專利名稱：離子－顏色控制的電泳顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種離子-顏色控制的電泳顯示裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實現(xiàn)一種離子-顏色控制的電泳顯示裝置，通過該裝置進行彩色顏色顯示不僅應(yīng)答反應(yīng)快，而且反差大，視角寬，適用于圖像和文字顯示。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案，這種離子-顏色控制的電泳顯示裝置包括有電極、電泳池，在電泳池中具有進行顏色和圖像顯示的顯示材料，和采用電場直接驅(qū)動、用于控制所述顯示材料進行顏色和圖像顯示的離子化的物質(zhì)。
本發(fā)明的離子-顏色控制的電泳顯示裝置其顯著特點是不用電場直接驅(qū)動用于進行圖像顯示所用的顯示材料，而是在電場的作用下驅(qū)動用于控制顯示材料進行顯示的非顯示物質(zhì)。通過控制這些非顯示物質(zhì)的濃度而控制顯示材料的顏色變化達到進行圖像文字顯示的。這是與通常所用的電泳顯示方法截然不同的。與通常的電泳顯示方法相比，這種借助電場驅(qū)動控制物質(zhì)而達到顏色顯示的方法是一種間接式的電泳驅(qū)動顯示方法。
在本發(fā)明的離子-顏色控制的電泳顯示裝置中，所述的控制顯示材料的離子化物質(zhì)為可以離子化的無機物、或可以離子化的有機物、或可以離子化的高分子類化合物，可以離子化的無機物是無機酸中的一種或幾種、或無機堿中的一種或幾種、或無機鹽中的一種或幾種；可以離子化的有機物是有機酸中的一種或幾種、或有機堿中的一種或幾種、或有機酸和有機堿的鹽類化合物；可以離子化高分子類化合物例如有天然高分子化合物、或合成的高分子化合物，天然高分子化合物包括有纖維素、多糖類、脂肪酸類、蛋白質(zhì)和核酸中的一種或幾種；合成的高分子化合物例如有聚丙烯酸、聚賴氨酸、聚精氨酸、聚谷氨酸和聚天門冬氨酸中的一種或幾種，所述的控制顯示材料的離子化物質(zhì)或是以游離的方式于電泳溶液中，或是被固化在支持物上，這里所說的固化包括通過化學(xué)鍵的方式偶聯(lián)在支持物上或者是截留在支持物內(nèi)。
在本發(fā)明的離子-顏色控制的電泳顯示裝置中，所述的顯示材料包括有酸堿指示劑類化合物、熒光指示劑類化合物、染料、色素和高分子發(fā)色化合物中的一種或幾種，所述的顯示材料或是以游離的方式于電泳溶液中，或是被固化在支持物上，這里所說的固化包括通過化學(xué)鍵的方式偶聯(lián)在支持物上或者是截留在支持物內(nèi)。
在本發(fā)明的離子-顏色控制的電泳顯示裝置中，所述的顯示材料中的化合物為兩種或兩種以上時，它們的重量比例或是均一的，或是非均一的。
在本發(fā)明的離子-顏色控制的電泳顯示裝置中，所述的顯示材料為熒光指示劑類化合物，并配備有一個對應(yīng)的紫外光源系統(tǒng)。
在本發(fā)明的離子-顏色控制的電泳顯示裝置中，所述的電泳池中的顯示材料和控制顯示材料的離子化物質(zhì)在表觀上或是液體式，或是液體-固體式，或是固體式，固體式并包括微囊、微球系統(tǒng)，所述的顯示材料和控制顯示材料的離子化的物質(zhì)所組成的電泳溶液或是水溶性，或是非水溶性，或是二者混溶性。
在本發(fā)明的離子-顏色控制的電泳顯示裝置中，所述的用于固化顯示材料和控制顯示材料的離子化的物質(zhì)的固化材料或是纖維素高分子材料、或是凝膠類高分子材料、或是樹脂類高分子材料、或是塑料類高分子材料，但是，不限于這些材料。
在本發(fā)明的離子-顏色控制的電泳顯示裝置中，所述的電極的材料或是金屬材料、或是無機透明導(dǎo)電材料、或是有機透明導(dǎo)電材料，所述的電極或是一個電極、或是兩個電極是透明的，所述的電極上的驅(qū)動電壓或是交流、或是直流的。
