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電子紙顯示技術 版權信息
- ISBN：9787030702241
- 條形碼：9787030702241 ; 978-7-03-070224-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
電子紙顯示技術 本書特色
適讀人群 ：電子信息類等相關專業的高校師生，從事電子顯示技術研究的工程技術人員全面詳細地介紹了電子紙顯示技術的歷史、現狀與應用，可供相關專業人員參考
電子紙顯示技術 內容簡介
本書在光電顯示技術的基礎上，首先詳細介紹了電泳顯示技術的原理、發展歷史、制備和驅動等，然后對電潤濕顯示技術、IMOD顯示技術、反射式液晶顯示技術和電致變色電子紙等顯示技術的原理、結構、制作工藝、材料、彩色化等方面進行了詳細的討論和研究。同時，也指出了目前國內電子紙顯示領域成果與產業化存在的問題和相應的解決措施，為相關高新技術企業的發展提供有益的參考。 本書適合電子信息類等相關專業的高校師生閱讀，也可供從事電子顯示技術研究的工程技術人員參考。
電子紙顯示技術 目錄
目錄
前言
第1章 光電顯示技術基礎 1
1.1 電子紙顯示技術基礎 1
1.1.1 類似紙張的易讀性 2
1.1.2 超低能耗 2
1.1.3 便攜性 2
1.2 電子紙顯示技術發展和產業現狀 3
1.3 電子紙顯示技術未來的發展趨勢 4
1.4 國際現有電子紙顯示技術格局 5
1.5 國內電子紙顯示領域成果轉化與產業化現狀、存在的問題及原因 5
第2章 電泳顯示技術 7
2.1 電泳顯示技術發展歷史與現狀 7
2.2 電泳電子紙顯示原理 9
2.3 電泳電子紙材料的制備 10
2.3.1 電泳電子紙材料 11
2.3.2 染料/顏料作為核的有色顆粒 11
2.3.3 膠囊殼層材料 19
2.3.4 電解質液體媒介 20
2.3.5 表面活性劑作為電荷控制劑和穩定劑 20
2.3.6 微膠囊的制備 23
2.3.7 微杯的制備 28
2.4 柔性電泳電子紙驅動 30
2.4.1 薄膜晶體管 30
2.4.2 有機晶體管薄膜 32
2.4.3 驅動方式 35
2.4.4 柔性TFT基板 35
2.5 電泳電子紙驅動算法設計原理 38
2.5.1 多級灰階的驅動波形的設計 38
2.5.2 二級灰階圖像的驅動波形 38
2.5.3 基于負極性電壓補償的多級灰階驅動波形 39
2.5.4 基于0V電壓補償的多級灰階驅動波形 42
2.5.5 驅動電壓對于驅動波形的設計影響 44
2.5.6 短時四級灰階驅動波形 44
2.6 閃爍的形成與優化 46
2.6.1 基于驅動波形過程整合的閃爍改善 47
2.6.2 基于優化激活過程的閃爍弱化設計 49
2.6.3 基于雙參考灰階的驅動波形 51
2.6.4 粒子激活階段的高頻設計 54
2.6.5 圖像擦除與粒子激活的融合 56
2.7 鬼影的形成原理與優化設計方案 60
2.7.1 鬼影的概念及其形成因素 60
2.7.2 基于改進擦除圖像的鬼影減弱方法 62
2.7.3 基于改進參考灰階一致性的鬼影減弱方法 63
2.8 短時驅動波形 66
參考文獻 69
第3章 電潤濕顯示技術 71
3.1 電潤濕顯示技術研究歷史與進展 71
3.2 電潤濕電子紙顯示原理 72
3.3 電潤濕顯示機理 73
3.3.1 電潤濕方程 73
3.3.2 電潤濕曲線 75
3.3.3 可逆電潤濕 76
3.4 電潤濕顯示器件關鍵材料 77
3.4.1 油墨材料 77
3.4.2 疏水絕緣層材料 85
3.4.3 像素墻材料 90
3.4.4 極性流體材料 94
3.4.5 封裝材料 101
3.5 電潤濕顯示器件制備工藝 103
3.5.1 功能層制備 104
3.5.2 像素結構制備 110
3.5.3 油墨填充與器件封裝 119
