专利名称：用于电润湿和电流体技术的有色导电流体的制作方法
技术领域：
本发明涉及通常的电润湿领域，并且更具体地涉及用于电润湿(electrowetting) 或电流体设备(electrofluidic device)的有色导电流体以及电润湿和电流体设备。
背景技术：
部分由于高亮度和对比度、大视角以及快转换速度的结合，电润湿已经变成各种光学应用中引人注目的调制方案。另外，因为电润湿显示器不需要顺光或逆光照明，所以它们的耗电量相对较低。例如，电润湿已被用于提供用于光纤的光学开关、照相机和制导系统的光阀或滤光器、光学拾波器设备、光学波导材料和视频显示像素(pixel)。术语“电润湿” 描述的是在具有疏水性表面的液体的接触角(contact angle)上的电场效应。由于电场， 所述液体在原本排斥该液体的表面上分散开或润湿，导致设备的光谱性质改变。当除去电场时，接触角变大且液体合并从而光谱性质恢复到初始状态。有色不相混的流体是电流体和电润湿设备不可或缺的部分，应用时要求视觉信息和效果的再现。常规的电润湿设备典型地具有在绝缘含氟聚合物上形成膜的有色油。该有色油膜赋予所述设备可见的颜色。当在位于油膜上的水层和绝缘含氟聚合物下的电极间施加电压时，所述油膜像水电润湿表面一样分散开。分散的油膜不再向所述设备提供颜色。一旦除去电压，油优先润湿所述绝缘含氟聚合物，再次形成所述油膜，且颜色又一目了然了。许多与电润湿一起工作的设备利用水和非极性流体(也称为“油”)的结合。为了使设备能够正常的运行，非极性流体必须是不导电的并且不受电场的影响。这与导电的极性流体相反。为了增强电导率，可以在水中溶解无机盐如LiCl、NaCl、NaBr, KC1、CaCl2, NaN03、MgS04等。但是，水的物理性质，例如，在高温下膨胀、高凝固点、低沸点和相对较高的蒸汽压，会限制这种设备的应用并导致介电击穿。虽然指出了与水和其他溶剂的使用相关联的问题，但是仍明显地需要改善用于各种电润湿和电流体设备的有色流体。为电润湿或电流体设备提供改进的有色流体将是有益的，例如，证明对设备元件的影响最低或没有负面影响、可以提高设备性能并在优先期间维持所需功能。
发明内容
本发明的实施方式提供用于电润湿或电流体设备的有色导电流体。在一种实施方式中，所述有色导电流体含有至少一种极性溶剂和至少一种选自颜料和/或染料的着色剂。所述极性溶剂具有(a)在25°C下的动力粘度为0. I-IOOOcP, (b)在25 °C下的表面张力为25-90达因/cm (dynes/cm)，以及(c)电润湿相对响应值 (electrowetting relative response)为20-80%。所述有色导电流体本身具有的电导率为0. 1-3000 μ S/cm，而且所述有色导电流体含有的离子半径小于2.0A的单原子离子和离子半径小于1.45A的多原子离子的总量不超过500ppm。在另一种实施方式中，所述有色导电流体含有至少一种极性溶剂和至少一种选自颜料和/或染料的着色剂。所述极性溶剂具有(a)在25°c下的动力粘度为0. I-IOOOcP, (b) 在25°C下的表面张力为25-90达因/cm，以及(c)电润湿相对响应值为20-80%。所述有色导电流体本身不会造成厚度为400nm的聚氯对二甲苯)电介质在施加电压高达15V时的电击穿，也不会造成厚度为IOOnm的氧化铝电介质在施加电压高达15V时的电击穿。可以选择性地往所述有色导电流体中加入控制电导率的试剂(含有阳离子和阴离子)以及分散剂、增效剂、表面活性剂、树脂、聚合物、杀虫剂、本领域公知的其他添加剂或者它们的任意组合。在另一种实施方式中，所述电润湿或电流体设备包括有色导电流体。在一种实例中，所述设备为显示器中的像素。这种有色流体在显示技术中的应用改善了耐用度，而且通过着色剂的选择提供了较高等级的色度和获得较高对比率的能力。所述有色流体可以提供快转换速度、低耗电量和更大的设备耐用度。所述有色流体还使得设备可以用较薄的电介质生产，从而利用较低的驱动电压。
