一种兼具快速响应与双稳态的电子墨水和电泳显示器件

1.本技术属于电泳显示技术领域，尤其涉及一种兼具快速响应与双稳态的电子墨水和电泳显示器件。

背景技术：

2.电子墨水是电泳显示器件的光学元件，拥有数十亿个微胶囊，其中包含带负电荷的黑粒子和带正电荷的白粒子，悬浮在清澈的液体中。结合的粒子受到电脉冲的影响。当一个正/负的脉冲发生时，匹配的粒子移动到显示的顶部，用户可以看到特定图案和文字。
3.传统电子墨水一般会采用增稠剂提高体系粘度，维持双稳态如专利cn201880010867，cn201980048552等，采用聚异丁烯或其他的材料作为增稠剂，提高电子墨水的粘度，从而保证电子墨水在不外加电压时，电泳粒子能够保持原有位置不易移动，从而实现图像的稳定，这种不加电时图像稳定的状态被称为双稳态。但是这些材料会使得电子墨水的粘度始终保持较高的状态，在外加电场的情况下，高粘度会产生较高的粘滞阻力，从而阻碍电泳粒子的移动，使电泳粒子的响应速度减慢，不利于显示。
4.可见，现有电泳显示器的电子墨水需要增稠剂来满足双稳态效果，但是增稠剂的存在会降低电泳显示器件的响应速度，难以实现双稳态和快速响应的共存。

