電子紙技術(shù)發(fā)展及技術(shù)原理

-.z電子紙技術(shù)開(kāi)展及技術(shù)原理小頭爸爸〔首都**大學(xué)**學(xué)院，100081〕摘要：簡(jiǎn)述了電子紙的概念，說(shuō)明電子紙舒適節(jié)能的特點(diǎn)，回憶了電子紙的開(kāi)展歷程、研究現(xiàn)狀和研究進(jìn)展。綜合分析和論述了主流的電子紙技術(shù)原理，液晶顯示技術(shù)、電潤(rùn)濕技術(shù)和電泳技術(shù)及其子分支技術(shù)。介紹了電子紙?jiān)诋?dāng)前時(shí)期的一些應(yīng)用和挑戰(zhàn)，以及未來(lái)的開(kāi)展方向如提高響應(yīng)速度、彩色顯示和降低本錢。關(guān)鍵詞：電子紙，液晶顯示技術(shù)，電潤(rùn)濕技術(shù)，電泳技術(shù)Abstract：thispaperbrieflyintroducestheconceptofelectronicpaper,e*plainsthefortableandenergy-savingcharacteristicsofelectronicpaper,andreviewsthedevelopmentcourse,researchstatusandresearchprogressofelectronicpaper.Makeaprehensiveanalysisanddiscussionofthemainstreamoftheelectronicpapertechnology,liquidcrystaldisplaytechnology,electrowettingtechnologyandelectrophoresistechnologyanditssubbranchtechnology.Thispaperintroducessomeapplicationsandchallengesofelectronicpaperinthecurrentperiod,aswellasthefuturedevelopmentdirection,suchasimprovingtheresponsespeed,colordisplayandreducingthecost.Keywords：electronicpaper；liquidcrystaldisplaytechnology；electrowettingtechnology；electrophoresistechnology引言隨著電腦、互聯(lián)網(wǎng)的飛速開(kāi)展,我們走進(jìn)了信息迅速膨脹的數(shù)字時(shí)代,然而電子媒體的出現(xiàn)不僅沒(méi)有降低紙*的需求，反而呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)紙*更適合人們的閱讀習(xí)慣[1,2]。網(wǎng)上閱讀擁有快捷、信息量大等顯著的優(yōu)勢(shì)，但仍然存在很多致命的缺陷:不宜長(zhǎng)時(shí)間閱讀、不易攜帶、信息量混雜、缺乏可信度，而這也正是傳統(tǒng)紙*不可替代的原因。電子紙，正是在這樣的環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生,它結(jié)合了電腦和傳統(tǒng)紙的優(yōu)點(diǎn)，旨在給人們的閱讀方式帶來(lái)巨大的改變[2]。從其概念的提出到技術(shù)的逐步完善，如今電子紙不再是一個(gè)陌生的概念，電子報(bào)紙、電子雜志、電子書(shū),數(shù)字出版離人們?cè)絹?lái)越近[3]，可以預(yù)計(jì)，在不久的將來(lái)，電子紙將給人們的學(xué)習(xí)、生活帶來(lái)方便并且改變傳統(tǒng)的閱讀習(xí)慣。一、電子紙概念、特點(diǎn)和開(kāi)展?fàn)顩r1.1電子紙概念電子紙，又稱為數(shù)碼紙，它是一種超輕超薄的顯示屏，即理解為“像紙一樣薄、柔軟、可擦寫(xiě)的顯示器〞，由印有電極并可彎曲的底板和面板以及電子油墨組成[1]。也可以理解為電子紙就是一*印有電極的薄膠片,在膠片上涂一層帶電的電子油墨，對(duì)它予以適當(dāng)?shù)碾姄簦纯墒箶?shù)以億計(jì)的油墨顆粒變幻出不同的顏色，從而能夠根據(jù)人們的設(shè)定不斷改變顯示的圖案和文字[4]。而傳統(tǒng)意義上的紙，是由纖維和其他固體物質(zhì)交織結(jié)合而成的、具有多孔性網(wǎng)狀物性質(zhì)的特殊薄*材料。