1、电子墨水显示技术原理及实现全彩化的方法1电子墨水显示技术原理及实现全彩化的方法毛瑞雪 10082965摘要:电子墨水是一种革新信息被显示的新方法和技术。像多数传统墨水一样,电子墨水和改变它颜色的线路是可以打印到许多表面,从弯曲塑料、聚脂膜、纸到布。和传统纸差异是电子墨水在通电时改变颜色,并且可以显示变化的图像,象计算器或手机即那样的显示。本文主要介绍了电子墨水显示技术原理及其实现全彩化的方法。关键字:电子墨水,显示技术,全彩化,电子书正文:电子墨水是一种革新信息被显示的新方法和技术。像多数传统墨水一样,电子墨水和改变它颜色的线路是可以打印到许多表面,从弯曲塑料、聚脂膜、纸到布。和传统纸差异是电
2、子墨水在通电时改变颜色,并且可以显示变化的图像,象计算器或手机即那样的显示。电子墨水技术之示意图标注:上层透明电极层透明微胶囊带正电荷的白色颜料带负电荷的黑色颜料透明液体(油)电极像素层基板光线白色黑色电子墨水显示技术原理及实现全彩化的方法2电子墨水E Ink指电子墨水公司E Ink Corporation 1制造的电子纸。该公司成立于 1997 年,建基于美国麻省理工学院媒体实验室MIT Media Lab的研究。电子墨水通常会被制成薄膜,用于电子显示器,尤其用于电子书,如 Sony Reader、 iLiad、 Cybook Gen3、 Amazon Kindle、Logic 的 eRea
3、der 和Polymer Vision 的 Readius 装置。电子墨水具超低耗电量特点。Motorola F3是首部配备电子墨水技术屏幕的移动电话。另外,Samsung Alias 2,显示按键的改变也运用了该技术。北美洲版本的 Esquire,是首份使用电子墨水封面的杂志。电子墨水原理并不复杂。电子纸包设计含两个组成部分,第一个当然是电子墨水,有时候也被称为“前面板”;另一个组成部分相对也被称为背板,主要是用于让电子墨水页生成文字或者图片的电路组件。在电子墨水概念诞生后的很多年中,工程师们开发了很多种制造电子墨水的方法。由 Nick Sheridon在施乐公司开发的 Gyricon 电
4、子墨水诞生于上世纪七十年代,大体上是包含一层微笑的塑料珠子的柔韧的塑料薄板,每一个小珠子都被封装在微小的油囊中,成悬浮状态,这样每一个小珠子在塑 料板中都可以随意的旋转。小珠子的每个半球有不同的颜色和相异的电荷。当背板对珠子施加电场后,小珠子受力转动,这样就形成了双色的图案了。当然 Gyricon 电子墨水也存在限制,亮度相对较低,分辨率难以提高,并且缺少色彩。作为电子墨水技术的鼻祖,Gyricon 电子墨水现在仍旧不断在改进以解决上述问题,但随之而来有越来越多的厂商看好电子墨水的前景,近年来也开发出其它改良型的设计。电子墨水显示技术原理及实现全彩化的方法3这么前景广阔的技术,自然是兵家必争之
5、地,目前已知的开发电子纸张的公司就不下一打有一心一意研发电子纸张的小规模技术型公司,如、 、以及,也有跨国巨型公司如 Sony, IBM, Hewlett-Packard, Philips, Fujitsu, Hitachi, Siemens, Epson 等等,不胜列举。目前基于麻省理工学院媒体实验室的电子纸张技术专利已经被多家厂商进行了商品化,iRex Technologies 以及 Sony 商品化了电子书阅读器。当前阶段大多数基于 技术的电子纸还属于昂贵的奢侈品,比如精工推出的限量版 电子纸手表,要价高达美金,有些不符该项技术的初衷。但是我们必然相信,随着产业规模的扩大和制造技术的不断
6、改良,电子纸张必定会普及到人和我们 所能想到的应用上,基于超薄彩色技术的包装技术,现在正在由西门子开发。该项应用能够动态显示产品价格、需要的时候可以立即更改(他能够国低能耗无线技术,比如无线电频率识别或者实现零响应)。动态显示保质期,该应用可以通过图形化实时显示食物或者药品的保质期。只要制造成本控制下来,传统的纸质印刷的所有应用都是电子纸张技术都能替代,食品包装、药品包装甚至演唱会门票甚至更多!根据制造商的描述,“电子墨水的主要由大量细小微胶囊 microcapsules组成,这些微胶囊约为人类头发直径大小。每个微胶囊中包含悬浮于澄清液体之中的带正电荷的白粒子和带负电荷的黑粒子。设置电场为正时
