全彩色電子紙的生產(chǎn)方法
【專利摘要】一種全彩色電子紙的生產(chǎn)方法，屬于電子紙的生產(chǎn)方法。該生產(chǎn)方法采用復(fù)合材料來反射三種不同波長的原色，該復(fù)合材料通過三原光的疊加或者消減顯示全彩色，反射率通過電壓控制；步驟如下：1、三原光反射納米材料的生產(chǎn)；2、制備吡咯混合溶液；3、高分子?金屬納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的生產(chǎn)；4、對高分子?金屬納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料色彩的調(diào)制。電子紙利用反射或吸收自然界中的光來進行顯示，十分節(jié)能；同時，自然光比人造光更有益于眼睛的健康，電子紙更適宜于人們用于閱讀顯示。電子紙具有可彎，可折的特性，在未來，這將為可穿戴屏幕提供技術(shù)支持，將會成為穿戴電子產(chǎn)品顯示的主流；該電子紙顯示同時還具有超低耗能的特性，耗電量僅有電子墨水的15％。
【專利說明】
全彩色電子紙的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種電子紙的生產(chǎn)方法，特別是一種全彩色電子紙的生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電子紙作為一種新興型科技產(chǎn)品具有能耗少，厚度薄，以及保護視力等優(yōu)點。近十年來，電子紙技術(shù)獲得了飛速發(fā)展并且廣泛應(yīng)用于日常生活中，其中最成功的就是電子墨水(E-1nk)顯示技術(shù)。由美國亞馬遜公司所生產(chǎn)的電子閱讀器(Kindle)，就是應(yīng)用了電子墨水顯示技術(shù)作為電子閱讀器(Kindle)的顯示屏幕。與傳統(tǒng)屏幕如發(fā)光二極管屏幕(LED)和液晶顯示屏幕(LCD)相比，電子紙屏幕更加輕便，顯示時間更長，以及更適宜人閱讀。
[0003]傳統(tǒng)的顯示技術(shù)如液晶顯示(LCD)，發(fā)光二極管顯示(LED)運用的是三原色合成原理，通過自己發(fā)光來顯文字或圖像。
[0004]電子紙技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)取得了一定的成果，但是也具有一些明顯的缺陷，其中最重要的缺陷之一就是單色顯示?，F(xiàn)有的電子紙顯示技術(shù)如Kindle只能進行黑白顯示，卻無法彩色顯示。這是因為目前還沒有彩色的電子墨水，而其他的改進方法很難讓電子紙保持足夠高的反射率以方便閱讀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是要提供一種全彩的、超低能耗的全彩色電子紙的生產(chǎn)方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:該生產(chǎn)方法采用復(fù)合材料來反射三種不同波長的原色，該復(fù)合材料通過三原光的疊加或者消減顯示全彩色，反射率通過電壓控制；
[0007]步驟如下:
[0008](I)、三原光反射納米材料的生產(chǎn):用丙酮和乙醇清洗基板并吹干，其中基底為普通玻璃或者塑料薄膜;在基底上蒸鍍5nm的鉻以及150nm的銀膜，并且根據(jù)所需要的原色最后蒸鍍不同厚度的氧化鋁;其中紅光的厚度為48nm，藍光為83nm以及綠光為93nm;將濃度為5%的氯化羥鋁溶液滴在氧化鋁的表面上，并靜置I分鐘，再用水清洗樣品并吹干;將含有濃度為0.05%，直徑為158nm的塑料球膠體溶液滴在基板的表面上并靜置2分鐘，然后吹干樣品；最后，蒸鍍20nm的金膜并用膠帶將塑料球剝離樣品表面；
[0009](2)、制備吡咯混合溶液:
[0010]首先需要制備濃度為0.1M的十二烷基苯磺酸鈉溶液(NaDBS)，并用超聲處理5分鐘;然后，將吡咯(Pyrrole)溶解于制備好的十二烷基苯磺酸鈉(NaDBS)溶液中，得到0.1M的吡咯混合溶液;最后，用磁離心機攪拌溶液20分鐘，再在35 °C溫度下去氧超聲處理20分鐘；
[0011](3)、高分子-金屬納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的生產(chǎn):