因此，電子紙是突破了傳統(tǒng)意義紙的概念，以數(shù)字化的形式重新診釋紙的功能。1.2電子紙?zhí)攸c(diǎn)[5]電子紙是一種擁有普通紙*作為信息記錄材料優(yōu)點(diǎn)的超薄顯示器，它擁有以下特點(diǎn)[6]：高分辨率，至少與傳統(tǒng)紙*文字印刷分辨率相當(dāng)。一般靠反射光工作，擁有在強(qiáng)光源照射或昏暗環(huán)境條件下都適合肉眼閱讀的高反射率，高比照度，類似紙白的背風(fēng)光，接近或超過(guò)報(bào)紙水平?？梢暯嵌纫?，可視角度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它顯示器，開(kāi)展目標(biāo)是如紙*一樣能全角度閱讀。低能耗，雙穩(wěn)態(tài)顯示，施加電場(chǎng)的時(shí)候顯示圖像，撤掉電場(chǎng)，顯示仍然保持，不需要額外能量維持靜態(tài)畫(huà)面，只有在顯示畫(huà)面發(fā)生變化的時(shí)候才需要能量消耗。長(zhǎng)使用壽命，顯示信息可擦寫(xiě)?？筛鶕?jù)需要重復(fù)屢次更改顯示信息，并配有信息輸入設(shè)備。例如具有手寫(xiě)板功能，智能卡接口，無(wú)線信息下載功能等到達(dá)無(wú)限次使用要求。輕便，像紙一樣薄，厚度小于1mm，柔軟，可折疊,易于隨身攜帶，放置也不占空間，且非常容易做成大尺寸的產(chǎn)品。低本錢，環(huán)保無(wú)污染等。設(shè)計(jì)理念中，電子紙的實(shí)現(xiàn)有兩種方式：一種是文字、圖像可擦寫(xiě)的再寫(xiě)入紙。通過(guò)特殊的打印或掃描裝置完成圖文的擦寫(xiě)。另一種是便攜式電子顯示屏，可以彎曲折疊，低能耗，隨身攜帶，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)下載數(shù)據(jù)。1.3電子紙開(kāi)展歷程、現(xiàn)狀及研究進(jìn)展開(kāi)展歷程在20世紀(jì)70年代，日本松下公司首先開(kāi)發(fā)了電泳顯示技術(shù)，*ero*公司當(dāng)時(shí)也已開(kāi)場(chǎng)研究，然而最初研究出的普通電泳由于存在顯示壽命短、不穩(wěn)定、彩色化困難等諸多缺點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)曾一度中斷20世紀(jì)末，美國(guó)E-Ink公司(它是由朗訊公司、摩托羅拉公司以及數(shù)家風(fēng)險(xiǎn)投資公司為了開(kāi)發(fā)電子紙于1997年成立的企業(yè))利用電泳技術(shù)創(chuàng)造了電泳油墨(又稱電子墨水)，極大地促進(jìn)了電泳技術(shù)的開(kāi)展。目前,*eor*、柯達(dá)、東芝、摩托羅拉、佳能、愛(ài)普生、理光、BIM等國(guó)際著名公司都在涉足電子紙[1]。1975年,*eor*公司率先提出電子紙和電子油墨的概念和設(shè)想，但沒(méi)有得到重視。19%年,麻省理工學(xué)院的貝爾實(shí)驗(yàn)室采用電泳高分子膠囊技術(shù)成功研制出電子紙的原型。1997年4月,E-Ink公司成立，并全力研究把電子紙商品化。1999年5月,E-ink推知名為Immedia的戶外廣告電子紙。2000年,美國(guó)E-Ink公司和朗訊科技公司宣布成功研制出世界上第一*可卷曲的黑白“電子紙〞。2001年5月,E-Ink與Toanprinting合作，利用Toppan的濾鏡技術(shù)，生產(chǎn)彩色電子紙。2001年6月,E-Ink再次宣布推出“ink-in-Motoin〞技術(shù),電子紙上可顯示動(dòng)態(tài)影像，像紙一樣輕和薄,且具有良好柔韌性。同時(shí),美國(guó)的大型百貨公司Macy宣布,店內(nèi)的廣告牌采用Smartpaper(由*ero*公司研制推出)。2002年3月在日本東京召開(kāi)的國(guó)際書(shū)展上,展出了第一*彩色電子紙。2006年由日本最新研制的電子紙厚度僅為0.lmm,可適度折疊、卷曲。