彩色电泳显示膜材的制备方法及镂孔掩膜版在其中的应用
【专利摘要】本发明提供一种彩色电泳显示膜材的制备方法，以及镂孔掩膜版在彩色电泳显示膜层的制备中的应用，通过镂孔掩膜版分别涂覆不同颜色微胶囊于临时衬底，然后将各色微胶囊依次从临时衬底转印至目标衬底，从而实现图形嵌套的彩色微胶囊电泳显示膜材。本发明首先提出利用通过镂孔掩膜印刷再转印技术制备彩色微胶囊电泳显示膜材，较之于现有技术有更强的实施性，转印材料优选为聚二甲基硅氧烷，具有低表面能的弹性可挠曲材料，可完全转印胶囊层，因此可以讲本发明嵌入卷对卷制程，实现规模化生产。由该方法制得的彩色微胶囊电泳显示膜材具有反射率高、色彩对比度宽、可嵌入卷对卷制程等优点，在制备工艺放卖弄具有工艺简单，可实现工业化生产。
【专利说明】
彩色电泳显示膜材的制备方法及镂孔掩膜版在其中的应用
技术领域
[0001]本发明涉及本发明涉及电泳显示领域，更具体地，涉及彩色电泳显示膜材的制备方法及镂孔掩膜版在其中的应用。
【背景技术】
[0002]电泳显示技术(Ero)由于结合了普通纸张和电子显示器的优点是具有发展潜力的电子显示技术之一。电泳显示通常是双色显示，只能呈现两种不同的颜色。因此，发展彩色电泳显示技术不仅能满足人们对彩色化的需求，而且具有极大地经济效益，彩色电子纸呼之欲出。
[0003]目前，实现电泳显示彩色化，主要有:
1.彩色滤光膜;2.控制不同颜料电泳速度;3.增加子像素。
[0004]彩色滤膜是在双色电泳显示器的上层透明电极板表面加铺一层彩色滤光膜，滤光膜之间用黑色间隔防止串色。彩色滤光膜法制备工艺简单，是实现彩色电泳显示最简便的方法。利用彩色滤光膜，E-1nk、T0PPAN和Phi lips公司共同推出了一款高分辨矩阵式彩色电泳显示器，可以显示4096色的稳定图像分辨率达到80 ppi。但这种方法使彩色滤光膜损失了约70%的反射光，成像的色饱和度受到很大影响，在弱光环境下，显示屏幕很暗。
[0005]控制电泳速度法是在透明电泳液中悬浮3种以上不同颜色、不同Zeta电位的带同种电荷的颜料粒子，通过施加电压使粒子具有不同的电泳速度，从而实现彩色显示。红(R)、绿(G)、蓝(B) 3种粒子具有不同的Zeta电位和同种电荷(如:红〉绿〉蓝，带负电)，首先在上电极板加负电荷使全部粒子位于下电极板，此时像素显示白色，然后翻转电场方向，由于红色粒子电泳速度最快，首先到达上电极板，撤除电场后红色粒子位于电泳液上部，绿色和蓝色粒子位于电泳液中部和下部，因此经白光照射后呈现红色。绿色显示可以通过施加电场使红色和绿色粒子到达上电极板，然后施加反向电场，由于红色粒子比绿色粒子电泳速度快，只有绿色粒子位于电泳液上部，所以电泳液经白光照射后呈现绿色。蓝色显示可以通过施加电场使红色、绿色和蓝色粒子都到达上电极板，然后施加反向电场，由于红色和绿色粒子比蓝色粒子电泳速度快，只有蓝色粒子位于电泳液上部，所以电泳液经白光照射后呈现蓝色。
[0006]控制电泳速度法制备彩色电泳显示器的方法比较简便，但精确控制3种以上颜料粒子的Zeta电位比较困难，图像难于获得高对比度和明亮度。
[0007]子像素法是利用微胶囊技术对分别含有2种以上不同颜色颜料粒子(如红和白、绿和蓝)的电泳液进行封装，形成显示不同颜色的微胶囊。目前的彩色微胶囊电泳显示器的实施方案以辐射固化材料为粘合剂，将一种颜色的微胶囊(如红白色微胶囊)涂布在有电极板的基板上，通过光掩膜对其进行选择性紫外光曝光固化，然后用可溶解辐射固化材料的溶剂将未固化的辐射固化材料及微胶囊清除，就可以将红色微胶囊涂布在电极板特定的位置。重复以上步骤就可以使绿白色和蓝白色微胶囊规则地排列在电极板上，通过调节电极板之间的电压，从而实现彩色显示。虽然这种方法可以获得较好的显示效果，但微胶囊涂布工艺比较复杂，刻蚀对微胶囊损伤较大，难以保障微胶囊的质量和显示效果，因此还未见实用化的报道。
