CN109054427B - 一种染料、油墨及电润湿显示器件 - Google Patents

一种染料、油墨及电润湿显示器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一类有机染料、油墨和电润湿显示器件，不同于一般的二氨基取代蒽醌结构的染料在非极性有机溶剂中的极低溶解度，本发明所提供的染料在非极性溶剂中具有很高的溶解度，因而可以投入到大规模的生产使用中。上述有机染料溶于有机溶剂后可以制备得到一种适用于电润湿显示的油墨，以及应用这类油墨的电润湿显示器件。

Description

一种染料、油墨及电润湿显示器件
技术领域
本发明涉及染料技术领域，特别涉及一种染料、油墨及电润湿显示器件。
背景技术
电润湿显示技术(Electrofluide display，EFD)是荷兰飞利浦公司于2003年首次研制出的以电润湿显示为原理的显示器原型。该显示原理是利用改变电压从而控制疏水层的表面性能，改变油墨层在疏水层上的接触角：在未加电压时，油墨对绝缘层均匀润湿，形成一个有色像素点；施加电压时，电场的作用改变了疏水层的表面性能使油墨-极性液体-疏水层三相之间的界面张力发生变化，油墨被压缩，形成透明或基板底色的像素点，从而获得显示图像效果。
为了实现彩色电润湿显示，荷兰Liquvista公司提出了两种可能的结构模型：单层或多层结构。单层电润湿彩色显示采用黑色油墨搭配彩色滤光片实现，但该方法由于采用了滤光片，对光的利用效率降低，对比度下降；而多层电润湿彩色显示可采用三基色(青、品、黄)的叠加而成，对光的利用效率较高，对比度高。
Liquvista开发的油墨材料以蒽醌染料为主，其中，1,4-二氨基取代蒽醌结构的有机染料虽然表现良好，但溶解度较低，难以投入到实际应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较高溶解度的二氨基取代蒽醌结构的染料、油墨和电润湿显示器件。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种染料，结构通式如式(Ⅰ)所示：
Figure BDA0001695306350000011
其中，R1选自取代或未取代的具有1至8个碳原子的桥基中的任一种；
R21、R22、R23分别独立选自未取代的具有2至12个碳原子的直链烷基、支链烷基
中的任一种；
R3、R4分别独立选自H、取代或未取代的具有1至12个碳原子的烷基中的任一种。
其中，R1、R3、R4上的取代基优选为包括烷基、卤素原子、硝基等一些极性较小的基团。
优选的，R1选自取代或未取代的具有1至8个碳原子的亚烷基、取代或未取代的具有6至8个碳原子的亚芳基中的任一种。
进一步优选的，R1选自未取代的具有1至8个碳原子的直链亚烷基、支链亚烷基、环状亚烷基中的任一种。
更进一步优选的，R1选自
Figure BDA0001695306350000021
m＝1～8、
Figure BDA0001695306350000022
n＝0～2中的任一种。
优选的，R3、R4分别独立选自未取代的具有1至12个碳原子的直链烷基、支链烷基中的任一种。
优选的，具有以下化学结构中的一种：
Figure BDA0001695306350000023
一种油墨，包括上述任一种染料。
优选的，由上述染料溶于非极性有机溶剂。
进一步优选的，包括1-30质量份的染料和5-100质量份的非极性有机溶剂。
更进一步优选的，非极性溶剂选自正十烷、正十二烷、正十四烷、正十六烷、含氟烷烃中的至少一种。
一种电润湿显示器件，包括上述任一种油墨。
本发明的有益效果是：
本发明提供一系列二氨基取代蒽醌结构的有机染料，这些染料在保证原有发色体光稳定性的基础上同时在非极性溶剂中具有超高的溶解度，从而使得该类染料能够充分地投入到实际应用中去。上述有机染料在溶于有机溶剂后可以得到一种适用于电润湿显示的油墨。为了解决溶解度偏低的问题，本发明提供了一种新的解决思路。硅原子与碳原子为同一主族，具有相似的化学结构，饱和取代的硅原子和碳原子都可以形成四个化学键，同时，硅原子半径大，化学反应活性较碳原子高，因此更容易通过亲核取代反应引入到染料发色体中，通过形成硅氧键将三个烷基链引入到发色体中，通过相似相溶原理，可以大幅度提高原有发色体在非极性溶剂中的溶解度，提高其在电润湿显示器件中的应用性能。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。
实施例1：
Figure BDA0001695306350000031
称取50g 1,4-二羟基蒽醌，1.0g十二烷基硫酸钠，1L水于2L反应瓶中，向其中加入50g Na2CO3和50g Na2S2O4，升温至80℃，反应0.5h，待反应液完全变成黄色后，TLC跟踪反应进程(正己烷：丙酮＝3，Rf＝0.68)，未反应完全则继续补加碱和保险粉，反应结束后抽滤，60℃真空干燥，得化合物1，收率95％。