2007年4月電子紙公司NemPotci宣布轉(zhuǎn)讓BINem技術(shù)給日本精工株式會(huì)社，允許Seiko大量生產(chǎn)該公司開(kāi)發(fā)的黑白、灰度、全彩雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示器,Seiko具有先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和雄厚的資本，因此這次合作給電子紙的市場(chǎng)化帶來(lái)了根本性的改變。2007年10月26日，普利司通公司在日本橫濱展示了新款彩色電子紙。這款彩色電子紙厚度只有0.29mm，其畫(huà)面顯示區(qū)的色彩指數(shù)可達(dá)4096色，即使彎曲也可以正常顯示圖像,可用于制作電子書(shū)籍和店鋪廣告普利司通公司方案在2021年實(shí)現(xiàn)這種電子紙的商品化[1]。開(kāi)展現(xiàn)狀由于電子紙具有方便攜帶、適宜長(zhǎng)時(shí)間閱讀和信息即時(shí)更新，以及環(huán)保節(jié)能等多種優(yōu)點(diǎn)，從其概念的提出到現(xiàn)在越來(lái)越引人注目。K.Kaldzsi等總結(jié)了電子紙的性質(zhì)和技術(shù)，指出目前研究的主要領(lǐng)域是油墨膠囊的尺寸和幾何形狀、以及顯示和分析性能。除了粒子尺寸小型化和相關(guān)研究技術(shù)的優(yōu)化和綜合，彩色電子紙顯示的研究將至關(guān)重要,現(xiàn)在的電子紙仍不能到達(dá)液晶顯示屏的色彩標(biāo)準(zhǔn)。Makotom等研究了影響電子紙可讀性的因素,在一*頁(yè)面上分別顯示12/版面、整個(gè)版面和2個(gè)版面以及在2*頁(yè)面上顯示4個(gè)版面,同時(shí)顯示版面的增加有助于提高閱讀質(zhì)量,而在電腦顯示屏上通常不能顯示整個(gè)版面,這很大程度上影響了閱讀。因此,該研究有利于使人們進(jìn)一步意識(shí)到電子紙相對(duì)于顯示屏的易讀性。Der-songLee等研究了字體大小和光線對(duì)電子紙可讀性的影響,并與傳統(tǒng)紙*進(jìn)展比較：研究指出,目前商業(yè)電子紙的可讀性可以與傳統(tǒng)紙*相媲美,閱讀速度受周圍光線和字體大小的影響,相對(duì)于液晶顯示器,需要較好的照明，此研究為生產(chǎn)市場(chǎng)化的電子紙產(chǎn)品提供了較好的參考。然而,由于技術(shù)仍然不夠成熟和價(jià)格偏高,電子紙離普及還有一定差距。比方:不能顯示色彩,開(kāi)發(fā)的彩色品,亮度難以到達(dá)要求,希望通過(guò)開(kāi)發(fā)出一種新顏料油墨粒子,到達(dá)彩色顯示的要求；目前最致命的缺陷是無(wú)法表達(dá)足夠連貫的視頻畫(huà)面,畫(huà)面響應(yīng)時(shí)間偏長(zhǎng);不能實(shí)現(xiàn)錄音、聲頻功能和視頻播放功能等[1,2]。研究進(jìn)展電子紙研究的核心技術(shù)是電子墨水顯示材料及技術(shù),電子墨水的研究進(jìn)展在電子紙的開(kāi)展上舉足輕重[1]。目前世界上主要的電子墨水技術(shù)有:由E-ink公司和MIT(麻省理工學(xué)院)為代表的微膠囊電泳電子墨水技術(shù)*ero*公司開(kāi)發(fā)的雙色擰轉(zhuǎn)球電子墨水技術(shù)、美國(guó)肯特公司的膽甾型液晶電子墨水技術(shù)、飛利浦公司的電濕電子墨水技術(shù)以及Ntear公司的納米變色電子墨水技術(shù)等。電子墨水需要滿足的主要性能有：關(guān)掉電源后仍能顯示圖像,從而降低能耗;能夠彩色顯示并能做到圖文并茂；像普通的紙和筆一樣,電子筆能夠在電子紙上隨意書(shū)寫(xiě)[2]。二、電子紙技術(shù)原理實(shí)現(xiàn)電子紙的技術(shù)途徑有很多,大致可分為反射型液晶顯示技術(shù)(LCD)、電潤(rùn)濕顯示技術(shù)(EWD)以及電泳顯示技術(shù)(EPD)。到目前為止,所有的電子紙技術(shù)均不成熟,具有不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),正處于開(kāi)展的過(guò)程中[7]。2.1液晶顯示技術(shù)液晶是指在*一溫度*圍內(nèi),既具有類似液體一樣的流動(dòng)性和連續(xù)性又具有像晶體一樣各項(xiàng)異性的物質(zhì)。當(dāng)電流通過(guò)液晶層，液晶分子將會(huì)以電流的流向方向進(jìn)展排列，如果沒(méi)有電流，它們將會(huì)彼此平行排列。