在本發(fā)明的離子-顏色控制的電泳顯示裝置中，所述的顯示材料和控制顯示材料的離子化的物質(zhì)所組成的顯示層和電極之間設(shè)有電解質(zhì)層，電解質(zhì)層或是電橋、或是導(dǎo)電層，電解質(zhì)層或是無機物、或是有機物、或是高分子、或是它們的混合物所構(gòu)成。
在本發(fā)明的離子-顏色控制的電泳顯示裝置中，所述的離子-顏色控制的電泳顯示裝置或是固定式、或是折疊式的。
本發(fā)明的電泳顯示方法與陰極射線管的顯示機理有其相似之處。陰極射線管的顯示材料是由特殊的添加劑和高純度的磷組成的。在電子束的打擊下，磷將電子的能量轉(zhuǎn)換為可見光的輻射而進行顯示的，即有一個由電子-可見光的轉(zhuǎn)換過程。本發(fā)明是用離子控制顯示材料的發(fā)色基團的顏色變化而進行顯示的，即有一個由離子-發(fā)色團的轉(zhuǎn)換過程。
這些用于控制顯示材料進行顯示用的物質(zhì)主要是可以離子化的化合物，包括無機類，有機類和高分子化合物，無機類化合物例如鹽酸，硫酸，硫酸鈉，氯化鈉，氫氧化鈉，氫氧化鉀，但是不限于這些化合物。有機類化合物為有機酸，有機堿和可以離子化的化合物例如乙酸，丙酸，乙二胺，三乙胺，乙醇，丙醇，乙醇鈉，乙酸鈉，草酸鉀，丙氨酸，丙氨酸鈉，甘氨酸，但是不限于這些化合物。高分子化合物例如帶離子基團的纖維素類，凝膠類和樹脂類。兩性電解質(zhì)如天然產(chǎn)物氨基酸，蛋白質(zhì)類；合成的兩性電解質(zhì)。但是不限于這些化合物。在一個顯示系統(tǒng)中，控制顯示材料用的離子化物質(zhì)可以是一種也可以是兩種或兩種以上的離子化合物。
本發(fā)明的另一特點是所用的顯示材料是對離子濃度變化敏感的物質(zhì)。例如酸堿指示劑，熒光指示劑，氧化還原指示劑類化合物，染料，色素和高分子化合物等。這些化合物通常是由化學(xué)鍵偶聯(lián)方法固化在支持物上或者非化學(xué)偶聯(lián)的方法固化在支持內(nèi)。與這些顯示材料與控制材料相比，未經(jīng)進一步處理的顯示用的化合物，在自由電泳中，應(yīng)該在電場的作用下是不移動或者是移動非常有限。這些顯示材料的顏色變化取決于電泳系統(tǒng)溶液中的離子濃度。在一個顯示系統(tǒng)中，所用的顯示材料可以是單一的顯示材料，也可以是兩種或者兩種以上的顯示材料。因而，這種顯示裝置是基于單一顯示用的化合物或者多種顯示材料的混合物在分子水平進行顏色顯示的。
控制顯示材料的離子化的物質(zhì)，可以是可以離子化的無機物、或可以離子化的有機物、或可以離子化的高分子化合物。
可以離子化的無機物主要是以酸，堿和鹽類化合物。在水溶液或非水溶液中，這些化合物的解離度不同，以離子對的形式存在。請見在CRCHANDBOOK OF CHEMISTRY AND PHYSICS(71STEDITION1990-1991，David R。Lide)中可以離子化的化合物(4。41-4。119頁)。
可以離子化的無機物主要是有機酸，有機堿和它們的鹽類化合物。在水溶液或非水溶液中，這些化合物的解離度不同，以離子對的形式存在。請見在CRC HANDBOOK OF CHEMISTRY AND PHYSICS(71STEDITION 1990-1991，David R。Lide)中可以離子化的化合物(3。12-3。552頁)。
可以離子化的高分子類化合物來源于自然界和合成的大分子化合物。自然界中的高分子化合物如纖維素，多糖類，脂肪酸類，蛋白質(zhì)和核酸等。肽和蛋白質(zhì)是具有的氨基和羧基(-COOH)的離子化合物。例如，H+離子會從這些大分子中游離到溶液中作為控制物質(zhì)。纖維素經(jīng)過化學(xué)修飾成為陰離子纖維素或陽離子纖維素的離子交換樹脂可以作為控制物質(zhì)。例如，羧甲基纖維素，磺酸乙基纖維素和DEAE纖維素。這類高分子類物質(zhì)請見SIGMA公司產(chǎn)品目錄。合成的高分子化合物的具有陰離子和陽離子基團時，可以作為控制物質(zhì)。