CN111918894A - 用于电泳显示器和其他应用的折射率匹配的树脂 - Google Patents

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Abstract

压花树脂、制造此类树脂的方法和动电显示器系统，所述动电显示器系统包括含有此类树脂的显示器单元。所述树脂包含：重量百分比5％至60％的含氟聚合物；重量百分比0至30％的双官能稀释剂；重量百分比0至40％的单官能稀释剂；重量百分比5％至50％的聚氨酯二丙烯酸酯或官能化的纳米级材料，例如官能化的聚氨酯材料；重量百分比0.5％至5％的光引发剂；和重量百分比小于0.5％的表面活性剂。所述双官能稀释剂可为己二醇二丙烯酸酯，并且所述单官能稀释剂可为单官能烃。所述树脂通过以下方式制成：识别所述树脂的固化状态的目标折射率；以及根据重量百分比将所述构成组分组合在一起以产生具有期望复合折射率的所述压花树脂的所述液体状态版本。

Description

用于电泳显示器和其他应用的折射率匹配的树脂
相关申请
这是2018年2月16日提交的美国临时申请号62/631,623的非临时申请并且要求其优先权，所述申请以引用方式的并入本文中。
技术领域
本申请涉及在电泳显示器和其他组件中使用的固化树脂压花结构，其中所述固化树脂压花结构具有与在所述组件中使用的电子墨水或其他流体介质的折射率匹配的折射率。
背景技术
在电子显示器等领域内是一组动电显示器系统，所述一组动电显示器系统可通过应用电位来使悬浮在载液中的带电冷却剂颗粒(颜料)往返显示器的单元内的储存区平移而改变状态，例如从透明(或清澈)到不透明(或深色)或处于两者之间。此类动电显示器系统的重要特性之一是透明度(当在清澈状态下时)和切换速度。
发明内容
根据本发明的各种实施例的压花树脂包含：重量百分比5％至60％的含氟聚合物；重量百分比0至30％的双官能稀释剂；重量百分比0至40％的单官能稀释剂；重量百分比5％至50％的聚氨酯二丙烯酸酯或官能化的纳米级材料，例如官能化的聚氨酯材料，所述官能化的聚氨酯材料包括氟化的或硅化的聚氨酯材料；重量百分比0.5％至5％的光引发剂；和重量百分比小于0.5％的表面活性剂。所述双官能稀释剂可为己二醇二丙烯酸酯，并且所述单官能稀释剂可为单官能烃。
在另外的实施例中，本发明提供一种制造压花树脂的方法，所述方法包括：识别所述压花树脂的固化状态的目标折射率n目标；以及根据重量百分比wt％i将液体状态下的所述压花树脂的构成组分组合在一起以产生所述压花树脂的液体状态版本。所述压花树脂的所述构成组分中的每一种具有相应折射率ni，并且所述构成组分彼此组合以产生具有根据以下公式的复合折射率nT的所述压花树脂的所述液体状态版本：
nT＝∑iwt％ini＝n目标-β，
其中是在0.035至0.05范围内的校正因子。在一个实施例中，是0.04。
在一些情况下，所述压花树脂的所述构成组分可包含：重量百分比5％至60％的含氟聚合物；重量百分比0至30％的双官能稀释剂；重量百分比0至40％的单官能稀释剂；重量百分比5％至50％的聚氨酯二丙烯酸酯或官能化的纳米级材料，例如官能化的聚氨酯材料，所述官能化的聚氨酯材料包括氟化的或硅化的聚氨酯材料；重量百分比0.5％至5％的光引发剂；和重量百分比小于0.5％的表面活性剂。所述双官能稀释剂可为己二醇二丙烯酸酯，并且所述单官能稀释剂可为单官能烃。
本发明的另外一些实施例提供一种动电显示器系统，其包括：由相对基板区段限定的显示器单元，所述基板区段中的一个具有设置在上面的第一电极，并且所述基板区段中的另一个具有设置在上面的第二电极；压花电介质层，其中多个凹陷区域设置在所述第一电极或所述第二电极中的一者上；和动电墨水，所述动电墨水设置在所述显示器单元内。组成所述压花电介质层的材料具有大致等于填充所述显示器单元的流体或悬浮液的折射率的折射率。在各种情况下，所述基板可为透明聚合物或玻璃，所述电极可为透明导电材料(例如，碳纳米管、导电氧化物、氧化铟锡、导电聚合物或聚(3,4-乙烯二氧噻吩)等)的膜，并且所述压花电介质层可包含固化树脂，所述固化树脂包含：重量百分比5％至60％,的含氟聚合物；重量百分比0至30％的双官能稀释剂；重量百分比0至40％的单官能稀释剂；重量百分比5％至50％的聚氨酯二丙烯酸酯或官能化的纳米级材料，例如官能化的聚氨酯材料，所述官能化的聚氨酯材料在一些实施例中包括氟化的或硅化的聚氨酯材料；重量百分比0.5％至5％的光引发剂；和重量百分比小于0.5％的表面活性剂。所述双官能稀释剂可包含己二醇二丙烯酸酯，并且所述单官能稀释剂可包含单官能烃。
