柔性电子显示技术基础论文

 摘要： 摘要：现代显示器技术目前已经经历了三代的发展，阴极射线管显 示器具有体积庞大、能耗高、发光闪烁等缺点，等离子体显示器能 耗也较高，而且不具有柔性。近年来，液晶显示器与薄膜电发光平 板显示器逐渐在竞争中占据优势，但是它们使用的都是被动光源， 并有视角小、响应速慢、工艺复杂、制作成本高等不足。人们设想 一种和纸一样，但能反复循环利用的显示器，即电子纸，电子纸显 示器利用颗粒的电泳原理，通过带电物质对电场的响应产生的运动 实现色彩交替显示，以这样的一个电泳显示单元为一像素，将多个 电泳单元组合成二维平面显示阵列，实现复杂图像的显示。 关键词： 关键词：柔性 显示器 电泳 微胶囊

    1.微胶囊电泳技术 微胶囊电泳技术

    微胶囊电泳显示是一种可逆、双稳态、柔性的电子纸显示技术。 本文描述了微胶囊电泳显示技术的 “单粒子” 和“双粒子” 两种 基本显示原理 ,并分别针对其制备技术中的电泳颗粒的表面处理、 显示液的配制以及微胶囊化三个关键步骤作了详细的介绍。还介绍 了微胶囊电泳显示技术的研究现状和发展趋势。

    1.1. 单粒子显示

    单粒子显示是指利用微胶囊内一种带电颗粒 ,在外加电场的作 用下 ,在含有染料的悬浮液中的电泳迁移运动来实现图案和文字的 显示。 显示原理如图 1 所示[11 ]。 由图 1 可以看出 ,当上极板带正电 荷时 ,微胶囊内的白色颗粒向下极板运动 ,使得上极板呈现黑色(图

    1a) ;当上极板带负电荷时 ,微胶囊内的白色颗粒向上极板运动 ,使 得上极板呈现白色(图 1b) 。随着外加电场的转换 ,微胶囊电泳显示 即可转换不同的颜色而实现图文显示。

    1.2. 双粒子显示

    双粒子显示是指利用微胶囊内电性相反、 颜色不同的两种颗 粒 ,在外加电场的作用下 ,分别向相反方向的电泳迁移运动实现图 像和文字的显示。显示原理如图 2 所示[12 ]。由图 2 可以看出 , 当上极板带负电荷时 ,微胶囊内的白色颗粒向上极板运动 ,黑色颗 粒向下极板运动 ,使得上极板呈现白色(图 2a) ;当上极板带正电 荷时 ,微胶囊内的白色颗粒向下极板运动 ,黑色颗粒向上极板运 动 ,使得上极板呈现黑色(图 2b) 。随着外加电场的转换 ,微胶囊 电泳显示即可转换不同的颜色而实现图文显示。微胶囊电泳显示的 颜色并不局限于上述黑白两色 ,只需调整微胶囊内的染料和电泳颗 粒的颜色 ,便能够展现五彩缤纷的色彩和图案。

    2. 微胶囊电泳技术的现状及趋势

    微胶囊电泳显示技术是应开发 “电子纸” 的需要而出现的一 项新技术。尽管微胶囊电泳显示技术的研究历史不到十年 ,但近几 年 ,微胶囊电泳显示技术借助于技术基底雄厚的普通电泳显示技 术 ,在纳米和微胶囊等专业技术的推动下 ,得到了迅速的发展。 从 1996 年 “微胶囊电泳显示”概念提出以来,已取得了令人瞩 目的成果。1999 年 10 月 ,美国朗讯科技公司和 E2Ink 公司宣布,达 成共同开发微胶囊电泳显示电子纸的协议,开发微胶囊电泳显示电 子纸应用于电子书报行业。2000 年秋季材料研究会上,E2Ink 公司 与贝尔实验室共同展示了第一个微胶囊电泳显示电子纸的原型。 2001 年 4 月,E2Ink 公司与 IBM 合作首次研制成功矩阵(Active Matrix)方式的微胶囊电泳显示器 ,并演示了高分辨率的插图及文 本的显示 ,其显示器速度比过去提高了 9 倍 ,显示器屏面尺寸仅为 310nm ,在微胶囊内增加了蓝色从而提高了画面的对比度。2001 年 6 月 ,飞利浦公司与 E2Ink 推出面向手持设备的 “电子纸” 显示模

    型。2002 年 1 月 ,E2Ink 开发出名为 “Ink2In Motion”,支持动 态图象显示的微胶囊电泳显示电子纸 ,用于显示品牌产品的商标或 图形。2002 年 2 月 4 日 ,E2Ink 和日本凸版印刷公司合作 ,共同推 进微胶囊显示电子纸的商用进程 ,于 2002 年内建立电子纸主要组 成材料 “前版” 的生产体系。2002 年 2 月 ,E2Ink 和德国 VST 共 同用于欧洲的铁路、 公路以及航空行业电子纸信号和标志一事达成 协议。由 E2Ink 向 VST 公司提供电子纸元件 ,VST 公司将该元件嵌 入到信号和标志中。2004 年 4 月 ,SONY 和 E2Ink、 飞利浦公司合 作生产了第一种商品化的 e2 paper 显示器 ,大小为 190mm × 126mm× 13mm ,重 190g ,可以显示黑白两色 ,大约每英寸 170ppi , 可以显示一个 800 × 600 的灰度值 ,储存的容量大约可以保存 5000 页书 ,用四节碱性电池可以阅读 10000 页。

