导读:

电子纸作为一种新型反射式显示技术,凭借其类纸显示、低功耗、护眼等独特优势,在多个领域展现出广阔的应用前景。本文介绍了电子纸的基本概述,包括其定义、组成、性能及技术特点等核心要素。同时,剖析了电子纸的工艺技术,涵盖制备工艺、技术难点等环节,揭示其生产过程中的复杂性和挑战。此外,还梳理了电子纸的产业链,从上游原材料到下游应用场景,展现其完整的产业生态。

定义及组成

电子纸(Electronic Paper,ePaper)是一种新型的反射式显示技术,主要由基板材料、微胶囊、电子墨水、导电材料、保护膜以及光学胶和封边胶等组成。其核心是通过电子墨水技术实现图像和文字的显示,显示效果接近传统纸张,具有类纸显示、低功耗、护眼等独特优势。

电子纸的主要应用领域包括电子书阅读器、电子标签、教育设备、智能穿戴设备、物联网显示以及广告与信息显示等。电子纸与LCD、LED、OLED并列为目前主流应用的四大平板显示技术之一。随着技术的不断进步,电子纸的应用场景有望进一步拓展,成为未来显示技术的重要发展方向之一。

电子纸结构示意图

资料来源:东方科脉招股说明书

电子纸产品示意图

资料来源:E Ink 公司官网,东方财富证券研究所

性能

电子纸的对比度、刷新率等关键性能参数综合决定了电子纸在不同应用场景中的表现和用户体验。

电子纸的关键性能参数

资料来源:新材料纵横

各类平板显示技术对比

资料来源:东方科脉招股说明书

技术特点

与其他显示技术相比,电子纸显示技术具有双稳态、反射式、轻薄柔性三大技术特点。

电子纸显示技术特点

资料来源:东方科脉招股说明书

1、双稳态技术

双稳态技术是指即使移除供电来源,电子纸显示屏上的画面仍然能持续显示而不会消失,仅在更换画面时才需要消耗电量。实际应用中,使用电子纸屏幕阅读器只有在翻页时才需要消耗电力,阅读时不会消耗任何电力;电子纸标签、标牌在长期持续使用中只有在信息更新变化时才需要消耗电力,节电效果突出。双稳态的特性使电子纸能够有效满足节能省电、延长续航的需求。

2、反射式

反射式是指电子纸利用环境光源打在电子纸显示屏上再折射光线至观看者的眼中成像,与传统纸张可视原理相同,因此环境光越亮,电子纸越清晰可见,且具有180°广视角。LCD或OLED等显示屏幕需有背光模块或自发光才能看到影像,但背光源或自发光光线会穿透显示屏幕直射观看者的眼睛,容易导致视觉疲劳以及蓝光引起的健康问题。反射式的显示方式使电子纸不存在画面闪烁和蓝光的问题,能有效减少长时间阅读带来的疲劳感,健康护眼。

3、轻薄柔性

电子纸的轻薄柔性得益于其核心成像单元电子墨水薄膜的特性。电子墨水薄膜本身是软性的,依据不同的应用需求可将电子墨水薄膜贴附于软性基板之上,厚度可薄至0.1mm,在柔性产品方面具有良好的发展潜力。

分类

电子纸显示技术是一种典型的反射式显示技术,主要技术路径包括电泳、胆固醇液晶、电子粉流体、微机电系统、电润湿等。目前主流的电子纸产品采用电泳式电子墨水技术,利用有颜色的微胶囊或微杯藉由外加电场在液态环境中移动呈现不同颜色显示效果。除主流的电泳式技术外,胆固醇液晶技术有少量应用,其他技术尚未产业化。

电子纸的分类

资料来源:新材料纵横

发展历程

萌芽期(1968-1997)

1968年,美国无线电公司(RCA)发表了“显示器可利用液晶材料制造”的理论,为后续显示技术发展奠定了基础。

1970年,施乐公司Palo Alto研究中心开发出“Gyricon”电子纸技术,但该技术仅停留在实验室阶段。

1975年,施乐公司研究员Nick Sheridon首次提出电子纸和电子墨的概念。

1996年,麻省理工学院(MIT)贝尔实验室成功制造出电子纸的原型。

1997年,E-Ink公司成立,专注于电泳式电子纸技术的开发。

这一阶段,电子纸技术主要由大学和科研机构主导,尚未形成规模化的产业链。

发展期(1998-2014)

