專利名稱：含電子紙的卡體印刷設備和印刷方法
技術領域：
本發明涉及含電子紙的卡體印刷設備，特別是涉及對于無電極電子紙的卡體進行 電子化(印刷)的方法和設備。
背景技術：
中國發明的活字印刷是中國古代的重大發明。它的發明、發展及向世界的傳播， 對人類文明做出了巨大的貢獻。現代的激光印刷、電子排版印刷使人們在紙上印刷文字 和圖案變得更容易。但由于這些印刷方法得到的文件或資料信息是不可更改的，因此需 要生產大量的紙張。而且印刷所用的碳粉或油墨對于環境污染仍然較大。
而生活中使用的各種卡，如充值卡、智能卡、銀行磁條卡、會員卡、電話卡等卡 體上通常需要印刷各種圖案或文字為用戶提供一種比較有視覺吸引力的卡面。但對于生 產卡片的工廠來說，卡體上的文字和圖案一旦印刷后，就不能更改，如果客戶需求變化， 印好的卡體將被廢棄。同時生產卡體的廠家希望能夠提前生產以提高供貨時間，而卡體 上的圖案或文字又約束了工序的進行。十分影響生產效率。
隨著現代電子技術的發展，人們提出了各種電子紙張的概念，即可以更新內容的 紙張，如E-ink公司的電子墨水和微膠囊電泳薄膜、Sipix公司的微杯(MicroCup)電泳 薄膜等，在顯示器、廣告牌等領域已經有小批量產品提供。但由于這些公司發明的電子 紙主要面向顯示領域，因此制造的電泳薄膜都貼附在電極基板上，或制造薄膜時已經粘 結了導電電極，造成這種電泳薄膜價格昂貴，特別是其所采用的透明電極材料價格十分 昂貴，因此將它們用于價值較低的卡行業領域十分困難。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是如何制造廉價的含由電子紙的卡體以及如何對于含 有電子紙地卡體進行電子化(印刷)，以將電子紙應用于價值較低的卡行業。
為解決上述問題，提出的技術解決方案是
1、在電子紙制造中采用紙或其它柔性材料作為基板，同時去掉所有電極，以降 低電子紙制造成本。
一種實現是電子紙，包含如下層結構
第一不導電透明層，采用紙或其它柔性不導電材料；
具有雙穩態特性的電子材料層，是具有電泳效應的微膠囊電子墨水層、具有電 泳效應的微杯結構封裝薄膜層、旋轉球(Gyricon)層、具有電潤濕效應的電子紙材料 層、雙穩態的膽甾醇型液晶材料層之一或是該層的不同區域采用所述材料層之一；
第二不導電層，采用紙或其它柔性不導電材料；
所述第一不導電透明層、電子材料、第二不導電層通過層壓或粘貼工藝形成一 種新型的電子紙。
所述含有電子紙的卡體，包含如下層結構
卡基材料層；
電子紙層，由上面所述電子紙構成；
所述卡基材料層、電子紙層通過層壓或粘貼工藝形成一種新型的卡體。
2、 設計一種專門電子設備對上述含有無電極電子紙的卡體進行電子化。
3、 提出采用上述專門電子設備對含有無電極電子紙的卡體進行電子化(印刷)
的方法。
術語說明在本發明中對于含有無電極電子紙的卡體的印刷與對于含有無電極電 子紙的卡體的電子化是相同的概念，借用"印刷"的概念以與人們熟知的在普通紙上印 刷出文字或圖案的效果是一致的。都是在紙張上生成我們所需要的信息。
具體說明如下
1、 一種將信息寫入電子紙的電子印刷設備，其特征是包括
網格陣列第一電極； 網格陣列第二電極；
網格陣列驅動電路；
網格信息存儲單元；
含有電子紙的卡體放置部件；
信息控制單元；
機械運動驅動電路；
機械運動執行機構；
所述含有電子紙的卡體放置部件位于所述網格陣列第一電極和網格陣列第二電極 之間；
所述網格陣列驅動電路連接網格陣列第一電極和網格陣列第二電極；
所述網格陣列第一電極和網格陣列第二電極互相對面放置；
所述機械運動執行機構與網格陣列第一電極和/或網格陣列第二電極連接；
所述機械運動驅動電路與所述機械運動執行機構連接；
所述信息控制單元與所述網格信息存儲單元連接；
所述信息控制單元與所述網格陣列驅動電路連接；
所述信息控制單元與所述機械運動驅動電路連接；
所述電子紙，包含如下層結構
第一不導電透明層，采用紙或其它柔性不導電材料；
具有雙穩態特性的電子材料層，是具有電泳效應的微膠囊電子墨水層、具有電 泳效應的微杯結構封裝薄膜層、旋轉球(Gyricon)層、具有電潤濕效應的電子紙材料 層、雙穩態的膽甾醇型液晶材料層之一或是該層的不同區域采用所述材料層之一；
第二不導電層，采用紙或其它柔性不導電材料；
所述第一不導電透明層、電子材料、第二不導電層通過層壓或粘貼工藝形成一 種新型的電子紙。
所述含有電子紙的卡體，包含如下層結構-卡基材料層；
電子紙層，由上面所述電子紙構成；
