TWI571688B - 用於提升電泳顯示器影像穩定度之方法 - Google Patents

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Description

用於提升電泳顯示器影像穩定度之方法
本發明係關於一種用於提升電泳顯示器之影像穩定度之方法。該方法可包括改變電泳流體之流變學。
電泳顯示器(electrophoretic display；EPD)為基於影響分散於溶劑或溶劑混合物中之帶電顏料粒子之電泳現象的非發光裝置。EPD典型地包含一對間隔開的板狀電極。該等電極板中之至少一者(典型地在檢視側上)為透明的。將由具有分散在其中的帶電顏料粒子之溶劑或溶劑混合物組成之電泳流體封閉在兩個電極板之間。
電泳流體可具有分散於對比色的溶劑或溶劑混合物中之一種類型之帶電顏料粒子。在該種狀況下，在將電壓差施加於兩個電極板之間時，顏料粒子藉由吸引力而遷移至極性與該等顏料粒子之極性相反之板。因此，透明板處展示之顏色可為溶劑之顏色或顏料粒子之顏色。板極性之反轉將使粒子遷移回至相對板，從而使顏色反轉。
替代地，電泳流體可具有兩種類型之對比色及攜帶相反電荷之顏料粒子，且該兩種類型之顏料粒子可分散於澄清溶劑或溶劑混合物中。在該種狀況下，在將電壓差施加於兩個電極板之間時，該兩種類型之 顏料粒子將移至相對端。因此，該兩種類型之顏料粒子之顏色中之一者將在檢視側處可見。
在另一替代方案中，將彩色顏料粒子添加至電泳流體中以形成突出顯示或多色顯示裝置。
對於具有一種或兩種類型之帶電顏料粒子之電泳顯示器，當前已知的聚合物流變改質劑(諸如聚苯乙烯及乙烯/丙烯共聚物、聚異丁烯或星狀聚甲基丙烯酸酯)可提升影像穩定度而不過多影響影像切換速度。然而，在將第三類型之帶電顏料粒子添加至電泳顯示流體中時，尤其若該第三類型之粒子藉由較低驅動電壓電位驅動，則添加當前已知的聚合物流變改質劑似乎不利地影響切換速度。
本發明係關於一種用於提升電泳顯示器之影像穩定度之方法，該方法包含：a)形成電泳流體，及b)將複合顏料粒子添加至該電泳流體中，其中該等複合顏料粒子中之每一者包含至少一個核心顏料粒子、完全或部分地塗佈於該核心顏料粒子上之有機殼及聚矽氧烷或聚異丁烯之聚合物穩定劑。
在一個具體實例中，有機殼由與其中分散有複合顏料粒子之電泳流體完全不相容或相對不相容之材料形成。
在一個具體實例中，有機殼由聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯啉酮、聚丙烯醯胺或其類似者形成。
在一個具體實例中，有機殼由聚甲基丙烯酸甲酯形成。
在一個具體實例中，聚合物穩定劑由聚矽氧烷形成。
在一個具體實例中，所添加之複合顏料粒子以體積計佔電泳流體之2%至20%或以體積計佔電泳流體之5%至10%。
在一個具體實例中，所添加之複合顏料粒子能夠產生電泳顯示器之非黑色及非白色顏色狀態。
在一個具體實例中，所添加之複合顏料粒子在電泳流體中形成剪切稀化效應。
在一個具體實例中，電泳顯示器之影像穩定度經由改變電泳流體之流變學來提升。
在一個具體實例中，核心顏料粒子由無機材料形成。在一個具體實例中，核心顏料粒子由有機材料形成。
在一個具體實例中，複合顏料粒子具有至少20重量%聚合物含量。
在一個具體實例中，電泳流體進一步包含電荷控制劑。
在一個具體實例中，電泳流體包含分散於溶劑或溶劑混合物中之第一類型及第二類型之帶電顏料粒子，且所添加之複合顏料粒子在比該第一類型及該第二類型之帶電顏料粒子低的驅動電壓電位下得以驅動。在一個具體實例中，在較低驅動電壓電位下驅動之複合顏料粒子具有小於第一類型及第二類型之帶電顏料粒子之電荷位準的50%之電荷位準。在一個具體實例中，在較低驅動電壓電位下驅動之複合顏料粒子具有為第一類型及第二類型之帶電顏料粒子之電荷位準的5%至30%之電荷位準。
在一個具體實例中，所添加之複合顏料粒子為透明的。在一 個具體實例中，所添加之複合顏料粒子為白色。在一個具體實例中，所添加之複合顏料粒子為不帶電的。
11‧‧‧核心顏料粒子
12‧‧‧殼
13‧‧‧聚合物穩定劑
21‧‧‧核心顏料粒子
22‧‧‧殼之表面
23‧‧‧聚合物穩定劑
24‧‧‧活性端
圖1A、圖1B及圖1C描繪複合顏料粒子。
圖2說明活性自由基分散聚合。
圖3為黏度與剪應力之圖表。
本發明係關於適用於提升電泳顯示器之影像穩定度之複合顏料粒子。如圖1A至圖1C中所示，複合顏料粒子先前用於在電泳顯示器中產生顏色。