[0012]將步驟I中得到的具有能反射出原色的納米材料與恒電位儀的工作電極連接，將恒電位儀的參考電極與銀/氧化銀的標準電極相連，反電極與鉑片相連;然后將步驟I中的納米材料浸入步驟2中的吡咯混合溶液，并且給予0.57V的正電壓，此時，單個的吡咯分子將會變?yōu)榫劾猜?Polypyrrole)并會沉積在納米材料的金屬表面;沉積聚啦略的厚度不同，納米材料所反射出原色的不同；紅，綠，藍對應(yīng)的聚卩比略厚度分別為190nm，260nm，11Onm ；
[0013 ] (4)、對高分子-金屬納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料色彩的調(diào)制:
[0014]首先要制備電化學(xué)調(diào)制溶液;0.1M的十二烷基苯磺酸鈉溶液與0.1M的氯化銀溶液混合，并用磁離心機攪拌溶液10分鐘；將步驟3中的高分子-金屬納米材料浸入該電化學(xué)調(diào)制溶液，并與工作電極相連;將恒電位儀的參考電極與銀/氧化銀的標準電極相連，反電極與鉑片相連;在工作電壓為-1V時，高分子-金屬納米材料變?yōu)楦叻垂饽Ｊ?，此時的材料將有顏色；當工作電壓為0.3V時，高分子-金屬納米材料變?yōu)榈头垂饽Ｊ?，此時的材料將變?yōu)楹谏?br>[0015]進一步的，在步驟I中，使用強力柔軟的塑料膠帶，將塑料納米球剝離;首先，將膠帶緊貼在粘有塑料納米球的金屬表面上;然后，將膠帶撕離金屬表面，此時會發(fā)現(xiàn)膠帶上粘有大量的納米球;最后，重復(fù)三次粘貼撕離后，用氧等離子體清理金屬表面。
[0016]進一步的，在步驟2中，吡咯(Pyrrole)為液態(tài);先將吡咯(Pyrrole)溶劑放置在室溫下I個小時，待其溫度慢慢與室溫相同后，再將吡咯(Pyrrole)滴入十二烷基苯磺酸鈉(NaDBS)溶液。
[0017]進一步的，在步驟3中，根據(jù)電化學(xué)沉積中，控制電流大小控制聚吡咯的厚度;每耗費I個電子將會生成1.56*10~-22g的聚吡咯分子，其中聚吡咯的分子密度為1.5g/cnf3;最后，根據(jù)聚合物總體積除以沉積的面積計算聚吡咯的厚度。
[0018]進一步的，在步驟4中，根據(jù)反光材料顏色的不同，工作電壓不相同；其中，紅光在-0.9V的電壓下、綠光在-1V電壓下、藍光在-0.8V電壓下，各色光即達到最大反光。
[0019]有益效果，由于采用了上述方案，電子紙顯示不是主動發(fā)光顯示，利用反射或吸收自然界中的光來進行顯示，因此使用電子紙作為顯示器十分節(jié)能；同時，自然光比人造光更有益于眼睛的健康，電子紙更適宜于人們用于閱讀顯示。電子紙具有可彎，可折的特性，在未來，這將為可穿戴屏幕提供技術(shù)支持，將會成為穿戴電子產(chǎn)品顯示的主流;該電子紙顯示同時還具有超低耗能的特性，它的耗電量僅有電子墨水的15%。
[0020]該電子紙顯示器采用可調(diào)三原色反光材料，高反射，可折疊，響應(yīng)快，超低能耗。在優(yōu)化該材料的反射率后，其反射率以及光對比度可以與打印出的圖片相媲美。以此材料來制作彩色電子紙與現(xiàn)有的電子紙技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0021]1.傳統(tǒng)的電子紙以電子墨水作為基本材料，只能黑白顯示，而本發(fā)明能夠彩色顯示。并且由于電子墨水必須包裹在塑料膠囊中，所以電子紙的分辨率受到熟料膠囊的尺寸限制，而本發(fā)是采用納米材料可以達到>10000dpi的分辨率。納米材料具有更低的能耗，僅為該電子紙的15%左右。
[0022]2.與另一種基于液晶技術(shù)的電子紙相比，本發(fā)明具有可折疊的特性，避免了液晶屏受到觀察角度的限制。
【附圖說明】
:
[0023]圖1是本發(fā)明的三原光(紅，綠，藍)反射納米材料的光譜。
[0024]圖2是本發(fā)明的三原色反射納米材料表面的電鏡圖像。
[0025]圖3是本發(fā)明的對高分子-金屬納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料紅黑色彩調(diào)制的光譜圖。
