법이 요구된다.

또한, 도 2c 및 도 2d에 따른, 투과모드 수행 시 도 1a 및 도 1b에 나타낸 패널구조에 대비 하부기판(200)에 패터닝된 전극(206)이 점유하는 면적이 넓음에 따라 상대적으로 투과율이 저하되는 문제를 가진다.

도 1과 도 2에 나타낸 종래의 기술들에 있어서, 투과도 가변되는 폭을 넓게 설정하고 투과율을 향상시키기 위해서는 패터닝되는 전극의 폭을 좁혀야 하는데 전극의 폭이 줄어들수록 저항이 커짐에 따라 구동전압이 높아지며, 높아진 인가전압에 따른 발열 및 전극의 쇼트가 야기되어 전극을 패터닝 하는데 많은 제약이 따른다는 문제점을 가진다.

도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 입자와 유체의 유전영동성을 이용하여 차폐모드/반사모드/투과모드를 구현하는 종래의 디스플레이 패널의 구조를 나타내는 단면도이다.

도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 쌍극자가 불균일한 전기장에 놓일 때 전기장의 세기가 센 방향으로 끌려가는 유전영동현상을 이용한 디스플레이 패널의 구조 및 구동 방법을 나타낸 도면으로서, 도 1과 2에 나타낸 기술들의 문제점을 해결하기 위하여 종래에 제시된 기술들 중 하나이다.

도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d에 따른 디스플레이 패널은, 적어도 한 종류의 입자에 양 내의 음의 부호의 전하를 띄게 하고 대조되는 컬러를 지닌 입자들을 사용하며, 입자들과는 유전율의 차이를 나타내는 투명한 유체에 분산시켜 단위 픽셀 내지 서브셀에 채워진 형태의 패널 구조를 가진다. 이때 단위 픽셀 내지 서브셀 내 전극의 구조는 도 2의 전극 구조와는 상이하게 단위 픽셀 내지 서브셀 내 상/하부 기판의 두 전극들을 비대칭적으로 패터닝을 할 필요가 없다.

도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d에 나타낸 기술에 있어서 입자들이 전기영동 할 수 있는 충분한 전압(문턱전압)이 외부로부터 인가되어 전기장이 형성되면 전하를 띄는 입자(303)(308)들은 도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이 입자들이 지닌 극성과 반대 부호의 전압이 인가되는 상부(304) 내지 하부전극(306)으로 이동하게 되며, 이때 상부전극(304)에 위치한 입자들의 컬러에 따라 차폐모드(혹은 흡수모드)와 반사모드의 기능을 수행하게 된다.

즉, 차폐모드는 외부로부터 입사되는 빛(307)을 통과시키지 않고 흡수하거나 반사시켜(309) 차폐모드 기능을 수행하며, 반사모드는 입자가 지닌 컬러에 따라 특정한 영역의 가시광 파장대를 흡수하고 반사시켜 반사모드로써의 기능을 수행한다. 만약 입자들이 전기영동할 수 있는 문턱전압보다 큰 고전압이 고주파로 인가된다면 입자들은 불균일한 전기장에 의한 유전영동현상에 의하여 불규칙적으로 움직이며 점차적으로 단위 픽셀 내지 서브셀의 가장자리로 위치하게 되고 단위 픽셀 내지 서브셀 내에서 입자들이 뭉쳐져 있는 영역을 제외한 영역을 통하여 외부로부터 입사되는 빛이 투과되어 투과모드의 기능을 수행할 수 있다. 그러나 유전영동현상을 극대화하기 위해서 사용되는 유전율이 큰 입자 내지 투명 유체와 패널에 인가되는 고전압과 고주파는 구동 시 패널에서 소모되는 전류량이 크도록 야기하며, 입자들 간의 마찰 및 충격에 의한 수명 저하가 가속화되는 문제점들을 가지고 있다.

또한, 고전압 고주파에 의하여 단위 픽셀 내지 서브셀내 가장자리로 위치하여 뭉쳐있는 입자들을 다시 차폐모드 및 반사모드 기능을 수행하기 위해서는 입자들 문턱전압보다 높은 구동전압으로 aging하여 유체 내에서 전기적으로 다시 분산시키는 과정이 필요함에 따라 입자들의 수명 저하와 함께 전기/광학적 특성의 신뢰성과 재현성 문제를 야기한다.

또한, 인가되는 전압의 차이와 함께 저주파와 고주파의 차이 등을 조합하여 인가해야하는 구동 특성상 복잡한 구동 방법에 따른 이미지 내지 정보를 갱신하는데 상대적으로 많은 시간이 소요되고, 패널뿐만 아니라 구동보드와 같은 구동부에서도 소비전력이 증가하는 문제점을 가진다.

또한, 도 3d와 같은 복잡한 구동파형을 생성하고 제어하기 위해서는 고성능의 구동칩이 요구되므로 제조비용이 증가하는 단점을 가진다.

도 3e는 입자의 전기유변성 성질을 이용하여, 투과도 가변이 가능한 투명 디스플레이 패널의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 3e을 참조하면, 전기장이 생성시 입자(302)가 전기 분극(polarization) 현상에 의한 사슬(chain) 형성에 의해 투과 모드를 나타낸다.

전기유변성이라는 성질은 전하를 가지거나 중성인 입자의 전기 분극 현상에서 기인한다. 두 전극 사이에 전압을 걸어 전기장을 생성했을 때 양으로 하전된 양성자는 음극 방향으로, 음으로 하전된 전자는 반대 전극 방향으로 정렬되면서 전기적 극성을 가지는데 이러한 현상을 분극이라 한다. 전기장이 형성되었을 때 분극 정도가 큰 물질은 도 3e과 같이 전기유변성 유체 내에 분극 입자가 많고 그 입자가 구 형태를 띤다면 다음과 같은 과정이 진행된다. 먼저 전기장을 생성하는 순간 양전하는 입자의 위쪽으로, 음 전하는 입자의 아래쪽으로 배열된다. 이 때 서로 다른 두 개의 입자는 접근하는 각도에 따라 전혀 다른 움직임을 보인다. 만약 한 개의 입자가 다른 입자의 밑으로 다가가 쌍극의 방향에 대해 수직에 가깝게 배열되면 입자의 양극이 다른 입자의 음극에 만나게 되어 서로를 끌어당기는 인력을 가지게 된다. 반대로 한 개의 입자가 다른 입자의 옆에 나란히 배열되면 아래쪽의 음극은 다른 입자의 음극과 위쪽의 양극은 다른 입자의 양극과 나란히 놓이게 되고 두 입자는 서로 반발력, 즉 척력을 지니게 된다. 입자들이 서로 어떠한 각도를 가지고 접근하느냐에 따라 인력 또는 척력이 결정된다. 이렇게 인력과 척력에 의해 움직이던 분극 입자들은 점차 인력의 힘을 받으면서 점점 다가가기 시작하고 결국 전극판의 끝에서 끝으로 이어진 입자 사슬을 만들게 된다. 이렇게 몇 개의 단일 사슬이 만들어지고 나면 단일 사슬은 인접한 또 다른 사슬 쪽으로 이동하여 연결되면서 굵은 기둥을 형성하고 이 과정이 반복되면서 더욱 굵은 기둥을 형성하게 된다. 이를 입자의 뭉침 (aggregation) 현상 이라고 한다.

전기장 내에서의 전하를 띤 입자의 뭉침(aggregation) 현상 또는 전기 분극(polarization) 현상에 의한 사슬(chain) 형성은 쌍극자 모멘트를 가지는 입자들의 쌍극자-쌍극자 상호작용(dipole-dipole interaction)에 기인한다.

도 3e에 나타낸 입자(302)는 전기장이 인가되어야만 분극이 되고, 분극이 되면 전극의 상부 내지 하부로 치우치지 않고 사슬구조를 형성하기 때문에 전기장의 방향에 따라 상부 내지 하부전극으로 이동하는 전기영동의 거동 특성을 나타낼 수 없게 된다.

특히, 전기영동 디스플레이의 소비전력을 낮추고 수명을 향상하기 위해서는, 유체의 점도 등을 조절하여 전압이 차단되어도 최종 거동된 입자의 위치를 유지하는 쌍안정성을 필요로 하나, 쌍안정성이 부여되면 상기 분극 입자들은 전기적으로 유체 내에서 다시 구동 전 상태로 분산되거나 상부 내지 하부 전극으로 이동하기가 어려워 외부로부터 입사되는 빛을 차단하는 차폐 모드를 구현할 수 없게 된다.

쌍안정성이 없다고 하여도 차폐 모드를 구현하기 위한 시간이 일정하지 않으며, 입자들의 분산상태를 전기적으로 제어하기 어렵기 때문에 차폐율이 일정하지 않은 문제를 가진다. 또한, 전기장에 노출된 순간부터 분극이 되기 시작하는 분극 입자들로 인하여, 본 발명에 적용되는 물리적으로 양전하와 음전하를 띄는 입자보다 구동을 위한 응답시간과 구동 전압이 높아진다는 단점을 가진다.

미국 공개특허 제2006-0038772호(2006.02.23) 미국 공개특허 제2017-0097555호(2017.04.06) 국제 공개특허 제2006-015044호(2006. 02. 09)

Annu. Rep. Prog. Chem., Sect. C, 2009, 105, 213-246.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 하나의 입자 내에 양전하 및 음전하를 가지며, 서로 대조되는 컬러와 전하량의 차이를 나타내는 복수의 입자들을 투명한 유체에 분산시켜 단위 픽셀 또는 서브셀 내의 전극을 패터닝하지 않은 패널에 채워 복잡한 구동 방법 없이도 안정적이고 재현성 있는 차폐모드, 반사모드 또는 투과모드를 구현할 수 있으며, 제조비용 절감, 투과도 개선, 이미지 내지 정보업데이트 시간 개선, 구동전압 및 수명 등의 특성이 향상된 4가지 색상의 풀(full) 컬러 구현이 가능한 복합 물질 상으로 이루어진 디스플레이 패널 구조 및 이의 구동 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 컬러필터 없이도, 단위 픽셀 전면에 4가지 색상의 풀 컬러 구현이 가능하며, 투과모드 기능을 수행할 수 있는 복합 물질 상으로 이루어진 디스플레이 패널의 구조와 이를 제어하는 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 4가지 색상의 풀 컬러 구현이 가능한 복합 물질 상으로 이루어진 디스플레이 패널 구조는 상부기판, 하부기판, 상기 상부기판의 일면에 배치되는 상부전극, 상기 하부기판의 일면에 배치되는 하부전극 및 상기 상부기판과 상기 하부기판 사이에 형성되는 단위 픽셀 영역을 정의하는 격벽을 포함하되, 상기 단위 픽셀 영역은 각각 유체에 분산된 제1의 컬러를 나타내는 복수의 제1 입자, 제2의 컬러를 나타내는 복수의 제2 입자, 제3의 컬러를 나타내는 복수의 제3 입자 및 제4의 컬러를 나타내는 복수의 제4 입자를 포함하고, 상기 복수의 제1 입자 및 제2 입자 각각은 하나의 입자 내에 양전하 및 음전하를 모두 가지며, 상기 양전하와 음전하의 전하량은 서로 상이하고, 상기 복수의 제1 입자 및 제2 입자들이 상기 상부전극에서 상기 하부전극까지 일정한 간격으로 수직 및 수평 배열을 하여 4가지 색상의 풀 컬러를 구현할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 4가지 색상의 풀 컬러 구현이 가능한 복합 물질 상으로 이루어진 디스플레이 패널 구조는 상부기판, 하부기판, 상기 상부기판의 일면에 배치되는 상부전극, 상기 하부기판의 일면에 배치되는 하부전극 및 상기 상부전극과 상기 하부전극 사이에 형성되는 복수의 마이크로캡슐을 포함하는 바인더층을 포함하되, 상기 복수의 마이크로캡슐 각각은 유체에 분산된 제1의 컬러를 나타내는 복수의 제1 입자, 제2의 컬러를 나타내는 복수의 제2 입자, 제3의 컬러를 나타내는 복수의 제3 입자 및 제4의 컬러를 나타내는 복수의 제4 입자를 포함하고, 상기 복수의 제1 입자 및 제2 입자 각각은 하나의 입자 내에 양전하 및 음전하를 모두 가지며, 상기 양전하와 음전하의 전하량은 서로 상이하고, 상기 복수의 제1 입자 및 제2 입자들이 상기 상부전극에서 상기 하부전극까지 일정한 간격으로 수직 및 수평 배열을 하여 4가지 색상의 풀 컬러를 구현할 수 있다.

