CN103827742B - 电子纸及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种电子纸及其制造方法,能够防止像素与像素的混色并提高像素内着色率。该电子纸在电极基板上依次层叠电泳材料层(4)、光透射性电极层(5)、油墨固着层(7)、以及通过喷墨法印刷像素油墨而成的滤色层(8),在所述像素油墨中添加有疏液成分,例如含氟单体或含氟聚合物,更具体地说添加有含氟脂肪族聚碳酸酯。
Description
技术领域
本发明涉及电子纸及其制造方法。
背景技术
随着电子信息网络的普及,以电子书籍为代表的电子出版物逐渐出现。作为显示该电子出版物及电子信息的装置,通常使用自发光型或背光型显示装置。但是,这些显示装置与印刷在纸上的介质相比,从人体工学的角度来看,长时间使用会导致疲劳。此外,由于耗电也较大,所以在电池驱动的情况下,显示时间方面存在限制。与这些缺点相对,以电子纸为代表的反射型显示装置能够以接近于纸的感觉来阅读文字,所以能够减轻疲劳。此外,在室外能受到日光或灯光照射的地方能够发挥显示性能,所以也适用于室外招牌。此外,耗电也较小从而能够长时间驱动。除了画面的更换以外不消耗电力,所以也广泛用于电子招牌或电子价签等用途,正在积极进行电子纸的开发。
在电子纸中,如果只是电子书籍的文字信息,那么采用黑白显示就足够了,但是为了对书籍的插图、广告、招牌、提高了视觉焦点(eye-catcher)效果的显示、图像、产品目录等进行显示,彩色化显示是不可欠缺的技术,伴随着显示内容的彩色化,需求也逐渐变高。于是,作为彩色电子纸提出了以下的方法。
提出了如下方法:在电子纸的彩色化时,在将电泳粒子分散密封的微囊中使用显示R、G、B的多种微囊(专利文献1、2)。
提出了在电子纸的彩色化时使用滤色器的方法。在该方法中,记载了滤色器的像素与像素的间隔优选为1~20μm(专利文献3)。
提出了如下方法:在电子纸的彩色化时,将着色的区域喷墨印刷在电光学显示器的各种表面上、或者为了生产这样的显示器而使用的前基板层叠物、前基板相反侧层叠物或二重的离型膜的对应表面上(专利文献4)。
提出了如下方法:在电子纸的彩色化时,与黑白显示器上显示的图案相对应地通过喷墨法进行印刷,制作滤色层。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:专利第4568429号公报
专利文献2:专利第4207448号公报
专利文献3:专利第4415525号公报
专利文献4:特表2010-503895号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1、2所记载的方法中,很难将不同种类的微囊与分别对应于R、G、B的电极区相对应地高精度配置。此外,在微囊内具有色素的情况下,由于微囊为球体,所以表面反射不均匀,存在反射率下降的课题。
在专利文献3所记载的方法中存在以下课题:在将滤色器基板和电极基板粘合的工序中,如果不能以低于5μm的偏移量来粘合,则无法进行高对比度的显示,然而高精度地粘合以目前的技术难以实现。
在此,提出了以下的方法:通过喷墨法直接在电子纸上进行彩色印刷,省去将滤色器和电子纸粘合的工序,由此不需要进行校准。此外,喷墨法是非接触印刷而异物较少,由于是无版印刷,与使用印版的印刷相比,具有成本低的优点。
在专利文献4所记载的方法中,提出了如下的方法:将着色的区域喷墨印刷在电光学显示器的各种表面上、或者为了生产这样的显示器而使用的前基板层叠物、前基板相反侧层叠物或二重的离型膜的对应表面上。在喷墨法中,由于液滴成为球体,所以无法以平面状制作与像素相应的四边形状的像素。在该专利中未言及着色率。若由于像素与像素之间没有隔板(bank)而彩色打印的像素与像素接触,则会产生混色,因此存在像素内着色率无法提高的课题。
