一、電潤濕顯示技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀解讀
什么是電潤濕（Electrowetting）顯示技術(shù)？
電潤濕顯示技術(shù)是一種利用油與水界面固有的自然力及相關(guān)理論而開發(fā)出的技術(shù)。該技術(shù)采用了一種可以把水從表面排除、以油膜作為介質(zhì)的高疏水材料，形成分離的油相和水相，抗水表面的潤濕效果可以通過電壓來改變（故名電潤濕），令表面變得更親水（潤濕）。由于原先抗水的表面現(xiàn)在變得更吸水，油膜不得不改變其形式。這種界面屬性控制是電潤濕應(yīng)用的基礎(chǔ)。在形成顯示時，電潤濕原理可被用來建立一個像素調(diào)制器。當(dāng)不同像素被獨立激活以創(chuàng)建影像時，油被染上一種顏色，從而形成顯示。在原則上可以給予像素任何想要的顏色，從而獲得各種顯示效果。
圖1電潤濕顯示技術(shù)呈色示意圖
電潤濕顯示技術(shù)在實現(xiàn)彩色方面有著自己獨特的方法，將油膜與像素點聯(lián)系在一起，油膜的形式發(fā)生變化，導(dǎo)致像素點顏色的變化，從而實現(xiàn)色彩的改變。電潤濕顯示技術(shù)的另一種顯示方法是依據(jù)電潤濕對彩色光的反射特性，將藍(lán)綠、紫紅、黃三種基色電潤濕顯示層堆疊，根據(jù)色料減色法原理，分別反射基色光來實現(xiàn)彩色顯示，這種方法較簡單。電潤濕顯示技術(shù)主要通過控制顯示屏上的一層油膜染料來實現(xiàn)，當(dāng)電壓作用于染料之上時，染料移動至像素的角落中，此時屏幕將變成透明，染料下面的內(nèi)容將顯示出來。
圖2電潤濕顯示技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖
從1805年Young發(fā)現(xiàn)的表面潤濕方程(Young方程)開始，有關(guān)表面張力的研究已經(jīng)有200多年的歷史。Etulipa在1875年發(fā)現(xiàn)了固體電極加電后，固體上的液體接觸角會改變的實驗現(xiàn)象，并推導(dǎo)出了著名的Lippmann-Young方程。電潤濕通常是指通過對固體電極和液體間外加電壓從而達(dá)到改變液體與固體間接觸角的目的。介質(zhì)上的電潤濕(electrowetting-on-dielectric,EWOD)則是2000年以后隨著MEMS技術(shù)發(fā)展起來的，近年來在國際上得到了廣泛的關(guān)注和深入研究，EWOD在中國的研究則剛剛起步。
圖3、疏水性及表面張力
電潤濕顯示技術(shù)現(xiàn)實率先突破，是由Philips下屬的專業(yè)顯示器Etulipa公司研制出來的，其研究成果發(fā)表在2003年第8期的Nature雜志上，Philips已經(jīng)擁有了這項技術(shù)的專利。
目前，廣泛應(yīng)用的顯示器技術(shù)有LCD、OLED、EPD三種，這兩年行業(yè)大熱的顯示技術(shù)還有QLED、Micro-LED等。LCD最為普及，其價格低廉，功能多樣，但性能和差異化能力有限。OLED技術(shù)在暗光下性能優(yōu)良，但不適合在日光下使用，價格比LCD高。EPD被Sony、亞馬遜等企業(yè)所選用，其優(yōu)勢在于紙張式的外觀和緊湊的機械結(jié)構(gòu)，功耗也較低；但缺點是色彩有限，而且速度很慢，不適合視頻播放和3D圖形顯示。Etulipa的電潤濕技術(shù)將完全改變這些產(chǎn)品的外觀，實現(xiàn)更明亮和豐富的顯示效果。LCD需要通過背光來工作，其功耗和成本都很高；偏光片也使其色彩顯示效果大打折扣。
