专利名称：用于电润湿、电流体和电泳技术的有色流体的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及电润湿领域，并且更具体地涉及用于电润湿(electrowetting)、电流体(electrofluidic)或电泳装置(electrophoretic device)的有色流体(coloredfluids)以及电润湿、电流体和电泳装置。
背景技术：
通过电位能够控制两种不溶混流体之间的表面张力。这个基本原理被用在各种各样且不断增长的电光调制显示器(electro-optical modulated displays)上,该电光调制显示器包括例如电润湿、电泳或电致变色(electrochromic)装置，在这些装置中通过使成像材料(imaging material)遭受电场或电子的传输调制或改变成像材料的光学状态。电润湿已经成为ー个在各种光学应用中具有吸引力的调制方案，部分原因是由于高亮度和对比度，大的视角以及快的开关速度的理想的结合。此外，因为不需要前光或背光，电润湿显不器的功耗相对较低。例如，电润湿已被用来作为光纤的光开关，作为照相机和制导系统、光学拾波装置(optical pickup device)、光学波导材料,和视频显示像素(pixel)的光学快门或滤光片。术语“电润湿”是指电场对液体与疏水性表面的接触角的影响。通过电场使得液体分散到或润湿最初排斥液体的表面，造成装置的光谱特性的改变。当电场被去除之后，接触角増大并且液体收缩到ー个区域，从而光谱特性恢复到初始状态。早期的电润湿系统使用水以及水和其它极性溶剂的混合物。然而，水的物质特性例如高温以及凝固点(freezing point)时的膨胀，限制了用于这种装置的应用。为了克服与使用水有关联的问题，已提出使用其它的溶剂例如こニ醇、碳酸异丙烯酷、碳酸ニこ酷、双丙酮醇、环己酮、醋酸丁酷、醋酸丙酷、Y-丁内酷、こ基己醇，和离子液体来代替水。通常使用的非极性溶剂包括烷烃例如癸烷、十二烷，和正十四烷、氟代烷、芳烃和部分氢化芳烃、杂环芳香化合物、高级醇和羧酸，和硅油。有色不溶混流体是电流体和电润湿装置不可或缺的部分，再现视觉信息和效果是应用所需要的。传统的电润湿装置典型地具有在绝缘的含氟聚合物上形成膜的有色油。该有色油膜赋予装置可见的颜色。当在位于油膜上方的水层和在绝缘的含氟聚合物下方的电极之间施加电压时，因为水电润湿表面油膜被破坏。破坏的油膜不再向装置提供顔色。一旦除去电压，油会优先润湿绝缘的含氟聚合物，再次形成油膜，并且颜色再次可见。通常，着色剂可以为染料或颜料。染料溶于应用介质(application media)中。也就是说，染料分散到溶剂中以达到分子水平或相对小的团簇(cluster)，例如ニ聚体、三聚体、四聚体等等。顔料基本上不溶于应用介质中并且以颗粒离散的形式存在。从历史上看，选择染料作为着色剂已经用于各种数字应用，例如喷墨墨水、彩色滤光片，和电润湿装置。给出大量表现出鲜艳且强烈颜色范围、低溶液粘度、出色的透明度和有色流体稳定性的产品的这个事实并不难以理解。然而，染料有一定的缺点，包括耐光性和耐侯性不足。其它的缺点包括成本高，特别是对纯化形式，在非极性溶剂中溶解度不足，低抗流失性(resistance to bleed)和/或缺乏阻光度。在采用染料作为着色剂的应用中，由于有机颜料理想的耐光性和抗溶剂性和抗流失性，近年来己发现有机颜料的使用在增加。另一方面，颜料透明度低并且颜料分散的稳定性一直是严重关切的。虽然与水和其它溶剂、以及着色剂的使用相关的问题正在解决，但为了各种电润湿、电流体，以及电泳装置仍然存在对改进了的有色流体的明确需要。为电润湿、电流体或电泳装置提供改进的有色流体将是有益的，例如，表现出对装置元件最低或没有负面影响，能够提高装置性能并在优选时段保持所需的功能
发明内容
本发明的实施方式提供了用于电润湿、电流体或电泳装置的有色流体。在一种实施方式中，所述有色流体含有至少一种极性溶剂或非极性溶剂以及至少一种在所述溶剂中的低聚物染料和/或聚合物染料。所述低聚物染料含有至少一种连接到一个或多个低聚物链的生色团(chromophore),而且所述聚合物染料含有至少一种连接到一个或多个低聚物链和/或聚合物链的生色团。所述染料还具有从400至100000的分子量，25°C时在溶剂中至少5重量％的溶解度，以及25°C时从0. 5cPs至2000cPs的动态粘度(dynamic viscosity)。如果所述溶剂是极性溶剂,那么有色流体具有大约从0. Iii S/cm到3000 u S/cm的导电率，25°C时从15达因/厘米(dynes/cm)-90达因/厘米的表面张力，以及半径小于2 0人的单原子离子和半径小于1.45A的多原子离子的总量少于500ppm。如果所述溶剂是非极性溶剂，那么有色流体具有低于5X 10_3y S/cm的导电率以及25°C时10达因/厘米-40达因/厘米的表面张力。所述有色流体能够选择性地含有颜料。所述有色流体定义为有色极性和/或有色非极性流体。在另一种实施方式中，电润湿或电流体装置包括有色极性和/或有色非极性流体。在另一种实施方式中，电泳装置包括有色非极性流体。仍在另一种实施方式中，用于显示的像素含有有色极性和/或有色非极性流体。在另外一种实施方式中，提供了一种改变用于显示的像素的显示状态(displaystate)的方法。该方法包括借助多个电极通过移动或改变有色流体的形状在像素的显示状态中产生变化来将电位差施加到像素的存储器中，所述像素的存储器包括有色极性和/或有色非极性流体。在显示器技术中，这种有色流体的使用提供了耐用性的改善，并提供更高水平的色度，以及通过染料和颜料的选择实现更高对比度的能力。所述有色流体还能提供快捷的开关速度，低的功耗，以及更高的装置耐用性。