2004年,索尼(Sony)推出世界上第一款商用电子纸阅读器“LIBRIe”,标志着电子纸技术的商业化突破。

2007年,亚马逊发布第一代Kindle电子阅读器,迅速获得市场认可,推动电子纸技术进入大众视野。

2009年,元太科技并购E-Ink公司,成为全球最大的电子纸技术拥有者。

这一阶段,电子纸技术在电子书阅读器领域取得显著进展,推动了电子纸产业的快速发展。

调整期(2015-2018)

全球电子书阅读市场进入低谷,但电子货架标签(ESL)市场开始崛起,带动了电子纸技术在零售领域的应用。

高速发展期(2019-至今)

2019年,电子纸产业在利基市场逐渐形成产业地位,开始拓展新的应用领域。

2022年,E-Ink发布Gallery 3、Kaleido 3、Prism 3、Spectra 6等多款彩色电子纸技术,推动电子纸向彩色化和多元化发展。华为、亚马逊、联想等企业纷纷推出电子纸手写本产品,电子纸手写本市场迎来高速增长。

2023年,电子纸技术的彩色化和大尺寸化成为主要趋势,25.3英寸和31.5英寸的彩色电子纸产品陆续量产。

2024年,75英寸大幅彩色电子纸进入样品阶段,标志着大尺寸全彩色电子纸技术的成熟。宝马发布多款基于Prism变色电子纸技术的概念车,展示了电子纸在智能表面领域的应用潜力。

2025年,元太科技推出全球首款8英寸折叠彩色阅读器mooInk V,支持低帧率视频播放,标志着电子纸从“辅助显示”向“主力交互载体”的跨越。

台北Touch Taiwan展会展示了电子纸产业从材料到终端应用的完整生态,标志着中国电子纸产业进入生态共建的2.0时代。

制备工艺

电子纸显示模组产品的主要生产工艺流程如下:

电子纸显示模组产品生产工艺

资料来源:新材料纵横

上述生产工艺流程中,电子墨水薄膜贴附、PS保护膜贴附、COG邦定、FOG 邦定、OTP烧录为产品生产的关键工序。

主要工艺环节介绍

资料来源:东方科脉,新材料纵横

技术难点

1、核心材料的制备难度高

电子纸的关键材料如电子墨水,其制备工艺极为复杂。电子墨水由数百万个微胶囊构成,每个微胶囊大小仅约等于人类头发的直径,内部含有带正负电荷的黑白粒子。在生产过程中,需要精确控制微胶囊的大小、形状以及内部粒子的分布,以确保显示效果的均匀性和稳定性。此外,电子纸的基板材料也需要满足高耐温、低应力等要求,这对材料的性能和加工工艺提出了极高的挑战。

2、精密制造工艺要求严格

电子纸的生产需要高度精密的工艺控制。例如,在电子墨水膜的制造过程中,需要在微米级别上精确控制材料的沉积和分布。同时,电子纸模组的组装也需要极高的精度,包括电极的对齐、微胶囊的排列等,任何微小的偏差都可能导致显示效果不佳或产品失效。此外,柔性电子纸的生产还需要解决材料在弯曲、折叠时的性能保持问题。

产业链

电子纸产业链按上中下游拆分来看,上游部分主要是电子纸膜片、TFT背板、驱动芯片等显示模组核心组件的生产,其中,电子纸膜片的生产环节还包括电子墨水、ITO、PET膜、光学胶和PS保护膜的生产制造;中游主要是电子纸模组厂生产制造模组产品的环节,即将电子纸膜片覆在TFT背板上,然后连接驱动IC以控制显像;下游主要为电子纸显示产品集成商,即将电子纸显示模组应用于终端产品。下游的终端应用主要集中在电子纸货架标签和电子纸阅读器这两个应用场景,并在近年来逐步扩张到穿戴设备、手机、公交站牌、行李牌等应用领域。

电子纸产业链

资料来源:东方科脉招股说明书

1

上游-原材料

(1)电子纸膜片

将微胶囊或微杯架构制成的电子墨水,涂布于一层塑料薄膜上就可得到电子纸膜片。这张膜片可以被切割成任何形状或尺寸,将切割完成后的电子纸膜片贴覆上TFT电路后,就可以利用电场来控制微胶囊或微杯中粒子的跑动,从而呈现出所需的画面和颜色。该膜片可以被贴覆在任何表面上,包括玻璃、塑料、织品甚至纸张。目前,电子纸膜片厂商主要是元太科技、奥翼电子和无锡威峰等。

电子纸膜片示意图

资料来源:奥翼电子官网

电子纸是什么“纸”?

