Gyricon和E-ink電子墨水技術結構比較圖示
EInk公司開發(fā)的電泳電子墨水，電泳電子墨水內(nèi)包含數(shù)百萬的微膠囊，每個微膠囊的直徑大概在100微米左右，和我們成人頭發(fā)截面直徑相當。每一個微膠囊中主要成分透明液體，其中承載著大量的白色帶負電的顆粒和黑色帶正電的顆粒。當向電泳“前面板”施加負電場后，所有的白色微粒移動到微膠囊頂部，這時呈現(xiàn)給讀者的就是一個白色的點，而黑色的微粒全部沉到了微膠囊的底部，在閱讀者眼中就消失了。當施加正電場、黑色的微粒會移動到頂部，白色微粒沉底，就形成了黑色的文字或者圖像。電泳電子墨水有著自己的技術特色，在亮度和分辨率指標上，它比基于Gyricon電子墨水技術優(yōu)秀，但是在某一方面它們的缺點卻是一致的，就是單色呈現(xiàn)技術，無法呈現(xiàn)色彩。為了獲得色彩顯示能力，EInk公司聯(lián)合日本凸版印刷公司，為電子紙張開發(fā)相應的彩色濾光片。
E-ink電子墨水技術原理圖示
電泳電子墨水的另一個缺陷在于它的低刷新率，使得該技術不適合顯示動畫以及視頻等動態(tài)內(nèi)容。這也是由于在電場下顏色微粒從微膠囊一端移動到另一端仍需要花費一定時間，畫面切換緩慢導致的。
入射光線包括陽光或者熒光燈光線、最底層為光吸收層，從下至上分別為RGB反射層；一種實現(xiàn)電子紙張完全不同的技術方案是“膽甾醇類液晶”方案（ChLCD），目前已知開發(fā)該項技術的公司有ＩＢＭ、Philips、HP 以及 Fujitsu，目前已經(jīng)有能實際工作的演示樣機。ChLCD方案的技術基礎是目前我們熟悉和已經(jīng)廣泛應用的液晶顯示器（ＬＣＤ），通過對螺旋狀的液晶分子加載電流改變其水平或者處置，阻礙背光通過。
ChLCDQ驅(qū)動電子紙張結構，配合濾光片可實現(xiàn)真彩色
還有一種具有潛力的開發(fā)先進彩色電子紙張的技術是由ＴＦＯＴ最近才發(fā)布的光子晶體Ｐ－ｉｎｋ技術，具體原理請見專門文章論述。
多數(shù)分析家認為ＣｈＬＣＤ技術將會是未來１０年內(nèi)會在電子紙張技術中居統(tǒng)治地位。這一結論是建立在目前已經(jīng)高度成熟的ＬＣＤ產(chǎn)業(yè)基礎之上的，而且從技術特性上來說，ＣｈＬＣＤ技術也幾乎是為電子紙實現(xiàn)量身定做的：可以卷曲的柔性特性、最薄０．８毫米的超薄厚度，重量輕，雙態(tài)穩(wěn)定特征，保持圖像時不產(chǎn)生能耗，而且換圖像時能耗也非常低，良好的亮度、對比度和分辨率特征。以及鮮艷的色彩和相當好的刷新率保證動畫甚至視頻播放性能。
不會主動發(fā)光的電子紙 21世紀頭十年最大熱門
電子紙技術對今天大多數(shù)人來說仍舊陌生，不過這項技術歷經(jīng)35年的發(fā)展后，已經(jīng)醞釀著一場對傳統(tǒng)閱讀、協(xié)作以及學習方式的巨大改變—就像一些專家們評價的那樣，電子紙張技術將是15世紀印刷術誕生后最偉大的發(fā)明。“使用柔性材料制造，只需要非常低的能量消耗、制造成本低廉、最重要的是人們能夠簡單方便的進行閱讀！”科學家及產(chǎn)業(yè)界目前對電子紙張這種顯示技術報以深切希望，甚至有專家預言——“在未來十年內(nèi)，電子紙張配合存儲芯片能夠裝下整個圖書館，電子紙張介質(zhì)也將讓絕大多數(shù)印刷報刊成為歷史”。本文將從電子紙張的歷史說起，和廣大網(wǎng)友一起來了解“電子紙張”這項足以促成第二次傳遞文明方式革命技術的原理，技術現(xiàn)狀及美好的未來。
電子紙張技術和我們現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應用的LCD液晶技術以及未來的OLED、有機EL顯示有什么不同呢？簡單的說后三種包括CRT在內(nèi)都是一種主動發(fā)光技術，靠顯示設備自身產(chǎn)生光線，無論是CRT上電子轟擊熒光物質(zhì)發(fā)光，還是LCD背光燈管主動發(fā)光，都符合“自身發(fā)光”的原理，是電能到光能的轉(zhuǎn)化需要耗費能量的，而且這樣產(chǎn)生的亮度和環(huán)境光沒有多大關系。如此以來就可能產(chǎn)生這樣的結果，在黑暗的地方，可能液晶屏幕顯得亮度刺眼，而在室外光線環(huán)境下，液晶屏幕背光被環(huán)境光壓制幾乎不可讀，這些都是“自發(fā)光技術”很難處理的問題。為什么電子紙技術被稱為“E- paper”呢？答案就是電子紙張自身并不發(fā)光，它是通過反射環(huán)境光到讀者眼中達到顯示目的的，由于這一顯示原理和傳統(tǒng)印刷品幾乎相同，人的視覺感知結果如紙張印刷品類似，所以“E-paper”稱呼這種技術是名至實歸了。
