CN101696339B

CN101696339B - 一种电子纸微杯的材料及制备方法

Info

Publication number: CN101696339B
Application number: CN 200910218653
Authority: CN
Inventors: 李驰
Original assignee: Irico Group Corp
Current assignee: Irico Group Corp
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2029-10-29
Also published as: CN101696339A

Abstract

本发明涉及采用柔性或者刚性基板上制作电子纸微杯的材料及其制备方法，其特征在于：该电子纸微杯的原料以下述重量份数计包括：溶剂10-30；树脂15-40；活性成份3-6；玻璃填料20-70；分散剂1-4；所述涂料中还可进一步包含一种消泡剂二甲基聚硅氧烷，以重量份计1-2。其制备方法为：1)基材预处理工艺；2)涂覆；3)预烘工艺；4)掩膜曝光工艺；5)显影工艺；6)固化工艺。本发明能够制作出高解析的微杯图形，还能够使制程简化，微杯制备成本降低，非常适用于电子纸微杯的制作。

Description

一种电子纸微杯的材料及制备方法

技术领域

本发明涉及采用柔性或者刚性基板上制作电子纸微杯的材料及其制备方法，尤其是一种耐四氯乙烯等强溶解性溶剂并且同基板粘合紧密的光刻型微杯材料及用其制备方法。

背景技术

电泳显示(Electrophoretic，E-Paper)简称电子纸，同其它显示技术相比，电泳技术具有能耗低、日光可读性高、生产成本低、适合柔性显示技术等特点。其技术由于结合了普通纸张和电子显示器的优点，成为最可能实现电子纸张产业化的技术。

电泳显示基本原理是在微小区域内(微胶囊或微杯)，在两电极(透明电极、驱动电极)间直流电驱动下，带电的微粒(颜料颗粒或填料)发生电泳迁移而显示相应的颜色。目前投入电泳技术开发的企业有美国E-Ink和SiPix公司、英国Plastic Logic、荷兰飞利浦旗下Polymer Vision、日Hitachi、Seiko Epson、南韩三星电子与乐金飞利浦(LPL)等厂商。其中以E-Ink和SiPix公司的技术最有代表性。E-Ink采用的是微结构(Micro Structure)属于微胶囊(Microcapsules)，每个显示元素的大小不均且排列零散，因采用黑白双粒子，光反射率较佳是其优点，可达到约35％～40％左右，阅读时的感觉更贴近真正的纸张，缺点则是不够坚固强韧，无法承受重压。而SiPix公司采用的微结构则是专利的微杯数组(Microcup-Array)，显示元素大小一致并以数组方式排列整齐，具有较佳的机械与电气特性，承受重压也不会损坏。而微杯数组结构最大好处，在于可以使用连续滚动条式(Roll to Roll；R2R)的制程可实现大批量产，生产成本较低；而E-Ink的微胶囊结构由于不够坚固，因此无法实行以压印方式生产的R2R制程，只能以较高的成本喷墨方式制造生产。因此随着工艺化生产的需要，微杯技术受到了更广泛的关注。而SiPix公司微杯的制作与封装，是基于精密模具的基础上，如果要改变微杯形貌或尺寸大小，则需要重新制作精密模具，成本大、制模工艺难度高。另外微杯结构也存在易碎、在含有四氯乙烯的电泳液体系里易发生反应的问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种光刻型微杯材料，能够用于光刻法制作电子纸微杯图形。

本发明的另一目的是提供一种制备电子纸微杯图形的方法，提供一种新的丝网印刷法配合曝光显影制程的制作技术，由此能够制作出高解析的微杯图形，还能够使制程简化，微杯制备成本降低，非常适用于电子纸微杯的制作。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的，用于制备耐溶剂电子纸微杯的材料是由酸性树脂、玻璃填料、溶剂、光引发剂、分散剂的涂料，其特征在于以重量份数计包括：

溶剂 10-30

树脂 15-40

活性成份 3-6

玻璃填料 20-70

分散剂 1-2。

上述涂料中还进一步包含一种消泡剂(二甲基聚硅氧烷)，以重量份计1-2；

上述涂料中所述溶剂是Texanol酯醇(2，2，4-三甲基-1.3戊二醇单异丁酸酯)；所述树脂是甲基丙烯酸酯；所述玻璃填料是由氧化钡BaO、氧化硼B₂O₃、氧化锌ZnO、氧化钠Na₂O及氧化钾K₂O其中一种或多种经熔化粉碎而制成的颗粒体，其粒径小于10μm；所述活性成份是2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗啉基-1-丙酮；所述分散剂是BYK410、BYK171、BYK180、BYK140、BYK2025中的一种或者多种。

