采用亚光学波长的轻质复合功能球制备电子墨水的方法.pdf

本发明涉及采用亚光学波长的轻质复合功能球制备电子墨水的方法。将分散剂与有机溶剂混合，超声波振荡，加入亚光学波长轻质复合功能球，搅拌，得到含有修饰为具有双稳态功能的亚光学波长轻质复合功能球的悬浮液；再加入背景染料混合为一电泳显示液，即得到电子墨水；或，将亚光学波长轻质复合功能球分散到有机溶剂中，超声波振荡，升温至105～120摄氏度，缓慢加入聚乙烯蜡，搅拌，得到含有修饰为具有双稳态功能的亚光学波长轻质复合功能球的悬浮液；再加入背景染料、分散剂混合为一电泳显示液，即得到电子墨水。利用该电子墨水制备的电子纸显示装置机械性能好，耐磨、耐压、耐冲击，响应迅速，所获得的图像边界清晰，对比度、分辨率高。

1.  一种采用亚光学波长的轻质复合功能球制备电子墨水的方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
(1).将电荷控制分散剂与有机溶剂混合，超声波振荡，加入亚光学波长轻质复合功能球，搅拌，得到含有修饰为具有双稳态功能的亚光学波长轻质复合功能球的悬浮液；
(2).将步骤(1)得到的含有修饰为具有双稳态功能的亚光学波长轻质复合功能球的悬浮液、背景染料混合为一电泳显示液，超声波振荡，即得到电子墨水；
其中电子墨水中的具有双稳态功能的亚光学波长轻质复合功能球占电子墨水总体积的1～30wt％，背景染料占0.1～5wt％，电荷控制分散剂占1～20wt％，其余为有机溶剂；
或
(1’).在搅拌下，将亚光学波长轻质复合功能球分散到有机溶剂中，超声波振荡，升温至105～120摄氏度，缓慢加入相对于有机溶剂量0.1～5wt％的聚乙烯腊，搅拌，得到含有修饰为具有双稳态功能的亚光学波长轻质复合功能球的悬浮液；
(2’).将步骤(1’)得到的含有修饰为具有双稳态功能的亚光学波长轻质复合功能球的悬浮液、背景染料、电荷控制分散剂混合为一电泳显示液，超声波振荡，即得到电子墨水；
其中电子墨水中的具有双稳态功能的亚光学波长轻质复合功能球占电子墨水总体积的1～30wt％，背景染料占0.1～5wt％，电荷控制分散剂占1～20wt％，其余为有机溶剂及聚乙烯腊；
所述的亚光学波长轻质复合功能球是二氧化钛球、介孔二氧化钛球或氧化锌与二氧化钛复合颗粒。

2.  根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的二氧化钛球、介孔二氧化钛球或氧化锌与二氧化钛复合颗粒的结构是包覆结构、中空结构或介孔结构，其粒径尺寸为150～400纳米。

3.  根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的电荷控制分散剂是德国毕克化学公司的byk 161或byk 110，或者是台湾德谦化学品公司的DP-983，或者是单烷氧基钛酸酯偶联剂。

