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KR20180088486A - 2상의 전극층을 갖는 전기광학 디스플레이 - Google Patents

2상의 전극층을 갖는 전기광학 디스플레이 Download PDF

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KR20180088486A
KR20180088486A KR1020187021094A KR20187021094A KR20180088486A KR 20180088486 A KR20180088486 A KR 20180088486A KR 1020187021094 A KR1020187021094 A KR 1020187021094A KR 20187021094 A KR20187021094 A KR 20187021094A KR 20180088486 A KR20180088486 A KR 20180088486A
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리차드 제이 주니어 파올리니
스티븐 텔퍼
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이 잉크 코포레이션
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Publication date
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Abstract

높은 전기 전도성 매트릭스로 제조된 제 1 상 및 제어된 체적 저항률을 갖는 중합성 재료 조성물로 제조되는 제 2 상을 포함하는 2상의 광 투과성 전기 전도성 층을 포함하는 전기 광학 디스플레이. 제 1 상의 매트릭스는 탄소 나노튜브들, 실버 나노와이어들, 금속 코팅된 오픈 폼 구조체, 또는 와이어들의 인쇄된 메시로부터 형성될 수 있다. 제 2 상의 중합성 재료 조성물은 전도성 중합체, 또는 염, 폴리전해질, 고분자 전해질, 또는 고체 전해질, 또는 이들의 조합물들과 같은 중합체 및 첨가제일 수도 있다.

Description

2상의 전극층을 갖는 전기광학 디스플레이{ELECTRO-OPTIC DISPLAY WITH A TWO-PHASE ELECTRODE LAYER}
관련 출원들의 참조
본 출원은 다음과 관련된다:
(a) 2004년 3월 26일자로 출원된 미국 특허 No. 7,012,735;
(b) 2004년 11월 5일자로 출원된 미국 특허 No. 7,173,752의 분할인, 2006년 12월 20일자로 출원된 미국 특허 No. 7,349,148;
(c) 2011년 4월 4일자로 출원된 미국 특허 No. 8,446,664; 및
(b) 계류중인 미국 특허 공개공보 No. 2009/0122389 A1.
본 발명은 전기 광학 디스플레이들에 관한 것으로, 보다 구체적으로 높은 전기 전도성 매트릭스로 제조된 제 1 상 (phase) 및 제어된 체적 저항률을 갖는 중합성 재료 조성물로 제조되는 제 2 상을 포함하는 2상의 광 투과성 전기 전도성 층을 포함하는 전기 광학 어셈블리들에 관한 것이다. 다른 양태에서, 본 발명은 제 2 상의 중합성 재료 조성물이 전도성 중합체로부터 제조되는 2상의 전극층을 제공한다. 또 다른 양태에서, 본 발명은 제 2 상의 중합성 재료 조성물이 중합체 및 첨가제로부터 제조되는 2상의 전극층을 제공한다. 본원에 개시된 중합성 재료 조성물들은 전기 광학 디스플레이들 이외의 응용에 유용할 수도 있다.
전기 광학 디스플레이는 전기 광학 재료의 층을 포함하며, 그 용어는 적어도 하나의 광학적 특성이 상이한 제 1 및 제 2 디스플레이 상태들을 갖는 재료를 지칭하기 위해 그 기술 분야에서의 통상의 의미로 본원에서 사용되고, 그 재료는 재료에 대한 전기장 인가에 의해 그 제 1 디스플레이 상태로부터 그 제 2 디스플레이 상태로 변경된다. 광학 특성은 통상적으로 육안으로 인지가능한 컬러이지만, 광 투과, 반사, 발광과 같은 다른 광학 특성 또는 광 기계 판독을 위한 디스플레이의 경우에는 가시 범위 외부의 전자기 파장의 반사율 변화 의미에서의 의사 컬러일 수도 있다.
여러 타입의 전기 광학 디스플레이들이 알려져 있다. 일 타입의 전기 광학 디스플레이는 예를 들어 미국 특허 Nos. 5,808,783; 5,777,782; 5,760,761; 6,054,071 6,055,091; 6,097,531; 6,128,124; 6,137,467; 및 6,147,791에 기재된 회전 이색성 멤버타입이다 (이러한 타입의 디스플레이가 종종 "회전 이색성 볼" 디스플레이로 지칭되지만, 상기 언급된 특허들 중 일부에서의 회전 멤버들이 구형이 아니기 때문에 "회전 이색성 멤버"라는 용어가 보다 정확한 것으로서 바람직하다). 이러한 디스플레이는 내부 쌍극자, 및 광학 특성이 상이한 둘 이상의 섹션들을 갖는 다수의 작은 바디들 (통상적으로 구형 또는 원통형) 을 사용한다. 이들 바디들은 매트릭스 내의 액체로 채워진 액포들 내에서 현탁되며, 이 액포들은 바디들이 자유롭게 회전되도록 액체로 채워진다. 디스플레이의 외관은 전계 인가에 의해 변화되며, 이로써 바디들을 다양한 위치로 회전시키고 바디 섹션들의 어떤 섹션이 뷰잉 표면을 통해 보여지도록 변경시킨다. 이러한 타입의 전기 광학 매체는 통상적으로 쌍안정성이다.
또 다른 타입의 전기 광학 디스플레이는 전기변색 매질 (electrochromic medium), 예를 들어, 적어도 부분적으로 반전도성 금속 산화물로 형성된 전극 및 전극에 부착되어 가역적인 컬러 변화가 가능한 복수의 염료 분자들을 포함하는 나노크로믹 필름 형태의 전기변색 매질을 사용한다; 예를 들어, O'Regan, B., et al., Nature 1991, 353, 737; 및 Wood, D., Information Display, 18(3), 24 (2002년 3월) 를 참조한다. 또한, Bach, U., et al., Adv. Mater., 2002, 14(11), 845를 참조한다. 이러한 타입의 나노크로믹 필름들은 또한 예를 들어 미국 특허 Nos. 6,301,038; 6,870,657; 및 6,950,220에 기재된다. 이러한 타입의 매질은 또한 통상적으로 쌍안정성이다.
또 다른 타입의 전기 광학 디스플레이는 Philips에 의해 개발되고 Hayes, R.A., et al.,"Video-Speed Electronic Paper Based on Electrowetting", Nature, 425, 383-385 (2003)에 기재된 전기습윤 디스플레이다. 이러한 전기 습윤 디스플레이들도 쌍안정성이라는 것이 미국 특허 No. 7,420,549에 도시되어 있다.
수년 동안 예의 검토 및 개발된 일 타입의 전기 광학 디스플레이는, 복수의 하전된 입자들이 전계의 영향 하에서 유체를 통해 이동하는 입자 기반의 전기영동 디스플레이이다. 전기영동 디스플레이는 액정 디스플레이와 비교하는 경우 양호한 휘도 및 콘트라스트, 광시야각, 상태 쌍안정성, 및 저소비전력의 속성을 가질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이들 디스플레이들의 장기 이미지 품질에 대한 문제는 그 광범위한 사용을 방해하고 있다. 예를 들어, 전기영동 디스플레이를 구성하는 입자들은 침전하는 경향이 있고, 그 결과 이들 디스플레이에 대한 부적절한 서비스 수명을 초래한다.
