一、電潤濕顯示技術發展現狀解讀

什么是電潤濕（Electrowetting）顯示技術？

電潤濕顯示技術是一種利用油與水界面固有的自然力及相關理論而開發出的技術。該技術采用了一種可以把水從表面排除、以油膜作為介質的高疏水材料，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用的基礎。在形成顯示時，電潤濕原理可被用來建立一個像素調制器。當不同像素被獨立激活以創建影像時，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電潤濕顯示技術呈色示意圖

電潤濕顯示技術在實現彩色方面有著自己獨特的方法，將油膜與像素點聯系在一起，油膜的形式發生變化，導致像素點顏色的變化，從而實現色彩的改變。電潤濕顯示技術的另一種顯示方法是依據電潤濕對彩色光的反射特性，將藍綠、紫紅、黃三種基色電潤濕顯示層堆疊，根據色料減色法原理，分別反射基色光來實現彩色顯示，這種方法較簡單。電潤濕顯示技術主要通過控制顯示屏上的一層油膜染料來實現，當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，染料下面的內容將顯示出來。

圖2電潤濕顯示技術結構示意圖

從1805年Young發現的表面潤濕方程(Young方程)開始，有關表面張力的研究已經有200多年的歷史。Etulipa在1875年發現了固體電極加電后，固體上的液體接觸角會改變的實驗現象，并推導出了著名的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到改變液體與固體間接觸角的目的。介質上的電潤濕(electrowetting-on-dielectric,EWOD)則是2000年以后隨著MEMS技術發展起來的，近年來在國際上得到了廣泛的關注和深入研究，EWOD在中國的研究則剛剛起步。 

圖3、疏水性及表面張力

電潤濕顯示技術現實率先突破，是由Philips下屬的專業顯示器Etulipa公司研制出來的，其研究成果發表在2003年第8期的Nature雜志上，Philips已經擁有了這項技術的專利。

目前，廣泛應用的顯示器技術有LCD、OLED、EPD三種，這兩年行業大熱的顯示技術還有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技術在暗光下性能優良，但不適合在日光下使用，價格比LCD高。EPD被Sony、亞馬遜等企業所選用，其優勢在于紙張式的外觀和緊湊的機械結構，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的電潤濕技術將完全改變這些產品的外觀，實現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代顯示技術提出了更高的要求。傳統的液晶顯示屏已不能夠滿足室外使用的需要，全反射式顯示技術正逐漸進入人們的日常生活。傳統液晶顯示器對背光的轉換率只有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備在戶外環境下使用效果差。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。全反射式顯示技術發展于二十世紀九十年代，最早成功投入生產的是基于E-ink微膠囊電子墨水技術的黑白電子書，由于其響應速度慢，無法顯示動態視頻等原因限制了這類顯示技術的發展。因此電潤濕顯示技術逐漸得到了越來越多人們的關注，有別于液晶（LCD）或發光二極管（LED），電潤濕（EWD）屬反射式顯示，本身不發光，利用陽光或外部照明顯示內容，比LED屏省電97%，更可解決LCD屏強光下顯示的問題，并被認為是最能代表未來綠色顯示發展方向的技術之一。

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；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的差異性影響著后續過程的可實施性以及整個顯示器件顯示性能和壽命。因此，如何恢復疏水絕緣層表面疏水性是電潤濕顯示器件制備的關鍵。針對電潤濕顯示器油墨填充和基板的封裝技術，Etulipa公司、辛辛那提大學和臺灣國立交通大學等分別提出了不同的填充封裝技術，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

美國辛辛那提大學的電氣工程學教授AndrewSteckl透露，采用電潤濕過程來實現的電子紙產品，它的造價非常低，可以卷起，可以用于印刷彩色畫報、期刊在明亮環境下清晰閱讀，效果和普通印刷的紙張沒有區別，它也可以播放高分辨率視頻，并且隨意丟棄也不損害環境，Steckl希望這種電潤濕技術可以讓紙張變成可以存儲信息的產品。