具体实施例方式本申请所使用的术语仅仅是为了描述特定的实施方式的目的，并不是为了限定本发明。如本申请所使用的，单数形式的“一个”、“一种”以及“所述”还想要包括复数形式，除非上下文清楚表明其它的意思。需要进一步理解的是，当术语“包括”和/或“含有”用于此说明书中时，明确说明了陈述的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组分的存在，但并不排除一种或多种其他的特征、整体、步骤、操作、元素、组分和/或及其组成的组的存在或添加。更进一歩，某种程度上在详细描述中或者在权利要求中使用的术语“包括”、“具有”、“有”、“带有”、“由…組成”、“含有”或及其变形，这些术语以与术语“含有”相似的方式想要表达的是包括在内的。本发明针对用于电润湿、电流体或电泳装置的有色流体。电润湿和电流体装置典型地由疏水性电介质和电极组成，并且可能包括其它疏水性表面。通常，将基板和连接组件暴露于带有至少ー个是有色的并且相互不混溶或乳化的极性流体和非极性流体。电泳装置典型地仅包括有色非极性流体，该流体包含带电荷的颗粒。本发明的装置中所使用的极性和/或非极性流体能够含有低聚物和/或聚合物染料，且能够有特定的导电率的特性，以及理想的粘度、凝固点和沸点特性，并且还能減少或除去会对装置的电介质基板和其他元件表现出负面影响的破坏性能的离子(performance-damaging ions)。所述低聚物和/或聚 合物染料不应该从ー相扩散到另ー相或者污染装置的表面。根据本发明的实施方式，用干与电润湿或电流体装置一同使用的有色流体通常可以含有至少ー种极性溶剂，至少ー个在所述溶剂中的低聚物和/或聚合物染料，和可选择的有机或无机颜料或通过化学改性方法制得的表面改性颜料，所述方法通过共价键将离子、非离子或聚合基团连接到顔料表面，以及可选择的表面活性剤、增效剂、用于控制导电率的添加剤、分散剂、杀虫剂、消泡剂以及本领域技术人员所知的其它功能性添加剂上。所述有色流体定义为有色极性流体。在另ー种实施方式中，用干与电润湿、电流体或电泳装置一同使用的有色流体通常可以含有至少ー种非极性溶剂，至少ー个在所述溶剂中的低聚物和/或聚合物染料，和可选择的有机或无机颜料或通过化学改性方法制得的表面改性颜料，所述方法通过共价键将非离子的低分子量或低聚物或聚合基团连接到顔料表面，以及可选择的表面活性剤、增效剂、分散剂、添加剂、其它本领域所知的添加剂或者及其任何组合上。所述有色流体定义为有色非极性流体。本发明的所述极性溶剂可以为ー种溶剂或两种以上溶剂的组合物。所述极性溶剂不受限制的例子包括水、こニ醇、聚こニ醇、こ醇、多元醇、醚、酷、酮、缩酮、内酷、内酰胺、批咯烧酮和聚こ烯批咯烧酮(polyvinylpyrrolidones)、批咯烧、碳酸酯、砜、亚砜、胺、酰胺、亚胺、腈、羧酸、こ缩醛、氨基甲酸酷、尿素、醛、卤代化合物、硫代(thio)化合物、硝基化合物、离子液体、或它们的任何混合物。在25°C时，所述极性溶剂可以展现出介电常数大于10。在另ー种实施例中，在25°C时，所述介电常数大于30。在25°C时，所述极性溶剂的动态粘度可能小于2000cPs。在另ー种实施例中，在25°C时，所述动态粘度从0. IcPs到2000cPs。仍在另一种实施例中，在25°C时，所述动态粘度从 0. IcPs 到 500cPs。所述极性溶剂还能够表现出对30V直流电流或交流电流的电润湿相对响应值(EffRR) (electrowetting relative response)在 20-80% 的范围内。本申请中根据下述公式定义EWRR EffRR= (Θ ο- Θ v) X 100/ Θ o, %
其中O。是在OV电压时的初始接触角度；在30V电压时的最终接触角度。接触角度测量的适当步骤如“电润湿系统中离子和液体依赖性电介质失效(Ion and LiquidDependent Dielectric Failure in Electrowetting Systems,(Balaji Raj 等，Langmuir
