전기 영동 분산액, 전기 영동 분산액의 조제를 위한 방법, 및 전기 영동 분산액을 포함하는 전기 영동 디스플레이 document_id A220623068477

전기 영동 디스플레이 분야에서 현재 연구는 모든 픽셀이 모든 컬러가 될 수 있는 풀-컬러(full-colour) 전기 영동 디스플레이에 초점을 두고 있다. 일 해법이 US6117368호에 제안되었다. US6117368호는 유전체 입자가 형성되는 두 단계의 중합 반응(polymerisation) 프로세스를 공개한다. 상기 프로세스는 (유전체 매질과는 다른)분산액 매질 내 제 1 모노머(monomer)의 중합 반응 및 이에 의한 입자의 형성을 포함한다. 제 2 모노머는 동일한 분산액 매질에 제공되고 중합 반응하여 상기 형성된 입자에 그래프트 되어(grafted), 이에 의해 기능성 모노머(functional monomer)가 제 2 모노머와 함께 사용되어 전기영동 디스플레이에서 대전될(charged) 수 있는 표면 작용기(surface functionality)를 제공한다. 상기 분산액 매질은 원래 분산액 매질을 제거하기 위해 일련의 워싱 단계(washing step)에서 원하는 유전체 매질로 대체된다. 용매로 워싱된 입자는 전하 제어제(charge control agent) 및 선택적으로 (상호)안정화제(co)-stabiliser를 첨가하여 원하는 유전체 매질에서 분산될 수 있다. 따라서, US6117368호에 따른 분산액은 전하 제어제 및 선택적인 (상호)안정화제 및 대전된 유전체 입자를 포함한다. 하나 이상의 타입의 전하를 띤 입자를 제공하기 위한 전하 제어제 사용의 불리한 점은 보통 원래 화학량론에 가깝거나 심지어는 더 큰 양의 이온상태인 대전제(charging agent)의 혼합물이 사용된다는 점이다. 더욱이, 이들 시스템의 콜로이드 안정도는 별도의(외부적으로 추가된) 안정화제의 첨가에 의해 달성된다. 이들 시스템에 관한 몇몇 불리한 점들이 존재한다. 외부적으로 첨가된 안정화제의 경우, 대량의 전기 영동 유체에 용해된 안정화제와 입자 표면상의 안정화제 간에 평형상태가 도달된다. 이것은 입자 표면을 충분히 덮을 만큼 필요한 것보다 더 많은 양의 안정화제가 요구됨을 의미한다. 이것은 보통 상기 시스템의 증가된 점성을 초래한다. 이러한 더 높은 점성은 상기 입자의 더 느린 움직임을 수반하며, 따라서 전기 영동 디스플레이 픽셀의 더 느린 스위칭 속도를 수반한다. 이것은 특히, 동일면(in-plane) 스위칭 구조에서 유효한데, 이 구조에서 입자가 움직여야만 하는 거리는 상하(up down) 스위칭 구조에서 입자가 움직여야 하는 거리보다 더 크다. 이러한 더 낮아진 속도는 더 강한 전기장(즉, 더 높은 전위)을 인가함으로써 극복될 것이지만, 이는 바람직하지 않은데, 왜냐하면 이 때 더 높은 누설 전류와, 전기 화학 반응 및 줄열과 같은 아티팩트를 위한 더 높은 전위에 대한 더 강건한(robust) 전자 장치가 요구되기 때문이다. 대전제(charging agent)는 보통 입자에 전하를 부여하여 전기장을 인가함으로써 입자가 움직여질 수 있도록 하기 위해 요구된다. 상기 입자가 획득하는 전하는 입자의 표면 화학 반응과 대전제의 화학 특성의 조합이다. 대전제는 특성상 이온상태일 수도 있고 비-이온 상태일 수도 있다. 