KR20130131394A - 전기습윤, 전기유체 및 전기영동 기술을 위한 유색 유기금속 유체 - Google Patents

전기습윤, 전기유체 및 전기영동 기술을 위한 유색 유기금속 유체 Download PDF

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KR20130131394A
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스타니슬라브 지. 빌너
리사 클래프
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썬 케미칼 코포레이션
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Abstract

전기습윤, 전기유체, 및 전기영동 장치를 위한 유색 유기금속 유체가 개시되어 있다. 유색 유체는 규소 및/또는 게르마늄을 포함하는 극성 또는 비극성 용매, 및 개질된 올리고머 또는 중합체 염료를 포함할 수 있다. 염료는 분자량이 10 내지 800인 저분자량 기 또는 올리고머 또는 중합체 사슬에 부착된 발색단을 포함하며, 이는 규소 및/또는 게르마늄을 포함한다. 염료는 분자량이 100 내지 100,000이고, 용매 중 용해도가 25℃에서 적어도 5%이며, 동점성 계수가 25℃에서 0.5cP 내지 2,000cP이다. 용매가 극성이면, 유체는 전도도가 약 0.01pS/㎝ 내지 3000pS/㎝이고, 표면 장력이 25℃에서 15dyne/㎝ 내지 90dyne/㎝이며, 2.0A보다 작은 반경을 가지는 단원자 이온 및 1.45A보다 작은 반경을 가지는 다원자 이온의 총 함량이 500ppm 미만이다.

Description

전기습윤, 전기유체 및 전기영동 기술을 위한 유색 유기금속 유체{COLORED METALORGANIC FLUIDS FOR ELECTROWETTING, ELECTROFLUIDIC, AND ELECTROPHORETIC TECHNOLOGIES}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 미국 가출원 제61/423,737호(출원일: 2010년 12월 16일)의 이익을 주장하며, 이의 개시 내용은 본 명세서에 전문이 참조로 포함된다.
발명의 기술분야
본 발명은 대체로 전기습윤의 분야, 보다 구체적으로는 전기습윤, 전기유체, 또는 전기영동 장치를 위한 유색 유체, 및 이를 사용하는 전기습윤, 전기유체 및 전기영동 장치에 관한 것이다.
2가지의 혼합되지 않는 유체 사이의 계면 장력은 전위에 의해 조절될 수 있다. 이러한 기본 원리는, 영상화 재료의 광학 상태가 영상화 재료가 전기장 또는 전하 수송, 예를 들어, 전기습윤, 전기영동 또는 전기 변색 장치를 거치게 함으로써 변조 또는 변화되는 장치를 포함하는 전기 광학 변조 디스플레이의 다양하고 지속적으로 커지는 그룹에 사용된다.
전기습윤은, 부분적으로 고휘도 및 명암비의 바람직한 조합, 광시야각, 및 빠른 스위칭 속도로 인하여 다양한 광학적 응용에 대한 매력적인 변조 방식이 되어 왔다. 추가적으로, 전기습윤 디스플레이는 순광 또는 역광을 필요로 하지 않으므로, 전기습윤 디스플레이의 소비 전력은 상대적으로 낮다. 예를 들어, 전기습윤은 광섬유용 광 스위치, 카메라 및 유도 시스템용 광 셔터 또는 필터, 광 픽업 장치, 광 도파로 재료 및 비디오 디스플레이 픽셀을 제공하는데 사용되어 왔다. 용어 "전기습윤"은 소수성 표면을 가지는 액체의 접촉각에 대한 전기장의 효과를 설명한다. 전기장과 함께, 액체는 처음에 장치의 스펙트럼 특성에서 변화를 가져오는 액체를 밀어내는 표면을 분산시키거나 적신다. 전기장이 제거될 때, 접촉각은 증가하고 액체는 스펙트럼 특성이 초기 상태로 되돌아가는 영역으로 수축한다.
초기 전기습윤 시스템은 물 및 물과 기타 다른 극성 용매의 혼합물을 이용하였다. 그러나, 물의 물리적 특성, 예를 들어, 더 높은 온도 및 어는점에서의 확장은 이와 같은 장치에 대한 적용을 제한한다. 물, 기타 다른 용매, 예를 들어, 글라이콜, 프로필렌 카보네이트, 다이에틸카보네이트, 다이아세톤 알코올, 사이클로헥산온, 뷰틸아세테이트, 프로필아세테이트, 감마-뷰티로락톤, 에틸헥산올, 및 이온성 유체의 사용과 연관된 문제점을 극복하기 위해, 물을 대체하는 것이 제안되어 왔다. 이용될 수 있는 비극성 용매로는 선형 또는 분지형 알칸, 예를 들어, 데칸, 도데칸 및 테트라데칸, 아릴알칸, 지방산 및 알코올, 방향족 또는 지환족 탄화수소, 헤테로사이클릭 화합물, 할로겐화 탄화수소, 및 실리콘 오일, 사이클릭 실록산, 또는 이의 조합을 포함하여 규소 또는 게르마늄에 기반한 유기금속 화합물을 포함한다. 예를 들어, 실리콘 및 유기실리콘 유체는 최근에 낮은 점성 및 표면 장력, 광범위한 작동 온도, 양호한 안정성, 낮은 독성 및 가연성과 같은 특성들의 유용한 조합으로 인하여 다수의 전기습윤 장치에 대하여 선택되는 용매가 되었다. 그럼에도 불구하고, 착색제와 혼합 가능성이 매우 낮으므로 실리콘 유체의 사용은 크게 제한된다. 특히 상업적으로 이용가능한 염료는, 있다면 이러한 유체에서의 매우 낮은 용해도를 입증한다. 실리콘 유체에 기반한 안료 분산의 안정화는 심각한 난제를 제시한다.
유색 영상화 유체는 전기유체 및 전기습윤 장치의 필수적인 부분이며, 여기에서 시각 정보의 재생 및 효과가 적용을 위해 필요하다. 종래의 전기습윤 장치는 전형적으로, 예를 들어, 절연 불소 중합체 상에 막을 형성하는 유색 오일을 포함한다. 이러한 유색 유막은 장치에 가시 색상을 부여한다. 전압이 유막 위에 위치한 수층과 절연 불소 중합체 아래 전극에 인가될 때, 물이 표면을 전기습윤시킴으로써 유막이 파괴된다. 파괴된 유막은 더 이상 장치에 색상을 제공하지 않는다. 일단 전압이 제거되면, 오일은 우선적으로 절연 불소 중합체를 적시고, 유막이 다시 형성되며, 색상이 다시 분명해진다. 무색 오일과 함께 유색 극성 유체를 이용하는 장치가 최근에 등장하였다.
일반적으로, 유색 유체에 대한 착색제는 염료 또는 안료일 수 있다. 역사적으로, 염료는 다양한 디지털 응용, 예를 들어, 잉크젯 잉크, 컬러 필터 및 전기습윤 장치에 대하여 선택된 착색제이었다. 이러한 사실은, 많은 선명하고 강렬한 색상, 용액의 낮은 점성, 유색 유체의 우수한 투명성 및 안정성을 나타내는 매우 다양한 제품을 고려하면, 이해하기 어렵지 않다. 염료는 일반적으로 적용 매질에서 가용성이다. 즉, 분자 수준 또는 상대적으로 작은 클러스터(동류(associate)), 예를 들어, 이량체, 삼량체, 사량체 등에 대한 용매 중에 분산된다. 올리고머 및 중합체 염료의 적용은 또한 다양한 물질, 예를 들어, 잉크젯 잉크를 포함한 잉크, 코팅제, 플라스틱, 포토레지스트, 토너, 식품, 화장품 및 퍼스널 케어, 섬유, 의약품, 의료 장비, 예를 들어, 특히 콘택트 렌즈, 왁스 및 연료의 착색으로 잘 알려져 있다. 그러나 염료는 불량한 내광성 및 내후성을 포함한 특정 단점이 있다. 상업적으로 입수가능한 종래의 염료 및 중합체 염료는 일반적으로 유기 규소 물질에 용해도가 매우 낮거나, 완전히 불용성이다. 종래 염료의 기타 다른 단점은 특히 정제된 형태에 대한 고비용, 비극성 용매에서 불충분한 용해도, 번짐에 대한 낮은 저항성, 및/또는 불투명성의 부족을 포함한다. 염료가 착색제로서 이용된 적용에 있어서, 용매 및 번짐에 대한 바람직한 내광성 및 저항성으로 인하여 유기 안료는 최근에 증가된 유용성이 발견되어 왔다. 반면에 안료는 덜 투명하고 안료 분산의 안정화는 항상 심각한 문제이다.
용매 및 착색제의 사용과 연관된 문제점은 다루어지고 있는 반면, 다양한 전기습윤, 전기유체, 및 전기영동 장치에 대한 개선된 유색 유체에 대하여 명확한 필요성이 여전히 남아 있다.
따라서 유기금속 용매를 포함하는 유체의 착색을 위한 착색제의 사용과 연관된 용해성 문제 및 기타 다른 문제점을 극복하는 개선된 유색 유체, 특히 개선된 유색 유기금속 유체를 제공하는 것이 유리할 것이다. 바람직한 색상 및 안정성 특성을 나타내고, 장치 구성 요소에 대하여 부정적인 영향이 최소한이거나 또는 전혀 없으며, 장치 성능을 향상시키고, 바람직한 기간에 걸쳐서 원하는 기능을 유지시킬 수 있는 이와 같이 개선된 유색 유기금속 유체는 전기습윤, 전기유체 또는 전기영동 장치와 함께 사용하는데 적당하다.
본 발명의 실시형태는 전기습윤, 전기유체, 또는 전기영동 장치를 위한 유색 유기금속 유체를 제공한다. 하나의 예에서, 선택적으로 하나 이상의 안료와 조합하여 개질된 올리고머 및/또는 중합체 안료는 전기습윤, 전기유체, 또는 전기영동 기술을 위한 유기금속 유체, 예를 들어, 규소 또는 게르마늄 유체의 착색을 위해 제공된다.
하나의 실시형태에서, 유색 유기금속 유체는 규소 및/또는 게르마늄을 포함하는 적어도 하나의 극성 또는 비극성 용매, 및 용매 중 적어도 하나의 개질된 올리고머 또는 중합체 염료를 포함한다. 염료는 분자량이 10 내지 800인 저분자량 기 또는 올리고머 또는 폴리머 사슬에 부착된 적어도 하나의 발색단을 포함하며, 이는 규소 및/또는 게르마늄을 포함한다. 염료는 총 분자량이 100 내지 100,000이고, 용매 중 용해도가 25℃에서 적어도 5중량%이며, 동점성 계수(dynamic viscosity)가 25℃에서 0.1cP 내지 2,000cP이다. 용매가 극성 용매이면, 유색 유기금속 유체는 전도도가 약 0.01μS/㎝ 내지 3000μS/㎝이고, 표면 장력이 25℃에서 15dyne/㎝ 내지 90dyne/㎝이며, 2.0Å보다 작은 반경을 가지는 단원자 이온 및 1.45Å보다 작은 반경을 가지는 다원자 이온의 총 함량이 500ppm 미만이다. 그리고, 용매가 비극성 용매이면, 유색 유기금속 유체는 전도도가 5×10-3μS/㎝ 미만이고, 표면 장력이 25℃에서 10dyne/㎝ 내지 40dyne/㎝이다. 유색 유기금속 유체는 선택적으로 안료를 포함한다. 유색 유기금속 유체는 유색 유기금속의 극성 및/또는 유색 유기금속의 비극성 유체를 규정한다. 하나의 예에서, 극성 용매는 규소 및/또는 게르마늄을 포함하는 친수성 화합물이다. 다른 예에서, 비극성 용매는 규소 및/또는 게르마늄을 포함하는 소수성 화합물이다.
다른 실시형태에서, 전기습윤 또는 전기유체 장치는 유색 유기금속의 극성 및/또는 유색 유기금속의 비극성 유체를 포함한다. 다른 실시형태에서, 전기영동 장치는 유색 유기금속의 비극성 유체를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 디스플레이용 픽셀은 유색 유기금속의 극성 및/또는 유색 유기금속의 비극성 유체를 포함한다.
또 다른 실시형태에서, 디스플레이용 픽셀의 디스플레이 상태를 변화시키는 방법이 제공된다. 방법은 복수의 전극을 통하여, 유색 유기금속의 극성 및/또는 유색 유기금속의 비극성 유체를 포함하는 픽셀의 저장소에 전위차를 인가하여 유색 유기금속의 유체의 형상을 이동 또는 변화시킴으로써 픽셀의 디스플레이 상태에서 변화를 일으키는 단계를 포함한다.
디스플레이 기술에서 이와 같은 유색 유기금속 유체의 사용은 내구성에서의 개선을 제공하고, 염료 및 안료의 선택을 통하여 더 높은 명암비를 달성하는 더 높은 수준의 채도 및 능력을 제공한다. 유색 유기금속 유체는 또한 빠른 스위칭 속도, 낮은 소비 전력 및 더 높은 장치 내구성을 제공할 수 있다.
