ES2894743T3

ES2894743T3 - Fluido de pantalla electroforética

Info

Publication number: ES2894743T3
Application number: ES16793218T
Authority: ES
Inventors: Hui Du; Craig Lin
Original assignee: E Ink California LLC
Current assignee: E Ink California LLC
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2016-05-05
Publication date: 2022-02-15
Anticipated expiration: 2036-05-05
Also published as: US10372010B2; US20180335680A1; KR102073463B1; KR20170136628A; CN107533269B; CA2982851A1; EP3295244A1; EP3295244A4; US10036929B2; PL3295244T3; US20160334690A1; CN107533269A; JP2018515810A; TWI602009B; WO2016182839A1; TW201643533A; PT3295244T; CA2982851C; HK1244545A1; EP3295244B1

Abstract

Un fluido electroforético que comprende un primer y segundo tipo de partículas cargadas dispersadas en un disolvente o mezcla de disolventes, siendo el primer y segundo tipo de partículas cargadas no blanco y no negro, de diferentes colores y portando la misma polaridad de carga, portando el primer tipo de partículas una carga mayor que el segundo tipo de partículas, estando el fluido electroforético caracterizado por qué: (i) el primer tipo de partículas se forma a partir de un pigmento inorgánico y se trata superficialmente por el método de polimerización de radicales libres; y (ii) el segundo tipo de partículas se forma a partir de un pigmento orgánico y se trata superficialmente por polimerización por dispersión.

Description

DESCRIPCIÓN

Fluido de pantalla electroforética

La presente invención se refiere a un fluido de pantalla electroforética.

Una pantalla electroforética (EPD) es un dispositivo no emisor basado en el fenómeno de electroforesis que influye en partículas de pigmento cargadas dispersadas en un disolvente dieléctrico. Una EPD típicamente comprende un par de electrodos similares a placas espaciados. Al menos una de las placas de electrodo, típicamente en el lado de visualización, es transparente. Un fluido electroforético compuesto de un disolvente dieléctrico con partículas de pigmento cargadas dispersadas en el mismo se encierra entre las dos placas de electrodo.

Un fluido electroforético puede comprender uno o más tipos de partículas cargadas. Para un dispositivo de pantalla electroforética a color, un fluido habitualmente comprende al menos tres tipos de partículas cargadas. Entre ellas, hay partículas blancas, negras y no blancas y no negras. Para las partículas no blancas y no negras, a menudo se usan pigmentos orgánicos debido a su superior potencia colorante.

Pero en la práctica hay solamente unos pocos tipos de técnicas de modificación superficial que pueden usarse para preparar partículas de pigmento orgánicas para permitir que sean funcionales en una pantalla electroforética. Si coexisten partículas de pigmento orgánicas de diferentes colores en un fluido y tienen la misma química superficial, estas partículas pueden ser difíciles de separar en un voltaje impulsor dado. Esto se debe al hecho de que es difícil preparar estas partículas para que tengan polaridades de carga deseadas y diferentes niveles de potencial de carga ya que tienen la misma química superficial.

Además, si se usa uno o más agentes de control de carga en un fluido, las diferentes partículas de pigmento orgánicas coloreadas que tiene la misma química superficial competirían por el mismo agente de control de carga, provocando cargas inestables durante el impulso. Todos estos factores podrían dar lugar a un mal rendimiento de color de un dispositivo de pantalla, tal como presencia de distorsión de color y un mal contraste de color.

El documento US 2011/0134506 A1 describe un dispositivo de pantalla que incluye un elemento de pantalla electroforética que comprende múltiples tipos de partículas, estando cargados cada uno de los múltiples tipos respectivos de partículas con la misma polaridad, difiriendo en las propiedades ópticas y difiriendo en la velocidad de migración y/o el valor umbral del campo eléctrico para el movimiento, un electrodo en el lado de pantalla translúcido, un primer electrodo del lado posterior y un segundo electrodo del lado posterior; y una sección de control de voltaje que controla los voltajes aplicados al electrodo del lado de pantalla, el primer electrodo del lado posterior y el segundo del lado posterior, de modo que los tipos de partículas que tienen la velocidad de migración más rápida desde los múltiples de partículas, o los tipos de partículas que tienen el valor umbral más bajo a partir de los múltiples tipos de partículas, se mueven hasta el primer electrodo del lado posterior o hasta el segundo del lado posterior, y después las partículas que se movieron hasta el primer electrodo del lado posterior se mueven hasta el electrodo del lado de pantalla. La figura 1 de esta solicitud muestra una pantalla que comprende partículas de cian, magenta y amarillo formadas a partir de pigmentos y que portan todas cargas de la misma polaridad.

