1、目录1.电子纸简介- 3 -2.电子纸发展- 4 -3.电子纸特点- 6 -4.电子纸的应用- 7 -5.电子纸的未来- 11 -6.写在最后- 13 -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
2、叫做Electronic Paper(简称E-Paper)，也称数字纸(Digital Paper)、类纸显示器(Paper-Like Display)，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”(Front Plane)和“后板”(Back Plane)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-Book
3、 Reader)，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。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palo alto研究中心(简称
4、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
5、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
6、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
7、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-In k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
8、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(Nematic Liquid Crystal Display，NLCD)技术 双稳态液晶显示(Bistable Liquid Crystal Display，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(Electrophoretic Display，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
9、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”(Electronic Ink，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-Response Liquid Powder Display，QR-LPD)技术 Philips的横向电泳(In-Plane Electrophoretic Display，IP-EPD)技术 Zikon的逆乳液电泳(Reverse Emulsion Electrophoretic Dis
10、play，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(Electrowetting Display，EWD)技术 电流体显示(Electrofluidic Display，EFD)技术 水滴驱动显示(Droplet Driven Display，DDDD3)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
11、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(Interferometric Modulator，IMOD)技术 Opalux的光子晶体显示(Photonic Crystal Display，PCD)技术商用名为“光子墨水”(Photonic Ink，P-Ink) Acreo等开发的电致变色显示(Electrochromic Display，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
12、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
13、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(Bistable Display)”，就是像素都具有“亮”与“暗”两种稳定显示状态，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
14、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
15、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480384电子粉流体2006年7月日立制作所实现4,096色显示，像素512384电子粉流体2006年10月E-Ink各色16阶共4,096色显示和各色4阶共64色显示，像素400300电气泳动2007年3月Fujitsu彩色电子纸显示屏幕的平版装置FLEPia
16、 Portable Tablet胆固醇液晶2007年5月LG.Philips4,096色A4规格的可弯曲彩色电子纸显示面板在金属薄片上排列薄膜晶体管的基层2007年5月Samsung14.3英寸可挠式彩色电子纸2007年5月Bridgestone亮度增至原开发品2倍的A4彩色电子纸电子粉流体数据来源：SIECC，2007/12继2006年SonyReader产品在北美热卖后，中国市场亦开始兴起电子阅读器(又称电子书)的需求。2006年底，台商企业宜锐科技，在大陆正式推出STAReBOOK产品。STAReBOOK是采用6寸及E-Ink技术的电子纸显示面板，而中国台湾的元太科技为其唯一的供应商。元
17、太科技目前是全球唯一量产的电子纸显示模组供应厂商，其出货对象包括Sony、宜锐等，其中Sony自2006年第三季度在北美推出电子书产品SonyReader后，由于北美消费者对电子书的接纳度较原先预期高，至今仍供货吃紧。在亚洲地区部分，由于中国与日本读者相当喜欢阅读小说与漫画，甚至有推出小说与漫画内容数字化，即是电子小说与电子漫画。除了使用手机、PDA、电子辞典等阅读其数子化内容之外，电子书便是最佳的阅读应用产品。根据统计，2007年已有超过10家厂商推出采用美商E-Ink电气泳动技术的电子纸产品，在2006年里，美商E-Ink技术产品的产量从几万台增加至几百万台。由此可见，消费者对于电子纸产品