這位先生在正專心閱讀，他手中的“電子書本”完全符合傳統(tǒng)書籍的閱讀方式
精工限量版本手表，上圖上黑色背景的圖案就是由表上卷曲的電子紙顯示出來的，圖像可以實現(xiàn)存儲任意切換，每次見到都是不同風格。
采用電子紙張作顯示屏的媒體播放器和電子書 因為電子紙張是反射外界光線到讀者眼中，外界強烈的日光并不影響顯示效果，我們依舊能從E-paper清楚查詢冠軍杯的比賽詳情。
電子紙之歷史篇—E-paper之父Nick Sheridon訪談
在上個世紀七十年代，施樂（Xerox）的Palo Alto 研究中心（簡稱PARC）是毫無爭議的全球創(chuàng)新技術研發(fā)中心?，F(xiàn)在計算機的很多原形設計和概念都誕生自這里，比如鼠標、激光打印機、以太網(wǎng)、GUI圖形操作界面、多色計算機圖形卡以及眾多的計算機語言。而在這些眾多技術突破中，有一項技術幾乎被埋沒，這就是由PARC研究人員Nicholas K. Sheridon在1974年發(fā)明的“Gyricon”電子墨水技術，當時是為了施樂的Alto個人電腦研發(fā)的全新顯示技術，而這項技術最終沒有得到產(chǎn)業(yè)化，卻鬼使神差的奠定了現(xiàn)代電子紙張技術的基礎。
時隔近35年，國外媒體同行TFOT采訪了Nicholas K. Sheridon，當然關注的重點就在于“Gyricon”這項意義深遠的發(fā)明。
E-paper之父Nick Sheridon
Q：當時的研發(fā)工作是怎樣開始的？
A：在上世紀60年代末70年代初，施樂Xerox PARC開發(fā)并力圖說服施樂的管理層認識到代號為“Alto”的個人電腦開發(fā)計劃，但是它們并沒有獲得管理層理解而流產(chǎn)了。要知道“Alto”是世界上第一部辦公和字處理電腦，無論哪一方面都可以稱作驚世駭俗，承前啟后了，甚至說在即便是后來的MAC和IBM兼容機有很多技術追求還達不到“Alto”的高度。在當時施樂PARC研發(fā)人員眼中，即便是當時最好的陰極射線管顯示器(即CRT)，他們也并不滿意其顯示器效果——亮度不夠，對比度差，人們只能在較暗的房間里面使用電腦，必須拉上窗簾，關上燈，這太不方便了。于是幾名PARC的科學家們就開始探索研究更好的顯示器技術，能解決在明亮光線環(huán)境下工作的設備。于是乎，我就發(fā)明了由無數(shù)滾動球構成的“Gyricon”顯示技術，而小組的另外的同事的工作成果是電泳顯示器，而這項技術在當時還解決不了壽命問題就放棄了。
Gyricon技術經(jīng)過一定時間的研究取得階段成果，也進行專利申請，可就在這個時候我們PARC和施樂管理層在理念上發(fā)生了沖突，它們高度評價了這個在顯示器方面的研究，然后卻說施樂并不是一家顯示設備制造公司，在這時我明白了，我們研究人員寄予高度希望的 Alto個人電腦在施樂公司是永遠開發(fā)不出來的，作為PARC的研究人員我們只能順著公司的思路，停止了“Gyricon”電子墨水的開發(fā)，繼而進行施樂傳統(tǒng)業(yè)務復印機/打印機技術的研究組織日本廠商在這些業(yè)務上對我們的蠶食。之后我又發(fā)明了基于離子放射照相法技術的打印機，這后來變成了施樂一項非常重要的產(chǎn)品，帶來了1.5億美元的收入。之后我又開發(fā)出了業(yè)界第一款結合打印機、復印機掃描儀以及傳真的一體機產(chǎn)品，但是這項設計被施樂的管理層取消了。在今天看來，我只能說施樂當時的領導層是難以置信的短視，就當時的施樂來說，它本應該有無數(shù)的機會在新興產(chǎn)業(yè)上有所作為，但是都被放棄了，那時的施樂并不缺錢，它有足夠的資金招攬頂級專家們組成當時世界一流的科研機構PARC，但是施樂的管理層認準了復印機一條道跑到黑，也注定了未來施樂帝國的衰落。
Q: e-paper是如何誕生的?