即液晶層能夠使光線發(fā)生扭轉(zhuǎn),液晶層的表現(xiàn)有些類似偏光器，除了*些從特定方向射入的光線之外,能夠過(guò)濾掉所有其他光線。液晶技術(shù)用于電子紙的優(yōu)點(diǎn)在于其成熟的制造工藝和較容易實(shí)現(xiàn)彩色,其缺點(diǎn)在于比照度低、可視角度*圍小。膽甾型液晶顯示器(CH-LCD)圖2.1膽甾型液晶顯示器的工作原理膽甾型液晶是一種呈螺旋狀排列的特殊液晶模式,由于該型液晶構(gòu)造類似于膽固醇分子,因而得名。膽甾型液晶屬于反射式顯示器,利用外界環(huán)境光源來(lái)顯示影像,無(wú)需背光源。CH-LCD可通過(guò)兩種方式到達(dá)雙穩(wěn)態(tài)特性:一種是外表安定型:另一種則是高分子安定型。CH-LCD的工作原理如圖2.1所示，a圖表示的亮態(tài),當(dāng)一束非偏振光入射到右旋膽甾液晶層后,波長(zhǎng)在反射帶寬內(nèi)的右旋圓偏振光被反射,而透過(guò)的左旋圓偏振光被吸收層吸收。b圖表示CH-LCD在加電狀態(tài)下,膽甾液晶層被驅(qū)動(dòng)變?yōu)榻瑰F態(tài)。因此,入射光通過(guò)液晶層后可以被吸收層吸收而形成暗態(tài)。在強(qiáng)電場(chǎng)的部位,膽甾液晶分子采取垂直取向,即顯示黑色狀態(tài);在較弱電場(chǎng)的部位，膽甾液晶分子則采取有一定角度的聚焦圓錐取向，從而顯示一定的灰暗狀態(tài)。圖2.2為KentDisPlay公司于2021年SLD大會(huì)上展出的膽甾型液晶顯示器。ab圖2.2(a)13/13尺寸的單色膽甾液晶顯示面板，底層為被動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)的柔性印刷電路板(b)去除基板后的顯示面板雙穩(wěn)態(tài)扭曲向列型液晶顯示器圖2.3Nemoptie公司的Bi-TNLCD構(gòu)造示意圖雙穩(wěn)態(tài)特性的TNLEO技術(shù)主要是由Nemoptie和zBnnisplays公司研發(fā),和傳統(tǒng)的TNLCD顯示器的主要區(qū)別在于通過(guò)專有的槽柵來(lái)錨定液晶分子。該技術(shù)不僅結(jié)合了既有的TNLCD的簡(jiǎn)單架構(gòu)，而且能夠在不耗電的狀態(tài)下持續(xù)顯示各種不同的影像,也同樣省電。Bi-TNLCD的最主要的優(yōu)勢(shì)是簡(jiǎn)單的工藝流程和本錢優(yōu)勢(shì),并且在很多方面開(kāi)拓了現(xiàn)存的技術(shù)，因此能夠使產(chǎn)品表達(dá)出很多優(yōu)勢(shì)。Bi-TNLCD的顯示原理如圖2.3所示,底板間的液晶分子保持力不一致,當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間施加*一額定電壓時(shí),液晶分子會(huì)相對(duì)于底板呈垂直豎立狀態(tài)，在此狀態(tài)下，假設(shè)將電壓值急速降至零，強(qiáng)保持力底板周圍的液晶分子便會(huì)拉向倒下的方向,而弱保持力底板周圍的液晶分子則呈反方向倒下,此外處于底板中間位置上的液晶分子則會(huì)產(chǎn)生扭曲角度。如果分兩步進(jìn)展緩慢解除加電狀態(tài)操作,液晶分子便會(huì)因彈性能力減弱而倒向同一個(gè)方向,不會(huì)產(chǎn)生扭曲角度。在這兩種狀態(tài)下,一種顯示為黑,另一種則顯示為白,根本上形成了雙穩(wěn)態(tài)顯示。通過(guò)在第二步改變解除電壓時(shí)的幅度,黑色區(qū)域和白色區(qū)域的比率就會(huì)發(fā)生變化,即可調(diào)制出中間色調(diào)。圖2.4為NemoPtic公司于2007年SID大會(huì)上推出的A4尺寸的高分辨率電子紙模型,該電子紙的厚度小于2毫米，分辨率到達(dá)200dpi,像素為1650*2340,刷新率小于1秒。圖2.4Nemoptic公司推出的A4大小電子書(shū)閱讀器2.2電潤(rùn)濕顯示技術(shù)電潤(rùn)濕顯示的原理如圖1.6所示，彩色油膜介于水和外表覆蓋疏水涂層的絕緣電極之間,處于平衡狀態(tài)。當(dāng)外加電壓時(shí)，由于靜電作用,能量平衡被打破,層疊態(tài)不再是能量最低狀態(tài)，體系通過(guò)移動(dòng)水與絕緣電極接觸來(lái)降低能量。