如聚丙烯酸，聚賴氨酸，聚精氨酸，聚谷氨酸和聚天門冬氨酸。合成的高分子物質(zhì)如沒有陰離子和陽離子基團(CRC HANDBOOK OF CHEMISTRY AND PHYSICS，71STEDITION1990-1991，David R。Lide，13。1-13。12頁)，經(jīng)修飾后具有陰離子和陽離子基團，也可以作為控制物質(zhì)。以葡聚糖，右旋糖甘制成陰陽離子交換樹脂和聚苯乙烯的H+型，Na+型，Cl-型的離子交換樹脂最有代表性。這類高分子類物質(zhì)請見SIGMA和ALDRICH公司產(chǎn)品目錄。
總之，無論是無機物，有機物和高分子化合物，只要是具有離子化合物的屬性，即可以作為控制物質(zhì)。這是因為顯示物質(zhì)的顯示狀態(tài)是由溶液中的陰陽離子而制約。
可以離子化的有機化合物，可以離子化的無機化合物和可以離子化的高分子類化合物是即可以單獨使用也可以聯(lián)合(混合)使用。這是由顯示材料所要求的。離子的體積小而帶電荷多在電場中的泳動快，因而就會加快顯示材料的顏色變化。聯(lián)合使用不同的控制材料主要是用于多種顏色顯示，即用不同的驅(qū)動電壓控制不同大小的離子泳動，而在局部實現(xiàn)不同的離子濃度，達到多種顏色顯示。
控制物質(zhì)聯(lián)合使用是與所用的驅(qū)動電壓同時考慮的，例如，為了在同一微環(huán)境形成不同的離子濃度時(即不同的酸堿值時)，在一給定的驅(qū)動電壓下和作用時間時，讓一部分快動離子先到達這一微環(huán)境，形成一個特定酸堿區(qū)間。當用另一驅(qū)動電壓和作用時間時，使慢速離子也到達這一微環(huán)境，這樣，就會在同一位置出現(xiàn)不同的酸堿值，使顯示材料處于不同的發(fā)色狀態(tài)。例如，以丙醇鈉或者鈉型的樹脂作為鈉離子的來源，這些鈉離子就是快離子。游離的乙基，丙基的叔胺或季胺安就作為慢離子。
可以離子化的有機化合物，可以離子化的無機化合物和可以離子化的高分子類化合物是即可以單獨使用也可以聯(lián)合(混合)使用，使用時，要考慮驅(qū)動電壓和作用時間，具體實例見表1。
美國的4,029,598號專利詳細的介紹了不脫色的酸堿指示劑和顏料，共有57種化合物。同時，也介紹了一些染料的基本結(jié)構(gòu)和由此可以派生出的衍生物。這些指示劑可以作為顯示材料。表2中是三種不同的酸堿指示劑混合后的變色范圍和顏色變化。LANGE’S HANDBOOK OFCHEMISTRY，13THEDITION，1985中也對許多酸堿指示劑和熒光酸堿指示劑作了介紹，請參閱(5，109-5，116頁)。這也包括出現(xiàn)在SIGMA和ALDRICH公司產(chǎn)品目錄中現(xiàn)有酸堿指示劑和熒光酸堿指示劑。在HANDBOOK OF FLUORESCENT PROBES AND RESEARCHCHEMICALS BY RICHARD P。HAUGLAND 6THEDITION中也對熒光酸堿類指示劑作了描述。表1




表2




本發(fā)明所使用的酸堿類指示劑、混合酸堿指示劑、熒光類酸堿指示劑的變色范圍、變色范圍見下列各表。
酸堿類指示劑




混合酸堿指示劑

高分子類酸堿指示劑通常是在高分子化合物上經(jīng)共價鍵偶聯(lián)酸堿指示劑制備的。常用的酸堿指示試紙是典型的這類化合物。但是高分子化合物自身也是對酸堿離子敏感，有顏色變化。例如磺酸化的聚苯乙烯-丙烯酸復(fù)合物在酸性條件下是黃色，而在堿性條件下是紫紅色。
熒光類酸堿指示劑


熒光高分子化合物指示劑也是通過共價鍵將熒光酸堿指示劑與高分子化合物偶聯(lián)一起。如熒光素(Fluorescein)連接在蛋白質(zhì)或聚苯乙烯微球作為酸堿指示劑。