本发明的耐溶剂电子纸微杯的制备方法是光刻法，其制备过程是配制上述光刻型涂料、涂布于预处理的基材上、预烘、加掩膜紫外光下曝光、用显影液显影、二次曝光(柔性基底)或者高温烧结(刚性基材)、烘干即得所需的耐溶剂电子纸微杯结构。

该方法包括以下步骤：

1)基材预处理工艺：将刚性或柔性基材在处理液中冲洗、超声、干燥，得到表面清洁干净的刚性或柔性基材；所用的处理液是去离子水、异丙醇、丙酮、乙醇中的一种或多种；

2)将光刻型纸微杯涂料经过研磨辊轧后涂覆于基材上；其涂覆方法可以是喷墨、滚涂、旋涂、印刷、狭缝涂布等方法；

3)预烘工艺：将步骤2)得到的表面带有电子纸微杯材料的基材在温度为90-100℃下烘烤8-30分钟(根据涂覆方式和涂料固含量差异，单层涂覆厚度为5-20μm，可根据对微杯具体厚度要求重复步骤2及步骤3，调整厚度至所需值；

4)掩膜曝光工艺：在步骤3的得到的基材的电子纸微杯材料上加带有图案的掩膜，在紫外灯下曝光一定时间；所用的紫外灯是高压贡灯、低压贡灯中的一种，曝光量为50-500mJ/cm²；

5)显影工艺：在显影液中对步骤4)曝光后带有电子纸微杯材料的基材进行显影：所用的显影液为碳酸钠水溶液，其浓度为0.2-2wt％，显影时间是10-30秒，在基材上得到电子纸微杯结构；

6)固化工艺：如果是柔性基材，对图形进行无掩膜二次曝光，之后进行干燥70-130℃，使图形固化充分；对于刚性基材，将图形进行高温烧结(500-600℃保温20min)，使微杯图形同基材结合充分，强度也得以充分提高。

所述的基材可以是刚性基材：硅基材、玻璃基材；或柔性基材：聚对苯二甲酸乙二醇醋(PET)基材、聚氯乙烯(PVC)基材或聚碳酸酶(PC)基材中的任意一种。

本发明所用的方法简单、设备低廉：采用光固化与普通光刻技术，适用于多种基材，如普通玻璃、石英玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇醋(PET)薄膜；只需紫外光源和掩膜版等普通光刻设备，即可实现微杯结构，便于大规模生产；另外在使用刚性基材时在光刻胶中添加玻璃填料，通过高温烧结，由此制作的微杯可以同下方基材粘合牢固，同时该微杯结构亦不会同溶解性强的电泳液发生反应。该方法简单易行，成本低廉。

附图说明

图1是曝光显影步骤示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例，对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

光刻型电子纸微杯材料的配制采用如下过程：取玻璃粉氧化钡(BaO)50克倒入研钵中，加入Texanol酯醇(2，2，4-三甲基-1.3戊二醇单异丁酸酯)20g，甲基丙烯酸甲酯树脂25克，活性成份光引发剂2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗啉基-1-丙酮3g，分散剂BYK2025 2g，研磨5-15分钟。

