全彩色电子纸的生产方法

摘要

一种全彩色电子纸的生产方法，属于电子纸的生产方法。该生产方法采用复合材料来反射三种不同波长的原色，该复合材料通过三原光的叠加或者消减显示全彩色，反射率通过电压控制；步骤如下：1、三原光反射纳米材料的生产；2、制备吡咯混合溶液；3、高分子‑金属纳米结构复合材料的生产；4、对高分子‑金属纳米结构复合材料色彩的调制。电子纸利用反射或吸收自然界中的光来进行显示，十分节能；同时，自然光比人造光更有益于眼睛的健康，电子纸更适宜于人们用于阅读显示。电子纸具有可弯，可折的特性，在未来，这将为可穿戴屏幕提供技术支持，将会成为穿戴电子产品显示的主流；该电子纸显示同时还具有超低耗能的特性，耗电量仅有电子墨水的15％。

权利要求

1.一种全彩色电子纸的生产方法，其特征是：该生产方法采用复合材料来反射三种不同波长的原色，该复合材料通过三原光的叠加或者消减显示全彩色，反射率通过电压控制；

步骤如下：

1）三原光反射纳米材料的生产：用丙酮和乙醇清洗基底并吹干，其中基底为普通玻璃或者塑料薄膜；在基底上蒸镀5 nm的铬以及150 nm的银膜，并且根据所需要的原色最后蒸镀不同厚度的氧化铝；其中红光的厚度为48nm，蓝光为83 nm以及绿光为93 nm；将浓度为5%的氯化羟铝溶液滴在氧化铝的表面上，并静置1分钟，再用水清洗样品并吹干；将含有浓度为0.05%，直径为158 nm的塑料球胶体溶液滴在基底的表面上并静置2分钟，然后吹干样品；

最后，蒸镀20 nm的金膜并用胶带将塑料球剥离样品表面；

2）制备吡咯混合溶液：

首先需要制备浓度为0.1M的十二烷基苯磺酸钠溶液，并用超声处理5分钟；然后，将吡咯溶解于制备好的十二烷基苯磺酸钠溶液中，得到0.1M的吡咯混合溶液；最后，用磁离心机搅拌溶液20分钟，再在35℃温度下去氧超声处理20分钟；

3）高分子-金属纳米结构复合材料的生产：

将步骤1中得到的具有能反射出原色的纳米材料与恒电位仪的工作电极连接，将恒电位仪的参考电极与银/氧化银的标准电极相连，反电极与铂片相连；然后将步骤1中的纳米材料浸入步骤2中的吡咯混合溶液，并且给予0.57 V的正电压，此时，单个的吡咯分子将会变为聚吡咯并会沉积在纳米材料的金属表面；沉积聚吡咯的厚度不同，纳米材料所反射出原色的不同；红，绿，蓝对应的聚吡咯厚度分别为 190 nm, 260 nm, 110 nm；

4）对高分子-金属纳米结构复合材料色彩的调制：

首先要制备电化学调制溶液；0.1 M的十二烷基苯磺酸钠溶液与0.1 M的氯化银溶液混合，并用磁离心机搅拌溶液10分钟；将步骤3中的高分子-金属纳米材料浸入该电化学调制溶液，并与工作电极相连；将恒电位仪的参考电极与银/氧化银的标准电极相连，反电极与铂片相连；在工作电压为 -1 V时，高分子-金属纳米材料变为高反光模式，此时的材料将有颜色；当工作电压为0.3 V时，高分子-金属纳米材料变为低反光模式，此时的材料将变为黑色。

2.根据权利要求1所述的全彩色电子纸的生产方法，其特征是：在步骤1中，使用强力柔软的塑料胶带，将塑料纳米球剥离；首先，将胶带紧贴在粘有塑料纳米球的金属表面上；然后，将胶带撕离金属表面，此时会发现胶带上粘有大量的纳米球；最后，重复三次粘贴撕离后，用氧等离子体清理金属表面。

3.根据权利要求1所述的全彩色电子纸的生产方法，其特征是：在步骤2中，吡咯为液态；先将吡咯溶剂放置在室温下1个小时，待其温度慢慢与室温相同后，再将吡咯滴入十二烷基苯磺酸钠溶液。