3.6 電潤濕顯示驅動電路 123
3.6.1 驅動系統 123
3.6.2 驅動波形與多級灰階顯示 128
3.7 電潤濕顯示彩色化 134
3.7.1 單層彩色電潤濕顯示結構 135
3.7.2 多層彩色電潤濕顯示結構 139
3.7.3 電潤濕電子紙彩色化方案性能比較 145
3.8 雙穩態電潤濕顯示 145
3.8.1 雙穩態電潤濕顯示原理 145
3.8.2 雙穩態電潤濕顯示研究現狀 146
3.9 柔性電潤濕顯示 150
參考文獻 154
第4章 IMOD顯示技術 160
4.1 概述 160
4.2 IMOD顯示技術原理與器件結構 161
4.3 IMOD顯示技術特性 162
4.3.1 雙穩態 162
4.3.2 亮度 163
4.3.3 特殊環境下的可閱讀性 163
4.3.4 低功耗 164
4.3.5 可靠的設計 164
4.3.6 加工集成性 164
4.4 器件加工工藝 165
4.5 產業化進程 166
參考文獻 166
第5章 反射式液晶顯示 168
5.1 膽甾相液晶顯示的發展歷史與現狀 168
5.2 膽甾相液晶顯示的原理與電子紙顯示的機制 171
5.2.1 膽甾相液晶顯示的原理 171
5.2.2 電子紙顯示的機制 172
5.3 膽甾相液晶材料的組成和分子排列特點 174
5.3.1 膽甾相液晶分子排列及光學性質 174
5.3.2 膽甾相液晶分子在電場下的不同排列狀態 175
5.4 膽甾相液晶的顯示器件結構、各部分單元介紹或工藝流程 176
5.4.1 光刻 177
5.4.2 制備取向層 177
5.4.3 絲印成盒 178
5.4.4 灌注液晶 179
5.5 雙穩態顯示的膽甾相液晶實現方法 180
5.6 基于近晶相液晶的顯示器 183
5.7 其他相關內容 186
參考文獻 189
第6章 電致變色電子紙 192
6.1 電致變色的提出與發展歷史 192
6.1.1 電致變色的提出 192
6.1.2 電致變色的發展歷史 192
6.2 電致變色器件結構 193
6.3 電致變色材料與變色機理 194
6.3.1 過渡金屬氧化物 195
6.3.2 紫精及其衍生物 195
6.3.3 導電聚合物 197
6.3.4 齊聚噻吩 199
6.4 無機電致變色薄膜制備方法 200
6.4.1 磁控濺射法 201
6.4.2 化學氣相沉積法 201
6.4.3 脈沖激光沉積法 202
6.4.4 電沉積法 202
6.4.5 溶膠凝膠法 203
6.5 有機電致變色材料的顏色調節 203
6.5.1 三原色有機電致變色材料 203
6.5.2 紅色有機電致變色材料 204
6.5.3 藍色有機電致變色材料 205
6.5.4 綠色有機電致變色材料 207
6.5.5 多色電致變色材料 208
6.6 電致變色顯示應用 210
參考文獻 211
第7章 光子晶體顯示 214
7.1 光子晶體原理 214
7.2 光子晶體的加工制備方法 214
7.3 光子晶體顯示原理和應用 215
7.4 用于顯示的兩種光子晶體結構 216
7.5 可用于顯示的響應型光子晶體 217
7.6 產業化嘗試 219
參考文獻 220
彩圖
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電子紙顯示技術 節選
第1章 光電顯示技術基礎 信息技術的發展，給人類帶來了海量的信息資料。文字閱讀的媒體需求越來越大，如果用傳統的紙張印刷方法，將消耗掉地球上大量的森林資源，這意味著傳統紙張可能*終無法滿足網絡時代信息閱讀的需求。液晶顯示器等傳統顯示器是紙張的一個替代方案，但是本身仍存在質量大、體積大、耗電高、攜帶不方便等缺點。信息技術的發展對顯示技術提出了更高的要求，迫切需要具有類紙功能的新型顯示器，在方便使用的同時，還希望其具有較大的顯示面積，類似紙張的閱讀性，超低的電量消耗，真正的輕薄輕便設計，等等。