用于电润湿、电流体和电泳技术的彩色流体的制作方法

专利名称：用于电润湿、电流体和电泳技术的彩色流体的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及电润湿领域，更加具体的涉及用于电润湿、电流体或电泳装置的彩色流体，以及电润湿、电流体和电泳装置。
背景技术：
电润湿已经成为一个在各种光学应用中具有吸引力的调制方案，部分原因是由于高亮度和对比度，大的视角以及快的开关速度的理想结合。此外，因为不需要前光或背光， 电润湿显示器的功耗相对较低。例如，电润湿已被用来作为纤维光学的光开关，作为相机和制导系统，光学拾取装置，光波导材料，以及视频显示分辨率的光学快门或滤光片。术语“电润湿”是指电场对液体与疏水性表面的接触角的影响。通过电场使得液体分散到，或润湿最初排斥液体的表面，造成装置的光谱特性的变化。当电场被去除之后，接触角增加并且液体收缩到一个区域，该区域中光谱特性恢复到初始状态。不相容的彩色流体(colored immiscible fluids)是电流体和电润湿装置必不可少的部分，再现视觉信息和效果是应用所需要的。传统的电润湿装置典型的具有在绝缘的含氟聚合物上形成膜的彩色油。该彩色油膜赋予装置可见的颜色。当在位于油膜上方的水层以及在含氟聚合物下方的电极之间施加电压时，油膜被破坏而水电润湿该表面。被破坏的油膜不再为装置提供颜色。一旦电压去除，油会优先润湿绝缘的含氟聚合物，油膜重新形成，并且颜色再次可见。通常，着色剂可以是染料或颜料。从历史上看，选择染料作为着色剂已经用于各种数字应用，例如喷墨墨水(inkjet inks)，彩色滤光片，和电润湿装置。但是染料有一定的缺点，包括光线和耐候性不足。其它缺点包括成本高，特别是纯化形式的，在非极性溶剂中溶解度不足，低抗流失性(resistance to bleed)，和/或缺乏阻光度。在采用染料作为着色剂的应用中，由于有机颜料理想的耐光性和抗溶剂性和抗流失性(bleed)，发现有机颜料的使用近年来在增加。这些应用包括，例如，用于书写工具的墨水，其中水或油溶性染料已被用作着色剂；并且用于塑料的着色剂，其中油溶性染料已经作为高透明度的着色剂被使用了。用于液晶彩色滤光片，碳粉和喷墨墨水的着色剂的颜料的需求也有所增加。通过电润湿作用的许多装置使用水和油的组合。但是，水的物理性质，例如高温以及冰点时的扩张，限制了其在这些装置中的应用。虽然使用水和常规染料的相关问题正在解决，但对用于不同电润湿和电流体装置的彩色流体进行改进仍然存在明确的需要。这将有利于为电润湿、电流体或电泳装置提供改进的彩色流体，例如，可以提高装置的性能，并且保持所需的功能超过优选的时长。

发明内容
本发明的实施方式提供用于电润湿、电流体或电泳装置的彩色流体。在一个实施方式中，彩色流体含有至少一种非水极性溶剂，所述非水极性溶剂具有(a)在 25°C 时 0. IcP 到 50cP 的动态粘度，(b)在 25°C 时 25dynes/cm 到 55dynes/cm 的表面张力，以及(c) 40%到80%的相对电润湿反应值(electrowetting relative response)。 彩色流体进一步含有至少一种选自颜料和/或染料的着色剂。彩色流体定义(defines) 了一种彩色极性流体。在另一个实施方式中，彩色流体进一步含有至少一种非极性溶剂和至少一种选自颜料和/或染料的有机着色剂。彩色流体是黑颜色的，具有从Ops/cm到5pS/cm的电导率， 以及小于3的介电常数。彩色流体定义了一种彩色极性流体。在另一个实施方式中，公开了用于显示器的像素，该像素包括储存器以及位于储存器中的彩色流体。彩色流体含有至少一种非极性溶剂和至少一种选自颜料和/或染料的有机着色剂。彩色流体是黑颜色的，具有从OpS/cm到5pS/cm的电导率，以及小于3的介电常数。大量带电颗粒悬浮在彩色流体中。多个电极被配置(configure)成应用电位差有效地造成带电颗粒在彩色流体中至少相对一个电极进行移动。