KR20170136628A

KR20170136628A - 전기영동 디스플레이 유체

Info

Publication number: KR20170136628A
Application number: KR1020177032866A
Authority: KR
Inventors: 후이 두; 크레이그 린
Original assignee: 이 잉크 캘리포니아 엘엘씨
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2016-05-05
Publication date: 2017-12-11
Also published as: US20180335680A1; WO2016182839A1; US10036929B2; JP2018515810A; CN107533269B; CN107533269A; HK1244545A1; TWI602009B; CN112526795A; EP3295244A4; EP3295244B1; PL3295244T3; US20160334690A1; CA2982851C; ES2894743T3; TW201643533A; CA2982851A1; KR102073463B1; PT3295244T; EP3295244A1

Abstract

본 발명은 용매 또는 용매 혼합물 중에 분산된 전하를 띤 입자들을 포함하는 전기영동 유체에 관련되고, 여기서 (i) 비-백색 및 비-흑색이고 무기 안료로 형성되는 하나의 타입의 입자들, (ii) 비-백색 및 비-흑색이고 유기 안료로 형성되는 다른 타입의 입자들, 및 양자의 타입들의 입자들 (i) 및 (ii) 는 상이한 컬러들이고 동일한 전하 극성을 지닌다.

Description

전기영동 디스플레이 유체{ELECTROPHORETIC DISPLAY FLUID}

본 발명은 전기영동 디스플레이 유체 및 이러한 디스플레이 유체를 활용하는 전기영동 디바이스에 관련된다.

전기영동 디스플레이 (electrophoretic display; EPD) 는 유전성 용매 중에 분산된 전하를 띤 안료 입자들에 영향을 주는 전기영동 현상에 기초한 비발광형 (non-emissive) 디바이스이다. EPD 는 통상적으로 한 쌍의 이격된 플레이트-형 전극들을 포함한다. 전극 플레이트들 중 적어도 하나는, 통상적으로 시인 측에서, 투명하다. 전하를 띤 안료 입자들이 분산되어 있는 유전성 용매로 구성된 전기영동 유체는 2 개의 전극 플레이트들 사이에 인클로징된다.

전기영동 유체는 하나 이상의 타입들의 전하를 띤 입자들을 포함할 수도 있다. 컬러 전기영동 디스플레이 디바이스의 경우, 유체는 보통 적어도 3 개의 타입들의 전하를 띤 입자들을 포함한다. 그들 중, 백색, 흑색 및 비-백색 (non-white) 및 비-흑색 (non-black) 입자들이 존재한다. 비-백색 및 비-흑색 입자들에 대해, 유기 안료들이 종종 그들의 우월한 착색력 (coloring strength) 으로 인해 종종 사용된다.

그러나 실제로는, 유기 안료 입자들이 전기영동 디스플레이에서 작용적이게 하도록 그 유기 안료 입자들을 준비하는데 이용될 수 있는 단지 몇몇 타입들의 표면 개질 기법 (surface modification technique) 만이 존재한다. 상이한 컬러들의 유기 안료 입자들이 유체 중에 공존하고 그들이 동일한 표면 케미스트리 (surface chemistry) 를 가지면, 이들 입자들은 주어진 구동 전압 하에서 분리되기 어려울 수도 있다. 이것은, 이들 입자들이 동일한 표면 케미스트리를 갖기 때문에 상이한 레벨들의 전하 전위 및 원하는 전하 극성들을 갖도록 이들 입자들을 준비하기 어렵다는 사실로 인한 것이다.

더욱이, 전하 제어제(들)가 유체에서 사용되면, 동일한 표면 케미스트리를 갖는 상이한 착색 유기 안료 입자들은 동일한 전하 제어제를 두고 경쟁하여, 구동 동안 불안정한 전하들을 초래할 것이다. 이들 팩터들 모두는 디스플레이 디바이스의 열악한 컬러 성능, 이를 테면 컬러 틴팅의 존재 및 열악한 컬러 콘트라스트를 야기할 수 있다.

본 발명에서는, 무기 컬러 안료들이 2 개 이상의 타입들의 비-백색 및 비-흑색 입자들을 포함하는 전기영동 유체에서 유기 컬러 안료들 중 적어도 하나를 대신하기 위해 사용된다.

본 발명의 제 1 양태는 용매 또는 용매 혼합물 중에 분산된 적어도 2 개의 타입들의 전하를 띤 입자들을 포함하는 전기영동 유체에 관련되고, 그 2 개의 타입들의 전하를 띤 입자들은,

(i) 비-백색 및 비-흑색이고 무기 안료로 형성되는 하나의 타입의 입자들,

(ii) 비-백색 및 비-흑색이고 유기 안료로 형성되는 다른 타입의 입자들

을 포함하고,

양자의 타입들의 입자들은 상이한 컬러들이고 동일한 전하 극성을 지닌다.

하나의 실시형태에서, 유체는 하나의 추가적인 타입의 상이한 착색 입자들을 포함한다 (즉, 총 3 개의 타입들). 하나의 실시형태에서, 유체는 2 개의 추가적인 타입들의 상이한 착색 입자들을 포함한다 (즉, 총 4 개의 타입들). 하나의 실시형태에서, 유체는 3 개의 추가적인 타입들의 상이한 착색 입자들을 포함한다 (즉, 총 5 개의 타입들). 하나의 실시형태에서, 유체는 5 개 초과의 타입들의 상이한 착색 입자들을 포함한다.

하나의 실시형태에서, 양자의 타입들의 입자들 (i) 및 (ii) 는 양전하를 띤다. 하나의 실시형태에서, 2 개의 타입들의 입자들은 상이한 타입들의 표면 케미스트리를 갖는다.