顯示材料對電泳溶液中的離子濃度變化是十分敏感的。酚紅是一酸堿指示劑，在酸性溶液中為黃色(酸式)，而在堿性溶液中呈紅色(堿式)。酚紅的酸解離常數(shù)是5×10-8。當溶液的pH值為7.3時，酸式酚紅和堿式酚紅的比例是1比1。此時溶液中的酚紅呈橙色。當溶液的pH值為7.8時，堿式酚紅與酸式酚紅的比例為3比1時，酚紅在溶液中呈橙紅色。當溶液的pH值為6.8時，酸式酚紅與堿式酚紅的比例為3比1時，酚紅在溶液中的呈橙黃色。所以當溶液的酸堿度的改變?yōu)?至2個pH值，也就是說當溶液中離子數(shù)增加或者減少10至100個時，就會使酚紅由一種顏色變?yōu)榱硗庖环N顏色。
有些顯示材料是可以顯示兩種以上的顏色。麝香草酚藍是一種酸堿指示劑，有兩個變色域。一個是在酸性條件下，當pH1.2-2.8時由紅色變?yōu)辄S色；另一個是在堿性條件下，當pH8.0-9.6時由黃色變?yōu)樗{色。所以使用這一種酸堿指示劑能夠顯示紅，黃，藍三種顏色。當麝香草酚藍置于用本發(fā)明的電泳系統(tǒng)中，通過控制溶液中的離子濃度就能夠控制這三種顏色的相互轉(zhuǎn)換。對于現(xiàn)在流行的彩色顯示方法，一個象素是三種最基本的顯示材料構(gòu)成的，即紅色，綠色和藍色顯示材料。換句話說，對于這種顯示系統(tǒng)，理論上一個最小的象素是由紅色，綠色，藍色這三種材料每一個單一的分子所構(gòu)成的。而本發(fā)明的顯示系統(tǒng)僅需要一個分子就可以得到其它系統(tǒng)中三個色素分子所達到的效果。這種顯示的方法在顯示系統(tǒng)的制作中是非常重要的。因為在顯示屏幕任意一點都顯示這三種基本的顏色，所以能夠極其容易的達到顯示三種基本顏色的目的。目前平板液晶顯示器是用有序排列的三種顏色濾光器進行顏色顯示的。在微米和納米的水平上，進行有序的顏色排列是個高精細加工過程，因此制造費用極高。若采用本發(fā)明，無論是用一種，兩種或者多種顯示材料，不需要進行有序排列就可達到高分辯率的效果。因此能夠有效的降低制作成本。麝香草酚藍需要在一個較寬的pH范圍內(nèi)顯示三種基本顏色，這會影響顏色顯示的應(yīng)答時間。對于本發(fā)明的系統(tǒng)，這是很容易解決的，選用兩種或者三種不同的顯示材料，它們具備所須的基本顏色，但是要求它們的變色域的pH值要相近，這樣在一個較窄的pH范圍內(nèi)，就可以實現(xiàn)基本顏色的顯示，縮短了顏色顯示應(yīng)答的時間。例如，用亮黃和溴酚藍濃度為1wt％的水溶液，按3∶1的重量比例配制成混合指示劑。當溶液的在pH＜5時，溶液呈淡綠色。當溶液為pH＝7時，溶液呈黃色。當溶液為pH＞9時，溶液呈深紅色。
固化控制物質(zhì)是另一種進行顯示方式如圖2所示，這里的控制物質(zhì)是一離子對如圖2中的21和22，其中的一組離子22被固化在支持物上。顯示材料23也被固化在支持物上。在沒加上電場時，電泳池內(nèi)的離子濃度是均勻的，因此各處的pH值是一樣的，如圖2中的T＝0所示。所以顯示材料呈同樣的顏色。當加上驅(qū)動電場后，電泳池中只有一組離子21沿著電場的方向泳動，溶液中的離子濃度開始從新分布。對于特定的環(huán)境來說，如靠近正極處的微環(huán)境，由于自由的離子移動后，這個環(huán)境中的固化的離子決定其微環(huán)境中的pH值，如圖2中的T＝1。顯示材料的顏色也開始改變，如圖2中的23A。隨著離子泳動，靠近負極處的微環(huán)境開始出現(xiàn)離子的累積，使電泳池的這一端的微環(huán)境受泳動離子的影響。這里的離子21是帶正電荷的離子，因此靠近負極處的微環(huán)境pH值開始增加。由于局部微環(huán)境的離子變化，顯示材料23的發(fā)色團受到影響，因此顯示物質(zhì)的顏色隨著局部的離子濃度的變化而變化，如圖2中23B。隨著電場的持續(xù)作用，圖2描述了即由T＝1，T＝3至T＝F時離子遷移和顯示材料變色的過程。最終自由離子全部移動到負極的一側(cè)，在負極處形成高濃度的正離子區(qū)，因此靠近負極的顯示材料的顏色顯示主要受局部正離子濃度的影響。因此，靠近負極的區(qū)域的顯示材料經(jīng)歷了23B，23C，和23D的顏色變化。