所述卡基材料層、電子紙層通過層壓或粘貼工藝形成一種新型的卡體。 這種卡體可以應用在各種卡上，如充值卡、智能卡、公交卡、銀行磁條卡、會 員卡、電話卡等。特別是使用量很大的手機用戶身份識別卡(SIM卡)，嵌入了接觸 式智能卡芯片，其生產中需要在卡提上沖切出嵌入SIM卡芯片的槽，其與卡體的制 造過程是可以分開進行的。像公交卡是嵌入了射頻信號處理芯片和射頻天線，且射 頻信號處理芯片和射頻天線是在卡體內層，因此制造卡體時需要同時嵌入射頻信號 處理芯片和射頻天線。 一種實現方式是-
卡基材料第一層；
射頻信號處理芯片和射頻天線層；
卡基材料第二層；
電子紙層，由上面所述電子紙構成；
所述卡基材料層第一層、頻信號處理芯片和射頻天線層、卡基材料第二層、電 子紙層通過層壓或粘貼工藝形成一種新型的射頻卡。
2、 一種實現是上述網格陣列第一電極的每個網格上有一個獨立的電極和電極引 線，所述電極引線與網格陣列驅動電路連接，所述網格陣列第二電極的結構與所述網格 陣列第一電極完全相同，且網格陣列第一電極與網格陣列第二電極的每個網格上的電極 在空間位置上一一對應；上述網格陣列第一電極的每個網格上的電極與網格陣列第二電 極的每個網格上的對應電極形成正電壓差或負電壓差。
3、 另一種實現是上述網格陣列第一電極的每個網格上有一個獨立的電極和電極引 線，所述電極引線與網格陣列驅動電路連接，所述網格陣列第二電極的所有網格電極連 接在一起的單一電極；上述網格陣列第一電極的每個電極與網格陣列第二電極形成正電 壓差或負電壓差
4、 再一種實現是上述網格陣列第一電極的每行網格上的電極相連成為行電極并連 接行電極引線，所述行電極引線與網格陣列驅動電路連接，所述網格陣列第二電極的每 列網格上的電極相連成為列電極并連接列電極引線，所述列電極引線與網格陣列驅動電 路連接；所述網格陣列第一電極的行與網格陣列第二電極的列成90度。
5、 上述信息控制單元包含中央處理器(CPU)和存儲電路；所述機械運動執行機構 是高精度步進電動機。
6、 上述信息控制單元可選地包含各種文字不同字體的字庫、字符與字模映射處理 單元、和/或電子文件與輸出點陣映射處理單元。
7、 上述電子紙的放置部件的一種實現是非導電支架，支架上固定一非導電薄片平 面，薄塑料；另一種實現是形成印刷生產流水線的非導電傳輸帶。
8、 一種對于含有電子紙的卡體進行電子印刷的方法如下步驟
1) 啟動運行上述電子印刷設備；
2) 將準備印刷的電子文檔傳遞給所述電子印刷設備；
3) 所述電子印刷設備的信息控制單元發出機械運動控制指令給機械運動驅動電
路；
4) 所述電子印刷設備的機械運動驅動電路將控制指令轉換為機械運動控制信號 發送給機械運動執行機構；5) 所述機械運動執行機構根據控制信號帶動網格陣列第一電極和/或網格陣列第 二電極移動，使網格陣列第一電極和網格陣列第二電極緊密接觸放置在所述電子紙的放 置部件上的含有電子紙的卡體；
6) 所述信息控制單元將電子文檔信息轉化為電子紙網格圖像信息，并存入所述網 格信息存儲單元；
7) 所述信息控制單元控制將所述網格信息存儲單元的信息傳送到所述網格陣列 驅動電路；
8) 在所述電子印刷設備的網格陣列第一電極的每個網格上的電極和網格陣列第 二電極對應的每個網格上的電極之間施加相應的電壓信號；
10)在所述網格陣列第一電極和網格陣列第二電極上的電壓作用下，在所述含有 電子紙的卡體上完成電子文檔的印刷。
基于微型杯技術制造單色電子紙的步驟如下
1、 如申請號為01801449.6的中國專利申請"制造電泳顯示器的方法"、申請號為 200580014903.4的中國專利申請"電泳顯示器的制造工藝"所述制造微型杯。簡而言之， 基于連續的輥對輥工藝，將紫外光固化組合物轉移至凸模，固化該組合物，并且使用轉 移片將形成的部分脫模，從而制成微型杯，此工藝可以是分批的或輥對輥連續制作。
2、 從固化的樹脂層脫模，最好在樹脂以適當方式硬化期間或之后進行。
3、 用一種帶電荷顏料分散體填充上述方法制成的微型杯陣列，分散體在著色介電 溶劑，該介電溶劑包含至少一種與該溶劑不相容的熱固性前體物，并且該前體物較溶劑 與顏料微粒比重低。
4、 在該熱固性前體物分離并于該液相上面形成一表面浮層期間或之后，通過將該 熱固性前體物固化密封微型杯，優選采用如紫外光輻射或加熱或濕氣，因而形成包含有 在彩色介電溶劑中的顏料分散體的密封電泳盒。
5、 將預涂布有膠層的非導電膜覆蓋于經密封的電泳盒陣列，其中該膠層可為壓敏 粘合劑、熱熔粘合劑或一種熱、濕氣或輻射固化粘合劑。
可采用如紫外光等的輻射，透過該上層非導電膜對膠層進行后固化(如果該上層非 導電膜對這類輻射是透明的)。在該層疊步驟完成后，成品可被切割和組裝。
