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CN118451364A - 包括电泳粒子和电荷控制剂组合的电泳介质 - Google Patents

包括电泳粒子和电荷控制剂组合的电泳介质 Download PDF

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CN118451364A
CN118451364A CN202280086407.3A CN202280086407A CN118451364A CN 118451364 A CN118451364 A CN 118451364A CN 202280086407 A CN202280086407 A CN 202280086407A CN 118451364 A CN118451364 A CN 118451364A
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CN
China
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type
color
electrophoretic
control agent
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CN202280086407.3A
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L·依再克
S·J·特尔弗
蔡馨仪
吴紫燕
E·布佐夫耶
A·萨维
C·R·吉比奥
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E Ink Corp
Original Assignee
E Ink Corp
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Abstract

公开了一种电泳介质,该电泳介质包括四种类型的粒子。第一类型的粒子具有第一电荷极性。第二类型和第三类型的粒子具有与第一电荷极性相反的第二电荷极性。该电泳介质还包括第一电荷控制剂和第二电荷控制剂,第一电荷控制剂的分子结构包括季铵基和非极性尾部,并且第二电荷控制剂的分子结构包括两个或者更多个极性基、以及非极性尾部。

Description

包括电泳粒子和电荷控制剂组合的电泳介质
相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年1月4日提交的美国临时专利申请第63/296,179号的优先权,本申请以及本文公开的所有其他专利和专利申请通过引用整体并入。
背景技术
电泳显示器通过改变带电彩色粒子相对于透光观看表面的位置来改变颜色。这种电泳显示器通常被称为“电子纸”或者“ePaper”,因为所得到的显示器具有高对比度,并且在阳光下可阅读,很像纸上的墨水。电泳显示器已在电子书阅读器,例如AMAZON中得到广泛采用,因为电泳显示器提供书本般的阅读体验,耗电量低,并且允许使用者在轻型手持设备中携带包括数百册书籍的图书馆。
多年来,电泳显示器仅包括两种类型的带电颜色粒子,即黑色和白色。如本文所用,术语“颜色”包括黑色和白色。白色粒子通常是光散射型的并且包括例如二氧化钛,而黑色粒子在整个可见光谱范围内是吸收性的并且可以包括炭黑或者吸收性金属氧化物,例如,亚铬酸铜。从最简单的意义上讲,黑白电泳显示器只需要位于观看表面处的透光电极层、第二电极层(也称为背电极或者底电极)以及包括带相反电荷的白色和黑色粒子的电泳介质。当在电泳介质上施加一种极性的电压时,白色粒子移动至观看表面,而当施加相反极性的电压时,黑色粒子移动至观看表面。如果第二电极层(背电极)包括可控制区域(像素),无论是分段电极还是由晶体管控制的像素电极有源矩阵,都可以使图案以电子方式出现在观看表面。该图案可以是例如书的文本。
最近,对于电泳显示器,多种颜色选项已经在商业上可行,包括三色显示器(黑色、白色、红色和黑色、白色、黄色)和四色显示器(黑色、白色、红色、黄色)。与黑白电泳显示器的操作相似,具有三种或者四种反射粒子的电泳显示器的操作类似于简单的黑白显示器,因为期望的彩色粒子被驱动至观看表面。驱动方案远比只有黑色和白色要复杂得多,但是最终,粒子的光学功能是相同的。
先进彩色电子纸(ACePTM)也包括四种粒子,但青色、黄色和洋红色粒子是减色的而不是反射性的,由此允许在每个像素处产生数千种颜色。该颜色处理在功能上与胶版印刷和喷墨打印机中长期使用的印刷方法相当。通过在明亮的白纸背景上使用合适比例的青色、黄色和洋红色来产生给定的颜色。以ACeP为例,青色、黄色、洋红色和白色粒子相对于观看表面的相对位置将决定每个像素的颜色。虽然这种类型的电泳显示器允许在每个像素处呈现数千种颜色,但是在厚度约为10至20微米的工作空间内仔细地控制每种(50至500纳米尺寸的)颜料的位置是至关重要的。显然,粒子位置的变化将导致在给定像素处显示不正确的颜色。因此,这种系统需要精细的电压控制。该系统的更多细节可在以下美国专利中找到,所有这些专利通过引用整体并入:美国专利第9,361,836、9,921,451、10,276,109、10,353,266、10,467,984和10,593,272号。
术语“灰色状态”在本文中使用的是其在成像领域中的常规含义,指的是在像素的两个极端光学状态之间的状态,并且不一定意味着这两个极端状态之间的黑白转变。例如,下面提到的伊英克公司的几项专利和公开申请描述了电泳显示器,其中,极端状态是白色和深蓝色,使得中间的灰色状态实际上是淡蓝色。实际上,如已经提到的,光学状态的变化可能根本不是颜色的改变。在下文中,术语“黑色”和“白色”可以用于指称显示器的两个极端光学状态,并且应该被理解为通常包括非严格黑色和白色的极端光学状态,例如,前述的白色和深蓝色状态。
术语“双稳态”和“双稳态性”在本文中以其在本领域中的常规含义使用,是指包括显示元件的显示器,该显示元件具有在至少一个光学特性上不同的第一显示状态和第二显示状态,并且使得在任何给定元件被驱动之后,通过有限持续时间的寻址脉冲,呈现其第一或者第二显示状态,在寻址脉冲终止后,该状态将持续改变显示元件状态所需的寻址脉冲的最小持续时间的至少几倍,例如,至少四倍。美国专利第7,170,670号表明,一些具有灰度等级的基于粒子的电泳显示器不仅在其极端黑白状态下稳定,而且在中间灰色状态下也稳定,并且一些其它类型的电泳显示器也是如此。这种类型的显示器被恰当地称为多稳态而不是双稳态,尽管为方便起见术语“双稳态”可在本文中用于涵盖双稳态和多稳态显示器。
术语“冲激(impulse)”在用于指称驱动电泳显示器时,在本文中用于指在驱动显示器的周期期间所施加的电压相对于时间的积分。
吸收、散射或者反射宽波段或者选定波长的光的粒子在本文中称为彩色或者颜料粒子。除了吸收或者反射光的颜料(该术语严格意义上是指不溶性彩色材料)之外的各种材料,例如,染料或者光子晶体等,也可以用于本发明的电泳介质和显示器中。
基于粒子的电泳显示器数年来已成为密集研发的主题。在这种显示器中,多个带电粒子,有时称为颜料粒子,在电场的作用下移动穿过流体。与液晶显示器相比,电泳显示器可具有优良的亮度和对比度、宽视角、状态双稳性、低功耗等属性。然而,关于这些显示器的长期图像质量的问题已阻碍其广泛使用。例如,构成电泳显示器的粒子易于沉降,导致这些显示器的使用寿命不足。
如上所述,电泳介质需要流体的存在。在大部分现有技术的电泳介质中,该流体是液体,但是可使用气体流体产生电泳介质;参见例如Kitamura,T.,et al.,Electricaltoner movement for electronic paper-like display,IDW Japan,2001,Paper HCS1-1以及Yamaguchi,Y.,et al.,Toner display using insulative particles chargedtriboelectrically,IDW Japan,2001,Paper AMD4-4。也参见美国专利第7,321,459和7,236,291号。当在允许粒子沉降的方位上(例如,在指示牌中,在该介质被布置在垂直平面中)使用这种基于气体的电泳介质时,这种介质似乎易受与基于液体的电泳介质因粒子沉降所造成的相同类型的问题所影响。实际上,粒子沉降在基于气体的电泳介质中似乎是比在基于液体的电泳介质中更严重的问题,因为与液体悬浮流体相比,气体悬浮流体的较低粘性允许这种电泳粒子的更快速沉降。
被转让给麻省理工学院和伊英克公司或者在它们的名义下的许多专利和申请描述用于封装电泳介质及其他电光介质的各种技术。这种封装介质包括许多小囊体,每一个小囊体本身包括内相和围绕内相的囊体壁,该内相含有在流体中可电泳移动的粒子。通常,囊体本身保持在聚合物粘合剂中,以形成定位于两个电极层之间的连贯层。在这些专利和专利申请中描述的技术包括:
(a)电泳粒子、流体和流体添加剂;参见例如美国专利第7,002,728、7,679,814、10,214,647和11,098,206号,以及美国专利申请公布第2020/0355978号;
(b)囊体、粘合剂和封装工艺;参见例如美国专利第6,922,276和7,411,719号;
(c)微单元结构、壁材和形成微单元的方法;参见例如美国专利第7,072,095和9,279,906号;
(d)用于填充和密封微单元的方法;参见例如美国专利第7,144,942和7,715,088号;
(e)含有电光材料的薄膜和子组件;参见例如美国专利第6,982,178和7,839,564号;
(f)用于显示器中的背板、粘合剂层和其他辅助层以及方法;参见例如美国专利第7,116,318和7,535,624号;
(g)颜色形成颜色调整;参见例如美国专利第6,017,584;6,545,797;6,664,944;6,788,452;6,864,875;6,914,714;6,972,893;7,038,656;7,038,670;7,046,228;7,052,571;7,075,502***;7,167,155;7,385,751;7,492,505;7,667,684;7,684,108;7,791,789;7,800,813;7,821,702;7,839,564***;7,910,175;7,952,790;7,956,841;7,982,941;8,040,594;8,054,526;8,098,418;8,159,636;8,213,076;8,363,299;8,422,116;8,441,714;8,441,716;8,466,852;8,503,063;8,576,470;8,576,475;8,593,721;8,605,354;8,649,084;8,670,174;8,704,756;8,717,664;8,786,935;8,797,634;8,810,899;8,830,559;8,873,129;8,902,153;8,902,491;8,917,439;8,964,282;9,013,783;9,116,412;9,146,439;9,164,207;9,170,467;9,170,468;9,182,646;9,195,111;9,199,441;9,268,191;9,285,649;9,293,511;9,341,916;9,360,733;9,361,836;9,383,623和9,423,666号;以及美国专利申请公布第2008/0043318;2008/0048970;2009/0225398;2010/0156780;2011/0043543;2012/0326957;2013/0242378;2013/0278995;2014/0055840;2014/0078576;2014/0340430;2014/0340736;2014/0362213;2015/0103394;2015/0118390;2015/0124345;2015/0198858;2015/0234250;2015/0268531;2015/0301246;2016/0011484;2016/0026062;2016/0048054;2016/0116816;2016/0116818和2016/0140909号;
(h)驱动显示器的方法;参见例如美国专利第5,930,026;6,445,489;6,504,524;6,512,354;6,531,997;6,753,999;6,825,970;6,900,851;6,995,550;7,012,600;7,023,420;7,034,783;7,061,166;7,061,662;7,116,466;7,119,772;7,177,066;7,193,625;7,202,847;7,242,514;7,259,744;7,304,787;7,312,794;7,327,511;7,408,699;7,453,445;7,492,339;7,528,822;7,545,358;7,583,251;7,602,374;7,612,760;7,679,599;7,679,813;7,683,606;7,688,297;7,729,039;7,733,311;7,733,335;7,787,169;7,859,742;7,952,557;7,956,841;7,982,479;7,999,787;8,077,141;8,125,501;8,139,050;8,174,490;8,243,013;8,274,472;8,289,250;8,300,006;8,305,341;8,314,784;8,373,649;8,384,658;8,456,414;8,462,102;8,514,168;8,537,105;8,558,783;8,558,785;8,558,786;8,558,855;8,576,164;8,576,259;8,593,396;8,605,032;8,643,595;8,665,206;8,681,191;8,730,153;8,810,525;8,928,562;8,928,641;8,976,444;9,013,394;9,019,197;9,019,198;9,019,318;9,082,352;9,171,508;9,218,773;9,224,338;9,224,342;9,224,344;9,230,492;9,251,736;9,262,973;9,269,311;9,299,294;9,373,289;9,390,066;9,390,661和9,412,314号;以及美国专利申请公开第2003/0102858;2004/0246562;2005/0253777;2007/0091418;2007/0103427;2007/0176912;2008/0024429;2008/0024482;2008/0136774;2008/0291129;2008/0303780;2009/0174651;2009/0195568;2009/0322721;2010/0194733;2010/0194789;2010/0220121;2010/0265561;2010/0283804;2011/0063314;2011/0175875;2011/0193840;2011/0193841;2011/0199671;2011/0221740;2012/0001957;2012/0098740;2013/0063333;2013/0194250;2013/0249782;2013/0321278;2014/0009817;2014/0085355;2014/0204012;2014/0218277;2014/0240210;2014/0240373;2014/0253425;2014/0292830;2014/0293398;2014/0333685;2014/0340734;2015/0070744;2015/0097877;2015/0109283;2015/0213749;2015/0213765;2015/0221257;2015/0262255;2015/0262551;2016/0071465;2016/0078820;2016/0093253;2016/0140910和2016/0180777号(这些专利和申请在下文中可能被称为MEDEOD(用于驱动电光显示器的方法,Methods for Driving Electro-opticDisplays)申请);
