TWI450934B

TWI450934B - 應用天然與食用性色素之電泳粒子、電泳液及電泳顯示幕之製法

Info

Publication number: TWI450934B
Application number: TW101134997A
Authority: TW
Inventors: Hsin Her Yu; Keng Yi Peng
Original assignee: Univ Nat Formosa
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2014-09-01
Also published as: TW201412885A

Description

應用天然與食用性色素之電泳粒子、電泳液及電泳顯示幕之製法

本發明係有關於一種應用天然與食用性色素之電泳粒子、電泳液及電泳顯示幕之製法，尤指一種應用天然無污染之色素製備顯示器用之電泳粒子、電泳液及電泳顯示幕的技術。

近年來，隨著電腦廣泛應用和網路普及化，人們在閱讀方式上有了某種程度上的變化，由傳統的陰極射線管顯示器(Cathode Ray Tube,CRT)發展成平面顯示器(Flat Panel Display,FPD)，但平面顯示器仍然保有一定之厚度、不可捲曲及高成本等諸多缺點。為了製作出薄如紙張且可撓性之顯示裝置。因此提出類紙型顯示器，亦稱為電子紙，如參考文獻[1]。電子紙更具有高對比、視角廣、及低電源消耗等優點。目前電子紙之技術有分為電泳顯示(ElectroPhoretic Display,EPD)、電子流粉體顯示(Quick Response Liquid Powder Display,QR-LPD)及膽固醇液晶顯示技術(Cholesteric Liquid Crystal Display,Ch-LCD)。由於電子流粉體顯示技術反應速度過慢、耗電等缺點，而膽固醇液晶顯示技術仍存在色差與視角問題。電泳顯示技術因具有低功耗、輕便、高對比之優勢，因此，可應用於電子書、手錶及電子看板。電泳顯示技術原理是將帶電粒子分散在懸浮液體中，當施加電場時，帶電粒子會產生電泳現象，如參考文獻[2]。

至於電泳顯示器包括微膠囊以及微杯架構電泳顯示器。一般而言，電泳顯示器是由顏料粒子、表面改質劑、分散劑及電荷控制劑所組成。而目前常使用的顏料粒子可區分三種材料。(1)無機材料，如二氧化鈦(TiO₂ )，如參考文獻[3-7]與碳黑(Carbon black)，如參考文獻[8-10]；(2)有機材料，如大紅粉，如參考文獻[11]、酞菁藍，如參考文獻[12-15]及酞菁綠，如參考文獻[16]；(3)色素，葉綠素(Chlorophyll)，如參考文獻[17]、紅麴色素(Monascus)，如參考文獻[18]及類胡蘿蔔素，如參考文獻[19](Carotenoid)。其中色素分為天然色素與食用色素。天然色素有植物、動物及微生物等色素。由於植物色素不耐熱、不耐光及著色性差。而微生物色素在發酵過程中產生色素的同時也會產生毒素。反觀動物色素對光、熱有良好的穩定性及著色性。此外，食用色素可分為偶氮類與非偶氮類色素兩類。由於偶氮類色素為有機材料之一種，是由一個或多個的R-N=N-R’結構所組成，其中偶氮基(-N=N-)為主要發色團，且其具有較高毒性。而非偶氮類色素結構具有磺酸鈉鹽官能基，且其毒性較低，因而採用非偶氮類色素原料。

本發明採用的天然動物色素(胭脂紅酸，[20])與食用色素(固綠[21]及亮藍[22])等顏料粒子，其中胭脂紅酸為動物色素。其主要來自從胭脂蟲碾碎而成，也稱之為蔥醌類色素。而固綠與亮藍為非偶氮類色素，也是一種水溶性色素。且胭脂紅酸、固綠及亮藍不僅具有耐光性、耐熱性與著色性強等且無毒性，對環境不易產生污染。由於大多數的電泳顯示器均以油性介質為主，胭脂紅酸、固綠及亮藍三者屬於極性材料，不易溶於油性介質中。因此，必須對胭脂紅酸、固綠及亮藍進行表面改質，使得顏料粒子表面由親水性轉變成親油性，以利於溶於油性介質中。目前常用的表面改質劑為十八胺(Octadecylamine,ODA)，如參考文獻[13]與十六烷基三甲溴化銨(Cetyl trimethyl ammonium bromide,CTAB)，如參考文獻[13]。由於十六烷基三甲溴化銨具有高毒性，而十八胺無毒性且具較有高極性的氨基(NH₂ )，可吸附在顏料粒子表面，以便顏料粒子能均勻分散於分散介質中，形成穩定懸浮液。本論文因而採用十八胺為表面改質劑。H.Guo等人曾以十八胺(表面改質劑)對酞菁綠顏料粒子進行表面改質，使顏料粒子表面由親水性轉變成親油性，如參考文獻[16]。