El documento US 2011/0286078 A1 describe un dispositivo de pantalla electroforética a todo color que tiene una matriz de unidades de píxeles. Cada unidad de píxel está constituida por un primer subpíxel y un segundo subpíxel contiguo al mismo. El primer subpíxel incluye una pluralidad de primeras partículas coloreadas cargadas y una pluralidad de segundas partículas coloreadas cargadas para recibir una fuente de luz que no pasa a través de un filtro de color. El segundo subpíxel incluye una pluralidad de terceras partículas coloreadas cargadas y una pluralidad de cuartas partículas coloreadas cargadas para recibir la fuente de luz. Las pluralidades de primeras, segundas, terceras y cuartas partículas coloreadas cargadas tiene al menos tres colores en total. La realización de las figuras 3A y 3B de esta solicitud tiene partículas coloreadas que pueden ser rojas, verdes y azules o amarillas, cian y magenta.

El documento US 2014/0340735 A1 describe un dispositivo de pantalla a color en que cada píxel puede presentar cuatro estados de color de alta calidad. Un fluido electroforético comprende cuatro tipos de partículas, típicamente negras, blancas, rojas y amarillas, dispersadas en un disolvente o mezcla de disolventes. El fluido puede comprender además partículas flotantes neutras sustancialmente no cargadas.

El documento WO 2016/007633 A1 describe un dispositivo de pantalla a color en que cada píxel puede presentar al menos seis estados de color de alta calidad (por ejemplo, negro, blanco, rojo, amarillo, verde y azul) y un fluido electroforético para dicha pantalla electroforética. Los diferentes tipos de partículas muestran diferentes niveles de fuerza de atracción para presentar diferentes estados de color.

En la presente invención, se usan pigmentos de color inorgánicos para remplazar al menos uno de los pigmentos de color orgánicos en un fluido electroforético que comprende dos o más tipos de partículas no blancas y no negras.

La presente invención se refiere a un fluido electroforético, que en general es similar al descrito en el documento US 2011/0134506 A1 mencionado anteriormente porque comprende un primer y segundo tipo de partículas cargadas dispersadas en un disolvente o mezcla de disolventes, siendo el primer y segundo tipo de partículas cargadas no blancas y no negras, de diferentes colores y portando la misma polaridad de carga, portando el primer tipo de partículas una carga mayor que el segundo tipo de partículas. El fluido electroforético de la invención se caracteriza por qué:

(i) el primer tipo de partículas se forma a partir de un pigmento inorgánico y se trata superficialmente por el método de polimerización de radicales libres; y

(ii) el segundo tipo de partículas se forma a partir de un pigmento inorgánico y se trata superficialmente por polimerización por dispersión.

En una realización, el fluido comprende un tercer tipo de diferentes partículas coloreadas (es decir, total de tipos). En una realización, el fluido comprende dos tipos adicionales de diferentes partículas coloreadas (es decir, total de cuatro tipos). En una realización, el fluido comprende tres tipos adicionales de diferentes partículas coloreadas (es decir, total de cinco tipos). En una realización, el fluido comprende más de cinco tipos de diferentes partículas coloreadas.

En una realización, ambos tipos de partículas (i) y (ii) están cargadas positivamente. En una realización, los dos tipos de partículas tienen diferentes tipos de química superficial.

En una realización, el fluido comprende un tipo adicional de las mismas partículas cargadas que es negro o blanco. En esta realización, los tres tipos de partículas están cargados positivamente. En una realización, el tipo adicional de las mismas partículas cargadas es de color negro. En una realización adicional, los tres tipos de partículas portan diferentes niveles de potencial de carga. En una realización adicional más, las magnitudes del tipo de partículas de (i) y el tipo de partículas de (ii) son progresivamente inferiores a las del tipo adicional de las mismas partículas cargadas. En otras palabras, el tipo adicional de las mismas partículas cargadas porta el potencial de carga más alto; el tipo de partículas de (ii) porta el potencial de carga más bajo; y la magnitud de carga del tipo de partículas de (i) está entre las del tipo adicional de las mismas partículas cargadas y el tipo de partículas de (ii).

En una realización, el fluido comprende además otros tipos de partículas que están cargadas de forma opuesta. En una realización, los otros tipos de partículas están cargados negativamente.

El fluido electroforético de la invención que comprende un primer, segundo y tercer tipo de partículas puede comprender además un cuarto tipo de partículas y un quinto tipo de partículas dispersadas en el disolvente o mezcla de disolventes, en el que:

(a) el primer, segundo, tercer, cuarto y quinto tipo de partículas difieren todos entre sí en color; y

(b) el cuarto y quinto tipo de partículas portan una polaridad de carga opuesta a la portada por el primer, segundo y tercer tipo de partículas.

En una realización, el primer, segundo y tercer tipo de partículas están cargados positivamente. En una realización, el primer tipo de partículas es negro. En una realización, el segundo tipo y tercer tipo de partículas tienen magnitudes progresivamente inferiores a las del primer tipo de partículas. En otras palabras, el primer tipo de partículas tiene carga máxima, el tercer tipo de partículas tienen carga mínima y la magnitud de carga del segundo tipo de partículas está entre las del primer y tercer tipo de partículas.

En una realización, el segundo tipo de partículas porta una carga mayor que el tercer tipo de partículas.