상기 복수의 제1 입자 및 제2 입자 각각은 코어-쉘 구조를 가지는 입자 구조를 가지며, 상기 코어 표면에 부분적으로 코팅되어 있는 쉘과 상기 코어는 서로 반대 극성의 전하를 가질 수 있다.

상기 제1 입자의 코어와 상기 제2 입자의 코어는 서로 반대 극성의 전하를 가지고, 상기 제1 입자의 쉘과 상기 제2 입자의 쉘은 서로 반대 극성의 전하를 가질 수 있다.

상기 복수의 제1 입자 및 제2 입자 각각은 양이온과 음이온 전하량이 일정비율을 가지도록, 기능기를 가지는 폴리머 입자, 금속 입자 또는 금속화합물 입자 표면에 일정 비율의 양이온 리간드 및 음이온 리간드가 결합될 수 있다.

상기 제3의 컬러를 나타내는 복수의 제3 입자 및 상기 제4의 컬러를 나타내는 복수의 제4 입자들은 하나의 입자에 양전하 또는 음전하 중 하나의 극성만을 가질 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 4가지 색상의 풀 컬러 구현이 가능한 복합 물질 상으로 이루어진 디스플레이 패널 구조의 모드 변환을 제어하기 위하여, 상기 하부전극은 상기 하부기판 상에 단위 픽셀별로 패터닝되며, 구동전압의 인가시간 또는 구동전압의 세기 조절을 통해 상기 단위 픽셀별로 선택적으로 제어하여 반사 모드, 투과 모드 또는 차폐 모드를 구현할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 4가지 색상의 풀 컬러 구현이 가능한 복합 물질 상으로 이루어진 디스플레이 패널 구조의 모드 변환을 제어하기 위하여, 상기 하부전극은 상기 하부기판 상에 하나 이상의 단위 마이크로캡슐 별로 패터닝되며, 상기 단위 마이크로캡슐 별로 구동전압의 인가시간 또는 구동전압의 세기를 선택적으로 제어하여, 반사 모드, 투과 모드 또는 차폐 모드를 구현할 수 있다.

상기 제1과 제2의 입자들의 전하량은 상기 제3과 제4의 입자들보다 전하량이 크며, 상기 제1과 제2의 입자들은 구동전압이 같고, 상기 제3과 제4의 입자들보다 상대적으로 낮은 문턱전압을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 복합 물질 상으로 이루어진 디스플레이 패널 구조 및 이의 구동 방법은, 차폐모드, 반사모드 또는 투과모드가 모드의 구현이 가능하며, 투과도 모드 구현 시, 전기장이 특정 영역에 집중되도록 단위 픽셀 내지 서브셀 내 미세 전극 패터닝이 요구되지 않고, 마이크로캡슐 방식으로도 패널을 제작할 수 있어 구동전압 및 도선 저항의 증가 없이 투과도를 향상시킬 수 있으며, 패널제조 공정을 단순화하고 제조비용을 절감시키는 장점을 가진다.

본 발명에 따른 디스플레이 패널 구조 및 이의 구동 방법은, 복잡한 고주파에 의한 고전압인가와 복잡한 구동파형 없이도 안정적이고 재현성 있게 차폐모드, 반사모드, 투과모드를 제어할 수 있어 고사양의 구동 칩이 요구되지 않고 구동보드에서 소비되는 전략을 낮추고 제조비용을 낮출 수 있다는 장점을 가진다.

본 발명에 따른 디스플레이 패널 구조 및 이의 구동 방법은, 전기장이 가해지지 않은 상태에도 하나의 입자가 양전하와 음전하를 모두 가지고 있어서, 입자들을 분극 시키기 위한 고전압/고주파가 요구되지 않고 투과모드로 전환하기 위한 과정이 단순하여 입자들의 수명 저하 없이 이미지 내지 정보의 업데이트 시간을 단축시킬 수 있으며, 투과도의 가변 폭과 구현할 수 있는 계조범위를 확장할 수 있다는 장점을 가진다.

본 발명에 따른 디스플레이 패널 구조 및 이의 구동 방법은, 4가지 색상의 풀 컬러를 구현하기 위하여 광학특성을 저하시키는 컬러필터를 사용하지 않으며, 색상이 다른 입자들을 독립적으로 서브셀에 주입할 필요가 없다는 장점을 가진다.

본 발명에 따른 디스플레이 패널 구조 및 이의 구동 방법은, 마이크로캡슐 방식으로도 패널을 제작할 수 있어서 제조공정이 단순하고 제조비용이 절감되며 광학특성의 저하가 없이 색재현성을 향상시킬 수 있는 다양한 컬러 구현이 가능하다는 장점을 가진다.

본 발명에 따른 복합 물질 상으로 이루어진 디스플레이 패널 구조 및 이의 구동 방법은, 4종류의 컬러입자들을 이용하여 Full color 구현이 가능하다는 장점을 가진다.

본 발명에 따른 다양한 컬러 구현이 가능하고 투과모드 기능을 수행할 수 있는 디스플레이 패널 구조 및 이의 구동 방법은, 컬러를 구현하기 위하여 광학특성을 저하시키는 컬러필터를 사용하지 않으며, 색상이 다른 입자들을 독립적으로 서브셀에 주입할 필요 없고, 마이크로캡슐 방식으로도 패널을 제작할 수 있어 제조공정이 단순하고 제조비용이 절감되며 광학특성의 저하 없이 색재현성을 향상시킬 수 있다는 장점을 가진다.

본 발명에 따른 다양한 컬러 구현이 가능하고 투과모드 기능을 수행할 수 있는 디스플레이 패널 구조 및 이의 구동 방법은, 다양한 색상으로 차폐모드 기능 또한, 수행할 수 있으며, 종래의 기술들 대비 복잡하고 정밀한 이미지 내지 정보 표시가 가능하여 응용할 수 있는 제품의 범위가 넓다는 장점을 가진다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 투과도 가변 디스플레이의 패널 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 종래의 차폐모드/반사모드/투과모드가 가능한 디스플레이의 패널 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 입자와 유체의 유전영동성을 이용하여 차폐모드/반사모드/투과모드를 구현하는 종래의 디스플레이 패널의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4a, b는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자의 구조를 나타내는 입자의 단면을 도시한 개략도이다.
도 5a, b, c는 본 발명의 일 실시예에 따른 2 종류의 컬러 입자를 포함하는 디스플레이 패널 구조의 단면도이다.
도 6a, b, c, d는 본 발명의 일 실시예에 따른 2 종류의 컬러 입자를 포함하며, 차폐모드, 반사모드 및 투과모드 구현한 디스플레이 패널 구조의 단면도이다.
도 7a, b, c, d는 본 발명의 일 실시예에 따른 2 종류의 컬러 입자를 포함하며, 차폐모드, 반사모드 및 투과모드 구현한 디스플레이 패널 구조의 단면도이다.
도 8a, b, c는 도 6a, b, c, d의 일 실시예에 따라 제작한 디스플레이 패널 필름을 사용하여, 차폐모드(8a), 반사모드(8b) 및 투과모드(8c)를 시연하는 사진이다.
도 9a, b, c는 도 7a, b, c, d의 일실시예에 따라 제작한 디스플레이 패널 필름을 사용하여, 차폐모드, 반사모드 및 투과모드를 시연하는 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동전압의 세기(펄스크기) 조절을 통해 차폐모드, 반사모드 및 투과모드를 구현한 마이크로캡슐 타입 패널 구조로 단면도이다.
도 11a, 11b, 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 3가지의 색상 구현이 가능한 반사형 디스플레이 패널 구조 및 구동 방법을 도시한 단면도이다.
도 12a, b, c, d는 본 발명의 일 실시예에 따른 4가지의 색상 구현이 가능한 풀 컬러 반사형 디스플레이 패널 구조 및 구동 방법을 나타내는 단면도이다.
도 13a, b, c는 본 발명의 일 실시에 따른, 3가지의 색상 구현이 가능한 반사형 디스플레이 패널 구조 및 구동 방법을 나타내는 단면도이다.
도 14a, b, c, d는 3종류의 입자들을 이용하여 도 13에서 제작한 반사형 컬러 디스플레이 패널 필름을 구동한 실험 결과로서 3가지 색상을 시연한 사진이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 3가지의 색상 구현이 가능한 마이크로캡슐 타입 디스플레이 패널 구조를 나타내는 단면도 및 구동 방법을 나타내는 개략도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로캡슐 타입 필름과 3가지 색상이 구현된 디스플레이 패널의 사진이다.
도 17a, b, c, d는 본 발명의 일 실시예에 따른 4가지의 색상 구현이 가능한 디스플레이 패널 구조 및 구동 방법을 나타내는 단면도이다.
도 18a, b, c, d, e는 본 발명의 일 실시예에 따른 4가지의 색상 구현 및 투과모드 가변이 가능한 디스플레이 패널 구조 및 구동 방법을 나타내는 단면도이다.
도 19a, b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3가지의 색상 구현과 투과모드 가변이 가능한 디스플레이 패널 구조를 나타내는 단면도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 4가지의 색상 구현 및 투과모드 가변이 가능한 마이크로캡슐 타입 디스플레이 패널 구조를 나타내는 단면도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한 이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

도 4a, b는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자의 구조를 나타내는 입자의 단면을 도시한 개략도이다.

도 4a, b를 참조하면, 본 발명에 따른 입자의 구조는, 전기장이 인가되어야만 전기유변성에 의해 입자의 전기 분극 현상이 일어나는 입자 구조와 달리, 전기장이 가해지지 않은 상태에서도, 입자(403)(404) 각각이 양전하와 음전하를 모두 띄고 있는 상태를 유지하는 구조를 가진다.

이때, 하나의 입자(403)(404)가 가지고 있는 양전하와 음전하의 전하량은 서로 상이하도록 설정되는 것을 특징으로 하고 있다.

