CN100495186C - 电子印刷设备和电子纸印刷方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出在电子纸的制造中采用纸或其它柔性材料作为基板，同时去掉所有电极，以降低电子纸的制造成本；并设计一种专门电子设备对无电极电子纸进行电子化；提出采用专门电子设备对电子纸进行电子化(印刷)的方法。实现将现代高科技领域的电子纸应用于日常生活中的报纸、书本、广告牌等原先以传统纸张为材料的领域，而且极大降低了电子纸成本，同时所提出的电子纸印刷设备能够对于这种电子纸进行电子化。显然对电子纸可以多次重复电子化，因此可以对于电子纸进行重复使用。另一方面，采用电子纸技术，极大降低油墨、碳粉等材料的污染。

Description

电子印刷设备和电子纸印刷方法

技术领域

本发明涉及电子纸印刷设备，特别是涉及对于无电极电子纸进行电子化(印刷)的方法和设备。

背景技术

中国发明的活字印刷是中国古代的重大发明。它的发明、发展及向世界的传播，对人类文明做出了巨大的贡献。现代的激光印刷、电子排版印刷使人们在纸上印刷文字和图案变得更容易。但由于这些印刷方法得到的文件或资料信息是不可更改的，因此需要生产大量的纸张。而且印刷所用的碳粉或油墨对于环境污染仍然较大。

随着现代电子技术的发展，人们提出了各种电子纸张的概念，即可以更新内容的纸张，如E-ink公司的电子墨水和微胶囊电泳薄膜、Sipix公司的微杯(MicroCup)电泳薄膜等，在显示器、广告牌等领域已经有小批量产品提供。但由于这些公司发明的电子纸主要面向显示领域，因此制造的电泳薄膜都贴附在电极基板上，或制造薄膜时已经粘结了导电电极，造成这种电泳薄膜价格昂贵，特别是其所采用的透明电极材料价格十分昂贵，因此将它们用于报纸或书本领域十分困难。虽然有用于电子书和电子报纸的产品应用，但每本书或每张报纸都要带有电子化连接接口，比如用电子纸做的广告牌，由于包含了电极材料和电子化连接接口，售价较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何制造廉价的电子纸以及如何对于电子纸进行电子化(印刷)，以将电子纸应用于日常的报纸和书本。

为解决上述问题，提出的技术解决方案是：

1、在电子纸制造中采用纸或其它柔性材料作为基板，同时去掉所有电极，以降低电子纸制造成本。

一种实现是电子纸，包含如下层结构：

第一不导电透明层，采用纸或其它柔性不导电材料；

具有双稳态特性的电子材料层，是具有电泳效应的微胶囊电子墨水层、具有电泳效应的微杯结构封装薄膜层、旋转球(Gyricon)层、具有电润湿效应的电子纸材料层、双稳态的胆甾醇型液晶材料层之一或是该层的不同区域采用所述材料层之一；

第二不导电层，采用纸或其它柔性不导电材料；

所述第一不导电透明层、电子材料、第二不导电层通过层压或粘贴工艺形成一种新型的电子纸。

2、设计一种专门电子设备对上述无电极电子纸进行电子化。

3、提出采用上述专门电子设备对电子纸进行电子化(印刷)的方法。

术语说明：在本发明中对于电子纸的印刷与对于电子纸的电子化是相同的概念，借用“印刷”的概念以与人们熟知的在普通纸上印刷出文字或图案的效果是一致的。都是在纸张上生成我们所需要的信息。

具体说明如下：

1、一种将信息写入电子纸的电子印刷设备，其特征是包括：

网格阵列第一电极；

网格阵列第二电极；

网格阵列驱动电路；

网格信息存储单元；

电子纸的放置部件；

信息控制单元；

机械运动驱动电路；

机械运动执行机构；

所述电子纸的放置部件位于所述网格阵列第一电极和网格阵列第二电极之间；

所述网格阵列驱动电路连接网格阵列第一电极和网格阵列第二电极；

所述网格阵列第一电极和网格阵列第二电极互相对面放置；

所述机械运动执行机构与网格阵列第一电极和/或网格阵列第二电极连接；

所述机械运动驱动电路与所述机械运动执行机构连接；

所述信息控制单元与所述网格信息存储单元连接；

所述信息控制单元与所述网格阵列驱动电路连接；

所述信息控制单元与所述机械运动驱动电路连接；

所述电子纸，包含如下层结构：

第一不导电透明层，采用纸或其它柔性不导电材料；

具有双稳态特性的电子材料层，是具有电泳效应的微胶囊电子墨水层、具有电泳效应的微杯结构封装薄膜层、旋转球(Gyricon)层、具有电润湿效应的电子纸材料层、双稳态的胆甾醇型液晶材料层之一；