(i)显示器的应用;参见例如美国专利第7,312,784和8,009,348号;以及
(j)非电泳显示器,如美国专利第6,241,921和美国专利申请公开第2015/0277160号以及美国专利申请公开第2015/0005720及2016/0012710号所述。
很多前述专利和专利申请认可在封装电泳介质中围绕离散微囊体的壁可以被连续相取代,因此生产所谓的聚合物分散型电泳显示器,其中,电泳介质包括流体的多个离散液滴和聚合物材料的连续相,并且这种聚合物分散型电泳显示器内的电泳介质的离散液滴可以被视为囊体或者微囊体,即使没有离散的囊体膜与每个单独的液滴相关;参见例如美国专利第6,866,760号。因此,为了本申请的目的,这种聚合物分散型电泳介质被视为封装电泳介质的子种类。
一种相关类型的电泳显示器是所谓的“微单元电泳显示器”。在微单元电泳显示器中,没有将带电粒子和流体封装在微囊体中,而是将其保持在载体介质(通常是聚合物薄膜)内所形成的多个腔体中。参见例如美国专利第6,672,921和6,788,449号。
尽管电泳介质通常是不透光的(由于,例如,在许多电泳介质中,粒子基本上阻挡可见光透射穿过显示器)并且在反射模式下操作,但是很多电泳显示器可以制造为以所谓的“快门模式(shutter mode)”来操作,在该模式中,一个显示器状态基本上为不透光,而一个显示器则是透光的。参见,例如美国专利第5,872,552;6,130,774;6,144,361;6,172,798;6,271,823;6,225,971和6,184,856号。类似于电泳显示器但依靠电场强度变化的介电泳显示器可以在相似的模式下操作;参见美国专利第4,418,346号。其它类型的电光显示器也能够在快门模式下操作。在快门模式下操作的电光介质可用于全彩显示器的多层结构中;在这样的结构中,与显示器的观看表面相邻的至少一层在快门模式下操作,以暴露或者隐藏离观看表面较远的第二层。
封装的电泳显示器通常不受传统电泳设备的群集和沉降故障模式的困扰并且提供更多的有益效果,例如,将显示器印刷或者涂布在各种各样的柔性和刚性基板上的能力。使用词语“印刷”旨在包括所有形式的印刷和涂布,包括但不限于:预计量式涂布(例如:修补模具涂布、狭缝或者挤压涂布、滑动或者层叠涂布、幕式涂布);辊式涂布(例如:辊衬刮刀涂布和正反辊式涂布);凹版涂布;浸涂涂布;喷洒式涂布;弯月面涂布;旋转涂布;刷涂式涂布;气刀涂布;丝网印刷工艺;静电印刷工艺;热印刷工艺;喷墨印刷工艺;电泳沉积(参见美国专利第7,339,715号);以及其它相似技术。因此,所得到的显示器可以是柔性的。进一步地,因为显示介质可以(使用各种方法)被印刷,所以可便宜地制造显示器本身。
如上所述,大多数简单的现有技术电泳介质实质上只显示两种颜色。这样的电泳介质要么在具有第二不同颜色的有色流体中使用具有第一颜色的单一类型的电泳粒子,要么在无色流体中使用具有不同的第一和第二颜色的第一类型和第二类型的电泳粒子。在第一种情况下,当粒子邻近显示器的观看表面时,显示第一颜色,并且当粒子与观看表面间隔开时,显示第二颜色。在第二种情况下,当第一类型的粒子邻近显示器的观看表面时,显示第一颜色,并且当第二类型的粒子邻近观看表面时,显示第二颜色。通常这两种颜色是黑色和白色。如果需要全彩显示器,可以在单色(黑白)显示器的观看表面上设置滤色器阵列。带有滤色器阵列的显示器依靠区域共享和颜色混合来产生颜色刺激。在红/绿/蓝(RGB)或者红/绿/蓝/白(RGBW)等三个或者四个原色之间共享可用的显示区域,滤色器可以通过一维(条纹)或者二维(2x2)重复模式来进行布置。原色或者多于三种原色的其他选择在本领域中也是已知的。选择足够小的三个子像素(在RGB显示器的情况下)或者四个子像素(在RGBW显示器的情况下),以便在预期的观看距离处,这些子像素在视觉上混合在一起,成为具有均匀颜色刺激(“颜色混合”)的单个像素。区域共享的固有缺点是着色剂始终存在,只能通过将下面单色显示器的相应像素切换为白色或者黑色,打开或者关闭相应的原色来调制颜色。例如在理想的RGBW显示器中,红色、绿色、蓝色和白色原色中的每一个占据显示区域的四分之一(四个子像素中的一个),白色子像素与下面单色显示器白色一样亮,并且每个彩色子像素不会比单色显示器白色的三分之一亮。显示器整体显示的白色亮度无法大于白色子像素亮度的一半(显示器的白色区域是通过显示每四个子像素中的一个白色子像素加上每个彩色子像素而产生,每个彩色子像素在其相当于白色子像素的三分之一的颜色形式,从而这三个彩色子像素组合起来的贡献不超过一个白色子像素)。颜色的亮度和饱和度会因与切换成黑色的颜色像素的区域共享而降低。当混合黄色时,区域共享特别有问题,因为黄色比相同亮度的任何其它颜色亮且饱和黄色几乎与白色一样亮。将蓝色像素(显示区域的四分之一)切换成黑色会使得黄色太暗。
美国专利第8,576,476和8,797,634号描述了具有单个背板的多色电泳显示器,该背板包括可独立寻址的像素电极和共用的透光第一电极层(也称为前电极或者顶电极)。在背板和第一透光电极层之间设置有多个电泳层。在这些申请中描述的显示器能够在任何像素位置呈现任何原色(红色、绿色、蓝色、青色、洋红色、黄色、白色和黑色)。然而,使用位于单组寻址电极之间的多个电泳层存在缺点。特定层中的粒子所历经的电场低于用相同电压寻址的单个电泳层将呈现的情况。另外,最靠近观看表面的电泳层中的光学损失(例如,由光散射或者不希望的吸收引起的)可能影响在下面的电泳层中形成的图像的外观。
其它类型的电泳显示系统提供能够在任何像素位置呈现颜色的单个电泳介质。具体地,美国专利第9,697,778号描述了一种显示器,其中染色的溶剂与白色(光散射)粒子组合,当用低施加电压寻址时白色粒子沿第一方向移动,以及当用较高电压寻址时白色粒子沿相反方向移动。当白色粒子和染色的溶剂与另外两种与白色粒子带相反电荷的粒子组合时,呈现全彩色显示是可能的。然而,‘778专利的颜色状态对于诸如文本阅读器的应用是不可接受的。特别地,将总有一些染色的流体将白色散射粒子从观看表面分离,这导致显示器的白色状态中的着色。
美国专利第10,475,399号描述了一种能够在任何像素位置呈现多种颜色的电泳介质。在这种情况下,电泳介质包括具有第一电荷极性的白色颜料粒子、具有与第一电荷极性相反的第二电荷极性的两个类型的彩色颜料粒子以及可溶解于流体的染料,从而为电泳介质提供颜色。
美国专利第9,921,451和10,678,111号描述了另一种能够在任何像素位置呈现任何颜色的电泳介质。这些专利所公开的电泳介质,为了方便,我们可以称之为“I型”电泳介质,包括白色、青色、洋红色和黄色四个类型的粒子,其中两个类型的粒子带正电,以及两个类型的粒子带负电。然而,相应的显示器会与白色状态遭受混色。因为一个类型的粒子具有与白色粒子相同的电荷,所以当需要白色状态时,一定数量的相同带电粒子会随白色粒子一起向观看表面移动。也就是说,很难将白色颜料从具有与白色颜料粒子相同电荷极性的一个类型的彩色颜料粒子分离。虽然用复杂的波形克服这种不必要的着色是可能的,但这种波形会大大增加显示器的更新时间,并且在某些情况下,会导致图像之间不可接受的“闪烁”。例如,使用I型电泳介质时,白色光学状态和黑色光学状态之间的切换可能很慢。另一方面,观察发现I型电泳介质所能实现的色域较广。
美国专利申请第2022/0082896号(序列号17/474,582)中描述了另一种能够在任何像素位置呈现任何颜色的电泳介质形式。这种形式的电泳介质中的电泳介质,为了方便我们可以称之为“II型”电泳介质,包括白色、青色、洋红色和黄色四个类型的粒子。白色粒子带负电,以及青色、洋红色和黄色粒子带正电。等效地,白色粒子可以带正电,以及青色、洋红色和黄色粒子可以带负电。有三种与II型介质中的白色颜料极性相反的有色颜料,能够实现未受污染的白色状态。此外,观察发现,具有II型电泳介质的电泳显示器解决了不同光学状态之间切换缓慢的问题,例如白色光学状态和黑色光学状态之间的切换。另一方面,本发明的发明人发现,很难将三个类型的具有相同电荷极性的有色粒子分离成呈现各种颜色所需的组合。因此,观察到II型电泳介质实现的色域比I型电泳介质实现的色域更窄。
由此可见,需要开发一种能够实现良好色域和相应电泳显示器的不同光学状态之间快速切换的电泳介质。本发明的发明人意外地发现,包括四个类型的粒子(I型或者II型),并且还包括第一电荷控制剂和第二电荷控制剂的组合的电泳介质能够构建同时具有宽色域和快速切换的相应显示器。第一电荷控制剂的分子结构包括季铵基和非极性尾部。第二电荷控制剂的分子结构包括两个或者多个极性基,以及非极性尾部。
发明内容
一方面,本发明公开了一种用于彩色电泳显示器的改进的电泳介质。该电泳介质包括非极性流体,四个类型的粒子,即第一类型粒子、第二类型粒子、第三类型粒子以及第四类型粒子,第一电荷控制剂以及第二类型电荷控制剂。第一类型粒子包括第一类型颜料,第一类型颜料是无机的并且具有第一颜色,第一类型粒子具有第一电荷极性。第二类型粒子包括第二类型颜料,第二类型颜料具有第二颜色,第二颜色不同于第一和第二颜色,第二类型粒子具有第二电荷极性,第二电荷极性与第一电荷极性相反。第三类型粒子包括具有第三颜色的第三类型颜料,第三颜色不同于第一和第二颜色,第三类型粒子具有第二电荷极性。第四类型粒子包括具有第四颜色的第四类型颜料,第四颜色不同于第一、第二和第三颜色,第四类型粒子具有第一电荷极性或者第二电荷极性。第二类型颜料、第三类型颜料和第四类型颜料可以是吸光的有机颜料。第四类型粒子可以包括颜料粒子和聚合物,聚合物的含量小于粒子重量的35重量%。第一颜色可以是白色,第二颜色可以是青色,第三颜色可以是洋红色,以及第四颜色可以是黄色。当各个粒子在折射率小于1.55的非极性流体中以15%的体积(粒子体积与流体体积之比)近似各向同性地分布时,黄色、洋红色和青色颜料可以分别在650、550和450nm表现出漫反射。
本发明的电泳介质可以用于彩色电泳显示器。彩色电泳显示器可以包括位于观看表面的第一透光电极层、第二电极层和电光材料层。第二电极层包括耦合到像素电极的薄膜晶体管阵列。包括本发明的电泳介质的电光材料层设置在第一透光电极层与第二电极层之间。
第一电荷控制剂具有分子结构。第一电荷控制剂的分子结构包括至少一个季铵基和一个非极性尾部。第二电荷控制剂具有分子结构。第二种电荷控制剂的分子结构包括两个或者多个极性基、和非极性尾部。该两个或者多个极性基选自以下所组成的族群:氨基、磺酸基、硫酸基、亚磺酸基、羧酸基、膦酸基、膦酸酯基、磷酸基、羟基、硫醇基、α-二酮基、β-二酮基、环氧乙烷基和环氧丙烷基。第二电荷控制剂的极性基可以是伯氨基或者仲氨基。极性基也可以是叔氨基,但不可以是季铵。氨基的氮可以是芳香族或者非芳香族杂环的一部分。第一电荷控制剂(和第二电荷控制剂)的分子结构可以包括至少一个酰氨基。酰氨基可以是非极性尾部的一部分。
非极性尾部包括聚合基。聚合基是通过包括具有至少十个碳原子的烷基或者烯基的单体形成的。
用于形成第二电荷控制剂的非极性尾部(还有第一电荷控制剂的非极性尾部)的聚合基的单体的分子结构可以包括羧酸、羧酸酐或者羧酸卤化物。羧酸和羧酸卤化物可以包括10至22个碳原子。羧酸酐可以包括20至44个碳原子。形成第二电荷控制剂的聚合尾部的单体的分子结构还可以包括羟基或者氨基。用于形成第二电荷控制剂(以及第一电荷控制剂)的聚合尾部的单体可以选自以下所组成的族群:蓖麻油酸、亚油酸、油酸、亚油酸、蓖麻油酸的酸卤化物、亚油酸的酸卤化物、亚麻酸的酸卤化物、蓖麻油酸酐、亚油酸酐、油酸酐及亚麻酸酐。
第二电荷控制剂的分子结构可以包括具有烷基或者烯基分支和两个末端极性官能团的梳状聚合物。
第二电荷控制剂的分子结构可以包括两个或者多个极性官能团,它们都不是季铵基。也就是说,第二电荷控制剂的分子结构可以包括一个或者多个季铵官能团。或者,第二电荷控制剂的分子结构可以包括两个或者多个极性基,其中一个或者多个极性基可以是季铵官能团。
电泳介质还可以包括水溶性醚。水溶性醚具有75至5,000道尔顿的分子量。水溶性醚可以由结构式I、结构式II或者结构式III表示,其中n为1至145;R1为氢、甲基或者乙基;R2、R3、R4、R5、R6及R7是独立地选自氢、包括1个碳原子至6个碳原子的直链或者支链烷基、苯基以及苄基所组成的族群。结构式I、II及III中的每一个包括至少一个醚基官能团。对于结构式I,n也可以是1至10。
第一、第二、第三以及第四类型粒子可以具有一层聚合物。该聚合物可以与第一、第二、第三和第四类型的颜料复合、吸附或者共价结合。第一型粒子可以是光散射粒子。第一类型粒子可以包括无机颜料粒子、诸如二氧化钛,其用硅烷与单体或者单体的组合来处理。单体可以是烷基甲基丙烯酸酯,诸如月桂醇丙烯酸酯或者烷基丙烯酸酯,诸如月桂醇丙烯酸酯。单体的组合可以包括2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯。第一类型粒子可包括无机颜料粒子、诸如二氧化钛,其用单体、诸如甲基丙烯酸烷基甲酯以及2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯处理。第二类型粒子可以包括第二类型颜料粒子、诸如酞菁蓝色(颜料蓝色15:3)以及通过甲基丙烯酸甲酯和包含诸如甲基丙烯酸单甲酯聚(二甲基硅氧烷)的二甲基硅氧烷的单体形成的聚合物。第三类型粒子可以包括第三类型颜料粒子以及通过甲基丙烯酸甲酯和包含诸如甲基丙烯酸单甲酯聚(二甲基硅氧烷)的二甲基硅氧烷的单体形成的聚合物。第四类型粒子可以包括第四类型颜料粒子以及通过甲基丙烯酸甲酯和包含诸如甲基丙烯酸单甲酯聚(二甲基硅氧烷)的二甲基硅氧烷的单体形成的聚合物。第三类型粒子可以包括第三类型颜料粒子,诸如颜料红色122,其用乙烯基苄氯和诸如甲基丙烯酸甲酯的单体处理。第四类型粒子可以包括第四类型粒子、诸如颜料黄155,其用甲基丙烯酸甲酯和包含二甲基硅氧烷的单体处理,诸如单甲基甲基丙烯酸酯聚(二甲基硅氧烷)。