上述微型杯的制備可以方便地以另一種分批制造的工序取代。可通過在電泳流體 表面直接涂布并固化熱固性前體物的組合物層，完成對微型杯的密封。
多色電泳電子紙的制備
1、 如上文所述，在非導電膜上使用紫外光固化樹脂制造微型杯。
2、 最好在樹脂固化期間或之后，從該固化的樹脂層脫模。
3、 將一正性干膜光致抗蝕劑覆蓋于所制成的微型杯陣列，其中至少包含一膠層， 一正性光致抗蝕劑以及一可去除的塑料保護片。
4、 用紫外光、可見光或其他輻射將該正性光致抗蝕劑進行圖形曝光，除去保護片， 在曝光區域顯影、開杯。步驟3和步驟4的目的，是在預定區域選擇性地開啟微型杯。
5、 用帶電荷白色顏料分散體填充開啟的微型杯，分散體所在介電溶劑包含至少一 種第一原色的染料或顏料，以及與該溶劑不相容的熱固性前體物，并且該前體物較溶劑 與顏料微粒比重低。
6、 在該熱固性前體物分離并于該液相上面形成一表面浮層期間或之后，采用如紫 外光輻射或熱、濕氣來固化熱固性前體物，密封微型杯，以形成包含第一原色的電泳流 體的封閉電泳盒。密封步驟優選采用紫外光固化。
7、 可重復上述步驟5、步驟6，以在不同區域產生包含不同顏色電泳流體的有明 確定義的盒。
8、 將預涂布有膠層的一個預制圖形化的第二透明非導電膜，套準層疊于密封的電 泳盒陣列，其中所述膠層可為壓敏粘合劑、熱熔粘合劑或一種熱、濕氣或輻射固化粘合 劑。
9、 粘合劑硬化。
上述微型杯的制備可以方便地以另一種分批制造的工序取代。可通過在電泳流體 表面直接涂布并固化熱固性前體物的組合物層，完成對微型杯的密封。
用本方法制備的電子紙可以達到僅一張紙的厚度，該紙的寬度可為涂布片的寬度， 該紙的長度取決巻的長度。
基于微膠囊技術制造單色電子紙或多色電子紙涉及兩個方面微膠囊電泳介質的 制造，微膠囊電泳介質印制在紙介質制成電子紙的方法。
關于微膠囊電泳介質的制造，在專利申請號為200480036461.9的中國專利申iT電 泳介質"中描述和引用了微膠囊的制造方法和采用的材料，在本發明中引用作為技術參 考。
關于微膠囊電泳介質印制在紙介質制成電子紙的方法，可以借鑒專利申請號為 200480031366.X的中國專利申請"電泳顯示器"和專利申請號為200480018383.X的中 國專利申請"電光顯示器"中采用微膠囊制造電泳顯示器的方法，其主要差異是制造電 子紙時不需要電極層。具體可以描述為
微膠囊電泳介質印制在紙介質制成電子紙的方法之一
1、 提供電泳介質，其包括多個聚合物粘合劑中的離散小滴，每個小滴包括多個帶 電粒子，所述帶電粒子分散在懸浮液中，并且當電場施加于懸浮液時，所述帶電粒子能 夠通過懸浮液移動。
2、 提供紙質背平面或其他柔性材料背平面。
3、 將電泳介質層壓至上述背平面。
該方法是在一定溫度條件下進行的，在該溫度時聚合物粘合劑將流動并且電泳介 質與背平面直接接觸，從而引起聚合物粘合劑流動并且將電泳介質固定至背平面以形成 電子紙或柔性材料電子紙。
微膠囊電泳介質印制在紙介質制成電子紙的方法之二是先制造電泳介質形成的薄 膜然后粘貼在紙介質或柔性材料介質上形成電子紙，具體為
1、 透光的薄膜非導電層。
2、 提供電泳介質，其包括多個聚合物粘合劑中的離散小滴，每個小滴包括多個帶
電粒子，所述帶電粒子分散在懸浮液中，并且當電場施加于懸浮液時，所述帶電粒子能 夠通過懸浮液移動。
3、 釋放片層，其與聚合物粘合劑接觸。
4、 將上述三層層壓在一起形成薄膜。
5、 去掉所形成薄膜上的釋放片層，粘貼在紙介質或柔性材料介質上形成電子紙。
本發明中的網格陣列第一電極和網格陣列第二電極用于構成驅動電子紙上每個像 素點的光學狀態。設計網格電極有多種實現方案。
方案l:
網格陣列第一電極和網格陣列第二電極都是由一個一個的小電極構成的電極陣 列，可以定義網格陣列第一電極為行電極，網格陣列第二電極為列電極。每個小電極都 引出導線，從行電極引出的導線為行電極信號線，從列電極引出的導線為列電極信號線，
通過這些引出導線與網格陣列驅動電路連接。優選的是，網格陣列第一電極和網格陣列 第二電極分別具有相同的小電極數量，且網格陣列第一電極的每個小電極與網格陣列第 二電極的對應小電極空間上一一對應。所謂""^一對應是指兩個網格陣列電極的網格點大 小相同，間隔相同，數量相同，通過移動任一個網格陣列電極可以實現每個小電極位置 的對應。
