CN105164582A - 电湿润元件及电湿润显示器 - Google Patents
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Abstract
电湿润元件1具备:元件主体10、电介体层14、电极和非极性液体17及极性液体16。元件主体10具有单元C。电介体层14配置于单元C内。电介体层14具有疏水性表面。电极使电介体层14极化。非极性液体17在单元C内配置于疏水性表面上。极性液体16与非极性液体17不混合。极性液体16在单元C内配置于疏水性表面上。非极性液体17含有着色物质。极性液体16含有非离子性分子。非离子性分子具有极性部和非极性部。
Description
技术领域
本发明涉及一种电湿润元件及电湿润显示器。
背景技术
近年来,利用了电湿润效果的电湿润(以下,有时记载为“EW”。)元件备受关注。通常,在EW元件中,在单元内封入有相互未混合的极性液体和非极性液体。通过对EW元件施加电压,极性液体和非极性液体的界面发生变化,由此,光的透射率发生变化。因此,为了提高EW元件的响应速度,需要降低极性液体及非极性液体的粘度,使其在施加电压时容易流动。
但是,在降低了极性液体及非极性液体的粘度的情况下,容易产生所谓倒流的问题。在此,倒流是指虽然继续施加电压,但是极性液体和非极性液体的界面发生变化,接近于没有施加电压时的界面的形状的现象。
例如,在专利文献1中提出了通过研究对EW元件的施加电压的方法而抑制倒流。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2008/142086号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在进行专利文献1中记载的电压施加方法的情况下,存在EW元件的驱动变得复杂的问题。因此,正在谋求抑制倒流的新方法。
本发明的主要目的在于,提供一种不易产生倒流的EW元件。
用于解决课题的技术方案
本发明的电湿润元件具备:元件主体、电介体层、电极和非极性液体及极性液体。元件主体具有单元。电介体层配置于单元内。电介体层具有疏水性表面。电极使电介体层极化。非极性液体在单元内配置于疏水性表面上。极性液体不与非极性液体混合。极性液体在单元内配置于疏水性表面上。非极性液体含有着色物质。极性液体含有非离子性分子。非离子性分子具有极性部和非极性部。
非离子性分子的由Griffin法规定的HLB值优选为7以下。
非离子性分子具有构成非极性部的至少一部分,并且与极性部键合的芳香环。
非离子性分子可以具有芳香环和键合于芳香环的至少一个(-CONH-R)基(其中,R是碳原子数为3~20的烷基)。
非离子性分子可以为下述的通式(1)所示的化合物。
[化学式1]
通式(1)中,R1、R2和R3分别独立地为碳原子数为3~20的烷基。
非离子性分子也可以具有吡喃糖结构以及经由醚键与吡喃糖结构键合的芳香环,且芳香环具有至少一个氢以外的取代基。在该情况下,优选醚键构成缩醛结构。非离子性分子可以用下述化学式(2)表示。
[化学式2]
其中,在化学式(2)中,R是碳原子数为1~6的烷基,AR为具有至少一个氢以外的取代基的芳香环。
在化学式(2)中,优选AR用化学式(3)表示。
[化学式3]
其中,在化学式(3)中,*表示与缩醛结构键合的部位,R1、R2分别表示氢以外的1价取代基,n、m分别表示0~3的整数,n+m为1~3的整数。
化学式(3)中,优选R1、R2分别是碳原子数为1~6的烷基。
吡喃糖结构优选为吡喃甘露糖苷结构。
非离子性分子的分子量优选为1500以下。
极性液体可以含有有机溶剂。
极性液体在20℃下的粘度优选在5mPa·s~500mPa·s的范围内。
着色物质可以为具有极性部和非极性部的颜料。
本发明的电湿润显示器具备所述电湿润元件。
发明效果
根据本发明,可以提供一种不易产生倒流的EW元件。