하나의 실시형태에서, 상기 하나의 타입의 입자들 (i) 는 상기 다른 타입의 입자들 (ii) 보다 더 높은 전하를 지닌다.

하나의 실시형태에서, 유체는 흑색 또는 백색인 추가적인 타입의 동일한 전하를 띤 입자들을 포함한다. 이 실시형태에서, 3 개의 타입들의 입자들은 양전하를 띤다. 하나의 실시형태에서, 추가적인 타입의 동일한 전하를 띤 입자들은 흑색 컬러이다. 추가의 실시형태에서, 3 개의 타입들의 입자들은 상이한 레벨들의 전하 전위를 지닌다. 또 다른 추가의 실시형태에서, 상기 하나의 타입의 입자들 (i) 및 상기 다른 타입의 입자들 (ii) 의 매그니튜드 (magnitude) 들은 추가적인 타입의 동일한 전하를 띤 입자들의 매그니튜드보다 점진적으로 더 낮다. 다시 말해서, 추가적인 타입의 동일한 전하를 띤 입자들은 최고 (highest) 전하 전위를 지니고; 상기 다른 타입의 입자들 (ii) 은 최저 (lowest) 전하 전위를 지니고; 그리고 상기 하나의 타입의 입자들 (i) 의 전하 매그니튜드는 상기 다른 타입의 입자들 (ii) 및 추가적인 타입의 동일한 전하를 띤 입자들의 매그니튜드들 사이이다.

하나의 실시형태에서, 유체는 상반된 전하를 띠는 다른 타입들의 입자들을 더 포함한다. 하나의 실시형태에서, 다른 타입들의 입자들은 음전하를 띤다.

본 발명의 제 2 양태는 제 1 타입의 입자들, 제 2 타입의 입자들, 제 3 타입의 입자들, 제 4 타입의 입자들 및 제 5 타입의 입자들을 포함하는 전기영동 유체에 관련되고, 이들 모두는 용매 또는 용매 혼합물 중에 분산되고, 여기서:

(a) 5 개의 타입들의 입자들은 서로 상이한 컬러들이고;

(b) 제 1, 제 2 및 제 3 타입들의 입자들은 동일한 전하 극성을 지니고,

(c) 제 2 타입의 입자들은 비-백색 및 비-흑색이고 무기 안료로 형성되고 제 3 타입의 입자들은 비-백색 및 비-흑색이고 유기 안료로 형성되고;

(d) 제 4 및 제 5 타입들의 입자들은 제 1, 제 2 및 제 3 타입들의 입자들이 지닌 것과는 상반된 전하를 지닌다.

하나의 실시형태에서, 제 1, 제 2 및 제 3 타입들의 입자들은 양전하를 띤다. 하나의 실시형태에서, 제 1 타입의 입자들은 흑색이다. 하나의 실시형태에서, 제 2 타입 및 제 3 타입의 입자들은 제 1 타입의 입자들의 매그니튜드보다 점진적으로 더 낮은 매그니튜드들을 갖는다. 다시 말해서, 제 1 타입의 입자들은 최고 전하를 띠고, 제 3 타입의 입자들은 최저 전하를 띠고, 그리고 제 2 타입의 입자들의 전하 매그니튜드는 제 1 및 제 3 타입들의 입자들의 매그니튜드들 사이이다.

하나의 실시형태에서, 제 2 타입의 입자들은 제 3 타입의 입자들보다 더 높은 전하를 지닌다.

하나의 실시형태에서, 제 4 및 제 5 타입들의 입자들은 음전하를 띤다. 하나의 실시형태에서, 제 5 타입의 입자들의 매그니튜드는 제 4 타입의 입자들의 매그니튜드보다 더 낮다.

컬러들에 더하여, 다중의 타입들의 입자들은 다른 별개의 광 특성들, 이를 테면 광 투과 (transmission), 반사 (reflectance), 발광 (luminescence) 또는, 머신 판독을 위해 의도된 디스플레이들의 경우에는, 가시 범위 밖의 전자기 파장들의 반사에서의 변화의 의미에서의 의사-컬러 (pseudo-color) 를 갖는 것이 가능하다.

입자들의 전하 전위들은 제타 전위에 관하여 측정될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 제타 전위는 CSPU-100 신호 프로세싱 유닛, ESA EN# Attn 플로우 스루 셀 (flow through cell) (K:127) 을 가진 콜로이달 다이나믹스 (Colloidal Dynamics) AcoustoSizer IIM 에 의해 결정된다. 샘플에서 사용되는 용매의 밀도, 용매의 유전율, 용매 중의 음속, 용매의 점도와 같은 인스트루먼트 상수들은, 모두 테스팅 온도 (25℃) 에서, 테스팅 전에 입력된다. 안료 샘플들은 (보통 12 개 미만의 탄소 원자들을 갖는 하이드로카본 유체인) 용매 중에 분산되고, 5 내지 10 중량% 로 희석된다. 샘플은 또한, 입자들에 대한 전하 제어제의 중량비가 1:10 인, 전하 제어제 (Lubrizol Corporation, Berkshire Hathaway company 로부터 입수가능한 Solsperse 17000®; "Solsperse" 는 등록 상표이다) 를 함유한다. 희석된 샘플의 질량이 결정되고 샘플은 그 후 제타 전위의 결정을 위해 플로우 스루 셀 안으로 로드된다.