3b2|第9版113/8/09)中所描述的，在此通过引用将其内容整体并入，并且在下面的测试过程中进ー步详细讨论。本发明的所述非极性溶剂可以为任何液体或两种以上液体的组合物。非极性溶剂不受限制的例子包括非取代的线性和支链的烷烃及其衍生物，例如，卤代烷、取代与未取代的芳烃及部分氢化的芳烃、脂肪族醇和羧酸、酷，和酰胺，或它们的任何混合物。装置中的非极性流体能够与极性流体不溶混，并且溶解于这种液体中的成分不会迁移到所述极性液体中。在25°C时，所述非极性溶剂可以展现出介电常数小于10。在另ー种实施例中，在 25°C时,所述介电常数小于5。在25°C时，所述非极性溶剂的所述动态粘度可能小于2000cPs。在另ー种实施例中，在25°C时，所述动态粘度从O. IcPs到2000cPs。仍在另一种实施例中，在25°C时，所述动态粘度从O. IcPs到500cPs。为了本发明的目的，所述低聚物染料定义为ー种化合物，该化合物含有至少ー种直接或通过依靠共价键或离子键的连接基团连接到一个或多个低聚物链的生色团，并且具有总分子量在400-5000范围内。所述聚合物染料定义为ー种化合物，该化合物含有至少ー种直接或通过依靠共价键或离子键的连接基团连接到一个或多个低聚物链和/或聚合物链的生色团，并且具有总分子量在5000-100000范围内。在一种实施方式中，本发明的所述低聚物和聚合物染料能定义为下述通式中的一种或多种(1)Q[X_(Y)丄(2) (Q-X)p-Z-(X-Y)q(3) (Q-X)p(X-Y)qZ-Y-Z(X-Y)q(X-Q)p(4) (Q-X)p(X-Y)qZ-L-Z(X-Y)q(X-Q)p(5) Q-X-Y-X-Q(6) Z(X-Y-X-Q)p(7) [(Y) J]mQ-X-Y-X-Q[X(Y) Jm(8 ) X-Q-X-Y- [X-Q-X-Y] k-X-Q-X_Y(9 ) Y (-X-Q) [Y (-X-Q) ] kY (_X_Q) Y(10) QtxrYi+Im(Il)QDCY2I111(12) [Y1tX1ImQ-X-Y-X-Q[X1Ti+Im(13) [Y2 X2+]mQ-X-Y-X-Q[X2+Y2 ]m(14 ) Z {X-Y-X-Q [X1T1IJ p(15 ) Z {X-Y-X-Q [X2+Y21J pQ是生色团，该生色团能够选自偶氮或偶氮缩合物(azo condensed compound)、金属复合物、苯并咪唑酮(benzimidazolone)、偶氮甲喊(azomethine)、次甲基(methine)例如花青、氮杂羰花青(azacarbocyanines)、烯胺、半花青(hemicyanines)、链花青(streptocyanines)、苯乙烯基、零次甲基(zeromethines)、单-、二 -、三-和四氮杂次甲基(tetraazamethines);类胡萝卜素(caratenoids),芳基甲烧(arylemthanes)例如二芳基甲烧和三芳基甲烧；氧杂蒽、噻吨、类黄酮、二苯乙烯、香豆素、卩丫唳(acridenes)、荷、荧光酮、苯并二呋喃酮、甲臜、吡唑、噻唑、吖嗪、二嗪、噁嗪、二噁嗪、三苯基二噁嗪、苯基吖嗪、噻嗪、噁嗪酮、吲达胺、亚硝基、硝基、醌例如氢醌、萘醌，和蒽醌；若丹明、酞菁、天然花青(neutrocyanines)、二氮杂半花青(diazahemicyanines)、口卜啉(porphirines)、花酮、茈、派洛宁、二酮吡咯并吡咯、 靛蓝、靛族(indigoids)、硫靛(蓝)、靛酚、萘亚甲基酰亚胺(naphthalimides)、异卩引哚啉、异卩引哚满酮(isoindolinones)、亚氨基异卩引哚啉、亚氨基异卩引哚满酮、喹B丫唳酮、黄烧士酮、阴丹酮、蒽素卩密唳(anthrapyrimidines)、喹啉酞酮(quinophthalone)、异紫蒽酮(isovioIanthrones )、皮蒽酮(pyranthrones)和它们的任何组合物。Q还能是任何酸性的、直接的(direct)、反应性的、媒染剂的、溶剂的、天然的、分散的、碱性(阳离子)的、硫化的、荧光的、食品的、荧光增白剂，或还原性的(vat)染料，或颜料。表现出更高耐光性能和更高摩尔消光系数的生色团是更理想的。X 代表 R、RC (0)0、ROC(O)、RC(O)NR1' RNR1C(O)、SO2NR1' SO2, R0、RS、RNR1' =N_、RNHC (0) NR1, RNHC (0)0、ROC (O)NH, RC (O)OCH2CH (OH) CH2、ROCH2CH(OH) CH2 或 RNR1CH2CH(OH)CH2，其中，R=单键、烷基、芳基、烷基芳基或杂环，并且R1=H'烷基、芳基或烷基芳基。Y是一种低聚物或聚合物，该低聚物或聚合物选自聚乙烯基、聚偏二乙烯基(polyvinylidene)、聚二烯烃、聚亚烧基、聚酐、聚(亚烧基)乙二醇(polyalkyIeneglycol )、聚乙醇、聚酯、聚环氧树脂(polyepoxy)、聚氨基甲酸酯(polyurethane)、聚胺、聚亚胺(polyimine)、聚酰胺(polyamide)、聚酰亚胺、聚脲(polyuria)、聚碳酸酯、聚缩醒、聚砜、聚醛、聚酮，或它们的任何无规、嵌段或接枝共聚物。