두 개의 비 제한적인 예가 주어질 수 있다. 제 1 예에서, 산성 표면기를 가지는 입자는 (비-이온 상태의) 염기성 대전제(예, 아민(amine))와 결합될 수 있다. 상기 대전제는 입자 표면으로부터 양성자(proton)를 추출하여, 주변 유체 내에 음으로 대전된 입자와 양으로 대전된 카운터 이온(counter ion)(양성자를 가한 대전제)을 수반한다. 제 2 예에서, 나트륨염(sodium salt)으로 이루어진 이온화 대전제는 나트륨 이온에 친화력이 있는 표면을 가지는 입자와 결합하여, 주변 유체 내에 (나트륨 이온을 흡착한)양으로 대전된 입자와 상기 대전제의 음으로 대전된 카운터 이온을 수반한다. 두 경우 모두에 있어서, 주변 유체의 이온화 내용물은 (대전된) 대전제의 존재로 인해 상당히 증가한다. 이것은, 물과 같은 불순물과의 상호 작용에 의한 혹은 심지어 비 이온상태의 대전제에 의한 이온 상태의 대전제의 순간적인 해리 및/혹은 대전으로 인해 어떠한 입자도 존재하지 않는 경우이다. 이러한 '외부로부터의' 전하는 바람직하지 않으며, 많은 이유로 기존에 알려진 시스템의 불리한 점이다. 한 이유는 많은 수의 (분자) 대전된 엔티티의 존재가 디바이스 내 높은 누설 전류를 수반할 것이라는 점이다. 이것은, 전력 손실 및 구동 회로의 더 잦은 리프레시(refreshing)를 의미한다. 또다른 이유는 전기장이 전기 영동 서스펜션(suspension)에 인가될 때, 대전된 모든 종들이 반대 전하의 전극으로 이동하기 시작할 것이라는 점이다. 이것은 양으로 및 음으로 대전된 종들의 비균질 분포를 야기하여 카운터 전기장의 증가를 초래하는데, 이 카운터 전기장은 외부 장을 차폐한다. 궁극적으로, 상기 외부 장은 내부 장에 의해 완전히 보상될 수 있어서, 상기 대전된 종은 더 이상 전기 영동 움직임을 보이지 않는다. 따라서, 외부 장은 상기 대전된 종의 최대 분리(픽셀의 완전한 스위칭)에서조차 내부 장을 극복할만큼 충분히 높아야 한다. 결론적으로, 서스펜션의 이온 함유량이 많은 경우 전기 영동 셀의 풀 스위칭(full switching)을 가능하게 하기 위해 더 높은 외부 장이 인가되어야 한다. 더 높은 장은 앞서 언급한 바와 같이 바람직하지 않다. 더욱이, 더 많은 양의 대전된 종의 존재는 원하지 않는 전극 반응(전기 화학)이 일어날 확률이 증가함을 의미한다. 이것은 특히 대전된 대전제에 대해 유효한데, 왜냐하면 이 대전제들은 입자에 비해 매우 작기 때문이며, 따라서 입자들보다는 전극 표면과 더 밀접하게 접촉하기 때문이다. 따라서 주요 문제점은 전기이동(electrophoresis)이 대전된(색소)입자를 포함하므로 (대전된 대전제의 형태로) 카운터 전하의 존재를 요구한다는 것이다. 앞서 말한 비-입자 관련 '외부' 전하 뿐만 아니라 이들 카운터 전하는 분산액의 전도도를 증가시킨다. 이것은 내부적인 장 차단 효과(internal field screening effects)를 최소화하고 낮은 구동 전압을 허용하기 위해 전기 영동 디스플레이에 있어서 낮은 전도도 분산액이 중요하므로 바람직한 것으로 간주되지는 않는다. 따라서, 일반적으로, 입자를 둘러싸는 주변 유체 내 가능한 낮은 이온함량을 구비한 시스템, 즉, 분산액 내에 (다른 입자들 보다) 가능한 최소량의 대전된 종을 가지는 시스템이 바람직하다.