(2)电子墨水

电子纸膜片中的核心部分为电子墨水,主要采用电泳式显示技术路径。由元太科技开发并进入市场化阶段。目前,电子墨水技术专利由元太科技掌握,全球市场90%以上的份额被元太科技占据。

(3)ITO

ITO指氧化铟锡,是一种具有良好的导电性和透明性的半导体材料。在电子纸膜片中,ITO导电膜既可作为电子墨水的电极,也可用作透光层。

(4)PET膜

PET基膜是聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物经双向拉伸支撑的薄膜,具有高透光性、低雾度、高亮度等特性。

(5)光学胶

光学胶是一种无色透明、光透过率在 90%以上的特种胶粘剂,其胶结强度良好,可在室温或中温下固化,且有固化收缩小的特点。目前,OCA光学胶企业主要集中在美日韩等国家,如美国的3M、日本的三菱化学等。国外企业长期掌握着光学胶的核心技术,市场占有率超过 80%,而国内光学胶企业则尚处于产能规模较小、知名度较低的阶段。但随着斯迪克、加韵新材等领先企业的技术积累和不断发展,国内正在逐步实现进口替代。

(6)PS保护膜

PS保护膜是指聚苯乙烯膜,在电子纸产品中起到保护的作用。目前,国内的PS厂商主要有惠州仁信新材料股份有限公司、镇江奇美化工有限公司和道达尔石化(佛山)有限公司等。

(7)TFT背板

TFT指的是薄膜晶体管,用于驱动电子纸,控制形成的图像。TFT背板在电子纸显示模组中的位置通常在电子纸膜片下方。其厂商主要有:京东方、天马、TCL华星光电、莱宝高科、群创和友达。

(8)驱动IC

其在电子纸产品中起到驱动显示器和控制驱动电流的作用,目前主要的电子纸驱动IC厂商有台湾晶宏、台湾天钰、联阳半导体、深圳晶门科技、天德钰等企业。其中,台湾晶宏和台湾天钰为电子纸驱动芯片主力供应商,并与电子纸龙头企业元太科技有着深厚的合作基础。台湾晶宏在电子标签驱动芯片的市占率超过70%,而台湾天钰在电子书驱动芯片的市占率更是高达90%,电子纸驱动芯片市场高度集中。奇景光电近期与元太共同开发驱动芯片的动态扫描及交错扫描技术,以改善电子纸手写体验及运作表现。

2

下游-应用场景

电子纸产业下游主要是各应用终端的品牌商。下游的应用终端产品尺寸覆盖范围广,从厘米级别的穿戴设备、电子标签、电子书阅读器等产品,到米级别的广告牌、数字标牌等产品均有覆盖。伴随着物联网的发展,电子纸也在各场景和领域中得到了更广泛的应用。

电子纸应用终端可分为to B端和to C端两大类。其中to B 端的应用包括智慧零售、智慧教育、智慧医疗、智慧办公、智慧交通、智慧物流、智慧民航、智慧工业八大应用领域,而to C 的应用则主要有电子纸平板、电子纸手机、笔记本、显示器等产品。

电子纸产品终端应用场景

资料来源:东方科脉招股说明书

下游应用厂商包括提供电子纸价签产品的汉朔科技、雅量、苏州易泰勒;提供电子纸平板的亚马逊、掌阅、大上科技、海信、汉王、文石;以及生产电子纸手表的索尼;提供电子纸公交站牌的宜视智联等企业。

1、智慧零售

电子纸标签广泛应用于新零售场景。电子价签也叫电子货架标签(Electronic Shelf Label,简称ESL),是一种带有信息收发功能的电子纸显示装置,将其放置在货架上,可替代传统纸质价格标签的电子显示装置。2颗纽扣电池可长达5年以上的续航,远程一键更改连锁价格,及时、精准、便利。