當(dāng)彩色油膜足夠小的時(shí)，肉眼看到的是平均化的視覺(jué)響應(yīng)。用這種方法可以使比照度最大到達(dá)15:1,響應(yīng)時(shí)間接近10毫秒。目前，由飛利浦實(shí)驗(yàn)室剝離而出的專業(yè)顯示器廠商Liquavista已經(jīng)推出電潤(rùn)濕顯示器，該技術(shù)基于飛利浦具有專利的高效能光學(xué)系統(tǒng)顯示架構(gòu)，可與現(xiàn)有的LCD制造工藝兼容。圖2.5電潤(rùn)濕顯示技術(shù)原理a,不通電,顯示為均勻的彩色油膜,b.通電后,油膜收縮產(chǎn)生比照效果2003年，飛利浦公司的RobertAHavesz在Nature上報(bào)道了基于電潤(rùn)濕原理的反射型像素顯示單元，具有反射率高、比照度高、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，有望成為電子紙的實(shí)現(xiàn)技術(shù)之一。飛利浦公司的電潤(rùn)濕顯示器構(gòu)造如上圖2.5所示，作為顯示設(shè)備用的電潤(rùn)濕光閥由支持片基，薄膜電極，斥水親油〔低能外表〕絕緣層，有色油層，親水的柵格和極性液體〔高外表*力〕組成〔如圖〕。正常情況，油層完全鋪展在斥水親油的絕緣層外表，且被親水的柵格固定在像素*圍內(nèi)。此時(shí)入射光線被有色油層吸收，形成固定顏色。對(duì)極性液體和底部薄膜電極之間充電后，由于庫(kù)侖力作用，極性液體替換油膜潤(rùn)濕了斥水親油的絕緣層，而油層則成為油滴，只占據(jù)了整個(gè)柵格極少一局部面積。此時(shí)，入射光線也只有很少一局部被吸收，根本不呈現(xiàn)顏色。變換過(guò)程猶如對(duì)電容充電，在維持潤(rùn)濕和不潤(rùn)濕的狀態(tài)時(shí)都沒(méi)有能量的損耗。而且，響應(yīng)時(shí)間也很短〔1msec〕。這些特點(diǎn)是其他原理所不具備的[5]。電潤(rùn)濕光閥原理也可以被利用制作反射型顯示器件〔白色反射層做片基〕，透射型顯示器件〔透明片基，電極，絕緣層〕，自發(fā)光顯示器〔紫外光吸收-可見(jiàn)光發(fā)射物質(zhì)做片基〕。反射型ELV顯示器的設(shè)想最先由Philip公司的Hayes和Feenstra提出，通過(guò)多年研究，他們利用C.M.Y染料染色油滴和白色支持片基組成制成了反射型ELV顯示器。國(guó)內(nèi)清華大學(xué)微電子研究所也開(kāi)場(chǎng)了相關(guān)研究。通過(guò)一些系列改進(jìn)，這種原理型電子紙正越來(lái)越接近我們對(duì)電子紙的要求[7]。2.3電泳顯示技術(shù)[9]電泳顯示器是基于懸浮在分散介質(zhì)中的帶電粒子的電泳現(xiàn)象而制成的一種非發(fā)射性的裝置,以這樣一個(gè)電泳單元為一個(gè)像素,將電泳單元嚴(yán)密排列構(gòu)成顯示平面,根據(jù)要求像素可顯示不同的顏色,其組合就能得到平面圖像。電泳顯示器具有高比照度、省電、輕、薄、可彎曲、便于攜帶等顯著優(yōu)點(diǎn)。目前市場(chǎng)上具有明顯優(yōu)勢(shì)的電泳顯示技術(shù)是由麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室JosephJacobson所創(chuàng)造的微膠囊型電泳顯示器。電泳微粒被包覆在獨(dú)立的微膠囊中,大大減少了微粒之間的碰撞和相互作用力,可有效阻止微粒的聚集和沉降。根據(jù)這種技術(shù)研制出來(lái)的產(chǎn)品兼有紙*那樣優(yōu)越的微薄度、柔韌性、高比照度和電子顯示器的相關(guān)特性。電泳顯示主要有以下幾類技術(shù)：1.扭轉(zhuǎn)球型電泳顯示器；2.微膠囊型電泳顯示器；3.微杯型電泳顯示器；4.快響應(yīng)電子粉流體顯示器扭轉(zhuǎn)球型電泳顯示器扭轉(zhuǎn)球型電泳顯示器的構(gòu)造如下列圖[5],顯示器的底板、面板均為透明電極，電極之間為具有矩陣微孔的橡膠彈性體。橡膠彈性體的微孔中充滿了絕緣的油性液體，液體中分散著和其比重非常接近的黑白雙色球。雙色球是由兩種不同的材料構(gòu)成，其在油性介質(zhì)中產(chǎn)生不同的界面電勢(shì),從而使雙色球的兩端帶不同的電荷。當(dāng)給像素的電極加上不同極性的電壓時(shí)，雙色球就會(huì)朝不同的方向翻轉(zhuǎn),而使像素顯示不同的顏色。