專利名稱：用于電泳顯示的黑白電泳顯示液的組成及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電泳顯示的黑白電泳顯示液的組成及其制備方法，特別涉及以二氧化鈦納米粒子為白色電泳粒子，炭黑納米粒子為黑色電泳粒子，Isopar為分散介質(zhì)，含氟表面活性劑和聚合物為分散劑，由電泳粒子、分散介質(zhì)與分散劑形成的黑白雙顯電泳顯示液。
背景技術(shù)：
顯示技術(shù)主要有陰極射線管顯示、液晶顯示、薄膜電致發(fā)光平板顯示以及電泳顯示等。電泳顯示是在20世紀(jì)70年代，由日本松下公司首先提出，是利用有色帶電粒子在電場下移動(dòng)而顯色。電泳顯示以高反射率、超低功耗、方便輕薄、價(jià)廉環(huán)保及柔性顯示的優(yōu)點(diǎn)而引起了廣泛關(guān)注。電泳顯示技術(shù)的工作原理是利用電泳的原理，夾在兩電極間的帶電物質(zhì)在電場的作用下運(yùn)動(dòng)，使運(yùn)動(dòng)的帶電物質(zhì)交替顯示兩種不同的顏色。電泳顯示液是電泳顯示器的核心部分。電泳顯示液是一個(gè)非水膠體體系，由顏料粒子、分散介質(zhì)和分散劑等多種組分構(gòu)成的穩(wěn)定的懸浮液。電泳顯示液的成分和性質(zhì)在很大程度上決定著電泳顯示器件的對比度、反射率和響應(yīng)時(shí)間等顯示性能以及穩(wěn)定性和壽命。獲得高性能電泳顯示液是提高顯示性能最根本和最有效的方法。所以，對于電泳顯示液的研究和改進(jìn)在三十多年中一直沒有中斷且備受重視。電泳粒子的選擇是制備高性能電泳顯示液的關(guān)鍵步驟，電泳粒子的選擇范圍非常廣泛，可以是任何一種帶電或容易獲得電荷的顆粒。一般應(yīng)具備以下條件(1)為了降低和減少顆粒的聚沉或漂浮，它的密度應(yīng)與分散介質(zhì)的接近；( 顆粒在有機(jī)溶劑中應(yīng)具有低溶解度、無溶脹性及化學(xué)穩(wěn)定性；C3)顆粒應(yīng)具有良好的光學(xué)性能，具有高的折射率、高的散射系數(shù)和低的吸收系數(shù)；(4)顆粒尺寸應(yīng)盡可能小，以增加分散系的穩(wěn)定性；(5)顆粒表面易吸附電荷或改性。常用的無機(jī)顏料顆粒有二氧化鈦、氧化硅、鉻黃、群青、炭黑、錳紫、鐵紅和鎘紅等；有機(jī)顏料顆粒有大紅粉、甲苯胺紅、酞菁藍(lán)和喹吖啶酮等。本發(fā)明采用的電泳粒子為二氧化鈦納米粒子和炭黑納米粒子。二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N無機(jī)白色顏料由于其優(yōu)異的光學(xué)性能、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和價(jià)廉易得被研究者們普遍采用。二氧化鈦有極高的折射率 (2. 76-2. 55)和超強(qiáng)的遮蓋能力，這對于反射型電泳顯示意味著較高的反射率和對比度，被作為顯色粒子或底色粒子廣泛使用。而炭黑作為一種無機(jī)黑色顏料粒子由于其表面對光的吸收率高，可與白粒子形成高對比度，在有機(jī)溶劑中溶解度低，無溶脹，其表面易吸附電荷， 易改性，且其價(jià)格低廉，可供選擇種類廣泛而被采用。分散介質(zhì)的作用是分散顏料粒子和溶解染料、電荷控制劑及穩(wěn)定劑。