도 4a를 참조하면, 하나의 입자(403)가 양전하와 음전하를 모두 가지도록 형성하는 방법으로, 코어-쉘 구조를 가지는 입자 구조가 적용될 수 있다. 도 4a에 도시한 바와 같이, 먼저 코어가 되는 입자(403)를 음전하를 띄도록 제조한 후 입자의 표면에 양전하를 띄는 쉘 물질을 부분적으로 코팅 하면 하나의 입자(403)가 양전하와 음전하를 가질 수 있다. 또한 반대로 양전하를 가지는 입자(403) 코어에 음전하를 가지는 쉘 물질을 부분적으로 코팅 할 수 있다.

또 다른 방법으로는, 도 4b에 도시한 바와 같이, 입자(404)가 양이온과 음이온 전하량이 일정비율을 가지도록, 기능기를 가지는 폴리머 입자나 금속 또는 금속화합물과 같은 코어 입자(404) 표면에 일정 비율의 양이온 리간드 및 음이온 리간드를 반응시켜 결합 (이온, 공유 또는 배위 결합) 시킬 수 있다.

이 때, 코어와 쉘 물질 및 리간드는 유기, 폴리머, 무기 또는 금속 화합물일 수 있으며, 광을 흡수하거나 또는 광을 반사(또는 산란)시킬 수 있다. 또한 금속 입자와 같은 반사 물질이거나 컬러 입자일 수 있으며, 양이온과 음이온을 동시에 가지는 입자 구조라면 입자의 형태, 재료 물질과 및 그 제조방법에 제한되지 않는다.

일반적으로, 코어와 쉘 물질 및 리간드의 종류, 쉘 물질의 코팅 시간, 리간드와의 반응 시간, 코어 물질 대비 코팅 되는 쉘 물질 또는 리간드의 비율 (질량비, 부피비, 표면적비, 몰비 등), 유체 내의 첨가제, 전하 조절제(리간드의 재료로서 사용될 수도 있다)의 종류 및 양, 계면활성제(리간드의 재료로서 사용될 수도 있다)의 종류 및 양 등을 조절하여 하나의 입자에 있어서 양전하를 띄는 영역과 음전하를 띄는 영역의 전하량이 상이하도록 설정할 수 있다. 즉, 코어 입자의 전하량과 코어 입자 표면에 코팅되는 물질의 전하량을 조절하거나, 코어 입자 표면의 양이온 리간드 및 음이온 리간드의 전하량을 조절할 수 있다.

전하 조절제는 양전하 조절제와 음전하 조절제 중 적어도 하나를 포함한다. 양전하 조절제로서 아진 계열(azine type)과 4급 암모늄염 및 양전하를 띠는 가소제(plasticizer)를 사용할 수 있고, 음전하 조절제로서 터트-부틸 살리실산염(tert-butyl zinc sylicylate) 계열(예를 들어, 터트 부틸 징크 살리실산염(tert-butyl zinc sylicylate), 터트 부틸 칼슘 살리실산염(tert-butyl calcium sylicylate))과 아조계 및 음전하를 띠는 가소제(plasticizer)를 사용할 수 있다.

계면 활성제로서 음이온 계면 활성제, 양이온 계면 활성제 또는 양쪽성 계면 활성제를 사용할 수 있다. 음이온 계면 활성제의 친수기로서 카르복실산(-COOH), 황산에스테르(-O?SO3H), 술폰산(-SO3H)을 포함하며, 소수기로서 알킬기, 혹은 이소알킬기, 벤젠고리, 나프탈렌고리와 같은 탄화수소기를 포함한다. Medialan A, 나프텐산비누, 로진, CMC, Emulphor STH, Mersolate, Aerosol, Igepon T, ABS, Nekal A, BX, Gardinol, Turkey red oil, Arctic Syntex, Vel, Igepon B, Gardinol GY, Tergitol P 등이 사용될 수 있다.

양이온 계면 활성제의 친수기로서는 조염하여 얻은 1～3차 아민을 함유하는 단순한 아민염과 4차 암모늄염이 대부분이며 여기에 극히 소수인 포스포늄염, 술포늄염등 이른바 오늄(Onium)화합물이라고 불리는 것들이 포함되어 있다. 이것들 중에는 4차 암모늄염이 가장 중요한데, 5가지의 N으로서는 사슬형 알킬에 결합한 것만이 아니라 고리형 질소화합물, 예를 들면 피리디늄염 혹은 퀴놀리늄염, 특히 이미다졸리늄염등의 헤테로 고리 화합물을 포함한다. 1차, 2차, 3차아민염, Sapamin CH, Aquard, Decamine, Sapamin MS, Benzalkonium chloride, Hyamine, Repellat, Emcol E-607, Zelan A, Velan PF, Isotan Q-16, Myxal 등이 사용될 수 있다.

양쪽성 계면 활성제는 분자내에 음이온으로서 -COOH기, 혹은 -SO3H기, -OSO3H기를 함유하며, 양이온으로는 오로지 아민 특히 4차 암모늄 형태의 질소기를 함유하는 형식의 비누가 사용될 수 있다.

도 5a, b, c는 본 발명의 실시예에 따라, 투명한 유체 내에서, 인가되는 전압의 세기 내지 전압 인가 시간에 따른, 하나의 입자 내에 양전하 및 음전하를 띄는 입자들의 전기적 거동 특성을 나타내는 디스플레이 패널 구조의 단면도이다.

도 6a, b, c, d는 본 발명의 실시예에 따라, 도 5에 나타낸 입자들의 전기적 거동 특성을 이용하여 구동전압의 인가시간(펄스폭) 조절을 통해 차폐모드, 반사모드 및 투과모드 구현한 디스플레이 패널 구조의 단면도이다.

도 7a, b, c, d는 본 발명의 실시예에 따라, 도 5에 나타낸 입자들의 전기적 거동 특성을 이용하여 구동전압의 세기(펄스크기)을 통해 차폐모드, 반사모드 및 투과모드 구현한 디스플레이 패널 구조의 단면도이다.

도 5, 6, 7에서, 제1의 입자(503)(603)(703)와 제2의 입자(508)(608)(708)들은 대조되는 컬러를 가지며 두 입자들의 코어 입자와 쉘 물질은 서로 반대 부호의 극성을 띄고 있다.

하부전극은 상기 하부기판 상에 단위 픽셀별로 패터닝되며, 구동전압의 인가시간 (펄스 폭)의 조절 또는 구동전압의 세기(펄스 크기)을 통해 상기 단위 픽셀별로 선택적으로 제어하여 반사 모드, 투과 모드 및 차폐 모드를 구현한다.

도 5에 있어서, 제1의 입자(백색)(503)의 코어가 되는 입자는 음의 전하를 띄고 코어 입자에 코팅되는 물질은 양의 전하를 띈다. 이때 코어 입자가 가지는 음의 전하 값이 코어 입자 표면에 코팅 되는 물질이 가지는 양의 전하 값보다 크도록 설정되었다. 제2의 입자(흑색)(508)에 있어서 코어가 되는 입자는 양의 전하를 띄며 코팅 물질은 음의 전하를 띈다. 이때, 코어 입자가 가지는 양의 전하 값이 코어 입자 표면에 코팅되는 물질이 가지는 양의 전하 값보다 크게 설정되어있다.

도 5a에 있어서 제1 입자(백색)(503)의 코어 입자와 제2 입자(흑색)(508)의 코어 입자들의 전하량이 비슷하다면 반대 부호의 극성을 띄는 두 코어 입자들은 같은 문턱전압을 가진다. 또한, 코어 입자들에 코팅되는 물질들의 전하 값이 코어 입자들보다 낮기 때문에 코팅 물질들의 문턱전압은 코어 입자들의 문턱전압보다 높다. 따라서 외부로부터 두 코어 입자들의 문턱전압에 해당되는 전압이 인가되어 전기장이 형성되면, 코어 입자들이 띄는 전하에 영향을 먼저 미치며 두 입자들은 코어 입자가 띄는 전하의 극성에 의하여 도 5b에 나타낸 바와 같이 전기영동 현상에 의한 거동 특성을 나타낸다. 즉, 두 제1과 제2의 입자들은 코어 입자가 띄는 전하의 극성과는 반대되는 부호의 전압이 인가되는 전극을 향하여 이동하게 된다.

이러한 전기영동의 거동 특성을 나타내어 입자들이 표시부에 위치한 컬러에 따라 도 6a와 도 7a에 나타낸 바와 같이 차폐모드(혹은 흡수모드)와 도 6b와 도 7b에 나타낸 바와 같이 반사모드를 구현할 수 있다.

도 6c와 도 7c를 참조하면, 만약, 코어 입자들이 가진 전하량 보다 코팅 물질들이 가진 전하량이 크다면 코팅 물질들이 코어 입자들보다 낮은 문턱전압을 갖으며, 코팅 물질들의 문턱전압이 인가되어 전기장이 형성되면 제1과 제2의 입자들은 코팅 물질이 띄는 전하의 극성에 의한 전기영동현상을 나타낸다.

만약 전기영동현상에 의한 차폐모드 내지 흡수모드를 구현하기 위하여 인가하였던 전압인가 시간보다 인가 시간을 늘리거나(도 6c) 인가되었던 문턱전압보다 구동전압의 세기를 높이면(도 7c), 두 코어 입자들뿐만 아니라 코팅 물질들이 띄는 전하에도 전기장이 영향을 미치게 되며, 전기장의 세기가 코팅 물질이 띄는 전하에도 충분히 영향을 미치는 순간, 도 5c에 나타낸 바와 같이 하나의 입자 내에서 음의 전하를 띄는 코어 입자 내지 코팅 물질은 양의 전압이 인가되는 전극을 향하여 이동하려 하고 하나의 입자 내에서 양의 전하를 띄는 코어 입자 내지 코팅 물질은 음의 전압이 인가되는 전극을 향하여 이동하려는 특성을 가지게 된다.

이때 인접한 서로 다른 두 개의 입자들은 접근하는 각도에 따라 전혀 다른 움직임을 보인다. 만약 한 개의 입자가 다른 입자의 밑으로 다가가 쌍극의 방향에 대해 수직에 가깝게 배열되면 입자의 양전하를 띄는 영역이 다른 입자의 음전하를 띄는 영역에 만나게 되어 서로를 끌어당기는 인력을 가지게 된다. 반대로 한 개의 입자가 다른 입자의 옆에 나란히 배열되면 입자의 음의 전하를 띄는 입자 영역은 다른 입자의 음의 전하를 띄는 영역과 양의 전하를 띄는 입자의 영역은 다른 입자의 양의 전하를 띄는 영역과 나란히 놓이게 되고 두 입자는 서로 반발력, 즉 척력을 지니게 된다. 이렇게 인력과 척력에 의해 움직이던 입자들은 점차 인력의 힘을 받으면서 점점 다가가기 시작하고 결국 양 전극 사이에서 입자들은 일정한 간격으로 수직 배열과 수평 배열을 하게 된다.

이는 종래기술인, 도 3e에 나타낸 입자의 전기유변성 성질에 의한 사슬(chain) 구조로 형성되는 투과 모드와는 입자 구조와 구동 메카니즘이 매우 상이하다.