上述玻璃粉可以是经熔化粉碎而制成的颗粒体，其粒径小于10μm的玻璃粉，还可以是采用经直接购得的玻璃粉制备。下同。

应用上述光刻型微杯材料制作微杯图形的方法如下过程：

1)将聚对苯二甲酸乙二醇醋(PET)基材用去离子水清洗后低温烘干(60℃烘烤10min)；

2)以丝网印刷方式先将上述微杯材料印制涂覆于有电极图形的基板上；

3)经过100℃烘烤20分钟，使涂覆层固化成膜，厚度为15μm；

4)以紫外灯高压贡灯激发产生紫外灯，并配合所需掩膜进行曝光，曝光量为70mJ/cm²，使所需图形区域进行光反应化学链接；

5)采用质量分数为0.4％的碳酸钠溶液进行显影，显影时间为15s，显影压力1.5kgf/cm²；

6)将步骤5)作出的微杯图形无掩膜遮挡放置紫外灯高压贡灯下进行二次曝光，曝光量为500mJ/cm²，使微杯图形同基材结合充分，强度也得以充分提高；

7)将步骤6制作出的图形进行热固化，120℃烘烤20min。

上述即可得到柔性基底上光刻出的微杯图形。

实施例2

光刻型电子纸微杯材料的配制采用如下过程：取玻璃粉氧化硼(B₂O₃)22克倒入研钵中，加入Texanol酯醇(2，2，4-三甲基-1.3戊二醇单异丁酸酯)30g，甲基丙烯酸甲酯树脂40克，活性成份光引发剂2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗啉基-1-丙酮4g，分散剂BYK140 4g，研磨5-15分钟。

应用上述光刻型微杯材料制作微杯图形的方法如下过程：

1)玻璃基材用清水超声后采用异丙醇清洗；

2)以喷墨方式先将上述微杯材料印制涂覆于有电极图形的基板上；

3)经过90℃烘烤30分钟，使涂覆层固化成膜，厚度为10μm；

4)在烘烤成膜的板上继续喷墨一层微杯材料；

5)再次100℃烘烤20分钟使第二层烘烤成膜，两层厚度为15-30μm；

6)以紫外灯低压贡灯激发产生紫外灯，并配合所需掩膜进行曝光，曝光量为150mJ/cm²，使所需图形区域进行光反应化学链接；

7)采用质量分数为0.4％的碳酸钠溶液进行显影，显影时间为30s，显影压力1.5kgf/cm²；

8)将步骤7制作出的微杯图形进行高温烧结(570℃保温20min)。

上述即可得到刚性基底上光刻出的微杯图形。

实施例3

光刻型电子纸微杯材料的配制采用如下过程：取玻璃粉氧化锌(Zn0)56克倒入研钵中，加入Texanol酯醇(2，2，4-三甲基-1.3戊二醇单异丁酸酯)10g，甲基丙烯酸甲酯树脂15克，活性成份光引发剂2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗啉基-1-丙酮4g，分散剂BYK180 2g，消泡剂二甲基聚硅氧烷2g，研磨5-15分钟。

应用上述光刻型微杯材料制作微杯图形的方法如下过程：

1)玻璃基材用清水超声后采用丙酮清洗；

2)以滚涂方式先将上述微杯材料印制涂覆于有电极图形的基板上；

3)经过100℃烘烤8分钟，使涂覆层固化成膜，厚度为5μm；

4)在烘烤成膜的板上继续滚涂一层微杯材料；

6)以紫外灯高压贡灯激发产生紫外灯，并配合所需掩膜进行曝光，曝光量为150mJ/cm²，使所需图形区域进行光反应化学链接；

8)将步骤7制作出的微杯图形进行高温烧结(500℃保温20min)。

上述即可得到刚性基底上光刻出的微杯图形。

实施例4

光刻型电子纸微杯材料的配制采用如下过程：取玻璃粉氧化钠(Na₂O)70克倒入研钵中，加入Texanol酯醇(2，2，4-三甲基-1.3戊二醇单异丁酸酯)30g，甲基丙烯酸甲酯树脂15克，活性成份光引发剂2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗啉基-1-丙酮3g，分散剂BYK171 1g，消泡剂二甲基聚硅氧烷1g，研磨5-15分钟。

应用上述光刻型微杯材料制作微杯图形的方法如下过程：

1)硅基材用清水超声后采用乙醇清洗；

2)以旋涂方式先将上述微杯材料印制涂覆于有电极图形的基板上；

3)经过100℃烘烤30分钟，使涂覆层固化成膜，厚度为20μm；

4)在烘烤成膜的板上继续旋涂一层微杯材料；

6)以紫外灯低压贡灯激发产生紫外灯，并配合所需掩膜进行曝光，曝光量为50mJ/cm²，使所需图形区域进行光反应化学链接；

7)采用质量分数为0.2％的碳酸钠溶液进行显影，显影时间为10s，显影压力1.5kgf/cm²；

8)将步骤7制作出的微杯图形进行高温烧结(600℃保温20min)。

上述即可得到刚性基底上光刻出的微杯图形。

实施例5

光刻型电子纸微杯材料的配制采用如下过程：取玻璃粉氧化钾(K₂O)20克倒入研钵中，加入Texanol酯醇(2，2，4-三甲基-1.3戊二醇单异丁酸酯)30g，甲基丙烯酸甲酯树脂40克，活性成份光引发剂2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗啉基-1-丙酮6g，分散剂BYK410 2g，消泡剂二甲基聚硅氧烷2g，研磨5-15分钟。

