CN108059852B - 一种应用于电泳显示的颜料粒子及电泳显示单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种包括颜料颗粒和形成于所述颜料颗粒表面上的有机改性层；所述有机改性层为形成于所述颜料颗粒表面上的表面活性剂层或高分子材料层；所述颜料颗粒单位比表面积的有机物含量Wsurf在0.1‑2％g/m2的范围内。本发明提供的一种颜料粒子具有较好的稳定性，用本发明颜料粒子制备得到的电泳显示器具备较好光学性能。

Description

一种应用于电泳显示的颜料粒子及电泳显示单元
技术领域
本发明涉及电泳显示技术领域，尤其是一种应用于电泳显示的颜料粒子 及电泳显示单元。
背景技术
电子纸，一种“像纸一样薄、柔软、可擦写的显示器”，在日常应用中越 来越广泛。实现电子纸技术的途径主要包括有胆固醇液晶显示技术、电泳显 示技术(EPD)以及电润湿显示技术等，但能够实现双稳态、量产化的，却只 有电泳显示技术。电泳显示的原理在是一种液体中，分散有不同种类的颗粒， 其中的颗粒可以是表面有电荷，或者表面是中性的，不带有电荷。在有外加 电场的情况，表面带有电荷的颗粒在电场作用力的情况下会朝着特定的方向 移动，比如表面带有负电荷的颗粒会向相对高电压的一侧移动，而表面带有 正电荷的颗粒会向相对低电压的一侧移动，从而达到不同表面电荷的颗粒在 这个体系中聚集在不同的位置。通过选择不同色彩的颗粒和溶剂，进而可以 实现在不同电压情况下显示不同色彩的效果。
对于电泳显示屏及其相关应用产品来说，其显示性能及其稳定性取决于用 于显示的黑色、白色、或者其他颜色颗粒本身的表面修饰效果和稳定性，因 此需要研究一种颜料颗粒，能够增加颜料颗粒在溶液中的稳定性，并且又能 使显示器具备良好光电性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明目的是提供在溶液中具有良好光电性能的 应用于电泳显示的颜料粒子及电泳显示单元。
为解决上述技术问题,本发明提供一种应用于电泳显示的颜料粒子，包括 颜料颗粒和形成于所述颜料颗粒表面上的有机改性层；所述有机改性层为形 成于所述颜料颗粒表面上的表面活性剂层或高分子材料层；所述颜料颗粒单 位比表面积的有机物含量Wsurf在0.1-2％g/m2的范围内，所述有机物含量 Wsurf定义如下：
优选地，所述有机改性层为厚度大于20nm的有机改性层。
优选地，所述有机改性层进一步为厚度在30nm-100nm之间的有机改性层。
优选地，所述颜料颗粒为形状不规则的颜料颗粒。
优选地，所述颜料颗粒粒径范围为0.1微米-1微米。
优选地，所述颜料颗粒单位比表面积的有机物含量Wsurf范围进一步为 0.25-1.6％g/m2。
优选地，所述颜料颗粒为无机盐类和/或无机氧化物颜料的颜料颗粒。
优选地，所述有机改性层为吸附在所述颜料颗粒表面上的表面活性剂层 或高分子材料层，或所述有机改性层为接枝在所述颜料颗粒表面上的高分子 材料层。
本发明还提供一种电泳显示单元，其包括显示单元本体、设置于所述显 示单元本体内的电泳液以及若干颜料粒子。
优选地，所述显示单元本体为微胶囊或微杯或微池。
本发明提供的一种颜料粒子具有较好的稳定性，用本发明颜料粒子制备 得到的电泳显示器具备较好光学性能。
具体实施方式
下面和具体实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域 的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本 发明的限定。
本实施例提供一种应用于电泳显示的颜料粒子，包括颜料颗粒和形成于 颜料颗粒表面上的有机改性层；有机改性层为形成于颜料颗粒表面上的表面 活性剂层或高分子材料层；在电泳显示中，很多情况下会存在两种甚至多种 带有不同表面电荷的颗粒共存在一个溶液中，其中至少有两种不同的颗粒带 有相反的表面电荷，即一种颗粒带有正电荷，另外一种颗粒带有负电荷，这 样这两种颗粒之间还存在很强的静电吸引力。颜料颗粒表面上的表面活性剂 层或高分子材料层，会使颗粒在相互接近的时候，由于表面活性剂层或高分 子材料层会接触，表面活性剂层或高分子材料层由于需要一定的空间从而产 生一种空间位阻的效应，阻止颗粒的相互接近来达到隔离颗粒之间的范德华 力或者静电作用力，从而实现颜料颗粒的稳定分散。