第二不导电层，采用纸或其它柔性不导电材料；

所述第一不导电透明层、电子材料、第二不导电层通过层压或粘贴工艺形成一种新型的电子纸。

2、一种实现是上述网格阵列第一电极的每个网格上有一个独立的电极和电极引线，所述电极引线与网格阵列驱动电路连接，所述网格阵列第二电极的结构与所述网格阵列第一电极完全相同，且网格阵列第一电极与网格阵列第二电极的每个网格上的电极在空间位置上一一对应；上述网格阵列第一电极的每个网格上的电极与网格阵列第二电极的每个网格上的对应电极形成正电压差或负电压差。

3、另一种实现是上述网格阵列第一电极的每个网格上有一个独立的电极和电极引线，所述电极引线与网格阵列驱动电路连接，所述网格阵列第二电极的所有网格电极连接在一起的单一电极；上述网格阵列第一电极的每个电极与网格阵列第二电极形成正电压差或负电压差

4、再一种实现是上述网格阵列第一电极的每行网格上的电极相连成为行电极并连接行电极引线，所述行电极引线与网格阵列驱动电路连接，所述网格阵列第二电极的每列网格上的电极相连成为列电极并连接列电极引线，所述列电极引线与网格阵列驱动电路连接；所述网格阵列第一电极的行与网格阵列第二电极的列成90度。

5、上述信息控制单元包含中央处理器(CPU)和存储电路；所述机械运动执行机构是高精度步进电动机。

6、上述信息控制单元可选地包含各种文字不同字体的字库、字符与字模映射处理单元、和/或电子文件与输出点阵映射处理单元。

7、上述电子纸的放置部件的一种实现是非导电支架，支架上固定一非导电薄片平面，薄塑料；另一种实现是形成印刷生产流水线的非导电传输带。

8、一种对于电子纸进行电子印刷的方法如下步骤：

1)启动运行上述电子印刷设备；

2)将准备印刷的电子文档传递给所述电子印刷设备；

3)所述电子印刷设备的信息控制单元发出机械运动控制指令给机械运动驱动电路；

4)所述电子印刷设备的机械运动驱动电路将控制指令转换为机械运动控制信号发送给机械运动执行机构；

5)所述机械运动执行机构根据控制信号带动网格阵列第一电极和/或网格阵列第二电极移动，使网格阵列第一电极和网格阵列第二电极紧密接触放置在所述电子纸的放置部件上的电子纸；

6)所述信息控制单元将电子文档信息转化为电子纸网格图像信息，并存入所述网格信息存储单元；

7)所述信息控制单元控制将所述网格信息存储单元的信息传送到所述网格阵列驱动电路；

8)在所述电子印刷设备的网格阵列第一电极的每个网格上的电极和网格阵列第二电极对应的每个网格上的电极之间施加相应的电压信号；

10)在所述网格阵列第一电极和网格阵列第二电极上的电压作用下，在所述电子纸的上完成电子文档的印刷。

基于微型杯技术制造单色电子纸的步骤如下：

1、如申请号为01801449.6的中国专利申请“制造电泳显示器的方法”、申请号为200580014903.4的中国专利申请“电泳显示器的制造工艺”所述制造微型杯。简而言之，基于连续的辊对辊工艺，将紫外光固化组合物转移至凸模，固化该组合物，并且使用转移片将形成的部分脱模，从而制成微型杯，此工艺可以是分批的或辊对辊连续制作。

2、从固化的树脂层脱模，最好在树脂以适当方式硬化期间或之后进行。

3、用一种带电荷颜料分散体填充上述方法制成的微型杯阵列，分散体在着色介电溶剂，该介电溶剂包含至少一种与该溶剂不相容的热固性前体物，并且该前体物较溶剂与颜料微粒比重低。

4、在该热固性前体物分离并于该液相上面形成一表面浮层期间或之后，通过将该热固性前体物固化密封微型杯，优选采用如紫外光辐射或加热或湿气，因而形成包含有在彩色介电溶剂中的颜料分散体的密封电泳盒。

