彩色电子纸

目录1.电子纸简介............................................................................................................-2-2.电子纸发展............................................................................................................-3-3.电子纸特点............................................................................................................-5-4.电子纸的应用........................................................................................................-6-5.电子纸的未来........................................................................................................-9-6.写在最后..............................................................................................................-11--2-1.电子纸简介两千多年前我们的祖先发明了造纸术，此后纸张就一直是人们用于记录、传播和交流信息最重要的一种媒介；但纸张上印刷的内容一旦成型便不能更改，而现代电子显示技术的发展让大家看到了电子显示介质在“信息可刷新特性”方面明显优于传统纸张的事实。其实早在30多年前就有科学家提出了“电子纸”的概念，时至今日，电子纸技术已有了长足的发展，并在很多领域开始得到应用。从目前的趋势来看，也许在不久的将来电子纸就会融入大家的工作、学习和生活当中……电子纸的学名叫做ElectronicPaper(简称E-Paper)，也称数字纸(DigitalPaper)、类纸显示器(Paper-LikeDisplay)，是一种视觉效果与纸张相似的电子显示装置，具有易于阅读、便于携带和低功耗等特性。采用柔性基板材料制造出来的柔性电子纸，能够像纸张一样轻薄、可卷绕或折叠以便于携带。目前柔性电子纸可采用塑料、薄型金属和超薄玻璃基板等。柔性电子纸在整体结构上一般可分为“前板”(FrontPlane)和“后板”(BackPlane)两部分，前板主要指电子纸外层的显示介质部分，后板则主要是指电子纸的驱动电路部分。电子纸目前最主要的一种应用是电子书阅读器(E-BookReader)，这是一种以电子纸为核心部件的便携式电子设备，用于阅读电子图书报刊。电子纸还可广泛用于广告牌、信用卡、会员卡、钟表、电子标签、各种指示器、医疗器械以及数码相框、手机等便携式消费产品；此外，电子纸目前的市场定位虽不是要取代液晶显示器，但随着高亮度、高分辨率和高响应速度全彩色电子纸技术的发展，其应用将很有可能会扩展到电脑显示器、电视机等更庞大的应用领域。显然，巨大的商机正在推动着电子纸技术更快速的发展，电子纸技术的发展速度和应用范围也许比人们原来预想的要快得多和宽得多。-3-2.电子纸发展最早的电子纸被称为“Gyricon”，诞生于1970年声名显赫的施乐paloalto研究中心(简称PARC)——这里可是激光打印机、面向对象编程技术、计算机图形界面等众多影响20世纪历史发展进程的重大技术的诞生地。在2000年新世纪到来的时候，PARC发布了Gyricon的样品，宣告这项新显示技术全面进入市场。Gyricon颠覆了电子显示领域几十年来的固有特点——自发光，在环境光线不足的条件下，Gyricon和一般报纸杂志一样不易观看；但是在明亮的环境中，Gyricon带来了报纸般的清晰、广视角的阅读体验，讨好阅读者的眼睛。由于仅在需要改变显示内容的时候才需要加电，Gyricon能够最大限度的做到省电。遗憾的是，施乐公司和PARC研究中心因为一段时间高层管理者的短视，始终将全部精力放在复印机的研发和推广上，其它在现在看来如日中天的技术渐渐被束之高阁。Gyricon也因为得不到有力的支持被长期放在公司的实验室里，直到上世纪末才重启开发进程，严重影响了Gyricon技术的发展，很多问题直到现在仍没有很好解决。◇显示画面不够细腻。Gyricon显示会受带电小球旋转的约束——如果胶片中小球排列太疏，那么最终画面连续性和对比度将会下降；而小球又不能排列太紧密，以免影响正常旋转。与此同时，如果小球尺寸太大，显示画面难免有颗粒感；而缩小小球尺寸又受到微细加工水平的限制，无法快速取得突破。◇响应时间太长。Gyricon变化颜色依靠加电使带电双色小球旋转，对比液晶材料使微小的液晶分子旋转需要几毫秒，而要靠电压转动100微米固态小球耗费时间更长——超过100毫秒，也就是说你看到Gyricon在切换时的渐变特征并不是什么“特效”，而是实实在在的“慢”。由于以上种种，Gyricon的市场推广并不成功。反倒是在Gyricon技术原理的启发下，又诞生了很多同类技术，在快速改进性能和降低成本后已经进入大众市场，这其中最有名的当属E-Ink公司的E-Ink(电子墨水)技术。E-Ink技术和Gyricon最大的区别就是放弃了可旋转小球的设计理念，转而在硅胶片中内置了上百万的微型胶囊。每个微型胶囊中充满透明润滑液体，并包含了无数纳米级的黑白小颗粒；黑色的颗粒带负电，白色的颗粒带正电。当施加电场的时候，黑色的颗粒聚集到胶-4-囊表面，而白色颗粒聚集到胶囊底部。这样整个胶片看上去也能呈现出文字或者图案来。