電子墨水技術在汽車內飾上的應用探索

摘要：為探索電子墨水與內飾零件集成的可行性，依據電子墨水的特性，將柔性段碼式電子墨水膜片與某車型的裝飾條集成，并進行車規級試驗，環境試驗結果表明：電子墨水膜片或模組能夠耐受-40～70 ℃的高低溫區間，溫度超過70 ℃會破壞電子墨水層；-30～85 ℃區間的溫度交變試驗易導致模組多層結構發生褶皺或分層。因此，電子墨水的結構和材料暫無法滿足車規級要求，電子墨水在汽車內、外飾零件上具備應用潛能，有待進一步研究。

關鍵詞：電子墨水 汽車內飾 變色 微膠囊

中圖分類號：U465；U466" "文獻標志碼：B" "DOI： 10.19710/J.cnki.1003-8817.20240198

The Application Exploration of Electronic Ink Technology

in Automotive Interiors

Abstract： Based on the characteristics of e-ink， flexible segment-code e-ink diaphragm is used to integrate with the trim strip of a vehicle， in order to explore the feasibility of integrating e-ink and interior parts， and the vehicle specification test is conducted. Environmental tests show that the e-ink diaphragm or module can withstand the high and low temperature range of -40～70 ℃， and the e-ink diaphragm will be damaged if the temperature exceeds 70 ℃. The alternating test in the temperature range of -30～85 ℃ is easy to cause the wrinkle or stratification of the multi-layer structure of the module. Therefore， the structure and material of e-ink cannot fully meet the automobile specification test， and further research is needed to identify the application potential of e-ink in automobile interior parts.

Key words： E-ink， Automotive interior， Color-changing， Microcapsules

1 前言

電子墨水又稱電子紙，是一種微膠囊電泳顯示技術，通過控制電場變化，使電子墨水微膠囊中黑白顏色的帶電粒子發生遷移，從而呈現出不同的顏色[1]。當前，電子墨水技術在消費電子領域已有較廣泛的應用[2-3]，但在汽車內外飾領域的應用較少。作為一種契合無紙化低碳時代的新型界面微膠囊顯示技術，如能與汽車內、外飾結合，將為汽車內、外飾零件的開發拓展新的思路。

本文從電子墨水模組原理及結構出發，通過將電子墨水工藝與內、外飾裝飾件集成，探索其在內飾產品上的集成方式和設計要求、能否滿足車規級要求、如何利用電子墨水技術進行場景交互以及對其在內飾領域的用戶體驗進行展望，同時總結電子墨水技術車規級應用的瓶頸。

2 原理及其在內飾中的應用

2.1 電子墨水原理

基本原理是液體介質中不同顏色的懸浮帶電納米粒子在電場作用下發生遷移，實現與傳統紙張非常接近的反射光譜顯示效果，可集成到曲面塑料、聚對苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene Glycol Terephthalate，PET）膜、紙張等表面，可顯示顏色及圖案變化[4]。電子墨水的原理如圖1、圖2所示[1-5]。其特點與汽車內飾件多曲面、多材質的特性存在極大的契合可能性。

電子墨水具有低功耗、輕薄、對比度高、柔性可變且無閃爍廣視角的優點。例如：僅刷新界面耗電，關閉電源后畫面可保持；最小厚度可達到1.2 mm；對比度非常高，強光下清晰可見，無液晶反光現象；無閃頻且反射光譜與傳統紙非常接近，沒有藍光輻射，不會導致用眼疲勞。同時，電子墨水也存在一些缺點，例如：刷新率慢（1～10次/s） ，動態展示效果較差，適用于靜態展示；其本身不發光，需要增加外界光源增強顯示。

2.2 電子墨水在內飾上的應用

汽車內、外飾零件的色彩和紋理通常難以改變，汽車內飾顏色將伴隨車輛的全生命周期。電子墨水作為一種可變色、輕薄、柔性可變的技術載體，若與汽車內飾零件相結合，利用電子墨水的變色性能即可實現零件外觀的變色，由此延伸出不同應用場景和交互需求，在未來智能座艙的變革時代具有較大應用潛能。表1所示為本文基于電子墨水的特性和車身內、外飾的交互需求拓展獲得的場景示列。

3 技術方案與效果定義

3.1 電子墨水技術方案選擇

目前電子墨水的技術載體有矩陣式和段碼式[6-8]。2種形式的技術方案以及層級結構對比如表2、圖3所示。矩陣式是以平面電子墨水顯示屏的形式存在，作為信息表現和交互的終端，與多維曲面內飾件集成的限制性較強。內飾零件外觀造型自由度高，利用柔性基材的段碼式能夠滿足內飾多維自由的造型要求，因此，本文以段碼式方案為基礎進行拓展。