在另外一个实施方式中，用于显示器的像素包括储存器以及位于储存器中的彩色流体，其包括至少一种非水极性溶剂，所述彩色流体具有(a)在25°C时0. IcP到50cP的动态粘度，(b)在25°C时25dynes/cm到55dynes/cm的表面张力，以及(c)40%到80%的相对电润湿反应值；以及至少一种选自颜料和/或染料的着色剂。多个电极被配置成应用电位差有效地造成彩色流体相对至少一个电极进行移动。在另一个实施方式中，用于显示器的像素包括储存器以及位于储存器中的彩色流体，该彩色流体含有至少一种非极性溶剂和至少一种选自颜料和/或染料的有机着色剂。 彩色流体是黑颜色的，具有从OpS/cm到5pS/cm的电导率，以及小于3的介电常数。极性流体也在储存器中，并且占据储存器中没有被彩色流体占据的空间。多个电极被配置成应用电位差有效地造成极性流体相对至少一个电极进行移动，由此，这种极性流体的移动改变彩色流体的形状。在显示器(display)技术中，这种彩色流体的使用提供了耐用性的改善，并在分散状态下提供更高水平的色度，以及通过颜料的选择具有实现更高对比度的能力。彩色流体也能提供快的开关速度，低的功耗，更高的装置耐用性。


附图被纳入并作为说明书的一部分，阐述了本发明的实施方式，并与上述本发明的一般性描述以及接下来的实施方式的详细描述一起用于解释本发明的原理。图IA是本发明一个实施方式的作为显示器像素的电润湿装置的剖面示意图；图IB是图IA电润湿装置的像素的显示状态改变后的剖面示意图；图2A是本发明一个实施方式的作为显示器像素的电润湿装置的剖面示意图；图2B是图IA电润湿装置的像素的显示状态改变后的剖面示意图；图3A是本发明一个实施方式的作为显示器像素的电润湿装置的剖面示意图；图;3B是图3A电润湿装置的像素的显示状态改变后的剖面示意图3C是图3C电润湿装置的像素的显示状态改变后的剖面示意图；图4A是本发明一个实施方式的作为显示器像素的电泳装置的剖面示意图；以及图4B是图4A电泳装置的像素的显示状态改变后的剖面示意图。
具体实施例方式本发明针对用于电润湿或电流体装置的彩色流体。电润湿装置典型的由疏水性介质和电极组成，并且可能包括其它亲水性表面。通常，基板和连接组件暴露于极性和/或非极性流体，优选是液体形式。根据本发明的实施方式，彩色流体通常含有至少一种非水极性溶剂，至少一种着色剂，着色剂可以是颜料和/或染料，以及任选的分散剂，增效剂，表面活性剂，树脂，聚合物，生物杀灭剂(biocide)，其它本领域已知的添加剂，或者它们的任意组合。彩色流体定义了一种彩色极性流体。非水极性溶剂中的修饰语“非水”是为了从极性溶剂的潜在列表中排除水。在一个实施例中，彩色流体不含非极性溶剂。在另一个实施方式中，彩色流体通常含有至少一种非极性溶剂，至少一种着色剂， 着色剂可以是颜料和/或染料，以及任选的分散剂，增效剂，表面活性剂，其它本领域已知的添加剂，或者它们的任意组合。彩色流体定义了一种彩色非极性流体。在一个实施例中， 彩色流体是黑颜色的。在另一个实施例中，非极性溶剂的彩色流体不含有树脂和/或极性溶剂。本发明的非水极性溶剂可以是单独的溶剂或两种或两种以上溶剂的任意组合。非水极性溶剂的实例包括但不限于乙二醇，乙醇，多元醇，醚，酯，酮，缩醛，缩酮，内酯，碳酸酯(carbonates)，内酰胺，氨基甲酸酯(氨基甲酸酯)，脲(ureas)，吡咯烷，卩比咯烷酮，砜， 亚砜，酰胺，伯、仲、叔或季胺(amines)，亚胺，腈，羧酸，醛，卤化、硫代(thio)或硝基化合物，以及它们的任意混合。在一个实施例中，非水极性溶剂是内酯，碳酸酯，或选自1，2_丙二醇，1，3-丙二醇，1，4_ 丁二醇，一缩二乙二醇(diethylene glycol)或一缩二丙二醇 (dipropylene glycol)的二醇。非水极性溶剂还可以含有一种，两种或多种相同或不同的描述于其分子式中的官能团，其可以是脂肪族，芳香族，脂环和/或杂环类。在一个实施例中，非水极性溶剂选自一个或多个下列化学式
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权利要求