用該方案中的網格陣列電極對于電子紙進行印刷或信息化或圖像化時，優選的是 網格陣列電極的每個小電極對應電子紙上的一個像素點并使網格陣列電極的每個小電 極與電子紙的每個像素點一一對應，以產生最好的印刷效果或電子化效果。 一種替代方 式是設計網格陣列電極中的每個小電極時，增加小電極的尺寸和減小小電極之間的間 距，這樣可以保證，即使網格陣列電極的每個小電極對應電子紙上的一個像素點并使網 格陣列電極的每個小電極與電子紙的每個像素點沒有一一對應，也可以實現印刷和電子 化。
方案2:
網格陣列第一電極是由一個一個的小電極構成的電極陣列，可以定義網格陣列第 一電極為行電極，和網格陣列第二電極為一個電極面，網格陣列第二電極為列電極。每 個小電極都引出導線，從行電極引出的導線為行電極信號線，從列電極引出的導線為公 共信號線，通過這些引出導線與網格陣列驅動電路連接。
用該方案中的網格陣列第一電極對于電子紙進行印刷或信息化或圖像化時，優選 的是網格陣列第一電極的每個小電極對應電子紙上的一個像素點并使網格陣列第一電 極的每個小電極與電子紙的每個像素點一一對應，以產生最好的印刷效果或電子化效 果。 一種替代方式是設計網格陣列第一電極中的每個小電極時，增加小電極的尺寸和減 小小電極之間的間距，這樣可以保證，即使網格陣列第一電極的每個小電極對應電子紙 上的一個像素點并使網格陣列第一電極的每個小電極與電子紙的每個像素點沒有一一 對應，也可以實現印刷和電子化。
方案3:
網格陣列第一電極和網格陣列第二電極都是由一根一根的電極板構成的電極陣 列，可以定義網格陣列第一電極為行電極，網格陣列第二電極為列電極。每根電極板都 引出導線，從行電極引出的導線為行電極信號線，從列電極引出的導線為列電極信號線， 通過這些引出導線與網格陣列驅動電路連接。優選的是，網格陣列第一電極和網格陣列
第二電極分別具有相同的電極板數量，且網格陣列第一電極的每個小電極與網格陣列第 二電極的電極板空間上垂直交叉。所謂垂直交叉是指兩個網格陣列電極的電極板方向垂 直。網格陣列第一電極的電極板和網格陣列第二電極的電極板垂直交叉點形成的電壓差 可以對夾在交叉點之間的電子紙像素點進行印刷或電子化。與該方案的行電極和列電極
制造方法和工藝，在申請號為02131632.5的中國專利申請"用于輥對輥規格多樣顯示 器制造的電極及連接設計"有詳細描述，本發明作全文引用參考。
用該方案中的網格陣列電極對于電子紙進行印刷或信息化或圖像化時，優選的是 網格陣列第一 電極的電極板和網格陣列第二電極的電極板垂直交叉點與電子紙的每個 像素點一一對應，以產生最好的印刷效果或電子化效果。 一種替代方式是設計網格陣列 電極中的每根電極板時，增加電極板的尺寸和減小電極板之間的間距，這樣可以保證， 即使網格陣列第一電極的電極板和網格陣列第二電極的電極板垂直交叉點沒有與電子 紙的每個像素點沒有一一對應，也可以實現印刷和電子化。
在將文字信息印刷在電子紙上時，需要信息控制單元進行字符到字模點陣的轉換 處理， 一種設計信息控制單元包含中央處理器、字庫存儲體、字符字模映射單元、程序 存儲體和數據存儲體等構成，需要印刷在電子紙上的文字信息存儲到數據存儲體中，中 央處理器運行程序存儲體中的程序，利用字庫存儲體中的字庫信息將文字信息轉換為字
模點陣信息，然后存儲到字符字模映射單元中，以便在中央處理器的控制下，將字符字 模映射單元的信息轉換為網格電極陣列對應電極的電壓信息傳送到網格信息存儲單元，
然后用網格信息存儲單元存儲的信息傳入網格陣列驅動電路，從而實現電子紙的印刷。 對于圖像信息進行印刷到電子紙上時，由于圖像已經是像素點，不需要信息轉化， 可以直接將圖像的像素點信息存儲到字符字模映射單元中，以便在中央處理器的控制 下，將字符字模映射單元的信息轉換為網格電極陣列對應電極的電壓信息傳送到網格信 息存儲單元，然后用網格信息存儲單元存儲的信息傳入網格陣列驅動電路，從而實現電
子紙的印刷。
本發明的有益效果采用本發明的技術可以將現代高科技領域的電子紙應用于卡 片行業領域，而且極大降低了電子紙成本，同時所提出的電子紙印刷設備能夠對于這種 含有電子紙地卡體進行電子化。顯然對含有電子紙的卡體可以多次重復電子化，因此可 以對于含有電子紙的卡體進行重復使用。同時可以提高卡片生產廠家的靈活性和效率； 另一方面，采用電子紙技術，極大降低油墨、碳粉等材料的污染。
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圖1是含有電子紙的卡體印刷設備的工作原理示意圖。 圖2是信息控制單元的結構及其工作原理示意圖。