第二和第三类型粒子的极性可以具有第二极性,诸如正极性,以及第一和第四类型粒子可以具有第一极性,诸如负极性。第二、第三和第四类型粒子可以全部具有与第一极性相反的第二极性。也就是说,第一类型粒子可以具有正极性,并且第二、第三和第四类型粒子可以具有负极性。
或者,第一类型粒子可以具有负极性,并且第二、第三和第四类型粒子可以具有正极性。第二类型粒子具有第二Zeta电位,第三类型粒子具有第三Zeta电位,以及第四类型粒子具有第四Zeta电位。第二、第三和第四Zeta电位可以全部为正。第二Zeta电位可以大于第三Zeta电位和第四Zeta电位,并且第四Zeta电位可以小于第三Zeta电位。
另一方面,本发明提供彩色电泳显示器,包括(a)第一透光电极层,(b)包括多个微单元的微单元层,(c)密封层,以及(d)第二电极层。多个微单元的每一个微单元具有开口。密封层横跨多个微单元的每一个微单元的开口。多个微单元的每一个微单元包括电泳介质。该电泳介质包括非极性流体,四个类型的粒子,即第一类型粒子、第二类型粒子、第三类型粒子和第四类型粒子,以及第一类型电荷控制剂。第一类型粒子包括第一类型颜料,第一类型颜料是无机的并且具有第一颜色,第一类型粒子具有第一电荷极性。第二类型粒子包括第二类型颜料,第二类型颜料具有第二颜色,第二颜色不同于第一和第二颜色,第二类型粒子具有第二电荷极性,第二电荷极性与第一电荷极性相反。第三类型粒子包括具有第三颜色的第三类型颜料,第三颜色不同于第一和第二颜色,第三类型粒子具有第二电荷极性。第四类型粒子包括具有第四颜色的第四类型颜料,第四颜色不同于第一、第二和第三颜色,第四类型粒子具有第一电荷极性或者第二电荷极性。第四类型粒子可以包括颜料粒子和聚合物。聚合物的含量可以小于粒子重量的35重量%。第一颜色可以是白色,第二颜色可以是青色,第三颜色可以是洋红色,以及第四颜色可以是黄色。
第一电荷控制剂具有分子结构,第一电荷控制剂的分子结构包括季铵基和非极性尾部。
彩色电泳显示器也包括水溶性醚。水溶性醚具有从75至5,000道尔顿的分子量。水溶性醚存在于彩色电泳显示器的密封层中或者电泳层中。水溶性醚可以存在于彩色电泳显示器的密封层和电泳层中。水溶性醚可以由结构式I、结构式II或者结构式III表示,其中n为1至145;R1为氢、甲基或者乙基;R2、R3、R4、R5、R6和R7是独立地选择自氢、包括1个碳原子至6个碳原子的直链或者支链烷基、苯基以及苄基所组成的族群。结构式I、II及III中的每一个包括至少一个醚基官能团。对于结构式I,n也可以是1至10。水溶性醚可以选自以下所组成的族群:乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单正丙基醚、乙二醇单异丙基醚、乙二醇单正丁基醚、乙二醇单异丁基醚、乙二醇单三级丁醚、乙二醇单苄基醚、乙二醇单苯醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、乙二醇二正丙基醚、乙二醇二异丙醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单正丙基醚、二乙二醇单异丙醚、二乙二醇单正丁基醚、二乙二醇单异丁基醚、二乙二醇单三级丁醚、二乙二醇单苄醚、二乙二醇单苯醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇乙基甲醚、二乙二醇二正丙基醚、二乙二醇二异丙醚、二乙二醇二正丁醚、三乙二醇单甲醚、三乙二醇单乙醚、三乙二醇单正丙醚、三乙二醇单异丙醚、三乙二醇单正丁醚、三乙二醇单异丁醚、三乙二醇单三级丁醚、三乙二醇单苄醚、三乙二醇单苯醚、三乙二醇二甲醚、三乙二醇二乙醚、三乙二醇二正丙醚、三乙二醇二异丙醚、四乙二醇单甲醚、四乙二醇单乙醚、三乙二醇单苯醚、四乙二醇二甲醚、聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇单乙醚、聚乙二醇单苯醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丙二醇单正丙醚、丙二醇单异丙醚、丙二醇单正丁醚、丙二醇单异丁醚、丙二醇单苯基醚、丙二醇二甲醚、丙二醇二乙醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单乙醚、二丙二醇单正丙醚、二丙二醇单异丙醚、二丙二醇单正丁醚、二丙二醇单异丁醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇二乙醚、二丙二醇二正丙醚、二丙二醇二异丙醚、三丙二醇单甲醚、三丙二醇单乙醚、三丙二醇单正丙醚、三丙二醇单异丙醚、三丙二醇单正丁醚以及三丙二醇单异丁醚。
电泳介质可以进一步包括具有分子结构的第二电荷控制剂。第二电荷控制剂的分子结构可以包括两个或者多个极性基、以及非极性尾部。该两个或者多个极性基可以选自以下所组成的族群:氨基、磺酸基、硫酸基、亚磺酸基、羧酸基、膦酸基、亚膦酸基、磷酸基、羟基、巯基、α-二酮基、β-二酮基、环氧乙烷基、及环氧丙烷基。非极性尾部包括聚合基。聚合基可以通过包括具有至少十个碳原子的烷基或者烯基的单体形成。用于形成第二电荷控制剂的非极性尾部的聚合基的单体的分子结构可以包括羧酸、羧酸酐或者羧酸卤化物。羧酸及羧酸卤化物可以包括10至22个碳原子。羧酸酐可以包括20至44个碳原子。形成第二电荷控制剂的聚合尾部的单体的分子结构还可以包括羟基或者氨基。用于形成第二电荷控制剂的聚合尾部的单体可以选自以下所组成的族群:蓖麻油酸、亚油酸、油酸、亚油酸、蓖麻油酸的酸卤化物、亚油酸的酸卤化物、亚麻酸的酸卤化物、蓖麻油酸酐、亚油酸酐、油酸酐及亚麻酸酐。第二电荷控制剂的分子结构可以包括具有烷基或者烯基分支和两个末端极性官能团的梳状聚合物。
第二电荷控制剂的分子结构可以包括两个或者多个极性官能团,它们都不是季铵基。也就是说,第二电荷控制剂的分子结构可以包括一个或者多个季铵官能团。或者,第二电荷控制剂的分子结构可以包括两个或者多个极性基,其中一个或者多个极性基可以是季铵官能团。
附图说明
图1是示出了在显示黑色、白色、三种减色原色及三种加色原色时,本发明的电泳介质中的各种类型粒子的位置的示意性横截面图。
图2是具有I型电泳介质的电泳显示器的总体图示,该I型电泳介质在非极性流体中有四个类型的粒子。
图3A是具有II型电泳介质的电泳显示器的总体图示,该II型电泳介质在非极性流体中有四个类型的粒子。
图3B例示出了在观看表面具有第一电荷极性的所有粒子的第一光学状态和在观看表面具有第二(相反)极性的粒子的第二光学状态之间的转换。
图3C示出了在观看表面具有第一电荷极性的所有粒子的第一光学状态和在观看表面的第一极性的中间带电粒子的后面具有第二(相反)极性的粒子的第三光学状态之间的转换。
图3D示出了在观看表面具有第一电荷极性的所有粒子的第一光学状态和在观看表面的第一极性的低带电粒子的后面具有第二(相反)极性的粒子的第四光学状态之间的转换。
图3E示出了在观看表面具有第一电荷极性的所有粒子的第一光学状态和在观看表面的第一极性的低带电粒子与中间带电粒子的组合的后面具有第二(相反)极性的粒子的第五光学状态之间的转变。
图4示出了用于寻址包括三个减色粒子和散射(白色)粒子的电泳介质的示例性推挽驱动方案。
图5示出了电泳显示器的单个像素的示例性等效电路。
图6示出了示例性微单元电泳彩色显示器的层。
图7示出了Zeta电位相对于电泳介质中电荷控制剂的重量比的曲线图,该电泳介质包括具有聚合物表面处理的白色颜料。
图8示出了白色光学状态的颜色相对于电泳显示器的施加电压的曲线图,该电泳显示器包括具有白色、黄色、青色和洋红色粒子的电泳介质,以及三种不同比例的两种电荷控制剂;
图9示出了用于确定具有不同比例的两种电荷控制剂的三种电泳组合物从黑色状态切换到白色状态所需的时间的曲线图。
图10示出了用于确定本发明的色域和控制电光设备的测试波形。
图11示出了用于确定电泳显示器的色域的曲线图,该电泳显示器包括具有白色、黄色、青色和洋红色粒子的电泳介质,以及三种不同比例的两种电荷控制剂。
具体实施方式
本文中使用的术语“多氨”是具有包括两个或者多个氨基的分子结构的有机化合物。氨基可以是伯氨基、仲氨基或者叔氨基。
术语“羧酸衍生物”是具有包括羧酸卤化物或者羧酸酐的分子结构的化合物。
术语“缩合聚合”是一种聚合反应形式,其中单体和/或者低聚物相互反应以形成更大的结构,同时释放较小的分子作为副产品,诸如水、盐酸、甲醇以及其他。
除非另有说明,本文中使用的“分子量”指分子量的平均重量。分子量是使用工业标准尺寸排阻柱色谱法来测量的。
术语“氨”、“氨基”和“氨基官能团”包括伯氨、仲氨和叔氨以及伯氨、仲氨和叔氨官能团。这些术语不包括“季氨”和“季氨官能团”。
术语“季氨”或者“季氨”或者“季氨盐”或者“季氨官能团”包括官能团,其中氮原子有四个取代基,其中没有一个是氢。也就是说,季氨的氮原子上没有直接相连的氢原子。术语“阳离子电荷控制剂”指包括“季氨”的电荷控制剂。
在本申请中,术语“颜料”和“颜料粒子”是同义的。
本发明包括改进的四粒子电泳介质,包括非极性流体中的四个类型的粒子,即第一类型粒子、第二类型粒子、第三类型粒子和第四类型粒子。第一类型粒子包括具有第一颜色的第一类型颜料,第一类型颜料是无机的。第一类型粒子具有第一电荷极性。第二类型粒子包括具有不同于第一颜色的第二颜色的第二类型颜料。第二类型粒子具有第二电荷极性,第二电荷极性与第一电荷极性相反。第三类型粒子包括第三类型颜料,该第三类型颜料具有不同于第一和第二颜色的第三颜色。第三类型粒子具有第二电荷极性。第四类型粒子包括具有不同于第一、第二和第三颜色的第四颜色的第四类型颜料。第四类型粒子具有第一或者第二电荷极性。
电荷控制剂
电荷控制剂(CCA)用于电泳显示器的电泳介质中,以控制电泳粒子上的电荷。通常,CCA是表面活性剂状分子,其具有离子或者其他极性基,以下称为头部基团,以及以下称为尾部基团的非极性链(通常为烃链)。CCA可以与带电粒子复合或者被粒子吸收。也就是说,电泳粒子和CCA可以以电荷复合物的形式存在,或者通过范德华力松散地结合。据认为,CCA在电泳介质中形成反胶束,并且一小群带电反胶束导致介质具有电导性。反胶束包括极性核心,其尺寸可以从1纳米到几十纳米不等,并且可以具有被CCA分子的非极性尾部基团包围的球形、圆柱形或者其他几何形状。在电泳介质中,通常可以区分为三个相:具有表面的固体粒子、以极小液滴(反胶束)形式分布的高极性相以及包括非极性流体的连续相。在施加电场后,电泳粒子和带电的反胶束都可以移动穿过流体,并且因此存在两条平行的电传导路径穿过流体(通常流体本身具有非常小的电导率)。
反胶束的极性核心被认为通过吸附到表面上来影响表面上的电荷。在电泳显示器中,这种吸附可以在电泳粒子的表面或者微囊体的内壁(或者其它固相,诸如,微单元的壁)上,以形成类似于反胶束的结构,这些结构在下文中被称作为半胶束。当离子对中的一个离子比另一个离子更牢固地附着在表面时,半胶束和未结合的反胶束之间的离子交换会导致电荷分离,其中,结合较强的离子仍然与粒子结合,而结合较弱的离子被结合到游离反胶束的核心中。
CCA头部基团的离子材料在粒子(或者其它)表面诱导离子对形成是可能的。因此,CCA可以执行两个基本功能:在表面产生电荷和从表面分离电荷。电荷的产生可以是由存在于CCA分子中(或者以其它方式结合到反胶束核或者流体中)的某些部分和粒子表面之间的酸碱或者离子交换反应所引起。因此,有用的CCA材料是那些能够参与这种相互作用或者本领域已知的任何其它充电相互作用的材料。
控制电泳介质中的粒子的机制尚未完全了解。不受控制的过程可以导致电泳介质的电导率不理想地过高。此外,在电荷控制剂仅物理吸附到粒子上的情况下,条件的变化可能会导致电荷控制剂从粒子上部分或者完全解吸,而由此引起粒子的电泳特性发生不期望的变化。解吸的电荷控制剂可能重新吸收到电泳介质内的其他表面,并且这种重新吸收可能会引起其他问题。在包括多种类型电泳粒子的电泳介质中,其中电荷控制剂可能吸附到不同类型的粒子的表面上,电荷控制剂的效果尤其难以预测。对于封装的电泳介质,电荷控制剂也有可能吸附在囊体壁上。
电荷控制剂的平均分子量可以大于500克/摩尔,或者大于1000克/摩尔,或者大于1500克/摩尔,或者大于3,000,或者大于5,000,或者大于10,000。例如,电荷控制剂的平均分子量可以在500克/摩尔至12,000克/摩尔之间、1,000克/摩尔至10,000克/摩尔之间、2,000克/摩尔至8,000克/摩尔之间、600克/摩尔至2,000克/摩尔之间或者2,000至11,000克/摩尔之间。
本发明的电泳介质包括第一电荷控制剂和第二电荷控制剂的组合。第一电荷控制剂及第二电荷控制剂可溶解于电泳介质的非极性流体中。
第一电荷控制剂的分子结构包括季铵基和非极性尾部。
第一电荷控制剂的非极性尾部可以包括由含有至少十个碳原子的单体形成的聚合物基。第一电荷控制剂的非极性尾部可以包括由单体形成的聚合物基,该单体的分子结构包括至少十个碳原子。
用于形成第一电荷控制剂的非极性尾部的单体的分子结构可以包括羧酸、羧酸酐或者羧酸卤化物,其中羧酸和羧酸卤化物包括10至22个碳原子,并且其中羧酸酐包括20至44个碳原子。
形成第一电荷控制剂的非极性尾部的单体的分子结构可以包括至少一个碳碳双键。用于形成第一电荷控制剂的聚合物尾部的单体的分子结构还可以包括羟基。用于形成第一电荷控制剂的聚合物尾部的单体可以选自以下所组成的族群:8-羟基硬脂酸、蓖麻油酸、亚油酸、油酸、亚油酸、8-羟基硬脂酸的酰卤、蓖麻油酸的酰卤、亚油酸的酰卤、亚麻酸的酰卤、8-羟基硬脂酸酐、蓖麻油酸酐、亚油酸酐、油酸酐和亚麻酸酐。
第一电荷控制剂的分子结构可以包括一个或者多个季铵基。第一电荷控制剂的分子结构可以包括1至12个季铵基。季铵基可以用结构[NR1R2R3R4]+来表示;R1、R2、R3和R4的实施例可以包括烷基和芳基。第一电荷控制剂的分子结构包括非极性尾部和至少一个季铵基。用于制备第一种电荷控制剂的有用试剂是Akzo Nobel提供的商品名称为ARQUADTM的脂肪酸季铵化合物类。
符合第一电荷控制剂的结构标准的电荷控制剂的非限制性实施例包括商业聚合物材料,例如由Lubrizol Corporation提供的SolsperseTM 17000、SolsperseTM 16000和SolsperseTM 19000。SolsperseTM 17000是12-羟基十八烷酸均聚物与N,N-二甲基-1,3-丙二胺和甲基硫酸氢盐的反应产物。SolsperseTM 16000和SolsperseTM 19000在其非极性尾部有一个碳碳键。据观察,当电泳介质中包括不饱和季铵电荷控制剂时,该介质在低温下的切换速度有改进。季铵电荷控制剂的非极性尾部可以由聚合物或者低聚物化合物(例如聚酯)形成。在某些情况下,聚酯可以通过羧酸(例如脂肪酸)与仲胺的缩合反应形成。在这种情况下,缩合反应将产生具有至少一个碳碳双键(即不饱和)的重复单元,其中重复的侧碳链可以是饱和的或者不饱和的。形成尾部的单体的总长度为至少10个碳原子的长度,例如14个碳原子的长度,例如18个碳原子的长度。