為改善顏料粒子在介質的分散特性，添加分散劑能使顏料粒子降低團聚現象並係粒徑變小。添加劑分為親水性與親油性，由於本論文採用油性介質，因此採用親油性的分散劑(山梨糖醇甘油酸酯(span-80))。span-80其毒性小、分散性佳及安定性良好。D.W.Wang等人提出山梨糖醇甘油酸酯能提高二氧化鈦顏料粒子在四氯乙烯分散介質的分散性，如參考文獻[23]。此外，為使顏料粒子懸浮液在電場作用下能較快的移動，電荷控制劑的添加為重要的一環，如參考文獻[5]。電荷控制劑需與顏料粒子表面產生鍵結，才能有效的提升顏料粒子的表面電荷。不同種類的顏料粒子有相對應的電荷控制劑，以無機材料來說，是以Polyisobutylene succinimide，如參考文獻[24]為主。有機材料是以醇胺類為主，目前色素的部分尚未有人使用。由於有機材料結構與色素相近，因此採用醇氨類，其中醇鞍的種類有：一級醇胺，如乙醇胺(Monoethanolamine, MEA)如參考文獻[25]；二級醇胺如二乙醇胺(Diethanolamine,DEA)，如參考文獻[26]及三乙醇胺(Triethanolamine,TEA)，如參考文獻[16]。由於一級與二級醇胺欠缺化學穩定性，而三乙醇胺具有良好的化學穩定性且易溶於油性介質，並容易抓取H⁺ ，因而本論文採用三乙醇胺為電荷控制劑。H.Guo等人使用三乙醇胺使得酞菁綠顏料粒子帶有電荷，為其提供良好的電場響應行為，如參考文獻[16]。

再者，本發明人等針對電泳粒子與電泳顯示器部分進行專利檢索，發現有如下所示的專利前案：

1.發明第I355555『電泳粒子之製造方法，電泳分散液，微膠囊，電泳顯示裝置及電子機器』，其係提供可輕易製造所欲帶電狀態之電泳粒子之電泳粒子的製造方法，其係於表面具有具有電荷64之粒子50所分散的水性分散液90中，加入具有與電荷64相反極性之第1之極性基611之第1之聚合性界面活性劑61後，加入具有第2之極性基621之第2之聚合性界面活性劑62和聚合引發劑80以產生聚合反應，製造以有機聚合物60被覆粒子50電泳粒子5的方法，經由設定第2之極性基621的極性、和第2之聚合性界面活性劑62中之第2極性基621的數目、第2之極性基621之價數、第2之聚合性界面活性劑62之分子量及第2之聚合性界面活性劑62之添加量中的至少一個條件，則可控制電泳粒子5之帶電極性及帶電量。

2.發明第I315439號『用於電泳顯示器之新穎的微囊包封方法及組成物』，其包括在微囊包封方法中，在內相或連續相中加入氟化季鹽、或其稠環或多環衍生物或異構物，以形成含顏料微膠囊或微粒。在微囊包封方法中可在內相或連續相中進一步加入一種或多種下述材料：一種氟化保護膠體、第二種電荷控制劑、或第二種反應性單體或低聚物。

3.發明第I314237號『用於改良電泳顯示器性能之新穎方法和組成物』，其包括將一種高吸光度染料或顏料、或導電粒子、或一種電荷輸送材料加入顯示器的電極保護層中。

經本發明人等詳細比對後發現，上述專利前案並非以天然動物色素胭脂紅酸、食用色素固綠及亮藍作為電泳液的顏料粒子，故本發明所界定的技術特徵確實與上述專利前案有所不同，而且本發明所達成之功效亦非可由上述專利前案所能達成實現。有鑑於此，本發明人等乃積極努力投入研發，終於研發出一套確具實用功效的本發明。

本發明主要目的在於提供一種應用天然與食用性色素之電泳液製法、電泳液及應用之電泳顯示幕，主要是以天然動物色素胭脂紅酸、食用色素固綠及亮藍作為顏料粒子，由於胭脂紅酸、固綠及亮藍具有耐光性、耐熱性與著色性強、無毒性以及對環境不會造成污染等特點，故製備的電泳液的zeta電位與電泳遷移率明顯優於習知技術，且經改質後的顏料粒子在直流電場作用下，於分散介質中具有良好的電場響應行為。達成上述目的之技術手段，係依序將特定量的胭脂紅酸粒子、固綠粒子及亮藍粒子分別加入特定量的改質劑中，而改質為呈親油性。再依序將改質的胭脂紅酸粒子、固綠粒子及亮藍粒子分別加入特定量包括分散劑與電荷控制劑的分散介質中，以超音波分散而可分別得到改質的胭脂紅酸電泳液、固綠粒子電泳液，及亮藍粒子電泳液。