본 명세서의 부분으로 포함되고 이를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 실시형태를 예시하며, 상기 주어진 본 발명의 일반적인 설명, 및 하기 주어진 실시형태의 자세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는데 도움이 된다.
도 1a는 본 발명의 실시형태에 따라서 디스플레이 픽셀로서 작동하는 전기습윤 장치의 개략적인 단면도;
도 1b는 픽셀의 디스플레이 상태가 변화된 도 1a의 전기습윤 장치의 개략적인 단면도;
도 2a는 본 발명의 실시형태에 따라서 디스플레이 픽셀로서 작동하는 전기습윤 장치의 개략적인 단면도;
도 2b는 픽셀의 디스플레이 상태가 변화된 도 1a의 전기습윤 장치의 개략적인 단면도;
도 3a는 본 발명의 실시형태에 따라서 디스플레이 픽셀로서 작동하는 전기습윤 장치의 개략적인 단면도;
도 3b는 픽셀의 디스플레이 상태가 변화된 도 3a의 전기습윤 장치의 개략적인 단면도;
도 3c는 픽셀의 디스플레이 상태가 변화된 도 3c의 전기습윤 장치의 개략적인 단면도;
도 4a는 본 발명의 실시형태에 따라서 디스플레이 픽셀로서 작동하는 전기영동 장치의 개략적인 단면도;
도 4b는 픽셀의 디스플레이 상태가 변화된 도 4a의 전기영동 장치의 개략적인 단면도.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정 실시형태를 기술하기 위함이며, 본 발명을 제한하고자 함이 아니다. 본 명세서에서 사용된 단수형("a", "an" 및 "the")은, 내용이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수형도 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 사용될 때 용어 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 특징, 정수, 단계, 작용, 요소, 및/또는 성분의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 기타 다른 특성, 정수, 단계, 작용, 요소, 성분 및/또는 이의 그룹의 존재 또는 첨가를 배제하지 않음이 추가로 이해될 것이다. 또한, 용어 "포함하다(includes)", "가지는(having)", "가지다(has)", "~를 가진(with)", "구성된(composed)", "포함된(comprised)" 또는 이의 변이체가 상세한 설명 또는 청구범위에서 사용되는 정도에 대하여, 이와 같은 용어들은 용어 "포함하는(comprising)"과 유사한 방식으로 포괄적인 것으로 의도된다.
본 발명은 전기습윤, 전기유체, 또는 전기영동 장치를 위한 유색 유기금속 유체에 관한 것이다. 전기습윤 및 전기유체 장치는 전형적으로 소수성 유전체 및 전극으로 구성되고 기타 다른 친수성 표면을 포함할 수 있다. 일반적으로, 기판 및 관련된 특성은, 극성 유체 및 비극성 유체(적어도 하나는 유색이고 규소 및/또는 게르마늄을 가지는 유기금속 용매를 포함함)에 노출되며, 이들 유체는 서로 혼합가능하지 않거나 유화가능하지 않다. 전기영동 장치는 전형적으로 단지 유색 비극성 유체만을 포함하고, 상기 유색 비극성 유체는 하전된 입자를 포함한다. 본 발명의 장체에 사용되는 극성 및/또는 비극성 유기금속 유체는 개질된 올리고머 및/또는 중합체 염료를 포함할 수 있고, 명시된 전기 전도도뿐만 아니라 바람직한 점성, 어는점, 및 끓는점 특징의 속성을 가질 수 있으며, 또한 장치의 유전체 기판 및 기타 다른 성분에 부정적인 영향을 나타낼 수 있는 성능에 손상을 미치는 이온을 감소 또는 제거할 수 있다. 개질된 올리고머 및/또는 중합체 염료는 하나의 상에서 다른 상으로 확산하지 않아야 하거나 장치의 표면을 더럽히지 않아야 한다.
본 발명의 실시형태에 따라서, 전기습윤 또는 전기유체 장치와 함께 사용하기 위한 유색 유기금속 유체는 일반적으로 규소 및/또는 게르마늄을 포함하는 적어도 하나의 극성 용매를 포함하며, 상기 극성 용매는 유기금속 용매, 용매 중 적어도 하나의 개질된 올리고머 및/또는 중합체 염료, 및 선택적으로 유기 또는 무기 안료 또는 이온성, 비이온성, 또는 중합체 기를 안료 표면에 공유 부착시킴으로써 화학적 개질의 방법에 의해 제조된 표면 개질된 안료, 뿐만 아니라 선택적으로 계면활성제, 상승제, 전기 전도도 조절을 위한 첨가제, 분산제, 살생물제, 소포제 및 기타 다른 당업자에게 알려진 기능적 첨가제를 규정한다. 개질된 올리고머 또는 중합체 염료는 분자량이 10 내지 800인 저분자량 기 또는 올리고머 또는 중합체 사슬에 부착된 적어도 하나의 발색단을 가지고, 이는 규소 및/또는 게르마늄을 포함한다. 유색 유기금속 유체는 유색 유기금속 극성 유체를 규정한다.
다른 실시형태에서, 전기습윤, 전기유체, 또는 전기영동 장치와 함께 사용하기 위한 유색 유기금속 유체는 일반적으로 규소 및/또는 게르마늄을 포함하는 적어도 하나의 비극성 용매를 포함할 수 있으며, 이는 유기금속 용매, 용매 중 적어도 하나의 개질된 올리고머 및/또는 중합체 염료, 및 선택적으로 비이온성 저분자량, 올리고머 또는 중합체 기를 안료 표면에 공유 부착시킴으로써 화학적 개질의 방법에 의해 제조된 표면 개질된 안료, 뿐만 아니라 선택적으로 계면활성제, 상승제, 분산제, 당업계에 알려진 기타 다른 첨가제, 또는 이들의 조합을 규정한다. 개질된 올리고머 또는 중합체 염료는 분자량이 10 내지 800인 저분자량 기 또는 올리고머 또는 중합체 사슬에 부착된 적어도 하나의 발색단을 가지고, 이는 규소 및/또는 게르마늄을 포함한다. 유색 유기금속 유체는 유색 유기금속 비극성 유체를 규정한다.
본 발명의 극성 용매는 개별적인 용매, 예컨대 유기금속 용매, 또는 둘 이상의 용매의 임의의 조합일 수 있다. 극성 용매의 비제한적인 예로는 규소 또는 게르마늄계 화합물(예컨대 실리콘, 예를 들어, 친수성 실리콘), 물, 글라이콜, 폴리글라이콜, 알코올, 폴리올, 에테르, 에스터, 케톤, 케탈, 락톤, 락탐, 피롤리돈 및 폴리비닐피롤리돈, 피롤리딘, 카보네이트, 설폰, 설폭사이드, 아민, 아마이드, 이민, 나이트릴, 카복실산, 아세탈, 카바메이트, 유레아, 알데하이드, 할로겐화, 티오, 또는 나이트로 화합물, 이온성 유체, 또는 이의 임의의 혼합물을 포함한다. 하나의 예에서, 극성 용매는 친수성일 수 있고, 규소 및/또는 게르마늄을 포함할 수 있다.
극성 용매는 유전상수가 25℃에서 10 초과일 수 있다. 다른 예에서, 유전상수는 25℃에서 30 초과이다.
극성 용매의 동점성 계수는 25℃에서 2000cP 미만일 수 있다. 다른 예에서, 동점성 계수는 25℃에서 0.1cP 내지 2000cP이다. 또 다른 예에서, 동점성 계수는 25℃에서 0.1cP 내지 500cP이다.
극성 용매는 또한 20 내지 80%의 범위로 30V의 직류 또는 교류에 대하여 전기습윤 상대 리스폰스(electrowetting relative response; EWRR)를 나타낼 수 있다. EWRR은 본 명세서에서 다음의 식으로 정의된다:
Figure pct00001
여기에서
Figure pct00002
는 0V의 전압에서 초기 접촉각이고;
Figure pct00003
는 30V의 전압에서 최종 접촉각이다. 접촉각의 측정을 위한 적당한 절차는 문헌 [Balaji Raj et al., "Ion and Liquid Dependent Dielectric Failure in Electrowetting Systems", Langmuir |3b2| ver.9 | 13/8/09]에 기술되어 있으며, 이의 내용은 본 명세서에 전문이 참조로 포함되고, 시험 절차 하에서 하기에 상세히 추가적으로 논의된다.
본 발명의 비극성 용매는 유기금속 용매를 포함한 임의의 용매, 또는 둘 이상의 용매의 조합일 수 있다. 비극성 용매의 비제한적 예로는 규소 및/또는 게르마늄을 포함한 비치환, 치환, 선형, 분지형 또는 환형 화합물; 지방족 또는 방향족 탄화수소, 부분적으로 수소화된 방향족 탄화수소, 지환족 또는 방향족 헤테로사이클릭 화합물 또는 할로겐, 나이트로, 나이트로조, 또는 사이아노 기를 포함하는 이의 유도체; 지방 알코올 및 카복실산, 및 이의 에테르, 에스터, 및 아마이드를 포함한다. 하나의 예에서, 비극성 용매로는 규소 및/또는 게르마늄을 포함한다. 장치 내 비극성 유체는 극성 유체와 혼합가능하지 않을 수 있고, 이러한 액체에 용해된 성분은 극성 액체로 이동하지 않을 수 있다.
비극성 용매는 유전상수가 25℃에서 10 미만일 수 있다. 다른 예에서, 유전상수는 25℃에서 5 미만이다.
비극성 용매의 동점성 계수는 25℃에서 2000cP 미만일 수 있다. 다른 예에서, 동점성 계수는 25℃에서 0.1cP 내지 2000cP이다. 또 다른 예에서, 동점성 계수는 25℃에서 0.1cP 내지 500cP이다.
본 명세서에서의 목적을 위하여, 개질된 염료는 분자량이 10 내지 800인 하나 이상의 추가적인 저분자량의 작용기를 포함하고, 공유 또는 이온 결합에 의해 단일 발색단에 직접 또는 연결기를 통하여 결합되어 총 분자량이 100 내지 4,000의 범위인 종래의 또는 특별히 합성된 염료로 정의된다. 개질된 염료는 또한 공유, 이온 또는 수소 결합을 통하여 서로 결합된 둘 이상의 염료의 복합체일 수 있다. 이들 염료는 추가적인 치환기를 가질 수 있거나 가지지 않을 수 있고; 이들 염료는 반대 전하를 가져서 서로 직접 결합되거나 동일한 전하를 가져서 반대 전하를 가지는 제3의 무색 성분을 통하여 결합될 수 있다. 올리고머 염료는 하나 이상의 올리고머 사슬에 공유 또는 이온 결합에 의하여 직접 또는 연결기를 통하여 부착되는 적어도 하나의 발색단을 포함하며 총 분자량이 500 내지 5,000의 범위인 화합물로 정의된다. 중합체 염료는 적어도 하나의 올리고머 및/또는 중합체 사슬에 공유 또는 이온 결합에 의하여 직접 또는 연결기를 통하여 부착되는 적어도 하나의 발색단을 포함하며 총 분자량이 5,000 초과 내지 100,000의 범위인 화합물로 정의된다.
본 발명의 염료는 유기실리콘 화합물에 우수한 용해도를 가진다. 상기 염료는 또한 장치 성능을 향상시키고, 바람직한 기간에 걸쳐서 원하는 기능을 유지시킬 수 있는 전기습윤, 전기유체 또는 전기영동 색소포 장치를 위한 개선된 유색 규소 유체를 제공하는 유기금속 및 기타 다른 유체에 기반한 안료 분산에 대한 분산제로서 유용할 수 있다.
