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1. 前言

本文要介紹的是可稱作終極環(huán)保顯示器的“電子紙”。將以其中率先實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的電泳顯示（EPD：ElectroPhoretic Display）方式為中心，介紹形狀可靈活改變的柔性電子紙的開發(fā)和實(shí)用化現(xiàn)狀以及展望等。

旨在取代紙的電子紙因其用途多樣性，需要輕量、柔性、掉落后不會(huì)摔壞的堅(jiān)固性等性能。本文將介紹具備這些性能的電子紙的特點(diǎn)，以及電子紙對(duì)于“綠色工藝”的支持情況。

2. 電子紙的特點(diǎn)和對(duì)綠色工藝的支持

2.1 電子紙的特點(diǎn)

電子紙是通過電氣方式改變像素狀態(tài)，使顯示內(nèi)容可擦寫的顯示器件。率先實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的電子紙是美國(guó)E Ink公司（現(xiàn)在是臺(tái)灣E Ink Holding旗下公司）開發(fā)的微膠囊型EPD。其原理和構(gòu)造如圖1所示。在裝滿透明流體的微型膠囊內(nèi)加入白色顏料和黑色顏料的顆粒，通過電場(chǎng)的變化和靜電的作用使這些顆粒移動(dòng)，從而使顯示器顯示面的像素顏色在黑白之間變化。

圖1：微膠囊型電泳方式的顯示原理

此外，還有In-plane型EPD、普利司通推出的電子粉流體方式（現(xiàn)在已經(jīng)退出）等其他幾種方式。由于是不使用背照燈的反射型等原因，這種顯示器件僅在像素單位的狀態(tài)發(fā)生變化（擦寫）時(shí)才會(huì)在一定程度上消耗較大電力。維持畫面顯示狀態(tài)幾乎或完全不消耗電力。

如果是完全不消耗電力的類型，擦寫一次后，只要不再擦寫，電子紙就會(huì)永遠(yuǎn)保留顯示內(nèi)容。與號(hào)稱是“自發(fā)光元件，耗電量低”，但依然會(huì)消耗相應(yīng)電力的有機(jī)EL（OLED），以及作為遮光快門工作的液晶等普通的顯示器件不同，電子紙無(wú)需以一定的周期反復(fù)對(duì)畫面整體進(jìn)行擦寫，耗電量非常低。這就是可以稱之為終極環(huán)保顯示器的理由。

目前，在展示貨架等安裝的商品介紹標(biāo)簽方面，一些超市等采用組合了小型液晶顯示器和MCU的器件。不過，這種液晶顯示器即使是沒有背照燈的反射型，也會(huì)消耗一定電力，顯示部分需要定期更換電池等維護(hù)作業(yè)。另外，還需要保持顯示器上顯示的內(nèi)容。如果換成EPD，就可以完全或者基本省去更換電池的麻煩。而且，向顯示器輸入顯示內(nèi)容的計(jì)算機(jī)也無(wú)需始終運(yùn)行。

2.2 對(duì)綠色工藝的支持情況

接下來看一下電子紙對(duì)節(jié)能型及環(huán)保型制造技術(shù)，也就是“綠色工藝”的支持情況。

在多種類型的柔性顯示器中，電子紙對(duì)于TFT特性和阻氣性的要求最低。因此，可以說實(shí)用化門檻是最低的。而且，電子紙的前板已經(jīng)開始利用卷對(duì)卷（R2R）方式生產(chǎn)。但背板還存在問題。前板與背板的貼合方面，枚葉方式已經(jīng)實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。

3. 利用綠色工藝的電子紙的開發(fā)和實(shí)用化

3.1 凸版印刷的舉措

（1）有機(jī)薄膜晶體管驅(qū)動(dòng)EPD

在日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）的項(xiàng)目中，凸版印刷公司確立了利用印刷電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)柔性器件的印刷工藝技術(shù)，由此實(shí)現(xiàn)了薄型、輕量而且可以彎曲的柔性電子紙。這種柔性電子紙中，用來驅(qū)動(dòng)EPD的柔性TFT，是采用環(huán)保性較高的印刷技術(shù)在塑料基板上形成有機(jī)薄膜晶體管（OTFT）陣列而實(shí)現(xiàn)的。