상기에 언급된 바와 같이, 전기영동 매질들은 유체의 존재를 요구한다. 대부분의 종래 기술의 전기영동 매질에서, 이 유체는 액체이지만, 전기영동 매질이 가스 유체를 사용하여 제조될 수 있다; 예를 들면, Kitamura, T., et al., "Electrical toner movement for electronic paper-like display", IDW Japan, 2001, Paper HCS1-1, 및 Yamaguchi, Y., et al., "Toner display using insulative particles charged triboelectricaily", IDW Japan, 2001, Paper AMD4-4 를 참조한다. 또한, 미국 특허 Nos. 7,321,459 및 7,236,291을 참조한다. 이러한 가스 기반의 전기영동 매질은, 매질이 이러한 침전을 허용하는 배향으로, 예를 들어 매질이 수직면에 배치되는 사인으로 사용되는 경우, 액체 기반의 전기영동 매질로서 침전하는 입자로 인해 동일한 유형의 문제가 발생하기 쉬운 것으로 보인다. 실제로, 액체들과 비교하여 기상 현탁 유체의 보다 낮은 점성이 전기영동 입자의 더 빠른 침전을 허용하기 때문에, 입자 침전은 액체 기반의 것들보다 가스 기반의 전기영동 매질에서 더 심각한 문제가 될 것으로 보인다.
MIT (Massachusetts Institute of Technology) 와 E Ink Corporation 에 양도되거나 또는 이들 이름으로 된 다수의 특허 및 출원이 캡슐화된 전기영동과 다른 전기 광학 매질에 사용되는 다양한 기술에 대해 설명한다. 이러한 캡슐화된 매질은 다수의 작은 캡슐을 포함하고, 그 각각은 자체가 액체 매질에 전기영동적으로 이동가능한 입자를 포함하는 내부상, 및 내부상을 둘러싸는 캡슐 벽을 포함한다. 통상적으로, 캡슐들은 스스로가 중합성 바인더 내에 홀딩되어 두 개의 전극 사이에 위치한 코히런트 층을 형성한다. 이들 특허들 및 출원들에서 설명되는 기술은 다음을 포함한다:
(a) 전기영동 입자, 유체 및 유체 첨가제; 예를 들어 미국 특허 Nos. 7,002,728 및 7,679,814를 참조한다;
(b) 캡슐, 바인더 및 캡슐화 공정; 예를 들어 미국 특허 Nos. 5,930,026; 6,067,185; 6,130,774; 6,172,798; 6,249,271; 6,327,072; 6,392,785; 6,392,786; 6,459,418; 6,839,158; 6,866,760; 6,922,276; 6,958,848; 6,987,603; 7,061,663; 7,071,913; 7,079,305; 7,109,968; 7,110,164; 7,202,991; 7,242,513; 7,304,634; 7,339,715; 7,391,555; 7,411,719; 7,477,444; 7,561,324; 7,848,007; 7,910,175; 7,952,790; 8,035,886; 및 8,129,655; 및 미국 특허 출원 공개공보 Nos. 2005/0156340; 2007/0091417; 2008/0130092; 2009/0122389; 2010/0044894; 2011/0286080; 및 2011/0286081을 참조한다;
(c) 전기 광학 재료를 포함하는 필름 및 서브 어셈블리; 예를 들어 미국 특허 Nos. 6,825,829; 6,982,178; 7,236,292; 7,443,571; 7,513,813; 7,561,324; 7,636,191; 7,649,666; 7,728,811; 7,729,039; 7,791,782; 7,839,564; 7,843,621; 7,843,624; 8,034,209; 8,068,272; 8,077,381; 및 8,177,942; 및 미국 특허 출원 공개공보 Nos. 2008/0309350; 2009/0034057; 2009/0109519; 2009/0168067; 2011/0032595; 2011/0032396; 2011/0075248; 2011/0164301; 및 2012/0176664를 참조한다;
(d) 백플레인, 접착제층 및 디스플레이에 사용되는 다른 보조층 및 방법; 예를 들어 미국 특허 Nos. 7,116,318 및 7,535,624를 참조한다;
(e) 컬러 형성 및 컬러 조정; 예를 들어 미국 특허 No. 7,075,502; 및 미국 특허 출원 공개공보 No. 2007/0109219를 참조한다;
(f) 디스플레이를 구동하는 방법; 예를 들어 미국 특허 Nos. 7,012,600 및 7,453,445를 참조한다;
(g) 디스플레이의 응용; 예를 들어 미국 특허 Nos. 7,312,784 및 8,009,348을 참조한다; 그리고
(h) 비전기영동 디스플레이, 미국 특허 Nos. 6,241,921; 6,950,220; 7,420,549 및 8,319,759; 및 미국 특허출원 공개공보 No. 2012/0293858에 기재된다.