4.  根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的有机溶剂是四氯乙烯。

5.  根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的背景染料是油溶绿、油溶红、油溶黑或油溶篮。

采用亚光学波长的轻质复合功能球制备电子墨水的方法
技术领域
本发明属于电子墨水领域，特别涉及一种采用亚光学波长的轻质复合功能球制备电子墨水的方法。
技术背景
现代显示器技术目前已经经历了三代的发展，电子纸作为全新的显示器件，与现代的阴极射线管显示器、液晶显示器和薄膜电致发光平板显示器相比，具有如下的优点：一、体积小，比当前使用的TFT LCD、STN LCD模块轻、薄。二、省电节能，不需背景光源，图像可以无源维持，只有画面改变时才耗电，耗电量可以比LCD减少90％以上。三、对比度好、可视角度大、易读，反射率高于反射式LCD，对比度优于一般报纸。有些厂商的产品甚至可达影印用纸水平(因此肉眼对其所显示的文字内容更易辨识)。四、循环使用，显示内容可以根据需要不断更新的优点。五、柔软、便携性好，电子纸监视器具有可挠性或是可以卷曲。因此，电子纸不仅将对信息记录相关行业带来革命性的变化，而且在电子书、电子图书馆、低耗可持显示器、大型的户外广告牌和可折叠的显示设备方面有着广阔而深远的应用前景。
电子纸的研究开发，至今已走过了30多个年头，随着用电子纸制作的可卷曲显示器及数字告示板的面世，超薄显示器和电子纸成为众人瞩目的焦点。电子纸技术的研究开发主要集中在国外一些大型公司的研究中心，具有代表性的几家著名国外公司有美国Gyricon公司、荷兰iRex、美国E-INK公司、日本凸版公司、美国Sipix公司以及荷兰Philips公司。而国内有关电子纸的研究还刚刚起步，而且都是属于跟踪研究。
电子纸的制备方法有四种：旋转球技术、微胶囊技术、微压模技术和电湿润显示技术。Sipix公司采用精密模具在塑料基片上压出纵横规整排列的微杯阵列，每一个微杯大小在50～200um左右，在微杯中填装悬浮液实现电泳显示。美国MIT和E-Ink公司利用微胶囊技术，在透明微胶囊中放入含有深色染料的悬浮液、带电浅色微粒子等物质。2003年底，菲利浦公司提出电湿润显示技术制备电子纸。
微胶囊技术是当前电子纸研究与商业产品通用的显示手段(美国专利US5961804和US 5930026)，但是这种方法存在很多不足(美国专利US6017584)。例如微胶囊难于制备均匀，粒度分布非常宽，而且囊壁容易老化破裂等等引起的显示部件对比度低、寿命短等问题。另外微胶囊内部填充的显色电泳粒子的尺寸分布也较宽，且不是球形，因此表面电荷分布也不规则，易于沉降，并且非球形在电场作用下运动容易造成颗粒间的搭桥，影响其它颗粒的泳动，所以显示部件的分辨率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用亚光学波长的轻质复合功能球制备电子墨水的方法，按照该方法制备出的电子墨水响应迅速、对比度高。
本发明采用纳米可控制备技术按需求设定尺寸，规模生产粒径分布均匀，且折射率高的亚光学波长轻质复合功能球，对其进行修饰为具有双稳态功能的电泳粒子，配制电子墨水，将其填充到光刻微杯中，与有源驱动组装成全新的电子纸显示器件。本发明采用的亚光学波长轻质复合功能球带电荷均匀，在电场作用下响应速度快，具有良好的双稳性。所制备的电子纸显示装置机械性能好、耐磨、耐压、耐冲击、响应迅速等，并可根据需要控制显示器件的大小，进行剪裁，所获得的图像边界清晰、对比度高、分辨率高。
本发明的采用亚光学波长的轻质复合功能球制备电子墨水的方法包括如下步骤：
(1).对亚光学波长轻质复合功能球(电泳粒子)进行修饰，得到具有双稳态功能的亚光学波长轻质复合功能球；
将电荷控制分散剂与有机溶剂混合，超声波振荡，加入亚光学波长轻质复合功能球(电泳粒子)，搅拌，得到含有修饰为具有双稳态功能的亚光学波长轻质复合功能球的悬浮液；
(2).将步骤(1)得到的含有修饰为具有双稳态功能的亚光学波长轻质复合功能球的悬浮液、背景染料混合为一电泳显示液，超声波振荡，即得到电子墨水；
其中电子墨水中的具有双稳态功能的亚光学波长轻质复合功能球占电子墨水总体积的1～30wt％，背景染料占0.1～5wt％，电荷控制分散剂占1～20wt％，其余为有机溶剂；
或
