卜倩倩，王 丹，邱 云，孫 曉，胡偉頻，姜明宵，魏從從，王 純

(北京京東方顯示技術(shù)有限公司，北京 100176)

1 引 言

近些年來(lái)，隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，液晶顯示、有機(jī)電致發(fā)光顯示、激光顯示、反射類顯示等顯示技術(shù)日趨成熟，與人工智能，大數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合，目前顯示技術(shù)正朝著多樣化，智能化的方向發(fā)展。

液晶透射顯示是目前使用最為廣泛的顯示，結(jié)合ADS液晶驅(qū)動(dòng)方式，低溫多晶硅薄膜晶體管等先進(jìn)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)成本低廉，色彩豐富的顯示方式。但其需要背光照明，因而較厚，且不易彎曲。同時(shí)由于顯示過(guò)程中需要持續(xù)開(kāi)啟背光，功耗相對(duì)較大。激光顯示被稱為下一代顯示技術(shù)，色域廣，飽和度高，顏色表現(xiàn)力極佳。但由于需要通過(guò)投影的方式實(shí)現(xiàn)顯示，因而其亮度和對(duì)比度低，目前還未得到大規(guī)模的應(yīng)用。有機(jī)發(fā)光二極管顯示不需要背光，可以實(shí)現(xiàn)超薄顯示。同時(shí)還有高色域，高對(duì)比度，快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，在顯示行業(yè)得到了廣泛的關(guān)注，但其亮度低，壽命低，成本高等缺點(diǎn)限制了其廣泛的應(yīng)用與推廣。

反射顯示具有可實(shí)現(xiàn)超低功耗，陽(yáng)光下易讀性好，價(jià)格低廉，質(zhì)量輕優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電子紙，電子指示牌，貨架標(biāo)簽等顯示領(lǐng)域。在過(guò)去20年中，由于材料和工藝的改善，反射類顯示已經(jīng)取得了快速進(jìn)展，本文將從結(jié)構(gòu)，工作原理，研究進(jìn)展等方面對(duì)目前主要的反射液晶顯示、電潤(rùn)濕顯示及電泳顯示3種技術(shù)進(jìn)行介紹。

2 反射式液晶顯示

透射式液晶顯示已被廣泛應(yīng)用于高分辨率電視，電腦顯示器，筆記本電腦，平板電腦及手機(jī)。其基本原理是將液晶置于兩片導(dǎo)電玻璃基板之間，在上下玻璃基板的電極作用下，液晶分子發(fā)生扭曲變形，改變通過(guò)液晶盒光束的偏振狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)背光源光束的開(kāi)關(guān)控制。若在兩片玻璃間增加彩色濾光膜，則可實(shí)現(xiàn)彩色圖像顯示。透射式液晶顯示的一個(gè)主要的缺點(diǎn)顯示運(yùn)行狀態(tài)下一直需要背光源，因而，其功耗相對(duì)較高。此外，由于太陽(yáng)直照下面板的表面反射比顯示圖像更亮，因而，透射式液晶顯示在很強(qiáng)的環(huán)境光下易讀性較差。通過(guò)對(duì)顯示結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，增加反射器，去除背光單元，即可實(shí)現(xiàn)反射式液晶顯示。由于其利用環(huán)境光進(jìn)行顯示[1-2]，因而，與透射液晶相比，反射液晶具有功耗低、重量輕、戶外可讀性好等優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)光調(diào)制機(jī)理，反射式LCD可以分為3類：吸收型、散射型及相位延遲型。其中前兩種未改變?nèi)肷涔獾南辔唬瑑H通過(guò)吸收，散射等物理作用實(shí)現(xiàn)顯示，而相位延遲型則是通過(guò)改變?nèi)肷涔獾南辔粚?shí)現(xiàn)顯示過(guò)程。