MIT (Massachusetts Institute of Technology) 와 E Ink Corporation 에 양도되거나 또는 이들 이름으로 된 다수의 특허 및 출원에 캡슐화된 전기영동 매질이 기술되어 최근 공개되었다. 이러한 캡슐화된 매질은 다수의 작은 캡슐을 포함하고, 그 각각은 액체 현탁 매질에 현탁된 전기영동적으로 이동가능한 입자를 포함하는 내부상, 및 내부상을 둘러싸는 캡슐 벽을 포함한다. 통상적으로, 캡슐들은 스스로가 중합성 바인더 내에 홀딩되어 두 개의 전극 사이에 위치한 코히런트 층을 형성한다. 이러한 타입의 캡슐화된 매질은 예를 들어 미국 특허 Nos. 5,930,026; 5,961,804; 6,017,584; 6,067,185; 6,118,426; 6,120,588; 6,120,839; 6,124,851; 6,130,773; 6,130,774; 6,172,798; 6,177,921; 6,232,950; 6,249,271; 6,252,564; 6,262,706; 6,262,833; 6,300,932; 6,312,304; 6,312,971; 6,323,989; 6,327,072; 6,376,828; 6,377,387; 6,392,785; 6,392,786; 6,413,790; 6,422,687; 6,445,374; 6,445,489; 6,459,418; 6,473,072; 6,480,182; 6,498,114; 6,504,524; 6,506,438; 6,512,354; 6,515,649; 6,518,949; 6,521,489; 6,531,997; 6,535,197; 6,538,801; 6,545,291; 6,580,545; 6,639,578; 6,652,075; 6,657,772; 6,664,944; 6,680,725; 6,683,333; 6,693,620; 6,704,133; 6,710,540; 6,721,083; 6,724,519; 6,727,881; 6,738,050; 6,750,473; 6,753,999; 6,816,147; 6,819,471; 6,822,782; 6,825,068; 6,825,829; 6,825,970; 6,831,769; 6,839,158; 6,842,167; 6,842,279; 6,842,657; 6,864,875; 6,865,010; 6,866,760; 6,870,661; 6,900,851; 6,922,276; 6,950,220; 6,958,848; 6,967,640; 6,980,196; 6,982,178; 6,987,603; 6,995,550; 7,002,728; 7,012,600; 7,012,735; 7,023,420; 7,030,412; 7,030,854; 7,034,783; 7,038,655; 7,061,663; 7,071,913; 7,075,502; 7,075,703; 7,079,305; 7,106,296; 7,109,968; 7,110,163; 7,110,164; 7,116,318; 7,116,466; 7,119,759; 7,119,772; 7,148,128; 7,167,155; 7,170,670; 7,173,752; 7,176,880; 7,180,649; 7,190,008; 7,193,625; 7,202,847; 7,202,991; 7,206,119; 7,223,672; 7,230,750; 7,230,751; 7,236,290; 7,236,292; 7,242,513; 7,247,379; 7,256,766; 7,259,744; 7,280,094; 7,304,634; 7,304,787; 7,312,784; 7,312,794; 7,312,916; 7,327,511; 7,339,715; 7,349,148; 7,352,353; 7,365,394; 및 7,365,733; 및 미국 특허 출원 공개공보 Nos. 2002/0060321; 2002/0090980; 2003/0102858; 2003/0151702; 2003/0222315; 2004/0105036; 2004/0112750; 2004/0119681; 2004/0155857; 2004/0180476; 2004/0190114; 2004/0257635; 2004/0263947; 2005/0000813; 2005/0007336; 2005/0012980; 2005/0018273; 2005/0024353; 2005/0062714; 2005/0099672; 2005/0122284; 2005/0122306; 2005/0122563; 2005/0134554; 2005/0151709; 2005/0152018; 2005/0156340; 2005/0179642; 2005/0190137; 2005/0212747; 2005/0253777; 2005/0280626; 2006/0007527; 2006/0038772; 2006/0139308; 2006/0139310; 2006/0139311; 2006/0176267; 2006/0181492; 2006/0181504; 2006/0194619; 2006/0197737; 2006/0197738; 2006/0202949; 2006/0223282; 2006/0232531; 2006/0245038; 2006/0262060; 2006/0279527; 2006/0291034; 2007/0035532; 2007/0035808; 2007/0052757; 2007/0057908; 2007/0069247; 2007/0085818; 2007/0091417; 2007/0091418; 2007/0109219; 2007/0128352; 2007/0146310; 2007/0152956; 2007/0153361; 2007/0200795; 2007/0200874; 2007/0201124; 2007/0207560; 2007/0211002; 2007/0211331; 2007/0223079; 2007/0247697; 2007/0285385; 2007/0286975; 2007/0286975; 2008/0013155; 2008/0013156; 2008/0023332; 2008/0024429; 2008/0024482; 2008/0030832; 2008/0043318; 2008/0048969; 2008/0048970; 2008/0054879; 2008/0057252; 및 2008/0074730; 및 국제 출원 공개공보 Nos. WO 00/38000; WO 00/36560; WO 00/67110; 및 WO 01/07961; 및 유럽 특허 Nos. 1,099,207 B1; 및 1,145,072 B1 에 기재되어 있다.
전술한 특허 및 출원 중 다수는, 캡슐화 전기영동 매질 내의 개별 마이크로캡슐을 둘러싼 벽이 연속상에 의해 대체되어 전기영동 매질이 전기영동 유체의 복수의 개별 액적들 및 중합성 재료의 연속상을 포함하는 이른바 중합체 분산의 전기영동 디스플레이를 제조할 수 있고, 그리고 이러한 중합체 분산의 디스플레이 내의 전기영동 유체의 개별 액적들은 개별 캡슐 멤브레인이 각각의 독립된 액적과 연관되지 않음에도 불구하고 캡슐 또는 마이크로캡슐로서 간주될 수도 있다는 것을 인식한다: 예를 들어, 상기 언급된 미국 특허 No. 6,866,760을 참조한다. 이에 따라, 본 출원의 목적을 위해, 이러한 중합체 분산의 전기영동 매질은 캡슐화된 전기영동 매질의 서브 종으로 간주된다.
관련 타입의 전기영동 디스플레이는 이른바 "마이크로셀 전기영동 디스플레이"이다. 마이크로셀 전기영동 디스플레이에서, 하전된 입자 및 유체는 마이크로캡슐 내에 캡슐화되지 않고, 대신에 캐리어 매질, 통상 폴리머 필름 내에 형성된 복수의 캐비티 (cavity) 내에 유지된다. 예를 들어, Sipix Imaging, Inc.로 양도된 미국 특허 Nos. 6,672,921 및 6,788,449를 참조한다. 이하, 캡슐화 전기영동 디스플레이와 마이크로셀 전기영동 디스플레이 양자를 커버하기 위해 "마이크로캐비티 전기영동 디스플레이"라는 용어를 사용할 수도 있다.
2003년 5월 22일에 출원된 미국 특허 No. 6,982,178에는, 광 투과성 전기 전도성 층 또는 전극층; 전기 전도성 층도전층과 전기적 접촉 상태인 고체 전기 광학 매질층; 접착제층; 및 이형 시트를 순서대로 포함하는, 전기 광학 디스플레이에서 사용하기 위한 "프론트 플레인 적층체 (front plane laminate, FPL)"가 기재되어 있다.
대부분의 전기 광학 디스플레이들은 디스플레이의 일 전극의 역할을 하는 투과성의 전기 전도성 층을 요구하며, 이것을 통해 전기광학 매질의 광학 상태의 변화를 관찰자가 시인할 수 있다. 일부 경우, 예를 들어, 가변성 투과 윈도두들의 경우, 양자의 전극들은 광 투과성이 있어야 한다. 전통적으로, 광 투과성 전기 전도성 층은 중합성 필름 또는 유리판과 같은 일부 타입의 기계적 지지체 상에 인듐 주석 산화물 (ITO) 로 형성된다. 보다 최근에는, 광 투과성 전기 전도성 층으로서 탄소 나노튜브들 및 실버 와이어와 같은 얇은 금속 메시 재료들로 제조된 필름들이 ITO 필름들을 대체하고 있다. 이러한 필름들은 상당히 적은 전도율의 영역들에 의해 둘러싸인 높은 전도율의 영역들을 포함하며, 이것이 전기 전하들을 축적시킬 수 있고 전기 광학 디스플레이의 성능을 방해할 수도 있다. 이에 따라, 이들 단점이 없는 금속 메시 기반의 전극층에 대한 요구가 있다.
