电子纸技术ppt课件

电子纸技术 电子纸技术 电子纸技术 一般把可以实现像纸一样阅读舒适 超薄轻便 可弯曲 超低耗电的显示技术叫做电子纸技术 电子纸 电子显示器 其兼有纸的优点 如视觉感观几乎完全和纸一样等 又可以像我们常见的液晶显示器一样不断转换刷新显示内容 并且比液晶显示器电子书省电得多 电泳显示技术 胆固醇液晶显示技术 电润湿技术 电泳显示技术 如果一种物质不能被另一种物质溶解 通常两种物质会彻底分离 左 但某些情况下其中一种物质会以小微粒的形式稳定存在 即形成了胶体 右 电泳现象 在电场作用下 原本均匀分散的胶体中的微粒会向着其中一端的电极移动 把直径只有几微米甚至更小的二氧化钛和炭黑两种微粒分散到透明且绝缘的液体中形成胶体 再把胶体填充到两块导体之间的空间并封装好 接通电源 让屏幕的一些区域带正电而另外一些区域带负电 那么这些区域就会对应出现黑白两种不同的颜色 电泳显示技术 难题 1 微粒的正确工作方向是垂直屏幕方向由于周围区域干扰而产生平行屏幕的分量呢2 微粒由于表面带电而能够稳定存在 可能会出现聚集的情形 电泳显示技术 改进的电泳显示技术 把黑白两种颜料的微粒 电子墨水 连同分散它们所需的透明液体一起封装到直径只有几十到几百微米的微型胶囊中 避免发生聚焦 整个显示装置的分辨率不会下降 控制电极 也可显示出灰度 电泳显示技术 彩色显示 方案一 彩色滤光片技术 彩色电子纸在技术上很容易实现 但滤色片会降低光反射率或显示亮度 同时用多个色彩子像素组合成一个显示像素则降低了单位面积的像素数量或分辨率 这种方案是以降低亮度和分辨率为代价来实现彩色显示的 并且滤色片还增加了电子纸的厚度 电泳彩色显示 方案二 横向电泳显示 技术 通过 可见 与 隐藏 两种状态之间切换来显示图像 采用含有白色点电泳粒子和黄 品红 青中的一种电泳粒子的彩色微胶囊电泳显示 这种的显示效果比使用彩色滤光片的饱和度与对比度都要高 但是如何匹配三原色全彩显示还有待研究 电泳显示技术 这个关键性难题的解决 为电泳显示技术的大范围应用扫清了障碍 不久 基于这一电子纸技术的电子书阅读器开始出现在市场上 其中比较著名的有亚马逊公司的Kindle和老牌图书销售商巴诺书店的Nook 电子纸优点 技术难题 彩色显示困难 响应速度慢 彩色显示是在黑白电泳显示基础上加上一层彩色滤光膜 但这样会严重影响光的饱和度和分辨率 新方向 电润湿技术 从水润湿开始说起 如果我们把一滴水放在铁锅表面 会发现水很快就能够在表面铺展开来 如果把水放在不粘锅 表面涂了一层聚四氟乙烯 的表面 水并不会摊开 而是基本保持了液滴的形状 我们把水滴在固体表面铺展开来的情况就叫做水润湿或者浸润固体表面 电润湿技术 可以想象 如果一个表面某个时刻容易被水润湿 下个时刻又变得难以被水润湿 那么它表面的水滴会时而铺展时而收缩 然而 这种原生表面是不可能存在的 一种材料不可能这一分钟是铁的表面性质 下一分钟又变成聚四氟乙烯的表面性质 但是 借助电场可以做出同等的效果 电润湿现象 电润湿的示意图 液体在电场作用下变得更加容易润湿固体表面的现象就被称为电润湿 如果把许多这样的样品池放在一起 再分别控制每个样品池电路的连通与断开 那么无需自带的光源就可以让它们不断显示出特定的黑白颜色及标示的内容 从润湿现象到显示的飞跃 准备一个封闭的样品池 它内部充满互不相溶的水和油 在油中添加一些黑色颜料 