비-백색 및 비-흑색 유기 안료들에 대해, 그들은 CI pigment PR254, PR122, PR149, PG36, PG58, PG7, PB15:3, PY83, PY138, PY150, PY155 또는 PY20 을 포함할 수도 있지만, 이들에 제한되지는 않는다. 이들은 컬러 인덱스 핸드북들, "New Pigment Application Technology" (CMC Publishing Co., Ltd, 1986) 및 "Printing Ink Technology" (CMC Publishing Co., Ltd, 1984) 에 기술된 통상 사용되는 유기 안료들이다. 구체적인 예들은 Clariant Hostaperm Red D3G 70-EDS, Hostaperm Pink E-EDS, PV Fast Red D3G, Hostaperm Red D3G 70, Hostaperm Blue B2G-EDS, Hostaperm Yellow H4G-EDS, F2G-EDS, Novoperm Yellow HR-70-EDS, Hostaperm Green GNX, BASF Irgazine Red L 3630, Cinquasia Red L 4100 HD, 및 Irgazin Red L 3660 HD; Sun Chemical phthalocyanine blue, phthalocyanine green, diarylide yellow 또는 diarylide AAOT yellow 를 포함한다.

비-백색 및 비-흑색 무기 안료들에 대해, 그들은 CI (컬러 인덱스) pigment blue 36 또는 28 (PB36 또는 PB28), CI pigment yellow 227 또는 53, CI pigment green 50 또는 26, CI pigment red 102, 등과 같이, 고온 소성 프로세스에 의해 보통 생성된, 혼합 금속 산화물 안료들을 포함할 수도 있지만, 이들에 제한되지는 않는다.

안료 입자들이 분산되는 용매는 높은 입자 이동성을 위해 약 2 내지 약 30, 바람직하게는 약 2 내지 약 15 의 범위의 유전율을 갖는다. 적합한 유전성 용매의 예들은 이소파르 (isopar), 데카하이드로나프탈렌 (DECALIN), 5-에틸리덴-2-노보넨 (norbornene), 지방유, 파라핀유와 같은 하이드로카본; 실리콘 유체; 톨루엔, 자일렌, 페닐자일릴에탄, 도데실벤젠 및 알킬나프탈렌과 같은 방향족 하이드로카본; 퍼플루오로데칼린, 퍼플루오로톨루엔, 퍼플루오로자일렌, 디클로로벤조트리플루오라이드, 3,4,5-트리클로로벤조트리플루오라이드, 클로로펜타플루오로-벤젠, 디클로로노난, 펜타클로로벤젠과 같은 할로겐화된 용매; 및 미네소타주 세인트 폴의 3M Company 로부터의 FC-43, FC-70 및 FC-5060 과 같은 퍼플루오리네이티드 용매, 오리건주 포틀랜드의 TCI America 로부터의 폴리(퍼플루오로프로필렌 옥사이드) 와 같은 저분자량 할로겐 함유 폴리머, 뉴저지주 리버 에지의 Halocarbon Product Corp. 로부터의 할로카본 오일과 같은 폴리(클로로트리플루오로-에틸렌), 오지몬트 (Ausimont) 로부터의 갈덴 (Galden) 과 같은 퍼플루오로폴리알킬에테르 또는 델라웨어의 DuPont 로부터의 크리톡스 오일 (Krytox Oils) 및 그리스 (Greases) K-플루이드 시리즈 (K-Fluid Series), 다우코닝 (DC-200) 으로부터의 폴리디메틸실록산계 실리콘 오일을 포함한다.

입자들 (유기 및 무기) 은 네이티브 전하를 보일 수도 있거나, 또는 전하 제어제를 사용하여 명시적으로 전하를 띨 수도 있거나, 또는 용매 또는 용매 혼합물 중에 현탁 (suspending) 시 전하를 획득할 수도 있다.

적합한 전하 제어제는 당업계에 잘 알려져 있다; 그들은 사실상 중합성 또는 비-중합성일 수도 있거나 또는 이온성 또는 비-이온성일 수도 있다. 전하 제어제의 예들은 Solsperse 17000 (활성 중합 분산제), Solsperse 19000, Solsperse 9000 (활성 중합 분산제), OLOA 11000 (숙신이미드 애쉬리스 (ashless) 분산제), Unithox 750 (에톡시레이트), Span 85 (소르비탄 트리올리에이트 (sorbitan trioleate)), Petronate L (소듐 술포네이트), Alcolec LV30 (소이 레시틴), Petrostep B100 (페트로리윰 술포네이트), B70 (바륨 술포네이트), Aerosol OT, 폴리이소부틸렌 유도체, 폴리(에틸렌 코-부틸렌) 유도체 등등을 포함할 수도 있지만, 이들에 제한되지는 않는다.

다음은 본 발명의 입자들의 표면을 개질시키는데 이용될 수도 있는 몇몇 방법들을 제공한다.

Ⅰ. 표면 개질 방법들:

하나의 타입의 표면 개질 방법들은 표면 그래프팅 (surface grafting) 이다. 표면 상에 하이드록실 (-OH) 작용성 (functionalities) 을 갖는 안료들에 대해, 유기 실란 커플링제가 하이드록실 작용성과 반응하기 위해 사용될 수도 있는데, 그 작용성을 통하여, 중합성 작용기를 가진 분자가 안료 표면에 화학 결합될 수 있다. 표면 중합이 그 후 안료 입자들의 표면으로 폴리머를 그래프팅하기 위해 수행될 것이다.

본래 금속 산화물 표면 상에 하이드록실 (-OH) 작용성이 존재하기 때문에, 무기 안료는 보통 이 방법을 거친다. 그러나, 이 방법은, 유기 안료들이 하이드록실 (-OH) 작용성을 가지면, 유기 안료에도 물론 적용가능할 수도 있다.

이 타입의 케미스트리 및 방법은, 그 내용이 전부 참조로 본 명세서에 통합되는, 미국 특허 제6,822,782호에 기술되어 있다.

