CN102486592A - 电泳显示器流体 - Google Patents

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CN102486592A CN2011104082717A CN201110408271A CN102486592A CN 102486592 A CN102486592 A CN 102486592A CN 2011104082717 A CN2011104082717 A CN 2011104082717A CN 201110408271 A CN201110408271 A CN 201110408271A CN 102486592 A CN102486592 A CN 102486592A
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Abstract

本发明涉及一种电泳显示器流体,其包含一种非流动或半流动的相以及两类分散于溶剂或者溶剂混合物中的带电颜料颗粒,本发明还涉及一个使用此类电泳显示器流体的电泳显示器件。本发明的电泳流体改善了图形质量。

Description

电泳显示器流体
发明领域
本发明涉及一种电泳显示器流体,其包含一个非流动或半流动的相和两类分散于溶剂或者溶剂混合物中的带电的颜料颗粒,本发明还涉及一种使用此类显示器流体的显示器件。
发明背景
电泳显示器(EPD)是一种基于电泳现象影响悬浮在介电溶剂中的带电颜料颗粒的非发射性器件。一个EDP通常包含一对相对的、隔开的板状电极。其中至少一个电极,通常是在可视面(viewing side)上的电极,是透明的。电泳流体包含介电溶剂和分散于其中的带电颜料颗粒,其被封闭在两个电极板之间。当在两个电极板之间施加了不同的电压时,颜料颗粒因被吸引而向极性与之相反的板移动。从而,透明板上所显示出的颜色取决于对板的选择性充电情况,可以是溶剂的颜色或颜料颗粒的颜色。反转板的极性将使得颗粒回迁到对面的板上,从而反转颜色。
现有电泳流体技术是将一种带电颜料颗粒分散到一种具有反差颜色的溶剂中或者将两类具有反差颜色的带电颜料颗粒分散到清澈溶剂中。在前一种情况中,白色带电颗粒被分散到暗色溶剂中,显示器件所显示的白度受限于白色带电颗粒间的空隙位对于光的吸收,以及在迁移率变得太低之前进入流体中的白色颗粒的数量,所述低迁移率是由于场屏蔽(field shielding)和流体的高粘度所致。在后一种情况中,黑色和白色颗粒都分散到清澈溶剂中,白度也会受限于白色颗粒的数量以及与黑色颗粒的分离程度。
发明概述
本发明涉及一种电泳流体,其包含一种非流动或半流动的相和两类分散于溶剂或者溶剂混合物中的带电的颜料颗粒。
更具体说,本发明涉及一种电泳显示器流体,其包含:
(i)白色非流动或者半流动的相,
(ii)第一类带电的颜料颗粒,其是黑色的,和
(iii)第二类带电的颜料颗粒,其是有色透明或者不透明的;
其中,所述非流动或者半流动的相以及两类带电的颜料颗粒被分散到清澈并且无色的溶剂或溶剂混合物中,两类带电的颗粒带相反的电荷。
在一个实施方式中,非流动或者半流动的相是白色非流动或者半流动的颜料颗粒。在一个实施方式中,非流动或者半流动颜料颗粒的粒度范围约为0.5至3微米。在一个实施方式中,两类带电颗粒的粒度范围约为0.01至1微米。
在一个实施方式中,非流动或者半流动颜料颗粒的浓度范围约为流体的10%至40%。在一个实施方式中,两类带电颗粒中每一种的浓度范围分别约为流体的1%至10%。
在一个实施方式中,通过将非极性溶剂液滴分散到极性溶剂中形成非流动或者半流动的相。
在一个实施方式中,非流动或者半流动的相是气泡。
在一个实施方式中,非流动或者半流动的相是一种聚合物多孔基质。
在一个实施方式中,有色透明或者不透明的颜料颗粒是红色、绿色或蓝色的。
