3 Elektrophoretische Anzeigen (EPD)
In den letzten Jahrzehnten wurde dem EPDs über normales Papier aufgrund ihres geringen Kostenes, des niedrigen Gewichts viel Aufmerksamkeit geschenkt.Niedriger Stromverbrauchund Sicherheit. EPDs sind reflektierende Anzeigen, die auf der Migration von geladenen Suspensionspartikeln in der handelnDielektrikumflüssigkeitin Richtung der entgegengesetzt geladenen Elektrode und dies wird als bezeichnet alsElektrophorese [20,25,26](Abb. 4). In jüngster Zeit haben viele Displays über Unternehmen wie Amazon Kindle, Hanvon und OED Technologies auf den Markt gebracht. Zwei große Unternehmen in diesem Bereich sind Sipix und E-InK, die bereits zusammengeführt wurden, aber diese beiden Technologien sind unterschiedlich. Die Sipix -Technologie besteht aus Mikrokaps von Kunststoffelektrophoretische Anzeige, was sehr dünn, leicht und durch den Roll-to-Roll-Prozess erzeugt wird (Prozess (Abb. 5)[27]. Die Eigenschaften der elektrophoretischen Anzeige und der elektronischen Tinte werden im Folgenden ausführlich erläutert.
3.1 EPD -Funktion (Elektrophoretische Anzeigen)
Das sogenannte Elektrophorese-Prinzip bezieht sich auf die Bewegung von suspendierten geladenen Partikeln in aFederungsflüssigkeitunter dem Einfluss eines DC -elektrischen Feldes. Immer wenn das elektrische Feld zwischen den Elektroden in einer Zelle verwendet wird, wandern die Partikel in Bezug auf die elektrische Ladung und die Suspensionsflüssigkeit bleibt stabil[20,28,29]. Daher sind elektrophoretische Partikel eine der Hauptkomponenten von EPDs. Im Allgemeinen steht ein kugelförmiger Teilchen mit einer Ladung 'q' unter einem elektrischen Feld 'E' und in einer elektrophoretischen Flüssigkeit aufViskose Kräfte, wie es sich zwischen der bivalenten Elektrode und dem gegenüberliegenden Pol bewegt[30]. Die Helmholtz-Smoluchowski-Gleichung[3](Gl.(1)) wird verwendet, um die elektrophoretische Geschwindigkeit (U) eines geladenen Teilchens zu beschreiben. In dieser Gleichung die Begriffe ε, ξEP, EXund μ sind dieDielektrikumKonstante der Flüssigkeit, dieZeta -Potenzialdes Teilchens, dieangewendetes elektrisches Feldund die Mobilität des Teilchens. Das elektrophoretische Zeta -Potential (ξEP) ist ein Merkmal des geladenen Teilchens. Die Elektrophorese führt zur Bewegung geladener Partikel durch eine stationäre Lösung. Verschiedene Parameter einschließlich derViskositätdes Transportmediums und des dielektrischen Verhaltens, der Größe und der Ladungsdichte der schwarzen und weißen Partikel können die Dicke der Mikrokapsel und der dielektrischen Niveau die Funktion und die Leistungen der EPD beeinflussen. Eine Möglichkeit, die Partikel im flüssigen Medium instabil zu machen[31].
Im Allgemeinen enthält EPDs, die Farbsuspensionen oder dispergierte geladene Partikel in a enthaltendielektrisches MediumErstellen Sie kontrastierende Farben in einer Zelle mit zwei leitenden, transparenten und parallelen Elektroden, die in einem bestimmten Abstand von etwa einem Mikron platziert wurden.
Seit 1960 wurden die EPDs (EPDs) als eine Art reflektierender Anzeige entwickelt. Ihre Bilder können wiederholt elektrisch geschrieben oder gelöscht werden. Diese Technologie hat zahlreiche Vorteile wie weiten Betrachtungswinkel und hohe Kontrastverhältnisse, die den gedruckten Papieren ähneln. Die EPD ist die erste und grundlegende Wahl, um elektronische Papiere zu treffen. Die Fähigkeit, die Bildqualität und Langlebigkeit von Partikelclustering, Agglomeration und Aggregation zu gewährleisten, sind jedoch einige schwerwiegende Probleme, die ihre Anwendungen in der Branche einschränken.
