過去数十年間、EPDは、その低コスト、軽量、低消費電力、安全性から、通常の紙よりも多くの注目を集めてきました。EPDは、荷電懸濁粒子が誘電性流体内で反対に帯電した電極に向かって移動することに基づいて動作する反射型ディスプレイであり、これは電気泳動として知られています[20,25,26]（図4）。最近、Amazon Kindle、Hanvon、OED Technologiesなどの企業を通じて、多くのディスプレイが市場に参入しています。この分野の2つの主要企業はSiPixとE-Inkであり、すでに合併していますが、これらの2つの技術は異なります。SiPix技術は、プラスチックのマイクロカプセルで構成されています絶縁特性であり、非常に薄く、軽量で、ロールツーロールプロセスで製造されています（図5）[27]。電気泳動ディスプレイと電子インクの特性については、以下で詳しく説明します。
いわゆる電気泳動の原理とは、DC電界の影響下で、懸濁液中の荷電粒子の移動を指します。電極間の電界がセルで使用されるたびに、粒子は電荷に関連して移動し、懸濁液は安定したままです[20,28,29]。したがって、電気泳動粒子はEPDの主要な構成要素の1つです。一般に、電荷'q'を持つ球状粒子は、電界'E'の下で、電気泳動液体中に懸濁され、電気力、浮力、重力、および遅延粘性力の4つの影響を受け、二価電極と反対の極の間を移動します[30]。ヘルムホルツ-スモルホウスキー方程式[3]（式（1））は、荷電粒子の電気泳動速度（U）を記述するために使用されます。この方程式では、ε、ξEP、Ex、μは、液体の誘電率、粒子のゼータ電位、印加電界、粒子の移動度です。電気泳動ゼータ電位（ξEP）は、荷電粒子の特性です。電気泳動は、荷電粒子が静止溶液を移動することにつながります。輸送媒体の粘度とその誘電挙動、黒と白の粒子のサイズと電荷密度、マイクロカプセルシェルの厚さとその誘電レベルなど、さまざまなパラメータがEPDの機能と性能に影響を与える可能性があります。液体媒体中の粒子を不安定にする1つの方法は、分散溶媒と粒子の間の重力を補償し、その結果、沈降を減らすことです[31]。
一般に、誘電媒体中に色付きの懸濁液または分散した荷電粒子を含むEPDは、約ミクロンの特定の距離に配置された2つの導電性、透明、平行電極を備えたセル内でコントラストのある色を作成します。
1960年以来、EPD（EPD）は反射型ディスプレイの一種として開発されてきました。その画像は電気的に繰り返し書き込みまたは消去できます。この技術は、印刷された紙と同様の広い視野角と高いコントラスト比など、多くの利点があります。EPDは、電子ペーパーを作成するための最初かつ基本的な選択肢です。ただし、画像品質と粒子凝集、凝集、凝集の寿命を確保する能力は、業界での用途を制限するいくつかの深刻な問題です。
電気泳動粒子の特性は、画像品質の決定に不可欠です。画像品質を向上させるには、非常に小さな粒子サイズと狭いサイズ分布、画像を正確に作成および制御するための大きな表面電荷、高いコントラスト比、印加電圧への迅速な応答、シェルで使用される透明性、光安定性、インクの安定した分散などのパラメータが必要です。その結果、いくつかの研究者が、修飾された粒子、表面形態、表面電荷、および特別な安定性の影響を調査しました[32–34]。したがって、E Inkマイクロカプセルの特性評価には、紫外線可視分光法（UV–Vis）、光学顕微鏡、フーリエ変換赤外分光法（FTIR）、走査型電子顕微鏡（SEM）、ゼータ電位、動的光散乱（DLS）、電気泳動セルなどのさまざまな機器分析技術が使用されました[34–41]。
前述のように、電気泳動粒子の空間的安定性は、ゼータ電位の測定から特定される画像品質を決定する重要な要素です。実際、ゼータ電位はコロイド系の潜在的な安定性の要因です。懸濁液中のすべての粒子が正または負の電荷を持っている場合、粒子は互いに反発する傾向があり、統合する傾向を示しません。同様の電荷を持つ粒子が互いに反発する傾向は、ゼータ電位に直接関連しています。一般に、懸濁液の安定性と不安定性の境界は、ゼータ電位によって決定できます。ゼータ電位が30 mV以上または−30 mV未満の粒子を含む懸濁液は、安定していると見なされます[42]。