圖3用多根電極板構成的行電極作為網格陣列第一電極的第一種實現示意圖。 圖4用多根電極板構成的列電極作為網格陣列第二電極的第一種實現示意圖。 圖5用多個小電極板構成的行電極作為網格陣列第一電極的第二種實現示意圖。 圖6用多個小電極板構成的列電極作為網格陣列第二電極的第二種實現示意圖。 圖7用多個小電極板構成的行電極作為網格陣列第一電極的第三種實現示意圖。 圖8用一個大電極面構成的公共電極作為網格陣列第二電極的第三種實現示意圖。
圖9是含有電子紙的卡體包含多個可以電子化的像素點的示意圖。
圖10表示在用小電極構成網格陣列電極時，電極的尺寸及電極間的間隔與含有電 子紙的卡體上的像素點尺寸及像素點間的間隔對應相同時印刷情況。圖10a是小電極與 像素點正好對準，可以實現最佳的印刷(電子化)效果。圖10b是小電極與像素點對準 偏差最大時，由于只能對像素點的部分區域印刷，影響印刷(電子化)效果。
圖11表示在用小電極構成網格陣列電極時，電極的尺寸比電子紙上的像素點尺寸 大同時電極間的間隔比含有電子紙的卡體上的像素點間的間隔小時印刷情況。圖lla 是小電極與像素點正好對準，可以實現最佳的印刷(電子化)效果。圖llb是小電極與 像素點對準偏差最大時，由于能對像素點的大部分區域印刷，改善了印刷(電子化)效 果。
具體實施例方式
電子紙是一種特殊紙張，其上涂敷有具有電泳特性或電潤濕特性的微單元(也稱 為像素單元)，這些微單元具有在外部電場作用下改變光學狀態的特性，而且光學狀態
改變后，即使去掉外加電場，仍然能夠保持光學狀態。因此，對于含有電子紙的卡體的 印刷實際上是控制加在電子紙上每個微單元上的外部電場大小和方向，使電子紙上的每 個微單元呈現我們需要的光學特性。
本發明中所述電子紙，其本身不具有進行印刷或電子化的金屬電極以降低電子紙 的成本，而是將進行印刷或電子化的金屬電極全部作為電子紙印刷設備的部件。因此對于含有電子紙的卡體的印刷和電子化需要通過電子紙印刷設備進行印刷或電子化。
另外，由于所述電子紙可以是紙質材料或其他希望的柔性材料如薄塑料作為電子 紙的基板。可以制成各種各樣的電子紙。
將電子紙與做卡的卡基材料層壓或粘貼在一起，并按卡體需要形狀進行裁減制成 含有電子紙的卡體。卡基材料層采用目前卡體所用材料，如PVC材料、塑料、多層紙等。
下面結合附圖進一步描述本發明的具體實施方案。
圖1是含有電子紙的卡體印刷設備的工作原理示意圖。含有電子紙的卡體印刷設
備至少包括如下部件機械運動驅動電路101、機械運動執行機構102、信息控制單元
103、網格信息存儲單元104、網格陣列驅動電路105、網格陣列第一電極106、網格陣 列第二電極108。網格陣列第一電極106與網格陣列第二電極108互相對面放置，網格 陣列第一電極106與網格陣列第二電極108之間放置需要進行印刷的含有電子紙的卡體 107。各個部件之間的連接關系如圖1所示。
圖2是信息控制單元的結構及其工作原理示意圖。圖2種進一步給出了信息控制 單元的結構，包括中央處理器232、字庫單元231、存儲電路234、字符字模映射單元 233。
印刷電子紙的工作過程是
在將文字信息印刷在電子紙上時，需要信息控制單元進行字符到字模點陣的轉換 處理，首先將需要印刷在含有電子紙的卡體107上的文字信息存儲到存儲體電路234 的數據存儲體中，中央處理器232運行存儲電路234的程序存儲體中的程序，利用字庫 單元231中的字庫信息將文字信息轉換為字模點陣信息，然后存儲到字符字模映射單元 233中，以便在中央處理器232的控制下，將字符字模映射單元233的信息轉換為網格 電極陣列106、 108對應電極的電壓信息傳送到網格信息存儲單元104，然后用網格信 息存儲單元104存儲的信息傳入網格陣列驅動電路105，從而實現電子紙的印刷。
對于圖像信息進行印刷到電子紙上時，由于圖像已經是像素點，不需要信息轉化， 可以直接將圖像的像素點信息存儲到字符字模映射單元233中，以便在中央處理器232 的控制下，將字符字模映射單元233的信息轉換為網格電極陣列106、 108對應電極的 電壓信息傳送到網格信息存儲單元104,然后用網格信息存儲單元104存儲的信息傳入 網格陣列驅動電路105,從而實現含有電子紙的卡體的印刷。