(1’).对亚光学波长轻质复合功能球(电泳粒子)进行修饰，得到具有双稳态功能的亚光学波长轻质复合功能球；
在搅拌下，将亚光学波长轻质复合功能球(电泳粒子)分散到有机溶剂中，超声波振荡，升温至105～120摄氏度，缓慢加入相对于有机溶剂量0.1～5wt％的聚乙烯腊，搅拌，得到含有修饰为具有双稳态功能的亚光学波长轻质复合功能球的悬浮液；
(2’).将步骤(1’)得到的含有修饰为具有双稳态功能的亚光学波长轻质复合功能球的悬浮液、背景染料、电荷控制分散剂混合为一电泳显示液，超声波振荡，即得到电子墨水；
其中电子墨水中的具有双稳态功能的亚光学波长轻质复合功能球占电子墨水总体积的1～30wt％，背景染料占0.1～5wt％，电荷控制分散剂占1～20wt％，其余为有机溶剂及聚乙烯腊；
将步骤(2)或步骤(2’)得到的电子墨水灌注、封装于采用光刻技术制备的显示微杯中，将驱动电路与已封装的微杯贴合在一起，完成微杯与驱动电路的组装(整个原理器件的组装)，即可得到电子纸显示器件。
所述的电荷控制分散剂是：德国毕克化学公司的byk 161或byk 110，或者是台湾德谦化学品公司的DP-983，或者是单烷氧基钛酸酯偶联剂(NDZ-101)等。
所述的背景染料是油溶绿、油溶红、油溶黑或油溶蓝等。
所述的有机溶剂是四氯乙烯。
本发明采用的亚光学波长轻质复合功能球带电荷均匀，在电场作用下响应速度快，具有良好的双稳性。所述的亚光学波长轻质复合球可以是包覆结构、中空结构、介孔结构，其粒径尺寸为150～400纳米。
一种优选方案，其中所述的亚光学波长轻质复合功能球是二氧化钛球(制备方法见发明专利200410009206.7尺寸和形貌可控的单分散球形二氧化钛胶体颗粒的制法和发明专利99123760.9复合单分散均匀纳米二氧化钛球形颗粒的制备方法)，介孔二氧化钛球(发明专利200610011885.0尺寸和形貌可控的单分散球形介孔二氧化钛胶体颗粒的制备方法)，氧化锌与二氧化钛复合颗粒(制备方法见200310122438.9表面具有微粒结构的球形氧化锌与二氧化钛复合颗粒及其制法和用途)。
一种优选方案，其中所述的亚光学波长轻质复合功能球修饰是将包覆结构、中空结构、介孔结构的亚光学波长球采用浓度为1～20wt％的电荷控制分散剂，或者浓度为0.1～5wt％的聚乙烯腊(PE)包覆，修饰为具有双稳态功能的电泳粒子。电荷控制分散剂是：德国毕克化学公司的byk 161、byk 110，台湾德谦化学品公司的DP-983或单烷氧基钛酸酯偶联剂(NDZ-101)等。利用分散剂修饰过程如下：将亚光学波长轻质复合功能球超声分散到有机溶剂中，加入相对于有机溶剂量1～20wt％的电荷控制分散剂混合。利用PE腊包覆修饰的过程如下：将轻质功能复合球超声分散到有机溶剂中，升温至105～120摄氏度，缓慢加入相对于有机溶剂量0.1～5wt％的PE腊，搅拌2～3小时。
所述的有机溶剂是四氯乙烯。
微杯是一种采用光刻或微压模等技术制作的电泳微室，由于这些方法尺寸可控，材料性能稳定，有效地克服了微胶囊的缺点；而且由于微室的限制，使得电泳图像显示对外界扰动的敏感度大大降低，更易达到“双稳”的结构；微杯间壁厚度也可以调整，大大提高了耐压、刮等性能；由于微杯高度的一致性，使不同批次、不同区域的电泳液具有相同的电泳性能，便于控制电路的设计。
本发明采用亚光学波长轻质复合功能球为电子墨水的电泳粒子，带电荷均匀，在电场作用下响应速度快，具有良好的双稳性。利用这种电子墨水制备的电子纸显示装置机械性能好，耐磨、耐压、耐冲击，响应迅速，所获得的图像边界清晰，对比度、分辨率高等，并可根据需要控制显示器件的大小，进行剪裁。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1
采用发明专利200410009206.7“尺寸和形貌可控的单分散球形二氧化钛胶体颗粒的制法”制备粒径为250nm、相对标准偏差为9％的二氧化钛球，以此二氧化钛球作为核心电泳粒子进行进一步修饰。以四氯乙烯为分散溶剂，滴入相对溶剂量3wt％的byk 161分散剂，超声波振荡20～30分钟，在剧烈搅拌下缓慢分批加入相对溶剂量20wt％的二氧化钛球，完成亚光学波长轻质复合功能球(电泳粒子)的制备与修饰。将上述方法制备的悬浮液用四氯乙烯稀释，电泳粒子的含量占悬浮液总体积10wt％，超声波振荡40分钟，在剧烈搅拌下缓慢分批加入占悬浮液总体积1.5wt％的油溶性蓝，超声波振荡30分钟，得到电子墨水。
将电子墨水灌注到光固化微杯中，进行封装。驱动电路与已封装的微室贴合在一起，完成整个原理器件的组装。
