3 Электрофоретические дисплеи (EPD)
В последние несколько десятилетий, большое внимание было уделено EPD по сравнению с обычной бумагой из-за их низкой стоимости, малого веса,низкое потребление энергииEPD - это отражающие дисплеи, которые действуют на основе миграции заряженных частиц подвески вдиэлектрическая жидкостьк противоположно заряженному электроду и это известно какэлектрофорез [20,25,26](Рисунок 4В последнее время многие дисплеи появились на рынке через такие компании, как Amazon Kindle, Hanvon и OED Technologies.Две крупные компании в этой области - SiPix и E-Ink, которые уже были объединены.Технология SiPix состоит из микрозакрытий из пластика.электрофоретический дисплей, который очень тонкий, легкий и производится процессом "roll-to-roll" (Рисунок 5)[27]Свойства электрофоретического дисплея и электронного чернила подробно описаны ниже.
3.1 Функция электрофоретических дисплеев (EPD)
Так называемый принцип электрофореза относится к движению подвешенных заряженных частиц вжидкость для суспензииКогда электрическое поле между электродами используется в ячейке,частицы мигрируют по отношению к электрическому заряду, а жидкость в суспензии остается стабильной.[20,28,29]Поэтому электрофоретические частицы являются одним из основных компонентов EPD.под воздействием электрического поля E и суспендирован в электрофоретической жидкости, находится под влиянием четырех сил: электрической, плавучей, гравитационной и тормозной.вискозные силы, поскольку он перемещается между бивалентным электродом и противоположным полюсом[30]Уравнение Гельмгольца-Смолуховского[3](рав.(1)В этом уравнении термины ε, ξЕП, Еxи μ - этодиэлектрическийконстанты жидкости,потенциал зэтычастицы,применяемое электрическое полеи мобильность частицы, соответственно.ЕПЭлектрофорез приводит к движению заряженных частиц через стационарный раствор.вязкостьтранспортной среды и ее диэлектрического поведения, размера и плотности заряда черно-белых частиц,толщина оболочки микрокапсулы и ее диэлектрический уровень могут влиять на функцию и производительность EPDОдин из способов сделать частицы неустойчивыми в жидкой среде - это компенсировать гравитацию между растворителем дисперсии и частицами и, как следствие, уменьшить осаждение.Продукция.
В общем, ЭПД, содержащие цветные суспензии или рассеянные заряженные частицы, вдиэлектрическая средасоздавать контрастные цвета в ячейке с двумя проводящими, прозрачными и параллельными электродами, которые были помещены на определенном расстоянии около микрона.
Начиная с 1960 года, EPDs (EPDs) были разработаны как тип отражающего дисплея.Эта технология имеет многочисленные преимущества, такие как широкий угол обзора и высокие коэффициенты контраста, которые похожи на печатные бумагиEPD является первым и основным выбором для создания электронной бумаги.Агломерация и агрегация являются одними из серьезных проблем, которые ограничивают его применение в промышленности..
3.2 Эффективные параметры качества изображения экрана EPD с чернилами E
Свойства электрофоретических частиц являются ключевыми для определения качества изображения.большой поверхностный заряд для точного создания и управления изображениями, высокий контрастный коэффициент, быстрый ответ наприменяемое напряжение, прозрачность, используемая в оболочке, светостойкость и стабильная дисперсия чернил и другие параметры.морфология поверхности, поверхностные заряды и особая стабильность[32?? 34]Таким образом, для характеристики микрокапсул E Ink используются различные инструментальные методы, включая ультрафиолетовую видимую спектроскопию (UVV), оптическую микроскопию изображений,Трансформированная инфракрасная спектроскопия Фурье(FTIR), сканирующий электронный микроскоп (SEM), зета-потенциал, динамическое рассеивание света (DLS) и электрофоретическая клетка были использованы[34?? 41].
Как уже упоминалось ранее, пространственная стабильность электрофоретических частиц является ключевым фактором в определении качества изображения, которое определяется из измерения зета-потенциала.Зета-потенциал является фактором потенциальной стабильности коллоидных системЕсли все частицы в суспензии имеют положительный или отрицательный заряд, частицы имеют тенденцию отталкивать друг друга и не проявляют тенденции к интеграции.Склонность частиц с аналогичным зарядом отталкивать друг друга напрямую связана с зета-потенциаломВ целом, стабильные и нестабильные границы суспензии могут определяться зета-потенциалом.Суспензии, содержащие частицы с потенциалом зиты более 30 мВ или менее -30 мВ, считаются стабильными.[40].