1.用于电润湿、电流体或电泳装置的彩色流体，该彩色流体含有至少一种非水极性溶剂，所述非水极性溶剂具有(a)在25°C时0. IcP到50cP的动态粘 度，(b)在25°C时25dynes/cm到55dynes/cm的表面张力，以及(e) 40%到80%的相对电润 湿反应值；以及至少一种选自颜料和/或染料的着色剂。
2.根据权利要求1所述的彩色流体，其中，所述非水极性溶剂选自由乙二醇，乙醇，多 元醇，醚，酯，酮，缩酸，缩酮，内酯，碳酸酯，内酰胺，氨基甲酸酯，脲，卩比略烧，卩比略烧酮，砜， 亚砜，酰胺，伯、仲、叔或季胺，亚胺，腈，羧酸，酸，商化、硫代或硝基化合物，以及它们的任意 组合组成的组。
3.根据权利要求1所述的彩色流体，其中，所述非水极性溶剂选自一个或多个下列化 学式
4.根据权利要求1所述的彩色流体，其中，所述非水极性溶剂选自由1，2-丙二醇，1，3-丙二醇，1,4- 丁二醇，一缩二乙二醇，一缩二丙二醇，碳酸乙烯酯，碳酸丙烯酯，碳酸1， 2-丁烯酯，碳酸1，2_环己烷酯，碳酸甘油酯，碳酸二甲酯，碳酸二乙酯，苯乙酮，吡啶，丙二酸二甲酯，二丙酮醇，羟丙基氨基甲酸酯，β-羟乙基氨基甲酸酯，N-甲基甲酰胺，N-甲基乙酰胺，二甲亚砜，环丁砜，2-吡咯烷酮，N-甲基-2-吡咯烷酮，N-环己基-2-吡咯烷酮， 丙酮基丙酮，环己酮，乙酰乙酸乙酯，L-乳酸乙酯，吡咯，N-甲基吡略，N-乙基吡咯，4Η-吡喃-4-酮，1，3-二甲基-2-咪唑啉酮，吗啉，N-甲基吗啉，N-乙基吗啉，N-甲酰基吗啉，β -丙内酉旨，β —戊内酉旨，β—己内酉旨，Y —丁内酉旨，Y —戊内酉旨，Y—己内酉旨，Y —庚内酉旨，Y —辛内酯，Y-壬内酉旨，Y-癸内酉旨，S-戊内酯，S-己内酯，S-庚内酉旨，S-辛内酉旨，S-壬内酉旨， S-癸内酯，δ-十四内酯，δ-十八内酯，以及它们的任意组合组成的组。
5.根据权利要求1所述的彩色流体，其中，所述着色剂为颜料。
6.根据权利要求5所述的彩色流体，其中，所述颜料是自分散颜料。
7.根据权利要求6所述的彩色流体，其中，所述彩色流体不含有表面活性剂，分散剂， 以及树脂。
8.根据权利要求5所述的彩色流体，其中，所述颜料含有大量重均粒径从IOnm到 5000nm的颗粒。
9.根据权利要求5所述的彩色流体，其中，所述彩色流体还含有至少一种分散剂。
10.根据权利要求5所述的彩色流体，其中，所述颜料为自分散颜料，所述非水极性溶剂选自由内酯，碳酸酯，1,2-丙二醇，1，3-丙二醇，1,4- 丁二醇，一缩二乙二醇以及一缩二丙二醇组成的组，且其中所述彩色流体不含有表面活性剂，分散剂，以及树脂。
11.根据权利要求1所述的彩色流体，其中，所述着色剂为染料。
12.根据权利要求11所述的彩色流体，其中，所述彩色流体不含有表面活性剂，分散剂，以及树脂。
13.根据权利要求1所述的彩色流体，其中，所述彩色流体还含有分散剂，延伸物，增效剂，表面活性剂，树脂，聚合物，生物杀灭剂，或它们的任意组合。
14.根据权利要求1所述的彩色流体，其中，所述彩色流体含有基于彩色流体总重量的 60. Owt %到99. 9wt%的非水极性溶剂和0. Iwt %到40. Owt %的着色剂。
15.根据权利要求14所述的彩色流体，其中，所述着色剂为颜料，且所述彩色流体还含有基于颜料重量百分比的0. Iwt %到200wt%的分散剂。
16.根据权利要求1所述的彩色流体，其中，所述非水极性溶剂的介电常数大于10。
17.根据权利要求1所述的彩色流体，其中，所述彩色流体不含有非极性溶剂。
18.根据权利要求1所述的彩色流体，其中，所述彩色流体具有在25°C时0.IcP到 IOOOcP的动态粘度，在25°C时2dynes/cm到55dynes/cm的界面张力，以及10%到80%的相对电润湿反应值。
19.根据权利要求18所述的彩色流体，其中，所述彩色流体具有大于5μS/cm的电导率。
20.根据权利要求18所述的彩色流体，其中，该彩色流体具有在25°C时至少4周的色彩稳定性。