為了保證網格陣列第一電極106、網格陣列第二電極108與電子紙的對應網格點 一一對應，需要調整網格陣列第一電極106、網格陣列第二電極108的位置，在圖1中， 一種實現方式是固定網格陣列第二電極108，含有電子紙的卡體107置于網格陣列第二 電極108正確的位置，由信息控制單元103控制機械運動驅動電路101,機械運動執行 機構102運動調整網格陣列第一電極106的位置至正確的位置。機械運動執行機構102 通常采用高精度步進控制電機，而高精度步進控制電機在機器人控制領域經常使用。實 際上機械運動驅動電路101控制機械運動執行機構102，從而控制與控制機械運動執行 機構102通過連桿機構連接網格陣列第一電極106移動，可以設計為X、 Y方向構成的 平面上做二自由度控制運動，也可以設計為X、 Y、 Z方向構成的立體上做三自由度控 制運動，以精確控制網格陣列第一電極106的位置。機械運動驅動電路101的設計與所 采用的機械運動執行機構102相配合，對于上述步進電機的驅動信號的脈沖電壓信號， 相應機械運動驅動電路101需要根據網格陣列第一電極106當前所在位置，計算移動到 合適位置所需要的在各個自由度上的電壓脈沖個數、脈沖寬度等數據。在優選的設計中， 在網格陣列第一電極106安裝位置傳感部件，并將位置信息反饋回機械運動驅動電路 101實現閉環控制以提高位置精度。而機械運動驅動電路IOI的邏輯實現，可以采取由 信息控制單元103進行計算后將結果送到機械運動驅動電路101或機械運動驅動電路 101本身具有一定的計算處理能力或可編程邏輯能力，由機械運動驅動電路101完成脈 沖參數計算。關于位置傳感器有多種方式，如全球定位系統GPS或圖像采集分析系統 或超聲波定位器等都可以完成相對位置或絕對位置的計算。
網格信息存儲單元104的存儲類型是可讀寫的存儲體，它存儲了當前進行印刷或 電子化的電子紙需要呈現的信息，是對應含有電子紙的卡體107中每個電子單元需要呈 現的光學狀態，而要完成控制含有電子紙的卡體107中每個電子單元的光學狀態，需要 將該信息通過網格陣列驅動電路105變成施加在含有電子紙的卡體107中每個電子單元 的外加電場的強度、方向和維持時間。因此根據不同的網格陣列第一電極106、網格陣 列第二電極108設計方法不同，需要采用對應的網格陣列驅動電路105。
對于網格陣列第一電極106、網格陣列第二電極108都是由小電極構成的電極陣 列時，實際上是實現電子紙的每個電子單元獨立控制，網格陣列驅動電路105變成施加 在含有電子紙的卡體107中每個電子單元的外加電場的強度和方向需要根據需要呈現 的信息進行計算，由于每個電子單元獨立控制，不需要掃描，所以外加電場的時間可以 一直維持，或者外加電場維持足以改變光學狀態并達到穩定時去除外加電場。
對于網格陣列第一電極106是由小電極構成的電極陣列而網格陣列第二電極108 作為公共電極時，需要通過掃描方式實現電子紙的每個電子單元的控制，即每個電子單 元上所施加的所施加的電場大小和方向需要計算外，對于電場維持時間需要準確計算， 以保證每個電子單元達到準確的光學狀態同時減少掃描周期。另一方面，為了能夠改變 施加在含有電子紙的卡體107上每個電子單元的電場方向，需要網格陣列驅動電路105 在對于網格陣列第一電極可以提供相對于作為公共電極的網格陣列第二電極108既可 為正電壓也可為負電壓的電場。
對于網格陣列第一電極106和網格陣列第二電極108都是由電極板構成的電極陣 列，即行電極和列電極，需要通過掃描方式實現電子紙的每個電子單元的控制，即每個 電子單元上所施加的電場大小和方向需要計算外，對于電場維持時間需要準確計算，以 保證每個電子單元達到準確的光學狀態同時減少掃描周期。對于作為公共電極的網格陣 列第二電極108既可為正電壓也可為負電壓的電場。
圖3用多根電極板構成的行電極作為網格陣列第一電極的第一種實現示意圖。網 格陣列第一電極的一種實現方式是用一定間隔的電極條(電極板)構成，圖中網格陣列
第一電極306由多根電極板361構成，電極板之間的間隔362相同。電極板的末端去除 絕緣層就成為可以連接行電極信號的觸點363。該種電極結構的制造工藝和材料在作為 本發明引用的申請號為02131632.5的中國專利申請"用于輥對輥規格多樣顯示器制造 的電極及連接設計"有詳細描述。
圖4用多根電極板構成的列電極作為網格陣列第二電極的第一種實現示意圖。網 格陣列第二電極的一種實現方式是用一定間隔的電極條(電極板)構成，圖中網格陣列 第二電極408由多根電極板481構成，電極板之間的間隔482相同。電極板的末端去除 絕緣層就成為可以連接列電極信號的觸點483。該種電極結構的制造工藝和材料在作為 本發明引用的申請號為02131632.5的中國專利申請"用于輥對輥規格多樣顯示器制造 的電極及連接設計"有詳細描述。
圖5用多個小電極板構成的行電極作為網格陣列第一電極的第二種實現示意圖。 網格陣列第一電極的另一種實現方式是用一定間隔的多個小電極板構成，圖中網格陣列 第一電極506由多個小電極板561構成，小電極板之間的間隔562相同。從每個小電極 上連接信號導線引出成為可以連接行電極信號的觸點563。