본 발명에 적용되는 입자가 양전하와 음전하를 동시에 가지고 있어서 입자 내에서 양전하를 띄는 영역과 음전하를 띄는 영역이 물리적으로 분리되어 있는 반면, 도 도 3e에 도시된 입자는 양전하 또는 음전하 중 하나의 전하만의 가지고 있어 입자의 구조가 상이하다.

또한, 도 3e에 도시된 입자는, 쌍극자-쌍극자 상호작용(dipole-dipole interaction) 메카니즘에 의하여, 전기장 내에서 쌍극자 모멘트를 가지는 입자의 뭉침(aggregation) 현상 또는 전기 분극(polarization) 현상에 의한 사슬(chain)을 형성하여, 투과 모드를 구현한다.

반면, 본 발명에 따른 도 5c, 6c, 7c에서는, 양 전극 사이에서 입자(503)(603)(703)(508)(608)(708)들이 입자 간의 일정한 간격을 가지고 수직 배열을 하게 되고, 나란히 배열되는 입자들의 척력에 의해 간격이 발생되며, 이 간격을 통하여 외부로부터 입사되는 빛이 투과됨으로서, 입자들이 일정한 수직 배열과 일정한 수평 배열에 근거하여 투과 모드를 구현할 수 있다.

즉, 고전압과 고주파에 의한 복잡한 구동방법(도 3e)과 단위 픽셀 내지 서브셀의 전극 패터닝(도 1b, 2d, 3c) 없이도 안정적으로 투과 모드를 구현할 수 있다.

도 8a, b, c는 도 6a, b, c, d의 일실시예에 따라 제작한 디스플레이 패널 필름을 사용하여, 본 발명의 구동 방법에 따라 인가되는 구동전압의 시간(pulse width)을 조절하여 차폐모드(8a), 반사모드(8b) 및 투과모드(8c)를 시연하는 사진이다.

도 8a, b, c을 참조하면, 투명한 전극(604)(606)과 기판(600)(605)을 이용하고, 투명한 유체(602)에 제1의 백색 입자(603)와 제2의 흑색 입자(608)를 혼합 및 분산시켜 단위 픽셀에 채워 패널을 제작하였다.

이때 제1의 입자(백색)(603)의 코어 입자는 음의 전하를 띄고 코팅 물질은 양의 전하를 띄며 코어 입자가 가지는 음의 전하 값이 코어 입자 표면에 코팅되는 물질이 가지는 양의 전하 값보다 크다. 제2의 입자(흑색)(608)의 코어 입자는 양의 전하를 띄고 코팅 물질은 음의 전하를 띄며 코어 입자가 가지는 양의 전하 값이 코어 입자 표면에 코팅되는 물질이 가지는 양의 전하 값보다 크다. 또한, 제1과 제2의 입자(603)(608)들의 전체 전하량은 비슷하다.

도 6a 및 8a를 참조하면, 표시부에 해당하는 상부의 투명 전극(604)에 -7.9V의 전압을 500ms로 인가한 결과 코어 입자가 양의 전하를 띄는 흑색입자(608)들이 상부의 전극(604)으로 이동하여 외부로부터 입사되는 빛(607)을 흡수(609)하여 흑색의 이미지를 나타내며 차폐모드의 기능을 수행하였다.

도 6b 및 8b를 참조하면, 외부로부터 입사되는 빛(607)을 입자가 지닌 컬러에 의하여 특정한 파장대의 가시광을 반사시켜 색상을 나타내는 반사모드의 기능을 수행하는지 실험하기 위하여, 표시부에 해당하는 상부의 투명 전극(604)에 +7.9V의 전압을 500ms로 인가한 결과 코어 입자가 음의 전하를 띄는 백색입자(603)들이 상부로 이동하여 외부로부터 입사되는 빛(607)을 반사(609)시켜 백색 이미지를 나타내었다.

도 6c 및 8c를 참조하면, 투과모드의 기능을 수행하는지 실험하기 위하여 표시부의 상부전극(604)에 +7.9V의 전압이 인가되는 시간을 2s로 늘린 결과 입자(603)(608)들이 상부전극에서부터 하부전극에 이르기까지 수직 배열 및 수평 배열을 하여 LED 빛이 패널의 하부기판에서부터 상부기판까지 투과함으로써, LED 빛에 의해 나타낸 숫자 이미지를 확인할 수 있었다. 또한, 표시부에 -7.9V의 구동전압을 2s로 인가하였을 때도 투과모드의 기능을 구현하였다.

도 9a, b, c는 도 7a, b, c, d의 일실시예에 따라 제작한 디스플레이 패널 필름을 사용하여, 본 발명의 구동 방법에 따라 구동전압의 세기(펄스크기) 조절을 통하여 구현한 디스플레이의 차폐모드, 반사모드 및 투과모드를 시연하는 사진이다.

도 9 및 도 7을 참조하면, 투명한 전극(704)(706)과 기판(700)(705)을 이용하여 패널을 제작하고 투명한 유체(702)에 흑색(708) 및 백색 입자(703)들을 단위 픽셀에 채워 패널을 제작하였다.

도 9에 있어서, 외부로부터 입사되는 빛을 흡수 내지 반사시키는 차폐모드의 기능과 입자가 지닌 컬러에 따른 반사모드의 기능을 수행하는지 확인하기 위하여 표시부에 해당하는 상부의 투명한 전극에 -8V의 구동전압을 500ms로 인가한 결과, 코어 입자가 양의 전하를 띄는 흑색입자들이 상부로 이동하여 외부로부터 입사되는 빛을 흡수하여 흑색 이미지를 나타내었으며(도 9b, 9d) 상부의 투명 전극에 +8V의 구동전압을 500ms로 인가한 결과 코어 입자가 음의 전하를 띄는 백색입자들이 상부로 이동하여 외부로부터 입사되는 빛을 반사시켜 백색 이미지를 나타내는 것을 확인하였다. (도 9a, 9e)

또한, 인가되는 전압의 세기를 조절을 통한 투과모드의 기능을 확인하기 위하여 패널의 후면에 인쇄된 문자를 배치하여 상부 전극에 +15V의 구동전압을 500ms로 인가한 결과 입자들이 상부전극에서부터 하부전극에 이르기까지 수직, 수평 배열을 하여 외부로부터 입사되는 빛이 상부기판에서부터 하부기판으로 투과되고 패널의 후면에 배치한 인쇄된 문자에까지 도달하고 인쇄된 문자에 의하여 반사된 이미지를 확인할 수 있었다. (도 9f)

또한, 표시부에 -15V의 구동전압을 500ms로 인가하였을 때도 투과모드의 기능을 구현하는 것을 확인하였다. (도 9c)

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 마이크로캡슐 타입 패널구조와 구동전압의 세기(펄스크기) 조절을 통해 차폐모드, 반사모드 및 투과모드를 구현한 패널구조의 단면도이다.

도 10을 참조하면, 도 6 및 7에 기술한 격벽(601)(701)으로 단위 픽셀 내지 서브셀을 구성하여 패널을 제작하는 방식의 본 발명을 투명한 유체(1002)에 분산된 입자(1003)(1008)들을 마이크로캡슐(1010) 화하여 디스플레이층을 형성하는 패널구조에 적용할 수 있으며, 구동방법 또한 앞서 기술한 인가되는 전압의 시간과 세기를 조절하는 방법으로 차폐모드, 반사모드, 투과모드 등을 구현할 수 있다.

투명한 유체에 분산된 입자들(1003)(1008)은 외부로부터 인가되는 전압에 의하여 형성된 전기장의 방향, 세기, 지속시간 등에 의하여 전기적 거동특성을 나타내기 때문에 각각 분리된 캡슐 공간 내에서도 입자들은 패터닝된 하부전극에 인가되는 전압에 따라 상이한 거동특성을 나타낼 수 있다.

도 11a, 11b, 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 3가지의 색상 구현이 가능한 반사형 디스플레이 패널 구조 및 구동 방법을 도시한 단면도이다.

도 11a, 11b, 11c를 참조하면, 음전하를 띄고 제1의 컬러를 나타내는 제1의 입자(1003)와 양전하를 띄고 제2의 컬러를 나타내는 제2의 입자(1008)가 사용되며, 제1(1003)과 제2의 입자(1008)들은 앞서 도 3에 기술한 고전압 고주파에 의한 유전영동현상을 극대화하기 위하여 투명한 유체(1102)보다 유전율이 크도록 설정되어야 한다.

그리고 제 3의 컬러를 구현하기 위하여 양전하나 음전하를 띄지 않거나 혹은 전하 값이 극히 낮은 전하를 갖으며 제 3의 컬러를 나타내는 입자(1112)가 사용된다. 이때 제3의 입자(1112)의 유전율은 유전영동현상에 의한 영향을 받지 않도록 투명 유체와 제1(1003)과 제2의 입자(1008)들의 유전율 보다 낮아야 한다.

도 11a, 11b, 11c에 있어서, 제1(1003)과 제2의 입자(1008)들이 가진 전하 값에 영향을 줄 수 있는 충분한 문턱전압이 외부로부터 인가되면 양전하를 띄는 제1의 입자(1103)들은 음의 부호의 전압이 인가되는 전극 방향으로 이동하며, 음전하를 띄는 제2의 입자(1108)들은 양의 부호의 전압이 인가되는 전극 방향으로 이동한다. 이때 표시부에 해당하는 상부의 전극으로 위치한 입자들이 가지는 컬러에 의하여 도 11a, 11b에 나타낸 바와 같이 각각 제1(흑색)과 제2(백색)의 색상을 구현할 수 있다. 제1과 제2의 입자(1103)(1108)들의 문턱전압에 의한 전기장이 형성되었을 때 상대적으로 전하량이 극히 낮거나 극성을 띄지 않는 제3의 입자(1112)들은 전기적 거동 특성을 나타내지 않고 유체(1102) 내에서 분산된 상태를 유지하게 된다.

만약 제1과 제2의 입자(1103)(1108)들의 문턱전압 보다 큰 고전압이 고주파로 인가되면, 도 11c에 나타낸 바와 같이 불균일한 전기장에 의하여 제1과 제2의 입자(1103)(1108)들은 유전영동현상으로 불규칙적으로 움직이면서 점차적으로 단위 픽셀 내지 서브셀의 가장자리로 위치하게 된다. 그러나 상대적으로 유전율이 낮은 제3의 입자(1112)들은 유체(1102) 내 분산된 상태를 유지하여 제 3의 색상을 나타낼 수 있다.

상기 도 11a, 11b, 11c의 본 발명은 도 10에 도시된 마이크로캡슐 타입의 패널 구조에도 적용될 수 있다.

도 12a, b, c, d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 4가지 색상의 색상 구현이 가능한 풀 컬러 반사형 디스플레이 패널 구조 및 구동 방법을 나타내는 단면도이다.

