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贡献者：donnafan 浏览：7993次 创建时间：2008-06-30
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什么是电子纸
电子纸，也叫数码纸。它是一种超薄、超轻的显示屏，即理解为"象纸一样薄、柔软、可擦写的显示器"。在谈到电子纸时，必然会谈到电子墨。形像地说，电子纸是一张薄胶片，而在胶片上"涂"上的一层带电的物质，这便是电子墨。这也可看作是一个薄薄的内嵌式遥控显示板。它具有以下的特征：
(1)内容的重写。可以任意对文字或图像进行重写、更新，并可浏览到大量内容；
(2)适合肉眼阅读。由于对比度较高，所以文字、图像清晰，并且无论从哪个方向看都没有变化，阅读舒适；
(3)便携性。因薄膜重量轻，方便携带，可适度折叠、卷曲；
(4)即使在断电的情况下，也可以长时间地保持显示，并且使用时非常省电。
书籍和杂志报纸等各种各样的印刷品正在实现数字化，同时作为数字阅览用的终端的开发也正在进行中。这方面存在的问题是，如何使阅览和读书时的感觉与使用纸时的感觉相接近。仅仅是“电子纸”并不能构成显示器，作为必要条件，还包括保证图像部和非图像部的反差即易读性，能够消除或者改写原有图文，图像写入以及保存的低能耗等。
这类产品被称作“电子纸”、“数字纸”或者“类纸显示器”，目标是制成一种形似于纸的产品。其研究从两方面进行，一是把显示器做得像纸一样的东西即“液晶方式”或“电泳方式”的电子显示屏，另一种是把纸做得像显示器那样可改换内容的东西即“可重写纸”。
1.液晶方式
该方式是利用施加电压后分子排列被改变的液晶的性质，通过调整透光率及改变光线的方向来表达反差，笔记本电脑等产品上的液晶显示器已为我们所熟知。电子纸液晶显示器的制作思路是，将液晶板与写入图像的装置部分相分离以实现薄型化和轻量化，并能卷曲，做成像纸一样的东西。写入可利用施加光、热、表面电荷等各种方法来实现。
2.电泳方式
该方式是利用在电压下能够改变黑白状态的微胶囊来实现图像显示的。微胶囊中带电的白色氧化钛颗粒和黑色碳粉粒子在电压下上下移动，从而绘制出黑白图像。其特点是在反差、明亮度视觉等方面较理想，耗电低，重量轻而容易使其薄型化，形状自由等。此外，有的产品是利用带电色粉的电泳现象，通过加大色粉的密集度来提高黑白反差的。
3.可再写纸
利用传真纸等产品常用的感热记录技术制成，使用了在特定温度下呈色或者消色的染料，从而实现图文的改写。无论从视觉还是从使用感来说，该产品几乎与普通纸没有什么两样，这种改写技术已经应用在电器超市的点卡以及电车的月票等方面。
４.阅读终端
读书专用终端已经进入了实用阶段。各公司已经开始销售作为阅读数字化的图书、杂志等资料的设备——读书专用终端，其中有的就是采用了微胶囊型电泳显示器的产品。例如SONY做的LIBRIE。由于不改写画面时不会耗电，使用四只市场销售的碱性电池，即可翻阅10000页的书，分辨率达170ppi，厚度约13mm，重量首次降至200g。此外该机还能发挥数字技术的特点，实现声音再现，有望用于语言学习等方面。现在展示的只有单色产品，价格高达4万日元左右（折合人民币约3000元）。此外，利用像纸一样能弯曲的显示器或RGB滤色器来显示色彩的装置也正在研发之中。今后可以肯定地说，目前纸张印刷品的一部份将被这种电子显示方法所替代。如果这样的话，不仅现有的印刷品的制作可被替代，而且利用相同的数据来制作并提供电子信息内容等方面的服务也将成为必要。
电子纸和电子墨的研究开发，至今已走过了20多个年头。在20世纪70年代，日本松下公司首先发表了电泳显示技术，施乐公司当时也已开始研究，然而最初研究出的普通电泳由于存在显示寿命短、不稳定、彩色化困难等诸多缺点，实验曾一度中断。20世纪末，美国E-Ink公司（它是由朗讯公司，摩托罗拉公司以及数家风险投资公司为了开发电子纸于1997年成立的企业）利用电泳技术发明了电泳油墨（又称电子墨水），极大地促进了该技术的发展。目前，索尼、施乐、柯达、3M、东芝、摩托罗拉、佳能、爱普生、理光、IBM等国际著名公司都在涉足电子纸。·电子纸的研究历史 Top