应用上述光刻型微杯材料制作微杯图形的方法如下过程：

1)聚氯乙烯(PVC)基材用清水超声后采用去离子水清洗；

2)以狭缝涂布方式先将上述微杯材料印制涂覆于有电极图形的基板上；

3)经过100℃烘烤20分钟，使涂覆层固化成膜，厚度为10μm；

4)在烘烤成膜的板上继续狭缝涂布一层微杯材料；

7)采用质量分数为2％的碳酸钠溶液进行显影，显影时间为10s，显影压力1.5kgf/cm²；

8)将步骤7)作出的微杯图形无掩膜遮挡放置紫外灯高压贡灯下进行二次曝光，曝光量为500mJ/cm²。

9)将步骤8制作出的微杯图形进行130℃干燥，并保温20min

上述即可得到柔性基底上光刻出的微杯图形。

实施例6

光刻型电子纸微杯材料的配制采用如下过程：取玻璃粉氧化锌(ZnO)与氧化钾(K₂O)经熔化粉碎而制成的颗粒体50克倒入研钵中，颗粒体粒径小于10μm，然后加入Texanol酯醇(2，2，4-三甲基-1.3戊二醇单异丁酸酯)20g，甲基丙烯酸甲酯树脂21克，活性成份光引发剂2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗啉基-1-丙酮4g，分散剂BYK140与BYK20252g，消泡剂二甲基聚硅氧烷2g，研磨5-15分钟。

应用上述光刻型微杯材料制作微杯图形的方法如下过程：

1)聚碳酸酶(PC)基材用清水超声后采用去离子水清洗；

3)经过100℃烘烤20分钟，使涂覆层固化成膜，厚度为10μm；

4)在烘烤成膜的板上继续印刷一层微杯材料；

6)以紫外灯低压汞灯激发产生紫外灯，并配合所需掩膜进行曝光，曝光量为500mJ/cm²，使所需图形区域进行光反应化学链接；

9)将步骤7制作出的微杯图形进行70℃干燥并保温20min；

上述即可得到柔性基底上光刻出的微杯图形。

实施例7

光刻型电子纸微杯材料的配制采用如下过程：取玻璃粉氧化钡(BaO)与氧化硼(B₂O₃)经熔化粉碎而制成的颗粒体40克倒入研钵中，颗粒体粒径小于10μm，然后加入Texanol酯醇(2，2，4-三甲基-1.3戊二醇单异丁酸酯)25g，甲基丙烯酸甲酯树脂25克，活性成份光引发剂2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗啉基-1-丙酮6g，分散剂BYK410与BYK180 2g，消泡剂二甲基聚硅氧烷2g，研磨5-15分钟。

应用上述光刻型微杯材料制作微杯图形的方法如下过程：

1)玻璃基材用丙酮超声后采用异丙醇清洗；

3)经过100℃烘烤20分钟，使涂覆层固化成膜，厚度为10μm；

4)在烘烤成膜的板上继续印刷一层微杯材料；

6)以紫外灯低压汞灯激发产生紫外灯，并配合所需掩膜进行曝光，曝光量为150mJ/cm²，使所需图形区域进行光反应化学链接；

8)将步骤7制作出的微杯图形进行高温烧结(570℃保温20min)。

上述即可得到刚性基底上光刻出的微杯图形。

实施例8

光刻型电子纸微杯材料的配制采用如下过程：取玻璃粉氧化锌(ZnO)与氧化钠(Na₂O)及氧化钡(BaO)经熔化粉碎而制成的颗粒体60克倒入研钵中，颗粒体粒径小于10μm，然后加入Texanol酯醇(2，2，4-三甲基-1.3戊二醇单异丁酸酯)17g，甲基丙烯酸甲酯树脂15克，活性成份光引发剂2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗啉基-1-丙酮4g，分散剂BYK171与BYK2025及BYK1802g，消泡剂二甲基聚硅氧烷2g，研磨5-15分钟。