En una realización, el cuarto y quinto tipo de partículas están cargados negativamente. En una realización, la magnitud del quinto tipo de partículas es menor que el del cuarto tipo de partículas.

Además de los colores, es posible que los múltiples tipos de partículas tengan otras características ópticas distintas, tales como transmisión óptica, reflectancia, luminiscencia o, en el caso de pantallas destinadas a lectura a máquina, seudocolor en el sentido de un cambio en la reflectancia de las longitudes de onda electromagnéticas fuera del intervalo visible.

Los potenciales de carga de las partículas pueden medirse en términos de potencial zeta. En una realización, el potencial zeta se determina por Colloidal Dynamics AcoustoSizer IIM con una unidad de procesamiento de señales CSPU-100, cubeta de flujo directo ESA EN# Attn (K:127). Las constantes del instrumento, tales como la densidad del disolvente usado en la muestra, la constante dieléctrica del disolvente, la velocidad del sonido en el disolvente, la viscosidad del disolvente, todos ellos a la temperatura de ensayo (25 °C) se introducen antes del ensayo. Se dispersan muestras de pigmento en el disolvente (que habitualmente es un fluido hidrocarbonado que tiene menos de 12 átomos de carbono) y se diluyen para que estén a un 5-10 % en peso. La muestra también contiene un agente de control de carga (Solsperse 17000®, disponible en Lubrizol Corporation, una empresa Berkshire Hathaway; ''Solsperse'' es una registrada), con una relación ponderal de 1:10 del agente de control de carga a las partículas. La masa de la muestra diluida se determina y la muestra entonces se carga en la cubeta de flujo directo para la determinación del potencial zeta.

Para los pigmentos orgánicos no blancos y no negros, pueden incluir, aunque sin limitación, pigmento CI PR 254, PR122, PR149, PG36, PG58, PG7, PB15:3, PY83, PY138, PY150, PY155 o PY20. Estos son pigmentos orgánicos habitualmente usados descritos en libros de texto de índice de colores, "New Pigment Application Technology" (CMC Publishing Co, Ltd, 1986) y "Printing Ink Technology" (CMC Publishing Co, Ltd, 1984). Ejemplos específicos incluyen Clariant Hostaperm Red D3G 70-EDS, Hostaperm Pink E-EDS, PV Fast Red D3G, Hostaperm Red D3G 70, Hostaperm Blue B2G-EDS, Hostaperm Yellow h4g -EDS, F2G-EDS, Novoperm Yellow h R-70-EDS, Hostaperm Green GNX, BASF Irgazine Red L 3630, Cinquasia Red L 4100 HD e Irgazin Red L 3660 HD; azul de ftalocianina Sun Chemical, verde de ftalocianina, amarillo de diariluro o amarillo AAOT de diariluro.

Para los pigmentos inorgánicos no blancos y no negros, pueden incluir, aunque sin limitación, pigmentos de óxidos metálicos mezclados, habitualmente producidos por proceso de calcinación a alta temperatura, tal como pigmento CI (índice de color) azul 36 o 28 (PB36 o PB28), pigmento CI amarillo 227 o 53, pigmento CI verde 50 o 26, pigmento CI rojo 102 y similares.

El disolvente en que se dispersan las partículas de pigmento tiene una constante dieléctrica en el intervalo de aproximadamente 2 a aproximadamente 30, preferiblemente de aproximadamente 2 a aproximadamente 15 para alta movilidad de partículas. Ejemplos de disolvente dieléctrico adecuado incluyen hidrocarburos tales como Isopar, decahidronaftaleno (DECALIN), 5-etiliden-2-norborneno, aceites grasos, aceite de parafina; fluidos de silicio; hidrocarburos aromáticos tales como tolueno, xileno, fenilxililetano, dodecilbenceno y alquilnaftaleno; disolventes halogenados tales como perfluorodecalina, perfluorotolueno, perfluoroxileno, diclorobenzotrifluoruro, 3,4,5-triclorobenzotrifluoruro, cloropentafluorobenceno, diclorononano, pentaclorobenceno; y disolventes perfluorados tales como FC-43, FC-70 y FC-5060 de 3M Company, St. Paul MN, polímeros que contienen alógeno de bajo peso molecular tales como poli(óxido de perfluoropropileno) de TCI America, Portland, Oregón, poli(clorotrifluoroetileno) tal como Halocarbon Oils de Halocarbon Product Corp., River Edge, NJ, perfluoropolialquiléter tal como Galden de Ausimont o Krytox Oils y Greases K-Fluid Series de DuPont, Delaware, aceite de silicona basado en polidimetilsiloxano de Dow-corning (DC -200).

Las partículas (orgánicas e inorgánicas) pueden mostrar una carga natural, o pueden cargarse explícitamente usando un agente de control de carga, o pueden adquirir una carga cuando se suspenden en un disolvente o mezcla de disolventes.