在圖1A至圖1C中，複合顏料粒子可具有一或多個核心顏料粒子(11)。核心粒子(11)完全或部分地塗佈有殼(12)。在該等複合顏料粒子之表面上存在聚合物穩定劑(13)。
本發明者現已發現一種特定類型之複合顏料粒子，其中各者包含(i)至少一個核心顏料粒子、(ii)完全或部分地塗佈於該核心顏料粒子上之有機殼及(iii)聚矽氧烷或聚異丁烯之聚合物穩定劑，在添加於電泳流體中時提供出人意料的優點。其不僅可產生顏色，而且可提升使用該流體之顯示裝置之影像穩定度。
在本發明之上下文中，核心顏料粒子(11)可具有任何顏色(例如黑色、白色、紅色、綠色、藍色、青色、洋紅色、黃色或其類似顏色)。所得複合顏料粒子亦可具有任何顏色，包括白色。所得複合顏料粒子 亦可為透明的。
核心顏料粒子(11)可由無機材料形成，該無機材料諸如TiO2、BaSO4、ZnO、金屬氧化物、錳鐵氧體黑尖晶石、銅鉻黑尖晶石、碳黑或硫化鋅。
核心顏料粒子(11)亦可由有機材料形成，該有機材料諸如CI顏料PR 254、PR122、PR149、PG36、PG58、PG7、PY138、PY150、PY20、PB15或其類似者，其為顏色索引手冊(color index handbook)「新顏料應用技術(New Pigment Application Technology)」(CMC Publishing有限公司，1986)及「印刷油墨技術(Printing Ink Technology)」(CMC Publishing有限公司，1984)中所述之常用有機顏料材料。特定實例可包括Clariant Hostaperm紅D3G 70-EDS、Hostaperm粉E-EDS、PV堅牢紅D3G、Hostaperm紅D3G 70、BASF Irgazine紅L 3630、Cinquasia紅L 4100 HD、Irgazin紅L 3660 HD及其類似者。由有機核心粒子形成之複合顏料粒子通常著有顏色，諸如紅色、綠色、藍色、青色、洋紅色、黃色或其類似顏色。
核心粒子可視情況經表面處理。表面處理將提升核心顏料粒子與單體(用於形成殼)在反應介質中之相容性或與單體之化學鍵結。作為一實例，可用具有諸如丙烯酸酯基、乙烯基、-NH2、-NCO、-OH或其類似者之官能基之有機矽烷進行表面處理。此等官能基可與單體經歷化學反應。
用於殼(12)之材料與其中分散有複合顏料粒子之顯示流體完全不相容或相對不相容。如本文所用之「相對不相容」意謂不超過約5%、較佳不超過約1%殼材料與顯示流體可混溶。
殼可由有機聚合物形成，且在本發明之狀況下，殼可由聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯啉酮、聚丙烯醯胺或其類似者形成。
殼之密度在任何狀況下較佳為低的，低於2g/cm3且更佳為約1g/cm3。可基於殼材料之密度及所要最終粒子密度控制殼厚度。
此外，殼之表面可視情況具有將使電荷產生或與電荷控制劑相互作用之官能基。
聚矽氧烷或聚異丁烯之聚合物穩定劑應與其中分散有複合顏料粒子之溶劑相容以促進該等複合顏料粒子在該溶劑中之分散。雖然圖中未示，但聚合物穩定劑可為分支鏈。
聚矽氧烷之聚合物穩定劑可由如下所示之聚有機矽氧烷大分子單體形成。
其中：X不存在或為引發劑殘基；R1不存在，為氫原子、C1-8烷基、鹵化烷基或芳基；R2不存在，為C1-8烷基、鹵化烷基或芳基；Y為可聚合基團，諸如乙烯基、丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基。
用於形成聚矽氧烷聚合物穩定劑之一種特定類型之大分子單體為如下所示之甲基丙烯酸酯封端的聚矽氧烷(Gelest，MCR-M11、 MCR-M17、MCR-M22)：
聚異丁烯之聚合物穩定劑可由如下所示之基於聚異丁烯之末端官能化大分子單體形成：
其中：X不存在或為引發劑殘基；R1不存在，為氫原子、C1-8烷基、鹵化烷基或芳基；R2不存在，為C1-8烷基、鹵化烷基或芳基；Y為可聚合基團，諸如乙烯基、丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基。
在美國公開案第2012-0077934號中提及適用於本發明之一種特定類型之聚異丁烯官能化大分子單體。