附图与上面给出的本发明的笼统描述和下面给出的具体实施方式
的详细描述一起说明本发明的实施方式，用于解释本发明的原理，这些附图引入本申请的说明书中，构成本申请说明书的一部分。图IA-E为说明含氟聚合物/Al2O3电介质组的多种水溶液的介电击穿实验 (dielectric breakdown test)结果中电流与电压的函数关系的图表；图2A-B为说明(a)700nm的聚对二甲苯C和(b) 300nm的聚对二甲苯C的0. 013 重量％的SDS水溶液的介电击穿实验结果中电流与电压的函数关系的图表；图3A-B为说明300nm的聚对二甲苯HT的(a)0. 013重量％的SDS和(b) 1. 00重量％的SDS水溶液的介电击穿实验结果中电流与电压的函数关系的图表；图4为说明碳酸丙烯酯中的阴离子的介电击穿实验结果中电流与电压的函数关系的图表；图5为说明丙二醇基蓝色流体的介电击穿实验结果中电流与电压的函数关系的图表；图6为说明碳酸丙烯酯中的TBAB的接触角与AC电压的函数关系的图表；图7为说明丙二醇中的阳离子的介电击穿实验结果中电流与电压的函数关系的图表；图8A为根据本发明的具体实施方式
的按照显示器像素操作的电润湿设备的截面示意图；以及图8B为像素的显示状态发生改变的图IA的电润湿设备的截面示意图。
具体实施方式
本发明涉及用于电润湿或电流体设备的有色流体。电润湿设备典型地包括疏水性电介质和电极，并且可以包括其他疏水性表面。通常地，将基板和连接部件暴露于极性流体和非极性流体中，所述极性流体和非极性流体不能相互混溶或乳化。所述极性流体可以含有着色剂，能够具有特定电导率的特性以及期望的粘度、凝固点和沸点特征，并且还可以减少或除去会对设备的电介质基板和其他元件表现出负面影响的破坏性离子 (performance-damaging ions)。根据本发明的实施方式，所述有色导电流体通常可以含有至少一种极性溶剂，至少一种可以选自颜料和/或染料的着色剂，以及选择性含有控制所述流体的电导率的试齐U、分散剂、增效剂、表面活性剂、树脂、聚合物、杀虫剂、本领域公知的其他添加剂或者它们的任意组合。所述极性溶剂具有(a)在25°C下的动力粘度为0. I-IOOOcP, (b)在25°C下的表面张力为25-90达因/cm，以及(c)电润湿相对响应值为20-80%。所述有色导电流体限定为极性有色流体。在一种实例中，所述有色导电流体不含非极性溶剂。所述有色导电流体的电导率可以为0. 1-3000 μ S/cm，并且离子半径小于2.0A的单原子离子和离子半径小于1.45A的多原子离子的总含量不超过500ppm。如下更全面的解释，所述有色导电流体应该不造成电介质的电击穿，例如在施加电压高达电介质的理论工作电压的3倍时。在一种实例中，所述有色导电流体本身不会造成厚度为400nm的聚氯-对二甲苯)电介质在施加电压高达15V时的电击穿和/或不会造成厚度为IOOnm的氧化铝电介质在施加电压高达15V时的电击穿。本发明的所述极性溶剂可以为一种溶剂或两种以上溶剂的组合。所述极性溶剂的非限制性的例子包括水，乙二醇，乙醇，多元醇，醚，酯，酮，缩醛，缩酮，内酯，碳酸酯，内酰胺，尿烷(氨基甲酸盐)，尿素，吡咯烷，吡咯烷酮，砜，亚砜，酰胺，伯、仲、叔或季胺，亚胺， 腈，羧酸，醛，卤代、含硫或硝基化合物，以及它们的任意混合物。在一种实例中，所述极性溶剂为水、碳酸酯、内酯或乙二醇。所述极性溶剂的分子中还可以含有一个、两个或多个描述为相同或不同的功能基团，所述功能基团可以为脂肪族、芳香族、脂环族和/或杂环族的功能基团。在一种实例中，可以通过以下一种或多种结构式来描述所述极性溶剂
权利要求
1.一种有色导电流体，该有色导电流体含有至少一种具有(a)在25°C下的动力粘度为0. I-IOOOcP, (b)在25°C下的表面张力为 25-90达因/cm，以及(c)电润湿相对响应值为20-80%的极性溶剂，以及至少一种选自颜料和/或染料的着色剂，其中，所述有色导电流体具有的电导率为0. 1-3000 μ S/cm,而且所述有色导电流体含有的离子半径小于2.0A的单原子离子和离子半径小于1.45A的多原子离子的总量不超过 500ppmo