하나의 실시형태에서, 본 발명의 개질된 올리고머 또는 중합체 염료는 다음의 일반식 중 하나 이상으로 정의될 수 있다:
(1) Q-[X-(Y)l]m
(2) (Q-X)p-Z-(X-Y)q
(3) (Q-X)p(Y-X)q-Z-LY1Y2-Z-(X-Y)q(X-Q)p
(4) Q-X-YY1Y2-X-Q
(5) Z(X-Y-X-Q)P
(6) (Y)l-X-Q-X-[Q-X]k-Q-X-(Y)l
(7) [(Y)l-X]m-Q-X-Y-X-Q-[X-(Y)l]m
(8) Q-X-Y-[X-Q-X-Y]k-X-Q-X-Y
(9) Y2Y1Y(-X-Q)[Y1Y2Y(-X-Q)]kY2Y1Y(-X-Q)YY1Y2
(10) Y2(B)Y1(A)Y(-X-Q)[Y2(B)Y1(A)Y(-X-Q)]kY2(B)Y1(A)Y(-X-Q)YY1(A)Y2(B)
(11) Q-[X1 - Y1 +]m
(12) Q-[X2 + Y2 -]m
(13) [Y1 + X1 -]m -Q-X-Y-X-Q-[X1 - Y1 +]m
(14) [Y2 - X2 +]m -Q-X-Y-X-Q-[X2 + Y2 -]m
(15) [Y1 + X1 -]m -Q-Z-(Q-Z)k -Q-Z-[X1 - Y1 +]m
(16) [Y2 - X2 +]m -Q-Z-(Q-Z)k -Q-Z-[X2 + Y2 -]m
(17) Z{X-Y-X-Q-[X1 - Y1 +]m}p
(18) Z{X-Y-X-Q-[X2 + Y2 -]m}p
(19) Y2Y1Y(-X1 - +X2Q)[Y1Y2Y(-X1 - +X2Q)]kY2Y1Y(-X1 - +X2Q)YY1Y2
(20) Y2Y1Y(-X2 + -X1Q)[Y1Y2Y(-X2 + -X1Q)]kY2Y1Y(-X2 + -X1Q)YY1Y2
Q는 아조 또는 아조 축합 화합물, 금속 복합체, 벤즈이미다졸론, 아조메틴, 메틴 예를 들어, 사이아닌, 아자카보사이아닌, 엔아민, 헤미사이아닌, 스트렙토사이아닌, 스타이릴, 제로메틴, 모노-, 다이-, 트라이-, 및 테트라아자메틴; 카로티노이드, 아릴메탄 예를 들어, 다이아릴메탄 및 트라이아릴메탄; 잔텐, 티오잔텐, 플라바노이드, 스틸벤, 쿠마린, 아크리딘, 플루오렌, 플루오론, 벤조다이퓨라논, 포마잔, 피라졸, 티아졸, 아진, 다이아진, 옥사진, 다이옥사진, 트라이페노다이옥사진, 페나진, 티아진, 옥사존, 인다민, 나이트로소, 나이트로, 퀴논 예를 들어, 하이드로퀴논, 나프타퀴논 및 안트라퀴논; 로다민, 프탈로사이아닌, 뉴트로사이아닌, 다이아자헤미사이아닌, 포피린, 페리논, 페릴렌, 피로닌, 다이케토피롤로피롤, 인디고, 인디고이드, 티오인디고, 인도페놀, 나프탈이미드, 아이소인돌린, 아이소인돌리논, 이미노아이소인돌린, 이미노아이소인돌리논, 퀴나크리돈, 플라반트론, 인단트론, 안트라피리미딘, 퀴노프탈론, 아이소비올안트론, 피란트론 및 이의 임의의 조합으로부터 선택될 수 있는 발색단을 나타낸다. Q는 또한 임의의 산성, 직접, 반응, 매염, 용매, 천연, 분산, 염기성(양이온성), 황화, 형광, 형광 발광제, 또는 배트 염료, 또는 안료의 잔기를 나타낼 수 있다.
X는 R, RC(O)O, ROC(O), RC(O)NR1, RNR1C(O), SO2NR1, SO2, RO, RS, RNR1, =N-, RNHC(O)NR1, RNHC(O)O, ROC(O)NH, OC(O)OCH2NR1, RC(O)OCH2CH(OH)CH2, RSO3 -, ROSO3 -, RCOO-, ROPO3 2 -, RPO3 2 -, RR1R2R3N+, RR1R2R3P+를 나타내며, 여기에서 R, R1, R2, 및 R3은 독립적으로 수소, 알킬, 아릴, 알킬아릴, 지환족 또는 헤테로사이클이다.
Y는 규소 및/또는 게르마늄을 포함하는 분자량이 10 내지 800인 저분자량 기, 또는 선형, 분지형, 수지상, 또는 환형 올리고머 또는 중합체 사슬을 나타낸다. 하나의 예에서, Y는 실세스퀴옥산 올리고머 또는 중합체 사슬; -R1R2R3SiO-(-SiR2R3O)r-SiR2R3R4; -R1R2R3SiO-(-SiR2R3O)r-SiR3R2R1-; R2R3R4SiO-(-SiR2R3O)r-[Si(R3-)R2O-]n-SiR2R3R4; -R1-Si[-O(-SiR2R3O)r-SiR2R3R4]3을 포함할 수 있으며, 여기에서 R1은 H, 알킬, 할로겐화 알킬, 아릴 또는 알크아릴(alkaryl)이고; R2, R3 및 R4는 독립적으로 알킬, 할로겐화 알킬, 아릴, 알크아릴, 지환족, 헤테로사이클, 폴리(알킬렌 옥사이드), 알킬아민, 폴리알킬아민, 또는 이들의 임의의 조합이며; r = 1 내지 2000, n = 1 내지 2000이고; n+r < 2000이다.
Y1 및 Y2는 독립적으로 선택적이고, 독립적으로 단일 결합, -R1R2R3SiO-(-SiR2R3O)r, -SiR3R2R1-, 비닐, 비닐리덴, 또는 다이엔 단량체 또는 올리고머, 폴리안하이드라이드, 폴리알킬렌글라이콜, 폴리에스터, 에폭시, 폴리우레탄, 폴리아마이드, 폴리이미드, 페놀, 멜라민, 및 유레아 폼알데하이드, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리설폰, 폴리알데하이드 또는 폴리케톤을 포함할 수 있으며, 여기에서 R1, R2, R3, 및 r은 상기 정의된 바와 같다. 또한 Y1 및 Y2는 함께 랜덤 또는 블럭 공중합체를 형성할 수 있다.
Z는 1,3,5- 및 1,2,4-트라이아진, 벤젠-1,3,5-트라이카복실산, 벤젠-1,2,4-트라이카복실산, 벤젠-2,3,5,6-테트라카복실산, 글라이세롤, 펜타에리트리톨, 다이메틸올 프로피온산, 시트르산, 아이소시트르산, 프로판-1,2,3-트라이카복실산, 점액산, 말산, 타르타르산, 2,4-다이하이드록시벤조산, 1,3,5-트라이아미노벤젠, 1,3,5-트라이하이드록시벤젠, 갈산, 2-아미노-1,3-프로판다이올 또는 트라이에탄올아민의 라디칼을 나타낸다.
L은 단일 결합 또는 이작용성 연결기, 예를 들어, 지방족, 지환족, 방향족 또는 헤테로사이클릭 다이올, 다이아민, 다이카복실산 또는 이들의 할로겐화물, 다이에폭시, 다이아이소시아네이트 또는 다이설포클로라이드, 또는 이들의 임의의 조합의 잔기를 나타낸다.
A 및 B는 독립적으로 수소, 알킬, 아릴, 알킬 아릴, 헤테로사이클, 비닐, 비닐리덴, 또는 다이엔 단량체 또는 올리고머, 폴리안하이드라이드, 폴리알킬렌글라이콜, 폴리에스터, 에폭시, 폴리우레탄, 폴리아마이드, 폴리이미드, 페놀, 멜라민, 유레아 폼알데하이드, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리설폰, 폴리알데하이드 또는 폴리케톤이다.
X1 -는 발색단 Q의 음이온 기, 예를 들어, 설폰기, 포스폰기, 카복실기 또는 페놀기를 나타내고, X2 +는 발색단 Q의 양이온 기, 예를 들어, 암모늄, 포스포늄 또는 설포늄을 나타낸다.
Y1 +는 올리고머 또는 중합체의 양이온 기, 예를 들어, 암모늄, 포스포늄 또는 설포늄을 나타내고, Y2 -는 올리고머 또는 중합체의 음이온 기, 예를 들어, 설폰기, 포스폰기, 카복실기 또는 페놀기를 나타낸다.
l은 1 내지 2이고; m은 1 내지 8이며; p 및 q는 1 내지 4이고; p+q < 5이며; k는 0 내지 500이다.
염료는 총 분자량을 100 내지 100,000의 범위로 포함할 수 있다.
하나의 예에서, 염료는 일반식 (1) Q[X-(Y)l]m에 의해 정의된 올리고머 염료이며, 여기에서 Q는 구리 프탈로사이아닌, 벤즈이미자졸론, 다이옥사진, 페릴렌, 다이케토피롤로피롤, 퀴나크리돈, 또는 안트라퀴논의 잔기일 수 있고; X = SO2NH, NR(여기에서, R은 H임), =N-, COO, 또는 RC(O)OCH2CH(OH)CH2(여기에서, R은 H임)이며; l은 1이고; m은 1 내지 3이며; Y는 분자량이 800 내지 1000인 -R1R2R3SiO-(-SiR2R3O)r-SiR2R3R4(여기에서, R1은 프로필이고, R2 및 R3은 메틸이며, R4는 뷰틸이고, r은 6 내지 9임)이다. 다른 예에서, 염료는 형광 염료이다.
본 발명의 염료는 다음의 출발 화합물을 반응시킴으로써 합성될 수 있다:
Q-[X1]m, 여기에서 X1은 RNHR1; RCOOH; RCOCl; ROH, RSH, RSO2Cl; RSO3H; RHal; ROC(O)R1Hal; RNHCOR1Hal; R1CH=CH2; RNCO; RCHO, ROSO3H, ROH2PO3, RH2PO3, RR1R2R3N+An-, RR1R2R3P+An-, 에폭시, 아마이드, 이미드, 카복실산 안하이드라이드, 및 이의 임의의 조합을 타나내고, Q, R, 및 R1은 상기 정의된 바와 같으며, An-는 임의의 음이온이고, Hal은 F, Cl, Br, 또는 I를 나타낸다.
본 발명의 염료의 합성에 적당한 반응성 단량체 및 올리고머, Y, Y1 및 Y2는 하나 이상의 비닐, 하이드록실, 카복실, 안하이드라이드, 할로겐, 머캅토, 알콕시, 에폭시, 아이소시아네이트, 아마이드, 이미드, 일차, 이차, 삼차 또는 사차 아미노 기, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 염료는, 미국 특허 제7,576,146호; 제7,329,315호; 제7,300,511호; 제6,926,768호; 제5,062,894호; 제5,145,997호; 제4,946,509호; 및 WO 2007/005610호(이들의 내용은 본 명세서에 이들 전문이 참조로 포함됨)에 기술된 바와 같이 유기금속 물질, 예를 들어, 실리콘 또는 게르마늄 유체에 대한 착색제로서, 유기금속 유체에 분산된 유기 또는 무기 안료에 대한 셰이더로서, 수성 및 비수성 안료 분산에 대한 분산제 및 안정화제로서 사용될 수 있다.
본 발명의 염료는, 전도도 및 이온 함량에 대하여 상기 명시된 조건이 충족된다면 추가 정제없이 합성 후에 즉시 유체 착색을 위하여 그리고 안료 분산제로서 사용될 수 있다. 그러나, 정제된 안료는 전반적으로 더 나은 유체 성능 및 더 바람직한 장기간의 장치 성능을 제공한다. 임의의 적절한 기술은 올리고머 및 중합체 염료의 정제에 적당하다. 비제한적인 예로는 크로마토그래피 분리, 용매 대체에 의한 용액으로부터의 침전, 추출, 승화, 원심 분리, 증류, 재결정화, 분별 결정화, 한외여과, 역삼투, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
극성 및 비극성 용매에서의 용해도에 대하여, 본 발명의 염료는 용매 중 용해도가 적어도 5중량%를 나타낸다. 다른 예에서, 용해도는 10중량% 초과이다. 또 다른 예에서, 용해도는 20중량% 초과이다. 용액 중 염료는 약 -40℃ 내지 약 80℃의 넓은 온도 범위에서 안정적이어야 한다.
염료는 또한 추가적인 작용기를 포함할 수 있다. 이들 작용기의 비제한적인 예로는 알킬, 아릴, 알킬아릴, 할로겐, 나이트로, 나이트로조, 사이아노, 티오, 아미노, 알킬아미노, 하이드록실, 카복실, 알데하이드, 안하이드라이드, 아마이드, 설폰아마이드, 카복실 및 설폰산의 염, 또는 이들의 임의의 조합이다.
유색 유기금속 극성 유체와 함께 이용되는 올리고머 및 중합체 염료는 극성 기를 포함할 수 있지만; 비이온성 극성 기는 전기장에 의해 덜 영향을 받기 때문에 더 바람직한 것으로 이해된다.
유색 유기금속 비극성 유체와 함께 이용되는 개질된 올리고머 및 중합체 염료는 유체의 전도도를 5×10-3μS/㎝ 초과로 증가시킬 수 있는 임의의 기, 이온/반대 이온, 또는 불순물이 없어야 한다. 더 높은 전도도는 유체 및 장치 성능에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
유색의 극성 또는 비극성 유체 중 개질된 올리고머 및/또는 중합체 염료의 함량은 유체의 총 중량에 대하여 약 0.01중량% 내지 약 50중량%의 범위일 수 있다. 0.01중량% 미만의 염료 농도는 원하는 색상 강도를 제공하지 않을 수 있고, 50중량%를 초과하는 것은 매우 어두운 색상 및 불충분한 레올로지 거동을 가져올 수 있다. 하나의 예에서, 극성 또는 비극성 유체 중 개질된 올리고머 및/또는 중합체 염료의 함량은 약 1중량% 내지 약 30중량%의 범위이다.