Ⅰ(a) 자유 라디칼 랜덤 그래프트 중합 (RGP) 방법

이 방법은 무기 안료에 더 적합하다. 그 방법에서, 입자는 먼저, 작용기, 및 그 작용기가 입자 표면과 반응하고 그 입자 표면에 결합하는 것이 가능한 중합성기 (polymerizable group) 를 갖는 시약 (reagent) 과 반응하게 된다. 작용기는 입자 표면과 반응하여, 중합성기를 입자 표면에 공유 결합되게 하고 자유롭게 후속 중합 반응에 참여하게 한다. 중합성기를 지닌 입자는 그 후 입자들 상의 중합성기와 모노머(들) 또는 올리고머(들) 사이에 반응을 야기하는데 효과적인 조건들 하에서 하나 이상의 중합성 모노머 또는 올리고머로 처리되고; 이러한 조건들은 통상적으로 중합 개시제 (initiator) 의 존재를 포함하지만, 일부 경우들에서, 중합은 개시제 존재 없이도, 열적으로 개시될 수도 있다.

중합 반응은 입자에 이전에 부착된 중합성기로부터 적어도 하나의 잔류물을 포함하는 폴리머 사슬을 생성한다. 다중의 중합성기가 프로세스의 처음 스테이지에서 입자에 부착되면, 이들 중합성기 중의 2 개 이상의 잔류물은 동일한 폴리머 사슬로 통합될 수도 있으며, 이는 따라서 2 개 이상의 포인트들에서 입자 표면에 부착될 것이다.

여러겹-부착된 폴리머 사슬의 존재는 전기영동 유체 중에 사용된 입자들을 안정화시키는데 특히 유리한 것으로 생각된다. 폴리머 사슬은 입자의 표면을 완전히 커버하지 않는다. 폴리머 사슬에 의한 안료 입자들의 표면들의 불완전한 커버리지는 우수한 전기영동 속성들을 가진 입자들을 제공하는데 있어서 중요하다.

Ⅰ(b) 이온성 랜덤 그래프팅 중합 (Ionic RGP) 방법

대안적으로, 중합성기는 이온 결합을 통해 입자에 부착될 수도 있다. 입자의 화학적 성질에 의존하여, 일부 경우들에서, 요구된 이온 결합을 형성하기 위해 모노머를 입자와 단순히 반응시키는 것이 가능할 수도 있다. 그러나, 대부분의 경우들에서, 입자와 반응하고 입자에 결합하는 것이 가능한 하나의 작용기 및 필요한 이온 결합을 형성할 수 있는 제 2 작용기를 갖는 두 기능 (bi-functional) 의 시약으로 입자를 전처리할 필요가 있을 것이다. 그 후에, 결과의 입자는 원하는 이온 결합을 형성하기 위해 제 2 작용기와 반응하는 것이 가능한 제 3 작용기 및 중합성기를 갖는 모노머와 반응하게 된다. RGP 프로세스의 최종 중합 단계는 그 후 산물 (product) 을 생성하기 위해 이전에 설명한 바와 같이 수행된다. 이온 결합 형성 반응은 통상적으로 산-염기 반응이다; 예를 들어, 제 2 작용기는 알킬-치환 암모늄기와 같은 암모늄기일 수도 있고, 제 3 작용기는 술폰산이며, 또는 그 역도 또한 마찬가지이다.

무기 안료에 또한 더 적합한 이온성 RGP 프로세스는, 최종 입자들에서의 이온 결합된 폴리머 사슬의 일부가 분리되고 전기영동 유체의 현탁 유체 중에 분산되며, 따라서 전하를 띤 입자들에 안정화된 반대이온 (counterions) 을 제공한다는 이점을 갖는다. 사실상, 이온 결합된 폴리머는 입자들에 대한 전하 제어제 및 안정화 폴리머 양자 모두로서 기능한다.

Ⅰ(c) 원자 이동 라디칼 중합 (ATRP) 방법

추가의 대안으로, 중합을 개시하는 것이 가능한 기는 먼저 안료 입자, 및 이 개시기 (initiating group) 로 형성된 폴리머에 부착될 수도 있다. 개시기는 이전에 설명된 방식들 중 임의의 방식으로 공유 또는 이온 결합에 의해 폴리머 표면에 부착될 수도 있다. 이 프로세스의 처음 스테이지에서, 입자의 표면은 입자 표면과 반응하는 것이 가능한 하나의 기 및 원자 이동 라디칼 중합 (ATRP) 을 위해 개시 사이트를 제공하는 제 2 기를 갖는 두 기능의 시약으로 처리된다. ATRP 개시제 사이트는, 예를 들어, 벤질 클로린 또는 다른 할로겐 원자일 수도 있다. 결과의 입자는 그 후 입자 표면 상에 폴리머를 형성하기 위해 원자 이동 라디칼 중합성 모노머 (예를 들어, 메틸메타크릴레이트) 로 처리된다. ATRP 는, 제 1 모노머와의 중합 반응이 반응 혼합물을 냉각시키는 것에 의해 중단될 수 있는데, 제 1 모노머는 제 2 모노머로 대체되고, 그리고 그 반응은 그 후에 제 1 모노머의 이전에-형성된 폴리머의 단부 (end) 들을 향하여 제 2 모노머의 중합을 야기하도록 반응 혼합물의 온도를 증가시키는 것에 의해 다시 시작된다는 이점을 갖는다. 이들 단계들은 제 3 모노머의 도입으로 반복될 수도 있다. 이 프로세스는 입자 상에 2 개 (또는 그 이상) 의 모노머의 블록 코폴리머를 형성한다.

방법은 입자 상의 ATRP 개시 사이트들의 사용에 제한되지 않고 다른 타입들의 개시 사이트들, 예를 들어, 이온성 또는 자유 라디칼 개시 사이트들의 사용을 또한 포함한다. 또한, 상기 언급된 두 기능의 시약은 단일 모노머 시약일 필요가 없고 그들 자체가 중합성일 수 있다.

