电子纸是一类被动式、反射型显示器件的总称，可使用全柔性有机材料制造，同时具备纸张和电子器件特性，显示效果接近传统纸质媒介。与其他主动显示技术相比，其具有轻薄、双稳态、低能耗、可视角度广等优点。

电子纸独特的反射型显示可通过多种技术路径实现，主要分为胆固醇液晶显示（Cholesterd Liquid Crystal Display， Ch-LCD）、电子粉流体显示（Quick Response Liquid Powder Display， QR-LPD）、电润湿显示、旋转球显示、电泳显示（Electrophoresis Display， EPD）等。

胆固醇液晶具有双稳态效应，通过电场的作用驱动胆固醇液晶在平面状态、焦锥态、场致向列态之间进行切换（图8-1）。平面状态时，胆固醇液晶反射入射光，且反射的颜色与液晶分子的周期有关；当对胆固醇液晶施加一定电场之后，胆固醇液晶处于焦锥态时，其会进入一种多畴状态，此时表现出对光线的强烈散射，呈现乳白色；当施加电场强度达到一定阈值，胆固醇液晶分子的螺旋轴被打破，液晶分子沿着电场方向排列，表现出对光线透射的特性，此时显示底部基材的颜色。该技术优点为制造工艺简单、可视角度广、显示能耗低，缺点是对比度偏低、响应速度慢。产品主要有美国Kent Display公司、日本富士通公司研发的胆固醇液晶显示及日本精工爱普生公司推出的双稳态向列液晶显示。

图8-1　胆固醇液晶显示原理示意图

电子粉流体显示为日本普利司通公司开发，采用黑白两色带电纳米颗粒粉体作为显示介质。工作时，在驱动电极施加适当的正负电压，控制有色电子粉流体位置，进而实现图像显示（图8-2）。该技术响应速度快，但需要高电压驱动。

图8-2　电子粉流体显示原理示意图

电润湿显示的基本原理是利用电极平面的电荷对界面液体张力的影响，使显示液滴与平面的接触角发生变化，从而引起液滴的收缩和扩张，进而导致显示颜色的变化。如图8-3所示，当没有对电极施加电压时，着色液体平铺在显示空间，显示青色；当对电极施加电压时，着色液体受电场作用向一端聚集，显示白色。电润湿显示响应速度快、可视角度广、对比度高，但其目前尚不成熟，仍处于实验阶段。

图8-3　电润湿显示原理示意图

旋转球电子纸是美国施乐公司发明的旋转成像反射型电子纸，也称旋转球显示器。这是一种以每半球分别涂成黑与白两色的球形微粒，由电场来控制其旋转、由白色与黑色来显示图像的方式（图8-4）。该技术结构和性能稳定，实验操作300万次，未发现明显的疲劳现象；柔韧性好，相当于一般包装纸和有机薄膜；双稳态显示，图像可以保持数天。然而，这种显示不属于阈值类驱动显示器，只要有附加电压，不管大小，都会使显示状态发生变化。此外，旋转球制备工艺复杂，其体积也限制了它的显示分辨率进一步提升。(www.daowen.com)

图8-4　旋转球显示原理示意图

电泳显示的基本原理是悬浮于连续液体中的荷电颜料粒子在外加电场作用下实现定向迁移。根据荷电颜料粒子分散液体体系的封装方式不同，电泳显示可分为微胶囊和微杯两种类型。

微胶囊化电泳显示技术最早由麻省理工学院媒体实验室于1998年提出，他们创新性地把颜料粒子和深色染料溶液包裹在微胶囊内，在微胶囊内实现了电泳显示，从而抑制了电泳胶粒在大于微胶囊尺度范围内的团聚、沉积等现象，提高了稳定性，延长了使用寿命。如图8-5所示，微胶囊中包含单一带正电的白色显示粒子。当在微胶囊上下两侧施加不同极性电场时，带正电的白色粒子由于相同电荷互相排斥、异性相吸的原理分别向上下基底聚集，生成显示图案。对底电极进行分区并施加不同电压，即可以实现多级灰度的显示。

图8-5　微胶囊型电子纸显示原理示意图

微胶囊型电子纸显示发展较早，技术成熟，也已实现商品化，在全球市场份额占比最大，但此技术目前仍存在一些问题：①　电泳液对环境敏感，特别是潮湿和温变对器件影响很大；②　微胶囊壁厚且尺寸相对较大，耐磨性差，微胶囊易破裂，导致分辨率降低；③　微胶囊工艺要实现全彩化必须使用滤光片技术，这会带来能量的大量消耗，从而丧失电子纸体系能耗低的优势。

为解决微胶囊型电子纸的上述问题，美国SiPix Imaging公司提出并发展了微杯型电子纸。其显示原理也是基于分散荷电颗粒的定向电泳，不同的是将电泳液封装在塑料薄膜模压出的独立微杯中（图8-6）。微杯具有良好的机械性能，在弯曲、卷曲及受压情况下，显示时邻近区域电泳液间不会发生混合串扰，仍能保持良好显示性能；便于封装，无须侧封胶，封装后可被裁剪切割为任意尺寸和形状，使用方便快捷。微杯型电子纸的规模化制备可采用卷式工艺，通过整套连续性工艺实现微杯的压膜制备和电泳液的灌注封装，有利于提高生产效率和成本控制，是未来电子纸的主流生产技术。

图8-6　微杯型电子纸显示原理示意图