2.1 吸收型反射LCD

為了實(shí)現(xiàn)吸收效應(yīng)，需將質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%～5%的二色性染料摻雜于液晶主體中。隨著電場(chǎng)的施加，主體液晶協(xié)同染料分子發(fā)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)入射光的偏振平行于主體分子軸，二色性染料分子會(huì)發(fā)生很強(qiáng)的吸收；相反，若入射光的偏振垂直于主體分子軸，則二色性染料分子的吸收會(huì)很弱。平行和垂直的吸收系數(shù)的比值稱為二色性比率，這一數(shù)值會(huì)極大地影響顯示的對(duì)比度。此種顯示方式首先被Heilmeier和Zanoni[3]在TN型中提出。此種顯示不需要偏光片，但其對(duì)應(yīng)的主要技術(shù)挑戰(zhàn)是對(duì)比度問(wèn)題[4-7]。一個(gè)典型的染料反射型LCD的對(duì)比度是5∶1，反射率為40%～50%。另外，由于其在可見(jiàn)光區(qū)域的強(qiáng)吸收問(wèn)題，其長(zhǎng)期穩(wěn)定性是另外一個(gè)需要關(guān)注的問(wèn)題。下面將以向列型為例，介紹吸收性反射LCD的工作原理。

圖1是TN吸收型反射LCD原理圖。使用一個(gè)1/4波片，一個(gè)反射器，向列相LC/染料混合物。其中反射器可以為貼附膜層，亦可為工藝制作膜層，具體使用可根據(jù)具體結(jié)構(gòu)而定。圖中的上部分和下部分分別表示電壓關(guān)斷和電壓打開(kāi)的狀態(tài)。

圖1 吸收型反射LCD原理圖Fig.1 Schematic diagram of absorption type reflective LCD

當(dāng)電壓關(guān)斷時(shí)，入射光經(jīng)液晶/染料層，由非偏振態(tài)變?yōu)榫€性偏振光；之后線性偏振光通過(guò)內(nèi)部1/4波片，其偏振狀態(tài)變?yōu)橛倚龍A偏振光。從反射器反射后，由于π相位的改變，其偏振態(tài)變?yōu)樽笮?；之后左旋偏振片再次通過(guò)1/4波片，由于其偏振方向與液晶取向方向平行，光被摻雜的染料分子吸收，實(shí)現(xiàn)暗態(tài)。

當(dāng)電壓打開(kāi)時(shí)，液晶連同染料分子被重新調(diào)整垂直于基板，在此狀態(tài)下，光通過(guò)時(shí)幾乎不被吸收，因而其偏振狀態(tài)不發(fā)生改變。當(dāng)非偏振的環(huán)境光經(jīng)過(guò)液晶/染料層，1/4波片后，連續(xù)無(wú)偏振狀態(tài)的變化，從反射器反射后，仍然是非偏振光，最后從透射液晶片取出光，形成沒(méi)有衰減的亮態(tài)。

2.2 散射型反射LCD

聚合物擴(kuò)散液晶，聚合物穩(wěn)定膽甾結(jié)構(gòu)及液晶凝膠均展現(xiàn)了優(yōu)異的光散射特性，被廣泛應(yīng)用于顯示光學(xué)器件[8-10]。本文以液晶凝膠為例對(duì)散射型反射LCD進(jìn)行介紹。圖2是液晶凝膠散射型反射LCD原理。液晶凝膠反射LCD由液晶凝膠、一個(gè)1/4波片、一個(gè)反射器組成。液晶盒被向列液晶和單體混合物填充，在紫外誘導(dǎo)聚合后，形成聚合物網(wǎng)絡(luò)，液晶分子則被限制在聚合物網(wǎng)絡(luò)中。

圖2 散射型反射LCD原理圖Fig.2 Schematic diagram of scattering type reflective LCD

當(dāng)電壓關(guān)斷時(shí)，液晶分子均一對(duì)齊，液晶凝膠呈高透狀，可以保證光穿過(guò)。非偏振的可見(jiàn)光通過(guò)液晶盒后，仍保持非偏振態(tài)，即得到一個(gè)相當(dāng)?shù)牧翍B(tài)。

當(dāng)電壓打開(kāi)時(shí)，液晶分子改變對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)，沿著聚合物鏈形成微域。若域的大小與入射光波長(zhǎng)相當(dāng)，非偏振環(huán)境光變成線性的s-波偏振光，通過(guò)1/4波片后，被反射器反射，再次經(jīng)過(guò)1/4波片，變?yōu)閜-波偏振光。由于液晶凝膠的散射，p-波會(huì)再被散射，因此，會(huì)形成一個(gè)散射的半透明狀態(tài)。