附图说明
图1是本发明一个实施方式的电湿润显示器的示意剖面图。
图2是用于说明本发明一个实施方式的电湿润显示器的动作的示意剖面图。
图3是用于说明现有的电湿润显示器中的倒流的示意剖面图。
图4是用于说明在本发明一个实施方式的电湿润显示器中不易发生倒流的推测原理的示意剖面图。
符号说明
1:电湿润(EW)元件
2:电湿润显示器(EWD)
10:元件主体
10a:内部空间
11:第一基板
11a:基板主体
11b:共用电极
12:第二基板
12a:基板主体
12b:TFT
12c:配线部
12d:平坦化膜
12da:通孔电极
12e:像素电极
12f:共用电极
13:密封材料
14:电介体层
15:隔壁部
16:极性液体
17:非极性液体
18:颜料
18a:极性部
18b:非极性部
19:非离子性分子
19a:极性部
19b:非极性部
20:粒子
具体实施方式
下面,对实施了本发明的优选方式的一个例子进行说明。其中,下述的实施方式仅为示例。本发明不受下述实施方式的任何限定。
另外,在实施方式等参照的各附图中,实质上具有相同功能的部件用相同的符号进行参照。另外,在实施方式等中参照的附图是示意性记载的附图。附图中所描绘的物体的尺寸的比率等有时与现实物体的尺寸的比率等不同。在附图相互之间,有时物体的尺寸比率等也不同。具体的物体的尺寸比率等应参考以下的说明进行判断。
图1是本实施方式的电湿润显示器(以下,有时称为“EW显示器”。)2的示意剖面图。
EW显示器2具备电湿润元件(以下,有时称为“EW元件”。)1。EW显示器2除EW元件1之外,还可以具备光源、反射构件等。
EW元件1具备元件主体10。元件主体10具有内部空间10a。
具体而言,元件主体10具备第一基板11和第二基板12。第一基板11和第二基板12隔着内部空间10a相互隔开间隔而对置。在第一基板11和第二基板12之间配置有构成侧壁部的密封材料13。由这些密封材料13以及第一和第二基板11、12划分形成内部空间10a。
第一基板11具有基板主体11a和共用电极11b。共用电极11b配置在基板主体11a的第二基板12侧的主面上。另一方面,第二基板12具有:基板主体12a、TFT12b、配线部12c、平坦化膜12d、像素电极12e、共用电极12f。
基板主体11a,基板主体12a例如可以由玻璃、树脂成型体及膜等构成。
共用电极11b优选为透明电极。共用电极11b例如可以由ITO(锡掺杂氧化铟)等透明导电性氧化物等构成。
像素电极12e及共用电极12f分别形成于平坦化膜12d上。像素电极12e及共用电极12f分别经由通孔电极12da与TFT12b及配线部12c连接。
像素电极12e及共用电极12f分别可以由例如铟锡氧化物(ITO)等透明导电性氧化物等、铝、铜等金属等构成。
电介体层14在内部空间10a内配置于第二基板12的第一基板11侧的表面上。具体而言,电介体层14配置在第二基板12的上。该电介体层14包含设有像素电极12e及共用电极12f的区域,并以实质上整体覆盖基板主体12a的第一基板11侧的主面的方式设置。
电介体层14的表面可以通过例如氟树脂的涂布及热处理等公知的方法进行防水化处理。因此,电介体层14的第一基板11侧的表面构成了疏水性表面。即,电介体层14具有疏水性表面。对电介体层14通过共用电极11b和像素电极12e施加电压。由此,电介体层14发生极化。
在第二基板12的电介体层14上设有向第一基板11侧延伸的隔壁部15。隔壁部15既可以到达第一基板11,也可以未到达第一基板11。利用该隔壁部15将内部空间10a区分为多个单元C。具体而言,在本实施方式中,隔壁部15设置为格子状。因此,大致为矩形的多个单元C以矩阵状设置。
分别在多个单元C中,与共用电极11b一起配置了使电介体层14极化的像素电极12e和共用电极12f。需要说明的是,共用电极12f为与共用电极11b同电位的电极。
