一种可承压电子纸膜及其制作工艺的制作方法

1.本发明涉及电子纸显示技术领域，具体而言，涉及一种可承压电子纸膜及其制作工艺。


背景技术：

2.电子墨水是一种通电时可改变自身颜色的新型显示材料，一般由许多封装有电泳液的透明微胶囊组成。封装在微胶囊中的电泳液通常由白色或黑色的电泳粒子、电泳溶剂和电荷控制剂组成。通过控制白色或黑色电泳粒子的电泳运动，可以使微胶囊表面的颜色发生变化。将大量电子墨水微胶囊有序地排列在屏幕的上、下电极基板之间，在交流电压驱动下就可实现文字或图像的显示。电子墨水技术与传统显示技术相比具有可弯曲、功耗低、耐冲击和阅读不易疲劳等优点，成为未来极具发展潜力的显示技术之一。目前国内外畅销电子书阅读器如盛大公司的bambook系列、亚马逊公司的kindle系列等产品，均使用了美国e
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ink公司生产的电子墨水屏幕。电子墨水还可广泛应用于电子报纸、户外广告牌和电子地图等许多领域。
3.但是，电子纸膜在后续的加工过程中会经过加压、加热等处理，因此存在外部压力，从而会导致电子纸膜发生变形挤压、热胀冷缩应力等影响，当电子墨水微胶囊的承载压力超过其极限的压力时将会产生微裂纹或直接破裂，导致显示缺陷。由此，研制一款具有承压作用的电子纸膜显得尤为重要。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种可承压电子纸膜，其具有一定的抗压能力，在一定范围内增加了电子纸膜可弯曲形变的能力，且解决了电子纸膜的后续加工处理中因外界压力或热胀冷缩而引起的电子纸膜破裂的问题，提高电子纸膜的生产效率。
5.本发明的另一目的在于提供一种可承压电子纸膜的制作工艺，其将支撑粒子加入电子墨水微胶囊中起支撑作用，可增强电子纸膜抵抗外部压力的能力，提高其弯曲形变的能力，减少电子纸膜承受热胀冷缩引起的应力，提高其综合力学性能，从而延长其使用寿命。
6.本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
7.本发明提出一种可承压电子纸膜的制作工艺，包括以下步骤：将粒径为1
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100微米的支撑粒子加入电子墨水微胶囊中混合均匀得到涂覆液，将涂覆液涂布于电极基板一的表面，然后将电极基板二覆盖于涂覆液上，电极基板一与电极基板二将涂覆液封装于两个电极基板之间，即可得到可承压电子纸膜。
8.本发明提出一种可承压电子纸膜，可承压电子纸膜利用上述的可承压电子纸膜的制作工艺制得。
9.本发明实施例提出的可承压电子纸膜及其制作工艺至少具有以下有益效果：
10.一方面，本发明提出一种可承压电子纸膜的制作工艺中，将粒径为1
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100微米的支
撑粒子加入电子墨水微胶囊中混合均匀得到涂覆液，将涂覆液涂布于电极基板一的表面，然后将电极基板二覆盖于涂覆液上，电极基板一与电极基板二将涂覆液封装于两个电极基板之间，即可得到可承压电子纸膜。1
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100微米的支撑粒子具有坚硬、耐磨、化学性能稳定等特点，在涂覆液中起到骨架的作用，具有一定的支撑作用，可增强电子纸膜抵抗外部压力的能力，提高其弯曲形变的能力，减少电子纸膜承受热胀冷缩引起的应力，提高其综合力学性能，从而延长其使用寿命。再者，在搅拌的条件下将支撑粒子加入电子墨水微胶囊中混合可避免支撑粒子团聚，可提高支撑粒子在涂覆液中的分散度，从而使得最终制得的电子纸膜可将承受的压力均匀分散，以提高所能承受的极限压力。此外，将涂覆液涂布于电极基板一后再覆盖电极基板二进行封装，可避免由于支撑粒子粒径过大而导致涂覆液无法填入电极基板一与电极基板二之间的空隙，封装技术简单可提高其生产效率。