도 12a, b를 참조하면, 본 발명에 따라 4가지 색상의 색상 구현을 위해서는, 음전하를 띄고 제1의 컬러를 나타내는 제1의 입자(1203), 양전하를 띄고 제2의 컬러를 나타내는 제2의 입자(1208), 음전하를 띄고 제3의 컬러를 나타내는 제3의 입자(1212), 양전하를 띄고 제4의 컬러를 나타내는 제4의 입자(1213)들이 사용되며, 제1(1203)과 제2 입자(1208)들의 전하량과 유전율은 제3(1212)과 제4의 입자(1213)들 보다 전하량이 크고 유전율이 높아야 한다. 즉, 제1(1203)과 제2 입자(1208)들이 지닌 전하량이 제3(1212)과 제4의 입자(1213)들이 지닌 전하량보다 크기 때문에 상대적으로 낮은 문턱전압을 갖으며, 상대적으로 높은 유전율을 가지는 제1(1203)과 제2 입자(1208)들은 외부로부터 고주파로 고전압이 인가되었을 때 제3(1212)과 제4의 입자(1213)들보다 먼저 유전영동현상에 의한 거동 특성을 나타낸다.

상기와 같은 이유로 제1(1203)과 제2 입자(1208)들의 거동할 수 있는 제1의 문턱전압이 인가되면 음전하를 띄는 제1의 입자(1203)들은 양의 부호의 전압이 인가되는 전극 방향으로 이동하고 양전하를 띄는 제2의 입자(1208)들은 음의 부호의 전압이 인가되는 전극의 방향으로 이동하여 도 12a, b에 나타낸 바와 같이 제1과 제2의 색상을 나타낸다.

도 12c, d를 참조하면, 제1(1203)과 제2 입자(1208)들이 유전영동현상에 의한 거동 특성을 나타낼 수 있는 최소한의 고주파와 고전압이 인가되면 제1(1203)과 제2 입자(1208)들은 단위 픽셀 내지 서브셀의 가장자리로 위치하게 되고 제3(1212)과 제4의 입자(1213)들은 유체(1202) 내에 분산된 상태를 유지한다. 제1(1203)과 제2 입자(1208)들이 유전영동현상에 의하여 단위 픽셀 내지 서브셀내 가장자리로 위치한 후에 바로 제1(1203)과 제2 입자(1208)들의 문턱전압보다 구동전압이 높은 제3(1212)과 제4의 입자(1213)들이 전기영동할 수 있는 제2의 문턱전압이 인가되면 두 전극(1204)(1206) 사이에 가장 가까이 위치한 제3(1212)과 제4의 입자(1213)들이 먼저 동작을 하여 도 12c, d에 나타난 바와 같이 양전하를 띄는 제3의 입자(1212)들은 음의 부호의 전압이 인가되는 전극 방향으로 이동하고 음전하를 띄는 제4의 입자(1213)들은 양의 부호의 전압이 인가되는 전극 방향으로 이동하여 제3과 제4의 색상을 구현할 수 있다.

도 12a, b, c, d에 있어서, 적용된 4종류의 입자들이 각각 마젠타(magenta), 시안(cyan), 노란색(yellow) 그리고 백색(white)의 색상을 가지는 경우, 컬러 입자들의 색 조합에 의하여 풀 컬러(full color) 구현이 가능하다.

또한, 도 12a, b, c, d의 본 발명은 도 10에 도시된 마이크로캡슐 타입의 패널 구조에도 적용될 수 있다.

도 13a, b, c는 본 발명의 일 실시에 따른, 3가지의 색상 구현이 가능한 반사형 디스플레이 패널 구조 및 구동 방법을 나타내는 단면도이다.

도 13a, b, c는 은 도 11a, b c과는 다른 방법으로 3가지의 색상 구현이 가능한 반사형 컬러 디스플레이 패널 구조와 구동 방법에 관한 것으로서, 제1과 제2의 컬러를 나타내는 제1(1303)과 제2의 입자(1308)들은 코어 입자와 코어 입자에 코팅 되는 물질에 반대 부호의 전하를 띄도록 하여 하나의 입자에 양전하와 음전하를 모두 띠는 형태를 취하며 코어 입자와 코팅 물질은 상이한 전하 값을 갖도록 해야 한다. 또한 제1(1303)과 제2의 입자(1308)들과 함께 투명한 유체(1302)에 분산된 제 3의 컬러를 나타내는 제3의 입자(1312)는 극성을 띄지 않거나 만약 극성을 가진다면 양전하 내지 음전하 중 하나의 극성을 가져야하며 그 전하 값 또한 극히 낮아야 한다.

도 13a, b를 참조하면, 제1의 컬러를 나타내는 제1의 입자(1303)들은 코어 입자가 음전하를 띄고 코팅 물질은 양의 전하를 띄며, 제2의 컬러를 나타내는 제2의 입자(1308)들은 코어 입자가 양전하를 띄고 코팅 물질은 음전하를 띄며, 제3의 컬러를 나타내는 제3의 입자(1312)들은 양전하나 음전하를 띄지 않거나 제1의 입자(1303)및 제2의 입자(1308)의 전하 값보다 전하 값이 극히 낮으며 하나의 극성을 갖도록 설정되었다. 이때, 제1(1303)과 제2의 입자(1308)들의 전하량은 비슷하고 코어 입자는 코팅 물질의 전하 값 보다 크도록 설정하였다. 즉, 제3의 입자(1312)들은 제1과 제2의 구동전압에 영향을 받지 않는다.

외부로부터 제1(1303)과 제2의 입자(1308)들의 문턱전압이 인가되어 전기장이 형성되면 제1과 제2의 코어입자들의 전하 값이 코어 입자들에 코팅되는 물질들 전하 값 보다 크기 때문에 상대적으로 구동전압이 낮아 전기장이 코어 입자들이 띄는 전하에 영향을 먼지 미치며 도 13a, b에 나타낸 바와 같이, 제1(1303)과 제2의 입자(1308)들은 코어 입자가 띄는 전하의 극성에 따른 전기영동 현상을 나타낸다.

즉, 제1(1303)과 제2의 입자(1308)들은 코어 입자가 띄는 전하의 극성과는 반대되는 부호의 전압이 인가되는 전극을 향하여 이동하게 된다. 이때, 표시부에 위치한 제1(1303)과 제2의 입자(1308)들의 컬러에 따라 제1과 제2의 색상을 구현할 수 있다.

도 13c를 참조하면, 만약 제1과 제2의 입자들이 상부 내지 하부전극(1304)(1306)으로 이동한 후에도 지속적으로 전압이 인가되거나 인가하는 전압의 세기를 높이면, 제1(1303)과 제2의 입자(1308)들에 있어서 코어 입자들뿐만 아니라 코팅 물질들이 띄는 전하에도 전기장이 영향을 미치게 되며, 전기장의 세기가 코팅 물질이 띄는 전하에도 충분히 영향을 미치는 순간, 하나의 입자 내에서 음의 전하를 띄는 코어 입자 내지 코팅 물질들은 양의 전압이 인가되는 전극을 향하여 이동하려 하고 양의 전하를 띄는 코어 입자 내지 코팅 물질들은 음의 전압이 인가되는 전극을 향하여 이동하는 특성을 가지게 된다. 이때 제1(1303)과 제2의 입자(1308)들에 있어서 인접한 서로 다른 두 개의 입자들은 접근하는 각도에 따라 전혀 다른 움직임을 보인다. 만약 한 개의 입자가 다른 입자의 밑으로 다가가 쌍극의 방향에 대해 수직에 가깝게 배열되면 입자의 양전하를 띄는 영역이 다른 입자의 음전하를 띄는 영역에 만나게 되어 서로를 끌어당기는 인력을 가지게 된다. 반대로 한 개의 입자가 다른 입자의 옆에 나란히 배열되면 입자의 음의 전하를 띄는 입자 영역은 다른 입자의 음의 전하를 띄는 영역과 양의 전하를 띄는 입자의 영역은 다른 입자의 양의 전하를 띄는 영역과 나란히 놓이게 되고 두 입자는 서로 반발력, 즉 척력을 지니게 된다. 이렇게 인력과 척력에 의해 움직이던 입자들은 점차 인력의 힘을 받으면서 점점 다가가기 시작하고 결국 양 전극 사이에서 제1(1303)과 제2의 입자(1308)들은 수직 및 수평 배열을 하게 된다. 전하량이 극히 낮거나 극성이 없는 제3의 입자(1312)들은 투명한 유체에 분산된 상태를 유지하여 제3의 색상을 구현할 수 있다.

도 14a, b, c, d는 3종류의 입자들을 이용하여 도 13에서 제작한 반사형 컬러 디스플레이 패널 필름을 구동한 실험 결과로서 3가지 색상을 시연한 사진이다.

도 14a, b, c 및 도 13을 참조하면, 백색을 나타내는 제1의 입자(1303)들은 코어 입자가 음전하를 띄고 코팅 물질은 양의 전하를 띄며, 흑색을 나타내는 제2의 입자(1308)들은 코어 입자가 양전하를 띄고 코팅 물질은 음전하를 띄며, 연두색을 나타내는 제3의 입자들은 하나의 입자에 음전하의 단일 극성을 띄고 전하 값은 제1과 제2의 입자들이 띄는 전하 값 보다 극히 낮다.

도 14a, b, c는 전기장의 방향과 전압의 세기를 조절하여 순차적으로 3가지 색상을 구현한 사진이며, 제1과 제2의 입자들의 문턱전압인 +8V와 -8V와 문턱전압 보다 높은 -15V의 구동전압을 순차적으로 상부 전극에 인가한 결과 +8V에서는 코어 입자가 음전하를 띄는 백색입자들이 상부 전극표면에 위치하여 백색 이미지를 나타내고, -8V에서는 코어 입자가 양전하를 띄는 흑색 입자들이 위치하여 흑색 이미지를 나타내고, -15V에서는 제1과 제2의 입자들이 수직, 수평 배열을 하고 그로 인하여 노출된 제3의 입자들에 의하여 연두색이 구현되는 것을 확인하였다. 또한, +15V에서도 연두색이 구현되는 것을 확인하였다.

도 14d 및 도 13을 참조하면, 전기장의 방향과 전압이 인가되는 시간을 조절하여 3가지 색상을 구현한 사진으로서, 백색을 나타내는 제1의 입자(1303)들은 코어 입자가 음전하를 띄고 코팅 물질은 양의 전하를 띄며, 흑색을 나타내는 제2의 입자(1308)들은 코어 입자가 양전하를 띄고 코팅 물질은 음전하를 띄며, 분홍색을 나타내는 제3의 입자(1312)들은 하나의 입자에 음전하의 단일 극성을 띄고 전하 값은 제1과 제2의 입자들이 띄는 전하 값 보다 극히 낮다. +10V와 -10V의 구동전압으로 제1과 제2의 입자들이 상/하부 전극으로 이동하는데 걸리는 응답시간인 250ms를 기준으로 펄스폭을 조절하여 인가한 결과 +10V(250ms)에서는 코어 입자가 음전하를 띄는 백색입자들이 상부 전극표면에 위치하여 백색 이미지를 나타내고, -10V(250ms)에서는 코어 입자가 양전하를 띄는 흑색 입자들이 위치하여 흑색 이미지를 나타내고, 4배의 펄스폭인 -10V(1s)에서는 제1과 제2의 입자들이 수직 배열을 하고 그로 인하여 노출된 제3의 입자들에 의하여 분홍색이 구현되는 것을 확인하였다. 또한, +10V(1.5s)에서도 분홍색이 구현되는 것을 확인하였다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따라, 3가지의 색상 구현이 가능한 마이크로캡슐 타입 디스플레이 패널 구조 및 구동 방법을 나타내는 단면도로서, 도 13 및 도 14의 3가지 색상을 구현하는 단위 픽셀 타입의 방식을 마이크로캡슐 타입 구조에 적용한 것이다.