ATRP 방법은 또한 무기 안료에 더 적합하다.

이 섹션에서의 방법들은 하나 초과의 스테이지 및/또는 하나 초과의 타입의 중합을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 입자는 먼저, ATRP 를 위해 개시 사이트를 제공하는 기를 함유하는 적어도 하나의 모노머 (예를 들어, 클로로메틸스티렌) 를 포함하는 모노머의 혼합물이 사용된다는 것을 제외하고는, 상기 설명된 자유 라디칼 중합 방법의 대상이 된다. 따라서, ATRP 개시 사이트들을 함유하는 폴리머 사슬이 입자 상에 형성되어 있다. 자유 라디칼 중합이 완료된 후, 입자는 그 후 ATRP 의 대상이 되어서, 폴리머 측쇄 사슬이 ATRP 개시 사이트들로부터 형성되고, 따라서 RGP 프로세스에 의해 형성된 주 사슬 및 ATRP 에 의해 형성된 측쇄 사슬을 갖는 "하이퍼브랜치형" 폴리머를 생성한다. 이 타입의 폴리머 구조는 전기영동 디스플레이들에서 현탁 유체로서 통상 사용되는 비-이온성 유체 매질에서 전하를 띤 입자의 현탁을 안정화시키는데 있어서 매우 유리한 것으로 확인되었다. 유사한 타입의 하이퍼브랜치형 폴리머는 RGP 단계에서 사용된 모노머의 혼합물에 안정된 자유 라디칼 중합 (SFRP) 을 위한 개시기를 함유하는 모노머를 포함함으로써 생성될 수 있고, 이 SFRP 개시기는 그것이 본질적으로 RGP 단계에서 사용된 조건들 하에서 중합을 개시하지 않도록 선정된다. RGP 단계가 완료된 후, 입자들은 그 후 SFRP 의 대상이 되어서 하이퍼브랜치형 폴리머를 생성한다.

추가로, 중합성기 및 개시제는 표면에 공유 또는 이온 결합하는 것이 가능한 하나의 기, 및 요구된 중합성 또는 개시 작용성을 제공하는 제 2 기를 갖는 임의의 두 기능의 시약을 사용하여 입자들의 표면에 부착될 수도 있다. 2 개의 기들의 독립적인 작용은, 동일한 중합성 또는 개시 작용성을 유지하면서, 상이한 타입의 입자에 방법들을 적응 시 큰 플랙시빌리티를 제공하는 이점을 가져, 프로세스들의 추후 스테이지들은 코팅되는 입자의 타입을 변화시키는 결과로서, 있다 해도, 거의 변화할 필요가 없을 것이다.

"두 기능 (bi-functional)" 으로서 원하는 중합성 또는 개시 작용성을 제공하는데 사용되는 시약을 설명하는데 있어서, 시약은 각각의 타입의 하나 초과의 기를 함유할 수도 있고, 실제로 일부 경우들에서는 하나 또는 양자의 타입들의 하나 초과의 기를 제공하는 것이 바람직할 수도 있다. 예를 들어, 중합 개시제는 하나 초과의 이온성 사이트를 갖는 것으로 알려져 있고 (이를 테면 4-4'-아조비스(4-시아노발레릭 산), 이러한 개시제가 방법에서 사용될 수도 있다. 또한, 두 기능의 시약은 입자 표면에 결합하는 능력을 갖는 폴리머 함유 반복 유닛들 및 원하는 중합성 또는 개시 작용성을 갖는 다른 반복 유닛들의 형태를 가질 수도 있고, 이러한 중합에 의한 두 기능의 시약은 보통 이들 타입들 양자 모두의 다중의 반복 유닛들을 함유할 것이다.

사용된 중합성 및 개시기들은, 관련 기들이 그들을 입자 표면에 부착시키는데 사용되는 반응과 양립할 수 있다는 것을 가정하면, 당업계에 알려진 것들 중 임의의 것일 수도 있다. 많은 예들이 미국 특허 제6,822,782호에서 주어진다.

일반적으로, 상기 논의된 표면 그래프팅 방법들로부터 준비된 입자들은 입자 표면에 화학 결합되거나, 또는 이 주위에 가교 결합된 폴리머의 약 1 내지 약 15 중량% 를 갖는다. 안료 표면에는 털 모양의 (hairy) 폴리머 사슬이 부착된다. 폴리머 사슬은 전기영동 유체 중에 부분적으로 또는 완전히 용해된다.

Ⅱ. 대안의 표면 개질 방법들:

다른 타입의 표면 개질 방법들은 폴리머 쉘 (polymer shells) 또는 매트릭스 내에 캡슐화된 하나 이상의 코어 입자들을 갖는 입자들을 생성한다. 폴리머 쉘 또는 매트릭스는 전기영동 유체에 녹지 않는다. 캡슐화된 입자들 상에는, 입자가 전기영동 유체 중에 분산가능한 것을 돕기 위한 안정제 (stabilizer) 로서 작용하는 폴리머 사슬이 존재한다. 폴리머 사슬은 유체에 녹는다.

폴리머 매트릭스 및 안정제는 원시 안료 표면과 어떤 화학 결합도 갖지 않는다. 그들은 적합한 용매로 씻어내질 수 있다. 폴리머 함량은 10 내지 80 중량% 의 범위에 있을 수 있다.

보통 유기 안료는 캡슐화된 방법을 통해 개질될 수 있는데, 이는 그들이 일반적으로 가외의 분자들을 화학 결합하기 매우 어려운 표면을 가진 결정 구조를 갖기 때문이다. 표면 그래프팅은 발색단 (chromophores) 을 파괴하고 안료들의 컬러를 변화시킬 수도 있기 때문에 유기 안료들에 대한 상당한 도전과제이다.