散射反射型LCD只需要一個(gè)偏光片，因此其亮度非常高。但有兩個(gè)主要的缺點(diǎn)：第一，光散射通常會(huì)導(dǎo)致一個(gè)半透明狀態(tài)，而不是一個(gè)純黑態(tài)，因此，圖像對(duì)比度低。第二，由于聚合物網(wǎng)絡(luò)約束，驅(qū)動(dòng)電壓通常需要大于20 V，超出了目前常規(guī)LCD應(yīng)用所開(kāi)發(fā)的薄膜晶體管的能力。這些缺點(diǎn)限制了散射型半透半反LCD的廣泛應(yīng)用。

2.3 相位延遲型反射LCD

相位延遲型反射LCD的工作原理，是基于電壓誘導(dǎo)液晶取向，如TN液晶盒，屬于偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。與吸收，散射型反射LCD相比，相位延遲型反射LCD具有更高的對(duì)比度，更低的驅(qū)動(dòng)電壓，且與目前的大規(guī)模工藝生產(chǎn)技術(shù)具有更好的兼容性[11-12]。

圖3是一種相位延遲型反射LCD原理圖。一個(gè)90°的TN液晶盒，夾在兩個(gè)交叉的偏光片中間，一個(gè)反射器設(shè)置于底部偏光上片。

當(dāng)電壓關(guān)斷時(shí)，從底部基板到上部基板的液晶呈現(xiàn)一個(gè)均勻的扭曲。非偏振環(huán)境光入射到TN液晶層，其入射偏振光旋轉(zhuǎn)90°，再經(jīng)過(guò)底部偏光片，到達(dá)反射器，一部分偏振光被反射，然后再次通過(guò)底部偏光片。線性偏振光經(jīng)過(guò)扭曲的液晶分子，其偏振軸被旋轉(zhuǎn)90°，之后，平行于頂部偏振片的透射軸射出，產(chǎn)生一個(gè)亮態(tài)。

當(dāng)電壓開(kāi)啟時(shí)，液晶分子垂直于基板取向，垂直取向的液晶分子不會(huì)調(diào)制入射光的偏振態(tài)。而兩個(gè)偏振片正交互相補(bǔ)償。因此，頂部偏振片產(chǎn)生的線性偏振光通過(guò)激活的液晶層，不改變其偏振狀態(tài)，結(jié)果，被底部偏振片吸收，未有光線被反射到觀察者的視角，顯示為黑態(tài)。

圖3 相位延遲型反射LCD原理圖Fig.3 Schematic diagram of phase delay type reflective LCD

3 電潤(rùn)濕顯示

最早將電潤(rùn)濕技術(shù)應(yīng)用于顯示可以追溯到十九世紀(jì)80年代早期，Beni 和 Hackwood (Bell Labs)利用電潤(rùn)濕原理，提出了一種折射率匹配的液體在多孔結(jié)構(gòu)中進(jìn)出的結(jié)構(gòu)，形成類似于聚合物分散液晶的顯示?？桌餂](méi)有液體，顯示為光態(tài)，而當(dāng)孔內(nèi)有液體時(shí)，則呈現(xiàn)透明態(tài)[13-14]。在過(guò)去20年中，由于材料和工藝的改善，在電潤(rùn)濕顯示特性方面已經(jīng)取得了快速進(jìn)展。在過(guò)去十年中，電潤(rùn)濕實(shí)現(xiàn)了大量的應(yīng)用。包括像素化的光學(xué)過(guò)濾器，纖維光學(xué)，自適應(yīng)鏡頭，芯片實(shí)驗(yàn)室，簾膜式淋涂等。

電潤(rùn)濕效應(yīng)用于顯示，主要有兩種不同的方式：(1) 在一個(gè)固定的位置，加電使得液滴收縮或擴(kuò)張，稱為非雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示[15-18]；(2) 加電趨勢(shì)液滴從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置，稱為雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示[19-21]。

3.1 非雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示

圖4 非雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示原理圖。(a)液滴伸展?fàn)顟B(tài)；(b)液滴收縮狀態(tài)。Fig.4 Schematic diagram of the non-bistable electrowetting display. (a) Droplet in extension state; (b) Droplet in shrink state.