而電泳池內(nèi)的大部分區(qū)域，是由固化的離子所決定，所以在這種情況下，大部分顯示材料的顏色是隨著固化離子的形成的pH而進行顯示的，故顯示材料呈現(xiàn)的顏色為初期的23A和最終的23H。當電極加上相反的電壓時，自由的離子又向相反的泳動。隨著離子的移動，在某一時刻，電泳池內(nèi)的pH又呈現(xiàn)均勻的狀態(tài)。此時顯示材料的顏色顯示又回復(fù)到如圖2時T＝0初始的顏色。若繼續(xù)維持電泳，在電極的另一側(cè)又會重復(fù)圖2中的T＝0，T＝1，T＝F的過程。
控制顏色顯示的方法還有其它的方式。例如，采用兩性電解質(zhì)，進行等電聚焦電泳。借助所形成的pH的梯度，也可以達到控制顏色顯示的目的。所以，無論是何種形式，只要改變離子的濃度，就可以實現(xiàn)對顏色顯示的控制。
本發(fā)明的離子-顏色控制的電泳顯示裝置與傳統(tǒng)的離子-顏色控制的電泳顯示裝置相同，是由電極和電泳池組成。電極和電泳池的制備方法與傳統(tǒng)的電泳裝置不盡相同，所用的電極應(yīng)要適應(yīng)電泳溶液系統(tǒng)。顯示電極可選用金屬，氧化銦錫或者高聚物(聚苯胺，聚比咯)電極，但不限于這些材料的電極。一側(cè)的電極必須是透明的。驅(qū)動電壓是交流或者是直流的電壓。
由于大部分離子指示劑在水溶液或者水一有機溶液種表現(xiàn)出優(yōu)秀的顏色顯示特性，所以要求透明電極材料能夠在一定的濕度下工作。用金屬或者高分子聚合物制作的電極是能夠勝任這種工作條件的。但是對與用氧化物制作的電極，由于離子濃度的改變，會對這種電極自身產(chǎn)生較大的影響。所以，在這種電極和電泳顯示層之間建立一個隔離層或者緩沖層是解決這種問題的一個方案。利用濕性電解質(zhì)層(電橋或者導(dǎo)電層)的方法是一種常用的方法用于固相電泳。在電致變色玻璃中也是用這種濕法電解質(zhì)的方法用于離子的儲備。
電泳用溶液要兼顧控制顯示物質(zhì)和顯示材料的溶解性。因此，溶液可以是水溶性的，非水溶性的或者是二者的混合物。對于自由離子-顏色控制的電泳顯示裝置，由于顯示材料在等電點時出現(xiàn)沉淀，溶液的選擇就更為重要。
電泳顯示用的電泳池從外表上看有液體式，液體-固體式和固體式。液體式是在沒有支持物情況的電泳，如圖3所示，電泳池中即有顯示材料32又有控制顯示材料30的物質(zhì)。顯示材料32分散在電泳溶液中，這種電泳一般是用于在受電場作用較小的顯示材料。電源電極如圖3中的31所示。電泳溶液和控制物質(zhì)如圖3中的30所示。液體-固體式是指控制顯示材料的物質(zhì)出現(xiàn)在液相，而偶聯(lián)到支持物上或者固化在支持物內(nèi)的顯示材料用作固相。如圖4所示，顯示材料為43，支持物是42?？刂莆镔|(zhì)和電泳溶液如圖4中的44所示。電源電極41在電泳池的兩側(cè)。固體式是將控制顯示物質(zhì)和顯示材料固化在支持物內(nèi)，這里的顯示材料可以是以偶聯(lián)的形式出現(xiàn)的。固體式所用的材料可以單一材料，也可以是不同的材料。圖5中，50為填充電泳池的支持物，52為被固化的顯示材料，控制物質(zhì)和電泳溶液于支持物內(nèi)(沒顯示)。
用于固化的基質(zhì)材料眾多，例如纖維素類羥基纖維素，硝基纖維素，醋酸纖維素，甲基纖維素等；凝膠類；聚丙烯酰胺，葡聚糖凝膠，淀粉，右施糖苷，明膠等，樹脂類；酚醛樹脂，聚尿，聚苯乙烯聚脂等。但是并不限于這些高分子材料作為固化顯示材料的基質(zhì)。