본 발명은, 제 1 상이 높은 전기 전도성 매트릭스로 제조되고 제 2 상이 제어된 체적 저항률을 갖는 중합성 재료 조성물로 제조되는, 2상의 전극층을 포함하는 전기 광학 디스플레이를 제공한다. 본 발명의 일 형태에서, 제 2 상의 중합성 재료는 본질적으로 전도성일 수도 있고, 또는 중합성 재료가 1x1012 Ohm-cm 이하의 저항률을 갖도록 첨가제와 혼합된 중합체일 수도 있다. 중합체는 예를 들어 폴리우레탄, 비닐 아세테이트, 비닐 아세테이트 에틸렌, 에폭시 또는 폴리아크릴 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.
또 다른 형태로, 본 발명은, 하나의 이온은 중합성 재료를 통해 이동할 수 있는 한편 다른 이온은 그럴 수 없는 이온 전도성 중합체, 예를 들어 중합성 카르복실레이트의 이온성 염이 제 2 상인, 2상의 전극층을 제공한다.
본 발명의 또 다른 형태로, 제 2 상의 중합성 재료는 PEDOT-PSS, 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌 술피드, 폴리페닐렌 비닐렌 및 이들의 조합물들로부터 선택된 하나 이상의 전도성 중합체들을 포함할 수도 있다.
본 발명의 다른 형태로, 제 2 상에서의 첨가제는 예를 들어, 염, 폴리전해질, 고분자 전해질, 고체 전해질, 또는 이들의 조합물로부터 선택될 수도 있다.
일 형태로, 중합성 재료에서의 첨가제는 염, 예를 들어 무기염, 유기염 또는 이들의 조합물이다. 하나의 특정 실시형태에서, 염은 아세트산 칼륨을 포함한다. 대안의 형태에서, 염은 4차 암모늄염, 예를 들어, 테트라알킬암모늄 염, 예컨대, 염화 테트라부틸암모늄 또는 헥사플루오로포스페이트를 포함할 수 있다. 또 다른 형태로, 첨가제는 적어도 3개의 불소 원자들을 포함하는 음이온들을 갖는 염일 수도 있고, 예를 들어, 첨가제는 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트와 같은 헥사플루오로포스페이트 음이온을 가질 수도 있다.
본 발명의 다른 형태로, 제 2 상에서의 첨가제는 폴리전해질이고, 그리고 다음에 한정되지 않지만 폴리아크릴산의 알칼리 금속염과 같은 폴리산의 염을 포함할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 형태로, 제 2 상의 중합성 재료에서의 첨가제는 비반응성 용매, 전도성 유기 화합물, 및 이들의 조합물들로부터 선택될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 형태로, 제 2 상에서의 첨가제는 전자들보다는 양성자들이 이동하는 폴리(에틸렌 글리콜) (PEG) 과 같은 히드록실을 포함하는 낮은 수 평균 분자량 고분자일 수도 있다.
첨가제를 포함하는 중합성 재료에는 상이한 컬러들의 영역들이 제공될 수도 있고 컬러 필터의 역할을 할 수도 있다. 대안으로, 중합성 재료는 광 편향 소자 를 포함할 수도 있다.
일 양태에서, 제 1 및 제 2 기판들, 및 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 배치된 전기 광학 재료의 층 및 접착제층을 포함하는 전기 광학 어셈블리가 제공된다. 전기 광학 어셈블리에서, 제 1 및 제 2 기판들 중 적어도 하나는 2상의 전극층을 포함할 수 있고, 제 1 상은 높은 전도성 매트릭스이고 제 2 상은 제어된 저항률을 갖는 중합성 재료이고, 제 2 기판은 이형 시트를 포함할 수 있고, 그리고 전기 광학 매질은 고체 전기 광학 매질일 수도 있으며; 이로써 전체 전기 광학 어셈블리는 상기 언급된 미국 특허 No. 6,982,178에 기재된 바와 같은 프론트 플레인 적층체의 형태를 가질 것이다.
본 발명의 또 다른 양태에서는, 제 1 및 제 2 기판들, 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 배치된 전기 광학 재료의 층 및 접착제층, 및 제 1 상이 높은 전기 전도성 매트릭스로 제조되고 제 2 상이 제어된 체적 저항률을 갖는 중합성 재료 조성물로 제조되는 2상의 전극층을 포함하는 전기 광학 어셈블리가 제공된다.
도면은 본 발명의 전도성층을 갖는 전기 광학 디스플레이의 기본적인 프론트 플레인 적층체 (10) 의 개략적인 단면도이다.
이에 따라, 본 발명은, 높은 전도성 매트릭스로 제조된 제 1 상 및 제어된 체적 저항률을 갖는 중합성 재료 조성물로 제조되는 제 2 상을 포함하는 2상의 광 투과성 전기 전도성 층을 포함하는 전기 광학 디스플레이를 제공한다. 전기 광학 디스플레이는 보통 전기 광학 재료의 반대측에 배치되는 전기 광학 재료의 층 및 적어도 2개의 다른 층들을 포함하며, 이들 중 적어도 하나는 광 투과성 전기 전도성층이다. 용어 "광 투과성"은, 전기 전도성 층 및 인접 기판 (존재하는 경우) 을 통해 보통 시인되는 전기 광학 매질의 표시 상태 변화를 그 층을 통해 보는 관찰자가 관찰할 수 있도록, 지정된 층이 충분한 광을 투과한다는 것을 의미하기 위해 본원에서 사용된다.
제 1 상은 전도성 매트릭스일 수도 있다. 용어 "전도성 매트릭스"는 전극층의 높은 전도성 영역들의 제 1 상 어레이를 설명하기 위해서 본원에서 사용된다. 매트릭스는 탄소 나노튜브, 실버 나노와이어, 금속 코팅의 오픈 폼 구조체, 와이어의 인쇄된 메시, 또는 시인 표면을 충분히 커버하지 않는 임의의 재료로부터 구성될 수 있다. 제 1 상은 나노미터 내지 밀리미터 범위의 직경 사이즈를 갖는 광 광 투과성 또는 광 흡수성일 수도 있다. 매트릭스는 규칙적으로 (즉, 격자상, 육각형상, 웹형상 등) 또는 불규칙적으로 (즉, 랜덤하게) 배열될 수도 있다. 매트릭스는, 전극층이 광투과성이 되도록 매우 얇거나 또는 드문드문 채워지도록 배열될 수도 있다.
