專利名稱：電子墨水的制作方法
電子墨水
背景技術(shù)：
本發(fā)明總體上涉及電子墨水。電子墨水通常用于電子顯示器。這類電子墨水通常含有帶電的著色劑顆粒，該著色劑顆粒響應(yīng)于施加的電場(chǎng)而在顯示器的顯示區(qū)內(nèi)進(jìn)行重排，從而產(chǎn)生所需的圖像。附圖
簡(jiǎn)要說明 通過參考以下詳細(xì)說明和附圖，本申請(qǐng)公開的實(shí)施方案的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，其中，相似的參考標(biāo)記對(duì)應(yīng)于類似、但有可能并不完全相同的部件。為了簡(jiǎn)便起見，對(duì)于那些之前已描述了功能的參考標(biāo)記或特征，當(dāng)其又出現(xiàn)在其他附圖中時(shí)，可以結(jié)合該附圖對(duì)其進(jìn)行描述也可以不加以描述。圖I描繪了在電子墨水的實(shí)施方案中，帶負(fù)電荷的著色劑顆粒的形成機(jī)理的例子;圖2A和2B描繪了在電子墨水的實(shí)施方案中，帶負(fù)電荷的著色劑顆粒的例子；圖3描繪了在電子墨水的實(shí)施方案中，帶負(fù)電荷的著色劑顆粒的形成機(jī)理的另一個(gè)例子；圖4描繪了在電子墨水的實(shí)施方案中，帶負(fù)電荷的著色劑顆粒的形成機(jī)理的又一個(gè)例子；圖5描繪了在電子墨水的實(shí)施方案中，帶負(fù)電荷的著色劑顆粒的形成機(jī)理的再一個(gè)例子。詳細(xì)說明本文所公開的電子墨水的實(shí)施方案可以用于諸如(例如)電光顯示器之類的各種電子顯示器中。這樣的電光顯示器包括由電泳、電對(duì)流(electro-convective flow)和/或其他動(dòng)電學(xué)效應(yīng)、或動(dòng)電學(xué)效應(yīng)的組合所驅(qū)動(dòng)的顯示器。這樣的墨水可以用于具有面內(nèi)快門結(jié)構(gòu)(in-plane shutter architectures)的顯示器中，其中著色劑顆粒沿著橫向而移入移出顯示器中的像素單元或亞像素單元的顯示區(qū)。包括至少一層本發(fā)明的電子墨水的電光顯示器結(jié)構(gòu)能夠使得每一種可得的色彩可以定位在該顯示器中的每一個(gè)位置處。這樣便可形成更明亮且顏色更豐富的圖像。上述效果可以通過在顯示器中使用這樣的電子墨水來實(shí)現(xiàn)，其中所述電子墨水包含帶負(fù)電荷的著色劑顆粒，所述著色劑顆粒分散在非極性載體流體中。所述著色劑顆粒表面上吸附有一種或多種分子添加劑。不受任何理論的約束，據(jù)信，分子添加劑對(duì)著色劑顆粒產(chǎn)生空間位阻作用。換言之，當(dāng)分子添加劑附著在著色劑顆粒上時(shí)，便使得這種顆粒受到空間位阻作用。另外據(jù)信，分子添加劑的吸附是通過所述顆粒的酸改性表面與該添加劑中所存在的氧和/或氮之間的氫鍵來實(shí)現(xiàn)的。據(jù)信，這種氫鍵至少部分有助于提高著色劑顆粒表面的疏水性，由此改善了所述著色劑顆粒在非極性流體中的分散性。另外還據(jù)信，這種氫鍵能夠提高所述著色劑顆粒的荷電率，這往往會(huì)提高顯示器的轉(zhuǎn)換速度，還會(huì)改善著色劑顆粒在顯示器結(jié)構(gòu)中的電極上的清除和/或壓緊情況。在本文所披露的其他實(shí)施方案中，著色劑顆粒包括包覆有諸如(例如)二氧化硅之類的無機(jī)絕緣層的、帶負(fù)電荷的炭黑顏料顆粒。這種帶負(fù)電荷的炭黑顏料顆粒通常穩(wěn)定、帶電，并且可以用在電子裝置中，而不會(huì)產(chǎn)生電短路?？赏ㄟ^在帶負(fù)電荷的炭黑顏料顆粒的表面上吸附分子添加劑來進(jìn)一步改善該顆粒的性能。同樣，這種分子添加劑提高了所述顆粒表面的疏水性(這是通過添加劑與包覆有二氧化硅的顏料表面之間的氫鍵實(shí)現(xiàn)的)，由此提高了炭黑顏料在其載體流體中的分散性及其荷電率。如以上提及的那樣，將分子添加劑添加至所述著色劑顆粒的表面同樣會(huì)使得炭黑顏料顆粒受到空間位阻作用。電子墨水的實(shí)施方案通常包括非極性載體流體(S卩，介電常數(shù)k低的流體，比如(例如)介電常數(shù)k小于約20，或者在某些情況中小于約2)。