Los agentes de control de carga adecuados son bien conocidos en la técnica; pueden ser de naturaleza polimérica o no polimérica o pueden ser iónicos o no iónicos. Ejemplos de agente de control de carga pueden incluir, aunque sin limitación, Solsperse 17000 (dispersante polimérico activo), Solsperse 19000, Solsperse 9000 (dispersante polimérico activo), OLOA 11000 (dispersante sin cenizas de succinimida), Unithox 750 (etoxilatos), Span 85 (trioleato de sorbitán), Petronate L (sulfonato de sodio), Alcolec LV30 (lecitina de soja), Petrostep B100 (sulfonato de petróleo), B70 (sulfonato de bario), Aerosol OT, derivados de poliisobutileno, derivados de poli(etileno co-butileno) o similares.

Lo siguiente proporciona unos pocos métodos que pueden usarse para modificar la superficie de las partículas. De acuerdo con la presente invención, el pigmento inorgánico del primer tipo de partículas se trata superficialmente por el método de polimerización de radicales libres y el pigmento orgánico del segundo tipo de partículas se trata superficialmente por polimerización por dispersión.

I. Métodos de modificación superficial:

Un tipo de método de modificación superficial es injerto superficial. para pigmentos que tienen funcionalidades hidroxilo (-OH) en la superficie, pueden usarse agentes de acoplamiento de silano orgánicos para que reaccionen con las funcionalidades hidroxilo, a través de las que las moléculas con grupos funcionales polimerizables pueden unirse químicamente a la superficie del pigmento. La polimerización superficial entonces se realizará para injertar polímeros en la superficie de las partículas de pigmento.

El pigmento inorgánico habitualmente pasa por este método ya que hay funcionalidades hidroxilo (-OH) en la superficie de óxido metálico de forma natural. Pero este método puede ser aplicable a pigmento orgánico también, si los pigmentos orgánicos tienen funcionalidades hidroxilo (-OH).

Este tipo de química y método se describen en la patente de Estados Unidos n.° 6822782.

I(a) Método de polimerización de injerto aleatorio (RGP) de radicales libres

Este método es más adecuado para el pigmento inorgánico. En este, una partícula se hace reaccionar en primer lugar con un reactivo que tiene un grupo funcional y un grupo polimerizable en que el grupo funcional puede reaccionar con, y unirse a, la superficie de la partícula. El grupo funcional reacciona con la superficie de la partícula, dejando el grupo polimerizable covalentemente unido a la superficie de la partícula y libre para participar en una posterior reacción de polimerización. La partícula que porta el grupo polimerizable se trata entonces con uno o más monómeros u oligómeros polimerizables en condiciones eficaces para provocar la reacción entre el grupo polimerizable en las partículas y el uno o más monómeros o uno o más oligómeros; dichas condiciones típicamente incluyen la presencia de un iniciador de polimerización, aunque en algunos casos la polimerización puede iniciarse térmicamente, sin iniciador presente.

La reacción de polimerización produce cadenas poliméricas que incluyen al menos un residuo de un grupo polimerizable previamente fijado a la partícula. Si se fijan múltiples grupos polimerizables a la partícula en la primera fase del proceso, los residuos de dos o más de estos grupos polimerizables pueden incorporarse en la misma cadena polimérica, que fijará, por tanto, a la superficie de la partícula en dos o más puntos.

Se cree que la presencia de cadenas poliméricas fijadas de forma múltiple es especialmente ventajosa para estabilizar las partículas usadas en un fluido electroforético. Las cadenas poliméricas no cubren completamente la superficie de la partícula. La cobertura incompleta de las superficies de las partículas de pigmento por las cadenas poliméricas es importante al proporcionar partículas con buenas propiedades electroforéticas.

I(b) Método de polimerización de injerto aleatorio iónico (RGP iónico)

Como alternativa, el grupo polimerizable puede fijarse a la partícula mediante in enlace iónico. Dependiendo de la naturaleza química de la partícula, en algunos casos, puede ser posible hacer reaccionar simplemente un monómero con la partícula para formar el enlace iónico requerido. Sin embargo, en la mayoría de casos, será necesario pretratar la partícula con un reactivo bifuncional que tenga un grupo funcional que pueda reaccionar con, y unirse a, la partícula y un segundo grupo funcional que pueda formar el enlace iónico necesario. Después de ello, la partícula resultante se hace reaccionar con un monómero que tiene un grupo polimerizable y un tercer grupo funcional que puede reaccionar con el segundo grupo funcional para formar el enlace iónico deseado. La etapa de polimerización final del proceso de RGP se realiza entonces como se describe previamente para producir el producto. La reacción que forma el enlace iónico típicamente es una reacción de ácido-base; por ejemplo, el segundo grupo funcional puede ser un grupo amonio, tal como un grupo amonio sustituido con alquilo, y el tercer grupo funcional puede ser un ácido sulfónico, o viceversa.