Z是1，3，5-三嗪和1,2,4-三嗪、I, 3，5_苯三甲酸、I, 2，4_苯三甲酸、2，3，5，6-苯四甲酸、丙三醇、季戍四醇(pentaerythritol )、二轻甲基丙酸(dimethylol propionicacid)、朽1檬酸、异朽1檬酸、1，2，3-丙三羧酸、粘酸(mucic acid)、轻基丁二酸(malic acid)、酒石酸、2，4- 二轻基苯甲酸、1，3, 5-三氨基苯(1，3, 5-triaminobenzene)、1，3, 5-三轻基苯、五倍子酸、2-氨基-1，3-丙二醇,或三乙醇胺(triethanolamine)的基团(radical)。L是单键、双功能连接基团例如脂肪族、脂环族、芳香族的残基，或杂环、二元胺、二羧酸或它们的卤化物、双环氧(也6口(《7)、二异氰酸酯、或二磺酰氯((11811]^0011101^(16),或它们的任意组合物。&_是生色团Q的阴离子基团，例如磺酸基、磷酸，或羧基，以及X2+是生色团Q的阳离子基团，例如铵基、鱗基(phosphonium)、锍基(sulfonium)。Y1+是低聚物或聚合物Y的阳离子基团，例如铵基、鱗基、锍基，以及Y2-是低聚物或聚合物Y的阴离子基团，例如磺酸基、膦基或羧基。I 是 1-2 ；m 是 I-8 ;p 和 q 是 I-4 ；p+q〈 5 ；以及 k 是 O-500 0在一种实施例中，所述染料是由通式(I)QK-(Y)Jm限定的低聚物染料，其中，Q可以为酞菁铜(copper phthalocyanine),苯并咪唑酮,二恶嗪，花(perylene), 二酮批咯并批咯，喹吖啶酮，或蒽醌颜料的残基；X=SO2NR (其中，R是H)或RC(O)O (其中，R是单键)；1是I邱是1-3 ;以及Y是具有分子量为300-3000的聚乙氧基(polyethoxylated)或聚亚烷基的低聚物链。在另ー种实施例中，所述染料为荧光染料。本发明的低聚物和聚合物染料能够通过单体和低聚物的反应来合成，例如，用下述起始化合物 Q-[X1J111,其中，X1是 RNHR1、RC00H、RCOCl、ROH、RSH、RSO2Cl, RSO3H, RHal、ROC(O)R1Hal,RNHCOR1Hal, R1CH=CH2, RNCO, RCH0、环氧化物(印oxy)、酰胺(amide)、酰亚胺、羧酸酸酐(carboxylic acid anhydride),和它们的任意组合物,Q、R和R1如上述所定义的,而且Hal是 F、Cl、Br 或 I。适合于本发明的染料合成的活性単体和低聚物可含有一个或多个こ烯基、羟基、羧基、酸酐、南素、巯基、烷氧基、环氧基、异氰酸基(isocyanato)、酰胺、酰亚胺、磺酸基、磷酸(phosphonic)根、伯氨基、仲氨基、叔氨基或季氨基或它们的任意组合物。如果满足了关于导电率和离子含量的具体的上述条件，本发明的低聚物和聚合物染料能够在合成之后没有额外的纯化而立即用于流体着色剂和作为颜料分散剂。然而，纯化的染料提供了整体更好的流体性能和更理想的长期的装置性能。任何适当的技术都适合于低聚物和聚合物染料的纯化。不受限定的例子包括层析分离、通过溶剂替换从溶液中沉淀、抽提(extraction)、升华、离心、蒸懼、重结晶、部分结晶、超过滤、反渗透或它们的任何组合体。关于所述极性和非极性溶剂中的溶解度，本发明的所述染料表现出在所述溶剂中至少5重量％的溶解度。在另外ー种实施例中，溶解度高于10重量％。仍在另一种实施例中，溶解度高于20重量％。所述低聚物和聚合物染料也能含有额外的官能团。这些官能团的不受限定的例子是烧基、芳基、烧基芳基、齒素、硝基、亚硝基、氛基、硫代、氣基、烧基氣基(alkylamino)、轻基、羧基、醛、酸酐、酰胺、氨磺酰、羧酸和硫酸的盐，或它们的任意组合物。与有色极性流体一同使用的低聚物和聚合物染料可以含有极性基团；然而，可以理解非离子极性基团是更理想的，因为它们受电场影响小。与有色非极性流体一同使用的低聚物和聚合物染料应该避免能够提高流体导电率超过5Χ10_3μ S/cm的任何基团、离子/反离子或杂质。更高的导电率对流体以及装置的性能有负面作用。以所述流体的总重量为基准，在所述有色极性或非极性流体中的低聚物和/或聚合物染料的含量在从约0. 01重量％至约50重量％的范围内。低于0. 01重量％的染料浓度不会提供理想的色彩強度，并且高于50重量％可能会导致非常暗的色彩和不足的流变性。在一个例子中，在所述极性或非极性流体中的低聚物和/或聚合物染料的含量在从约I重量％至约30重量％的范围内。能够包含于所述极性或非极性流体中的顔料包括任何有机顔料，所述有机颜料属于偶氮和偶氮缩合物，金属复合物，苯并咪唑酮，偶氮甲碱，甲烷，蒽醌，酞花菁，芘酮，茈，ニ酮吡咯并吡咯，靛蓝，硫靛蓝，ニ噁嗪，异吲哚啉，异吲哚满酮，亚氨基异吲哚啉，亚氨基异吲哚满酮，喹吖啶酮，黄烷士酮，阴丹酮，蒽素嘧啶、萘ニ甲酰亚胺、喹啉酞酮、异紫蒽酮、皮蒽酮颜料，或碳黑，或它们的任意组合物和固熔体(solid solution)。所述颜料可能是任何无机颜料，例如金属氧化物、混合的金属氧化物、锑黄、铬酸铅、硫酸铬酸铅(lead chromate sulfate)、钥酸铅、群青蓝(ultramarine blue)、钴蓝、猛蓝、氧化铬绿、水合氧化铬绿、钴绿、金属硫化物、镉硫硒化物(cadmium sulfoselenides)、铁酸锌、钒酸铋，或它们的衍生物。