电子墨水E-ink技术

电子墨水E-ink技术

本文技术资料来自台湾元太科技官网

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电子墨水技术

电泳式电子墨水(electrophoretic ink)技术通称为电子墨水(electronic ink)。将电子墨水涂布在一层塑料薄膜上,再贴覆上薄膜晶体管(TFT)电路,经由驱动IC控制,形成像素图形,创造了电子纸显示屏(Electronic Paper Displays, EPD)。

电子墨水使用的原料相似于印刷产业,但融合了化学、物理学、电子电路等领域的知识和技术,这种全新的材料:电子墨水得以问世。

电子纸与其他显示屏技术最大的不同在于,电子纸是反射式、双稳态的显示技术,所以视觉上看起来与传统纸张几乎没有分别,所以能创造护眼、节能的效益。

双色电子墨水原理

电子墨水由数百万个微胶囊(Microcapsules)所构成,微胶囊的大小约等同于人类头发的直径。每个微胶囊里含有电泳粒子──带负电荷的白色以及带正电荷的黑色粒子,悬浮于透明液体中。利用正负相吸的原理,当电场接通时,该区块对应的黑或白粒子会移动至微胶囊的顶端,使用者在该区块上,就能看见白色或黑色。



若使用不同颜色的粒子,就能创造可变色电子纸Prism。

三色电子墨水原理

E Ink也提供三色电子墨水系统,特别适用于电子货架标签(Electronic Shelf Label, 简称ESL)应用。

三色电子墨水系统运作原理与双色系统类似,施加不同的电压,使不同颜色的粒子移动至上层,看见不同的颜色。三色系统在微杯技术(Microcup®)架构下开发而成。



先进彩色电子纸显示屏 (Advanced Color ePaper, ACeP™)

2016年,E Ink发表了多色电子墨水系统,称为先进彩色电子纸显示器(Advanced Color ePaper, ACeP™)。ACeP™彩色电子纸透过带色的粒子,实现了全色域显示效果,不需要彩色滤光片;可在微胶囊(Microcapsule)或微杯(Microcup®)架构下执行。

ACeP™与双色或三色电子纸一样拥有优异的低耗电、类纸视觉、阳光下可视等特性。


电子墨水薄膜

将微胶囊或微杯架构制成的电子墨水,涂布于一层塑料薄膜上,这张薄膜可以被切割成任何形状或尺寸。
切割完成的电子(Film),贴覆上薄膜晶体管(TFT)电路后,就可利用电场来控制微胶囊或微杯内粒子的跑动,呈现出我们看到的各种图面、文字或颜色。

一卷电子墨水薄膜(Film)流淌于波士顿Charles河畔

E Ink的电子墨水薄膜可能被贴覆于任何表面上,包含玻璃、塑料、织品,甚至是纸张上,电子墨水薄膜能使任何表面都变成电子显示屏,让信息或设计抛开传统电子仪器的限制,围绕在我们的生活周围。
而电子纸模组则是能让产品快速上市的解决方案。电子纸模组是一组完整的显示屏,涵盖TFT、电子墨水薄膜、保护膜、驱动用的电子组件和连接器,能应用于许多终端产品。而有显示屏模组制造能力的客户,可与E Ink合作开发电子纸显示屏模组。
E Ink依据不同的应用需求,开发制造许多不同种类的电子墨水薄膜(Film)。

E Ink Carta™
E Ink Carta™较上一代电子墨水薄膜提升了50%的对比度,让电子书阅读器的黑白对比更接近于纸本书籍。Carta电子纸支持16级灰度,可呈现渲染、渐变等图面效果,锐利的字体及细致的图案细节,在阳光直射下也能清晰阅读。
E Ink Carta支援Regal™图像更新技术,几乎无需全面刷新画面,透过更顺畅的翻页,读者能拥有更专注的阅读过程。
E Ink Carta电子纸显示模组由TFT (Thin Film Transistor, 薄膜晶体管)、电子墨水薄膜及保护膜所构成。也可将触控解决方案整合进显示屏模组里,E Ink目前提供电磁式(Digitizer)和电阻式(Capacitive)触控解决方案。
电磁式触控技术利用电磁笔与显示屏互动,触控传感器位于TFT层的下方。电容式使用手指即可操作屏幕,传感器位于显示屏模组上方。但无论选择什么触控方案,都不会影响电子纸显示屏的反射率。
应用领域
E Ink Carta显示屏是各种需要动态显示内容的理想选择,主要包含:

  • 电子书阅读器
  • 移动装置 (智能手机、手机背盖等)
  • 电子货架标签
  • 穿戴式装置
  • 运动追踪器或医疗应用
  • 从小至大尺寸的电子看板



E Ink Pearl™
E Ink Pearl™提供了堪比纸书的对比度,Pearl电子纸支持16级灰度,可呈现渲染、渐变等图面效果,锐利的字体及细致的图案细节,在阳光直射下也能清晰阅读。
E Ink Pearl在反应速度上提升至 50-250ms。
E Ink Pearl电子纸显示模组由TFT (Thin Film Transistor, 薄膜晶体管)、电子墨水薄膜及保护膜所构成。也可将触控解决方案整合进显示屏模组里,E Ink目前提供电磁式(Digitizer)和电阻式(Capacitive)触控解决方案。
电磁式触控技术利用电磁笔与显示屏互动,触控传感器位于TFT层的下方。电容式使用手指即可操作屏幕,传感器位于显示屏模组上方。但无论选择什么触控方案,都不会影响电子纸显示屏的反射率。
应用领域


E Ink Pearl显示屏适用于多方面领域,包括:

  • 电子书阅读器
  • 遥控器、温控器等
  • 医疗应用,例如血糖仪、血压計的屏幕
  • 时尚手表、手环等配件
  • 商店促销广告看板
  • 室内电子看板


E Ink Spectra™
E Ink Spectra™是首款量产的三色电子纸显示屏,特别适用于零售、电子货架标签应用。
E Ink Spectra提供与其他黑白系列电子纸相同的高对比度度、阳光下可视、低耗电量等优异特性,但多了一个新色彩!目前E Ink Spectra可支持黑、白、红或黑、白、黄三色粒子,预计未来可提供更多的颜色选择。
使用电子纸电子货架标签后,零售商可实时更新售价,在瞬息万变的市场变化下透过定价策略领先竞争对手。而Spectra的红色或黄色,特别适合用在促销价格或产品销售重点,能有效吸引消费者的注意力,加强电子货架标签对于消费者的影响力和效益。
Spectra的运作原理与其他电子墨水类似,施加不同的电压,使不同颜色的粒子移动至上层,看见不同的颜色。不同的是Spectra使用了微杯技术(Microcup®),而非微胶囊。
应用
E Ink Spectra是电子货架标签、物流标签或互联网应用的理想首选。

E Ink Aurora™
E Ink Aurora™是针对零售业、物流业在冰箱或冷藏库的低温环境需求而开发。Aurora的操作环境可在-15~10度C、以及0~50度C下,并且一样提供电子纸的优异特色:类纸、广视角、易读等。另外,Aurora电子纸显示屏是低功耗驱动,仅使用两个钮扣电池,可运作长达五年。
应用
E Ink Aurora特别适用于电子货架标签、物流标签、或其他互联网应用。


E Ink Prism™
E Ink Prism™称为可变色电子纸,可在双色间作颜色渐变或闪动,并能自由切割成任意形状。室内设计师、建筑师或艺术家能利用Prism,让原本是静态的建筑墙面、艺术作品流动起来,动态变化颜色或图案。例如Prism可改变墙面、吊頂或整个房间的颜色、或是创造一个交互式的装置艺术。
E Ink Prism一样是双稳态的电子墨水技术,不发光,故在赋予物体动态表现时,能与环境融为一体,创造特殊的氛围和互动体验。
Prism能依据使用情境,以程序设定和控制变化的时机和模式,故不只有艺术表现,也能兼具功能性,使得我们的生活环境有更多的惊喜和美感,例如门的颜色切换可显示里面是否有人、墙面的颜色变换可反映温度、分贝数等环境参数。Prism正等待更多设计师的想象和运用,展现无止尽的创意和可能。