El proceso de RGP iónico que también es más adecuado para el pigmento inorgánico tiene la ventaja de que algunas de las cadenas poliméricas unidas iónicamente en las partículas finales pueden desprenderse y llegar a dispersarse en el fluido de suspensión del fluido electroforético, proporcionando, por tanto, contraiones estabilizados a las partículas cargadas. En efecto, el polímero unido iónicamente funciona como polímero estabilizante y también como agente de control de carga para las partículas.

I(c) Método de polimerización de radicales por transferencia de átomos (ATRP)

Como otra alternativa, un grupo que puede iniciar la polimerización puede fijarse en primer lugar a la partícula de pigmento, y se forma un polímero a partir de este grupo iniciador. El grupo iniciador puede fijarse a la superficie del polímero mediante un enlace covalente o iónico de cualquiera de las maneras descritas previamente. En la primera fase de este proceso, la superficie de una partícula se trata con un reactivo bifuncional que tiene un grupo que puede reaccionar con la superficie de la partícula y un segundo grupo que proporciona un sitio iniciador para la polimerización de radicales por transferencia de átomos (ATRP). El sitio iniciador de ATRP puede ser, por ejemplo, un cloro bencílico u otro átomo de alógeno. La partícula resultante se trata entonces con un monómero polimerizable de radicales por transferencia de átomos (por ejemplo, metacrilato de metilo) para formar un polímero sobre la superficie de la partícula. La ATRP tiene la ventaja de que la reacción de polimerización con un primer monómero puede detenerse enfriando la muestra de reacción, el primer monómero se remplaza por un segundo monómero y la reacción después de ello se reinicia aumentando la temperatura de la mezcla de reacción para provocar la polimerización del segundo monómero en los extremos del polímero formado previamente del primer monómero. Estas etapas pueden repetirse con una introducción de un tercer monómero. Este proceso forma en la partícula un copolímero de bloque de los dos (o más) monómeros.

El método no se restringe al uso de sitios iniciadores de ATRP en la partícula, sino que también incluye el uso de otros tipos de sitios iniciadores, por ejemplo, sitios iniciadores iónicos o de radicales libres. Además, los reactivos bifuncionales mencionados anteriormente no tienen que ser reactivos monoméricos individuales, sino que por sí mismos pueden ser poliméricos.

El método de ATRP también es más adecuado para el pigmento inorgánico.

Los métodos en esta sección pueden incluir más de una fase y/o más de un tipo de polimerización. Por ejemplo, la partícula se somete en primer lugar al método de polimerización de radicales libres descrito anteriormente, excepto que se usa una mezcla de monómeros que incluye al menos un monómero (por ejemplo, un clorometilestireno) que contiene un grupo que proporciona un sitio iniciador para ATRP. Por tanto, se forma sobre la partícula una cadena polimérica que contiene sitios iniciadores de ATRP. Después de concluirse la polimerización de radicales libres, la partícula entonces se somete a ATRP, de modo que se forman cadenas laterales poliméricas a partir de los sitios iniciadores de ATRP produciendo, por tanto, un polímero "hiperramificado" que tiene cadenas principales formadas por el proceso de RGP y cadenas laterales formadas por ATRP. Se ha descubierto que este tipo de estructura polimérica es muy ventajosa al estabilizar una suspensión de partículas cargadas en un medio fluido no iónico típicamente usado como fluidos de suspensión en pantallas electroforéticas. Un tipo similar de polímero hiperramificado podría producirse incluyendo en la mezcla de monómeros usada en la etapa de RGP un monómero que contiene un grupo iniciador para la polimerización de radicales libres estable (SFRP), eligiéndose este grupo iniciador de SFRP de modo que no inicie esencialmente la polimerización en las condiciones usadas en la etapa de RGP. Después de concluirse la etapa de RGP, las partículas se someten entonces a SFRP para producir el polímero hiperramificado.

Además, los grupos polimerizables y los iniciadores pueden fijarse en la superficie de las partículas usando cualquier reactivo bifuncional que tenga un grupo que pueda unirse, covalente o iónicamente, a la superficie, y un segundo grupo que proporcione la funcionalidad polimerizable o iniciadora requerida. El funcionamiento independiente de los dos grupos tiene la ventaja de proporcionar gran flexibilidad en la adaptación de los métodos a un tipo diferente de partícula, mientras se mantiene la misma funcionalidad polimerizable o iniciadora, de modo que las fases posteriores de los procesos necesitarán pocos cambios, si acaso, como resultado de cambiar el tipo de partícula que se está recubriendo.

En la descripción de los reactivos usados para proporcionar la funcionalidad polimerizable o iniciadora deseada como "bifuncional", los reactivos pueden contener más de un grupo de cada tipo y, de hecho, en algunos casos puede ser deseable proporcionar más de un grupo de uno o ambos tipos. Por ejemplo, se conocen iniciadores de polimerización (tales como ácido 4,4'-azobis(4-cianovalérico) que tienen más de un sitio iónico, y dichos iniciadores pueden usarse en el método. Además, el reactivo bifuncional puede tener la forma de un polímero que contiene unidades repetitivas que tienen la capacidad de unirse a la superficie de la partícula y otras unidades repetidas que tienen la funcionalidad polimerizable o iniciadora deseada, y dichos reactivos bifuncionales poliméricos normalmente contendrán múltiples unidades repetitivas de estos dos tipos.