將電泳溶液和顯示材料裝入微囊是一種有效的電泳池制作和高品質(zhì)電泳顯示的方法(6.323，989；John A..Rogers 2001)。通常微囊要小于50微米。制作微囊已經(jīng)技術(shù)上成熟(J.Wnde Van Valkcnburg，1979)。制作微囊的材料如樹脂類，纖維素類，凝膠，復(fù)合高聚物等，但是不限于這些化合物。通常微囊囊壁的電導(dǎo)是要小于微囊內(nèi)電泳溶液的電導(dǎo)。采用導(dǎo)電高分子或者有機導(dǎo)電材料可改變微囊壁的導(dǎo)電性。使用微囊技術(shù)是為了改進電泳的顯示效果。圖6描述了在驅(qū)動電場作用下，顯示材料受到溶液中離子控制時呈現(xiàn)的顏色變化。圖6中的64顯示材料，在不同時刻，為64A，64B，64C，64D等。當顯示狀態(tài)于T＝0時，若以電源正電極60一側(cè)為顯示屏幕，在顯示屏幕一側(cè)能夠可見顯示材料64A。隨著電場的作用，控制離子62向負極方向移動，在T＝m時顯示屏幕一側(cè)的顯示材料的顏色發(fā)生變化為64D，而處于其它位置的顯示材料顏色為64E和64F。當控制離子62全移向負極一側(cè)，即T＝F時，在顯示屏幕一側(cè)顯示材料的顏色為64Cc。而顯示屏幕的相反一側(cè)為顯示材料的顏色為64Aa。與T＝0時，在顯示屏幕一側(cè)的顯示材料64A呈現(xiàn)相同的顏色。
固體式的電泳系統(tǒng)是本發(fā)明優(yōu)先采用的離子-顏色控制的電泳顯示裝置。主要的原因是1)在電泳溶液中，大多數(shù)酸堿指示劑，熒光指示劑，色素類化合物是受驅(qū)動電場影響的，因此固化顯示材料會有效的解決顯示材料移動，顯示材料的共聚沉淀以及顯示材料在電極上造成的吸附。2)由于固化顯示材料和控制物質(zhì)，可以極大的提高顏色顯示的效果。并且更易于控制進行顏色顯示。在固化顯示材料和控制物質(zhì)中，采用網(wǎng)格式(由眾多的方形或者圓形的蜂房狀隔離物組成的顯示層)，微囊和微球(內(nèi)有支持物；以別于微囊)會更好的提高顯示效果。
廣義上講，離子對顯示物質(zhì)的發(fā)色基團的作用是一個高速反應(yīng)過程，達到可以忽略不計。至少可以選擇一些對離子比較敏感的顯示材料，加速這一應(yīng)答反應(yīng)。所以在制作顏色顯示裝置時，控制離子的應(yīng)答時間是決定顏色顯示應(yīng)答時間的主要因素。這取決于所用的電場強度，離子的大小和電泳支持物，電泳溶液的粘度和電泳池的厚度。
由于采用支持物電泳系統(tǒng)，使控制離子在沒有加上驅(qū)動電場時能夠保持在電泳池內(nèi)，這樣局部的顯示材料依然受到這些控制離子的影響，使顯示材料保持原有的顯示狀態(tài)。這也就是所說的記憶特性。維持記憶的長短是與離子的大小和支持物，電泳溶液的粘度緊密相關(guān)的。
當電極采用透明的有機導(dǎo)電材料并且這種電極材料可以折疊，將顯示材料和控制物質(zhì)做成微球或微囊，就可以做成可折疊的顯示器。
離子-顏色控制的電泳顯示裝置的應(yīng)答時間可達到毫秒級，與液晶反應(yīng)的速度相近。本顏色顯示系不僅應(yīng)答反應(yīng)快，而且反差大，視角寬，適用于圖像和文字顯示。特別是它的記憶性，在除去電場時，依然保持顯示的圖像，因此，電泳彩色裝置是有希望在圖像和文字顯示中占有一席，取代液晶顯示系統(tǒng)。
由于本發(fā)明的顯示系統(tǒng)是控制顏色反應(yīng)，又具有記憶力，凝膠狀的多層電泳系統(tǒng)又透明又具有較好的隔熱作用。因此，本發(fā)明適用于與顏色控制的相關(guān)的領(lǐng)域。例如，電致變色玻璃領(lǐng)域是一個業(yè)已初步形成市場新型玻璃品(P.J.Gellings，1997)。電致變色玻璃的主要特點是即可以讓可見光穿過玻璃，也可以由于自身的顏色變化阻擋傳入玻璃的可見光。在沒有驅(qū)動電壓時，依然能夠維持電壓驅(qū)動時所呈現(xiàn)的狀態(tài)，即有記憶性。再有就是致電變色玻璃也有阻熱的作用(P.J.Gellings，1997)。本發(fā)明的顏色顯示系統(tǒng)是有條件滿足致電變色玻璃的要求的。例如，采用單一顏色的顯示材料。由于顯示材料在一種狀態(tài)時是不發(fā)色的，所以可以讓可見光通過由這種顯示材料所制造的裝置。當顯示材料發(fā)色時，就可以有效的阻止可見光通過。同時這些發(fā)色材料對紅外線的吸收也是增加的，因此有阻熱作用。