圖4是非雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示原理圖。圖4(a)展示的是光學(xué)疊加示意圖，由透明電極、疏水介電層、彩色油墨層和水組成。在顯示結(jié)構(gòu)中，這些膜層像三明治結(jié)構(gòu)一樣組合在玻璃和聚合物基板之間。液體填充完成后，彩色油墨自然地在水和疏水介質(zhì)層之間形成連續(xù)的薄膜，如圖4所示。顯示應(yīng)用的最典型的像素尺寸大約為200 μm。表面張力是萬(wàn)有引力的1 000倍以上，因此，油墨層在所有方向都是穩(wěn)定的狀態(tài)。當(dāng)有電壓施加到疏水介質(zhì)層，系統(tǒng)通過(guò)將水滴移動(dòng)至與絕緣層接觸來(lái)降低能量，因此，變化了油墨的位置，曝光了底層反射面。靜電力與表面張力的平衡決定了油墨能被移動(dòng)多遠(yuǎn)。通過(guò)這種方式，堆疊結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性，可以在色彩和透明狀態(tài)之間被持續(xù)調(diào)整。電潤(rùn)濕光開(kāi)關(guān)用來(lái)形成透射、反射和透射顯示，其中反射顯示最為常用。

電潤(rùn)濕彩色顯示結(jié)構(gòu)有多種，在這些中，以下兩種結(jié)構(gòu)為主流結(jié)構(gòu)，分別為單層結(jié)構(gòu)和3層結(jié)構(gòu)。

圖5(a)為彩色非雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕單層結(jié)構(gòu)圖，在此結(jié)構(gòu)中，使用黑色油墨作為吸收開(kāi)關(guān)，提供了一種更簡(jiǎn)單，更低成本的屏幕顯示。這種方法最大的好處是工藝流程與LCD類似，因此，制作成本更低。同時(shí)由于沒(méi)有使用偏光片，光效更高。另外一方面，與LCD對(duì)比，電潤(rùn)濕顯示有一個(gè)天然的非限制的視角，而LCD結(jié)構(gòu)則需要使用各種方法改善視角，會(huì)導(dǎo)致亮度的進(jìn)一步降低。

圖5 彩色非雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示結(jié)構(gòu)圖。(a)單層彩色膜； (b)三層彩色膜。Fig.5 Structure diagram of the chromatic nonbistable electrowetting display. (a)Single layer color film; (b) Three layers color film.

另外一個(gè)重要結(jié)構(gòu)是3層單色膜疊加放置，單層膜顯示的所有工序均可應(yīng)用到3層膜顯示中，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5(b)。通過(guò)調(diào)整每層的驅(qū)動(dòng)電壓，經(jīng)基板混色，即可實(shí)現(xiàn)所需的顏色。這種方法意味著在顯示的所有區(qū)域，均可產(chǎn)生全彩色，理論上可以實(shí)現(xiàn)100%的色彩轉(zhuǎn)換。在3層結(jié)構(gòu)中，需要3個(gè)主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)模型，這也是決定優(yōu)異的顯示光學(xué)表現(xiàn)的最重要的因素。精確對(duì)位，保證開(kāi)口率，是實(shí)現(xiàn)這種顯示最關(guān)鍵的技術(shù)。另外這種技術(shù)允許實(shí)現(xiàn)廣色域與高反射率的聯(lián)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全紙質(zhì)化顯示。

非穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示可以使用各種類型的基板，從涂覆有ITO的玻璃基板，柔性顯示用聚合物基板。在基板上，涂覆上亞微米厚度的非晶氟化聚合物膜層或堆疊的阻擋層和氟化聚合物層。阻隔層用于在大批量生產(chǎn)過(guò)程中處理氟化聚合物缺陷。氟化聚合物的強(qiáng)疏水特性保證了在關(guān)態(tài)下油墨的蔓延。像素結(jié)構(gòu)中的光刻墻的高度在油墨在像素內(nèi)的自主裝過(guò)程中扮演著關(guān)鍵的角色，其高度由標(biāo)準(zhǔn)的光刻技術(shù)決定，需工藝保證其表面均一性，以確保均一的電-光響應(yīng)。極性溶劑作為連續(xù)相，在顯示中充當(dāng)common電極的作用。

