(19) 대한민국특허청(KR) (12) 공개특허공보(A)

(1)

(19) 대한민국특허청(KR) (12) 공개특허공보(A)

(11) 공개번호 10-2014-0076109 (43) 공개일자 2014년06월20일 (51) 국제특허분류(Int. Cl.)

G02F 1/167 (2006.01)

(21) 출원번호 10-2012-0144272 (22) 출원일자 2012년12월12일 심사청구일자 없음

(71) 출원인

한국전자통신연구원

대전광역시 유성구 가정로 218 (가정동) (72) 발명자

김철암

대전 유성구 배울2로 24, 307동 601호 (관평동, 중앙하이츠빌)

김주연

대전 중구 서문로 96, 208동 403호 (문화동, 센트 럴파크2단지아파트)

류호준

서울 노원구 중계로8길 20, 101동 602호 (중계동, 현대6차아파트)

(74) 대리인

권혁수, 송윤호, 오세준 전체 청구항 수 : 총 13 항

(54) 발명의 명칭 카본 블랙의 표면 개질 방법 및 카본 블랙을 포함하는 표시 장치 (57) 요 약

카본 블랙 표면 개질 방법 및 카본 블랙을 포함하는 표시 장치를 제공한다. 표시 장치는, 상부 전극, 상부 전극 과 이격되어 마주하는 하부 전극, 상부 전극 및 하부 전극 사이를 충진하며, 다수의 마이크로 캡슐들을 포함하는 안료를 포함한다. 마이크로 캡슐들 각각은 표면이 소수성으로 개질된 카본 블랙들을 포함한다.

대 표 도 - 도1

(2)

이 발명을 지원한 국가연구개발사업 과제고유번호 10041221 부처명 지식경제부

연구사업명 소재원천기술개발사업

연구과제명 풀컬러 색변환 전자스킨을 위한 콜로이드 광결정 필름 소재 개발 기 여 율 1/1

주관기관 한국전자통신연구원 연구기간 2011.12.01 ~ 2015.11.30

(3)

특허청구의 범위 청구항 1

상부 전극;

상기 상부 전극과 이격되어 마주하는 하부 전극;

상기 상부 전극 및 하부 전극 사이를 충진하며, 다수의 마이크로 캡슐들을 포함하는 안료를 포함하되, 상기 마이크로 캡슐들 각각은 표면이 소수성으로 개질된 카본 블랙들을 포함하는 표시 장치.

청구항 2 제1항에 있어서,

상기 카본 블랙의 표면에 적어도 6개 이상의 탄소사슬을 갖는 카르복실기가 결합된 표시 장치.

상기 카본 블랙의 표면에 올레산(oleic acid)이 결합된 표시 장치.

상기 카본 블랙의 표면에 폴리머가 결합된 표시 장치.

상기 카본 블랙의 표면에 poly-PEGMA(poly-poly(ethylene glycol) methacyrlyate)이 결합된 표시 장치.

상기 카본 블랙의 표면의 적어도 일부는 친수성을 갖는 표시 장치.

상기 카본 블랙의 표면에 수산화기(-OH) 또는 카르복시기(-COOH)가 결합된 표시 장치.

청구항 8

분산된 카본 블랙들 각각의 표면을 수산화하는 단계; 및

상기 표면이 수산화된 카본 블랙의 표면을 소수성으로 개질하는 단계를 포함하는 카본 블랙 표면 개질 방법.

상기 표면이 수산화된 카본 블랙의 표면을 소수성으로 개질하는 단계는,

상기 카본 블랙 표면의 수산화기와 올레산의 카르복실기와 반응하여, 상기 카본 블랙 표면에 상기 올레산을 결 합하는 단계를 포함하는 카본 블랙 표면 개질 방법.