在各单元C中填充有极性液体16和非极性液体17。极性液体16和非极性液体17在内部空间10a内配置于电介体层14的疏水性表面上。极性液体16的表面能相对较高,而非极性液体17的表面能相对较低。极性液体16由具有亲水性的高表面能液体构成。非极性液体17由具有疏水性的低表面能液体构成。因此,极性液体16和非极性液体17实质上不混合。
从提高EW显示器2的响应速度的观点考虑,优选极性液体16及非极性液体17各自的粘度较低。极性液体16及非极性液体17各自的粘度优选为800mPa·s以下,更优选为500mPa·s以下,进一步优选为300mPa·s以下。
非极性液体17例如可以由烷烃、聚硅氧烷类、碳氟化合物类等有机溶剂构成。非极性液体17可以含有多种有机溶剂。作为烷烃,可以列举直链烷烃、支链烷烃、环状烷烃等。作为优选使用的直链或支链烷烃的具体例子,例如可以列举:庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一碳烷、十二碳烷等。作为环状烷烃的具体例子,可以列举:环己烷、环庚烷等。作为聚硅氧烷类,可以列举:八甲基三硅氧烷、十甲基四硅氧烷、十甲基环戊烷硅氧烷、十二甲基五硅氧烷等。
极性液体16既可以为水或水溶液,也可以含有至少1种有机溶剂。极性液体16优选含有有机溶剂。在具有极性的有机溶剂中,存在比水等熔点更低的溶剂。通过将这样的低熔点的有机溶剂用作极性液体16,可以扩展EW显示器2的工作温度范围。从扩展EW显示器2的工作温度范围的观点考虑,极性液体16的沸点优选为80℃以上。在该情况下,极性液体16中的有机溶剂的含有率优选为90质量%以上。作为优选用作极性液体16的有机溶剂的具体例子,可以列举例如:乙醇、丙醇、乙二醇等一元和多元醇类、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等酰胺类、二甲基亚砜等亚砜类、N-甲基吡咯烷酮等吡咯烷酮类等。需要说明的是,极性液体16可以为含有有机溶剂和水的混合液。
非极性液体17含有着色物质。另一方面,极性液体16实质上不含有着色物质。
着色物质例如可以为具有极性部和非极性部的颜料。作为具有极性部和非极性部的颜料的具体例子,可以列举例如:炭黑、钛黑、铁氧化物、铜-铬复合氧化物、铜-铬-锌复合氧化物等。
着色物质也可以含有具有极性的染料。作为具有极性的染料的具体例子,可以列举例如溶剂黑类等。需要说明的是,非极性液体17中的着色物质的含有率可以根据EW显示器2所要求的光学特性等适当设定。非极性液体17中的着色物质的含有率通常为1重量%~30重量%左右。
另一方面,极性液体16含有具有极性部和非极性部的非离子性分子。该非离子性分子的由Griffin法规定的HLB值优选为7以下,更优选为6以下,进一步优选为5以下。这是因为,由Griffin法规定的非离子性分子的HLB值越大,极性液体16与非极性液体17越容易混合。
需要说明的是,由Griffin法规定的HLB值为20×亲水部的式量的总和/分子量。因此,由Griffin法规定的HLB值为0~20之间的值。
非离子性分子可以具有构成非极性部的至少一部分,且与极性部键合的芳香环。非离子性分子可以具有芳香环和与芳香环键合的至少一个(-CONH-R)基(其中,R是碳原子数为3~20的烷基。)。
作为优选使用的非离子性分子的具体例子,可以列举例如下述通式(1)所示的化合物。
[化学式4]
通式(1)中,R1、R2和R3分别独立地为碳原子数为3~20的烷基。
通式(1)所示的化合物例如可以通过使相应的烷基胺与苯三羧酸、或苯三酰氯反应来合成。
非离子性分子可以具有吡喃糖结构和经由醚键与吡喃糖结构键合的芳香环,且芳香环至少具有一个除氢以外的取代基。在该情况下,吡喃糖结构优选为吡喃糖苷结构,更优选为吡喃甘露糖苷结构。吡喃糖结构没有特别限定,可以为六碳糖吡喃糖环,为了使吡喃糖结构稳定,可以进行半缩醛化。