도 16은 도 15에 따라 본 발명의 일시시예에 따라 제작된, 마이크로캡슐 타입 필름과 3가지 색상이 구현된 디스플레이 패널의 사진이다.

도 15에 도시한 마이크로캡슐 타입 방식의 디스플레이 패널을 제작하기 위하여 도 16(a)에 나타낸 바와 같이 투명한 유체에 각각의 색상이 다른 제1 입자(1503), 제2 입자(1508), 제3 입자(1512)를 분산시켜 캡슐(1510)화한 후 바인더 또는 접착층(1511)에 혼합하여 투명한 전극(1511)이 코팅된 PET 소재의 기판(1500)에 코팅하여 마이크로캡슐 타입 필름을 제작하였다. 이때, 사용된 입자들은 도 14에 적용된 입자들과 같다.

상기와 같이 제작된 마이크로캡슐 타입 필름(표시부이자 상부기판으로 적용)과 하부기판으로 사용되는 세그먼트 방식의 FPCB를 합지하여 도 15에 도시한 구조로 마이크로캡슐 타입 패널을 제작하였으며, 도 15에 기술한 구동방법인 구동전압의 인가 시간과 구동전압의 세기를 조절하여 구동한 결과, 도 16a, b, c, d에 나타낸 바와 같이 3가지의 색상이 구현되는 것을 확인하였다.

도 17a, b, c, d는 본 발명의 일 실시예에 따라, 4가지 색상의 색상 구현이 가능한 디스플레이 패널 구조 및 구동 방법을 나타내는 단면도이다.

도 17a, b, c, d을 참조하면, 색상이 다른 4종류의 입자들이 투명한 유체에 분산되어 단위 픽셀에 채워진 형태의 패널 구조를 가지며, 제1(1703)과 제2의 입자(1708)들은 코어 입자와 코어 입자에 코팅 되는 물질에 반대 부호의 전하를 띄도록 하여 하나의 입자에 양전하와 음전하를 모두 띠는 형태를 취하며 코어 입자와 코팅 물질은 상이한 전하 값을 갖는다. 그리고 제3(1712)과 제4의 입자(1713)들은 하나의 입자에 양전하 내지 음전하 중 하나의 극성만을 가진다.

도 17a, b, c, d을 참조하면, 제1(1703)과 제2의 입자(1708)들에 있어서, 제1과 제2의 코어 입자들이 띄는 전하 값은 코팅 물질이 띄는 전하 값 보다 크며 제1의 입자(1703)는 코어 입자가 음전하를 띄고 코팅 물질은 양의 전하를 띄며, 제2의 입자(1708)는 코어 입자가 양전하를 띄고 코팅 물질은 음전하를 띄도록 설정하였다. 그리고 제3의 입자(1712)는 음전하를 띄고 제4의 입자(1713)는 양전하를 띄도록 설정하였다. 또한, 제1(1703)과 제2의 입자(1708)들의 전하량은 제3(1712)과 제4의 입자(1713)들보다 전하량이 크도록 설정하였다. 즉, 도 17a, b, c, d에서 제1과 제2의 입자들은 구동전압이 같으며 제3과 제4의 입자들보다 상대적으로 낮은 문턱전압을 가지도록 설정하였다.

도 17a, b, c, d에 있어서, 제1과 제2의 코어 입자들의 문턱전압에 해당하는 전압이 인가되면 형성된 전기장이 제1과 제2의 코어 입자들이 띄는 전하에 영향을 먼지 미치게 되어 제1(1703)과 제2의 입자(1708)들은 코어 입자가 띄는 전하의 극성에 의하여 도 17a, b에 나타낸 바와 같이 전기영동 현상에 의한 거동 특성을 나타낸다.

즉, 제1(1703)과 제2의 입자(1708)들은 코어 입자가 띄는 전하의 극성과는 반대되는 부호의 전압이 인가되는 전극을 향하여 이동하게 되며, 인가된 전압이 제3과 제4의 입자들의 문턱전압보다 낮기 때문에 제3과 제4의 입자들은 유체(1702) 내에서 분산된 상태를 유지한다. 이러한 전기영동의 거동 특성을 이용하여 도 17a와 b에 나타낸 바와 같이 입자들이 표시부에 위치한 입자들의 컬러에 따라 제1과 제2의 색상을 구현한다.

도 17c, d를 참조하면, 만약 제1과 제2의 입자들의 문턱전압보다 높은 구동전압인 제3과 제4의 문턱전압이 인가되면, 제1(1703)과 제2의 입자(1708)들은 코어 입자들뿐만 아니라 코팅 물질들이 띄는 전하에도 전기장이 영향을 미치게 되어 하나의 입자내 에서 음의 전하를 띄는 코어입자 내지 코팅물질은 양의 전압이 인가되는 전극을 향하여 이동하려 하고 양의 전하를 띄는 코어입자 내지 코팅물질은 음의 전압이 인가되는 전극을 향하여 이동하는 특성을 가지게 되며, 제1(1703)과 제2의 입자(1708)들에 있어서 인접한 서로 다른 두 개의 입자들은 접근하는 각도에 따라 전혀 다른 움직임을 보인다. 만약 한 개의 입자가 다른 입자의 밑으로 다가가 쌍극의 방향에 대해 수직에 가깝게 배열되면 입자의 양전하를 띄는 영역이 다른 입자의 음전하를 띄는 영역에 만나게 되어 서로를 끌어당기는 인력을 가지게 된다. 반대로 한 개의 입자가 다른 입자의 옆에 나란히 배열되면 입자의 음의 전하를 띄는 입자 영역은 다른 입자의 음의 전하를 띄는 영역과 양의 전하를 띄는 입자의 영역은 다른 입자의 양의 전하를 띄는 영역과 나란히 놓이게 되고 두 입자는 서로 반발력, 즉 척력을 지니게 된다. 이렇게 인력과 척력에 의해 움직이던 입자들은 점차 인력의 힘을 받으면서 점점 다가가기 시작하고 결국 양 전극 사이에서 제1(1703)과 제2의 입자(1708)들은 수직 및 수평 배열을 하게 된다.

이때, 단일 극성을 가진 제3(1712)과 제4의 입자(1713)들은 전하의 극성과는 반대되는 부호의 전압이 인가되는 상부 내지 하부 전극으로 이동하여 표시부에 위치한 입자들의 컬러에 따른 제3과 제4의 색상을 구현할 수 있다.

도 17a, b, c, d에 있어서, 적용된 4종류의 입자들이 각각 마젠타(magenta), 시안(cyan), 노란색(yellow) 그리고 백색(white)의 색상을 가지면, 컬러 입자들의 색 조합에 의하여 풀 컬러(full color) 구현이 가능하며, 이러한 입자 구성과 구동 방법은 마이크로캡슐 타입 디스플레이 패널 구조에도 적용될 수 있다.

도 18a, b, c, d, e는 4가지 색상의 색상 구현과 더불어 투과모드 가변이 가능한 디스플레이 패널 구조 및 구동 방법을 나타내는 단면도이다.

도 18a, b, c, d, e를 참조하면, 색상이 다른 4 종류의 입자들이 투명한 유체에 분사시켜 단위 픽셀에 채워진 형태의 패널 구조를 가지며, 4 종류의 입자들은 모두 코어 입자들이 띄는 전하의 극성이 코어 입자에 코팅 되는 물질들이 띄는 전하와는 반대 부호의 극성을 띄도록 하여 하나의 입자에 양전하와 음전하를 모두 띠는 형태를 가져야 한다.

도 18a, b, c, d, e에 있어서, 4종류(제1, 제2, 제3, 제4의 컬러 입자)의 입자들은 모두 코어 입자들의 전하 값이 코팅 물질의 전하 값 보다 크며, 제1(1803)과 제3의 입자(1812)들은 코어 입자가 음전하를 띄고 코팅 물질은 양의 전하를 띄며, 제2(1808)와 제4의 입자(1813)들은 코어 입자가 양전하를 띄고 코팅 물질은 음전하를 띄도록 설정되었다. 그리고 제1과 제2의 입자들의 코어 입자들과 코팅 물질들이 가지는 전하 값은 제3과 4의 입자들의 코어 입자들과 코팅 물질들이 가지는 전하 값 보다 크도록 설정하였다. 따라서 제1과 제2의 코어 입자들은 제3과 제4의 입자들보다 낮은 문턱전압을 가지며, 제3과 제4의 입자들이 상/하부 전극에서 수직 배열하기 위한 구동전압도 제1과 제2의 입자들 보다 높아야 한다.

도 18a, b를 참조하면, 제1과 제2의 입자들에 있어서, 코어 입자들이 띄는 전하에 영향을 미치기 시작하는 최소 전압인 제1의 구동전압이 인가되어 전기장이 형성되면 코팅 물질들이 띄는 전하보다 코어 입자들이 띄는 전하에 영향을 먼저 미치며, 제1과 제2의 입자들은 코어 입자가 띄는 전하의 극성에 따른 전기영동을 하며 표시부에 위치한 입자들의 컬러에 따라 제1과 제2의 색상을 구현한다.

즉, 제1과 제2의 입자들은 코어 입자가 띄는 전하의 극성과는 반대되는 부호의 전압이 인가되는 전극을 향하여 이동하게 되며, 인가된 제1의 구동전압이 제3과 제4의 입자들내 코어 입자들이 띄는 전하에 영향을 미치지 못하기 때문에 제1의 구동전압에서는 제3과 제4의 입자들은 유체(1802) 내에서 분산된 상태를 유지한다.

도 18c, d를 참조하면, 제3과 제4의 입자들에 있어서, 코어 입자들이 띄는 전하에 영향을 미칠 수 있는 제1의 구동전압 보다 높은 제2의 구동전압이 인가되면, 제1(1803)과 제2의 입자(1808)들은 코어 입자들뿐만 아니라 코팅 물질들이 띄는 전하에도 전기장이 영향을 미치게 되어 하나의 입자내 에서 음의 전하를 띄는 코어입자 내지 코팅물질은 양의 전압이 인가되는 전극을 향하여 이동하려 하고 양의 전하를 띄는 코어입자 내지 코팅물질은 음의 전압이 인가되는 전극을 향하여 이동하는 특성을 가지게 되며, 제1(1803)과 제2의 입자(1808)들에 있어서 인접한 서로 다른 두 개의 입자들은 접근하는 각도에 따라 전혀 다른 움직임을 보인다. 만약 한 개의 입자가 다른 입자의 밑으로 다가가 쌍극의 방향에 대해 수직에 가깝게 배열되면 입자의 양전하를 띄는 영역이 다른 입자의 음전하를 띄는 영역에 만나게 되어 서로를 끌어당기는 인력을 가지게 된다. 반대로 한 개의 입자가 다른 입자의 옆에 나란히 배열되면 입자의 음의 전하를 띄는 입자 영역은 다른 입자의 음의 전하를 띄는 영역과 양의 전하를 띄는 입자의 영역은 다른 입자의 양의 전하를 띄는 영역과 나란히 놓이게 되고 두 입자는 서로 반발력, 즉 척력을 지니게 된다. 이렇게 인력과 척력에 의해 움직이던 입자들은 점차 인력의 힘을 받으면서 점점 다가가기 시작하고 결국 양 전극 사이에서 제1(1803)과 제2의 입자(1808)들은 수직 및 수평 배열을 하게 된다.