A:我真正意識到電子紙張作用是在1989年。早在施樂PARC任職的時候，我們就認為無紙化辦公的出現(xiàn)必定會替代傳統(tǒng)的打印和復印過程，紙張介質(zhì)呈現(xiàn)的文檔最終會被各種個人電腦的顯示終端替代。但和我們預計的不同，無紙化辦公時代并沒到來，相反個人電腦的大量使用使得更多的紙張耗材被用掉了。我意識到消耗的大多數(shù)紙張是因為閱讀紙質(zhì)文檔和從CRT或者液晶顯示器獲得舒適程度的差異造成的。很多時候，超過半頁的文檔就會被打印，然后在閱讀幾遍后，當天內(nèi)就被丟掉到垃圾桶里，造成了極大的浪費?，F(xiàn)實對于帶來紙張閱讀感受的電子顯示設備的需求潛力是無法估量的，這時 e-paper電子紙張的想法就自然而然涌出來了。當時是把紙張上墨水字跡作為“完美閱讀”顯示的標準的，隨后，我突然意識到自己在70年代初發(fā)明的 “Gyricon”顯示器不正是電子紙實現(xiàn)的不錯的候選方案么？于是乎，我就開始著手于Gyricon 的制造程序開發(fā)，解決以前遺留的一些問題，在當時除了身邊的一個高級技術員幫助外，我?guī)缀跏窃诠萝妸^戰(zhàn)。
Q:從e-paper技術誕生到現(xiàn)在已經(jīng)快35年了，你是否覺得該項技術從研發(fā)到市場普及花費了太多的時間了？
A: 實際上現(xiàn)在E-paper 技術已經(jīng)進入了市場了，只不過它的市場規(guī)模還很小。Gyricon 技術在廣告牌，標識牌領域已經(jīng)打開市場，而E Ink 公司已經(jīng)為日本索尼提供e-paper顯示技術；現(xiàn)在的狀態(tài)有點像電視剛開發(fā)成功的那幾年，市場啟動和普及會不斷呈加速狀態(tài)前進。
Q: 在您看來大規(guī)模推廣電子紙張技術的瓶頸在哪里?