염료는 광범위하게 다양한 유기금속 화합물, 예를 들어, 높은 점조도의 실리콘 고무(HCR); 플루오로실리콘 고무(FSR); 액체 실리콘 고무(LSR); 플루오로 액체 실리콘 고무(F-LSR); 지시약 또는 식별 유체로서 사용하기 위한 종래의 점성이 높은 실리콘; 유기의 혼합가능한 낮은 온도의 반응성 실리콘 유체; 규소 폼(foam); 규소 엘라스토머 및 수지; 유압유 및 열 유체; 및 기타 다른 중합체, 올리고머, 또는 저분자량 유기규소 및 유기게르마늄 화합물의 착색에 유용할 수 있다. 염료의 비제한적 적용은 고무 손목 밴드, 아트몰드(art mold), 밸브, 실온 가황 실리콘, 페인트, 코크(caulk), 실란트, 접착제, 전자 장치 예를 들어, E-북 및 휴대폰의 경우, 귀마개, 손목시계 줄, 개스킷, 호스, 장난감, 배관, 테이프, 키패드, 성형된 아트워크, 겔, 피부 접착제, 항균성 및 지문방지 코팅제, 내후성 섬유, 스크린 프린트 잉크, 및 가요성의 충돌 보호물을 포함한다.
극성 및 비극성 유체에 포함될 수 있는 안료로는 아조 및 아조 축합물, 금속 복합체, 벤즈이미다졸론, 아조메틴, 메탄, 안트라퀴논, 프탈로사이아닌, 페리논, 페릴렌, 다이케토피롤로피롤, 인디고, 티오인디고, 다이옥사진, 아이소인돌린, 아이소인돌리논, 이미노아이소인돌린, 이미노아이소인돌리논, 퀴나크리돈, 플라반트론, 인단트론, 안트라피리미딘, 나프탈이미드, 퀴노프탈론, 아이소비올안트론, 피란트론 안료, 또는 카본 블랙, 또는 이들의 임의의 조합 및 고용체를 포함할 수 있다.
안료는 임의의 무기 안료, 예를 들어, 금속 옥사이드, 혼합 금속 옥사이드, 안티모니 황색, 납 크로메이트, 납 크로메이트 설페이트, 납 몰리브데이트, 울트라마린 블루, 코발트 청색, 망간 청색, 크롬 옥사이드 녹색, 수화 크롬 옥사이드 녹색, 코발트 녹색, 금속 설파이드, 카드뮴 설포셀레나이드, 아연 페라이트, 비스무트 바나데이트, 또는 이의 유도체일 수 있다.
안료는 또한 임의의 알려진 증량제, 예를 들어, 카보네이트, 설페이트, 또는 포스페이트일 수 있으며, 합성 또는 광물성일 수 있다.
안료는 또한 분산된 중합체, 예를 들어, 폴리스타이렌, 폴리아마이드, 폴리설폰, 또는 폴리설파이드일 수 있다. 안료는 또한 유기, 무기 안료 및 증량제의 임의의 혼합물, 및 이의 고용체일 수 있다. 추가적으로, 안료는 임의의 캡슐화 유기 또는 무기 안료 또는 증량제, 또는 유기 쉘로 덮인 무기 핵을 가지는 쉘형 안료 및 반대의 경우일 수 있다.
안료는 이온성, 비이온성, 또는 중합체 기를 안료 표면에 공유 부착시킴으로써 화학적 개질의 방법에 의해 제조된 표면 개질된 안료일 수 있다. 개질 기의 비제한적인 예로는 카복실, 설포닉, 포스페이트, 하이드록실, 일차, 이차, 삼차 또는 사차 아미노, 포스포늄, 폴리알킬렌글라이콜, 폴리알킬렌이민, 폴리알킬렌, 폴리아마이드, 폴리우레탄, 폴리유리아 및 폴리에스터 기, 또는 이들의 임의의 조합이 있다.
안료 입자는 약 10㎚ 내지 약 5㎛ 범위의 동적 광산란 입자 크기 분석으로부터의 평균 중량 직경을 가질 수 있다. 다른 예에서, 입자 크기는 20 내지 300㎚의 범위이다.
극성 또는 비극성 유체의 안료 함량은 안료가 있는 유체의 총 중량에 대하여 0중량% 내지 50중량%의 범위일 수 있다. 하나의 예에서, 안료 함량은 유색 유기금속 유체의 총 중량에 대하여 약 0.1wt% 내지 50wt%의 범위이다. 다른 예에서, 안료 함량은 유색 유기금속 유체의 총 중량에 대하여 약 1wt% 내지 약 20wt%의 범위이다. 안료 농도가 0.1wt% 미만인 것은 보통 색상 기여를 제공하지 않을 것이고, 50wt%를 초과하는 것은 효율적으로 전기습윤하지 않을 것이다.
염료는 개별적으로 또는 둘 이상의 염료의 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 하나의 예에서, 둘 이상의 검정색 또는 검정색이 아닌 염료의 조합은 극성 또는 비극성 유체에 대한 검정색 착색제를 형성하는데 사용된다. 다른 예에서, 하나 이상의 검정색 또는 검정색이 아닌 염료와 하나 이상의 검정색 또는 검정색이 아닌 안료의 조합은 극성 또는 비극성 유체에 대한 검정색 착색제를 형성하는데 사용된다. 또 다른 예에서, 하나 이상의 염료, 및 선택적으로 하나 이상의 안료의 조합은 극성 또는 비극성 유체에 대한 추가적인 색상, 예를 들어, 녹색, 주황색, 갈색, 보라색 등을 형성하는데 사용된다.
유색 유기금속 유체에 포함될 수 있는 계면활성제는 임의의 음이온성, 양이온성, 양음이온성, 쌍성이온성(양성(amphoteric)), 비이온성 계면활성제, 또는 이의 조합일 수 있다. 계면활성제는 더 나은 염료 용해도, 유체 중 안료 입자의 콜로이드 안정화를 위해 사용되어 계면 장력을 낮출 수 있으며, 이에 의하여 전기습윤을 일으키는데 필요한 전압을 낮추고/낮추거나 유체의 전도도를 증가시킬 수 있다.
유색 유기금속 유체는 계면활성제를 유체 중 안료의 0중량% 내지 10중량%로 포함할 수 있다.
유색 유기금속 유체에 포함될 수 있는 상승제는 설폰산, 설폰산의 금속 염, 일차, 이차, 삼차, 및 사차 아민이 있는 설폰산의 염; 설폰아마이드, 프탈이미도메틸, 아릴메틸, 알킬 아민, 카복실산, 카복실산의 염, 아마이드 및 에스터; 아조, 금속 복합체, 벤즈이미다졸론, 아조메틴, 메탄, 안트라퀴논, 프탈로사이아닌, 페리논, 페릴렌, 다이케토피롤로피롤, 인디고, 티오인디고, 다이옥사진, 아이소인돌린, 아이소인돌리논, 이미노아이소인돌린, 이미노아이소인돌리논, 퀴나크리돈, 플라반트론, 인단트론, 안트라피리미딘, 퀴노프탈론, 아이소비올안트론, 피란트론 안료, 또는 이의 임의의 혼합물의 카보닐, 아미도메틸, 알킬아미노메틸, 아릴알킬옥시, 페닐티오 및 페닐아미노 유도체일 수 있다. 상승제는 또한 임의의 상업적 또는 개질된 직접, 산성, 양이온성, 반응, 배트, 황화, 및 분산 염료 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 상승제는 안료 표면 개질에 사용되어 안료 표면에 양성 또는 음성 전하를 부여하고, 유체 중 안료 입자를 안정화하며, 레올로지 특성을 개선시키고/개선시키거나 유체의 전도도를 증가시킬 수 있다.
유색 유기금속 유체는 상승제를 유체 중 안료의 0중량% 내지 30중량%로 포함할 수 있다.
유색 유기금속 유체에 포함될 수 있는 분산제는 다음 종류로부터 선택될 수 있다: 블럭, 랜덤, 빗살모양(comb) 중합체 또는 공중합체인, 음이온성, 양이온성, 쌍성이온성(양성), 및/또는 비이온성 중합체; 또는 이의 조합.
선택적으로 상승제와 함께 사용될 수 있는 분산제는 유체 중 안료를 안정화시키는 것을 돕고 반대 이온으로서 작용한다. 유색 유기금속 유체는 분산제를 유체 중 안료의 0중량% 내지 200중량%로 포함할 수 있다.
하나의 실시형태에서, 전기습윤 또는 전기유체 장치는 투명한 비극성 유체, 및 분자량이 10 내지 800인 저분자량 기 또는 올리고머 또는 중합체 사슬에 부착된 적어도 하나의 발색단을 가지고 규소 및/또는 게르마늄을 포함하는 개질된 올리고머 및/또는 중합체 염료로 착색된 유색 유기금속 극성 유체를 포함한다. 다른 실시형태에서, 전기습윤 또는 전기유체 장치는 투명한 극성 유체, 및 분자량이 10 내지 800인 저분자량 기 또는 올리고머 또는 중합체 사슬에 부착된 적어도 하나의 발색단을 가지고 규소 및/또는 게르마늄을 포함하는 개질된 올리고머 및/또는 중합체 염료로 착색된 유색 유기금속 비극성 유체를 포함한다. 또 다른 실시형태에서, 전기습윤 또는 전기유체 장치는, 각각 분자량이 10 내지 800인 저분자량 기 또는 올리고머 또는 중합체 사슬에 부착된 적어도 하나의 발색단을 가지고 규소 및/또는 게르마늄을 포함하며 다른 것으로 확산하지 않는 개질된 올리고머 및/또는 중합체 염료로 착색된 유색 유기금속의 극성 및 유색 유기금속의 비극성 유체를 포함한다.
또 다른 실시형태에서, 유색 유기금속 유체는 규소 및/또는 게르마늄을 포함하는 적어도 하나의 극성 또는 비극성 용매; 용매 중, 저분자량 기, 또는 올리고머 또는 중합체 사슬에 부착된 적어도 하나의 발색단을 가지고 규소 및/또는 게르마늄을 포함하는 적어도 하나의 개질된 올리고머 및/또는 중합체 염료; 및 본 발명의 염료에 의해 안정화되며, 평균 중량 직경이 10 내지 400㎚의 범위인 적어도 하나의 안료를 포함한다. 다른 예에서, 안료는 중량 평균 직경이 20 내지 200㎚의 범위이다. 또 다른 예에서, 극성 또는 비극성 용매는 유기금속 용매이며, 이는 규소 및/또는 게르마늄을 포함하는 소수성 화합물 또는 친수성 화합물에 의해 규정된다.
다른 실시형태에서, 복수의 유색 유기금속 유체는 함께 합쳐질 수 있다. 예를 들어, 극성 용매 중, 규소 및/또는 게르마늄을 포함하는 극성 용매, 및 규소 및/또는 게르마늄을 포함하는 저분자량 기, 또는 올리고머 또는 중합체 사슬에 부착된 적어도 하나의 발색단을 가지는 개질된 중합체 및/또는 올리고머 염료를 가지는 유색 유기금속 유체는, 비극성 용매 중 규소 및/또는 게르마늄을 포함하는 비극성 용매 및 규소 및/또는 게르마늄을 포함하는 저분자량 기, 또는 올리고머 또는 중합체 사슬에 부착된 적어도 하나의 발색단을 가지는 개질된 중합체 및/또는 올리고머 염료를 가지는 유색 유기금속 유체와 합쳐질 수 있으며, 이들 각각은 상기 논이된 바와 같은 추가적인 선택적 성분을 포함한다.
유색 유기금속 극성 유체는 전기 전도도가 3000μS/㎝ 이하일 수 있다. 다른 예에서, 유색 극성 유체는 전기 전도도가 약 0.01μS/㎝ 내지 1000μS/㎝의 범위일 수 있다. 다른 예에서, 유색 유기금속 극성 유체는 전기 전도도가 약 0.1μS/㎝에서 최대 100μS/㎝이다. 또 다른 예에서, 유색 유기금속 극성 유체는 전기 전도도가 약 0.5μS/㎝에서 최대 50μS/㎝이다. 전도도가 너무 낮으면, 적절한 장치 기능을 위해 더 높은 전압이 인가되어야 한다. 전도도가 너무 높으면, 절연 파괴의 가능성이 증가된다.
필요하다면, 전도도는 적절한 염의 추가에 의해 용이하게 조정될 수 있지만; 임의의 존재하는 2.0Å보다 작은 반경을 가지는 단원자 이온 및 1.45Å보다 작은 반경을 가지는 다원자 이온의 총 농도는 총 500ppm을 초과하지 않아, 유전체의 이론상 동작 전압의 최대 3배의 인가된 전압으로 유체를 이용하는 장치에서 유전체의 절연 파괴를 방지하여야 하며, 이는 하기에 추가로 논의된다. 하나의 예에서, 명시된 이온 종의 함량은 총 300ppm을 초과하지 않아야 한다. 또 다른 예에서, 명시된 이온 종의 함량은 총 100ppm을 초과하지 않아야 한다.
추가적으로, 유색 유기금속 극성 유체는 표면 장력이 25℃에서 15dyne/㎝ 내지 약 90dyne/㎝이다. 다른 예에서, 표면 장력은 25℃에서 25dyne/㎝ 내지 약 75dyne/㎝이다.