壹．本發明電泳粒子及電泳液製法

請參看圖1至12所示，本發明電泳液製法包括下列所述的步驟：

1.1 電泳粒子製備

本發明係選用天然色素中的胭脂紅酸粒子、固綠粒子及亮藍粒子做為製備電泳粒子的材料，並對胭脂紅酸粒子、固綠粒子及亮藍粒子進行改質。其改質的方式，係將特定量的胭脂紅酸粒子加入特定量包括十八胺與乙醇混合的改質劑中，使該胭脂紅酸粒子改質為親油性；並將特定量固綠粒子加入於特定量包括十八胺與乙醇混合的改質劑中，使固綠粒子改質為親油性；再將該亮藍粒子加入特定量包括十八胺與乙醇混合的改質劑中，使亮藍粒子改質為親油性。

本發明對胭脂紅酸粒子、固綠粒子及亮藍粒子進行改質，其改質方式一種較為具體的實施例，係改質劑包括約1.02公克(g)劑量的十八胺及約50毫升(ml)的乙醇，且十八胺是溶解在乙醇中，並以溫度攝氏約50度下加熱攪拌約60分鐘後，而可獲得十八胺溶液。於重量百分比約2(wt%)的十八胺溶液中加入約3公克(g)的胭脂紅酸粒子，在溫度攝氏約80度下回流3小時後，置於抽風櫃中將該乙醇去除，以得到改質的胭脂紅酸粒子；並於重量百分比2(wt%)的十八胺溶液中加入約3公克(g)的固綠粒子，在溫度攝氏約80度下回流約3小時後，置於抽風櫃中將乙醇去除，以得到改質的固綠粒子；再於重量百分比2(wt%)的十八胺溶液中加入約3公克(g)的亮藍粒子，在溫度攝氏約80度下回流約3小時後，置於抽風櫃中將乙醇去除，以得到改質的亮藍粒子，該等粒子的結構式如圖1(b)、1(c)所示。

1.2 電泳液製備

本發明取用上述經過改質的胭脂紅酸粒子、固綠粒子及亮藍粒子來製備電泳液。其方式係取特定量改質的胭脂紅酸粒子加入特定量包括有分散劑及電荷控制劑的分散介質中，以超音波分散一特定時間而得到改質的胭脂紅酸電泳液；並取特定量改質的固綠粒子加入特定量的分散介質中，以超音波分散特定時間而得到改質的固綠粒子電泳液；再取特定量改質的亮藍粒子加入特定量的分散介質中，以超音波分散特定時間而得到改質的亮藍粒子電泳液。

本發明對胭脂紅酸粒子、固綠粒子及亮藍粒子進行分散的一種具體實施例，係分散劑為含有約150毫升(ml)的山梨糖醇甘油酸酯，約0.2毫升(ml)的三乙醇胺作為電荷控制劑，約10毫升(ml)L的四氯乙烯作為電泳分散介質。具體製備的做法是，依序分別取約10毫克(mg)的改質的胭脂紅酸粒子、改質的固綠粒子及改質的亮藍粒子，以超音波分散約60分鐘，而可分別得到改質的該胭脂紅酸電泳液、改質的固綠電泳液或改質的亮藍電泳液。

貳．本發明應用於電泳顯示幕的實施

本發明應用於電泳顯示幕的實施係包括下列步驟：(a)準備包括有一特定量的胭脂紅酸粒子、一特定量的固綠粒子及一特定量的亮藍粒子；(b)將該特定量的胭脂紅酸粒子加入一特定量的改質劑，於一特定溫度下回流一特定時間後，經乾燥處理後，得到改質的胭脂紅酸粒子，其中，該改質劑包括有一特定量的十八胺與一特定量的乙醇； (c)將該特定量的固綠粒子加入一特定量的改質劑，於一特定溫度下回流一特定時間後，經乾燥處理後，得到改質的固綠粒子，其中，該改質劑包括有一特定量的十八胺與一特定量的乙醇；(d)將該特定量的亮藍粒子加入一特定量的改質劑，於一特定溫度下回流一特定時間後，經乾燥處理後，得到改質的亮藍粒子，其中，該改質劑包括有一特定量的十八胺與一特定量的乙醇；(e)取特定量的改質的胭脂紅酸粒子，加入一特定量的分散劑，以超音波分散一特定時間，得到改質的胭脂紅酸電泳液，其中，該特定量的分散劑包括有山梨糖醇甘油酸酯、三乙醇胺及四氯乙烯；(f)取特定量的改質的固綠粒子，加入一特定量的分散劑，以超音波分散一特定時間，得到改質的固綠電泳液，其中，該特定量的分散劑包括有山梨糖醇甘油酸酯、三乙醇胺及四氯乙烯；(g)取特定量的改質的亮藍粒子，加入一特定量的分散劑，以超音波分散一特定時間，得到改質的亮藍電泳液，其中，該特定量的分散劑包括有山梨糖醇甘油酸酯、三乙醇胺及四氯乙烯；及(h)取一石英槽分別在槽內兩側各夾一電極，將一特定量的該改質的胭脂紅酸電泳液、一特定量的該改質的固綠電泳液及一特定量的該改質的亮藍電泳液注入於該石英槽中，以獲得該電泳顯示幕。