이때, 제3(1812)과 제4의 입자(1813)들은 코어 입자가 띄는 전하에만 전기장이 영향을 미쳐 코어 입자들이 띄는 극성과는 반대되는 부호의 전압이 인가되는 전극으로 이동하게 되어 이때 표시부에 위치한 제3과 제4의 입자들이 가진 컬러에 의하여 제3과 제4의 색상을 구현할 수 있다.

도 18e를 참조하면, 만약, 제3과 제4의 코어 입자들이 띄는 전하뿐만 아니라 코팅 물질이 띄는 전하에도 영향을 미치는 제2의 구동전압보다 높은 제3의 구동전압이 인가되면, 전기장이 제1의 입자(1803), 제2의 입자(1808), 제3의 입자(1812), 제4의 입자(1813)들의 코어 입자들과 코팅 물질이 띄는 전항에 영향을 미치게 되며, 모든 입자들은 인력과 척력 메커니즘에 의하여 수직 및 수평 배열을 하게 되고, 외부로부터 입사되는 빛이 배열한 입자들 사이로 투과하여 투과모드 기능을 수행할 수 있다.

도 18a, b, c, d, e에 있어서, 적용된 4종류의 입자들이 각각 마젠타(magenta), 시안(cyan), 노란색(yellow) 그리고 백색(white)의 색상을 가진다면, 컬러 입자들의 색 조합에 의하여 풀 컬러(full color) 구현이 가능하다.

도 19a, b는 3가지의 색상 구현과 투과모드 가변이 가능한 디스플레이 패널 구조 를 나타내는 단면도이다. 디스플레이의 사용목적에 따라 또는 투과율을 높이기 위해, 컬러 입자의 수를 줄여서 3가지의 색상의 입자로 구동할 수 있다.

도 20은 도 18a, b, c, d, e에서, 4가지 색상의 색상 구현과 더불어 투과모드 가변이 가능한 디스플레이 구동 방법을 마이크로캡슐 타입 디스플레이 패널 구조에 적용한 단면도이다.

도 4 내지 도 20에 따른 본 발명의 구체적인 실시예에 적용되는 제조 공정과 공정에 사용되는 물질들은 하기와 같다.

본 발명에 따른 디스플레이 패널은 고체와 액상 물질이 혼합된 복합 물질 상으로 이루어진다.

상부기판은 투과율이 높은 광투명 소재로서, 80% 이상의 고투과율을 갖는 소재로 형성된 베이스 필름일 수 있다. 상부기판은 광투과율이 우수한 투명 고분자 필름으로서, 폴리에테르술폰(PES, polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(PAR, polyacrylate), 폴리에테르 이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethyelenen napthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(PET, polyethyeleneterepthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide:PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리아세테이트(TAC) 등으로 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

하부기판을 마주하는 상부기판의 일면에는 상부전극이 구비될 수 있다. 상부전극은 복수의 디스플레이층들에 대해 동일한 전압을 인가할 수 있다. 상부전극은 복수의 디스플레이층들에 공통되도록 판 형상으로 형성되는 공통전극일 수 있다. 상부전극(2202)은 시인 측에 마련될 수 있으며, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ZnO 또는 TCO(transparent conductive oxide)와 같은 투명 도전성 물질로 형성될 수 있다.

유체는 물(water), 메탄올(Methanol), 에탄올(Ethanol), 프로판올(Propanol), 부탄올(Butanol), 프로필렌카보네이트(Propylene carbonate), 톨루엔(Toluene), 벤젠(Benzene), 헥산(Hexane), 클로로포름(Chloroform), 아이소파라핀 오일(Isoparaffin oil), 실리콘 오일, 에스테르계 오일, 하이드로카본계 오일트리에칠헥사노인, 디메치콘, 세틸오타노에이트, 디카프릴레이트, 이소프로필미리스테이트, 토코페놀아세테이트 등의 물질을 포함할 수 있다. 유체는 형광물질, 인광물질, 또는 발광물질 등을 포함하거나 에너지가 인가됨에 따라 컬러 특성이 변화하는 색 가변 물질(예를 들면, 시온안료물질, 시온염료물질 등)을 포함할 수 있다.

마이크로캡슐은 바인더층 내에 소정 간격으로 고정되어 마이크로캡슐들 사이에 이격 공간이 형성될 수 있다. 이격 공간에 의해, 각 마이크로캡슐은 이웃하는 마이크로캡슐들과 직접 접촉하지 않는다.

바인더층는 380nm 내지 750nm의 가시광 영역에서 적어도 부분적으로 투명한 물질을 포함할 수 있다. 바인더층는 아크릴계 고분자, 실리콘계 고분자, 에스테르계 고분자, 우레탄계 고분자, 아미드계 고분자, 에테르계 고분자, 플루오르계 고분자 및 고무로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 투명한 고분자 물질을 포함할 수 있다. 또한 바인더층는 형광물질, 인광물질, 발광물질 등이 포함되거나 에너지가 인가됨에 따라 컬러 특성이 변화하는 물질(예를 들면, 시온안료물질, 시온염료물질 등)이 포함될 수 있다.

접착제층(또는 점착제층)은 감압 점착제(Pressure Sensitive Adhesive: PSA)를 사용하여 형성될 수 있다. 감압 점착제는 구성 부재의 광학적 특성 변화를 방지하고, 접착 처리시의 경화나 건조시의 고온 프로세스를 요하지 않는 소재가 사용 가능하다. 예를 들어, 접착제층(또는 점착제층)는 아크릴계 중합체나 실리콘계 중합체, 폴리에스테르나 폴리우레탄, 폴리에테르 또는 합성 고무 등의 적절한 중합체를 사용할 수 있다. 접착제층(또는 점착제층)은 단순한 접착(또는 점착) 작용뿐만 아니라, 충격을 완화시키는 쿠션(cushion)으로서의 역할도 하는 고탄성의 실리콘 고무(silicone rubber) 등을 사용할 수 있다. 접착제층(또는 점착제층)은 에너지(예를 들어, 열 또는 UV 등)에 의해 경화될 수 있거나 또는 비경화될 수도 있다.

예를 들어, 접착제층(또는 점착제층)은 절연성 유기물일 수 있는데, 폴리에테르술폰(PES, polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(PAR, polyacrylate), 폴리에테르 이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethyelenen napthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(PET, polyethyeleneterepthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리 아세테이트(TAC) 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

하부기판은 플라스틱, 금속 등 다양한 재질의 기재일 수 있다. 예로서, 하부기판은 은, 알루미늄 등의 금속을 포함하는 금속 포일, 또는 배면이 금속층으로 코팅된 플라스틱 필름을 포함할 수 있다.

하부기판은 구부러지거나 휘어지거나 둘둘 말릴 수 있는 연성 재질의 기판일 수 있으며, 이 경우, 하부기판은 연성(flexile) 인쇄 회로 기판일 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 하부기판은 페놀 계열 또는 에폭시 계열의 합성수지로 이루어질 수 있으며, 이때 하부기판은 경성(rigid) 인쇄 회로 기판일 수 있다. 하부기판의 일면에는 하부전극이 구비될 수 있다. 하부전극은 복수의 마이크로캡슐들에 동일 또는 상이한 전압을 인가할 수 있다.

하부전극은 구리, 알루미늄, 산화 인듐 주석(ITO: Indium Tin Oxide) 또는 산화 인듐 아연(IZO: Indium Zinc Oxide)의 단층구조 또는 구리, 알루미늄, ITO 또는 IZO의 물질에 니켈 또는 금 등이 더 적층된 다층 구조로 형성될 수 있다.

마이크로캡슐은 소프트 캡슐이거나 하드 캡슐일 수 있으며, 인 시튜 중합법(in-situ polymerization), 코아세르베이션 방법(coacervation approach) 또는 계면 중합법(interfacial polymerization)으로 제조 될 수 있다.

마이크로캡슐 제조에 있어서, 유체로는 극성 또는 비극성 분산매를 사용할 수 있다. 예를 들어, 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 프로필렌카보네이트, 톨루엔, 벤젠, 클로로포름, 헥산, 시클로헥산, 도데칸, 퍼클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌, 아이소파라핀 오일의 일종인 isopar-G, isopar-M, isopar-H 중 어느 하나 또는 그 이상을 사용할 수 있다. 상기 유체에 염료 또는 안료를 추가할 수 있다.

상기 염료 또는 안료로는, 아조 염료, 안트라퀴논 염료, 카르보늄 염료, 인디고 염료, 황화염료, 프탈로시아닌 염료 등을 사용할 수 있고, 상기 안료로는 산화티탄(Titanium dioxide), 산화아연(Zinc oxide), 리토폰(Lithopon), 황화아연(Zinc sulfonate), 카본블랙(Carbon black), 흑연(Graphite), 황연(Chrome yellow), 징크 크로메이트(Zinc chromate), 철적(Redoxide of iron), 연단(Red lead), 카드뮴적(Cardmium red), 모르브덴적(Molybdate chrome orange), 감청(Milori blue, pressian blue, iron blue), 코발트 블루(Cobalt blue), 크롬녹(chrome green), 수산화크롬(Viridian), 아연녹(Zinc green), 은분(Alluminium powder), 금분(Bronze powder), 형광안료, 펄안료 등의 무기안료, 또는 불용성 아조계, 용성 아조계, 프탈로시아닌계, 퀴나크리돈계, 디옥사진계, 이소인돌리논계, 건염염료계, 필로콜린계, 플루오르빈계, 퀴노프탈론계, 메탈 콤플렉스 등의 유기안료를 사용할 수 있다.

인 시튜 중합법(in-situ polymerization)에 따르면, 마이크로캡슐은 에멀전을 형성하여 코어-쉘 형태로 구조화하는 반응 과정을 통해 제조할 수 있다.

먼저 입자를 유체에 분산시켜 코어 물질을 제조한다. 이때, 입자는 유체에 대하여 0.1 내지 25 중량%의 비율로 분산될 수 있으나, 필요에 따라 더 많은 양을 분산시킬 수도 있다. 상기 코어 물질의 분산액은 초음파 분산기 또는 호모게나이저를 이용하여 분산을 수행할 수 있다.

다음으로, 마이크로캡슐의 쉘을 형성할 고분자를 혼합하여 산도 조절에 의하여 프리폴리머를 제조한다. 이 공정은 코어 물질의 분산액을 제조하는 공정과 동시에 수행할 수 있다.