圖6用多個小電極板構成的列電極作為網格陣列第二電極的第二種實現示意圖。
網格陣列第二電極的另一種實現方式是用一定間隔的多個小電極板構成，圖中網格陣列
第二電極608由多個小電極板681構成，小電極板之間的間隔682相同。從每個小電極 上連接信號導線引出成為可以連接行電極信號的觸點683。
圖7用多個小電極板構成的行電極作為網格陣列第一電極的第三種實現示意圖。 與圖5的實現基本相同，不同的是其與圖8所示的第二電極配合。網格陣列第一電極是 用一定間隔的多個小電極板構成，圖中網格陣列第一電極706由多個小電極板761構成， 小電極板之間的間隔762相同。從每個小電極上連接信號導線引出成為可以連接行電極 信號的觸點763。
圖8用一個大電極面構成的公共電極作為網格陣列第二電極的第三種實現示意 圖。此時由單一平面電極構成。圖中網格陣列第二電極808為單一金屬平面或導電薄膜， 有引出線883作為連接信號的觸點。
圖9是含有電子紙的卡體包含多個可以電子化的像素點的示意圖。在含有電子紙 的卡體中，稱這些像素點為可以改變光學特性的電子單元。圖中，電子紙907包含多個 電子單元971，電子單元之間的間隔972相同，形成電子單元陣列。
本發明的提出者也明白電子紙上的電子單元要與網格陣列中的小電極或網格陣列 第一電極與網格陣列第二電極形成的交叉點對準，才能實現準確地印刷和電子化，如果 沒有對準，將影響印刷的效果，下面給出如何避免由于小電極與像素點未準確對準時如 何改進印刷效果的方法。
圖10表示在用小電極構成網格陣列電極時，電極的尺寸及電極間的間隔與含有電 子紙的卡體上的像素點尺寸及像素點間的間隔對應相同時印刷情況。圖10a是小電極與 像素點正好對準，可以實現最佳的印刷(電子化)效果。圖10b是小電極與像素點對準 偏差最大時，由于只能對像素點的部分區域印刷，影響印刷(電子化)效果。如圖10a， 網格陣列第一電極的小電極1006、電子紙的每個電子單元1007、網格陣列第二電極的 小電極1008在空間位置上一一對應，此時，可以對電子紙的每個電子單元準確印刷或 電子化。在圖10b中，電子紙的每個電子單元1007與網格陣列第一電極的小電極1006、 網格陣列第二電極的小電極1008在空間位置上錯開，錯開的最大值是電子單元間隔的 一半寬度。此時電極產生的電場在電子單元的作用范圍較小，造成對電子單元電子化的 效果降低。可以看出通過減小電子單元的間隔或加大小電極的尺寸，可以減小這種不利 影響。在圖ll給出進一步說明。
圖11表示在用小電極構成網格陣列電極時，電極的尺寸比含有電子紙的卡體上的 像素點尺寸大同時電極間的間隔比電子紙上的像素點間的間隔小時印刷情況。圖lla是 小電極與像素點正好對準，可以實現最佳的印刷(電子化)效果。圖llb是小電極與像 素點對準偏差最大時，由于能對像素點的大部分區域印刷，改善了印刷(電子化)效果。 在該實現示例中，網格陣列第一電極的小電極1106、網格陣列第二電極的小電極1008 比電子紙的每個電子單元1007尺寸大，相應小電極間的間距減小，圖lla給出網格陣 列第一電極的小電極1106、電子紙的每個電子單元1107、網格陣列第二電極的小電極 1108在空間位置上一一對應，此時，可以對電子紙的每個電子單元準確印刷或電子化。 在圖llb中，電子紙的每個電子單元1107與網格陣列第一電極的小電極1006、網格陣 列第二電極的小電極1008在空間位置上錯開，錯開的最大值是電子單元間隔的一半寬 度。此時由于小電極尺寸加大，電極產生的電場在電子單元的作用范圍加大，改善了印 刷(電子化)效果。
權利要求
1、一種將信息寫入含有電子紙的卡體進行印刷的電子印刷設備，其特征是包括網格陣列第一電極；網格陣列第二電極；網格陣列驅動電路；網格信息存儲單元；含有電子紙的卡體放置部件；信息控制單元；機械運動驅動電路；機械運動執行機構；所述含有電子紙的卡體放置部件位于所述網格陣列第一電極和網格陣列第二電極之間；所述網格陣列驅動電路連接網格陣列第一電極和網格陣列第二電極；所述網格陣列第一電極和網格陣列第二電極互相對面放置；所述機械運動執行機構與網格陣列第一電極和/或網格陣列第二電極連接；所述機械運動驅動電路與所述機械運動執行機構連接；所述信息控制單元與所述網格信息存儲單元連接；所述信息控制單元與所述網格陣列驅動電路連接；所述信息控制單元與所述機械運動驅動電路連接；所述電子紙，包含如下層結構第一不導電透明層，采用紙或其它柔性不導電材料；具有雙穩態特性的電子材料層，是具有電泳效應的微膠囊電子墨水層、具有電泳效應的微杯結構封裝薄膜層、旋轉球(Gyricon)層、具有電潤濕效應的電子紙材料層、雙穩態的膽甾醇型液晶材料層之一或是該層的不同區域采用所述材料層之一；第二不導電層，采用紙或其它柔性不導電材料；所述第一不導電透明層、電子材料、第二不導電層通過層壓或粘貼工藝形成一種新型的電子紙。所述含有電子紙的卡體，包含如下層結構卡基材料層；電子紙層，由上面所述電子紙構成；所述卡基材料層、電子紙層通過層壓或粘貼工藝形成一種新型的卡體。