請參看圖12所示，係本發明應用上述電泳液20所製備的微杯架構電泳顯示器10，其係包括一基板11、一設於該基板11底面的透明導電層12、一充滿胭脂紅酸電泳液、固綠電泳液及亮藍電泳液的微杯陣列體13、一封裝層14、一粘合層15、一導電背板16 及一電源驅動模組(如驅動IC，本圖式例未示)。微杯陣列體13頂面係覆設在該透明導電層12的底面，該封裝層14用以封裝該微杯陣列體13的底面，該粘合層15則覆設在該封裝層14上，該導電背板16覆設在該粘合層15上。至於電源驅動模組17則是用來驅使透明導電層12與導電背板16之間產生電場。再者，本發明所製備的電泳液亦可應用在微膠囊架構的電泳顯示器10上，由於微膠囊架構的電泳顯示器10係為非常習知的顯示技術，故不再予贅述。此外，必須說明的是，上述界定的頂面、底面等位置係以圖13所呈現的視角來方便說明而已。

參．本發明的實驗例 3.1 儀器分析

本發明為了解經過十八胺改質前後顏料粒子(如胭脂紅酸、固綠及亮藍等粒子)之鍵結變化，係利用Varian 2000 FTIR型紅外線光譜儀型在解析度(Resolution)=4cm^-1 ，掃描次數128次，光譜量測範圍介於4000-400cm^-1 。為親水性和疏水性之識別，本發明使用液滴法(Sessi le Drop Method)(First Ten Angstroms Company Models，FTA-125))將水珠分別滴於改質前後的顏料粒子(胭脂紅酸、固綠與亮藍)表面，量測水珠和顏料粒子表面接觸角度的大小，藉此判別改質顏料粒子表面成功與否。於實驗例中，本發明係將三種不同色素的電泳液20取3mL置於石英槽中，且石英槽之槽內兩側各夾一個厚度1mm的銅片當作電極(正、負極)。顏料粒子在石英槽中移動和受電場作用之實際距離為8mm，將表面改質後的顏料粒子分散於四氯乙烯中，然後將此溶液注入於石英槽中。使用光譜儀(Cary 50 Conc UV-Visible Spectrophotometer)，掃描波長在300-800nm之間進行掃描。以動態散射奈米集團簇分析儀(particles size analyzer)(型號Zetasizer Nano-ZS)範圍在0.6nm-10000nm之間進行掃描，量測改質後的顏料粒子在分散介質中的粒徑大小與分佈及zeta電位。

3.2 FTIR特性分析

為了探討改質劑(十八胺)對改質前後顏料粒子(胭脂紅酸、固綠與亮藍)的鍵結影響情形，我們以紅外光譜分析之發現胭脂紅酸在3313cm^-1 與2951cm^-1 位置的紅外特徵峰，分別代表O-H伸縮振動與C-H不對稱伸縮振動，請見圖2所示，(i)胭脂紅酸，(ii)為固綠，(iii)為亮藍。在1643cm^-1 與1078cm^-1 位置為其C=N及SO3-Na+之特徵峰。在1651cm^-1 與1080cm^-1 分別代表C=N及SO3-對稱伸縮振動模式。十八胺改質前後的顏料粒子(胭脂紅酸、固綠與亮藍)之紅外光譜圖分別對應於圖2及圖3。分別從圖3中明顯發現在3500cm^-1 到2800cm^-1 之間有兩個C-H伸縮振動峰，分別在2918cm^-1 附近(CH2反對稱振動模式)與2850cm^-1 (CH2對稱振動模式)。由於十八胺有較高極性的氨基(NH2)分子對顏料分子的極性表面具有較大的親和力。因此，十八胺易吸附於顏料粒子的表面，而十八胺另一端的長碳鍵(親油性基團)伸向分散介質中，使顏料粒子表面改變為親油性。

3.3 水滴接觸角分析

以去離子水為測試液，在氣-液界面中通過測試液與固液界面的角度，可得到改質前後胭脂紅酸、固綠與亮藍之接觸角，使用接觸角分析儀以判斷改質前後顏料粒子(胭脂紅酸、固綠及亮藍)表面的親疏水性質。圖13中(i)欄之(a)(b)(c)分別為未經改質的胭脂紅酸、固綠及亮藍之水滴接觸角分別為=30.4、21.6及16.7。圖13中(ii)欄之(a)(b)(c)分別為經十八胺改質後其水滴接觸角分別提高到=93.3、90.7及90.6。經十八胺改質後胭脂紅酸、固綠與亮藍明顯呈親油性質。