청구항 10

(4)

제8항에 있어서,

상기 표면이 수산화된 카본 블랙의 표면을 소수성으로 개질하는 단계는,

상기 카본 블랙 표면의 수산화기를 클로로실란(chlorosilane)으로 치환하여 카본 블랙 중간체를 형성하는 단계;

및

상기 카본 블랙 중간체를 PEGMA 및 리간드 주개 물질을 포함하는 용액과 원자 전이 라디칼 중합 반응하여, 상기 카본 블랙 표면에 poly-PEGMA를 결합시키는 단계를 포함하는 카본 블랙 표면 개질 방법.

상기 리간드 주개 물질은 바이피리딘(byprydine)을 포함하는 카본 블랙 표면 개질 방법.

응집된 카본 블랙들을 초음파를 이용하여 분산시키는 단계를 더 포함하는 카본 블랙 표면 개질 방법.

상기 분산된 카본 블랙들 각각의 표면을 수산화하는 단계는,

상기 카본 블랙들을 촉매제가 혼합된 산성 용액에 반응시키는 단계를 포함하되,

상기 촉매제는 과망간산칼륨을 포함하고, 상기 산성 용액은 아세트산을 포함하는 카본 블랙 표면 개질 방법.

명 세 서 기 술 분 야

본 발명은 표시 장치에 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는 카본 블랙을 검은색 입자로 사용하는 표시 장치에 관 [0001]

련된 것이다.

배 경 기 술

전자종이 디스플레이는 전기영동 (electrophoresis) 현상에 기반을 둔 전기영동 디스플레이 모드, 건식 하전입 [0002]

자의 영동 현상에 기반을 둔 액화 입자 방식(liquid response particle display), 전기 젖음성 (electrowetting) 방식, MEMS 방식 등을 채용할 수 있다. 상기 전자종이 구현 방안들 중에서 특히 마이크로 캡 슐형 전기영동 디스플레이가 상업화를 주도하고 있는 기술 분야로 꼽히고 있다.

마이크로 캡슐형 전기영동 디스플레이는 수백 만개의 흑백 입자를 사람의 머리카락 지름 크기의 캡슐에 주입하 [0003]

여, 상기 흑백 입자가 주입된 마이크로 캡슐을 투명전극과 구동 전극 사이에 샌드위치 형태로 주입하는 것이 주 요한 핵심 기술이다. 그러나, 흑색 발현을 위한 전기영동 전자잉크 입자로써 크롬산화물 및 철산화물 입자를 표 면 개질하여 사용하였으나, 비중이 크므로 쌍안정성 및 구동전압 향상에 한계가 있으며, 또한 광 흡수도가 낮아 대조비 향상이 어려운 단점이 있다.

또한, 일반적인 카본 블랙 입자들은 강한 반 데르 발스(Van der Waals) 인력으로 인해 입자간 인력이 생기며, [0004]

이로 인해 자기-응집(self-aggregation)을 이루게 된다. 카본 블랙의 이러한 특성으로 인해 오일과 같은 유기용 매 및 수지에 카본 블랙 입자 자체를 미세입자로 분산시키고, 분산된 미세 입자들의 분산성을 유지하는 것에 한 계가 있다.

발명의 내용 해결하려는 과제

본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 분산성을 유지하는 카본 블랙 입자의 표면 개질 방법을 제공하는 데 [0005]

(5)

있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 표면 개질된 카본 블랙을 포함하는 표시 장치를 제공하는 데 [0006]

있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 [0007]

아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

과제의 해결 수단

본 발명의 개념에 따른 일 실시예는 표시 장치를 제공한다. 상기 표시 장치는, 상부 전극; 상기 상부 전극과 이 [0008]

격되어 마주하는 하부 전극; 상기 상부 전극 및 하부 전극 사이를 충진하며, 다수의 마이크로 캡슐들을 포함하 는 안료를 포함하되, 상기 마이크로 캡슐들 각각은 표면이 소수성으로 개질된 카본 블랙들을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 카본 블랙의 표면에 적어도 6개 이상의 탄소사슬을 갖는 카르복실기가 결 [0009]

합될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 카본 블랙의 표면에 올레산(oleic acid)이 결합될 수 있다.