技术实现要素：

5.鉴于此，本技术提供了一种兼具快速响应与双稳态的电子墨水和电泳显示器件，该电子墨水可通过触变性实现电子墨水粘度的调控，从而满足在停止驱动时电泳显示器件保持良好的双稳态，在驱动过程中电泳显示器件保持快速响应。
6.本技术第一方面提供了一种兼具快速响应与双稳态的电子墨水，包括：电泳粒子、电泳介质、电荷控制剂和自修复材料；
7.所述自修复材料包括环氧树脂、超细高岭土、聚酰胺、水凝胶聚合物、沥青和疏水纳米sio2中的一种或多种。所述自修复材料当受到电场剪切应力时电泳粒子等微粒能够在连接它们的水层上滑动，使得电泳液体系宏观粘滞系数衰减，粒子迁移速率增大；当电场剪切应力消失后，这种由氢键作用、范德华力、共价键作用等形成的交联结构在粒子的布朗运动中恢复，宏观上电子墨水在没有外加电场时恢复高粘滞系数达到双稳态特性。通过驱动电压的变化，使自修复材料在电子墨水体系中自发形成变化，实现粘度可逆的调节。
8.本技术采用自修复材料替代传统增稠剂，本技术的电子墨水在电场驱动时其在受电场剪切力时粘滞系数大幅衰减，电泳粒子能够迅速在电泳介质中迁移；停止驱动保持静态图像时自修复材料的触变性又使其在静止不受力时粘滞系数恢复，电子墨水的粘度大幅提高致使电泳粒子难以在电泳介质中迁移，从而在不影响调控时墨水粒子迁移速率的情况下大幅改善电泳显示装置的双稳态特性。
9.另一实施例中，按照质量百分比计算，所述电子墨水包括：
10.电泳粒子25％～40％；
11.电泳介质58.7％～74.6％；
12.电荷控制剂0.2％～1％；
13.自修复材料0.2％～0.3％。
14.另一实施例中，所述环氧树脂选自双酚a型环氧树脂、双酚s型环氧树脂和双酚f型环氧树脂中的一种或多种。
15.具体的，所述环氧树脂选自双酚a型环氧树脂。
16.具体的，所述电子墨水的制备方法包括：将电泳粒子、电泳介质、电荷控制剂和自修复材料混合，制得电子墨水；优选的，将上述组分在3000转/分钟的搅拌器中搅拌1分钟混合。
17.需要说明的是，所述电泳粒子、所述电泳介质和所述电荷控制剂为现有常规电泳粒子、电泳介质和电荷控制剂。
18.另一实施例中，所述电泳粒子包括黑粒子、白粒子和彩电泳粒子中的一种或多种。所述电泳粒子能够分散在电泳介质中，并且能够携带电荷在电场驱动下移动。
19.另一实施例中，所述黑粒子包括炭黑或/和氧化铁黑；所述白粒子包括二氧化钛、硅纳米颗粒；所述彩电泳粒子包括二芳基黄、甲苯胺红、酞青蓝和酞青绿中的一种或多种。
20.另一实施例中，所述电泳介质为非极性溶剂。
21.另一实施例中，所述非极性溶剂选自正十二烃、异构烷烃isopar g和异构烷烃isoparl中的一种或多种。
22.另一实施例中，所述电荷控制剂选自有机磺酸盐、有机硫酸盐、有机磷酸盐、有机磷酸酯、聚酯类化合物、聚烯烃类化合物、聚丙烯酸酯类化合物以及聚醚类化合物中的一种或多种。所述电荷控制剂能够形成反胶束附着于电泳粒子上或分散在电泳介质中，提高电泳粒子的带电量。
23.本技术第二方面提供了一种电泳显示液，包括上述电子墨水和微腔体；所述电子墨水分割封装在独立的所述微腔体中。所述微腔体可防止电泳粒子在大范围内进行横向移动，减少团聚的概率，提高电子墨水的使用寿命。
24.另一实施例中，所述微腔体选自微胶囊或/和微杯型腔体。
25.本技术第三方面提供了一种电泳显示器件，包括：上述的电泳显示液。本技术的电泳显示器件匹配适上述电泳显示液的驱动方法，能够对不同灰阶进行快速驱动并在停止驱动时长时间保持静止图像。
26.本技术第四方面提供了一种电子墨水驱动方法，在驱动波形前添加预置微弱震荡信号。本技术添加的微弱震荡信号用所提到的阈值电压在不驱动墨水粒子的情况下驱动电荷控制剂形成的带电反胶束，防止带电反胶束与墨水粒子之间形成内建电场，提高电子墨水响应速度。所设计的微弱震荡信号不会影响墨水粒子的响应，通过加入所设计的微弱震荡信号，黑、白粒子的响应时间相较于传统驱动方法均有大幅度的减少。
27.具体的，所述预置微弱震荡信号的时间为0.14s，其电压幅值为5v，其信号频率为50hz。
28.与现有技术相比，本技术发现自修复材料能够代替传统电子墨水中的增稠剂，防
止电泳粒子在无外加电场下由于热运动或静电作用发生无规则移动，从而维持电泳显示器件的画面稳定不变化的效果。自修复材料在受剪切力的情况下，粘滞系数随时间而衰减，降低由于增稠剂使电子墨水粘度过大导致的施加电压时粒子移动受阻的情况，实现快速响应至所需的灰阶的效果。通过驱动与否，实现双稳态和快速响应两种工作模式的可逆切换，从而代替传统电子墨水中两种效果相互排斥、难以共存的效果。
附图说明
29.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
30.图1为本技术实施例提供的兼具快速响应与双稳态的电泳显示器件的结构示意图，其中，白和黑颗粒为墨水粒子，蓝曲线为自修复材料；