實施例電泳色彩顯示系統(tǒng)的制作支持物電泳技術(shù)已經(jīng)是一種成熟的電泳技術(shù)。利用現(xiàn)有的支持物電泳技術(shù)進行顏色顯示是容易實施的。圖7是一個進行電泳顏色顯示的示意圖。在電泳池的兩端是用透明電極材料制成的電極71和玻璃基質(zhì)73。在電泳池的另外兩側(cè)用玻璃基質(zhì)74封閉。在靠近電極的一側(cè)有一個導(dǎo)電層72(如圖8、圖9所示)。在兩個導(dǎo)電層之間是由支持物構(gòu)成的彩色顯示層70。這里就以聚丙烯酰胺凝膠為例制作支持物制電泳顏色顯示系統(tǒng)。聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺經(jīng)過聚合后形成的高分子化合物，具有分子篩作用，有較好的透光性和導(dǎo)電性。聚丙烯酰胺也是一種有記憶性的高分子材料，具有很好的機解性能。
電泳支持物顯示層的制備1)聚丙烯酰胺丙烯酰胺48克，雙丙烯酰2克，加無離子水至100毫升作為貯備液。四甲基乙二胺和10wt％過硫酸氨。
2)1wt％酚紅水溶液1克酚紅溶于94毫升水，加入1ml氫氧化鈉(0.1N)和5ml乙醇助溶。取3毫升丙烯酰胺貯備液于燒杯中，先加入100微升的酚紅溶液，然后再加入50微升過硫酸氨和10微升四甲基乙二胺?；旌虾?，倒入已經(jīng)預(yù)制好的電泳池內(nèi)，形成一個50微米的顯示層。
電解質(zhì)層(電橋或者導(dǎo)電層)的制備1)材料銻酸凝膠(含水量為36wt％)，50wt％聚丙烯酸水溶液，甘油。
將三種化合物按其重量進行1∶0.35∶0.32的比例混合，去水干燥后成漿糊狀。這種導(dǎo)電材料是透明的，導(dǎo)電性能是與含水量相關(guān)。用這種混合物制成導(dǎo)電層。這種材料與無機氧化電極有很好的兼容性。
綜上所述，本發(fā)明的離子-顏色控制的電泳顯示裝置其顯著特點是不用電場直接驅(qū)動用于進行圖像顯示所用的顯示材料，而是在電場的作用下驅(qū)動用于控制顯示材料進行顯示的非顯示物質(zhì)。通過控制這些非顯示物質(zhì)的濃度而控制顯示材料的顏色變化達到進行圖像文字顯示的。通過該裝置進行彩色顏色顯示不僅應(yīng)答反應(yīng)快，而且反差大，視角寬，適用于圖像和文字顯示。本發(fā)明顯示裝置的另一特點是有記憶性，在無驅(qū)動電壓時仍然保持顯示的顏色和圖像。這種顯示裝置可以制作的薄如紙，而且還可以折疊。
權(quán)利要求
1.一種離子-顏色控制的電泳顯示裝置，該裝置包括有電極、電泳池，其特征在于在電泳池中具有進行顏色和圖像顯示的顯示材料，和采用電場直接驅(qū)動、用于控制所述顯示材料進行顏色和圖像顯示的離子化的物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子-顏色控制的電泳顯示裝置，其特征在于所述的控制顯示材料的離子化物質(zhì)為可以離子化的無機物、或可以離子化的有機物、或可以離子化的高分子類化合物，可以離子化的無機物是無機酸中的一種或幾種、或無機堿中的一種或幾種、或無機鹽中的一種或幾種；可以離子化的有機物是有機酸中的一種或幾種、或有機堿中的一種或幾種、或有機酸和有機堿的鹽類化合物；可以離子化高分子類化合物例如有天然高分子化合物、或合成的高分子化合物，天然高分子化合物包括有纖維素、多糖類、脂肪酸類、蛋白質(zhì)和核酸中的一種或幾種；合成的高分子化合物例如有聚丙烯酸、聚賴氨酸、聚精氨酸、聚谷氨酸和聚天門冬氨酸中的一種或幾種，所述的控制顯示材料的離子化物質(zhì)或是以游離的方式于電泳溶液中，或是被固化在支持物上，這里所說的固化包括通過化學(xué)鍵的方式偶聯(lián)在支持物上或者是截留在支持物內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