더 높은 전도도가 유체 및 장치 성능에 해롭다는 점에서, 유색 유기금속 비극성 유체의 전도도는 약 5×10-3μS/㎝의 값을 초과하지 않아야 한다.
유색 유기금속 유체는 -40℃ 내지 80℃의 온도 범위에서 안정성을 보일 수 있다. 하나의 예에서, 안정성은 적어도 4주 지속된다.
유색 유기금속 유체의 동점성 계수가 25℃에서 0.5cP 내지 2,000cP일 수 있다. 다른 예에서, 동점성 계수는 25℃에서 1cP 내지 500cP이다. 또 다른 예에서, 동점성 계수는 25℃에서 1cP 내지 100cP이다.
극성 유체 및 비극성 유체 사이의 계면 장력은 약 2 내지 약 70dyne/㎝일 수 있다. 다른 예에서, 극성 유체 및 비극성 유체 사이의 계면 장력은 약 5 내지 약 55dyne/㎝일 수 있다. 계면 장력이 너무 낮으면 극성 유체 및 비극성 유체의 혼합이 일어날 것이고, 너무 높으면 전기습윤 반응에 더 높은 전압이 필요할 것이다.
비극성 용매를 가지는 유색 유기금속 유체는 극성 용매를 가지는 유색 유기금속 유체와 혼합되어서는 안되고, 유색 유기금속 유체와 안정적인 에멀젼을 형성하여서는 안 된다. 이를 위하여, 비극성 용매는 극성 용매와의 상호 용해도 수준이 약 10% 미만이어야 한다. 하나의 예에서, 상호 용해도는 약 1% 미만이다. 추가적으로, 유색 극성 유체의 성분은 유색 유기금속의 비극성 유체로 이동하지 않아야 하거나 반대의 경우이어야 한다.
유색 유기금속 유체를 제조하는데 있어서, 성분은 회전 속도가 500 내지 12,000RPM의 범위인 고속 교반기가 장착된 용기에서 혼합될 수 있다. 그 다음, 혼합물은 알려진 밀링 장비, 예를 들어, 이에 제한되는 것은 아니지만 회전 볼밀, 진동밀, 교반되는 수평 또는 수직 매질밀, 바스켓밀, 로터/스테이터 유형 기계, 또는 아트리토(attritor)를 이용하여 밀링될 수 있다. 혼합물은 배치 조작에 의해 또는 재순환 및/또는 별도의 통로에 의해 밀링될 수 있다. 매질의 임의의 알려진 유형 및 크기, 예를 들어, 15㎛ 내지 약 10㎝의 범위의 크기인 유리, 세라믹, 모래, 중합체 및 금속 매질이 이용될 수 있다. 전형적인 밀은 아이거(Eiger), 네취(Netzsch), 뷸러(Buhler), 프레미어(Premier), 호크메이어(Hockmeyer), 시카고 보일러(Chicago Boiler), 드라이스(Drais), 유니온 프로세스(Union Process) 등에 의해 제조된 것들을 포함한다. 대안적으로, 유색 유기금속 유체는 배치식 장비, 예를 들어, 회전 볼밀 또는 교반되는 볼밀에서 제조될 수 있다. 전자는 폴-O-아베( Paul-O-Abbe)에 의해 제공된 것이 전형적이며; 후자는 유니온 프로세스에 의해 공급된 것이 전형적이다. 이들 중 어느 하나에 대한 매질 크기는 상기 언급된 바와 같은 크기의 범위일 수 있고, 매질 형태는 환형이거나 고르거나 울퉁불퉁하거나, 또는 이의 혼합일 수 있다. 유색 유기금속 유체는 또한 전단 메커니즘이 있는 임의의 고에너지 살포기, 예를 들어, 이카 웍스(IKA Works), 베이커-퍼킨스(Baker-Perkins), 시그마 블레이트 믹서(sigma blade mixer) 등에서 제조될 수 있다. 유색 유기금속 유체는 선택적으로 여과되거나/여과되고 원심분리되어 큰 안료 입자, 깨진 매질, 또는 오염 물질을 제거할 수 있다. 당업계에 알려진 기타 다른 제조 방법이 또한 이용될 수 있다.
유색 유체의 점성은 브룩필드(Brookfield) 점도계 LVDV- II + Pro를 이용하여 25℃, 회전 속도 30RPM, 스핀들 번호 18로 측정한다. 입자 크기 분포는 나노트랙(Nanotrac(상표명)) 250, NPA 250(마이크로트랙 사(Microtrac, Inc.)) 및 마이크로트랙(Microtrac(상표명)) UPA(마이크로트랙 사)를 사용하여 측정된다. 유색 유기금속 유체에 대한 계면 장력은 방울 텐시오미터 IFT 트랙커(Tracker(상표명))(테클리스(Teclis))를 사용하여 측정된다. 텐시오미터는 방울 형태 분석을 사용하여, 방울 형태가 표면 장력의 힘 및 방울에 작용하는 중력에 의해 결정되는 표면 장력 또는 계면 장력을 계산한다. 매달린 방울 또는 올라가는 방울 형태가 사용되고; 형태는 유체의 비중 및 광학적 특징에 의해 결정된다. 유전 상수는 사이언티피카(Scientifica) 870 액체 유전 상수 측정기(Liquid Dielectric Constant Meter)(프린스톤 인스트루먼트(Princeton Instruments))를 사용하여 25℃에서 측정된다.
유색 유기금속 유체에 대한 전기 전도도는 원하는 범위의 전도도를 측정할 수 있는 도전율계, 예를 들어, VWR 모델 번호 23226, 오크톤(Oakton(등록상표)) 아콘 콘(Acorn Con) 6, 및 액체 전도도 피코시멘스(Picosiemens)/미터(Metre), 모델 L40(울프슨 일렉트로닉스(Wolfson Electronics))을 이용하여 25℃에서 측정하였다.
전압이 인가된 전극 기판과 소수성 유전체 상에서 접촉각의 변화를 측정함으로써 전기습윤 능력에 대하여 유색 유기금속 유체를 테스트하였다. 주변으로서 파릴렌 C 유전체 및 사이토닉스 플루오로펠(Cytonix Fluoropel) 1601V 소수성 불소 중합체의 조합으로 인듐 주석 옥사이드(ITO)로 코팅된 유리를 덮었다. 대안적으로, 유전체층은 Al2O3 및 아사히 사이톱(Asahi Cytop) CTL-809M 소수성 불소 중합체로 이루어질 수 있다. 기판의 ITO 층에 대하여 한 지점에 부착된 도전성 와이어는 접지 전극으로서의 역할을 하였다. 기판은 투명한 비극성 용매에 침지되었고, 극성 유체를 가지는 유색 유기금속 유체의 방울은 표면에 놓여졌다. 텅스텐 침전극 프로브를 통해 방울에 2V의 증분으로 직류 또는 교류를 공급하였고, 각각의 전압에서 방울의 접촉각을 기록하고 VCA 옵티마(Optima) 소프트웨어 프로그램(AST 프로덕트(Products))을 사용하여 계산하였다. 전압 인가시 접촉각이 감소되어 최종 접촉각이 90° 미만이면 유체는 전기습윤이 가능한 것으로 고려되었다. 문헌 [Balaji Raj et al., "Ion and Liquid Dependent Dielectric Failure in Electrowetting Systems", Langmuir | 3b2 | ver.9 | 13/8/09]을 참조하며, 이의 내용은 본 명세서에 전문이 참조로 포함된다. 추가적으로, 유체 전도도가 25μS/㎝ 이상이라면 전도도 조정없이 유색 유기금속 극성 유체가 측정되었다.
또한 절연 파괴로 지칭되는 유전체 파괴를 야기하는 경향에 대하여 유색 유체를 또한 테스트하였다. 유전체 층으로 또는/및 유전체 층을 통해 이동할 수 있는 유색 유체 중 작은 이온 종의 존재에서 유전체 파괴 또는 절연 파괴의 가능성은 크게 증가할 수 있었다. Sn02:In203로 코팅된 유리는 얇은 유전체 층으로 덮였으며, 이는 아사히 사이톱 불소 중합체가 있는 Al2O3 또는 플루오로펠 불소 중합체가 있는 파릴렌일 수 있다. 테스트될 유체의 1㎕ 방울은 기판에 놓여지고, 텅스텐 프로브는 방울에 배치하였다. -99V에서 99V로 직류(DC) 전압 소인을 완료하면서 전류를 측정하였다. 유전체 파괴는 1μA 초과의 전류 또는 전류의 지수 증가로 나타났다. 문헌[Balaji Raj et al., "Ion and Liquid Dependent Dielectric Failure in Electrowetting Systems", Langmuir | 3b2 | ver.9 | 13/8/09]을 참조하며, 이의 내용은 본 명세서에 전문이 참조로 포함된다. 본 발명의 목적을 위하여, 원하는 유전체에 대한 이론상 동작 전압의 최대 3배의 인가된 전압으로 절연 파괴가 일어나지 않았다면, 유체는 테스트를 통과한 것으로 고려하였다. 각각의 용액에 있어서 반복성을 위하여 3개 내지 5개 방울을 테스트하였다. 몇 가지 예를 들어, 각각의 용액에 대하여 가장 나쁜 결과를 제시하였다.
유전체에 대한 이론상 동작 전압을 다음의 식으로 계산하였으며, IFT 값은 7dyne/㎝, 전기습윤 각은 75도, 영의 각(Young's angle)은 180도를 사용하였다.
Figure pct00004
여기에서 VO는 동작 전압이고, θV는 전기습윤 각이며, θY는 영의 각이고, γNP는 극성 유체와 비극성 유체 사이의 계면 장력이며, ε0은 유전 상수이고, εr은 상대 유전율이며, d는 유전체의 두께이다. 본 명세서에서 계산된 바와 같이 원하는 유전체에 대한 이론상 동작 전압의 최대 3배의 인가된 전압으로 명시된 방법을 사용하여 테스트된 바와 같이 유색 유체는 절연 파괴를 일으키지 않아야 한다.
이온 함량은 유도 결합 플라즈마 분광학(inductively coupled plasma spectroscopy; ICP)을 사용한 원소 분석에 의해 측정하였다. 농축된 질산 중에서 소화시키고 그 다음 탈이온수 중 5% 산 농도로 희석함으로써 금속 함량에 대하여 샘플을 제조하였다. 그 다음 샘플을 써모 사이언티픽(Thermo Scientific) iCAP 6000 ICP-OES 기기로 도입하여 금속, 메탈로이드 및 비금속 예를 들어, 인, 황 및 셀레늄의 비이온성 종을 포함하여 총 원소 함량을 확인 및 정량화하였다. 이에 제한되는 것은 아니지만, 나트륨, 마그네슘, 칼슘, 철, 알루미늄 및 칼슘을 포함한 이와 같은 원소의 함량은 ICP에 의해 측정되고, 총 원소 함량의 상한은 합계에 의해 확립한다. 본 명세서에서 정의된 바와 같은 이온 함량은 원소 분석보다 더 낮은 것으로 알려져 있고, 이렇게 하여 이온 함량의 상한을 확립한다. 추가적으로, 총 할로겐(브롬, 염소) 함량은 산화에 의해 측정하였다. 총 할로겐을 측정하기 위하여, 쇠니거(
Figure pct00005
) 산화 플라스크법으로 샘플을 산화시키고, 방출된 할로겐은 알칼리 용액으로 흡수하였다. 그 다음 할로겐은 용액으로부터 침전되었고, 중량 측정에 의해 측정하였다. 다원자 이온은 이온성 종에 특이적인 일반적인 분석 기술을 통하여 측정될 수 있다. 상기 기술로는 이에 제한되는 것은 아니지만 pH, 적정분석법, 비색분석법, 분광학적 방법, 중량법, 또는/및 질량분석법을 포함한다.
실시예 :
다음 실시예는 본 발명의 상세 내용을 예시하는 것이지만, 본 발명의 사상 및 범주를 제한하고자 함이 아니다. 달리 나타내지 않는다면, % 및 부는 항상 중량% 및 중량부를 나타낸다.
실시예 1: 비극성 용매를 위한 황색 올리고머 염료
2-(4-카복시페닐아조) 아세토아세트아닐라이드 10부 및 다이클로로에탄 80부를 질소 퍼지 하에서 혼합하였다. 그 다음 티오닐 클로라이드 10부 및 다이메틸폼아마이드 0.3부를 첨가하였다. 반응 혼합물을 최대 80℃까지 가열하고 이 온도에서 3시간 동안 유지시켰다. 과량의 티오닐 클로라이드 및 용매를 증류에 의해 제거하였다. 주위 온도로 냉각시킨 후, 클로로폼 150부, 모노아미노프로필 말단 폴리다이메틸실록산 MCR-A11(겔레스트(Gelest)로부터 입수가능함) 30.8부, 및 피리딘 4.8부를 첨가하고 반응물을 25℃에서 3시간 동안 교반하였다. 그 다음, 혼합물을 60℃까지 가열하고 1시간 동안 교반한 후, 주위 온도로 냉각시켰다. 주위 온도로 냉각시킨 후, 클로로폼 용액을 1% 염산으로 세척한 다음, 증류수로 4회 세척하였다. 클로로폼은 진공 하에서 증류시켜 왁스질의 황색 고체를 수득하였다. 황색의 유색 올리고머 염료는 4-[(E)-(2,4-다이옥소펜탄-3-일)다이아제닐]-N-폴리다이메틸실록산-벤즈아마이드(Mw = 1100 내지 1300, 수득률 = 이론상 값의 93%)로 확인되었고, 이는 식 (1) Q[X-(Y)l]m(여기에서, Q는 모노아조 염료 잔기이고; X는 CONH이며; l은 1이고; m은 1이며, Y는 폴리다이메틸실록산임)에 해당한다. 실리콘 오일 다우코닝(Dow Corning(등록상표)) OS-30(다우 코팅으로부터 입수가능함) 중 올리고머 염료의 용해도는 적어도 20중량%였다.
