電子インク

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電子インクは、電界にさらされるとさまざまな色を表示できる特殊なタイプのインクです。これは、2トーンの荷電粒子を作成し、それらを透明なポリマーシェルにカプセル化するという2段階のプロセスで作成されます。得られたナノ粒子シェルは、インクが表面に塗布できるようになるまで溶媒に懸濁されます。 1990年代初頭に最初に開発された電子インクは、印刷業界に革命をもたらし、世界との関わり方を変える可能性さえあります。

背景

インクは何世紀にもわたって存在しており、アイデアを表示する目的で、紙のインクには電子ディスプレイに比べて多くの利点があります。紙は持ち運びが簡単で、いつでもどこでも読むことができます。電源を必要とせず、比較的耐久性があります。ただし、紙のインクには更新できないという欠点があります。電子インクは、従来の紙とインクの利点を維持しながら、更新と大容量のデータストレージという追加の利点を提供するように設計されています。

電子インクは、ほぼすべての表面にコーティングできる着色された液体であるという点で、従来のインクに似ています。液体に懸濁しているのは、小さなツートンカラーの高分子粒子を含む何百万ものマイクロカプセルです。粒子の片側は暗い色で、もう一方は対照的な明るい色です。磁石と同様に、粒子の暗い色の側は明るい色の側の電荷と反対の電荷を持っています。インクが電界にさらされると、電界の電荷に応じて、粒子が再配列します。暗い色の側面がすべて表面に引き付けられると、インクは暗く見えます。反対の電荷を加えると、明るい色の側面が正面を向き、表面が明るく見えます。必要に応じて白から黒、またはその逆に変更できるこの機能により、電子インクは非常に便利です。本やその他の表面が電子インクでコーティングされている場合、別の単語や写真を表示するように再プログラムすることができます。

印刷業界では、文字や画像を個別のドットまたはピクセルを使用して表示できることが長い間知られています。近くに配置できるピクセルが多いほど、画像の見栄えが良くなります。標準的な新聞では、1平方インチの領域で約300ピクセルが使用されます。電子インクが特定の量で表面にコーティングされると、これらの各ピクセルは、電界の適用方法に応じて明るくまたは暗くすることができます。印刷技術は、1平方インチあたり1,200ピクセルを超える電子インクで表面を覆うためにすでに利用可能です。この解像度により、電子インクはほとんどすべての印刷物に適しています。

電子インクディスプレイが機能する方法は、コンピューターの画面によく似ています。インクの各ピクセルは、接続されたコンピューターによって制御できます。隣接するピクセルのグループをオンまたはオフにして、文字、数字、および画像を作成できます。これは一枚の標準的な紙では達成するのが難しいかもしれませんが、紙のように感じて見えるが、実際には各ピクセルを制御するための膨大な数の電気回路を備えたミニコンピューターである特別に設計された紙が開発されています。ただし、同じ効果を持つように特別なスキャナーを開発することもできるため、この特別な紙は必須ではありません。

電子インクの最も有用な特性の1つは、電界が除去された後、インクがその構成のままであるということです。これは、一般的な電子ディスプレイと比較して、必要な電力が少ないことを意味します。ただし、必要に応じて新しい電界を印加することにより、構成を変更できます。これは、本が電子インクで印刷された場合、ある日にはある本の言葉が含まれ、次の日には別の本の言葉が含まれる可能性があることを意味します。メモリストレージが装備されている場合、1冊の電子書籍に数千の異なるテキストが含まれる可能性があります。

歴史

印刷された単語は何世紀にもわたって存在していましたが、電子インクのアイデアは比較的最近の発明です。 1970年代後半、Xerox PARCでの研究により、プロトタイプの電子書籍が開発されました。このデバイスは、薄くて柔らかいゴムの表面に反対の色の側面（一方が黒、もう一方が白）が埋め込まれた何百万もの小さな磁石を使用していました。電荷が導入されると、磁石が反転し、ビデオ画面のピクセルに似た黒または白のマークが作成されました。このデバイスは大きくて使いにくいため、商業的に成功することはありませんでした。

次の10年間でさまざまな画面が導入され、電子書籍のアイデアが現実のものになりました。ただし、これらのデバイスは依然として印刷された紙よりも扱いにくいままです。 1993年、MITの研究者であるJoe Jacobsonは、それ自体が植字された本のアイデアの調査を開始しました。彼は、可逆粒子を使用してPARCのアイデアのバリエーションを考案しました。最終的に、彼は透明なシェルに包まれた着色されたポリマーを利用する電子インクを作成しました。彼は1996年に特許のアイデアを提出し、最終的には2000年に1つ報われました。

ジェイコブソンは、電子インクを市場に投入するために設計されたE InkCorporationを設立しました。最初の商用製品はImmediaディスプレイです。まるで紙の看板のように見える広告看板です。ただし、この標識は電子インクでコーティングされているため、メッセージを変更するようにプログラムできます。 Eインクは、新聞、本、雑誌、さらには衣服など、従来のインクが使用される分野で最終的に電子インクが利用されることを期待しています。

原材料

電子インクの製造には、さまざまな原料が使用されています。これらには、ポリマー、反応剤、溶媒、および着色剤が含まれます。

ポリマーは、化学的に結合したモノマーで構成された高分子量の材料です。電子インクの帯電した着色部分を作るために、ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、または他の適切なポリマーが使用される。これらの材料は、加熱すると液体になり、冷却すると固化し、長持ちする安定した双極子を維持できるため、便利です。