作为吡喃糖结构,作为代表例,可以列举例如:甲基-α-D-葡萄吡喃糖苷、甲基-β-D-葡萄吡喃糖苷、甲基-α-D-半乳吡喃糖苷、甲基-β-D-半乳吡喃糖苷、甲基-α-D-吡喃甘露糖苷、甲基-β-D-吡喃甘露糖苷等。
非离子性分子例如优选为下述化学式(2)所示的分子。
[化学式5]
其中,在化学式(2)中,R是碳原子数为1~6的烷基,AR是至少具有一个除氢以外的取代基的芳香环。
在化学式(2)中,R优选是碳原子数为1~3的烷基,更优选是碳原子数为1或2的烷基。具体而言,R可以为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、正己基等。
AR优选用化学式(3)表示。
[化学式6]
其中,在化学式(3)中,*表示与缩醛结构键合的部位,R1、R2分别表示除氢以外的1价的取代基,n、m分别表示0~3的整数,n+m为1~3的整数。
在化学式(3)中,R1、R2分别优选是碳原子数为1~10的烷基,更优选是碳原子数为1~6的烷基,进一步优选是碳原子数为1~4的烷基。R1、R2既可以为直链状的烷基,也可以为支链状的烷基。具体而言,R1、R2分别可以为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、正己基等。
作为AR的优选的具体例子,可以列举:甲苯基、乙基苯基、异丙基苯基、正丙基苯基、正丁基苯基、异丁基苯基、叔丁基苯基等单取代苯基、二甲苯基等二取代苯基等。
R1、R2可以为具有连接有醚键等的碳的取代基,也可以为不含碳的取代基。R1、R2例如可以为甲氧基、卤原子。因此,AR例如可以为甲氧基苯基、硝基苯基、氯苯基等。
通过在吡喃糖结构中加成芳香族醛,可以合成化学式(2)所示的化合物。作为芳香族醛,可以列举:苯甲醛、甲基苯甲醛、乙基苯甲醛、丙醛、枯茗醛、正丁基醛、异丁基醛、叔丁基醛、二甲基苯甲醛、三甲基苯甲醛、茴香醛等苯甲醛类、1-萘醛等萘醛类等。
非离子性分子的分子量优选为1500以下,更优选为1200~200,进一步优选为1000~300。非离子性分子的分子量过大时,非离子性分子难以溶解于极性液体16。非离子性分子的分子量过小时,有时结晶性升高,非离子性分子的结晶会析出。
极性液体16中的非离子性分子的含有率没有特别限定,例如优选为0.001质量%~10质量%,更优选为0.01质量%~5质量%,进一步优选为0.05质量%~1质量%。
在EW元件1中,电介体层14的表面构成了疏水性表面。因此,在共用电极11b与像素电极12e之间未施加电压的状态下,非极性液体17比极性液体16相对于电介体层14的亲和性更高。因此,在共用电极11b与像素电极12e之间未施加电压的状态下,电介体层14在实质上整体由非极性液体17覆盖。
如图2所示,如果对像素电极12e施加电压(EV)、在像素电极12e与共用电极11b之间设置电位差,则像素电极12e和极性液体16作为电极发挥作用,电介体层14的位于像素电极12e上的部分发生极化。其结果,极性液体16因静电作用而被电介体层14的位于像素电极12e上的部分吸引。另一方面,在共用电极12f与共用电极11b之间不产生电位差。因此,电介体层14的位于共用电极12f上的部分未极化,该部分的表面仍为疏水性表面。因此,覆盖了电介体层14的位于像素电极12e上的部分的非极性液体17被排斥于电介体层14的位于共用电极11b上的部分上。因此,非极性液体17的每单位面积的包覆率降低。其结果是单元C的光透射率发生变化。在EW元件1中,使用该原理进行图像显示。
只要对像素电极继续施加电压,则电介体层的位于像素电极上的部分就能保持极化的状态。因此,通常认为极性液体与非极性液体的界面的状态可以保持。但是,实际上,虽然继续施加电压,但是,极性液体与非极性液体的界面发生变化,产生接近于未施加电压时的界面形状的倒流。