为了解决传统E-Ink电子纸只能显示黑白两种颜色的尴尬，E-Ink公司与专业的滤色片厂商Toppan公司合作开发了滤色片彩色E-Ink电子纸并展示过其试验样机。这种方案一经问世便受到一些后板厂商的青睐，例如HP采用可有效降低生产成本的“自对准压印光刻”(SAIL)工艺、三星采用新型“碳纳米管”(CNTs)电路后板、LGPhilips采用薄膜电路后板开发的滤色片彩色E-Ink电子纸，都已展示过样机。另外，Bridgestone也展示过滤色片型QR-LPD彩色电子纸。目前，液晶显示器已成为主流的显示设备，但并不具备电子纸所需的双稳态、反射显示的特性。目前，已经开发出来的采用反射式液晶材料的电子纸技术，主要有如下几种。◇胆甾型液晶显示技术◇向列型液晶显示(NematicLiquidCrystalDisplay，NLCD)技术◇双稳态液晶显示(BistableLiquidCrystalDisplay，BLCD)技术其中，向列型液晶和双稳态液晶电子纸都需要采用滤色片实现彩色显示，所以这里主要介绍胆甾型液晶彩色电子纸技术。电泳显示(ElectrophoreticDisplay，EPD)即利用电泳原理实现光反射式的双稳态显示成像。电泳(也称“电泳动”)是指在电场的作用下，带正、负电的粒子分别移向电场两极的运动现象。目前开发出来的EPD主要有下面几种。•E-Ink的微胶囊(Microcapsule)电泳技术／商用名为“电子墨水”(ElectronicInk，E-Ink)•SiPix的微杯(MicroCup)电泳技术•Xerox的扭转球(Gyricon)电泳技术•Bridgestone的快速响应流体粉(Quick-ResponseLiquidPowderDisplay，QR-LPD)技术•Philips的横向电泳(In-PlaneElectrophoreticDisplay，IP-EPD)技术•Zikon的逆乳液电泳(ReverseEmulsionElectrophoreticDisplay，REED)技术利用疏水材料的疏水性能可在外加电场的控制下发生改变，从而使疏水材料与水之间的接触面产生张力和形态的变化，也能实现反射型的彩色显示，基于这种原理的电子纸技术主要有下面几种。•电润湿显示(ElectrowettingDisplay，EWD)技术•电流体显示(ElectrofluidicDisplay，EFD)技术•水滴驱动显示(DropletDrivenDisplay，DDD／D3)技术其中，EWD和EFD能够直接实现彩色显示但目前尚不具备双稳态特性，而具有双稳-5-态特性的D3技术只能实现灰度显示。目前，除了电泳、反射式液晶和电湿润这3种最主要的电子纸显示技术之外，还有很多公司和机构在致力于开发各种采用新型像素材料和特殊结构的反射型彩色显示电子纸技术，其中比较成功的有下面这3种技术。•Qualcomm的干涉测量调制(InterferometricModulator，IMOD)技术•Opalux的光子晶体显示(PhotonicCrystalDisplay，PCD)技术／商用名为“光子墨水”(PhotonicInk，P-Ink)•Acreo等开发的电致变色显示(ElectrochromicDisplay，ECD)技术◆Qualcomm的干涉测量调制技术3.电子纸特点◇反射型显示材料与更高的易读性如果大家现在拿着一本《微型计算机》，它能带来全然不同于液晶显示器的舒适的视觉感受，这是为什么呢？我们能够看到纸上的内容是因为它将环境光反射到我们的眼睛里：白色部分反射了大量的环境光；而黑色文字（油墨)则吸收了大量光线，使得文字部分反射光相对非文字部分大量减少，因此在我们眼睛里就形成了“白底黑字”的感觉。纸张的特点是通过反射环境光来显示内容且光反射高达65%，可获得较高的亮度、对比度和可视视角(接近180°)。深究下去就会发现，按照光产生的方式，电子显示介质可以分为两种类型，一种是依靠自身光源显像的“发散型”(例如LCD显示器)，另一种是利用环境光显像的“反射型”(电子纸)。而前面纸张的例子告诉我们，反射型电子显示材料要具有更高的阅读舒适性，而电子纸就是这样一种靠反射光来工作的显示材料。◇便携设备对功耗要求异常敏感现在人们越来越看重便携设备，但是由电池供电的各种便携设备都面临着续航能力的问题，所以要想在这个领域有所作为必然要满足两个条件：低电压与低功耗。也正因如此，电子纸一般都采用功耗非常低的“双稳态显示技术”。所谓的“双稳态显示器件(BistableDisplay)”，就是像素都具有“亮”与“暗”两种稳定显示状-6-态，且在没有外加电压时能保持其显示内容不变。通俗来讲，就是双稳态显示可以在低耗电或“零功耗”的情况下保持或“记忆”显示内容，只在更新显示内容时加载瞬间的驱动电压。◇高亮度、彩色和动态显示亮度和对比度是决定电子纸易读性的关键因素，所以高亮度和高对比度毫无疑问将是电子纸技术发展的一个重点。彩色显示具有更丰富、更逼真的视觉效果，高品质的彩色电子纸无疑具有更强的竞争力和更大的市场需求，众多的厂商和研究机构目前都在争先恐后地努力跨越电子纸彩色化显示的技术难关。动态显示是电子纸获得更广泛应用的前提，所以各种新型电子纸技术都在尽力突破响应速度的瓶颈，以实现动态影像的显示。4.电子纸的应用电子纸产业应用现状2004年Panasonic、Toshiba及Sony等陆续推出采用电子纸(e-Paper)显示技术的电子书(e-Book)等终端产品，以此为标志，2004年就称为电子纸元年。之后，各厂商为扩大电子纸市场及应用面而推出不同应用的电子纸产品，例如电子看板、电子标签等，甚至可挠性、可卷性的电子纸产品亦接着问世。从2005年开始，彩色的电子纸显示器技术发展亦不断加快，目前已有数家厂商开发出了相关的产品表1彩色电子纸显示器技术发展进程时间厂商产品采用技术2005年7月Fujitsu具有图像记忆功能的可弯曲彩色电子纸胆固醇液晶2006年6月Bridgestone实现4,096色显示，像素