电子墨水的原理及应用

【中心议题】

•     *电子墨水显示原理
•     *电子墨水显示特点及应用

【解决方案】

•     *把微粒和深色颜料包裹在微囊内，在微囊内实现电泳显示
•     *利用打印方式实现双稳态显示

1电子墨水显示原理

电子墨水(微光电泳显示)是一种柔性显示材料和技术，融合物理、化学、电子学等学科的一种显示材料。利用电泳显示原理，创新性地把微粒和深色颜料包裹在微囊内，在微囊内实现电泳显示，从而抑制了电泳胶粒在大于胶囊尺度范围内的团聚、沉积等缺点，提高了其稳定性，延长使用寿命。另一方面也使利用打印方式实现双稳态显示成为可能。电子墨水是由无数透明微囊悬浮在透明基液中而形成的悬浮体系。这些微胶囊内包含着黑色的颜料和一些更为微小的白色粒子，染料使包裹着它的透明颗粒呈现染料色，那些更为微小的白色粒子由于双电层而带某种电荷在静电力作用下朝某一方向运动。当它们集中向某个方向运动时，就能使原本看起来呈黑色的微囊的某一面成白色。其显示原理如图l所示。

在没有电场作用时，电子墨水中的微胶囊如图1(a)所示。此时，白色带电微粒均匀分布在微胶囊内，显示混合色。当将电子墨水注入到两个电极之间时，在电场作用下单个微胶囊内的白色粒子的运动情况如图1(b，C)所示。其中上极板为透明电极，下极板为不透明电极。当上极板带正电下极板带负电时(图1(b))，带正电的白色二氧化钦微粒在静电力的作用下向下极板(负极板)运动，于是由透明电极(上极板)一侧观察，电子墨水呈现染料色。在相反电场作用下(图1(c))，二氧化钦微粒向仁极板运动，这时由透明电极(上极板)一侧观察时，电子墨水呈白色。当电子墨水薄层与矩阵寻址相结合时，即可实现电子墨水双稳态显示。J.Park等验证了全打印金属绝缘体金属(MIM)二极管结构能为电子墨水显示提供有源矩阵寻址已Lellcent、PhihpS、Bell实验室等研究组正在试图利用全打印技术制造柔性聚合物驱动电路，为电子墨水柔性显示提供驱动电路。

撤去外电场时，由于白色微粒间及微粒与微囊壁间的相互作用，使微粒维持其加电场时的状态，不需要电场能量来维持其显示，从而实现了双稳态显示。当想改变所显示的内容时，施加适当的电场，即可实现新的显示内容。

2电子墨水显示特点及应用

2.1特点

随着电脑技术的发展和因特网的普及，人们可以很方便地浏览“电子出版物”，但这种电子出版物无法取代日常的报纸、图书。后者获取信息的方式不受时间和地域的限制，更加符合人们的阅读习惯，而电子纸张可以满足该要求。电子墨水显示具有下列特点:

(1)柔性显示。除了可以在刚性坚硬和平的表面显示外，还可以在聚脂膜、塑料、纸和布等柔性和弯曲的表面上显示。易于廉价制造，实现大面积显示。

(2)良好的可视性。电子墨水的反射率和对比度高，而且由于它是通过反射自然光而发光，对人的视觉刺激柔和，符合人的阅读习惯，并且视角宽，不存在画面的几何失真，也没有中央清晰度与边角部位清晰度不一致的缺点。

(3)低功耗。电子墨水显示的图像可保持数周，并不耗费额外的电能，而且一个电子墨水显示仅耗电0.IW左右，只有相应尺寸的LCD所需功率的1/10一1/l。00。

(4)信息载入能力强。电子墨水制成的电子书或电子报纸可以同互联网连接，或用无线寻呼下载文本或图像信息，信息的更新可由遥控自动改变。

(5)携带方便。其厚度和重量只有标准LCD的1/4左右，且在弯曲的状态下，也依然能够显示文字和图像。

(6)制造价格低廉。可以使用现有的丝网印刷工艺打印到任何基体上，并且可以进行大规模的生产，足以同现今传统的LCD工艺竞争。该产品的生产工艺成本低于液晶显示器。

(7)有利于环保的“绿色”高科技产品。电子墨水显示技术具有节约能源、无废热散发、无电磁辐射、节约纸张等工业原材料的优点。

因而用电子墨水制成的电子纸，其商业应用前景十分广阔，它的出现将在很大程度上改变人们的生活面貌，尤其是对广告、报刊、图书等行业产生重大影响。

2.2应用及前景

世界各国许多公司投入了巨大的人力和物力来对其进行研究和开发，目前已取得了很大的进展。美国施乐公司采用双色球翻转技术开发出了电子纸张。M.E.Howard等研究和分析了双色球电子纸。2000年，日本千叶大学和东芝公司也先后推出了自己的电子纸张，其厚度只有。.lmm。美国麻省理工学院(MIT)媒体实验室的电子墨水(Eink)公司己研制出了蓝底白字的电子纸张，任一双色组合的显示及彩色显示技术还在进一步的研究和开发之中。Eink公司计划在2003年前后把能够显示复杂图案的电子纸正式投放市场。电子墨水是一种新型的显示材料，其研究还处于小成熟阶段。目前，电子墨水显示可以在ls内改变颜色1~10次，儿乎可以满足动画要求，但距离实现1s内改变颜色60多次的视频显示还有很大差距。人们正在为实现电子墨水全彩色视频显示努力工作。