电子纸和电子墨的研究与发展，基本上可分为：
·1975年，施乐的PARC研究员Nick Sheridon率先提出电子纸和电子墨的概念。
·1996年4月，MIT的贝尔实验室成功制造出电子纸的原型。
·1997年4月, E-Ink成立，并全力研究把电子纸商品化。1999年5月，E-Ink推出名为Immedia的用于户外广告的电子纸。
·2000年11月，美国E-Ink和朗讯科技公司(Lucent Technologies)正式宣布已开发成功第一张可卷曲的电子纸和电子墨。
·2001年5月，E-Ink与ToppanPrinting合作，宣布利用Toppan的滤镜技术，生产彩色电子纸。
·2001年6月，E-Ink再宣布推出"Ink-h-Motion"技术，电子纸上可显示活动影像。同时，美国的大型百货公司Macy宣布，店内的广告牌采用Smart Paper。
·2002年3月召开的东京的国际书展上，出现了第一张彩色电子纸。
电子油墨是一种加工成薄膜状的专用材料，与电子显示设备结合在一起使用，是化学、物理学和电子技术的综合应用。电子油墨由数百万个尺寸极小的微胶囊构成，直径与头发丝相当。每一个微胶囊中含有白色和黑色颗粒，分别带有正电荷和负电荷，它们悬浮在清洁的液体中。·电子纸工作原理 Top
电子油墨薄膜的顶部是一层透明材料，作为电极端使用；底部是电子油墨的另一个电极，微胶囊夹在这两个电极间。微胶囊受负电场作用时，白色颗粒带正电荷而移动到微胶囊顶部，相应位置显示为白色；黑色颗粒由于带负电荷而在电场力作用下到达微胶囊底部，使用者不能看到黑色。如果电场的作用方向相反，则显示效果也相反，即黑色显示，白色隐藏。可见，只要改变电场作用方向就能在显示黑色和白色间切换，白色部位对应于纸张的未着墨部分，而黑色则对应着纸张上的印刷图文部分。
目前，电子纸一般有两种形态。第一种形态，与现在使用的纸类似，是一种可将文字和图像反复多次重写的"纸"。采用目前的非击打式打印机印制硬拷贝一样的用法来使用再写入"纸"。只要对打印机供给这种"纸"，打印机会先抹去全部原有信息，然后再将信息写入。使用者根本感觉不出图像已被抹掉，而像往常的纸一样地使用。第二种形态，是携带方便的薄膜显示板，希望做到即使长时间盯着也不使眼睛感觉疲劳的反射型显示，内装着ＣＰＵ和半导体存储器，只需按下按钮便可读取若干的电子文书和电子图书。而且期望与网络挂钩，做到随意存取。·电子纸的特性 Top
(1)显示、记录装置分离型。由可重写的显示层和基材层构成，跟抹去记录用的打印机相组合使用。为抹去记录，备有热敏头、离子流、针电极、液晶板等。
(2)显示、记录部分一体型。即显示层和控制薄膜一体化的薄膜显示板。现时所见的电子纸，都是用塑膜制成。这层胶片很薄，而且可以卷曲。Gyricon生产的SmartPaper，厚度约为0.25mm。
2007年3月，日本千叶大学开发出厚度只有0.1mm的电子纸。这种电子纸的原理其实很简单，只是两层用氧化铟锡聚酯做透明涂层的薄膜，上面的化学成分作为连续电极。薄膜之间夹有无数黑色、白色微粒，白色部分为氟化碳，黑色部分类似复印机用的墨粉。在薄膜带负电的部分，带正电的黑粒被吸附上去时呈现黑色；而在薄膜带正电的部分，因吸引带负电的氟化碳而变成白色。另据报道，目前已研究出更薄的电子纸，即利用塑料半导体芯片来生产聚合物显示器。这种材料的选取相对简单和便宜，通常使用绝缘塑料。
电子纸与普通纸和一般电子显示器相比，它的特性主要为：首先，与普通纸相比，普通纸上加载的信息是不可更新的。此外，传统纸张印刷周期长，传递速度慢，这对于当今日新月异的科学发展和瞬间万变的信息时代来说，明显是滞后的，而电子纸在这些方面却具有突出的优势，如它的可变性，可藉电子墨水的排列形状转变而变化图文，因此电子纸可以循环利用，符合环保的原则，对于内容的更新更是一点即变，符合时代要求。传统纸张的制造消耗大量自然资源，包括水和木浆等等，在制造中对环境带来的负面影响是众所周知的。