3.4 紫外-可見光譜分析

本發明藉由紫外-可見光譜儀加以分析在水溶液(改質前)與四氯乙烯溶液(改質後)的顏料粒子光學特性。由圖4~6得知，圖4改質前後胭脂紅酸之可見光吸收光譜圖，圖5改質前後固綠之可見光吸收光譜圖，圖6為改質前後亮藍之可見光吸收光譜圖。對應改質前後之照片(i)水溶液(ii)四氯乙烯溶液，(△A)為最高吸收強度)，i曲線分別為胭脂紅酸、固綠及亮藍表面改質前的顏料粒子之可見光吸收光譜。由圖4中(i)得知，顏料粒子在表面改質前，在不同波段都有各自的吸收特徵。表面改質前的胭脂紅酸主要吸收峰值位置在525nm與559nm(見圖4中(i))，固綠為425nm與629nm(見圖5中(i))及亮藍628nm與408nm(見圖6(i))。表面改質後顏料粒子之吸收光譜，見圖4中(ii)。與圖4中(i)相比，發現各表面改質顏料粒子最強的吸收峰位置不變，但表面改質後吸收峰強度明顯降低。其中，圖4中(ii)的最高吸收峰值下降69%，圖5中(ii)的最高吸收峰值下降84%、及圖6中(ii)的最高吸收峰值下降64%。這結果說明了表面改質後的顏料粒子溶液顏色變淡的原因。對應圖4~6各角落照片(i)及(ii)明顯看出實驗過程中添加無水乙醇溶液，亦有脫色的作用。

3.6 粒徑分析

由於分散劑可以使顆料均勻分散於有機溶液中，降低懸浮顆粒的團聚或沉澱，而且電泳顆粒的大小及其分佈會直接影響電泳圖像的顯示效果。因此，經由分散劑對顏料粒子之粒徑大小對電泳顯示至關重要。分散後顏料粒子(胭脂紅酸、固綠與亮藍)之粒徑分佈圖，如圖7~9所示。如圖7中(i)所示為分散劑(span-80)添加50L時，胭脂紅酸粒徑分佈在190nm到450nm間，平均粒徑為300nm。當分散劑添加達150L時，見圖7中(ii)，胭脂紅酸粒徑分佈在100nm到400nm範圍間，平均粒徑集中在200nm。當分散劑添加到250L時，胭脂紅酸粒徑分佈最狹窄，約在200nm到400nm之間，見圖7中(v)，平均粒徑集中在300nm。由於顏料粒子的粒徑大小會影響電泳圖像的顯示，因此150L為胭脂紅酸最好的分散劑添加量，此時胭脂紅酸之粒徑為最小，約200nm左右。

圖8所示為固綠添加分散劑後，呈現雙峰分佈且粒徑大小分佈不均勻，可能是分散劑(span-80)不適用於固綠顏料粒子且無法有效分散顏料粒子，才導致雙峰分佈之情形。當分散劑添加至50L時，固綠的粒徑分佈在70nm到1000nm與4000nm到6000nm範圍之間，如圖8中(i)所示。分散劑添加達100L時，固綠的粒徑分佈最集中約在80nm到800nm間，粒徑最小約159nm，如圖8中(ii)所示。持續再添加分散劑時，固綠的粒徑分佈範圍又會變寬。因此，100L為最佳的分散劑添加量。圖9為添加分散劑對亮藍的粒徑分佈的影響，可以看出亮藍粒徑範圍從20nm到8000nm。當分散劑添加50L時，亮藍粒徑分佈在90nm到3000nm範圍左右，如圖9中(i)所示。當分散劑添加達100L時，亮藍的粒徑分佈最集中約在50nm到1000nm間，平均粒徑約110nm，如圖9中(ii)所示。隨後，當分散劑添加到150L時，亮藍粒徑分佈在40nm到1100nm 範圍間。這與圖9中(ii)的分佈情形類似，但集中程度略異，因圖9的顆粒分佈率略高於圖9中(iii)，且圖9中(ii)的粒徑範圍比圖9中(c)略窄。因此，圖9中(iii)會有較大的平均粒徑，約為130nm。當分散劑添加至250L時，亮藍粒徑分布範圍較寬，如圖9中(iii)，約在20nm到6500nm範圍間。因此，對亮藍而言，100L為分散劑的最佳添加量。

為了觀察分散後顏料粒子之粒徑大小及粒徑分佈，本發明以動態散射奈米集團簇儀觀察之分散後顏料粒子(胭脂紅酸圖10中之(a)所示、固綠圖10中之(b)所示與亮藍圖10中之(c)所示)經由不同分散劑添加量並配合超音波震盪處理後，分散劑會吸附於顏料粒子表面，導致顏料粒子間的分散。以亮藍作為顏料粒子，如圖10(a)所示，當分散劑添加至50L及100L時，發現平均粒徑為750nm至800nm之間，由於粒子表面未完全吸附分散劑，使粒子間的凡得瓦爾力的作用互相吸引，導致亮藍粒徑較大；當分散劑添加至150L亮藍粒子藉由超音波震盪處理後，分散劑幾乎包覆於亮藍粒子表面，使亮藍粒子完全的分散，平均粒徑下降至400nm。分散劑添加量從200L至250L，亮藍平均粒徑上升至670nm與800nm。因亮藍粒子吸附過多的分散劑，亮藍粒子表面包覆一層又一層的分散劑，導致亮藍粒徑變大。因此，對亮藍而言150L的分散劑為最佳添加量，亮藍的粒徑達最小值約453nm。圖10中之(b)(c)對固綠及胭脂紅酸而言，在添加分散劑時也觀察到類似之趨勢，兩者在添加分散劑達100L時，就可達到最佳分散效果，由圖10(b)顯示固綠的最小粒徑為159nm。而圖10(c)顯示胭脂紅酸的最小粒徑為114nm，本發明以圖10中之(a)(b)(c)所獲得之最佳分散劑量為基礎，對三種不同顏料粒子進行zeta電位量測。