제 2 상은 본질적으로 전도성인 폴리머 또는 전도성 첨가제와 혼합된 폴리머로부터 제조될 수 있다. 제 2 상은, 제 1 상과 비교하여 상당히 덜 전도성이 있지만 전도성 성질 (즉, 1x1012 Ohm-cm 이하의 저항률) 을 갖는다. 바람직하게, 제 2 상은 대략 1x107 ~ 1x1012 Ohm-cm 의 저항률을 갖는다. 제 2 상은 이온적으로 또는 전자적으로 전도성이 있을 수 있다. 통상적으로, 제 2 상은 제 1 상을 둘러싸거나 또는 코팅하여 전도성 매트릭스 주변에 덜 전도성이 있는 영역들을 만든다. 이것은, 그 구조로 인해 취약할 수도 있는, 제 1 상에 기계적 무결성 및 보호를 제공한다. 제 1 상이 광 흡수성이고 제 2 상이 광 투과성이라면, 전도성이 높은 영역들에 대한 전도성이 적은 영역의 비가 높은 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 제 1 상은 시인 영역의 10% 미만을 구성하지만, 제 2 상은 나머지 시인 영역을 구성한다.
중합성 재료는, 최종 사용 용도의 특정한 요구를 만족하는 임의의 중합체 재료일 수 있다. 적합한 중합성 재료의 예들은 폴리우레탄, 비닐 아세테이트, 비닐 아세테이트 에틸렌, 에폭시, 폴리아크릴계 접착제, 또는 이들의 조합물을 포함한다. 이러한 접착제 재료들은 용매계 또는 수계일 수도 있다. 사용될 수 있는 특정 폴리우레탄의 예는 미국 특허 No. 7,342,068에 기재되어 있다.
도면은 본 발명의 전도성층을 갖는 전기 광학 디스플레이의 기본적인 프론트 플레인 적층체 (10) 의 개략적인 단면도이다. 일반적으로, 광 투과성 도전층 (14) 은, 기판이 영구적인 변형없이 직경 10 인치 (254 mm) 인 드럼 (세이) 둘레에 수동으로 랩핑될 수 있다는 점에서, 바람직하게는 플렉서블한, 광 투과성 기판 (12) 상에 갖추어질 것이다. 기판은 통상적으로 중합성 필름일 것이며, 보통 약 1 ~ 약 25 mil (25 ~ 634μm), 바람직하게 약 2 ~ 약 10 mil (51 ~ 254μm) 범위의 두께를 가질 것이다. 기판 (12) 은 최종 디스플레이의 시인 표면을 형성하고, 하나 이상의 부가층, 예를 들면, 자외선 조사를 흡수하기 위한 보호층, 수분 침투를 방지하기 위한 배리어층, 또는 반사 방지 코팅을 가질 수도 있다.
전도성층 (14) 은 2상의 전극층을 포함한다. 전기광학 매질의 층 (16) 은 전도성층 (14) 과 전기적으로 접촉된다. 도면에 도시된 전기 광학 매체는 복수의 마이크로캡슐들을 갖는 반대 전하 듀얼 입자 캡슐화된 전기영동 매질이고, 그 각각은 음으로 하전된 화이트 입자들 (22) 및 양으로 하전된 블랙 입자들 (24) 이 현탁되어 있는 탄화수소계 액체를 포함하는 캡슐 벽 (18) 을 포함한다. 마이크로캡슐들은 바인더 (25) 내에 보유된다. 전기 광학층 (16) 에 걸친 전계의 인가시, 화이트 입자들 (22) 은 양극으로 이동하고 블랙 입자들 (24) 은 음극으로 이동하여, 그 결과 기판 (12) 을 통해 디스플레이를 보는 관찰자에게는, 층 (16) 이 최종 디스플레이 내의 임의의 포인트에서 백플레인에 대해 양인지 또는 음인지에 의존하여, 화이트 또는 블랙으로 보인다.
도면에 도시된 프론트 플레인 적층체 (10) 는 전기 광학 매질층 (16) 에 인접하는 적층 접착제의 층 (26) 및 접착제층 (26) 을 커버하는 이형 시트 (28) 를 더 포함한다. 이형 층 (28) 은 접착제 층 (26) 으로부터 박리되고, 접착제 층은 최종 전기 광학 디스플레이를 형성하기 위해 백플레인에 적층된다.
본 발명의 2상의 전도성 층은 전기 광학 디스플레이의 전면 전극일 수 있고, 이것은 시인 표면에 최근접하는 측면에 위치한 전극이다. 완전히 광 투과성이거나 또는 2개의 시인 표면들을 갖는 전기 광학 디스플레이에서, 본 발명의 2 상의 전도성층 양자는 전면 전극 및 후면 전극일 수 있다.
전기 광학 디스플레이에 있어서는, 중합성 재료의 전기 특성을 제어하는 것이 중요하며, 그렇지 않은 경우 디스플레이는 감소된 광학 성능을 경험할 수도 있다. 광학 성능은, 중합성 재료의 벌크 저항이 1x1012 Ohm-cm 이하인 경우 개선될 수 있다.
전도성 중합체들
또 다른 형태로, 본 발명은, 하나의 이온은 중합성 재료를 통해 이동할 수 있는 한편 다른 이온은 그럴 수 없는 이온 전도성 중합체가 제 2 상인, 2상의 전극층을 제공한다. 이러한 타입의 이온성 재료는 이온이 중합성 재료 밖으로 확산하여 이온들이 확산해 들어가는 다른 층들 (예를 들어, 유기 반도체층들) 을 잠재적으로 손상시키는 것을 방지한다.
해리된 자유 이온들이 이온 응집체들 (이온 쌍들 이상의 응집체들) 중에서 변환되고, 이들 응집체들 대부분이 필수적으로 중성인, "홉핑" 메카니즘에 의해 이온성 전도가 발생하는 것으로 보여진다. 본 발명에 따르면, 이온성 재료의 음이온 및 양이온 중 하나만이 이동할 수 있다. 고정된 이온은 단일의 위치로 제한되는 한편, 이동성 이온은 여전히 자유롭게 이동한다. 적절한 이온 재료의 예는 중합성 염, 예를 들어, 중합성 카르복실레이트의 이온성 염이다. 이 경우, 카르복실레이트 이온은 중합체 사슬에 부착되고, 전체적으로만 중합체와 이동할 수 있기 때문에, 효과적으로 움직일 수 없다. 다른 한편, 양이온성 반대 이온은 자유롭게 홉핑 이동에 참여할 수 있고, 이동할 수 있는 속도는 음이온성 카르복실레이트와의 정전 상호작용의 강도, 접착제 매질에서의 카르복실레이트-반대 이온 응집체의 농도, 및 매질의 반대이온의 용매화의 자유 에너지에 의존한다.
미국 특허 공개공보 No. 2009/0122389에 설명된 바와 같이, 큰 양이온들은, 이온성 응집체의 상태로 인력의 비교적 낮은 정전 에너지를 갖고, 이에 따라서 이들로부터 용이하게 해리된다는 점에서 유리하다. 예로서, 4차 수산화 암모늄은 폴리우레탄에 대한 카르복실산 관능을 중화하기 위해 사용될 수 있으며, 이것은 상술된 이온성 전도를 지지할 수 있는 4차 암모늄 카르복실레이트 중합체로 이어진다.