Также цветные дисплеи могут быть подготовлены с использованием цветных красителей илиорганические пигментыкак окрашенный электрофоретикнаночастицыКраситель или пигмент в электронной чернице должны иметь хороший блеск, цветпрочностьи отличные характеристики при свете, тепле исопротивление растворителямкоторые могут предложить большой потенциал для более широкого спектра применений[43?? 45]Хорошая электронная чернила в EPD может достичь долгосрочной стабильности суспензии и более высокого поверхностного заряда в электрофоретической суспензии[37,46,47]Некоторые из наночастиц были даже модифицированы некоторыми модификаторами, такими какполиэтилен [34,46,48,49]и октадециламина[32,50,51]Для точного контроля изображения и быстрого ответа наприменяемое электрическое поле, частицы должны иметь высокий поверхностный заряд таким образом, что подвижность находится в пределах 10-5¥10-6см2/Vs, разница плотности с растворителем менее 0,5 г/см3и соответствующий диаметр около 190 ‰ 500 нмПродукты из других металлов.
3.3 Электронная чернила (E Ink) или электрофоретическая чернила
E Ink является прямым результатом интеграции химии, физики и электроники.Состав чернил E для EPD содержит частицы электрофореза, такие как заряженный цветный материал или микрокапсулы, которые диспергируются в диэлектрической среде, и средство контроля заряда[22?? 24]Основываясь на устройстве и вышеупомянутом принципе работы, важными материалами этой технологии являются цветные частицы (красители/пигменты), оболочка микрокапсулы,изолирующее масло и средства контроля заряда и стабилизаторыВ следующих разделах разъясняется каждая из этих составляющих.
3.3.1 Красители/пигменты в виде цветных частиц для ядра
Как уже упоминалось ранее, цветные частицы нано-микрометрового размера являются ключевыми материалами для оценки функций электрофоретов.;уменьшить количество осаждения, плотность должна быть конкретно совместима с суспензионным растворителем, растворимость в растворителе должна быть достаточно низкой,яркость должна быть высокой, чтобы обеспечить эффективные оптические характеристики, поверхность должна быть легко заряжаемой, чтобы обеспечить серийное производство, требуется, чтобы пигменты были должным образом стабильными и также могли быть легко очищены.Необходимо избегать поглощения частиц на поверхности капсулы или в пикселе в случае их инкапсулирования в микрокапсулы или пиксели.Материалы различных типов были исследованы для применения в EPD[9,53?? 61]- Я не знаю.2 [38,62], углеродный черныйПродукты питания, SiO2 [63]Ал.2О3 [58], желтый пигмент[34,64], красный пигмент[32,65]Толуидиновые красные, фталоцианиновые синие и магниевые фиолетовые - это неорганические материалы, которые привлекли большое внимание в исследованиях.[66?? 69]и фталоцианин зеленый[51,70]В целом, красители/пигментынанометрразмер рассеиваются в растворе в исходном состоянии, затем покрывают полимерными материалами, чтобы сформировать структуру ядра-коры.Ацетил-группы или галогены являются типичными органическими материалами длинной цепи, подходящими в качестве оболочек из-за ихводородные связиДоступность в природе, а также высокая яркость - причины, по которым устройства EPD давно изготавливаются черными и белыми частицами, сделанными из черного углерода и титанового диоксида соответственно.Поскольку оба материала являются проводящими., желаемые требования достигаются посредствомполимеры покрытияна них[70].