[0026]圖4是本發(fā)明的對高分子-金屬納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料綠黑色彩調(diào)制的光譜圖。
[0027]圖5是本發(fā)明的對高分子-金屬納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料黑藍色彩調(diào)制的光譜圖。
【具體實施方式】
[0028]該生產(chǎn)方法采用復(fù)合材料來反射三種不同波長的原色，該復(fù)合材料通過三原光的疊加或者消減顯示全彩色，反射率通過電壓控制；
[0029]步驟如下:
[0030](I)、三原光反射納米材料的生產(chǎn):用丙酮和乙醇清洗基板并吹干，其中基底為普通玻璃或者塑料薄膜;在基底上蒸鍍5nm的鉻以及150nm的銀膜，并且根據(jù)所需要的原色最后蒸鍍不同厚度的氧化鋁;其中紅光的厚度為48nm，藍光為83nm以及綠光為93nm;將濃度為5%的氯化羥鋁溶液滴在氧化鋁的表面上，并靜置I分鐘，再用水清洗樣品并吹干;將含有濃度為0.05%，直徑為158nm的塑料球膠體溶液滴在基板的表面上并靜置2分鐘，然后吹干樣品；最后，蒸鍍20nm的金膜并用膠帶將塑料球剝離樣品表面；
[0031](2)、制備吡咯混合溶液:
[0032]首先需要制備濃度為0.1M的十二烷基苯磺酸鈉溶液(NaDBS)，并用超聲處理5分鐘;然后，將吡咯(Pyrrole)溶解于制備好的十二烷基苯磺酸鈉(NaDBS)溶液中，得到0.1M的吡咯混合溶液;最后，用磁離心機攪拌溶液20分鐘，再在35 °C溫度下去氧超聲處理20分鐘；
[0033 ] (3)、高分子-金屬納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的生產(chǎn):
[0034]將步驟I中得到的具有能反射出原色的納米材料與恒電位儀的工作電極連接，將恒電位儀的參考電極與銀/氧化銀的標準電極相連，反電極與鉑片相連;然后將步驟I中的納米材料浸入步驟2中的吡咯混合溶液，并且給予0.57V的正電壓，此時，單個的吡咯分子將會變?yōu)榫劾猜?Polypyrrole)并會沉積在納米材料的金屬表面;沉積聚啦略的厚度不同，納米材料所反射出原色的不同；紅，綠，藍對應(yīng)的聚卩比略厚度分別為190nm，260nm，11Onm ；
[0035](4)、對高分子-金屬納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料色彩的調(diào)制:
[0036]首先要制備電化學(xué)調(diào)制溶液;0.1M的十二烷基苯磺酸鈉溶液與0.1M的氯化銀溶液混合，并用磁離心機攪拌溶液10分鐘；將步驟3中的高分子-金屬納米材料浸入該電化學(xué)調(diào)制溶液，并與工作電極相連;將恒電位儀的參考電極與銀/氧化銀的標準電極相連，反電極與鉑片相連;在工作電壓為-1V時，高分子-金屬納米材料變?yōu)楦叻垂饽Ｊ?，此時的材料將有顏色；當工作電壓為0.3V時，高分子-金屬納米材料變?yōu)榈头垂饽Ｊ?，此時的材料將變?yōu)楹谏?br>[0037]進一步的，在步驟I中，使用強力柔軟的塑料膠帶，將塑料納米球剝離;首先，將膠帶緊貼在粘有塑料納米球的金屬表面上;然后，將膠帶撕離金屬表面，此時會發(fā)現(xiàn)膠帶上粘有大量的納米球;最后，重復(fù)三次粘貼撕離后，用氧等離子體清理金屬表面。
[0038]進一步的，在步驟2中，吡咯(Pyrrole)為液態(tài);先將吡咯(Pyrrole)溶劑放置在室溫下I個小時，待其溫度慢慢與室溫相同后，再將吡咯(Pyrrole)滴入十二烷基苯磺酸鈉(NaDBS)溶液。
[0039]進一步的，在步驟3中，根據(jù)電化學(xué)沉積中，控制電流大小控制聚吡咯的厚度;每耗費I個電子將會生成1.56*10~-22g的聚吡咯分子，其中聚吡咯的分子密度為1.5g/cnf3;最后，根據(jù)聚合物總體積除以沉積的面積計算聚吡咯的厚度。
[0040]進一步的，在步驟4中，根據(jù)反光材料顏色的不同，工作電壓不相同；其中，紅光在-0.9V的電壓下、綠光在-1V電壓下、藍光在-0.8V電壓下，各色光即達到最大反光。