건조 이후의 최종 중합성 재료의 전도율은 폴리우레탄의 카르복실산 함량을 변화시키는 것에 의해, 그리고 또한 양이온 사용에 의해 변경 및 조정될 수 있다. 예를 들어, 폴리우레탄 상의 카르복실기가 소정의 카르복실산 함량에서 4차 수산화 암모늄에 의해 중화되는 상기 시스템에서, 전도율은 다음 순서로 증가될 것으로 예상된다:
테트라메틸암모늄 < 테트라에틸암모늄 < 테트라부틸암모늄 등.
포스포늄 염이 또한 사용될 수 있으며, 중심 원자의 큰 사이즈 때문에 유사체를 함유하는 질소보다 다소 더 전도성이 있어야 한다. 다른 양이온 종 (예를 들어, 금속의 컴플렉스 이온) 도 또한 이 목적에 유용할 수 있다. 중합성 재료에서의 이온성 재료의 용해도는 이러한 접근법에서 문제가 되지 않는데, 그 이유는 이온들이 매질의 고유 부분이어서 별도의 결정상으로서 상분리할 수 없기 때문이다.
적어도 하나의 해리성 프로톤이 존재하는 한, 중합성 재료의 산성 성분은 또한 카르복실산 성분을 해리 상수가 보다 높은 기로, 예를 들어, 황산 모노에스테르, 술폰산, 술핀산, 포스폰산, 포스핀산 기 또는 포스페이트 에스테르로 대체함으로써 보다 산성으로 될 수 있다. 4차 염 및 다른 많은 양이온은, 그 큰 사이즈, 및 낮은 극성의 건조된 접착제 매체에서의 비교적 높은 이온 해리도 때문에, 여전히 반대 이온으로서 가장 유용할 것으로 기대될 것이다. 충분히 전자 흡인 관능에 부착되다면, 질소계 산들도 또한 사용될 수 있다 (예를 들어, RSO2-NH-SO2R)). 이 경우, 건조된 접착제에도 이동성 이온이 프로톤화 형태로 존재하므로, 3차 암모늄을 포함하여 거의 모든 이동성 이온이 사용될 수 있다. 하지만, 보다 큰 아민들에 기초한 이동성 이온들 (즉, 보다 긴 알킬 꼬리들을 갖는 것들) 이, 사이즈가 효과적으로 커서 이들을 포함하는 이온 쌍들이 보다 해리성 있게 될 것이기 때문에 여전히 바람직할 수 있다. 대안으로, 중합체의 카르복실산기는, 강한 브뢴스테드 산이 없는, 즉 상기 논의된 4차 양이온들과 같은 산성 프로톤이 없는 이동성 이온과 함께 사용될 수 있다.
양이온이 고정 이온인 중합성 재료들은 측쇄로서 또는 중합성 백본에서 4차 암모늄기들을 이용하여, 그리고 바람직하게는 이동성 이온들로서 큰 음이온들 (예를 들어, 헥사플루오로포스페이트, 테트라부틸보레이트, 테트라페닐보레이트 등) 을 이용하여 구성될 수 있다. 4차 암모늄기들은, 금속 양이온들과의 착물화에 의해 형성된 것들을 포함하여, 포스포늄, 술포늄 또는 해리성 수소가 없는 다른 양이온성기들에 의해 대체될 수 있다. 후자의 예들은 폴리에테르/리튬 이온 포함 착물, 특히 시크릭 폴리에테르 (예를 들어, 18-크라운-6) 또는 전이 금속 이온들을 갖는 폴리아민 착물들을 포함한다. 이 경우 음이온 이동성 이온은, 카르복실레이트 또는 심지어 페놀레이트와 같은 보다 강한 염기성 재료들에 더하여, 상기 열거된 이러한 타입의 이온들을 포함할 수 있다.
대안의 고정된 양이온 중합성 재료들은, 양호한 브뢴스테드 수용체 (예를 들면, 설포네이트, 설페이트, 헥사플루오로포스페이트, 테트라플루오로보레이트, 비스(메탄술포닐)이미데이트, 포스페이트, 포스포네이트 등) 가 아닌 이동성 음이온들과 함께, 염기성 모노머들, 예를 들어, 폴리(비닐피리딘), 폴리(β-디메틸아미노에틸 아크릴레이트) 등으로부터 유도된 반복 단위들을 포함하는 중합체들 및 이러한 기들을 포함하는 공중합체들을 포함한다. 이러한 아미노 모노머들로부터 유도된 4차 염들, 예를 들어, 폴리(N-메틸 또는 벤질(비닐피리디늄)), 폴리(N-알킬 (또는 알크아릴)-N'-비닐이미다졸륨), 및 폴리(β-트리메틸암모니오에틸)아크릴레이트 또는 메타크릴레이트) 염들, 그리고 이들 이온성 기들을 포함하는 비닐 공중합체들이 또한 사용될 수 있다. 이전과 같이, 보다 큰 이동성 이온들이 바람직하다.
이러한 화학적 변형 기술은 폴리우레탄으로 한정되지 않고, 적절한 구조의 모든 중합체에 적용될 수 있다. 예를 들어, 비닐계 중합체들은 음이온 또는 양이온 고정 이온들 중 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태로, 중합성 재료는 PEDOT-PSS, 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌 술피드, 폴리페닐렌 비닐렌 및 이들의 조합물들로부터 선택된 하나 이상의 전도성 중합체들을 포함할 수도 있다. 중합성 재료의 두께는 대략 0.1μm ~ 20μm 범위일 수도 있다. 중합성 재료는 (a) 수용성 또는 수분산성이고 물로부터 코팅될 수 있거나, (b) 유기 용매에서 가용성 또는 분산성 있고 유기 용매로부터 코팅될 수 있거나, 또는 (c) 모노머성 형태 또는 올리고머성 형태로 코팅된 다음 UV, 조사, 가열, 또는 종래에 공지된 다른 방법들에 의해 중합될 수 있다. 중합성 재료에 포함된 첨가제는 인시튜로 형성될 수 있으며; 다시말해, 전구체 재료(들)가 서로 또는 중합성 재료와 반응할 수 있거나 또는 최종 첨가제를 형성하기 위해 전구체 재료의 변화를 야기시키는 상황에 중합성 재료를 노출 (예를 들어, 가열, 광 또는 자계 또는 전계에 노출) 시켜 변화될 수 있는, 중합성 재료로 하나 이상의 전구체 재료들이 통합될 수 있다.
확산가능한 이온성 첨가제들
제 2 상은 하나 이상의 이온성 첨가제들, 예를 들어, (a) 염, 폴리전해질, 고분자 전해질, 고체 전해질, 및 이들의 조합물; 또는 (b) 비반응성 용매, 전도성 유기 화합물 및 이들의 조합물을 포함할 수 있다.
