电泳显示专利技术发展现状及其发展趋势-终稿

电泳显示专利技术发展现状及其发展趋势周小祥（国家知识产权局专利复审委员会第六申诉处）任志伟代云丽胡婉约（国家知识产权局专利局光电技术发明部）摘要电泳显示技术是基于悬浮在电介质溶剂中的带电荷颜料微粒的电泳原理而实现的一种非发射性显示技术，利用该类技术制成的电泳显示器具有柔性、节能、双稳态及大视角等特点，从而可用于电子纸技术。

目前，电泳显示技术倍受各国关注，成为研究开发的焦点与热点。

本文对大量的电泳显示专利技术进行了统计、分析，选取客观可行的指标，进而获得可靠的结果，并在该结果的基础上，详细介绍了电泳显示专利技术的现状与发展趋势，最后就我国在电泳显示技术专利发展方面提出了可行性的建议。

关键词电泳显示电子纸电子墨水微胶囊专利现状趋势一、引言在信息高度发达的今天，更快更优的信息显示技术的研究开发已引起人们极大的关注。

传统的显像管（CRT）显示，因其物理构造限制了向更大屏幕超薄方向的发展，从而逐渐被平板显示器（FPD）所取代。

平板显示器分受光型（如液晶显示LCD）和发光型（如等离子显示PDP）。

LCD显示兼备薄型、质量轻、功耗低、工作电压低等优点，但还有待于进一步扩大视角，提高对比度，增加色纯度，提高响应速度。

彩色PDP的特点是视角大、响应快、有存储特性、色彩丰富、数字化工作模式、易于制作大尺寸，但在图像的亮度、对比度、色彩保真度等方面与显像管显示存在明显的差距，且成品率低，功耗大，价格昂贵。

为克服现有显示技术的不足，人们正试图提出新的显示概念，开发新颖的显示技术。

电泳显示（electrophoretic displays，EPD）是一种新型显示技术，它利用电泳原理使夹在电极间的带电物质在电场的作用下运动，并通过带电物质的运动交替显示两种或两种以上不同颜色。

以一个电泳单元为一个像素，将电泳单元进行二维矩阵式排列构成显示平面，根据要求像素可显示不同的颜色，其组合就能得到平面图像。

电泳显示技术结合了普通纸张和电子显示器的优点，因而是最有可能实现“电子纸”产业化的技术。

电泳型电子纸具有以下几点优势：一是能耗低，由于具有双稳性，在电源被关闭之后，仍然可在显示器上将图像保留几天或几个月；二是属于反射型显示，具有良好的日光可读性，因此更符合人们的阅读习惯；三是微粒子制备成本低，电子纸制造工艺简单，所以具有低生产成本的潜力；四是电泳显示器以形状灵活为特色，可以在塑料、金属或玻璃表面上制成，所以它是柔性显示技术的最佳选择；五是具有环境保护的特点，将来可以制成电子书、电子报纸、电子期刊等等，可以节省大量木材。

基于上述原因，基于电泳技术的电子纸必将成为电子纸的主流，也是最具发展潜力的平板显示技术之一。

本文对电泳显示技术领域的专利申请总量、申请年代分布、所申请国家分布和申请人分布做了统计分析，着重介绍了该领域主要公司及重点技术发展情况，并特别分析了我国的现有技术和专利申请情况，随后与液晶显示、等离子显示以及有机电致发光显示技术进行了比较分析，最后对电泳显示在技术、市场和专利申请方面的发展进行了预测，旨在为我国电泳显示技术的发展提供参考信息。

二、电泳显示技术简介（一）技术概述电泳显示主要有扭转球型、电子墨水型及其他类型。

扭转球型EPD是处于绝缘液中的带电双色球在电场作用下旋转运动，双色球的运动导致显示不同颜色的技术。

扭转球型EPD有双稳态好的优点，一旦成像，图像将在电场被除去的状态下一直保存。

但是扭转球型EPD也存在以下问题：（1）由于像素是球型，导致在平面上有效显色面积变小，对比度相对变小;（2）双色球有时不能获得完全的旋转而不能获得更高的对比度;（3）滞后效应的存在降低了响应时间。

