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    • 专利摘要:
    本發明係有關一種包含不帶電或輕微帶電中性浮力粒子的電泳流體。所得流體不僅可改良顯示裝置之影像穩定性，而且亦可改良顯示裝置之對比率，且不會顯著地影響切換速度。本發明亦有關一種包含用該電泳流體填充之顯示單元的電泳顯示器。
    公开号:TW201324015A
    申请号:TW101134658
    申请日:2012-09-21
    公开日:2013-06-16
    发明作者:Ming Wang；Yu Li；Hui Du；Xiaojia Zhang；Hai-Yan Gu；Roman Ivanov；Robert A Sprague
    申请人:Sipix Imaging Inc；
    IPC主号:G02F1-00
    专利说明:
    用於改良電泳顯示器之光學性能的添加劑
    本發明係有關電泳流體，尤其是包含用於改良電泳顯示器之光學性能之不帶電或輕微帶電中性浮力粒子的電泳流體。
    電泳顯示器(electrophoretic display，EPD)為基於影響懸浮於介電溶劑中之帶電顏料粒子之電泳現象的非發射性裝置。EPD典型地包含一對間隔開之板狀電極。該等電極板中之至少一者(典型地在檢視側上)為透明的。由介電溶劑與分散於溶劑中的帶電顏料粒子組成之電泳流體被封閉在該兩個電極板之間。
    電泳流體可具有分散於具對比色(contrasting color)的溶劑或溶劑混合物中之一種類型之帶電顏料粒子。在此情況下，當於兩個電極板之間施加電壓差時，該等顏料粒子藉由吸引力而遷移至極性與該等顏料粒子之極性相反之板。因此，透明板處顯示之顏色可為溶劑之顏色或顏料粒子之顏色。逆轉板極性將使粒子遷移至相對板，從而使顏色逆轉。
    或者，電泳流體可具有擁有對比色且攜帶相反電荷的兩種類型之顏料粒子，且該兩種類型之顏料粒子分散於澄清溶劑或溶劑混合物中。在此情況下，當於兩個電極板之間施加電壓差時，兩種類型之顏料粒子可移動至顯示單元中之相對端(頂部或底部)。因此，在顯示單元之檢視側將可見兩種類型顏料粒子之顏色之一。
    對於所有類型之電泳顯示器而言，顯示器之個別顯示單元內所含之流體無疑為該裝置之最關鍵部件之一。流體之組成很大程度上決定裝置之壽命、對比率、切換速率及雙穩定性。
    在本發明之前，提議電泳顯示器之影像穩定性可藉由添加聚合物添加劑至電泳流體中而改良。聚合物添加劑可完全溶解於流體中或部分溶解於流體中以形成微胞聚集體。然而，該方法之有效性為有限的，因為添加聚合物添加劑至流體中將不可避免地提高流體之黏度，從而導致切換時間增加。
    本發明之第一態樣係有關包含含於溶劑或溶劑混合物中之帶電顏料粒子及不帶電或輕微帶電中性浮力粒子的電泳流體。
    在一個具體實例中，流體包含具有對比色且攜帶相反電荷極性之兩種類型的帶電顏料粒子。在一個具體實例中，兩種類型之帶電顏料粒子分別為黑色及白色的。在一個具體實例中，不帶電或輕微帶電中性浮力粒子具有與兩種類型之帶電顏料粒子中之一種相同的顏色。在一個具體實例中，不帶電或輕微帶電中性浮力粒子具有與兩種類型之帶電顏料粒子中之任一種不同的顏色。
    在一個具體實例中，流體僅包含一種類型之帶電顏料粒子。
    本發明之第二態樣係有關包含用如上文所述之電泳流體填充之顯示單元的電泳顯示器。在一個具體實例中，該等顯示單元為微杯(microcups)。在另一具體實例中，該等顯示單元為微膠囊(microcapsules)。
    在一個具體實例中，輕微帶電中性浮力粒子攜帶之電荷小於由帶正電或帶負電顏料粒子所攜帶之平均電荷的50%、較佳小於平均電荷的25%且更佳小於平均電荷的10%。