방법들은, 그 내용이 전부 참조로 본 명세서에 통합되는, 미국 공보 제2012-0199798호 및 제2013-0175479호에 기술되어 있다.

코어 입자들은 상기 설명된 것들, 즉, 유기 또는 무기 안료들 중 임의의 것일 수도 있다.

코어 입자들은 옵션적으로 표면 처리될 수도 있다. 표면 처리는 최종 입자를 형성하는데 있어서, 반응 매질 내의 모노머에 대한 코어 안료 입자들의 양립성 또는 모노머와의 화학 결합을 개선시킬 것이다. 일 예로서, 표면 처리는 작용기, 이를 테면 아크릴레이트, 비닐, -NH₂, -NCO, -OH 등을 갖는 유기 실란으로 수행될 수도 있다. 이들 작용기는 모노머와의 화학 반응을 겪을 수도 있다. 다른 유기 재료는 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리실록산 등과 같이, 분산제로서 작용하는 폴리머 또는 올리고머를 포함하는 안료를 전처리하는데 사용될 수 있다.

표면 처리는 또한 실리카, 알루미늄 옥사이드, 아연 옥사이드 등 또는 그 조합을 포함하는 무기 재료로부터 비롯될 수 있다. 소듐 실리케이트 또는 테트라에톡시실란은 실리카 코팅을 위한 공통 전구체로서 사용될 수도 있다.

더욱이, 표면 처리는 옵션적으로 전하 제어제로 전하 생성 또는 상호작용을 가능하게 할 작용기를 가질 수도 있다.

코어 입자(들) 및 표면 처리 재료는 하나의 단일 유닛으로서 거동해야 한다. 그 후 코어 입자는 다음의 프로세스들을 통해 폴리머로 캡슐화될 것이다.

Ⅱ(a) 분산 중합 방법

무기 또는 유기 코어 입자들 중 어느 경우에서나, 최종 입자들은 이 방법에 의해 형성될 수도 있다. 분산 중합 동안, 모노머는 코어 안료 입자들 주위에 중합된다. 반응 매질로서 선택된 용매는, 모노머와 폴리머 사슬 양자가 형성되도록 하기 위해 우수한 용매이지만, 폴리머 쉘이 형성되도록 하기 위해 비-용매여야 한다. 예를 들어, 이소파르 G® 의 지방족 하이드로카본 용매에, 모노머 메틸메타크릴레이트가 녹는다; 그러나 중합 후에는, 결과의 폴리메틸메타크릴레이트는 녹지 않는다.

폴리머 쉘은 최종 입자들이 분산되는 용매와 완전히 양립할 수 없거나 또는 상대적으로 양립할 수 없어야 한다. 적합한 모노머는 스티렌, 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, t-부틸 아크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, 비닐 피리딘, n-비닐 피롤리돈, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 등과 같은, 상기 설명된 것들일 수도 있다.

전하 생성을 위해 작용기를 통합하기 위해, 코-모노머가 반응 매질에 첨가될 수도 있다. 코-모노머는 복합 안료 입자들을 직접 전하를 띠게 하거나 또는 디스플레이 유체에서의 전하 제어제와 상호작용을 가져 복합 안료 입자들에 원하는 전하 극성 및 전하 밀도를 제공할 수도 있다. 적합한 코-모노머는 비닐벤질아미노에틸아미노-프로필-트리메톡시실란, 메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 아크릴산, 메타크릴산, 비닐 포스포릭산, 2-아크릴아미노-2-메틸프로판 술폰산, 2-(디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트, N-[3-(디메틸아미노)프로필]메타크릴아미드 등을 포함할 수도 있다.

입자들의 표면 상의 폴리머 사슬은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리실록산 또는 그 혼합물과 같이, 고분자량 폴리머로 보통 형성된다. 폴리머 사슬은 용매 중에의 입자들의 분산을 촉진 및 안정화시킨다.

폴리머 사슬은 형성되는 폴리머 쉘의 표면에 화학 결합되거나, 흡수하거나 또는 통합되는 반응성 및 중합성 매크로모노머일 수도 있다. 폴리머 사슬로서의 매크로모노머는, 계통 (system) 의 콜로이달 안정성 및 입자 사이즈를 결정한다.

매크로모노머는 아크릴레이트 또는 비닐기가 반응 매질 중에서 모노머와 공중합할 수 있기 때문에 적합한, 아크릴레이트-말단 (terminated) 또는 비닐-말단 매크로분자일 수도 있다.

매크로모노머는 바람직하게는 하이드로카본 용매에서 최종 입자를 안정화시킬 수도 있는 롱 테일 (long tail), R 을 갖는다.

하나의 타입의 매크로모노머는 아래에 나타낸 바와 같이, 아크릴레이트 말단 폴리실록산 (Gelest, MCR-M11, MCR-M17, MCR-M22) 이다:

프로세스에 적합한 다른 타입의 매크로모노머는 아래에 나타낸 바와 같이, PE-PEO 매크로모노머이다:

또는

치환기 R 은 폴리에틸렌 사슬일 수도 있고, n 은 1-60 이고 m 은 1-500 이다. 이들 화합물들의 합성은 Dongri Chao 등의, Polymer Journal, Vol. 23, no.9, 1045 (1991) 및 Koichi Ito 등의, Macromolecules, 1991, 24, 2348 에서 확인될 수도 있다.

다른 타입의 적합한 매크로모노머는 아래에 나타낸 바와 같이, PE 매크로모노머이다:

n 은 이 경우에, 30-100 이다. 이 타입의 매크로모노머의 합성은 Seigou Kawaguchi 등의, Designed Monomers and Polymers, 2000, 3, 263 에서 확인될 수도 있다.