以下更完整地描述本发明的这些和另外的实施例。
附图说明
在附图的图式中借助于实例而非限制来说明本发明，其中：
图1A改编自美国专利8,183,757并且示出电子显示器的部分的剖视图，所述电子显示器可通过应用电位来使悬浮在载液中的带电冷却剂颗粒(颜料)平移而改变状态，例如从透明(或清澈)到不透明(或深色)；
图1B示出图1A所说明的在部分透明状态下的显示器；并且
图1C示出图1A所说明的在深色或着色状态下的显示器。
具体实施方式
如以上所指出，存在一组动电显示器系统，所述一组动电显示器系统可通过应用电位来使悬浮在载液中的带电冷却剂颗粒(颜料)往返显示器的单元内的储存区平移而改变状态，例如从透明(或清澈)到不透明(或深色)或处于两者之间。染色的载液通常被称为电子墨水并且通常由添加有表面活性剂、充电剂、稳定剂和分散剂以及根据所应用电场移动的带电颗粒的极性或非极性流体中的任一种构成。改编自美国专利8,183,757的图1A示出这种显示器100的剖视图，所述显示器100包括：基板102a、102b(例如，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、玻璃或其他合适的透明材料)；电极104a、104b，所述电极104a、104b由透明导电材料(例如，碳纳米管、导电氧化物诸如氧化铟锡(ITO)、或导电聚合物诸如PEDOT(聚(3,4-乙烯二氧噻吩)))的膜形成；压花电介质层106，所述压花电介质层106具有储存或凹陷区108；金属不透明层110，所述金属不透明层110形成在每个凹陷区内；和显示器单元112，所述显示器单元112形成有载液114、冷却剂颗粒116。
在图1A中，显示器100被示出为“清澈”状态，其中带正电的冷却剂颗粒116借助于应用到电极104a的负电荷收集在储器108内。图1B示出在部分透明状态下的显示器100，并且图1C示出在深色或着色状态下的显示器100。后两种状态通过改变应用到电极104a、104b的电位来实现。
如美国专利8,183,757中所解释，显示器100可通过以下方式制造：在电极104a上由可固化树脂形成电介质层106，所述电极104a设置在基板102a上；对所述电介质层106进行压花以形成凹陷区域108；然后使用紫外(UV)光来固化树脂。在下文中，金属电极110可例如通过将所述金属电极110电镀在凹陷108内形成。电极104b形成在第二基板102b上，并且两个单元在其边缘处接合在一起(例如，通过粘合剂)，从而在所述两个单元之间形成显示器单元112。显示器单元接着可填充有载液和带电冷却剂颗粒。
诸如显示器100等动电显示器系统的重要特性之一是透明度(当在清澈状态下时)和切换速度。透明度、尤其关于雾度减少之所以重要的原因是：如果动电显示器系统掩盖消费者的视野，则他们将不会接受此类显示器作为汽车、建筑或其他应用中的常规玻璃的替代。本发明解决了这些考量中的两者并且提供具有改善的光学性能(雾度减少)和减少的切换时间的显示器。
在本发明的上下文中，雾度是指光在透射通过显示器100时的散射。发明人已测量与采用由大致13.5％的常规树脂制成的电介质层106的显示器相关联的雾度。相比之下，与用于根据本发明制造的电介质层106的折射率匹配的树脂的使用相关联的雾度已经被测量为大致5.9％，并且甚至低至大致3.4％。已经类似地发现，相对于使用用于电介质层106的常规树脂的显示器的透光率，通过诸如包含颜料的显示器100等显示器的透光率通过使用用于电介质层106的折射率匹配的树脂而改善了大致15％。
切换速度(例如从清澈状态到深色状态或从深色状态到清澈状态)之所以重要的原因是消费者青睐并且已被调节成预计对输入命令具有迅速响应。包含用于电介质层106的折射率匹配的树脂的显示器的切换速度的视觉观察确认了比与使用用于电介质层106的常规树脂的显示器相关联的切换速度更快的切换速度。此外，虽然使用用于电介质层106的常规树脂的先前动电显示器需要大约36V或更多的切换电压，但是根据本发明的包含用于电介质层106的折射率匹配的树脂的显示器在24V或更小的减少的切换电压下实现改善的切换速度。