在一个实施方式中,第二类带电的颜料颗粒是透明的有色颗粒。
在一个实施方式中,由颜料来形成透明的有色颗粒,该颜料的折射率与溶剂或者溶剂混合物的折射率紧密匹配。
在一个实施方式中,透明有色颗粒是用染料染色的聚合物珠粒。
在一个实施方式中,透明有色颗粒是将染料溶于其中的聚合物珠粒。
在一个实施方式中,由聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(丙烯酸类(acrylic))或聚苯乙烯形成所述聚合物珠粒。
在一个实施方式中,本发明涉及一种显示器件,它包含多个显示单元,其中每个所述的显示单元
a)装有电泳显示器流体,其包含一种非流动或半流动的相和两类分散于溶剂或者溶剂混合物中的带电的颜料颗粒;且
b)被夹在一个共用电极和至少两个像素电极之间。
在一个实施方式中,显示单元是基于微杯的(microcup-based)。在一个实施方式中,显示单元是基于微胶囊的(microcapsule-based)。
在一个实施方式中,三个显示单元形成一个像素,其中三个显示单元分别装有包含红色透明或不透明颜料颗粒、绿色透明或不透明颜料颗粒和蓝色透明或不透明颜料颗粒的显示器流体。
本发明的电泳流体改善了图形质量。
附图简要说明
图1a-1c描绘了利用本发明电泳显示器流体的电泳显示器如何显示出不同的颜色状态。
图2a-2c描绘了本发明的另一实施方式。
图3a-3e阐述了一种利用本发明的全彩色显示器件。
发明详述
本发明涉及一种电泳流体,其包含一种非流动或半流动的相以及两类分散于溶剂或者溶剂混合物中的带电颜料颗粒。
根据限定,非流动或半流动的相对于所施加的电场的响应比显示器流体中两类带电颜料颗粒的低得多。非流动或半流动的相甚至可能固定在所处位置完全不发生移动。对于非流动或半流动的相的关键性限定部分在于,在施加电场的情况下,两类带电颜料颗粒可以在非流动或半流动的相的间隙空间中移动,使得两类带电颜料颗粒到达非流动或半流动的相的顶部或下方。
非流动或半流动的相优选是白色的。非流动或半流动的相是不带电荷或者具有较低的电势(例如,ζ电势小于10,优选小于20)。
在一个实施方式中,非流动或者半流动的相可以是由无机、有机或者聚合材料形成的非流动或者半流动的颜料颗粒。为了实现高的光散射,高折射率的颜料尤其有用。合适的白色非流动或者半流动的颜料颗粒可以由TiO2、BaSO4、ZnO等形成。
在本发明另一个实施方式中,可以通过将非极性溶剂液滴分散到极性溶剂中形成非流动或者半流动的相。一种此类的液滴基质被称作“反乳液”并在Roh的美国公开专利No.2010/0033802中有详细描述。
非极性溶剂可以包括C1-30烷烃、C2-30烯烃、C3-30炔烃、C3-30醛、C3-30酮、C2-30醚、C2-30酯、C3-30硫酯、萜、C2-30有机硅烷、C2-30有机硅氧烷等。这些非极性溶剂可单独或组合使用。
极性溶剂可以包括醇、胺、酰胺、酮、羧酸和羧酸盐、乙二醇、聚醚、硫化物、磺酸和磺酸盐、硫酸盐、磷化物、亚磷酸盐、亚膦酸盐、次亚膦酸盐、磷酸盐、膦酸盐、次磷酸盐、酰亚胺、腈、异腈、脒、硝基化合物、亚硝基化合物、亚砜、磺酸盐、硫醇、水等。这些极性溶剂可单独或组合使用。
或者,可以使用气泡来替换基于颜料的非流动或者半流动颗粒。
在另一个实施方式中,非流动或者半流动的相可以包含一种固体多孔基质,两类分散于溶剂或者溶剂混合物中的带电颜料颗粒可以穿过该基质到达电极。
本发明内容中的一类带电颜料颗粒是固体颗粒且可以是不透明的。它们优选是黑色的。合适的材料可以包括无机、有机或者聚合黑色颗粒。此类黑色颜料颗粒可以由诸如锰铁黑尖晶石(manganese ferrite black spinel)、亚铬酸铜黑尖晶石、炭黑、硫化锌、染黑的聚合物或者其它吸色材料等材料形成。
第二类带电颜料颗粒是透明或者不透明的有色颗粒,例如透明或不透明的红色、绿色或蓝色颜料颗粒。它们带有与黑色颜料颗粒相反的电极性。