4.根据权利要求1所述的全彩色电子纸的生产方法，其特征是：在步骤3中，根据电化学沉积中，控制电流大小控制聚吡咯的厚度；每耗费1个电子将会生成1.56*10^-22 g的聚吡咯分子，其中聚吡咯的分子密度为1.5 g/cm^3；最后，根据聚合物总体积除以沉积的面积计算聚吡咯的厚度。

5.根据权利要求1所述的全彩色电子纸的生产方法，其特征是：在步骤4中，根据反光材料颜色的不同，工作电压不相同；其中，红光在-0.9 V的电压下、绿光在-1 V电压下、蓝光在-0.8 V电压下，各色光即达到最大反光。

说明书

全彩色电子纸的生产方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电子纸的生产方法，特别是一种全彩色电子纸的生产方法。

背景技术

[0002] 电子纸作为一种新兴型科技产品具有能耗少，厚度薄，以及保护视力等优点。近十年来，电子纸技术获得了飞速发展并且广泛应用于日常生活中，其中最成功的就是电子墨水(E-ink)显示技术。由美国亚马逊公司所生产的电子阅读器(Kindle)，就是应用了电子墨水显示技术作为电子阅读器(Kindle)的显示屏幕。与传统屏幕如发光二极管屏幕(LED)和液晶显示屏幕(LCD)相比，电子纸屏幕更加轻便，显示时间更长，以及更适宜人阅读。

[0003] 传统的显示技术如液晶显示(LCD)，发光二极管显示(LED)运用的是三原色合成原理，通过自己发光来显文字或图像。

[0004] 电子纸技术发展到现在已经取得了一定的成果，但是也具有一些明显的缺陷，其中最重要的缺陷之一就是单色显示。现有的电子纸显示技术如Kindle只能进行黑白显示，却无法彩色显示。这是因为目前还没有彩色的电子墨水，而其他的改进方法很难让电子纸保持足够高的反射率以方便阅读。

发明内容

[0005] 本发明的目的是要提供一种全彩的、超低能耗的全彩色电子纸的生产方法。

[0006] 本发明的目的是这样实现的：该生产方法采用复合材料来反射三种不同波长的原色，该复合材料通过三原光的叠加或者消减显示全彩色，反射率通过电压控制；

[0007] 步骤如下：

[0008] (1)、三原光反射纳米材料的生产：用丙酮和乙醇清洗基板并吹干，其中基底为普通玻璃或者塑料薄膜；在基底上蒸镀5nm的铬以及150nm的银膜，并且根据所需要的原色最后蒸镀不同厚度的氧化铝；其中红光的厚度为48nm，蓝光为83nm以及绿光为93nm；将浓度为5％的氯化羟铝溶液滴在氧化铝的表面上，并静置1分钟，再用水清洗样品并吹干；将含有浓度为0.05％，直径为158nm的塑料球胶体溶液滴在基板的表面上并静置2分钟，然后吹干样品；最后，蒸镀20nm的金膜并用胶带将塑料球剥离样品表面；

[0009] (2)、制备吡咯混合溶液：

[0010] 首先需要制备浓度为0.1M的十二烷基苯磺酸钠溶液(NaDBS)，并用超声处理5分钟；然后，将吡咯(Pyrrole)溶解于制备好的十二烷基苯磺酸钠(NaDBS)溶液中，得到0.1M的吡咯混合溶液；最后，用磁离心机搅拌溶液20分钟，再在35℃温度下去氧超声处理20分钟；

[0011] (3)、高分子-金属纳米结构复合材料的生产：

[0012] 将步骤1中得到的具有能反射出原色的纳米材料与恒电位仪的工作电极连接，将恒电位仪的参考电极与银/氧化银的标准电极相连，反电极与铂片相连；然后将步骤1中的纳米材料浸入步骤2中的吡咯混合溶液，并且给予0.57V的正电压，此时，单个的吡咯分子将会变为聚吡咯(Polypyrrole)并会沉积在纳米材料的金属表面；沉积聚吡咯的厚度不同，纳米材料所反射出原色的不同；红，绿，蓝对应的聚吡咯厚度分别为190nm,260nm,110nm；

