CN109521622A - 一种快速响应的电子墨水的微封装结构及电子纸 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速响应的电子墨水的微封装结构及电子纸。该电子墨水包括分散剂和分散在所述分散剂中的分散质，其中分散质包括电荷控制剂、电泳粒子以及介电常数各向异性的材料。通过在电子墨水中掺杂介电常数各向异性的材料，如液晶材料，可以充分利用该介电常数各向异性的材料在电场驱动下的旋转效应，引起液体的流动来带动电子墨水中电泳粒子运动，进而可以提高电泳粒子对电场的响应速度，降低相应时间，提高显示的灵敏性。进一步，在上述电子墨水的基础上，进一步在透明微封装容器的微腔的内壁引入配向材料层，例如液晶配向材料层等，这样可以形成特定的液晶排列方式，进一步提高相应性能，提升墨水的稳定性。

Description

一种快速响应的电子墨水的微封装结构及电子纸

技术领域

本发明涉及电泳电子纸显示领域，尤其是涉及一种快速响应的电子墨水的微封装结构。

背景技术

作为信息传统载体的纸张，具有符合人类视觉生理习惯，阅读无视角限制，价格便宜等优点，但是其制造过程需要消耗包括水在内的大量自然资源，且印刷周期长，信息更新慢，传递速度有限。而传统的液晶电子显示器等虽然信息传播快、对比度高，但其显示屏易碎，而且需要背光源来照亮显示图像，耗电量相对较大。电子纸同时具备纸张和液晶电子显示器的优点，既符合人们的视觉习惯，又具有双稳态、便携轻薄、柔性可弯曲、清晰无需背光源、节能等优点，因而受到广泛关注，目前已广泛应用于电子书等显示场合。但传统的电子纸中电子墨水的稳定性差，并且由于在电泳体系中，电泳粒子的运动速度较慢，导致其刷新率低，响应时间慢，不适于播放动画视频。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高电子墨水稳定性以及响应时间的快速响应的电子墨水的微封装结构。

本发明解决所述技术问题的技术方案如下。

一种快速响应的电子墨水的微封装结构，包括透明微封装容器和电子墨水；所述透明微封装容器具有封闭的微腔，所述电子墨水填充在所述微腔中；所述电子墨水包括分散剂和分散在所述分散剂中的分散质，所述分散质包括电荷控制剂、电泳粒子以及介电常数各向异性的材料。

在其中一个实施例中，所述介电常数各向异性的材料为液晶材料；

优选的，所述介电常数各向异性的材料选自向列相液晶、近晶相液晶、胆甾相液晶、蓝相液晶和铁电性液晶的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述分散剂呈弱极性或非极性；和/或

所述电荷控制剂选自有机磺酸盐、有机硫酸盐、有机磷酸盐、有机磷酸酯、聚酯类、聚烯烃类、聚丙烯酸酯类以及聚醚类中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述电子墨水中的所述电泳粒子为同一种颜色的单色电泳粒子或者包括多种颜色的单色电泳粒子；

优选的，所述单色电泳粒子为品红电泳粒子、黄色电泳粒子、青色电泳粒子、黑色电泳粒子或白色电泳粒子；

更优选的，所述单色电泳粒子为炭黑纳米颗粒、二氧化钛颗粒、碳球或硅纳米颗粒。

在其中一个实施例中，在所述电子墨水中，所述电荷控制剂的质量百分比为0.01～10％，所述介电常数各向异性的材料的质量百分比为0.1～50％，所述电泳粒子的质量百分比为3.5～65％。

在其中一个实施例中，所述微封装结构还包括质量百分比不大于30％的增稠剂；

优选的，所述增稠剂选自甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚异丁烯、聚乙烯吡咯烷酮和聚氧化乙烯中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述透明微封装容器为微胶囊或微杯。