带电颜料颗粒还可以是包封的颜料颗粒。
不透明或者透明的有色颜料颗粒可以具有化学结合电荷或者可以在使用电荷添加剂时从分散体中取得电荷。
不透明或者透明的有色颜料颗粒的材料包括,但不局限于,市售的用于LCD行业中滤色片应用的有色颜料,例如科莱恩公司(Clariant)的属于二酮基吡咯并吡咯类颜料的Hostaperm Red D2B-COF VP 3781(即红色颜料254),属于酞菁类染料的Hostaperm Blue E3R-COF VP3573(即蓝色颜料15:6),或者属于二噁嗪类颜料的Hostaperm Violet RL-COF O2 VP3101(即紫色颜料23);由默克(Merck)化学品有限公司提供的染色聚合物微粒;由斯菲罗(Spherotech)有限公司提供的染色聚苯乙烯颗粒等。
在一个实施方式中,有色颗粒是透明的。透明的有色颗粒可以通过各种技术得到。例如,透明的有色颗粒可以使用一种有色颜料形成颗粒来制备,该有色颜料的折射率与用于分散有色颗粒的溶剂的折射率紧密匹配。表1所示是一些常用颜料和溶剂的折射率。
表1:
  材料   折射率
  空气   1
  水   1.33
  玻璃,碱石灰   1.51
  Isopar-G   1.42
  硅油   1.52
  PMMA   1.49
  聚乙烯   1.51
  聚苯乙烯   1.59
  靛蓝(蓝)   1.49-1.52
  大青(蓝)   1.49-1.52
  群青(天青石,蓝)   1.5
  铜绿(碱式乙酸铜,绿色)   1.53-1.56
  藤黄(有机树脂,绿色)   1.58-1.59
  陨铁(红色)   1.57-1.78
或者,聚合物珠粒可以用染料染色,以得到透明的有色颗粒,或者将染料溶于能被聚合形成聚合物珠粒的单体中。
通常用于形成微珠粒的聚合材料可包括,但不局限于,聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(丙烯酸类)或聚苯乙烯。聚合物珠粒的折射率优选与用于分散有色颗粒的溶剂或溶剂混合物的折射率紧密匹配。在运用此技术形成透明有色颗粒时,颗粒的粒度并不局限于特定的范围。例如,透明有色颗粒的直径可能超过100μm。
这一类透明有色颗粒的实例可以包括,但不局限于,由默克化学品有限公司提供的染色聚合物微粒;由斯菲罗有限公司提供的染色聚苯乙烯颗粒等。对于由聚合物珠粒形成的透明有色颗粒,可溶于其中的染料稀得多且可调整。例如,红色颗粒中红色染料的浓度可以被调整到使得仅有蓝色或者绿色被吸收而红色通过。使用白色背景来反射红色时,可以使红色的亮度最大化。
两类带电颜料颗粒可以具有天然电荷,或者使用电荷控制剂来使它们明显地(explicitly)带电,或者在悬浮于溶剂或者溶剂混合物中时取得电荷。
合适的电荷控制剂是本领域众所周知的,它们在性质上可以是聚合或者非聚合的,或者可以是离子或者非离子的。
离子型表面活性剂可以包括(a)阴离子型:链烷羧酸盐、链烷磺酸盐(例如Aerosol OT)、烷基芳族磺酸盐(例如十二烷基苯磺酸钠)、异丙胺、烷基苯磺酸盐、磷酸酯(phosphates)、磷酸盐(phosphoric salts)等,和(b)阳离子型:脂肪胺盐、季铵盐、烷基吡啶
Figure BSA00000632709400071
(pyridium)盐等。
非离子型表面活性剂可以包括山梨聚糖单酯、聚乙氧基化非离子型化合物、聚丁烯琥珀酰亚胺、马来酸酐共聚物、乙烯基吡啶共聚物、乙烯基吡咯烷酮共聚物(例如国际专业产品公司(International Specialty Products)的GanexTM)、(甲基)丙烯酸共聚物、(甲基)丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯共聚物等。