所述颜料也可能是任何已知的填料(extender),例如碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐，以及可以是合成的或矿物的。所述颜料也可能是分散的聚合物，例如聚苯乙烯、聚酰胺、聚砜，或聚硫化物(polysulfide)。所述颜料也可能是任何有机颜料、无机颜料、填料的混合物，以及它们的固熔体。另外，所述颜料可以是任何胶囊封装的有机颜料或无机颜料或填料，或者是具有覆盖了有机壳的无机核的壳型颜料，反之亦然。 所述颜料可以是通过化学改性方法制得的表面改性颜料，该方法通过共建键将离子、非离子或聚合物基团连接到所述颜料表面。改性基团不受限定的例子是羧基、磺酸基、磷酸酯、轻基、聚烯烃乙二醇化017&11^161^17001)、聚亚烧基、聚酰胺,和聚酯基团，或它们的任意组合物。从动态光散射(dynamic light scattering)颗粒大小分析仪,颜料颗粒能够有范围从约IOnm至约5 ii m的重量平均直径(mean weight diameter)。在另一种实施例中，颗粒大小是在20-300nm的范围内。以所述颜料流体的总重量为基准，所述极性或非极性流体的颜料含量在从0重量％至50重量％的范围内。在一个例子中，以所述有色流体的总重量为基准，所述颜料含量是在从约0. I重量％至50重量％的范围内。在另一个例子中，以所述有色流体的总重量为基准，所述颜料含量是在从约I重量％至约20重量％的范围内。通常，颜料浓度低于0. I重量％将不会提供颜色分布，而高于50重量％将不会有效地电润湿。能够包含于所述有色流体中的表面活性剂可能为任何阴离子型、阳离子型、阴阳离子型(catanionic)、两性离子(两性)型、非离子型表面活性剂或它们的任何组合物。所述表面活性剂可以用于更好的染料溶解度、颜料颗粒在流体中的胶体稳定性，以使表面张力更低，并从而降低需要产生电润湿的电压，和/或增加所述流体的导电率。所述有色流体可以含有表面活性剂为所述流体中颜料重量的0重量％至10重量％。能够包含于所述有色流体中的增效剂可以是磺酸(solfonic acid)、磺酸的金属盐、磺酸与伯胺、仲胺、叔胺和季胺的盐；磺酰胺(solfonamide)、邻苯二甲酰亚氨甲基(phthalimidomethyl)、芳基甲基、烧基胺、羧酸、羧酸的盐、酰胺和酯；羰基、氨基甲基(amidomethyl )、烧基胺基甲基(alkylaminomethyl )、芳基烧氧基(arylalkyloxy)、偶氮的苯硫(phenylthio)和苯胺衍生物、金属复合物、苯并咪唑酮、甲亚胺、甲烷、蒽醌、酞菁、芘酮、花、二酮吡咯并吡咯、靛蓝、硫靛蓝、二噁嗪、异D引哚啉、异喷哚满酮、亚胺异D引哚啉、亚胺异吲哚满酮、喹吖啶酮、黄烷士酮、阴丹酮、蒽素嘧啶、喹啉酞酮、异蒽酮紫、皮蒽酮颜料，或它们的任何组合物。所述增效剂也可以是任何商购的或改性的直接的、酸性的、阳离子的、反应性的、还原性的、硫，和分散染料或它们的任何组合物。所述增效剂可用于颜料表面改性以稳定流体中的颜料颗粒，改善流变特性，和/或增加流体的导电率。所述有色流体可以含有的增效剂为所述流体中颜料重量的0重量％至30重量％。能够包含于所述有色流体中的分散剂可以是选自以下分类是嵌段，无规，梳形聚合物或共聚物；或它们的组合物的阴离子，阳离子，两性离子(两性)，和非离子型聚合物。可选择地同增效剂一起使用的所述分散剂，帮助稳定所述流体中的颜料。所述有色流体可以含有分散剂为所述流体中颜料重量的0重量％至200重量％。在一种实施方式中，电润湿或电流体装置包括无色(clear)非极性流体和有色极性流体，所述有色极性流体以低聚物和/或聚合物染料染色。在另一种实施方式中，电润湿或电流体装置包括无色极性流体和有色非极性流体，所述有色非极性流体以低聚物和/或聚合物染料染色。仍在另一种实施方式中，电润湿或电流体装置包括有色极性和有色非极性流体，每个都以不扩散进其它流体的低聚物和/或聚合物染料染色。仍在另一种实施方式中，所述有色流体包括至少一种极性溶剂或非极性溶剂，至少一种在所述溶剂中的低聚物和/或聚合物染料，以及至少一种被所述低聚物和/或聚合 物染料稳定的颜料，其中所述颜料的平均重量直径在10-200nm范围内。在一个例子中，所述颜料的平均重量直径在20-100nm范围内。在另一种实施方式中，多种有色流体能够结合在一起。例如，具有极性溶剂和在所述极性溶剂中的聚合物和/或低聚物染料的有色流体可以与具有非极性溶剂和在所述非极性溶剂中的聚合物和/或低聚物染料的有色流体结合在一起，每一种都含有上述讨论的额外的可选组分。所述有色流体可以具有不高于3000 U S/cm的导电率。在另一个例子中，所述有色流体可以具有约0. 1-3000 ii S/cm范围内的导电率。在另一个例子中，所述有色流体具有约为5-3000 ii S/cm的导电率。仍在另一个例子中，所述有色流体具有约为5 y S/cm至约500 u S/cm的导电率。还在另一个例子中，所述有色流体具有约为IOii S/cm至约300 y S/cm的导电率。如果导电率太低，则不得不为了恰当的装置功能而施加更高的电压。