此外,通过喷墨制作着色像素时,在不存在对栅格状的像素与像素进行划分的隔板的情况下,彩色打印的像素与像素接触时会产生混色,所以存在像素内着色率无法提高的问题。如果使用隔板,则存在由于隔板部分的面积而导致反射率下降的课题。此外,在使用光透射性的隔板的情况下,还要增加制作该隔板的工序,需要隔板制作的校准精度,并且需要将隔板的宽度制作得较细,所以存在成本变高的课题。
在呈现相同的颜色再现性的情况下,在像素内着色率较低时,不得不提高油墨的浓度及膜厚,从而油墨的透射率下降而反射率降低,然而,通过提高像素内着色率,能够使油墨的浓度及膜厚变薄,能够提高油墨的透射率。即,通过提高像素内着色率,能够最大限度地发挥作为彩色电子纸的课题的反射率和颜色再现性。但是,如果仅仅增大像素尺寸,则会由于像素与像素的重叠而产生混色。即,为了提高像素内着色率,有如下的课题:使像素形状接近于四边形、塗工精度的提高、混色的防止。
本发明的目的在于,提供一种电子纸及其制造方法,能够防止像素与像素的混色,提高了像素内着色率。
用于解决课题的手段
技术方案1所记载的发明为一种电子纸,其特征在于,在电极基板上依次层叠有电泳材料层、光透射性电极层、油墨固着层、以及在所述油墨固着层上打印像素油墨而成的滤色层,在所述像素油墨中添加有疏液成分。
技术方案2所记载的发明根据技术方案1所记载的发明,其特征在于,通过喷墨法在所述油墨固着层上打印所述像素油墨,形成所述滤色层。
技术方案3所记载的发明根据技术方案1或2所记载的发明,其特征在于,所述疏液成分是含氟单体或含氟聚合物。
技术方案4所记载的发明根据在技术方案3所记载的发明,其特征在于,所述疏液成分是含氟脂肪族聚碳酸酯。
技术方案5所记载的发明根据技术方案1~4的任一项所记载的发明,其特征在于,打印在所述油墨固着层上的相邻的打印像素的间隔为1μm以上10μm以下。
技术方案6所记载的发明根据技术方案1~5的任一项所记载的发明,其特征在于,所述打印像素的像素内的着色率为60%以上99%以下。
技术方案7所记载的发明为一种电子纸的制造方法,在电极基板上依次层叠电泳材料层、光透射性电极层及油墨固着层,通过喷墨法在所述油墨固着层上打印像素油墨而形成滤色层,其特征在于,在所述像素油墨中添加有疏液成分。
发明效果
根据本发明,相邻的油墨着色区域不会相互混合,所以能够制作像素内着色率高的彩色电子纸。
附图说明
图1是用于说明本发明的一个实施方式的电子纸的层构造的截面图。
图2是用于说明喷墨涂覆装置的图。
图3是像素形状和喷射排列图案的说明图。
图4是表示将喷墨头倾斜时的喷嘴间距的说明图。
图5是由液滴形成像素的说明图。
图6是喷墨头中的多相分割驱动的说明图。
具体实施方式
以下说明本发明的实施方式。
本发明的电子纸(以下称为彩色电子纸)是在以往的黑白电子纸的制作工序中追加了基于喷墨法的彩色印刷工序而得到的。
作为一般被称为电子纸的电泳显示装置的制作方法,例如可以举出特开平1-86116号公报所记载的电泳显示装置,该电泳显示装置在至少单面为光透射型的对置电极板之间密封了含有电泳粒子的分散剂,通过施加在该电极间的显示控制用电压,使光学反射特性发生变化,从而进行所需要的显示。
本发明的彩色电子纸在黑白电子纸的电极层上附加油墨固着层,通过喷墨法形成滤色层。图1是用于说明本发明的一个实施方式的电子纸的层构造的截面图。在图1中,彩色电子纸在由基材层1及电极层2构成的电极基板上依次层叠有电泳材料层4、光透射性电极层5、油墨固着层7、以及通过喷墨法印刷像素油墨而成的滤色层8。另外,符号3是粘接层,符号6是电极片层,符号9是保护膜。