在氟碳溶剂中,含氟表面活性剂作为电荷控制剂尤其有用。这些包括来自3M公司的FC含氟表面活性剂,例如FC-170CTM、FC-171TM、FC-176TM、FC430TM、FC431TM和FC-740TM;以及来自杜邦的ZonylTM含氟表面活性剂,例如ZonylTM FSA、FSE、FSN、FSN-100、FSO、FSO-100、FSD和UR。
非流动或半流动的相以及两类带电颜料颗粒分散于溶剂或溶剂混合物中形成一种显示器流体。
用于分散颗粒的溶剂或溶剂混合物优选具有低的粘度和范围约在2-30之间的介电常数,对于高的颗粒迁移率,所述介电常数优选约为2-15。合适的介电溶剂的例子包括烃类,例如Isopar、十氢化萘(DECALIN)、5-亚乙基-2-降冰片烯、脂肪油、石蜡油;硅油,例如道康宁公司(Dow Corning)的DC200;芳烃,例如甲苯、二甲苯、苯基二甲苯基乙烷(phenylxylylethane)、十二烷基苯或烷基萘;卤代溶剂,例如全氟十氢化萘、全氟甲苯、全氟二甲苯、二氯代苯并三氟化物(dichlorobenzotrifluoride)、3,4,5-三氯代苯并三氟化物(3,4,5-trichlorobenzotri fluoride)、氯五氟代苯(chloropentafluoro-benzene)、二氯壬烷或者五氯代苯;以及全氟溶剂,例如来自美国明尼苏达州圣保罗市3M公司(3M Company,St.Paul MN)的FC-43、FC-70和FC-5060;低分子量含卤聚合物,例如来自美国俄勒冈州波特兰市TCI公司(TCI America,Portland,Oregon)的聚(全氟环氧丙烷)、来自新泽西里弗埃奇市卤代烃产品公司(Halocarbon Product Corp.,RiverEdge,NJ)的诸如Halocarbon油的聚(氯三氟乙烯)、来自奥斯芒(Ausimont)公司的诸如Galden的全氟聚烷基醚,或来自特拉华州杜邦公司(DuPont,Delaware)的Krytox油和K-Fluid系列油脂。溶剂或溶剂混合物优选清澈和无色。
如果非流动或半流动的相是白色颜料颗粒,这些颗粒的直径通常比两类带电颜料颗粒的直径大。例如,非流动或半流动颜料颗粒的粒度范围可能约为0.5-3微米,而两类带电颜料颗粒的粒度范围可能约为0.01-1微米。
此外,白色非流动或半流动的颜料颗粒在流体中的浓度也比两类带电颜料颗粒中每一种的浓度大。例如,流体中非流动或半流动颜料颗粒的浓度范围可能约为10重量%-40重量%,而流体中两类带电颜料颗粒中每一种的浓度范围可能分别约为1重量%-10重量%。
图1a-1c描绘了当非流动或半流动的相是非流动或半流动的白色颗粒时,本发明中的显示单元如何显示三种不同的颜色状态。
如图1a所示,显示单元(10)被夹在一个共用电极(11)和像素电极(12a和12b)之间,显示单元装有电泳流体,其包含分散于清澈且无色溶剂中的白色非流动或半流动的颜料颗粒(13)、带电黑色颜料颗粒(14)和带电红色透明或不透明的颜料颗粒(15)。黑色颜料颗粒和红色透明或不透明颗粒带相反的电荷。例如,如果黑色颜料颗粒是带正电荷的,那么透明或不透明红色颜料颗粒是带负电荷的。因此,根据颗粒的带电极性以及施加在共用电极和像素电极上的不同电势,两类带电颜料颗粒(14和15)可以向共用电极(11)或像素电极(12a或12b)移动。
在此实施例中,共用电极是可视面(viewing side)。
还应注意的是,可以有超过两个像素电极与一个显示单元相连。
如上所述,非流动或半流动的颗粒(13)在显示器件运行时是静止的颜料颗粒,且它们基本上均匀地分散在显示单元的整个电泳流体中。
在图1a中,当对共用电极(11)和两个像素电极(12a和12b)施加了适当的电压,带电黑色颗粒(14)会移动到共用电极(11)上或其附近,带相反电荷的红色透明或不透明颗粒(15)会移动到其中一个像素电极(例如12b)上或其附近,使得能在可视面上看到黑色。