至于传统纸张印刷的优点，如符合人类视觉生理习惯；阅读无视角限制；使用成本低，在阅读和保存纸上信息时，不再消耗其他能源，轻薄柔软，可折叠，卷曲，便于携带等，电子纸虽不能百分之百达到，但已基本实现。例如电子纸在易读性方面，因显示亮度达到反射型彩色LCD的3～6倍，更加便于阅读；在偏暗处以及日光直射的地方也可以浏览；无论从哪个角度都可以阅读；可以减轻眼睛的疲劳；即使在关闭显示器的电源以后，仍然可以显示画面，这种性能又称为双稳态，通常使用时不需要打开背景灯，标准耗电量不及目前笔记本电脑显示器的1/1000。
E-Ink公司开发了RadioPaper技术，含义为无须导线就能使用，在任何时候、任何地点均能在各种通讯技术的支持下方便地实现信息交换和显示。其目前有两种电子油墨显示器结构，第一种称为复合结构，总厚度在0.9mm左右，部分地借用了液晶显示单元的结构形式，为第一代电子油墨显示屏所采用；第二种结构是形成可弯曲显示器或电子纸的基础，放弃了用玻璃作为后面板，厚度小于0.5mm。·电子纸结构与应用举例 Top
TFT（薄膜三极管）液晶显示单元、第一代电子油墨显示器和可弯曲电子油墨显示器的结构上有差异。可以看到，液晶显示单元以液晶薄层为中心向顶面和底面展开，液晶薄层的上、下两层玻璃分别称为前面板和后面板，厚度在0.7mm左右。此外，还需要两层偏振薄膜，安排在前、后面板的表面，厚度约0.25mm。这样，液晶显示单元的总厚度至少也得2mm。通常，为了加强显示器的光学性能，液晶显示单元还需要附加薄膜，就更厚、更重。
基于电子油墨成像技术的显示产品分成两个主要平台，其中高分辨率、主动型矩阵显示器适合于电子书等应用领域，对显示质量要求高；低、中等分辨率产品使用分组显示技术。初期电子油墨显示产品仅提供2位灰色显示能力，紧接着出现4位灰度显示设备。目前，E-Ink及其合作伙伴正致力于开发下一代电子油墨显示器产品，目标应用领域是电子纸产品，主导方向为可弯曲的彩色显示器和IC卡，并计划开发显示速度更快的视频显示器。
电子纸的应用前景
从目前开发出的电子纸应用范围来看，电子纸的用途主要有如下几个方面。
(1)显示器
据报道，英国剑桥显示科技(CDT)实验室经过改进，已制造出一种发光塑胶化合物，利用这种材料，可以制造出和纸一样薄，并且可以卷曲的电视机显示屏。这种化合物材料可印制在很薄的塑胶上，可以推测，未来的电视机将是"印刷"出来的。据专家预测，今后5年之内人们就可以在市场上看到这种高新技术的电视机。此外，该材料还可用于各种便携式显示设备，如制造手表型电视机显示器等。
如今施乐旗下的Gricon Media公司已成功地研制出可多次重复使用的电子纸。它是一种非常有用的电子纸，由施乐的Palo Alto研究中心开发并拥有专利。这种像纸那样薄价格又不贵的电子纸与电子技术结合后，能象电脑屏幕那样显示变化的文字和图像并能使用数千次。用于网络和可重复使用的零售显示牌等领域，通过点击鼠标就能更新显示内容。可用在超市、百货商场及其它零售场所的显示牌上。与普通纸不同，它以电子方式擦写。虽然预计这种电子纸要比普通纸贵一些，但可以使用数千次。这种材料在信息显示应用方面有很大潜力，包括数字化书刊、低功耗便携显示器、挂壁式显示器及可折叠的显示器等。此外，佳能公司最近推出一种电子纸显示器，它不仅易于携带，可以与其它设备进行良好的兼容，并且分辨率高达200dpi。他们认为这种显示器的一个重要潜在应用领域是教育。
(2)万能书
据报道，麻省理工学院的媒体实验室和加州的施乐公司正在开发电子纸"魔杖"版本。其外形如同一枝铅笔，内部装有记忆芯片和电子接触器，当"魔杖"在电子纸表面滑动时，其记忆芯片就将获取的信息转化成像素。若与电脑相连，则成为快速传输信息的工具。专家们估计，记忆芯片将越做越小，信息储存量将更加庞大，有朝一日，一本电子书将能储存下35000本普通书的内容，几乎超过一个人一辈子能读的书。据专家预测，20年后在我们常见的书架上也许就没有现在这样琳琅满目的图书，而只需放几本、几十本电子书就已足矣。目前国外有将诸如电子书等用于教育领域，大大减轻了学生的书包重量，他们只需带一两本电子书，它不仅包含了全部的课本、课外练习之类的书本内容，还含有许多教学参考书之类的东西，图文并茂、生动活泼，可大大激发学生的学习兴趣。