一般應(yīng)該具備以下條件(1)在寬廣的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定，因而應(yīng)具有較高的沸點(diǎn)和較低的熔點(diǎn)；(2)應(yīng)為良好的絕緣性有機(jī)溶劑，即具有較低的介電常數(shù)、較高的電阻率和較低的水溶性；(3)具有良好的光學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性；良好的顆粒流動(dòng)性，即動(dòng)力學(xué)黏度要低；( 分散介質(zhì)與顆粒的折射率和密度相匹配，以增加體系的穩(wěn)定性；(6)應(yīng)具有低的毒性，即表現(xiàn)出良好的環(huán)境相容性?？梢允褂玫挠袡C(jī)溶劑包括環(huán)氧化合物、芳烴、鹵代烴、脂肪烴和硅氧烷等。早期的研究者采用橄欖油等植物油作為分散介質(zhì)，由于其化學(xué)成分不穩(wěn)定且成本較高，現(xiàn)在已不被采用。鹵代烴密度較大，可以跟其他密度較小的脂肪烴或芳烴復(fù)配，通過調(diào)節(jié)復(fù)配比例調(diào)節(jié)分散介質(zhì)的密度，以求達(dá)到同粒子密度相匹配。但由于鹵代烴部分易揮發(fā)，且不夠環(huán)保，使其應(yīng)用受到限制。而本發(fā)明采用的異構(gòu)烷烴(Isopar系列)由于其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，廉價(jià)易得，且不易揮發(fā)，與環(huán)境有良好的相容性可作為新的分散介質(zhì)來替代目前最常用的鹵代烴。常用的分散劑分為傳統(tǒng)分散劑和超分散劑兩類。傳統(tǒng)分散劑是由具有親水性的極性基團(tuán)和具有憎水性的非極性基團(tuán)所組成的有機(jī)物，吸附在粒子表面上，使粒子的表面自由能明顯降低，增加電泳粒子的分散穩(wěn)定性。 如一些高分子類的分散劑聚丙烯酸、苯乙烯-甲基丙烯酸-丙烯酸烷基酯共聚物、苯乙烯-馬來酸共聚物、醋酸乙烯-馬來酸酯共聚物等，可以明顯改善電泳粒子的分散性，但是這些分散劑中所含與二氧化鈦粒子或者炭黑粒子表面有效結(jié)合的電荷較少，因此制備的電泳液響應(yīng)時(shí)間較長，不能滿足電子書的要求。超分散劑是一類特殊的聚合物型多功能潤濕分散劑，其作用原理與傳統(tǒng)分散劑類似，區(qū)別在于超分散劑含有多個(gè)錨固基團(tuán)，對于低極性的粒子分散效果更明顯，但由于各種超分散劑在分散介質(zhì)(Isopar系列)中的溶解性的差異，以及與所選電泳粒子匹配性的差異，并不是所有超分散劑均適用，如SUP7001、SUP7002等。目前現(xiàn)有的黑白電泳顯示液的分散介質(zhì)多選用的是與環(huán)境相容性較差的四氯乙烯，以四氯乙烯為分散介質(zhì)的黑白電泳顯示液制備的顯示器件對比度較高，響應(yīng)速度較快； 而對與環(huán)境相容性好的Isopar系列的分散介質(zhì)的研究較少，且以Isopar系列為分散介質(zhì)的黑白電泳顯示液制備的顯示器件或者不響應(yīng)，或者響應(yīng)的對比度差，響應(yīng)速度慢。而本發(fā)明制備的黑白電泳顯示液采用Isopar系列為分散介質(zhì)，通過添加合適的分散劑和表面活性劑，制備出的顯示器件對比度高，響應(yīng)速度快，達(dá)到甚至超過了以四氯乙烯為分散介質(zhì)時(shí)的顯示效果。最終用與環(huán)境相容性好的Isopar系列代替了與環(huán)境相容性較差的四氯乙烯作為分散劑，制備出了綠色環(huán)保型的黑白電泳顯示液。