二、電潤濕顯示技術應用現狀與發展趨勢分析

近三十年來，電潤濕顯示技術發展十分迅速，平面基底不再滿足日益增長的研究和應用需求，曲面電潤濕顯示技術成為勢不可擋的新趨勢。一方面，隨著研究和應用的小型化，研究曲面電潤濕有著重要的學術意義，如碳納米管內、石墨烯上的電潤濕性質和行為等；另一方面，曲面電潤濕在液體透鏡、電子顯示、生物醫藥等領域具有廣闊的應用前景。而目前國際上尚缺乏曲面電潤濕的系統研究，亟需開展相關工作。

圖5石墨烯上的電潤濕性質和行為

美國伊利諾伊大學香檳分校的研究人員成功通過摻雜實現石墨烯材料表面潤濕與粘附特性的可調控，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象，發掘更多的潛在應用。

電潤濕顯示技術自發現后一直備受研究，其加電后液體與界面的接觸角發生改變的原理在諸多方向得到應用，例如：實驗室芯片、微變焦透鏡、微機電系統等，其中最具發展潛力的就是在顯示方面的應用。電潤濕顯示技術通過控制顯示單元中有色油墨的收縮與鋪展形成光學開關，達到顯示效果。具有結構簡單，反射率和對比度高，響應速度快、色彩豐富等特點，與現有顯示技術相比表現出巨大的優勢。

電潤濕法顯示技術可以使拍照手機在不需配備機械部件的情況下實現自動對焦和變焦。VARIOPTIC公司的液體透鏡如同人的眼睛一樣，能夠自動地適應所瞄準的對象，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，就可達到聚焦和變焦的目的。與傳統的鏡頭相比，該公司的“電潤濕法”技術有很多優點：體積小、價格低、耗電量小、變焦速度快、壽命長、成像的質量好。現在，VARIOPTIC公司已可將承載這一新技術的液體透鏡應用到其他業務領域，如通信市場：PDA、網絡攝像機、電視會議以及帶內置式照相機的便攜式PC/計算機；工業應用：帶條形碼讀出裝置的工業系統和工業內窺鏡；安全市場：電視內部監視儀和生物統計研究；娛樂市場：尤其是小型高檔數碼相機、攝像機和游戲應用。

三、電潤濕顯示技術取得突破性發展

全球每年廣告市場的規模達到了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公司抓住了發展機遇，其所生產的電潤濕顯示面板主要在戶外數字化顯示屏市場進行拓展，希望取代現有的各類戶外廣告。

圖6全球戶外廣告市場規模統計

目前，在電潤濕顯示技術領域取得突破性發展，并投入大規模生產和銷售的就是Etulipa公司。Etulipa公司2006年成立于荷蘭埃因霍溫高新技術中心，專司電潤濕（Electro-Wetting）技術及應用產品開發。鎖定戶外顯示屏市場，與臺灣光聯科技合作生產，與美國的顯示屏領導品牌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新獎的反射式數字化廣告字牌，并于兩年內再推出全彩點矩陣產品（下圖下方），滿足戶外顯示屏的市場需求。由于數字化顯示屏廣告收入遠高于固定廣告牌與帆布廣告，其所能創造的商機，將數倍于目前的規模。

圖7電潤濕顯示面板在戶外廣告的應用

與LCD或LED相比，電潤濕屬反射式顯示，本身不發光，利用陽光或外部照明顯示內容，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，減少駕駛人的干擾，因此在北美市場，可免申請政府許可。

總之，電潤濕顯示技術已經在戶外廣告應用領域取得突破性進展，在市場、技術、量產、銷售等方面已經顯示出巨大的發展潛力，未來將進一步在手機、平板電腦等移動終端應用領域拓展，優越的性能隨著技術的日益成熟和完善將越來越受到人們的重視，是顯示領域中又一具有潛在競爭力的技術。