符合第一电荷控制剂的结构标准的其他化合物已在美国专利申请公布第2020/0355978号中公开,该专利申请通过引用整体并入本文。下面的结构式IV至X的结构中提供了第一电荷控制剂的非限制性实施例,其中R1是聚蓖麻油酸以及R2是聚异丁烯。这些化合物可以通过将包括伯氨基(或者羟基)的分子和具有单体的叔胺(诸如蓖麻油酸或者异丁烯)反应,然后将形成的聚合物与硫酸二甲酯进行反应以使叔胺季铵化来制备。胺试剂可以选自例如3-(二甲氨基)-1-丙胺、3-二甲氨基-1-丙醇、1,4-双(3-氨基丙基)哌嗪以及三(3-氨基丙基)胺。
第一电荷控制剂可以以每100g电泳粒子大于0.2g电荷控制剂的浓度添加到电泳介质中,或者以每100g电泳粒子大于0.5g电荷控制剂的浓度添加到电泳介质中,或者以每100g电泳粒子大于1.0g电荷控制剂的浓度添加到电泳介质中。第一电荷控制剂可以以每100g电泳粒子大于1g电荷控制剂的浓度添加到电泳介质中。例如,第一电荷控制剂与电泳粒子的比例可以为1:30(wt/wt),例如1:25(wt/wt),例如1:20(wt/wt)。
第二种电荷控制剂的分子结构包括两个或者多个极性基、以及非极性尾部。极性基选自以下所组成的族群:氨基、羧酸基、膦酸基、羟基、硫醇基、α二酮基、β二酮基、环氧乙烷基团、环氧丙烷基团。氨基可以是伯氨基、仲氨基或者叔氨基。氨基的氮原子可以是芳香族或者非芳香族杂环的一部分。这种杂环的非限制性实施例为吖啶、苯并咪唑、吡唑、咪唑、哌嗪、吡嗪、嘧啶、吡咯、喹唑啉、三嗪、氮杂吲哚、吡啶、联吡啶、吲哚、哌啶、哒嗪、吡咯烷、喹喔啉、三唑、氮杂环丁烷、咔唑、咪唑、咪唑啉、吲哚啉、异吲哚啉、哌啶酮、吡唑啉、吡唑烷、氮杂环丙烷、异喹啉、嘌呤、吡唑并[1,5,α]嘧啶、喹唑啉及其衍生物。α二酮基可以是环的一部分,诸如方酸及其衍生物,或者克罗酮酸及其衍生物。
第二电荷控制剂的非极性尾部可以包括具有一个或者多个饱和烷基官能团的聚合物基。第二电荷控制剂的非极性尾部可以包括具有至少一个碳碳双键的聚合物基。聚合物基可以由包括至少十个碳原子的单体形成。单体的分子结构可以包括羧酸、羧酸酐或者羧酸卤化物,其中,羧酸和羧酸卤化物包括有10至22个碳原子和一个碳碳双键,并且其中羧酸酐含有20至44个碳原子和两个碳碳双键。单体的分子结构还可以包括羟基。用于形成第二电荷控制剂的聚合物尾部的单体的非限制性实施例可以选自以下所组成的族群:蓖麻油酸、亚油酸、油酸、亚油酸、蓖麻油酸的酸卤化物、亚油酸的酸卤化物、亚麻酸的酸卤化物、蓖麻油酸酐、亚油酸酐、油酸酐及亚麻酸酐。第二种电荷控制剂可以是刷状聚合物,其具有通过连接基连接到两个或者多个极性基(头部基团)的非极性(疏水)长链。第二种电荷控制剂的头部基团可以独立地与电泳粒子表面相互作用并吸附于电泳粒子表面。多个头部基团的存在可以导致第二种电荷控制剂强烈吸附到一个类型的电泳粒子上。因此,对包括第二电荷控制剂的粒子表面具有亲和力的第一电荷控制剂能够强烈地吸附到粒子上,从而改变粒子的Zeta电位。粒子(颜料和其他粒子)的表面改性在许多行业中是常见的。在许多情况下,这是通过修改粒子的合成路线形成定制粒子来实现的。该方法成本较高并且合成的产品只能用于特定系统。相反地,使用两种电荷控制剂的组合来调整粒子的Zeta电位的方法可以直接在应用本身的组合物中进行。具体地,可以在用于制备电泳介质的粒子分散体的研磨之前或者研磨期间直接添加一种或者多种电荷控制剂。换句话说,可以使用商业颜料产品,而无需预先合成定制颜料。此外,通过调整相应的电荷控制剂的种类和重量比,可以将粒子的Zeta电位调整到所需的水平。因此,相同的颜料可用于各种电泳介质,粒子在每种介质中具有不同的Zeta电位。这里必须注意的是,当术语“聚合物(或者其他材料)在液体载体中的粒子上的吸附”用于可溶解于载体的聚合物时,可以理解为在载体中的粒子表面和可溶解聚合物之间存在聚合物的动态平衡。聚合物在粒子上的更强吸附意味着粒子上的聚合物的量相对于存在的聚合物总量增加。
可以用作第二电荷控制剂的商业聚合物材料的非限制性实施例是LubrizolCorporation提供的SolsperseTM 8000。
第二电荷控制剂可以由羟基羧酸(或者羟基羧酸衍生物)在多氨存在下通过缩合反应形成。聚合反应是试剂之间的缩合聚合。缩合反应形成:(a)酯键,其在羟基羧酸(或者羟基羧酸衍生物)的羟基与另一分子羟基羧酸(或者羟基羧酸衍生物)的羧基(或者羧酸卤化物或者羧酸酐)之间,以及(b)酰胺键,其在多氨的氨基与羟基羧酸(或者羟基羧酸衍生物)的羧基(或者羧酸卤化物或者羧酸酐)之间。
第二电荷控制剂可以以每100g电泳粒子大于0.2g电荷控制剂的浓度添加到电泳介质中,或者以每100g电泳粒子大于0.5g电荷控制剂的浓度添加到电泳介质中,或者以每100g电泳粒子大于1.0g电荷控制剂的浓度添加到电泳介质中。例如,第一电荷控制剂与电泳粒子的比例可以为1:30(wt/wt),例如1:25(wt/wt),例如1:20(wt/wt)。
第二电荷控制剂与第一电荷控制剂的重量比例可以为约1:10至约10:1,或者约1:9至约10:9,或者1:8至约8:1,或者约1:6至约6:1,或者约1:5至约5:1,或者约1:3至约3:1,或者约1:2至约2:1,或者约1:1:5至1.5:1。
电泳粒子
在一个实施例中,本发明的电泳介质包括四个类型的粒子,即第一类型粒子、第二类型粒子、第三类型粒子和第四类型粒子,其中,第一类型粒子和第四类型粒子具有第一电荷极性,并且第二类型粒子和第三类型粒子具有第二极性,第二极性与第一极性相反。这代表I型电泳介质。通常,这种系统包括带负电的白色类型的粒子、带负电的黄色类型的粒子、带正电的青色类型的粒子和带正电的洋红色类型的粒子。黄色、青色和洋红色表示减色原色。
在另一实施例中,本发明的电泳介质包括四个类型的粒子,即第一类型粒子、第二类型粒子、第三类型粒子和第四类型粒子,其中,第一类型粒子具有第一电荷极性,并且第二类型粒子、第三类型粒子和第四类型粒子具有第二极性,第二极性与第一极性相反。这代表II型电泳介质。通常,这种系统包括带负电的白色类型的粒子和具有减色原色的带正电的黄色、洋红色和青色类型的粒子。
此外,可以设计一种或者多种类型的粒子(在I型和II型电泳介质中),使得它们的电泳迁移率与所施加的电场强度非线性相关。因此,当施加正确极性的高(例如,20V或者更高)电场时,一种或者多种类型的粒子的电泳迁移率将降低。图1示意性地示出了这种四粒子系统(I型和II型)的各种光学状态。相应的显示器可以在每个像素处提供白色、黄色、红色、洋红色、蓝色、青色、绿色和黑色的颜色状态。
如图1所示,八种主要颜色(红色、绿色、蓝色、青色、洋红色、黄色、黑色和白色)中的每一种对应与四种类型的粒子的不同布置,使得观察者只能看到位于白色类型的粒子(即,唯一一种光散射类型的粒子)观察侧的那些彩色粒子。为了实现更宽范围的色彩,必须使用额外的电压水平来更精细地控制粒子的类型。在所描述的配方中,第一类型粒子(通常为白色)是反射性的,而其他三个类型的粒子包括三种基本上非光散射(“SNLS”)的粒子。如上所述,使用SNLS粒子允许混合颜色,并提供比使用相同数量的散射类型粒子所能实现的更多的颜色效果。这些阈值必须充分分离以避免串扰,并且这种分离使得某些颜色需要使用高寻址电压。所公开的四粒子电泳介质还可以快速更新,需要“更少闪烁”的转换,并且产生令观看者愉悦的颜色光谱(并且因此,具有商业价值)。此外,所公开的配方提供了黑像素和白像素之间的快速(例如,小于500毫秒,例如,小于300毫秒,例如,小于200毫秒,例如,小于100毫秒)更新,从而实现了白底黑字文本的快速翻页。
在图1中,假设显示器的观看表面位于顶部(如图所示),即用户从此方向观看显示器,并且光从此方向入射。正如已经指出的,在优选实施例中,本发明的电泳介质中使用的四个类型的粒子中只有一个类型的粒子会显著散射光,并且在图1中,假设这个类型的粒子是白色颜料。这种光散射的白色类型的粒子形成白色反射器,在该反射器上可以看到白色类型粒子上方的任何粒子(如图1所示)。进入显示器观看表面的光线穿过这些类型的粒子,从白色类型的粒子反射,再穿过这些类型的粒子并从显示器中显现。因此,白色类型的粒子上方的粒子可以吸收各种颜色,并且用户看到的颜色是由白色粒子上方的粒子组合而成的。任何位于白色类型的粒子下方(从用户的角度来看位于后方)的粒子都被白色类型的粒子掩盖,并且不影响显示的颜色。因为第二类型粒子、第三类型粒子和第四类型粒子基本上不是光散射,所以它们相对于彼此的顺序或者布置并不重要,但是出于已经说明的原因,它们相对于白色(光散射)粒子的顺序或者布置至关重要。
更具体地说,当青色、洋红色和黄色类型的粒子位于白色类型的粒子下方(图1中的情况[A])时,白色粒子上方没有粒子,并且像素只是显示白色。当某一类型的单个粒子位于白色类型的粒子上方时,该类型单个粒子的颜色显示为黄色、洋红色和青色,分别如图1中的情况[B]、[D]和[F]所示。当两个类型的粒子位于白色类型的粒子上方时,所显示的颜色为这两个类型的粒子的那些颜色的组合;在图1中,在情况[C]下,洋红色和黄色类型的粒子显示红色,在情况[E]下,青色和洋红色粒子显示蓝色,以及在情况[G]下,黄色和青色类型的粒子显示绿色。最后,当三个类型的彩色粒子均位于白色类型的粒子上方时(图1中的情况[H]),所有入射光均被三种减色原色类型的粒子吸收,并且像素显示黑色。
一种减色原色可能由一个类型的散射光的粒子呈现,因此显示器将包括两个类型的散射光粒子,其中一种是白色的,并且另一种是彩色的。然而,在这种情况下,光散射彩色类型的粒子相对于其他彩色类型的粒子的位置覆盖白色类型的粒子将很重要。例如,在呈现黑色时(当所有三个彩色类型的粒子位于白色类型的粒子之上时),散射的彩色类型的粒子不能位于非散射的彩色类型的粒子之上(否则它们将部分或者全部隐藏在散射类型的粒子后面,并且呈现的颜色将是散射的彩色类型的粒子的颜色,而不是黑色)。
图1示出了颜色未受污染的理想情况(即,光散射的白色类型的粒子完全掩盖了位于白色类型的粒子后面的任何类型的粒子)。实际上,白色类型的粒子的掩盖可能不完美,因此原本理想地应该被完全掩盖的类型的粒子可能会吸收少量的光。这种污染通常会降低所呈现颜色的亮度和色度。在本发明的电泳介质中,应将这种颜色污染最小化到所形成的颜色与色彩呈现的工业标准相称的程度。特别受欢迎的标准是SNAP(报纸广告制作标准),其为上述八种原色中的每一种指定了L*、a*和b*值。在下文中,“原色”将用于指称图1所示的八种颜色,黑色、白色、三种减色原色和三种加色原色。
图2示出了本发明中使用的I型电泳介质的四个类型的粒子的示意性横截面图。
利用改进的电泳介质的显示层包括观看侧的第一(观看)表面23,以及第一表面23的相对侧的第二表面24。电泳介质位于两表面之间。两条垂直虚线之间的每个空间表示一个像素。在每个像素内,可以对电泳介质进行寻址,并且每个像素的观看表面23可以实现图1所示的颜色状态,无需额外的层,并且无需滤色器阵列。
与电泳显示器的标准一样,第一表面23包括第一透光电极层21,其由一片上面设置有氧化铟锡(ITO)的PET构成。在第二表面(24)上设置有第二电极层22,其包括多个像素电极25。美国专利第7,046,228号描述了这种像素电极,该专利的全部内容通过引用整体并入本文。值得注意的是,虽然针对像素电极层提到了用薄膜晶体管(TFT)背板的有源矩阵驱动,但本发明的范围包括其他类型的寻址电极,只要电极能够发挥所需的功能。例如,第一电极层和第二电极层(或者顶电极和底电极)可以是连续的。此外,不同于’228专利中描述的那些像素电极背板也是适用的,并且可以包括有源矩阵背板,该背板能够提供比非晶硅薄膜晶体管背板通常所达到的更高的驱动电压。
新开发的有源矩阵背板可以包括包含金属氧化物材料的薄膜晶体管,诸如氧化钨、氧化锡、氧化铟、氧化锌或者更复杂的金属氧化物,诸如氧化铟镓锆。在这些应用中,使用这种金属氧化物材料为每个晶体管形成一个沟道形成区,允许更快地切换更高的电压。这种金属氧化物晶体管还允许薄膜晶体管(TFT)在“关闭”状态下的泄漏比例如非晶硅TFT所能实现的更少。在包括n条线的典型扫描TFT背板中,晶体管处于“关闭”状态的时间将约为刷新显示器每条线所需时间的(n-1)/n比例。来自每个像素相关的存储电容器的任何电荷泄漏将导致显示器电光性能的下降。TFT通常包括栅极电极、栅极绝缘薄膜(通常为SiO2)、金属源极电极、金属漏极电极和栅极绝缘薄膜上的金属氧化物半导体薄膜,金属氧化物半导体膜至少部分地与栅极电极、源极电极和漏极电极重叠。这种背板主要由诸如Sharp/Foxconn、LG和BOE厂商提供。这种背板能够提供±30V(或者以上)的驱动电压。在一些实施例中,包括中间电压驱动器,使得所得到的驱动波形可以包括五个电平,或者七个电平,或者九个电平,或者更多。
对于这种应用一种优选的金属氧化物材料是氧化铟镓锌(IGZO)。IGZO-TFT的电子迁移率是非晶硅的20至50倍。通过在有源矩阵背板中使用IGZO TFT,可以通过合适的显示驱动器提供大于30V的电压。此外,能够提供至少五个并且最好七个电平的源极驱动器为四粒子电泳显示系统提供了不同的驱动范式。在一个实施例中,将有两个正电压、两个负电压和零电压。在另一个实施例中,将有三个正电压、三个负电压和零电压。在一个实施例中,将有四个正电压、四个负电压和零电压。这些电平可以在大约-27V至+27V的范围内选择,而不受上述顶平面切换所施加的限制。
图2的电泳显示器包括本发明的I型电泳介质。它包括非极性流体27中的四个类型的电泳粒子。第一类型粒子(W-*;开口圆)带负电,并且可以经过表面处理,使得第一类型粒子的电泳迁移率取决于驱动电场(下面详细讨论)的强度。在这种情况下,这个类型的粒子的电泳迁移率实际上在更强的电场存在下会降低,这有点违反直觉。
第二类型粒子(C++;灰色圆圈)可以具有比第三类型粒子带有更高的正电荷。它可以经过表面处理。如图2所示,该类型的粒子名义上的颜色为白色、洋红色、黄色和青色,以产生如图1所示的颜色。然而,本发明不局限于该特定的颜色组,也不局限于一种反射类型的粒子和三种吸收类型的粒子。例如,该系统可以包括一种黑色吸收类型的粒子和红色、黄色和蓝色三种反射类型的粒子,它们具有适当匹配的反射光谱,以在这三种反射粒子混合并在表面可见时,产生工艺白色状态。
第三类型粒子(M+*;黑色圆圈)带正电,并且也可以经过表面处理(或者故意不处理),使得第三类型粒子的电泳迁移率取决于驱动电场的强度,或者使得当电场方向反转时,第二类型粒子和第三类型粒子的集合被驱动到包括该类型粒子的腔体的一侧之后,其解聚速率比第二类型粒子的集合的解聚速率慢。
第四类型粒子(Y-;方格圆圈)带负电。它的电荷量可以高于或者低于第一类型粒子的电荷量。此外,第四类型粒子可以经过表面处理。第四类型粒子的电泳迁移率可以依赖于或者不依赖于驱动电场的强度。也就是说,第四类型粒子可以经过表面处理,但是这种表面处理不会导致上述的随着电场的增强电泳迁移率的降低。
图3A示出了本发明中使用的一个类型的II型电泳介质的四个类型的粒子的示意性横截面图。图3A中示出的显示器与图2中示出的显示器类似,但是电泳介质不同(图3A中的II型相对于图2中的I型)。