[0013] (4)、对高分子-金属纳米结构复合材料色彩的调制：

[0014] 首先要制备电化学调制溶液；0.1M的十二烷基苯磺酸钠溶液与0.1M的氯化银溶液混合，并用磁离心机搅拌溶液10分钟；将步骤3中的高分子-金属纳米材料浸入该电化学调制溶液，并与工作电极相连；将恒电位仪的参考电极与银/氧化银的标准电极相连，反电极与铂片相连；在工作电压为-1V时，高分子-金属纳米材料变为高反光模式，此时的材料将有颜色；当工作电压为0.3V时，高分子-金属纳米材料变为低反光模式，此时的材料将变为黑色。

[0015] 进一步的，在步骤1中，使用强力柔软的塑料胶带，将塑料纳米球剥离；首先，将胶带紧贴在粘有塑料纳米球的金属表面上；然后，将胶带撕离金属表面，此时会发现胶带上粘有大量的纳米球；最后，重复三次粘贴撕离后，用氧等离子体清理金属表面。

[0016] 进一步的，在步骤2中，吡咯(Pyrrole)为液态；先将吡咯(Pyrrole)溶剂放置在室温下1个小时，待其温度慢慢与室温相同后，再将吡咯(Pyrrole)滴入十二烷基苯磺酸钠(NaDBS)溶液。

[0017] 进一步的，在步骤3中，根据电化学沉积中，控制电流大小控制聚吡咯的厚度；每耗费1个电子将会生成1.56*10^-22g的聚吡咯分子，其中聚吡咯的分子密度为1.5g/cm^3；最后，根据聚合物总体积除以沉积的面积计算聚吡咯的厚度。

[0018] 进一步的，在步骤4中，根据反光材料颜色的不同，工作电压不相同；其中，红光在-0.9V的电压下、绿光在-1V电压下、蓝光在-0.8V电压下，各色光即达到最大反光。

[0019] 有益效果，由于采用了上述方案，电子纸显示不是主动发光显示，利用反射或吸收自然界中的光来进行显示，因此使用电子纸作为显示器十分节能；同时，自然光比人造光更有益于眼睛的健康，电子纸更适宜于人们用于阅读显示。电子纸具有可弯，可折的特性，在未来，这将为可穿戴屏幕提供技术支持，将会成为穿戴电子产品显示的主流；该电子纸显示同时还具有超低耗能的特性，它的耗电量仅有电子墨水的15％。

[0020] 该电子纸显示器采用可调三原色反光材料，高反射，可折叠，响应快，超低能耗。在优化该材料的反射率后，其反射率以及光对比度可以与打印出的图片相媲美。以此材料来制作彩色电子纸与现有的电子纸技术相比，本发明具有以下优点:

[0021] 1.传统的电子纸以电子墨水作为基本材料，只能黑白显示，而本发明能够彩色显示。并且由于电子墨水必须包裹在塑料胶囊中，所以电子纸的分辨率受到熟料胶囊的尺寸限制，而本发是采用纳米材料可以达到>10000dpi的分辨率。纳米材料具有更低的能耗，仅为该电子纸的15％左右。