    在一個具體實例中，不帶電或輕微帶電中性浮力粒子由選自由聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚苯胺、聚吡咯、聚酚及聚矽氧烷組成之群的材料形成。在一個具體實例中，不帶電或輕微帶電中性浮力粒子由選自由聚(甲基丙烯酸五溴苯酯)、聚(2-乙烯基萘)、聚(甲基丙烯酸萘酯)、聚(α-甲基苯乙烯)、聚(N-苯甲基甲基丙烯醯胺)及聚(甲基丙烯酸苯甲酯)組成之群的材料形成。
    在一個具體實例中，不帶電或輕微帶電中性浮力粒子由折射率與溶劑或溶劑混合物之折射率不同的材料形成。在一個具體實例中，不帶電或輕微帶電中性浮力粒子由折射率高於溶劑或溶劑混合物之折射率的材料形成。
    在一個具體實例中，不帶電或輕微帶電中性浮力粒子為核心-外殼型粒子。在一個具體實例中，核心粒子由有機或無機顏料形成。在一個具體實例中，外殼由選自由聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚苯胺、聚吡咯、聚酚及聚矽氧烷組成之群的材料形成。在一個具體實例中，外殼由選自由聚(甲基丙烯酸五溴苯酯)、聚(2-乙烯基萘)、聚(甲基丙烯酸萘酯)、聚(α-甲基苯乙烯)、聚(N-苯甲基甲基丙烯醯胺)及聚(甲基丙烯酸苯甲酯)組成之群的材料形成。
    在一個具體實例中，不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之尺寸在約100奈米至約5微米之範圍內。
    在一個具體實例中，電泳流體中不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之濃度高於2.5重量%，但不超過約25重量%。在一個具體實例中，電泳流體中不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之濃度在約3重量%至約15重量%之範圍內。在一個具體實例中，電泳流體中不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之濃度在約3重量%至約10重量%之範圍內。
    本發明人已發現，藉由添加不帶電或輕微帶電中性浮力粒子至電泳流體中，顯示裝置不僅可改良其影像穩定性，而且亦可改良其對比率，且不會顯著地影響其切換速度。
    術語「輕微帶電(lightly charged)」定義為具有之電荷小於由帶正電顏料粒子或帶負電顏料粒子所攜帶之平均電荷的50%、較佳小於平均電荷的25%且更佳小於平均電荷的10%。
    術語「中性浮力(neutral buoyancy)」係指不隨重力上升或下降之粒子。換言之，粒子將漂浮在兩個電極板之間的流體中。在一個具體實例中，中性浮力粒子之密度可能與溶劑或溶劑混合物(中性浮力粒子分散於其中)之密度相同。
    在本發明之一個態樣中，電泳流體包含一種類型之帶電顏料粒子(11)及不帶電中性浮力粒子(13)，兩者均分散於介電溶劑或溶劑混合物(12)中，如圖1中所示(亦即，「單粒子系統(one particle system)」)。視施加於電極之電壓電位及由帶電顏料粒子(11)攜帶之電荷極性而定，帶電顏料粒子(11)將移動至電極(14a或14b)中之一者處或其附近。
    帶電顏料粒子(11)可由無機顏料形成，諸如TiO2、ZrO2、ZnO、Al2O3、CI顏料黑26或28或其類似物(例如錳鐵氧體黑色尖晶石或銅鉻鐵礦黑色尖晶石)。帶電顏料粒子(11)亦可由有機顏料形成，諸如酞青藍、酞青綠、二芳基化物黃(diarylide yellow)、二芳基化物AAOT黃(diarylide AAOT yellow)、及來自Sun Chemical之喹吖啶酮、偶氮、玫紅(rhodamine)、苝顏料系列、來自Kanto Chemical之漢薩黃G(Hansa yellow G)粒子及來自Fisher之碳燈黑(Carbon Lampblack)。
    帶電顏料粒子亦可為在其表面上塗佈有聚合物層之粒子且聚合物塗層可經過各種常規已知聚合技術來製備。