本发明的一个类型的II型电泳介质包括非极性流体27中的四个类型的电泳粒子,如图3A-3E所示。第一类型粒子(W-*;开口圆)带负电,并且可以经过表面处理,使得第一类型粒子的电泳迁移率取决于驱动电场(下面详细讨论)的强度。在这种情况下,这个类型的粒子的电泳迁移率实际上在更强的电场存在下会降低,这有点违反直觉。
第二类型粒子(C+++;灰色圆圈)具有最高的正电荷量和与第三类型粒子和第四类型粒子相同类型的表面处理。如图3A所示,该类型的粒子名义上的颜色为白色、洋红色、黄色和青色,以产生如图1所示的颜色。然而,本发明不局限于该特定的颜色组,也不局限于一种反射类型的粒子和三种吸收类型的粒子。例如,该系统可以包括一种黑色吸收类型的粒子和红色、黄色和蓝色三种反射类型的粒子,它们具有适当匹配的反射光谱,以在这三种反射粒子混合并在表面可见时,产生工艺白色状态。
第三类型粒子(M++*;黑色圆圈)带正电,并且也可以经过表面处理(或者故意不处理)使得第三类型粒子的电泳迁移率取决于驱动电场的强度,或者使得当电场方向反转时,第三类型粒子的集合被驱动到包括该类型粒子的腔体的一侧之后,其解聚速率比第二类型粒子和第四类型粒子的集合的解聚速率慢。
第四类型粒子(Y+;方格圆圈)带正电,但具有的电荷量比第三类型粒子小。此外,第四类型粒子可以经过表面处理,但是处理方式不能导致第四类型粒子的电泳迁移率取决于驱动电场的强度。也就是说,第四类型粒子可以经过表面处理,但是这种表面处理不会导致上述的随着电场的增强电泳迁移率降低。
图3B-3E示出了本发明中使用的具有四个类型的粒子(II型)的显示像素的不同光学状态的示意性横截面图。
在一个实施例中,第一类型粒子(负)是白色且散射的。第二类型粒子(正,高电荷量)是青色且吸收性的。第三类型粒子(正,中等电荷量)是洋红色且吸收性的。第四类型粒子(正,低电荷量)是黄色且吸收性的。在另一个实施例中,第一类型粒子(负)是白色且散射的。第二类型粒子(正,高电荷量)是青色且吸收性的。第三类型粒子(正,中等电荷量)是洋红色且吸收性的。第四类型粒子(负)是黄色且吸收性的。下表1示出了用于本发明的电泳介质中的示例性黄色、洋红色、青色和白色粒子的漫反射率,以及根据分散在聚异丁烯基质中的这些材料的Kubelka-Munk分析得出的它们的吸收系数和散射系数的比率。
表1.优选的黄色、洋红色、青色和白色粒子的漫反射率。
本发明的电泳介质可以是上述任何一种形式。因此,电泳介质可以是未封装,封装在被囊体壁包围的离散囊体内,封装在密封的微单元中,或者以聚合物分散介质的形式存在。这些颜料在其他地方有详细描述,诸如在美国专利第9,697,778号和第9,921,451号中。简而言之,白色类型的粒子W1是硅烷醇官能化的光散射颜料(二氧化钛),其上附着有包括月桂基甲基丙烯酸酯(LMA)单体的聚合物材料,如美国专利第7,002,728号中所述。白色类型的粒子W2是聚合物涂覆的二氧化钛,其基本按照美国专利第5,852,196号的实施例1中所述制备,其中聚合物涂层包括比例约为99:1的甲基丙烯酸月桂酯和2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯。黄色类型的粒子Y1为C.I.颜料黄180,如美国专利第9,697,778号中一般性地描述,使用无需涂层并且在SolsperseTM 19000存在下通过研磨分散。黄色类型的粒子Y2为C.I.颜料黄155,如美国专利第9,697,778号中一般性地描述,使用无需涂层并且在SolsperseTM19000存在下通过研磨分散。黄色类型的粒子Y3是C.I.颜料黄139,如美国专利第9,697,778号中一般性地描述,使用无需涂层并且在SolsperseTM 19000存在下通过研磨分散。黄色类型的粒子Y4为C.I.颜料黄139,其通过分散聚合涂覆,包括甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸甲酯和包含二甲基硅氧烷的单体,如美国专利第9,921,451号的实施例4中所述。洋红色类型粒子M1是带正电的洋红色材料(二甲基喹吖啶酮,C.I.颜料红122),如美国专利第9,697,778号和美国专利第9,921,451号的实施例5中所述,使用乙烯基苄基氯和LMA涂覆。
洋红色类型粒子M2为C.I.颜料红122,其通过分散聚合涂覆,如美国专利第9,921,451号的实施例6中所述,包括甲基丙烯酸甲酯和包含二甲基硅氧烷的单体。青色类型的粒子C1为铜酞菁材料(C.I.颜料蓝15:3),其通过分散聚合涂覆,如美国专利第9,921,451号的实施例7中所述,包括甲基丙烯酸甲酯和包含二甲基硅氧烷的单体。在一些实施方案中,已发现通过使用喷墨黄4GC(Ink Jet Yellow 4GC)(科莱恩)作为核心黄色颜料,并包括甲基丙烯酸甲酯表面聚合物,可以改善色域。通过添加2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯(TFEM)单体和单甲基丙烯酸酯封端的聚合物(二甲基硅氧烷)可以调节这种黄色颜料的Zeta电位。
用于促进差异电泳迁移率的电泳介质添加剂和表面处理,以及表面处理与周围的电荷控制剂和/或者游离聚合物之间相互作用的建议机制,在美国专利第9,697,778号中有详细讨论,其通过引用整体并入。在这种电泳介质中,控制各个类型的粒子之间相互作用的一种方法是控制粒子上聚合物涂层的种类、数量和厚度。例如,为了控制粒子特性,使得第二类型粒子与第三和第四类型粒子之间的粒子-粒子相互作用少于例如第三种的第三类型粒子与第四类型粒子之间的粒子-粒子相互作用,第二类型粒子可以带有聚合物表面处理,而第三类型粒子和第四类型粒子无论是不带有聚合物表面处理还是带有聚合物表面处理,其粒子表面每单位面积的质量覆盖率都低于第二类型粒子。更一般地,哈梅克常数(衡量两个粒子之间范德华相互作用强度的量度,配对电位与哈梅克常数成正比,并且与两个粒子之间距离的六次方成反比)和/或者粒子间距需要通过明智地选择三种粒子上的聚合物涂层来调整。
如美国专利第9,921,451号中所讨论的,不同类型的聚合物可以包括不同类型的聚合物表面处理。例如,当接近带相反电荷的粒子的最近距离被空间屏障(通常是接枝或者吸附到一种或者两种粒子的表面的聚合物)最大化时,库仑相互作用可以被减弱。聚合物壳可以是通过本领域中公知的接枝方法或者化学吸附制备的共价键合的聚合物,或者可以物理吸附到粒子表面上。例如,聚合物可以是包括不溶性和可溶性片段的嵌段共聚物。供选择地,聚合物壳可以是动态的,因为它是来自电泳介质的游离聚合物的松散网络,在电场和足够量和足够种类的电荷控制剂(CCA-下面讨论的)的存在下,所述网络与颜料粒子复合。因此,取决于电场的强度和极性,粒子可以具有更多结合的聚合物,这导致粒子与容器(例如,微囊体或者微单元)和其他粒子的相互作用不同。通过热重分析(TGA)方便地评价聚合物壳的程度,热重分析是一种其中升高粒子的干燥样品的温度并测量作为温度的函数的由于热解的质量损失的技术。使用TGA,可以测量作为聚合物的粒子的质量比例,并且使用核颜料和连接在其上的聚合物的已知密度可以将其转化为体积分数。可以发现其中聚合物涂层损失但核颜料保留的条件(这些条件取决于所使用的精确的核颜料粒子)。可以使多种聚合物组合发挥作用,如下文关于图3B-3E所述。例如,在一些实施方案中,粒子(通常第一粒子和/或者第二粒子)可具有与容器(例如,微单元或者微囊体)强烈相互作用的共价连接的聚合物壳。同时,其他相同电荷的粒子没有聚合物涂层或者与溶液中的游离聚合物复合,使得那些粒子与容器几乎没有相互作用。在其它实施方案中,粒子(通常为第一粒子和/或者第二粒子)将不具有表面涂层,使得该粒子更容易形成双层电荷,并且在强场存在下经历电泳迁移率的降低。
其中分散有四个类型的粒子的流体27是透明和无色的。流体包括带电电泳粒子,其在电场的作用下移动穿过流体。优选的悬浮流体具有低介电常数(约2)、高体积电阻率(约1015欧姆.厘米)、低粘度(小于5毫帕)、低毒性和环境影响、低水溶性(如果使用传统的水性封装方法,小于百万分之(ppm)10份;然而注意,对于未封装或者某些微单元显示器,这种要求可以放宽)、高沸点(大于约90℃)和低折射率(小于1.5)。最后的要求源自高折射率的散射(通常白色)颜料的使用,其散射效率取决于粒子和流体之间折射率的不匹配。
有机溶剂诸如饱和直链或者支链烃、硅油、卤化有机溶剂和低分子量含卤素聚合物是一些有用的流体。流体可以包括单一组分,或者可以是多于一种的组分的共混物,以便调节其化学和物理性质。用于微囊体化过程的反应物或者溶剂(如果使用),诸如油溶性单体也可以包括在流体中。
为了高粒子迁移率,流体优选具有低粘度和约2至约30、优选约2至约15的介电常数。合适的介电流体的实例包括烃诸如十氢化萘(DECALIN)、5-亚乙基-2-降冰片烯,脂肪油,石蜡油,硅流体,芳香烃诸如甲苯、二甲苯、苯基二甲基乙烷(phenylxylylethane)、十二烷基苯或者烷基萘,卤化溶剂诸如全氟萘烷、全氟甲苯、全氟二甲苯、二氯三氟甲苯、3,4,5-三氯三氟甲苯、氯五氟苯、二氯壬烷或者五氯苯和全氟化溶剂诸如来自明尼苏达州圣保罗(St.Paul,MN)的3M公司的FC-43、FC-70或者FC-5060,低分子量含卤素聚合物诸如来自俄勒冈州波特兰(Portland,Oregon)的TCI America的聚(全氟环氧丙烷),聚(氯三氟乙烯)诸如来自纽泽西州(NJ)River Edge的Halocarbon Product Corp.的卤烃油(Halocarbon Oils),全氟聚烷基醚诸如来自Ausimont的Galden或者来自特拉华州(Delaware)的DuPont的Krytox Oils和润滑脂K-流体系列(Greases K-Fluid Series)、来自Dow-Corning的聚二甲基硅氧烷基硅油(DC-200)。
如美国专利第7,170,670号中所述,电泳介质的双稳定性可通过在流体中包括具有超过约20000的平均分子量的聚合物来改善,该聚合物在电泳粒子上基本上是不吸附的;聚(异丁烯)或者聚二甲基硅氧烷可用于此目的。此外,如例如美国专利第6,693,620号中所述,在其表面上具有固定电荷的粒子在周围流体中建立相反电荷的双电层。CCA的离子头部基团可以与电泳粒子表面上的带电基团离子配对,形成固定化或者部分固定化的带电物质的层。在该层之外是扩散层,该扩散层包括带电(反向)胶束,该带电(反向)胶束包括在介质中的CCA分子。在常规的DC电泳中,施加的电场在固定的表面电荷上施加力,并且在移动的反电荷上施加相反的力,使得在扩散层内发生滑动,并且粒子相对于流体移动。滑动平面处的电位被称为Zeta电位。
因此,电泳介质内的一些粒子类型具有不同的电泳迁移率,电泳迁移率取决于跨电泳介质的电场强度。例如,当第一(低强度,即大约±10V或者更低)电场被施加到电泳介质时,第一类型粒子相对于电场在一个方向上移动,然而,当施加具有与第一电场相同极性的第二(高强度,即大约±20V或者更高)电场时,第一类型粒子开始相对于电场在相反方向上移动。理论上,该行为是由带电反胶束或者带相反电荷的电泳粒子介导的高度非极性流体内的传导引起的。因此,任何电化学产生的质子(或者其它离子)可能通过胶束核中的非极性流体而被传输或者被吸附在电泳粒子上。例如,如美国专利第9,697,778号的图5B所说明的,带正电的反胶束可接近以相反方向行进的负电泳粒子,其中反胶束被结合到带负电粒子周围的双电层中。双电层包括具有增强的反离子浓度的电荷的扩散层和粒子上的半胶束表面吸附的涂层;在后一种情况下,反胶束电荷将与滑动包络(envelope)内的粒子结合,如上所述,滑动包络定义粒子的Zeta电位。通过该机制,带正电的离子的电化学电流流过电泳流体,并且带负电的粒子可变得偏向于带更多正电的电荷。因此,电泳迁移率,例如第一负电类型的粒子的电泳迁移率是电化学电流的量和靠近粒子表面的正电荷的停留时间的函数,靠近粒子表面的正电荷的停留时间是电场强度的函数。
此外,也如美国专利第9,697,778号所述,可以制备带正电的粒子,这些粒子也会根据所施加的电场表现出不同的电泳迁移率。在本发明中,可以在电泳介质中使用电荷控制剂的组合来调节各种粒子的Zeta电位。
在一些实施例中,在电泳粒子的合成过程中添加用于最终配方的一部分电荷控制剂,以设计所需的Zeta电位并影响由于强电场而导致的电泳迁移率的降低。例如,据观察,在聚合物接枝过程中添加电荷控制剂将导致一定量的CCA与粒子复合。这可以通过从电泳介质中去除粒子,以及随后用THF从颜料中剥离表面物质以去除所有吸附物质来确认。当用1HNMR评估THF提取物时,很明显大量的CCA被吸附到颜料粒子或者与表面聚合物复合。实验表明,在强电场的存在下,粒子表面聚合物中的高CCA负载促进粒子周围双层电荷的形成。例如,洋红色粒子每克成品含有超过200毫克的电荷控制剂(CCA),在高正电场存在下具有优异的停留性能。(参见,例如,图3C和上面的描述。)
表2示出了优选实施例中的三个类型的彩色粒子和单一白色粒子的示例性相对Zeta电位。
表2.白色粒子的相对Zeta电位存在下彩色粒子的相对Zeta电位
在一个实施方案中,负的(白色)粒子具有-30mV的Zeta电位,并且其余的三个类型的粒子相对于白色粒子都是正的。因此,包括正的青色、洋红色和黄色粒子的显示器可以在黑色状态(其中所有彩色粒子相对于观看表面在白色粒子前面)和白色状态之间切换,其中白色粒子最靠近观看者,并且阻挡观看者感知其余的三种粒子。相反,当白色粒子具有0V的Zeta电位时,带负电的黄色粒子是所有粒子中带最多负电的,并且因此包括该粒子的显示器将在黄色和蓝色状态之间切换。如果白色粒子带正电,这也将发生。然而,带正电的黄色粒子将比白色粒子带更多正电,除非其Zeta电位超过+20mV。
本发明电泳介质的行为与取决于所施加电场的白色粒子的迁移率(在表2中表示为Zeta电位)一致。因此,在表2所说明的实施例中,当用低电压寻址时,白色粒子可能表现为好像其Zeta电位为-30mV,但是当用较高电压寻址时,其可能表现为好像其Zeta电位带更多正电,可能甚至高达+20mV(与黄色粒子的Zeta电位匹配)。因此,当用低电压寻址时,显示器将在黑色和白色状态之间切换,但是当在较高电压寻址时,显示器将在蓝色和黄色状态之间切换。
图3B-3E示出了在高(例如“±H”,例如±20V,例如±25V)电场和低(例如“±L”,例如±5V,例如±10V)电场的存在下各种粒子的运动。出于说明的目的,由虚线界定的每个方框表示由第一透光电极层21(前电极)和第二电极层22(背电极)界定的像素,其可以包括有源矩阵的像素电极,然而其也可以是透光电极或者分段电极等。从第一状态开始,其中所有的正粒子都出现在于观看表面(标称黑色),电泳介质可以被驱动到四个不同的光学状态,如图3B-3E所示。在优选的实施方案中,这导致白色光学状态(图3B)、洋红色光学状态(图3C)、黄色光学状态(图3D)和红色光学状态(图3E)。显然,图1的其余四个光学状态可以通过反转初始状态和驱动电场的顺序来实现,如图4中简略示出。