5、将预涂布有胶层的非导电膜覆盖于经密封的电泳盒阵列，其中该胶层可为压敏粘合剂、热熔粘合剂或一种热、湿气或辐射固化粘合剂。

可采用如紫外光等的辐射，透过该上层非导电膜对胶层进行后固化(如果该上层非导电膜对这类辐射是透明的)。在该层叠步骤完成后，成品可被切割和组装。

上述微型杯的制备可以方便地以另一种分批制造的工序取代。可通过在电泳流体表面直接涂布并固化热固性前体物的组合物层，完成对微型杯的密封。

多色电泳电子纸的制备

1、如上文所述，在非导电膜上使用紫外光固化树脂制造微型杯。

2、最好在树脂固化期间或之后，从该固化的树脂层脱模。

3、将一正性干膜光致抗蚀剂覆盖于所制成的微型杯阵列，其中至少包含一胶层，一正性光致抗蚀剂以及一可去除的塑料保护片。

4、用紫外光、可见光或其他辐射将该正性光致抗蚀剂进行图形曝光，除去保护片，在曝光区域显影、开杯。步骤3和步骤4的目的，是在预定区域选择性地开启微型杯。

5、用带电荷白色颜料分散体填充开启的微型杯，分散体所在介电溶剂包含至少一种第一原色的染料或颜料，以及与该溶剂不相容的热固性前体物，并且该前体物较溶剂与颜料微粒比重低。

6、在该热固性前体物分离并于该液相上面形成一表面浮层期间或之后，采用如紫外光辐射或热、湿气来固化热固性前体物，密封微型杯，以形成包含第一原色的电泳流体的封闭电泳盒。密封步骤优选采用紫外光固化。

7、可重复上述步骤5、步骤6，以在不同区域产生包含不同颜色电泳流体的有明确定义的盒。

8、将预涂布有胶层的一个预制图形化的第二透明非导电膜，套准层叠于密封的电泳盒阵列，其中所述胶层可为压敏粘合剂、热熔粘合剂或一种热、湿气或辐射固化粘合剂。

9、粘合剂硬化。

上述微型杯的制备可以方便地以另一种分批制造的工序取代。可通过在电泳流体表面直接涂布并固化热固性前体物的组合物层，完成对微型杯的密封。

用本方法制备的电子纸可以达到仅一张纸的厚度，该纸的宽度可为涂布片的宽度，该纸的长度取决卷的长度。

基于微胶囊技术制造单色电子纸或多色电子纸涉及两个方面：微胶囊电泳介质的制造，微胶囊电泳介质印制在纸介质制成电子纸的方法。

关于微胶囊电泳介质的制造，在专利申请号为200480036461.9的中国专利申请“电泳介质”中描述和引用了微胶囊的制造方法和采用的材料，在本发明中引用作为技术参考。

关于微胶囊电泳介质印制在纸介质制成电子纸的方法，可以借鉴专利申请号为200480031366.X的中国专利申请“电泳显示器”和专利申请号为200480018383.X的中国专利申请“电光显示器”中采用微胶囊制造电泳显示器的方法，其主要差异是制造电子纸时不需要电极层。具体可以描述为：

微胶囊电泳介质印制在纸介质制成电子纸的方法之一：

1、提供电泳介质，其包括多个聚合物粘合剂中的离散小滴，每个小滴包括多个带电粒子，所述带电粒子分散在悬浮液中，并且当电场施加于悬浮液时，所述带电粒子能够通过悬浮液移动。

2、提供纸质背平面或其他柔性材料背平面。

3、将电泳介质层压至上述背平面。

该方法是在一定温度条件下进行的，在该温度时聚合物粘合剂将流动并且电泳介质与背平面直接接触，从而引起聚合物粘合剂流动并且将电泳介质固定至背平面以形成电子纸或柔性材料电子纸。

微胶囊电泳介质印制在纸介质制成电子纸的方法之二是先制造电泳介质形成的薄膜然后粘贴在纸介质或柔性材料介质上形成电子纸，具体为：

1、透光的薄膜非导电层。

2、提供电泳介质，其包括多个聚合物粘合剂中的离散小滴，每个小滴包括多个带电粒子，所述带电粒子分散在悬浮液中，并且当电场施加于悬浮液时，所述带电粒子能够通过悬浮液移动。

3、释放片层，其与聚合物粘合剂接触。

4、将上述三层层压在一起形成薄膜。

5、去掉所形成薄膜上的释放片层，粘贴在纸介质或柔性材料介质上形成电子纸。

本发明中的网格阵列第一电极和网格阵列第二电极用于构成驱动电子纸上每个像素点的光学状态。设计网格电极有多种实现方案。

方案1：

网格阵列第一电极和网格阵列第二电极都是由一个一个的小电极构成的电极阵列，可以定义网格阵列第一电极为行电极，网格阵列第二电极为列电极。每个小电极都引出导线，从行电极引出的导线为行电极信号线，从列电极引出的导线为列电极信号线，通过这些引出导线与网格阵列驱动电路连接。优选的是，网格阵列第一电极和网格阵列第二电极分别具有相同的小电极数量，且网格阵列第一电极的每个小电极与网格阵列第二电极的对应小电极空间上一一对应。所谓一一对应是指两个网格阵列电极的网格点大小相同，间隔相同，数量相同，通过移动任一个网格阵列电极可以实现每个小电极位置的对应。