В качестве изображения из-за контраста очень важны свойства белого пигмента.2как распространенный белый пигмент из-за его белости и отличных оптических и отражательных свойств.Наиболее важная проблема этого пигмента заключается в его нестабильности в суспензии из-за его высокой плотностиЗа последнее десятилетие исследователи интенсивно пытались решить эту проблему, предлагая решения, такие как полые наночастицы TiO2 [72], TiO2модифицированный с модификатором[62,73]и TiO2покрытые полимером[22,43,74]Впервые Comiskey et al. сообщают о микрокапсулах E Ink с белыми частицами, рассредоточенными в синей жидкости, которая была приготовлена с помощьюполимеризация in situТитановый диоксид судельный вес4,2 была использована для отражения и высокой чистоты цвета как белая частица[75]Полиэтилен использовался в качестве покрытия на диоксиде титана для уменьшения удельного веса и в качестве поверхностной модификации частиц для реагирования на наложенное электрическое поле.,- Да.Время ответапоказал 0,1 с. Как показано вРисунок 6(a) когда микрокапсулированная электрофоретическая частица помещается между двумя электродами с противоположными зарядами,заряженные частицы ориентируются путем применения тока, который в противном случае ориентируется к электроду с противоположным зарядомВ этом случае, когда наблюдатель смотрит на частицу сверху, он видит белый фон с отрицательным зарядом в окрестностяхположительный электродКроме того, в части (b) показана фотомикрография оригинальных образцов электрофоретических микрокапсул, встроенных в электрическое поле.[75].
Янг и др. модифицировали частицы диоксида титана винилтриэтоксизиланом (VTES) методом Sol-Gel путем присаждения потоковых групп на TiO2частицы на поверхности.2частицы обладают отличными свойствами в темной среде для контраста и широко используются в качестве белых электрофоретических частиц при производстве чернил E.поскольку эта частица имеет высокую плотность, агрессия Ван дер Ваальса недостаточна и приводит к агрегации, быстрому осаждению и показывает медленный ответ на электрическое поле.Проведены обширные исследования по модификации поверхностиВ этом исследовании результаты всего FTIR подтвердили новые пики в 560 и 670 см.-1длины волны из-за вибраций растяжения и две вершины с 12,020 и 1120 см−1Таким образом, было показано, что VTES также присаживается к TiO.2Измененный размер частиц был зарегистрирован в диапазоне 100~200 нм с очень узким распределением.[37]В последнее время использованиенаночастицы кремниябыло зарегистрировано время отклика 180 ≈ 191 мс в прототипеэлектрофоретический дисплей [30]В настоящее время продукты EPDs могут показывать 16 Gy уровней белого цвета с черным цветами с 260 ≈ 300 мс и 1000 мс как время отклика и время обновления соответственно[5]Несмотря на то, что белые пигменты коммерциализируются, по-прежнему существует необходимость улучшения их свойств пространственно быстрого ответа на электрическое поле.
Полноцветный дисплей может быть разработан путем разделения каждого из элементов изображения на черно-белые EPD и размещения горизонтальных цветовых фильтров как RGB (красный, зеленый, синий) и CMY (синий, красный,жёлтые) массивы[76]Однако цветный фильтр поглощает большое количество отраженного света, что приводит к низкому контрасту и яркости.Исследования были сосредоточены на подготовке трехцветных электрофоретических частиц для цветных дисплеев (CEPD)Включенный краситель и модифицированный пигмент используются для синтеза электрофоретических частиц.Приготовление цветного чернил было получено путем помещения цветного материала в полимеры, такие как:полистирол, поли (Н-винилпиролидон), поли (метилметакрилат) и некоторые другиесополимеры [23-24]Однако некоторые недостатки, такие как низкая видимость и слабая светоустойчивость, ограничивают использование красителей в CEPD.лучшая стабильность и более высокая прочность цвета показывают более высокую пригодность для CEPD[77]Для приготовления нанесенных красителей в CEPD были использованы многочисленные методы, которые перечислены в следующих разделах.
3.3.2 Материалы оболочки для окружающего цветного материала
В этой технологии микрокапсулы или микропиксели состоят изэлектрофоретический дисплейКлючевая роль оболочки в электрофоретическом дисплее заключается в том, чтобы инкапсулировать цветные частицы, а также среду.Он не только должен иметь хорошую прозрачность и низкий уровень проводимости, но также должен быть совместим с материалами внутри него.Еще одна спецификация - это способМеханическая устойчивостьпри сохранении гибкости в то же время.органические полимерытакие как полиамин,полиуретан,полисульфоны, полиэтиленовая кислота, целлюлоза, желатин, арабская резинка и т.д. считаются наиболее подходящими вариантами.[32,55, 78-87]В зависимости от выбранных материалов, для изготовления микрокапсул были использованы различные методы, включая полимеризацию формальдегида и мочевины in situ для образования мочевино-формальдегидной смолы.[3,28,82,88]и комбинированное свертывание желатина и арабской жвачки с образованиемкомпозитная пленка [79,89,90].