当用低电压寻址时,如图3B所示,对于当将负电压施加到背板时的情况,粒子根据它们的相对Zeta电位以箭头所示出的相对速度行动。因此,在该实例中,青色粒子比洋红色粒子移动得更快,洋红色粒子比黄色粒子移动得更快。第一(正)脉冲不改变粒子的位置,因为它们在运动中已经被外壳的壁限制。第二(负)脉冲交换彩色粒子和白色粒子的位置,并且因此显示器在黑色和白色状态之间切换,尽管其具有反映彩色粒子的相对迁移率的瞬态颜色。脉冲开始位置和极性的反转允许从白色到黑色的转变。因此,与通过工艺黑(processblack)或者工艺白(process white)用多种颜色实现的其它黑色和白色配方相比,该实施例提供了需要更低电压(并且消耗较少功率)的黑色-白色更新。
在图3C中,第一(正)脉冲是高正电压的,足以降低洋红色粒子(即三种带正电荷的彩色粒子的中等迁移率的粒子)的迁移率。由于迁移率降低,洋红色粒子基本上保持原地不动,并且随后在相反方向的低电压脉冲使青色、白色和黄色粒子比洋红色粒子移动更多,从而在观看表面上产生洋红色,其中负的白色粒子在洋红色粒子后面。重要的是,如果脉冲的起始位置和极性被反转(相当于从与观看表面相对的一侧,即通过第二电极层22观看显示器),则该脉冲序列将产生绿色(即黄色和青色粒子的混合)。
在图3D中,第一脉冲是低电压的,其不显著降低洋红色粒子或者白色粒子的迁移率。然而,第二脉冲是高负电压的,其降低白色粒子的迁移率。这允许三种正粒子之间更有效的竞争,使得最慢类型的粒子(在该实例中为黄色)在白色粒子前面保持可见,其移动因较早的负脉冲而减弱。值得注意的是,不使黄色粒子到达包括粒子的腔的顶部表面。重要的是,如果脉冲的起始位置和极性被反转(相当于从与观看表面相对的一侧,即通过第二电极层22观看显示器),则该脉冲序列将产生蓝色(即洋红色粒子和青色粒子的混合物)。
最后,图3E示出了当两个脉冲都是高电压时,第一高正脉冲将降低洋红粒子的迁移率,并且第二高负脉冲导致的白色迁移率的降低将增强青色和黄色之间的竞争。这产生红色。重要的是,如果脉冲的起始位置和极性被反转(相当于从与观看表面相对的一侧,即通过第二电极层22观看显示器),则该脉冲序列将产生青色。
为了获得高分辨率的显示器,显示器的单个像素必须是可寻址的,没有来自相邻像素的干扰。实现该目的一种方法是提供非线性元件,诸如晶体管或者二极管的阵列,具有至少一个非线性元件与每个像素相关联,以产生“有源矩阵”显示器。寻址像素的寻址电极或者像素电极通过相关联的非线性元件被连接到合适的电压源。通常,当非线性元件是晶体管时,像素电极连接到晶体管的漏极电极,并且该布置将在下面的描述中呈现,尽管这基本上是任意的并且像素电极可被连接到晶体管的源极电极。常规地,在高分辨率阵列中,像素被布置在行和列的二维阵列中,使得任何特定像素由一个特定的行和一个特定的列的交叉点唯一地限定。每一列中的所有晶体管的源极电极被连接到单个列电极,而每一行中的所有晶体管的栅极电极被连接到单个行电极;再者,源极电极到行的分配和栅极电极到列的分配是常规的,但基本上是任意的,并且如果需要可以反转。行电极被连接到行驱动器,其基本上确保在任何给定时刻仅选择一行,即向所选择的行电极施加选择电压以确保所选择的行中的所有晶体管是导通的,而向所有其它行施加非选择电压以确保这些未选择的行中的所有晶体管都保持不导通。列电极被连接到列驱动器,列驱动器在各个列电极上施加所选择的电压,以将所选择的行中的像素驱动到它们所期望的光学状态。前面提及的电压是相对于共用前电极的(第一透光电极层),该共用前电极通常设置在电光介质与非线性阵列相对的一侧上,并且延伸跨越整个显示器。在被称为“线寻址时间”的预选择间隔之后,所选行被取消选择,下一行被选择,并且改变列驱动器上的电压,使得显示器的下一行被写入。重复该过程,使得整个显示器以逐行方式被写入。
通常,每个像素电极具有与其相关联的电容器电极,使得像素电极和电容器电极形成电容器;参见,例如,国际专利申请WO01/07961。在一些实施方案中,N型半导体(例如,非晶硅)可以用于形成晶体管,并且施加到栅极电极的“选择”和“非选择”电压可分别为正的和负的。
附图中的图5描述了电泳显示器的单个像素的示例性等效电路。如图所示,该电路包括在像素电极和电容器电极之间形成的电容器10。电泳介质20表示为并联的电容器和电阻器。在一些情况下,与像素相关联的晶体管的栅极电极和像素电极之间的直接或者间接耦合电容30(通常称为“寄生电容”)可能对显示器产生不希望的噪声。通常,寄生电容30比存储电容器10的电容小得多,并且当显示器的像素行被选择或者被取消选择时,寄生电容30可能导致对像素电极的小的负偏移电压,也称为“反冲电压”,其通常小于2伏。在一些实施方案中,为了补偿不希望的“反冲电压”,可以将公共电位Vcom提供给第一电极层(前电极)和与每个像素相关联的电容器电极,使得当Vcom设置为等于反冲电压(VKB)的值时,提供给显示器的每个电压可以偏移相同的量,并且不承受净DC不平衡。
然而,当Vcom被设置为不补偿反冲电压的电压时,可能出现问题。当需要向显示器施加比单独从背板可获得的电压更高的电压时,这可能发生。本领域公知的是,例如,如果向背板供应标称+V、0或者-V的选择,例如,向Vcom供应-V时,则施加到显示器的最大电压可以加倍。在该情况下,经历的最大电压是+2V(即,在相对于顶板的背板处),而最小值是零。如果需要负电压,则Vcom电位必须至少升高到零。因此,使用顶平面切换来寻址具有正电压和负电压的显示器的波形必须为多于一个Vcom电压设置中的每一个分配特定的帧。
在美国专利第9,921,451号中描述了用于驱动具有四种粒子的彩色电泳显示器的一组波形,该专利通过引用并入本文。在第9,921,451号美国专利中,七个不同的电压被施加到像素电极:三正、三负和零。然而,在一些实施方案中,在这些波形中使用的最大电压高于非晶硅薄膜晶体管可处理的最大电压。在这样的情况下,通过使用顶平面切换可以获得合适的高电压。当(如上所述)Vcom被故意设置为VKB时,可以使用单独的电源。然而,当使用顶平面切换时,使用与Vcom设置一样的多个单独电源是昂贵且不方便的。此外,已知顶平面切换增加反冲,从而降低颜色状态的稳定性。
可以以现有技术中已知的几种方法使用本发明的电泳介质来构造显示装置。电泳介质可以封装在微囊体中或者结合到之后用聚合物层密封的微单元结构中。微囊体或者微单元层可以被涂覆或者压印到带有导电材料透明涂层的塑料基板或者薄膜上。可以使用导电粘合剂将该组件层压到带有像素电极的背板。可替代地,电泳介质可以直接分配在薄的开放单元栅格上,该开放单元栅格已经布置在包括像素电极的有源矩阵的背板上。然后,可以用集成的保护片/透光电极将填充的栅格顶部密封。
图6示出了适合与本发明一起使用的显示器结构600的示意性横截面图(未按比例)。在显示器600中,电泳介质的说明限于微单元,尽管也可以使用包括微囊体的等效结构。可以是玻璃或者塑料的基板602承载包括像素电极604的第二电极层,像素电极604是单独寻址段或者与有源矩阵布置中的薄膜晶体管相关联。基板602和包括像素电极604的第二电极层的组合通常被称为显示器的背板。层606是根据本发明施加到背板的可选介电层。在美国专利申请第16/862,750号中描述了用于沉积合适的介电层的方法,该专利通过引用并入。显示器的前板包括承载第一透光电极层620的透明基板622,第一透光电极层620可以由导电涂层形成。覆盖第一透光电极层620的是可选的介电层618。层(或者多层)616是聚合物层,其可以包括用于将微单元粘附到第一透光电极层620的底层和一些包括微单元底部的残余聚合物。微单元612的壁用于容纳电泳介质614。微单元用密封层610密封,并且整个前平面结构可以使用导电粘合剂层608粘附到背板。在现有技术中,例如在美国专利第6,930,818号中,描述了形成微单元的过程。在一些情况下,微单元的深度小于20微米,例如,深度小于15微米,例如,深度小于12微米,例如,深度约10微米,例如,深度约8微米。
由于制造设备的更广泛可用性和各种起始材料的成本,大多数商业电泳显示器在有源矩阵背板的构造中使用基于非晶硅的薄膜晶体管(TFT)。不幸的是,当提供将允许高于约+/-15V的电压切换的栅极电压时,非晶硅薄膜晶体管变得不稳定。尽管如此,如下所述,当允许高正电压和高负电压的量超过+/-15V时,ACeP的性能得到改善。因此,如在先前的公开内容中所述,通过也称为顶平面切换的相对于背板像素电极上的偏压另外地改变第一透光电极的偏压,实现性能的改善。因此,如果需要+30V的电压(相对于背板),则顶板可以切换到-15V,同时合适的背板像素被切换到+15V。用于驱动具有顶平面切换的四粒子电泳系统的方法在例如美国专利第9,921,451号中更详细地描述。
这些波形要求显示器的每个像素可以在五个不同的寻址电压下驱动,指定为+V、+V、0、-V和-V,举例说明为30V、15V、0、-15V和-30V。实际上,可以优选使用更大数量的寻址电压。如果仅三个电压(即+V、0和-V)可用,则通过用电压为V但占空比为1/n的脉冲寻址,有可能实现与在较低电压(例如V/n,其中n是>1的正整数)寻址相同的结果。
图4示出了用于驱动上述四粒子彩色电泳显示系统的通常波形(以简化形式)。这种波形具有“推挽”结构:即它们由包括两个相反极性的脉冲的偶极子组成。这些脉冲的幅值和长度决定所获得的颜色。在最少的情况下,应该有五个这种电压水平。图4示出了高和低的正电压和负电压以及零伏。通常,“低”(L)是指约5V-15V的范围,而“高”(H)是指约15V-30V的范围。一般,“高”电压的量越高,通过显示器实现的色域越好。在一些实施例中,使用另外的“中等”(M)水平,其通常为约15V;然而,M的值将在一定程度上取决于粒子的组成以及电泳介质的环境。
尽管图4示出了形成颜色所需的最简单的偶极子,但是应当理解,实际的波形可以多次重复这些模式,或者非周期性的并且使用多于五个电压水平的其它模式。
当然,使用图4的驱动脉冲实现所需的颜色取决于从已知状态开始这个过程的粒子,该已知状态不太可能是像素上显示的最后颜色。因此,一系列复位脉冲处于驱动脉冲之前,这增加了将像素从第一颜色更新为第二颜色所需的时间量。在美国专利第10,593,272号中详细地描述了复位脉冲,该专利通过引用并入。可以选择这些脉冲(刷新和寻址)和任何休止(即它们之间的零电压周期)脉冲的长度,使得整个波形(即电压相对于时间在整个波形上的积分)是DC平衡的(即电压在时间上的积分基本上为零)。通过调整脉冲的长度可以实现DC平衡,并在复位阶段休止,使得在复位阶段提供的净脉冲与在寻址阶段提供的净脉冲在量上相等,在符号上相反,在寻址阶段期间,显示器被切换到特定的所需颜色。然而,如图3B-3E所示,八种原色的起始状态是黑色或者白色状态,这可以用持续的低电压驱动脉冲来实现。实现该起始状态的简单性进一步减少了状态之间更新的时间,这对于用户来说是更令人满意的,并且还减少了消耗的功率量(因此增加了电池寿命。)
另外,波形的前述讨论,并且特别是DC平衡的讨论忽略了反冲电压的问题。实际上,如前所述,每个背板电压从电源提供的电压偏移的量等于反冲电压VKB。因此,如果所用电源提供三个电压+V、0和-V,则背板实际上将接收电压V+VKB、VKB和-V+VKB(注意,在非晶硅TFT的情况下,VKB通常是负数。)然而,相同的电源将向第一电极(前电极)提供+V、0和-V,而没有任何反冲电压偏移。因此,例如,当向第一电极(前电极)提供-V时,显示器将经历2V+VKB的最大电压和VKB的最小电压。使用单独的电源来为第一电极(前电极)提供VKB,这可能是昂贵且不方便的,取而代之可以将波形分成多个部分,其中向第一电极(前电极)提供正电压、负电压和VKB
微单元电泳显示器
如图6所示,典型的微单元电泳显示器包括第一透光电极层,包括多个微单元的微单元层,以及包括像素电极的第二电极层。多个微单元中的每一个微单元均具有开口。多个微单元包括有电泳介质。密封层横跨多个微单元的开口。密封层可以由水性密封组合物形成。如2022年11月14日提交的美国专利申请序列号18/055,072中所述,水性密封组合物影响密封层的体积电阻率。该参考文献通过引用整体并入本文。具体而言,发现包括水溶性醚的水性密封组合物可降低密封层的体积电阻率,影响显示性能。该水溶性醚的重均分子量可以为75至5,000道尔顿。该水溶性醚可以用上面所示的结构式I、结构式II或者结构式III表示。水溶性醚可选自以下所组成的族群:乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单正丙醚、乙二醇单异丙醚、乙二醇正单丁醚、乙二醇单异丁醚、乙二醇单叔丁醚、乙二醇单苄基醚、乙二醇单苯醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、乙二醇二正丙醚、乙二醇二异丙醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单正丙醚、二乙二醇单异丙醚、二乙二醇正单丁醚、二乙二醇单异丁醚、二乙二醇单叔丁醚、二乙二醇单苄基醚、二乙二醇单苯醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇乙甲醚、二乙二醇乙醚甲醚、乙二醇二正丙基醚、二乙二醇二异丙基醚、二乙二醇二正丁基醚、三乙二醇单甲醚、三乙二醇单乙醚、三乙二醇单正丙基醚、三乙二醇单异丙基醚、三乙二醇正丁基醚、三乙二醇单异丁基醚、三乙二醇单叔丁基醚、三乙二醇单苄基醚、三乙二醇单苯醚、三乙二醇二甲醚、三乙二醇二乙醚、三乙二醇二正丙基醚、三乙二醇二异丙基醚、四乙二醇单甲醚、四乙二醇单乙醚、三乙二醇单苯醚、四乙二醇二甲醚、聚乙二醇单甲醚、聚乙二醇单乙醚、聚乙二醇单苯醚、丙二醇单甲醚、丙二醇单乙醚、丙二醇单正丙基醚、丙二醇单异丙基醚、丙二醇单正丁基醚、丙二醇单异丁基醚、丙二醇单苯醚、丙二醇二甲醚、丙二醇二乙醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇单乙醚、二丙二醇单正丙醚、二丙二醇单异丙醚、二丙二醇单正丁基醚、二丙二醇单异丁基醚、二丙二醇二甲醚、二丙二醇二乙醚、二丙二醇二正丙醚、二丙二醇二异丙醚、三丙二醇乙二醇单甲醚、三丙二醇单乙醚、三丙二醇单正丙醚、三丙二醇单异丙醚、三丙二醇单正丁醚、三丙二醇单异丁醚或者它们的混合物。水性密封组合物可以包括水溶性醚,其含量为水性密封组合物(不包括水)重量的1.0重量%至40重量%。密封层可以包括水溶性醚,其含量为密封膜重量的0.5重量%至25重量%。水溶性醚可任选地包括羟基。
本发明的发明人观察到,电泳介质中包括水溶性醚可改善显示器可以达到的电光性能的色域,如下面的实施例部分所示。
实施例
实施例1:白色粒子分散体的制备。
按照美国专利第7,002,728号所述制备二氧化钛颜料分散体。制备过程包括对二氧化钛粒子进行硅烷处理,随后将聚(甲基丙烯酸十二酯)共价连接到硅烷处理的颜料上。
实施例2:各种电泳介质中白色粒子的Zeta电位测定。