    3.电子纸应用 

    在便携式和手持式设备应用日趋广泛的驱动下,许多厂家正在 尝试开发类似纸张的显示技术。 这种显示技术采用柔性基板,在普通 环境光线下即可阅读。 尽管要拥有真正的电子纸还有很长的路要走, 但目前己经出现几种非常有前途的技术。 电子纸利用电泳粒子的双稳性实现显示功能是一种超薄、超轻 的显示屏，具有超低能耗，可实现柔性显示等优势，资源问题对经 济发展的瓶颈制约是一个全球性的问题,电子纸由于具有双稳特性， 能够无源维持， 因此逐步成为新型纳米光电子显示器件的研究热点。 1975 年 施乐的 PARC 研究员 Nick Sheridon 率先提出电子纸 和电子墨的概念，至今已经过了 30 多个年头。目前，电子纸技术 的研究开发主要集中在国外一些大型公司的研究中心，具有代表性

    的几家著名国外公司有 Gyricon 公司 MIT 公司 EINK 公司 Sipix 公 司以及 Philips 公司。电子纸的制备方法有四种，旋转球技术，微胶 囊技术， 微压模技术和电湿润技术 EInk 公司利用微胶囊技术是当前 最为成功的电子纸技术。该技术的实现原理是在透明微胶囊中放入 含有深色染料的悬浮液带电微粒子，以微胶囊为最小的显示单元实 现双色功能形成图像 Sipix 公司采用精密模具在塑料基片上压出纵 横规整排列的微室阵列，每一个微室大小在 50200 微米左，采用激 光定位喷墨 ITO 迭片放置机械将一定量的电泳显示液注入微室 中，而后封装成为电子纸。 LG、飞利浦公司在 2008 年消费电子展会上展出了一款 14.3 英 寸的彩色柔性电子纸，标志着 LG、飞利浦朝着生产柔性显示屏又迈 进了一步。这种电子纸相当于 A4 复印纸尺寸，显示分辨率为 1280 dpi×800 dpi，能够展现 1 670 万种颜色。该电子纸很省电，只在 图像变换时用电。这种柔性电子纸是采用金属薄片和塑料基板制造 的，而不是采用玻璃基材，因此能够弯曲，这类产品耐用性和便携 性是同样重要的。 180°的视角使这种显示屏即使在弯曲的时候也能 看到清晰的图像。LG、飞利浦公司称，他们的加工技术最大限度地 减少了面板的变形，防止电路结构在高温处理的过程中发生变化。 这种反射式金属薄片基板制造的耐用显示屏为电子课本和智能卡应 用开拓了道路。电子纸的价格和上市时间展会上没有宣布。 虽然电子纸技术取得了突破性进展，已进入商品化实用化的阶 段，但是仍然存在许多困难没有克服，如电泳粒子易于沉积 Zeta 电势的弱化引起的响应时间增长显示器灰度较低等问题，究其根本 原因是电泳粒子的尺寸分布宽，电泳分散液不稳定，无法实现对电 泳粒子位置的可逆，具有双稳性质的电泳粒子对新型纳米光电

    显示器件的显示效果具有举足轻重的作用，直接影响着对比度，反 射率，响应速度和使用寿命等。

    4.国内概

    从国外来看 ,微胶囊电泳显示技术已趋于向商品化发展 ,但 在国内 ,微胶囊电泳显示技术还处于刚刚起步阶段。关于微胶囊电 泳显示制备技术 ,国内仅有西北工业大学赵晓鹏课题组在研究 ,在 其发表的有关报道中大部分为单色显示,与 E2Ink 公司的微胶囊显 示技术还有一定差距。 从国内外的发展现状来看,当前的微胶囊电泳 显示存在明显的缺点 ,像只能做双色显示、 更新频率过慢(无法显示 动画)、 无法方便地输入内容以及显示品质尚不及阅读印刷品的感觉 等。现在 ,科研人员正在针对目前微胶囊电泳显示的缺陷开发新的 技术 ,以尽快实现商品化生产。例如为了弥补显示色彩上的不足 , 科研人员用彩色滤光板来增加微胶囊电泳显示的色彩。随着新技术 的不断开发 ,微胶囊电泳显示技术将在显示与展示、教学、装饰以 及信息传播等诸多方面具有更广泛的用途。 微胶囊电泳显示技术延续了人类对纸张的习惯 ,又赋有电子显 示的功能 ,为与信息记录相关行业带来了性的变化。尽管微胶 囊电泳显示从原理型产品过渡到商品型产品 ,还有很长的路要走 , 但随着微胶囊电泳显示技术的不断自我完善 ,其必将具有广阔的用 途和市场前景。

    参考文献

郭慧林,王允韬, 功能材料, 郭慧林,王允韬,刘曙 等.功能材料, 2003 

陈洁明,汤文彦,郑忠.华南理工大学学报(自然科学版) 

陈洁明,汤文彦,郑忠.华南理工大学学报(自然科学版) , 1995

陈夏洁. 印刷技术, 陈夏洁. 印刷技术, 2003 

宋键,陈磊,李效军.微胶囊化技术及应用 北京:化学工业出版社, 及应用. 

宋键 , 陈磊 , 李效军 . 微胶囊化技术 及应用 . 北京 : 化学工业出版社 , 2001 

李立,薛敏钊,王伟 等.精细化工, 2004 

李立,薛敏钊, 精细化工, 蒋庆全.显示器件技术,

蒋庆全.显示器件技术, 2004 

邹淳韧,王强.广东印刷, 邹淳韧,王强.广东印刷, 2003 

郭慧林,王建平,赵晓鹏.材料研究学报, 2004 

建平,郭慧林,王允韬 等.自然科学进展, 2004