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CN106489099B - 用于电泳显示器的各向异性导电介电层 - Google Patents

用于电泳显示器的各向异性导电介电层 Download PDF

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CN106489099B CN201580031947.1A CN201580031947A CN106489099B CN 106489099 B CN106489099 B CN 106489099B CN 201580031947 A CN201580031947 A CN 201580031947A CN 106489099 B CN106489099 B CN 106489099B
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Abstract

本发明涉及电泳显示装置，包括：(a)填充有电泳流体的微单元，以及(b)至少一个介电层，其包括至少两种类型的填充物。在所述类型的填充物中，至少一种类型的填充物对磁场敏感。

Description

用于电泳显示器的各向异性导电介电层
技术领域
本发明涉及用于电泳显示装置的各向异性导电介电层。
背景技术
电泳显示器(EPD)是基于影响分散在介电溶剂中的带电颜料颗粒的电泳现象的非辐射装置。EPD通常包括一对间隔开的板状电极。电极板中的至少一个(通常在观看侧上)是透明的。由具有分散在其中的带电颜料颗粒的介电溶剂组成的电泳流体被封装在两个电极板之间。
电泳流体可以具有分散在对比色的溶剂或溶剂混合物中的一种类型的带电颜料颗粒。在该情况下，当在两个电极板之间施加电压差时，颜料颗粒通过至极性与颜料颗粒相反的板的吸引力而移动。由此，在透明板处显示的颜色可以是溶剂的颜色，也可以是颜料颗粒的颜色。板极性的反转将导致颗粒移动至相对的板，由此反转颜色。
可替换地，电泳流体可以具有对比色并携带相反电荷极性的两种类型的颜料颗粒，并且两种类型的颜料颗粒分散在透明的溶剂或溶剂混合物中。在该情况下，当在两个电极板之间施加电压差时，两种类型的颜料颗粒将移动至相对的端部。由此，在观看侧将看到两种类型的颜料颗粒的颜色之一。
在另一替换例中，另外的视觉可区分的颜色的颜料颗粒被添加至电泳流体以用于形成高亮或多色显示装置。
附图说明
图1和2示出基于微单元的电泳显示薄膜结构的横截面视图。
图3示出基于微单元的电泳显示器的各向异性电导率。
图4示出用于各向异性电导率的维持的填充物颗粒的方向。
图5-7示出介电层中的两种类型的填充物的混合物。
具体实施方式
本发明特别适用于基于微单元的电泳显示器。
美国专利No.6,930,818和6,933,098描述了用于电泳显示器的制备的微单元技术。如图1所示，微单元(13)可以形成在透明电极层(12)上，透明电极层(12)被层压至透明基板(11)。所形成的微单元填充有电泳流体(未示出)，并且之后利用密封层(14)密封被填充的微单元。利用粘合层(15)将背板(16)层压在密封层(14)上。
在微单元(13)和透明电极层(12)之间还可以具有底漆层(未示出)。
图2是基于微单元的电泳显示器的薄膜结构的横截面视图，其中，在观看侧上具有透明电极层(12)，在非观看侧上具有密封层(14)、粘合层(15)和背板(16)。
填充在微单元(13)中的电泳流体包括分散在溶剂或溶剂混合物(18)中的带电颜料颗粒(17)。
在本发明的上下文中，微单元形成材料、密封层、粘合层和底漆层(如果存在的话)总地称为“介电层”。
特定范围的电阻率或电导率是介电层所需要的，以具有用于显示流体的足够的驱动电压。然而，x-y方向上的电导率通常导致串扰，这导致相邻像素之间的文本模糊和/或颜色混合。因此，各向异性电导率对于介电层是优选的，特别是对于密封层和粘合层。换句话说，z方向优选地比x-y平面更导电。
用于介电层的合适的材料在由SiPix Imaging公司之前提交的专利申请和其中授权的专利中描述(例如，美国专利Nos.6,930,818,6,859,302,6,751,008,7,005,468,7,166,182,7,347,957,7,560,004,7,572,491,7,616,374,7,880,958,8,547,628,8,830,561以及美国专利申请No.13/686,778)，它们的全部内容通过引用包含于此。