[0041 ]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明申請所述的技術(shù)內(nèi)容進行解釋和說明，目的是為了公眾更好的理解所述的技術(shù)內(nèi)容，而不是對技術(shù)內(nèi)容的限制，在以相同或近似的原理對所述制備方法中各工藝條件的改進，包括應(yīng)用作用近似的試劑，以得到相同的技術(shù)效果，則都在本發(fā)明申請所要求保護的技術(shù)方案之內(nèi)。
[0042]實施例1:首先配制如下各種溶液:
[0043]1、0.1M的十二烷基苯磺酸鈉溶(NaDBS):稱取34.8g十二烷基苯磺酸鈉溶于IL的去離子水中，加熱使其充分溶解形成無色透明溶液，分別用磁離心機攪拌溶液20分鐘然后再超聲處理20分鐘。
[0044]2、0.1M的吡咯混合溶液:稱取314yL的吡咯(Pyrrole)溶液加入制備好的40mL十二烷基苯磺酸鈉(NaDBS)溶液中。然后用磁離心機攪拌溶液20分鐘以及在35°C溫度下去氧超聲處理20分鐘。
[0045]3、0.1M的十二烷基苯磺酸鈉溶液與0.1M的氯化銀溶液混合:稱取4.3g的氯化銀溶于溶IL的去離子水中，磁離心機攪拌溶液20分鐘。取出500mL的氯化銀溶液與步驟I中500mL
0.1M的十二烷基苯磺酸鈉溶(NaDBS)混合。
[0046]4、濃度為0.05%的塑料球懸浮溶液:將ImL濃度為0.2%的塑料球懸浮溶液滴入40mL的去離子水，超聲處理2分鐘。
[0047]5、濃度為5%的氯化羥鋁溶液:將2g的氯化羥鋁溶解于40mL的去離子水，超聲處理2分鐘。
[0048]生產(chǎn)反射紅光的納米材料:
[0049]1.反射紅光納米材料基底的生產(chǎn):
[0050]將塑料基底(PET)浸入95%的酒精溶液中清洗，超聲處理5分鐘。然后取出基底用去離子水清洗并吹干。用電子槍加熱鉻，銀，氧化鋁的源材料，分別蒸鍍5nm的鉻，150nm的銀，以及48nm的氧化鋁。
[0051 ] 2.反射紅光納米材料表面結(jié)構(gòu)的生產(chǎn):
[0052]將濃度為5%的氯化羥鋁溶液覆蓋基底表面，靜置I分鐘后清洗吹干。再將濃度為5%的塑料球懸浮溶液覆蓋基底表面，靜置2分鐘后清洗吹干。最后，再用電子槍加熱金源蒸鍍20nm并用塑料膠帶將塑料球從金表面剝離。
[0053]生產(chǎn)高分子-金屬納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料:
[0054]1.電化學(xué)沉積的準備:
[0055]先用50W的氧等離子體清潔反射紅光的納米材料表面2分鐘，然后將該材料與恒電位儀的正極相連并浸入0.1M的吡咯混合溶液。將恒電位儀的參考電極與銀/氯化銀的標準電極相連，并將標準電極浸入吡咯混合溶液。將恒電位儀的副電極與箔片相連作為對電極并浸入同樣的吡咯混合溶液。
[0056]2.沉積聚吡咯在納米材料表面:
[0057]在正電極施加0.57V電壓，此時納米材料表面反射的紅光會慢慢變黑，這是因為聚吡咯會吸收可見光。當納米材料表面的顏色不可辨時，即可關(guān)閉正電壓停止電沉積。
[0058]3.調(diào)制納米材料的反射率:
[0059]先將步驟2中的聚吡咯納米材料放入5%的氯化羥鋁溶液，并與正電極相連。反射率可以通過施加不同的正電壓來控制。當施加電壓為0.3V時，納米材料為低反射模式即顯黑色。當施加電壓為-1V時，納米材料為高反射模式即顯紅色。
[0060]實施例2:本實施例中，主要介紹生產(chǎn)反射藍光納米材料基底。將塑料基底(PET)浸入95%的酒精溶液中清洗，超聲處理5分鐘。然后取出基底用去離子水清洗并吹干。用電子槍加熱鉻，銀，氧化鋁的源材料，分別蒸鍍5nm的鉻，150nm的銀以及83nm的氧化鋁。其他與實施例I同。
[0061]實施例3:本實施例中，主要介紹生產(chǎn)反射綠光納米材料基底。將塑料基底(PET)浸入95%的酒精溶液中清洗，超聲處理5分鐘。然后取出基底用去離子水清洗并吹干。用電子槍加熱絡(luò)，銀，氧化招的源材料，分別蒸鍍5nm的絡(luò)，150nm的銀，以及93nm的氧化招。其他與實施例1同。
【主權(quán)項】