3.2 Effektive Parameter in der Bildqualität der EPD -Anzeige mit E -Tinte
Die Eigenschaften elektrophoretischer Partikel sind der Schlüssel zur Bestimmung der Bildqualität. Die verbesserte Bildqualität erfordert eine sehr kleine Partikelgröße mit einer schmalen Größenverteilung, einer großen Oberflächenladung, um die Bilder genau zu erzeugen und zu steuern, ein hohes Kontrastverhältnis, schnelle Reaktion auf dieangelegte Spannung, Transparenz in der Hülle, der leichten Stabilität und der stabilen Dispersion von Tinten und anderen Parametern. Folglich haben mehrere Forscher die Wirkung modifizierter Partikel untersucht,OberflächenmorphologieOberflächenladungen und besondere Stabilität[32–34]. Somit zur Charakterisierung von E -Tintenmikrokapseln, verschiedenen instrumentellen Techniken, einschließlich ultraviolett -sichtbarer Spektroskopie (UV -Vis), optische Bildmikroskopie,Fourier transformierte Infrarotspektroskopie(FTIR), Rasterelektronenmikroskop (SEM), Zeta -Potential, dynamische Lichtstreuung (DLS) und elektrophoretische Zelle wurden verwendet[34–41].
Wie bereits erwähnt, ist die räumliche Stabilität elektrophoretischer Partikel ein Schlüsselfaktor bei der Bestimmung der Bildqualität, die aus der Messung des Zeta -Potentials angegeben ist. Tatsächlich ist Zeta -Potential ein Faktor für die mögliche Stabilität kolloidaler Systeme. Wenn alle Partikel in der Suspension eine positive oder negative Ladung haben, neigen die Partikel dazu, sich gegenseitig abzuwehren und keine Tendenz zu integrieren. Die Tendenz von Partikeln mit ähnlicher Ladung, sich gegenseitig abzuwehren, hängt direkt mit dem Zeta -Potential zusammen. Im Allgemeinen kann ein stabiler und instabiler Rand der Suspension durch Zeta -Potential bestimmt werden. Suspensionen, die Partikel mit Zeta -Potential von mehr als 30 mV oder weniger als –30 mV enthalten, gelten als stabil[42].
Außerdem können farbige Displays mit farbigen Farbstoffen vorbereitet werden oderorganische Pigmenteals farbig elektrophoretischNanopartikel. Farbstoff oder Pigment in elektronischer Tinte sollte eine gute Brillanz haben, FarbeStärkeund ausgezeichnete Leistung mit Licht, Hitze undLösungsmittelresistenzDies kann ein großes Potenzial bieten, für eine breitere Reihe von Anwendungen vorgeschlagen zu werden[43–45]. Eine gute elektronische Tinte im EPD[37,46,47]. Einige der Nanopartikel wurden sogar von einigen Modifikatoren wie z.Polyethylen [34,46,48,49]und Oktadecylamin[32,50,51]in EPDS -Anwendung. Für eine genaue Kontrolle des Bildes und eine schnelle Reaktion auf dieangewendetes elektrisches Feld, Die Partikel sollten eine hohe Oberflächenladung haben, so dass die Mobilität im Bereich von 10 liegt-5–10-6cm2/VS, der Dichteunterschied mit dem Lösungsmittel beträgt weniger als 0,5 g/cm3und der entsprechende Durchmesser beträgt ungefähr 190–500 nm[30,52].
3.3 Elektronische Tinte (E -Tinte) oder elektrophoretische Tinte
E Tinte ist ein direktes Ergebnis der Integration von Chemie, Physik und Elektronik. Die Zusammensetzung von E -Tinte für EPD enthält Elektrophorese -Partikel wie geladenes farbiges Material oder Mikrokapseln, die in einer dielektrischen Umgebung und des Ladungskontrollmittels dispergiert wurden[22–24]. Basierend auf dem Gerät und dem oben genannten Arbeitsprinzip umfassen die wichtigen Materialien dieser Technologie die farbigen Partikel (Farbstoffe/Pigmente), die Mikrokapselschale, das Isolationsöl und die Ladungskontrollmittel und Stabilisatoren. In den folgenden Abschnitten werden jede dieser Komponenten erläutert.