用该方案中的网格阵列电极对于电子纸进行印刷或信息化或图像化时，优选的是网格阵列电极的每个小电极对应电子纸上的一个像素点并使网格阵列电极的每个小电极与电子纸的每个像素点一一对应，以产生最好的印刷效果或电子化效果。一种替代方式是设计网格阵列电极中的每个小电极时，增加小电极的尺寸和减小小电极之间的间距，这样可以保证，即使网格阵列电极的每个小电极对应电子纸上的一个像素点并使网格阵列电极的每个小电极与电子纸的每个像素点没有一一对应，也可以实现印刷和电子化。

方案2：

网格阵列第一电极是由一个一个的小电极构成的电极阵列，可以定义网格阵列第一电极为行电极，和网格阵列第二电极为一个电极面，网格阵列第二电极为列电极。每个小电极都引出导线，从行电极引出的导线为行电极信号线，从列电极引出的导线为公共信号线，通过这些引出导线与网格阵列驱动电路连接。

用该方案中的网格阵列第一电极对于电子纸进行印刷或信息化或图像化时，优选的是网格阵列第一电极的每个小电极对应电子纸上的一个像素点并使网格阵列第一电极的每个小电极与电子纸的每个像素点一一对应，以产生最好的印刷效果或电子化效果。一种替代方式是设计网格阵列第一电极中的每个小电极时，增加小电极的尺寸和减小小电极之间的间距，这样可以保证，即使网格阵列第一电极的每个小电极对应电子纸上的一个像素点并使网格阵列第一电极的每个小电极与电子纸的每个像素点没有一一对应，也可以实现印刷和电子化。

方案3：

网格阵列第一电极和网格阵列第二电极都是由一根一根的电极板构成的电极阵列，可以定义网格阵列第一电极为行电极，网格阵列第二电极为列电极。每根电极板都引出导线，从行电极引出的导线为行电极信号线，从列电极引出的导线为列电极信号线，通过这些引出导线与网格阵列驱动电路连接。优选的是，网格阵列第一电极和网格阵列第二电极分别具有相同的电极板数量，且网格阵列第一电极的每个小电极与网格阵列第二电极的电极板空间上垂直交叉。所谓垂直交叉是指两个网格阵列电极的电极板方向垂直。网格阵列第一电极的电极板和网格阵列第二电极的电极板垂直交叉点形成的电压差可以对夹在交叉点之间的电子纸像素点进行印刷或电子化。与该方案的行电极和列电极制造方法和工艺，在申请号为02131632.5的中国专利申请“用于辊对辊规格多样显示器制造的电极及连接设计”有详细描述，本发明作全文引用参考。

用该方案中的网格阵列电极对于电子纸进行印刷或信息化或图像化时，优选的是网格阵列第一电极的电极板和网格阵列第二电极的电极板垂直交叉点与电子纸的每个像素点一一对应，以产生最好的印刷效果或电子化效果。一种替代方式是设计网格阵列电极中的每根电极板时，增加电极板的尺寸和减小电极板之间的间距，这样可以保证，即使网格阵列第一电极的电极板和网格阵列第二电极的电极板垂直交叉点没有与电子纸的每个像素点没有一一对应，也可以实现印刷和电子化。

在将文字信息印刷在电子纸上时，需要信息控制单元进行字符到字模点阵的转换处理，一种设计信息控制单元包含中央处理器、字库存储体、字符字模映射单元、程序存储体和数据存储体等构成，需要印刷在电子纸上的文字信息存储到数据存储体中，中央处理器运行程序存储体中的程序，利用字库存储体中的字库信息将文字信息转换为字模点阵信息，然后存储到字符字模映射单元中，以便在中央处理器的控制下，将字符字模映射单元的信息转换为网格电极阵列对应电极的电压信息传送到网格信息存储单元，然后用网格信息存储单元存储的信息传入网格阵列驱动电路，从而实现电子纸的印刷。

对于图像信息进行印刷到电子纸上时，由于图像已经是像素点，不需要信息转化，可以直接将图像的像素点信息存储到字符字模映射单元中，以便在中央处理器的控制下，将字符字模映射单元的信息转换为网格电极阵列对应电极的电压信息传送到网格信息存储单元，然后用网格信息存储单元存储的信息传入网格阵列驱动电路，从而实现电子纸的印刷。