如果导电率太高，贝1J介电击穿(electrical breakdown)的可能性增加。如果需要，通过添加适当的盐能容易地调节导电率；然而，当施加电压高达所述电介质理论操作电压(operating voltage)的三倍时,任何存在的半径小于2.0A的单原子离子和半径小于1.45A的多原子离子的总浓度不超过500ppm，以防止电介质在装置中的介电击穿利用所述流体，下面将进一步讨论。在一个例子中，特定的离子类型的含量总计不应超过300ppm。仍在另一个例子中，特定的离子类型的含量总计不应超过lOOppm。另外，所述有色极性流体具有在25°C下表面张力为约15-90达因/厘米。在另一个例子中，25°C时表面张力为约25-75达因/厘米。更高的导电率会对流体和装置的性能有害，所述有色非极性流体的导电率不应超过约5 X KT3Ii S/cm的值。在温度范围为-40°C到80°C内所述有色流体能展现出稳定性。在一个例子中，所述稳定性至少持续4周。所述有色流体的动态粘度在25°C时可以为0. 5-2000cPs。在另一个例子中，所述有色流体的动态粘度在25°C时为0. l-500cPs。仍在另一个例子中，所述有色流体的动态粘度在 25°C时为 0. 5-100cPs。所述极性流体和所述非极性流体之间的界面张力可以为约2-70达因/厘米。在另一个例子中，所述极性流体和所述非极性流体之间的界面张力可以为约5-55达因/厘米。如果表面张力太低，则会发生所述极性流体和所述非极性流体的混合，并且如果太高，则为了电润湿响应需要更高的电压。具有非极性溶剂的有色流体不应与具有极性溶剂的有色流体相溶混，而且它们之间不会形成稳定 的乳状液。为了这个目的，所述非极性溶剂与所述极性溶剂应当有小于约10%的交叉溶解度(cross-solubility level)。在一个例子中，所述交叉溶解度小于约1%。另外，所述有色极性流体的组分不应迁移进所述有色非极性流体中或反之亦然。当制备所述有色流体时，可以在安装有转速在500-12000RPM的范围内的高速搅拌器的容器中混合所述组分。然后可以利用已知研磨设备，例如但不限定于旋转球磨机、振动磨碎机、搅动水平或垂直介质磨机(agitated horizontal or vertical media mill)、篮式磨机(basket mill)、转子/定子型机器或磨碎机研磨混合物磨碎。所述混合物可以通过间歇操作(batch operation)或再循环和/或非连续通过的方式研磨。可以使用任何已知类型和尺寸的介质，例如，尺寸在15 μ m至约IOcm范围内的玻璃、陶瓷、砂、聚合物和金属媒质。典型的研磨机包括由 Eiger、Netzsch、Buhler、Premier、Hockmeyer、ChicagoBoiler、Drais、Union Process等制造的研磨机。另一种选择，可以在间歇エ艺的设备(batch process equipment)上生产所述有色流体,如旋转球磨机或搅动球磨机。前者典型地由Paul-O-Abbe提供；后者典型地由Union Process提供。两者的介质尺寸可以在上述的尺寸范围内，而且介质的形状可以为圆的、规则的、不规则的或它们的混合物。所述有色流体还可以在任何依照剪切机理的高能分散机上制备，如IKA Works,Baker-Perkins, Σ叶片式混砂机(sigma blade mixer)等。可以选择性地过滤和/或离心分离所述有色流体以除去较大颜料颗粒、破碎的介质或污染物。也可以利用本领域已公知的其他制备方法。用fcookfield Viscometer LVDV-II+Pro 在 T=25 °C、转速 30RPM 和主轴数18的条件下测量所述有色流体的粘度。使用Nanotrac 250、NPA 250 (Microtrac公司)和Microtrac UPA (Microtrac公司)测定颗粒尺寸分布。使用液滴张カ仪(droptensiometer)IFT Tracker (Teclis)测量有色流体的界面张力。所述张カ仪使用液滴形状分析以计算表面张カ或界面张力，液滴形状由作用在液滴上的表面张カ和重力決定。使用下垂液滴构型或者上升液滴构型；所述构型由流体的比重和光学特征決定。使用液体介电常数仪(Liquid Dielectric Constant Meter)Scientifica 870(Princeton Instruments)測量在25°C时的介电常数。在25°C下使用能够测量希望范围的导电率的电导仪，例如，VWR型号23226，OaktQli Acorn Con 6 和 Liquid Conductivity Picosiemens/Metre, Model L40 (ffolfsonElectronics)，测量有色流体的导电率。通过评估施加电压在疏水电介质和电极基板上接触角的变化测试有色流体的电润湿性能。涂覆了玻璃的铟锡氧化物(ΙΤ0)用聚对ニ甲苯C电介质和Cytonix Fluoropel1601V疏水性含氟聚合物的组合物覆盖作为环境。另ー种选择，电介质层可以由Al2O3和Asahi Cytop CTL-809M疏水性含氟聚合物组成。