31.图2为本技术实施例1提供的电子墨水的剪切速率和粘滞系数的关系；
32.图3为本技术实施例提供的电子墨水制备电泳显示器件在添加不同增稠剂和自修复材料下的光响应强度曲线；
33.图4为本技术实施例和对比例提供的不同的电子墨水的碳黑粒子在添加增稠剂/自修复材料下的光响应强度；
34.图5为本技术实施例和对比例提供的不同的电子墨水的二氧化钛粒子在添加增稠剂/自修复材料下的光响应强度；
35.图6为本技术实施例提供的电子墨水的碳黑粒子在添加预置微弱震荡信号和传统驱动信号的波形比较；
36.图7为本技术实施例提供的电子墨水的二氧化钛粒子在添加预置微弱震荡信号和传统驱动信号的波形比较。
具体实施方式
37.本技术提供了一种兼具快速响应与双稳态的电子墨水和电泳显示器件，用于解决现有技术的电子墨水难以实现双稳态和快速响应的共存的技术缺陷。
38.下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
39.其中，以下实施例所用原料或试剂均为市售或自制。
40.本技术所使用的环氧树脂购自锐竞平台罗恩试剂；以下对比例的超细高岭土与聚酰胺均购自锐竞平台麦克林试剂。
41.本技术实施例提供一种兼具快速响应与双稳态的电子墨水，是一种利用触变性随电场驱动力粘度可调的电泳显示液，其中墨水由电泳粒子、电泳介质、电荷控制剂和自修复材料组成，自修复材料能够起到代替传统电子墨水中增稠剂的效果，可以是环氧树脂或沥青，也可以是一些水凝胶或纳米聚合物，实现施加流动后粘度随时间衰减，在静止时恢复高粘度，实现不驱动时长时间保持静止图像，在驱动时实现快速响应的效果。
42.如图1的左图所示，在静止不受剪切应力时，自修复材料通过分子间作用力、与水
分子间氢键作用等形成交联结构，使整个电子墨水体系保持高粘度，电泳粒子被固定在所处位置难以移动。如图1的中间图所示，外加电场时，自修复材料由于触变性在受到电场剪切应力时交联结构被打破；如图1的右图所示，电子墨水体系粘滞系数随时间而衰减，电泳粒子得以快速驱动至对应灰阶。驱动结束后交联结构在自修复材料微粒做布朗运动过程中恢复，使墨水粒子在所处位置保持静止，达到良好的双稳态特性，实现低功耗长时间的显示。
43.具体的，本实施例的电子墨水包括质量占比为40％的电泳粒子、质量占比为1％的电荷控制剂、质量占比为0.3％的自修复材料和质量占比为58.7％的电泳介质。
44.具体的，本实施例的电子墨水包括质量占比为25％的电泳粒子、质量占比为0.2％的电荷控制剂、质量占比为0.2％的自修复材料和质量占比为74.6％的电泳介质。
45.具体的，以下实施例和对比例所用的环氧树脂为双酚a型环氧树脂wsr618。
46.实施例1
47.本技术实施例提供了一种兼具快速响应与双稳态的电子墨水，具体方法包括：
48.1、将质量占比为10％的碳黑粒子、质量占比为30％的二氧化钛粒子、质量占比为1％的琥珀酸二异辛酯磺酸钠(aot)、质量占比为0.3％的环氧树脂和质量占比为58.7％的isopar l在3000转/分钟的搅拌器中搅拌1分钟混合，制得电子墨水。
49.2、测定上述电子墨水的剪切速率和粘滞系数的关系，结果如图2所示。如图2可知，在掺杂环氧树脂的电子墨水中，当剪切速率很小即碳黑粒子和二氧化钛粒子被驱动至对应灰阶保持静止时，电子墨水体系的粘滞系数很大，表明环氧树脂能够替代传统电子墨水中的增稠剂改善电子墨水的双稳态特性，同时，在掺杂环氧树脂的电子墨水中，随着剪切速率的增大，体系的粘滞系数大幅降低，表明环氧树脂的触变性能极大改善电泳粒子迁移速率，提高器件响应速度。
50.实施例2
51.本技术实施例提供了一种兼具快速响应与双稳态的电泳显示器件，具体方法包括：
52.1、按照常规方法将上述制得的电子墨水分割封装在独立的微腔体中，制得电泳显示器件，测试其光响应强度，结果如图3的0.3％sio2曲线所示。
53.图3结果可知，可将本技术的电泳显示器件作为可调粘度的电子纸应用于消费电子产品的显示中。本实施例所述的电泳显示器件能够在双稳态与快速响应间切换，从而实现动画类图像显示，并且在不加驱动电压情况下长时间保持静态图像显示，实现低功耗、高刷新率的电泳显示。
54.2、本技术采用适合上述制得的电子墨水的驱动方法，具体包括：
55.在驱动波形前添加0.14s电压幅值为5v，信号频率为50hz的微弱震荡信号，该微弱震荡信号用所提到的阈值电压在不驱动墨水粒子的情况下驱动电荷控制剂形成的带电反胶束，防止带电反胶束与墨水粒子之间形成内建电场，提高电子墨水响应速度。结果如图6和图7所示。
56.结果可知，该微弱震荡信号不会影响墨水粒子的响应，通过加入所设计的微弱震荡信号，碳黑粒子和的二氧化钛粒子响应时间相较于传统驱动方法均有大幅度的减少。表明本实施例的电子墨水驱动方法能在不影响灰阶驱动的同时提高响应速度。可见，该电子