电子墨水型EPD是在两平板电极间注入带电粒子和绝缘悬浮液，电泳粒子在电场的作用下穿过绝缘液体聚集在透明电极一侧，即显示带电粒子的颜色。

当改变电流方向，带电粒子朝相反电极移动时，透明电极处即显示绝缘悬浮液的颜色。

电泳粒子和绝缘悬浮液构成了电子墨水系统。

除驱动电路外，电子墨水系统是电子墨水型EPD的核心材料，电子墨水型EPD的关键参数大都由电子墨水的性能决定。

电泳显示技术主要涉及电泳粒子和胶体制备技术、微胶囊技术、显示屏技术和驱动电路设计等方面。

a.电泳粒子是电子墨水中的分散相，其性能直接影响对比度、图像灰度、响应时间等质量问题。

b.分散介质的作用是分散固体颗粒，一般应该具备以下条件：较高的沸点和较低的熔点；较低的介电常数、较高的电阻率和较低的水溶性；良好的光学和电化学稳定性；动力学黏度要低；良好的环境相容性，低毒性。

在分散体系中根据需要还要加入染料、电荷控制剂、稳定剂等。

c.对于微胶囊技术而言，电泳微粒被包覆在一个个独立的微胶囊中，大大减少了微粒之间的碰撞和相互作用力，有效阻止微粒大面积沉积，并通过电压调节电泳，实现灰度等级控制，同时也可满足可印刷显示设备的要求。

微胶囊应具备粒径适度，粒度分布均匀，形状规则，囊壁清晰透明，机械强度高，高电阻，密封性能好、不渗透等优点。

与传统的电泳显示相比，可避免不均匀显示，还可获得更好的对比度和显示质量。

微胶囊可采用化学法、物理法和物理化学法来制备。

d.对于显示屏技术来说，其包括电子墨水配方、涂布与封装技术。

选择特定的黏结剂、分散介质和表面活性剂，按一定的比例将制备好的微胶囊稳定地分散在其中配制成电子墨水。

再将得到的电子墨水均匀涂布在具有透明电极的薄膜底材上。

电子墨水可以通过各种方式涂覆在基材上，如狭缝或挤出印刷、滚筒印刷、凹版印刷、喷雾印刷、旋转涂布、刷涂、静电印刷、热印刷等。

涂布时涂布辊与ITO面保持合适的间隙，干燥后得到微胶囊记录层。

将制备的微胶囊板通过黏结剂与一块敷有ITO膜的玻璃板紧密粘接在一起，最后用胶黏剂将上下电极黏结密封在一起就构成了一个电泳显示屏。

其封装黏结剂要求高度绝缘和防水。

e.驱动电路设计则是指应用于电泳显示的驱动电路和面板显示控制等。

例如朗讯公司的贝尔研究所开发的塑料晶体管（或称有机晶体管），是基于碳基化合物形成的晶体管，不需要诸如非结晶体硅树脂之类的昂贵的生产工艺。

（二）发展历史电泳显示技术的研究和开发，至今已走过了30多个年头。

Paul F. Evans早在1969年就发明了电泳显示器。

但由于当时的电泳材料满足不了电泳显示技术的要求，没有发挥出该技术的优势，在其后的近二十年里研究进展不大。

上世纪末，材料科学、高分子科学、电子科学的发展使得制备电泳显示的材料及技术有了重大突破，从而使人们看到了其巨大的应用前景，促使世界各大集团公司研究开发这一显示技术。