[0010]

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 카본 블랙의 표면에 폴리머가 결합될 수 있다.

[0011]

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 카본 블랙의 표면에 poly-PEGMA(poly-poly(ethylene glycol) [0012]

methacyrlyate)이 결합될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 카본 블랙의 표면의 적어도 일부는 친수성을 가질 수 있다.

[0013]

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 카본 블랙의 표면에 수산화기(-OH) 또는 카르복시기(-COOH)가 결합할 [0014]

수 있다.

본 발명의 개념에 따른 다른 실시예는 카본 블랙 표면 개질 방법을 제공한다. 상기 카본 블랙 표면 개질 [0015]

방법은, 분산된 카본 블랙들 각각의 표면을 수산화하는 단계; 및 상기 표면이 수산화된 카본 블랙의 표면을 소 수성으로 개질하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표면이 수산화된 카본 블랙의 표면을 소수성으로 개질하는 단계는, 상기 [0016]

카본 블랙 표면의 수산화기와 올레산의 카르복실기와 반응하여, 상기 카본 블랙 표면에 상기 올레산을 결합하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 표면이 수산화된 카본 블랙의 표면을 소수성으로 개질하는 단계는, 상기 [0017]

카본 블랙 표면의 수산화기를 클로로실란(chlorosilane)으로 치환하여 카본 블랙 중간체를 형성하는 단계; 및 상기 카본 블랙 중간체를 PEGMA 및 리간드 주개 물질을 포함하는 용액과 원자 전이 라디칼 중합 반응하여, 상기 카본 블랙 표면에 poly-PEGMA를 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 리간드 주개 물질은 바이피리딘(byprydine)을 포함할 수 있다.

[0018]

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 카본 블랙 표면 개질 방법은, 응집된 카본 블랙들을 초음파를 이용하 [0019]

여 분산시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 분산된 카본 블랙들 각각의 표면을 수산화하는 단계는, 상기 카본 블 [0020]

랙들을 촉매제가 혼합된 산성 용액에 반응시키는 단계를 포함하되, 상기 촉매제는 과망간산칼륨을 포함하고, 상 기 산성 용액은 아세트산을 포함할 수 있다.

발명의 효과

본 발명의 개념에 따른 실시예들에 따르면, 카본 블랙 표면이 소수성을 가짐으로써, 카본 블랙들 사이의 응집되 [0021]

는 현상을 억제할 수 있다. 또한, 카본 블랙 표면의 적어도 일부가 친수성을 가짐으로써 카본 블랙의 전하 안정 성이 향상될 수 있다.

도면의 간단한 설명

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 설명하기 위한 단면도들이다.

[0022]

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 카본 블랙의 표면을 개질하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

(6)

도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 카본 블랙의 표면을 개질하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

도 3은 응집된 카본 블랙들이 초음파 분산기에 노출된 시간에 따른 분산되는 정도를 나타내는 그래프이다.

도 4는 올레산으로 표면을 치환한 카본 블랙의 성분을 확인하기 위한 적외선 스펙트럼이다.

도 5는 표면이 올레산으로 치환한 카본 블랙이 유전유체 분산액 내에서, 분산 안정제의 양에 따른 제타 전위를 측정한 그래프이다.

도 6은 흰색 입자와 검은색 입자의 배합 비율에 따른 광특성을 나타내는 그래프이다.

도 7은 흰색 입자와 검은색 입자의 배합 비율에 따른 대조비를 나타내는 그래프이다.

발명을 실시하기 위한 구체적인 내용

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 [0023]

통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자 에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직 [0024]

접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 [0025]

것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시 된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역 들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명 의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요 소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이 들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예 시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명 [0026]

세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다 (comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추 가를 배제하지 않는다.

이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.

[0027]

(표시 장치) [0028]

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 설명하기 위한 단면도들이다.