Los grupos polimerizables e iniciadores usados pueden ser cualquiera de los conocidos en la técnica, con la condición de que los grupos relevantes sean compatibles con las reacciones usadas para fijarlos a la superficie de la partícula. Se dan muchos ejemplos en la patente de Estados Unidos n.° 6822782.

En general, las partículas preparadas a partir de los métodos de injerto superficial analizados anteriormente tienen de aproximadamente un 1 a aproximadamente un 15 % en peso de un polímero unido químicamente a, o reticulado alrededor de, la superficie de la partícula. La superficie del pigmento se fija con cadenas poliméricas pilosas. Las cadenas poliméricas se disuelven parcial o completamente en el fluido electroforético.

II. Métodos alternativos de modificación superficial:

Otro tipo de métodos de modificación superficial producen partículas que tienen una o más partículas encapsuladas dentro de cubiertas o una matriz polimérica. Las cubiertas o la matriz polimérica no son solubles en el fluido electroforético. Las cadenas poliméricas sobre las partículas encapsuladas actúan como estabilizante para ayudar a la partícula dispersable en un fluido electroforético. Las cadenas poliméricas son solubles en el fluido.

La matriz polimérica y el estabilizante no tienen unión química con la superficie del pigmento sin procesar. Pueden eliminarse por lavado con un disolvente adecuado. El contenido de polímero puede estar en el intervalo de un 10-80 % en peso.

Habitualmente los pigmentos orgánicos pueden modificarse a través del método de encapsulación, ya que en general tienen estructura cristalina con una superficie que es muy difícil de unir químicamente a moléculas adicionales. El injerto superficial es un reto importante para los pigmentos orgánicos porque puede destruir los cromóforos y cambiar el color de los pigmentos.

Los métodos se describen en las publicaciones de Estados Unidos n.° 2012-0199798 y 2013-0175479.

Las partículas centrales pueden ser cualquiera de los pigmentos orgánicos o inorgánicos descritos anteriormente.

Las partículas centrales opcionalmente pueden tratarse superficialmente. El tratamiento superficial mejoraría la compatibilidad de las partículas de pigmento centrales con el monómero en un medio de reacción o unión química con el monómero, en la formación de las partículas finales. como un ejemplo, el tratamiento superficial puede realizarse con un silano orgánico que tenga grupos funcionales, tal como acrilato, vinilo, -NH², -NCO, -OH o similares. Estos grupos funcionales pueden experimentar reacción química con los monómeros. Pueden usarse otros materiales orgánicos para pretratar el pigmento que incluyen polímeros u oligómeros que actúan como dispersante, tal como poliacrilato, poliuretano, poliurea, polietileno, poliéster, polisiloxano o similares.

El tratamiento superficial también puede provenir de materiales inorgánicos que incluyen sílice, óxido de aluminio, óxido de cinc y similares o una combinación de los mismos. Puede usarse silicato de sodio o tetraetoxisilano como un precursor común para el recubrimiento con sílice.

Además, el tratamiento superficial puede tener opcionalmente grupos funcionales que posibilitarían la generación de cargas o interacción con un agente de control de carga.

La una o más partículas centrales y los materiales de tratamiento superficial se comportarían como una sola unidad. Entonces las partículas centrales se encapsularían con polímeros a través de los siguientes procesos.

II(a) Método de polimerización por dispersión

En cualquier caso, partículas centrales inorgánicas u orgánicas, pueden formarse las partículas finales por este método. Durante la polimerización por dispersión, se polimeriza monómero alrededor de partículas de pigmento centrales. El disolvente seleccionado como medio de reacción debe ser un buen disolvente tanto para el monómero como para las cadenas poliméricas formadas, pero que no sea disolvente para la cubierta polimérica que se está formando. Por ejemplo, en un disolvente hidrocarbonado alifático de Isopar G®, el monómero metacrilato de metilo es soluble; pero después de la polimerización, el polimetacrilato de metilo resultante no es soluble.

La cubierta polimérica debe ser completamente incompatible o relativamente incompatible con el disolvente en que se dispersan las partículas finales. Los monómeros adecuados pueden ser aquellos descritos anteriormente, tales como estireno, acrilato de metilo, metacrilato de metilo, acrilato de n-butilo, metacrilato de n-butilo, acrilato de t-butilo, metacrilato de t-butilo, vinilpiridina, n-vinilpirrolidona, acrilato de 2-hidroxietilo, metacrilato de 2-hidroxietilo, metacrilato de dimetilaminoetilo o similares.