根据胶体化学的DLVO理论，两个颗粒之间的范德华相互作用力可以用下面 的公式来表达(参考文献：Principles of Colloid and Surface Chemistry, third edition,by Paul C.Hiemenz and Raj Rajagopalan，第13章)：
计算出来的范德华作用力的距离一般来说小于10nm，通常在4-6nm左右 时两个颗粒之间会有一个弱的吸引力，从而导致两个颗粒会相互吸引而产生 聚集体。在电泳显示中，很多情况下会存在两种甚至多种带有不同表面电荷 的颗粒共存在一个溶液中，其中至少有两种不同的颗粒带有相反的表面电荷， 即一种颗粒带有正电荷，另外一种颗粒带有负电荷。这样这两种颗粒之间还 存在很强的静电吸引力。根据胶体理论，该静电作用力可以用下面的公式来 表达(参考文献：Principles of Colloid and Surface Chemistry,third edition,by Paul C.Hiemenz and Raj Rajagopalan，第11章)：
而静电作用力的距离比范德华力的距离会更长一点，一般在10nm以上， 甚至可以到达20-50nm。
根据以上的分析，希望在颗粒表面的有机改性层的厚度至少在20nm以上， 这样两个颗粒的之间的间距可以维持在40nm以上，这样可以降低颗粒之间的 范德华作用力和静电吸引力，增加颗粒在电泳显示体系中的分散性和稳定。
现有的颗粒表面有机改性层的厚度测试方法，包括TEM、SEM、动态光散射、 静态光散射等方法。但是这些测试方法相当设备比较昂贵，测试方法比较复 杂，对测试人员的要求也比较高，需要测试人员有较深的专业知识。因此从 这个方面考虑，更好的表达方法是修饰后颗粒的有机物含量。同时考虑到不 同颜料颗粒的粒径和比表面积有很大的差异，例如碳酸钙颗粒的平均粒径在1 微米的时候，比表面积通常在5-10m2/g的范围内；而气相二氧化硅的比表面 积则可高达100m2/g以上，甚至达到200-300m2/g以上，这样同样的修饰后有 机物含量会造成在不同颜料颗粒上所对应的有机物层厚度会有很大的差异， 从而导致同样的有机物含量修饰后的颜料颗粒在溶液中的分散性和稳定性有 完全不同的性能。基于这方面的考虑，颜料颗粒单位比表面积的有机物含量 Wsurf是一个更好的表征方法。
在本实施例中，颜料颗粒单位比表面积的有机物含量Wsurf在0.1-2％g/m2的范围内，有机物含量Wsurf定义如下：
一方面，希望单位比表面积的高分子含量Wsurf足够高，这样高分子层的 厚度足够大，可以隔离范德华作用力和静电吸引力。但是另外一方面，如果 Wsurf过高的话，会造成高分子层的厚度太大，颜料颗粒在外加电场下运动的 时候会带来更大的阻力，降低颗粒在电场下的迁移速率。这样Wsurf需要在一 个合适的范围，既能给颜料颗粒提供足够的分散性和稳定性，又不会严重降 低颗粒的迁移速率。
在优选实施例中，颜料颗粒单位比表面积的有机物含量Wsurf范围进一步 为0.25-1.6％g/m2。
在优选实施例中，有机改性层为厚度大于20nm的有机改性层。在进一步 优选实施例中，有机改性层进一步为厚度在30nm-100nm之间的有机改性层。 在更进一步优选实施例中，有机改性层进一步为厚度在35nm-50nm之间的有机 改性层。
在优选实施例中，颜料颗粒为形状不规则的颜料颗粒。
在优选实施例中，颜料颗粒粒径范围为0.1微米-1微米。为了实现电泳 显示，通常这些颜料颗粒的粒径会比较小，根据热力学的原理，这么小的颗 粒在溶剂中会倾向于聚集在一起，而不是均匀分散在溶剂中，造成颗粒在溶 液里相互聚集的原因包括范德华力(vander Waals forces)、静电吸引力(两 个相反表面电荷的颗粒之间)、溶液中的高分子所造成的搭桥作用等。因此颜 料颗粒粒径范围为0.1微米-1微米具有较好的显示效果，并且不受粒子间相 互作用力的影响。