[0008]子像素法是直接以红白、蓝白、绿白三种不同颜色的微胶囊电子墨水作为基色，在透明导电薄膜上直接制备具有像素结构的胶囊层，利用空间混色原理实现彩色显示。这种方法的优点在于不会像滤光膜那样强烈降低显示膜的反射率。
[0009]所以，子像素法是微胶囊电泳显示薄膜彩色化的不错选择，而传统的丝网印刷、镂空掩膜印刷工艺是各颜色微胶囊分区涂布的有效可行方法，但传统的丝网印刷、镂空掩膜印刷工艺也存在网孔尺寸限制和胶囊层厚度无法精确控制等问题。
【发明内容】
[0010]有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种彩色电泳显示膜材的制备方法及镂孔掩膜版在其中的应用。
[0011]为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是:一种彩色电泳显示膜材的制备方法，包括如下步骤:(SI)制备各色微胶囊涂布液；(S2)制备镂孔掩膜版；(S3)将其中一种颜色的微胶囊涂布液填布于镂孔掩膜版放置于其上的临时衬底上，微胶囊涂布液干燥后，取下镂孔掩膜版，形成转印图章；(S4)转印图章将其上的微胶囊膜层转印至目标衬底上，揭离临时衬底;(S5)重复步骤(S3)和(S4)至完成各色微胶囊膜层在目标衬底上的精准对位。
[0012]优选的，所述步骤(SI)制备各色微胶囊涂布液的方法为:分别制备含有白色带电粒子的红色、绿色、蓝色、品红色、青色、黄色和黑色等颜色中的一种或多种电泳分散液；电泳分散液的颜色根据所设计图形化模具的图案形状与所需颜色而定，根据需要选择一种或多种颜色。将得到的各色电泳分散液分别包裹成微胶囊显示粒子;将有机高分子液体分别与各色微胶囊显示粒子混合，制备成一定粘度的微胶囊涂布液。
[0013]优选的，所述微胶囊涂布液的粘度由有机高分子液体的粘度及其占微胶囊涂布液总量百分比调节。
[0014]优选的，所述微胶囊显示粒子采用复凝聚法或原位聚合法包覆。
[0015]优选的，所述微胶囊显示粒子粒径为10-100μπι。
[0016]优选的，所述有机高分子液体为光固化树脂、水溶性高分子、热固性树脂中的一种。
[0017]优选的，所述步骤(S2)使用光刻工艺制备镂孔掩膜版。
[0018]优选的，所述镂孔掩膜版为金属孔版、丝网孔版、高分子材料孔版中的一种。
[0019]优选的，所述镂孔掩膜版的制备方法为:在金属板上旋涂光刻胶，先低速旋涂第一时间段，再高速旋涂第二时间段，然后依次进行软烘、曝光、后烘、显影、坚膜、刻蚀，最后去掉光刻胶。
[0020]优选的，所述步骤(S3)中的微胶囊涂布液通过刮刀涂布或辊涂的方式填布于临时衬底上的镂孔掩膜版的镂孔中。
[0021 ]优选的，所述镂孔的深度大于或等于微胶囊显示粒子的粒径。
[0022]优选的，所述镂孔掩膜版的镂孔图案为方形或多边形，该图案由实际需求设计而定。
[0023]优选的，所述方形边长或多边形内径为200-800μηι或200-400μηι或300μηι;高度为40-120μπι或50-90μπι或60-80μπι，方块边长或多边形内径的内径和高度可根据实际需要做适当调整。
[0024]优选的，所述临时衬底为低表面能弹性材料。
[0025]优选的，所述临时衬底为PDMS。
