（物理电子学专业论文）柔性微胶囊电泳显示工艺技术的研究.pdf

摘要 摘要 近年来，不同类型的电子纸显示器( e p d ) 不断涌现，该类器件具有许多优点， 如超低功耗，柔软性以及在光照下出色的可读性，便携性良好等。微胶囊电泳显示技术 由于具有制备技术相对简单，性能优越的特点而成为一种应用前景十分看好的电子纸显 示器。 本文主要研究目的是在充分研究微胶囊电泳显示原理基础上，探索实验屏制备的工 艺技术，从而制作出柔性的微胶囊电泳显示屏，并实现该显示屏能在低压下稳定显示。 根据微胶囊电泳显示的原理设计了实验方案，为了实现高效率的显示并得到稳定而 均匀的驱动电压，重点解决了制备过程中的两个关键步骤：一是在衬底上形成一个均匀 的电子墨水层，二是使电子墨水层与带有i t 0 电极的基底紧密接触。实验中，配置了微 胶囊电子墨水的溶液，为了使该种电子墨水层均匀分布，先后尝试了丝网印刷和旋转涂 布法，最终得出可使用旋涂法在适当的参数控制下形成均匀的电子墨水层，通过实验得 出采用导电胶带可使电子油墨层与带有i t 0 电极衬底紧密接触。 根据上述实验方法，完成了玻璃基底以及柔性基底的微胶囊电泳显示屏。实验结果 表明，电子油墨层能够均匀而且牢固地贴附在带有i t 0 电极的基底上。并且电子油墨层 可与覆盖的带有i t 0 电极的基板形成良好的接触。显示屏测试结果显示，该显示屏能在 低压下实现稳定的显示，柔性显示屏的驱动电压为8 1 6 v 。 关键词：电子纸，柔性微胶囊电泳显示，丝网印刷，旋转涂布 a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，d i f f e r e n tt y p e so fe l e c t r o n i cp a p e rd i s p l a y ( e p d ) a r ee m e r g i n g t h e s e d e v i c e sh a v em a n y a d v a n t a g e s ，s u c ha sl o wp o w e rc o n s u m p t i o n ，f l e x i b i l i t ya n de x c e l l e n t r e a d a b i l i t yu n d e ro u t s i d es u n l i g h t m i c r o c a p s u l ee l e c t r o p h o r e t i cd i s p l a yt e c h n o l o g yi sa p r o s p e c t i v ee l e c t r o n i cp a p e rd i s p l a yt e c h n o l o g yf o ri t ss i m p l ep r e p a r a t i o nt e c h n o l o g ya n d s u p e r i o rp e r f o r m a n c e t h e w o r ko ft h i st h e s i sa i m st od e s i g na n d p r e p a r a t i o naf l e x i b l em i c r o e n c a p s u l a t e d e l e c t r o p h o r e t i cd i s p l a y , b a s e do nac o m p r e h e n s i v es t u d yo nm a n u f a c t u r em e t h o d so f m i c r o e n c a p s u l a t e de l e c t r o p h o r e t i cd i s p l a y t h es a m p l ec a ns t a b l ed i s p l a ya tal o wv o l t a g e d r i v i n g t h ee x p e r i m e n tm e t h o di sd e s i g n e db a s e do nt h ee l e m e n t so f m i c r o e n c a p s u l a t e d e l e c t r o p h o r e t i cd i s p l a y t or e a l i z ea ne f f i c i e n td i s p l a yw i t hs t a b l ea n du n i f o r m l yd r i v i n g v o l t a g e ，t h et h e s i sf o c u s e do ns o l v i n gt h et w ok e y s ：t of o r mau n i f o r me l e c t r o n i ci n kl a y e r o nt h es u b s t r a t ea n dt om a k et h i sl a y