也可以这样设定电压,使透明或不透明红色颗粒移动到两个像素电极(12a和12b)上或其附近,从而显示黑色。
在图1b中,当对共用电极(11)和两个像素电极(12a和12b)施加了适当的电压,带电黑色颗粒(14)会移动到其中一个像素电极(例如12a)上或其附近,带相反电荷的红色透明或不透明颗粒(15)会移动另一个像素电极(例如12b)上或其附近,从而能在可视面上看到白色(即非流动或半流动颜料颗粒的颜色)。
在图1c中,当对共用电极(11)和两个像素电极(12a和12b)施加了适当的电压,红色透明或不透明的颗粒(15)会移动到共用电极(11)上或其附近,带相反电荷的黑色颗粒会移动到其中一个像素电极(例如12a)上或其附近,使得能在可视面上看到红色。
在此情况中,透明或不透明的红色颗粒是作为白色非流动或半流动颗粒的反射光的红色滤光器,从而实现红色。
也可以这样设定电压,使黑色颗粒移动到两个像素电极(12a和12b)上或其附近,从而显示红色。
如果红色颗粒是不透明的且具有足够的密度来阻挡大部分的入射光,那么也可以实现同样的结果,即显示红色状态。
在本发明另一个实施方式中,白色非流动或半流动的相是如图2a-2c所示的白色固体多孔基质(23)。带电黑色颜料颗粒(24)和红色透明或不透明颗粒(25)带有相反的电荷。如图所示,根据施加在共用电极(21)和像素电极(22a和22b)上的电压,显示单元(20)可以显示黑色(见图2a)、白色(见图2b)或者红色(见图2c)。也可以这样设定电压,使透明或不透明的红色颗粒移动到两个像素电极(12a和12b)上或其附近,从而在图2a中显示黑色。在图2c中,也可以这样设定电压,使黑色颗粒移动到两个像素电极(12a和12b)上或其附近,从而显示红色。
图2a-2c中的固体多孔基质由一种聚合物基质或者一种具有微通道的陶瓷类过滤器制备。对于聚合物基质的情况,将两种聚合物材料在均匀分散体中混合在一起。然后它们中的一种被固化而另一种没有被固化,所以没有被固化的会被溶剂洗出,留下供两类带电颜料颗粒通过的微通道。
在本发明的内容中,固体多孔基质也可以是再生纤维素、纤维素酯或者PVDF(聚二氟乙烯)的薄膜。
如图1和图2所示是作为彩色显示器件的理想显示单元,其每一个像素由三个子像素(sub pixels)组成,其中一个有如图1和图2所示的红色透明或不透明颗粒、黑色颗粒以及白色非流动或半流动相,另一个有绿色透明或不透明颗粒、黑色颗粒以及白色非流动或半流动相,第三个有蓝色透明或不透明颗粒、黑色颗粒以及白色非流动或半流动相。
图3显示了如何用含有本发明显示器流体的显示器件来显示多种颜色。每个显示单元代表一个子像素,每个像素有三个子像素。各自代表一个子像素的三个显示单元上装有上述的显示器流体。
在图3a中,当需要一个白色像素时,所有三个子像素都转换为白色状态。在图3b中,当需要一个黑色像素时,所有三个子像素都转换为黑色状态。图3c中,当需要红色时,一个子像素转换成红色(即红色透明或不透明颗粒移动到如图1c或2c所示的共用电极上或其附近),余下两个子像素转换成黑色状态以获得最大色饱和度。类似地,图3d和图3e分别显示了绿色和蓝色。或者,在图3c、3d和3e中,其中一个子像素被驱动到颜色状态,同时余下两个子像素被驱动到白色状态以获得最大亮度(以色饱和度为代价)。又或者,在图3c、3d和3e中,其中一个子像素被驱动到颜色状态,同时余下两个子像素分别被驱动到黑色和白色状态。这种全彩色显示器与优良的黑白显示器具有相同的黑白特性,但是还能显示高质量的红、绿、蓝色。