當(dāng)電流驅(qū)動(dòng)顯示器時(shí)，這種流體往往會(huì)減少電流的泄漏，還會(huì)增強(qiáng)流體中 所存在的電場(chǎng)。如本文所用，“載體流體”是這樣的流體或介質(zhì)，其填充在電光顯示器所限定的顯示區(qū)中，并且通常被配置為載色劑以攜帶其中的著色劑顆粒。當(dāng)向著色劑顆粒施加足夠的電勢(shì)或電場(chǎng)并驅(qū)動(dòng)顯示器的電極時(shí)，著色劑顆粒會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)而移動(dòng)和/或旋轉(zhuǎn)至顯示區(qū)內(nèi)的不同位點(diǎn)，從而在顯示單元中產(chǎn)生所需的可視效果，由此顯示圖像。非極性載體流體包括(例如)選自烴、鹵代烴或部分鹵代烴、氧化流體、硅氧烷、和/或有機(jī)硅中的一種或多種非極性溶劑。非極性溶劑的一些具體例子包括全氯乙烯、鹵代烴、環(huán)己烷、十二烷、礦物油、異鏈烷烴流體、環(huán)戊硅氧烷、環(huán)己硅氧烷、以及它們的組合。著色劑顆粒分散在載體流體中。如本文所用，術(shù)語“著色劑顆?！笔侵府a(chǎn)生顏色的顆粒。合適的著色劑顆粒的一些非限制性例子包括顏料顆粒、顏料顆粒與染料的組合、納米顆粒顏料分散體、經(jīng)染料分子著色的聚合物顆粒等。在非限制性例子中，著色劑顆粒選自在非極性載體流體中能夠自分散的顏料顆粒。然而，應(yīng)當(dāng)理解到，也可以使用非分散性顏料顆粒，只要電子墨水包含一種或多種合適的分散劑即可。這樣的分散劑包括超分散齊U，例如由美國俄亥俄州Wickliffe市的Lubrizol公司制造的SOLSPERSE 系列(例如，SOLSPERSE^ 3000、SOLSPERSE " _、SOLSPERSE, 9000> SOLSPERSE" 11200、SOLSPERSEw 13840、SOLSPERSEi' 16000、SOLSPERSE" 17000> SOLSPERSE IH000, SOLSPERSEiv 19000> SOLSPERSE" 21()()()和 SOLSPERSE產(chǎn) 27000);由德國BYK-Chemie有限公司制造的各種分散劑(例如,DISPERBYK 110、DISPERBYK 1163、DISPERBYK 170、和DTSPERBYK 180);由德國 Evonik Goldschmidt 有限責(zé)任公司制造的各種分散劑(例如，TEG0 630,TEGO4 650、TEGO 651、TEGO 655,TEGO1'' 685和TEGO⑧1000);以及由美國密蘇里州St. Louis市的Sigma-Aldrich制造的各種分散劑(例如,SPAN 20、SPAN 60、SPAN 80 和SPAN 85)。顏料顆粒選自有機(jī)顏料或無機(jī)顏料，并且其平均粒度為約Inm至約10 U m。在一些情況中，其平均粒度為約50nm至約Iy m。這種有機(jī)或無機(jī)顏料顆?？梢赃x自黑色顏料顆粒、黃色顏料顆粒、品紅色顏料顆粒、紅色顏料顆粒、青色顏料顆粒、藍(lán)色顏料顆粒、綠色顏料顆粒、橙色顏料顆粒、棕色顏料顆粒和白色顏料顆粒。在一些情況中，有機(jī)或無機(jī)顏料顆?？梢园▽Ｉ伭项w粒(spot-color pigment particles),所述專色顏料顆粒是由兩種或多種基本色顏料顆粒按照預(yù)定比例進(jìn)行組合而形成的。合適的無機(jī)黑顏料的非限制性例子包括炭黑。炭黑顏料的例子包括由日本Mitsubishi Chemical株式會(huì)社制造的那些(諸如(例如)炭黑No. 2300、No. 900、MCF88、No. 33、No. 40、No. 45、No. 52、MA7、MA8、MA100 和 No. 2200B)；由美國喬治亞州 Marietta 市的Columbian Chemicals公司制造的各種RAVEN 系列炭黑顏料(諸如(例如)RAVEN 5750,RAVEN 5250,RAVENfe 5000,RAVEN 3500,RAVEN 1255 和RAVEN4 700)；由美國馬薩諸塞州Boston市的Cabot公司制造的各種REGAL 系列炭黑顏料、MOGUL 系列炭黑顏料或MONARCH 系列炭黑顏料(諸如(例如)REGAL 400R、REGAL 330R、REGAL!