這些旋轉(zhuǎn)球可以由著色的塑料通過(guò)機(jī)械的方法制備。圖2.6是Sheridon推出了第一個(gè)電子紙?jiān)推骷?圖2.7是Gyricon公司采用該技術(shù)推出了商業(yè)化Gyricon電子紙。圖2.6扭轉(zhuǎn)球型電泳顯示其的構(gòu)造示意圖彈性體矩陣,2.ITO,3.玻璃或塑料基板,4.含孔洞,5.雙色球圖2.7世界第一款電子紙?jiān)推骷Ｐ?b)Gyricon公司推出的Gyricon電子紙扭轉(zhuǎn)球型EPD的優(yōu)點(diǎn)是具有良好的雙穩(wěn)態(tài)，一旦成像,圖像將在電場(chǎng)被除去的狀態(tài)下一直保存。但是扭轉(zhuǎn)球型EPD也存在嚴(yán)重問(wèn)題：局部雙色球不能準(zhǔn)確旋轉(zhuǎn)而不能獲得更高的比照度,這個(gè)缺點(diǎn)在多色球中更明顯,很難用于彩色顯示。此外,多色球制作工藝復(fù)雜、旋轉(zhuǎn)球滯后的存在也降低了響應(yīng)時(shí)間。目前提倡RRR,扭轉(zhuǎn)球型EPD已經(jīng)根本退出市場(chǎng)。微膠囊型電泳顯示器微膠囊型電泳顯示器是美國(guó)E-ink公司開(kāi)發(fā)出的一種新型電泳顯示技術(shù)。其最大優(yōu)點(diǎn)在于將電泳粒子和絕緣懸浮液包封于微膠囊內(nèi),從而抑制了電泳粒子的團(tuán)聚和沉積,提高了電泳顯示器的穩(wěn)定性和使用壽命[3]。根據(jù)電泳粒子的多少，微膠囊型電泳顯示器可以分為單色顯示、雙色色顯示和多色顯示。單色顯示器件,即微膠囊中只有一種顏色的電泳粒子分散于含染料的溶劑中,比方二氧化鐵分散于含油溶藍(lán)的四氯乙烯中。雙色顯示器件,目前應(yīng)用最多的是黑白顯示，比方二氧化鐵和炭黑分散于無(wú)色透明的溶劑中作為電泳懸浮液。多色顯示器件中,微膠囊內(nèi)含帶同種電荷而Zeta電位不同的三種顏色粒子,通過(guò)施加電壓控制來(lái)顯示多種顏色,但實(shí)際中很難準(zhǔn)確控制不同顏料粒子的zeta電位。微膠囊內(nèi)含多種電泳粒子牽扯到很多復(fù)雜的問(wèn)題,目前大局部的研究還是集中于單色顯示[10]。圖2.8E一ink顯示器的顯示原理微膠囊電泳顯示原如圖2.8所示,當(dāng)微囊體兩端被施加一個(gè)負(fù)電場(chǎng)的時(shí)候,帶有正電荷的白色粒子在電場(chǎng)的作用下移動(dòng)到透明負(fù)電極，與此同時(shí)，帶有負(fù)電荷的黑色粒子移動(dòng)到微囊體的底部,這時(shí)外表會(huì)顯示白色。當(dāng)相鄰的微囊體兩側(cè)被施加一個(gè)正電場(chǎng)時(shí)，負(fù)電荷的黑色粒子會(huì)在電場(chǎng)的作用下移動(dòng)到微囊體的頂部，這時(shí)外表就顯現(xiàn)為黑色。以這樣一個(gè)電泳單元為一個(gè)像素，將電泳單元進(jìn)展二維矩陣式排列構(gòu)成顯示平面,根據(jù)要求像素可顯示不同的顏色，其組合就能得到平面圖像。由于電泳液和帶電粒子密度接近，當(dāng)電場(chǎng)撤除后仍能保持顯示狀態(tài)(即雙穩(wěn)態(tài)),顯著降低了能耗。微杯型電泳顯示器[3]圖2.9微杯型顯示器的工作原理微杯型電泳顯示器是由美國(guó)SIPi*公司研發(fā)的一種新型電泳顯示技術(shù)[11]。其顯示原理如圖2.9所示,當(dāng)在兩電極之間施加一電壓時(shí),電泳粒子向相反極性的電極遷移。因此,顯示在透明板上的顏色可為溶劑的顏色或電泳粒子的顏色。將電壓反向后,會(huì)使得電泳粒子反方向遷移,由此也將顏色反轉(zhuǎn)。微膠囊型EPD和微杯型EPD相比，在性能上各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。微杯型EPD的優(yōu)點(diǎn)為[12]：1)微杯型EPD具有更優(yōu)良的機(jī)械性能，更好的抗壓性。2)可以使用全自動(dòng)的輥對(duì)輥工藝生產(chǎn)，量產(chǎn)本錢較低。3)由于微膠囊一般在含水相體系中制備的，使得電荷添加劑的選擇受到很大的限制，而微杯型EPD不存在這個(gè)問(wèn)題。4)更容易實(shí)現(xiàn)彩色顯示。微杯型EPD的主要缺點(diǎn)在于比照度較低、光散射率較低，制備本錢較高。