利用印刷工藝在塑料基板上形成TFT時(shí)，對(duì)于電極材料、絕緣材料和有機(jī)半導(dǎo)體材料等不同的材料，要分別使用適合的印刷方法。另外，高精度對(duì)準(zhǔn)多個(gè)層之間的位置也非常重要。

柔性TFT制造技術(shù)的重點(diǎn)如下。

·可形成高精細(xì)電極的轉(zhuǎn)印印刷工藝技術(shù)

（實(shí)現(xiàn)高分辨率、直線性和平坦性）

·線/間隔（L/S）=1μm/1μm的高精細(xì)銀布線（圖2）

·可形成有機(jī)半導(dǎo)體層的柔版印刷工藝技術(shù)

·印刷TFT陣列制造技術(shù)

（提高TFT元件的遷移率，降低偏差）

圖2：高精細(xì)銀布線圖案

今后將進(jìn)一步推進(jìn)印刷電子技術(shù)的研究，運(yùn)用柔性電子紙薄型、輕量、不易破損的優(yōu)勢(shì)和曲面顯示特性，在物流、制造、數(shù)字標(biāo)牌和IC卡等多個(gè)領(lǐng)域開發(fā)新產(chǎn)品。

（2）利用柔性電子紙?jiān)囍曝浖軜?biāo)簽

凸版印刷公司利用彩色濾光片技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了柔性電子紙的部分彩色化，并利用這種柔性電子紙，試制了圖3中的“橫條型電子貨架標(biāo)簽（ESL：Electronic Shelf Label）”。

圖3：橫條型電子貨架標(biāo)簽

這種軌條型電子貨架標(biāo)簽可以將貨架前表面的整體作為顯示區(qū)域，因此，與紙制貨架標(biāo)簽和獨(dú)立的電子貨架標(biāo)簽相比顯示面積更大，可提高配置及表現(xiàn)自由度。這樣一來，不僅能發(fā)揮電子貨架標(biāo)簽的優(yōu)勢(shì)——可統(tǒng)一更改銷售信息等，還能向客戶顯示促銷信息、向工作人員顯示商品陳列指示信息等，可用于多種用途。另外，通過實(shí)現(xiàn)部分彩色化，還可以重點(diǎn)顯示促銷信息和商品介紹等，增強(qiáng)醒目效果，或者提醒工作人員注意，減少失誤。

凸版印刷的“橫條型電子貨架標(biāo)簽”的主要性能參數(shù)如下。

·顯示元件：EPD方式的電子紙（E Ink Holdings生產(chǎn)）

·顯示驅(qū)動(dòng)基板：柔性TFT電路板

·外形尺寸：約900mm（寬）×約30mm（高）

·顯示部形狀：凸型彎曲顯示（曲率半徑為50mm）

·部分彩色：綠線（上端），紅線（下端）

凸版印刷公司計(jì)劃今后繼續(xù)改良這種橫條型電子貨架標(biāo)簽，在2017年度實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。

3.2 Plastic Logic的彎曲電子紙

英國(guó)Plastic Logic公司開發(fā)并制造了表1中多種畫面尺寸的柔性塑料顯示器。這些顯示器在陽(yáng)光下也比較容易閱讀，實(shí)現(xiàn)了超輕量、超薄型而且極結(jié)實(shí)的特性，電池消耗也非常慢。這是融合Plastic Logic的有機(jī)薄膜晶體管（OTFT）技術(shù)和E Ink Holdings的EPD技術(shù)獲得的成果。另外，該產(chǎn)品還具備5年以上的產(chǎn)品壽命、1000萬(wàn)頁(yè)以上的更新及非常高的靈活性等傳統(tǒng)顯示器所沒有的優(yōu)點(diǎn)。具體特點(diǎn)如下。

·基于有機(jī)TFT（OTFT）的有源矩陣驅(qū)動(dòng)

·采用雙穩(wěn)態(tài)EPD技術(shù)

·超低功耗（無(wú)需持續(xù)循環(huán)刷新）

·高彎曲性

·超廣視角

·備有1英寸至15英寸的大范圍畫面尺寸的產(chǎn)品線

·低至200μm的超薄型化（可選）

·最大16色階的灰階顯示

·實(shí)現(xiàn)薄型、輕量、結(jié)實(shí)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)