    帶電顏料粒子可攜帶天然電荷或經由電荷控制劑之存在而帶電。
    分散有帶電顏料粒子之溶劑或溶劑混合物(12)較佳具有低黏度且介電常數在約2至約30之範圍內，較佳在約2至約15之範圍內(對於高粒子遷移率)。適合之介電溶劑之實例包括：烴類，諸如合成異構烷油(isopar)、十氫萘(DECALIN)、5-亞乙基-2-降莰烯、脂肪油、石蠟油；矽流體；芳族烴類，諸如甲苯、二甲苯、苯基二甲苯基乙烷、十二烷基苯及烷基萘；鹵化溶劑，諸如全氟十氫萘、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、五氯苯；及全氟溶劑，諸如來自3M公司(St.Paul MN)之FC-43、FC-70及FC-5060，低分子量含鹵素聚合物，諸如來自TCI America(Portland,Oregon)之聚(全氟環氧丙烷)、聚(氯三氟-乙烯)(諸如來自Halocarbon Product公司(River Edge,NJ)之鹵烴油)、全氟聚烷基醚(諸如來自Ausimont之Galden或來自DuPont(Delaware)之Krytox油及Greases K-Fluid系列)、來自Dow-corning之基於聚二甲基矽氧烷之矽油(DC-200)。溶劑或溶劑混合物可藉由染料或顏料著色。
    不帶電或輕微帶電中性浮力粒子(13)可由聚合材料形成。聚合材料可為共聚物或均聚物。
    用於不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之聚合材料的實例可包括(但不限於)聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚苯胺、聚吡咯、聚酚、聚矽氧烷或其類似物。聚合材料之更特定實例可包括(但不限於)聚(甲基丙烯酸五溴苯酯)、聚(2-乙烯基萘)、聚(甲基丙烯酸萘酯)、聚(α-甲基苯乙烯)、聚(N-苯甲基甲基丙烯醯胺)或聚(甲基丙烯酸苯甲酯)。該等材料適用於單粒子系統或雙粒子系統中之中性浮力粒子。
    不帶電或輕微帶電中性浮力粒子更佳地由不溶於顯示流體之介電溶劑中且亦具有高折射率的聚合物形成。在一個具體實例中，不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之折射率與分散有粒子之溶劑或溶劑混合物的折射率不同。然而，不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之折射率典型地高於溶劑或溶劑混合物之折射率。在一些情況下，不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之折射率可高於1.45。
    在一個具體實例中，用於不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之材料可包含芳族部分。
    以上論述之不帶電或輕微帶電中性浮力粒子可藉由聚合技術(諸如懸浮聚合、分散聚合、種子聚合、無皂聚合、乳化聚合)或物理方法(包括反相乳化-蒸發方法)由單體來製備。單體在分散劑存在下聚合。分散劑之存在允許聚合物粒子以所要之尺寸範圍形成且分散劑亦可形成物理上或化學上結合至聚合物粒子之表面的層，以防止粒子發生黏聚(agglomeration)。
    分散劑較佳具有長鏈(具有至少8個原子)，其可使聚合物粒子在烴溶劑中穩定。該等分散劑可為以丙烯酸酯基封端或以乙烯基封端之巨分子，其為適合的係因為丙烯酸酯基或乙烯基可在反應介質中與單體發生共聚合。
    分散劑之一個特定實例為以丙烯酸酯基封端之聚矽氧烷(Gelest，MCR-M17、MCR-M22)。
    另一類型之適合分散劑為聚乙烯巨單體，如下所示：CH3-[-CH2-]n-CH2O-C(=O)-C(CH3)=CH2