本发明接着提供用于压花微流体阵列的树脂，所述树脂组成诸如图1A至图1C所说明的动电显示器的动电显示器和其他应用的电介质层106，所述树脂具有与动电墨水或包含在显示器单元中的其他流体的折射率匹配(或大致匹配)的折射率。更具体地，本发明的树脂具有与允许对显示器的透明度进行电气控制的流体或悬浮液的折射率匹配(或大致匹配)的折射率。匹配折射率减少雾度并且改善通过这种显示器的透光率。
用于微流体结构诸如电介质层106的本发明的压花树脂保留极佳机械属性以在动电显示器系统和其他应用中使用。在一个实施例中，用于电介质层106的压花树脂在被固化时的折射率是大致1.44，其与用于此类应用的先前树脂相比更好地匹配动电墨水或者填充显示器单元112的其他流体或悬浮液的折射率。重要的是，本发明的树脂在被固化时保持机械稳定和挠性，同时具有低化学反应性。树脂是非极性的(即，疏水的)并且耐受吸油性。这之所以重要的原因是在动电显示器系统中使用的许多动电墨水是油基的。
一般地，用于电介质层106的本发明的树脂是具有以下组分的基于含氟聚合物的组合物：
Figure BDA0002677189490000051
不同于用于微流体结构诸如电介质层106的先前树脂，通常在本发明的树脂中不存在粘合增进剂。相反，粘合增进剂可在组成电介质层106的树脂被应用之前被单独应用到电极104a。不存在粘合增进剂可允许树脂的表面处的边界层与在此类应用中使用的先前树脂的情况相比不太具有粘弹性。另外，本发明的树脂配方中的聚氨酯二丙烯酸酯的重量百分比小于在先前树脂中使用的重量百分比。聚氨酯二丙烯酸酯的重量百分比减少允许使用本发明的树脂中的含氟聚合物的显著重量百分比分数。
根据本发明配置的显示器包括：基板102a、102b(例如，透明聚合物，诸如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、玻璃或其他合适的透明材料)；电极104a、104b，所述电极104a、104b由透明导电材料(例如，碳纳米管、导电氧化物诸如氧化铟锡(ITO)、或导电聚合物诸如PEDOT(聚(3,4-乙烯二氧噻吩)))的膜形成；压花电介质层106，所述压花电介质层106由具有储存或凹陷区108的本发明的指数匹配的树脂构成；任选的金属不透明层110，所述金属不透明层110形成在每个凹陷区内；和显示器单元112，所述显示器单元112形成有载液114、冷却剂颗粒116(所述载液和冷却剂包括动电墨水)或者其他流体或悬浮液。选择用于此类应用的动电墨水应表现出良好光学特性(例如，当显示器在清澈状态下时应高度透明)，允许快速切换速度(即，针对给定应用电位的状态改变——清澈到深色或深色到清澈)，并且是稳定的以便在大量切换循环内持续。大体上，首先针对相应特定应用选择动电墨水或者填充显示器单元的其他流体或悬浮液，并且接着将制备用于电介质层106的树脂配方以便匹配选定动电墨水、其他流体或悬浮液的折射率。在达到此匹配时，必须记住树脂将被固化以形成电介质层106，并且固化树脂将具有不同于当在树脂的液体状态下时的折射率的折射率。
本发明人已建议一种用于预测预固化树脂的折射率的模型。一般地，树脂的组分的折射率可被认为基于它们在最终组合物中的重量百分比(wt％)而线性地添加到彼此。这很好地适用于液体状态，原因是构成液体的密度是类似的。例如，具体树脂构成的折射率可被指定为ni。此构成对复合折射率的贡献接着由wt％ini给出。液体状态树脂的复合折射率nT接着由以下公式给出：
Figure BDA0002677189490000061
以下表提供根据本发明配置的树脂的一个实施例中的感兴趣材料的折射率调谐的实例。
Figure BDA0002677189490000071
从此表中可看出折射率的建模值比液体树脂的测量值低～0.01。另外，发明人已根据经验发现，在固化之后，树脂的折射率通常相对于液体的测量值增加大致0.03。总体地，基于构成组分和最终固化树脂的预测值之间存在～0.04的模型误差(例如，0.035至0.05)。此误差是一致的并且可因此在设计过程中加以考虑。