E Ink SURF™
E Ink Segmented段码电子纸,是将所需显示数字或图案的区域先刻在背板上,再依据需要的号码或图案,做黑白之间的切换,藉以呈现出不同的图案或数字组合。
Segmented段码电子纸可切割成圆形、三角形、或其他形状,应用上十分弹性。也因为段码电子纸显示器是在有限的显示区域内,做单纯黑白的切换,故比一般用于电子书阅读器的主动矩阵电子纸更为简易和省电,系统能更为简易、快速、稳定并节省成本。
E Ink提供两种类型的段码电子纸:段码显示器组件(Segmented Display Cells,简称SDCs),以及段码显示器模组(Segmented Display Modules,简称SDMs)。
SDCs是单一的显示器组件,不包含嵌入式的电子组件,一般而言以15V电压驱动。SDC通常被用于较简单的设计,例如较少的段码数、或较少的接脚(pin)。SDC适用于有足够空间、及PCB板整合限制较少的情况下。
SDMs是电子纸显示屏模组,包含了电子纸显示屏和电子组件,适用于整体解决方案的需求。SDM凭借减少MCU和显示屏间的接脚(pin),使系统整合时更为简便容易,连接至PCB板的空间需求也比较少。
E Ink Surf™则是在段码电子纸表面上附加一层彩色覆盖层(Color Overlay),能依据各环境的设计风格,呈现多彩丰富的样貌。例如木纹、石纹、磁砖、大理石花纹等,无缝与各种环境结合。
应用
段码电子纸应用非常广,从智能卡、电子货架标签、到各种消费性电子、手表、医疗仪器屏幕、工业仪表板、室内装修、礼品配件市场等,均有宽广用途。

柔性电子纸

E Ink Mobius™
电子纸显示屏由电子墨水薄膜,贴覆至TFT基板上所构成。由于电子墨水薄膜本身就是柔性的,电子纸比其它种类的显示屏更容易、也更适合柔性显示屏的开发。采用塑料基板后,就创造了轻薄、可弯曲的E Ink Mobius柔性电子纸显示屏。

E Ink Mobius柔性电子纸重量仅玻璃基板的一半,更轻薄、防碎。一片13.3寸塑料基板的柔性电子纸显示屏模组,约等同于15张A4纸张的重量、7张A4纸的厚度。这样的柔性显示屏模组,能创造更轻薄的终端产品。采用13.3寸柔性电子纸的终端产品,仅重349克(12.3盎司);而使用12.9寸LCD显示屏的产品,却重达713克(25.2盎司)。
轻薄的终端产品,除了容易携带、不易碎裂外,在教育应用上还能减轻学生的负担。
除此之外,E Ink柔性电子纸显示屏还能做到弯曲、曲度的效果,可配合人体的弧度设计终端产品,特别适合手环、手表、甚至皮包或鞋面等穿戴式设备。不但提供客户更自由宽广的设计空间,也能与使用平面显示屏的产品做出市场区隔,增加竞争力。
应用领域
适于任何有柔性、轻薄需求的产品,例如:

  • 穿戴式装置
  • 行李标签:耐摔落
  • 智能卡:轻薄,可弯曲
  • 物流标签:耐摔落
  • 教育领域,如电子书包
  • 电子书阅读器;电子纸笔记本
  • 智能手机,如双屏幕或次屏幕
  • 手机背盖等配件

彩色电子纸

E Ink Spectra™
E Ink Spectra是首款量产的三色电子纸显示屏,特别适用于零售、电子货架标签应用。
E Ink Spectra提供与其他黑白系列电子纸相同的高对比度度、阳光下可视、低耗电量等特性,但多了一个新色彩!目前E Ink Spectra可支持黑、白、红或黑、白、黄三色粒子,预计未来可提供更多的颜色选择。



E Ink Spectra针对电子货架标签应用、和招牌广告应用做了优化设计。
E Ink Prism™
E Ink Prism™称为可变色电子纸,可在双色间作颜色渐变或闪动,并能自由切割成任意形状。室内设计师、建筑师或艺术家能利用Prism,让原本是静态的建筑墙面、艺术作品流动起来,动态变化颜色或图案。例如Prism可改变墙面、吊顶或整个房间的颜色、或是创造一个交互式的装置艺术。


E Ink Prism一样是双稳态的电子墨水技术,不发光,故在赋予物体动态表现时,能与环境融为一体,创造特殊的氛围和互动体验。
Prism能依据使用情境,以程序设定和控制变化的时机和模式,故不只有艺术表现,也能兼具功能性,使得我们的生活环境有更多的惊喜和美感,例如门的颜色切换可显示里面是否有人、墙面的颜色变换可反映温度、分贝数等环境参数。Prism正等待更多设计师的想象和运用,展现无止尽的创意和可能。
应用
建筑装饰材料、室内设计、家具、装置艺术、招牌广告、时尚业或路线指引等。
E Ink Triton™