    巨單體之主鏈可為聚乙烯鏈且n可為30-200。此類型之巨單體的合成可見於Seigou Kawaguchi等人，Designed Monomers and Polymers,2000,3,263中。
    若流體系統經氟化，則分散劑隨後較佳亦經氟化。
    或者，不帶電或輕微帶電中性浮力粒子亦可由塗佈有聚合物外殼之核心粒子形成，且外殼可例如由任何上文鑑別之聚合材料形成。
    核心粒子可由無機顏料(諸如TiO2、ZrO2、ZnO、Al2O3、CI顏料黑26或28或其類似物(例如錳鐵氧體黑色尖晶石或銅鉻鐵礦黑色尖晶石))或有機顏料(諸如酞青藍、酞青綠、二芳基化物黃、二芳基化物AAOT黃、及來自Sun Chemical之喹吖啶酮、偶氮、玫紅、苝顏料系列、來自Kanto Chemical之漢薩黃G粒子及來自Fisher之碳燈黑或其類似物)製得。
    在核心-外殼型不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之情況下，該等粒子可藉由微膠囊化方法(諸如凝聚、界面聚縮合、界面交聯、原位聚合或基質聚合)形成。
    不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之尺寸較佳在約100奈米至約5微米之範圍內。
    在如圖2中所示之本發明的另一態樣中，電泳流體包含兩種類型之帶電顏料粒子(21a及21b)及不帶電或輕微帶電中性浮力粒子(23)，全部分散於溶劑或溶劑混合物(22)中(亦即「雙粒子系統(two particle system)」)。帶電顏料粒子之移動由施加於電極24a及24b之電壓電位決定。
    兩種類型之帶電顏料粒子具有不同光學特性。舉例而言，其具有對比色且攜帶相反電荷極性。
    兩種類型之帶電顏料粒子各自可具有上文關於單粒子系統中之帶電粒子所論述相同的特性。雙粒子系統中之溶劑或溶劑混合物亦可選自上文給出之清單。
    適用於不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之材料與上文關於單粒子系統所述相同。
    在包含攜帶相反電荷極性且具有對比色之兩種類型之帶電顏料粒子的電泳流體中，該等粒子較佳在其表面上具有聚合物層以防止其彼此黏附。否則，在黑色/白色顯示裝置之情況下，在白色及黑色狀態下之反射率可能受損。
    在本發明之該態樣的一個具體實例中，添加至流體中之不帶電或輕微帶電中性浮力粒子(23)可具有與兩種類型之電荷顏料粒子中之一者的顏色目測實質上相同的顏色。舉例而言，在顯示流體中，可存在帶電黑色粒子、帶電白色粒子及不帶電或輕微帶電中性浮力粒子，且不帶電或輕微帶電中性浮力粒子可為白色或黑色。
    在另一具體實例中，不帶電或輕微帶電中性浮力粒子可具有與兩種類型之帶電顏料粒子中之任一者的顏色實質上不同的顏色。
    圖2a及圖2b展示在雙粒子系統中可如何藉由添加不帶電或輕微帶電中性浮力粒子來改良對比率。如圖所示，不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之存在(尤其當其由反射材料形成時)可增強入射光(25)之反射；因而改良對比率。
    圖2c及圖2d展示在雙粒子流體系統中可如何藉由添加不帶電或輕微帶電中性浮力粒子來改良影像穩定性。不帶電中性浮力粒子可在驅動電場下填充由過包於電極表面上之帶電顏料粒子而產生的空隙，從而防止帶電顏料粒子由於重力而沈降。
    另外，若不帶電或輕微帶電中性浮力粒子為白色的，則其可提高顯示器之反射率。若其為黑色的，則其可增強顯示器之黑度。
    在本發明之另一具體實例中，電泳流體中不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之濃度較佳大於2.5重量%，但不超過約25重量%。在另一具體實例中，不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之濃度較佳在約3重量%至約15重量%之範圍內，且更佳在約3重量%至約10重量%之範圍內。