[0026]优选的，所述步骤(S4)和(S5)中的采用胶粘剂进行转印，所述胶粘剂为紫外光固化胶、热熔胶、压敏胶中的一种。
[0027]一种镂孔掩膜版在彩色电泳显示膜材的制备中的应用，通过镂孔掩膜版在临时衬底上形成其中一种颜色的微胶囊膜层，再通过精准对位将各色微胶囊膜层嵌套在目标衬底上。
[0028]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
本发明首先提出利用通过镂孔掩膜印刷再转印技术制备彩色微胶囊电泳显示膜材，较之于现有技术有更强的实施性，转印衬底材料优选为聚二甲基硅氧烷，具有低表面能的弹性可挠曲材料，可完全转印胶囊层，因此可以讲本发明嵌入卷对卷制程，实现规模化生产。较之于彩色滤光膜方案，彩色微胶囊直接反射环境光，显示的图像色泽更鲜艳明亮;较之于多粒子电泳方案，双色粒子的控制简单技术成熟;较之于传统的丝网印刷方法，本技术的彩色微胶囊子像素可做的更小且大小可控，不受网孔大小限制。由该方法制得的彩色微胶囊电泳显示膜材具有反射率高、色彩对比度宽、可嵌入卷对卷制程等优点，在制备工艺放卖弄具有工艺简单，可实现工业化生产。
【附图说明】
[0029]图1为本发明实施例1微胶囊涂布液涂布方式示意图。
[0030]图2为本发明实施例1PDMS转印图章示意图。
[0031 ]图3为本发明实施例1各色微胶囊图层的嵌套效果示意图。
[0032]图4为本发明实施例1转印过程示意图。
[0033]图5为本发明实施例1转印过程采用卷对卷制程示意图。
[0034]图6为本发明实施例2镂孔掩膜版图案示意图。
[0035]其中，11为刮刀，12为微胶囊涂布液，13为镂孔掩膜版，14为临时衬底，21为目标衬底。
【具体实施方式】
[0036]为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步详细描述。
[0037]实施例1
一种彩色电泳显示膜材的制备方法，以及镂孔掩膜版在彩色电泳显示膜层的制备中的应用，通过镂孔掩膜版分别涂覆不同颜色微胶囊于临时衬底，然后将各色微胶囊依次从临时衬底转印至目标衬底，从而实现图形嵌套的彩色微胶囊电泳显示膜材。
[0038]具体的，包括以下步骤:
(SI)制备各色微胶囊涂布液；
分别制备含有白色带电粒子的红色、绿色、蓝色的电泳分散液;将得到的各色电泳分散液分别包裹成粒径为40μπι的微胶囊显示粒子;例如，可以采用原位聚合法实现上述包覆;将有机高分子液体分别与各色微胶囊显示粒子混合，制备成一定粘度的微胶囊涂布液，微胶囊涂布液粘度由水性高分子溶液粘度及其所占涂布液总量百分比调节，所述有机高分子液体为水溶性高分子；
(S2)制备镂孔掩膜版；
掩膜版材质可选为不锈钢301Η，该材料具有较高的屈服强度，不易发生永久变形，具有可多次重复使用的优点。在不锈钢板上旋涂光刻胶ΑΖ703，先低速500rpm旋涂5s，再高速3500rpm旋涂30s;然后进行软烘，使用100°C的热板烘烤90s，该步骤可以除去溶剂、增强黏附性、释放光刻胶膜内的应力；软烘过后，选择合适的光强利用曝光掩膜版进行曝光;然后将曝光后的不锈钢片进行后烘，使用110Γ的热板烘烤60s，该步骤可以去除驻波效应，提高显影图形精确度。紧接着使用显影液对不锈钢片进行显影60s，再进行坚膜，使用120°C的热箱烘烤20min，该步骤可以挥发存留的光刻胶溶剂，稳固光刻胶。最后利用三氯化铁溶液腐蚀不锈钢片，光刻胶未显影部分作为抗刻蚀层，暴露部分被刻蚀剂腐蚀掉，最后光刻胶被丙酮清洗掉，就得到了制备彩色微胶囊显示膜材的镂空掩膜版。