隨著移動終端的飛速發(fā)展，人們生活頻率加快，移動辦公為人們提供了便利的同時也為現(xiàn)代顯示技術(shù)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的液晶顯示屏已不能夠滿足室外使用的需要，全反射式顯示技術(shù)正逐漸進入人們的日常生活。傳統(tǒng)液晶顯示器對背光的轉(zhuǎn)換率只有7％，在室外強光下對比度下降，以致手機、平板電腦、筆記本電腦等使用液晶屏幕的移動設(shè)備在戶外環(huán)境下使用效果差。LED和OLED顯示器可以用于室外大屏幕顯示，但具有能耗大，顏色有偏差等問題。全反射式顯示技術(shù)發(fā)展于二十世紀(jì)九十年代，最早成功投入生產(chǎn)的是基于E-ink微膠囊電子墨水技術(shù)的黑白電子書，由于其響應(yīng)速度慢，無法顯示動態(tài)視頻等原因限制了這類顯示技術(shù)的發(fā)展。因此電潤濕顯示技術(shù)逐漸得到了越來越多人們的關(guān)注，有別于液晶（LCD）或發(fā)光二極管（LED），電潤濕（EWD）屬反射式顯示，本身不發(fā)光，利用陽光或外部照明顯示內(nèi)容，比LED屏省電97%，更可解決LCD屏強光下顯示的問題，并被認(rèn)為是最能代表未來綠色顯示發(fā)展方向的技術(shù)之一。
在實驗室階段，電潤濕顯示器的制備過程可以主要分為以下幾個步驟：1、疏水絕緣層的制備；2、疏水絕緣層表面改性；3、像素墻的制備；4、疏水絕緣層疏水性的恢復(fù)；5、油墨填充；6、基板封裝。在上述過程中，疏水絕緣層表面疏水性能恢復(fù)的差異性影響著后續(xù)過程的可實施性以及整個顯示器件顯示性能和壽命。因此，如何恢復(fù)疏水絕緣層表面疏水性是電潤濕顯示器件制備的關(guān)鍵。針對電潤濕顯示器油墨填充和基板的封裝技術(shù)，Etulipa公司、辛辛那提大學(xué)和臺灣國立交通大學(xué)等分別提出了不同的填充封裝技術(shù)，但仍存在很多的缺點和問題亟待解決。
圖4曲面電潤濕顯示技術(shù)
美國辛辛那提大學(xué)的電氣工程學(xué)教授AndrewSteckl透露，采用電潤濕過程來實現(xiàn)的電子紙產(chǎn)品，它的造價非常低，可以卷起，可以用于印刷彩色畫報、期刊在明亮環(huán)境下清晰閱讀，效果和普通印刷的紙張沒有區(qū)別，它也可以播放高分辨率視頻，并且隨意丟棄也不損害環(huán)境，Steckl希望這種電潤濕技術(shù)可以讓紙張變成可以存儲信息的產(chǎn)品。
二、電潤濕顯示技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢分析
近三十年來，電潤濕顯示技術(shù)發(fā)展十分迅速，平面基底不再滿足日益增長的研究和應(yīng)用需求，曲面電潤濕顯示技術(shù)成為勢不可擋的新趨勢。一方面，隨著研究和應(yīng)用的小型化，研究曲面電潤濕有著重要的學(xué)術(shù)意義，如碳納米管內(nèi)、石墨烯上的電潤濕性質(zhì)和行為等；另一方面，曲面電潤濕在液體透鏡、電子顯示、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。而目前國際上尚缺乏曲面電潤濕的系統(tǒng)研究，亟需開展相關(guān)工作。
圖5石墨烯上的電潤濕性質(zhì)和行為
美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校的研究人員成功通過摻雜實現(xiàn)石墨烯材料表面潤濕與粘附特性的可調(diào)控，為先進涂層材料和傳感器的研制提供了可能。該研究成果發(fā)表于著名期刊《納米快報》上。曲面電潤濕理論體系的建立，將有助于更好地理解曲面電潤濕現(xiàn)象，發(fā)掘更多的潛在應(yīng)用。
電潤濕顯示技術(shù)自發(fā)現(xiàn)后一直備受研究，其加電后液體與界面的接觸角發(fā)生改變的原理在諸多方向得到應(yīng)用，例如：實驗室芯片、微變焦透鏡、微機電系統(tǒng)等，其中最具發(fā)展?jié)摿Φ木褪窃陲@示方面的應(yīng)用。電潤濕顯示技術(shù)通過控制顯示單元中有色油墨的收縮與鋪展形成光學(xué)開關(guān)，達(dá)到顯示效果。具有結(jié)構(gòu)簡單，反射率和對比度高，響應(yīng)速度快、色彩豐富等特點，與現(xiàn)有顯示技術(shù)相比表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢。