作为油墨固着层,可以使用例如特开2000-43405号公报所记载的喷墨记录介质、以及例如特开2008-272972号公报所记载的喷墨打印机用记录介质。特别是,优选透明度高的记录介质。但是,特开2000-238408号公报所记载的多孔质构造的喷墨用显像材料不适于用作本发明的油墨固着层。这是因为,在将油墨固着层设为多孔质构造的情况下,油墨会渗到层中,所以会有损于油墨彼此的疏液性。即,要求油墨固着层为膜上保持型。作为油墨固着层的材料,要求透明、显像的油墨不变色或褪色、有各种耐性等性能,使用聚乙烯醇缩丁醛、聚乙酸乙烯酯等良好的乙烯树脂。
将该油墨固着层材料例如通过涂覆装置涂覆成干燥后的厚度为3~10μm。作为涂覆装置,通过模具涂层机、旋转涂层机、条形涂层机等进行涂覆。但是,涂覆方法不限于这些方法。
涂覆了将油墨固着层材料之后,通过热、真空、UV照射等方法使其硬化,从而形成油墨固着层。
通过喷墨法,与形成有电极布线的电极基板相应地进行任意图案的涂覆。
接下来,使用附图说明本发明中使用的喷墨装置的一个实施方式。
图2是本发明的彩色电子纸的制造方法中的喷墨涂覆装置的说明图。作为涂覆装置40的装置构成,具备:搬运台30,载置彩色电子纸基材20,向1个方向高精度地搬运彩色电子纸基材20;喷墨头10,被供给用于向彩色电子纸涂覆的喷墨油墨;以及喷墨头单元60,将该喷墨头10保持为与彩色电子纸基材(以下简称为基材)相距一定高度,能够与搬运方向正交地移动。喷墨头具备喷射油墨的多个喷嘴,该多个喷嘴相对于扫描方向以规定的等间隔配置,该扫描方向是使喷墨头对于滤色层的着色像素图案(以下简称为像素图案)相对地进行扫描的方向。还具备喷墨头控制基盘11,该喷墨头控制基盘11用于控制从喷墨头10的喷嘴喷射的喷墨油墨。通过将从喷墨头喷嘴到基材的距离设为300μm~2000μm,能够高精度地进行涂覆。如果距离为300μm以下,则喷墨头与基材接触的危险性变高,如果为2000μm以上,则容易发生喷射飞行弯曲(方向错误)。此外,具备喷墨头维护装置12,喷墨头维护装置12用于恢复喷墨头的喷嘴的喷射性。该喷墨头维护装置12通过废棉纱或薄膜来擦拭喷嘴面,并且具备用于喷射液体的瓶罐等,能够利用一般的喷墨头的维护机构。为了决定彩色电子纸的像素图案的位置,优选具备校准用摄像机和图像处理单元。另外,符号50为干燥部,70为油墨罐。
在本发明中,使用图2所示的喷墨涂覆装置,将具备多个喷嘴的喷墨头相对于所述像素图案相对地进行扫描,向所述基材的设有油墨固着层的面喷射而供给喷墨油墨,在油墨固着层上形成喷墨油墨层、即滤色层。另外,在本发明中,使具备多个喷嘴的喷墨头相对于所述像素图案相对地进行扫描。扫描的对象可以是基材侧,也可以是喷墨头侧。此外,也可以对基材和喷墨头这双方进行操作。
关于本发明的像素形状,为了使其接近四边形状,优选进行与像素大小相应的喷墨喷射排列。即,优选根据像素尺寸、液滴和着地面积的关系来制作更高精细的图案。图3表示像素形状和喷射排列图案的说明图。连续喷射油墨液滴着地部80而制作出长孔状的像素。这时,在油墨液滴与油墨液滴的间隔F较长的情况下成为凹陷的形状(a),在间隔较短的情况下成为中央部鼓起的形状(c),所以优选调整液滴直径和间隔F而制作出纵向成为直线的形状(b)。此外,制作将该长孔形状沿横向排列任意条数的形状,形成规定的像素着色部90(d)。另外,符号91为像素着色区域。
图5表示液滴形成像素的说明图。液滴80落到油墨固着层7上而发生浸润扩散。在该浸润扩散时,通过在喷墨油墨中添加0.01~3.00(重量%)以下的疏液成分(疏液剂),从而在像素与像素的液滴间产生界面,油墨液滴隔开间隔D地被保持。然后,通过油墨固着层7面上的浸润扩散,隔开间隔E地形成像素(图5a)。但是,在使用不含有疏液剂的油墨的情况下,如图5b所示,会发生混色。在油墨固着层7上打印的相邻的打印像素的间隔E超过10μm的情况下,不会发生由疏液效果带来的液滴间的界面,可能无法发挥本发明的效果。此外,由于也无法通过界面将像素与像素的间隔设为低于1μm,所以优选应该着色的打印像素与像素的间隔为1μm以上10μm以下。