e rc o n t a c t e d 、) ，i t hi t oe l e c t r o d e so fs u b s t r a t e t h e m i c r o e n c a p s u l a t e de l e c t r o n i ci n ks o l u t i o ni sc o n f e c t e d t h es c r e e np r i n t i n ga n ds p i nc o a t i n g m e t h o da r et r i e dt oc o a tt h es o l u t i o no nt h es u b s t r a t ew i t hi t 0e l e c t r o d e s t h et e s tr e s u l t s s h o wt h a tu n i f o r m l ye l e c t r o n i ci n kl a y e rc a nf o r mb yt h es p i n c o a t i n gm e t h o dw i t h a p p r o p r i a t ep a r a m e t e r s c o n d u c t i v ea d h e s i v et a p e se n a b l et h ee l e c t r o n i ci n kl a y e rc o n t a c t e d t i g h t l yw i t hi t oe l e c t r o d e so ft h ec o v e rs u b s t r a t e g l a s ss u b s t r a t ea n df l e x i b l em i c r o e n c a p s u l a t e d e l e c t r o p h o r e t i cd i s p l a y sa r em a d e e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a te l e c t r o n i ci n kl a y e ri sa b l et ou n i f o r m l ya n df i r m l ya d h e r e o n t ot h es u b s t r a t ew i t hi t oe l e c t r o d e s a n dt h ee l e c t r o n i ci n kl a y e rc a nf o r mg o o dc o n t a c t w i t hi t oe l e c t r o d e so nt h ec o v e rs u b s t r a t e f i n a l l y , t h et e s tr e s u l t sa r er e p r e s e n t e d ：t h e s a m p l ec a ns t a b l ed i s p l a ya tal o wv o l t a g ed r i v i n g k e yw o r d s ：e l e c t r o n i cp a p e rd i s p l a y ；f l e x i b l em i c r o e n c a p s u l a t e de l e c t r o p h o r e t i cd i s p l a y ； s c r e e np r i n t i n g ；s p i nc o a t i n g u 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：氇幽 日期：迦星：呈：垒 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：毡蛔导师签名：查盔 日 第一章绪论 1 1 电子纸 第一章绪论 在信息高度发达的今天，更快更优的信息显示技术的研究和开发已引起人们极大的关注。传统 的显像管( c r t ) 显示，冈其物理构造限制了向更人屏幕方向的发展，从而逐渐被平板显示器( f p d ) 所取代。川平板显示器分受光型( 如液晶显示器l c d ) 和发光型( 如等离子体p d p ) 。l c d 显示是 利用液晶在外场的激励下分子发生再排列，而引起液晶的舣折射、旋光性、二色性、光散射性等光 学性质的变化，并转变为视觉变化进行显示。它兼备薄型、质量轻、功耗低、工作电压低等特点， 但还有待于进一步扩大视角，提高对比度，增加色纯度，提高响应速度。同时l c d 在制造大屏幕显 示上存在技术和设计上的困难。彩色p d p 是利用气体放电产生的真空紫外线激发三基色银光粉发光 而实现显示的新型平板显示技术。它的特点是视角大，响应快，有存储特性，色彩丰富( 与c r t 不 相上下) ，数字化工作模式，易于制作大尺寸，但在图像的亮度，对比度，色彩保真度等方面与显像 管显示存在明显的差距，且成品率低，功耗大( 3 0 0 - - 4 0 0 w ) ，价格昂贵。