Ⅱ(b) 리빙 라디칼 분산 중합 방법

대안적으로, 입자들은 리빙 라디칼 분산 중합에 의해 준비될 수도 있다. 이 방법은 유기 및 무기 안료들 양자 모두에 적용될 수도 있다; 그러나 유기 안료에 더 적합할 수도 있다.

리빙 라디칼 분산 중합 기법은 반응 매질 중에 분산된 안료 입자들 및 모노머로 프로세스를 시작하는 것에 의해 상기 설명된 분산 중합과 유사하다.

쉘을 형성하기 위해 프로세스에서 사용된 모노머는 스티렌, 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, t-부틸 아크릴레이트, t-부틸 메타크릴레이트, 비닐 피리딘, n-비닐 피롤리돈, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트 등을 포함할 수도 있다.

그러나, 이 대안의 프로세스에서, 다중의 리빙 단부들이 쉘의 표면 상에 형성된다. 리빙 단부들은 리빙 라디칼 중합을 위해, 반응 매질에, TEMPO (2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리디닐옥시), RAFT (reversible addition-fragmentation chain transfer) 시약 등과 같은 에이전트 (agent) 를 첨가함으로써 생성될 수도 있다.

추가의 단계에서, 제 2 모노머는 폴리머 사슬을 형성하기 위해 리빙 단부들이 제 2 모노머와 반응하게 하도록 반응 매질에 첨가된다. 제 2 모노머는 라우릴 아크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 헥실 아크릴레이트, 헥실 메타크릴레이트, n-옥틸 아크릴레이트, n-옥틸 메타크릴레이트, n-옥타데실 아크릴레이트, n-옥타데실 메타크릴레이트 등일 수도 있다.

폴리머 사슬은 입자들이 용매에의 입자들의 분산을 촉진시키기 위해 분산되는 용매와 양립할 수 있어야 한다.

폴리머 사슬에 대한 모노머는 라우릴 아크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 2-에틸헥실 메타크릴레이트, 헥실 아크릴레이트, 헥실 메타크릴레이트, n-옥틸 아크릴레이트, n-옥틸 메타크릴레이트, n-옥타데실 아크릴레이트, n-옥타데실 메타크릴레이트 등과 같이, 무극성 (non-polar) 용매에 양립되는 다른 아크릴레이트와 하이드록시에틸 메타크릴레이트의 혼합물일 수도 있다.

본 발명의 이점들은 L*a*b* 컬러 시스템에 의해 측정될 수도 있는, 컬러 포화 (color saturation) 및 컬러 밝기 (color brightness) 를 포함한다. 놀랍게도, 소정의 레벨의 전하 전위를 지닌 유기 컬러 (비-백색 및 비-흑색) 입자들, 및 동일한 전하 극성을 지닌 무기 컬러 (또한 비-백색 및 비-흑색) 입자들을 가진 전기영동 유체는 전기영동 유체 중에 공존하는 2 개의 타입들의 동일한 전하를 띤 유기 컬러 입자들을 가진 전기영동 유체보다 훨씬 더 양호한 컬러 성능을 보일 수 있는 것으로 확인되었다. 더욱이, 본 발명의 시스템은 2 개의 컬러 상태들이 더 짧은 파형으로 스위칭되게 하여, 더 높은 스위칭 속도를 야기한다.

본 발명의 시스템에서의 무기 및 유기 안료들은 상이한 표면 개질 케미스트리들을 갖기 때문에, 유기 컬러 안료의 무기 컬러 안료로부터의 분리가 훨씬 더 용이하다. 이것은 더 포화된 컬러 상태 및 더 높은 콘트라스트비를 가능하게 한다.

실시예:

발명자들에 의해 수행된 실험에서, 전기영동 유체는 상이한 컬러들의 다중의 타입들의 전하를 띤 입자들을 가졌다. 다중의 타입들의 전하를 띤 입자들 중, 적색 및 청색 입자들이 양전하를 띠었다.

샘플 A 에서, 적색 및 청색 입자들 양자 모두는 유기 안료들 (즉, 각각 PR254 및 PB15) 로 형성되었고 동일한 방법, 즉 분산 중합으로 표면 처리되었다.

샘플 B 에서, 적색 입자들은 유기 안료 (즉, PR254) 로 형성되었고 분산 중합에 의해 표면 처리된 한편, 청색 입자들은 무기 안료 (즉, PB28) 로 형성되었고 자유 라디칼 중합 방법에 의해 표면 처리되었다.

이들 2 개의 샘플들이 상이한 컬러 상태들로 구동되었고, 유기 적색 입자들 및 유기 청색 입자들이 동일한 전하 제어제를 두고 경쟁하였기 때문에 샘플 A 가 적색 컬러 상태를 디스플레이할 수 없는 것으로 확인된 경우, 유체 중의, Solsperse 17K, 및 2 개의 타입들의 입자들은 충분히 분리될 수 없다. 그에 반해서, 샘플 B 는 이러한 문제를 갖지 않았고 우수한 컬러 포화 및 밝기로 적색 및 청색 컬러들을 디스플레이하는 것이 가능하였다.

본 발명의 전기영동 유체는 디스플레이 셀들에 채워진다. 디스플레이 셀들은, 그 내용이 전부 참조로 본 명세서에 통합되는, 미국 특허 제6,930,818호에 기술된 바와 같이 컵-형 마이크로셀들일 수도 있다. 디스플레이 셀들은 또한 그들의 형상들 또는 사이즈들에 상관없이, 마이크로캡슐들, 마이크로-채널들 또는 등가물들과 같은 다른 타입들의 마이크로-컨테이너들일 수도 있다. 이들 모두는 본 출원의 범위 내에 있다.