用于形成微单元的合成物中的成分的示例可以包括但不限于热塑性或热固性材料或其前体，诸如多官能乙烯基，包括但不限于丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、烯丙基、乙烯基苯、乙烯醚、多官能环氧化合物以及其低聚物或聚合物等。通常使用多官能丙烯酸酯及其低聚物。多官能环氧化合物和多官能丙烯酸酯的组合也用于实现微单元的期望的物理-力学特性。给予灵活性的低Tg(玻璃转换温度)粘结剂或可交联低聚物，诸如聚氨酯丙烯酸酯或聚酯丙烯酸酯，也可以被添加以改进压花的微单元的抗弯曲性。
用于微单元的合成物的另外的示例可以包括极性低聚物或聚合物材料。这种极性低聚物或聚合物材料可以从由具有以下基中至少之一的低聚物或聚合物组成的组中选择：诸如硝基(-NO2)、羟基(-OH)、羧基(-COO)、烷氧基(-OR，其中R是烷基)、卤基(例如，氟、氯、溴或碘)、氰基(-CN)磺酸基(-SO3)等。极性聚合物材料的玻璃转换温度优选地低于约100℃以及更优选地低于约60℃。合适的极性低聚物或聚合物材料的具体示例可以包括但不限于多羟基官能化的聚酯丙烯酸酯(诸如BDE 1025,Bomar Specialties公司,Winsted,CT)或烷氧基丙烯酸酯,诸如乙氧基化壬基苯酚丙烯酸酯(例如,SR504,Sartomer公司),乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(例如,SR9035,Sartomer公司)或者乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯(例如,SR494,来自Sartomer公司)。
可替换地，微单元合成物可以包括(a)至少一个双官能UV固化成分,(b)至少一种光引发剂，和(c)至少一种脱模剂。合适的双官能成分可以具有高于约200的分子量。双官能丙烯酸酯是优选的，并且具有聚氨酯或乙氧基主链的双官能丙烯酸酯是特别优选的。更具体地，合适的双官能成分可以包括但不限于二乙二醇二丙烯酸酯(例如,来自Sartomer的SR230)、三乙二醇二丙烯酸酯(例如,来自Sartomer的SR272)、四乙二醇二丙烯酸酯(例如,来自Sartomer的SR268)、聚乙二醇二丙烯酸酯(例如,来自Sartomer的SR295、SR344或SR610)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(例如,来自Sartomer的SR603、SR644、SR252或SR740)、乙氧化双酚A二丙烯酸酯(例如,来自Sartomer的CD9038、SR349、SR601或SR602)、乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯(例如,来自Sartomer的CD540、CD542、SR101、SR150、SR348、SR480或SR541)、以及聚氨酯丙烯酸酯(例如,来自Sartomer的CN959、CN961、CN964、CN965、CN980或CN981；来自Cytec的Ebecryl 230、Ebecryl 270、Ebecryl 8402、Ebecryl 8804、Ebecryl8807或Ebecryl 8808)。合适的光引发剂可以包括，但不限于双酰基氧化膦、2-苄基-2-(二甲氨基)-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、2-异丙基-9H-噻吨-9-酮、4-苯甲酰-4'-甲基二苯硫醚以及1-羟基环己基苯基甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、1-[4-(2-羟乙氧基)-苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙烷-1-酮、2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙烷-1-酮或者2-甲基-1[4-(甲硫基)苯基]-2-吗啉基丙烷-1-酮。合适的脱模剂可以包括但不限于有机改性的有机硅共聚物，诸如有机硅丙烯酸酯(例如,来自Cytec的Ebercryl 1360或Ebercyl 350)、有机硅聚醚(例如,来自Momentive的Silwet7200、Silwet 7210、Silwet 7220、Silwet 7230、Silwet 7500、Silwet 7600或Silwet7607)。合成物可以进一步可选地包括以下成分中的一种或多种：共引发剂、单官能UV固化成分、多官能UV固化成分或稳定剂。