在优选实施例中，颜料颗粒为无机盐类和/或无机氧化物颜料的颜料颗粒。 无机盐类和无机氧化物颜料包括二氧化硅、二氧化钛、氧化钙、氧化铬、二 氧化锌、氧化铜、氧化铅、炭黑、硅酸盐、钛黄、铬黄、铅铬绿、锰紫、铁 蓝、钴蓝、锌白、镉黄、硫酸钡、钼橙、群青、天青蓝、翡翠绿、翠绿、以 及其他种类的无机盐类或无机氧化物颜料。
在优选实施例中，颜料颗粒的颜色选择可以是白色、黑色、或者其他， 例如红色、黄色、蓝色、绿色、褐色等颜色。
在优选实施例中，有机改性层为吸附在颜料颗粒表面上的表面活性剂层 或高分子材料层，或有机改性层为接枝在颜料颗粒表面上的高分子材料层。 在对颗粒表面进行修饰的时候，采用吸附表面活性剂或者高分子的方法相对 简单，但是这些有机物的吸附一般通过物理方式吸附在颗粒表面，或者以离 子键、氢键等形式的化学吸附。但是这些吸附通常是可逆的一个过程，对颗 粒的修饰结果不具备长期稳定性，从而影响电泳显示的相关和长期可靠性。 但是通过共价键把高分子接枝在颗粒表面是一个更好的方法，能够给颗粒通过一种长期的表面修饰。
在进一步优选实施例中，接枝在颜料颗粒表面上的高分子材料层的接枝 方法为，采用聚合物单体在溶液中进行聚合反应，同时反应后的高分子通过 与颜料颗粒表面已有的偶联剂反应进行接枝。常见的偶联剂包括硅烷类偶联 剂、钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂等。聚合物单体可以是任何可供聚合 反应用的化合物，包括但不限于甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸十二烷 基酯、甲基丙烯酸十四烷基酯、乙基甲基丙烯酸酯、丁基甲基丙烯酸酯、叔 丁基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸 苄基酯、苯乙烯、4-乙烯吡啶、N-乙烯吡咯烷酮、甲基丙烯酸三氟乙酯、甲 基丙烯酸等化合物或者他们的混合物、复合物或者衍生物等。
在优选实施例中，颜料颗粒为有机颜料的颜料颗粒。有机颜料包括各种 天然的或者合成的有机颜料。例如有机黄色颜料(Aiarylide yellow、Arylide yellow、Hansayellow、Benzidine yellow等)、有机橙色颜料(Perinone orange、 diarylide orange等)、有机蓝色颜料(Ultramarine blue、Indanthrone blue 等)、有机红色颜料(Anthraquinoidred、Perylene red等)、或者其他颜色 的有机颜料。
本实施例还提供一种电泳显示单元，其包括显示单元本体、设置于所述 显示单元本体内的电泳液以及若干颜料粒子。
在优选实施例中，所述显示单元本体为微胶囊或微杯或微池。
本实施例按照如下制备方法制备接枝高分子的颜料颗粒，得到颗粒1-4。
在1000毫升反应瓶中，加入200克颜料，一定量的偶联剂，200g月桂酯， 400克甲苯。在充氮气保持体系惰性环境，以200rpm的搅拌速度混合20分 钟。在氮气环境和冷凝回流装置下，将反应混合物温度缓慢升高至50℃，加 入引发剂，反应16个小时。反应产物在3500RPM下离心收集，收集过程中产 物用甲苯清洗。电泳粒子收集后，测试粒子的有机物含量，测试的数据和计 算的颜料颗粒的单位比表面积有机物含量Wsurf列举在表1中。
表1
用以上得到的颗粒1-4来制备电泳显示器样品1-3，制备方法如下：
电泳液配置：分别将适量的白色负电电泳粒子和黑色中性电泳粒子或白 色负电电泳粒子和红色正电电泳粒子、稳定剂、电荷控制剂分散在烷烃溶剂 中，配制电泳显示液，在一定温度下分散均匀使用；