大分子單體為具有單官能可聚合基團之相對高分子量物質，其儘管用作單體，但具有視為聚合物之足夠高的分子量或內部單體單元。大分子單體具有一個端基，其使得大分子單體能夠充當單體分子，為最終大分子之鏈僅貢獻單一單體單元。
可藉由各種技術實現本發明之複合顏料粒子之製備。
舉例而言，其可藉由分散聚合形成。在分散聚合期間，在可溶於反應介質之聚矽氧烷或聚異丁烯官能化大分子單體存在下在核心顏料 粒子周圍聚合單體(例如甲基丙烯酸甲酯)。選擇作為反應介質之溶劑對於單體及大分子單體必須均為良好溶劑，但對於所形成之聚合物殼為非溶劑。舉例而言，在Isopar G®之脂族烴溶劑中，單體甲基丙烯酸甲酯為可溶；但在聚合之後，所得聚甲基丙烯酸甲酯為不可溶。
為了併入官能基以用於電荷產生，可在反應介質中添加共單體。共單體可直接使複合顏料粒子帶電或與電荷控制劑在顯示流體中進行相互作用以將所要電荷極性及電荷密度引入複合顏料粒子中。適合共單體可包括乙烯基苄胺基乙基胺基-丙基-三甲氧基矽烷、甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基磷酸、2-丙烯醯胺基-2-甲基丙烷磺酸、甲基丙烯酸2-(二甲基胺基)乙酯、N-[3-(二甲基胺基)丙基]甲基丙烯醯胺及其類似者。
替代地，可藉由如圖2中所示之活性自由基分散聚合製備複合顏料粒子。
活性自由基分散聚合技術類似於上述分散聚合，藉由以分散於反應介質中之核心顏料粒子(21)及單體(例如甲基丙烯酸甲酯)來起始製程。
在此替代製程中，殼之表面(22)上形成多個活性端(24)。可藉由在反應介質中添加諸如TEMPO(2,2,6,6-四甲基-1-哌啶基氧基)、可逆加成-斷裂鏈轉移(reversible addition-fragmentation chain transfer；RAFT)試劑或其類似者之試劑來形成活性端，用於活性自由基聚合。
在另一步驟中，將第二單體(亦即，聚矽氧烷或聚異丁烯官能化大分子單體)添加至反應介質中以使活性端(24)與第二單體反應以 形成聚合物穩定劑(23)。
在經由活性自由基聚合製備聚合物穩定劑時，亦可添加共單體來產生電荷。適合共單體可包括乙烯基苄胺基乙基胺基丙基-三甲氧基矽烷、甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷、丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基磷酸及其類似者。
在複合顏料粒子之製備中，可調節及控制所用試劑(例如核心顏料粒子、殼材料及用於形成聚合物穩定劑之材料)之量以達成所得複合顏料粒子中之所要有機或聚合含量。
複合顏料粒子之「聚合物含量」較佳為至少約20重量%，較佳為約20重量%至約70重量%且更佳為約30重量%至約45重量%。在此具體實例中，術語「聚合物含量」藉由殼(12)與空間穩定劑(13)之總重量除核心顏料粒子(11)、殼(12)及空間穩定劑(13)之總重量來確定。
電泳流體包含分散於溶劑或溶劑混合物中之帶電顏料粒子。在流體中可存在一種、兩種或兩種以上類型之帶電顏料粒子。
將如上所述之複合顏料粒子添加至流體中。其可帶電或不帶電。在帶電時，其可取決於施加至流體之電壓電位而在流體中移動。由此類型之粒子攜帶之電荷位準可低於流體中的其他類型之帶電顏料粒子。當存在於流體中時，複合顏料粒子可對流體提供顏色。舉例而言，在包含黑色及白色帶電顏料粒子之電泳流體中，所添加之複合顏料粒子可具有紅色，其允許顯示裝置顯示紅色、黑色及白色影像。
在一個具體實例中，術語「電荷強度」或「電荷位準」可依據ζ電位來量測。在一個具體實例中，ζ電位由具有CSPU-100信號處理 單元、ESA EN# Attn流通室(K：127)之膠體動力學聲波粒度儀(Colloidal Dynamics AcoustoSizer)IIM來測定。儀器常數，諸如樣品中所用溶劑之密度、溶劑之介電常數、溶劑中之聲音速度、溶劑之黏度，均處於測試溫度(25℃)下的以上所有者在測試之前輸入。將顏料樣品分散於溶劑(其通常為具有少於12個碳原子之烴流體)中且稀釋至5-10重量%之間。該樣品亦含有電荷控制劑(Solsperse 17000®，購自Lubrizol公司，Berkshire Hathaway公司；「Solsperse」為註冊商標(Registered Trade Mark))，電荷控制劑比粒子之重量比為1：10。測定稀釋樣品之質量且接著將該樣品載入流通室用於測定ζ電位。