在其中一个实施例中，所述微腔的内表面具有用于诱导所述介电常数各向异性的材料配向的配向材料层；

优选的，所述配向材料层的材料选自聚苯乙烯及其衍生物、聚肉桂酸乙烯酯、光敏聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚酯、环氧树脂、聚氨酯、聚硅烷、聚亚酰胺、十二烷基三氯硅烷及其同类物、十四烷基三氯硅烷及其同类物、十六烷基三氯硅烷及其同类物、十八烷基三氯硅烷及其同类物中的一种或多种；

优选的，所述配向材料层的配向方式选自垂直配向、水平配向、多畴垂直配向、图形化垂直配向、平面转换配向和光学补偿弯曲排列配向中的一种或多种；

更优选的，所述配向材料层的配向方法采用表面微形貌配向、单分子吸附配向、纳米颗粒沉积或光配向。

在其中一个实施例中，所述微胶囊是通过界面聚合法、原位聚合法、锐孔法、喷雾干燥法、空气悬浮法、真空蒸发沉积法、静电结合法、溶剂蒸发法、包结络合物法、挤压法、水相分离法、油相分离法、干燥浴法或融化分散冷凝法制备而成；

所述微杯是通过热压印法、紫外压印、纳米压印及掩膜光刻法中的一种或多种方法制备而成；优选的，所述微杯的封装方法是紫外胶固化法或透明光学胶粘贴法。

一种电子纸，其含有上述任一实施例所述的快速响应的电子墨水的微封装结构。

通过使用微胶囊或微杯等透明微封装容器将电子墨水封装起来，可以将电子墨水与外界环境隔绝，保护电子墨水，提升其性能的稳定性。进一步，通过在电子墨水中掺杂介电常数各向异性的材料，如液晶材料，可以充分利用该介电常数各向异性的材料在电场驱动下的旋转效应，引起液体的流动来带动电子墨水中电泳粒子运动，进而可以提高电泳粒子对电场的响应速度，降低相应时间，提高显示的灵敏性。

更进一步，传统的电子墨水封装方法普遍采用微胶囊或微杯等透明微封装容器来封装，但对于本发明的掺入有介电常数各向异性的材料的上述电子墨水却缺乏有效的针对性。因此，本发明在上述电子墨水的基础上，进一步在透明微封装容器的微腔的内壁引入配向材料层，例如液晶配向材料层等，这样可以形成特定的液晶排列方式，进一步提高相应性能，提升墨水的稳定性。

附图说明

图1为微胶囊的微封装结构示意图；

图2为微杯的微封装结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供了一种快速响应的电子墨水的微封装结构，其包括透明微封装容器和电子墨水。其中，透明微封装容器具有封闭的微腔，电子墨水填充在微腔中。

本发明提供的电子墨水，包括分散剂和分散在分散剂中的分散质。分散质包括电荷控制剂、电泳粒子以及介电常数各向异性的材料。

在一个具体示例中，分散剂是弱极性或非极性的溶剂，优选是非极性的有机溶剂。

电荷控制剂可以选自有机磺酸盐、有机硫酸盐、有机磷酸盐、有机磷酸酯、聚酯类、聚烯烃类、聚丙烯酸酯类以及聚醚类中的一种或多种。

该电子墨水中的电泳粒子可以是同一种颜色的单色电泳粒子，也可以包括多种颜色的单色电泳粒子。从颜色上看，所述单色电泳粒子可以是品红电泳粒子、黄色电泳粒子、青色电泳粒子、黑色电泳粒子或白色电泳粒子等；从材质上看，所述单色电泳粒子可以是炭黑纳米颗粒、二氧化钛颗粒、碳球或硅纳米颗粒。

对于具有多种颜色的单色电泳粒子的电子墨水，优选针对各色电泳粒子先分别制备形成单色电子墨水，然后将不同颜色的单色电子墨水混合，振荡摇匀，得到最终的多色电子墨水。

介电常数各向异性的材料在电场的驱动下，可以在分散剂中自由旋转，进而可以引导其他粒子，如电泳粒子运动，提高其他粒子的运动速度。在一个具体的示例中，该介电常数各向异性的材料为液晶材料，例如可以选自向列相液晶、近晶相液晶、胆甾相液晶、蓝相液晶和铁电性液晶的一种或多种。