称取6g化合物1(242g/mol，0.0247mol)溶于150ml乙二醇甲醚，通入氮气保护，一次性加入7.2g(61g/mol，0.118mol)2-乙醇胺，升温至回流，反应24h。反应结束后向瓶内吹入空气氧化反应2h。冷却至室温。降温至低于10℃，搅拌后抽滤，得化合物2，收率68.8％。
称取0.652g化合物2(326g/mol，0.002mol)溶于50ml二氯甲烷中，加入0.0244g(122g/mol，0.0002mol)DMAP，15ml三乙胺(除水)，称取2.34g(234g/mol，0.01mol)三正丁基氯化硅，分批加入到上述溶液中反应2h。反应完毕后旋蒸除去溶剂，柱层析色谱提纯得染料A，收率93.4％。
染料A的核磁共振氢谱如下：1H NMR(CDCl3,500M):10.892(s,2H),8.362-8.343(q,2H),7.702-7.684(q,2H),7.309(s,2H),3.893-3.869(t,4H),3.575-3.563(d,4H),1.327-1.320(m,24H),0.877(m,18H),0.627(m,12H).
实施例2：
Figure BDA0001695306350000041
称取50g 1,4-二羟基蒽醌，1.0g十二烷基硫酸钠，1L水于2L反应瓶中，向其中加入50g Na2CO3和50g Na2S2O4，升温至80℃，反应0.5h，待反应液完全变成黄色后，TLC跟踪反应进程(正己烷：丙酮＝3，Rf＝0.68)，未反应完全则继续补加碱和保险粉，反应结束后抽滤，60℃真空干燥，得化合物1。收率95％。
在具有机械搅拌的三口烧瓶内加入50ml异丙醇，24.2g(242g/mol，0.1mol)化合物1，32.0g(128g/mol，0.25mol)2-乙基己醛，4.35g(145g/mol，0.03mol)乙酸哌啶盐。通入氮气保护，升温至80℃，反应20h。反应结束后将反应液冷却至-20℃，加入200ml工业乙醇(95％)，搅拌，继续冷却3h，过滤，得化合物3，收率88.6％。
称取3.52g化合物3(352g/mol，0.01mol)溶于150ml DMF中，通入氮气保护，一次性加入11.5g(115g/mol，0.1mol)4-羟基环己胺，升温至120℃回流，反应24h。冷却至室温。降温至低于10℃，将反应液倒入100ml水中，抽滤得到化合物4，收率28.5％。
称取1.1g(546g/mol，0.002mol)化合物4溶于50ml二氯甲烷中，加入0.0244g(122g/mol，0.0002mol)DMAP、15ml三乙胺(除水)，称取2.34g(234g/mol，0.01mol)三正丁基氯化硅，分批加入到上述溶液中反应2h。反应完毕后旋蒸除去溶剂，柱层析色谱提纯得染料B，收率93.4％。
染料B的核磁共振氢谱如下：1H NMR(CDCl3,500M):10.692(s,2H),8.332-8.383(q,2H),7.722-7.634(q,2H),6.319(s,1H),3.193-3.169(m,2H),2.575-3.563(d,4H),1.775-1.623(m,17H),1.327-1.320(m,26H),0.877(m,24H).
实施例3：
Figure BDA0001695306350000051
在具有机械搅拌的三口烧瓶内加入2,3-二甲基-1,4-二羟基蒽醌2.68g(268g/mol，0.01mol)溶于溶于200ml乙腈中，升温至回流。加入20ml三乙胺和对甲苯磺酰氯4.75g(190g/mol，0.025mol)，回流反应5h，反应完毕后冷却至室温，将反应液倒入300ml水中析出，过滤，干燥得5.44g化合物5，收率95％。
称取5.4g(576g/mol，0.0095mol)化合物5溶于100ml DMF中，加入4-羟乙基环己胺6.4g(143g/mol，0.045mol)，升温至回流反应24h。反应完毕后旋蒸除去DMF，倒入100ml水中析出化合物6，收率65％。
称取1.03g(518g/mol，0.002mol)化合物6溶于50ml二氯甲烷中，加入0.0244g(122g/mol，0.0002mol)DMAP、15ml三乙胺(除水)，称取2.34g(234g/mol，0.01mol)三正丁基氯化硅，分批加入到上述溶液中反应2h。反应完毕后旋蒸除去溶剂，柱层析色谱提纯得染料C，收率95.4％。
染料C的核磁共振氢谱如下：1H NMR(CDCl3,500M):10.525(s,2H),8.372-8.313(q,2H),7.452-7.134(q,2H),3.693-3.629(m,4H),2.575-2.374(m,2H),2.35(s,6H),1.675-1.423(m,22H),1.327-1.320(m,18H),0.877(m,18H).
实施例4
溶解度测试
分别选取实施例1-3制备得到的染料A、B、C，对其进行溶解度测试。实验结果显示，这三种染料都能够与正十烷以任意比例混溶。该结果表明，本发明提供的二氨基取代蒽醌结构的染料在非极性有机溶剂中具有极高的溶解度。