실시예 2: 비극성 용매를 위한 적색 올리고머 염료
C.I. PR264(선 케미컬(Sun Chemical)로부터 입수가능함) 7부를 클로로설폰산 100부에 5 내지 10℃에서 천천히 첨가하고 1시간 동안 10℃에서 교반하였다. 티오닐 클로라이드 7부를 첨가하고 반응물을 25℃에서 30분 동안 교반하였다. 혼합물을 얼음과 물의 혼합물에 적가하고, 설포닐 클로라이드의 현탁액을 형성하였으며, 이를 여과한 다음 얼음물로 세척하였다. 설포닐 클로라이드의 프레스 케이크(press-cake)는 아이소프로판올(200부), 얼음, 소듐 카보네이트 3.4부, 및 모노아미노프로필 말단 폴리다이메틸실록산 MCR-A11(겔레스트로부터 입수가능함) 25부의 혼합물에 30분 동안 즉시 첨가하였다. 생성된 슬러리를 0 내지 5℃에서 1시간 동안 교반하고, 최대 25℃까지 가열한 후, 1시간 초과 동안, 그 다음 1시간 동안 50℃에서, 그 다음 4시간 동안 80℃에서 교반하였다. 암적색인 왁스질의 물질을 여과하고 물을 이용하여 중성 반응물로 세척하였으며, 아이소프로판올로 세척하고 75℃에서 밤새 건조시켰다. 수득률은 1.5 치환 수준에 기초한 이론상 계산값의 86%였다. 염료는 3,6-비스(4-바이페닐)-2,5-다이하이드로피롤로[3,4-c]피롤로-l,4-다이온-N-폴리다이메틸실록산-설폰아마이드(Mw = 1,300 내지 2,600)로 확인되었고, 이는 식 (1) Q[X-(Y)l]m(여기에서, Q는 다이케토피롤로-피롤 안료 잔기이고; X는 SO2NH이며; l은 1이고; m은 1.5이며, Y는 폴리다이메틸실록산임)에 해당한다. 염료는 매우 강력한 적색의 색상을 나타내는 실리콘 오일에 용이하게 용해하였다. 실리콘 오일 다우코닝(등록상표) OS-30(다우 코팅으로부터 입수가능함) 중 올리고머 염료의 용해도는 적어도 10중량%였다.
실시예 3: 비극성 유체를 위한 적색 올리고머 염료
모노아미노프로필 말단 폴리다이메틸실록산 MCR-A11(겔레스트로부터 입수가능함) 110부, 퀴니자린 12.5부, 및 류코퀴니자린 12.3부를 20분 동안 질소 하에서 혼합하고, 70℃까지 가열한 후, 2시간 동안 교반하였다. 온도를 130℃까지 올리고, 질소 흐름없이 2시간 동안 혼합물을 교반한 다음, 4시간 동안 150℃에서 교반하였다. 이 시점에서, 출발 물질의 어떠한 입자도 검출되지 않았고 반응물의 색상은 주황색에서 어두운 청적색으로 변하였다. 뜨거운 유체를 반응기에서 방출시켰다. 올리고머 염료는 1-하이드록시-4-(아미노폴리다이메틸실록산)안트라센-9,10-다이온(mw = 1100 내지 1300)으로 확인되었고, 이는 식 (1) Q[X-(Y)l]m(여기에서, Q는 안트라퀴논 잔기이고; X는 NH이며; l은 1이고; m은 1이며, Y는 폴리다이메틸실록산임)에 해당한다. 실리콘 오일 다우코닝(등록상표) OS-30 중 올리고머 염료의 용해도는 적어도 20중량%였다.
실시예 4: 비극성 유체를 위한 적색 올리고머 염료
4구 플라스크에, 3,4,9,10-페릴렌 테트라카복실산 다이안하이드라이드 5.0부, 아연 아세테이트 다이하이드라이트 0.6부, 모노아미노프로필 말단 폴리다이메틸실록산 MCR-A11(겔레스트로부터 입수가능함) 26부, 및 N-메틸피롤리돈 150부를 충전하였다. 반응 혼합물을 질소 흐름 하에서 170℃까지 가열하고, 6시간 동안 교반한 다음, 6시간 동안 185℃에서 교반하였다. 주위 온도로 냉각시킨 후, 암적색 액체를 반응기에서 방출시키고 물 500부로 옮겼다. 생성물을 여과에 의해 수집하고, 물로 세척한 다음, 증류수 및 아이소프로판올(80/20), 및 부식제의 혼합물 중에 재슬러리화시켰다. 슬러리를 최대 65℃까지 가열시키고 1시간 동안 교반하였다. 생성물을 여과에 의해 분리시키고, 여과액이 투명해질 때까지 증류수로 세척한 다음, 60℃에서 건조시켰다. 올리고머 염료는 페릴렌테트라카복실산-비스-(폴리다이메틸실록산)-이미드(Mw = 2000 내지 2400)로 확인되었고, 이는 식 (1) Q[X-(Y)l]m(여기에서, Q는 페릴렌 안료 잔기이고; X는 =N-이며; l은 1이고; m은 2이며, Y는 폴리다이메틸실록산임)에 해당한다. 실리콘 오일 다우코닝(등록상표) OS-30 중 실시예의 올리고머 염료의 용해도는 적어도 20중량%였다.
실시예 5: 비극성 유체를 위한 보라색 올리고머 염료
비스(모노아미노프로필 말단) 폴리다이메틸실록산 DMS-A12(겔레스트로부터 입수가능함) 30부, 퀴니자린 6.0부, 류코퀴니자린 6.1부, 및 실리콘 오일 다우코닝(등록상표) OS-30 168부를 20분 동안 질소 하에서 혼합하고, 최대 70℃까지 가열한 후, 2시간 동안 70℃에서 교반하였다. 그 다음 온도를 130℃까지 올리고, 질소없이 2시간 동안 혼합물을 교반한 다음, 8시간 동안 140℃에서 교반하였다. 이 시점에서, 출발 물질의 어떠한 입자도 검출되지 않았고 반응물의 색상은 주황색에서 어두운 청적색으로 변하였다. 벤질 아민 5.2부를 첨가하고, 혼합물을 6시간 동안 150℃에서 질소 흐름없이 교반한 다음, 8시간 동안 교반하였다. 밝은 보라색 착색제를 반응기로부터 방출시키고 여과하였다. 올리고머 염료는 비스[l-벤즈아민-4-아미노안트라센-9,10-다이온]폴리다이메틸실록산(Mw = 1,400 내지 1,600)으로 확인되었고, 이는 식 (4) Q-X-YY1Y2-X-Q(여기에서, Q는 안트라퀴논 잔기이고; X는 NH이며; Y는 폴리다이메틸실록산이고, Y1 및 Y2는 존재하지 않음)에 해당한다. 실리콘 오일 OS-30 중 올리고머 염료의 용해도는 적어도 25중량%였다. 다우코닝(등록상표) OS-30 중 염료의 용해도는 증류수 및 프로필렌 글라이콜을 이용하여 다수의 연속적 추출에 의해 정제하였다.
실시예 6: 비극성 유체를 위한 청색 올리고머 염료
C.I.PB 15:3(선 케미컬로부터 입수가능함) 10부를 15분에 걸쳐서 클로로설폰산 60부에 25℃에서 천천히 첨가한 다음, 혼합물을 100℃까지 가열하고 3시간 동안 교반하였다. 혼합물을 80℃까지 냉각시키고, 티오닐 클로라이드 10.2부를 첨가한 다음, 반응물을 30분 동안 교반하였다. 실온으로 냉각시킨 후, 반응물을 얼음과 물의 혼합물에 적가하였다. 설포닐 클로라이드의 현탁액을 여과하여 제거하고, 얼음물로 세척한 다음, 물 150부, 아이소프로판올 50부, 얼음 50부, 소듐 카보네이트 4.2부, 및 모노아미노프로필 말단 폴리다이메틸실록산 MCR A11(겔레스트로부터 입수가능함) 14부의 혼합물에 30분 동안 즉시 첨가하였다. 생성된 슬러리를 0 내지 5℃에서 1시간 동안 교반하고 25℃까지 가열하였으며, 이를 1시간 초과로 교반하고, 1시간 동안 50℃에서, 그 다음 4시간 동안 80℃에서 교반하였다. 어두운 청색의 왁스질 물질을 여과하고, 물로 세척하여 반응물을 중화시키고, 75℃에서 밤새 건조시켰다. 수득률은 1.4 치환 수준에 대해 계산한 이론상 값의 88.3%였다. 치환 수준은 IR-분광광도법으로 결정하였다. 올리고머 염료는 구리 프탈로사이아미노-N-폴리다이메틸실록산-설폰아마이드(Mw = 1,800 내지 3,600)로 확인되었고, 이는 식 (1) Q[X-(Y)l]m(여기에서, Q는 프탈로사이아닌 안료 잔기이고; X는 SO2NH이며; l은 1이고; m은 1.4이며, Y는 폴리다이메틸실록산임)에 해당한다. 염료는 매우 강력한 청색의 색상을 나타내는 실리콘 오일에 용이하게 용해하였다. 실리콘 오일 다우코닝(등록상표) OS-30 중 올리고머 염료의 용해도는 적어도 10중량%였다.
실시예 7: 비극성 유체를 위한 검정색 올리고머 염료
건조 C.I. 다이렉트 블랙 19(C.I. Direct Black 19; 센시언트(Sensient)로부터 입수가능함) 7.75부를 티오닐 클로라이드 100부에 용해시키고, 혼합물을 2시간 동안 환류시켰다. 그 다음 반응물을 주위 온도에서 밤새 교반하고, 물과 얼음의 혼합물에 첨가하였다. 검정색 침전물을 여과에 의해 분리하고 냉수로 세척한 다음, 모노아미노프로필 말단 폴리다이메틸실록산 MCR-A11(겔레스트로부터 입수가능함) 20부 및 피리딘 8부와 20℃에서 0.5시간 동안, 그 다음에 50℃에서 2시간 동안 즉시 반응시켰다. 침전물은 여과에 의해 여과하고, 여과액이 투명해질 때까지 5% 부식제로 세척하였으며, 물을 이용하여 pH = 7 내지 8까지 세척한 다음, 항량으로 건조하였다. 수득률은 검정색 고체 81%였으며, 이는 진한 청흑색의 색상을 나타내는 실리콘 오일에 용이하게 용해한다. 올리고머 염료는 4-아미노-3,6-비스4-(2,4-다이아미노페닐)아조페닐아조-5-하이드록시-2,7-N,N-폴리다이메틸실록산-설폰아마이드(Mw = 2300 내지 2700)로 확인되었고, 이는 식 (1) Q[X-(Y)l]m(여기에서, Q는 테트라아조 염료 잔기이고; X는 SO2NH이며; l은 1이고; m은 2이며, Y는 폴리다이메틸실록산임)에 해당한다. 실리콘 오일 다우코닝(등록상표) OS-30 중 올리고머 염료의 용해도는 적어도 10중량%였다.
실시예 8: 극성 유체를 위한 검정색 올리고머 염료
C.I. 다이렉트 블랙 19(센시언트로부터 입수가능함) 1.55부를 에탄올 20부 및 탈이온수 80부의 혼합물에 용해시킨 다음, 모노아미노프로필 말단 폴리다이메틸실록산 MCR-A11(겔레스트로부터 입수가능함) 4부 및 염산 3부를 첨가하였다. 생성된 슬러리를 1시간 동안 주위 온도에서 교반하고, 여과하였으며, 증류수로 세척하였다. 수득률은 검정색 고체 93%였으며, 이는 진한 청흑색의 색상을 나타내는 저급 알코올에 용이하게 용해한다. 올리고머 염료는 4-아미노-3,6-비스4-(2,4-다이아미노페닐)아조페닐아조-5-하이드록시-2,7-나프탈렌다이설폰산 다이폴리다이메틸실록산 염(Mw = 2400 내지 2800)으로 확인되었고, 이는 식 (11) Q-[X1 - Y1 +]m(여기에서, Q는 테트라아조 염료 잔기이고; X1 -는 SO3이며; Y1 +는 모노아미노프로필 말단 폴리다이메틸실록산이고; l은 1이며; m은 2이다.