密封合成物中的基本成分的示例可以包括但不限于热塑性或热固性材料或其前体。具体示例可以包括以下材料，诸如单官能丙烯酸酯、单官能甲基丙烯酸酯、多官能丙烯酸酯、多官能甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸、纤维素或明胶等。诸如聚合物粘结剂或增稠剂、光引发剂、催化剂、硫化剂、填充剂、着色剂或表面活性剂的添加物可以被添加至密封合成物以改进显示器的物理-力学特性和光学特性。
针对基于有机物的显示流体，密封材料可以是水溶性聚合物，水作为密封溶剂。合适的水溶性聚合物或水溶性聚合物前体的示例可以包括但不限于聚乙烯醇；聚乙二醇、其与聚丙二醇的共聚物、及其衍生物，诸如PEG-PPG-PEG、PPG-PEG、PPG-PEG-PPG；聚(乙烯吡咯烷酮)及其共聚物，诸如聚(乙烯吡咯烷酮)/醋酸乙烯酯(PVP/VA)；多糖，诸如纤维素及其衍生物、聚(氨基葡萄糖)、右旋糖酐、瓜尔豆胶、以及淀粉；明胶；三聚氰胺-甲醛；聚(丙烯酸)，其盐的形式以及其共聚物；聚(甲基丙烯酸)，其盐的形式以及其共聚物；聚(马来酸)，其盐的形式以及其共聚物；聚(2-甲基丙烯酸二甲胺乙酯)；聚(2-乙基-2-恶唑啉)；聚(2-乙烯基吡啶)；聚(烯丙胺)；聚丙烯酰胺；聚乙烯亚胺；聚甲基丙烯酰胺；聚(苯乙烯磺酸钠)；利用季铵基官能化的阳离子聚合物，诸如聚(2-甲基丙烯酰乙氧基三甲基溴化铵)、聚(聚烯丙基氯化铵)。密封材料也可以包括利用水作为配方溶剂的水可分散聚合物。合适的聚合物水分散体的例子可以包括聚氨酯水分散体和乳胶水分散体。水分散体中的合适的乳胶包括聚丙烯酸酯、聚醋酸乙烯酯及其共聚物，诸如乙烯醋酸乙烯酯，以及聚苯乙烯共聚物，诸如聚苯乙烯丁二烯以及聚苯乙烯/丙烯酸酯。
粘合剂合成物中的基本成分的示例可以包括但不限于丙烯酸、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、醋酸丁酸纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚酰胺、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、环氧树脂、多官能丙烯酸酯、乙烯基、乙烯基醚、以及它们的低聚物、聚合物和共聚物。粘合剂还可以包含聚氨酯分散体以及从由以下组成的组中选择的水溶性聚合物：聚乙烯醇；聚乙二醇及其与聚丙二醇的共聚物；聚(乙烯吡咯烷酮)及其共聚物；多糖；明胶；聚(丙烯酸)，其盐的形式及其共聚物；聚(甲基丙烯酸)，其盐的形式及其共聚物；聚(2-甲基丙烯酸二甲胺乙酯)；聚(2-乙基-2-恶唑啉)；聚(2-乙烯基吡啶)；聚(烯丙胺)；聚丙烯酰胺；聚甲基丙烯酰胺；以及利用季铵基官能化的阳离子聚合物。粘合层可以在层压之后通过例如加热或诸如UV的辐射来固化。
底漆层合成物中的主要成分的示例可以包括但不限于热塑性或热固性材料或其前体，诸如聚氨酯、多官能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、苯乙烯、乙烯基醚、其环氧化物或低聚物或聚合物。
针对密封层和粘合层，存在两种选择以实现各向异性电导率。如图3(a)所示，较厚的密封层(34)具有各向异性电导率，而粘合层(35)是各向同性的。在图3(a)中，密封层可以具有8-20μm的厚度，并且粘合层可以具有2-6μm的厚度。在图3(b)中，具有2-10μm的厚度的粘合层(35)具有各向异性电导率，并且具有5-10μm的厚度的密封层(34)是各向同性的。图3(a)和3(b)中的密封层和粘合层的总厚度优选为小于25μm。