隨著信息技術的發展和應用，一種新穎的具有超薄化、超低功耗、長壽命、類紙的顯示技術—電子紙顯示技術應運而生。這就是既能夠利用電子裝置顯示，又具有像紙張一樣的高可視性的“電子紙張”。這是一項早在約30年前就已經開始研究的“夢幻技術”，經過十余年的技術孕育，電子紙顯示器終于從幕后走向臺前。 1.1 電子紙顯示技術基礎 從1888年液晶的發現，到陰極射線管（cathode ray tube，CRT）的廣泛應用，顯示器已經經歷了一百多年的發展。目前，顯示技術在信息產業中具有非常重要的地位，被列為國家戰略性新興產業。新型平板顯示技術逐步成為當今社會主流的人-機界面技術，并已經深入人們的日常生活中，與其相關的產業已經占到整個信息產業的三成以上，且深刻影響著電子信息產業的發展前景。在目前主流的平板顯示技術中，依靠自身光源發光的顯示技術，稱為主動顯示；而通過反射外界光源進行顯示的技術，稱為電子紙顯示。所以，需要背光的液晶顯示器（liquid crystal displayer，LCD）、依靠材料自身主動發光的有機發光二極管（organic light emission diode，OLED）均屬于主動顯示的范疇。在缺少外界光源的情況下，主動顯示可以滿足視覺需求。但是，在戶外特別是強光環境下，隨著外界光源強度的加強，顯示器內部自帶的光源與外界光源的相互沖撞，進入人眼的光強十分有限，使得信息顯示效果不佳。另外，在主動顯示機制中，需要持續提供電能才能滿足顯示器件的發光機制。特別是在便攜式系統中，電池的電能供應十分有限，這大大限制了顯示器的續航能力。所以，電子紙顯示技術就應運而生，其通過反射自然界的光進行顯示，不需要額外的光源，并且隨著外界光源的加強，顯示效果會隨之改善。更為重要的是，這種顯示技術的顯示效果十分接近紙張，更加符合人類幾千年的閱讀習慣。目前，主流的電子紙顯示技術有電泳顯示（electrophoretic display，EPD）技術、電流體顯示（electrofluidic display，EFD）技術或電潤濕顯示（electrowetting display，EWD）技術、微機電系統顯示（microelectromechanical system，MEMS）技術、膽甾相液晶顯示（cholesteric liquid crystal display，Ch-LCD）技術、電致變色顯示（electrochromism display，ECD）技術、光子晶體顯示技術（photonic crystal display，PCD）技術等。 電子紙顯示是世界平板顯示領域的重要研究方向之一。電子紙本身不發光，依靠反射環境光來實現顯示。該原理決定了其功耗極低、視覺舒適、日光環境顯示效果好，非常適合移動便攜和戶外顯示領域。另外，不發光也易于與周圍環境融合，符合“綠色顯示”的未來發展趨勢，引起行業巨頭［如高通（Qualcomn）、三星、夏普等］的高度重視。2003年，在飛利浦電子紙團隊和美國Eink公司的聯合攻關下，電子紙首次從實驗室走向大規模量產，并在亞馬遜電子紙閱讀器的市場需求推動下，經歷了多年高速增長，電子紙顯示屏相關產業的產值已達90億美元。隨著未來高響應速度、高反射率的可顯示視頻和彩色的電子紙產品問世，電子紙的應用領域將大大拓展，并在對能耗要求苛刻、長時間閱讀、戶外應用較多的電子產品領域取代LCD成為主流。和現在的液晶顯示器相比，電子墨水顯示器具有許多獨特的優點。 1.1.1 類似紙張的易讀性 電子墨水顯示器是反射式的，無論在明亮的日光下還是昏暗的環境中都能輕松閱讀，事實上，從各個角度看它都和真正的紙張相似，可視角度廣。為了定量說明電子墨水顯示器像紙一樣的易讀性，可以拿電子墨水顯示器和商品化的反射型LCD進行對比。在模擬辦公室照明環境下和手持式顯示器的日常觀察條件下（即使用者可以決定直視位置），電子墨水顯示器的反射率是LCD的6倍多，對比度是LCD的2倍。在閱讀文字時，反射率和對比度是決定顯示設備易讀性的兩個重要因素。