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于電泳顯示的黑白電泳顯示液的組成及其制備的方法，以Isopar系列異構(gòu)烷烴為分散介質(zhì)，二氧化鈦和炭黑粒子為電泳粒子制備雙顯的黑白電泳顯示液，該電泳顯示液具有較好的分散性和帶電性，可以用于制備電子墨水顯示器件。本發(fā)明采用的丁二酰亞胺類分散劑，此類分散劑含有富電荷氨基基團(tuán)，可以在增加粒子分散穩(wěn)定性的同時(shí)增加電泳粒子表面的電荷量，有利于響應(yīng)速度的提高。本發(fā)明采用的CH系列助劑和脂肪酸衍生物類超分散劑，可以在提高粒子分散穩(wěn)定性的同時(shí)，改善電泳液的流變性，有利于顯示效果的改善。本發(fā)明采用含氟類表面活性劑可以明顯改善電泳液的流變性，降低電泳液的粘度，對于響應(yīng)速度的提高有明顯效果，而采用的全氟辛基磺酰氟，目前這一類表面活性劑作為添加劑應(yīng)用于電泳液中的研究還很少。具體技術(shù)方案如下本發(fā)明提供了一種用于電泳顯示的黑白電泳顯示液的組成，包括(1)粒子濃度為10% -50%的二氧化鈦白色電泳粒子，粒子濃度為3% -20%的炭黑黑色電泳粒子，黑白電泳顯示液中黑色電泳液與白色電泳液的質(zhì)量比為1 15-1 30。(2) Isopar 系列電泳分散介質(zhì)，優(yōu)先選擇 Isopar GUsopar H>Isopar L 禾Π Isopar Μ。(3)含氟表面活性劑和聚合物為分散劑，含氟表面活性劑指全氟辛基磺酰氟，其用量為電泳粒子用量的3% _20%，聚合物型分散劑包括丁二酰亞胺類分散劑(Τ31、Τ151和 T152)、CH系列助劑(CH-5、CH-6和CH-13)和脂肪酸衍生物類超分散劑(A4100和A4300)， 其用量分別為電泳粒子用量的3% -25%、6% -40%和3% -30%。本發(fā)明的白色電泳液中二氧化鈦粒子濃度為10% -50%，黑色電泳液中炭黑粒子濃度為3% -20% ；若電泳粒子濃度過低，則電泳顯示液呈半透明狀，達(dá)不到預(yù)期的對比度； 若電泳粒子濃度過高，則電泳粒子排列過于緊密，電泳顯示液響應(yīng)緩慢雜亂，對比度低。本發(fā)明制備黑白電泳顯示液中黑色電泳液與白色電泳液的質(zhì)量比為 1 15-1 30;若黑色電泳粒子比例過大，則電泳顯示液成灰黑色，白態(tài)反射率太低；若黑色電泳粒子比例過小，則黑色電泳粒子難以完全遮蓋白色電泳粒子，形成的電泳顯示液對比度過低。本發(fā)明采用的電泳分散介質(zhì)為Isopar系列異構(gòu)烷烴，其有較高的沸點(diǎn)和較低的熔點(diǎn)，絕緣性良好，有較低的介電常數(shù)、較高的電阻率和較低的水溶性，有良好的光學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性和良好的顆粒流動(dòng)性，其折射率與電泳粒子相近，且不易揮發(fā)，無毒，與環(huán)境相容性極好。