また、色付きのディスプレイは、色付きの染料または有機顔料を色付きの電気泳動ナノ粒子として使用して作成できます。電子インクの染料または顔料は、優れた輝度、色の強度、光、熱、耐溶剤性を備えている必要があり、幅広い用途に提案される大きな可能性を提供できます[43–45]。EPDの優れた電子インクは、電気泳動懸濁液において長期的な懸濁安定性と高い表面電荷を達成できます[37,46,47]。一部のナノ粒子は、EPDアプリケーションでポリエチレン[34,46,48,49]やオクタデシルアミン[32,50,51]などの修飾剤によって修飾されていました。画像の正確な制御と印加電界への迅速な応答のために、粒子は高い表面電荷を持つ必要があり、移動度は10-5–10-6 cm2/Vsの範囲内、溶媒との密度差は0.5 g/cm3未満、適切な直径は約190–500 nmです[30,52]。
E Inkは、化学、物理学、エレクトロニクスの直接的な結果です。EPDのE Inkの組成には、誘電環境に分散された荷電着色材料またはマイクロカプセル、および電荷制御剤などの電気泳動粒子が含まれています[22–24]。デバイスと前述の動作原理に基づいて、この技術の重要な材料には、着色粒子（染料/顔料）、マイクロカプセルシェル、絶縁油、電荷制御剤、安定剤が含まれます。次のセクションでは、これらの各コンポーネントについて説明します。
前述のように、ナノメートルからマイクロメートルのサイズの着色粒子は、電気泳動の機能を評価するための重要な材料です。顔料は、いくつかの要件を満たす必要があります。沈降量を減らす必要があります。密度は懸濁溶媒と特に互換性がある必要があります。溶媒への溶解度は十分に低くなければなりません。明るさは、効果的な光学性能を確保するために高くなければなりません。表面は簡単に帯電できる必要があります。大量生産を確保するには、顔料が適切に安定しており、簡単に精製できる必要があります。マイクロカプセルまたはピクセルへのカプセル化の場合には、カプセル表面またはピクセルへの粒子の吸収を回避する必要があります。さまざまなタイプの材料がEPDアプリケーションで調査されています[9,53–61]。TiO2[38,62]、カーボンブラック[41]、SiO2[63]、Al2O3[58]、黄色顔料[34,64]、赤色顔料[32,65]、鉄赤、マグネシウム紫は、研究で多くの注目を集めている無機材料です。トルイジンレッド、フタロシアニンブルー[66–69]、フタロシアニングリーン[51,70]も有機粒子として調査されています。一般に、ナノメートルサイズの染料/顔料は、元の状態で溶液に分散され、次にポリマー材料でコーティングしてコアシェル構造を形成します。アルコキシ基、アセチル基、またはハロゲンを含む材料は、水素結合のため、シェル材料として適した典型的な長鎖有機材料です。自然界での入手可能性と高い輝度は、EPDデバイスがそれぞれ黒色カーボンと二酸化チタンで作られた黒と白の粒子によって長年製造されてきた理由です。これらの材料はどちらも導電性であるため、必要な要件は、それらにコーティングポリマーを施すことによって達成されます[71]。
コントラストによる画像品質において、白色顔料の特性は非常に重要です。ほとんどの場合、研究者はTiO2を一般的な白色顔料として使用しました。これは、その白色度と優れた光学特性と反射特性のためです。この顔料の最も重要な問題は、その高密度による懸濁液での不安定性です。過去10年間、研究者は、中空ナノ粒子TiO2[72]、修飾剤で修飾されたTiO2[62,73]、ポリマーでコーティングされたTiO2[22,43,74]などの解決策を提案することにより、この問題を集中的に解決しようとしました。Comiskeyらは、尿素とホルムアルデヒドのin situ重合法で調製された青色の流体に分散された白色粒子を含むE Inkマイクロカプセルを初めて報告しました。反射と高い色の純度には、比重が4.2の二酸化チタンが白色粒子として使用されました[75]。ポリエチレンは、比重を減らすために二酸化チタンにコーティングとして使用され、印加電界に応答するための粒子の表面修飾として使用されました。この研究では、応答時間は0.1 sと報告されました。図6（a）に示すように、マイクロカプセル化された電気泳動粒子が反対の電荷を持つ2つの電極の間に配置されている場合、荷電粒子は電流を印加することによって配向され、そうでない場合は反対の電荷を持つ電極に向かって配向されます。この場合、ビューアが上から粒子を見ると、正電極の近くに負電荷を持つ白い背景が表示されます。さらに、部分（b）は、電界に組み込まれた電気泳動マイクロカプセルの元の例の顕微鏡写真を示しています[75]。