< 660R,MOGULk I->MONARCHk 700,MONARCH!< 00,MONARCH 880'MONARCH 900、MONARCH * 1000, MONARCH 1100,MONARCH 1300 和MONARCH" 1100);以及由美國新澤西州Parsippany市的Evonik Degussa公司制造的各種黑顏料(例如色素黑(Color Black) FWl、色素黑FW2、色素黑FW2V、色素黑FW18、色素黑FW200、色素黑 S150、色素黑 S160、色素黑 S170、PRINTEX '35、PRINTEX U、PRINTEX V、PRINTEX 140U、特黑(Special Black) 5、特黑4A和特黑4)。有機(jī)黑顏料的非限制性例子包括苯胺黑，例如C. I.顏料黑I。合適的黃色顏料的一些非限制性例子包括C. I.顏料黃I、C. I.顏料黃2、C. I.顏料黃3、C. I.顏料黃4、C. I.顏料黃5、C. I.顏料黃6、C. I.顏料黃7、C. I.顏料黃10、C. I.顏料黃11、C. I.顏料黃12、C. I.顏料黃13、C. I.顏料黃14、C. I.顏料黃16、C. I.顏料黃17、C. I.顏料黃24、C. I.顏料黃34、C. I.顏料黃35、C. I.顏料黃37、C. I.顏料黃53、C. I.顏料黃55、C. I.顏料黃65、C. I.顏料黃73、C. I.顏料黃74、C. I.顏料黃75、C. I.顏料黃81、C. I.顏料黃83、C. I.顏料黃93、C. I.顏料黃94、C. I.顏料黃95、C. I.顏料黃97、C. I.顏料黃98、C. I.顏料黃99、C. I.顏料黃108、C. I.顏料黃109、C. I.顏料黃110、C. I.顏料黃113、C. I.顏料黃114、C. I.顏料黃117、C. I.顏料黃120、C. I.顏料黃124、C. I.顏料黃128、C. I.黃色 129、C. I.黃色 133、C. I.顏料黃 138、C. I.顏料黃 139、C. I.顏料黃 147、C. I.顏料黃151、C. I.顏料黃153、C. I.顏料黃154、C. I.顏料黃167、C. I.顏料黃172、和C. I.顏料黃180。合適的品紅色或紅色有機(jī)顏料的非限制性例子包括C. I.顏料紅I、C. I.顏料紅2、C. I.顏料紅3、C. I.顏料紅4、C. I.顏料紅5、C. I.顏料紅6、C. I.顏料紅7、C. I.顏料紅8、C. I.顏料紅9、C. I.顏料紅10、C. I.顏料紅11、C. I.顏料紅12、C. I.顏料紅14、C. I.顏料紅15、C. I.顏料紅16、C. I.顏料紅17、C. I.顏料紅18、C. I.顏料紅19、C. I.顏料紅21、C. I.顏料紅22、C. I.顏料紅23、C. I.顏料紅30、C. I.顏料紅31、C. I.顏料紅32、C. I.顏料紅37、C. I.顏料紅38、C. I.顏料紅40、C. I.顏料紅41、C. I.顏料紅42、C. I.顏料紅 48 (Ca)、C. I.顏料紅 48 (Mn)、C. I.顏料紅 57 (Ca)、C. I.顏料紅 57:1、C. I.顏料紅 88、C. I.顏料紅112、C. I.顏料紅114、C. I.顏料紅122、C. I.顏料紅123、C. I.顏料紅144、C. I.顏料紅146、C. I.顏料紅149、C. I.顏料紅150、C. I.顏料紅166、C. I.顏料紅168、C. I.顏料紅170、C. I.顏料紅171、C. I.顏料紅175、C. I.顏料紅176、C. I.顏料紅177、C. I.顏料紅178、C. I.顏料紅179、C. I.顏料紅184、C. I.顏料紅185、C. I.顏料紅187、C. I.顏料紅202、C. I.顏料紅209、C. I.顏料紅219、C. I.顏料紅224、C. I.顏料紅245、C. I.顏料紫19、C. I.顏料紫23、C. I.顏料紫32、C. I.顏料紫33、C. I.顏料紫36、C. I.顏料紫38、C. I.顏料紫43和C. I.顏料紫50。藍(lán)色或青色有機(jī)顏料的非限制性例子包括C. I.顏料藍(lán)I、C. I.顏料藍(lán)2、C. I.顏料藍(lán)3、C. I.顏料藍(lán)15、C. I.