2.根据权利要求1所述的有色导电流体，其中，所述有色导电流体还含有至少一种用于控制所述有色导电流体的电导率的试剂，所述试剂含有阳离子和阴离子。
3.根据权利要求2所述的有色导电流体，其中，用于控制所述有色导电流体的电导率的试剂选自以下结构式中的一种或多种
4.根据权利要求2所述的有色导电流体，其中，所述阳离子选自由2-吡咯啉、3-吡咯啉、吡咯、吡唑烷、咪唑烷、2-吡唑啉、2-咪唑啉、吡唑、咪唑啉-2-硫酮、1，2，3-噻唑、1，2， 4-噻唑、IH-四唑、噁唑啉、5-噁唑酮、异噁唑、噁唑、2-噻唑啉、异噻唑、噻唑、1，2，3-噁二唑、1，2，4-噁二唑、1，2，5-噁二唑、1，3，4-噁二唑、1,3,4-噻二唑、1，2，4-多噁唑、哌啶、 I-H-吡啶-2-酮、哌嗪、哒嗪、1，2，3-三嗪、1，2，4-三嗪、噁嗪、硫代吗啉、噁二嗪、氧杂噻嗪、二氢吲哚、喷哚、咔唑、喷唑、苯并咪唑、喹喔啉、酞嗪、1，5-萘啶、吩嗪、苯并噻唑、2H-1， 4-苯并噁嗪、吩噁嗪和吩噻嗪组成的组。
5.根据权利要求2所述的有色导电流体，其中，所述阳离子为具有选自由偶氮化合物、 甲亚胺、氧杂蒽、吖嗪、噻嗪、噁嗪、三芳基甲烷、次甲基、多次甲基、蒽醌、芳基氨基醌、酞化青染料、酮亚胺、吖啶、青色素、喹吖啶酮、二萘嵌苯、金属络合物、苯并咪唑酮、吡咯并吡咯二酮、靛蓝、硫靛、二噁嗪、异吲哚啉、异吲哚啉酮、亚氨基异吲哚啉、亚氨基异吲哚啉酮、黄烷士酮、阴丹酮、蒽素嘧啶、喹酞酮、异蒽酮紫、皮蒽酮染料和硝基组成的组中的碱性染料或者具有碱性基团的碱性染料或颜料衍生物。
6.根据权利要求2所述的有色导电流体，其中，所述阴离子选自由HS04_、S042_、HS03_、 FSOf、so:、S2O32\ S2O42\ S2O62\ S2O82\ 广、烷基-OSCV、芳基-OSCV、芳基烷基-OSCV、烷基-so” CH3O-(RO)n-OSO3IS -so” 芳基烷基-SO” NH2S03\ P-(X-SO3) n、Q- (X-SO3On,N_(SO2CF3) 2、N_(SO2CF2CF3) 2、N(CN)2_、NH2_、烷基-(C00_)n、芳基-(C00_)n、芳基烷基-(C00_) n、P-(X-COCT) n、Q-(X-COCT) n、H2POp ΗΡ042\ Η2Ρ02\ Ρ043\ P2O广、Ρ3093\ P3O1 广、P4O1 广、(烷基 0)2Ρ0(Γ、P-(X-POO)1；、Q-(X-POO)1；、NO3\ NO” OCN\ NOT、SCN\ CNS\ CS广、CS22\ N” CrO广、Cr2O广、CrO广、MnOp SiO广、TiO广、MoOp ReOp W04\ C102\ C103\ ClOp Br0\ Br02\ BrOpBrOp Γ、I0\ 10” IOf、IOp [Co (CN) 6]3\ [Fe (CN) 6] [Fe (CN) 6]4\ [Cr (CN) 6]3\ [Cu(CN)6]3\ [Ni (CN)6]2\ B4O广、BO广、B(芳基)4_、H2SbOp Sb(OH)6^ Sb2O广、HCOf、CO广、 Se042\ SeO42"和组成的组，其中，P为取代的或未被取代的脂环烃或芳香族烃Cltl-C6tl，取代的或未被取代的含有0、 N和S中的一个或多个原子的脂环族杂环或芳香族杂环Cltl-C6tl ；Q为酸性染料、直接染料、活性染料、还原染料、分散染料、硫化染料或溶剂染料的残基，或者选自偶氮化合物、金属络合物、苯并咪唑酮、甲烷、蒽醌、酞化青染料、芘酮、二萘嵌苯、吡咯并吡咯二酮、靛蓝、硫靛、二噁嗪、异吲哚啉、异吲哚啉酮、亚氨基异吲哚啉、亚氨基异吲哚啉酮、喹吖啶酮、黄烷士酮、阴丹酮、蒽素嘧啶、喹酞酮、异蒽酮紫、皮蒽酮染料、甲亚胺、次甲基、氮碳花青、烯胺、半花青、 