各分散质的含量可以根据需要的显示效果以驱动电压等水平进行具体设置。在一个具体的示例中，在上述电子墨水中，电荷控制剂的质量百分比为0.01～10％，例如可以是0.01％、0.05％、0.1％、0.5％、1.0％、3％、5％、8％或10％；介电常数各向异性的材料的质量百分比为0.1～50％，例如可以是0.1％、0.5％、1.0％、5.0％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％或50％；电泳粒子的质量百分比为3.5～65％，例如可以是3.5％、5.0％、8％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％或65％。

在另一个具体的示例中，该电子墨水还包括质量百分比不大于30％的增稠剂，如可以含有0.01％、0.1％、0.5％、1.0％、5.0％、8％、10％、15％、20％、25％或30％的增稠剂。增稠剂可以选自甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚异丁烯、聚乙烯吡咯烷酮和聚氧化乙烯中的一种或多种。

在一个具体示例中，透明微封装容器为微胶囊或微杯。微杯的制备方法包括热压印法、紫外压印、纳米压印及掩膜光刻法中的一种或多种。微胶囊的制备方法可以为界面聚合法、原位聚合法、锐孔法、喷雾干燥法、空气悬浮法、真空蒸发沉积法、静电结合法、溶剂蒸发法、包结络合物法、挤压法、水相分离法、油相分离法、干燥浴法(复相乳化法)或融化分散冷凝法。微杯的封装方法可以是紫外胶固化法或透明光学胶粘贴法。

优选的，本发明在微腔的内表面设有用于诱导介电常数各向异性的材料配向的配向材料层。对于微胶囊的微封装结构，为便于制作成型，配向材料层位于该微胶囊的整个内壁；对于微杯的微封装结构，配向材料层优选至少位于该微腔的上、下表面中的一个表面，也可以位于上、下两个内表面，还可以位于内侧壁上。

所述配向材料层的材料选自聚苯乙烯及其衍生物(Polystyrene，PS)、聚肉桂酸乙烯酯、光敏聚酰亚胺、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，PVA)、聚酯(Polyethyleneterephthalate，PET)、环氧树脂(Epoxy Resin，ER)、聚氨酯(Polyurethane，PU)、聚硅烷(polysilane)、聚亚酰胺(Polyimide，PI)、十二烷基三氯硅烷及其同类物、十四烷基三氯硅烷及其同类物、十六烷基三氯硅烷及其同类物、十八烷基三氯硅烷及其同类物中的一种或多种。

配向材料层的配向方式选自垂直配向(Vertical Alignment，VA)、水平配向(Twisted Nematic，TN)、多畴垂直配向(Multi-domain Vertically Aligned，MVA)、图形化垂直配向(Patterned Vertical Alignment，PVA)、平面转换配向(In-Plane Switching，IPS)、光学补偿弯曲排列配向(optically compensated Birefringence，OCB)中的一种或多种；

配向材料层的配向方法采用表面微形貌配向、单分子吸附配向、纳米颗粒沉积或光配向。

本发明还提供了一种电子纸，其含有上述微封装结构。

通过使用微胶囊或微杯等透明微封装容器将电子墨水封装起来，可以将电子墨水与外界环境隔绝，保护电子墨水，提升其性能的稳定性。进一步，通过在电子墨水中掺入介电常数各向异性的材料，如液晶材料，可以充分利用该介电常数各向异性的材料在电场驱动下的旋转效应，引起液体的流动来带动电子墨水中电泳粒子运动，进而可以提高电泳粒子对电场的响应速度，降低相应时间，提高显示的灵敏性。更进一步，传本发明在上述电子墨水的基础上，进一步在透明微封装容器的微腔的内壁引入配向材料层，例如液晶配向材料层等，这样可以形成特定的液晶排列方式，进一步提高相应性能，提升墨水的稳定性。

