刘祖良:电子纸显示技术的现状与发展趋势

广州奥熠电子科技有限公司 刘祖良

电子纸显示技术种类

电子纸显示是新型显示技术的其中一大类别，广义的定义为具有很低功耗的反射式显示。一般把可以实现像纸一样阅读舒适、超薄轻便、可弯曲、超低功耗的反射式显示技术叫做电子纸技术;目前，世界上已有许多公司和科研机构对电子纸显示技术投入了大量的资源进行研究，也各自研发出了各具特色的电子纸技术，最具代表性的电子纸技术主要包括：电泳显示技术(EPD);胆固醇液晶显示技术(Ch-LCD);电润湿显示技术(EWD);电流体显示技术(EFD);双稳态向列相液晶技术(Bi-TN LCD);干涉调制技术(iMoD)。

其中以电泳显示技术(EPD)为最具代表性，工艺成熟，高性能，成熟量产。目前掌握电泳显示技术的公司包括美国E- Ink(台湾元太科技于2009年购并)、美国SiPix(友达光电于2010年控股)、广州奥熠电子科技、日本普利斯通等公司。这些公司都有自己的核心专利技术。

电子纸显示的特点

省电节能： 电子纸显示具有双稳态性，只在更新显示内容时需要驱动，显示静态图像不耗电，且不需要背光。

光学类纸性：反射型，宽视角，同纸一样有较好的可阅读性，长时间阅读眼睛不易疲劳，可在户外和阳光下阅读，视角接近180度。

超薄、可弯曲(机械类纸性)：电泳显示电子纸薄膜厚度接近纸张，可选择多种基材作为驱动背板，制作超薄或柔性显示屏，大大提高便携性和抗撞击能力。

电子纸技术的发展史

电子墨水和电子纸的概念最先由施乐的PARC( palo alto研究中心)于1975年率先提出，施乐和松下电子于同年分别申请了电泳显示的专利。

1987年日本的NIPPON MEKTRON KK提出微胶囊电泳显示的专利。

美国E- Ink公司于1997年成立，实现了电子纸的批量生产和商品化。

2007年，Amazon网络书店推出的Kindle电子书，由于丰富的电子书内容和完善的服务平台，同时电子纸像真正的纸一样的显示特性及超低功耗省电，从而引发电子纸电子书阅读器市场的快速成长。

电泳显示技术工作原理

电泳显示技术是电子纸显示技术最具代表性和被广泛采用的高性能技术，其工作原理为利用不同颜色带电或不带电粒子在电场的作用下移动，从而实现图像显示。 电泳显示技术有微胶囊、微杯、电子粉流体3种典型结构。

微胶囊(Microcapsule) 电泳显示技术， 由透明微胶囊包裹分散于溶剂中的具有对比颜色两种粒子，其中至少一种粒子带电， 与胶粘剂混合后涂布于ITO基材上制成电子纸薄膜。

微杯(Microcup) 电泳显示技术，在ITO基材上制作精密排列的微杯阵列，往微杯阵列中注入电子墨水，即白色带电颗粒及黑色的染料， 微杯表面进行固化后与胶粘剂层层压制成电子纸薄膜。

电子粉流体(QR-LPD)电泳显示技术，不使用液体为介质，其显示介质是将树脂经过纳米级粉碎处理后所产生的黑色和白色不同电荷的粉体，再把粉体填充于空气介质的微杯封闭结构中。

主要EPD显示技术的比较

  iMoD显示技术原理是：每一个iMoD单元是一个微电机系统，包含两个导电电极，即在玻璃基材上的薄膜层叠电极和悬浮其上的反射隔膜电极，中间为空气。在一个偏置电压的作用下，反射隔膜将保持两种稳定状态的一种：开放状态时反射一种颜色，折叠状态时完全吸收光线(黑色)。在开放状态下，一个正脉冲可以把隔膜驱动至折叠状态;在折叠状态下，一个负脉冲可以把隔膜驱动至开放状态。通过设定三种不同的偏置电压可以使开放状态下反射的颜色分别为红绿蓝三基色。每一个iMoD单元为一个子像素，多个子像素组成一个像素。在显示静态画面时由于只需要供给偏置电压，几乎没有电流，因此非常省电。