为了生成各向异性电导率，经常将填充物材料添加至介电层合成物，诸如形成合成物的密封层或粘合层。填充物材料可以具有磁特性和特定水平的电导率。这种填充物材料的示例可以包括但不限于镍颗粒或纳米线、钴颗粒或纳米线、铁颗粒或纳米线、涂布银或金的镍颗粒、涂布镍的碳纳米管以及金/镍/石墨核-壳结构颗粒。填充物材料在介电层中，介电层可以在密封层中、在粘合层中或在两个层中。如果介电层在这些层中的一个层中，则其优选地在较厚的层中。
尽管术语“填充物”或“填充物材料”在本申请中被提到，但可以理解，“填充物”或“填充物”材料可以是任何类型的物理形式，例如，管、杆、线、薄片、小板、纤维、球状颗粒或不规则颗粒。
填充物材料通常是纳米颗粒的形式。在本发明的上下文中，术语“纳米颗粒”指的是平均原始颗粒尺寸小于UV可见散射光的范围(约0.15至约0.3μm)或小于塑料薄膜的典型的短范围表面粗糙度(约0.05至约0.1μm)的颗粒。更具体地，适用于本发明的填充物颗粒的平均原始尺寸在约5至约300纳米的范围内，优选地在约10至约150纳米的范围内，以及更优选地在约15至约100纳米的范围内。填充物也可以是如上所述的其他纳米结构的形式。请注意，如果填充物材料是“细长”形式，诸如杆、管或线，则长度可以在0.1至10微米的范围内或甚至更高。
填充物材料可以被直接添加至用于介电层的合成物。可替换地，填充物材料可以首先分散在溶剂中，并且分散体被添加至介电层合成物。
在密封层和粘合层被施加在薄膜结构中之后并且在干燥和固化过程期间，在薄膜结构之上或之下施加磁场以在z方向上或朝向z方向对齐所有的填充物颗粒，z方向垂直于薄膜平面。干燥和固化过程固定在介电层中的填充物颗粒的方向以维持各向异性特征(参见图4)。
两种或更多种类型的填充物材料的混合物可以在介电层中。针对两种填充物选择的实施例在图5中示出，其中仅一种类型的填充物材料对磁场敏感。如果填充物材料可以与磁场对齐，则其“对磁场敏感”。
由于两种类型的填充物材料之间的相互作用，一种(51)对磁场敏感(即，敏感填充物颗粒)，以及另一种(52)对磁场不敏感(即，惰性填充物颗粒)，当施加磁场时，惰性颗粒也将对齐。换句话说，当惰性填充物材料和敏感填充物材料之间存在良好亲和力时，惰性填充物材料也可以被对齐。在该情况下，电导率可以源于敏感填充物材料或惰性填充物材料，或源于敏感和惰性材料这两者。
未示出的是，在两种填充物选择中，也可以使得两种填充物材料都对磁场敏感。可以实现针对两种类型的填充物的对齐，并且电导率可以源于一种类型的填充物或源于两种类型的填充物。
当使用包含多于两种类型的填充物材料的填充物的混合物时，至少一种类型的填充物材料需要对磁场敏感以实现对齐。电导率可以源于磁敏感材料(一种或多种类型)，或源于惰性填充物材料(一种或多种类型)，或源于这两种类型的材料。
在图6中示出以下实施例，其中，填充物颗粒(62)对磁场敏感，而填充物颗粒(61)在对齐之后对电导率负责。
不同类型的填充物之间的亲和力可以是物理或化学相互作用，或上述两者。
图7中的实施例示出两种填充物混合物的另一示例。填充物颗粒(71)对磁场敏感并用作导电填充物颗粒(72)的模板以形成导电通路。导电填充物颗粒可以化学地附着至磁性填充物颗粒的表面或通过物理吸引粘附在它们的表面上。亲和力或相互作用可以存在于两种或多于两种类型的填充物之间，并且也可以在一种混合物中的不同填充物之间具有物理和化学相互作用。
敏感填充物的示例可以包括但不限于镍颗粒或纳米线、钴颗粒或纳米线、铁颗粒或纳米线、铝镍钴合金颗粒、涂布银或金的镍颗粒、涂布镍的碳纳米管以及金/镍/石墨核-壳结构颗粒。敏感填充物可以是导电的(诸如镍颗粒或纳米线、钴颗粒或纳米线、或铁颗粒或纳米线)或不导电的(诸如基于镍、钴或铁的化合物或合金材料，其具有低电导率，但具有良好的磁特性)。
惰性填充物的示例可以包括但不限于二氧化硅、粘土、银、金、炭黑、石墨、碳纳米管和PEDOT[聚(3,4-乙烯二氧噻吩)]。其中，二氧化硅和粘土是不导电的惰性填充物。
合成物中的填充物的浓度和不同类型的填充物的比率必须根据期望的磁性和导电特性被优化。例如，在纳米管的情况下，浓度被控制为低于总填充物载荷的重量的25％。