链花青、苯乙烯基、零位次甲基、单氮次甲基、二氮次甲基、三氮次甲基、四氮次甲基、类胡萝卜素、芳甲烷、氧杂蒽、噻吨、类黄酮、均二苯代乙烯、香豆素、吖啶、芴、荧光酮、苯并二呋喃酮、有色甲、吡唑、噻唑、吖嗪、二嗪、噁嗪、二噁嗪、三苯二噁嗪、吩嗪、噻嗪、噁嗪酮、吲达胺、 亚硝基、硝基、醌、若丹明、中性花青素、二氮杂半花青、紫菜碱、芘酮、靛蓝类染料、靛酚、萘酰亚胺类以及它们的组合的发色团；X为单键、烷基、芳基、或烷基芳基；烷基为取代的或未被取代的C1-Cw的线型或支化的脂肪烃、取代的或未被取代的C3-Cltl的脂环烃、或者含有0、 N和S中的一个或多个原子的杂环；芳基为取代的或未被取代的C4-Cltl芳香族烃或含有0、 N和S中的一个或多个原子的芳香族杂环；烷基芳基为所述烷基和所述芳基的组合；且η = 1-6。
7.根据权利要求2所述的有色导电流体，其中，用于控制所述有色导电流体的电导率的试剂为离子流体。
8.根据权利要求2所述的有色导电流体，其中，所述试剂不会离解成离子半径小于 2.0Α的单原子离子和离子半径小于1.45Α的多原子离子。
9.根据权利要求2所述的有色导电流体，其中，用于控制所述有色导电流体的电导率的试剂的纯度至少为95. 0%。
10.根据权利要求1所述的有色导电流体，其中，所述极性溶剂选自由水，乙二醇，乙醇，多元醇，醚，酯，酮，缩酸，缩酮，内酯，碳酸酯，内酰胺，尿烧，尿素，批P各烧，批P各烧酮，砜， 亚砜，酰胺，伯、仲、叔或季胺，亚胺，腈，羧酸，醛，卤代、含硫或硝基化合物以及它们的任意组合组成的组。
11.根据权利要求1所述的有色导电流体，其中，所述极性溶剂选自以下结构式中的一种或多种
12.根据权利要求1所述的有色导电流体，其中，所述极性溶剂选自由水、甲醇、乙醇、 异丙醇、正丙醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4_ 丁二醇、二甘醇、二丙二醇、碳酸亚乙酯、 碳酸丙烯酯、碳酸1，2_ 丁烯酯、碳酸1，2_环己烷、碳酸甘油酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、 丙酮、乙酰苯、吡啶、丙二酸二甲酯、双丙酮醇、氨基甲酸羟丙酯、氨基甲酸β-羟乙酯、甲酰胺、N-甲基甲酰胺、二甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、二甲基乙酰胺、二甲亚砜、环丁砜、2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-环己基-2-吡咯烷酮、丙酮基丙酮、环己酮、乙酰乙酸乙酯、L-乳酸乙酯、吡咯、N-甲基吡咯、N-乙基吡咯、4Η-吡喃-4-酮、1，3- 二甲基-2-咪唑啉酮、吗啉、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、N-甲酰吗啉、β-丙内酯、β-戊内酯、β -己内酯、 Y-丁内酯、Y-戊内酯、Y-己内酯、Y-庚内酯、Y-辛内酯、Y-壬内酯、Y-癸内酯、 S-戊内酯、δ-己内酯、δ-庚内酉旨、δ-辛内酯、δ-壬内酯、δ-癸内酉旨、δ-十四内酯、S-十八内酯以及它们的任意组合组成的组。
13.根据权利要求1所述的有色导电流体，其中，所述着色剂为颜料。
14.根据权利要求13所述的有色导电流体，其中，所述颜料含有多个平均重量直径为 10-5000nm 的颗粒。
15.根据权利要求13所述的有色导电流体，其中，所述颜料为自分散颜料。
16.根据权利要求1所述的有色导电流体，其中，所述着色剂为染料。
17.根据权利要求1所述的有色导电流体，其中，所述有色导电流体还含有分散剂、补充剂、增效剂、表面活性剂、树脂、聚合物、杀虫剂或它们的任意组合中的至少一种。
18.根据权利要求1所述的有色导电流体，其中，以所述有色流体的总重量为基准，所述有色流体含有50. 0-99. 9重量％的极性溶剂和0. 1-50. 0重量％的着色剂。
19.根据权利要求2所述的有色导电流体，其中，以所述有色流体的总重量为基准，用于控制所述有色导电流体的电导率的试剂的含量为0. 01-10重量％。