3.3.1 Farbstoffe/Pigmente als farbige Partikel für Kern
Wie bereits erwähnt, sind die farbigen Partikel des Nano bis zur Mikromessergröße die wichtigsten Materialien, um die Funktionen der elektrophoretischen Funktionen zu bewerten. Die Pigmente werden benötigt, um mehrere Anforderungen zu erfüllen. Verringern Sie die Sedimentationsmenge, die Dichte muss spezifisch mit dem Suspensionslösungsmittel kompatibel sein. Die Löslichkeit im Lösungsmittel muss niedrig genug sein. Die Helligkeit muss so hoch sein, dass die effektive optische Leistung sicherstellen muss. Die Oberfläche muss leicht geladen werden, um leicht aufgeladen zu werden, um die Massenproduktion leicht zu reinigen und auch leicht gereinigt zu werden. Die Absorption von Partikeln auf der Kapseloberfläche oder im Pixel muss im Falle ihrer Einkapselung in Mikrokapseln oder Pixel vermieden werden. Materialien verschiedener Typen wurden für EPD -Anwendungen untersucht[9,53–61]. Tio2 [38,62], Carbon Black[41], Sio2 [63], Al2O3 [58], gelbes Pigment[34,64], rotes Pigment[32,65], ironische Rot- und Magnesiumvolette sind die anorganischen Materialien, die in der Forschung viel Aufmerksamkeit erregt haben. Toluidinrot, Phthalocyaninblau[66–69]und Phthalocyaningrün[51,70]wurden auch als organische Partikel untersucht. Im Allgemeinen die Farbstoffe/Pigmente vonNanometerDie Größe wird in einer Lösung in den ursprünglichen Zuständen verteilt, gefolgt von Beschichtung mit polymeren Materialien, um eine Kernschalenstruktur zu bilden. Materialien mit Alkoxygruppe, Acetylgruppe oder Halogenen sind typische langkettige organische Materialien, die als Schalenmaterial geeignet sind, aufgrund ihrerWasserstoffbrückenbindungen. Verfügbarkeit in der Natur sowie hohe Helligkeit sind die Gründe, warum EPD -Geräte seit langem von schwarzen und weißen Partikeln aus schwarzem Kohlenstoff bzw. Titandioxid hergestellt werden. Da diese beiden Materialien leitfähig sind, werden die gewünschten Anforderungen durchBeschichtungspolymereauf sie[71].
In der Bildqualität aufgrund von Kontrast sind die Eigenschaften des weißen Pigments sehr wichtig. Meistens verwendeten Forscher Tio2Als gemeinsames weißes Pigment wegen seines Weißes und seiner exzellenten optischen und Reflexionseigenschaften. Das wichtigste Problem bei diesem Pigment ist die Instabilität der Suspension aufgrund seiner hohen Dichte. In den letzten zehn Jahren haben Forscher intensiv versucht, dieses Problem zu lösen, die Lösungen wie Hohlnanopartikel tio vorschlagen2 [72], Tio2mit Modifikator geändert[62,73]und Tio2mit Polymer beschichtet[22,43,74]. Zum ersten Mal haben Comiskey et al. MeldenIn -situ -PolymerisationMethode der Harnstoff und Formaldehyd. Titandioxid mit aSpezifische Schwerkraftvon 4,2 wurde zur Reflexion und zur hohen Farbreinheit als weißes Teilchen verwendet[75]. Das Polyethylen wurde als Beschichtung auf Titandioxid verwendet, um das spezifische Gewicht zu verringern und als Oberflächenmodifikation von Partikeln auf das angelegte elektrische Feld zu reagieren. In dieser Studie dieAnsprechzeitwurde als 0,1 s gemeldet. Wie inAbb. 6(a) Wenn ein mikroverkapselter elektrophoretischer Teilchen zwischen zwei Elektroden mit entgegengesetzten Ladungen platziert wird, sind die geladenen Partikel durch Auftragen eines Stroms ausgerichtet, der, wenn sie anders auf die Elektrode ausgerichtet sind, mit entgegengesetzter Ladung ausgerichtet sind. In diesem Fall sieht er, wenn ein Betrachter das Teilchen von oben betrachtet, einen weißen Hintergrund mit negativer Ladung in der Nähe vonPositive Elektrode. Darüber hinaus zeigt Teil (b) das Photomikrograph der ursprünglichen Beispiele der elektrophoretischen Mikrokapseln, die im elektrischen Feld eingebaut sind[75].
Yang et al. modifizierte die Titan-Dioxidpartikel mit Vinyl-Triethoxysilan (VTEs) durch Sol-Gel-Methode durch Durchflussgruppentransplantate am TIO2Partikeloberfläche. Tio2Partikel haben ausgezeichnete Eigenschaften in der dunklen Umgebung für Kontrast und werden als weiße elektrophoretische Partikel in der Herstellung von E -Tinte ausgiebig eingesetzt. Da dieses Teilchen jedoch eine hohe Dichte aufweist, reicht die Anziehungskraft von Van der Waals nicht aus und führt zu einer Aggregation, einer schnellen Sedimentation und zeigt eine langsame Reaktion auf das elektrische Feld. Daher wurden umfangreiche Untersuchungen zur Oberflächenmodifikation durchgeführt. In dieser Studie haben die Ergebnisse des gesamten FTIR neue Peaks in 560 und 670 cm bestätigt-1Wellenlängen aufgrund der Streckschwingungen und zwei Peaks mit 12.020 und 1120 cm–1Wellenlänge, die die dehnbaren Schwingungen von Si-O-Bindungen in VTEs darstellt. Somit wurde gezeigt, dass VTEs auch auf dem TIO gepfropft wurden2Oberfläche. Die Größe der modifizierten Partikel hat im Bereich von 100–200 nm mit sehr enger Verteilung berichtet[37]. Kürzlich die VerwendungKieselsäure -Nanopartikelwurde mit der Reaktionszeit von 180 bis 191 ms im Prototyp von berichtetelektrophoretische Anzeige [30]. Derzeit können die EPDS -Produkte 16 Gy -Level weiße bis schwarze Farben mit 260 bis 300 ms und 1000 ms als Reaktionszeit bzw. Aktualisierungszeit zeigen[5]. Trotz der Tatsache, dass weiße Pigmente kommerzialisiert werden, müssen ihre Eigenschaften immer noch schnell schnell auf elektrisches Feld reagieren.