Yangらは、Sol-Gel法により、TiO2粒子表面にフローグループグラフトを介してビニルトリエトキシシラン（VTES）で二酸化チタン粒子を修飾しました。TiO2粒子は、コントラストのために暗い環境で優れた特性を持ち、E Inkの製造において白色電気泳動粒子として広く使用されています。ただし、この粒子は高密度であるため、ファンデルワールス引力が不十分であり、凝集、迅速な沈降につながり、電界への応答が遅くなります。したがって、表面修飾に関する広範な研究が行われています。この研究では、FTIR全体の結果により、560および670 cm-1の波長での新しいピークが、VTESのSi-O結合の伸縮振動を表す12,020および1120 cm−1の2つのピークとともに確認されました。したがって、VTESもTiO2表面にグラフトされていることが示されました。修飾された粒子のサイズは、100–200 nmの範囲で、非常に狭い分布で報告されています[37]。最近、シリカナノ粒子の使用が、絶縁特性のプロトタイプで180–191 msの応答時間で報告されています[30]。現在、EPD製品は、260–300 msと1000 msの応答時間とリフレッシュ時間で、16 Gyレベルの白から黒の色を表示できます[5]。白色顔料は商品化されていますが、電界への空間的に高速な応答特性を改善する必要がまだあります。
フルカラーディスプレイは、白黒EPDの各画像要素を分割し、RGB（赤、緑、青）およびCMY（青、赤、黄）アレイとして水平カラーフィルターを配置することによって開発できます[76]。ただし、カラーフィルターは大量の反射光を吸収するため、コントラストと輝度が低下します。最近、研究は、カラーディスプレイ用の三色電気泳動粒子（CEPD）の調製に焦点を当てています。カプセル化された染料と修飾された顔料は、電気泳動粒子の合成に使用されます。着色インクの調製は、ポリスチレン、ポリ（Nビニルピロリドン）、ポリ（メタクリル酸メチル）、およびその他のいくつかの共重合体などのポリマーに着色材料を配置することによって得られました[23,24]。ただし、低視認性と光安定性の低さなどのいくつかの欠点により、CEPDでの染料の使用が制限されています。比較すると、超光耐性、より優れた安定性、およびより高い色の強度を備えた有機顔料は、CEPDにより適していることが示されています[77]。CEPDに適用される染料の調製には、次のセクションにリストされている多数の方法が採用されています。
この技術では、マイクロカプセルまたはマイクロピクセルは、絶縁特性デバイスを構成し、シェル壁が主要な材料になります。電気泳動ディスプレイにおけるシェルの重要な役割は、着色粒子と媒体をカプセル化することです。この目的のために、優れた透明性と低レベルの導電性だけでなく、内部の材料との互換性も必要です。もう1つの仕様は、同時に柔軟性を維持しながらの機械的安定性です。したがって、ポリアミン、ポリウレタン、ポリサルホン、ポリエチレン酸、セルロース、ゼラチン、アラビアガムなどの有機ポリマーが最も適切な選択肢と見なされています[32,55,78-87]。選択された材料に応じて、尿素とホルムアルデヒドのin situ重合により尿素-ホルムアルデヒド樹脂を形成する[3,28,82,88]、ゼラチンとアラビアガムの複合凝固により複合フィルムを形成するなど、マイクロカプセルの製造にさまざまな方法が採用されています[79,89,90]。
電気泳動ディスプレイデバイスのマイクロカプセル内には、液体媒体中の着色粒子の懸濁液があります。これらのデバイスの主要な要件に基づいて、媒体は、熱的および化学的安定性、適切な絶縁特性（誘電率が2より大きい）、粒子とほぼ同一の反射率と密度、および最後に環境に優しい性質など、いくつかの特別な仕様を表す必要があります。アルキレン、芳香族/脂肪族炭化水素、オキソシランなどのさまざまな単一有機溶媒または配合溶媒の適用は、上記の要件を満たすことができます[57,71,79,91,92]。最も広く使用されている方法の1つは、2-フェニルブタン-テトラクロロエチレン、イソパーL-テトラクロロエチレン、およびn-ヘキサン-テトラクロロエチレンの配合です。高密度および低密度のフッ素化溶媒と炭化水素を混合することは、密度の適切な調整のための一般的な方法です。表1は、EPDアプリケーションで使用されるいくつかの溶媒を示しています。[26]