7、,白粒子向微胶囊顶部移动,因而呈现白色。同时,黑粒子被拉到微胶囊底部,从而隐藏。如施加相反的电场,黑粒子在胶囊顶部出现,因而呈现黑色。”电子墨水屏表面附着很多体积很小的“微胶囊” ,封装了带有负电的黑色颗粒和带有正电的白色颗粒,通过改变电荷使不同颜色的颗粒有序排列,从而呈现出黑白分明的可视化效果,如右图所示。 电子墨水显示技术原理及实现全彩化的方法4省电是电子书的一大特性,文字刷新以后,会长期停留在屏幕上,阅读的时候电池可以取掉。换句话说,电子书在阅读的时候不耗电,只有在翻页刷新的时候才耗电,所以电池寿命会很长。 对肉眼看来电子墨水像一瓶普通墨水,但悬浮在电子墨水液体中有几百万个细小的微胶囊。
8、每个胶囊内部是染料和颜料芯片的混合物,这些细小的芯片可以受电荷作用。为了能看见电子墨水的微胶囊,可以把它想象成清晰的塑料水球。水球内包含几十个乒乓球,水球内充入的不是空气而是颜料水。如果从顶部看水球,我们可以看到许多白色乒乓球悬浮在液体中,于是水球看起来呈白色。从底部看水球,你只不过看到的是颜料水,于是水球看起来呈黑色。如果你把几千个水球放到一个容器,并使这些乒乓球在水球的顶和底之间运动,你就能看到容器在改变颜色。这就是电子墨水工作的基本原理。事实上这些水球是 100 微米宽的微胶囊。在 1 平方英寸,大约包含 10 万个微胶囊。如果在一页纸上打印电子墨水,则一个句子包含 30 多个微胶囊。电
9、子墨水是融合化学,物理和电子学的整体产生的一种新材料。制造微胶囊本身仅涉及较简单的化学,可以比作做沙拉菜!微胶囊制成后被称为是一种胶质材料。这材料是细小的固态颗粒,承担液态的物理性质。于是微胶囊象传统墨水悬浮在液态“载媒体”,然而它将粘着到普通墨水可以用的任何表面。并且可以用现有的丝网印刷工艺打印。打印的微电子学技术改变了墨水颗粒的颜色并产生了字和图。电子墨水有许多优点,包括易读性,柔性,易廉价制造和低功耗。与其它显示技术相比,电子墨水的反射率和对比度较佳。看起来它们像纸上的墨,是人们阅读和处理时感觉很舒服的媒休。在亮光包括直射阳光下,其它显示材料感觉有些淡而难以阅读。相反基于电子墨水的显示才
10、真正容易看和读。 因为电子墨水是柔软的,它可以用到原先显示技术必须要用到刚劲坚硬和平的表面所不能用的地方。电子墨水可以用到纸上,产生柔性书和报纸一样的显示效果。它也可以打印到布上,或者打印到类似手机和其它电器非平面的奇形怪状的表面。 最后,电子墨水不同于其它显示工艺能保持图像达数周,而且不耗费任何额外的电能。用其它显示技术,一旦图像可以停留在一处,并不需要额外的功率输入。电子墨水的第一个产品是大面积 Immedia 显示。Immedia 显示可以用在文本信息必须递送给大量观众的地方,例如另售商店、银行、贸易展览,午台等。电子墨水显示技术原理及实现全彩化的方法5Immedia 显示具有柔性电子显
11、示象纸上墨水一样的阅读能力,使它可发展成独特大的显示工业,Immedia 显示可以和传播消息链的其它字符信息联网,允许触键将待提交的所有字符信息送到网上。第一个 Immedia 显示是在 1999 年 5月 3 日麻省的 Marlborough JCPenny 百货店展示,并有几个大公司试验过。Immedia 显示在 2000 年初可以购到。 今天 Immedia 仅能显示蓝底白字。实验室的努力工作已能演示黑底白字,红底白字和绿底白字。下一阶段支持任一双色组合的颜色,全彩色能力也在开发中。 电子墨水具有今日正在用的打印墨水相同的性质。用同样的打印工艺,可把电子墨水打印到纸上,甚至用相同的设备,