实施例2
采用发明专利99123760.9“复合单分散均匀纳米二氧化钛球形颗粒的制备方法”制备粒径为300nm、相对标准偏差为7％的二氧化钛球，以此二氧化钛球作为核心电泳粒子进行进一步修饰。以四氯乙烯为分散溶剂，滴入相对溶剂量20wt％的byk 110分散剂，超声波振荡20～30分钟，在剧烈搅拌下缓慢分批加入相对溶剂量20wt％的二氧化钛球。完成亚光学波长轻质复合功能球(电泳粒子)的制备与修饰。将上述方法制备的悬浮液用四氯乙烯稀释，电泳粒子的含量占悬浮液总体积1wt％，悬浮液超声波振荡20分钟，在剧烈搅拌下缓慢分批加入占悬浮液总体积0.1wt％的油溶性蓝，超声波振荡30分钟，得到电子墨水。
将电子墨水灌注到光固化微杯中，进行封装。驱动电路与已封装的微室贴合在一起，完成整个原理器件的组装。
实施例3
采用发明专利200610011885.0“尺寸和形貌可控的单分散球形介孔二氧化钛胶体颗粒的制备方法”制备粒径为400nm、相对标准偏差为10％的介孔二氧化钛球，以此介孔二氧化钛球作为核心电泳粒子进行进一步修饰。以四氯乙烯为分散相，滴入相对溶剂量1wt％的DP-983分散剂，超声波振荡20～30分钟，在剧烈搅拌下缓慢分批加入相对溶剂量22wt％的介孔二氧化钛球。完成亚光学波长轻质复合功能球(电泳粒子)的制备与修饰。将上述方法制备的悬浮液用四氯乙烯稀释，电泳粒子的含量占悬浮液总体积20wt％，悬浮液超声波振荡30分钟，在剧烈搅拌下缓慢分批加入占悬浮液总体积0.8wt％的油溶性绿，超声波振荡30分钟，得到电子墨水。
将电子墨水灌注到光固化微杯中，进行封装。驱动电路与已封装的微室贴合在一起，完成整个原理器件的组装。
实施例4
采用发明专利200610011885.0“尺寸和形貌可控的单分散球形介孔二氧化钛胶体颗粒的制备方法”制备350nm、相对标准偏差为10％的介孔二氧化钛球，以此介孔二氧化钛球作为核心电泳粒子进行进一步修饰。以四氯乙烯为分散溶剂，剧烈搅拌下缓慢加入相对分散溶剂量15wt％的介孔二氧化钛微球。超声波振荡30分钟，升温至105摄氏度，缓慢加入相对于溶剂量1wt％的聚乙烯腊，搅拌2小时后，自然降温，得到表面包覆聚乙烯腊的介孔二氧化硅球(电泳粒子)，完成亚光学波长轻质复合功能球的制备与修饰。将含有16wt％的电泳粒子的上述四氯乙烯悬浮液超声波振荡40分钟，在剧烈搅拌下缓慢分批加入占悬浮液总体积1wt％的油溶黑和3wt％的byk 161分散剂，超声波振荡30分钟，得到电子墨水。
将电子墨水灌注到光固化微杯中，进行封装。驱动电路与已封装的微室贴合在一起，完成整个原理器件的组装。
实施例5
采用发明专利200310122438.9“表面具有微粒结构的球形氧化锌与二氧化钛复合颗粒及其制法和用途”制备粒径为240nm、相对标准偏差为10％的氧化锌与二氧化钛复合颗粒，以此复合颗粒作为核心电泳粒子进行进一步修饰。以四氯乙烯为分散溶剂，滴入相对分散溶剂量2wt％的NDZ-101分散剂，超声波振荡30分钟，在剧烈搅拌下缓慢分批加入相对分散溶剂量12wt％的氧化锌与二氧化钛复合颗粒，完成亚光学波长轻质复合功能球(电泳粒子)的制备与修饰。将上述悬浮液用四氯乙烯稀释，电泳粒子的含量占悬浮液总体积的5wt％，悬浮液超声波振荡40分钟，在剧烈搅拌下缓慢分批加入占悬浮液总体积1.1wt％的油溶性红，超声波振荡30分钟，得到电子墨水。
将电子墨水灌注到光固化微杯中，进行封装。驱动电路与已封装的微室贴合在一起，完成整个原理器件的组装。
实施例6
采用发明专利200610011885.0“尺寸和形貌可控的单分散球形介孔二氧化钛胶体颗粒的制备方法”制备粒径为350nm、相对标准偏差为10％的介孔二氧化钛球，以此介孔二氧化钛球作为核心电泳粒子进行进一步修饰。以四氯乙烯为分散溶剂，剧烈搅拌下缓慢加入相对于分散剂量15wt％的介孔二氧化钛球，超声波振荡30分钟，升温到120摄氏度，缓慢加入相对于分散剂5％聚乙烯腊，搅拌3小时后，自然降温。得到表面包覆聚乙烯腊的介孔二氧化钛球(电泳粒子)，完成亚光学波长轻质复合功能球的制备与修饰。将含有20w％上述电泳粒子的四氯乙烯悬浮液超声波振荡30分钟，在剧烈搅拌下缓慢分批加入占悬浮液总体积1wt％的油溶黑和3wt％的byk 161分散剂，超声波振荡30分钟，得到电子墨水。
将电子墨水灌注到光固化微杯中，进行封装。驱动电路与已封装的微室贴合在一起，完成整个原理器件的组装。