在將複合顏料粒子添加至電泳流體中用於形成可顯示多個顏色之影像的顯示裝置時，亦可改變流體之流變學而不影響影像之切換速度。換言之，可提升顯示裝置之影像穩定度。此現象進一步說明於以下實施例2及圖3中。
電泳流體以體積計可包含2%至20%、較佳5%至10%之複合顏料粒子來提升影像穩定度。
流體中之溶劑可具有低介電常數(較佳為約2至3)、高體積電阻率(較佳為約1,015歐姆-公分或更高)及低水溶性(較佳小於百萬分之十)。適合烴溶劑可包括(但不限於)十二烷、十四烷、Isopar®系列中之脂族烴(Exxon，Houston，Tex)及其類似者。溶劑亦可為烴與鹵化碳或聚矽氧油基材料之混合物。
複合顏料粒子之密度可實質上與溶劑匹配，因此提升顯示裝置之效能。換言之，複合顏料粒子之密度與溶劑之密度之間的差值小於2 g/cm3，更佳小於1.5g/cm3且最佳小於1g/cm3。
複合顏料粒子若帶電亦可展現天然電荷，或可使用電荷控制劑明確帶電，或可在懸浮於有機溶劑中時獲得電荷。適合電荷控制劑在此項技術中已為熟知的；其在本質上可為聚合或非聚合，且亦可為離子或非離子，包括諸如以下之離子界面活性劑：十二烷基苯磺酸鈉、金屬皂、聚丁烯丁二醯亞胺、順丁烯二酸酐共聚物、乙烯吡啶共聚物、乙烯吡咯啶酮共聚物、(甲基)丙烯酸共聚物或(甲基)丙烯酸N,N-二甲基胺基乙酯共聚物、Alcolec LV.30(大豆卵磷脂)、Petrostep B100(石油磺酸鹽)或B70(磺酸鋇)、Solsperse 17000(活性聚合分散劑)、Solsperse 9000(活性聚合分散劑)、OLOA 11000(丁二醯亞胺無灰分散劑)、OLOA 1200(聚異丁烯丁二醯亞胺)、Unithox 750(乙氧基化物)、Petronate L(磺酸鈉)、Disper BYK 101、2095、185、116、9077及220及ANTI-TERRA系列。
實施例 實施例1 複合顏料粒子之合成
將Hostaperm Red D3G 70-EDS(Clariant，2.5g)、甲基丙烯酸甲酯(8g)及甲苯(2g)添加至20ml瓶中且音波處理2小時。向250mL反應器中添加以上混合物、MCR-M22(單甲基丙烯醯氧基丙基封端之聚二甲基矽氧烷，Gelest，5.7g)及DMS-T01(聚二甲基矽氧烷，Gelest，30g)。在磁力攪拌下將反應器加熱至70℃且用氮氣吹掃20分鐘，隨後添加月桂醯基過氧化物(0.07g)。19小時之後，將混合物以5000rpm離心15分鐘。將產生之固體再分散於己烷中且離心。此循環重複兩次且在室溫下在真空下乾燥 固體以產生最終粒子。經由熱解重量分析(thermal gravimetric analysis；TGA)測試，產生的粒子之聚合物含量為約49重量%。
實施例2 電泳流體及電光效能量測
測試三種類型之流體且結果概述於圖3中，圖3展示剪應力與黏度。
流體A包含兩種類型之帶電粒子，即經5重量%聚合物塗佈之黑色粒子及經30重量%聚合物塗佈之白色粒子，分散於具有0.6%電荷控制劑Solsperse 17000K(Avecia有限公司)之Isopar E中。黑色與白色粒子根據US2014/0339480及US2012/0313049中所述之方法來製備，該兩者均以其全文引用之方式併入本文中。
流體B包含與流體A相同量的兩種類型之帶電粒子及Solsperse 17000K，及1.5重量%先前已知的聚合物型流變改質劑聚異丁烯(MW：850K)。
流體C包含與流體A相同量的兩種類型之帶電粒子及Solsperse 17000K，及8%之如以上實施例1中所述之複合顏料粒子。
如圖3中所示，流體C之黏度在低剪應力及高剪應力下均低於流體B之黏度。因此，流體C之切換速度在低電壓驅動及高電壓驅動下均高於流體B之切換速度。流體A之黏度幾乎保持恆定。
將三種流體注入由兩片1mm厚ITO玻璃製成之25um間隙 ITO玻璃測試室中。藉由在兩個ITO側之間施加+/-15V及350ms DC電壓以達成黑色或白色光學狀態來評估電光學特性。在驅動之後立刻或在未進行進一步驅動的情況下在25℃下儲存10分鐘之後，使用Xrite iOne D65標準亮度條件量測光學L*。下表1展示三種流體之雙穩定度效能。
由表1中之結果展示複合顏料粒子(流體C)為較有效流變改質劑。其提供良好影像穩定度且能夠改變流體之流變學而不影響切換速度。
