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電子紙技術(shù)概述

發(fā)布時(shí)間:2008-10-14

中心論題:

  • 電子紙簡(jiǎn)介。
  • 電子紙的工作原理。
  • 電子紙的廣闊的應(yīng)用空間。
解決方案:
  • 電子墨水技術(shù)實(shí)現(xiàn)大量?jī)?nèi)容的統(tǒng)一平臺(tái)瀏覽。
  • 調(diào)整顆粒內(nèi)的染料和微型粒子的顏色使電子墨水展現(xiàn)色彩和圖案。
  • 膽甾液晶實(shí)現(xiàn)快速顯示。

電子紙技術(shù)概述
電子紙技術(shù)誕生于20世紀(jì)70年代,但真正的繁榮卻是35年后的今天。電子紙最初是為了取代傳統(tǒng)紙張的大量消耗而發(fā)明出來(lái),時(shí)至今日,電子紙的出現(xiàn)對(duì)于傳統(tǒng)紙出版行業(yè)的沖擊正在逐漸體現(xiàn)出來(lái),目前全世界已經(jīng)出現(xiàn)超過(guò)20種電子紙載體出現(xiàn),僅2007年就有8種新的電子紙載體誕生,預(yù)計(jì)2008年這一數(shù)字將接近40種。表1是電子紙市場(chǎng)近年來(lái)的發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)。但是,不要忘記,電子紙的本質(zhì)首先是一種柔性顯示器,在其輕薄柔軟特性背后,涌現(xiàn)的是對(duì)傳統(tǒng)平板顯示產(chǎn)業(yè)更為徹底的沖擊。
 
表1 2004-2010年電子紙市場(chǎng)規(guī)模(資料來(lái)源:富士chimera總研)

電子紙簡(jiǎn)介
電子紙的載體是一張?zhí)厥獾谋∧z片,通過(guò)在膠片上"涂"上的一層帶電的物質(zhì)(電子墨),根據(jù)內(nèi)容的不同進(jìn)行后臺(tái)控制,通過(guò)相應(yīng)的顯示組合以達(dá)到內(nèi)容顯示的目的。電子紙的內(nèi)核就是一個(gè)廣義上的IC,整個(gè)閱讀器則可看作是一個(gè)薄薄的內(nèi)嵌式遙控顯示板。電子墨水就是將帶正、負(fù)電的諸多黑白粒子,密封于微膠囊內(nèi),因施加電場(chǎng)的不同,在監(jiān)視器表面產(chǎn)生不同的聚集,呈現(xiàn)出黑或白的效果。商業(yè)化程度最好的非液晶電子紙技術(shù)是E-Ink的電子墨水技術(shù)(電泳式電子紙)。它的優(yōu)點(diǎn)很多,最主要的是內(nèi)容可重寫,可以隨意對(duì)文字或圖像進(jìn)行更新,從而實(shí)現(xiàn)大量?jī)?nèi)容的統(tǒng)一平臺(tái)瀏覽。同時(shí),非常適合肉眼閱讀,由于對(duì)比度較高,所以文字、圖像清晰,并且無(wú)論從哪個(gè)方向看都沒(méi)有變化,閱讀舒適輕松。省電也是電子紙的一大特性,文字刷新以后,會(huì)長(zhǎng)期停留在屏幕上,閱讀的時(shí)候電池可以取掉。換句話說(shuō),閱讀的時(shí)候不耗電,只有在翻頁(yè)刷新的時(shí)候才耗電,所以電池壽命會(huì)很長(zhǎng)。因薄膜重量輕,電子紙還可以適度折疊、卷曲,重量輕,攜帶方便。

還有一種形態(tài)的電子紙是攜帶方便的薄膜顯示板,即“紙型”柔性液晶顯示器,該方式是利用施加電壓后分子排列被改變的液晶的性質(zhì),通過(guò)調(diào)整透光率及改變光線的方向來(lái)表達(dá)反差。電子紙液晶顯示器的制作思路是,將液晶板與寫入圖像的裝置部分相分離以實(shí)現(xiàn)薄型化和輕量化,并能卷曲,做成像紙一樣的東西。寫入可利用施加光、熱、表面電荷等各種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。相對(duì)其他以非液晶技術(shù)實(shí)現(xiàn)的電子紙,這類產(chǎn)品在成本上略顯劣勢(shì)。它的主要特征是視讀狀況比較好,即使長(zhǎng)時(shí)間凝視也不會(huì)使眼睛感覺(jué)疲勞,可以在表面上進(jìn)行光感的調(diào)整、加工。內(nèi)裝有CPU和半導(dǎo)體存儲(chǔ)器,裝置便于攜帶,使用簡(jiǎn)單,只需按鈕便可讀取電子文書或電子圖書。而且期望與網(wǎng)絡(luò)掛鉤,做到隨意存取。 電子紙集束而制成的電子筆記本能供數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的存取,并可以借助記錄來(lái)存儲(chǔ)信息,因?yàn)殡娮蛹埦哂兄T如上述的作用和利用價(jià)值,所以容易被使用者接受。