电子纸的应用

由于电子纸具备图像双稳态性、轻薄、省电、适于各种环境阅读等优点，非常适合要求低功耗、便携性、非视频显示、户外显示的应用场合，使得其具有非常广泛的用途，它的应用包括：电子书阅读器、电子价格牌、智能卡、手表、移动通讯手持设备显示屏(手机、PDA屏幕)、手机键盘、电子贺卡、电子广告屏、动态平面广告屏等。

电子纸电子书与iPad的比较

虽然iPad的面世对电子书阅读器市场造成暂时的冲击，但随着电子书阅读器成本和售价的持续下降，电子书阅读器作为专用的阅读器具有明显的优点，其市场前景不会受到显著的影响。

全球和中国电子书市场

据统计，2008年全球电子书阅读器出货约为100万台左右;2009全年全球电子书阅读器出货约380万台，年增长约2.8倍;其中中国市场约为38万台;据估算2010年全球的电子纸显示屏出货量达到1200-1300万片 ;全球电子纸电子书的出货量将达到1080万台;全球电子纸电子书出货量年增长率约为184%% 。

津科与汉王分别于2006年和2008年推出采用E-ink电子纸的电子书。汉王3年来电子书阅读器销量快速成长，并取得巨大成功。2010年中国移动、大唐电信、盛大文学、纽曼、上海出版集团等纷纷推出电子书阅读器。爱国者也于今年2月推出电子书。

根据清科研究中心报告表明，2010年，中国电纸书市场销量达103.49万部，年增171%%。而这其中，汉王电纸书销量达70.49万部，约占2010年中国电子阅读器销量的70%%左右。

中国的电子书商业模式还处于探索阶段。目前的模式包括终端产品制造商为主的模式、运营商主导模式、电子书门户模式和出版社主导模式。汉王正在从终端产品制造商为主模式转变成“终端+内容”模式 。运营商主导模式的代表是中国移动手机阅读基地。电子书门户模式的典型例子是盛大和方正。出版社主导模式的典型例子是上海世纪出版集团。从长期看，“终端+内容”模式和电子书门户模式成功的可能性较大，也不排除新的组合模式的出现并取得成功。

电子纸显示技术发展趋势

现阶段电子纸市场定位为代替纸张、印刷品，不与多媒体竞争，并非取代LCD等显示器，但未来的研究趋势必然朝着低成本、高速响应、全彩色化、柔性等多个方向发展。

低成本：电泳显示技术尤其是微胶囊显示技术由于制作工艺简单和卷到卷的涂布方式类似于纸张生产，良率可望逐年提升。随着产量和良率同步提高，必将使电子纸成本逐年降低。电子书阅读器的价格走势必将与其它消费类电子产品一样逐年降低。3年之内可望降至500元，使之成为一种大众化产品得到普及。在5到10年内电子书阅读器可望成为所有读书看书的人的必备。

高速响应：因为电子纸技术依赖于粒子的运动，用于显示的开关时间较长，长达三百毫秒，这个速度对视频应用是不够的。 电子纸技术研究的公司都在推进高速响应的技术研发。 干涉调制技术(iMoD)电子纸响应速度很快，低功耗。如果在约未来3-5年能在制造工艺获得突破使良率得到明显提升，则在小尺寸显示应用领域可望抢得目前LCD的部分市场，如手机显示屏。

全彩色化：目前彩色电泳显示电子纸可以通过两种方式实现，一种采用彩色滤光片加黑白电子纸，另一种采用彩色粒子或染料，并已制作出样品。由于依赖反射光来成像，电子纸屏看起来有些暗淡，与液晶屏的亮度和色彩准确度相比还有差距。目前电子纸技术研究的公司都在推进全彩色化的技术研发， Qualcomm的iMoD已研制出效果较好的样品，但需要工艺方面的突破才可改善良率，实现批量生产。

柔性：正如一般的读者并不期望把书卷起来，采用柔性电子纸显示屏的主要目的不是为了可以卷起来，而是为了便携和耐冲击。柔性电子纸显示屏可选择塑料基板作为背板。采用塑料基板的电子纸重量较玻璃材质减轻80%%左右，厚度也仅0.3mm，十分符合轻薄、耐冲击等需求。然而塑料基板需克服的最大难题则在于材料的耐热及耐化性，需持续改良基板材料。