儘管本發明已參考其特定具體實例加以描述，但熟習此項技術者應理解，在不脫離本發明之範圍的情況下可進行各種改變且可替代等效物。
11‧‧‧核心顏料粒子
12‧‧‧殼
13‧‧‧聚合物穩定劑

Claims (18)

  1. 一種用於提升電泳顯示器之影像穩定度之方法，該方法包含：a)提供第一類型及第二類型之帶電顏料粒子；b)提供溶劑或溶劑混合物；c)形成包含該第一類型及第二類型之帶電顏料粒子與該溶劑或溶劑混合物之電泳流體，及d)將複合顏料粒子添加至該電泳流體中，其中該等複合顏料粒子中之每一者包含至少一個核心顏料粒子、完全或部分地塗佈於該核心顏料粒子上之有機殼及聚矽氧烷或聚異丁烯之聚合物穩定劑，其中該等所添加之複合顏料粒子在比該第一類型及該第二類型之帶電顏料粒子低的驅動電壓電位下驅動。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該有機殼由與其中分散有該等複合顏料粒子之該電泳流體完全不相容或相對不相容之材料形成。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該有機殼由聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯啉酮或聚丙烯醯胺形成。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該有機殼由聚甲基丙烯酸甲酯形成。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該等聚合物穩定劑由聚矽氧烷形成。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該等所添加之複合顏料粒子以體積計佔該電泳流體之2%至20%。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該等所添加之複合顏料粒子以體 積計佔該電泳流體之5%至10%。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該等所添加之複合顏料粒子能夠產生該電泳顯示器之非黑色及非白色顏色狀態。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該等所添加之複合顏料粒子在該電泳流體中形成剪切稀化效應。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該電泳顯示器之影像穩定度相較於包含該第一類型及第二類型之帶電顏料粒子與該溶劑或溶劑混合物、但不包含複合顏料粒子之電泳流體得到提升。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該核心顏料粒子由無機材料形成。
  12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該核心顏料粒子由有機材料形成。
  13. 如申請專利範圍第1項之方法，該複合顏料粒子具有至少20重量%聚合物含量。
  14. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該電泳流體進一步包含電荷控制劑。
  15. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在較低驅動電壓電位下驅動之該等複合顏料粒子具有小於該第一類型及該第二類型之帶電顏料粒子之電荷位準的50%之電荷位準。
  16. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在較低驅動電壓電位下驅動之該等複合顏料粒子具有為該第一類型及該第二類型之帶電顏料粒子之電荷位準的5%至30%之電荷位準。
  17. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該等所添加之複合顏料粒子為透明的。
  18. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該等所添加之複合顏料粒子為白色。
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