制备了实施例1中的该分散体与各种电荷控制剂组合物(SolsperseTM 19000和SolsperseTM 8000)的混合物。使用胶体动力学声波粒度分析仪II型(Colloidal DynamicsAcousto Sizer II)和泽塔探针(Zeta Probe)对分散在伊索帕G(Isopar G)中的样品测定每种混合物的白色粒子的Zeta电位。图7提供了粒子的zeta电位相对于SolsperseTM 8000在电荷控制剂(SolsperseTM 8000+SolsperseTM 19000)总重量中的重量分数的曲线图。图7示出了,仅包括SolsperseTM 19000(并且不包括SolsperseTM 8000)的电泳介质中的白色粒子的Zeta电位为负。添加SolsperseTM 8000导致Zeta电位逐渐减小,并且在SolsperseTM 8000的重量分数约为0.4处,白色粒子的Zeta电位变为正。可能地,如果足够数量的SolsperseTM8000被吸附到粒子上,则带正电荷的SolsperseTM 19000的吸附量增加,改变粒子表面的电荷。图7的数据表明,通过改变所用电荷控制剂的性质和数量可以控制电泳粒子的表面电荷。
实施例3:I型电泳介质的制备。
按照美国专利第10,678,111号的实施例11制备三种不同的电泳介质A、B、C,不同之处在于,电荷控制剂为结构式IV的化合物(R1为聚蓖麻油酸;分子量为9,000),而不是美国专利第10,678,111号中使用的SolsperseTM 19000。根据美国专利第10,678,111号,电泳介质包括白色粒子(W1)、青色粒子(C1)和洋红色粒子(M1)。电泳介质还包括黄色颜料(颜料黄155;Clariant,Basel,Switzerland提供的喷墨黄4GC(Ink Jet Yellow 4GC)),如美国专利第10,678,111号的实施例11所述分散。所有三种电泳介质A、B和C还包括聚二甲基硅氧烷(PDMSDMS-T72,分子量约700,000,由Gelest Corporation提供),其浓度为电泳介质组合物重量的0.9重量%。添加聚二甲基硅氧烷作为图像稳定剂。电泳介质A不包括SolsperseTM8000。电泳介质B包括SolsperseTM 8000,其浓度为每克黄色颜料140毫克电荷控制剂。电泳介质C包括SolsperseTM 8000,其浓度为每克黄色颜料280mg电荷控制剂。表3提供了电泳介质中粒子的浓度,以每个类型的粒子占电泳介质组合物重量的重量百分比表示。
表3:电泳介质A、B和C中粒子类型的浓度。
含量(重量%)
白色 31.5
青色 3.2
洋红色 2.4
黄色 2.6
实施例4:电泳显示器A、B和C的制备。
来自实施例3的电泳介质A、B和C分别用于制备电泳显示器A、B和C。
实施例4中的电泳显示器A、B和C(分别由电泳介质A、B和C制备)在25℃以1伏为间隔,电压在+24V和-24V之间变化的持续时间为500ms的方波脉冲进行寻址。使用包括分光光度计的电光测量台评估密度变化率。参见D.Hertel,“Optical measurement standardsfor reflective e-paper to predict colors displayed in ambient illuminationenvironments,”Color Research&Application,43,6,(907-921),(2018)。
如图8A-8C所示,电泳显示器B和C的变化率高于电泳显示器A。图8A、8B和8C分别示出了包括电泳介质A、B和C的显示器的光学表现,其中电压在x轴上,时间在y轴上。
在各种负电压下,在500毫秒驱动结束时测定电泳显示器A、B和C各自的白色状态的颜色。这项调查表明,显示器B和C中白色和黄色粒子的分离比显示器A中的更完全,显示器A没有SolsperseTM 8000。优选地使用简单的电压脉冲使白色和黑色状态之间的转换可用的电压窗口尽可能宽。调查显示,在显示器A中,所具有的电泳介质A不包括SolsperseTM8000,在电压低于约-8V时,白色状态会受到黄色污染。对于显示器B,所具有的电泳介质B包括每克黄色颜料140毫克SolsperseTM 8000,在电压低于约-10V下,白色状态受到污染,而对于电泳介质C,即使在-13V下寻址时也几乎没有黄色污染。还发现,对于包括含有SolsperseTM 8000的电泳介质B和C的显示器B和C,其白色/黄色阈值比具有不含添加剂的电泳介质的显示器A更清晰。
能够使用更低的负电压来达到白色状态的结果是,可以更快地从黑色切换到白色。图9示出了三种电泳介质A、B和C分别在-8V、-10V、-13V下从黑切换到白的轨迹。这些是尽可能低的负电压,不会通过黄色颜料产生过度的白色状态污染。
使用下面提供的色域测量方法测定在25℃下电泳显示器A、B和C的色域。结果总结于图11和表4中。
表4:实施例4的电泳显示器的色域。
色域-18帧(DE3) 色域-42帧(DE3)
显示器A 28400 29200
显示器B 31400 60040
显示器C 38100 47300
表4的数据示出了,使用包括SolsperseTM 8000和第一电荷控制剂的电泳介质B和C的显示器比使用不包括SolsperseTM 8000的电泳介质A的显示器具有更高的色域。
色域测量方法。
实施例4中的电泳显示器A、B和C被电驱动产生八种光学状态(白色、黄色、红色、洋红色、蓝色、青色、绿色和黑色)。使用颜色计算机以CIELabL*、a*和b*进行测量。使用电脉冲序列(这种序列被称为“波形”)来寻址电泳设备。在下面的描述中,波形中使用的电压是提供给显示器的第二电极层(背电极)的那些电压,假设在显示器的前(观看)表面第一个透光电极是所有像素的共用电极并连接到地。如图10所示,测试波形包括“偶极子”序列。每个偶极子由两个单极子组成,每个单极子都是一个长度为t、幅值为V的脉冲。每个偶极子中的两个单极子极性相反。测试波形中使用的电压为+/-24V、+/-18V、+/-15V和+/-10V。时间被离散化为11.74毫秒的单位,称为“帧”。每一帧都对应着以85Hz频率刷新的薄膜晶体管阵列背板的一次扫描,尽管在描述的测试中背板是分段和直接驱动的。使用两个类型的测试波形来评估设备的电光性能。第一次测试使用的波形长度为18帧,而第二次测试使用的那些波形长度为42帧。在每种情况下,波形中都会填充尽可能多的相同偶极子,以适应允许的帧的数量。通过计算包括一组测试波形产生的每个彩色状态的凸包体积来测量显示器的色域。色域以DE3为单位报告。色域越宽,也就是空间越大,意味着电泳显示器的电光性能越好。
实施例5:II型电泳介质和相应的电泳显示器的制备。
制备了II型电泳介质,其与实施例1中制备的那些类似,但是有不同的黄色粒子。黄色粒子及其制备如以下实施例6所述。使用实施例6中的黄色粒子和实施例7中的对照黄色粒子来制备具有不同含量的第二电荷控制剂(诸如SolsperseTM 8000)和第一电荷控制剂(结构式IV)的各种电泳介质(本发明的和对照的)。
实施例6:实施例5的II型电泳介质的黄色颜料的制备。
将72.0g颜料黄155(喷墨黄4GC(Ink Jet Yellow 4GC),由Clariant Corporation提供)、28.8g由结构式IV表示的电荷控制剂的Isopar E溶液(包括21.6g电荷控制剂和7.2gIsopar E)和349.2g Isopar E加入到1升塑料瓶中。使用Zirconox beads(1.7-2.4mm)将分散体滚磨16小时。将所得到的总量450g的分散体与1.94g 2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯、27.68g甲基丙烯酸甲酯、52.36g单甲基丙烯酸酯封端的聚合物(二甲基硅氧烷)(GelestMCR-M22)和65.38g Isopar E在反应器中混合。反应器装配有氮气浸没管、顶置式搅拌叶轮和空气冷凝器。将顶置式搅拌设定为250rpm,在65℃下用氮气吹扫反应混合物60分钟,之后移除浸没管,并设定氮气流量计的水平。在一个小瓶中,将0.187克的2,2’-偶氮二(2-甲基丙腈)(AIBN)溶解在2.24克乙酸乙酯中,并且加入注射器。将所得AIBN溶液在5-10分钟内注入反应器,并将反应混合物在65℃下加热16小时。将反应混合物分装到两个1升离心瓶中并用离心机分离。倒出上层清液,用Isopar E清洗剩余的颜料并用离心机分离。清洗过程又重复了两次。剩余的颜料在真空烤箱中以40℃的温度干燥。使用超声波将干燥的颜料分散到Isopar E中,重量百分比为25重量%。将所得分散体通过200μm的网过滤并用于制备电泳介质。黄色粒子包括占粒子重量的31重量%的聚合物。使用胶体动力学声波粒度分析仪II型(Colloidal Dynamics Acousto Sizer II)和泽塔探针(Zeta Probe)对样品进行测定,发现最终分散体中黄色粒子的Zeta电位为+6mV。也就是说,黄色粒子具有弱正的表面。
实施例7:重复实施例6的过程,但不包括电荷控制剂。这是II型介质的对照黄色粒子。
使用上面描述的色域测量方法测定实施例5的各种本发明的和对照的电泳显示器的色域。评估结果总结于表5中。对于每个显示器,相应单元格中顶部的数字对应的色域采用长度为18帧的波形测量。相应单元格底部的数字对应的色域采用长度为42帧的波形测量。II型电泳介质的色域体积比I型介质所达到的色域体积略小。
表5:包括II型电泳介质的电泳显示器的色域。
对包括II型电泳介质的相同显示器从白色状态切换到黑色状态所需的时间进行了评估。通过施加+16V脉冲并测量在第一状态和最终状态之间达到30的delta L*所需的时间进行测定。时间以毫秒为单位进行测量并在表6中报告。
表6:将II型电泳介质从白色状态切换到黑色状态所需的切换时间(毫秒)。
数据显示,所有II型电泳介质的切换都比I型介质快得多。
上述数据表明,包括第一和第二电荷控制剂组合的本发明电泳介质组合物在色域和切换速度上的表现优于非本发明的介质。对于I型和II型电泳介质都是如此。
实施例8:电荷控制剂A(具有两个末端硫酸盐功能团并以H+作为反离子的氢化聚法呢烯)的制备。
将9.8g数量的氢化羟基封端聚法呢烯(Krasol F3100,平均分子量为3100g/摩尔;由CrayValley提供)溶解于65mL乙醚中。在0℃氮气保护下,将0.66mL数量的氯磺酸(6mL)缓慢加入到该溶液中并持续搅拌。允许反应物升温至室温并持续搅拌18小时。乙醚层用等量体积的水清洗一次,并且之后然后用硫酸钠干燥。减压除去溶剂并通过柱色谱法(0-10%甲醇/二氯甲烷)净化材料。得到所需产品,产率为76%。
实施例9:电荷控制剂B(具有两个末端硫酸盐功能团并以H+作为反离子的氢化聚法呢烯)的制备。
将一定量的氢化羟基封端聚法呢烯(Krasol F3100,平均分子量为3100克/摩尔;由CrayValley提供)溶解于62毫升乙醚中。在氮气保护下,在持续搅拌下,将0.4mL数量的氯磺酸(6mL)缓慢加入到该溶液中。允许反应物在室温下搅拌48小时。然后将溶解在50mL水中0.75g NaOH添加到反应物中并再搅拌1小时。然后将有机层从水层分离并用硫酸钠干燥。减压除去溶剂,得到所需产品,产率为91%。
实施例10:使用电荷控制剂A和电荷控制剂B制备各种电泳显示器。
实施例8和9的电荷控制剂是具有氢化法呢基和两个末端硫酸基的梳形聚合物。包括II型电泳介质的各种电泳显示器如上所述。电泳介质的颜料(白色、青色、洋红色和黄色粒子)。白色粒子带负电,并且青色、洋红色和黄色粒子带正电。粒子的重量比为白色:青色:洋红色:黄色为72:9:11:9。电荷控制剂总含量为每克颜料42毫克电荷控制剂。如果有两种电荷控制剂,则阳离子SolsperseTM8000电荷控制剂与非阳离子SolsperseTM8000电荷控制剂的重量比为1:8。电泳介质的组合物还包括电荷控制剂或者两种电荷控制剂的组合,如表7所示,碳氢化合物溶剂和聚二甲基硅氧烷流体。在25℃下,显示器在500毫秒内暴露于从-11V到-16V的驱动电压扫描,其改变显示器的颜色状态。在电压扫描期间,通过颜色计算机在0秒时以及约每80毫秒测量一次每个显示器(L*、a*和b*)的颜色。发明实施例10B、10C和10D示出了比对比实施例10A明显更快的颜色切换。在实施例10C的显示器中观察到最快的切换,其次是实施例10D的显示器,然后是实施例10B的显示器。对比实施例10A的显示器在500毫秒的测试间隔内未提供稳定的颜色(稳态)。重复对四个实施例的显示器的评估,在0℃下进行500毫秒内从-18V到-22V的电压扫描。结果与在25℃下观察到的那些评估结果类似。
表7.包括电荷控制剂或者电荷控制剂组合的电泳介质的实施例
示例11:用于形成密封层的水性密封组合物。
微单元电泳显示器密封层的评估。各种微单元电泳显示器是使用II型电泳介质制备的。微单元电泳显示器由第一透光电极层、微单元层和第二电极层组成。微单元层包括多个微单元,每个微单元具有开口,以及横跨微单元开口的密封层。密封层是通过涂覆美国专利申请公开第2022/0251364A1号中所述的水性组合物形成的。(申请序列号17/590,705),第2022/0244612A1号(申请序列号17/590,835)以及美国专利申请序列号18/055,072。为了评估密封层的效果,制备了两种不同的水性密封组合物,并用于形成相应的密封层(表7中的实施例11A和11B)。实施例1包括水溶性醚,而实施例12不包括水溶性醚。
表7:用于形成微单元电泳显示器密封层的水性密封组合物。
[1]聚(乙烯醇-共-乙烯)共聚物;ExcevalTMRS-1717,由Kuraray提供;
[2]聚氨酯水性分散体;L3838水性分散体,由Hauthaway提供,作为35%的水分散体;
[3]炭黑;3500,由OrionEngineeredCarbon提供;
[4]聚碳二酰亚胺(多功能聚碳二酰亚胺-水溶液);V-02-L2,由NisshinboChemical提供,作为40%的水溶液;
[5]疏水改性碱溶胀丙烯酸乳液;SolthixTMA-100,由Lubrizol提供;
[6]硅氧烷聚环氧烷共聚物;L-7607共聚物,由Momentive提供。
实施例12:具有含电荷控制剂或者电荷控制剂组合的电泳介质的电泳显示器的制备和评估。
制备并评估了一系列具有不同II型电泳介质的微单元电泳显示器。微单元电泳显示器由第一透光电极层、微单元层和第二电极层组成。微单元层包括多个微单元,每个微单元具有开口,以及跨越微单元开口的密封层。密封层通过涂覆实施例11B的水性组合物形成,该组合物不包括二丙二醇二甲醚,一种水溶性醚。电泳介质包括带负电的白色粒子以及带正电的青色、洋红色和黄色粒子。白色粒子基于二氧化钛颜料,其用由甲基丙烯酸甲酯单体和2,2,2-三氟乙基甲基丙烯酸酯共聚形成的聚合物进行表面处理。青色粒子基于铜酞菁颜料(PB 15:3),其用由甲基丙烯酸甲酯和二甲基硅氧烷单体形成的聚合物进行表面处理,如美国专利第9,921,451号的实施例7中所述。洋红色粒子基于二甲基喹吖啶酮(PR 122),其用由乙烯基苄基氯和月桂基甲基丙烯酸酯形成的聚合物进行表面处理,如美国专利第9,697,778号和美国专利第9,921,451号的实施例5中所述。黄色粒子基于颜料黄155,其用由甲基丙烯酸甲酯和二甲基硅氧烷形成的聚合物进行表面处理。所有电泳介质还包括来自US2020/0355978的CCA111的实施例1的阳离子电荷控制剂。本发明两个实施例(12B和12E)的电泳介质所包括的电泳介质还包括另一种电荷控制剂(SolsperseTM8000)。第二种电荷控制剂的分子结构包括两个或者多个极性基(氨基)和非极性尾部。表8的实施例12A至实施例12E中提供了所有组合物和评估数据。表中的符号X表示组合物中存在相应成分。通过上面描述的色域测量方法测量电泳显示器的色域。表中每种颜色状态的C*(色度)测量值通过颜色计算机测量。通过实施例6中公开的方法测量Zeta电位。