快響應(yīng)電子粉流體顯示器圖2.10快響應(yīng)電子粉流體顯示器的顯示原理快響應(yīng)電子粉流體顯示器為日本普利司通公司所發(fā)布，通過(guò)納米尺寸的黑色和白色帶電聚合物顆粒在空氣中的電泳來(lái)顯色，如圖2.10所示。可以看到該粉體具有類似液體的流動(dòng)特性。通常情況下將粉末漏下來(lái)以后，粉末會(huì)堆積成圓錐狀。而經(jīng)過(guò)特殊化學(xué)處理后的粉體卻會(huì)像水流下來(lái)一樣擴(kuò)散成平面。圖2.11QR一LPD顯示器的制作工藝流程圖從圖2.11可以看到，QR-LPD的電泳室和制造工藝都類似于微杯型EPD，可以使用全自動(dòng)的輥對(duì)輥工藝生產(chǎn)。QR-LPD的最大優(yōu)點(diǎn)在于響應(yīng)時(shí)間短，約為0.2ms。此外，該技術(shù)較容易獲得高分辨率的全彩色顯示。QR-LPD的缺點(diǎn)在于需要很高的電壓驅(qū)動(dòng)(70v)，這使得在耐高電壓的TFT(薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管)組件尚未成功開(kāi)發(fā)的情況下，目前只能以被動(dòng)式的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)電子粉流體，從而限制了該技術(shù)的推廣。目前普利司通公司正與日立公司共同合作，投入電子紙“A1birev''產(chǎn)品的研發(fā)[3]。三、電子紙的應(yīng)用和挑戰(zhàn)3.1電子紙的應(yīng)用電子紙從其優(yōu)越的性能出發(fā),可以應(yīng)用于很廣泛的領(lǐng)域[1]。電子報(bào)紙2006年4月15日,我國(guó)解放日?qǐng)?bào)率先在Rie*電子紙上展現(xiàn)和發(fā)布了全球第一份電子報(bào)紙；同年10月25日,**日?qǐng)?bào)社推出iRe*電子報(bào)紙—?**播報(bào)?,其內(nèi)容除了本地新聞外，還涵蓋了全國(guó)各大城市主流媒體的新聞內(nèi)容；2006年10月27日,**日?qǐng)?bào)全面開(kāi)通了旗下四報(bào)三刊的Rie*電子報(bào)刊，成為全球首家全面進(jìn)人電子紙時(shí)代的傳媒集團(tuán)。國(guó)外,美歐等興旺國(guó)家的報(bào)業(yè)也開(kāi)場(chǎng)了對(duì)電子紙進(jìn)展探索:世界報(bào)業(yè)協(xié)會(huì)成立了電子紙新聞聯(lián)盟,美國(guó)?紐約時(shí)報(bào)?、?洛杉磯時(shí)報(bào)?、英國(guó)?每日電訊?、意大利?**報(bào)?、比利時(shí)?比利時(shí)時(shí)報(bào)?等多家報(bào)社紛紛推出電子報(bào)紙。電子書(shū)籍2004年,由E-Ink和Philips提供技術(shù)支持、由Sony生產(chǎn)的世界上“第一本〞實(shí)際商用電子書(shū)問(wèn)世。這本電子書(shū)被命名為L(zhǎng)IBRE,售價(jià)4萬(wàn)日元。其長(zhǎng)190mm、寬126mm,最薄的地方只有9mm厚，質(zhì)量為1909，防反射顯示屏到達(dá)4級(jí)灰度和800*600的分辨率標(biāo)準(zhǔn),有10MB的存儲(chǔ)空間(大約能顯示1萬(wàn)頁(yè))，如圖3.1所示。圖3.1電子書(shū)書(shū)寫(xiě)電子紙電子紙與電子筆可以像普通的紙和筆一樣隨意書(shū)寫(xiě)，并可將書(shū)寫(xiě)的內(nèi)容存儲(chǔ),隨時(shí)顯示，同時(shí)可顯示圖文并茂的動(dòng)態(tài)畫(huà)面。這種電子紙還可以掛在墻上當(dāng)作電子板使用。3.2電子紙的開(kāi)展方向及挑戰(zhàn)近幾年，電子紙的開(kāi)展方向主要是:更輕更薄,由單色到多色，由靜態(tài)到動(dòng)態(tài)。而商業(yè)應(yīng)用方面，主要是電子書(shū)、電子海報(bào)、電子報(bào)紙。雖然國(guó)內(nèi)外都有局部報(bào)業(yè)開(kāi)場(chǎng)發(fā)行電子報(bào)紙實(shí)現(xiàn)數(shù)字出版，但電子報(bào)紙真正普及還有一段差距，大多數(shù)都處觀望的態(tài)度。