Vollfarbige Anzeige kann entwickelt werden, indem jedes der Bildelemente in die Schwarzweiß-EPDs geteilt und horizontale farbige Filter als RGB (rot, grün, blau) und CMY (blau, rot, gelb) angeordnet werden[76]. Der farbige Filter absorbiert jedoch große Mengen reflektiertes Licht, was zu geringem Kontrast und Helligkeit führt. In jüngster Zeit konzentrierten sich Studien auf die Herstellung der dreifarbigen elektrophoretischen Partikel für Farbanzeigen (CEPD). Der eingekapselte Farbstoff und das modifizierte Pigment werden zur Synthese elektrophoretischer Partikel verwendet. Die Vorbereitung von farbiger Tinte wurde durch die Platzierung von farbigem Material in die Polymere wie z.Polystyrol, Poly (n Vinyl pyrrolidon), Poly (Methylmethacrylat) und einige andereCopolymere [23,24]. Einige Nachteile wie niedrige Sichtbarkeit und schlechte Lichtstabilität begrenzen jedoch die Verwendung von Farbstoffen im CEPD. Im Vergleich dazu zeigen organische Pigmente mit ultraleuchten Resistenz, besserer Stabilität und höherer Farbfestigkeit mehr Eignung für CEPD[77]. Zur Erstellung von angewandten Farbstoffen im CEPD, die in den folgenden Abschnitten aufgeführt sind, wurden zahlreiche Methoden eingesetzt.
3.3.2 Die Schalenmaterialien für umgebende farbige Materialien
In dieser Technologie bestehen Mikrokapseln oder Mikropixel aus demelektrophoretische AnzeigeGerät, bei dem sich die Schalenwand in ein Schlüsselmaterial verwandelt. Die Schlüsselrolle der Schale in der elektrophoretischen Anzeige besteht darin, sowohl die farbigen Partikel als auch das Medium zu verkapulieren. Zu diesem Zweck ist es nicht nur erforderlich, eine gute Transparenz und ein geringer Leitfähigkeitsniveau zu haben, sondern sollte auch mit den darin enthaltenen Materialien kompatibel sein. Eine andere Spezifikation ist die Art von Art vonmechanische Stabilitätwährend der Flexibilität in der gleichen Zeit aufrechterhalten. Somit,organische Polymerewie Polyamin,PolyurethanAnwesendPolysulfone, Polyethylensäure, Cellulose, Gelatine, arabischer Kaugummi usw. werden als die am besten geeigneten Entscheidungen angesehen[32,55,78-87]. Nach den ausgewählten Materialien wurden verschiedene Methoden zur Herstellung von Mikrokapseln angewendet, einschließlich der In-situ[3,28,82,88]und zusammengesetzte Koagulation von Gelatine und arabischem Kaugummi zu bildenzusammengesetzter Film [79,89,90].
3.3.3 Dielektrisches flüssiges Medium
In einem flüssigen Medium in den Mikrokapseln von fährt farbige Partikel in einem flüssigen Mediumelektrophoretische AnzeigeGeräte. Basierend auf den wichtigsten Anforderungen dieser Geräte sollte das Medium mehrere spezielle Spezifikationen darstellen, einschließlich thermischer und chemischer Stabilität, geeigneterIsolationseigenschaften(Dielektrizitätskonstante größer als 2), fast identischReflexionsvermögenund Dichte mit Partikeln sowie geringem Widerstand gegen ihren Transport und schließlich umweltfreundliche Natur. Anwendung verschiedener SingleBio -Lösungsmitteloder formulierte Lösungsmittel wie Alkylen, aromatische/aliphatische Kohlenwasserstoff, Oxosilan usw. können die oben genannten Anforderungen erfüllen[57,71,79,91,92]. Eine der am häufigsten verwendeten Methoden ist die Formulierung von 2-Phenylbutan-Tetrachlorethylen, Isopar L-Tetrachlorethylen und N-Haxan-Tetrachlorethylen. Das Mischen von fluorierten Lösungsmitteln und Kohlenwasserstoff mit hoher und niedriger Dichte ist eine häufige Möglichkeit für die ordnungsgemäße Einstellung der Dichte.Tabelle 1Zeigt einige Lösungsmittel an, die in der EPDS -Anwendung verwendet werden.