为克服显示技术的不足， 人们正试图提出新的显示概念，开发新颖的显示技术。如n k s h e r i d o n 和m s a i t c h 制备了双色球翻 转的显示特性，发现其反射率大于1 8 ，对比度6 ：1 ，且视角宽。双色球显示是利用电场控制双色 球的翻转达到显示不同颜色的目的，但其铡备工艺复杂且难于实现完全翻转，对比度相对较低。 电泳图像显示( e p i d ，即e l e c t r op h o r e t i ci m a g ed i s p l a y ) 是一种非发光平面显示，是利用胶体 分散粒子在电场作用下会发生泳动的原理，其显示优点是对比度高，视角宽，显示亮度高，价钱低 廉，容易实现大平面显示等；其缺点是可靠性差，阈值特性不容易控制，尤其是分散系中微粒易发 生团聚，沉淀等现象，所以e p i d 显示的寿命较短。 近年来，麻省理工学院( m i t ) 媒体实验室提出了电子墨水的概念，电子墨水是一种墨水状的 悬浮物，在外电场下可以实现可逆，双稳态，柔性显示，具有良好的可视性，制造成本低廉等优点。 利用电子墨水制成的电子纸张，报社、杂志社可通过电脑或其他设备来传递信息，从而实现电子报 纸、杂志的更新。所谓“电子纸张”是一种薄而柔软的纸状物。电子墨水薄层与塑料压在一起便可 制成电子纸张。因此电子墨水显示技术的研究与开发显得更为迫切和重要。 所谓“电子纸”( e l e c t r o n i cp a p e r ) ，是一种薄而柔软的纸状物，表面看起来与普通纸张十分相似， 实际上却有天壤之别。它是一种新型的可重复利用的电子显示设备，和电脑显示屏很相似，但更容 易携带，厚度和质量都象纸一样，拥有几乎完全一样的柔韧性。电子纸也称双稳态显示器( b i s t a b l e d i s p l a y ) ，由于它具有纸的柔软性，且对比度好，可视角度大，不需背景光源，所以形象地称为电子 纸。它能循环使用，显示内容可以根据需要不断地更新。此前已经有美国e i n k 和g y r i c o nm e d i a 两 家公司正努力把这两项发明商品化。 1 1 1 发展状况 电子纸和电子墨水的研究开发，至今已走过了2 0 个年头。电子纸技术，最早在2 0 世纪7 0 年代 由施乐( x e r o x ) 公司所属帕洛阿尔托研究中一i 二, ( p a r c ) 的一位成功研究鼠标和显示器的资深研究员 n i c ks h e r i d o n 提出。但之后的数年内，相关研究都没有取得突破性的进展。2 1 东南人学硕士论义 直到1 9 9 7 年，麻省理工学院( m 1 t ) 的j j a c o b s o n 改进了前者的电子纸显示技术，使成本大幅度 降低，并于1 9 9 7 年创建了电子墨水( e i n k ) 公司，吸引了风险投资公司和包括摩托罗拉公司在内的几 家大型企业及美国国防部高级研究计划局( d a r p a ) 的人笔投资和科研经费。之后，朗讯( l u c e n t ) 科技 公司、i b m 公司、p h i l i p s 电子公司也参与了e i n k 公司合作开发的研究项目，而n i c ks h e r i d o n 也回 到施乐( x e r o x ) 公司组建了g y r i c o n 子公司，继续电子纸技术的研究。近年来，电子纸技术取得了 技术性的突破后，基于电子纸技术的各类模型和产品也被陆续推出。人们越米越认识到，电子纸作 为新型显示器件具备着巨大发展潜力。 目前施乐、柯达、3 m 、东芝、摩托罗拉、佳能、爱普生、理光、i b m 、大日本印刷公司、s o n y 、 千叶大学、东海大学、九州大学等众多世界知名企业，高校，研究机构都在进行电子纸的研发工作。 国内的电子纸研究近年来也受到广泛关注，清华大学 3 - 6 1 , 浙江大学1 7 1 , 中科院理化技术研究所 8 1 ， 北京交通大学 9 - 1 0 1 ，天津大学，大连理工大学 1 1 1 , 南开大学 1 2 1 , 西北工业大学3 _ 1 6 1 等众多高校 都开展了相关研究。但研究的内容都集中在高分子包覆带电二氧化钛颗粒，再将其微胶囊化，制作 成电子墨水微胶囊或直接将带电有机颜料颗粒的胶体体系微胶囊化，制得电子墨水微胶囊这两种方 式。相对国外研究比较落后，无创新点。近年来提出的电润湿技术和微杯电子纸技术都是电子纸技 术发展的亮点。国内仅有清华大学在进行相关研究。随着研究的进一步深入，当前的首要目标就是 解决电子纸产业化的问题。 有关电子纸和电子墨水的研究与发展，基本上可分为以下几个阶段1 1 1 0 ( 1 ) 1 9 7 5 年施乐的p a r c 研究员n k s h e f i d o n 率先提出电子纸和电子墨水的概念。 ( 2 ) 1 9 7 61 9 7 7 年2 0 0 0 年度诺贝尔化学奖的三位得主共同署名发表有关电聚合物的重要论 文，为实现电子纸显示提供了柔性基材。 ( 3 ) 1 9 9 6 年4 月m i t 的贝尔实验室成功制造出电子纸的原型。 ( 4 ) 1 9 9 7 年4 月e i n k 公司成立，并全力研究把电子纸商品化。1 9 9 9 年5 月，e i n k 推出 名为i m m e d i a 的用于户外广告的电子纸。 ( 5 ) 2 0 0 0 年1 1 月美国e i i l l ( 和朗讯科技公司正式宣布已开发成功第一张利用电子墨水和塑 料晶体管制成的可卷曲的电子纸及其所用的电子墨水。 ( 6 ) 2 0 0 1 年5 月e l i l l ( 与t o p p a np r i m i n g 合作，宣布利用t o p p a n 的滤镜技术，生产彩色电 子纸。 ( 7 ) 2 0 0 1 年6 月e l n l 【再宣布推出“i n k - l n m o t i o n ”技术，电子纸上可显示活动影像。同时， 美国的大型百货公司m a c y 宣布，店内的牌采用s m a r t p a p e r 。 ( 8 ) 2 0 0 2 年3 月召开的东京的书展上，出现了第一张彩色电子纸。 ( 9 ) 2 0 0 4 年1 0 月s o l o m o n 科技创新l c 技术驱动全球首只e l e c t r o n i cp a p e r 手表荣获2 0 0 4 年 度香港电子业商会创新科技奖。 2 0 0 4 年，由e i n k 和p h i l i p s 提供技术支持、由s o n y 生产的世界上“第一本”实际商用的电子书 l i b r i e 问世，这极大地轰动了整个i t 业界。他们合作研制的e p a p e r 显示器标准产品：反射型有源 矩阵薄膜晶体管电泳显示器( r e f l e c t i v et f ta c t i v em a t r i xe l e c t r o p h o r e t i cd i s p l a yp a n e l ) 技术提供了 高对比度，优秀的可阅读性，能在8 寸的显示范围实现最高达1 0 2 4 7 6 8 高分辨率的2 值灰白图像、 文字显示： 2 第昔绪论 圈i is o n y 公刊的电子纸阅凄器 在这2 后，s h a r p 、t o s h i b a 、p a n 踮o n i e 、h h a c h i 和f u j i t s u 等u 本l 乜子公叫纷纷效仿，l ur 纸逐 渐从对比度低、单色硅不的原理器件，：5 己展成为彩色、低耗电、人呵积、- 折巷的产晶。 ( 1 0 ) 2 0 0 5 年7 月1 3 口日奉高t 通在展示了业抖首款且备无【b 源内存记忆性能的彩色弯曲 l ur 纸。返种彩色电r 纸由r 采用超薄极性指示薄膜基扳具育可弯曲性同时聚川红色、监色和 绒色二层面扳进行彩色显听，显示亮度超过l c d 卅且无需刷新，显示没有抖动。在芙| = j 1l b i 啄的情况 f ，富十通这种彩也电子纸仍然可以记忆显不的数据，m 常适台弯曲表面的广告、啦据平其它信息 显示，同时可以通过无线传输方式改写显示数据，改1 ；次数达到数百改： 8 ， l i - ! 蒜， 图1 - 2 日本富七通的彩色弯曲r u 子纸 日奉精i 钟表，爱酱生在2 0 0 5 年3 月3 0 口丁瑞l 开幕的钟表珠宝艉览会“b a s e l w o r l d2 0 0 5 ， 也展示了他们成功开发的表盘显示部分使删电千纸的f 表。 3 求南凡毕ml 镕 蚓1 0 辅= 钟表与爱背生开投的电r 纸手表 随着电干科技的发展，电r 纸的实现a 式也越来越多，电子纸一i k 化，进入甲常百姓的生活的 h 子也指口可待。 1 12 电子纸的主要特性 u 子纸( el e c t r o n cp a p e r ) 芷种拥f j 粥避纸张作为f i 息1 d 采材料优点的超薄显不器它拥有以 f 特点1 72 ”： ( j ) 高分辨率，至少要与传统纸 e 文字印刷分辨牢相当。 ( 2 ) 一般靠反射光1 i 作拥有在强光i l ；f 照射或昏暗环境条件f 都适台肉眼阅读的高反射率、商对 比度、类似纸张向的背持色，接近或超过报纸水平。 ( 3 ) 可视角度要人可视角度要远远大丁其它艟币器，发j 醴口标是如纸张旋一样全角度蒯读。 ( t ) 低能耗，烈稳志显示，施加电场的时候显不幽像，撤摊电场，显示仍然保持，小需要额外能 罐维持静态i 四l 面，h 有在显吓画面发生变化的时候才需要能量消耗。 ( 5 ) 葭使用寿命显示信息可擦写。可根据需要正复多次更政罪示信息，井配彳信息输八醴备。 例如具肯手写扳功能，智能 接u ，无线信息r 载功能等。迓到无限次使用要求。 ( 6 ) 轻便像纸一样薄，厚应小rl m m ，柔软可折普，易丁随身携带，放置也不占空司且非常 容封做成人尺寸的产晶。 ( 7 ) 低成车环保无污染等。 设训理念巾， br 纸的实现订两种7 j 式：一种足文字、吲像可擦写的雨q 入纸。逋过特殊的打 印或扫描装置完成嘲文的擦写。月种址俚撬止电r 艟示肼，可以弯曲折曹，低能耗，随身携带， 无线网络f 载数据。 