可以看出，電潤(rùn)濕顯示的制作工藝，幾乎全部可以使用LCD現(xiàn)有工藝。唯一的例外是其填充工藝與LCD不同。這就意味著使用現(xiàn)有的LCD顯示工藝，只需要很低投入即可產(chǎn)出電潤(rùn)濕顯示，為電潤(rùn)濕顯示實(shí)現(xiàn)商業(yè)化提供了更大的可能。

3.2 雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示

將水或水狀液滴放置于圖案化的電極之上。如果施加電壓到臨近電極，由于臨近電極與當(dāng)前電極距離很近，液滴通過(guò)潤(rùn)濕第二個(gè)電極區(qū)域可以得到一些表面能量。因此，液體被吸到第二個(gè)電極之上。如果電壓關(guān)掉，液滴保持位置不變。因此，從上面觀察，即可看到一個(gè)位置液滴可見(jiàn)，而另外一個(gè)不可見(jiàn)。由于不需要更多的能量，甚至電場(chǎng)或電荷，即可實(shí)現(xiàn)液滴可見(jiàn)和隱藏的狀態(tài)，因此，我們稱這種顯示方法為無(wú)功耗顯示。

圖6 雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示原理圖。(a)電壓切斷，液滴保持在左邊電極；(b)施加電壓，液滴移動(dòng)； (c)電壓切斷，液滴保持在右邊電極。Fig.6 Schematic diagram of the bistable electrowetting display. (a) Turn off the voltage, the droplet is kept on the left electrode; (b) Turn on the voltage,the droplet moves ftrom the left electrode to the right electrode; (c) Turn off the voltage,the droplet is kept on the right electrode.

雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示2D結(jié)構(gòu)如圖6所示，(a)狀態(tài)下，電壓切斷，液滴保持在左邊電極；(b)為施加電壓后的中間態(tài)，液滴移動(dòng)；(c)為液滴移動(dòng)至右邊電極，此時(shí)切斷電壓，液滴保持不動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)，在批量生產(chǎn)時(shí)，可提供極低的邊際成本。但這種方法的一個(gè)最大的缺點(diǎn)是會(huì)降低像素開(kāi)口率。為了解決這一個(gè)問(wèn)題，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改善，改善的典型結(jié)構(gòu)如圖7所示[20]。液滴被存儲(chǔ)在可見(jiàn)層的下面，兩個(gè)腔室被一個(gè)中間阻隔層分開(kāi)，中間層具有必要的開(kāi)口和控制電極。這個(gè)設(shè)計(jì)的開(kāi)口率達(dá)85%之高。通過(guò)選擇合適的開(kāi)口，我們可以在大約20～40 V的開(kāi)關(guān)電壓下，經(jīng)過(guò)300 ms的開(kāi)關(guān)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)2mm的雙穩(wěn)態(tài)像素。除了U型幾何構(gòu)造，S和L型也較為常用，特別是L型將提供一個(gè)非常具有吸引力的規(guī)格的組合，因?yàn)樗鼘⒔Y(jié)合了2D設(shè)計(jì)的透反射能力和3D設(shè)計(jì)的高開(kāi)口率。這種結(jié)構(gòu)需要通過(guò)處理復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡，目前為止仍處于實(shí)驗(yàn)室原型階段，隨著生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的增加，預(yù)計(jì)這種方式將會(huì)得到發(fā)展。

圖7 改進(jìn)的雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示原理圖。(a)電壓切斷，液滴保持在底端；(b)施加電壓，液滴移動(dòng)； (c)電壓切斷，液滴保持在頂端。Fig.7 Schematic diagram of the improved bistable electrowetting display. (a) Turn off the voltage, the droplet is kept on the bottom; (b) Turn on the voltage,the droplet moves from the bottom to the top; (c) Turn off the voltage,the droplet is kept on the top.