子-顏色控制的電泳顯示裝置，其特征在于所述的顯示材料包括有酸堿指示劑類化合物、熒光指示劑類化合物、染料、色素和高分子發(fā)色化合物中的一種或幾種，所述的顯示材料或是以游離的方式于電泳溶液中，或是被固化在支持物上，這里所說的固化包括通過化學(xué)鍵的方式偶聯(lián)在支持物上或者是截留在支持物內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的離子-顏色控制的電泳顯示裝置，其特征在于所述的顯示材料中的化合物為兩種或兩種以上時，它們的重量比例或是均一的，或是非均一的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的離子-顏色控制的電泳顯示裝置，其特征在于所述的顯示材料為熒光指示劑類化合物，并配備有一個對應(yīng)的紫外光源系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子-顏色控制的電泳顯示裝置，其特征在于所述的電泳池中的顯示材料和控制顯示材料的離子化物質(zhì)在表觀上或是液體式，或是液體-固體式，或是固體式，固體式并包括微囊、微球系統(tǒng)，所述的顯示材料和控制顯示材料的離子化的物質(zhì)所組成的電泳溶液或是水溶性，或是非水溶性，或是二者混溶性。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的離子-顏色控制的電泳顯示裝置，其特征在于所述的用于固化顯示材料和控制顯示材料的離子化的物質(zhì)的固化材料或是纖維素高分子材料、或是凝膠類高分子材料、或是樹脂類高分子材料、或是塑料類高分子材料，但是，不限于這些材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子-顏色控制的電泳顯示裝置，其特征在于所述的電極的材料或是金屬材料、或是無機透明導(dǎo)電材料、或是有機透明導(dǎo)電材料，所述的電極或是一個電極、或是兩個電極是透明的，所述的電極上的驅(qū)動電壓或是交流、或是直流的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的離子-顏色控制的電泳顯示裝置，其特征在于所述的顯示材料和控制顯示材料的離子化的物質(zhì)所組成的顯示層和電極之間設(shè)有電解質(zhì)層，電解質(zhì)層或是電橋、或是導(dǎo)電層，電解質(zhì)層或是無機物、或是有機物、或是高分子、或是它們的混合物所構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述離子-顏色控制的電泳顯示裝置，其特征在于所述的離子-顏色控制的電泳顯示裝置或是固定式、或是折疊式的。
全文摘要
一種離子－顏色控制的電泳顯示裝置，該裝置包括有電極、電泳池，其特征在于在電泳池中具有進行顏色和圖像顯示的顯示材料，和采用電場直接驅(qū)動、用于控制所述顯示材料進行顏色和圖像顯示的離子化的物質(zhì)。本發(fā)明的離子－顏色控制的電泳顯示裝置其顯著特點是不用電場直接驅(qū)動用于進行圖像顯示所用的顯示材料，而是在電場的作用下驅(qū)動用于控制顯示材料進行顯示的非顯示物質(zhì)。通過控制這些非顯示物質(zhì)的濃度而控制顯示材料的顏色變化達到進行圖像文字顯示的。通過該裝置進行彩色顏色顯示不僅應(yīng)答反應(yīng)快，而且反差大，視角寬，適用于圖像和文字顯示。本發(fā)明顯示裝置的另一特點是有記憶性，在無驅(qū)動電壓時仍然保持顯示的顏色和圖像。這種顯示裝置可以制作的薄如紙，而且還可以折疊。
文檔編號G02F1/167GK1461967SQ0212101
公開日2003年12月17日 申請日期2002年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月29日
發(fā)明者劉田民 申請人:劉田民