[0022] 2.与另一种基于液晶技术的电子纸相比，本发明具有可折叠的特性，避免了液晶屏受到观察角度的限制。附图说明：

[0023] 图1是本发明的三原光(红，绿，蓝)反射纳米材料的光谱。

[0024] 图2是本发明的三原色反射纳米材料表面的电镜图像。

[0025] 图3是本发明的对高分子-金属纳米结构复合材料红黑色彩调制的光谱图。

[0026] 图4是本发明的对高分子-金属纳米结构复合材料绿黑色彩调制的光谱图。

[0027] 图5是本发明的对高分子-金属纳米结构复合材料黑蓝色彩调制的光谱图。

具体实施方式

[0028] 该生产方法采用复合材料来反射三种不同波长的原色，该复合材料通过三原光的叠加或者消减显示全彩色，反射率通过电压控制；

[0029] 步骤如下：

[0030] (1)、三原光反射纳米材料的生产：用丙酮和乙醇清洗基板并吹干，其中基底为普通玻璃或者塑料薄膜；在基底上蒸镀5nm的铬以及150nm的银膜，并且根据所需要的原色最后蒸镀不同厚度的氧化铝；其中红光的厚度为48nm，蓝光为83nm以及绿光为93nm；将浓度为5％的氯化羟铝溶液滴在氧化铝的表面上，并静置1分钟，再用水清洗样品并吹干；将含有浓度为0.05％，直径为158nm的塑料球胶体溶液滴在基板的表面上并静置2分钟，然后吹干样品；最后，蒸镀20nm的金膜并用胶带将塑料球剥离样品表面；

[0031] (2)、制备吡咯混合溶液：

[0032] 首先需要制备浓度为0.1M的十二烷基苯磺酸钠溶液(NaDBS)，并用超声处理5分钟；然后，将吡咯(Pyrrole)溶解于制备好的十二烷基苯磺酸钠(NaDBS)溶液中，得到0.1M的吡咯混合溶液；最后，用磁离心机搅拌溶液20分钟，再在35℃温度下去氧超声处理20分钟；

[0033] (3)、高分子-金属纳米结构复合材料的生产：

[0034] 将步骤1中得到的具有能反射出原色的纳米材料与恒电位仪的工作电极连接，将恒电位仪的参考电极与银/氧化银的标准电极相连，反电极与铂片相连；然后将步骤1中的纳米材料浸入步骤2中的吡咯混合溶液，并且给予0.57V的正电压，此时，单个的吡咯分子将会变为聚吡咯(Polypyrrole)并会沉积在纳米材料的金属表面；沉积聚吡咯的厚度不同，纳米材料所反射出原色的不同；红，绿，蓝对应的聚吡咯厚度分别为190nm,260nm,110nm；

[0035] (4)、对高分子-金属纳米结构复合材料色彩的调制：

[0036] 首先要制备电化学调制溶液；0.1M的十二烷基苯磺酸钠溶液与0.1M的氯化银溶液混合，并用磁离心机搅拌溶液10分钟；将步骤3中的高分子-金属纳米材料浸入该电化学调制溶液，并与工作电极相连；将恒电位仪的参考电极与银/氧化银的标准电极相连，反电极与铂片相连；在工作电压为-1V时，高分子-金属纳米材料变为高反光模式，此时的材料将有颜色；当工作电压为0.3V时，高分子-金属纳米材料变为低反光模式，此时的材料将变为黑色。

[0037] 进一步的，在步骤1中，使用强力柔软的塑料胶带，将塑料纳米球剥离；首先，将胶带紧贴在粘有塑料纳米球的金属表面上；然后，将胶带撕离金属表面，此时会发现胶带上粘有大量的纳米球；最后，重复三次粘贴撕离后，用氧等离子体清理金属表面。

[0038] 进一步的，在步骤2中，吡咯(Pyrrole)为液态；先将吡咯(Pyrrole)溶剂放置在室温下1个小时，待其温度慢慢与室温相同后，再将吡咯(Pyrrole)滴入十二烷基苯磺酸钠(NaDBS)溶液。

[0039] 进一步的，在步骤3中，根据电化学沉积中，控制电流大小控制聚吡咯的厚度；每耗费1个电子将会生成1.56*10^-22g的聚吡咯分子，其中聚吡咯的分子密度为1.5g/cm^3；最后，根据聚合物总体积除以沉积的面积计算聚吡咯的厚度。

[0040] 进一步的，在步骤4中，根据反光材料颜色的不同，工作电压不相同；其中，红光在-0.9V的电压下、绿光在-1V电压下、蓝光在-0.8V电压下，各色光即达到最大反光。

[0041] 下面结合具体实施例对本发明申请所述的技术内容进行解释和说明，目的是为了公众更好的理解所述的技术内容，而不是对技术内容的限制，在以相同或近似的原理对所述制备方法中各工艺条件的改进，包括应用作用近似的试剂，以得到相同的技术效果，则都在本发明申请所要求保护的技术方案之内。