本发明的有益效果：采用本发明的技术可以将现代高科技领域的电子纸应用于日常生活中的报纸、书本、广告牌等原先以传统纸张为材料的领域，而且极大降低了电子纸成本，同时所提出的电子纸印刷设备能够对于这种电子纸进行电子化。显然对电子纸可以多次重复电子化，因此可以对于电子纸进行重复使用。另一方面，采用电子纸技术，极大降低油墨、碳粉等材料的污染。

附图说明：

图1是电子纸印刷设备的工作原理示意图。

图2是信息控制单元的结构及其工作原理示意图。

图3用多根电极板构成的行电极作为网格阵列第一电极的第一种实现示意图。

图4用多根电极板构成的列电极作为网格阵列第二电极的第一种实现示意图。

图5用多个小电极板构成的行电极作为网格阵列第一电极的第二种实现示意图。

图6用多个小电极板构成的列电极作为网格阵列第二电极的第二种实现示意图。

图7用多个小电极板构成的行电极作为网格阵列第一电极的第三种实现示意图。

图8用一个大电极面构成的公共电极作为网格阵列第二电极的第三种实现示意图。

图9是电子纸包含多个可以电子化的像素点的示意图。

图10表示在用小电极构成网格阵列电极时，电极的尺寸及电极间的间隔与电子纸上的像素点尺寸及像素点间的间隔对应相同时印刷情况。图10a是小电极与像素点正好对准，可以实现最佳的印刷(电子化)效果。图10b是小电极与像素点对准偏差最大时，由于只能对像素点的部分区域印刷，影响印刷(电子化)效果。

图11表示在用小电极构成网格阵列电极时，电极的尺寸比电子纸上的像素点尺寸大同时电极间的间隔比电子纸上的像素点间的间隔小时印刷情况。图11a是小电极与像素点正好对准，可以实现最佳的印刷(电子化)效果。图11b是小电极与像素点对准偏差最大时，由于能对像素点的大部分区域印刷，改善了印刷(电子化)效果。

具体实施方式：

电子纸是一种特殊纸张，其上涂敷有具有电泳特性或电润湿特性的微单元(也称为像素单元)，这些微单元具有在外部电场作用下改变光学状态的特性，而且光学状态改变后，即使去掉外加电场，仍然能够保持光学状态。因此，对于电子纸的印刷实际上是控制加在电子纸上每个微单元上的外部电场大小和方向，使电子纸上的每个微单元呈现我们需要的光学特性。

本发明中所述电子纸，其本身不具有进行印刷或电子化的金属电极以降低电子纸的成本，而是将进行印刷或电子化的金属电极全部作为电子纸印刷设备的部件。因此对于电子纸的印刷和电子化需要通过电子纸印刷设备进行印刷或电子化。

另外，由于所述电子纸可以是纸质材料或其他希望的柔性材料如薄塑料作为电子纸的基板。可以制成各种各样的电子纸。

下面结合附图进一步描述本发明的具体实施方案。

图1是电子纸印刷设备的工作原理示意图。电子纸印刷设备至少包括如下部件：机械运动驱动电路101、机械运动执行机构102、信息控制单元103、网格信息存储单元104、网格阵列驱动电路105、网格阵列第一电极106、网格阵列第二电极108。网格阵列第一电极106与网格阵列第二电极108互相对面放置，网格阵列第一电极106与网格阵列第二电极108之间放置需要进行印刷的电子纸107。各个部件之间的连接关系如图1所示。

图2是信息控制单元的结构及其工作原理示意图。图2种进一步给出了信息控制单元的结构，包括中央处理器232、字库单元231、存储电路234、字符字模映射单元233。

印刷电子纸的工作过程是：

在将文字信息印刷在电子纸上时，需要信息控制单元进行字符到字模点阵的转换处理，首先将需要印刷在电子纸107上的文字信息存储到存储体电路234的数据存储体中，中央处理器232运行存储电路234的程序存储体中的程序，利用字库单元231中的字库信息将文字信息转换为字模点阵信息，然后存储到字符字模映射单元233中，以便在中央处理器232的控制下，将字符字模映射单元233的信息转换为网格电极阵列106、108对应电极的电压信息传送到网格信息存储单元104，然后用网格信息存储单元104存储的信息传入网格阵列驱动电路105，从而实现电子纸的印刷。

对于图像信息进行印刷到电子纸上时，由于图像已经是像素点，不需要信息转化，可以直接将图像的像素点信息存储到字符字模映射单元233中，以便在中央处理器232的控制下，将字符字模映射单元233的信息转换为网格电极阵列106、108对应电极的电压信息传送到网格信息存储单元104，然后用网格信息存储单元104存储的信息传入网格阵列驱动电路105，从而实现电子纸的印刷。