具體的制作工藝如下[22]：在玻璃基板上覆蓋ITO薄膜，之后，ITO通過(guò)激光進(jìn)行圖案化，通過(guò)蒸鍍過(guò)程在其上進(jìn)行介電層的涂覆，通過(guò)旋轉(zhuǎn)涂覆，將特氟龍膜層涂覆其上。具體的微流控結(jié)構(gòu)取決于所需液滴尺寸，對(duì)于微米尺寸的像素結(jié)構(gòu)，可以使用光刻工藝制作膜層。液體層放置于電極結(jié)構(gòu)上方，并使用膠進(jìn)行點(diǎn)固定。制作兩個(gè)樣品后，在其中之一的上方放置中間層，中間層有空洞，以便液滴和中性液體傳輸。此中間層在頂部和底部均設(shè)置有電極，以處理單獨(dú)的行或列。在真空條件下用中性液體填充樣本以防止氣泡形成。之后將有色液注入。最后，將另一個(gè)玻璃樣品放置其上，并使用夾具固定器件。通過(guò)將整個(gè)裝置粘合在一起，即可得到一個(gè)密封裝置，以防止氣體解吸溶劑。最后，將標(biāo)準(zhǔn)的電子引腳放置在側(cè)面，完成改善的雙穩(wěn)態(tài)電潤(rùn)濕顯示器件的制作。

4 電泳顯示

電泳顯示(Electrophoretic Display，EPD)是一種通過(guò)設(shè)計(jì)流體中分散粒子移動(dòng)實(shí)現(xiàn)顯示的一種電動(dòng)力學(xué)方法。電泳顯示包含兩個(gè)電極層，油墨被夾在兩個(gè)電極層之間，油墨包含白色帶電顆粒和黑色帶電顆粒，白色和黑色顆粒帶有相反的電荷，顆粒在靜電力作用下移動(dòng)。當(dāng)白色顆粒聚集在頂部電極時(shí)，環(huán)境光被反射，可以看到一個(gè)白色的狀態(tài)。相反，當(dāng)黑色顆粒移動(dòng)至頂部電極，則會(huì)觀察到一個(gè)黑色的狀態(tài)。常使用主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)技術(shù)驅(qū)動(dòng)帶電粒子，當(dāng)施加電場(chǎng)時(shí)，顆粒被場(chǎng)應(yīng)力移動(dòng)，呈現(xiàn)給觀察者的顏色會(huì)發(fā)生改變。同時(shí)，為了準(zhǔn)確地顯示灰度，消除散射和鬼影，需仔細(xì)優(yōu)化驅(qū)動(dòng)波形算法。

EPD最重要的優(yōu)勢(shì)是其低功耗特性，由于其為雙穩(wěn)態(tài)，代表著一個(gè)系統(tǒng)具有兩個(gè)穩(wěn)定平衡狀態(tài)。對(duì)于顯示而言，雙穩(wěn)態(tài)意味著顯示可以不需要消耗任何功耗地保持在一個(gè)靜止畫面。在EPD中，當(dāng)外加電壓移除，帶電顆粒的位置仍然被保持。相反，在傳統(tǒng)的LCD中，背光需要持續(xù)被點(diǎn)亮，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路需要持續(xù)快速刷新。其次，EPD使用的顏料與普通印刷油墨基本相同，以反映環(huán)境光線，因此，其具有與紙張相同的令人滿意的對(duì)比度和觀察角度，尤其是在明亮的陽(yáng)光下。有源矩陣的快速發(fā)展直接提高了EPD的分辨率。EPD的所有元素均可以被制作成柔性，實(shí)現(xiàn)可彎折甚至可卷曲顯示。因此，EPD被廣泛應(yīng)用于電子閱讀器，可穿戴顯示，電子指示牌等。但是，EPD的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，通常需要數(shù)百微秒，這在一定程度上限制了其在動(dòng)畫或視頻顯示中的應(yīng)用。另外，由于很難精確控制電荷顆粒，EPD的灰度與常規(guī)的LCD相比較差。因此，目前的EPD的研究領(lǐng)域，有大量關(guān)于增強(qiáng)色域的研究，以擴(kuò)展其應(yīng)用場(chǎng)景。