11.另一方面，本发明提出一种可承压电子纸膜，其具有一定的抗压能力，在一定范围内增加了电子纸膜可弯曲形变的能力，为柔性电子屏的发展提供了一定的基础。而且，在电子纸膜的后续加工处理中，可有效解决因外界压力或热胀冷缩而引起的电子纸膜破裂的问题，提高电子纸膜的生产效率。
具体实施方式
12.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
13.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。
14.本发明实施例提供一种可承压电子纸膜的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
15.将粒径为1
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100微米的支撑粒子加入电子墨水微胶囊中混合均匀得到涂覆液，将涂覆液涂布于电极基板一的表面，然后将电极基板二覆盖于涂覆液上，电极基板一与电极基板二将涂覆液封装于两个电极基板之间，即可得到可承压电子纸膜。1
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100微米的支撑粒子具有坚硬、耐磨、化学性能稳定等特点，在涂覆液中起到骨架的作用，具有一定的支撑作用，可增强电子纸膜抵抗外部压力的能力，提高其弯曲形变的能力，减少电子纸膜承受热胀冷缩引起的应力，提高其综合力学性能，从而延长其使用寿命。进一步地，支撑粒子的粒径为10
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70微米，能够起到一定的支撑作用，避免外界压力过大而使得电子墨水微胶囊破裂，造成显示缺陷。
16.再者，在搅拌的条件下将支撑粒子加入电子墨水微胶囊中混合可避免支撑粒子团聚，可提高支撑粒子在涂覆液中的分散度，从而使得最终制得的电子纸膜可将承受的压力均匀分散，以提高所能承受的极限压力。此外，将涂覆液涂布于电极基板一后再覆盖电极基板二进行封装，可避免由于支撑粒子粒径过大而导致涂覆液无法填入电极基板一与电极基板二之间的空隙，封装技术简单可提高其生产效率。
17.详细地，本发明实施例中，支撑粒子为二氧化硅或树脂。二氧化硅是一种坚硬、耐磨、折射率高、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其较小的热膨胀系数使得二氧化硅接受相同的热量不易变形和膨胀，能在温差较大的条件下保持物体原来的形状。而且在加热的过程中
二氧化硅产生体积膨胀而抵消电子纸膜热胀冷缩所产生的应力，改善制品的开裂现象。树脂具有良好的综合物理机械性能，如优良的电性能、耐磨性、尺寸稳定性和耐化学性等，且易于加工成型，适于用作支撑粒子。
18.为了避免支撑粒子过多而导致电泳粒子过少，影响电子纸膜的图像显示，本发明实施例中，支撑粒子与电子墨水微胶囊的质量比为1:(0.001
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0.9)。进一步地，当支撑粒子与电子墨水微胶囊的质量比为1:(0.05