复凝聚法合成微胶囊显示微单元：称取一定量的去离子水加入到10L玻 璃夹层反应釜，再称取一定量的明胶加入到去离子水中搅拌溶解，溶解温度 为42℃。同时称取一定量的***胶和去离子水，在另一个4L玻璃反应釜中 搅拌溶解，溶解温度为40℃。待明胶溶解完全后，加入电泳显示液，调整转 速，搅拌分散45min，再加入溶解完全的***胶溶液，调整合适转速继续搅 拌分散30min。然后用质量分数为10％的醋酸水溶液调节pH值至4.5，调整 合适转速再搅拌分散30min。降低反应釜温度至10℃，降温时间为3h。加入 质量分数为50％的戊二醛溶液,同时升高反应温度至25℃，使微胶囊交联固 化反应10h。收集微胶囊，采用附微孔过滤网的振动筛法，选择合适粒径的胶 囊使用。
微胶囊涂布及电泳显示器制备：将微胶囊调整到合适的pH值5.0左右， 然后以5份重量的胶黏剂、45份重量的微胶囊和50份重量的水混合搅拌均匀， 再加入分散剂和增稠剂在45℃搅拌配制成电子墨水，然后将电子墨水涂布在 ITO薄膜上烘干，即形成电泳显示层，测试电泳显示层的厚度为28微米。最 后在电泳显示层上再刮涂一层胶水层，激光切割至合适的尺寸，再层压到TFT 上密封，即完成电泳显示器件的制备。
将制备的电泳显示器在特定温度下，利用测色仪器Eye-one测试电泳显 示器件的光电性能。样品1-3的光电性能如表2所示。
表2
样品名称 白色颗粒 颜色颗粒 L*白色 L*黑色 a*颜色 b*颜色 CR
样品1 颗粒3 颗粒1 73.63 11.59 0.13 -2.24 34.29
样品2 颗粒3 颗粒2 75.45 16.45 -0.16 0.04 22.40
样品3 颗粒3 颗粒4 70.63 43.67 31.37 15.68 3.06
结合表1和表2的数据可以看出。所制备的样品都具有较好的光电性能。 其中样品1和样品2的黑白样品黑白色显示效果很好，对比度达到要求，显 示器3的红白样品颜色效果很好。说明本实施例中合理设置Wsurf值得到的样 品具有较好的光电性能。同时本实施例制备的颜料颗粒还具有分散在溶液中 还具有较好的稳定性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围， 凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接 运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种电泳显示单元，其特征在于，其包括显示单元本体、设置于所述显示单元本体内的电泳液以及若干颜料粒子，
所述电泳液的配置方法如下：将负电颜料粒子和中性颜料粒子，或负电颜料粒子和正电颜料粒子、稳定剂、电荷控制剂分散在烷烃溶剂中，配置电泳显示液，
所述颜料粒子包括颜料颗粒和形成于所述颜料颗粒表面上的有机改性层；所述有机改性层为形成于所述颜料颗粒表面上的表面活性剂层或高分子材料层；所述颜料颗粒单位比表面积的有机物含量Wsurf在0.1-2％g/m2的范围内，所述有机物含量Wsurf定义如下：
2.如权利要求1所述的电泳显示单元，其特征在于所述有机改性层为厚度大于20nm的有机改性层。
3.如权利要求1所述的电泳显示单元，其特征在于所述有机改性层进一步为厚度在30nm-100nm之间的有机改性层。
4.如权利要求1所述的电泳显示单元，其特征在于所述颜料颗粒为形状不规则的颜料颗粒。
5.如权利要求1所述的电泳显示单元，其特征在于所述颜料颗粒粒径范围为0.1微米-1微米。
6.如权利要求1所述的电泳显示单元，其特征在于所述颜料颗粒单位比表面积的有机物含量Wsurf范围进一步为0.25-1.6％g/m2。
7.如权利要求1所述的电泳显示单元，其特征在于所述颜料颗粒为无机盐类和/或无机氧化物颜料的颜料颗粒。
8.如权利要求1所述的电泳显示单元，其特征在于所述有机改性层为吸附在所述颜料颗粒表面上的表面活性剂层或高分子材料层，或所述有机改性层为接枝在所述颜料颗粒表面上的高分子材料层。
9.如权利要求1所述一种电泳显示单元,其特征在于所述显示单元本体为微胶囊或微杯或微池。
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