3.7 Zeta電位分析

電荷控制劑主要是為了提高顏料粒子的表面電荷，使顏料粒子懸浮液在電場作用下能有較快的移動。為了觀察顏料粒子(胭脂紅酸圖11中之(a)所示、固綠圖11中之(b)所示與亮藍圖11中之(c)所示)分散處理後之之表面電位，本發明以動態散射奈米集團簇儀觀察之。分散的顏料粒子經由不同電荷控制劑添加量及超音波震盪處理後，由於電荷控制劑會吸附於顏料粒子表面，提升顏料粒子之表面電位。以胭脂紅酸作為顏料粒子，如圖11中之(a)所示，當電荷控制劑量從添加0.2L至2L，發現zeta電位會從35.4mV降至22.8mV。而當電荷控制劑量從添加2L至10L，zeta電位會由22.8mV上升至29.2mV。一般而言，顏料粒子表面帶不同電荷將相互吸引失去穩定性帶相同電荷顏料粒子，將互相排斥維持穩定之懸浮液。顏料粒子表面之zeta電位越趨向於零，顏料粒子間之凡德瓦爾力越易超過靜電荷排斥力使膠體穩定性變差，容易發生凝聚及沉澱作用。為維持懸浮液穩定性，zeta電位應大於30mV。因而，為使懸浮液穩定，使顏料粒子之zeta電位超過30mV。以胭脂紅酸來說，電荷控制劑之最佳添加量為0.2L，zeta電位為35.4mV。固綠最佳電荷控制劑之添加量為5L，zeta電位為33.7mV。亮藍最佳添加電荷控制劑之量為0.2L，zeta電位為35.4mV。

在獲得不同顏料粒子以最佳之分散劑與電荷控制劑量後，我們進行後續之電泳移動測試。電泳遷移率我們可利用公式(1)計算不同改變顏料粒子的電泳遷移率(the electrophoretic mobility)。

μ=ε_o ε_r ζ/η (1)

其中η為懸浮液的黏度(0.844mPas)、ε_o 為真空介電係數(8.85×10^-12 )、ε_r 為四氯乙烯的介電係數、μ為電泳遷移率及ζ為zeta 電位。由表1為表面經ODA改質在經分散與電荷控制劑處理後之胭脂紅酸、固綠及亮藍顏料顆粒的zeta電位(z)分別為35.4、33.7及40.1(mV)。藉由公式(1)可計算出胭脂紅酸、固綠及亮藍三種改質後顏料粒子之電泳遷移率(m)分別為8.207×10^-6 ，7.813×10^-6 及9.296×10^-6 (cm² /Vs)。表1為我們所製備的三種顏料粒子的zeta電位與電泳遷移率，其與其他方式以不同色素、改質劑及電荷控制劑所製得電泳粒子之比較。結果明顯發現本發明所自製係優於其他的習知技術。例如參考文獻[30]製得紅色電泳粒zeta電位(z)為-16.4(mV)、電泳遷移率為-5.23×10^-6 (cm² /Vs)；參考文獻[27]製得紅色電泳粒子zeta電位(z)為-31.8(mV)、電泳遷移率為-7.631×10^-6 (cm² /Vs)；參考文獻[27]製得藍色電泳粒子zeta電位(z)為-0.5(mV)、電泳遷移率為-1.076×10^-6 (cm² /Vs)。

3.8 電場響應行為

此外，本發明注入不同顏料電泳液至石英槽內，當電場強度為12.5V/mm時，電泳粒子會逐漸由正極(+)移動至負極(-)。如圖14所示之(a)(b)(c)列係不同顏料粒子在電場作用下之即時動態影像擷取圖。表面改質後的顏料粒子以胭脂紅酸(如圖14a列)移動速度最快，其次是亮藍(如圖14b列)，最慢的是固綠(如圖14c列)。但不同顏料粒子在電場作用下的即時動態響應結果與表1的電泳遷移率數據比較並未吻合，電泳遷移率最大者為亮藍，但其電場響應行為並非最迅速。當與表1比較其電泳遷移率後發現，二者結果並不一致。可能是因為分散介質屬親油性，表面改質後顏料粒子的水滴角越大者，代表親油較高所以容易在油性分散介質中分散與移動。表面改質後胭脂紅酸顏料粒子的接觸角明顯大於其他兩者。此外，經由添加分散劑並利用超音波分散後之表面改質胭脂紅酸的粒徑分佈較窄且顆粒粒徑較小。基於這兩個因素使胭脂紅酸顏料粒子移動速度快過其他兩者。