3.2 電子墨水裝飾條的制備方式及變色效果定義

3.2.1 電子墨水模組的制備方式

圖4所示為電子墨水膜片的制備工藝流程及電子墨水集成后裝飾條的層級結構，不同制造商的制備工藝存在細微的差異[6-8]。考慮到電子墨水制品的防水要求，本文方案在層級結構中引入了上、下2層熱熔膜進行封裝，同時為防止拼接線外漏和更好地適應大曲面內飾型面的拼接貼合，將層級結構中的PET+氧化銦錫（Indium Tin Oxide，ITO）層替換為柔性電路板（Flexible Printed Circuit，FPC）。將裝飾條型面的膜片或模組設計為一個整體，保證內飾型面的完整性。本結構中光學粘膠劑（Optically Clear Adhesive，OCA）用于膠結透明光學元件，具有無色透明、光透過率達95%以上、膠結強度良好，可在室溫或中溫下固化，且固化收縮小等特點。

3.2.2 電子墨水裝飾條的變色效果定義

本文選擇某車型的裝飾條作為基材骨架（骨架采用注塑成型，其型面較平整，弧度縱深較小，適合進行電子墨水膜片貼合），根據骨架型面，裁切制備相應形狀的電子墨水膜片，段碼式柔性基材的電子墨水膜片能在二維曲面內實現一定角度的折彎，單張完整的膜片能夠與裝飾條進行貼合，裝飾條后端存在三面交互的拱面，膜片無法完全貼合，存在微小褶皺，但不影響整體效果。

電子墨水膜片與裝飾條骨架進行定位貼合，將膜片作為裝飾條的外觀面。整個裝飾條型面區分為A、B、C 3個區域，每個區域均可單獨控制黑白變色，可實現流水漸變效果，如圖5所示，實際變色裝飾條樣件及變色效果如圖6所示。

4 試驗驗證與結果分析

4.1 原料與設備

試驗所用試樣原料為：某車型門飾板裝飾條（PC+ABS材質，不做表面處理）、電子墨水膜片或模組（廣州某電子墨水模組廠）、模組驅動芯片（廣州某電子墨水模組廠）。

試驗儀器設備為：SG-1高低溫環境試驗箱（東莞環儀儀器科技有限公司）。

高低溫環境類試驗按照某企業標準QJ/GAC 1250.020-2022《門內飾板技術要求及試驗方法》進行測試。

4.2 樣品試驗結果及解析

電子墨水裝飾條集成樣件的關鍵性能要求為：電子墨水膜片自身變色驅動及顯示是否正常，膜片與裝飾條骨架型面貼合是否可靠。本文共完成10項環境耐久類試驗，試驗過程及結果如表3所示。其中，冷熱沖擊和熱老化試驗中電子墨水膜片、模組結構損壞，但顯示變色功能無異常，其他試驗項目均合格。

4.2.1 熱老化試驗分析

熱老化試驗表明，電子墨水膜片或模組能夠在不超過70 ℃的環境下保持良好的性能，超過70 ℃后，膜片將發生不可逆的損壞，如氣泡、發灰或者裂紋等，如圖7、圖8所示。

針對熱老化后的失效現象進行分析，如表4所示。

4.2.2 冷熱沖擊試驗分析

冷熱沖擊試驗結果表明，電子墨水膜片或模組能夠在-40～70 ℃的高低溫區間內保持良好的性能，而-30～85 ℃的高低溫區間內的交變試驗易導致模組多層結構褶皺或分層，如圖9所示。

針對冷熱沖擊后的失效現象進行分析，如表5所示。

5 結束語

本文從電子墨水膜片或模組的特性出發，將柔性段碼式電子墨水膜片與某車型的裝飾條進行集成，探討了電子墨水與內飾零件集成的可行性，并進行車規級試驗，環境類試驗結果表明：電子墨水膜片或模組耐受溫度為-40～70 ℃，超過70 ℃會損壞模組；-30～85 ℃溫度區間內的交變試驗易導致模組多層結構褶皺或分層。因此，當前電子墨水自身結構和材料不能完全滿足車規級的試驗要求。為此，后續可考慮提高電子墨水層級結構中的微膠囊、粘接層膠水的耐高溫性能和模組各層級材料的熱膨脹系數的一致性等。

電子墨水在內外飾零件的適用范圍包括嵌片注塑（Insert Thermoforming-film to Molding，INS）、模內裝飾技術（In Mold Decoration，IMD）、三維表面真空覆膜工藝（Three-dimension Overlay Method，TOM）等覆膜裝飾零件、需要集成顯示界面的外觀件等。柔性段碼式電子墨水膜片與型面相對平整的骨架面貼覆較好，但與三維曲面的貼合存在困難。若能實現電子墨水膜片與多維曲面的骨架材質一體成型（類似于INS模內注射成型），電子墨水在汽車內、外飾領域的應用限制問題有望得到解決。

參考文獻：

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