    術語「約(about)」係指指示值之±5%的範圍。
    本發明之電泳流體，除不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之外，亦可包含其他添加劑，諸如電荷控制劑。本發明之所有具體實例中使用之電荷控制劑(CCA)可與電泳流體中之溶劑相容且可與帶電粒子之表面相互作用以有效地產生用於粒子之正電荷或負電荷。適用之離子電荷控制劑包括(但不限於)十二烷基苯磺酸鈉、金屬皂、聚丁烯丁二醯亞胺、順丁烯二酸酐共聚物、乙烯吡啶共聚物、乙烯吡咯啶酮共聚物、(甲基)丙烯酸共聚物或N,N-二甲基胺基乙基(甲基)丙烯酸酯共聚物、Alcolec LV30(大豆卵磷脂)、Petrostep B100(石油磺酸鹽)或B70(磺酸鋇)、Solsperse 17000(活性聚合分散劑)、Solsperse 9000(活性聚合分散劑)、OLOA 11000(丁二醯亞胺無灰分散劑)、OLOA 1200(聚異丁烯丁二醯亞胺)、Unithox 750(乙氧化物)、Petronate L(磺酸鈉)、Disper BYK 101、2095、185、116、9077及220以及ANTI-TERRA系列。
    本發明之另一態樣係有關電泳顯示器，其中顯示單元經如本申請案中所述之任何顯示流體填充。
    術語「顯示單元(display cell)」係指用顯示流體填充之微容器。顯示單元可為如美國專利第6,930,818號中所述之微杯，該美國專利之內容以全文引用之方式併入本文中。
    顯示單元亦可為任何其他微容器(例如微膠囊或微通道)，無論其形狀或尺寸如何。所有該等微容器均在本申請案之範疇內，只要微容器經顯示流體填充即可。
    雖然本發明已參考其特定具體實例加以描述，但熟習此項技術者應瞭解，在不悖離本發明之真實精神及範疇之情況下，可作出各種改變且可替代等效物。另外，可進行許多修改以使特定情形、材料、組合物、方法、一或多個方法步驟適合於本發明之目標、精神及範疇。所有此等修改意欲在隨附申請專利範圍之範疇內。
    11‧‧‧帶電顏料粒子
    12‧‧‧介電溶劑或溶劑混合物
    13‧‧‧不帶電中性浮力粒子
    14a‧‧‧電極
    14b‧‧‧電極
    21a‧‧‧帶電顏料粒子
    21b‧‧‧帶電顏料粒子
    22‧‧‧溶劑或溶劑混合物
    23‧‧‧不帶電或輕微帶電中性浮力粒子
    24a‧‧‧電極
    24b‧‧‧電極
    25‧‧‧入射光
    圖1描繪包含一種類型之帶電顏料粒子及不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之電泳流體，兩種粒子均分散於溶劑或溶劑混合物中。
    圖2a-2d展示不帶電或輕微帶電中性浮力粒子可如何改良包含兩種類型之帶電顏料粒子之電泳流體的性能。
    11‧‧‧帶電顏料粒子
    12‧‧‧介電溶劑或溶劑混合物
    13‧‧‧不帶電中性浮力粒子
    14a‧‧‧電極
    14b‧‧‧電極
    权利要求:
    Claims (24)
    [1] 一種電泳流體，其包含含於溶劑或溶劑混合物中之帶電顏料粒子及不帶電或輕微帶電中性浮力粒子。
    [2] 如申請專利範圍第1項之流體，其中該等帶電顏料粒子包含具有對比色且攜帶相反電荷極性之兩種類型的帶電顏料粒子。
    [3] 如申請專利範圍第2項之流體，其中該等兩種類型之帶電顏料粒子分別為黑色及白色的。
    [4] 如申請專利範圍第2項之流體，其中該等不帶電或輕微帶電中性浮力粒子具有與該等兩種類型之帶電顏料粒子中之一者相同的顏色。
    [5] 如申請專利範圍第2項之流體，其中該等不帶電或輕微帶電中性浮力粒子具有與該等兩種類型之帶電顏料粒子中之任一者不同的顏色。
