电泳式电子纸显示技术的量产化应用

电子纸 (Electronic Paper，ePaper) 实际上是一类技术的统称，主要技术有微胶囊电泳显示技术、微杯型电泳显示技术、拧转球显示技术、双色性染料液晶技术、电润湿显示技术以及色粉显示板技术等。

其中采用电泳显示技术(Electro-Phoretic Display, EPD)作为显示面板较为主流。电子纸是一种自身不发光、依靠自然光反射成像、双稳态维持静态图像无需用电的显示技术。作为文字的一种新载体，电子纸具有低碳、可循环、数字化的特征。近年来，电子纸产业进入高速成长期，成长性高居显示技术之首。

持续推进电子纸商用化，彩色、柔性特质带来新机遇

电子纸技术概念于 20世纪 70 年代被提出，当时研究人员藉由透明硅树脂为材料，里面包覆许多带正负电荷的聚乙烯小单球体，每个球体有黑白两端。改变电场时，球体就会上下转动而呈现出黑白两色以显示图案。到了 20 世纪 90 年代，MIT 以透明微胶囊取代原有的小球体，正式确立了电气泳动式的基础技术，即当下的电子纸。1997 年 E Ink 公司成立，进一步推动了电泳式电子纸显示技术的量产化应用。

推进商用化进程，亚马逊引领电纸书阅读器发展高潮。2002 年，随着全球首个电子纸生产基地落户中国江苏扬州，电子纸技术进入商用化进程。2004 年，索尼推出了全球第一本采用电子纸显示的商用电纸书阅读器 SONY LIBRIéEBR-1000EP。亚马逊也基于其强大的出版内容，于 2007 年推出了电纸书阅读器 Amazon Kindle。在亚马逊的引领下，全球电纸书阅读器市场在 2009 至 2011年间进入发展高潮期。2012 年，元太科技在收购了友达光电旗下 SiPix 电子纸事业部后成为了全球最大的电子纸可量产技术拥有者，并成立了专门的创新应用拓展团队，大力拓展电子书以外的创新应用消费生态。由此，电子纸开始进入手机、可穿戴产品、笔记本电脑等消费领域。在这一商用化进程中，超市价格标签、俄罗斯 YotaPhone 双屏手机、Sony 电子记事本、Sony 可穿戴手环、联想双屏笔记本、海信单双屏电子纸手机等产品先后问世。

 

B2B 智慧物联全领域生态建设，下游应用进一步拓展。2018 年开始，随着电子纸在全球新零售价格标签领域出货量接近 5000 万片，电子纸进入了 B2B智慧物联全领域生态建设阶段。电子纸产业围绕软件集成商（SI）、ODM 硬件设备商、周边配套、渠道等构建了完整的产业生态链。通过升级传统纸张，并将其内容数字化智慧物联，电子纸的下游应用进一步拓展至智慧医疗、智慧教育、智慧办公、智慧交通、智慧民航、智慧物流等领域，诞生了电子纸床头病历卡、电子纸作业本、电子纸公交站牌、电子纸行李牌等产品。

E Ink 引领电子纸进入全彩阶段。在色彩方面，E Ink 于 2013 年率先推出了黑白红三色电子纸 E Ink SpectraTM。2019 年，E Ink 推出的彩色印刷电子纸技术标志着电子纸正式进入彩色电子纸元年。2021 年，E Ink 推出 E InkSpectraTM 3100 黑白红黄四色电子纸；2022 年，E Ink 推出 Gallery plus 全彩色电子纸，电子纸至此进入全彩阶段。

 

电子纸显示屏柔性特质增加市场竞争力。电子墨水薄膜本身是柔性的，因此，开发出的柔性电子纸显示屏能做到弯曲、曲度的效果，可以配合人体的弧度设计终端产品，特别适合手环、手表、皮包或鞋面等穿戴式设备。同时，采用塑料基板的柔性电子纸相比于玻璃基板更轻薄、防碎，其终端产品容易携带，且掉落或遭受撞击时不易损坏。柔性电子纸显示屏不仅提供了更宽广的设计空间，也能与使用平面显示屏的产品做出市场区隔，增加竞争力。

 

政策导向加强电子纸产业布局，“双碳”潮流促进电子纸走向市场。2022年 1 月，工信部电子信息司提出要“聚焦基础电子元器件、关键电子装备与电子材料等领域，提升电子信息领域基础保障能力，推动技术创新体系建设。加强 Micro-LED、电子纸、硅基 OLED、印刷显示等前瞻性产业布局”，为电子纸的产业发展提供了积极助力。“双碳”趋势下，具备节能减排和视觉友好特性的电子纸产品是“双碳”目标的解决方案之一。顺应“双碳”潮流，电子纸的新产品、新技术正在加速走向市场化。

 

材料、工艺技术壁垒高，已向全彩化发展突破

双色电子墨水由数百万个微胶囊(microcapsules) 所构成，一个微胶囊的大小仅约等同于人类头发的直径，其技术难度之大、工艺要求之高不言而喻。每个微胶囊里含有电泳粒子一-带 负电荷的白色以及带正电荷的黑色粒子，悬浮于透明液体中。在电子墨水的上方和底部分别装有正负电极。

 

双色电子墨水的工作原理是依靠黑色与白色颗粒在电压的作用下发生电泳，用以控制两种颗粒在微小空间内的位置分布，进而在屏幕表面形成不同的灰阶。利用正负相吸原理，当电场接通时，相对应的黑或白粒子会移动至微胶囊的顶端，使用者就可在该区块上看见黑色或白色。对同一个微胶囊施加不同的电压，微胶囊表面就会呈现出半黑、半白，使用者就可以看见灰色。电子墨水的技术难点主要在于需要合理控制电压以提高显示的分辨率，从而创造更锐利清晰的图案或文字，达到在视觉上与印刷纸张几乎没有分别的效果。

 

各类彩色电子纸膜片则基于SiPix 微杯型结构设计的。相比于微胶囊型,微杯型电子纸的结构由于其高度一致、结构均匀且电泳液被分隔成独立单元，因此更适合彩色的呈现。三色电子墨水系统由数百万个微杯(Microcup)组成，在微杯内注入三种不同颜色的粒子，除了黑白两色以外，还增加了红色或黄色粒子，有色粒子与黑白粒子稍有不同。通常情况下，白色粒子带负电，黑色和有色粒子带正电。

 

不同颜色的粒子对不同电压敏感度不同。因此，通过串行施加不同的电压于上、下层电极，就可以使不同颜色的粒子移动至上下层预设的位置，从而使三色电子纸显示模组呈现出不同的颜色画面。在未通电状态为白色时，施加负电场，在正负相吸原理下，红色粒子就会.上升至顶部，从而使显示模组呈现出红色。而若利用分割电场吸附黑色粒子至顶端，则显示模组就会呈现出黑色。由于驱动电压不同，红色粒子的移动速度慢于黑白两色，室温下更新速度约为20s。相比于双色电子墨水，三色电子墨水需要控制三种颜色的粒子，因此对电压的控制需要更加精确。