20.根据权利要求1所述的有色导电流体，其中，所述有色导电流体不含有非极性溶剂。
21.根据权利要求1所述的有色极性流体，其中，所述有色极性流体的电导率为约 5 μ S/cm 至 3000 μ S/cm。
22.根据权利要求1所述的有色极性流体，其中，所述有色极性流体含有的离子半径小于2.0A的单原子离子和离子半径小于1.45A的多原子离子的总量不超过300ppm。
23.根据权利要求1所述的有色极性流体，其中，所述有色极性流体在25°C下的动力粘度为0. OI-IOOOcP以及电润湿相对响应值为10-80%。
24.根据权利要求1所述的有色极性流体，其中，所述极性溶剂还具有大于或等于10的介电常数。
25.一种有色导电流体，该有色导电流体含有至少一种具有(a)在25°C下的动力粘度为0. I-IOOOcP, (b)在25°C下的表面张力为 25-90达因/cm，以及(c)电润湿相对响应值为20-80%的极性溶剂，以及至少一种选自颜料和/或染料的着色剂，其中，所述有色导电流体不会造成厚度为400nm的聚(2-氯对二甲苯)电介质在施加电压高达15V时的电击穿，或者其中，所述有色导电流体不会造成厚度为IOOnm的氧化铝电介质在施加电压高达15V 时的电击穿。
26.根据权利要求25所述的有色极性流体，其中，所述有色导电流体的电导率为 0. 1-3000 μ S/cm。
27.根据权利要求25所述的有色极性流体，其中，所述有色导电流体含有的离子半径小于2.0A的单原子离子和离子半径小于1.45A的多原子离子的总量不超过500ppm。
28.根据权利要求25所述的有色极性流体，其中，所述有色导电流体的电导率为 0. 1-3000 μ S/cm且含有的离子半径小于2.0A的单原子离子和离子半径小于1.45人的多原子离子的总量不超过500ppm。
29.根据权利要求25所述的有色极性流体，其中，所述有色导电流体不会造成厚度为 400nm的聚(2-氯对二甲苯)电介质在施加电压高达30V时的电击穿，或者所述有色导电流体不会造成厚度为IOOnm的氧化铝电介质在施加电压高达30V时的电击穿。
30.根据权利要求25所述的有色极性流体，其中，所述有色导电流体不会造成厚度为 400nm的聚(2-氯对二甲苯)电介质在施加电压高达50V时的电击穿，或者所述有色导电流体不会造成厚度为IOOnm的氧化铝电介质在施加电压高达50V时的电击穿。
31.一种电润湿或电流体设备，该电润湿或电流体设备包括权利要求1-30中任意一项所述的有色导电流体。
32.根据权利要求31所述的电润湿或电流体设备，其中，所述电润湿或电流体设备包括多个电极，所述多个电极配置成施加电压电位差效应，以使所述有色导电流体相对于其中的至少一个电极移动。
33.根据权利要求31所述的电润湿或电流体设备，其中，所述电润湿或电流体设备还包括与所述有色导电流体不相混的非极性流体。
34.根据权利要求31所述的电润湿或电流体设备，其中，所述电润湿或电流体设备为显示器中的像素。
全文摘要
本发明公开了用于电润湿或电流体设备的有色导电流体及设备本身。所述有色导电流体含有极性溶剂及选自颜料和/或染料的着色剂。所述极性溶剂具有(a)在25℃下的动力粘度为0.1-1000cP，(b)在25℃下的表面张力为25-90达因/cm，以及(c)电润湿相对响应值为20-80％的极性溶剂。所述有色导电流体本身具有的电导率可以为0.1-3000μS/cm且含有的离子半径小于的单原子离子和离子半径小于的多原子离子的总量可以不超过500ppm。所述有色导电流体应不导致其所在设备中的电介质的电击穿。可以选择性地将用于控制电导率的试剂加入所述有色导电流体中。
文档编号G02B26/00GK102549474SQ201080043651
公开日2012年7月4日 申请日期2010年8月4日 优先权日2009年8月4日
发明者A·米拉尔希克, J·海肯菲尔德, L·克莱普, M·狄德萨, R·J·施瓦兹, S·G·维尔纳, S·舍瓦利奥特 申请人:太阳化学公司