为了保证网格阵列第一电极106、网格阵列第二电极108与电子纸的对应网格点一一对应，需要调整网格阵列第一电极106、网格阵列第二电极108的位置，在图1中，一种实现方式是固定网格阵列第二电极108，电子纸107置于网格阵列第二电极108正确的位置，由信息控制单元103控制机械运动驱动电路101，机械运动执行机构102运动调整网格阵列第一电极106的位置至正确的位置。机械运动执行机构102通常采用高精度步进控制电机，而高精度步进控制电机在机器人控制领域经常使用。实际上机械运动驱动电路101控制机械运动执行机构102，从而控制与控制机械运动执行机构102通过连杆机构连接网格阵列第一电极106移动，可以设计为X、Y方向构成的平面上做二自由度控制运动，也可以设计为X、Y、Z方向构成的立体上做三自由度控制运动，以精确控制网格阵列第一电极106的位置。机械运动驱动电路101的设计与所采用的机械运动执行机构102相配合，对于上述步进电机的驱动信号的脉冲电压信号，相应机械运动驱动电路101需要根据网格阵列第一电极106当前所在位置，计算移动到合适位置所需要的在各个自由度上的电压脉冲个数、脉冲宽度等数据。在优选的设计中，在网格阵列第一电极106安装位置传感部件，并将位置信息反馈回机械运动驱动电路101实现闭环控制以提高位置精度。而机械运动驱动电路101的逻辑实现，可以采取由信息控制单元103进行计算后将结果送到机械运动驱动电路101或机械运动驱动电路101本身具有一定的计算处理能力或可编程逻辑能力，由机械运动驱动电路101完成脉冲参数计算。关于位置传感器有多种方式，如全球定位系统GPS或图像采集分析系统或超声波定位器等都可以完成相对位置或绝对位置的计算。

网格信息存储单元104的存储类型是可读写的存储体，它存储了当前进行印刷或电子化的电子纸需要呈现的信息，是对应电子纸107中每个电子单元需要呈现的光学状态，而要完成控制电子纸107中每个电子单元的光学状态，需要将该信息通过网格阵列驱动电路105变成施加在电子纸107中每个电子单元的外加电场的强度、方向和维持时间。因此根据不同的网格阵列第一电极106、网格阵列第二电极108设计方法不同，需要采用对应的网格阵列驱动电路105。

对于网格阵列第一电极106、网格阵列第二电极108都是由小电极构成的电极阵列时，实际上是实现电子纸的每个电子单元独立控制，网格阵列驱动电路105变成施加在电子纸107中每个电子单元的外加电场的强度和方向需要根据需要呈现的信息进行计算，由于每个电子单元独立控制，不需要扫描，所以外加电场的时间可以一直维持，或者外加电场维持足以改变光学状态并达到稳定时去除外加电场。

对于网格阵列第一电极106是由小电极构成的电极阵列而网格阵列第二电极108作为公共电极时，需要通过扫描方式实现电子纸的每个电子单元的控制，即每个电子单元上所施加的所施加的电场大小和方向需要计算外，对于电场维持时间需要准确计算，以保证每个电子单元达到准确的光学状态同时减少扫描周期。另一方面，为了能够改变施加在电子纸107上每个电子单元的电场方向，需要网格阵列驱动电路105在对于网格阵列第一电极可以提供相对于作为公共电极的网格阵列第二电极108既可为正电压也可为负电压的电场。

对于网格阵列第一电极106和网格阵列第二电极108都是由电极板构成的电极阵列，即行电极和列电极，需要通过扫描方式实现电子纸的每个电子单元的控制，即每个电子单元上所施加的电场大小和方向需要计算外，对于电场维持时间需要准确计算，以保证每个电子单元达到准确的光学状态同时减少扫描周期。对于作为公共电极的网格阵列第二电极108既可为正电压也可为负电压的电场。

图3用多根电极板构成的行电极作为网格阵列第一电极的第一种实现示意图。网格阵列第一电极的一种实现方式是用一定间隔的电极条(电极板)构成，图中网格阵列第一电极306由多根电极板361构成，电极板之间的间隔362相同。电极板的末端去除绝缘层就成为可以连接行电极信号的触点363。该种电极结构的制造工艺和材料在作为本发明引用的申请号为02131632.5的中国专利申请“用于辊对辊规格多样显示器制造的电极及连接设计”有详细描述。