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0.2)时为最优配方，不仅可以起到支撑的作用，还能避免影响电泳粒子的运动，使得电子纸膜的分辨率较高。
19.进一步地，为了提高电子纸膜承载压力的能力，本发明实施例中，电极基板一上设有支撑柱，支撑柱的高度大于电子墨水微胶囊的粒径。当电子纸膜在外力的作用下发生弯曲形变时，支撑柱可以抵消一部分外部压力，从而提高电子纸膜抗弯曲形变的能力。而且，支撑柱的高度大于电子墨水微胶囊的粒径，此时电子微胶囊在电极的作用下可自由运动，避免影响电泳粒子的电泳运动，缩短电泳粒子的响应时间，从而提高电子纸膜的对比度。详细地，支撑柱呈矩阵分布。均匀分布的支撑柱不仅可将外界的压力均匀分散，以提高电子纸膜所能承受的极限压力，还能提高电子纸膜结构整体的稳定度，提高其纵向(电子纸膜从电极基板一到电极基板二的方向)刚度。
20.为了制备大小均匀且形状规则、粒径较小的电子墨水胶囊，从而提高电子纸膜的显示性能，本发明实施例中，上述电子墨水微胶囊的制作工艺包括以下步骤：将明胶与阿拉伯胶于40
‑
45℃分别溶解于蒸馏水中，搅拌过程中将两种溶液混合得混合液一，向混合液一中加入1
‑
2％的十二烷基硫酸钠搅拌后加入电子墨水得到混合液二，然后调节混合液二的ph值至3
‑
5，冷却至室温后用冰水浴降温至10℃以下，然后加入5
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10％的甲醛溶液固化40
‑
60分钟即可得到电子墨水微胶囊。明胶与阿拉伯胶在40
‑
50℃的温度下可迅速溶解，且不会因高温而改变其性质，保证最终所得胶囊囊壁的机械性能较高。而且将二者分开溶解后再在搅拌的条件下混合两种溶液可以保证二者之间反应较为彻底，避免反应不完全，提高对原料的利用率。再者，本发明实施例中将带有相反电荷的明胶与阿拉伯胶的水溶液为原料混合制得混合液一，将电子墨水在混合液一中加入十二烷基硫酸钠乳化得到混合液二，1
‑
2％的十二烷基硫酸钠不仅可以提高电子墨水的分散性，避免电子墨水之间聚集，降低微胶囊的粒径，提高微胶囊质量的同时还能节约用量，降低成产成本。混合液二在酸性条件下，由于明胶和阿拉伯胶发生复凝聚，产生凝胶化现象，使得两种物质在水中溶解度下降，从溶液中析出形成凝胶。随着ph降低至3
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5时，明胶带正电与带负电的阿拉伯胶产生静电吸引而引发复凝聚反应形成凝胶，在电子墨水表面析出并聚集形成囊壁，最后将电子墨水包裹其中形成微胶囊。微胶囊囊壁的固化过程是戊二醛醛基与明胶中氨基的交联过程，甲醛的浓度太低则固化不完全，微胶囊囊壁机械强度不够，容易破裂；当甲醛的浓度过高时，会产生局部过量的现象，使反应不均匀，微胶囊表面易出现褶皱凹坑。这样的微胶囊虽然韧性强度得到提高，但入射光线在其表面发生反射、折射等，使微胶囊的透光度明显降低。因此，选用5
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10％的甲醛溶液较为适宜。且固化40
‑
60分钟即可获得表面光滑、无黏连的电子墨水微胶囊。利用上述方法制得的电子墨水微胶囊粒径小且较为均一，从而使得电子墨水具有响应时间较短等优点，从而提高其显示性能。
21.进一步地，电子墨水的制作工艺包括以下步骤：将电泳粒子加入含固量为0.3％
‑
0.5％的pva溶液中搅拌后静置30
‑
40分钟取一次沉淀，一次沉淀加入去离子水搅拌并静置
取二次沉淀，用乙醇漂洗二次沉淀后干燥即可得改性电泳粒子；将改性电泳粒子溶解于四氯乙烯并过滤取滤液，向滤液中加入span