再把样品池置于一块白色的底板上面 当电路断开时 由于油层完全覆盖了样品池的底部 我们从上方观察时就会看到黑色 一旦电路连通 无色透明的水占据了底部的大部分 黑色的油滴则被推到一角 这样 通过电路的连通与断开 我们就可以非常方便地在黑白两种颜色间切换 电润湿显示器件 典型的电润湿 EWOD 器件通常采用三层结构 即受控液滴被夹在上 下两极板之间 下极板由衬底 微电极阵列 绝缘层以及疏水层构成 疏水层可以保证液滴运动过程的平滑和稳定 上下极板之间的填充物质可以是空气或者是硅油 硅油可以作为润滑剂 降低液滴的驱动阻尼 使驱动电压下降 而且可以减少液滴的蒸发 电润湿彩色显示 方案一 三层结构电润湿显示 通过叠加三原色得到彩色 电润湿彩色显示 方案二 单层结构电润湿显示 像素细分为3个子像素 3个子像素分别通过电润湿显示三原色 人眼看到的是这3种颜色的合成 与电泳技术比较的优势 电润湿式电子纸是液体移动变换显示内容 液体受到的阻力要小很多 速度自然也要快很多 一个长宽几百微米的样品池 油膜只需十几毫秒就可以变成收缩状态 这意味着要达到相同的分辨率 电润湿式电子纸的反应时间大大低于电泳显示 与传统液晶显示屏的刷新时间相当 因此 有研究人员认为 电润湿式电子纸甚至有可能用来播放视频 与电泳技术比较的劣势 对于电泳显示 颜料微粒在电场作用下被移到到指定位置后 撤去电场仍然可以稳定停留在那个位置 可是 电润湿式电子纸一旦撤去电场 电润湿现象也随之消失 液体就会恢复原来的形状 这就意味着看书时 长时间停留在同一页文字上 显示设备就必须维持一定的电场 因此与液晶屏相比 虽然两种电子纸都节省了光源发光消耗的电能 电润湿式电子纸仍然可能比电泳显示式电子纸消耗更多的能源 不过 通过巧妙的设计 一些研究人员已经能够克服这个缺陷 面临的难题 1 接触角饱和随着外加电压U的增加 cos 趋向于1 即接触角 会趋向于0 但实验研究表明 当接触角达到一个临界值时 通过外加电压很难使它再减小 到目前没有一个大家共同认可的解释 面临的难题 2 接触角滞后接触角滞后是指在液体的接触角变化时存在前进接触角和后退接触角 电润湿中 接触角的变大和变小的过程都存在 因此 这种差异将给电润湿的研究多了一项误差分析 电压增加时和电压减少时 同一电压所对应的接触角也不相同 接触角滞后曲线 磁滞回线 面临的难题 3 电润湿中的电解电润湿中的液体发生电解 液体在还没发生接触角变化时就会电解 产生气泡 电润湿中的电解将造成器件的损坏 胆固醇液晶显示技术 利用胆固醇液晶分子在不同电位下呈现的反射与透过两种不同偏极光旋转状态来达到显示效果 通过添加不同的旋光剂 来改变反射光的颜色 采用添加旋光性物质的办法 可使通常的向列相或近晶相液晶转变成胆甾相 胆固醇液晶显示 胆固醇液晶能反射的入射光波长与液晶的螺距有关 这种反射遵守晶体衍射的布拉格公式 其中 P为胆甾相液晶的螺距 n为平均折射率 为入射波与液晶表面的夹角 通过改变螺距来改变反射颜色 而螺距与掺杂的旋光剂 压力 温度 电压大小有关 胆固醇液晶的彩色显示 方案一 改变温度 电场强度来改变螺距 从而改变反射光颜色 反应速度慢 方案二 蓝 绿 红基色光的3层材料堆叠 最底层是光吸收层 每层都处于两个透明电极的夹层中 当驱动电压分别加载到3个反射层的电极时 各反射层对环境光中3种基色光的反射率相应改变 所反