電子紙工作原理
目前,世界上主流的電子墨水技術(shù)有5種,它們分別是微膠囊電泳、雙色擰轉(zhuǎn)球(bichromal)、膽甾型液晶(ChLCD)、電濕技術(shù)和電致變色技術(shù)。其中,E-Ink公司的電泳技術(shù)比較成熟,應(yīng)用相對(duì)廣泛。

E-Ink的電子紙由電子墨水及兩片基板所組成:第一部分是電子墨水,有時(shí)被稱為“前基板(front plane)”;二是使電子墨水生成文本和圖像所需要的電子設(shè)備組合,包括控制部分和顯示部分,被稱為“背基板(backplane)”。背基板上面涂有由無(wú)數(shù)微小的透明顆粒組成的電子墨水,顆粒直徑只有人的頭發(fā)絲的一半大小。電子墨水是一種加工成薄膜狀的專用材料,與電子顯示設(shè)備結(jié)合在一起使用,是化學(xué)、物理學(xué)和電子技術(shù)的綜合應(yīng)用。電子墨水由數(shù)百萬(wàn)個(gè)尺寸極小的微膠囊構(gòu)成,直徑與頭發(fā)絲相當(dāng)。每一個(gè)微膠囊中含有帶正電荷的白色粒子和帶負(fù)電荷的黑色粒子,它們懸浮在清潔的液體中。 如圖1所示,電子墨水薄膜的頂部是一層透明材料,作為電極端使用;底部是電子墨水的另一個(gè)電極,微膠囊夾在這兩個(gè)電極間。微膠囊受負(fù)電場(chǎng)作用時(shí),白色顆粒帶正電荷而移動(dòng)到微膠囊頂部,相應(yīng)位置顯示為白色;黑色顆粒由于帶負(fù)電荷而在電場(chǎng)力作用下到達(dá)微膠囊底部,使用者不能看到黑色。如果電場(chǎng)的作用方向相反,則顯示效果也相反,即黑色顯示,白色隱藏??梢?,只要改變電場(chǎng)作用方向就能在顯示黑色和白色間切換,白色部位對(duì)應(yīng)于紙張的未著墨部分,而黑色則對(duì)應(yīng)著紙張上的印刷圖文部分。

圖1 電泳電子墨水工作原理
當(dāng)這種電子墨水被涂到紙、布或其他平面物體上后,人們只要適當(dāng)?shù)貙?duì)它予以電擊,就能使數(shù)以億計(jì)的顆粒變幻顏色,從而根據(jù)人們的設(shè)定不斷地改變所顯現(xiàn)的圖案和文字。只要調(diào)整顆粒內(nèi)的染料和微型粒子的顏色,便能夠使電子墨水展現(xiàn)色彩和圖案來(lái)。該方式是利用在電壓下能夠改變黑白狀態(tài)的微膠囊來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像顯示的。微膠囊中帶電的白色氧化鈦顆粒和黑色碳粉粒子在電壓下上下移動(dòng),從而繪制出黑白圖像。其特點(diǎn)是在反差、明亮度視覺(jué)等方面較理想,耗電低,重量輕而容易使其薄型化,形狀自由等。此外,有的產(chǎn)品是利用帶電色粉的電泳現(xiàn)象,通過(guò)加大色粉的密集度來(lái)提高黑白反差的。

以電泳為基礎(chǔ)的電子墨水在亮度和分辨率方面優(yōu)于雙色擰轉(zhuǎn)球?yàn)榛A(chǔ)的電子墨水,但兩種技術(shù)都是單色性的。為了創(chuàng)造顏色電子墨水,E-Ink公司攜手日本凸版印刷公司,生產(chǎn)彩色濾光片。電泳電子墨水另一個(gè)缺點(diǎn)是它的低刷新率,不適合展示動(dòng)畫或視頻。因?yàn)樵诶L制一個(gè)新的文本或圖像時(shí),它需要一定的時(shí)間將粒子從一個(gè)微囊向?qū)Ψ揭苿?dòng),這就會(huì)創(chuàng)造了一個(gè)閃爍的畫面,從而影響連續(xù)的顯示效果。一個(gè)徹底解決這些問(wèn)題的方案稱為膽甾液晶(ChLCD),即“紙型”柔性液晶顯示器。該技術(shù)基于液晶顯示器(LCD)技術(shù),工作時(shí)電流以螺旋形液晶分子方式可以快速?gòu)拇怪钡剿轿恢?,從而?shí)現(xiàn)快速顯示。目前,包括IBM、飛利浦以及惠普和富士通在內(nèi)的多家公司共同致力于基于此技術(shù)的設(shè)備開發(fā)。雖然其他潛在的技術(shù)也在開發(fā)先進(jìn)的彩色電子紙,如光子晶體(P-ink),但許多分析家認(rèn)為,ChLCD技術(shù)可能成為占主導(dǎo)地位的電子紙技術(shù)的下一個(gè)十年。一方面,有相當(dāng)成熟的LCD產(chǎn)業(yè)作為技術(shù)支撐,另一方面,ChLCD技術(shù)滿足電子紙最理想的功能需求,如彈性甚至可折疊性、大約0.8mm的超薄厚度、出色的顯示亮度和對(duì)比度、雙穩(wěn)定性,維持圖像不需要電源,只需很少能量就可以改變顯示內(nèi)容以及生動(dòng)的色彩和體面的刷新率能顯示動(dòng)畫和甚至可能是視頻,如圖2所示。