    [6] 如申請專利範圍第1項之流體，其僅包含一種類型之帶電顏料粒子。
    [7] 如申請專利範圍第1項之流體，其中該等輕微帶電中性浮力粒子攜帶之電荷小於由該等帶正電或帶負電顏料粒子所攜帶之平均電荷的50%。
    [8] 如申請專利範圍第1項之流體，其中該等輕微帶電中性浮力粒子攜帶之電荷小於由該等帶正電或帶負電顏料粒子所攜帶之平均電荷的25%。
    [9] 如申請專利範圍第1項之流體，其中該等輕微帶電中性浮力粒子攜帶之電荷小於由該等帶正電或帶負電顏料粒子所攜帶之平均電荷的10%。
    [10] 如申請專利範圍第1項之流體，其中該等不帶電或輕微帶電中性浮力粒子由選自由聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚苯胺、聚吡咯、聚酚及聚矽氧烷組成之群的材料形成。
    [11] 如申請專利範圍第1項之流體，其中該等不帶電或輕微帶電中性浮力粒子由選自由聚(甲基丙烯酸五溴苯酯)、聚(2-乙烯基萘)、聚(甲基丙烯酸萘酯)、聚(α-甲基苯乙烯)、聚(N-苯甲基甲基丙烯醯胺)及聚(甲基丙烯酸苯甲酯)組成之群的材料形成。
    [12] 如申請專利範圍第1項之流體，其中該等不帶電或輕微帶電中性浮力粒子由折射率與該溶劑或溶劑混合物之折射率不同的材料形成。
    [13] 如申請專利範圍第1項之流體，其中該等不帶電或輕微帶電中性浮力粒子由折射率高於該溶劑或溶劑混合物之折射率的材料形成。
    [14] 如申請專利範圍第1項之流體，其中該等不帶電或輕微帶電中性浮力粒子為核心-外殼型粒子。
    [15] 如申請專利範圍第14項之流體，其中該核心粒子由有機或無機顏料形成。
    [16] 如申請專利範圍第14項之流體，其中該外殼由選自由聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚苯胺、聚吡咯、聚酚及聚矽氧烷組成之群的材料形成。
    [17] 如申請專利範圍第14項之流體，其中該外殼由選自由聚(甲基丙烯酸五溴苯酯)、聚(2-乙烯基萘)、聚(甲基丙烯酸萘酯)、聚(α-甲基苯乙烯)、聚(N-苯甲基甲基丙烯醯胺)及聚(甲基丙烯酸苯甲酯)組成之群的材料形成。
    [18] 如申請專利範圍第1項之流體，其中該等不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之尺寸在約100奈米至約5微米之範圍內。
    [19] 如申請專利範圍第1項之流體，其中電泳流體中該等不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之濃度大於2.5重量%，但不超過約25重量%。
    [20] 如申請專利範圍第1項之流體，其中電泳流體中該等不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之濃度在約3重量%至約15重量%之範圍內。
    [21] 如申請專利範圍第1項之流體，其中電泳流體中該等不帶電或輕微帶電中性浮力粒子之濃度在約3重量%至約10重量%之範圍內。
    [22] 一種電泳顯示器，其包含用如申請專利範圍第1項之電泳流體填充的顯示單元。
    [23] 如申請專利範圍第22項之顯示器，其中該等顯示單元為微杯。
    [24] 如申請專利範圍第22項之顯示器，其中該等顯示單元為微膠囊。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    US13/243,751|US8902491B2|2011-09-23|2011-09-23|Additive for improving optical performance of an electrophoretic display|
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