肆．結論

因此，藉由上述技術特徵的建置，本發明確實是以天然動物色素胭脂紅酸、食用色素固綠及亮藍作為顏料粒子，由於胭脂紅酸、固綠及亮藍具有耐光性、耐熱性與著色性強、無毒性以及對環境不會造成污染等特點，故所製備之電泳液的zeta電位與電泳遷移率明顯優於習知技術，且經改質後的顏料粒子在直流電場作用下，於分散介質中具有良好的電場響應行為。因此，可以證實的是，天然色素與食用色素確實可以成功製備出電泳顯示的電泳粒子。

以上所述，僅為本發明之一可行實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列申請專利範圍所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明之方法及其機構，除上述優點外，並深具產業之利用性，可有效改善習用所產生之缺失，而且所具體界定於申請專利範圍之特徵，未見於同類物品，故而具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。

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10‧‧‧電泳顯示器

11‧‧‧基板

12‧‧‧透明導電層

13‧‧‧微杯陣列體

14‧‧‧封裝層

15‧‧‧粘合層

16‧‧‧導電背板

20‧‧‧電泳液

圖1係本發明各顏料粒子的結構式圖。

圖2係本發各顏料粒子改質前的紅外線光譜示意圖。

圖3係本發明各顏料粒子改質後的紅外線光譜示意圖。

圖4本發明胭脂紅酸粒子改質前後之溶液可見光吸收光譜圖。

圖5本發明固綠粒子改質前後之溶液可見光吸收光譜圖。

圖6本發明亮藍粒子之溶液可見光吸收光譜圖。

圖7本發明胭脂紅酸粒子的粒徑分佈圖。

圖8本發明固綠粒子的粒徑分佈圖。

圖9本發明亮藍粒子的粒徑分佈圖。

圖10本發明分散劑劑量對於各顏料粒子粒徑的影響示意圖。

圖11本發明電荷控制劑影響溶液中改質後顏料粒子之zeta電位示意圖。

圖12本發明電泳顯示幕的剖視示意圖。

圖13本發明改質前後的胭脂紅酸、固綠及亮藍之水滴接觸角。

圖14係本發明不同顏料粒子在電場作用下之即時動態影像擷取圖。

Claims

一種應用天然與食用性色素之電泳粒子的製法，係包括有以下步驟：(a)準備包括有一特定量的胭脂紅酸粒子、一特定量的固綠粒子及一特定量的亮藍粒子；(b)將該特定量的胭脂紅酸粒子加入一特定量的改質劑，於一特定溫度下回流一特定時間後，經乾燥處理後，得到改質的胭脂紅酸粒子，其中，該改質劑包括有一特定量的十八胺與一特定量的乙醇；(c)將該特定量的固綠粒子加入一特定量的改質劑，於一特定溫度下回流一特定時間後，經乾燥處理後，得到改質的固綠粒子，其中，該改質劑包括有一特定量的十八胺與一特定量的乙醇；及(d)將該特定量的亮藍粒子加入一特定量的改質劑，於一特定溫度下回流一特定時間後，經乾燥處理後，得到改質的亮藍粒子，其中，該改質劑包括有一特定量的十八胺與一特定量的乙醇。
如請求項1所述之製法，其中，步驟(b)、(c)、(d)中之該改質劑係分別取1.02g的十八胺溶解在50mL的無水乙醇溶劑中，在攝氏50度下加熱攪拌1小時後獲得十八胺溶液，在每2wt%的十八胺溶液中分別加入3g的胭脂紅酸粒子、固綠粒子及亮藍粒子，分別在攝氏80度下回流3小時後，置於抽風櫃中將乙醇去除，得到該改質的胭脂紅酸粒子、該改質的固綠粒子及該改質的亮藍粒子。