Para incorporar grupos funcionales para la generación de cargas, puede añadirse un comonómero en el medio de reacción. El comonómero puede cargar directamente las partículas de pigmento compuestas o tener interacción con un agente de control de carga en el fluido de pantalla para conseguir una polaridad de carga y una densidad de carga deseadas para las partículas de pigmento compuestas. Los comonómeros adecuados pueden incluir vinilbencilaminoetilamino-propil-trimetoxisilano, metacriloxipropiltrimetoxisilano, ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido vinil fosfórico, ácido 2-acrilamino-2-metilpropano sulfónico, metacrilato de 2-(dimetilamino)etilo, N-[3-(dimetilamino)propil]metacrilamida y similares.

Las cadenas poliméricas sobre la superficie de las partículas se forman habitualmente de polímeros de alto peso molecular, tales como polietileno, polipropileno, poliéster, polisiloxano o una mezcla de los mismos. La cadena polimérica facilita y estabiliza la dispersión de las partículas en un disolvente.

La cadena polimérica puede ser un macromonómero reactivo y polimerizable que adsorbe, queda incorporado o se une químicamente a la superficie de la cubierta polimérica que se está formando. El macromonómero como cadena polimérica determina el tamaño de partícula y la estabilidad coloidal del sistema.

El macromonómero puede ser una macromolécula terminada en acrilato o terminada en vinilo, que es adecuada porque el acrilato o grupo vinilo pueden copolimerizar con el monómero en el medio de reacción.

El macromonómero preferiblemente tiene una cola larga, R, que puede estabilizar las partículas finales en disolvente hidrocarbonado.

El macromonómero es polisiloxano terminado en acrilato (Gelest, MCR-M11, MCR-M17, MCR-M22), como se muestra a continuación:

Otro tipo de macromonómeros que es adecuado para el proceso es macromonómeros de PE-PEO, como se muestra a continuación:

RmO-[-CH²CH²O-]n-CH²-fenil-CH = CH²

o

RmO-[-CH2CH2O-]n -C(=O)-C(CH3) = CH2

El sustituyente R puede ser una cadena de polietileno, n es 1 -60 y m es 1 -500. La síntesis de estos compuestos puede encontrarse en Dongri Chao et a l, Polymer Journal, Vol. 23, n.° 9, 1045 (1991) y Koichi Ito et a l, Macromolecules, 1991,24, 2348.

Otro tipo de macromonómeros adecuado es macromonómeros de PE, como se muestra a continuación:

CH3-[-CH2-]n-CH2O-C(=O)-C(CH3) = CH²

La n, en este caso, es 30-100. La síntesis de este tipo de macromonómeros puede encontrarse en Seigou Kawaguchi et al., Designed Monomers and Polymers, 2000, 3,263.

II(b) Método de polimerización por dispersión de radicales vivos

Como alternativa, las partículas pueden prepararse por polimerización por dispersión de radicales vivos. Este método puede aplicarse tanto a pigmentos orgánicos como inorgánicos; pero puede ser más adecuado para el pigmento orgánico.

La técnica de polimerización por dispersión de radicales vivos es similar a la polimerización por dispersión descrita anteriormente empezando el proceso con partículas de pigmento y monómero dispersado en un medio de reacción.

Los monómeros usados en el proceso para formar la cubierta pueden incluir estireno, acrilato de metilo, metacrilato de metilo, acrilato de n-butilo, metacrilato de n-butilo, acrilato de t-butilo, metacrilato de t-butilo, vinilpiridina, nvinilpirrolidona, acrilato de 2-hidroxietilo, metacrilato de 2-hidroxietilo, metacrilato de dimetilaminoetilo o similares.

Sin embargo, en este proceso alternativo, se forman múltiples extremos vivos sobre la superficie de la cubierta. Los extremos vivos pueden crearse añadiendo un agente tal como TEMPO (2,2,6,6-tetrametil-1 -piperidiniloxi), un reactivo RAFT (transferencia de cadena de adición-fragmentación reversible) o similares, en el medio de reacción, para la polimerización de radicales vivos.

En una etapa adicional, se añade un segundo monómero al medio de reacción para provocar que los extremos vivos reaccionen con el segundo monómero para formar las cadenas poliméricas. El segundo monómero puede ser acrilato de laurilo, metacrilato de laurilo, acrilato de 2-etilhexilo, metacrilato de 2-etilhexilo, acrilato de hexilo, metacrilato de hexilo, acrilato de n-octilo, metacrilato de n-octilo, acrilato de n-octadecilo, metacrilato de n-octadecilo o similares.

Las cadenas poliméricas deben ser compatibles con el disolvente en que se dispersan las partículas para facilitar la dispersión de las partículas en el disolvente.

Los monómeros para las cadenas poliméricas pueden ser una mezcla de metacrilato de hidroxietilo y otros acrilatos que sean compatibles con el disolvente no polar, tal como acrilato de laurilo, metacrilato de laurilo, acrilato de 2-etilhexilo, metacrilato de 2-etilhexilo, acrilato de hexilo, metacrilato de hexilo, acrilato de n-octilo, metacrilato de noctilo, acrilato de n-octadecilo, metacrilato de n-octadecilo o similares.