[0029]

도 1을 참조하면, 표시 장치는 상부 전극(100), 하부 전극(200) 및 상기 상부 전극(100)과 하부 전극(200) 사이 [0030]

를 충진하는 안료(300)를 포함할 수 있다.

상기 상부 전극(100) 및 하부 전극(200)은 이격되어 서로 마주할 수 있다. 상기 상부 전극(100) 및 하부 전극 [0031]

(200)은 투명할 수 있다.

상기 안료(300)는 다수의 마이크로 캡슐들(micro capsules, 310)을 포함할 수 있다. 상기 마이크로 캡슐들(310) [0032]

각각은 검은색 입자들(BL) 및 흰색 입자들(WH)을 포함할 수 있다. 상기 검은색 입자들(BL)은 상기 흰색 입자들 (WH)과 서로 반대의 전하로 하전될 수 있다. 예를 들면, 상기 검은색 입자들(BL) 각각은 음의 전하로 하전되고, 상기 흰색 입자들(WH) 각각은 양의 전하로 하전될 수 있다. 예컨대, 상기 검은색 입자들(BL)은 카본 블랙 (carbon black)을 포함하며, 상기 흰색 입자들(WH)은 산화 티탄(titanium oxide)을 포함할 수 있다.

상기 하부 전극(200)에서 상부 전극(100)으로 전위차가 발생할 때, 상기 마이크로 캡슐들(310) 내 양의 전하로 [0033]

(7)

하전된 흰색 입자들(WH)은 마이크로로 캡슐(310)의 상부로 움직일 수 있다. 따라서, 마이크로 캡슐(310) 각각에 일 면으로 흰색 입자들(WH)이 모일 수 있다. 상기 흰색 입자들(WH)이 상기 표시 장치의 상부로 이동하면, '흰색'으로 표시될 수 있다. 한편, 마이크로 캡슐들(310) 각각의 다른 면에 검은색 입자들(BL)이 모여 '흑색'은 상기 표시 장치에 드러나지 않을 수 있다. 반대로 흑색 글씨나 그림을 표시하기 위해서는 상기 상부 전극(100) 에서 하부 전극(200)으로 전위차를 발생시킬 수 있다.

이하에서는 검은색 입자들(BL)로 채용될 수 있는 카본 블랙 입자에 대하여 설명하기로 한다.

[0034]

카본 블랙은 화학적으로 안정하며, 열적으로도 안정하다. 카본 블랙은 전기 전도성이 낮으며, 광흡수도가 매우 [0035]

우수하다. 따라서, 상기 카본 블랙을 전자 잉크로 사용할 경우, 흰색과 대조비가 적어도 15:1이상 나올 수 있다. 그러나, 일반적인 카본 블랙 입자들은 그들 사이에 반 데르 발스(van der walls) 인력에 의해 서로 응집 하는 성질을 가지고 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 카본 블랙 입자들 각각의 표면을 소수성으로 개질시켜, 상기 카본 블랙 입 [0036]

자들을 단일입자로 분산시킬 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 카본 블랙 입자들 각각을 분산시키기 위하여, 상기 카본 블랙 입자들 각각의 표면을, [0037]

적어도 6개 이상의 탄소 사슬을 갖는 카르복시산(carboxylic acid)으로 개질할 수 있다. 일 예로, 적어도 6개 이상의 탄소 사슬을 갖는 카르복시산(carboxylic acid)은 올레산(oleic acid)을 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 상기 카본 블랙 입자들 각각의 표면은, 폴리머(polymer)를 그래프팅(grafting)하여 개질 [0038]

할 수 있다. 일 예로, 상기 폴리머는 poly-PEGMA(poly-(poly(ethylene glycol) methacrylate))를 포함할 수 있 다.