图4用多根电极板构成的列电极作为网格阵列第二电极的第一种实现示意图。网格阵列第二电极的一种实现方式是用一定间隔的电极条(电极板)构成，图中网格阵列第二电极408由多根电极板481构成，电极板之间的间隔482相同。电极板的末端去除绝缘层就成为可以连接列电极信号的触点483。该种电极结构的制造工艺和材料在作为本发明引用的申请号为02131632.5的中国专利申请“用于辊对辊规格多样显示器制造的电极及连接设计”有详细描述。

图5用多个小电极板构成的行电极作为网格阵列第一电极的第二种实现示意图。网格阵列第一电极的另一种实现方式是用一定间隔的多个小电极板构成，图中网格阵列第一电极506由多个小电极板561构成，小电极板之间的间隔562相同。从每个小电极上连接信号导线引出成为可以连接行电极信号的触点563。

图6用多个小电极板构成的列电极作为网格阵列第二电极的第二种实现示意图。网格阵列第二电极的另一种实现方式是用一定间隔的多个小电极板构成，图中网格阵列第二电极608由多个小电极板681构成，小电极板之间的间隔682相同。从每个小电极上连接信号导线引出成为可以连接行电极信号的触点683。

图7用多个小电极板构成的行电极作为网格阵列第一电极的第三种实现示意图。与图5的实现基本相同，不同的是其与图8所示的第二电极配合。网格阵列第一电极是用一定间隔的多个小电极板构成，图中网格阵列第一电极706由多个小电极板761构成，小电极板之间的间隔762相同。从每个小电极上连接信号导线引出成为可以连接行电极信号的触点763。

图8用一个大电极面构成的公共电极作为网格阵列第二电极的第三种实现示意图。此时由单一平面电极构成。图中网格阵列第二电极808为单一金属平面或导电薄膜，有引出线883作为连接信号的触点。

图9是电子纸包含多个可以电子化的像素点的示意图。在电子纸中，称这些像素点为可以改变光学特性的电子单元。图中，电子纸907包含多个电子单元971，电子单元之间的间隔972相同，形成电子单元阵列。

本发明的提出者也明白电子纸上的电子单元要与网格阵列中的小电极或网格阵列第一电极与网格阵列第二电极形成的交叉点对准，才能实现准确地印刷和电子化，如果没有对准，将影响印刷的效果，下面给出如何避免由于小电极与像素点未准确对准时如何改进印刷效果的方法。

图10表示在用小电极构成网格阵列电极时，电极的尺寸及电极间的间隔与电子纸上的像素点尺寸及像素点间的间隔对应相同时印刷情况。图10a是小电极与像素点正好对准，可以实现最佳的印刷(电子化)效果。图10b是小电极与像素点对准偏差最大时，由于只能对像素点的部分区域印刷，影响印刷(电子化)效果。如图10a，网格阵列第一电极的小电极1006、电子纸的每个电子单元1007、网格阵列第二电极的小电极1008在空间位置上一一对应，此时，可以对电子纸的每个电子单元准确印刷或电子化。在图10b中，电子纸的每个电子单元1007与网格阵列第一电极的小电极1006、网格阵列第二电极的小电极1008在空间位置上错开，错开的最大值是电子单元间隔的一半宽度。此时电极产生的电场在电子单元的作用范围较小，造成对电子单元电子化的效果降低。可以看出通过减小电子单元的间隔或加大小电极的尺寸，可以减小这种不利影响。在图11给出进一步说明。

图11表示在用小电极构成网格阵列电极时，电极的尺寸比电子纸上的像素点尺寸大同时电极间的间隔比电子纸上的像素点间的间隔小时印刷情况。图11a是小电极与像素点正好对准，可以实现最佳的印刷(电子化)效果。图11b是小电极与像素点对准偏差最大时，由于能对像素点的大部分区域印刷，改善了印刷(电子化)效果。在该实现示例中，网格阵列第一电极的小电极1106、网格阵列第二电极的小电极1008比电子纸的每个电子单元1007尺寸大，相应小电极间的间距减小，图11a给出网格阵列第一电极的小电极1106、电子纸的每个电子单元1107、网格阵列第二电极的小电极1108在空间位置上一一对应，此时，可以对电子纸的每个电子单元准确印刷或电子化。在图11b中，电子纸的每个电子单元1107与网格阵列第一电极的小电极1006、网格阵列第二电极的小电极1008在空间位置上错开，错开的最大值是电子单元间隔的一半宽度。此时由于小电极尺寸加大，电极产生的电场在电子单元的作用范围加大，改善了印刷(电子化)效果。

Claims (10)