第一章绪论 1 1 3 电子纸产品示例 电子纸属于一种新兴技术，各厂商皆在摸索中，主要市场尚待确认，当前可确定的是，2 0 0 3 年 年底前单色商业化电子纸产品已经问世，2 0 0 4 年彩色产品已出现，但正式市场起飞可能要等到2 0 0 7 年或更晚。初期应用可能以电子广告看板，超薄电子。1 5 为主。此外，可弯曲，贴附在衣服或公文包 上，具有p d a 功能的电子纸张，也是未来可能的发展方向之一e l l 。 因为电子纸可以创造全新市场机会，业者预估，2 0 0 5 年电子纸潜在市场规模具有1 0 0 亿美元商 机，不过因为相关技术不成熟，有待改善空间仍大，加上厂商生产成本下降速度以及产能是否能够 配合等多项问题，预估2 0 0 5 年实际市场规模在1 0 亿美元左右。 从目前开发出的电子纸应用范围来看，电子纸的用途主要有如下几个方面。 ( 1 ) 显示器 据报道，英国剑桥显示科技( c d t ) 实验室经过改进，已制造出一种发光塑胶化合物，利用这种材 料，可以制造出和纸一样薄，并且可以卷曲的电视机显示屏。这种化合物材料可印制在很薄的塑胶 上，可以推测，未来的电视机将是”印刷”出来的。据专家预测，今后5 年之内人们就可以在市场上 看到这种高新技术的电视机。此外，该材料还可用于各种便携式显示设备，如制造手表型电视机显 示器等。 如今施乐旗下的g r i c o nm e d i a 公司已成功地研制出可多次重复使用的电子纸。它是一种非常有 用的电子纸，由施乐的p a l o a l t o 研究中心开发并拥有专利。这种像纸那样薄而价格又不贵的电子纸 与电子技术结合后，能象电脑屏幕那样显示变化的文字和图像并能使用数千次。用于网络和可重复 使用的零售显示牌等领域，通过点击鼠标就能更新显示内容。可用在超市、百货商场及其它零售场 所的显示牌上。与普通纸不同，它以电子方式擦写。虽然预计这种电子纸要比普通纸贵一些，但可 以使用数千次。这种材料在信息显示应用方面有很大潜力，包括数字化书刊、低功耗便携显示器、 挂壁式显示器及可折叠的显示器等。此外，佳能公司最近推出一种电子纸显示器，它不仅易于携带， 可以与其它设备进行良好的兼容，并且分辨率高达2 0 0 d p i 。他们认为这种显示器的一个重要潜在应 用领域是教育。 5 酗【一4 利用r u 于纸技术制作的显示屏 ( 2 ) 万能书 电于h 移动的图书馆，从碳列r 载最新的报刊内容。电子纸取代传统的纸张，可以避免 砍伐森林，保护环境。就凭运一点开发电子纸技术就很有意义了。据报道。麻省理t 学院的媒体 实验宝和加州的施乐公司l 【= 在开发电子纸”魔杖”版率。其外形如刚枝钳笔，内古【f 袈有i d 忆芯片和 电f 接触器t 当”鹰杖”枉电子纸表而滑动时，奠记忆芯片兢将获取的信息转化成像素。若与电脑相 连则成为快速传输信息的l 。县。家们估计，；l 忆芯，l 将越做越小，信息储存苗将更加庞大，有 朝一日，一本电子# 将能储存r3 5 0 0 0 本普通 的内袢。几乎超过个人辈子能读的l s 。据专家 预测，2 0 年衍在我们常见的# 架上也计就投有现在这样琳琅满目的圈书，而只需放几本、儿f 本电 rl 就已足矣。目前国外有将电子i5 锋用于教育领域，大大减轻丁学生的h 包重量他们只需带一 两奉电子f ；，它不仅包含了全部的课本、课外缘爿之类的忙本内弈，还青有| 午多教学参考b 之类的 东西，图文升茂、生动活拔，w 人人激发学生的学习兴趣。 论 幽1 - 5i r e x 公t de b o o k 电r 纸阅读器 幽1 6s o n y 公州e m a d e r 陶l _ 7p h l i p s 公司的可折番er e a d e r ( 3 ) f5 写 使川“电笔”，就可以在电子纸上l5 写，也许有朝 口，教学e 都要使用e 。可以想象，1 川电 f 纸做成教室内的”黑板”，再配p 这种f 写的【u 笔”则这块”黑板”就不仅是r 以随意”弓j 对象了， 而且包含肴诸如辟典、州络l 的许多资料、信息等，并且显示的并非不动的字符，而灶削文，f 茂、 ，动活泼的动回刚像，i u ，纸将来n 礅育领域必将有着j “阔的廊川前疆。 东mj 、m 论i ( 4 1 电f 报纸 川这种l h 于纸制成的报纸，”r 以利h 聘山的蜘光怍山它的能渤- 接收多种新旧、信息筲川h u j 以随时随地更新这些内辑这将址份水远币会过时的 h 纸。如r 蚓所示是i r m 公司对l bf 报纸 的最新研究成果。这种l ur 报纸把1 6 个版面的内寄集成在一奉| 5 中，这木 e 实际上是一些j 有戕面、 能卷曲的、彳j 提下信息呐肼幕这种i u f 报纸l u 以从特喇上r 载文7 、h 形和目儿。 幽i 8 电f 纸制成的报纸 ( 5 ) 其它方面的应埘 电f 肇纸。这种举纸可以根据人们的并种喜扑、不同季竹、水同n f 同、不同温度及弄种活动山 容，随时挑选设定并政，竖画面，惶壁纸面貌常新。 随身信息台人气廿航仪，通过无线网络随时掌握天气情况。 幽i - 9ei n k 公r da m b i e n tf o r e c a s t e r 公众看扳l u 于公告牌，小仅可以快速艘写公凸内弈，还可以挂示阿片 图i l o 超市中的l uf 纸公告牌 简易信息显示器一取代l e d 和液品品示删。