상기 쉘을 형성하기 위한 고분자는 탄성이 낮고 단단한 성질을 나타낼 수 있는 고분자 전구체를 사용할 수 있는데, 우레아-포름알데하이드, 멜라민-포름알데하이드, 메틸비닐에테르 코말레산 무수물과 같은 공중합체나 젤라틴, 폴리비닐알코올, 폴리비닐아세테이트, 셀룰로오스성 유도체, 아카시아, 카라기난, 카르복시메틸렐룰로스, 가수분해된 스티렌 무수물 공중합체, 아가, 알기네이트, 카제인, 알부민, 셀룰로오스 프탈레이트 등의 고분자를 사용할 수 있으며, 이러한 고분자의 친수성과 소수성을 조절함으로써 코어 물질을 둘러싸며 쉘을 형성할 수 있다. 또한, 상기 프리폴리머는 입자와 마찬가지로 유체에 분산되어 분산액으로 제조될 수 있다.

제조된 상기 코어 물질의 분산액과 상기 쉘 물질의 프리폴리머 분산액을 혼합하고 교반하여 에멀전을 형성하는 단계를 수행할 수 있다. 이러한 에멀전을 형성하기 위한 조건으로 입자와 프리폴리머의 비율을 최적화할 필요가 있으며, 두 분산액을 부피 비율로 1:5 내지 1:12이 되도록 혼합할 수 있다. 또한, 분산성 향상을 위하여 안정제를 첨가할 수도 있다. 상기 에멀전 내에서 입자는 분산상이 되고 쉘 물질은 연속상이 될 수 있다.

이때 에멀전의 안정성을 높이기 위해 첨가제를 첨가할 수 있다. 이러한 첨가제로는 수상에서 용해 후 점도가 높은 습윤성이 우수한 유기 고분자일 수 있으며, 구체적으로는, 젤라틴, 폴리비닐알코올, 소듐 카르복시메틸 셀룰로오스, 전분, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 알기네이트 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.

형성된 에멀전의 pH와 온도를 조절하여 연속상인 쉘 물질 분산액이 분산상인 입자 주위에 침착되어 마이크로캡슐의 쉘이 형성되도록 함으로써, 코어 물질 분산액을 마이크로캡슐화 할 수 있다.

이 경우, 마이크로캡슐 쉘을 더 치밀하게 구성하여 탄성을 감소시킴으로써 쉘의 경도를 높이기 위해 첨가제를 첨가하는 과정을 포함할 수 있다. 첨가되는 첨가제의 종류는 수상에서 용해가 잘 되는 이온성 또는 극성 물질일 수 있다. 예를 들어, 경화 촉매제인 염화암모늄, 레조르시놀, 하이드로퀴논, 카테콜 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.

코아세르베이션 방법의 경우에는, 내부상 및 외부상의 유상/수상 에멀전을 이용할 수 있다. 코어 물질의 분산액은 수성 외부 상으로부터 밖으로 코아세르베이션(괴상화)되며, 온도, pH, 상대 농도 등을 제어함으로써 내부상의 유상 액적에 쉘을 형성하여 입자 화된다.

코아세르베이션의 경우, 쉘 재료로서, 우레아-포름알데하이드, 멜라민-포름알데하이드, 젤라틴, 또는 아라빅 고무 등을 사용할 수 있다.

계면 중합법의 경우에는, 내부상의 친유성 단량체가 수성 외부 상에 있어서 에멀전으로 존재하게 된다. 상기 내부상 액정 중의 단량체는 수성 외부 상에 도입된 단량체와 반응하고, 내부상의 액적과 주위의 수성 외부상과의 계면에서 중합반응이 일어나며, 상기 액적 주위에서 입자의 쉘이 형성된다. 형성된 쉘은 비교적 얇고 침투성이 있으나, 다른 제조방법과 달리 가열이 필요하지 않으므로, 다양한 유전성 유체를 적용할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 패널은 기판에 부착되는 마이크로캡슐들이 구형, 비구형, 직면체 등인 형태와 무관하게 부착 후 전극에 접촉되는 마이크로캡슐들의 탄성력이 강화되어 외부에서 가해지는 압력 내지 충격을 흡수하는 내구성을 가진다.

단위 픽셀 타입의 디스플레이 패널에서는 격벽은 무극성의 유기물 또는 무극성의 무기물로 형성될 수 있다.

상기 격벽은 일정 높이 및 폭(예를 들면, 10um ~ 100um의 높이, 10um ~ 20um의 폭)를 가지도록 포토 리소그래피(Photo lithography) 또는 몰드 프린팅(Mold Printing) 공정을 통해 형성될 수 있다.

상기 격벽은 구동 시 전기적 힘에 의해 대전된 입자와 격벽이 서로 결합되지 않도록 대전되지 않는 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시예에서 대전된 입자가 혼합되어 있는 유체가 무극성의 유기용매인 경우에는 유체와 같은 물리적 성질, 즉 무극성의 고분자화합물(polymer), 유기물(organic) 또는 무기물(inorganic)로 형성될 수 있다.

Claims (8)

1. 상부기판;
   하부기판;
   상기 상부기판의 일면에 배치되는 상부전극;
   상기 하부기판의 일면에 배치되는 하부전극; 및
   상기 상부기판과 상기 하부기판 사이에 형성되는 단위 픽셀 영역을 정의하는 격벽을 포함하되,
   상기 단위 픽셀 영역은 각각 유체에 분산된 제1의 컬러를 나타내는 복수의 제1 입자, 제2의 컬러를 나타내는 복수의 제2 입자, 제3의 컬러를 나타내는 복수의 제3 입자 및 제4의 컬러를 나타내는 복수의 제4 입자를 포함하고,
   상기 복수의 제1 입자, 제2 입자, 제3 입자 및 제4 입자 각각은 하나의 입자 내에 양전하 및 음전하를 모두 가지며, 상기 양전하와 음전하의 전하량은 서로 상이하고,
   상기 복수의 제1 입자, 제2 입자, 제3 입자 및 제4 입자 각각은 코어-쉘 구조를 가지는 입자 구조를 가지며, 상기 코어 표면에 부분적으로 코팅되어 있는 쉘과 상기 코어는 서로 반대 극성의 전하를 가지고, 상기 코어의 전하량이 상기 코어 표면에 부분적으로 코팅되어 있는 쉘의 전하량 보다 크며,
   상기 복수의 제1 입자, 제2 입자, 제3 입자 및 제4 입자 전체에 전기장이 영향을 미치는 구동전압이 인가되면, 입자 내의 양전하 및 음전하로 인한 인력과 척력에 의해 움직이는 상기 복수의 제1 입자, 제2 입자, 제3 입자 및 제4 입자들은 점차 인력의 힘을 받아 거리가 가까워지면서, 상기 상부전극에서 하부전극까지 일정한 간격으로 수직 및 수평 배열을 하여 투과 모드를 구현하는 것을 특징으로 하는 4가지 색상의 풀 컬러 구현과 투과 모드 가변이 가능한 복합 물질 상으로 이루어진 디스플레이 패널 구조.
   
2. 상부기판;
   하부기판;
   상기 상부기판의 일면에 배치되는 상부전극;
   상기 하부기판의 일면에 배치되는 하부전극; 및
   상기 상부전극과 상기 하부전극 사이에 형성되는 복수의 마이크로캡슐을 포함하는 바인더층을 포함하되,
   상기 복수의 마이크로캡슐 각각은 유체에 분산된 제1의 컬러를 나타내는 복수의 제1 입자, 제2의 컬러를 나타내는 복수의 제2 입자, 제3의 컬러를 나타내는 복수의 제3 입자 및 제4의 컬러를 나타내는 복수의 제4 입자를 포함하고,
   상기 복수의 제1 입자, 제2 입자, 제3 입자 및 제4 입자 각각은 하나의 입자 내에 양전하 및 음전하를 모두 가지며, 상기 양전하와 음전하의 전하량은 서로 상이하고,
   상기 복수의 제1 입자, 제2 입자, 제3 입자 및 제4 입자 각각은 코어-쉘 구조를 가지는 입자 구조를 가지며, 상기 코어 표면에 부분적으로 코팅되어 있는 쉘과 상기 코어는 서로 반대 극성의 전하를 가지고, 상기 코어의 전하량이 상기 코어 표면에 부분적으로 코팅되어 있는 쉘의 전하량 보다 크며,
   상기 복수의 제1 입자, 제2 입자, 제3 입자 및 제4 입자 전체에 전기장이 영향을 미치는 구동전압이 인가되면, 입자 내의 양전하 및 음전하로 인한 인력과 척력에 의해 움직이는 상기 복수의 제1 입자, 제2 입자, 제3 입자 및 제4 입자들은 점차 인력의 힘을 받아 거리가 가까워지면서, 상기 상부전극에서 하부전극까지 일정한 간격으로 수직 및 수평 배열을 하여 투과 모드를 구현하는 것을 특징으로 하는 4가지 색상의 풀 컬러 구현과 투과 모드 가변이 가능한 복합 물질 상으로 이루어진 디스플레이 패널 구조.
   
3. 삭제
4. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 제1과 제2 입자들의 코어와 쉘의 전하량은 상기 복수의 제3과 제4 입자들의 코어와 쉘의 전하량보다 큰 것을 특징으로 하는 4가지 색상의 풀 컬러 구현과 투과 모드 가변이 가능한 복합 물질 상으로 이루어진 디스플레이 패널 구조.
   
5. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 제1 입자, 제2 입자, 제3 입자 및 제4 입자 각각은 양이온과 음이온 전하량이 일정비율을 가지도록, 기능기를 가지는 폴리머 입자, 금속 입자 또는 금속화합물 입자 표면에 일정 비율의 양이온 리간드 및 음이온 리간드가 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 4가지 색상의 풀 컬러 구현과 투과 모드 가변이 가능한 복합 물질 상으로 이루어진 디스플레이 패널 구조.
   
6. 제1항에 따른 복합 물질 상으로 이루어진 디스플레이 패널 구조의 모드 변환을 제어하기 위하여,
   상기 하부전극은 상기 하부기판 상에 단위 픽셀별로 패터닝되며, 구동전압의 인가시간 또는 구동전압의 세기의 조절을 통해 상기 단위 픽셀별로 선택적으로 제어하여 반사 모드, 투과 모드 또는 차폐 모드를 구현하는 것을 특징으로 하는 4가지 색상의 풀 컬러 구현이 가능한 복합 물질 상으로 이루어진 디스플레이 패널 구조의 구동 방법.
   
7. 제2항에 따른 복합 물질 상으로 이루어진 디스플레이 패널 구조의 모드 변환을 제어하기 위하여,
   상기 하부전극은 상기 하부기판 상에 하나 이상의 단위 마이크로캡슐 별로 패터닝되며, 상기 단위 마이크로캡슐 별로 구동전압의 인가시간 또는 구동전압의 세기를 선택적으로 제어하여, 반사 모드, 투과 모드 또는 차폐 모드를 구현하는 것을 특징으로 하는 4가지 색상의 풀 컬러 구현이 가능한 복합 물질 상으로 이루어진 디스플레이 패널 구조의 구동 방법.
   
8. 제6항 또는 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1과 제2의 입자들은 상기 제3과 제4의 입자들보다 낮은 문턱전압을 가지며, 상기 상부전극에서 상기 하부전극까지 일정한 간격으로 수직 및 수평 배열을 하기 위한 구동전압은 상기 제3과 제4 입자들이 상기 제1과 제2 입자들 보다 높은 것을 특징으로 하는 4가지 색상의 풀 컬러 구현이 가능한 복합 물질 상으로 이루어진 디스플레이 패널 구조의 구동 방법.
   

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