智慧零售领域应用实例

资料来源:东方科脉招股说明书

电子纸标签使零售商能够以无线方式高效、实时更新货架标签内容。除基本的价格信息外,电子纸标签还可用于显示优惠促销、商品搭配、购买者评价、产品成分、产地来源等多样化信息。与传统纸质标价方式相比,电子纸标签主要具备以下优势:

(1)提高管理效率:大型商超百货公司货品种类繁多,使用传统的纸质标签维护产品价格等信息效率较低且操作错误风险较高。部署电子纸标签系统可提高产品价格等信息的变动效率和准确率,通过后台管理平台统一发送指令,电子纸标签屏幕实时刷新,并能方便的采取动态的定价策略,如对生鲜食品进行实时促销以减少浪费等。

(2)节约经营成本:应用电子纸标签系统后企业无需再印制纸质标签,也无需部署人力在店面更换纸质标签,有效节约纸张、耗材、人力等成本支出。

(3)提升顾客体验:电子纸标签的显示效果兼具数字化和类纸质感,信息呈现方式丰富且能灵活变化,较传统纸质标签能够提升顾客的购买体验。

(4)创新营销模式:数字化的电子纸标签系统可使商户整合创新多种营销模式,典型的应用方式包括线上线下促销实时同步,结合二维码提供更丰富的功能入口,根据对顾客的数据收集和用户画像实现精准营销等。

与其他数字显示方式相比,电子纸显示方式应用于商超、百货等零售领域场景中能够解决长时间持续显示的能源消耗问题,在高低货架、不同角度、多种灯光条件下具有良好的展示效果,并可在冷藏柜等低温环境下正常工作。

群创光电与日药本铺合作打造的5G、AIoT药妆科技店。其中店内展示的28寸广告屏幕就是彩色电子纸,使用电子纸每日更新一次画面估算,每年就可以减少约297公斤的二氧化碳当量排放。用电子纸来取代传统印刷纸张广告牌,使得此药妆店跃升为ESG企业永续的典范。

2、智慧办公

将电子纸技术应用于办公领域可以在减少纸张消耗、节约能源的同时提升企业信息传递及日常运营的效率,降低企业人力成本。

(1)电子纸办公笔记本替代传统纸质笔记本,能够提高文件存储、查找、传输的效率。电子纸交互式白板可实现信息实时共享更新,提升企业的沟通效率。

(2)电子纸智能桌牌、门牌取代传统纸质会议桌牌、门牌,可实现中央控制、远程更新、循环使用、批量导入、快速修改等功能。

(3)电子纸胸卡应用了电子纸轻薄以及无电源持续显示的特性,并可以对企业或会议人员的身份信息及变动情况进行实时更新。在北京冬奥会举办期间,志愿者佩戴的胸牌即采用了电子纸材料,能够通过与手机连接快速修改图文内容。

智慧办公领域应用示例

资料来源:东方科脉招股说明书

3、智慧教育

(1)电子纸平板

电子纸平板包含阅读器、智能办公本和智能学习本三大品类。

作为一种新型的智能平板产品,电子纸平板目前的销售渠道以线上为主,主要的品牌厂商有Kindle、掌阅、文石、科大讯飞、华为、Bigme、汉王等。在2022年上半年发布的新品中,华为推出的“MatePad Paper”是其首款电子纸平板,采用了E ink 10.3英寸黑白电子纸屏幕,并搭载了其自研的麒麟820E芯片和鸿蒙系统。作为中国消费电子品牌的头部厂商,华为的加入对于电子纸平板产品的市场规模将起到显著的抬高作用。

(2)电子纸单词卡(喵喵单词机)

电子纸单词卡于2022年3月份由作业帮推出,并迅速成为时下爆款。相比于传统单词卡,电子纸单词卡更小巧便携,并且不伤眼,因而产品面世后的销量不断攀升。根据作业帮硬件市场负责人程锋介绍,一代单词卡产品仅用6个月就实现了累计销量突破50万台的成绩。

电子纸单词卡

资料来源:翰林阅

电子纸单词卡和电子纸学习本均为电子纸技术在智慧教育领域中的应用,其轻薄、护眼且低能耗的特性能够满足教育领域对显示技术的需求,凭借这些特性,电子纸显示产品有望在中国教育信息化的进程中得到更广泛的应用和快速发展。