2、 如權利要求l所述的電子印刷設備，其特征是網格陣列第一電極的每個網格上有一 個獨立的電極和電極引線，所述電極引線與網格陣列驅動電路連接，所述網格陣列 第二電極的結構與所述網格陣列第一電極完全相同，且網格陣列第一電極與網格陣 列第二電極的每個網格上的電極在空間位置上一一對應。
3、 如權利要求2所述的電子印刷設備，其特征是網格陣列第一電極的每個網格上的電 極與網格陣列第二電極的每個網格上的對應電極形成正電壓差或負電壓差。
4、 如權利要求1所述的電子印刷設備，其特征是網格陣列第一電極的每個網格上有一 個獨立的電極和電極引線，所述電極引線與網格陣列驅動電路連接，所述網格陣列 第二電極的所有網格電極連接在一起形成單一電極。
5、 如權利要求4所述的電子印刷設備，其特征是網格陣列第一電極的每個電極與網格 陣列第二電極形成正電壓差或負電壓差。
6、 如權利要求1所述的電子印刷設備，其特征是所述網格陣列第一電極的每行網格上 的電極相連成為行電極并連接行電極引線，所述行電極引線與網格陣列驅動電路連 接，所述網格陣列第二電極的每列網格上的電極相連成為列電極并連接列電極引線， 所述列電極引線與網格陣列驅動電路連接；所述網格陣列第一電極的行與網格陣列 第二電極的列成90度。
7、 如權利要求1所述電子印刷設備，其特征是信息控制單元包含中央處理器(CPU)和 存儲電路；所述機械運動執行機構是高精度步進電動機。
8、 如權利要求1所述電子印刷設備，其特征是信息控制單元可選地包含各種文字不同 字體的字庫、字符與字模映射處理單元、和/或電子文件與輸出點陣映射處理單元。
9、 一種含有電子紙的卡體印刷方法，按如下步驟-1) 啟動運行如權利要求1至8中任一項所述的電子印刷設備；2) 將準備印刷的電子文檔傳遞給所述電子印刷設備；3) 所述電子印刷設備的信息控制單元發出機械運動控制指令給機械運動驅動電路；4) 所述電子印刷設備的機械運動驅動電路將控制指令轉換為機械運動控制信號發送給機械運動執行機構；5)撰述機械運動執行機構根據控制信號帶動網格陣列第一電極和/或網格陣列第二電極移動，使網格陣列第一電極和網格陣列第二電極緊密接觸含有電子紙的卡體；6) 所述信息控制單元將電子文檔信息轉化為電子紙網格圖像信息，并存入所述網格 信息存儲單元；7) 所述信息控制單元控制將所述網格信息存儲單元的信息傳送到所述網格陣列驅 動電路；8) 在所述電子印刷設備的網格陣列第一電極的每個網格上的電極和網格陣列第二 電極對應的每個網格上的電極之間施加相應的電壓信號；10)在所述網格陣列第一電極和網格陣列第二電極上的電壓作用下，在所述含有電 子紙的卡體上完成電子文檔的印刷。
10、如權利要求9所述含有電子紙的卡體印刷方法，其特征是所述含有電子紙的卡體上 層壓或粘貼的電子紙是不包含電極層的基于微杯封裝技術的電泳電子紙或是不包含 電極層的基于微膠囊封裝技術的電泳電子紙或是不包含電極層的基于旋轉球或旋轉 偶極子元件技術的電泳電子紙或其他基于電泳原理的不包含電極層的電子紙。
全文摘要
本發明提出在電子紙的制造中采用紙或其它柔性材料作為基板，同時去掉所有電極，以降低電子紙的制造成本；然后將這種電子紙與卡基材料進行層壓或粘貼形成新的卡體，并設計一種專門電子設備對含有無電極電子紙的卡體進行電子化；提出采用專門電子設備對含有電子紙的卡體進行電子化(印刷)的方法。實現將現代高科技領域的電子紙應用于卡行業領域，而且極大降低了電子紙成本，同時所提出的含有電子紙的卡體印刷設備能夠對于這種含有電子紙的卡體進行電子化。顯然對含有電子紙的卡體可以多次重復電子化，因此可以對于含有電子紙的卡體進行重復使用，同時提高卡片生產廠家的靈活性。另一方面，采用電子紙技術，極大降低油墨、碳粉等材料的污染。
文檔編號G02F1/167GK101201527SQ200710303748
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月21日 優先權日2007年12月21日
發明者李博航 申請人:李博航