反射率是從顯示設備白色區域反射過來并進入人眼的光強與入射光強的比值。對比度是顯示設備白色區域的反射率與黑色區域的反射率的比率，對比度使人眼可以很方便地區分黑色區域和白色區域。 1.1.2 超低能耗 與液晶顯示器相比，電子墨水顯示器的電量消耗大大減少。功耗低的兩個主要原因是：它是完全反射的，不需要大功率的背光源；它固有的雙穩性，一旦寫入圖像，就不需要消耗電量來維持圖像，所以能保持圖像很長時間。 1.1.3 便攜性 電子墨水顯示器模塊比LCD模塊更薄、更輕，也更加堅固。這些優點與電子墨水顯示器的超低能耗將一起直接促進更薄、更輕的智能手持設備設計，從而實現真正的便攜性。除了以上顯著特點以外，電子墨水還可以涂在任何表面，制造可以適度彎曲、折疊的輕便顯示載體。由它制造的電子書和電子報紙可以連接到互聯網，下載文本或圖像，以及信息的更新可由遙控自動改變。此外，電子墨水工藝和大規模生產工藝兼容、制造方便、成本低廉，易于大規模工業化生產且可循環利用，有利于環保。 1.2 電子紙顯示技術發展和產業現狀 索尼公司于2004年推出首款電泳顯示電子書，直到2007年，電泳顯示電子書基本上處于市場培育階段。在這一段時間，逐漸有其他與顯示產品相關的企業加入，進行相關技術和工藝研究，開發了與電泳顯示有關的器件，如電泳顯示控制器、電泳顯示TFT專業基板，使得大批量生產電泳顯示電子書的配套條件逐漸形成。 電泳顯示技術在電子閱讀器、電子報紙、媒介產品等領域有著巨大的應用空間，而上述的中間產品有著廣闊的市場。2007年底，亞馬遜推出的Kindle電子書具有上網、收發電子郵件、訂閱電子報紙和雜志、購買或下載電子版書籍等功能，銷售強勁增長，獲得巨大成功，開創了電子紙顯示技術應用的新紀元。2008年，亞馬遜Kindle的銷量達到40多萬臺，2009年的銷量超過100萬臺。2018年，Kindle在中國的累計銷量已達到數百萬臺，目前在中國市場占據了超過65%的市場份額。Kindle中國用戶總數提高91倍，付費電子書下載量和Kindle付費用戶數分別較2013年增長了10倍和12倍。目前市場需求的電子紙顯示屏幕絕大部分使用的是美國Eink公司的微膠囊電泳顯示器（EPD）。美國SiPix公司發明了與微膠囊電泳顯示器類似原理的微杯電泳顯示（microcup EPD）。此外，EWD、快速響應電子粉流體顯示器（quick response liquid powder display，QR-LPD）、MEMS、Ch-LCD等多種新型電子紙顯示技術正在日益取得突破。電子紙顯示技術正處于百花齊放的狀態。從表1-1可以看出，與包括目前占據壟斷地位的黑白微膠囊電泳顯示器等在內的電子紙顯示技術相比，電潤濕顯示技術在各個顯示指標方面都比較突出，其對比度、反射度均高于目前的微膠囊電泳顯示技術，并可以實現真彩色顯示效果，同時刷新速度可以達到10 ms以下，從而滿足動態顯示的*低刷新速度（20 ms）的要求。該技術獲得突破后極有可能成為LCD、OLED顯示技術的*佳替代方案。尤其是反射式顯示技術極為節能，顯示效果不受戶外強光影響，非常適合移動電子產品。 表1-1 各類電子紙顯示技術對比表 類紙顯示面板有不少供貨商，均是國外的企業，包括從事Ch-LCD制造的Kent Display和Fujitsu，從事QR-LPD制造的普利司通，從事EPD制造的Eink和SiPix，從事雙穩態向列液晶制造的Nemoptic和ZBD Dispalys，從事干涉調變器（interferometric modulator，IMOD）MEMS顯示器制造的高通等。 長期以來，國際上EPD顯示模組的供應商是我國臺灣地區的元太科技公司，其顯示材料和薄膜來自美國的Eink公司，其出貨對象包括索尼、宜銳、iRex Technologies、漢王、津科等。我國大陸采用有源EPD顯示屏的電子書商品于2006年開始出現，如漢王、津科、宜銳等均有電泳顯示電子書產品。