说明像素与像素的间隔和着色占有率的关系。例如,在打印成85μm见方的像素尺寸(300dpi)的情况下,若假设像素与像素的间隔E为10μm,则在喷墨装置的着地精度为±10μm的情况下,像素尺寸成为85μm见方。这时,像素着色率约为60%。此外,在打印为200μm见方的像素尺寸、将像素与像素的间隔设为1μm的情况下,像素着色率约为99%。在将电子纸的像素尺寸适用为主流的像素尺寸、即85~200μm的情况下,本发明中的像素内的着色率能够形成为60%以上99%以下。
关于本发明的制造方法,优选以使喷墨头的相邻的喷嘴的距离中的、与喷墨头的主扫描方向垂直的成分是所述彩色电子纸的形成相同颜色的相邻的像素与像素的距离中的、与喷墨头的主扫描方向垂直的成分的整数分之一的方式配置喷墨头的朝向,来向所述像素图案喷射而供给喷墨油墨。此外,配置喷墨头的朝向时,优选使喷墨头相对于主扫描方向倾斜。
图4是表示将喷墨头倾斜时的喷嘴间距的说明图。
将喷墨头喷嘴面100上的喷嘴孔110、即喷墨头的喷嘴列配置为朝向油墨固着层的方向,对电子纸基材相对地进行扫描。这时,以使喷墨头的喷嘴间隔中的、与喷墨头的所述扫描方向正交的成分是所述彩色电子纸的相邻的应该着色为相同颜色的像素与像素的距离中的、与喷墨头的扫描方向正交的成分的整数分之一的方式,将喷墨头倾斜配置。即,作为喷墨头的排列,在喷墨头上开设的喷嘴所排列的列、即喷嘴排列的轴相对于涂覆彩色电子纸的搬运方向以任意的角度倾斜。通过使喷嘴排列轴倾斜,能够调整喷嘴间距。将不倾斜时的喷嘴间距设为A时,通过倾斜角度θ,喷嘴间距成为A×cosθ。在决定了应该着色为相同颜色的像素与像素的间距B的情况下,为了使喷嘴间距与该间距对应,能够通过cosθ=B÷A求出θ。
在所述间距B大于喷嘴间距A的情况下,可以跳过一个喷嘴而通过cosθ=B÷2A求出θ。在本发明的一个实施方式中,使用将具有周期性的多个相按照每个相分割而驱动的多相分割驱动的喷墨头,分配其中的1相以上的特定相来使用该特定相进行根据喷嘴的位置、从所述喷嘴喷射而供给喷墨油墨的工序。这种情况下,将相同相的喷嘴间距设为A。与像素着色区域91从喷嘴之下通过的定时相应地,喷墨头10实施被控制的微少液滴的喷射动作。此外,作为另一实施方式,使用独立喷嘴控制的喷墨头,使各个喷嘴的喷射定时与扫描方向的速度及时间相应地实施喷射动作。
关于本发明的彩色电子纸的制造方法,能够对喷墨头进行多相分割驱动,通过多相分割驱动,多个喷嘴被分配具有周期性的多个相,从所述喷嘴喷射而供给喷墨油墨的工序能够限定为所述多个相中的一部分特定相来进行。此外,在使用能够进行独立喷嘴控制的喷墨头的情况下,由于相为一个,所以能够使用全部喷嘴。但是,本发明中的头的种类没有限定,可以使用任何种类的头。
图6表示本发明的喷墨头中的多相分割驱动的说明图。图6是喷墨头131和配置于该喷墨头131的喷嘴132的一例。在喷墨头131上配置有N个喷嘴,为方便起见,对于各喷嘴从左端部或右端部起依次赋予1、2、3···等自然数的编号N。从各喷嘴132喷射油墨,各喷嘴的喷射定时、次数、油墨的喷射量等能够独立地控制。并且,喷嘴按照列而分割为A相的喷嘴1、4、7···(N-2)、B相的喷嘴2、5、8···(N-1)、C相的喷嘴3、6、9···N。分割出的A相、B相、C相具有周期性。在此,例如在喷射喷墨油墨时使用A相的喷嘴1、4、7···(N-2),从B相、C相不喷射喷墨油墨。由此,能够通过时间差错开相邻喷嘴的压力和电干涉,所以喷射稳定,能够容易地进行喷射定时的控制,能够更高精度地进行涂覆。此外,A相、B相、C相的喷嘴的喷射可以每当喷射时切换,也可以在A相发生喷射不良的情况下将喷射的驱动相切换到B相、C相。