在某一点附加到基板的ITO层的导线作为地电扱。所述基板浸入透明的非极性溶剂中，并且将含有极性流体的有色流体的液滴放置于表面上。通过鹤晶须探针(tungsten cat whisker probe)对液滴施加增量为2V的直流电或交流电，并使用VCA Optima软件程序(AST产品)记录和计算姆一电压下液滴的接触角。如果所述接触角随着电压的施加而减小以至最終的接触角小于90°，则认为流体能够电润湿。參见“电润湿系统中离子和液体依赖性电介质失效(Ion and Liquid DependentDielectric Failure in Electrowetting Systems)，，(Balaji Raj 等，Langmuir | 3b2 果9卷113/8/09)，通过引用其内容被整体并入本文中。另外，只要流体导电率不低于25μ S/cm測量有色极性流体不需要调整导电率。还检测了有色流体引起介质劣化，也称为介电击穿，的趋势。在可能迁移进或/和穿过介电层的所述有色流体中存在较小的离子种类时，介质劣化或介电击穿的可能性会极大地増加。涂覆了玻璃的SnO2: In2O3覆盖有薄的电介质层,所述电介质层可以为带有AsahiCytop含氟聚合物的Al2O3或带有FluoroPel含氟聚合物的聚对ニ甲苯C。将待检测的I μ L流体液滴放置于基板上，并将钨探针放在液滴中。当直流电(DC)电压完成从-99快速至99V吋，测量电流。通过电流高于 μ A或电流呈指数级增长表明电介质失效。參见“电润湿系统中离子和液体依赖性电介质失效(Ion and Liquid Dependent Dielectric Failure inElectrowetting Systems)” (Balaji Raj 等，Langmuir | 3b2 | 第 9 卷 113/8/09),通过引用其内容被整体并入本文中。为了本发明的目的，如果对于理想的电介质当施加的电压高达理论操作电压的三倍时，没有产生介电击穿，那么认为流体通过测试。为了重复性，对每ー个溶液检测3-5个液滴。对ー些例子，每ー个溶液都出现了最坏的結果。电介质的理论操作电压可以通过下面的公式计算，使用IFT值为7达因/厘米，电润湿角度为75°和杨氏角度(Young’s angle)为180。。
权利要求
1.一种有色流体，该有色流体含有 至少一种极性溶剂或非极性溶剂和至少一种在所述溶剂中的低聚物染料和/或聚合物染料，所述低聚物染料具有至少一种连接到一个或多个低聚物链的生色团，并且所述聚合物染料具有至少一种连接到一个或多个低聚物链和/或聚合物链的生色团，所述染料进一步具有从400至100000的分子量，25°C时在所述溶剂中的溶解度至少为5重量％，和25°C时从0. 5cPs至2000cPs的动态粘度，以及 其中，如果所述溶剂是所述极性溶剂，所述有色流体具有从约0. I u S/cm至3000 u S/cm的导电率，25°C时15达因/厘米至90达因/厘米的表面张力，以及半径小于2.0A的单原子离子和半径小于1.45人的多原子离子的总含量少于500ppm，并且，如果所述溶剂是所述非极性溶剂，所述有色流体具有25°C时低于5X 10_3ii S/cm的导电率和25°C时10达因/厘米至40达因/厘米的表面张力。
2.根据权利要求I所述的有色流体，其中，所述低聚物染料或聚合物染料定义为下述公式中的至少一种(1)QtX-(Y)1Im(2)(Q-X)p-Z-(X-Y)q (3 ) (Q-X) p (X-Y) qZ-Y-Z (X-Y) q (X-Q) p (4 ) (Q-X) p (X-Y) qZ-L-Z (X-Y) q (X-Q) p(5)Q-X-Y-X-Q(6)Z(X-Y-X-Q)p(7)[(Y) !XJmQ-X-Y-X-Q[X(Y) Jm(8 ) X-Q-X-Y- [X-Q-X-Y] k-X-Q-X_Y (9)Y (-X-Q) [Y (-X-Q) ]kY (-X-Q) Y(10)QEX1-Y1Im(11)Q[X2+Y2-]m(12)[Y1V]mQ-X-Y-X-Q[X1-Y1+]m(13)[Y2-X2ImQ-X-Y-X-Q[x2+Y2-]m(14)Z (X-Y-X-QtXrY1I Jp(15)Z{X-Y-X-Q[X2+Y2_]m}p 其中，Q是生色团；X 是 R ；RC(0)0 ；R0C(0) ；RC(O)NR1 ;RNR1C(O) ;SO2NR1 ；S02 ；R0 ；RS !RNR1 ；=N- ；RNHC(O)NR1 ； RNHC (0) 0 ； ROC (0) NH ； RC (0) OCH2CH (OH) CH2 ； ROCH2CH (OH) CH2 ；或 RNR1CH2CH (OH) CH2，其中R是单键，烷基，芳基，烷基芳基，或杂环，以及R1是H，烷基，芳基，或烷基芳基； Y是低聚物或聚合物，该低聚物或聚合物选自聚乙烯基，聚偏二乙烯基，聚二烯烃，聚酐，聚(亚烷基)二醇，聚酯，聚环氧树脂，聚氨基甲酸酯，聚酰胺，聚酰亚胺，聚脲，聚碳酸酯，聚缩醛，聚砜，聚醛，聚酮，或它们的无规或嵌段共聚物； Z是1，3，5-三嗪，I, 2，4-三嗪，1，3，5-苯三甲酸，I, 2，4-苯三甲酸，2，3，5，6苯四甲酸，丙三醇，季戊四醇，二羟甲基丙酸，柠檬酸，异柠檬酸，1，2，3-丙三羧酸，粘酸，羟基丁二酸，酒石酸，2，4- 二羟基苯甲酸，1，3，5-三氨基苯，I, 3，5-三羟基苯，五倍子酸，2-氨基-1，3-丙二醇，或三乙醇胺的基团；L是单键或双功能连接基团； xr是所述生色团的阴离子基团； X2+是所述生色团的阳离子基团； Y1+是所述低聚物或聚合物的阳离子基团； Y2-是所述低聚物或聚合物的阴离子基团；以及I 是 I-2 ；m 是 I-8 ;p 和 q 是 I-4 ；p+q〈 5 ;和 k 是 O-5000