‑
80搅拌10
‑
20分钟后超声分散即可得到电子墨水。电子墨水中的电泳粒子带有染料，而染料在外界条件下会引起变色(例如ph值的改变)，为了提高电子纸膜的色阶指数，本发明实施例中先对电泳粒子的外侧包覆pva以起到保护作用，避免其在外界条件下变色，导致显示颜色有色差。且当pva的含固量为0.3％
‑
0.5％时，其粘性较为适宜，对电子墨水的改性效果较好，且电子墨水的电荷吸附性较好。而且，在上述改性处理的条件下，pva将电子粒子的表面基团从亲水性转变为亲油性，因而可以更好的均匀分散于电泳分散溶剂四氯乙烯中。此外，经过改性处理的电泳粒子电泳速率更快，响应时间较短，提高了电子墨水的性能。而将span
‑
80加入滤液中先搅拌可获得粗制的均一溶液，然后再将其超声10
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20分钟可提高改性电泳粒子在混合体系中的分散程度，进而获得较高质量的电子墨水。
22.本发明实施例还提出一种可承压电子纸膜，该可承压电子纸膜利用上述可承压电子纸膜的制作工艺制得。其具有一定的抗压能力，在一定范围内增加了电子纸膜可弯曲形变的能力，为柔性电子屏的发展提供了一定的基础。而且，在电子纸膜的后续加工处理中，可有效解决因外界压力或热胀冷缩而引起的电子纸膜破裂的问题，提高电子纸膜的生产效率。
23.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
24.实施例1
25.本发明实施例提出一种可承压电子纸膜的制作工艺，包括以下步骤：
26.(1)将电泳粒子加入含固量为0.3％的pva溶液中搅拌后静置30分钟取一次沉淀，一次沉淀加入去离子水搅拌并静置取二次沉淀，用乙醇漂洗二次沉淀后干燥即可得改性电泳粒子；将改性电泳粒子溶解于四氯乙烯并过滤取滤液，向滤液中加入span
‑
80搅拌10分钟后超声分散即可得到电子墨水。
27.(2)将明胶与阿拉伯胶于40℃分别溶解于蒸馏水中，搅拌过程中将两种溶液混合得混合液一，向混合液一中加入1％的十二烷基硫酸钠搅拌后加入上述电子墨水得到混合液二，然后调节混合液二的ph值至5，冷却至室温后用冰水浴降温至9℃，然后加入5％的甲醛溶液固化40分钟即可得到电子墨水微胶囊。
28.(3)将粒径为1微米的二氧化硅加入上述电子墨水微胶囊中混合均匀得到涂覆液，二氧化硅与电子墨水微胶囊的质量比为1:0.9，将涂覆液涂布于电极基板一的表面，然后将电极基板二覆盖于涂覆液上，电极基板一与电极基板二将涂覆液封装于两个电极基板之间，即可得到可承压电子纸膜。
29.实施例2
30.本发明实施例提出一种可承压电子纸膜的制作工艺，包括以下步骤：
31.(1)将电泳粒子加入含固量为0.5％的pva溶液中搅拌后静置40分钟取一次沉淀，一次沉淀加入去离子水搅拌并静置取二次沉淀，用乙醇漂洗二次沉淀后干燥即可得改性电泳粒子；将改性电泳粒子溶解于四氯乙烯并过滤取滤液，向滤液中加入span
‑
80搅拌20分钟后超声分散即可得到电子墨水。
32.(2)将明胶与阿拉伯胶于45℃分别溶解于蒸馏水中，搅拌过程中将两种溶液混合得混合液一，向混合液一中加入2％的十二烷基硫酸钠搅拌后加入上述电子墨水得到混合
液二，然后调节混合液二的ph值至3，冷却至室温后用冰水浴降温至8℃，然后加入10％的甲醛溶液固化60分钟即可得到电子墨水微胶囊。
33.(3)将粒径为100微米的支撑粒子加入上述电子墨水微胶囊中混合均匀得到涂覆液，支撑粒子与电子墨水微胶囊的质量比为1:0.001，将涂覆液涂布于电极基板一的表面，然后将电极基板二覆盖于涂覆液上，电极基板一与电极基板二将涂覆液封装于两个电极基板之间，即可得到可承压电子纸膜。