以下结合具体实施例对本发明的电子墨水及其微封装结构和相应的制备方法作进一步详细的说明。

实施例1

实施例1提供了一种电子墨水，其中，电泳粒子为双色电泳粒子，具体以碳黑纳米颗粒作为黑色电泳粒子，二氧化钛纳米颗粒作为白色电泳粒子，增稠剂为聚异丁烯(Polyisobutylene，PIB)，电荷控制剂为单丁二酰亚胺(monosuccinimide，T151)，液晶材料为E7液晶。其具体制备流程如下：

在干净的圆口瓶中加入7wt％的碳黑纳米颗粒，再加入1wt％的PIB增稠剂、0.1wt％的T151电荷控制剂，最后加入适量的非极性溶剂，得到黑色电子墨水；同样的，在干净的圆口瓶中加入3wt％的二氧化钛纳米颗粒，再加入1wt％的PIB增稠剂、0.1wt％的T151电荷控制剂，最后加入适量的非极性溶剂，得到白色电子墨水；

将黑色电子墨水和白色电子墨水以一定的比例混合均匀，放置在摇床中振荡两天，得到黑白两色的电子墨水溶液。

取适量的黑白电子墨水溶液，并向其中加入适量的E7液晶材料，放置在摇床中振荡3小时后，得到液晶掺杂的电子墨水。

实施例2

实施例2提供了一种微胶囊的微封装结构的制备方法，具体包括如下步骤：

在50ml 2.7wt％的明胶水溶液中加入2ml实施例1中得到的电子墨水，磁力搅拌，控制磁力搅拌速度为650r/min，直至系统生成乳化液；

将得到的乳化液放到水浴加热箱中，保持温度40℃，然后将50ml 2.5wt％的阿拉伯树胶水溶液加入其中，混合搅拌；

逐滴缓慢滴加OTS(十八烷基三氯硅烷)，共1ml，持续搅拌；

缓慢滴加100ml十二烷基硫酸钠的水溶液，乳化15min，并用0.2mol/L的乙酸水溶液调节pH值至3～4，使混合液产生相分离；

继续搅拌30min，然后冰浴降温至5℃以下，加入5ml 50wt％的戊二醛溶液，使明胶交联固化6～10h，反复过滤、水洗得到OTS修饰胶囊壁的电子墨水微胶囊。

如图1所示，该微胶囊的微封装结构的胶囊壁111上设有OTS分子的配向材料层113，内部的电子墨水为双色电子墨水，具有黑色的电泳粒子114和白色的电泳粒子115，液晶材料112分散在电子墨水中。

实施例3

实施例3提供了一种微杯的制备方法，具体包括如下步骤：

取78wt％的芳香酸甲基丙烯酸甲酯/3-乙氧基丙酸乙酯，11wt％的1-6-己二醇二丙烯酸酯，6wt％甲基丙烯酸-β-羟乙酯，3wt％的高分子流平剂836与2wt％的光引发剂4265均匀混合，用钢丝刮刀小心涂覆在玻璃基板上，在100℃的基板上烘烤直至涂层风干固化；

在涂层表面贴附掩膜板，在10mw/cm²d的紫外曝光灯下曝光1h，移去掩膜板；

配制的1.5wt％碳酸钠显影液，显影180s，同时晃动显影液并观察；

将显影后所得的微杯结构在10mw/cm²d的紫外曝光灯下曝光10s后处理，烘干得到微杯。

实施例4

实施例4提供了一种在微杯表面引入液晶配向材料层的方案，具体包括如下步骤：

将实施例3中得到的微杯进行plasma等离子处理，在60％功率下处理300s，然后浸泡入0.2％的OTS(十八烷基三氯硅烷)溶液中，OTS溶剂为正己烷，时间为60s；