하나의 형태로, 첨가제는 미국 특허 No. 7,012,735에 기재된 바와 같이, 무기 염, 유기 염 또는 이들의 조합물과 같은 염일 수 있다. 예시적인 염은 아세트산 칼륨, 및 테트라알킬암모늄 염, 특히 클로라이드와 같은 테트라부틸암모늄 염을 포함한다. 염의 다른 예는 RCF3SOF3, RClO4, LiPF6, RBF4, RAsF6, RB(Ar)4 및 RN(CF3SO2)3 와 같은 염을 포함하며, 여기서 R은 Li+, Na+, H+, 또는 K+ 와 같은 임의의 양이온일 수 있다. 대안으로, R은 N+R1R2R3R4 형태의 암모늄 기를 포함할 수 있다. 바람직한 염은 테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트이다.
또 다른 형태로, 첨가제는 미국 특허 No. 8,446,664에 기재된 바와 같이 적어도 3개의 불소 원자들을 함유하는 음이온을 갖는 염일 수도 있다. 염은, 예를 들면, 헥사플루오로포스페이트 음이온을 가질 수도 있다. 염은 또한 이미다졸륨 양이온을 가질 수도 있다. 예시적인 염들은 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트 (이하, "BMIHFP"), 1-부틸-3-메틸피페리디늄 헥사플루오로포스페이트, 1-부틸-3-메틸피리디늄 헥사플루오로포스페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트, 나트륨 헥사플루오로포스페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트 및 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 보론 테트라플루오라이드를 포함한다. 바람직한 염은 BMIHFP이다. 이 바람직한 염은 25℃에서 액체이며, 어떠한 용매를 사용하지 않고도 수성 중합체 분산액 또는 라텍스에 직접 분산될 수 있다. 대안으로, 바람직한 염이 25℃에서 약 1 퍼센트의 양으로 수중에 용해되기 때문에, 이 염은 묽은 수용액의 형태로 첨가될 수 있다. 수용액으로서의 염의 첨가는 임의의 원치않는 유기 용매의 바인더로의 도입을 회피한다.
대안으로, 불소 함유 염은 테트라플루오로보레이트 음이온, 테트라페닐보레이트 음이온, 비스(트리플루오로메탄)술폰아미드 음이온 ("트리플이미드 (triflimide)"), 테트라(펜타플루오로페닐)보레이트 음이온, 테트라키스(3,5-비스(트리플루오로메틸)페닐)보레이트 음이온 또는 트리플루오로메탄술포네이트 음이온 ("트리플레이트 (triflate)"), 예를 들어, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 보론 테트라플루오라이드 또는 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트를 가질 수 있다. 불소 함유 염은 중합체 재료의 고체 함량에 기초하여 약 50 내지 약 10,000 ppm 의 양으로, 일반적으로 약 100 내지 약 1000 ppm 의 양으로 존재할 수 있다.
다른 실시형태들에서, 중합체 전해질은 폴리전해질이다. 폴리전해질은 통상적으로, 분자의 약 10% 이상이 이온화하여 하전된 종들을 형성할 수 있는 관능기로 구성되는 중합체이다. 폴리전해질 내의 소정의 관능기들의 예들은 카르복실산, 술폰산, 인산, 및 4차 암모늄 화합물들을 포함하지만, 이들에 한정되지 않는다. 이들 중합체는 유기 또는 무기 염들과 조합되거나 또는 대안으로 단독 사용될 수 있다. 폴리전해질의 예는 폴리아크릴산, 폴리스티렌 술포네이트, 폴리(2-비닐피리딘), 폴리(4-비닐피리딘), 폴리(디메틸암모늄 클로라이드, 폴리(디메틸아미노에틸 메타크릴레이트), 폴리(디에틸아미노에틸 메타크릴레이트)를 포함하지만 이들에 한정되지 않고, 그리고 폴리아크릴산의 알칼리 금속 염과 같은 폴리산의 염을 포함할 수 있지만 이들에 한정되지 ?는다. 바람직한 폴리전해질은 폴리아크릴산의 나트룸 염이다.
본 발명의 추가 형태로, 첨가제는 고분자 전해질이다. 본원에서 사용되는 바와 같이 용어 "고분자 전해질"은 염을 용해할 수 있는 중합체를 설명한다. 이들 중합체에서의 염의 용해도는, 에테르, 카르보닐, 카르복실산, 1차, 2차, 3차 및 4차 아미노기, 술폰산 등을 형성하는 중합체에서의 산소 및/또는 질소 원자들의 존재에 의해 개선될 수 있다. 고분자 전해질의 예는 폴리에테르 화합물, 예컨대 폴리에틸렌 산화물, 폴리프로필렌 산화물, 폴리테트라메틸렌 산화물, 폴리아미, 예컨대 폴리에틸렌이민, 폴리비닐 피롤리디논, N+R1R2R3R4와 같은 4차 암모늄 기를 포함하는 중합체 (여기서 R1, R2, R3, 및 R4는 각각 독립적으로 H 또는 탄소 원자수 1 ~ 25개인 직쇄, 분지쇄, 또는 환형 알킬기이고 상대 이온은 임의의 유기 또는 무기 음이온으로부터 선택될 수 있다) 를 포함한다.
또 다른 첨가제는 용액 중의 이온의 이동도를 향상시키거나, 또는 다르게 저해할 수 있는 비반응성 용매를 포함할 수 있다. 적합한 비반응성 용매의 예는 물, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 디에틸렌글리콜, 글라임, 디글라임, N-메틸피롤리돈 등을 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 첨가제로서 전도성 유기 화합물이 사용될 수 있다. 이들 화합물의 일부 비제한적인 예는 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리-3,4-디옥시에틸렌 티오펜, 및 n- 또는 p-도핑된 상태에서의 이들 재료의 유도체를 포함한다.
"광 편향 소자 (optical biasing element)"가 디스플레이의 외관을 조정하기 위해 캡슐화된 전기영동 디스플레이의 층들 중 하나에 제공될 수 있다는 것이, 미국 특허 No. 7,256,766에 개시된 바와 같이 또한 알려져 있다. 이러한 광 편향 소자는 중합체 재료에 첨가될 수도 있다. 이러한 광 편향 소자를 포함하는 중합체 재료의 전기적 특성은 본원에 기재된 첨가제를 사용하여 최적화될 수 있다.
물론 첨가제의 최적량은 사용된 정확한 중합체 재료 및 정확한 첨가제, 및 최종 혼합물의 바람직한 체적 저항률에 의해 다양하게 변할 것이다. 하지만, 일반적인 지침은, 중합성 재료의 그램당 약 10-5 내지 약 10-4 몰의 첨가제 농도가 유용한 결과를 제공하는 것으로 밝혀졌음을 표시할 수 있다. 첨가제가 염인 경우, 이 범위는 테트라부틸암모늄 클로라이드, 테트라부틸암모늄 헥사플루오로포스페이트 및 칼륨 아세테이트와 같은 1:1 염에 대한 것이고; 탄산나트륨 또는 염화 칼슘과 같은 1:2 염이 사용되는 경우는, 중합성 재료의 그램당 10-6 몰 정도의 보다 낮은 염 농도가 충분할 수 있다. 중합성 재료의 체적 저항률은 통상적으로 첨가제의 농도에 의해 예측가능한 방식으로 변하며, 이에 따라서 원하는 체적 저항률을 달성하기 위해 얼마나 많은 첨가제가 첨가되어야 하는지의 최종 선택이 용이하게 실험적으로 결정될 수 있다.