21.用于电润湿、电流体或电泳装置的彩色流体，该彩色流体含有至少一种非极性溶剂；至少一种选自颜料和/或染料的有机着色剂；并且，其中所述彩色流体是黑颜色的，具有从OpS/cm到5pS/cm的电导率，以及小于3的介电常数。
22.根据权利要求21所述的彩色流体，其中，所述有机着色剂是黑色着色剂或者是为彩色流体提供黑颜色的两种或两种以上有机着色剂的组合。
23.根据权利要求22所述的彩色流体，其中，所述有机着色剂选自由C.I.颜料黑1，2， 3，C. I.还原黑 1,2,7,8,9,16，19，20，21，23，25，27，28，29，30，35，44，52，53，54，55，56，57， 58，63，64和65组成的黑色着色剂的组。
24.根据权利要求21所述的彩色流体，其中，所述有机着色剂为偶氮，吖嗪，苯并咪唑酮，甲亚胺，甲川，蒽醌，芳胺醌，酞菁，芘酮，二酮吡咯并吡咯，靛蓝，硫靛蓝，二噁嗪，异吲哚啉，异吲哚啉酮，亚胺异吲哚啉，亚胺异吲哚啉酮，喹吖啶酮，黄烷士酮，阴丹酮，阴丹士林， 吲哚-硫茚，蒽嵌蒽醌，蒽素嘧啶，茈，喹啉酞酮，蒽酮紫，异蒽酮紫，蒽烯紫，皮蒽酮，或它们的任意组合，以向彩色流体提供黑颜色。
25.根据权利要求21所述的彩色流体，其中，所述非极性溶剂是直链或支链烷烃，芳基烷烃，脂肪酸，醇，芳香族或脂环族烃，杂环化合物，商化烃，基于硅或锗的聚合物或低聚物， 环硅氧烷，或它们的组合。
26.根据权利要求21所述的彩色流体，其中，所述彩色流体不含有极性溶剂和/或树脂。
27.一种用于显示器的像素，该像素包括 储存器；储存器中的彩色流体，所述彩色流体含有至少一种非极性溶剂和至少一种选自颜料和 /或染料的有机着色剂，彩色流体为黑颜色，具有OpS/cm到5pS/cm的电导率，以及具有小于 3的介电常数；大量悬浮在彩色流体中的带电颗粒；以及多个电极，该多个电极被配置成通过应用电位差有效地造成带电颗粒在彩色流体中相对至少一个电极进行移动。
28.一种用于显示器的像素，该像素包括 储存器；储存器中的彩色流体，所述彩色流体含有至少一种非水极性溶剂，所述非水极性溶剂具有(a)在 25°C 时 0. IcP 到 50cP 的动态粘度，(b)在 25°C 时 25dynes/cm 到 55dynes/cm 的表面张力，以及(c)40%到80%的相对电润湿反应值；以及至少一种选自颜料和/或染料的着色剂；以及多个电极，该多个电极被配置成通过应用电位差有效地造成彩色流体相对至少一个电极进行移动。
29.一种用于显示器的像素，该像素包括 储存器；储存器中的彩色流体，所述彩色流体含有至少一种非极性溶剂和至少一种选自颜料和 /或染料的有机着色剂，彩色流体为黑颜色，具有OpS/cm到5pS/cm的电导率，以及具有小于 3的介电常数；储存器中的极性流体，所述极性流体占据储存器中没有被彩色流体占据的空间；以及多个电极，该多个电极被配置成通过应用电位差有效地造成极性流体相对至少一个电极进行移动，这种极性流体的移动改变了彩色流体的形状。
全文摘要
公开了用于电润湿、电流体或电泳装置的彩色流体，以及装置自身。彩色流体可以含有非水极性溶剂，所述非水极性溶剂具有(a)在25℃时0.1cP到50cP的动态粘度，(b)在25℃时25dynes/cm到55dynes/cm的表面张力，以及(c)40％到80％的相对电润湿反应值。这种彩色流体进一步含有选自颜料和/或染料的着色剂。在另一个实施方式中，彩色流体可以含有非极性溶剂和选自颜料和/或染料的有机着色剂。这种彩色流体可以是黑颜色的，并具有从0pS/cm到5pS/cm的电导率，以及小于3的介电常数。在显示器技术中，这种彩色流体的使用提供了耐用性的改善，并在分散状态下提供更高水平的色度，以及实现更高对比度的能力。
文档编号G02B26/02GK102369474SQ201080011667
公开日2012年3月7日 申请日期2010年3月15日 优先权日2009年3月13日
发明者A·米拉尔契克, J·C·海肯费尔德, L·克拉普, R·施瓦茨, S·G·维尔纳 申请人:太阳化学公司