墨水驱动方法适用于自修复体系掺杂电子墨水，可有效提高电子墨水响应速度。
57.对比例1
58.本技术对比例提供了一种不添加增稠剂的电泳显示器件，具体方法包括：
59.1、参照实施例1电子墨水的制备方法制得不添加增稠剂和不添加环氧树脂的电子墨水，将质量占比为10％的碳黑粒子、质量占比为30％的二氧化钛粒子、质量占比为1％的琥珀酸二异辛酯磺酸钠(aot)和质量占比为59％的isopar l在3000转/分钟的搅拌器中搅拌1分钟混合，制得电子墨水。
60.2、按照常规方法将上述制得的电子墨水分割封装在独立的微腔体中，制得电泳显示器件。
61.3、测试本对比例的电泳显示器件在15v电压下的光响应强度，结果如图3的无增稠剂曲线所示(红)。
62.4、测试本对比例的电子墨水的碳黑粒子在15v电压下的光响应强度，结果如图4的未添加增稠剂曲线所示(红)。
63.5、测试本对比例的电子墨水的二氧化钛粒子在15v电压下的光响应强度，结果如图5的未添加增稠剂曲线所示(红)。
64.从结果可知，当电泳粒子被驱动至对应灰阶并停止外电压驱动后，不添加增稠剂的电子墨水由于粘滞系数较小黑、白粒子会发生明显迁移，致使器件双稳态特性变差。
65.对比例2
66.本技术对比例提供了一种常规的电泳显示器件，具体方法包括：
67.1、参照实施例1电子墨水的制备方法制得添加常规增稠剂聚异丁烯的电子墨水，将质量占比为10％的碳黑粒子、质量占比为30％的二氧化钛粒子、质量占比为1％的琥珀酸二异辛酯磺酸钠(aot)、质量占比为0.6％的聚异丁烯和质量占比为58.4％的isopar l在3000转/分钟的搅拌器中搅拌1分钟混合，制得电子墨水。
68.2、按照常规方法将上述制得的电子墨水分割封装在独立的微腔体中，制得电泳显示器件。
69.4、测试本对比例的电子墨水的碳黑粒子在15v电压下的光响应强度，结果如图4的添加增稠剂曲线所示(蓝)。
70.5、测试本对比例的电子墨水的二氧化钛粒子在15v电压下的光响应强度，结果如图5的添加增稠剂曲线所示(蓝)。
71.如图4和图5说明，在添加常规增稠剂的电子墨水中黑与白粒子的响应时间相比于未添加增稠剂墨水大幅增加，增稠剂使得电子墨水粘滞系数大幅增大，在改善电子墨水双稳态特性的同时严重影响了电子墨水的响应速度；在掺杂自修复体系电子墨水中，相较于含增稠剂传统电子墨水，黑与白粒子的响应时间均有相当幅度的减少。表明0.3％的环氧树脂由于触变性，在驱动过程中大幅减小了电子墨水粘滞系数，保证了电子墨水在驱动过程中的高响应速度。同时，通过0.3％的环氧树脂掺杂电子墨水在不同幅度电压驱动下的光响应能够得到所述电子墨水的驱动阈值电压，当驱动电压低于该阈值电压时墨水微粒不会被驱动。
72.实施例3
73.本技术实施例提供了一种添加超细高岭土的电泳显示器件，具体方法包括：
74.1、参照实施例1电子墨水的制备方法制得添加超细高岭土的电子墨水，将质量占比为10％的碳黑粒子、质量占比为30％的二氧化钛粒子、质量占比为1％的琥珀酸二异辛酯磺酸钠(aot)、质量占比为0.3％的超细高岭土和质量占比为58.7％的isopar l在3000转/分钟的搅拌器中搅拌1分钟混合，制得电子墨水。
75.2、按照常规方法将上述制得的电子墨水分割封装在独立的微腔体中，制得电泳显示器件。
76.测试本对比例的电泳显示器件在15v电压下的光响应强度，结果如图3的0.3％超细高岭土曲线所示。
77.可见，相较于增稠剂，超细高岭土能在粒子驱动过程中有效降低系统粘滞系数，提高粒子的响应速度。
78.实施例4
79.本技术实施例提供了一种添加聚酰胺的电泳显示器件，具体方法包括：
80.1、参照实施例1电子墨水的制备方法制得添加聚酰胺的电子墨水，将质量占比为10％的碳黑粒子、质量占比为30％的二氧化钛粒子、质量占比为1％的琥珀酸二异辛酯磺酸钠(aot)、质量占比为0.3％的聚酰胺和质量占比为58.7％的isoparl在3000转/分钟的搅拌器中搅拌1分钟混合，制得电子墨水。
81.2、按照常规方法将上述制得的电子墨水分割封装在独立的微腔体中，制得电泳显示器件。
82.测试本对比例的电泳显示器件在15v电压下的光响应强度，结果如图3的0.3％聚酰胺曲线所示。
83.可见，相较于增稠剂，聚酰胺能在粒子驱动过程中有效降低系统粘滞系数，提高粒子的响应速度。
84.综上所述，本技术利用自修复体系材料对电子墨水粘度进行调控，通过具有触变性的自修复体系材料在不同剪切应力下粘滞系数的改变，实现电泳显示器件在保持静态图像时具有双稳态效果，在驱动不同灰阶时保持快速响应。从而满足电泳显示器件同时具有双稳态与高响应速度。
85.以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。