(카본 블랙의 표면 개질 방법 _제1 실시예) [0039]

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 카본 블랙의 표면을 개질하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

[0040]

응집된 카본 블랙 입자들을 초음파 분산기 등을 이용하여 단일 입자의 카본 블랙으로 분산시킬 수 있다(단계 [0041]

100.) 상기 응집된 카본 블랙 입자들을 초음파 분산기에 약 2시간 동안 노출시킬 수 있다. 이에 대한 설명은 이 후에 실험예를 통해 설명하기로 한다.

상기 단일 입자의 카본 블랙을 산성 용액에 넣어, 상기 카본 블랙의 표면을 수산화기(-OH)로 치환시킬 수 있다 [0042]

(단계 110.) 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 산성 용액은 아세트 산(acetic acid)을 포함할 수 있다. 일 측면에 따르면, 상기 산성 용액은 과망간산칼륨(KMnO4)을 더 포함할 수 있다. 상기 과망간산칼륨은 상전이 촉매 로 사용될 수 있다. 상기 과망간산칼륨을 아세트 산과 같은 약한 산성 용액에 첨가하면, 상대적으로 강산에 의 한 산화 공정보다, 산화 효율이 향상되며, 반응 조건이 완화되고, 카본 블랙의 탄소 구조에 대한 손실을 최소화 할 수 있다.다른 측면에 따르면, 산성 용액은 TBABr(tetrabutylammonium bromide)을 더 포함할 수 있다. 상기 TBABr는 상전이촉매로서, 상기 과망간산염(permanganate)을 물상(water phase)에서 유기 액체상(organic phase)으로 추출되도록 도와주는 역할을 할 수 있다.

수산화기로 표면이 치환된 카본 블랙 입자들(CB-OH)을 세척하고, 재분산하여 미반응 물질들을 제거한 후, 카본 [0043]

블랙을 건조하여 입자상으로 획득할 수 있다. 예컨대, 상기 세척은 물과 메탄올의 혼합물을 이용하여 수행될 수 있다. 이때, 상기 수산화기로 표면이 치환된 카본 블랙 입자는, 수산화기로 인해 표면이 친수성을 가질 수 있다.

상기 수산화기로 표면이 치환된 카본 블랙 입자를 적어도 6개 이상의 탄소 사슬을 갖는 카르복실산을 포함하는 [0044]

용액에 혼합할 수 있다. 예컨대, 상기 적어도 6개 이상의 탄소 사슬을 갖는 카르복실산을 갖는 물질은 올레산 (oleic acid)를 포함할 수 있다. 이하에서는 설명의 용이함을 위하여, 상기 적어도 6개의 탄소 사슬을 갖는 카 르복실산을 올레산으로 통칭하기로 한다.

상기 카본 블랙 표면의 수산화기(-OH)와 상기 올레산의 카르복실기(-COOH)가 에스터화 반응(esterification)할 [0045]

수 있다. 이 결과, 상기 카본 블랙 입자의 표면에 올레산이 결합할 수 있다(단계 120.) 상기 올레산이 결합된 카본 블랙은 소수성을 가질 수 있다. 상기 카본 블랙의 표면이 소수성을 띔으로써, 유전유체 내에서 서로 인접 한 카본 블랙들이 응집하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 카본 블랙 입자 표면에 결합한 올레산은 한 쪽 끝이 카르복시기(-COOH)를 포함하고, 다른 쪽 끝은 [0046]

(8)

메틸기(-CH3)를 포함하며, 가운데 부분은 긴 탄소 사슬에 수소들이 결합된 탄화수소들로 구성될 수 있다. 상기 카르복실기는 친수성이며, 가운데 탄화수소들과 메틸기는 소수성이다. 또한, 상기 탄소 사슬이 길어질수록 소수 성이 커진다. 상기와 같이, 카본 블랙 표면에 올레산이 결합함으로써, 상기 카본 블랙은 소수성과 미약한 친수 성을 모두 갖는 양친매성일 수 있다. 상기와 같이 상기 카본 블랙의 표면이 미약하나마 친수성을 가짐으로써 카 본 블랙이 전하 안정성을 가질 수 있다.