而在Isopar系列中由于熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、揮發(fā)度、閃點(diǎn)及粘度的差異，優(yōu)先選擇的分散介質(zhì)為 Isopar G、Isopar H、Isopar L 禾P Isopar M0而對于Isopar系列作分散介質(zhì)，二氧化鈦和炭黑作為電泳粒子的體系，由分散均勻穩(wěn)定性及顯示對比度和響應(yīng)時(shí)間的差異，優(yōu)先選擇的分散劑為丁二酰亞胺類分散劑 (T3UT151和T152)、CH系列助劑(CH-5、CH_6和CH-13)、含氟類表面活性劑(全氟辛基磺酰氟)和脂肪酸衍生物類超分散劑(A4100和A4300)，其分子結(jié)構(gòu)可分為兩部分，一部分為錨固基團(tuán)，主要作用是將分散劑緊密吸附與電泳粒子表面，防止其脫落；另一部分為溶劑化鏈，主要作用是在電泳粒子表面形成一定厚度的保護(hù)層，減少粒子團(tuán)聚，改善電泳粒子的分散穩(wěn)定性。本發(fā)明分散劑用量為電泳粒子用量的3% _40%，若用量過少，則分散劑和電泳粒子表面接觸不充分，電泳粒子不能很好的分散于Isopar中，電泳分散液穩(wěn)定性差；若分散劑用量過多，則電泳顯示液過于粘稠，電泳顯示液易凝聚且響應(yīng)慢，對比度低。本發(fā)明提供了一種用于電泳顯示的黑白電泳顯示液的制備方法，包括(1)將二氧化鈦白色電泳粒子、丁二酰亞胺類分散劑(T31、T151和T152)、CH系列助劑(CH-5、CH-6和CH-13)和Isopar系列分散介質(zhì)按一定比例混合后球磨20h_48h，得到白色電泳顯示液；(2)將炭黑黑色電泳粒子、丁二酰亞胺類分散劑(T31、T151和Τ152)、CH系列助劑 (CH-5、CH-6和CH-13)和Isopar系列分散介質(zhì)按一定比例混合后球磨20h_48h，得到黑色電泳顯示液；C3)將制備的黑色和白色電泳顯示液按質(zhì)量比為1 15-1 30混合，添加含氟類表面活性劑(全氟辛基磺酰氟)和脂肪酸衍生物類超分散劑(A4100和A4300)混合均勻。將本發(fā)明的電泳顯示液放入沉降瓶中，放置一周后觀察顯示液仍保持穩(wěn)定。將本發(fā)明的電泳顯示液制成微杯器件，兩極板間距為0. 1mm，施加15V的正反向交替電壓，電泳顯示液響應(yīng)良好，對比度在23 1以上，最高達(dá)38 1，顯黑響應(yīng)時(shí)間為831ms，顯白響應(yīng)時(shí)間為1123ms。


圖1為采用本發(fā)明制備的黑白雙顯電泳顯示液所制備的八段微杯電泳時(shí)鐘顯示器件在電場下的顯示效果圖，其中(a)為白底黑字，(b)為黑底白字。
具體實(shí)施例方式實(shí)例1球磨瓶中，加入IOmL 的 Isopar G、0. 05g 的 T31、0. IOg 的 CH-5 和 1. OOg TiO2 納米粒子或0. 30g炭黑納米粒子，以2mm氧化鋯鋯珠為研磨介質(zhì)，在轉(zhuǎn)速600r/min下研磨20h， 分別制備白色和黑色電泳顯示液。將黑白電泳顯示液按1 30混合，添加0.02g的全氟辛基磺酰氟和0. 03g A4100，混合均勻即得到黑白粒子電泳顯示液。將本發(fā)明的電泳顯示液放入沉降瓶中，放置一周后觀察顯示液仍保持穩(wěn)定。將本發(fā)明的電泳顯示液灌裝到微杯顯示器件中，兩極板間距為0. 1mm，施加15V的正反向交替電壓，觀察顯示效果，對比度為23. 2 1，顯黑時(shí)間為945ms，顯白時(shí)間為116:3ms。實(shí)例2球磨瓶中，加入IOmL 的 Isopar H、0. 20g 的 T152、0. 50g 的 CH-6 和 5. OOg TiO2 納米粒子或2. OOg炭黑納米粒子，以2mm氧化鋯鋯珠為研磨介質(zhì)，在轉(zhuǎn)速600r/min下研磨Mh， 分別制備白色和黑色電泳顯示液。