顏料藍(lán)15:3、C. I.顏料藍(lán)15:34, C. I.顏料藍(lán)15:4、C. I.顏料藍(lán)16、C. I.顏料藍(lán)18、C. I.顏料藍(lán)22、C. I.顏料藍(lán)25、C. I.顏料藍(lán)60、C. I.顏料藍(lán)65、C. I.顏料藍(lán)66、C. I.還原藍(lán)4和C. I.還原藍(lán)60。綠色有機(jī)顏料的非限制性例子包括C. I.顏料綠1、C. I.顏料綠2、C. I.顏料綠4、C. I.顏料綠7、C. I.顏料綠8、C. I.顏料綠10、C. I.顏料綠36和C. I.顏料綠45。棕色有機(jī)顏料的非限制性例子包括C. I.顏料棕1、C. I.顏料棕5、C. I.顏料棕22、C. I.顏料棕23、C. I.顏料棕25、和C. I.顏料棕、C. I.顏料棕41和C. I.顏料棕42。橙色有機(jī)顏料的非限制性例子包括C. I.顏料橙1、C. I.顏料橙2、C. I.顏料橙5、C. I.顏料橙7、C. I.顏料橙13、C. I.顏料橙15、C. I.顏料橙16、C. I.顏料橙17、C. I.顏料橙19、C. I.顏料橙24、C . I.顏料橙34、C. I.顏料橙36、C. I.顏料橙38、C. I.顏料橙40、C. I.顏料橙43和C. I.顏料橙66。在一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)著色劑顆粒上均吸附有分子添加劑。不受任何理論的限制，據(jù)信分子添加劑通過氫鍵而吸附并結(jié)合在所述表面上。更具體而言，據(jù)信，氫鍵形成于分子添加劑的分子鏈中所存在的氧原子或氮原子與著色劑顆粒的羥基官能團(tuán)之間。氧原子或氮原子成為羥基氫鍵供體的氫鍵受體。據(jù)信，氫鍵至少部分地提高了顆粒表面的疏水性，這是因?yàn)楫?dāng)顆粒吸附分子添加劑時(shí)，親水性的羥基官能團(tuán)將疏水性的丙烯酸酯引入顆粒。據(jù)信，所述的著色劑顆粒疏水性的提高改善了著色劑在非極性載體流體中的分散性，并且提聞了著色劑顆粒的荷電率和穩(wěn)定性。所述的荷電率和穩(wěn)定性的提聞，往往也會(huì)提聞顯不器的轉(zhuǎn)換速度，并改善著色劑顆粒在顯示器的電極表面上的清除和/或壓緊情況。吸附在著色劑顆粒表面上的分子添加劑較小、并且通常具有支化的分子結(jié)構(gòu)?！靶　狈肿犹砑觿┦欠肿恿啃∮?000的那些。在一個(gè)實(shí)施方案中，小分子添加劑包含至少兩個(gè)支鏈，其中各支鏈的鏈中分別含有氮原子或氧原子。在其他實(shí)施方案中，小分子添加劑包含兩個(gè)支鏈、三個(gè)支鏈、或四個(gè)支鏈。合適的小分子添加劑的一些非限制性例子具有以下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)i)
R1A廣I。 0L
S y
qZ其中R1和R2各自獨(dú)立地選自烷基、支鏈烷基、脂肪族基團(tuán)、芳香族?；⑾┗椭ф溝┗?；并且x、y和z各自選自從0至10的任意整數(shù)；ii)
權(quán)利要求
1.一種電子墨水，包含 非極性載體流體； 多個(gè)帶負(fù)電荷的著色劑顆粒(10、20)，其分散在所述非極性載體流體中，每個(gè)所述帶負(fù)電荷的著色劑顆粒(10、20)包括經(jīng)酸性官能團(tuán)(AFG)改性的表面； 小分子添加劑(MA)，其具有至少兩個(gè)各自含有氮原子或氧原子的支鏈；以及 電荷引導(dǎo)劑。
2.如權(quán)利要求I所限定的電子墨水，其中所述多個(gè)帶負(fù)電荷的著色劑顆粒(10、20)的平均粒度為約Inm至約10 μ m。
3.如權(quán)利要求I或2所限定的電子墨水，其中每個(gè)所述著色劑顆粒(10、20)的表面還包含間隔基團(tuán)(SG)，該間隔基團(tuán)(SG)被配置為將所述著色劑顆粒(10、20)與所述酸性官能團(tuán)(AFG)連接起來，所述間隔基團(tuán)(SG)選自苯、取代的苯、萘、含有脂肪族鏈的分子、取代的萘、雜芳族結(jié)構(gòu)、無機(jī)覆層、以及它們的組合。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所限定的電子墨水，其中所述酸性官能團(tuán)(AFG)選自O(shè)H、SH、COOH、CSSH、COSH、SO3H, PO3H, OSO3H, OPO3H、或它們的組合。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所限定的電子墨水，其中所述小分子添加劑(MA)選自