其開(kāi)展的瓶頸在于：電子紙的無(wú)線下載功能受到很大的制約,有時(shí)必須在線下載,如果能夠和移動(dòng)、聯(lián)通的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)接，將會(huì)有助于解決這個(gè)問(wèn)題；電子紙能否突破傳統(tǒng)紙的黑白顯示,實(shí)現(xiàn)彩色顯示、動(dòng)畫(huà)顯示;目前電子紙全國(guó)統(tǒng)一零售價(jià)為9500元，這種價(jià)格很難讓群眾承受，如果價(jià)格能夠降到1500一2500元之間,將會(huì)有一個(gè)比較理想的應(yīng)用前景[2]。四、結(jié)語(yǔ)21世紀(jì)電子產(chǎn)品日新月異,短短幾十年,電腦、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)等產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶，如今，電子紙作為新一代電子產(chǎn)品雖然引起了各研究機(jī)構(gòu)、媒體和人們的關(guān)注，諸多科研院所也集中精力突破開(kāi)展瓶頸以便實(shí)現(xiàn)普及化?？梢钥隙ǖ氖?，電子紙的開(kāi)展必將會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的信息載體形成巨大挑戰(zhàn)，更加深人全面地影響數(shù)字出版領(lǐng)域以及改變傳統(tǒng)的閱讀方式。造紙是中國(guó)人引以為豪的四大創(chuàng)造之一，但是在當(dāng)今信息時(shí)代，電子紙*即將產(chǎn)業(yè)化的時(shí)候，我們應(yīng)該做些什么?能做些什么?諸多電子紙顯示技術(shù)現(xiàn)在還處于研究階段，開(kāi)發(fā)應(yīng)用起步未曾成熟,還有許多科學(xué)與技術(shù)問(wèn)題需要解決。因此我們應(yīng)該抓住機(jī)遇，在該領(lǐng)域跟蹤國(guó)際最新的研發(fā)趨勢(shì)，抓住電子紙技術(shù)的核心科學(xué)問(wèn)題,結(jié)合相關(guān)根底科學(xué)，比方材料科學(xué)、色度學(xué)等等，為高性能電子紙顯示器件的設(shè)計(jì)提供理論根底。同時(shí)解決產(chǎn)業(yè)化中每一步的技術(shù)問(wèn)題，最終研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電子紙*并產(chǎn)業(yè)化，在電子紙*技術(shù)領(lǐng)域占有一席之地，在新時(shí)代的“造紙術(shù)〞里再創(chuàng)輝煌。參考文獻(xiàn)[1]陳港.電子紙的研究進(jìn)展及應(yīng)用[J].中國(guó)造紙，2021〔9〕：27[2]MakotoOmodani.電子紙及對(duì)它的要求[J].現(xiàn)代顯示，2004〔3〕：6[3]龐春燕.電子紙，能否領(lǐng)銜數(shù)字出版[J].傳媒聚焦，2006[4]饒碧波等.電子紙技術(shù)及其研究現(xiàn)狀與展望[J].精細(xì)化工，2002〔9〕：19[5]王銘.新型電子墨水構(gòu)成與性能的關(guān)系研究[D].印刷學(xué)院，2007[6]*ianweiMeng.MonodisperseHollowTricolorPigmentParticlesforElectronicPaper.NANOE*press，2021[7]李煒罡.微膠囊型電泳顯示材料與器件的研究[D].**大學(xué)，2021[8]*慶宇等.電潤(rùn)濕顯示單元[J].光電子技術(shù)，2021〔11〕：30[9]榮宇.電泳顯示材料及器件的研究[D].**大學(xué)，2005[10]王歡.微膠囊型電泳顯示器件的研究[D].**大學(xué)，2021[11]謝建宇等.微杯型電泳顯示器的研究進(jìn)展[J].功能材料，2005[12]侯欣妍等.用于微杯顯示的黑白電子墨水的制備研究[J].高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào)，2021〔2〕：26Reference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