現(xiàn)在主流的電泳顯示技術(shù)有兩種，微膠囊電泳顯示[23-26]和微杯電泳[27-30]顯示。兩種技術(shù)均有優(yōu)缺點(diǎn)，本節(jié)將進(jìn)行詳細(xì)介紹。

4.1 微膠囊電泳顯示

在EPD中，顆粒和電極直接接觸會(huì)引起顆粒團(tuán)聚，而顆粒團(tuán)聚和萬(wàn)有引力作用會(huì)引起橫向漂移問(wèn)題。為了解決這一難題，將懸浮在液體中的顆粒包裹在一個(gè)微小的膠囊中，微膠囊大小約為幾十個(gè)微米，形成微膠囊EPD。微膠囊EPD可以提高顯示可靠性，同時(shí)，由于實(shí)現(xiàn)了微膠囊化的電泳材料在基體上的直接涂覆，因而具有潛在的靈活性。圖8是微膠囊EPD的顯示原理圖。使用帶有相反電荷的白色和黑色顏料，施加電壓使帶電的白色或黑色顏料到頂部電極，即實(shí)現(xiàn)白色或黑色顯示。每個(gè)施加到膠囊上的電壓被分成兩部分，白色和黑色顆粒的混合可以實(shí)現(xiàn)不同的灰度等級(jí)。若在微膠囊上增加彩色濾光膜，通過(guò)彩色濾光膜的反射光即可實(shí)現(xiàn)彩色的微膠囊EPD。

圖8 微膠囊電泳顯示原理圖。(a)上部電極為陰極，下部電極為陽(yáng)極； (b)上部電極為陽(yáng)極，下部電極為陰極； (c)陰陽(yáng)電極交叉分布。Fig.8 Schematic diagram of the microcapsuls EPD. (a) Top electrode is the cathode and bottom electrode is the anode; (b) Top electrode is the anode and bottom electrode is the cathode; (c) Anode and cathode is arranged in order.

微膠囊電泳顯示采用黑白雙粒子，因而其光反射率較佳(35%～40%)，更貼近真正的紙張，閱讀體驗(yàn)佳。缺點(diǎn)是機(jī)械性能差，不夠堅(jiān)韌，因而無(wú)法承受重壓。

4.2 微杯電泳顯示

微杯電泳顯示使用光刻或壓印技術(shù)制作，直徑50～180 μm不等，直徑、高度、寬度根據(jù)具體的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)。微杯的一個(gè)優(yōu)異特點(diǎn)是可以使用Roll-To-Roll(R2R)工藝制作，很容易地將圖案印到柔性基板上，使用R2R制程可實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)成本較低；而微膠囊電泳顯示由于不夠堅(jiān)固，無(wú)法以壓印方式生產(chǎn)，只能使用噴墨方式，成本更高。此外，微杯EPD可以使用生色流體或3種顏料墨水系統(tǒng)制作，由于不需要使用彩色濾光片，因而，彩色微杯電泳顯示的反射率相當(dāng)高。

5 結(jié) 論

近些年來(lái)，反射類顯示得到穩(wěn)步發(fā)展。最主要的原因是發(fā)射和透射類顯示的功耗極高，限制了其在戶外環(huán)境中的使用；另外一個(gè)主要的原因是陽(yáng)光下的易讀性，即使功耗不是一個(gè)問(wèn)題，常規(guī)顯示仍然不能保證在高照度條件下易讀性。反射類顯示，具有類紙類顯示、視頻顯示、高亮高色域等功能，若能兼容常規(guī)液晶顯示工廠的工藝制作，將有利于反射類顯示的進(jìn)一步推廣與應(yīng)用。未來(lái)的努力方向?qū)⒓杏诜瓷漕愶@示的商業(yè)引入及擴(kuò)大規(guī)模。同時(shí)，改善特性，引入革新的顯示結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)長(zhǎng)期的技術(shù)路線工作將會(huì)持續(xù)進(jìn)行。