通過兩年的市場推廣，EPD慢慢被市場和人們接受，并開始進入增長期，隨著功能及應用的開發，市場的規模將越來越大。在電子紙研發方面，廣州奧翼電子科技有限公司取得了很大進步，并已部分實現了量產，在電子紙顯示模組方面也取得了突破，并已向電子書廠家供應樣品。 截至2018年，中國已成為全球*大的電子紙顯示器制造和出口地區，約占電子紙顯示器產量的45%，中國臺灣電子紙顯示器（EPD）排名第二，產量約占42%。在電子紙行業中，前四大廠商元太科技、奧翼、無錫威峰科技和龍亭新技占據了全球電子紙顯示器營業額的93.13%，其中元太科技約占了56%的市場份額。據美國聯合市場研究公司（Allied Market Research）的調研報告，全球電子紙市場預計到2022年將從2015年的4.9億美元增長至42.7億美元，2016～2022年將保持37.5%的復合年增長率。 1.3 電子紙顯示技術未來的發展趨勢 目前，電子紙的研究主要集中于高響應速度和高反射率（亮度）兩項功能上。由于電泳顯示采用的固態顆粒的電泳移動，顆粒移動速度較慢，在理論上無法達到可顯示視頻的響應速度。另外，微膠囊薄膜的存在，阻擋了部分光線，導致反射率降低，因此，研究者把目光聚焦于開發新顯示原理的電子紙。其中，電潤濕顯示技術是解決電子紙“視頻”和“彩色”顯示關鍵性能的*佳路徑之一。 在便攜移動電子產品中，能耗是顯示屏*重要的參數之一。顯示屏的能耗所占比重較高，通常高達40%。現在，人們越來越看重便攜設備，但是由電池供電的各種便攜設備都面臨著續航時間短的問題。電子紙一般都采用功耗非常低的“雙穩態顯示技術”。所謂的雙穩態顯示器件（bistable display），就是像素都具有“亮”與“暗”兩種穩定顯示狀態，且在沒有外加電壓時能保持其顯示內容不變。通俗地講，就是雙穩態顯示可以在低耗電或“零功耗”的情況下保持或“記憶”顯示內容，只在更新顯示內容時需要加載瞬間的驅動電壓。電子紙的亮度和對比度是決定電子紙易讀性的關鍵因素，所以高亮度和高對比度毫無疑問將是電子紙技術發展的重點。彩色顯示具有更豐富、更逼真的視覺效果，高品質的彩色動態電子紙無疑具有更強的競爭力和更大的市場需求，眾多的廠商和研究機構目前都在努力跨越電子紙彩色化顯示的技術難關。動態顯示是電子紙獲得更廣泛應用的前提，所以各種新型電子紙技術都在盡力突破響應速度的瓶頸，以實現視頻的顯示。 研究者們提出了多種反射式顯示原理，包括：電潤濕、膽甾相液晶、電致變色、光子晶體、微機電干擾調制系統（Mirasol）等技術，且很多已經做出了樣品，但關鍵的彩色顯示和視頻播放功能無法滿足需求，而且產品質量和量產工藝上也有待突破。如表1-1所示，能實現視頻顯示（畫面切換時間＜20 ms）、高亮度和高對比度關鍵功能的僅有電潤濕顯示技術和Mirasol技術。高通的Mirasol采用MEMS技術，像素結構復雜，制造成本高且成品率低，難以實現較大屏幕的產品制造。電潤濕顯示器件的光反射率達到60%，亮度比液晶高兩倍。同時，電潤濕顯示器無需偏光片、無需極化，沒有視角范圍限制，所有可視角度皆表現穩定。因此，電潤濕顯示可能成為*有前途的反
電子紙顯示技術 作者簡介
周國富，華南師范大學教授，國家海外高層次人才引進計劃長期項目入選者、國家特聘專家、優選電泳電子紙顯示技術重要發明人之一及該技術從實驗室成功走向市場（2004年）的主要推動者，擁有20余年電子紙顯示技術創新與成果轉化經歷，建成并運行優選首條G2.5電潤濕電子紙面板中試線。主持完成“十三五”國家重點研發計劃“電子紙顯示關鍵材料與器件”項目，在電子紙視頻化、彩色化方面取得突破性成果。以通訊作者在Sci.Adv.、Phys.Rev.Lett.等期刊發表SCI學術論文98篇；在電子紙領域申請210件（PCT39件）、授權130件。榮獲2018年度廣東省科技合作獎、第八屆廣東金獎。
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