將黑白電泳顯示液按1 15混合，添加0.06g的全氟辛基磺酰氟和0. 20g A4100，混合均勻即得到黑白粒子電泳顯示液。將本發(fā)明的電泳顯示液放入沉降瓶中，放置一周后觀察顯示液仍保持穩(wěn)定。將本發(fā)明的電泳顯示液灌裝到微杯顯示器件中，兩極板間距為0. 1mm，施加15V的正反向交替電壓，觀察顯示效果，對比度為25. 1 1，顯黑時(shí)間為1107ms，顯白時(shí)間為UMms。實(shí)例3球磨瓶中，加入IOmL 的 Isopar L、0. IOg 的 T151、0. 15g 的 CH-13 和 2. OOg TiO2 納米粒子或0. 40g炭黑納米粒子，以2mm氧化鋯鋯珠為研磨介質(zhì)，在轉(zhuǎn)速600r/min下研磨 ^h，分別制備白色和黑色電泳顯示液。將黑白電泳顯示液按1 20混合，添加0.03g的全氟辛基磺酰氟和0. 05g A4100，混合均勻即得到黑白粒子電泳顯示液。將本發(fā)明的電泳顯示液放入沉降瓶中，放置一周后觀察顯示液仍保持穩(wěn)定。將本發(fā)明的電泳顯示液灌裝到微杯顯示器件中，兩極板間距為0. 1mm，施加15V的正反向交替電壓，觀察顯示效果，對比度為觀.3 1，顯黑時(shí)間為103aiis，顯白時(shí)間為1220ms。實(shí)例4球磨瓶中，加入IOmL 的 Isopar G、0. 08g 的 T31、0. 20g 的 CH-13 和 2. OOg TiO2 納米粒子或0. 50g炭黑納米粒子，以2mm氧化鋯鋯珠為研磨介質(zhì)，在轉(zhuǎn)速600r/min下研磨32h， 分別制備白色和黑色電泳顯示液。將黑白電泳顯示液按1 25混合，添加0.02g的全氟辛基磺酰氟和0. 08g A4300，混合均勻即得到黑白粒子電泳顯示液。將本發(fā)明的電泳顯示液放入沉降瓶中，放置一周后觀察顯示液仍保持穩(wěn)定。將本發(fā)明的電泳顯示液灌裝到微杯顯示器件中，兩極板間距為0. 1mm，施加15V的正反向交替電壓，觀察顯示效果，對比度為30. 6 1，顯黑時(shí)間為827ms，顯白時(shí)間為1019ms。實(shí)例 5球磨瓶中，加入IOmL 的 Isopar M、0. 18g 的 T152、0. 35g 的 CH-6 和 4. OOg TiO2 納米粒子或1. OOg炭黑納米粒子，以2mm氧化鋯鋯珠為研磨介質(zhì)，在轉(zhuǎn)速600r/min下研磨36h， 分別制備白色和黑色電泳顯示液。將黑白電泳顯示液按1 觀混合，添加0.05g的全氟辛基磺酰氟和0. 17g A4300，混合均勻即得到黑白粒子電泳顯示液。將本發(fā)明的電泳顯示液放入沉降瓶中，放置一周后觀察顯示液仍保持穩(wěn)定。將本發(fā)明的電泳顯示液灌裝到微杯顯示器件中，兩極板間距為0. 1mm，施加15V的正反向交替電壓，觀察顯示效果，對比度為33. 8 1，顯黑時(shí)間為1531ms，顯白時(shí)間為2219ms。實(shí)例6球磨瓶中，加入IOmL 的 Isopar L、0. IOg 的 T151、0. 20g 的 CH-5 和 3. OOg TiO2 納米粒子或0. 50g炭黑納米粒子，以2mm氧化鋯鋯珠為研磨介質(zhì)，在轉(zhuǎn)速600r/min下研磨48h， 分別制備白色和黑色電泳顯示液。將黑白電泳顯示液按1 22混合，添加0.03g的全氟辛基磺酰氟和0. IOg A4300，混合均勻即得到黑白粒子電泳顯示液。將本發(fā)明的電泳顯示液放入沉降瓶中，放置一周后觀察顯示液仍保持穩(wěn)定。將本發(fā)明的電泳顯示液灌裝到微杯顯示器件中，兩極板間距為0. 1mm，施加15V的正反向交替電壓，觀察顯示效果，對比度為37.8 1，顯黑時(shí)間為831ms，顯白時(shí)間為112:3ms。