예를 들어 연장 저장 동안 생물학적 분해로부터 중합체를 보호하기 위한 살생제로서, 종래 기술의 전기 광학 디스플레이에서의 바인더 및 적층 접착제로 사용되는 중합체들에 소량의 염이 첨가되었지만, 이러한 염은 통상적으로 저장 동안 그들의 살균 또는 유사한 기능을 수행하는 한 충분히 사용된다. 반대로, 본 발명에 사용되는 첨가제는, 그 전도율에 영구적인 조정을 행하도록 의도되기 때문에, 중합성 재료의 영구적인 성분인 것으로 의도된다. 또한, 사용된 첨가제의 최적량은 통상적으로 살생제 등으로 사용되는 염의 양보다 실질적으로 더 크다.
히드록실 함유 저분자량 중합체/글리콜 첨가제
본 발명의 또 다른 형태는 전도성 매트릭스로부터 제조된 제 1 상 및 첨가제와 혼합된 중합체로부터 제조된 제 2 상을 포함하는 전극층을 갖는 전기 광학 디스플레이에 관한 것으로, 여기서 첨가제는 히드록실을 포함하는 낮은 수 평균 분자량 (Mn이 약 5000 이하) 중합체이다. 미국 특허 No. 7,349,148에 기재된 바와 같이, 이 목적에 바람직한 중합체는 Mn이 바람직하게 약 2000 이하인 폴리(에틸렌 글리콜) (PEG) 이다. 이 첨가제에서는, 프로톤이 전자보다 더 이동한다. 어떤 특정 시스템에 있어서 중합체 첨가제를 함유하는 히드록실의 최적 농도는 실험적으로 결정되는 것이 최상이지만, 일반적인 지침에 의하면 중합체 재료의 그램당 통상 10-6 ~ 10-5 몰 정도가 최적의 농도라고 할 수 있다.
통상의 경우와 같이, 전극층을 형성하기 위해 제 1 상을 포함하는 기판 상에 제 2 상의 용액의 필름을 코팅하고 건조하여 전극층을 형성한다면, 첨가제는 보통 간단히 코팅 이전에 중합체 재료의 용액에서 용해 또는 분산될 것이다. 첨가제는 용액 니트에 첨가될 수 있거나 또는 수용액, 비수성 용액 또는 이들의 조합물에 용해될 수도 있다. 물론, 첨가제가 최종 전도성 층내의 전도율 변화를 방지하기 위해서 중합성 재료 전반에 걸쳐 균일하게 분산되는 것의 보장이 필요하지만, 코팅 기술 분야의 당업자는 이러한 균일한 분산 확보를 위해 롤 밀 상에의 긴 교반 (lengthy agitation) 과 같은 루틴한 기술에 익숙할 것이다. 2상의 전극층은 제자리에서 기판과 함께 사용될 수도 있다. 대안으로, 세트되면, 제 2 상은, 기판이 제거될 수 있도록 제 1 상에 충분한 구조를 추가할 수도 있다.
사용되는 특정 첨가제의 선택은, 첨가제가 첨가되는 중합성 재료의 용해도 및 전극과의 호환성을 고려하여 주로 적용된다. 통상의 경우와 같이, 첨가제가 수성 중합체 재료에 첨가된다면, 첨가제는 양호한 수용성을 갖도록 선택되어야 하며, 그 결과 염 중에서, 알칼리 금속 및 치환된 암모늄 염이 일반적으로 바람직하다. 첨가제가 중합체 입자의 응집을 발생시키지 않는 것을 보장하기 위해서 주의해야 한다. 또한, 첨가제는 바람직하게 중합체 재료 pH에 큰 변화를 야기해서는 안되며, 그리고 전극 또는 중합체 재료 또는 결국 예를 들어 백플레인에 접촉하는 최종 디스플레이의 다른 부분과 화학적으로 반응해서는 안된다.
하나 이상의 첨가제의 첨가는, 전기 광학 디스플레이에 사용될 수 있는, 중합성 재료의 범위를 크게 확대한다. 특히, 하나 이상의 첨가제의 첨가는, 전기 광학 디스플레이에서 크게 바람직한 기계적 특성을 갖지만 그 순수 상태가 유용하기에 너무 큰 체적 저항률을 갖는, 중합성 재료의 사용을 가능하게 한다. 또한, 일부 전기 광학 디스플레이, 특히 캡슐화된 전기영동 디스플레이 및 전기변색 디스플레이는 수분에 민감하기 때문에, 이러한 디스플레이에서 지금까지 사용된 수계 폴리우레탄 분산액을 비흡습성 및/또는 소수성 중합성 재료로 대체하기 위해서 하나 이상의 첨가제의 첨가가 이용될 수도 있다.
중합성 재료는 그 체적 저항률을 조정하기 위해 사용된 첨가제 이외에 다른 성분들을 포함할 수도 있다.
본원에 개시된 개질된 중합성 재료들은 전기 광학 디스플레이 이외에 다른 애플리케이션들에도 유용할 수 있음을 인지할 것이다.

Claims (6)

  1. 2상의 전도성 층으로서,
    1 x 107 Ohm-cm 보다 작은 체적 저항률을 갖는 전도성 매트릭스로 제조된 제 1 상 (phase), 및
    중합체 및 이온성 첨가제를 포함하는 제 2 상으로서, 상기 중합체는 폴리우레탄, 폴리비닐 아세테이트 및 폴리아크릴로부터 선택되고, 상기 제 2 상은 1 x 107 과 1 x 1012 Ohm-cm 사이의 체적 저항률을 갖는, 상기 제 2 상
    의 혼합물을 포함하는 2상의 전도성 층.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 매트릭스는 탄소 나노튜브들, 실버 나노와이어들, 금속 코팅된 오픈 폼 구조체, 또는 와이어들의 인쇄된 메시, 또는 이들의 조합물인, 2상의 전도성 층.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 매트릭스는 상기 혼합물에서 규칙적으로 배열되는, 2상의 전도성 층.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성 매트릭스는 상기 혼합물에서 불규칙적으로 배열되는, 2상의 전도성 층.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온성 첨가제는 염, 폴리전해질, 고분자 전해질, 고체 전해질, 또는 이들의 조합물인, 2상의 전도성 층.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 이온성 첨가제는 염이고, 상기 염은 불소 함유 염인, 2상의 전도성 층.

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