硅原子与碳原子为同一主族，具有相似的化学结构，饱和取代的硅原子和碳原子都可以形成四根化学键。但硅原子相比于碳原子半径更大，化学反应活性较碳原子高，因此，通过硅原子更容易由亲核取代反应将碳链引入到染料发色体中。本方案中优选具有较长碳链取代基的氯硅烷，通过形成硅氧键将三个烷基链引入发色体中，通过相似相溶原理，可以大幅度提高原有发色体在非极性溶剂中的溶解度，提高其在电润湿显示器件中的应用性能。
实施例5
油墨性能测试
准确称量实施例1-3制备得到的染料A、B、C各0.1g，溶于10mL正十烷中，制备成电润湿显示油墨M1、M2、M3。上述油墨的颜色、最大吸收波长、摩尔吸光系数如表1所示。
表1.油墨性能测试结果
Figure BDA0001695306350000061
由上表可知，本发明提供的油墨具有较高的摩尔吸光系数，颜色鲜艳，油墨具有较高的FoM值，可以为彩色电润湿显示器提供非常重要的一类新型油墨材料。
实施例6
一种染料D，结构式如右式，
Figure BDA0001695306350000062
合成方法参考实施例1-3。
取0.1g染料D，溶于5g正十二烷中，得到可以应用于电润湿显示器件的油墨M4。
实施例7
一种染料E，结构式如右式，
Figure BDA0001695306350000063
合成方法参考实施例1-3。
取0.1g染料E，溶于10g正十四烷中，得到可以应用于电润湿显示器件的油墨M5。
实施例8
一种染料F，结构式如右式，
Figure BDA0001695306350000071
合成方法参考实施例1-3。
取3g染料F，溶于0.1g正十六烷中，得到可以应用于电润湿显示器件的油墨M6，该油墨同样能够与正十六烷实现任意比互溶。
实施例9
一种染料G，结构式如右式，
Figure BDA0001695306350000072
合成方法参考实施例1-3。
取10g染料G，溶于10g正十二烷中，得到可以应用于电润湿显示器件的油墨M7。
实施例10
一种染料H，结构式如右式，
Figure BDA0001695306350000073
合成方法参考实施例1-3。
取10g染料H，溶于10g正十二烷中，得到可以应用于电润湿显示器件的油墨M8。
实施例11
一种染料K，结构式如右式，
Figure BDA0001695306350000081
合成方法参考实施例1-3。
取10g染料K，溶于10g正十二烷中，得到可以应用于电润湿显示器件的油墨M9。
实施例12
一种染料L，结构式如右式，
Figure BDA0001695306350000082
合成方法参考实施例1-3。
取10g染料L，溶于10g正十二烷中，得到可以应用于电润湿显示器件的油墨M10。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种应用于电润湿显示的染料，其特征在于，所述染料的结构通式如式(Ⅰ)所示：
Figure 909934DEST_PATH_IMAGE001
(I)
其中，R1选自
Figure 670080DEST_PATH_IMAGE002
；
R21、R22、R23分别独立选自未取代的具有2至12个碳原子的直链烷基、支链烷基中的任一种；
R3、R4分别独立选自取代或未取代的具有1至12个碳原子的烷基中的任一种。
2.根据权利要求1所述的染料，其特征在于，R3、R4分别独立选自未取代的具有1至12个碳原子的直链烷基、支链烷基中的任一种。
3.一种应用于电润湿显示的染料，其特征在于，具有以下化学结构中的一种：
Figure 202693DEST_PATH_IMAGE003
Figure 339276DEST_PATH_IMAGE004
。
4.一种油墨，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的染料。
5.根据权利要求4所述的油墨，其特征在于，由权利要求1-3任一项所述的染料溶于非极性有机溶剂。
6.根据权利要求5所述的油墨，其特征在于，包括1-30质量份的所述的染料和5-100质量份的所述非极性有机溶剂。
7.一种电润湿显示器件，其特征在于，包括权利要求4-6任一项所述的油墨。
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Application publication date: 20181221

Assignee: Guangxian Technology (Guangdong) Co.,Ltd.

Assignor: SHENZHEN GUOHUA OPTOELECTRONICS Co.,Ltd.|ACADEMY OF SHENZHEN GUOHUA OPTOELECTRONICS

Contract record no.: X2023980038754

Denomination of invention: A Dye, Ink, and Electrowetting Display Device

Granted publication date: 20210420

License type: Exclusive License

Record date: 20230728

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