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现代显示技术 主讲：于成龙 (Candidate for Ph.D) 陕西科技大学材料学院材料物理系 2008年9月~2009年7月 第三章 电子墨水显示技术 本章大纲 3.1 背景简介 3.2 电子墨水显示原理 3.3 电子墨水的组成及材料的选择 3.4 微胶囊化电子墨水显示的特点 3.5 电子墨水显示技术的应用 3.6 现状及展望 第一，电子墨水显示器对图像的显示呈双稳态（Bi-stable），即在施加电场的条件下实现显示，当电场撤去以后，显示仍然保持。因而，电子墨水显示器具备信息储存功能，而且节能。 第二，电子墨水显示器主要是反射型显示，其对光线的反射符合朗伯反射定律。所以，拥有大视角。 第三，电子墨水显示器使用柔性导电高分子薄膜晶体管（TFT）作为电极，物理机械性能类似传统纸张，可以卷曲甚至折叠，便于携带。 第四，电子墨水显示器是可擦写的显示媒体。 3.1 概述 最有代表性的柔板显示原理有两种，一种是由美国施乐（Xerox）公司发明的旋转球柔板显示器，另一种是由美国麻省理工学院（MIT）媒体实验室研发的微胶囊柔板显示器。 电子墨水显示，又称“电子纸”，是各国争相研究的下一代柔板显示器件之一。 特点 3.2 电子墨水显示原理 3.2.1 旋转球电子墨水显示 在透明塑料的密封腔体中，充满油性液体，液体中分散着黑白两色球微粒，白色半球反射入射光，黑色半球则吸收入射光。 通过氧化铟锡电极和驱动电路控制加载电场，在脉冲电压的作用下，由于偶极子的扭矩力，小球就在液体中发生转动实现显示。 所加电场的极性和半球材料的性质，决定是黑色半球，还是白色半球面向观众，并通过驱动电压调整球体的旋转角度和排列的有序度，从而控制图像灰度。 旋转球显示器的显示原理 由美国施乐公司发明，英文称为（Twisting-ball Display，TBD）。 （1） 不属于阀值类驱动显示器，只要有附加电压，不论电压大小，都会使显示状态发生变化，这限制了它的分辨率； （2） 有源电路驱动，比较复杂； （3） 已经实现的样品还是单色显示； （4） 制造工艺比较复杂。 缺点 传统的电泳显示器（Electrophoretic Imaging Display，EPID），是把微粒子分散在悬浮液体中构成胶体，在电荷控制剂的作用下，粒子带有正或者负电荷，并具有一定的表面电势。当对该分散体系施加电场时，带电粒子会发生电泳。 通过调整电场强度，就使能够反射或者吸收一定颜色的带电颗粒向不同电极泳动，并通过透明电极构成显示。 EPID的缺点在于可靠性差、阀值特性不容易控制，其主要原因是由于分散相易发生团聚和沉淀。 3.2.2 微胶囊电子墨水显示 美国麻省理工学院媒体实验室提出了电子墨水（Encapsulated Electrophoretic Ink，EEI）的概念，即基于微胶囊的电泳显示技术。 利用电泳显示原理，创造性地把颜料颗粒或深色染料溶液包裹在微胶囊内，在微胶囊内实现电泳显示。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。 微胶囊电泳显示器的显示原理 / 第一，把电泳颗粒分别禁锢在有限体积的胶囊中，使微粒的扩散和聚集限制在很小范围，解决了长期困扰电泳显示的不稳定问题。 第二，胶囊直径小至30μm，可以直接印刷在柔软、轻薄的衬底上，并被第二层透明薄膜固定，使得该类显示器超轻超薄，并可柔性显示，而结构却较普通的LCD更加坚固和耐用。 第三，提高显示器的可读性。 特点 决定电磁显示设备可读性的主要因素是亮度和对比度。显示亮度是显示屏表面传递到观察者眼中的光通量，对于反射型显示设备来说，亮度与显示设备自身反射率密切相关。而对比度是屏幕白色亮度与黑色亮度的比值。电子墨水显示直接采用染料颗粒（如二氧化硅、二氧化钛等）作为显色材料，因此亮度与对比度都非常高。 TFT-LCD和电子墨水显示屏的结构、厚度对比 电子墨水显示器件样品 3.3 电子墨水的组成及材料的选择 电子墨水是由无数透明的微胶囊悬浮在透明基液中而形成的悬浮体系，是一种多相功能材料。 具体地说，电子墨水主要是由电泳颗粒、染料、电荷控制剂和分散介质组成。 3.3.1 电泳颗粒（显色，构成图像） （1） 电泳颗粒的密度应该与分散介质接近，以降低颗粒的聚沉或者悬浮； （2） 电泳颗粒在有机溶剂中应具有低溶解度、无溶胀性及化学稳定性； （3） 电泳颗粒应该具有良好的光学性能，具有高的折射率、高散射系数和低吸收系数，这样它才具有一定的颜色、高亮度和不透明性； （4） 电泳颗粒尺寸应尽可能小，以增加分散相的稳定性； （5） 颗粒表面易吸附电荷或者改性。 要求 在实用中，电泳颗粒一般选择尺寸在1nm～100μm的无机、有机或是以颜料为核、外附着聚合物的复合结构微粒，也可以是