34.实施例3
35.本发明实施例提出一种可承压电子纸膜的制作工艺，包括以下步骤：
36.(1)将电泳粒子加入含固量为0.4％的pva溶液中搅拌后静置35分钟取一次沉淀，一次沉淀加入去离子水搅拌并静置取二次沉淀，用乙醇漂洗二次沉淀后干燥即可得改性电泳粒子；将改性电泳粒子溶解于四氯乙烯并过滤取滤液，向滤液中加入span
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80搅拌15分钟后超声分散即可得到电子墨水。
37.(2)将明胶与阿拉伯胶于42℃分别溶解于蒸馏水中，搅拌过程中将两种溶液混合得混合液一，向混合液一中加入1.5％的十二烷基硫酸钠搅拌后加入上述电子墨水得到混合液二，然后调节混合液二的ph值至4，冷却至室温后用冰水浴降温至7℃，然后加入8％的甲醛溶液固化45分钟即可得到电子墨水微胶囊。
38.(3)将粒径为50微米的二氧化硅加入上述电子墨水微胶囊中混合均匀得到涂覆液，二氧化硅与电子墨水微胶囊的质量比为1:0.05，将涂覆液涂布于电极基板一的表面，然后将电极基板二覆盖于涂覆液上，电极基板一与电极基板二将涂覆液封装于两个电极基板之间，即可得到可承压电子纸膜。
39.实施例4
40.本发明实施例提出一种可承压电子纸膜的制作工艺，包括以下步骤：
41.(1)将明胶与阿拉伯胶于44℃分别溶解于蒸馏水中，搅拌过程中将两种溶液混合得混合液一，向混合液一中加入1.7％的十二烷基硫酸钠搅拌后加入电子墨水得到混合液二，然后调节混合液二的ph值至4.5，冷却至室温后用冰水浴降温至9℃，然后加入6％的甲醛溶液固化50分钟即可得到电子墨水微胶囊。
42.(2)将粒径为30微米的支撑粒子加入上述电子墨水微胶囊中混合均匀得到涂覆液，支撑粒子与电子墨水微胶囊的质量比为1:0.2，将涂覆液涂布于电极基板一的表面，然后将电极基板二覆盖于涂覆液上，电极基板一与电极基板二将涂覆液封装于两个电极基板之间，即可得到可承压电子纸膜。
43.实施例5
44.本发明实施例提出一种可承压电子纸膜的制作工艺，包括以下步骤：
45.将粒径为10微米的支撑粒子加入上述电子墨水微胶囊中混合均匀得到涂覆液，支撑粒子与电子墨水微胶囊的质量比为1:0.5，将涂覆液涂布于电极基板一的表面，然后将电极基板二覆盖于涂覆液上，电极基板一与电极基板二将涂覆液封装于两个电极基板之间，即可得到可承压电子纸膜。
46.实施例6
47.本发明实施例提出一种可承压电子纸膜的制作工艺，包括以下步骤：
48.将粒径为70微米的支撑粒子加入上述电子墨水微胶囊中混合均匀得到涂覆液，支
撑粒子与电子墨水微胶囊的质量比为1:0.01，将涂覆液涂布于电极基板一的表面，然后将电极基板二覆盖于涂覆液上，电极基板一与电极基板二将涂覆液封装于两个电极基板之间，即可得到可承压电子纸膜。
49.实施例7
50.本发明实施例提出一种可承压电子纸膜的制作工艺，包括以下步骤：
51.将粒径为90微米的支撑粒子加入上述电子墨水微胶囊中混合均匀得到涂覆液，将涂覆液涂布于电极基板一的表面，然后将电极基板二覆盖于涂覆液上，电极基板一与电极基板二将涂覆液封装于两个电极基板之间，即可得到可承压电子纸膜。
52.效果例1
53.将上述发明实施例的可承压电子纸膜的两个电极基板分别与外电极的两端相连，在20v外场电压的驱动下进行黑、白态(电子墨水采用黑白两色)转换显示。用x
‑
ritc色差仪分别记录黑、白态的反射率，器件显示的对比度由计算公式得出，具体测试结果见表1，计算公式为：显示对比度(％)＝白态反射率/黑态反射率。