E Ink Triton™是以电子墨水技术搭配彩色滤光片,达成4096色的丰富色彩。Triton揭开了彩色电子纸的革命,使电子纸与印刷纸张的距离再进一步缩小。
Triton质感近似纸张,并具有阳光下清晰可视、色调柔和、不自发光、画面不变动时不耗电的电子纸特性。扩大至电子看板应用,节能的效益更加显著,能取代纸本海报输出、节省人力更换成本、并由远程转换和控制画面,创造出不同于LCD或LED看板的市场区隔和效益。
E Ink Triton电子纸显示屏模组由TFT背板、电子墨水薄膜、彩色滤光片(Color Filter Layer)和保护膜所组成。
应用
Triton适用于大型电子看板的应用,例如商家菜单、地铁广告、银行信息看板、公交车动态看板、或校园路线图看板等。
Advanced Color ePaper (ACeP™)
先进彩色电子纸显示屏(Advanced Color ePaper, ACeP™)是一种高质量、全反射式的彩色电子纸显示屏,透过带色的粒子,实现了包含八种原色的全色域显示效果。
ACeP™显示屏利用TFT背板施加的电压,加以控制电泳液体中粒子的跑动来达成色彩,可在微胶囊(Microcapsule)或微杯(Microcup®)架构下执行。


ACeP™丰富的色彩来自于每颗带色粒子的移动,不需要彩色滤光片,解决了光衰减的现象。故ACeP™能在环境光下拥有优异的可视性、及低耗电特性。
ACeP™即将商业化量产,初期目标市场为电子看板的应用。


  • 特性与效益

双稳态

在电源完全拔除的状态下,画面仍可持续显示在屏幕上,不会消失。




E Ink的电子纸技术通常被称为「双稳态」技术。所谓的双稳态,就是即使移除供电来源,电子纸显示屏上的画面仍然能持续显示,不会消失。仅在更换画面时,才需要消耗电量。

实际应用上,使用电子纸屏幕的电子书在翻页时,才需要消耗电量,在阅读期间则不会消耗任何电量。这正是使用了电子纸作为显示器屏幕,具备长时间待机的原因。

在大型电子看板的应用上,画面不变换的时候,也是完全不需要消耗电量的,长期下来,与相同尺寸的LCD显示屏看板相比之下,拥有非常优异的节电性能。



反射式技术

不需背光模组







电子纸显示屏

印刷纸张

LCD液晶显示屏

电子纸显示屏也常被称为「反射式显示屏」,完全不需要背光源,是利用环境光源打在电子纸显示屏幕上,再折射光线至观看者的眼中,与传统纸张、或生活中物体的可视原理无异,所以环境光源越亮,电子纸也越清晰可见。

而LCD或OLED等显示屏幕,需有背光模组或自发光,才能看到影像。但背光源或自发光的光线会穿透显示屏幕,直射观看者的眼睛,容易导致视觉疲劳、蓝光引起的黄斑部病变等问题。

不需要背光模组的电子纸显示屏,非常适合长时间阅读,另外,没有背光模组也可节约电力,大幅提升待机时间。


LCD (左)、电子纸(中)、传统纸张(右)的户外表现

坚固耐用







墨水薄膜本身是柔性的,电子墨水薄膜贴覆至TFT基板上,构成了电子纸显示屏。依据不同的应用需求,产品开发设计人员可能使用一般的玻璃基板,或柔性的塑料基板,使用了柔性基板的电子纸显示屏也就是E Ink Mobius柔性电子纸显示屏。

一片13.3寸塑料基板的柔性电子纸显示屏模组,约等同于15张A4纸张的重量、7张A4纸的厚度。这样的柔性显示屏模组,能让终端产品更轻薄,采用13.3寸柔性电子纸的终端产品,仅重349克(12.3盎司);而使用12.9寸LCD显示屏的产品,却重达713克(25.2盎司)。
此外,塑料基板比易碎的玻璃基板显示屏来得更为坚固、不易碎裂,终端产品掉落或遭受撞击时,可减少产品的损坏概率。

编辑于 2019-10-24