(3)书写
使用"电笔"，就可以在电子纸上书写，也许有朝一日，教学上都要使用它。可以想象，当用电子纸做成教室内的"黑板"，再配上这种书写的"电笔"，则这块"黑板"就不仅是可以随意书写的对象了，而且包含着诸如辞典、网络上的许多资料、信息等，并且显示的并非不动的字符，而是图文并茂、生动活泼的动画图像。电子纸将来在教育领域必将有着广阔的应用前景。
(4)其它方面的应用
电子壁纸。这种壁纸可以根据人们的各种喜好、不同季节、不同时间、不同温度及各种活动内容，随时挑选设定并改变画面，使壁纸面貌常新。
再如，用这种电子纸制成的报纸，可以利用房内的灯光作为它的能源，接收多种新闻、信息等，并且可以随时随地更新这些内容，这将是一份永远不会过时的报纸。
(5)电子报纸
IBM公司对电子报纸的最新研究成果。这种电子报纸把16个版面的内容集成在一本书中，这本书实际上是一些具有双面、能卷曲的、有提示信息的屏幕,这种电子报纸可以从因特网上下载文字、图形和图片。
可见，开发商和制造商都在寻找一种能够取代纸张的可卷曲屏幕或者具有存储能力可被重写的具有纸张一样外形的物质。为此，人们做出了大量研究以开发出一种“纸样”材料，这种材料的外形像纸张一样，但是可以通过电子信号来显示文本、图片和图像信息，而且这种材料也需具有一定的存储空间，这就意味它们将具有不需要网络或能量的支持，允许多次使用（如可擦写、再成像等）等特点。
电子纸的主要性能优点可归纳如下。·电子纸的优点 Top
1. 可阅读性
现有显示技术分为发射型和反射型两大类，前者的例子有阴极射线管显示器、等离子体显示器和发光二极管等，而液晶显示器和旋转球显示器等属于后者，背景光是使用反射型显示器的前提。
电子显示产品的可阅读性大多用亮度和对比度两大技术指标衡量。反射型显示器的亮度决定于环境照明和显示器在白色状态下的反射率；对比度定义为显示器白色状态反射率与黑色状态反射率之比，衡量眼睛区分显示结果明暗的能力。
发射型显示器能自己产生光，随着环境照明的加强，显示内容变得逐步模糊，可阅读性急剧下降。与此相反，反射型显示器利用环境光产生图像，亮度随眼睛适应照明条件的改变而变化。此外，由于环境光对反射型显示器明状态和暗状态的影响相同，因而对比度对于环境光的变化不敏感，适合于在不同光照条件下使用。
衡量显示技术优劣的比较基准是油墨/纸张复制工艺，因为纸张是最容易阅读的信息记录材料，适合于不同的光照条件和观看角度。测量结果表明，电子油墨显示器的反射率是液晶显示器的3～6倍，对比度为液晶显示器的2倍；尽管反射率比报纸低，但对比度明显高于报纸。因此，电子油墨显示器的可阅读性比液晶显示设备强得多，与报纸相当。
2. 功率消耗
与液晶显示器相比，电子油墨显示器的功率消耗大大降低，这意味着在其他条件相同的情况下延长了电池使用寿命，或者说可以使用体积更小的电池，降低显示器重量和使用成本。
电子油墨显示器之所以能降低功耗的原因在于：首先，它是完全反射型的，无须背景光，满足阅读书刊的照明条件即可；其次是电子油墨显示器的记忆效应，图像在屏幕上显示后即保持不变，而无须继续供电，除非用户请求开始新一轮的显示。因此，其功率消耗取决于图像显示状态的改变频率，而不是显示同一幅图像的时间长短。
3. 使用功能
电子油墨显示器有优异的使用功能，不仅比液晶显示器薄，而且重量轻、坚固耐用、可弯曲，再加上极低的功率消耗等优点，能生产出超薄的轻质手持显示设备，并由此而带来电子油墨显示器的便携性，而这正是模拟传统油墨/纸张复制工艺组合所必需的，使通过电子油墨技术制备成的电子书具有类似于纸质图书的使用功能。
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