一種應用天然與食用性色素之電泳液的製法，係包括：(a)準備包括有一特定量的胭脂紅酸粒子、一特定量的固綠粒子及一特定量的亮藍粒子； (b)將該特定量的胭脂紅酸粒子加入一特定量的改質劑，於一特定溫度下回流一特定時間後，經乾燥處理後，得到改質的胭脂紅酸粒子，其中，該改質劑包括有一特定量的十八胺與一特定量的乙醇；(c)將該特定量的固綠粒子加入一特定量的改質劑，於一特定溫度下回流一特定時間後，經乾燥處理後，得到改質的固綠粒子，其中，該改質劑包括有一特定量的十八胺與一特定量的乙醇；(d)將該特定量的亮藍粒子加入一特定量的改質劑，於一特定溫度下回流一特定時間後，經乾燥處理後，得到改質的亮藍粒子，其中，該改質劑包括有一特定量的十八胺與一特定量的乙醇；(e)取特定量的該改質的胭脂紅酸粒子，加入一特定量的分散劑，以超音波分散一特定時間，得到改質的胭脂紅酸電泳液，其中，該特定量的分散劑包括有山梨糖醇甘油酸酯、三乙醇胺及四氯乙烯；(f)取特定量的改質的固綠粒子，加入一特定量的分散劑，以超音波分散一特定時間，得到改質的固綠電泳液，其中，該特定量的分散劑包括有山梨糖醇甘油酸酯、三乙醇胺及四氯乙烯；及(g)取特定量的改質的亮藍粒子，加入一特定量的分散劑，以超音波分散一特定時間，得到改質的亮藍電泳液，其中，該特定量的分散劑包括有山梨糖醇甘油酸酯、三乙醇胺及四氯乙烯。
如請求項3所述之製法，其中，步驟(b)、(c)、(d)中之該改質劑係分別取1.02g的十八胺溶解在50mL的無水乙醇溶劑中，在攝氏50度下加熱攪拌1小時後獲得十八胺溶液，在每2wt%的十八胺溶液中分別加入3g的胭脂紅酸粒子、固綠粒子及亮藍粒子，分別在攝氏80度下回流3小時後，置於抽風櫃中將乙醇去除，得到該改質的胭脂紅酸粒子、該改質的固綠粒子及該改質的亮藍粒子。
如請求項3所述之製法，其中，步驟(e)、(f)、(g)中之該分散劑為含有150μL的山梨糖醇甘油酸酯、0.2μL的三乙醇胺及10mL電泳分散介質四氯乙烯，分別加入10mg的該改質的胭脂紅酸粒子、該改質的固綠粒子及該改質的亮藍粒子，分別以超音波分散1小時，得到該改質的胭脂紅酸電泳液、該改質的固綠電泳液及該改質的亮藍電泳液。
一種應用天然與食用性色素之電泳顯示幕的製法，係包括：(a)準備包括有一特定量的胭脂紅酸粒子、一特定量的固綠粒子及一特定量的亮藍粒子；(b)將該特定量的胭脂紅酸粒子加入一特定量的改質劑，於一特定溫度下回流一特定時間後，經乾燥處理後，得到改質的胭脂紅酸粒子，其中，該改質劑包括有一特定量的十八胺與一特定量的乙醇；(c)將該特定量的固綠粒子加入一特定量的改質劑，於一特定溫度下回流一特定時間後，經乾燥處理後，得到改質的固綠粒子，其中，該改質劑包括有一特定量的十八胺與一特定量的乙醇；(d)將該特定量的亮藍粒子加入一特定量的改質劑，於一特定溫度下回流一特定時間後，經乾燥處理後，得到改質的亮藍粒子，其中，該改質劑包括有一特定量的十八胺與一特定量的乙醇；(e)取特定量的改質的胭脂紅酸粒子，加入一特定量的分散劑，以超音波分散一特定時間，得到改質的胭脂紅酸電泳液，其中，該特定量的分散劑包括有山梨糖醇甘油酸酯、三乙醇胺及四氯乙烯； (f)取特定量的改質的固綠粒子，加入一特定量的分散劑，以超音波分散一特定時間，得到改質的固綠電泳液，其中，該特定量的分散劑包括有山梨糖醇甘油酸酯、三乙醇胺及四氯乙烯；(g)取特定量的改質的亮藍粒子，加入一特定量的分散劑，以超音波分散一特定時間，得到改質的亮藍電泳液，其中，該特定量的分散劑包括有山梨糖醇甘油酸酯、三乙醇胺及四氯乙烯；及(h)取一石英槽分別在槽內兩側各夾一電極，將一特定量的該改質的胭脂紅酸電泳液、一特定量的該改質的固綠電泳液及一特定量的該改質的亮藍電泳液注入於該石英槽中，以獲得該電泳顯示幕。
如請求項6所述之製法，其中，步驟(b)、(c)、(d)中之該改質劑係分別取1.02g的十八胺溶解在50mL的無水乙醇溶劑中，在攝氏50度下加熱攪拌1小時後獲得十八胺溶液，在每2wt%的十八胺溶液中分別加入3g的胭脂紅酸粒子、固綠粒子及亮藍粒子，分別在攝氏80度下回流3小時後，置於抽風櫃中將乙醇去除，得到該改質的胭脂紅酸粒子、該改質的固綠粒子及該改質的亮藍粒子。
如請求項6所述之製法，其中，步驟(e)、(f)、(g)中之該分散劑為含有150μL的山梨糖醇甘油酸酯、0.2μL的三乙醇胺及10mL的電泳分散介質四氯乙烯，分別加入10mg的該改質的胭脂紅酸粒子、該改質的固綠粒子及該改質的亮藍粒子，分別以超音波分散1小時，得到該改質的胭脂紅酸電泳液、該改質的固綠電泳液及該改質的亮藍電泳液。