1、一种将信息写入电子纸的电子印刷设备，其特征是包括：

网格阵列第一电极；

网格阵列第二电极；

网格阵列驱动电路；

网格信息存储单元；

电子纸的放置部件；

信息控制单元；

机械运动驱动电路；

机械运动执行机构；

所述电子纸的放置部件位于所述网格阵列第一电极和网格阵列第二电极之间；

所述网格阵列驱动电路连接网格阵列第一电极和网格阵列第二电极；

所述网格阵列第一电极和网格阵列第二电极互相对面放置；

所述机械运动执行机构与网格阵列第一电极和/或网格阵列第二电极连接；

所述机械运动驱动电路与所述机械运动执行机构连接；

所述信息控制单元与所述网格信息存储单元连接；

所述信息控制单元与所述网格阵列驱动电路连接；

所述信息控制单元与所述机械运动驱动电路连接；

所述电子纸，包含如下层结构：

第一不导电透明层，采用纸或其它柔性不导电材料；

具有双稳态特性的电子材料层，是具有电泳效应的微胶囊电子墨水层、具有电泳效应的微杯结构封装薄膜层、旋转球(Gyricon)层、具有电润湿效应的电子纸材料层、双稳态的胆甾醇型液晶材料层之一；

第二不导电层，采用纸或其它柔性不导电材料；

所述第一不导电透明层、电子材料、第二不导电层通过层压或粘贴工艺形成一种新型的电子纸。

2、如权利要求1所述的电子印刷设备，其特征是网格阵列第一电极的每个网格上有一个独立的电极和电极引线，所述电极引线与网格阵列驱动电路连接，所述网格阵列第二电极的结构与所述网格阵列第一电极完全相同，且网格阵列第一电极与网格阵列第二电极的每个网格上的电极在空间位置上一一对应。

3、如权利要求2所述的电子印刷设备，其特征是网格阵列第一电极的每个网格上的电极与网格阵列第二电极的每个网格上的对应电极形成正电压差或负电压差。

4、如权利要求1所述的电子印刷设备，其特征是网格阵列第一电极的每个网格上有一个独立的电极和电极引线，所述电极引线与网格阵列驱动电路连接，所述网格阵列第二电极的所有网格电极连接在一起形成单一电极。

5、如权利要求4所述的电子印刷设备，其特征是网格阵列第一电极的每个电极与网格阵列第二电极形成正电压差或负电压差。

6、如权利要求1所述的电子印刷设备，其特征是所述网格阵列第一电极的每行网格上的电极相连成为行电极并连接行电极引线，所述行电极引线与网格阵列驱动电路连接，所述网格阵列第二电极的每列网格上的电极相连成为列电极并连接列电极引线，所述列电极引线与网格阵列驱动电路连接；所述网格阵列第一电极的行与网格阵列第二电极的列成90度。

7、如权利要求1所述电子印刷设备，其特征是信息控制单元包含中央处理器(CPU)和存储电路；所述机械运动执行机构是高精度步进电动机。

8、如权利要求1所述电子印刷设备，其特征是信息控制单元可选地包含各种文字不同字体的字库、字符与字模映射处理单元、和/或电子文件与输出点阵映射处理单元。

9、一种电子纸印刷方法，按如下步骤：

1)启动运行如权利要求1至8中任一项所述的电子印刷设备；

2)将准备印刷的电子文档传递给所述电子印刷设备；

3)所述电子印刷设备的信息控制单元发出机械运动控制指令给机械运动驱动电路；

4)所述电子印刷设备的机械运动驱动电路将控制指令转换为机械运动控制信号发送给机械运动执行机构；

5)所述机械运动执行机构根据控制信号带动网格阵列第一电极和/或网格阵列第二电极移动，使网格阵列第一电极和网格阵列第二电极紧密接触电子纸；

6)所述信息控制单元将电子文档信息转化为电子纸网格图像信息，并存入所述网格信息存储单元；

7)所述信息控制单元控制将所述网格信息存储单元的信息传送到所述网格阵列驱动电路；

8)在所述电子印刷设备的网格阵列第一电极的每个网格上的电极和网格阵列第二电极对应的每个网格上的电极之间施加相应的电压信号；

10)在所述网格阵列第一电极和网格阵列第二电极上的电压作用下，在所述电子纸的上完成电子文档的印刷。

10、如权利要求9所述电子纸印刷方法，其特征是所述电子纸是不包含电极层的基于微杯封装技术的电泳电子纸或是不包含电极层的基于微胶囊封装技术的电泳电子纸或是不包含电极层的基于旋转球或旋转偶极子元件技术的电泳电子纸或其他基于电泳原理的不包含电极层的电子纸。

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