실시예 9: 청색 올리고머 염료로 안정화된 검정색 안료가 있는 비극성 유기금속 유체
C.I. 블랙(에보닉(Evonik)으로부터 입수가능함, 상표명: 니펙스(Nipex(등록상표)) 150) 10부, 실시예 6의 올리고머 염료의 6부 및 실리콘 오일 다우코닝(등록상표) OS-30 84부를 예비 혼합시킨 다음 3시간 동안 아이거(등록상표)밀에서 0.8mm 지르코늄 매질을 이용하여 밀링하였다. 평균 입자 크기는 150㎚이었다.
실시예 1 내지 7 및 9의 착색제 및 실리콘 오일 다우코닝(등록상표) OS-30으로 제조된 5% 유체는 만족스러운 전기습윤 성능을 나타내었고, -99V에서 99V으로 직류(DC) 전압 소인에서 절연 파괴를 야기하지 않았다.
본 발명의 유색 유기금속 유체의 다양한 실시형태가 컬러 필터에서, 잉크젯 잉크에서, 액체 토너에서, 및 현상액에서 전기습윤, 전기유체 및/또는 전기영동의 원리에 의해 작동하는 전자 디스플레이에서 착색을 공급하는데 사용할 수 있다. 하나의 구체적인 실시형태에서, 본 발명의 실시형태의 유색 유기금속 유체는 전기습윤 원리에 따라서 작동하는 디스플레이에 사용되어 영상을 형성할 수 있다. 일반적으로, 전기습윤 장치는 극성 유체 및 비극성 유체로 채워지고 혼합가능하지 않은, 복수의 개별적인 픽셀을 포함한다. 각각의 픽셀에 인가되거나 이로부터 제거된 전압은 극성 유체의 움직임을 야기하고 그렇게 함으로써 예를 들어, 유색 상태에서 무색 또는 투명한 상태로 픽셀의 외관 또는 상태를 변화시킨다.
디스플레이에서 전기습윤 장치로서의 사용에 대표적인 픽셀(10)이 본 발명의 실시형태로서 도 1a 및 도 1b에 표시되어 있다. 적어도 하나의 극성 용매 및 본 발명의 실시형태 중 하나와 일치하는 적어도 하나의 개질된 올리고머 또는 중합체 염료를 포함하는 극성 유체(12), 및 비극성 유체(14)는 저장소(16) 내부에 가두었다. 저장소(16)는 제1 전극(18)과 제2 전극(20) 사이에 배치된다. 각각의 전극(18, 20)은 절연체, 예를 들어, 불소 중합체로 구성된 각각의 소수성 코팅제(22, 24)에 의해 코팅되어 있다. 적층된 배열에서 유체(12, 14), 전극(18, 20), 및 코팅제(22, 24)는 기판(26, 28)에 의해 지지된다. 전압원(30)은 전극들(18, 20) 사이에 연결되어 있으며 디스플레이의 픽셀을 위한 제어 회로(도시 생략)로 추가로 연결되어 픽셀(10)은 디스플레이 상태를 변화시키도록 다루어질 수 있다.
빛이 기판(26)에 공급되고 유체(12, 14), 전극(18, 20), 코팅제(22, 24), 및 기판(28)의 스택을 통해 픽셀(10)에 대한 외부 환경으로 전달된다. 도 1a에 나타낸 바와 같이 전극(18, 20)으로 전압원(30)에 의해 인가된 전압의 존재 하에서, 극성 유체(12)는 소수성 코팅제(22) 상에 막을 형성하여 픽셀(10)은 막의 착색과 관련된 외양을 가진다. 예를 들어, 극성 유체(12)가 색상이 적색이면, 적색 파장의 빛은 픽셀(10)로부터 관찰된다. 소수성 코팅제(22)의 영역 상에 극성 유체(12)의 표면적의 증가 때문에 극성 유체(12)의 색상이 픽셀(10)을 통해 전송된 빛에서 드러나 보이게 된다. 도 1b에 나타낸 바와 같이 전위차가 제거될 때, 극성 유체(12)는 자신의 형상을 변화시키고, 그렇게 함으로써 소수성 코팅제(22)의 표면에 대한 자신의 접촉각을 변화시킴으로써 반응한다. 더 적은 빛이 극성 유체(12)를 통해 전송되고, 그에 비해 더 많은 빛이 비극성 유체(14)를 통해 전송되므로, 극성 유체(12)의 시각적 착색은 도 1b의 디스플레이 상태에서 덜 분명하다. 도 1b에서 전압이 전극(18, 20)에 없을 때, 극성 유체(12)의 착색이 없는 비극성 유체(14)는 우선적으로 소수성 코팅제(22)의 대부분의 표면적을 적신다. 비극성 유체(14)는 무색이거나 투명할 수 있다. 픽셀(10)과 유사한 다른 픽셀(도시 생략)이 대조적인 디스플레이 상태와 함께 도 1a 및 도 1b에 나타낸 픽셀(10)의 이들 2개의 대조적인 디스플레이 상태는 디스플레이에 의해 사용되어 영상을 생성할 수 있다. 전위차가 픽셀(10)의 전극들(18, 20) 사이에 재인가될 때, 극성 막(12)은 도 1b의 디스플레이 상태에서 도 1a의 디스플레이 상태로 되돌아 갈 것이다.
당업자라면 픽셀(10)이 다양한 대안적인 구조물을 가질 수 있고 도 1a 및 도 1b에 나타낸 구조물은 다양할 수 있음을 인식할 것이다. 대안적인 실시형태에서, 필셀(10)이 배열되어 도 1a에서와 같이 막을 형성하도록, 인가된 전위차가 극성 유체(12)를 야기하고, 인가된 전위차의 제거는 도 1b에서 접촉각이 증가된 상태를 생성한다. 대안적으로, 극성 유체(12)는, 극성 유체(12)가 관측자로부터 보이지 않고 숨겨지는 픽셀(10) 내의 위치로 전위차에 의해 이동될 수 있다.
유사한 참조 번호가 도 1a 및 도 1b에서와 유사한 특징을 지칭하는 도 2a 및 도 2b와 관련하여, 본 발명의 실시형태 중 하나와 일치하는 적어도 하나의 비극성 용매 및 적어도 하나의 개질된 올리고머 또는 중합체 염료를 포함하는 비극성 유체(14)는 착색, 예컨대 검정색을 가질 수 있고, 극성 유체(12)와 함께 디스플레이 픽셀(10)에 사용되어 영상을 형성할 수 있다. 하나의 실시형태에서, 검정색의 유색 비극성 유기금속 유체(14)는 도 2a에 나타낸 바와 같이 소수성 코팅제(22) 상에 막을 형성하며, 이는 어두운, 예컨대 검정색의 영상 영역을 형성한다. 도 2b에서와 같이 전위차가 인가될 때, 극성 유체(12)는 소수성 코팅제(22)를 적실 것이며, 비극성(14)은 이동되어, 예를 들어, 표면적의 감소를 특징으로 하는 액적을 형성할 것이다. 결과적으로, 비극성 유체(14)의 색상은 픽셀(10)의 작은 가시 영역으로 국한되고, 픽셀(10)의 외관은 주로 극성 유체(12)의 착색을 반영할 것이며, 이는 무색이거나 투명할 것이다. 픽셀(10)과 유사한 다른 픽셀(도시 생략)의 대조적인 디스플레이 상태와 함께 도 2a 및 도 2b에 나타낸 픽셀(10)의 이들 2개의 대조적인 디스플레이 상태는 디스플레이에 의해 사용되어 영상을 생성할 수 있다.
유사한 참조 번호가 도 1a 및 도 1b에서의 유사한 특징을 지칭하는 도 3a 내지 도 3c와 관련하여 그리고 본 발명의 실시형태에 따라서, 본 발명의 실시형태 중 극성 유체(12)는, 극성 유체(12)의 액적이 비가시 위치(도 3a)에서 가시 위치(도 3c)로 픽셀(40) 내에서 움직여지는 디스플레이의 픽셀(40)에서 사용될 수 있다. 기판(26, 28)과 유사한 기판이 존재하지만 명확성을 위하여 도면에서 생략되어 있다. 비가시 위치와 가시 위치 사이의 극성 유체(12)의 전이는 도 3b에서 명확하다. 픽셀(40)의 전극(18)은 2개의 별개의 전극(18a, 18b)으로 분할된다. 전극(18a)은 극성 유체(12)가 관측자에 대하여 숨겨져 있고 비가시적인 픽셀(40)의 부분에 위치하고, 전극(18b)은 극성 유체(12)를 통한 빛의 전송 때문에 극성 유체(12)가 관측자에 대하여 가시적인 픽셀(40)의 부분에 위치한다.
전극들(18b, 20) 사이에 인가된 전위차를 전환함으로써, 극성 유체(12)는 비가시 위치(도 2a)에서 가시 위치(도 3b)로 이동된다. 가시 위치에서, 빛은 극성 유체(12)를 통해 전송되고, 극성 유체(12)의 착색을 반영하는 파장을 획득한다. 특징적인 착색을 획득한 후 빛은 소수성 코팅제(24) 및 전극(20)을 통해, 그리고 픽셀(40)에서 관찰자에게 전송된다. 극성 유체(12)는 가시 위치(도 3c)에서 비가시 위치(도 3a)로 되돌아가서 전극(18a, 20)에 전위차의 인가에 의해 초기 디스플레이 상태를 복구시킨다.
픽셀(40)과 유사한 다른 픽셀(도시 생략)의 대조적인 디스플레이 상태와 함께 도 3a 및 도 3c에 나타낸 픽셀(40)의 이들 2개의 대조적인 디스플레이 상태는 디스플레이에 의해 사용되어 영상을 생성할 수 있다. 대안적인 실시형태에서, 극성 유체(12)의 착색에 더하여 픽셀(40)의 비극성 유체(14)도 착색될 수 있다. 본 명세서에 기술된 극성 유체(12)의 실시형태는 장치 픽셀, 예를 들어, 픽셀(40)에 사용되어 영상 대조를 개선시킬 수 있다.
본 발명의 실시형태와 일치하는 조성물을 가지는 유색 비극성 유기금속 유체는 또한 디스플레이용 전기영동 소자에 사용될 수 있다. 유사한 참조 번호가 도 1a 및 도 1b에서의 유사한 특징을 지칭하는 도 4a 및 도 4b와 관련하여 그리고 본 발명의 실시형태에 따라서, 비극성 유체(14)는 단일 입자 유형의 전기영동 디스플레이의 픽셀(50)에 대하여 대조적인 색상으로서 사용될 수 있다. 구체적으로, 하전된 입자(52)는 일정한 부피의 비극성 유체(14) 내에 현탁되고, 픽셀(50)은 비극성 유체(14)의 입자(54)의 착색의 외관을 가진다. 전극원(30)으로부터의 전압에 의하여 전극들(18, 20) 사이에 전위차가 인가될 때, 하전된 입자(52)는 도 4b에 나타낸 바와 같이 이 경우 전극(20)에서 적어도 하나의 전극들(18, 20)에 대하여 정전기로 끌어당겨진다. 유색 비극성 유기금속 유체(14)의 벌크 내에서 하전된 입자(52)의 재분배의 결과로, 픽셀(50)의 외관이 변화되어 디스플레이 상태에서의 변화로 인하여 하전된 입자(52)이 착색을 반영한다. 픽셀(50)과 유사한 다른 픽셀(도시 생략)의 대조적인 디스플레이 상태와 함께 도 4a 및 도 4b에 나타낸 픽셀(10)의 이들 2개의 대조적인 디스플레이 상태는 디스플레이에 의해 사용되어 영상을 생성할 수 있다. 대안적으로, 비극성 유체(14) 중 염료가 적절하게 하전될 때, 유색 비극성 유기금속 유체(14)는 이중 입자 유형 디스플레이 중 대조적인 색상일 수 있다.
따라서, 특히 비극성 용매 대 종래 염료에서의 높은 용해도로 인하여, 개질된 올리고머 또는 중합체 염료의 사용은 장치에서 더 얇은 유색 층의 구성, 및 더 높은 명암비를 달성하는 능력을 가능하게 하여, 바람직한 착색력 및 색포화도를 제공한다. 개질된 올리고머 및 중합체 염료는 또한 더 낮은 온도, 예컨대 -40℃ 미만에서 용액 중 결정화하는 경향이 더 적으며, 또한 더 높은 분자량으로 인하여 하나의 유체에서 다른 유체로 확산하는 경향이 더 적고, 이에 의하여 개선된 장치 신뢰성을 제공한다. 추가적으로, 가용화 기가 바람직하게 비이온성임을 고려하면, 개질된 올리고머 및 중합체 염료는 작은 이온의 함량 또는 유체의 전도도를 증가시키지 않으면서 개선된 용해도를 제공한다. 이들 특성은 기존의 염료보다 개선된 성능을 제공하며, 전기습윤, 전기영동, 및 전기유체 색소포 장치를 위한 안료가 있는 극성 및 비극성 유체에 대한 분산제 및 안정화제로서 바람직한 유용성을 가진다.