權(quán)利要求
1.一種用于電泳顯示的黑白電泳顯示液，其組成包括(1)黑色和白色電泳粒子；(2)Isopar系列電泳分散介質(zhì)；(3)分散劑用含氟表面活性劑和聚合物型分散劑。
2.按照權(quán)利要求1所述的顯示液，其特征在于白色電泳粒子為二氧化鈦納米粒子，粒子濃度為10%-50%,黑色電泳粒子為炭黑電泳粒子，粒子濃度為3% -20%，黑白電泳顯示液中黑色電泳液與白色電泳液的質(zhì)量比為1 15-1 30。
3.按照權(quán)利要求1所述的顯示液，其特征在于電泳分散介質(zhì)選用Isopar系列。
4.按照權(quán)利要求1所述的顯示液，其特征在于分散劑用含氟表面活性劑和聚合物型分散劑，含氟表面活性劑指全氟辛基磺酰氟，其用量為電泳粒子用量的3 % -20 %，聚合物型分散劑包括丁二酰亞胺類分散劑(T31、T151和Τ152)、CH系列助劑(CH-5、CH_6和CH-13) 和脂肪酸衍生物類超分散劑(A4100和A4300)，其用量分別為電泳粒子用量的3% -25%、 6% -40%和 3% -30%。
5.權(quán)利要求1的電泳顯示的黑白電泳顯示液的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)將二氧化鈦白色電泳粒子、丁二酰亞胺類分散劑、CH系列助劑和Isopar系列分散介質(zhì)按一定比例混合后球磨20h-48h，得到白色電泳顯示液；(2)將炭黑黑色電泳粒子、丁二酰亞胺類分散劑、CH系列助劑和Isopar系列分散介質(zhì)混合后球磨20h-48h，得到黑色電泳顯示液；(3)將制備的黑色和白色電泳顯示液按質(zhì)量比為1 15-1 30混合，添加含氟類表面活性劑和脂肪酸衍生物類超分散劑混合均勻。
6.按照權(quán)利要求5所述的黑白電泳顯示液的制備方法，其特征在于黑白電泳顯示液混合后添加的分散劑為含氟類表面活性劑和脂肪酸衍生物類超分散劑，其添加量為 3% -30%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于電泳顯示的黑白電泳顯示液的組成及其制備方法，黑白電泳顯示液分別采用炭黑和二氧化鈦納米粒子為黑白電泳粒子，黑白電泳顯示液中粒子濃度分別為3％-20％和10％-50％，黑白電泳液的質(zhì)量比為1∶15-1∶30，分散介質(zhì)為Isopar系列，分散劑為含氟表面活性劑和聚合物型分散劑，其用量為電泳粒子用量的3％-40％。該黑白電泳顯示液的制備方法為先分別將黑白粒子、聚合物型分散劑和分散介質(zhì)球磨制備黑色和白色電泳顯示液，再將二者按一定比例混合添加含氟表面活性劑制備而成。將本發(fā)明的電泳顯示液制成微杯器件，兩極板間距為0.1mm，施加15V的正反向交替電壓，電泳顯示液響應(yīng)良好，對比度在23∶1以上，最高達(dá)38∶1，顯黑響應(yīng)時(shí)間為831ms，顯白響應(yīng)時(shí)間為1123ms。
文檔編號G02F1/167GK102314039SQ20111023707
公開日2012年1月11日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者張靜, 李祥高, 柳志杰, 梅夜明, 王世榮 申請人:天津大學(xué)