技术特征：

1.一种兼具快速响应与双稳态的电子墨水，其特征在于，包括：电泳粒子、电泳介质、电荷控制剂和自修复材料；所述自修复材料包括环氧树脂、超细高岭土、聚酰胺、水凝胶聚合物、沥青和环氧树脂的一种或多种。2.根据权利要求1所述的电子墨水，其特征在于，按照质量百分比计算，所述电子墨水包括：电泳粒子
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25％～40％；电泳介质
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58.7％～74.6％；电荷控制剂
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0.2％～1％；自修复材料
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0.2％～0.3％。3.根据权利要求1所述的电子墨水，其特征在于，所述环氧树脂选自双酚a型环氧树脂、双酚s型环氧树脂和双酚f型环氧树脂中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的电子墨水，其特征在于，所述电泳粒子包括黑粒子、白粒子和彩电泳粒子中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的电子墨水，其特征在于，所述黑粒子包括炭黑或/和氧化铁黑；所述白粒子包括二氧化钛、硅纳米颗粒；所述彩电泳粒子包括二芳基黄、甲苯胺红、酞青蓝和酞青绿中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的电子墨水，其特征在于，所述电泳介质为非极性溶剂；所述电荷控制剂选自有机磺酸盐、有机硫酸盐、有机磷酸盐、有机磷酸酯、聚酯类化合物、聚烯烃类化合物、聚丙烯酸酯类化合物以及聚醚类化合物中的一种或多种。7.根据权利要求6所述的电子墨水，其特征在于，所述非极性溶剂选自正十二烃、异构烷烃isopar g和异构烷烃isopar l中的一种或多种。8.一种电泳显示液，其特征在于，包括权利要求1～7任意一项所述的电子墨水和微腔体；所述电子墨水分割封装在独立的所述微腔体中。9.根据权利要求8所述的电泳显示液，其特征在于，所述微腔体选自微胶囊或/和微杯型腔体。10.一种电泳显示器件，其特征在于，包括：权利要求8或9所述的电泳显示液。

技术总结

本申请属于电泳显示技术领域，尤其涉及一种兼具快速响应与双稳态的电子墨水和电泳显示器件；所述电子墨水，其特征在于，包括：电泳粒子、电泳介质、电荷控制剂和自修复材料；所述自修复材料包括环氧树脂、超细高岭土、聚酰胺、水凝胶聚合物、沥青和疏水纳米SiO2中的一种或多种。本申请的自修复体系材料可以通过触变性实现电子墨水粘度的调控，从而满足在停止驱动时电泳显示器件保持良好的双稳态，在驱动过程中电泳显示器件保持快速响应，在不同的使用场景下实现两种工作模式的切换，实现快速响应和双稳态效果共存的驱动效果。双稳态效果共存的驱动效果。双稳态效果共存的驱动效果。