4、其他领域

(1)智慧医疗

在智慧医疗领域,电子纸可应用在床头卡、床尾卡、护理卡、输液卡、病房门卡,以及医院药品库存管理标签等无纸化免布线信息显示系统中。整个系统由标签终端、基站和云平台组成,标签终端采用电子纸显示模组,云端平台则与医疗领域信息化系统对接以获取需要显示的信息。电子纸信息显示系统接入HIS系统,即贴即用无需接电施工,屏幕不发光,夜晚不产生光污染,纽扣电池供电续航超过3年。

(2)智慧物流

电子纸显示器应用于绿色智慧物流的标签与面单中,可取代一次性纸张的使用,并且可以被回收后循环利用,不仅能降低包装耗材成本,也能满足低碳环保的需求。同时,由于其低耗电且断电后画面持续显示的特性,其在无电源的状态下依然能显示物流信息,反射式技术也使其显示的内容清晰易读,可以大幅提升物流过程中记录的正确性与运行效率。

配备电子纸标签的物流包装

资料来源:DKE东方科脉

(3)智慧交通

电子纸在智慧交通领域可结合定位技术、通信技术实时显示公交、铁路等交通方式的车辆运行状态、车次信息等,实现交通信息智能发布,典型应用为电子纸公交站牌。电子纸公交站牌已在我国上海市批量建设,成为目前全球规模最大的电子纸户外应用案例之一,并作为响应国家绿色环保、节能减排政策的成功案例开始在全国多个省市推广。

相对于其他显示方式,采用太阳能供电的电子纸显示方式可以实现大屏幕交通信息、广告信息的数字化显示,解决了无电车站信息化建设过程中面临的大规模布线高成本以及使用中的高能耗问题,同时还可有效降低其他显示方式带来的城市光污染问题。

据E Ink消息,澳大利亚悉尼交通要道的智慧停车告示牌现已上线,成为全球首款商用的Kaleido 3 Outdoor彩色电子纸告示牌。这款由美国公司Mercury Innovation 担任系统整合商的交通告示牌,除了具有一片13.3吋的电泳式电子纸荧幕( EPD )外,同步搭配一片太阳能板。这款配备有可变换停车标志、太阳能充电的告示牌,为悉尼地区在管理路边停车时,示范了同时兼顾数字转型与净零碳排的可能性。

配备电子纸标签的公交电子站牌

资料来源:九山电子

(4)智慧工业

电子纸在制造企业内部使用的应用由来已久,当前多数是基于2.4G电子纸价签的方案衍生在厂内应用。2020年川奇光电打造基于 UWB室内定位结合电子纸的无纸化生产示范项目,提供了一种全新的智能车间数字化、无纸化的生产效率提升解决方案。借助沃旭通讯“UWB+电子纸”厘米级定位解决方案,在生产车间内覆盖部署UWB定位基站,人员、物料周转车、托盘佩戴绑定墨水屏定位标签,由计算引擎采集电子标签信号并计算得出其精准位置数据,通过开放的 API 将数据反馈至 MES 系统。全程定位关联对象,利用定位系统实时推送数据、实现从配件到总装的全流程可视化、无纸化管理,实现“碳中和”发展目标。

川奇智能化车间E-SOP

资料来源:沃旭通讯

总结

(1)电子纸(ePaper)是一种新型反射式显示技术,主要由基板材料、微胶囊、电子墨水等组成,具有类纸显示、低功耗、护眼等独特优势,广泛应用于电子书阅读器、电子标签、教育设备等领域,是未来显示技术的重要发展方向之一。

(2)电子纸的生产工艺复杂,涉及原材料切割、点银浆、贴膜、邦定、封边胶等多个关键工序,技术难点主要包括核心材料的制备难度高以及精密制造工艺要求严格,这些因素共同决定了电子纸产品的显示效果和生产效率。

(3)电子纸产业链涵盖上中下游,上游包括电子纸膜片、TFT背板、驱动芯片等核心组件的生产;中游是模组厂将膜片与背板结合并连接驱动IC;下游则是终端产品集成商,将模组应用于电子纸货架标签、电子纸阅读器等多种终端设备,推动电子纸技术在智慧零售、智慧教育等领域的广泛应用。

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