본 발명은 그 특정 실시형태들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 다양한 변화들이 이루어질 수도 있고 등가물들이 대용될 수도 있다는 것이 당업자들에 의해 이해되어야 한다. 추가로, 많은 변형들이 본 발명의 목적, 사상 및 범위에 특정한 상황, 재료들, 조성물들, 프로세스들, 프로세스 단계 또는 단계들을 적응시키기 위해 이루어질 수도 있다. 모든 이러한 변형들은 첨부된 청구항들의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims

용매 또는 용매 혼합물 중에 분산된 2 개의 타입들의 전하를 띤 입자들을 포함하는 전기영동 유체로서,
상기 2 개의 타입들의 전하를 띤 입자들은,
(i) 비-백색 및 비-흑색이고 무기 안료로 형성되는 하나의 타입의 입자들,
(ii) 비-백색 및 비-흑색이고 유기 안료로 형성되는 다른 타입의 입자들
을 포함하고,
상기 2 개의 타입들의 입자들은 상이한 컬러들이고 동일한 전하 극성을 지닌, 전기영동 유체.
제 1 항에 있어서,
3 개, 4 개, 5 개 또는 5 개 초과의 타입들의 상이한 착색 입자들을 포함하는, 전기영동 유체.
제 1 항에 있어서,
상기 2 개의 타입들의 입자들 (i) 및 (ii) 는 양전하를 띠는, 전기영동 유체.
제 1 항에 있어서,
상기 2 개의 타입들의 입자들 (i) 및 (ii) 는 상이한 타입들의 표면 케미스트리를 갖는, 전기영동 유체.
제 1 항에 있어서,
상기 하나의 타입의 입자들 (i) 는 자유 라디칼 중합 방법에 의해 표면 처리되고 상기 다른 타입의 입자들 (ii) 는 분산 중합에 의해 표면 처리되는, 전기영동 유체.
제 1 항에 있어서,
상기 하나의 타입의 입자들 (i) 는 상기 다른 타입의 입자들 (ii) 보다 더 높은 전하를 지닌, 전기영동 유체.
제 1 항에 있어서,
상기 2 개의 타입들의 입자들 (i) 및 (ii) 와 동일한 전하 극성을 지닌 추가적인 타입의 입자들을 더 포함하는, 전기영동 유체.
제 7 항에 있어서,
상기 3 개의 타입들의 입자들은 양전하를 띠는, 전기영동 유체.
제 7 항에 있어서,
동일한 전하를 띤 상기 추가적인 타입의 입자들은 흑색 컬러인, 전기영동 유체.
제 7 항에 있어서,
상기 3 개의 타입들의 입자들은 상이한 레벨들의 전하 전위를 지닌, 전기영동 유체.
제 10 항에 있어서,
동일한 전하를 띤 상기 추가적인 타입의 입자들은 최고 전하를 띠고, 상기 다른 타입의 입자들 (ii) 는 최저 전하를 띠고, 그리고 상기 하나의 타입의 입자들 (i) 는 상기 다른 타입의 입자들 (ii) 및 동일한 전하를 띤 상기 추가적인 타입의 입자들의 매그니튜드들 사이의 전하 매그니튜드를 갖는, 전기영동 유체.
제 1 항에 있어서,
상기 2 개의 타입들의 입자들 (i) 및 (ii) 가 지닌 것과는 상반된 전하 극성을 지닌 다른 타입들의 입자들을 더 포함하는, 전기영동 유체.
제 12 항에 있어서,
상기 다른 타입들의 입자들은 음전하를 띠는, 전기영동 유체.
모두가 용매 또는 용매 혼합물 중에 분산되는, 제 1 타입의 입자들, 제 2 타입의 입자들, 제 3 타입의 입자들, 제 4 타입의 입자들, 및 제 5 타입의 입자들을 포함하는 전기영동 유체로서,
(a) 상기 5 개의 타입들의 입자들은 서로 상이한 컬러들이고;
(b) 상기 제 1, 제 2 및 제 3 타입들의 입자들은 동일한 전하 극성을 지니고;
(c) 상기 제 2 타입의 입자들은 비-백색 및 비-흑색이고 무기 안료로 형성되고, 상기 제 3 타입의 입자들은 비-백색 및 비-흑색이고 유기 안료로 형성되고;
(d) 상기 제 4 및 제 5 타입들의 입자들은 상기 제 1, 제 2 및 제 3 타입들의 입자들이 지닌 것과는 상반된 전하를 지닌, 전기영동 유체.
제 14 항에 있어서,
상기 제 1, 제 2 및 제 3 타입들의 입자들은 양전하를 띠는, 전기영동 유체.
제 14 항에 있어서,
상기 제 2 타입의 입자들은 상기 제 3 타입의 입자들보다 더 높은 전하를 지닌, 전기영동 유체.
제 14 항에 있어서,
상기 제 1 타입의 입자들은 흑색인, 전기영동 유체.
제 14 항에 있어서,
상기 제 1 타입의 입자들은 최고 전하를 띠고, 상기 제 3 타입의 입자들은 최저 전하를 띠고, 그리고 상기 제 2 타입의 입자들은 상기 제 1 및 제 3 타입들의 입자들의 매그니튜드들 사이의 전하 매그니튜드를 갖는, 전기영동 유체.
제 14 항에 있어서,
상기 제 4 및 제 5 타입들의 입자들은 음전하를 띠는, 전기영동 유체.
제 14 항에 있어서,
상기 제 5 타입의 입자들의 매그니튜드는 상기 제 4 타입의 입자들의 매그니튜드보다 더 낮은, 전기영동 유체.