表8.具有含电荷控制剂或者电荷控制剂组合的电泳介质的电泳显示器的组合物和评估数据。
表8的数据表明,具有包括电荷控制剂组合(来自US2020/0355978的CCA111的实施例1的电荷控制剂和SolsperseTM8000)的电泳介质的电泳显示器表现出改善的电光性能。具体地,包括SolsperseTM8000与阳离子电荷控制剂(以及Zeta电位为7的黄色粒子)组合的电泳显示器电泳介质的色域大于具有包括相同黄色粒子而不包括SolsperseTM8000的电泳介质的电泳显示器(实施例12B相对于比较实施例12A)的色域。类似地,实施例12E的显示器的色域大于实施例12D的色域。
实施例13:具有(a)具有电荷控制剂或者电荷控制剂的组合的电泳介质以及(b)包括水溶性醚的密封层的电泳显示器的组合物和评估数据。
制备并评估了另一系列具有不同II型电泳介质的微单元电泳显示器。显示器的结构如上文实施例12中所述。另外,电泳粒子的性质在实施例12中进行了描述。形成实施例12的电泳显示器的密封层的实施例13(来自实施例11A)的所有水性密封组合物均包括水溶性醚。所有电泳介质还包括来自US2020/0355978的CCA111的实施例1的阳离子电荷控制剂。如表9所示,制备了具有不同聚合物含量和Zeta电位的不同黄色粒子。表中的符号X表示组合物中存在相应成分。通过上面描述的色域测量方法测量电泳显示器的色域。表中每种颜色状态的C*(色度)测量值通过颜色计算机测量。通过实施例6中公开的方法测量Zeta电位。
表9.具有(a)具有电荷控制剂或者电荷控制剂组合的电泳介质以及(b)具有不同聚合物含量的黄色粒子的电泳显示器的组合物和评估数据。
表9的数据表明,在形成密封层的密封组合物中加入水溶性醚显著改善了相应电泳显示器(实施例13A相对于比较实施例12A,实施例13B相对于实施例12B,实施例13C相对于比较实施例12C,实施例13E相对于比较实施例12D,实施例13F相对于实施例12E的色域)的电光性能。此外,表9的数据表明,在电泳介质中存在电荷控制剂的组合与类似的黄色粒子的显示器(实施例13B相对于实施例13A、实施例13D相对于实施例13C、实施例13F相对于实施例13D等的色域)中观察到了改善的电光性能。最后,表9的数据表明,具有含有较低Zeta电位的黄色粒子的电泳介质表现出更好的性能(实施例13H与实施例13G的色域)。颜色性能的改善可以归因于更好的黄色状态和绿色状态,正如这两个状态下C*的增加所示。而且,还可以获得更中性的暗状态(黑色),如与比较例13A(并且也来自表8的一系列实施例)相比,比较实施例13B的较低暗状态C*所示。因此,(a)电荷控制剂的组合(来自US2020/0355978的CCA111的实施例1的阳离子电荷控制剂和SolsperseTM8000)和(b)在电泳显示器的水性密封组合物中使用水溶性醚二者均改善了相应电泳显示器的黄色、绿色和暗状态以及总体色域。在所有实施例中都观察到了这种改善,与所用的黄色粒子无关(参见实施例13D相对于实施例13C,实施例12E相对于比较实施例12D,以及实施例13F相对于实施例13E)。然而,表1的数据示出了,在黄色粒子的Zeta电位在6-11范围内并且黄色粒子的聚合物含量相对较低的实施例中达到了最广的色域,例如,在实施例13F和实施例13H中。
因此,一般而言,具有(a)具有电荷控制剂组合的电泳介质,(b)形成密封层的水性密封组合物中的水溶性醚和(c)具有相对低的聚合物含量,同时保持低Zeta电位的黄色粒子的电泳介质(实施例13G和实施例13H)的电泳显示器,示出了黄色状态的较高色度(C*)、绿色状态的较高色度(C*)和暗状态的较低C*。本发明的发明人还观察到,具有所提供的特征(a),(b)和(c)的显示器与不具有这些特征的显示器相比,示出了从暗状态到白色状态(当以+24V至-24V的电压扫描驱动时)的明显更快的切换速度。在具有含有黄色粒子且聚合物含量相对较低的电泳介质的显示器中观察到了最明显的切换速度的改善,例如实施例13F,其中聚合物含量为黄色粒子重量的32.7重量%。
实施例14:包括(a)具有电荷控制剂或者电荷控制剂组合的电泳介质以及(b)水溶性醚的电泳显示器的组合物和评估数据。
制备并评估了另一系列具有不同II型电泳介质的微单元电泳显示器。显示器的结构如上文实施例12中所描述。另外,电泳粒子的性质在实施例12中进行了描述。
形成实施例14的电泳显示器的密封层的实施例14的两种水性密封组合物(来自实施例11A)包括水溶性醚(实施例14D和实施例14E)。形成实施例14的电泳显示器的密封层的实施例14的其余水性密封组合物(来自实施例11B)不包括水溶性醚(比较实施例14A、实施例14B、实施例14C和实施例14F)。所有电泳介质还包括来自US2020/0355978的CCA111的实施例1的阳离子电荷控制剂。实施例14的三种电泳介质组合物(实施例14B、实施例14E和实施例14F)还包括第二电荷控制剂(SolsperseTM8000)。第二种电荷控制剂的分子结构包括两个或者多个极性基(氨基)和非极性尾部。实施例的所有黄色粒子均含有相同的聚合物含量,即占粒子重量的33.3%。表中的符号X表示组合物中存在相应成分。通过上面描述的色域测量方法测量电泳显示器的色域。表中每种颜色状态的C*(色度)测量值通过颜色计算机测量。表10中提供了组合物和评价数据。
表8和表9的组合数据示出了,要素(a)电泳介质中的SolsperseTM8000和(b)密封层中的水溶性醚的存在具有协同作用,这可以通过比较实施例12A、实施例12B、实施例13A和实施例13B得出。也就是说,通过在电泳介质中包括(a)SolsperseTM8000和在密封层中包括(b)水溶性醚来扩大色域的效果大于要素(a)和(b)各自独立添加的效果。
表8和表9的组合数据还示出了,要素(b)密封层中存在水溶性醚(c)黄色粒子上聚合物含量较低具有协同效应,这可以通过比较实施例12A、实施例12C、实施例13A和实施例13C得出。也就是说,通过在电泳介质中包括(c)具有较低含量聚合物的黄色粒子和在密封层中包括(b)水溶性醚来扩大色域的效果大于要素(c)和(b)各自独立添加的效果。
表10.具有(a)具有电荷控制剂或者电荷控制剂组合的电泳介质以及(b)水溶性醚的电泳显示器的组合物和评估数据。
本发明的发明人意外地发现,在形成微单元电泳显示器的密封层的水性密封组合物中具有水溶性醚对显示器颜色性能的作用,可以部分地通过在电泳介质中加入水溶性醚来达到。表10的数据示出了这一点。实施例14C的数据示出了,与对照比较实施例14A相比,来自US2020/0355978的CCA111的实施例1中的电荷控制剂与二丙二醇二甲醚在电泳介质中的存在改善了相应显示器的电光性能。在比较实施例14C的电泳介质中进一步添加第二种电荷控制剂(SolsperseTM8000)导致进一步地改善,如实施例14F所示,尽管其作用不如在形成密封层的水性密封组合物中具有水溶性醚(实施例14E)那么明显。
微单元电泳显示器采用各种电泳介质(II型)构建。该显示器包括第一透光电极层、包括多个微单元的微单元层,多个微单元中的每个微单元具有开口,密封层,密封层跨越多个微单元的开口,以及第二电极层(底部电极)。
以上描述了本申请的技术的若干方面和实施例,应当理解,本领域的普通技术人员将容易地想到各种改变、修改和改进。这种改变、修改和改进旨在符合本申请所述技术的精神和范围。例如,本领域的普通技术人员将容易地设想出用于执行该功能和/或者获得该结果和/或者本文所述一个或者多个优点的各种其他方法和/或者结构,并且每个这种变化和/或者修改被视为在本文所述的实施例的范围内。

Claims (20)

1.一种电泳介质包括:
非极性流体;
第一类型粒子,所述第一类型粒子包括第一类型颜料,所述第一类型颜料是无机的并且具有第一颜色,所述第一类型粒子具有第一电荷极性;
第二类型粒子,所述第二类型粒子包括第二类型颜料,所述第二类型颜料具有第二颜色,所述第二颜色不同于所述第一颜色,所述第二类型粒子具有第二电荷极性,所述第二电荷极性与所述第一电荷极性相反;
第三类型粒子,所述第三类型粒子包括具有第三颜色的第三类型颜料,所述第三颜色不同于所述第一颜色和所述第二颜色,所述第三类型粒子具有所述第二电荷极性;以及
第四类型粒子,所述第四类型粒子包括具有第四颜色的第四类型颜料,所述第四颜色不同于所述第一颜色、所述第二颜色和所述第三颜色,所述第四类型粒子具有所述第一电荷极性或者所述第二电荷极性;
第一电荷控制剂,所述第一电荷控制剂具有分子结构,所述第一电荷控制剂的所述分子结构包括至少一个季铵基和非极性尾部;以及
第二电荷控制剂,所述第二电荷控制剂具有分子结构,所述第二种电荷控制剂的所述分子结构包括两个或者多个极性基、以及非极性尾部,所述两个或者多个极性基选自以下所组成的族群:氨基、磺酸基、硫酸基、亚磺酸基、羧酸基、膦酸基、膦酸酯基、磷酸基、羟基、硫醇基、α-二酮基、β-二酮基、环氧乙烷基和环氧丙烷基,所述非极性尾部包括聚合基,所述聚合基通过包括具有至少十个碳原子的烷基或者烯基的单体形成。
2.根据权利要求1所述的电泳介质,其中用于形成所述第二电荷控制剂的所述非极性尾部的所述聚合基的所述单体的所述分子结构包括羧酸、羧酸酐或者羧酸卤化物,其中所述羧酸和所述羧酸卤化物包括10至22个碳原子,以及其中所述羧酸酐包括20至44个碳原子。
3.根据权利要求2所述的电泳介质,其中形成所述第二电荷控制剂的聚合尾部的所述单体的所述分子结构还包括羟基或者氨基。
4.根据权利要求1所述的电泳介质,其中用于形成所述第二电荷控制剂的聚合尾部的所述单体选自以下所组成的族群:蓖麻油酸、亚油酸、油酸、亚油酸、蓖麻油酸的酸卤化物、亚油酸的酸卤化物、亚麻酸的酸卤化物、蓖麻油酸酐、亚油酸酐、油酸酐及亚麻酸酐。
5.根据权利要求1所述的电泳介质,其中所述第二电荷控制剂的所述分子结构包括具有烷基或者烯基分支和两个末端极性官能团的梳状聚合物。
6.根据权利要求1所述的电泳介质,还包括水溶性醚,所述水溶性醚具有75至5,000道尔顿的分子量。
7.根据权利要求1所述的电泳介质,其中所述第一类型粒子、所述第二类型粒子、所述第三类型粒子、以及所述第四类型粒子具有一层聚合物,所述聚合物与所述第一类型、所述第二类型、所述第三类型和所述第四类型的颜料复合、吸附或者共价结合。
8.根据权利要求7所述的电泳介质,其中所述第二类型粒子和所述第四类型粒子包括由甲基丙烯酸甲酯和包含二甲基硅氧烷的单体形成的聚合物。
9.根据权利要求7所述的电泳介质,其中所述第三类型粒子通过(a)用甲基丙烯酸甲酯和包括二甲基硅氧烷的单体处理颜料粒子或者(b)用乙烯基苄基氯和丙烯酸酯或者甲基丙烯酸酯单体处理颜料粒子形成。
10.根据权利要求1所述的电泳介质,还包括水溶性醚,所述水溶性醚具有75至5,000道尔顿的分子量。
11.根据权利要求1所述的电泳介质,其中所述第二类型粒子、所述第三类型粒子和所述第四类型粒子的极性全部为正,其中所述第二类型粒子具有第二Zeta电位,其中所述第三类型粒子具有第三Zeta电位,其中所述第四类型粒子具有第四Zeta电位,其中所述第一Zeta电位大于所述第二Zeta电位和所述第三Zeta电位,以及其中所述第四Zeta电位小于所述第三Zeta电位。
12.根据权利要求1所述的电泳显示器,其中所述第一颜色是白色,所述第二颜色是青色,所述第三颜色是洋红色,以及所述第四颜色是黄色。
13.一种彩色电泳显示器,包括:
位于观看表面的第一透光电极层;
第二电极层,所述第二电极层包括耦合到像素电极的薄膜晶体管阵列;以及
电光材料层,所述电光材料层包括权利要求1所述的电泳介质,所述电光材料层设置在所述第一透光电极层与所述第二电极层之间。
14.一种彩色电泳显示器,包括:
第一透光电极层;
微单元层,所述微单元层包括多个微单元,所述多个微单元的每一个微单元具有开口,所述多个微单元的每一个微单元包括电泳介质;
密封层,密封层横跨每一个微单元的所述开口,以及
第二电极层;
所述电泳介质包括:
非极性流体;
第一类型粒子,所述第一类型粒子包括第一类型颜料,所述第一类型颜料是无机的并且具有第一颜色,所述第一类型粒子具有第一电荷极性;
第二类型粒子,所述第二类型粒子包括第二类型颜料,所述第二类型颜料具有第二颜色,所述第二颜色不同于所述第一颜色,所述第二类型粒子具有第二电荷极性,所述第二电荷极性与所述第一电荷极性相反;
第三类型粒子,所述第三类型粒子包括具有第三颜色的第三类型颜料,所述第三颜色不同于所述第一颜色和所述第二颜色,所述第三类型粒子具有所述第二电荷极性;以及
第四类型粒子,所述第四类型粒子包括具有第四颜色的第四类型颜料,所述第四颜色不同于所述第一颜色、所述第二颜色和所述第三颜色,所述第四类型粒子具有所述第一电荷极性或者所述第二电荷极性;
第一电荷控制剂,所述第一电荷控制剂具有分子结构,所述第一电荷控制剂的所述分子结构包括季铵基和非极性尾部;
其中所述彩色电泳显示器包括水溶性醚,所述水溶性醚具有75至5,000道尔顿的分子量,所述水溶性醚存在于所述彩色电泳显示器的所述密封层中或者电泳层中。
15.根据权利要求14所述的彩色电泳显示器,其中所述电泳介质还包括具有分子结构的第二电荷控制剂,所述第二电荷控制剂的所述分子结构包括两个或者多个极性基、以及非极性尾部,所述两个或者多个极性基选自以下所组成的族群:氨基、磺酸基、硫酸基、亚磺酸基、羧酸基、膦酸基、亚膦酸基、磷酸基、羟基、巯基、α-二酮基、β-二酮基、环氧乙烷基以及环氧丙烷基,所述非极性尾部包括聚合基,所述聚合基通过包括具有至少十个碳原子的烷基或者烯基的单体形成。
16.根据权利要求14所述的彩色电泳显示器,其中所述第二类型粒子具有第二Zeta电位,所述第三类型粒子具有第三Zeta电位,以及所述第四类型粒子具有第四Zeta电位,其中所述第二Zeta电位、所述第三Zeta电位和所述第四Zeta电位为正,其中所述第二Zeta电位大于所述第三、第四Zeta电位,并且其中所述第四Zeta电位小于所述第三Zeta电位。
17.根据权利要求14所述的彩色电泳显示器,其中
所述第四类型粒子包括颜料粒子和聚合物,所述聚合物的含量小于所述粒子的重量的35重量%。
18.根据权利要求14所述的彩色电泳显示器,其中所述第一颜色是白色,所述第二颜色是青色,所述第三颜色是洋红色,以及所述第四颜色是黄色。
19.根据权利要求14所述的彩色电泳显示器,其中所述第二类型粒子和所述第四类型粒子包括由甲基丙烯酸甲酯和包含二甲基硅氧烷的单体形成的聚合物。
20.根据权利要求14所述的彩色电泳显示器,其中所述第三类型粒子通过(a)用甲基丙烯酸甲酯和包括二甲基硅氧烷的单体处理颜料粒子或者(b)用乙烯基苄基氯和丙烯酸酯或者甲基丙烯酸酯单体处理颜料粒子形成。
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