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所限定的電子墨水，其中所述著色劑顆粒(10、20)選自黃色顏料顆粒、綠色顏料顆粒、棕色顏料顆粒、青色顏料顆粒、藍(lán)色顏料顆粒、品紅色顏料顆粒、紅色顏料顆粒、橙色顏料顆粒、白色顏料顆粒、專色顏料顆粒以及黑色顏料顆粒。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所限定的電子墨水，其中所述墨水的ζ電位為大于_20mV至約-200mV。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所限定的電子墨水，其中所述非極性載體流體是選自全氯乙烯、鹵代烴、環(huán)己烷、十二烷、礦物油、異鏈烷烴流體、硅氧烷、以及它們的組合中的非極性溶劑。
9.一種電子墨水，包含 非極性載體流體； 電荷引導(dǎo)劑，其能夠在所述非極性溶劑中形成反相膠束； 多個(gè)帶負(fù)電荷的非導(dǎo)電性炭黑著色劑顆粒(10、20)，其分散在所述非極性溶劑中，每個(gè)所述帶負(fù)電荷的非導(dǎo)電性炭黑著色劑顆粒(10、20)包含 具有表面的芯部著色劑顆粒(10);以及 無機(jī)絕緣覆層(12)，其設(shè)置在所述芯部著色劑顆粒(10)的所述表面上，所述無機(jī)絕緣覆層(12)包含至少一個(gè)能通過i)與所述電荷引導(dǎo)劑發(fā)生酸-堿反應(yīng)而帶電的官能團(tuán)、或者能通過ii)至少一個(gè)由所述電荷引導(dǎo)劑形成的所述反相膠束在所述表面上的吸附而帶電的官能團(tuán)；以及 小分子添加劑(MA)，其具有至少兩個(gè)各自包含氮原子或氧原子的支鏈。
10.如權(quán)利要求9所限定的電子墨水，其中所述電荷引導(dǎo)劑選自i)中性且不可解離的單體， )中性且不可解離的聚合物，iii)能夠解離而形成電荷的可電離的分子，iv)兩性離子，以及V)不可帶電的中性分子，其不能解離或者與酸或堿反應(yīng)而形成電荷。
11.如權(quán)利要求9或10所限定的電子墨水，其中所述小分子添加劑(MA)使得所述多個(gè)著色劑顆粒(10、20)更易于通過與所述電荷引導(dǎo)劑發(fā)生酸-堿反應(yīng)而帶電。
12.如權(quán)利要求11所限定的電子墨水，其中所述小分子添加劑(MA)選自 i)
13.如權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所限定的電子墨水，還包含分散劑，其被配置為與所述著色劑顆粒(10、20)相互作用，從而提高所述電子墨水的ζ電位。
14.如權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所限定的電子墨水，其中所述電子墨水應(yīng)用于利用電泳、電對(duì)流、其他動(dòng)電學(xué)效應(yīng)或其組合的電光顯示器中。
15.一種用于電子墨水的小分子添加劑(ΜΑ)，其選自以下化學(xué)式中的至少一種
全文摘要
本文公開了電子墨水。所述電子墨水的一個(gè)實(shí)施方案包含非極性載體流體、分散在所述非極性載體流體中的多個(gè)帶負(fù)電荷的著色劑顆粒(10、20)、小分子添加劑(MA)以及電荷引導(dǎo)劑。每個(gè)所述帶負(fù)電荷的著色劑顆粒(10、20)包括經(jīng)酸性官能團(tuán)(AFG)改性的表面。所述小分子添加劑(MA)具有至少兩個(gè)各自含有氮原子或氧原子的支鏈。
文檔編號(hào)C09D11/00GK102666742SQ200980162564
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者余宗錫, 周樟林, 杰弗里·托德·馬貝克, 理查德·H·亨齊 申請(qǐng)人:惠普發(fā)展公司，有限責(zé)任合伙企業(yè)