神奇的電子紙背後的技術

一、概述

現在可以看到越來越多的超市的價格標籤更換為電子紙的,還有使用的電子書也有很多是使用電子紙的。電子紙的最大優先是省電,電子紙顯示只有在變化圖像的時候才需要用電,掉電後還可以保持顯示,具備了類似紙張的特性,所以稱為電子紙,基於這個特性,可以把能耗做的非常低。但是目前由於技術性能的限制,現在電子紙的顏色相對單一,一般都只支持兩種或者三種顏色,今年元太科技才推出彩色電子紙。

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小米電子書閱讀器

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超市電子紙價格標籤


二、電子紙的原理

電子墨水(Electronic Ink)其實是一種新型材料,它是化學、物理學和電子學多學科發展的產物,這種材料可被印刷到任何材料的表面來顯示文字或圖像信息。

神奇的電子紙背後的技術

電子紙原理示意圖

由於電子墨水是一種液態材料,所以被形象地稱為電子墨“水”。在這種液態材料中懸浮著成百上千個與人類髮絲直徑差不多大小的微囊體,每個微囊體由正電荷粒子和負電荷粒子組成。只要採取一定的工藝就能將這種電子墨水印刷到玻璃、纖維甚至是紙介質的表面上,當然這些承載電子墨水的載體也需要經過特殊的處理,在其內針對每個像素構造一個簡單的像素控制電路,這樣才能使電子墨水顯示我們需要的圖像和文字。

當微囊體兩端被施加一個負電場的時候,帶有正電荷的白色粒子在電場的作用下移動到電場負極,與此同時,帶有負電荷的粒子移動到微囊體的底部“隱藏”起來,這時表面會顯示白色。當相鄰的微囊體兩側被施加一個正電場時,黑色粒子會在電場的作用下移動到微囊體的頂部,這時表面就顯現為黑色,這樣在玻璃表面就可以形成黑色和白色的圖案了,不同的混合度,顯示出灰色的效果。

彩色的電子紙的顯示原理也是一樣的,微膠囊電泳電子紙彩色顯示層包含由微膠囊形成的若干個均勻、規則排列的彩色像素顯示單元;每個彩色像素顯示單元由三種顏色基本像素顯示單元成“︱︱︱”形排列設置構成;三種顏色基本像素顯示單元各自包括顏色微膠囊,三個各自的顏色微膠囊中依次包含有紅色,綠色和藍色帶電顏料粒子以及電泳液,通過驅動微膠囊電泳顯示層來實現不同的顏色顯示。由於和傳統TFT的三基色顯示原理不一樣,彩色電子紙是通過層疊加的方式實現的彩色,所以彩色電子紙存在分辨率低,現象效果不好,看上去模糊不清的問題。

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彩色電子紙顯示原理


三、電子紙的生產工藝

在目前主流的電泳顯示生產中,塗布是非常重要的工藝。下圖是微膠囊的電泳顯示器的結構圖,在該器件中,電子墨水層處於前公共電極和底部像素電極之間。通常的生產方式是先將電子墨水塗布到薄膜上,塗布方式包括:狹縫塗布,絲網塗布,噴墨打印塗布,刮刀塗布,噴塗等等。通常對塗布機的精度要求比較高,要求能夠做到+/- 1um的塗布精度。

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微膠囊電泳顯示器結構圖


為了控制生產成本,根據電泳顯示材料的特性,目前微膠囊電泳顯示薄膜採用卷對卷的塗布方式,可以快速生產出符合產品應用需求的顯示材料。另外,電子紙的很多配套材料,例如保護膜,也是採用卷對卷的印刷工藝。包括未來的柔性TFT襯底,也有可能採用印刷工藝進行生產。

四、國內主流廠家

廣州奧翼電子科技有限公司

京東方科技有限公司

國華光電科技有限公司

五、總結

電子紙技術會越來越成熟,正在往全綵化、柔性化發展,隨著技術和工藝的發展,電子紙會在各種應用場景下被廣泛應用。


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