[0039]本实施例所得的镂孔掩膜版的镂孔形状为正六边形，其内径为500μηι，高度为40μmD
[0040](S3)将其中一种颜色的微胶囊涂布液填布于镂孔掩膜版放置于其上的临时衬底上，微胶囊涂布液干燥后，取下镂孔掩膜版，形成转印图章；
采用TOMS作为转印的临时衬底，PDMS:学名为聚二甲基硅氧烷，PDMS因具有较低的表面能(19.9mJ/m2)，较好的热稳定性，较好的透光性和透气性和较低的成本，被广泛的运用到微纳米加工领域，本试验采用PDMS制备的弹性模板具有制备流程简单和可多次重复使用的优点。将预聚物(Sylgard 184 elastomer)和固化剂(Sylgard 184curing agent)以10:1的比例充分混合，静置I小时完全去除混合溶液内的气泡，然后将粘稠的混合溶液直接倾倒在平面衬底上，待PDMS的混合溶液在润湿作用下自然摊平后，再将其放置在热台上加热固化。
[0041 ]本实施例对PDMS混合溶液75°C加热1.5小时以确保PDMS的完全固化并具有较低的表面能。由于固化后PDMS具有很低的表面能，所以可以轻易地将其从光刻胶模板上揭离，这样就获得了用于转印的PDMS临时衬底。
[0042] PDMS临时衬底具有较好的柔性，杨氏模量仅为2MPa，在转印时与硬质基底玻璃的接触极少会产生破坏，所以一片PDMS模板可使用十几次甚至几十次。实验完毕后用酒精擦拭，再将其浸入酒精内超声清洗3分钟，90°C烘烤10分钟即可进行下次实验。PDMS模板的可重复使用可大大降低转印技术制备微纳米器件的成本。
[0043 ]如图1所示，将镂孔掩膜版13和PDMS临时衬底14紧密贴合，在镂孔掩膜版的一端滴涂微胶囊涂布液12，然后利用刮刀11涂布使微胶囊涂布液均匀填充到镂孔掩膜版的镂孔内，待涂布液干燥后，取走镂孔掩膜版，就成功得到PDMS转印图章，如图2所示。
[0044](S4)转印图章将其上的微胶囊膜层转印至目标衬底上，揭离临时衬底；
如图4所示，在干燥后的涂布有微胶囊的PDMS转印图章上涂布少量UV胶，确保目标衬底与PDMS转印图章紧密贴合，UV光照固化2分钟后，揭离TOMS转印图章，胶囊层就成功转印至目标衬底，如图5所示，该步骤的转印过程采用卷对卷制程。
[0045](S5)重复步骤(S3)和(S4)至完成各色微胶囊膜层在目标衬底上的精准对位。
[0046]经过多次微胶囊涂布液在临时衬底上的成型及通过UV固化胶转印至目标衬底，通过精准对位各图层转印到目标衬底的步骤，实现各彩色微胶囊膜层的嵌套，继而成为混色的彩色电子纸膜材如图3所示。
[0047]实施例2:
本实施例与实施例1的不同之处在于:各色电泳分散液分别包裹成粒径为ΙΟμπι的微胶囊显示粒子;正六边形的图案的内径200μπι，高度为ΙΟμπι;其余步骤和参数设置与实施例1相同。
[0048]实施例3:
本实施例与实施例1的不同之处在于:各色电泳分散液分别包裹成粒径为ΙΟΟμπι的微胶囊显示粒子;正六边形的图案的内径600μηι，高度为ΙΟΟμπι;其余步骤和参数设置与实施例1相同。
[0049]实施例4:
本实施例与实施例1的不同之处在于:各色电泳分散液分别包裹成粒径为40μπι的微胶囊显示粒子;正六边形的图案的内径400μπι，高度为40μπι;其余步骤和参数设置与实施例1相同。
[0050]实施例5:
本实施例与实施例1的不同之处在于:各色电泳分散液分别包裹成粒径为120μπι的微胶囊显示粒子;正六边形的图案的内径800μπι，高度为120μπι;其余步骤和参数设置与实施例1相同。
[0051 ] 实施例6:
本实施例与实施例1的不同之处在于:各色电泳分散液分别包裹成粒径为50μπι的微胶囊显示粒子;正六边形的图案的内径300μπι，高度为50μπι;其余步骤和参数设置与实施例1相同。
[0052]实施例7:
本实施例与实施例1的不同之处在于:各色电泳分散液分别包裹成粒径为60μπι的微胶囊显示粒子;正六边形的图案的内径700μπι，高度为60μπι;其余步骤和参数设置与实施例1相同。
[0053]实施例8:
本实施例与实施例1的不同之处在于:各色电泳分散液分别包裹成粒径为80μπι的微胶囊显示粒子;正六边形的图案的内径800μπι，高度为80μπι;其余步骤和参数设置与实施例1相同。
[0054]实施例9
本实施例与实施例1的不同之处在于:
(SI)制备各色微胶囊涂布液
分别制备含有白色带电粒子的红色、绿色、蓝色和黑色的电泳分散液;将得到的各色电泳分散液分别包裹成粒径为70μπι的微胶囊显示粒子;例如，可以采用复凝聚法实现上述包覆;将有机高分子液体分别与各色微胶囊显示粒子混合，制备成一定粘度的微胶囊涂布液，微胶囊涂布液粘度由水性高分子溶液粘度及其所占涂布液总量百分比调节，所述有机高分子液体为光固化树脂；
如图6所示，本实施例所得的镂孔掩膜版的镂孔形状为方块状，方块状的图案的边长600ym，高度为70μπι;其余步骤和参数设置与实施例1相同。
[0055]采用PDMS作为转印的临时衬底，将预聚物(Sylgard 184 elastomer)和固化剂(Sylgard 184curing agent)以10:1的比例充分混合，采用真空法完全去除混合溶液内的气泡，然后将粘稠的混合溶液直接倾倒在平面衬底上，待PDMS的混合溶液在润湿作用下自然摊平后，再将其放置在热台上加热固化。
[0056]实施例10:
本实施例与实施例9的不同之处在于:各色电泳分散液分别包裹成粒径为ΙΟμπι的微胶囊显示粒子;方块状的图案的边长200μπι，高度为ΙΟμπι;其余步骤和参数设置与实施例9相同。
[0057]实施例11:
本实施例与实施例9的不同之处在于:各色电泳分散液分别包裹成粒径为ΙΟΟμπι的微胶囊显示粒子;方块状的图案的边长600μπι，高度为ΙΟΟμπι;其余步骤和参数设置与实施例9相同。
[0058]实施例12:
本实施例与实施例9的不同之处在于:各色电泳分散液分别包裹成粒径为40μπι的微胶囊显示粒子;方块状的图案的边长400μπι，高度为40μπι;其余步骤和参数设置与实施例9相同。
[0059]实施例13:
本实施例与实施例9的不同之处在于:各色电泳分散液分别包裹成粒径为120μπι的微胶囊显示粒子;方块状的图案的边长800μπι，高度为120μπι;其余步骤和参数设置与实施例9相同。
[0060]实施例14:
本实施例与实施例9的不同之处在于:各色电泳分散液分别包裹成粒径为50μπι的微胶囊显示粒子;方块状的图案的边长300μπι，高度为50μπι;其余步骤和参数设置与实施例9相同。
[0061]实施例15:
本实施例与实施例9的不同之处在于:各色电泳分散液分别包裹成粒径为60μπι的微胶囊显示粒子;方块状的图案的边长700μπι，高度为60μπι;其余步骤和参数设置与实施例9相同。
[0062]实施例16:
本实施例与实施例9的不同之处在于:各色电泳分散液分别包裹成粒径为80μπι的微胶囊显示粒子;方块状的图案的边长800μπι，高度为80μπι;其余步骤和参数设置与实施例9相同。