本发明中的像素油墨(着色油墨)的材料除了着色颜料、树脂、分散剂、溶剂之外,还使用疏液剂。油墨的颜料优选为使用红色、绿色、蓝色这3种,但是也可以使用黄色、淡蓝色、紫色。此外,颜色的组合没有限定。
作为用作着色剂的颜料的具体例,能够举出Pigment Red9、19、38、43、97、122、123、144、149、166、168、177、179、180、192、215、216、208、216、217、220、223、224、226、227、228、240、Pigment Blue15、15:6、16、22、29、60、64、Pigment Green7、36、Pigment Red20、24、86、81、83、93、108、109、110、117、125、137、138、139、147、148、153、154、166、168、185、Pigment Orange36、Pigment Violet23等,但是不限于这些。此外,为了得到期望的色相,也可以将两种以上混合使用。
作为着色油墨的材料的树脂,使用酪素、明胶、聚乙烯醇、羧甲基缩醛、聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、黑色素树脂等,根据与色素的关系来适当选择。
在要求耐热性和耐光性时,优选丙烯酸树脂。
为了提高色素向树脂的分散,也可以使用分散剂,作为分散剂,作为非离子性表面活性剂,例如可以举出聚氧乙烯烷基醚等,此外,作为离子性表面活性剂,例如可以举出烷基苯磺酸钠、聚脂肪酸盐、脂肪酸盐、烷基磷酸盐、四烷基铵盐等,其他还可以举出有机颜料衍生物、聚酯等。
分散剂可以单独使用一种,也可以将两种以上混合使用。
作为用于着色油墨的溶剂种类,优选喷墨印刷中的适应性的表面张力为范围35mN/m以下、且沸点为130℃以上的溶剂。表面张力为35mN/m以上时,会给喷墨喷射时的点形状的稳定性带来明显的不良影响,此外,沸点为130℃以下时,喷嘴附近的干燥性显著变高,结果导致喷嘴堵塞等不良,所以不优选。具体地说,可以举出2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇、2-乙氧基乙酸乙酯、2-丁氧基乙酸乙酯、2-甲氧基乙酸乙酯、2-乙氧基乙醚、2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇、2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇、2-(2-乙氧基乙氧基)乙酸乙酯、2-(2-丁氧基乙氧基)乙酸乙酯、2-苯氧基乙醇、二甘醇二甲醚等,但是不限于这些,只要是满足上述要件的溶剂都可以使用。此外,也可以根据需要而混合使用两种以上的溶剂。
作为疏液剂,作为一例可以举出硅系、氟系材料。具体地说,可以使用在主链或侧链具有有机硅酮或氟代烷基且含有硅氧烷成分的硅树脂或硅橡胶、优选含氟单体或含氟聚合物、例如偏氟乙烯、氟化乙烯、三氟化乙烯等以及它们的共聚物等含氟树脂等。其中,从本发明的效果来看,优选含氟脂肪族聚碳酸酯。含氟脂肪族聚碳酸酯的例子有含氟甲基丙烯酸酯聚合物及全氟聚醚。疏液剂优选在像素油墨中作为固体成分比以0.01~3.00(重量%)的比例添加。添加量少于0.01(重量%)的情况下,疏液效果较少,像素与像素发生混色,添加超过3.00(重量%)的情况下,由像素与像素的疏液性引起的界面的距离变大,像素占有率下降。