该倒流可以通过提高极性液体及非极性液体的粘度、降低极性液体及非极性液体的流动性而抑制。但是,提高极性液体及非极性液体的粘度时,EW显示器的响应速度变慢。
在EW显示器2中,在极性液体16中含有具有极性部和非极性部的非离子性分子。因此,可以不过分提高极性液体16和非极性液体17的粘度而抑制倒流。
该原因没有确定,但是可以认为是以下的理由。可以认为,倒流是因颜料、染料等着色材料在施加电压状态下进行取向而产生的。具体而言,如图3所示,在非极性液体117中包含的着色材料118的极性部118a及非极性部118b中,对着色材料118进行取向,使其为极性部118a侧面向电介体层114侧的状态。由此,非极性液体117的电介体层114侧的表面的亲水性升高。由此,可以认为,非极性液体117润湿扩展至电介体层114,其结果是产生倒流。需要说明的是,例如在使用炭黑作为颜料的情况下,炭黑通常不作为一次粒子存在,而作为二次粒子存在。由于炭黑的二次粒子不是球形,因此具有取向性。因此,作为颜料,即使在使用作为一次粒子不具有取向性的炭黑的情况下,也会发生上述取向的问题。
在EW显示器2中,如图4所示,可以认为在非极性液体17中含有的着色材料18的极性部18a及非极性部18b中,以极性部18a侧面向电介体层14侧的状态对着色材料18进行取向。在着色材料18进行取向时,与之相伴,极性液体16中所含的非离子性分子19以极性部19a面向非极性液体17侧、非极性部19b面向电介体层14侧的状态进行取向。由此,通过着色材料18进行取向,可以抑制非极性液体17润湿扩展至电介体层14。因此,可以认为能够抑制倒流。
需要说明的是,如果非极性液体17及极性液体16的粘度过低,则有时即使在极性液体16中含有非离子性分子的情况下,也容易产生倒流。因此,非极性液体17及极性液体16的至少任一者的粘度优选为5mPa·s以上,更优选为8mPa·s以上,进一步优选为10mPa·s以上。
以下,基于具体的实施例对本发明进行更详细说明,但本发明不受以下的实施例的任何限定,可以在不更改其主旨的范围内适当变更而实施。
在以下的实施例及比较例中,只要没有特殊说明,溶剂、试剂没有特别精制而使用了和光纯药工业株式会社制造的试剂。
(实施例1)
<非离子性分子的合成>
将含辛胺1.5g的20mL氯仿溶液放入烧瓶中。再在烧瓶中加入溶解有7.0g碳酸氢钠的100mL水溶液。接着,一边将烧瓶在冰浴下冷却,一边搅拌10分钟。接着,准备含1,3,5-苯三甲酰氯1.1g的10mL氯仿溶液。将该溶液放入滴加漏斗中,缓慢地滴加于烧瓶中。滴加后,一边在冰浴下进行冷却,一边继续搅拌4小时,然后在室温下搅拌一夜。由得到的两相反应液中分离出有机相。将有机相用0.1N盐酸、5%碳酸氢钠水溶液、水清洗,用无水硫酸钠干燥后,在减压下除去氯仿。其结果是得到了2.1g的白色固体(1,3,5-苯三羰基辛基酰胺)。通过H-NMR确认了该白色固体为1,3,5-苯三羰基辛基酰胺。该分子的通过Griffin法得到的HLB计算值为4.8。
<极性液体的制备>
通过在95%乙醇和5%水的混合溶液中以0.5质量%溶解1,3,5-苯三辛酰胺,得到了极性液体。
<非极性液体的制备>
通过使用均质机使具有疏水性表面的粒径13nm的炭黑5质量%分散于辛烷中,制备了非极性液体。
<EW元件的制作>
使用上述极性液体及非极性液体,制作了具有与上述EW元件1实质上相同的结构的EW元件。
(比较例1)
除使极性液体中不含1,3,5-苯三羰基辛基酰胺以外,与上述实施例1同样地制作了EW元件。
(评价)
对在实施例1及比较例1中制作的EW元件的像素电极在0V/10V下施加1赫兹的脉冲电压。在实施例1中制作的EW元件中,即使继续施加电压,也没有确认到倒流。另一方面,在比较例1中制作的EW元件中,如果继续施加电压,则开口率缓慢地变低,确认到倒流。
(实施例2)
<非离子性分子的合成>