18、接受度越来越高，且数字杂志应用的需求亦会日益增加，再加上Motorola所推出采用E-Ink电子纸技术的低价手机Motofone约有800万支销售量，因此未来电子纸的市场规模预计将会有大幅度地成长。根据统计，电子纸整体市场规模将从2007年大幅成长，2010年将达到5亿美元，至2012年以后将达到10亿美元。由于电子纸具有省电、轻薄、易携带等优点，亦吸引SoftBank集团旗下子公司SoftBank Telecom将分别与Fujitsu和Hitachi，开发出具备WLAN无线网络连线功能的电子纸，并可透过无线网络传输内容资料，作为布告栏、户外显示器等用途，并计划2至3年内实用化上市。图2 20
19、07至2015年的各类电子纸产品应用产品市场规模传统的报纸也有向电子报纸发展的趋势，2006年4月14日，解放日报在全球范围内首次实验推出电子报纸。2006年8月1日，宁波日报报业集团又在国内首次成规模推出实用性的电子报纸宁波播报，宁波播报采用的是飞利浦公司的移动便携式电子阅读器，可以通过使用网卡、WiFi等实现随时的在线或离线阅读。在国外，继解放日报推出电子报后13个小时后，比利时时报也推出电子报纸阅读体验。此外，法国经济报刊Les Echos预计于2007年底将销售可无线传输的小尺寸电子纸阅读器(长12.5cm、宽9cm、厚度1cm)，并计划于2008年开始发行电子报纸，读者透过无线网络传
20、输，每天早上7点到晚上10点可下载共约44页新闻内容。因此在彩色电子纸技术加速商品化及数位内容供应厂商全力支持下，整个电子纸产业进展将只有加速而言。目前电子纸阅读器价格依然偏高，若是采用彩色电子纸技术，其价格将超出现有的单/双色电子纸产品一倍以上，未来若能大幅降低价格，那么将有助于提高消费者的购买意愿。因此Fujitsu Frontech、Bridgestone及美商E-Ink、SiPix等在推动彩色电子纸技术普及化的情况下，仍需客服制程尚未成熟、生产成本高等问题。因此，以下将进一步探讨电子纸显示器技术发展趋势及其市场成长契机。5.电子纸的未来尽管以电子纸技术为主的电子书市场在初期时是十分庞大
21、的，但是未来5至10年后，由于UMPC或其他可携式中小尺寸显示器如AMOLED的显示性能及使用寿命亦将会有大幅度改善，再加上可以显示彩色影像，因此未来电子纸显示技术就需进步至全彩色化显示，这样电子书才能与之抗衡而不会被侵蚀其本身的市场。任何电子纸显示器等终端产品的系统架构大致上可分为显示器模组和运算模组。在电子纸产品的成本结构上仍属电子纸材料所占的比重最高，约占6至7成左右。由于电子纸材料仍掌握在美、日厂商手上，因此终端产品厂商势必需在周边零组件部分努力降低成本，并提高产品附加值，如搭配手写输入的触控面板、彩色显示等。1、电子纸彩色显示技术发展逐渐加快由于单/双色电子纸技术应用范围有限，若欲扩
22、大其应用市场，则就需发展具备彩色显示的电子纸技术。现在部分电子纸技术开发厂商包括E-Ink、Bridgestone、Fujitsu等，正在进行电子纸显示技术彩色化，除此之外，还需进一步提高反射率以及发展可挠性显示器模组等。初期E-Ink的电气泳动式技术与Bridgestone的电子粉流体(OR-LPD)技术均搭配彩色滤光片仅能发展至4,096色，虽然距高对比度、全彩显示仍有一段距离，但其距离正渐渐地缩短；而Fujitsu的胆固醇液晶技术系是采用三原色胆固醇液晶重叠方式，因此较易能够做到高对比度、全彩显示的程度，目前仍是4,096色显示为主。不过，若其显示元件受到触压，则其所显示的图像就会消散，
23、而在电气泳动技术电子粉流体技术方面则不会消散。2、Fujitsu Frontech在电子纸彩色显示技术发展终于结果日前Fujitsu Frontech推出采用胆固醇液晶及塑料基板的彩色电子纸技术的FLEPia，其是由1至16片12寸面板排列而成，并设计应用于宣传广告牌等的多面板显示装置“Super Frontch Vision EP”系列。与其他显示器产品相比，FLEPia产品的厚度只有其他产品厚度的一般都不到，耗电量亦仅为它们的1/10，Fujitsu计划在今年底开始量产出货。FLEPia产品的发表对其他电子纸技术开发厂商带来了不小的压力，主要是因为电子纸即将摆脱黑白单调色彩的印象，消费使用
24、者在电子纸产品市场上也多了另一种选择。虽然各厂商采用E-Ink技术的电子阅读器在市场大卖，但是消费使用者总会觉得有点缺憾，就是现在的电子阅读器仅显示单色文字及灰阶图像。这次Fujitsu推出彩色电子纸产品，无疑将吸引更多消费者去使用电子纸产品，但是目前其价格仍是相当昂贵。3、Bridgestone致力于提高反射率及产品规格标准化Bridgestone在SID 2007发表亮度增至原开发品2倍的A4规格尺寸彩色电子纸，而且是采用其自主开发的电子粉流体技术的电子纸(OR-LPD)。之前的开发品主要是采用LCD面板专用的彩色滤光片，而此次采用Bridgestone自行开发的电子纸专用彩电滤光片，确保
25、了色饱和度，同时亦提高反射率，将亮度提高至原本的2倍。另外，Bridgestone为了正式壮大彩色电子纸事业，计划扩充产品线以及强化供应链体制，因此亦进行其产品规格标准化，并开发出A7、A5、A4、A3共4款不同尺寸的单色电子纸以满足多元化的市场需求。然而，若针对OA或IT应用方面，将会有面板解析度、输出解析度、长宽比、文字大小尺寸以及显示格式等五大因素的考量，由于Bridgestone在电子纸的市场定位并不是取代LCD或OLED显示器，而是取代纸制品，因此所采用的规格主要是比照于纸制品的规格。一般而言，在纸制品的显示格式上，仅有70%以上的面积是用来书写及显示，且长宽比是1.414：1，因此
26、在各种应用场合所需要的显示解析度亦有所不同。表2 ：A4规格的各种解析度之比较解析度(dpi)画面尺寸(mm)输出解析度722972108425951002972101,1698271442972101,6841,1911802972102,1051,4882002972102,3381,6542162972102,5261,7866.写在最后电子纸技术的发展方兴未艾，其所产生的影响，在某种程度上可能不亚于当初的电视机，而电子纸技术彩色化的意义也当与电视技术由黑白到彩色的跨越一样重要。基于电子纸技术的电子书阅读器正在悄然地改变着人们的阅读习惯，也给传统的图书报刊出版带来了新的活力。在可以预见的将来，电子纸技术的快速发展和广泛应用，将与人们生活的方方面面密切相关并进而改变人们的生活。回溯显示器的发展历史，传统液晶技术花了近20年的时光才占领了统治地位，而电子纸张技术在不到十年的时间里就完成了从原始技术积累到商用产品的开发过程，并且被众多分析师认定为：将改变未来平板显示概念的新技术。那么十年后会是什么样呢？也许未来诸多电子设备的设计图会在电子纸张的辅佐下成为现实。- 11 -