Las ventajas de la presente invención incluyen saturación de color y el brillo del color, que pueden medirse por el sistema de color L*a*b*. Se descubrió sorprendentemente que un fluido electroforético con las partículas de color orgánicas (no blanco y no negro) que portan un determinado nivel de potencial de carga, y las partículas de color inorgánicas (también no blanco y no negro) que portan la misma polaridad de carga, pueden mostrar un rendimiento de color mucho mejor que un fluido electroforético con dos tipos de las mismas partículas de color orgánicas cargadas coexistiendo en un fluido electroforético. Además, el sistema de la presente invención permite que los dos estados de color cambien con una forma de onda más corta, dando lugar a una velocidad de cambio mayor.

Como los pigmentos inorgánicos y orgánicos en el sistema de la presente invención tienen diferentes químicas de modificación superficial, la separación del pigmento de color orgánico del pigmento de color inorgánico es mucho más fácil. Esto posibilita un estado de color más saturado y mayor relación de contraste.

Ejemplo:

En un experimento realizado por los autores de la invención, un fluido electroforético tenía múltiples tipos de partículas cargadas de diferentes colores. Entre los múltiples tipos de partículas cargadas, las partículas rojas y azules estaban cargadas positivamente.

En la muestra A, se formaron tanto las partículas rojas como azules a partir de pigmentos orgánicos (es decir, PR254 y PB15, respectivamente) y se trataron superficialmente con el mismo método, es decir, polimerización por dispersión.

En la muestra B, se formaron las partículas rojas de un pigmento orgánico (es decir, PR254) y se trataron superficialmente por polimerización por dispersión mientras se formaron las partículas azules de un pigmento inorgánico (es decir, PB28) y se trataron superficialmente por el método de polimerización de radicales libres.

Cuando estas dos muestras se impulsaban a diferentes estados de color, se descubrió que la muestra A no podía presentar el estado de color rojo porque las partículas rojas orgánicas y las partículas azules orgánicas competían por el mismo agente de control de carga, Solsperse 17K, en el fluido, y los dos tipos de partículas no podían separarse adecuadamente. Por el contrario, la muestra B no tenía dicho problema y podía presentar los colores rojo y azul con buena saturación de color y brillo.

El fluido electroforético de la presente invención se llena en celdas de pantalla. Las celdas de pantalla pueden ser microceldas similares a copas como se describe en la patente de Estados Unidos n.° 6930818. Las celdas de pantalla también pueden ser otros tipos de microrrecipientes, tales como microcápsulas, microcanales o equivalentes, independientemente de sus formas o tamaños.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un fluido electroforético que comprende un primer y segundo tipo de partículas cargadas dispersadas en un disolvente o mezcla de disolventes, siendo el primer y segundo tipo de partículas cargadas no blanco y no negro, de diferentes colores y portando la misma polaridad de carga, portando el primer tipo de partículas una carga mayor que el segundo tipo de partículas, estando el fluido electroforético caracterizado por qué:

(ii) el segundo tipo de partículas se forma a partir de un pigmento orgánico y se trata superficialmente por polimerización por dispersión.

2. El fluido de la reivindicación 1, que comprende al menos tres tipos de diferentes partículas coloreadas.

3. El fluido de la reivindicación 1, que comprende además un tercer tipo de partículas que porta la misma polaridad de carga que el primer y segundo tipo de partículas.

4. El fluido de la reivindicación 1 o 3, en el que el primer y el segundo, y el tercer tipo (si está presente) de partículas están todos cargados positivamente.

5. El fluido de la reivindicación 3, en el que el tercer tipo de partículas es de un color negro.

6. El fluido de la reivindicación 3, en el que el primer, segundo y tercer tipo de partículas portan diferentes niveles de potencial de carga.

7. El fluido de la reivindicación 6, en el que el tercer tipo de partículas es el más cargado, el segundo tipo de partículas es el menos cargado y el primer tipo de partículas tiene una magnitud de carga entre las del tercer y el primer tipo de partículas.

8. El fluido de la reivindicación 1, que comprende además al menos un tipo de partículas que porta una polaridad de carga opuesta a la portada por el primer y segundo tipo de partículas.

9. El fluido de la reivindicación 8, en el que dicho al menos un tipo de partículas está cargado negativamente.

10. Un fluido electroforético de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende además un cuarto tipo de partículas, y un quinto tipo de partículas dispersados en el disolvente o mezcla de disolventes, en el que:

(a) el primer, segundo, tercer, cuarto y quinto tipo de partículas difieren todos entre sí en el color; y

11. El fluido de la reivindicación 10, en el que el primer, segundo y tercer tipo de partículas están cargados positivamente y el cuarto y quinto tipo de partículas están cargados negativamente.

12. El fluido de la reivindicación 10, en el que el tercer tipo de partículas es negro.

13. El fluido de la reivindicación 10, en el que el cuarto tipo de partículas porta una carga mayor que el quinto tipo de partículas.