[0042] 实施例1：首先配制如下各种溶液:

[0043] 1、0.1M的十二烷基苯磺酸钠溶(NaDBS)：称取34.8g十二烷基苯磺酸钠溶于1L的去离子水中，加热使其充分溶解形成无色透明溶液，分别用磁离心机搅拌溶液20分钟然后再超声处理20分钟。

[0044] 2、0.1M的吡咯混合溶液:称取314μL的吡咯(Pyrrole)溶液加入制备好的40mL十二烷基苯磺酸钠(NaDBS)溶液中。然后用磁离心机搅拌溶液20分钟以及在35℃温度下去氧超声处理20分钟。

[0045] 3、0.1M的十二烷基苯磺酸钠溶液与0.1M的氯化银溶液混合：称取4.3g的氯化银溶于溶1L的去离子水中，磁离心机搅拌溶液20分钟。取出500mL的氯化银溶液与步骤1中500mL 0.1M的十二烷基苯磺酸钠溶(NaDBS)混合。

[0046] 4、浓度为0.05％的塑料球悬浮溶液:将1mL浓度为0.2％的塑料球悬浮溶液滴入40mL的去离子水,超声处理2分钟。

[0047] 5、浓度为5％的氯化羟铝溶液:将2g的氯化羟铝溶解于40mL的去离子水,超声处理2分钟。

[0048] 生产反射红光的纳米材料:

[0049] 1.反射红光纳米材料基底的生产：

[0050] 将塑料基底(PET)浸入95％的酒精溶液中清洗，超声处理5分钟。然后取出基底用去离子水清洗并吹干。用电子枪加热铬，银，氧化铝的源材料，分别蒸镀5nm的铬，150nm的银，以及48nm的氧化铝。

[0051] 2.反射红光纳米材料表面结构的生产：

[0052] 将浓度为5％的氯化羟铝溶液覆盖基底表面，静置1分钟后清洗吹干。再将浓度为5％的塑料球悬浮溶液覆盖基底表面，静置2分钟后清洗吹干。最后，再用电子枪加热金源蒸镀20nm并用塑料胶带将塑料球从金表面剥离。

[0053] 生产高分子-金属纳米结构复合材料:

[0054] 1.电化学沉积的准备：

[0055] 先用50W的氧等离子体清洁反射红光的纳米材料表面2分钟，然后将该材料与恒电位仪的正极相连并浸入0.1M的吡咯混合溶液。将恒电位仪的参考电极与银/氯化银的标准电极相连，并将标准电极浸入吡咯混合溶液。将恒电位仪的副电极与箔片相连作为对电极并浸入同样的吡咯混合溶液。

[0056] 2.沉积聚吡咯在纳米材料表面:

[0057] 在正电极施加0.57V电压，此时纳米材料表面反射的红光会慢慢变黑，这是因为聚吡咯会吸收可见光。当纳米材料表面的颜色不可辨时，即可关闭正电压停止电沉积。

[0058] 3.调制纳米材料的反射率:

[0059] 先将步骤2中的聚吡咯纳米材料放入5％的氯化羟铝溶液，并与正电极相连。反射率可以通过施加不同的正电压来控制。当施加电压为0.3V时，纳米材料为低反射模式即显黑色。当施加电压为-1V时，纳米材料为高反射模式即显红色。

[0060] 实施例2：本实施例中，主要介绍生产反射蓝光纳米材料基底。将塑料基底(PET)浸入95％的酒精溶液中清洗，超声处理5分钟。然后取出基底用去离子水清洗并吹干。用电子枪加热铬，银，氧化铝的源材料，分别蒸镀5nm的铬，150nm的银以及83nm的氧化铝。其他与实施例1同。

[0061] 实施例3：本实施例中，主要介绍生产反射绿光纳米材料基底。将塑料基底(PET)浸入95％的酒精溶液中清洗，超声处理5分钟。然后取出基底用去离子水清洗并吹干。用电子枪加热铬，银，氧化铝的源材料，分别蒸镀5nm的铬，150nm的银，以及93nm的氧化铝。其他与实施例1同。