应用上述光刻型微杯材料制作微杯图形的方法如下过程：

1)I玻璃基材用清水超声后采用去离子水清洗；

3)经过100℃烘烤20分钟，使涂覆层固化成膜，厚度为10μm；

4)在烘烤成膜的板上继续印刷一层微杯材料；

6)以紫外灯高压汞灯激发产生紫外灯，并配合所需掩膜进行曝光，曝光量为150mJ/cm²，使所需图形区域进行光反应化学链接；

8)将步骤7制作出的微杯图形进行高温烧结(570℃保温20min)。

上述即可得到刚性基底上光刻出的微杯图形。

本发明步骤3)中根据涂覆方式和涂料固含量差异，单层涂覆厚度为5-20μm，根据对微杯具体厚度要求重复步骤2及步骤3，调整厚度至所需值。

本发明光刻型微杯材料制作微杯图形的方法参见图1所示，在经过清洗后的基材2上，将上述感光材料涂覆膜1印制涂覆于有电极图形的基板上；将上述基板烘干后，采用掩膜版覆盖上述基板，在紫外光3的辐射下曝光部分形成图形5；用显影液显影后留下在紫外光作用下发生交联的图形6，即所需微杯图形。

本发明采用了光刻法制作微杯图形的方法，并在感光浆料中添加玻璃填料，使得在刚性基材上制作微杯时可采用高温烧结的方法(步骤8)，能够使微杯图形和基材充分粘合，并且不易受其它工艺和材料的影响。

本发明制作的微杯结构坚固强韧，可以承受重压；并且制作成本低、制模工艺简单。在含有四氯乙烯的电泳液体系里亦不会同溶解性强的电泳液发生反应。该方法简单易行，成本低廉。

Claims

1.一种电子纸微杯的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤:

1)基材预处理工艺:将刚性或柔性基材在处理液中冲洗、超声、干燥，得到表面清洁干净的刚性或柔性基材；所用的处理液是去离子水、异丙醇、丙酮、乙醇中的一种或多种；

2)将电子纸微杯涂料经过研磨辊轧后涂覆于基材上；其涂覆方法是喷墨、滚涂、旋涂、印刷、狭缝涂布方法；

3)预烘工艺:将步骤2)得到的表面带有电子纸微杯涂料的基材在温度为90-100℃下烘烤8-30分钟，单层涂覆厚度为5-20μm；

4)掩膜曝光工艺:在步骤3）得到的基材的电子纸微杯涂料上加带有图案的掩膜，在紫外灯下曝光；所用的紫外灯是高压贡灯、低压贡灯中的一种，曝光量为50-500mJ/cm²；

5)显影工艺:在显影液中对步骤4)曝光后带有电子纸微杯涂料的基材进行显影:所用的显影液为碳酸钠水溶液，其浓度为0.2-2wt%，显影时间是10-30秒，在基材上得到电子纸微杯结构；

6)固化工艺：如果是柔性基材，对图形进行无掩膜二次曝光之后进行70-130℃干燥，使得图形固化充分；如果是刚性基材，将图形进行高温500-600℃烧结，并保温20min；

所述电子纸微杯的涂料按照以下述重量份数计包括：

上述涂料中还进一步包含一种消泡剂二甲基聚硅氧烷，以重量份计1-2；

上述涂料中所述溶剂是Texanol酯醇（2,2,4-三甲基-1.3戊二醇单异丁酸酯）；

所述树脂是甲基丙烯酸酯；

所述玻璃填料是由氧化钡BaO、氧化硼B₂O₃、氧化锌ZnO、氧化钠Na₂O及氧化钾K₂O其中一种或多种经熔化粉碎而制成的颗粒体，其粒径小于10μm；

所述活性成份是2-甲基-1-[4-甲硫基苯基]-2-吗啉基-1-丙酮；

上述涂料中所述分散剂是BYK410、BYK171、BYK180、BYK140、BYK2025中的一种或者多种。

2.根据权利要求1所述的一种电子纸微杯的制备方法，其特征在于：所述的基材是刚性基材：硅基材、玻璃基材，或柔性基材：聚对苯二甲酸乙二醇酯PET基材、聚氯乙烯PVC基材或聚碳酸酯PC基材中的任一种。