12、也可用电子墨水在传统墨水永不能打印的地方产生电子显示。 电子墨水相对其它显示工艺很大优点是低功耗。用电子墨水产生的一个显示,可保持图像达几周,并不需要附加的功率输入,并且当需改变显示的图像仅需少量功率。其它显示工艺为保持一个图像需用恒定电源供电。Immedia 显示仅耗 0.1 瓦功率,这意味着 100 瓦的灯光的能量可供给 1 千个 Immedia 显。过去几年,用电子方式递交书本,报纸和其它文献资料取得了很大的技术进展。它们的应用范围从 APPL 公司的 Newton 到普遍存在的掌上电脑,用点触(pointcast)程序运行。迄今,这些工艺技术中没有一个能作为纸的替代品,因为人们缺少方便
13、和感觉象一页纸一样的舒适。然而用电子墨水具有一页打印纸一样的所有良好属性,保持了纸一样的轻、感觉、可折叠性、对比度和易读性。人们将连续接收打印到纸上的信息,纸将自身排版。 按今日的开发水平,电子墨水可以在 1 秒钟内的改变颜色 1 到 10 次,几乎可以满足动画的需求,为实现视频速度,电子墨水必须在 1 秒内变化 60 次或更多。E Ink 公司的科学家正在开拓这方面的进展,作为正在进行中的研究和开发努力的一部分。电子墨水可以用在现在显示所用的任何地方,而且更多的地方。电子墨水第一代产品将把大面积字符用在另售店、药店、银行和联络顾客的相同商店。明年以后,基于电子墨水显示将开始出现在包括手机、P
14、DA、寻呼机和数字钟表等电子器件。与平板显示器相比,电子墨水有较大的优点,良好的阅读能力,更灵活的设计,低功耗和低制造价格。电子墨水可以打印到多种表面,包括纸和纤维。由于它的柔性,电子墨水开拓了弯曲面显示的新市场。例如:更多的电子设备设计采用手持器件,电子墨水可以廉价和方便地打印到用户界面的器件上。可以想象一个咖啡壶,当咖啡温度低于你喜欢的温度,该界面的变色来告诫你,或者当 TV 遥控器的电池不足时,它会转成红色。未来,用电子墨水打印的纸,可以排版自己,所以单页纸可以用作很大信息的活动显示。这种产品电子墨水显示技术原理及实现全彩化的方法6市场巨大。不仅电子墨水有能力替换成千上万种打印纸用在仓库
15、字符显示直到报纸。它也有潜力用到以前显示从未可能用的地方。因为电子学已进入到日常生活,其关键是能与用户通讯。基于电子墨水的显示能真正地打印到电具和电器,所以它是理想的通讯媒体。结论:电子墨水是有麻省剑桥的 E Ink 公司开发和进入市场化阶段。E Ink 公司基于 MIT 的先驱工作创建于是 1997 年。为开发产品和应用从实验室迁出,进而有商品在市场销售。E Ink 公司在于 2000 年 1 月的第二轮公司普通股融资 3700万美元,这使董事会战略伙伴从 E Ink 公司的电子墨水工艺开发关键媒体工业中受益。E Ink 公司将用这些资金促进电子墨水的研究和生产。从实验室走向附加的商业应用,
16、包括 E Ink 公司的最终目标,能重印的书本和报纸。目前,亚马逊公司推出的 Kindle、OPPO 推出的 Enjoy(首款基于 Android 系统的电子书阅读器),汉王公司推出的汉王 N 系列电子阅览器(电纸书)都是应用 EInk的电子墨水技术。2011 年色彩降临。从陆陆续续的单个样本到一系列的彩色电子纸阅读器,彩色时代已真正来临了。2011 年第一批配备彩色屏幕的电子纸阅读器即将投入市场。但是这类屏幕色彩的逼真程度与 LCD 屏幕相比仍然存在很大差距。目前,我们还只能看到如纸质报纸上彩色照片般的色彩真实度。然而,这仅是个开始,当非背光屏幕真正到来的时候,想要达到杂志色彩的程度就是小菜
17、一碟的事情了。带有电子墨水屏的阅读器已非常轻薄。几乎所有的阅读器厚度都在 1 厘米以下并且重量少于 300 克。而这一技术也在不断进步。对于那些希望长时间阅读而又不愿意承受重量的消费者而言,可谓难能可贵因为只用一只手捧着平板电脑躺在床上看书还是有点难度的。参考文献:1. E Ink 电子墨水公司. 2009-8-4 查阅。 2. E Ink Corporation | Our Technology. 电子墨水公司. 2009-8-4 查阅. 3. 元太 2.15 亿美元 并购 E-Ink. 自由时报电子报. 2009-6-2 2009-8-4. 4. 元太科技电子纸相关技术. 国家实验研究院科技政策研究与资讯中心. 2005-8-19 2009-8-4.