将油墨涂覆到油墨固着层之后,实施干燥、硬化。干燥手段及/或硬化手段采用加热、送风、减压、光照射、电子线照射的某个方法或两种以上的组合。
将油墨干燥、硬化后,为了保护滤色层而形成保护膜。为了形成滤色器的保护膜,可以通过自旋涂层、滚动涂层、印刷法的涂覆法或蒸镀法,在着色图案表面上作为保护层而设置聚酰胺、聚酰亚胺、聚氨酯、聚碳酸酯、丙烯酸系、有机硅系等有机树脂,或Si3N4、SiO2、SiO、Al2O3、Ta2O3等无机膜。
实施例
作为实施例,说明将滤色器印刷为矩阵状的、彩色电子纸的制作方法。
制作了使用微囊型电泳方式的电子纸。在该方式的显示装置中,在充满了透明溶剂的微囊中加入带正、负电的白粒子和黑粒子,通过外部电压的施加,将各个粒子吸引至显示面而形成图像。微囊的尺寸为直径数十μm~数百μm而较小,因此在将该微囊分散到透明的基料中后,能够像油墨那样进行涂层。该油墨能够通过从外部施加电压来描绘图像。
形成了透明电极的透明树脂膜被涂层该电子油墨,并粘合到形成了有源矩阵驱动用的电极电路的基板后,能够得到有源矩阵显示器面板。通常,将向形成有透明电极的透明树脂膜涂层了电子油墨的部件称为“前面板”,将形成有有源矩阵驱动用的电极电路的基板称为“背面板”。
在前面板侧设置了油墨固着层。作为油墨固着层的材料,使用将聚氨酯树脂、甲苯、水、IPA混合而成的材料,通过模具涂层机涂覆成干燥厚度为6μm~8μm。
通过喷墨装置在油墨固着层上印刷成栅格状的图案。用于印刷的油墨为:颜料3%、合成树脂20%、二甘醇二甲醚65%、PGM-Ac11%、含氟脂肪族聚碳酸酯1%。作为含氟脂肪族聚碳酸酯,使用了含氟甲基丙烯酸酯聚合物。
作为印刷图案,以落入120μm见方的像素尺寸的方式进行了3×3液滴涂覆。以1个液滴量约为10pl、液滴与液滴的间隔为30μm的方式进行了印刷。由此,像素与像素的间隔为5μm~8μm,像素着色率约为90%。
在80℃下将滤色层干燥5分钟后,层叠保护膜,由此制作出彩色电子纸。
符号的说明:
1…基材层
2…电极层
3…粘接层
4…电泳材料层
5…光透射性电极层
6…电极片层
7…油墨固着层
8…滤色层
9…保护膜
10…喷墨头
11…喷墨头控制基盘
12…喷墨头维护装置
20…电子纸基材
30…搬运台
40…喷墨涂覆装置
50…干燥部
60…喷墨头单元
70…油墨罐
80…油墨液滴着地部
90…像素
91…像素着色区域
100…喷墨头喷嘴面
110…喷墨头喷嘴孔
131…喷墨头(分割驱动型)
132…喷墨头喷嘴(分割驱动型)
Claims (6)
1.一种电子纸,其特征在于,
在电极基板上依次层叠有电泳材料层、光透射性电极层、油墨固着层、以及在所述油墨固着层上打印像素油墨而成的滤色层,
在所述像素油墨中添加有疏液剂,
所述油墨固着层不具有隔板,
打印在所述油墨固着层上的相邻的打印像素的间隔为1μm以上10μm以下。
2.如权利要求1所述的电子纸,其特征在于,
通过喷墨法在所述油墨固着层上打印所述像素油墨,形成所述滤色层。
3.如权利要求1所述的电子纸,其特征在于,
所述疏液剂是含氟单体或含氟聚合物。
4.如权利要求3所述的电子纸,其特征在于,
所述疏液剂是含氟脂肪族聚碳酸酯。
5.如权利要求1~4中任一项所述的电子纸,其特征在于,
所述打印像素的像素内的着色率为60%以上99%以下。
6.一种电子纸的制造方法,其特征在于,
在电极基板上依次层叠电泳材料层、光透射性电极层及油墨固着层,并利用喷墨法在所述油墨固着层上打印像素油墨而形成滤色层,
在所述像素油墨中添加有疏液剂,
所述油墨固着层不具有隔板,
打印在所述油墨固着层上的相邻的打印像素的间隔为1μm以上10μm以下。
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