在甲基-α-D-半乳吡喃糖苷·1水合物4.5g(和光纯药株式会社制)中加入苯甲醛10mL,再加入氯化锌3.2g(和光纯药株式会社制)。将反应混合物在室温下搅拌1小时,接着,在40℃下搅拌2小时,在50℃下搅拌2小时,在60℃下再搅拌2小时。
将该溶液冷却至室温后,加入水100mL并进行搅拌。滤取析出的固体,用水清洗3次后,进行真空干燥。得到了1.5g的白色固体。
测定该固体的NMR(日本电子制、ECX-400),得到了与认为是甲基-4,4-氧-苯亚甲基-α-D-半乳吡喃糖苷的不矛盾的谱图。该分子的通过Griffin法得到的HLB计算值为2.3。
与实施例1同样地实施了极性液体的制备、非极性液体的制备、EW元件的制作。
(比较例2)
除在极性液体中加入了具有离子性的十二烷基苯磺酸钠0.5质量%以外,与上述实施例同样地制作了EW元件。
(评价2)
对在实施例2及比较例2中分别制作的EW元件的像素电极持续施加10V的电压10秒钟。
在实施例2中制作的EW元件中,即使继续施加电压,也没有观察到倒流。
另一方面,在比较例2中制作的EW元件中,如果继续施加电压,则开口率缓慢地变低,10秒钟后,初期开口率约为30%。即,观察到了倒流。
Claims (16)
1.一种电湿润元件,其具备:具有单元的元件主体、
配置于所述单元内且具有疏水性表面的电介体层、
使所述电介体层极化的电极、
在所述单元内配置于所述疏水性表面上的非极性液体以及不与所述非极性液体混合的极性液体,
所述非极性液体含有着色物质,
所述极性液体含有具有极性部和非极性部的非离子性分子。
2.如权利要求1所述的电湿润元件,其中,
由Griffin法规定的所述非离子性分子的HLB值为7以下。
3.如权利要求1或2所述的电湿润元件,其中,
所述非离子性分子具有构成所述非极性部的至少一部分,并且与所述极性部键合的芳香环。
4.如权利要求3所述的电湿润元件,其中,所述非离子性分子具有芳香环和键合于所述芳香环的至少一个(-CONH-R)基(其中,R是碳原子数为3~20的烷基)。
5.如权利要求4所述的电湿润元件,其中,所述非离子性分子为下述通式(1)所示的化合物,
[化学式1]
通式(1)中,R1、R2和R3分别独立地为碳原子数为3~20的烷基。
6.如权利要求1或2所述的电湿润元件,其中,所述非离子性分子具有吡喃糖结构以及经由醚键与所述吡喃糖结构键合的芳香环,所述芳香环具有至少一个氢以外的取代基。
7.如权利要求6所述的电湿润元件,其中,所述醚键构成缩醛结构。
8.如权利要求6或7所述的电湿润元件,其中,所述非离子性分子用下述化学式(2)表示,
[化学式2]
其中,化学式(2)中,R是碳原子数为1~6的烷基,AR为具有至少一个氢以外的取代基的芳香环。
9.如权利要求8所述的电湿润元件,其中,化学式(2)中,AR用化学式(3)表示,
[化学式3]
其中,化学式(3)中,*表示与缩醛结构键合的部位,R1、R2分别表示氢以外的1价取代基,n、m分别表示0~3的整数,n+m为1~3的整数。
10.如权利要求9所述的电湿润元件,其中,化学式(3)中,R1、R2分别是碳原子数为1~6的烷基。
11.如权利要求6~10中任一项所述的电湿润元件,其中,所述吡喃糖结构为吡喃甘露糖苷结构。
12.如权利要求1~11中任一项所述的电湿润元件,其中,所述非离子性分子的分子量为1500以下。
13.如权利要求1~12中任一项所述的电湿润元件,其中,所述极性液体含有有机溶剂。
14.如权利要求1~13中任一项所述的电湿润元件,其中,所述极性液体在20℃下的粘度在5mPa·s~500mPa·s的范围内。
15.如权利要求1~14中任一项所述的电湿润元件,其中,所述着色物质为具有极性部和非极性部的颜料。
16.一种电湿润显示器,其具备权利要求1~15中任一项所述的电湿润元件。
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