Electrophoretic display uses a technique called electrophoresis to represent images and letters electronically with electronic ink. Although it has good characteristics such as wide viewing angle, high contrast ratio and extremely low power consumption, there are still several issues to be resolved to improve its performances. Higher mobility and stability of the ink particles are the most important issues among them. In this study, $TiO_2$ particles coated with acrylamide were found to be effective ink particles that satisfy higher mobility and stability.
The $TiO_2$ particles coated with 5~40% acrylamide were prepared by dispersion polymerization using monomers of methyl methacrylate (MMA) and acrylamide. The $TiO_2$ particles coated with acrylamide were dispersed in isopar-G with sorbitan esters such as span 20, span 80 and span 85. The size of the $TiO_2$ particles were changed from 200±150 nm to 350~500 nm by the coating process. The morphology of coated particles was observed using a transmission electron microscope (TEM) and thermogravimetric analysis (TGA). From the TGA results, the weight fraction of $TiO_2$ and polymer in coated particle were calculated.
From the zeta potential measurement, it was shown that as acrylamide concentration was increased from 5% to 30%, zeta potential of the coated $TiO_2$ particles was increased from 50mV to about 230mV. The zeta potential of the coated $TiO_2$ particles with 40% acrylamide was decreased to 50mV. As a stabilizer, span 85 was the most effective surfactant to improve stability of the $TiO_2$ particles coated with acrylamide among used surfactants in this study. Span 85 showed best stability in the storage test with $TiO_2$ particles coated with 10% acrylamide.
The mobility of $TiO_2$ particles coated with acrylamide with span 85 in dye solution (Oil Blue-N dissolved in isopar-G) were measured by ITO cell test. The mobility of $TiO_2$ particles coated with 10~30% acrylamide was over $600㎛^2/Vs$ while the mobility of $TiO_2$ particles coated with 40% acrylamide was about $400㎛^2/Vs$. Span 85 was effective to improve the mobility of $TiO_2$ particles coated with acrylamide. As the concentration of span 85 was increased from 0 to 1.75 vol %, mobility of the $TiO_2$ particles coated with 20% acrylamide was increased from $250㎛^2/Vs$ to about $720㎛^2/Vs$.
전기영동 디스플레이(electrophoretic display)는 마이크로 사이즈의 잉크캡슐을이용해 전기적으로 이미지를 나타내는 디스플레이 방식이다. 넓은 시야각, 높은 대조비, 매우 적은 전력 소모 등의 장점에도 불구하고 보다 활발한 상업화를 위해서는 여전히 개선해야할 부분이 많은 것이 현실이다. 특히 높은 이동도(mobility)와 안정성(stability)은 전기영동 디스플레이형 제품의 성능 개선을 위한 가장 중요한 특성으로 손꼽힌다. 본 논문에서는 이러한 측면을 개선하기 위하여 methyl methacylate와 acrylamide를 분산 중합법을 통해 $TiO_2$ 입자에 코팅하여 양전 $TiO_2$ 입자를 제조하였다. 이 과정을 통해 만들어진 5~40%의 acrylamide 농도를 갖는 $TiO_2$ 입자들은 non polar solvent인 세 종류의 sorbitan esters를 안정제로 사용하여 isopar-G에 분산되었다.
DLS 측정결과, $TiO_2$ 의 크기는 코팅 전 200±150 nm에서 코팅 후 약 350~500 nm로 확인되었으며, TEM 이미지를 통해 기존 $TiO_2$ 표면 위에 새로운 폴리머 층이 형성되었음을 확인하였다. 형성된 폴리머의 양은 TGA를 통해 확인되었다. 실제 코팅된 $TiO_2$ 입자 중 $TiO_2$ 의 비율은 중합반응 전에 예상한 값에 비해 약 2배 가량 높았다. 중합과정에 넣어준 acrylamide의 양이 증가함에 따라 $TiO_2$ 표면에 형성된 폴리머 양의 증가율은 감소하였는데 이는 반응효율에 직접적인 영향을 미치는 개시제의 양이 모든 acrylamide 농도의 중합과정에서 고정되어 있었고 친수성인 acrylamide가 비극성 용매 중에 잘 분산되지 않았기 때문인 것으로 생각된다. Acrylamide의 농도변화에 따른 제타 포텐셜은 코팅된 $TiO_2$ 입자 중 acrylamide의 농도가 5%에서 30%로 증가함에 따라 50mV에서 230mV까지 증가하였다. 그러나 코팅된 $TiO_2$ 입자 중 acrylamide의 농도가 40%로 증가되었을 때 제타 포텐셜은 약 90mV로 감소하였다. 코팅된 $TiO_2$ 입자를 분산하는 데에 사용되었던 계면활성제 중에서는 Span 85를 사용하였을 경우 가장 높은 제타 포텐셜을 얻을 수 있었다. 이처럼 span 85가 입자의 안정성에 미치는 영향은 storage test를 통해서도 유사하게 나타났다. 투명 전극인 ITO glass로 셀을 제작하여 acrylamide로 코팅된 $TiO_2$ 입자의 반응시간(response time) 및 이동도를 측정하였다. 그 결과, 10~30%의 acrylamide로 코팅된 $TiO_2$ 입자들은 $600㎛^2/Vs$ 이상의 이동도를 나타냈으며 (이동도: 10%<30%<20% 순) 40%의 acrylamide로 코팅된 $TiO_2$ 입자의 경우 이보다 적은 약 $400㎛^2/Vs$ 의 이동도를 나타냈다. Span 85의 농도 역시 acrylamide로 코팅된 $TiO_2$ 입자의 이동도에 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 그 중에서 10%~30%의 acrylamide로 코팅된 $TiO_2$ 입자의 경우 용액 중 span 85의 농도가 0%에서 1.75 vol %까지 증가함에 따라 이동도가 두 배 이상 증가하였다. 본 연구에서 가장 높은 이동도는 20%의 acrylamide로 코팅된 $TiO_2$ 입자가 1.75 vol %의 span 85로 분산된 isopar-G 용액으로부터 측정된 $720㎛^2/Vs$ 이다. 참고로, 최근의 다른 연구 결과들로부터 조사된 전기영동 디스플레이용 입자의 이동도는 $200~600㎛^2/Vs$ 였다.