(카본 블랙의 표면 개질 방법 _제2 실시예) [0047]

도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 카본 블랙의 표면을 개질하는 방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

[0048]

수산화기로 표면이 치환된 카본 블랙 입자를 마련하다. 응집된 카본 블랙을 단일 입자로 분산시키고(단계 100), [0049]

분산된 카본 블랙의 표면을 수산화하는 공정(단계 110)은 상기에서 설명된 것과 실질적으로 동일하여 생략하기 로 한다.

상기 카본 블랙(CB-OH)의 표면을 수산화기에서 클로로실란(cholorosilane)으로 치환시켜 카본 블랙 중간체를 형 [0050]

성할 수 있다. 일 예로, 상기 표면에 수산화기를 포함하는 카본 블랙을 trichloro(4-(chloromethyl)phenyl) silane을 포함하는 용액과 혼합하여, 상기 카본 블랙 표면의 수산화기가 클로로실란으로 치환시킬 수 있다.

상기 표면이 클로로실란으로 치환된 카본 블랙 중간체를, 전구체 및 리간드 주개 물질을 포함하는 용액과, 원자 [0051]

전이 라디칼(atom transfer radical) 중합 반응시킬 수 있다(단계 130). 예컨대, 상기 전구체는 PEGMA(poly(ethylene glycol) methacrylate)를 포함할 수 있다. 상기 리간드 주개 물질은 바이피리딘 (bypyridine)을 포함할 수 있다.

이 결과, 상기 카본 블랙 중간체의 표면에 폴리머가 그래프팅 결합할 수 있다. 상기 폴리머는 poly-PEGMA을 포 [0052]

함할 수 있다. 이하에서는 설명의 용이함을 위하여, 상기 폴리머는 poly-PEGMA으로 통칭하기로 한다.

상기 표면에 poly-PEGMA가 그래프팅된 카본 블랙은 소수성을 가질 수 있다. 상기 카본 블랙의 표면이 소수성을 [0053]

띔으로써, 유전유체 내에서 서로 인접한 카본 블랙들이 응집하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 카본 블랙 입자 표면에 결합한 poly-PEGMA는, 한 쪽 끝이 수산화기(-OH)를 포함하고, 그 한 쪽 끝에 [0054]

연결된 긴 탄소 사슬을 포함할 수 있다. 상기 수산화기는 친수성이며, 긴 탄소 사슬은 소수성이다. 또한, 상기 탄소 사슬이 길어질수록 소수성이 커진다. 상기와 같이, 카본 블랙 표면에 poly-PEGMA이 결합함으로써, 상기 카 본 블랙은 소수성과 미약한 친수성을 모두 갖는 양친매성일 수 있다. 상기와 같이, 상기 카본 블랙의 표면이 미 약하나마 친수성을 가짐으로써 카본 블랙이 전하 안정성을 가질 수 있다.

(실험예) [0055]

1. 카본 블랙 표면 개질 [0056]

표면이 수산화기로 치환된 카본 블랙 [0057]

응집된 카본 블랙들을 초음파 분산기에 2시간 노출시켜 단일 카본 블랙 입자로 분산시켰다. 상기 분산된 카본 [0058]

블랙 입자를 TBABr(tetrabu-tylammonium bromide) 100mL와 아세트산 480mL 및 KMnO4이 혼합된 용액과 상온에서 24시간 교반시키며 반응시켰다. 물 및 메탄올 혼합물로 상기 카본 블랙 입자들을 세척하고, 원심분리한 후, 재 분산하여 미반응 물질을 제거했다. 건조하여, 표면이 수산화기로 치환된 카본 블랙을 입자 상으로 얻었다.

표면이 올레산으로 치환된 카본 블랙 [0059]

표면이 수산화기로 치환된 카본 블랙 3g을 200mL 헥산(hexane)에 분산시킨 후 10배로 희석된 올레산을 첨가하여 [0060]

65℃온도에서 24시간 동안 교반하였다. 이 후 상온으로 냉각시킨 후, 헥산으로 5회 세척하고 원심분리 하며 재 분산하여 미반응 물질을 제거하였다. 건조하여 표면이 올레산으로 치환된 카본 블랙을 획득하였다.