尽管参考本发明的具体实施例描述了本发明，但本领域技术人员应当理解，在不背离本发明的真实精神和范围的情况下，可以作出各种改变，并且可以替代等价物。另外，可以作出许多修改以使特定情形、材料、合成物、处理、处理步骤适应本发明的目标和范围。所有这种修改意欲在所附权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种电泳显示装置，包括：(a)填充有电泳流体的微单元，(b)密封层，和(c)粘合层，其中，所述密封层布置在所述微单元和所述粘合层之间，以及其中，所述密封层包括至少两种类型的填充物材料，其中，第一类型的填充物材料对磁场敏感，第二类型的填充物对磁场不敏感并且是导电的，其中，所述第一类型的填充物材料对所述第二类型的填充物材料具有亲和力，所述第一类型的填充物材料与所述第二类型的填充物材料之间的亲和力是物理相互作用，其中，在磁场的作用下，所述第一类型的填充物材料用作所述第二类型的填充物材料的模板以形成导电通路，
其中，所述第一类型的填充物材料和所述第二类型的填充物材料是纳米颗粒的形式，
其中，第一类型的填充物材料和第二类型的填充物材料在垂直于所述密封层的平面的z方向上在所述密封层中固定并对齐，
其中，所述密封层具有各向异性电导率，所述各向异性电导率在z方向上具有比正交于z方向的其他两个方向x和y更高的电导率，以及
其中，所述密封层的厚度大于所述粘合层的厚度。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一类型的填充物的材料从由以下组成的组中选择：镍、钴或铁颗粒或纳米线、涂布银或金的镍颗粒、涂布镍的碳纳米管以及金/镍/石墨核-壳结构颗粒。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述密封层包括多于一种类型的对磁场敏感的填充物材料以及至少一种类型的对磁场不敏感的填充物材料。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述密封层包括至少一种类型的对磁场敏感的填充物材料以及多于一种类型的对磁场不敏感的填充物材料。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述密封层包括多于一种类型的对磁场敏感的填充物材料以及多于一种类型的对磁场不敏感的填充物材料。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，对磁场敏感的填充物材料是导电的。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，敏感和导电的填充物材料是镍颗粒或纳米线、钴颗粒或纳米线、或者铁颗粒或纳米线。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，对磁场敏感的填充物材料是不导电的。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，敏感和不导电的填充物材料是基于镍、钴或铁的化合物或合金材料。
10.根据权利要求6所述的装置，其中，不敏感和导电的填充物材料从由以下组成的组中选择：银、金、炭黑、石墨、碳纳米管和PEDOT[聚(3,4-乙烯二氧噻吩)]。
11.根据权利要求4所述的装置，其中，不敏感的填充物材料之一是粘土或二氧化硅。
12.一种电泳显示装置，包括：(a)填充有电泳流体的微单元，(b)密封层，和(c)粘合层，其中，所述密封层布置在所述微单元和所述粘合层之间，以及其中，所述粘合层包括至少两种类型的填充物材料，其中，第一类型的填充物材料对磁场敏感，第二类型的填充物对磁场不敏感并且是导电的，其中，所述第一类型的填充物材料对所述第二类型的填充物材料具有亲和力，所述第一类型的填充物材料与所述第二类型的填充物材料之间的亲和力是物理相互作用，其中，在磁场的作用下，所述第一类型的填充物材料用作所述第二类型的填充物材料的模板以形成导电通路，
其中，所述第一类型的填充物材料和所述第二类型的填充物材料是纳米颗粒的形式，
其中，第一类型的填充物材料和第二类型的填充物材料在垂直于所述粘合层的平面的z方向上在所述粘合层中固定并对齐，
其中，所述粘合层具有各向异性电导率，所述各向异性电导率在z方向上具有比正交于z方向的其他两个方向x和y更高的电导率，以及
其中，所述粘合层的厚度大于所述密封层的厚度。
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