A:沒有技術能具備紙張上字跡所有有點——顯示介質(zhì)足夠的薄，任意卷曲，顯示圖像和文字時不消耗電能，在環(huán)境光線強烈時也有高度可讀性，高分辨率，很高的白度，優(yōu)秀的對比度，足夠的便宜！其中最為重要的一個因素是畫面的尋址驅(qū)動電路。有機薄膜晶體管或者TFT技術都能提供低成本的靈活尋址方案,現(xiàn)在需要解決的就是大規(guī)模量產(chǎn)化的問題，同時不斷完善電子紙張設計。
最早的一張基于Gyricon電子紙產(chǎn)生的圖案，實現(xiàn)的方法是在Gyricon面板后放置X形狀的電極，施加一個電壓后圖形X就形成了。
通過印刷電子（Printed electronics）生產(chǎn)的方式 大批量量產(chǎn)電紙張已經(jīng)突破原理并不復雜 詳解電子紙張是如何工作的？
電子紙包設計含兩個組成部分，第一個當然是電子墨水，有時候也被稱為“前面板”；另一個組成部分相對也被稱為背板，主要是用于讓電子墨水頁生成文字或者圖片的電路組件。
在電子墨水概念誕生后的很多年中，工程師們開發(fā)了很多種制造電子墨水的方法。由Nick Sheridon在施樂公司開發(fā)的Gyricon電子墨水誕生于上世紀七十年代，大體上是包含一層微笑的塑料珠子的柔韌的塑料薄板，每一個小珠子都被封裝在微小的油囊中，成懸浮狀態(tài)，這樣每一個小珠子在塑料板中都可以隨意的旋轉(zhuǎn)。小珠子的每個半球有不同的顏色和相異的電荷。當背板對珠子施加電場后，小珠子受力轉(zhuǎn)動，這樣就形成了雙色的圖案了。當然Gyricon電子墨水也存在限制，亮度相對較低，分辨率難以提高，并且缺少色彩。作為電子墨水技術的鼻祖， Gyricon電子墨水現(xiàn)在仍舊不斷在改進以解決上述問題，但隨之而來有越來越多的廠商看好電子墨水的前景，近年來也開發(fā)出其它改良型的設計。
這么前景廣闊的技術，自然是兵家必爭之地，目前已知的開發(fā)電子紙張的公司就不下一打有一心一意研發(fā)電子紙張的小規(guī)模技術型公司，如ＥＩｎｋ、ＳｉＰｉｘ、以及Ｐｏｌｙｍｅｒｖｉｓｉｏｎ，也有跨國巨型公司如Sony, IBM, Hewlett-Packard, Philips, Fujitsu, Hitachi, Siemens, Epson等等，不勝列舉。目前基于麻省理工學院媒體實驗室的電子紙張技術專利已經(jīng)被多家廠商進行了商品化，iRex Technologies 以及Sony商品化了電子書閱讀器。當前階段大多數(shù)基于Ｅ?。桑睿爰夹g的電子紙還屬于昂貴的奢侈品，比如精工推出的限量版電子紙手表，要價高達２０００美金，有些不符該項技術的初衷。但是我們必然相信，隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴大和制造技術的不斷改良，電子紙張必定會普及到人和我們所能想到的應用上，基于超薄彩色Ｅ－ｐａｐｅｒ技術的包裝技術，現(xiàn)在正在由西門子開發(fā)。該項應用能夠動態(tài)顯示產(chǎn)品價格、需要的時候可以立即更改（他能夠國低能耗無線技術，比如無線電頻率識別或者ＲＦＩＤ實現(xiàn)零響應）。動態(tài)顯示保質(zhì)期，該應用可以通過圖形化實時顯示食物或者藥品的保質(zhì)期。正如上述兩個例子可難道的那樣，只要制造成本控制下來，傳統(tǒng)的紙質(zhì)印刷的所有應用都是電子紙張技術都能替代，食品包裝、藥品包裝甚至演唱會門票……甚至更多！
西門子基于電子紙張技術開發(fā)的ＥＣ顯示器，可以進行任意扭曲變形
除了像產(chǎn)品包裝、標簽這類小尺寸應用外， Gyricon 電子紙張技術當初發(fā)明時一個最主要的應用就是大型戶外/戶內(nèi)廣告和告示牌，由于Gyricon 技術是雙態(tài)穩(wěn)定的，維持圖像顯示基本不需要能量供應，僅在切換時產(chǎn)生少量能耗，理所當然的低成本的戶外/室內(nèi)大幅廣告牌和告示牌的首選技術。另外基于電紙質(zhì)顯示技術也更適合作為便攜設備，因為它相對于現(xiàn)在移動產(chǎn)品顯示器屏TFT LCD來說年能耗少得多。
電子紙張具有雙態(tài)穩(wěn)定性（加載電場前后都穩(wěn)定） 巨幅面的顯示成本會大大下降
當然盡管上述看到了電子紙張技術幾乎無限的應用潛力，但是最讓人們激動的還要說電子書了，它有可能成為傳統(tǒng)報紙、雜志甚至書籍的終結者。為了達到此目的，工程人員正在加緊改進目前的電子紙張技術，下一代電子書具備顯示色彩能力，更快的屏幕刷新性能，甚至具備無線連接能力，被加工成柔韌可卷曲的形狀、能夠運行電子地圖和GPS應用，隨時隨地上網(wǎng)沖浪，這樣的電子書甚至有可能在未來成為終極的手持設備。
Sony 應用電子紙張技術的電子書prs-505，報價299美金，遠稱不上普及價
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