探讨两种最流行的低功耗反射式显示技术-电致变色和电泳

超薄、灵活和低功耗的显示器支持无线、物联网和能源收集应用，这些应用将继续为更多产品带来智能。本文探讨两种最流行的低功耗反射式显示技术--电致变色和电泳。

随着低功耗电子技术的不断进步，智能产品正在大量涌现。这包括将电子产品放入可穿戴设备和标签等应用中，，这些应用必须轻薄、灵活且坚固。虽然液晶显示器（LCD）产品已经存在了几十年，以低成本提供低功耗，但它们的视角有限，而且太厚，无法在可穿戴设备中弯曲或用于标签。两种显示技术（电致变色和电泳）正在这些类型的应用中取代LCD。

显示类型：透射式、反射式和半透反射式

当我们想到显示器时，我们自然会想到电视、电脑显示器和智能手机屏幕。这些都是透射式显示器的示例。它们依靠有源背光源照亮显示器，如图2左侧所示。通过提供自己的光源，它们在低光下工作得很好，但在明亮的阳光下效果很差。但是产生这种光意味着力量，通常是很多。

当我们想到电子显示器时，我们自然会想到电视、电脑显示器和智能手机屏幕。这些都是透射式显示器的例子。如图2左侧所示，它们依靠有源背光源来照亮显示器。通过提供自己的背光光源，它们在弱光下工作得很好，但在明亮的阳光下却很差。但是，产生这种光通常意味着大量的电力消耗。

图2.显示方法的比较

作为透射式显示器的替代方案，反射式显示器依靠外部光源来照亮显示器（图 2，中间）。外部环境光通过屏幕背面的反射器反射回观看者。反射式显示器所需的功率明显低于透射式显示器，可减少眩光，并最大程度地减少眼睛疲劳，因为对比度非常高。但是，它们在低光照条件下无法使用。最著名的反射式电子显示器类型是亚马逊Kindle电子阅读器中使用的电泳显示器。

半透反射显示器是透射式和反射式技术的混合体，如图2所示。提供部分反射背衬和主动光源。半透反射显示器可以在低光和强光环境中使用，但不能提供纯反射显示器可能的高对比度和极低功率。

电致变色和电泳——有什么区别？

虽然电泳和电致变色显示器都是反射式显示器的例子，但基础技术却大不相同。电致变色显示器采用超薄聚合物，可根据外加电场改变颜色。电场使电致变色材料发生化学氧化和还原。此更改需要很少的能量并且相对稳定，因此刷新要求较低。

显示器是通过将电极、聚合物和电解质的材料堆叠打印成薄层来制造的（图 3）。这些显示器的厚度只有几百微米，这使得它们具有高度的灵活性。电致变色显示器可以在低至3 V的电压下进行切换，这意味着它们通常可以直接由标准CMOS产品驱动，而无需产生更高开关电压的专用显示驱动器。

图3. 电致变色显示材料堆叠。图片由Ynvisible提供

在电泳显示器中，电场的应用会导致充满彩色颜料的微小微胶囊移动。带负电荷的白色颜料油墨颗粒被吸入带正电荷的顶部电极（图4）。带正电荷的黑色颜料油墨颗粒被吸入带负电荷的底部电极。从顶部看，此像素将显示为白色。

图4. 电泳显示像素操作。图片由Eink提供

施加相反极性的电场将切换状态，并且像素将显示为黑色。这些是双稳态。因此，不仅过渡能量低，而且不需要任何刷新。像素几乎可以无限期地保持其状态，但随着时间的推移可能会有一些降级。电泳显示器需要15 V才能切换，因此专用显示器驱动器可将3或5 V的标准CMOS系统电压升压至开关所需的15 V。

柔性显示器的应用

电致变色和电泳显示器的独特特性（低功耗、薄型和柔性）将允许将动态显示器引入传统上仅限于静态印刷标签的应用中。

零售商可能会随着价格的变化而更改零售显示屏上的信息，或者响应潜在购买者对更多信息的请求。智能标签可以提供有关温度历史记录、产品过期或篡改的信息。这些显示器的其他应用可能包括物联网、物流、库存跟踪、冷链监控、医疗和可穿戴设备。

低成本印刷方法

一种有望使柔性显示器激增的技术是丝网印刷等低成本制造方法。特别是，大批量卷对卷印刷正被用于构建电致变色和电致变色显示器。低成本的承印物和高速印刷可以创造规模经济，甚至可以为智能标签等应用提供一次性动态显示器。

柔性显示器入门

开始开发包含柔性电子显示器的产品从未如此简单。用于评估和演示的电泳显示样品已经从供应商处直接提供一段时间了，并得到了Adafruit等原型和业余爱好者网站的支持。传统的分段显示器甚至有一些异想天开的颜色和图像提供电致变色显示套件。

图 7.电泳和电致变色显影显示器。

不断增长的柔性显示器市场

根据事实与数据，到2020年，全球柔性显示器市场约为124亿美元，预计每年增长34%，到73年达到2026亿美元左右。使用电致变色和电泳技术的低功耗、柔性、反射式显示器可能会推动这一增长的很大一部分。

审核编辑：刘清