[0063]以上为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种彩色电泳显示膜材的制备方法，其特征在于:包括如下步骤:(SI)制备各色微胶囊涂布液；(S2)制备镂孔掩膜版;(S3)将其中一种颜色的微胶囊涂布液填布于镂孔掩膜版放置于其上的临时衬底上，微胶囊涂布液干燥后，取下镂孔掩膜版，形成转印图章；(S4)转印图章将其上的微胶囊膜层转印至目标衬底上，揭离临时衬底；(S5)重复步骤(S3)和(S4)至完成各色微胶囊膜层在目标衬底上的精准对位。2.根据权利要求1所述的彩色电泳显示膜材的制备方法，其特征在于:所述步骤(SI)制备各色微胶囊涂布液的方法为:分别制备含有白色带电粒子的各色电泳分散液;将得到的各色电泳分散液分别包裹成微胶囊显示粒子;将有机高分子液体分别与各色微胶囊显示粒子混合，制备成一定粘度的微胶囊涂布液。3.根据权利要求2所述的彩色电泳显示膜材的制备方法，其特征在于:所述微胶囊涂布液的粘度由有机高分子液体的粘度及其占微胶囊涂布液总量百分比调节。4.根据权利要求2所述的彩色电泳显示膜材的制备方法，其特征在于:所述微胶囊显示粒子采用复凝聚法或原位聚合法包覆。5.根据权利要求2所述的彩色电泳显示膜材的制备方法，其特征在于:所述微胶囊显示粒子粒径为10-100μπι。6.根据权利要求1所述的彩色电泳显示膜材的制备方法，其特征在于:所述有机高分子液体为光固化树脂、水溶性高分子、热固性树脂中的一种。7.根据权利要求1所述的彩色电泳显示膜材的制备方法，其特征在于:所述步骤(S2)使用光刻工艺制备镂孔掩膜版。8.根据权利要求1所述的彩色电泳显示膜材的制备方法，其特征在于:所述镂孔掩膜版为金属孔版、丝网孔版、高分子材料孔版中的一种。9.根据权利要求1所述的彩色电泳显示膜材的制备方法，其特征在于:所述镂孔掩膜版的制备方法为:在掩膜版基材上旋涂光刻胶，先低速旋涂第一时间段，再高速旋涂第二时间段，然后依次进行软烘、曝光、后烘、显影、坚膜、刻蚀，最后去掉光刻胶。10.根据权利要求1所述的彩色电泳显示膜材的制备方法，其特征在于:所述步骤(S3)中的微胶囊涂布液通过刮刀涂布或辊涂的方式填布于临时衬底上的镂孔掩膜版的镂孔中。11.根据权利要求9所述的彩色电泳显示膜材的制备方法，其特征在于:所述镂孔的深度大于或等于微胶囊显示粒子的粒径。12.根据权利要求1所述的彩色电泳显示膜材的制备方法，其特征在于:所述镂孔掩膜版的镂孔图案为方形或多边形。13.根据权利要求1所述的彩色电泳显示膜材的制备方法，其特征在于:所述方形边长或多边形内径为 200-800μπι 或 200-400μπι 或 300μπι;高度为40-120μπι 或 50-90μπι 或 60-80μπι。14.根据权利要求1所述的彩色电泳显示膜材的制备方法，其特征在于:所述临时衬底为低表面能弹性材料。15.根据权利要求1所述的彩色电泳显示膜材的制备方法，其特征在于:所述临时衬底为PDMS。16.根据权利要求1所述的彩色电泳显示膜材的制备方法，其特征在于:所述步骤(S4)和(S5)中的采用胶粘剂进行转印，所述胶粘剂为紫外光固化胶、热熔胶、压敏胶中的一种。17.—种镂孔掩膜版在彩色电泳显示膜材的制备中的应用，其特征在于:通过镂孔掩膜版在临时衬底上形成其中一种颜色的微胶囊膜层，再通过精准对位将各色微胶囊膜层嵌套在目标衬底上。
【文档编号】G03F7/00GK106054488SQ201610577572
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月21日
【发明人】王力, 陈鹏, 王毓成
【申请人】中山大学