制造方式目前采用片式，R2R方式尚未實(shí)現(xiàn)。

表1：Plastic Logic的不同畫面尺寸的柔性顯示器一覽（作者根據(jù)Plastic Logic的資料制作）

3.3 Polyera的柔性智能手表

開發(fā)柔性器件的美國(guó)Polyera公司經(jīng)過10年的研發(fā)，終于推出了可靈活變形的智能手表“Wove Band”（圖4）。該產(chǎn)品配備能隨意彎曲的觸摸屏，可以纏繞在手腕上，也可以攤平使用，最大特點(diǎn)是使用靈活。該公司在全球率先實(shí)現(xiàn)了這種智能手表的商品化。

圖4：智能手表“Wave Band”

Wove Band的顯示屏采用的是以有機(jī)薄膜晶體管（OTFT）驅(qū)動(dòng)的柔性電子紙。通過利用柔性TFT，與玻璃基板上的TFT相比，削減了產(chǎn)品整體的重量和厚度。電子紙采用EPD方式。

前面已經(jīng)提到過，具備雙穩(wěn)態(tài)性的EPD顯示靜止圖像時(shí)不消耗電力。因此，Wove Band的耗電量比其他畫面尺寸更小的智能手表還要低。如果消耗相同的耗電量，則可以安裝更大尺寸的顯示屏。

那么，為何彎曲不會(huì)破壞其內(nèi)部構(gòu)造呢？秘密在于Wove Band的顯示元件。該產(chǎn)品采用前板和背板雙層構(gòu)造，前板用來顯示圖像，背板利用TFT，控制前板顯示的像素的開關(guān)切換。通過這樣的雙層構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)了可以彎曲的柔性顯示屏，而且不會(huì)影響內(nèi)部構(gòu)造。這種劃時(shí)代的顯示器將大大改變我們目前對(duì)配飾的概念。

3.4 Visionect的顯示可變型交通標(biāo)志

澳大利亞悉尼市已開始利用基于EPD式電子紙（E Ink Holdings生產(chǎn)）的可切換顯示的道路交通標(biāo)志牌。這種標(biāo)志牌由斯洛文尼亞的Visionect公司開發(fā)，可利用3G通信線路自由變更顯示內(nèi)容。不過，由于電子紙的響應(yīng)時(shí)間較慢，因此不適合顯示視頻。

長(zhǎng)時(shí)間顯示相同內(nèi)容的用途是電子紙最擅長(zhǎng)的領(lǐng)域。因此，有些場(chǎng)所設(shè)定了某些時(shí)段禁止停車和禁止進(jìn)入的區(qū)間，用于這些場(chǎng)所的交通標(biāo)志牌應(yīng)該可以說是電子紙最合適的用途。Visionect在悉尼市導(dǎo)入的EPD標(biāo)志牌通過3G線路接收顯示內(nèi)容。還可以根據(jù)設(shè)定，在不同時(shí)段切換顯示內(nèi)容。電力利用標(biāo)志牌背面設(shè)置的太陽(yáng)能電池板提供，無(wú)需接入外部電源。因此，即使突然停電也能正常運(yùn)行。

由于電子紙是不會(huì)自行發(fā)光的反射型顯示器，在沒有陽(yáng)光的夜間無(wú)法看到內(nèi)容。因此，這種標(biāo)志牌采用了存儲(chǔ)太陽(yáng)能電池板的電力，在夜間點(diǎn)亮前燈的機(jī)制。

4. 結(jié)束語(yǔ)

以上介紹了可稱作終極環(huán)保顯示器的“柔性電子紙”的現(xiàn)狀和展望。這種顯示器具備液晶屏和有機(jī)EL屏所沒有的存儲(chǔ)性（雙穩(wěn)態(tài)性），另外，由于采用無(wú)需偏光板的構(gòu)造，因此可實(shí)現(xiàn)明亮的反射型產(chǎn)品。而且，有機(jī)半導(dǎo)體TFT驅(qū)動(dòng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。估計(jì)柔性電子紙的生產(chǎn)采用卷對(duì)卷方式也指日可待。