표면이 polyPEGMA로 치환된 카본 블랙 [0061]

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표면이 수산화기로 치환된 카본 블랙 3g을 톨루엔(toluene) 100 mL에 분산시킨 후 TEA(triethylamine) 0.91mL [0062]

를 첨가하고 상온 질소 분위기에서 30분간 교반시켰다. 교반 후 trichloro(4-(chloromethyl)phenyl) silane 0.39mL를 주사기를 통하여 주입하였다. 클로로실란(chlorosilane) 주입 후 상온에서 24시간 동안 교반하여 표면 을 chlorosilane으로 처리하였다.

클로로포름(chloroform), 아세톤(acetone), 에탄올(ethanol) 순으로 세척과 원심분리를 반복하여 미반응물을 제 [0063]

거한 후 최종적으로 증류수로 세척한 후 원심 분리하여 표면이 클로로실란으로 처리된 카본 블랙 중간체를 제조 하였다.

상기 카본 블랙 중간체 3g을 100mL증류수에 분산시킨 후 PEGMA 2.4mL, CuCl 0.72g, CuCl2 0.195g과 리간드를 형 [0064]

성하기 위한 2,2'-bypridine 0.225g를 첨가하여 질소 분위기에서 1시간 동안 교반시켜 혼합하였다. 혼합 교반 후 반응기의 온도를 30℃로 맞춘 후 24시간 동안 교반하여, 표면을 poly(PEGMA)로 그래프팅된 표면의 카본 블랙 을 획득하였다.

2. 초음파 분산기에 의한 응집된 카본 블랙 분산 [0065]

도 3은 응집된 카본 블랙들이 초음파 분산기에 노출된 시간에 따른 분산되는 정도를 나타내는 그래프이다.

[0066]

도 3을 참조하면, 응집된 카본 블랙들을 초음파 분산기 내에서 노출시키는 시간에 따라 평균 직경이 감소되는 [0067]

것을 알 수 있다. 특히, 약 60분이 지나면서 응집된 카본 블랙들의 평균 직경이 매우 작아진다. 약 120분이 지 난 후부터는 응집된 카본 블랙들의 평균 직격이 수십㎛로 감소한다. 그리고, 120분 이상 초음파 분산기에 노출 시켜도 카본 블랙의 직경은 감소하지 않은 것으로 보아, 120분에서 응집된 카본 블랙들은 서로 분산된 것을 알 수 있다.

3. 올레산으로 표면을 치환한 카본 블랙의 성분 확인 [0068]

도 4는 올레산으로 표면을 치환한 카본 블랙의 성분을 확인하기 위한 적외선 스펙트럼이다.

[0069]

도 4의 A는 응집된 카본 블랙들을 분산 시킨 후, 표면 개질하지 않은 카본 블랙의 적외선 스펙트럼이다. B는 상 [0070]

기 실험예의 제조 방법으로 형성된 표면을 수산화기로 치환한 카본 블랙의 적외선 스펙트럼이다. C는 상기 실험 예의 제조 방법으로 형성된 표면을 올레산으로 치환한 카본 블랙의 적외선 스펙트럼이다.

A는 2,942.1㎝^-1의 피크를 보여, -CH기(aliphatic CH)를 포함하는 것을 알 수 있다.

[0071]

B는 3,600㎝^-1의 피크를 보여, -OH기(hydroxyl group)를 포함하는 것을 알 수 있다. 즉, 상기 실험예를 통해 제 [0072]

조된 카본 블랙은 그 표면에 수산화기를 포함하는 것을 확인한다.