如甫克沙的u 盘电子幂水彝：i 显示条，诅一u 盘 术连接到电脑时能肴剑剩余弃城：e p s o n 电子纸手表以及西铁城公司的柔性电r 钟。 h1 一】州铁城公司的柔性子钟 可见，开发商利制造商都在寻找种能够收代纸张的可卷曲屏幕或者娃育存储能力可被重写的 具有纸张一样外形的物质。为此人们做了人精研究以扦发出种“纸样”材料，这种材料的外形 象纸张一样，但足可以通过电子信号来显示文本、蚓片和图像信息而且这种材料也需具有一定的 存储空问，这就意味它j 将儿有不需要叫络或能量怕支持，允计多次使( 如可擦q 、再成像等) 荨特点。 1 2 电子纸显示原理 l u 于纸是一种超轻超薄的显d i 屏，它l 以蒙报纸样折叠起来。n 附已开发的l u 于纸土婪有两 种彤态，一种烂4 | 煎身携带的i ur 薄膜显不板；另一种是”，以反复多次重披字和削像的再写入纸。 作为l i i 一种形态电子纸是种新的高科技产卅- 其应川前景诈常广阔，将对广告，报刊幽i 1 版 等行业产，上重人影响。忭为后一种形态出现的电子纸与传统纸张相比其最人特点足随意存取，反 复使川。在电f 纸上可以反复弓 信息，种方式足于；输入，另一种方式姓通过网络r 载刷新内 弁。，p d a ( 个人数字助理) 相比，电r 纸更轻便，i ，以随意折叠：与个人l u 脏相比l ur 纸便丁 9 * m k m i * t 携带，操作更加简单f br 纸可。j j _ 戕网融人们只需篓张i lr 纸无论扯什么地 。就能豫 i u 脑上阿f t 越过刚络r 城数据 阅大娃信息享受闽凄的快乐j 外， 也脑l 网浏览新闻 时间硝k 眼腑就会感到疲劳，而【uf 纸不会带来这种烦忙c “1 。 电r 纸的显示原理娃将物理和化学现象绷台一起进行的显示。口前施乐公卅的p a r c 实骁_ j 羽i ei n k 公r d f j l lf 纸披术走在址界的前利，代表着电子纸的蚺种技术，但部是依据r 烈稳志原理 他们n 构1 也有一些相似之处。此外，叫川jl b 千纸的显小技术还有电化学反应显示、秉性液品 品“i 、笆粉显小、电润 显显示和有机发光显示等。 总结口时并项电子纸技术有如r 儿粪 1 2 1 电泳显示器e p i d ( e l e c t r o p h o r c t i c i m a g i n g d i s p l a y ) 一u 泳显示器是利州电付农叫( 腔体粒千或人分子) 及苴删电崖在l u 场忤川r ，相刊静止液仆或 气体发生定向运动的现魏。即电泳现象实现的。e p i d 由i ：1 奉松r 公州丁1 9 7 3 年前先发表：带有特 定电荷的显色贼牲庄l u 场怍川r 定向移动到显示啦备较【日i ，就完成，幽像的显示。电泳届i 电，纸 技术7 r 以r 儿种： ( 两种带i u 显色颗粒电泳 此炎电子幂水由碳燃、黑色橡睃等带 j 表面电荷的m 色靴，和白色的一氧化钛， 氧化砟、氟 化碳等带有与黑色粒r 反向表面i u 荷的白色粒子分敞诅t 撇性溶剂中构成。将这炎电，嶷水注入由 两片透叫叱槎士兀成的疆示器什t h 当施加电压h t ，l t 而透明薄膜电撒带负l u 邮分吸引带l ：【u 的白色 颗粒对应韵底邦带止i b i u 极吸引带负电的黑色颗粒，i l i f 板丑示器此部悔的 射光都被发面的f i 色 颗粒反射，显示类似纸张竹颜色，【i 色。正面薄膜电极的带止电部分吸引怡负电的黑色颗粒，对应 底部的带负电电撮吸引带正电的r i 色麒粒，此部位的入射光全部被采血黑色颗粒吸收，显示类似纸 张上汕墨的颜色，黑色。当l n 压反转的时候黑r i 交臂，实现剐文显示。 俐1 - 1 2 为e - i n k 公司f 日烈色o n 淋显示电子纸示意| 芏】： h11 2e i n k 公司电泳显不电子墨水示意幽 ( 2 ) 微胶囊和微村、电子纸( m i c r oc u p ) 该术利颜料粒子的电泳特性，把带有表面电荷的颜料颗粒分散在有颜色染料溶液中褂到稳定 的分散体系。再将此分散体系微脞囊化，得到i ur 墨水微胶囊。把微腔囊制成薄膜或将微肢囊滁 1 0 第一章绪论 布在矩阵电极的底板上。引入电场时，微胶囊中的颜料粒子沿电场方向移动到胶囊表面，显示颜料 颗粒的颜色。施加反向电场，颜料粒子沿电场方向移动到有颜色的溶液内部，显示染料溶液的颜色。 但是微胶囊电子纸的缺点如f ：1 微胶囊对环境变化如湿度、温度非常敏感。2 胶囊大，囊壁 薄，机械性能差，容易破裂。若将微胶囊分散在成膜树脂或高聚物中，又会冈为离电极距离增大而 使响应时间延长、并降低对比度。3 染料颗粒的表面电荷密度很难提高。因为在微胶囊包覆过程中， 电荷控制剂总是趋向于分散剑油a 介面上。4 由于胶囊尺寸人，粒径分布广，制成的显示器件分辨 率差，寻址能力差。 