本申请中涉及的显示单元可以是传统的壁型(walled)或者分隔型(partition),微胶囊型(microencapsulated)或者微杯型(microcup)。对于微杯型(microcup),电泳显示单元可被顶部密封层密封。在电泳显示单元和共用电极间还可以有一个粘合剂层。术语“显示单元”用来表示一种独立装填显示器流体的微容器。“显示单元”的实例包括,但不局限于,微杯、微胶囊、微通道、其它分隔型显示单元及其等价形式。
虽然说明并描述了本发明的具体实施方式,但是应理解,在不偏离本发明的精神和范围下可以进行修改。此外,可根据本发明的目的和范围进行许多修改,以适应特定情况、材料、组成、方法、工艺步骤。所有这些修改均应包括在所附权利要求书的范围之内。

Claims (20)

1.一种电泳显示器流体,其包含:
(i)白色非流动或者半流动的相,
(ii)第一类带电的颜料颗粒,其是黑色的,和
(iii)第二类带电的颜料颗粒,其是有色透明或者不透明的,和
(iv)一种溶剂或溶剂混合物;
其中所述非流动或者半流动的相以及两类带电的颜料颗粒被分散到溶剂或溶剂混合物中,两类带电的颗粒带相反的电荷。
2.如权利要求1所述的流体,其特征在于,所述非流动或半流动的相包含白色非流动或半流动的颜料颗粒。
3.如权利要求2所述的流体,其特征在于,所述非流动或者半流动的颜料颗粒的浓度范围约为流体的10%至40%。
4.如权利要求2所述的流体,其特征在于,所述两类带电的颗粒中每一种的浓度范围约为流体的1%至10%。
5.如权利要求1所述的流体,其特征在于,所述非流动或者半流动的相通过将非极性溶剂的液滴分散到极性溶剂中形成。
6.如权利要求1所述的流体,其特征在于,所述非流动或者半流动的相是一种聚合物多孔基质。
7.如权利要求1所述的流体,其特征在于,所述有色透明或不透明的颜料颗粒是红色、绿色或者蓝色的,而溶剂或者溶剂混合物是清澈且无色的。
8.如权利要求1所述的流体,其特征在于,所述第二类带电的颜料颗粒是透明有色颗粒。
9.如权利要求8所述的流体,其特征在于,所述透明有色颗粒通过一种颜料形成,该颜料的折射率与溶剂或者溶剂混合物的折射率紧密匹配。
10.如权利要求8所述的流体,其特征在于,所述透明有色颗粒是由染料染色的聚合物珠粒。
11.如权利要求8所述的流体,其特征在于,所述透明有色颗粒是将染料溶于其中的聚合物珠粒。
12.如权利要求10所述的流体,其特征在于,所述聚合物珠粒是由聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(丙烯酸类)或聚苯乙烯形成。
13.如权利要求11所述的流体,其特征在于,所述聚合物珠粒是由聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(丙烯酸类)或聚苯乙烯形成。
14.一种包含多个显示单元的显示器件,其中每个所述显示单元
a)装有权利要求1所述的电泳显示器流体,且
b)被夹在一个共用电极和至少两个像素电极之间。
15.如权利要求14所述的显示器件,其特征在于,所述显示单元是基于微杯的。
16.如权利要求14所述的显示器件,其特征在于,所述显示单元是基于微胶囊的。
17.如权利要求14所述的显示器件,其特征在于,所述非流动或半流动的相是白色非流动或半流动的颜料颗粒。
18.如权利要求14所述的显示器件,其特征在于,所述非流动或者半流动的相是一种聚合物多孔基质。
19.如权利要求14所述的显示器件,其特征在于,三个显示单元形成一个像素,其中所述三个显示单元分别装有包含红色透明或不透明颜料颗粒、绿色透明或不透明颜料颗粒和蓝色透明或不透明颜料颗粒的显示器流体。
20.如权利要求14所述的显示器件,其特征在于,所述第二类带电的颜料颗粒是透明有色颗粒。
CN201110408271.7A 2010-11-30 2011-11-29 电泳显示器流体 Active CN102486592B (zh)

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