ポリマーにフィラー材料を追加して、ポリマーの物理的特性を変更します。ポリマーは一般に無色であるため、電子インクに必要なコントラストを生成するために着色剤がポリマーに追加されます。これらは、可溶性染料または粉砕顔料であり得る。白色を生成するために、二酸化チタンなどの無機材料を使用することができる。酸化鉄は、黄色、赤、茶色などの他の色を生成するために使用できます。ピラゾロンレッド、キナクリドンバイオレット、フラバントロンイエローなどの有機染料も利用できます。可塑剤などの他のフィラーを追加して、ポリマーの電気的特性を変更することができます。これは、電子インクにとって特に重要です。製造中、ポリマーは加熱されます。このため、スタビライザーが追加され、故障を防ぎます。熱安定剤には、大豆油などの不飽和油が含まれます。添加される保護剤には、ベンゾフェノンなどのUV保護剤や脂肪族チオールなどの酸化防止剤が含まれます。これらの材料は、それぞれUV劣化と環境酸化を防ぐのに役立ちます。

電子インクカプセル化プロセスでは、さまざまな化合物が使用されます。水は、エマルジョンを作成し、カプセル化反応を行うための媒体を提供するために使用されます。カプセル化シェルを生成するためにモノマーが追加されます。モノマーを反応させる架橋剤が利用される。シリコーンオイルは、カプセル内の着色粒子に組み込まれる疎水性材料です。この材料は、電界が印加されたときに粒子が通過するための液体媒体を提供します。それは透明で、無色で、非常に滑りやすいです。その他のゲルまたは高分子材料 小さなツートンカラーの帯電したナノ粒子で構成された電子インクは、電界。電荷の種類に応じて、粒子は表面から引き付けられるか反発されるため、さまざまな効果が得られます。システムの安定性を向上させるためにカプセルに追加することができます。

製造プロセス

電子インクは段階的に作られています。まず、2つの対照的なインクに反対の電荷が与えられます。次に、インクは導電性の微小球にカプセル化され、目的の表面に塗布されます。

帯電インクの製造

• 1 2つの対照的な液体ポリマーは、噴霧ノズルが取り付けられた別々の容器に入れられます。材料は加熱されたままなので、液体のままです。ノズルの1つは正に帯電した電位を持ち、もう1つは負の電位を持ちます。次に、圧力を使用してインクをノズルに押し込み、インクを小さな粒子に分解し、反対の電荷を獲得します。コンテナは隣り合って配置されているため、インクがノズルを出るときに接触します。それらは反対の電荷を持っているので、それらは互いに引き付けられ、より大きな中性粒子を形成します。
• 2大きな粒子が形成された後、材料を冷却して固化させます。これにより、プラス面とマイナス面を持つ小さなツートンカラーの固体粒子が生成されます。次に、粒子は、表面張力を低下させ、より完全な球を作成する発熱体を通過します。
• 3次に、粒子は一連の電極を通過して、不完全に帯電した電極を分離します。それらが電極を通過するとき、不完全な粒子は対応する電極に引き付けられ、次に除去されます。残りの粒子はカプセル化領域に移されます。

カプセル化インク

• 4粒子は、シリコーンオイルにモノマーの液体溶液が入っているタンクに移されます。粒子は完全に混合されているため、均一に分散されます。この溶液は、エマルジョンを生成する水相と組み合わされます。エマルジョンは、油と水の半安定混合物です。電子インクの粒子は、水に囲まれたシリコーンオイルに残ります。
• 5架橋剤が溶液に添加され、モノマーがそれ自体と反応します。これにより、シリコーンオイルと電子インク粒子を含む小さな球が生成されます。次に、インク粒子は、さまざまな用途のために水相から分離することができます。これは、蒸発とそれに続く溶媒洗浄によって行うことができます。
• 6反応が完了した後、電子インク製品は、塗布できるようになるまで液体溶剤に保管されます。最終製品によっては、この塗布プロセスでは、特殊な紙、布、またはその他の種類の繊維に液体インクを塗布する必要があります。

品質管理

電子インクの品質を確保するために、製造プロセスの各段階が監視されます。電子インクは比較的新しい技術であるため、大量に大量に製造されることはありません。このため、次のステップに進む前に、各ステップを徹底的にテストできます。検査は、入ってくる原材料の評価から始まります。これらの材料は、pH、粘度、比重などについてテストされています。また、色と外観が評価されます。電子インクが完成した後、それが電界に適切に反応することを確認するためにテストされます。材料は薄い表面に広げられ、電界が印加されてもよい。それに応じて表面の色が変わるはずです。粒子サイズは、さまざまなメッシュスクリーンを使用してテストされます。

未来

電子インクを利用した最初の製品が紹介されたばかりです。それらは、フラットパネルの電子ディスプレイほど印象的ではないシンプルなツートンカラーのデバイスです。しかし、将来の世代は幅広い用途を持つことを約束しており、私たちが世界と対話する方法に大きな影響を与える可能性があります。電子インクメーカーが望んでいるのは、この素材が最初に屋外の看板、ハンドヘルドコンピュータデバイス、本、新聞に組み込まれることです。しかし、最終的には、電子インクは、衣服、壁、製品ラベル、バンパーステッカーなどのあらゆる表面に貼り付けられます。その後、環境に遍在するようになり、いつでもどこでもメッセージを表示できるようになります。

現在の電子インク製品は2色のみで構成されているため、フルカラー表示を作成することはできません。将来的には、より多くの色の電子インクが開発されるでしょう。科学者はまだこれらの異なる色を適切なタイミングで表示する方法を考え出す必要がありますが、一度達成されると、電子インクでコーティングされた表面はテレビ画面と同じくらい見た目が面白くなる可能性があります。