取出微杯吹干，得到OTS配向的微杯；

将实施例1中的电子墨水涂布在微杯中，在微杯边缘涂布紫外固化胶noa65，贴合上玻璃基板，紫外固化，实现对掺杂液晶材料的电子墨水的微杯微封装。

如图2所示，该微杯的微封装结构中，104为微杯结构的透明微封装容器，105为OTS分子的配向材料层，101为白色电泳粒子，102为黑色电泳粒子，103为液晶材料。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种快速响应的电子墨水的微封装结构，其特征在于，包括透明微封装容器和电子墨水；所述透明微封装容器具有封闭的微腔，所述电子墨水填充在所述微腔中；所述电子墨水包括分散剂和分散在所述分散剂中的分散质，所述分散质包括电荷控制剂、电泳粒子以及介电常数各向异性的材料。

2.如权利要求1所述的微封装结构，其特征在于，所述介电常数各向异性的材料为液晶材料；

优选的，所述介电常数各向异性的材料选自向列相液晶、近晶相液晶、胆甾相液晶、蓝相液晶和铁电性液晶的一种或多种。

3.如权利要求1所述的微封装结构，其特征在于，所述分散剂呈弱极性或非极性；和/或

所述电荷控制剂选自有机磺酸盐、有机硫酸盐、有机磷酸盐、有机磷酸酯、聚酯类、聚烯烃类、聚丙烯酸酯类以及聚醚类中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的微封装结构，其特征在于，所述电子墨水中的所述电泳粒子为同一种颜色的单色电泳粒子或者包括多种颜色的单色电泳粒子；

优选的，所述单色电泳粒子为品红电泳粒子、黄色电泳粒子、青色电泳粒子、黑色电泳粒子或白色电泳粒子；

更优选的，所述单色电泳粒子为炭黑纳米颗粒、二氧化钛颗粒、碳球或硅纳米颗粒。

5.如权利要求1～4中任一项所述的微封装结构，其特征在于，在所述电子墨水中，所述电荷控制剂的质量百分比为0.01～10％，所述介电常数各向异性的材料的质量百分比为0.1～50％，所述电泳粒子的质量百分比为3.5～65％。

6.如权利要求5所述的微封装结构，其特征在于，还包括质量百分比不大于30％的增稠剂；

优选的，所述增稠剂选自甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚异丁烯、聚乙烯吡咯烷酮和聚氧化乙烯中的一种或多种。

7.如权利要求1～4、6中任一项所述的微封装结构，其特征在于，所述透明微封装容器为微胶囊或微杯。

8.如权利要求7所述的微封装结构，其特征在于，所述微腔的内表面具有用于诱导所述介电常数各向异性的材料配向的配向材料层；

优选的，所述配向材料层的材料选自聚苯乙烯及其衍生物、聚肉桂酸乙烯酯、光敏聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚酯、环氧树脂、聚氨酯、聚硅烷、聚亚酰胺、十二烷基三氯硅烷及其同类物、十四烷基三氯硅烷及其同类物、十六烷基三氯硅烷及其同类物、十八烷基三氯硅烷及其同类物中的一种或多种；

优选的，所述配向材料层的配向方式选自垂直配向、水平配向、多畴垂直配向、图形化垂直配向、平面转换配向和光学补偿弯曲排列配向中的一种或多种；

更优选的，所述配向材料层的配向方法采用表面微形貌配向、单分子吸附配向、纳米颗粒沉积或光配向。

9.如权利要求7所述的微封装结构，其特征在于，所述微胶囊是通过界面聚合法、原位聚合法、锐孔法、喷雾干燥法、空气悬浮法、真空蒸发沉积法、静电结合法、溶剂蒸发法、包结络合物法、挤压法、水相分离法、油相分离法、干燥浴法或融化分散冷凝法制备而成；

所述微杯是通过热压印法、紫外压印、纳米压印及掩膜光刻法中的一种或多种方法制备而成；优选的，所述微杯的封装方法是紫外胶固化法或透明光学胶粘贴法。

10.一种电子纸，其特征在于，含有如权利要求1～9中任一项所述的快速响应的电子墨水的微封装结构。