C는 1,710㎝^-1의 피크를 보여, -C=O(carboxylic acid)를 포함하며, 1,310㎝^-1의 피크를 보여, -C=C-(alkene [0073]

grouop)를 포함하는 것을 알 수 있다. 즉, 상기 실험예를 통해 제조된 카본 블랙은 그 표면에 올레산을 포함하 는 것을 확인한다.

4. 분산 안정제에 따른 제타 전위(zeta potential) [0074]

도 5는 표면이 올레산으로 치환한 카본 블랙이 유전유체 분산액 내에서, 분산 안정제의 양에 따른 제타 전위를 [0075]

측정한 그래프이다.

도 5를 참조하면, 상기 실험예를 통해 제조된 표면이 올레산으로 치환된 카본 블랙을 Malvern Zeta-Sizer NS [0076]

9,000을 이용하여 입자 거동에 의한 제타 전위를 측정하였다.

분산 안정제의 중량%에 따라 제타 전위의 부호가 전환된다. 약 10중량% 이상에서 분산 안정제를 [0077]

증가시키더라도, 제타 전위 값은 거의 변화하지 않았다. 따라서, 분산 안정제의 농도가 10중량%의 경우가 임계 치라는 것을 확인할 수 있다.

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5. 표시장치의 광특성 [0078]

도 6은 흰색 입자와 검은색 입자의 배합 비율에 따른 광특성을 나타내는 그래프이다.

[0079]

도 6은 도 1의 표시 장치의 광특성을 측정하였다. 상세하게, 표시 장치는 상부 전극과 하부 전극과 안료를 포함 [0080]

한다. 상부 전극 및 하부 전극 사이의 간격은 120㎛이다. 안료는, 검은색 입자로 실험예를 통해 제조된 표면이 올레산으로 치환된 카본 블랙을 사용하고, 흰색 입자로 시중의 산화 티탄으로 사용하였다.

도 6을 참조하면, 검은색 안료의 용적율을 흰색 대비 0에서 20으로 변화시키면서, 표시 장치의 광특성을 확인한 [0081]

다. A는 표시 장치의 상부 전극에 -15V을 인가하여 흰색으로 변한 표시 장치의 반사도를 측정한 것이다. B는 표 시 장치의 상부 전극에 +15V을 인가하여 흰색으로 변한 표시 장치의 흡수도를 측정한 것이다.

검은색 입자의 용적율이 증가하면서, 흰색의 반사도는 감소하고, 검은색의 흡수도는 증가하다 감소하는 경향을 [0082]

보인다. 검은색 입자의 용적율이 10인 경우, 흰색의 반사도와 검은색의 흡수도가 실질적으로 변화하지 않은 것 을 볼 수 있다.

이를 통해, 표면이 올레산으로 치환된 카본 블랙을 검은색 입자로 사용하면, 카본 블랙들이 서로 응집하는 것을 [0083]

방지하며 더불어 흰색 안료와의 대조비가 우수하여 검은색 안료로 사용할 수 있다는 것을 알 수 있다.

도 7은 흰색 입자와 검은색 입자의 배합 비율에 따른 대조비를 나타내는 그래프이다.

[0084]

도 7은 도 5에서 사용된 표시 장치를 적용하여, 흰색과 검은색의 대조비를 측정하였다. 도 6을 참조하면, 검은 [0085]

색 안료(표면이 올레산으로 치환된 카본 블랙)가 2.5의 용적율을 갖는 경우, 흰색과 검은색의 대조비는 약 15:1 이다. 검은색 안료가 6 이상의 용적율을 갖는 경우, 흰색과 검은색의 대조비는 약 28:1이다.

이를 통해, 표면이 올레산으로 치환된 카본 블랙을 검은색 입자로 사용하면, 카본 블랙들이 서로 응집하는 것을 [0086]

방지하며 더불어 흰색 안료와의 대조비가 우수하여 검은색 안료로 사용할 수 있다는 것을 알 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식 [0087]

을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한 정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

도면 도면1

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도면2a

(12)

도면2b

도면3

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도면4

도면5

도면6

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도면7