54.计算公式为：
55.表1对比度测试结果
[0056][0057][0058]
由表1中的数据可知，实施例1和实施例3的显示对比度明显高于实施例7，这主要是由于实施例1和3对电泳粒子进行了改性处理，使其所得的电子墨水微胶囊的粒径较小且分散性较好，提高其显示性能，适用于电子纸膜的应用。而实施例3的对比度最大，说明超声处理提高了电泳粒子的分散性，进而提高了电子纸膜的显示性能。
[0059]
效果例2
[0060]
用电子墨水测试仪测试本发明实施例1、3和7的电子纸膜的响应时间。具体过程如下：首先用标准白板校准仪器，再将测试仪的电源两极与电子纸膜的两端电极相连，将电子纸膜水平放置在样品台上，调整积分球。然后用波形设计程序设计输出波形，由光电测试系统采集驱动电场在一个周期内器件的显示效果对光线的反射情况，得到响应曲线，测试软件据响应曲线的采集点计算响应时间，详细情况见表2。
[0061]
表2响应时间的测试结果
[0062]
[0063]
由表2中的数据可知，实施例3的相应时间最短，结合效果例1中的测试结果，可判断该方案中的电泳分散液的黏度值最优，其电泳粒子的运动速率最快，进而其对比度最高。
[0064]
效果例3
[0065]
对上述发明实施例1
‑
7可承压电子纸膜进行抗压性能的测试，测试方法如下：
[0066]
电子纸膜微胶囊，一般设计荷重为150
‑
250kg/cm2时电子墨水微胶囊全部破坏。因此本实验中选择电子墨水微胶囊在250kg/cm2下的破坏率，从而检测本实验最佳条件制得的电子墨水微胶囊是否高于常规电子墨水微胶囊的性能指标。本实验采用日本岛津公司生产的红外光谱仪中的压片机，具体操作步骤如下：
[0067]
(1)将发明实施例的可承压电子纸膜按红外压片机上的柱塞直径大小剪成圆形，做成试样，并在显微镜下观察电子墨水微胶囊个数，记作m0。
[0068]
(2)将压片机的柱塞放入基台的凹槽中，套上锭剂框，装入试样，放上另一柱塞，轻轻转动几下，弄平试样。
[0069]
(3)往基台上套好压模套，放上弹簧，插入压锤，然后将整套部件置于油压机的锤头中心。
[0070]
(4)拧紧油压机气筒部分的开关阀门，搬动手杆打气，当锤体慢慢下落，压力达到预定压力时，停止打气并保持三分钟。
[0071]
(5)放开气筒的开关阀门，取出压模部件，取下压锤和压模套，将试料台与锭剂框放入打拔台中，再套上压模套，插入压锤，放回油压机，依上述操作稍加压，轻轻取出压成的锭片电子墨水微胶囊试样，放在显微镜下观察记录无破损的电子墨水微胶囊个数，记作m1，根据计算公式计算并表征其抗压性能，具体结果见表3。计算公式：破坏率(％)＝(m0‑
m1)/m0×
100％。
[0072]
计算公式为：
[0073]
表3抗压强度的测试结果
[0074][0075]
由表3中的数据可知，本发明实施例中的电子墨水微胶囊的的破碎率均小于3％，说明本发明实施例的可承载压力的电子纸膜组件在250kg/cm2的荷重下的抗压能力较好，适用于柔性电子屏的应用。
[0076]
综上所述，本发明提供的可承压电子纸膜具有一定的抗压能力，在一定范围内增加了电子纸膜可弯曲形变的能力，且解决了电子纸膜的后续加工处理中因外界压力或热胀冷缩而引起的电子纸膜破裂的问题，提高电子纸膜的生产效率。本发明还涉及一种可承压电子纸膜的制作工艺，其将支撑粒子加入电子墨水微胶囊中起支撑作用，可增强电子纸膜抵抗外部压力的能力，提高其弯曲形变的能力，减少电子纸膜承受热胀冷缩引起的应力，提
高其综合力学性能，从而延长其使用寿命。
[0077]
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。