본 발명은 다양한 실시형태의 기술에 의하여 예시되고 이들 실시형태는 상당히 상세하게 기술된 한편, 어떤 방식으로도 이와 같은 상세 내용으로 첨부된 특허청구범위의 범주를 제한하거나 한정하는 것이 출원인의 의도가 아니다. 추가적인 이점 및 변형이 당업자에게 용이하게 명백할 것이다. 그러므로, 보다 광범위한 양태에서 본 발명은 구체적인 상세 내용, 대표적인 장치 및 방법, 그리고 나타내고 기술된 예시적인 예로 제한되지 않는다. 따라서, 이탈은 출원인의 일반적인 발명 개념의 사상 또는 범주로부터 벗어나지 않고 이와 같은 상세 내용으로부터 이루어질 수 있다.

Claims (24)

  1. 유색 유기금속 유체로서,
    규소 및/또는 게르마늄을 포함하는 적어도 하나의 극성 또는 비극성 용매, 및 상기 용매 중 적어도 하나의 개질된 올리고머 또는 중합체 염료를 포함하되, 상기 염료는 분자량이 10 내지 800인 저분자량 기 또는 올리고머 또는 폴리머 사슬에 부착된 적어도 하나의 발색단을 가지며, 규소 및/또는 게르마늄을 포함하고, 상기 염료는 추가로 총 분자량이 100 내지 100,000이고, 상기 용매 중 용해도가 25℃에서 적어도 5중량%이며, 동점성 계수(dynamic viscosity)가 25℃에서 0.1cP 내지 2,000cP이고,
    상기 용매가 극성 용매이면, 상기 유색 유기금속 유체는 전도도가 약 0.01μS/㎝ 내지 3000μS/㎝이고, 표면 장력이 25℃에서 15dyne/㎝ 내지 90dyne/㎝이며, 2.0Å보다 작은 반경을 가지는 단원자 이온 및 1.45Å보다 작은 반경을 가지는 다원자 이온의 총 함량이 500ppm 미만이고, 상기 용매가 비극성 용매이면, 상기 유색 유기금속 유체는 전도도가 5×10-3μS/㎝ 미만이고, 표면 장력이 25℃에서 10dyne/㎝ 내지 40dyne/㎝인 유색 유기금속 유체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 개질된 올리고머 또는 중합체 염료는 다음의 식 중 적어도 하나로 정의되는 것인 유색 유기금속 유체:
    (1) Q-[X-(Y)l]m
    (2) (Q-X)p-Z-(X-Y)q
    (3) (Q-X)p(Y-X)q-Z-LY1Y2-Z-(X-Y)q(X-Q)p
    (4) Q-X-YY1Y2-X-Q
    (5) Z(X-Y-X-Q)P
    (6) (Y)l-X-Q-X-[Q-X]k-Q-X-(Y)l
    (7) [(Y)l-X]m-Q-X-Y-X-Q-[X-(Y)l]m
    (8) Q-X-Y-[X-Q-X-Y]k-X-Q-X-Y
    (9) Y2Y1Y(-X-Q)[Y1Y2Y(-X-Q)]kY2Y1Y(-X-Q)YY1Y2
    (10) Y2(B)Y1(A)Y(-X-Q)[Y2(B)Y1(A)Y(-X-Q)]kY2(B)Y1(A)Y(-X-Q)YY1(A)Y2(B)
    (11) Q-[X1 - Y1 +]m
    (12) Q-[X2 + Y2 -]m
    (13) [Y1 + X1 -]m -Q-X-Y-X-Q-[X1 - Y1 +]m
    (14) [Y2 - X2 +]m -Q-X-Y-X-Q-[X2 + Y2 -]m
    (15) [Y1 + X1 -]m -Q-Z-(Q-Z)k -Q-Z-[X1 - Y1 +]m
    (16) [Y2 - X2 +]m -Q-Z-(Q-Z)k -Q-Z-[X2 + Y2 -]m
    (17) Z{X-Y-X-Q-[X1 - Y1 +]m}p
    (18) Z{X-Y-X-Q-[X2 + Y2 -]m}p
    (19) Y2Y1Y(-X1 - +X2Q)[Y1Y2Y(-X1 - +X2Q)]kY2Y1Y(-X1 - +X2Q)YY1Y2
    (20) Y2Y1Y(-X2 + -X1Q)[Y1Y2Y(-X2 + -X1Q)]kY2Y1Y(-X2 + -X1Q)YY1Y2
    식 중,
    Q는 발색단이고;
    X는 R, RC(O)O, ROC(O), RC(O)NR1, RNR1C(O), SO2NR1, SO2, RO, RS, RNR1, =N-, RNHC(O)NR1, RNHC(O)O, ROC(O)NH, OC(O)OCH2NR1, RC(O)OCH2CH(OH)CH2, RSO3 -, ROSO3 -, RCOO-, ROPO3 2 -, RPO3 2 -, RR1R2R3N+, RR1R2R3P+이되, R, R1, R2, 및 R3은 독립적으로 수소, 알킬, 아릴, 알킬아릴, 지환족 또는 헤테로사이클이며;
    Y는 분자량이 10 내지 800인 저분자량 기, 또는 선형, 분지형, 수지상, 또는 환형 올리고머 또는 중합체 사슬이고, 규소 및/또는 게르마늄을 포함하며;
    Y1 및 Y2는 독립적으로 선택적이고, 존재한다면 독립적으로 단일 결합, -R1R2R3SiO-(-SiR2R3O)r, -SiR3R2R1-, 비닐, 비닐리덴, 또는 다이엔 단량체 또는 올리고머, 폴리안하이드라이드, 폴리알킬렌글라이콜, 폴리에스터, 에폭시, 폴리우레탄, 폴리아마이드, 폴리이미드, 페놀, 멜라민, 및 유레아 폼알데하이드, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리설폰, 폴리알데하이드, 또는 폴리케톤이되, R1은 H, 알킬, 할로겐화 알킬, 아릴, 또는 알킬아릴이고; R2, R3은 독립적으로 알킬, 할로겐화 알킬, 아릴, 알크아릴(alkaryl), 지환족, 헤테로사이클, 폴리(알킬렌 옥사이드), 알킬아민, 폴리알킬아민, 또는 이들의 임의의 조합이며; r = 1 내지 2000이거나; 또는 선택적으로 함께 랜덤 또는 블럭 공중합체를 형성하고;
    Z는 1,3,5- 및 1,2,4-트라이아진, 벤젠-1,3,5-트라이카복실산, 벤젠-1,2,4-트라이카복실산, 벤젠-2,3,5,6-테트라카복실산, 글라이세롤, 펜타에리트리톨, 다이메틸올 프로피온산, 시트르산, 아이소시트르산, 프로판-1,2,3-트라이카복실산, 점액산, 말산, 타르타르산, 2,4-다이하이드록시벤조산, 1,3,5-트라이아미노벤젠, 1,3,5-트라이하이드록시벤젠, 갈산, 2-아미노-1,3-프로판다이올, 또는 트라이에탄올아민의 라디칼이며;
    L은 단일 결합 또는 이작용성 연결기이고;
    A 및 B는 독립적으로 H, 알킬, 아릴, 알킬 아릴, 헤테로사이클, 비닐, 비닐리덴, 또는 다이엔 단량체 또는 올리고머, 폴리안하이드라이드, 폴리알킬렌글라이콜, 폴리에스터, 에폭시, 폴리우레탄, 폴리아마이드, 폴리이미드, 페놀, 멜라민, 유레아 폼알데하이드, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리설폰, 폴리알데하이드, 또는 폴리케톤이며;
    X1 -는 발색단의 음이온 기이고;
    X2 +는 발색단의 양이온 기이며;
    Y1 +는 올리고머 또는 중합체의 양이온 기이고;
    Y2 -는 올리고머 또는 중합체의 음이온 기이며;
    l은 1 내지 2이고; m은 1 내지 8이며; p 및 q는 1 내지 4이고; p+q < 5이며; k는 0 내지 500이다.
  3. 제2항에 있어서, Y는 실세스퀴옥산 올리고머 또는 중합체 사슬; -R1R2R3SiO-(-SiR2R3O)r-SiR2R3R4; -R1R2R3SiO-(-SiR2R3O)r-SiR3R2R1-; R2R3R4SiO-(-SiR2R3O)r-[Si(R3-)R2O-]n-SiR2R3R4; -R1-Si[-O(-SiR2R3O)r-SiR2R3R4]3, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택되되, R1은 H, 알킬, 할로겐화 알킬, 아릴 또는 알크아릴이고; R2, R3 및 R4는 독립적으로 알킬, 할로겐화 알킬, 아릴, 알크아릴, 지환족, 헤테로사이클, 폴리(알킬렌 옥사이드), 알킬아민, 폴리알킬아민이며; r = 1 내지 2000, n = 1 내지 2000이고; n+r < 2000인 것인 유색 유기금속 유체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 용매는 상기 극성 용매인 것인 유색 유기금속 유체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 극성 용매는 25℃에서 유전상수가 10 초과이고, 표면 장력이 25dyne/㎝ 내지 90dyne/㎝이며, 동점성 계수는 0.1 내지 2,000cP이고, 20 내지 80%의 범위로 30V의 직류 또는 교류에 대하여 전기습윤 상대 리스폰스(electrowetting relative response; EWRR)를 가지는 것인 유색 유기금속 유체.
  6. 제4항에 있어서, 상기 극성 용매는 규소를 포함하는 것인 유색 유기금속 유체.
  7. 제4항에 있어서, 상기 극성 용매는 게르마늄을 포함하는 것인 유색 유기금속 유체.
  8. 제1항에 있어서, 상기 용매는 상기 비극성 용매인 것인 유색 유기금속 유체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 비극성 용매는 유전상수가 10 미만이고, 25℃에서의 동점성 계수는 0.1 내지 2,000cP이며, 표면 장력이 10dyne/㎝ 내지 40dyne/㎝인 것인 유색 유기금속 유체.
  10. 제8항에 있어서, 상기 비극성 용매는 규소를 포함하는 것인 유색 유기금속 유체.
  11. 제8항에 있어서, 상기 비극성 용매는 게르마늄을 포함하는 것인 유색 유기금속 유체.
  12. 제1항에 있어서, 상기 개질된 올리고머 및/또는 중합체 염료는 상기 유체의 약 0.01중량% 내지 약 50%의 양으로 존재하고, 상기 극성 또는 비극성 용매는 상기 유체의 약 50중량% 내지 약 99.99중량%의 양으로 존재하는 것인 유색 유기금속 유체.
  13. 제2항에 있어서, 안료를 추가로 포함하며, 해당 안료는 염료에 의해 안정화되는 것인 유색 유기금속 유체.
  14. 제13항에 있어서, 상기 안료는 입자 크기가 10 내지 400㎚인 것인 유색 유기금속 유체.
  15. 제13항에 있어서, 상기 염료는 상기 유체의 0.01중량% 내지 40중량%의 양으로 존재하고, 상기 안료는 상기 유체의 0.01중량% 내지 30중량%의 양으로 존재하며, 극성 또는 비극성 용매는 상기 유체의 40중량% 내지 99.98중량%의 양으로 존재하는 것인 유색 유기금속 유체.
  16. 제1항에 있어서, 상기 염료는 형광 염료인 것인 유색 유기금속 유체.
  17. 제1항에 있어서, 상기 염료는 둘 이상의 염료를 포함하고, 색상이 검정색인 것인 유색 유기금속 유체.
  18. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 안료를 추가로 포함하고, 하나 이상의 염료와 조합하여 색상이 검정색인 유색 유기금속 유체를 규정하는 것인 유색 유기금속 유체.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 유색 유기금속 유체를 포함하는 전기습윤 또는 전기유체 장치.
  20. 제19항에 있어서, 투명한 극성 또는 비극성 유체를 추가로 포함하는 전기습윤 또는 전기유체 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 유색 유기금속 유체는 극성 용매를 포함하여 유색 유기금속 극성 유체를 규정하고 제1항의 다른 유색 유기금속 유체를 추가로 포함하며, 비극성 용매를 포함함으로써 유색 유기금속의 비극성 유체를 규정하는 것인 전기습윤 또는 전기유체 장치.
  22. 전기영동 장치로서, 제1항의 유색 유기금속 유체를 포함하되, 비극성 용매를 포함함으로써 유색 유기금속 비극성 유체를 규정하는 것인 전기영동 장치.
  23. 제1항의 유색 유기금속 유체를 포함하는 디스플레이용 픽셀.
  24. 디스플레이용 픽셀의 디스플레이 상태를 변화시키는 방법으로서, 상기 방법은
    복수의 전극을 통하여 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 유색 유기금속 유체를 포함하는 픽셀의 저장소에 전위차를 인가하여 유색 유기금속 유체의 형상을 이동 또는 변화시킴으로써 픽셀의 디스플레이 상태의 변화를 일으키는 단계를 포함하는, 디스플레이 상태의 변화 방법.
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