目前，施乐、菲利浦、佳能、爱普生、理光、IBM等国际著名公司都在进行电泳型电子纸方面的研究。

有关电泳显示和电子纸的研究与发展，基本上可分为以下几个阶段：（1）1969年，Paul F.Evans首先发明了电泳显示器。

（2）1975年，施乐的PARC研究员N.K.Sheridon提出电子纸和电子墨水的概念。

（3）1976～1977年，2000年度诺贝尔化学奖的三位得主共同署名发表有关导电聚合物的重要论文，为实现电子纸显示提供了柔性基材。

（4）1996年4月，MIT的贝尔实验室成功制造出电子纸的原型。

（5）1997年4月，伊英克（E-ink）公司成立，并全力研究把电子纸商品化。

1999年5月，E-ink推出名为Immedia的用于户外广告的电子纸。

（6）2000年11月，美国E-Ink和朗讯科技公司正式宣布已开发成功第一张利用电子墨水和塑料晶体管制成的可卷曲的电子纸及其所用的电子墨水。

（7）2001年5月，E-Ink与Toppan Printing合作，宣布利用Toppan的滤镜技术，生产彩色电子纸。

（8）2001年6月，E-Ink再宣布推出“Ink-In-Motion”技术，电子纸上可显示活动影像。

同时，美国的大型百货公司Macy宣布，店内的广告牌采用Smart Paper。

2002年3月召开的东京的国际书展上，出现了第一张彩色电子纸。

（9）2004年10月，Solomon科技创新IC技术驱动全球首只Electronic Paper手表荣获2004年度香港电子业商会创新科技奖。

（10）2006年1月，精工钟表公司开始上市利用电子纸作显示面的手表。

（11）2007年，摩托罗拉在国际消费者电子产品展上，展示了采用电子纸作为显示屏的手机“MOTOFONE F3”。

三、电泳显示领域专利技术的现状（一）分析样本构成1．检索范围分析样本来自于欧洲专利局EPOQUE检索系统中的德温特(WPI)数据库和中国专利检索系统(CPRS)，检索数据的截止时间为2009年2月24日。

2．检索策略电泳显示技术涉及的关键词主要有：显示、电泳、电子墨水、电子纸、微胶囊、display、electrophoresis、electrophoretic、cataphoresis、cataphoretic、cataphoric、phoresis、microcapsule?、EPD和EPID。

电泳显示技术涉及的IPC分类号主要为：G02F1/167（基于电泳的对来自独立光源的光的强度、相位、偏振或颜色的控制）、G09F（显示）、G09G（对用静态方法显示可变信息的指示装置进行控制的装置或电路）以及C09（染料、涂料、黏合剂等）。

分类号G02F1/167是涉及电泳技术的最明确的分类，但除此分类号外，涉及显示器和驱动电路的文献还可能分在G09F和G09G小类下，涉及电泳显示内部材料和外部封装密封剂材料改进的文献还可能分在C09大类下。

鉴于本文重点分析电泳显示技术结构方面的进展，因此有关内外部材料改进的文献暂不考虑。

因此，我们在检索时除单独检索G02F1/167分类下的文献外，还采用了分类号结合关键词的方式检索其他相关文献，如（电泳+电子墨水+电子纸+微胶囊）*（显示+G09G+G09F）。

（二）WPI中电泳显示专利申请统计结果1.申请量按年代分布情况从图1中可以看出，在1996年以前，涉及电泳显示的专利年申请量一直在每年几十件左右徘徊；从1997年起，涉及电泳显示的专利年申请量一直在快速增加，显示出强劲的上升势头，到2006年已达到每年1400多件（图中显示的2007-2008年度申请量下降是由于统计时间距申请时间较近，部分申请尚未公开而未被计算在内，不能作为统计的基础）。

图1 WPI中电泳显示专利申请量按年代分布情况2．申请量按所申请国家或地区分布情况如图2所示，在WPI中电泳显示专利申请量最多的前十个国家中，在日本申请的电泳显示专利数量最多，超过了4700件，占电泳显示专利申请总量的38％；其次是美国和中国，但是总量远低于日本，大约为2200件和1000件；接着为韩国和欧洲，此外，澳大利亚、德国、中国台湾地区、加拿大等国家的专利申请量也有一定数量（由于图2中标记为WO的PCT国际申请在进入国家阶段时已经作为向某国家递交的申请被统计，所以在此不重复统计）。