廣闊的應(yīng)用空間
E-Ink公司開發(fā)了RadioPaper技術(shù),含義為無(wú)須導(dǎo)線就能使用,在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)均能在各種通訊技術(shù)的支持下方便地實(shí)現(xiàn)信息交換和顯示。其目前有兩種電子油墨顯示器結(jié)構(gòu),第一種稱為復(fù)合結(jié)構(gòu),總厚度在0.9mm左右,部分地借用了液晶顯示單元的結(jié)構(gòu)形式,為第一代電子油墨顯示屏所采用;第二種結(jié)構(gòu)是形成可彎曲顯示器或電子紙的基礎(chǔ),放棄了用玻璃作為后面板,厚度小于0.5mm?;陔娮佑湍上窦夹g(shù)的顯示產(chǎn)品分成兩個(gè)主要平臺(tái),其中高分辨率、主動(dòng)型矩陣顯示器適合于電子書等應(yīng)用領(lǐng)域,對(duì)顯示質(zhì)量要求高;低、中等分辨率產(chǎn)品使用分組顯示技術(shù)。初期電子油墨顯示產(chǎn)品僅提供2位灰色顯示能力,緊接著出現(xiàn)4位灰度顯示設(shè)備。目前,E-Ink及其合作伙伴正致力于開發(fā)下一代電子油墨顯示器產(chǎn)品,目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域是電子紙產(chǎn)品,主導(dǎo)方向?yàn)榭蓮澢牟噬@示器和IC卡,并計(jì)劃開發(fā)顯示速度更快的視頻顯示器。

2007年,已經(jīng)有超過(guò)20種電子報(bào)紙、電子書和電子播放器產(chǎn)品面世。不僅如此,電子紙作為一種新興顯示屏技術(shù),還在其他領(lǐng)域獲得意想不到的應(yīng)用。日本精工鐘表推出表盤使用電子紙的手表“精工SPECTRUM”。沿著手鐲狀的曲線,彎曲配置尺寸為25.6mm×78.5mm的電子紙。摩托羅拉則在其最新Razer系列的手機(jī)上實(shí)現(xiàn)了用電子紙代替顯示屏,從而將手機(jī)的超薄特性發(fā)揮到了極致。在機(jī)場(chǎng)和其他公眾場(chǎng)所,電子紙將很有可能取代傳統(tǒng)的顯示設(shè)備,成為公眾信息和戶外廣告新的搭載平臺(tái)。

由電子紙顯示器近年來(lái)的商品化發(fā)展歷程,可發(fā)現(xiàn)其已由個(gè)人應(yīng)用產(chǎn)品(如電子書籍)擴(kuò)展到商業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品(如電子紙廣告廣告牌),再加上電子紙顯示器相關(guān)廠商亦積極地朝向彩色化、大型化、可撓式基板等方向進(jìn)行技術(shù)開發(fā),并且也已獲致突破性的進(jìn)展。電子紙顯示技術(shù)在商品化技術(shù)趨成熟以及廠商更多樣化應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)的推展下,電子紙顯示器將可望由產(chǎn)品生命周期的導(dǎo)入期朝向成長(zhǎng)期階段邁進(jìn)。

預(yù)計(jì)到2012年,就將出現(xiàn)具有即時(shí)通信功能、高存儲(chǔ)容量、可隨時(shí)更新的彩色動(dòng)態(tài)“報(bào)紙”,其成本將控制在100美元左右,并且很有可能采用購(gòu)買內(nèi)容贈(zèng)送播放器的方式。那時(shí)候,電子紙不僅給傳統(tǒng)的出版業(yè)帶來(lái)革命性沖擊,更對(duì)傳統(tǒng)的新聞內(nèi)容服務(wù)產(chǎn)生根本改變!

 

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