電潤濕法顯示技術(shù)可以使拍照手機在不需配備機械部件的情況下實現(xiàn)自動對焦和變焦。VARIOPTIC公司的液體透鏡如同人的眼睛一樣，能夠自動地適應(yīng)所瞄準(zhǔn)的對象，而不需要機械裝置的輔助，只需改變兩極電壓來修改兩滴液體的外形，就可達(dá)到聚焦和變焦的目的。與傳統(tǒng)的鏡頭相比，該公司的“電潤濕法”技術(shù)有很多優(yōu)點：體積小、價格低、耗電量小、變焦速度快、壽命長、成像的質(zhì)量好。現(xiàn)在，VARIOPTIC公司已可將承載這一新技術(shù)的液體透鏡應(yīng)用到其他業(yè)務(wù)領(lǐng)域，如通信市場：PDA、網(wǎng)絡(luò)攝像機、電視會議以及帶內(nèi)置式照相機的便攜式PC/計算機；工業(yè)應(yīng)用：帶條形碼讀出裝置的工業(yè)系統(tǒng)和工業(yè)內(nèi)窺鏡；安全市場：電視內(nèi)部監(jiān)視儀和生物統(tǒng)計研究；娛樂市場：尤其是小型高檔數(shù)碼相機、攝像機和游戲應(yīng)用。
三、電潤濕顯示技術(shù)取得突破性發(fā)展
全球每年廣告市場的規(guī)模達(dá)到了4920億美元，有320億美元來自戶外廣告，卻僅有32億美元來自數(shù)字化的戶外顯示屏。目前戶外顯示屏的八成營收仍來自固定廣告牌與帆布廣告，數(shù)字化顯示屏光害是主要障礙，歐美許多城市已禁止或限制裝設(shè)LED顯示屏，廣州上海等地更在研擬對顯示屏課征光害稅。所以Liquavista公司抓住了發(fā)展機遇，其所生產(chǎn)的電潤濕顯示面板主要在戶外數(shù)字化顯示屏市場進行拓展，希望取代現(xiàn)有的各類戶外廣告。
圖6全球戶外廣告市場規(guī)模統(tǒng)計
目前，在電潤濕顯示技術(shù)領(lǐng)域取得突破性發(fā)展，并投入大規(guī)模生產(chǎn)和銷售的就是Etulipa公司。Etulipa公司2006年成立于荷蘭埃因霍溫高新技術(shù)中心，專司電潤濕（Electro-Wetting）技術(shù)及應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)。鎖定戶外顯示屏市場，與臺灣光聯(lián)科技合作生產(chǎn)，與美國的顯示屏領(lǐng)導(dǎo)品牌Daktronics合作銷售。
在終端市場方面，Etulipa公司把戶外顯示屏市場作為突破口。因為北美市場常見塑料字牌（下圖上左），目前有數(shù)字化LED字牌（下圖上右），缺點顯而易見。Etulipa公司2017年推出曾在國際顯示大展得到創(chuàng)新獎的反射式數(shù)字化廣告字牌，并于兩年內(nèi)再推出全彩點矩陣產(chǎn)品（下圖下方），滿足戶外顯示屏的市場需求。由于數(shù)字化顯示屏廣告收入遠(yuǎn)高于固定廣告牌與帆布廣告，其所能創(chuàng)造的商機，將數(shù)倍于目前的規(guī)模。
圖7電潤濕顯示面板在戶外廣告的應(yīng)用
與LCD或LED相比，電潤濕屬反射式顯示，本身不發(fā)光，利用陽光或外部照明顯示內(nèi)容，比LED屏省電97%，可解決LCD屏強光下顯示的問題，并且降低光害，減少駕駛?cè)说母蓴_，因此在北美市場，可免申請政府許可。
總之，電潤濕顯示技術(shù)已經(jīng)在戶外廣告應(yīng)用領(lǐng)域取得突破性進展，在市場、技術(shù)、量產(chǎn)、銷售等方面已經(jīng)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿�，未來將進一步在手機、平板電腦等移動終端應(yīng)用領(lǐng)域拓展，優(yōu)越的性能隨著技術(shù)的日益成熟和完善將越來越受到人們的重視，是顯示領(lǐng)域中又一具有潛在競爭力的技術(shù)。
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