此方法因此允许设计具有对期望应用关键的化学、机械和光学属性的广泛阵列的材料。例如，压花树脂可通过以下方式制造：识别压花树脂的固化状态的目标折射率n目标；接着根据重量百分比wt％i将液体状态下的压花树脂的构成组分组合在一起以产生压花树脂的液体状态版本。如以上所论述，构成组分中的每一种具有相应折射率ni，并且构成组分彼此组合以产生具有根据以下公式的复合折射率nT的压花树脂的液体状态版本：
nT＝∑iwt％ini＝n目标-β，
其中β是在0.035至0.05范围内的校正因子，并且在一些情况下是0.04。
根据本发明配置的显示器可使用本领域已知的卷对卷处理技术制造而成。这些技术涉及使用自对准压印光刻作为沉积-压印-蚀刻程序的部分。简而言之，过程从沉积步骤开始，在所述沉积步骤中将电极层沉积在基板上并且接着在电极层上形成电介质层。电介质层由本发明的树脂构成，并且一旦形成在电极层上形成就被图案化并固化以便将凹陷108压印到电介质层中。任选地，在下文中，金属电极可被沉积或电镀在基板-电极-电介质面板中的凹陷内。在一些情况下，不使用任何此类金属电极。互补面板可通过将电极层沉积在基板上而类似地形成。此互补面板无需任何电介质层。两个面板接着可使用适当的粘合剂在它们的相应边缘处接合在一起，从而形成用于动电墨水或者其他流体或悬浮液的显示器单元。
本发明因此提供一种低折射率氟化的压花树脂，其改善利用动电墨水或者其他流体或悬浮液的显示器的性能。不同于以往的树脂，本发明的树脂具有显著氟化水平。所述树脂还保留足够聚氨酯组分以提供机械稳定性。
本发明的实施例提供一种压花树脂，所述压花树脂包含：重量百分比5％至60％的含氟聚合物；重量百分比0至30％的双官能稀释剂；重量百分比0至40％的单官能稀释剂；重量百分比5％至50％的聚氨酯二丙烯酸酯或官能化的纳米级材料，例如官能化的聚氨酯材料，所述官能化的聚氨酯材料包括氟化的或硅化的聚氨酯材料；重量百分比0.5％至5％的光引发剂；和重量百分比小于0.5％的表面活性剂。双官能稀释剂可为己二醇二丙烯酸酯，并且单官能稀释剂可为单官能烃。
本发明的另外的实施例提供一种制造压花树脂的方法，所述方法包括：识别压花树脂的固化状态的目标折射率n目标；以及根据重量百分比wt％i将液体状态下的压花树脂的构成组分组合在一起以产生所述压花树脂的液体状态版本。压花树脂的构成组分中的每一种具有相应折射率ni，并且构成组分彼此组合以产生具有根据以下公式的复合折射率nT的压花树脂的液体状态版本：
nT＝∑iwt％ini＝n目标-β，
其中β是在0.035至0.05范围内的校正因子。在一个实施例中，β是0.04。在一些情况下，压花树脂的构成组分可包含：重量百分比5％至60％的含氟聚合物；重量百分比0至30％的双官能稀释剂；重量百分比0至40％的单官能稀释剂；重量百分比5％至50％的聚氨酯二丙烯酸酯或官能化的纳米级材料，例如官能化的聚氨酯材料，所述官能化的聚氨酯材料在一些实施例中包括氟化的或硅化的聚氨酯材料；重量百分比0.5％至5％的光引发剂；和重量百分比小于0.5％的表面活性剂。双官能稀释剂可为己二醇二丙烯酸酯，并且单官能稀释剂可为单官能烃。
本发明的另外一些实施例提供一种类似于图1A至图1C所说明的动电显示器系统的动电显示器系统，其包括：由相对基板区段限定的显示器单元，所述基板区段中的一个具有设置在上面的第一电极，并且所述基板区段中的另一个具有设置在上面的第二电极；压花电介质层，其中多个凹陷区域设置在第一电极或第二电极中的一者上；和动电墨水，所述动电墨水设置在显示器单元内。组成压花电介质层的材料具有大致等于填充显示器单元的流体或悬浮液的折射率的折射率。在各种情况下，基板可为透明聚合物或玻璃，电极可为透明导电材料(例如，碳纳米管、导电氧化物、氧化铟锡、导电聚合物或聚(3,4-乙烯二氧噻吩)等)的膜，并且压花电介质层可包含固化树脂，所述固化树脂包含：重量百分比5％至60％,的含氟聚合物；重量百分比0至30％的双官能稀释剂；重量百分比0至40％的单官能稀释剂；重量百分比5％至50％的聚氨酯二丙烯酸酯或官能化的纳米级材料，例如官能化的聚氨酯材料，所述官能化的聚氨酯材料在一些实施例中包括氟化的或硅化的聚氨酯材料；重量百分比0.5％至5％的光引发剂；和重量百分比小于0.5％的表面活性剂。双官能稀释剂可包含己二醇二丙烯酸酯，并且单官能稀释剂可包含单官能烃。