专利报道，s i p i x 利用独特的微杯m i c r o - c u p 结构和顶部灌注封装技术，通过连续整卷高速涂布的 工艺成功地制造出高性能的双稳性，装填电泳微粒的电子纸，结构如图1 1 3 及图1 1 4 所示： 图1 - 1 3 封装前的彩色m i r o c u p 电子纸示意图 p o s i t i v ep h o t o r e s i s t a d h e s i v el a y e r c e l l t o p - s e a l i n g c o m p o s i t i o n c o n d u c t i v el a y e r e i n k 图1 1 4 封装后的彩色m i r o c u p 电子纸示意图 ( 3 ) 色粉显示板 在两片氧化铟锡透明聚酯片基之间填充黑色碳黑等导电性色粉和白色容易滑动的氟化碳微粒 子。施加电压时，薄膜电极的带正电部分吸引带负电的白色颗粒，显示白色。薄膜电极的带负电部 分吸引带正电的黑色颗粒，显示黑色。黑白交替，实现图文显示。与以上两种电泳方式相比，两种 显色颗粒中间的介质不再是液体或者是油，它是一种气体。在气体中带电的颜料颗粒运动所受到的 阻力非常小，而且具有双稳态。 1 2 2 拧转球电子纸g y r i c o n ( r o t a t i n gb i c h r o m a lb a l ld i s p l a y ) 拧转球电子纸由美国x e r o x 和3 m 两家公司共同开发，是一种以每半个球分别涂成白与黑的球 形微粒子，由电场来控制其方向，由白与黑来显示图像的方式。 拧转球电子纸，是在透明塑料的密封腔体中，充满油性液体，液体中分散着黑白两色球为例， 白色半球反光，黑色半球则吸收入射光，粒子表面的白侧为负，黑侧为正，在两色之间呈现不同的 电荷而形成偶极子。通过氧化铟锡电极和驱动电路控制加载电场，在脉冲电压的作用下，由于偶极 子的扭矩力，小球就在液体中发生转动实现显示。若以负电荷图案施予这张纸板的表面，粒子便旋 1 1 东南大学顿论文 转使黑半球朝上，如粜以正电荷施予纸板表面白半球便朝上，从而显示清晰的图像。 e自6 图l - 1 5 拧转球电子纸示意图 1 2 3 液晶l c d 显示器( l i q u i dc r y s t a ld i s p l a y ) 液晶得名于其物理特性：液晶是指在某一温度范围内，既具有像液体一样的流动性和连续性，有 具有像晶体一样各项异性的物质。太多数液晶都属于有机复合物。这些晶体分子的液体特性使得它 具有两种非常有用的特点：如果让电流通过蒗晶层这些分子将会以电藏的梳向方向进行捧列，如 果没有电流，它们将会彼此平行捧列；液晶层能够使光线发生扭转液晶层的表现有些类似于偏光 器，能够过滤除了那些从特殊方向射 之外的所有光线。如果灌晶层发生了扭转，光线将会随之扭 转，i = 上不同的方向从另外一个面中射出。液晶作为屯子纸的最大缺点是，观察视角有限需要背光 源。 1 2 ，4 有机电致发光显示器( o l e d ) o l e d ( o 嘟面cl i g h t - e m i t t i n gd l o d e s ) 有机发光二极管叉可称为有机电激发光( o r g a n i c e l e 曲d i 硼h m s c 咖，简称o e l ) 。o l e d 是指有机半导体材料和发光材料在电场驱动下通过载流 子注 和复台导致发光的现象。其原理是用i t o 透明电极和金属电板分别作为器件的阳极和阴极， 在一定电压驱动下电子和空穴分别从碉极和阳极注入到电于和空穴转输层电子和空穴分别经过 电子和空亢传输层迁移到发光层，并在发光层中相遇，形成激子并使发光分子激发，后者经过辐射 而发出可见光。辐射光可从i t o 一侧观察到，金属电极膜同时也起了反射层的作用。根据这种发光 原理而制成显示嚣被称为有机发光显示器也叫o l e d 显示器。根据有机材料的不同o l e d 分成小 分子与高分子( p l e d ) 两种，小分子o l e d 的优点在于化合物易纯化，可获得较纯的色光，缺点是 热稳定性较差，易产生结晶，降低发光效率。高分子p i e d 的优点在于其热稳定性好，不易结晶 但缺点是不易控制发光的波长，无法充分掌握色光的纯度。与l e d 相比，o l e d 具有主动发光，视 觉效果好，亮度高：高对比度，可达2 0 0 ：1 ，而s t n 只能到5 0 ：1 ；响应速度快，i n b 以下动态面面 质量高适台做视频：太视角，可选1 6 0 度，而s t n 6 0 。t f t 9 0 ) 和较低的熔点； ( 2 ) 应为良好的绝缘性有机溶剂，即具有较低的介电常数( 大约2 ) 、较高的电阻率( 1 1 5 d c m ) $ t l 较 低的水溶性( l0 p p m ) ； ( 3 ) 具有良好的光学和电化学稳定性； ( 4 ) 良好的颗粒流动性，即动力学黏度要低( 5 c s t ) ； ( 5 ) 分散介质的折射率( 8 5 3 、厚度1 2 5 啪； 4 2 1 光刻工艺 柔性i t o 薄膜帛l ir 0 玻璃的导电材料样，所咀可以川同样的光划方法制作l u 极。但由于其柔 性的特点，使得其在涂胶、显影、刻蚀、上膜过程中容易弯折，影响光刻质晕，难以进行。解决方 法是在涂胶前，把柔性i t o 薄膜紧密地粘贴一层玻璃底扳上此后便可以川与i t o 玻璃相刚的工 艺进行光刻r 。