电泳显示技术

电泳显示技术(EPD)特点又称电泳显示器，是类纸式显示器较早发展的显示技术，是利用 有颜色的带电球，藉由外加电场，在液态环境中移动，呈现不同颜色 的显示效果，其代表厂商包括E-Ink与Sipix。日本Bridgestone所推出 的高速响应液态显示器(QR-LPD)，其工作原理与EPD相似，只是 其成像的物质不是使用带电球，而是由黑白2色的粉末在电场之间移 动产生显示效果。另外发展较早的胆固醇液晶(ChLC)，是一种结 构相似于胆固醇分子的液晶。胆固醇反射式显示器在不加电压时，可 存在两种稳定的状态，利用两个状态之间的转换，呈现亮暗态的显示 效果。其它还有强诱电性液晶(Ferroelectric Liquid Crystal； FLC)等。发展前景电泳显示(Electrophoretic，E-Paper)技术由于结合了普通纸张 和电子显示器的优点，是最有可能实现电子纸张产业化的技术。目前 它已从众多显示技术中脱颖而出，成为极具发展潜力的柔性电子显示 技术之一。据iSuppli预测，电泳显示全球市场2006年仅仅900万美 元，但是预计到2013年将增加到2.47亿美元，年均增长率高达60.5%。 该增长的大部分市场在指示标和新颖的直接驱动显示器，另外电子显 示卡、柔性电子阅读器、电子纸张和数字签字等产品也将获得应用。 电泳技术及其优势何为电泳技术？照字面意味着“在一定的电压下可泳动”，其显 示的工作原理是靠浸在透明或彩色液体之中的电离子移动，即通过翻 转或流动的微粒子来使像素变亮或变暗，并可以被制作在玻璃、金属 或塑料衬底上。具体技术是将直径约为1mm的二氧化钛粒子被散布 在碳氢油中，黑色染料、表面活性剂以及使粒子带电的电荷控制剂也 被加到碳氢油中；这种混合物被放置在两块间距为10-100 mm的平行 导电板之间，当对两块导电板加电压时，这些粒子会以电泳的方式从 所在的薄板迁移到带有相反电荷的薄板上。当粒子位于显示器的正面 （显示面）时，显示屏为白色，这是因为光通过二氧化钛粒子散射回阅 读者一方；当粒子位于显示器背面时，显示器为黑色，这是因为彩色 染料吸收了入射光。如果将背面的电极分成多个微小的图像元素（像 素），通过对显示器的每个区域加上适当的电压来产生反射区和吸收 区图案，即可形成图像。电泳技术具有几大优势。一是能耗低。由于具有双稳定性，在电 源被关闭之后，仍然在显示器上将图像保留几天或几个月。二是电泳 技术生产的显示器属于反射型，因此具有良好的日光可读性，同样也 可以跟前面或侧面的光线结合在一起，用于黑暗环境。三是具有低生 产成本的潜力，因为该技术不需要严格的封装，并且采用溶液处理技 术如印刷是可行的。四是电泳显示器以形状因子灵活为特色，容许它 们被制造在塑料、金属或玻璃表面上，所以它是柔性显示技术的最佳 选择。电泳技术研发与生产企业目前投入电泳技术开发的企业有美国EInk和SiPix公司、英国Plastic Logic、荷兰飞利浦旗下 Polymer Vision、日本 Bridgestone、Hitachi、Seiko Epson、南韩三星电子与乐金飞利浦山?1)等厂商。E Ink公司在产品开发方面走在最前面。2004年E Ink公司与 索尼公司和飞利浦公司联合于推出电泳显示电子书，在欧洲与德国的 Vossloh公司联合推出了电子纸信息显示屏，与韩国的Neolux公司联 合推出了电子纸式广告屏。SiPix公司和日本的Bridgestone公司联合 展示了一些电泳显示屏样屏，但目前还没有产品推出。2007年EInk与Seiko合作推出了可弯曲的手表外，EInk与 Sony、大陆金科、台湾eREAD等公司合作推出了电子书；诺基亚发 布了概念手机Nokia888；香港o.d.m.公司推出柔性手表、数字卷标等 产品；三星电子与LPL则在电泳显示介质上加装彩色滤光片，形成 彩色化，不过也因为增加了彩色滤光片，让其推出的产品因反射率降 低而看来亮度有些暗淡。荷兰Polymer Vision积极投入电子纸与全彩 柔性显示器产品的技术开发，已在英国设立生产厂，预计在2007年 底可开始正式量产，届时并将推出全球首款折迭式电子书。各公司在电泳技术方面略有差异。EInk采用的是微结构(Micro Structure)属于微胶囊(Microcapsules)，每个显示元素的大小不均且 排列零散，因采用黑白双粒子，光反射率较佳是其优点，可达到约 35%40%左右，阅读时的感觉更贴近真正的纸张，缺点则是不够坚 固强韧，无法承受重压。而SiPix公司采用的微结构则是专利的微杯 数组(MicrocupArray),显示元素大小一致并以数组方式排列整齐， 具有较佳的机械与电气特性，承受重压也不会损坏，缺点则是光反射 率稍差，目前约可达到28%。由于在技术上采用的微结构不同，连带 也影响到制程的选择。有关专家指出：SiPix的微杯数组结构最大好 处，在于可以使用连续滚动条式（Roll to Roll； R2R）的制程可实现大批量产，生产成本较低；反观EInk的微胶囊结构由于不够坚固， 因此无法实行以压印方式生产的R2R制程，只能以较高的成本喷墨 方式制造生产。面临的技术难题一是响应速度比较慢。因为电泳技术依赖于粒子的运动，用于显 示的开关时间非常长，长达几百毫秒，这个速度对视频应用是不够的。 目前用于电泳显示的使开关时间达到几十毫秒的更快的材料正在开 发之中。二是显示的双稳态、以及转换速度慢，也影响了其连续显示色彩 的性能。一些电泳显示器在两种色彩之间切换，如果彩色显示还需要 一个彩色滤光片。该技术的驱动器正因双稳定性问题而面临挑战，双 稳定性对显示有利，但它也给带来了挑战，因为它需要采用一种独立 的驱动器架构，从而导致显示器的成本上升。三是制造工艺复杂，对材料要求高，成本较高。我国电泳显示技术发展现状我国电泳显示研究起步晚，但进步很快，在材料研究及其应用基 础研究方面有基础，并已有企业在积极开拓相关产品的研发。例如中 山大学和广州奥示科技有限公司合作，研制出黑白、红绿蓝彩色三原 色电子墨水，并研制出了柔性显示屏，制作出了彩色三原色的显示屏。 目前，国内与国外的技术差距主要在显示屏、材料和功能产品方面。 我国企业从发展自主知识产权的平板显示屏制作技术和产品出发，利 用自主开发的微胶囊电泳显示材料和超薄平板显示器件结构，开展电 子墨水超薄平板显示器件产业化关键技术攻关，研制出了类纸式信息 显示屏，实现电泳平板显示器件产品化。我国台湾工研院也已锁定 柔性显示为未来几年的发展重点，并且正与SiPix进行相关技术合作。瞄准未来市场，研究未来产业发展，开发新技术，超前谋划，是 当前我国显示产业持续发展的重中之重的工作。