Claims (20)

1.一种压花树脂，包含：重量百分比5％至60％的含氟聚合物；重量百分比0至30％的双官能稀释剂；重量百分比0至40％的单官能稀释剂；重量百分比5％至50％的聚氨酯二丙烯酸酯或官能化的纳米级材料；重量百分比0.5％至5％的光引发剂；和重量百分比小于0.5％的表面活性剂。
2.如权利要求1所述的压花树脂，其特征在于，所述双官能稀释剂包含己二醇二丙烯酸酯。
3.如权利要求1所述的压花树脂，其特征在于，所述单官能稀释剂包含单官能烃。
4.如权利要求1所述的压花树脂，其特征在于，所述官能化的纳米级材料包括官能化的聚氨酯材料。
5.如权利要求4所述的压花树脂，其特征在于，所述官能化的聚氨酯材料包括氟化的或硅化的聚氨酯材料。
6.一种制造压花树脂的方法，其包括：识别所述压花树脂的固化状态的目标折射率n目标；以及根据重量百分比wt％i将液体状态下的所述压花树脂的构成组分组合在一起以产生所述压花树脂的液体状态版本，其中所述构成组分中的每一种具有相应折射率ni，并且所述构成组分彼此组合以产生具有根据以下公式的复合折射率nT的所述压花树脂的所述液体状态版本：
nT＝∑iwt％ini＝n目标-β，
其中β是在0.035至0.05范围内的校正因子。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述压花树脂的所述构成组分包含：重量百分比5％至60％的含氟聚合物；重量百分比0至30％的双官能稀释剂；重量百分比0至40％的单官能稀释剂；重量百分比5％至50％的聚氨酯二丙烯酸酯或官能化的纳米级材料；重量百分比0.5％至5％的光引发剂；和重量百分比小于0.5％的表面活性剂。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述双官能稀释剂包含己二醇二丙烯酸酯。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述单官能稀释剂包含单官能烃。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述官能化的纳米级材料包括官能化的聚氨酯材料。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述官能化的聚氨酯材料包括氟化的或硅化的聚氨酯材料。
12.一种动电显示器系统，包括：由相对基板区段限定的显示器单元，所述基板区段中的一个具有设置在上面的第一电极，并且所述基板区段中的另一个具有设置在上面的第二电极；压花电介质层，其中多个凹陷区域设置在所述第一电极或所述第二电极中的一者上；和动电墨水，所述动电墨水设置在所述显示器单元内，其中包括所述压花电介质层的材料具有大致等于填充所述显示器单元的流体或悬浮液的折射率的折射率。
13.如权利要求12所述的动电显示器系统，其特征在于，所述基板包括透明聚合物或玻璃。
14.如权利要求12所述的动电显示器系统，其特征在于，所述电极包括透明导电材料的膜。
15.如权利要求12所述的动电显示器系统，其特征在于，所述电极包括以下中的一者：碳纳米管、导电氧化物、氧化铟锡、导电聚合物或聚(3,4-乙烯二氧噻吩)。
16.如权利要求12所述的动电显示器系统，其特征在于，所述压花电介质层包含：重量百分比5％至60％的含氟聚合物；重量百分比0至30％的双官能稀释剂；重量百分比0至40％的单官能稀释剂；重量百分比5％至50％的聚氨酯二丙烯酸酯或官能化的纳米级材料；重量百分比0.5％至5％的光引发剂；和重量百分比小于0.5％的表面活性剂。
17.如权利要求16所述的动电显示器系统，其特征在于，所述双官能稀释剂包含己二醇二丙烯酸酯。
18.如权利要求16所述的动电显示器系统，其特征在于，所述单官能稀释剂包含单官能烃。
19.如权利要求16所述的动电显示器系统，其特征在于，β是0.04。
20.如权利要求16所述的动电显示器系统，其特征在于，所述官能化的纳米级材料包括官能化的聚氨酯材料。
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