3.根据权利要求I所述的有色流体，其中，所述溶剂是极性溶剂。
4.根据权利要求3所述的有色流体，其中，所述极性溶剂具有在25°C时大于10的介电常数，25达因/厘米至90达因/厘米的表面张力，从0. IcPs至2000cPs的动态粘度，以及对30V直流或交流电流的电润湿相对响应值在20-80%范围内。
5.根据权利要求3所述的有色流体，其中，所述极性溶剂选自水、乙二醇、聚乙二醇、乙醇、多元醇、醚、酯、缩酮、内酯、酮、内酰胺、吡咯烷酮和聚乙烯吡咯烷酮、吡咯烷、碳酸酯、尿素、砜、亚砜、胺、亚胺、酰胺、腈、羧酸、乙缩醛、氨基甲酸酯、醛、齒代化合物、硫代化合物、硝基化合物、离子液体，或它们的任意混合物。
6.根据权利要求3所述的有色流体，其中，所述极性溶剂是水、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4- 丁二醇、碳酸异丙烯酯、P -丙内酯、P -戊内酯、Y - 丁内酯、Y -戊内酯，或它们的任意组合物。
7.根据权利要求2所述的有色流体，其中，所述溶剂是非极性溶剂。
8.根据权利要求7所述的有色流体，其中，所述非极性溶剂具有在25°C时小于10的介电常数，从0. IcPs至2000cPs的动态粘度，和10达因/厘米至40达因/厘米的表面张力。
9.根据权利要求7所述的有色流体，其中，所述非极性溶剂选自直链或支链的脂肪烃或芳烃、部分氢化的芳烃、脂环族或芳香族杂环化合物或它们的含有卤素、硝基、亚硝基，或氰基的衍生物、脂肪族醇和羧酸、酯、酰胺，或它们的任意混合物。
10.根据权利要求7所述的有色流体，其中，所述非极性溶剂是辛烷、壬烷、癸烷、十一烧、十二烧、十四烧、四氢化萘，或萘烧。
11.根据权利要求I所述的有色流体，其中，所述低聚物染料和/或聚合物染料的含量为所述流体的从约0. 01重量％至约50重量％，而且所述极性溶剂或非极性溶剂的含量为所述流体的从约50重量％至约99. 99重量％。
12.根据权利要求I所述的有色流体，其中，所述有色流体还含有颜料。
13.根据权利要求12所述的有色流体，其中，所述颜料的颗粒大小为10-200nm。
14.根据权利要求12所述的有色流体，其中，所述低聚物染料和/或聚合物染料的含量为所述流体的从0. 01重量％至40重量％,所述颜料的含量为所述流体的从0. 01重量％至30重量％,以及所述极性溶剂或非极性溶剂的含量为所述流体的从40重量％至99. 98重量％。
15.根据权利要求I所述的有色流体，其中，所述染料为荧光染料。
16.一种包括权利要求1-15中任意一项所述的有色流体的电润湿或电流体装置。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述装置还包括无色的极性或非极性流体。
18.根据权利要求16所述的装置，其中，所述有色流体含有所述极性溶剂以定义为有色极性流体，并且所述有色流体还含有权利要求I的另一种有色流体，所述另一种有色流体含有所述非极性溶剂从而定义为有色非极性流体。
19.一种包括权利要求I所述的有色流体的电泳装置，所述有色流体含有所述非极性溶剂从而定义为非极性流体。
20.一种含有权利要求1-15中任意一项所述的有色流体的用于显示器的像素。
21.一种用于改变用于显示器的像素的显示状态的方法，该方法包括 借助多个电极将电位差施加到含有权利要求1-15中任意一项所述的有色流体的所述像素的存储器，以通过移动或改变所述有色流体的形状在所述像素的所述显示状态中造成变化。
全文摘要
本发明公开了用于电润湿、电流体和电泳生色团装置的有色流体。在一种实施方式中，所述有色流体含有至少一种溶剂和至少一种在所述溶剂中的低聚物染料和/或聚合物染料。所述低聚物染料含有至少一种连接到一个或多个低聚物链的生色团，而且所述聚合物染料含有至少一种连接到一个或多个低聚物链和/或聚合物链的生色团。所述染料还具有从400至100000的分子量，25℃时在溶剂中至少为5重量%的溶解度，以及在25℃时从0.5cPs至2000cPs的动态粘度。所述溶剂可以是每个都限定了特定性质的极性的或非极性的。
文档编号G02F1/153GK102713749SQ201080056738
公开日2012年10月3日 申请日期2010年12月20日 优先权日2009年12月18日
发明者L·克莱普, R·施瓦兹, S·维尔纳 申请人:太阳化学公司