上膜后把菜性i t o 薄膜从玻璃底扳l 取f ，州商纯水将其残留的碱液与残胶冲洗t 狰。 4 2 2 显示屏制作工艺 午玻璃基扳微胶囊电泳显示屏制忭l 艺一样利川方法i ij 制”： 辩h 章_ j 4 的制作l 岂 电子墨水溶液 h41 6 集性革扳上微胶囊电子墨水滁布办法 秉性r 【d 簿_ 5 l 柔性的特点也给髓示肼制作i 岂将采不便山r 粟性i t o 薄膜辑易弯折，小能确 保微脞囊- u 于墨水均匀甲铺在其上。影响显示效果。 实验t | j 一块玻璃作为底扳定柔性 t o 沛塍使柔眭i t o 薄膜_ l 玻璃底板紧密接触这样便 - 以便柔性i t o 薄膜袁晰平褴，易丁进行微歧囊溶液的凉巾。 利j j 方法i i l 进 r 微胶囊滁布，常温f 静置2 4 小时后溶液干燥，i b 子泉水济液变成供均匀 的州态微腔囊屡。然后往微腔囊上滁低温导电银浆或青贴1 艘面导l u 碳脞带，再盖r 柔睦i t o 薄 膜，封接后就制戚r 柔性微胶鞋i b 滹丑示肼。 一 奎墅 一 目4 一1 7 柔性微脞囊电泳显示屏 第五章实验结果与讨论 5 _ 1 实验结果及分析 对丁玻璃丛板微腔囊l u 泳显日i 肼卧及秉性微胶囊l u 淋冠示圳的皿不性能宴验q - 分别进行垃示 性能的测试。测试方法址使川商流电忙进“驱动，对驱动电i 、响应时间肆显示罄数进行洲母。 幽5 1 微胶囊电泳硅示屏测试平音 5 1 1 玻璃基扳微胶囊电泳显不屏测试与分析 微脞囊电泳显示的原理是在电场作川f ，颜料颗粒能感应电荷韧不同的方向运动，井根据设定 改变显示的图案域义字。在m 可i u 极t 加上电压，爿：从o v 开始慢慢i 岢节由于电场的变化和颜料 颗粒的运动都是连续的所咀随着电压的增加阿而带有不同一b 压的区域开始逐渐变色。当增加到 5 v 时，变色已经比较明显可以肉眼脱察到。继续增加电压到l o v ，颜色更加明显。继续增加电压 到5 0 v ，没冉明显变化，反而有部分区域现二j ( 花说明出现微胶囊层被击穿。 第五章实驰站果o _ 论 斟5 - - 4i d v 的电压下微脞囊i u 泳显示屏 撒掉屯压后，幽形继续保持，符合烈稳志品小的特性。把电场方向反向加上1 v 的也，j = | 1 继续增加t j l f k ，出现h 种耻，削 忐 目5 5反向电压f 微胶囊电泳显示肝 在投彳i 电场的情况r ，体颜料颗粒在布朗运动f 随机分布，此时显示背景色：当上f 段分别 j j u 上正负电n i 时，电场使刚体颜料颗粒移动到顶面或底部，所以观察者会看到颜料颗粒或染辩。这 两种显示状态的区别是：前一种情况f 电泳粒子联苯胺黄颜料向上表面移动使得此域颜色变深， 厉一种情况r 联苯胺黄颜料向f 移动使得此k 域颜色变浅。不过继明显后一种情况f 的显示效果不 够理想，此处l ：再详述。 对驱动电压的研究结果符合微胶囊电泳显示的理论，l u 场的娈化丰颜料颗粒的运动都娃连续的， 所以没有明显的闽值电压，而实验l 。艺形成的均匀【e 亍墨水层可以实现稳定的显示。5 v 1 0 v 的电 压可以满足显示驱动的需要，1 0 v 的l 乜压下显示效果更加明显，| 兑明在l o v 的电压f 人部分的l 乜泳 粒子联苯胺黄颜料已经移动到上表面。 选抨1 0 v 的驱动电开；进行响麻时间的研究，得到结果：通l 电压后，显示屏的颜色深度在o 一3 秒内逐渐变化，3 秒时人部分的r b 泳粒子联萆胺黄颜料已经移动到七表而3 秒厉颜色变化报小。 对丁玻璃基板微胶囊电泳显示屏驱动l h 压、响应时间等显示参数的测试与分析，得到以f 结论： 在1 0 v 的直流电压下微胶囊电泳显示屏有最好的显示效果，它的响应时间是3 秒。 5 1 2 柔性微胶囊电泳显示屏测试与分析 由于柔性i t o 薄膜的形状以及导电性都和i t o 玻璃不同，所以柔性微胶囊电泳显示屏的显示性 能也会有所不同，对t 微胶囊电泳显示屏，需要单独进行分析测试。 使用和玻璃基扳微胶囊电泳显示屏测试与分析相同的洲试下台和方洼，用直流电压进行驱动， 对驱动电压、响麻时间等显示参数进行测量。 幽5 6o v 的i u 瓜r 柔性微胶囊 u 泳罹示屏 蚓5 78 v 的电压下柔性微胶囊电泳显示屏 h5 8 1 6 v 的电压f 柔1 牛微腔囊电泳罪示排 东南人学硕上论文 对驱动电压的研究说明8 v 一1 6 v 的电压可以满足显示驱动的需要，在1 6 v 的电压下显示效果更 加明显。选择1 6 v 的驱动电压进行响应时间的研究，通过测试响应时间，得到结果：通上电压后， 显示屏的颜色深度在o 一5 秒内逐渐变化，5 秒后颜色变化很小。 对于玻璃基板微胶囊电泳显示屏驱动电压、响应时间等显示参数的测试与分析，得到以下结论： 在1 6 v 的直流电压f ，柔性微胶囊电泳显示屏有最好的显示效果，它的响应时间是5 秒。柔性基板 的驱动电压1 6 v 相对于玻璃基板的1 0 v 略人一些，而且响应时间也更慢，原因是柔性基板上电极的 电阻比玻璃基板大。 5 2 柔性电子纸的讨论 课题中已经研究出柔性微胶囊电泳显示屏的制备方法，并且根据实验方法，完成了柔性