1.一種全彩色電子紙的生產(chǎn)方法，其特征是:該生產(chǎn)方法采用復(fù)合材料來反射三種不同波長的原色，該復(fù)合材料通過三原光的疊加或者消減顯示全彩色，反射率通過電壓控制； 步驟如下: (1)、三原光反射納米材料的生產(chǎn):用丙酮和乙醇清洗基板并吹干，其中基底為普通玻璃或者塑料薄膜;在基底上蒸鍍5nm的鉻以及150nm的銀膜，并且根據(jù)所需要的原色最后蒸鍍不同厚度的氧化鋁；其中紅光的厚度為48nm，藍光為83nm以及綠光為93nm;將濃度為5%的氯化羥鋁溶液滴在氧化鋁的表面上，并靜置I分鐘，再用水清洗樣品并吹干;將含有濃度為0.05%，直徑為158nm的塑料球膠體溶液滴在基板的表面上并靜置2分鐘，然后吹干樣品；最后，蒸鍍20nm的金膜并用膠帶將塑料球剝離樣品表面； (2)、制備吡咯混合溶液: 首先需要制備濃度為0.1M的十二烷基苯磺酸鈉溶液(NaDBS)，并用超聲處理5分鐘；然后，將吡咯(Pyrro I e)溶解于制備好的十二烷基苯磺酸鈉(NaDBS)溶液中，得到0.1M的吡咯混合溶液;最后，用磁離心機攪拌溶液20分鐘，再在35 °C溫度下去氧超聲處理20分鐘； (3 )、高分子-金屬納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的生產(chǎn): 將步驟I中得到的具有能反射出原色的納米材料與恒電位儀的工作電極連接，將恒電位儀的參考電極與銀/氧化銀的標準電極相連，反電極與鉑片相連;然后將步驟I中的納米材料浸入步驟2中的吡咯混合溶液，并且給予0.57V的正電壓，此時，單個的吡咯分子將會變?yōu)榫劾猜?Po I ypyrrOI e)并會沉積在納米材料的金屬表面;沉積聚啦略的厚度不同，納米材料所反射出原色的不同；紅，綠，藍對應(yīng)的聚吡咯厚度分別為190nm，260nm，11Onm; (4)、對高分子-金屬納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料色彩的調(diào)制: 首先要制備電化學(xué)調(diào)制溶液;0.1M的十二烷基苯磺酸鈉溶液與0.1M的氯化銀溶液混合，并用磁離心機攪拌溶液10分鐘;將步驟3中的高分子-金屬納米材料浸入該電化學(xué)調(diào)制溶液，并與工作電極相連;將恒電位儀的參考電極與銀/氧化銀的標準電極相連，反電極與鉑片相連;在工作電壓為-1V時，高分子-金屬納米材料變?yōu)楦叻垂饽Ｊ?，此時的材料將有顏色；當工作電壓為0.3V時，高分子-金屬納米材料變?yōu)榈头垂饽Ｊ?，此時的材料將變?yōu)楹谏?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全彩色電子紙的生產(chǎn)方法，其特征是:在步驟I中，使用強力柔軟的塑料膠帶，將塑料納米球剝離;首先，將膠帶緊貼在粘有塑料納米球的金屬表面上;然后，將膠帶撕離金屬表面，此時會發(fā)現(xiàn)膠帶上粘有大量的納米球;最后，重復(fù)三次粘貼撕離后，用氧等離子體清理金屬表面。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全彩色電子紙的生產(chǎn)方法，其特征是:在步驟2中，吡咯(Pyrrole)為液態(tài);先將吡咯(Pyrrole)溶劑放置在室溫下I個小時，待其溫度慢慢與室溫相同后，再將吡咯(Pyrro I e)滴入十二烷基苯磺酸鈉(NaDBS)溶液。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全彩色電子紙的生產(chǎn)方法，其特征是:在步驟3中，根據(jù)電化學(xué)沉積中，控制電流大小控制聚吡咯的厚度;每耗費I個電子將會生成1.56*10~-22g的聚吡咯分子，其中聚吡咯的分子密度為1.5g/cnf 3;最后，根據(jù)聚合物總體積除以沉積的面積計算聚吡咯的厚度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全彩色電子紙的生產(chǎn)方法，其特征是:在步驟4中，根據(jù)反光材料顏色的不同，工作電壓不相同；其中，紅光在-0.9V的電壓下、綠光在-1V電壓下、藍光在-.0.8V電壓下，各色光即達到最大反光。
【文檔編號】G02F1/167GK106019760SQ201610534821
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月7日
【發(fā)明人】熊昆立, 邵磊
【申請人】熊昆立