科普成果 | 电子纸的前世今生电子纸的今生

由于电子纸具有方便携带、适宜永劫光阅读和信息即时更新，以及环保节能等多种优点，从其观点的提出到现在越来越引人瞩目。

过去30年里，电子纸是一个非常生动的研究领域，各种不同的技能方法之间虽然存在着明显差异，但都具有相似的事理。

它具有多层构造：由分外材料制成的面层、底层以及中间层。
中间层由无数个眇小的油墨粒子所组成，直径大约100m，这些能够感应电荷的微粒在通电情形下能够显示出不同的颜色。
目前国际上研究电子纸显示器技能的种类繁多，个中较成熟的电子纸显示技能包括以下几大类：

1.E-Ink微胶囊技能。
E-Ink微胶囊（Micro-capsules）式电泳技能，详细事理是将带电的白色氧化钛颗粒和玄色碳粉粒子封装在微胶囊中，并将微胶囊和电解液封装在两块间距为10mm-100mm的平行导电板之间，利用带电颗粒在电场浸染下向着与其电性相反的电极移动的特性，绘制出黑白图像。

2.SiPix微杯技能。
SiPix 电子纸技能，其事理是在尺寸相同的微杯中添补白色颗粒和着色液体，通过切换贴在微杯上的驱动电极的电荷正负来高下移动颗粒，使颗粒颜色和液体颜色交替显现。

3.Bridgestone电子液态粉末技能。
Bridgestone的电子纸被称为快速相应电子粉流体显示器（Quick Response Liquid Powder Display，QR-LPD），采取独创的电子液态粉末（Electronic Liquid Powder，ELP）技能，将树脂经由纳米级粉碎处理后,形成带不同电荷的黑、白两色粉体，再将这两种粉体添补进利用空气介质的微杯封闭构造中，利用高下电极电场使黑白粉体在空气中发生电泳征象。

4.胆固醇液晶显示技能。
彩色电子纸利用胆固醇液晶显示（Cholesteric Liquid Crystal Display，CLCD）技能，这是一种非传统显示技能，因利用的材料构造类似于胆固醇分子而得名。
胆固醇液晶是一种呈螺旋状排列的分外液晶模式，通过添加不同旋转螺距的旋光剂，能够调配出红、绿、蓝等颜色。
该技能的事理是将胆固醇液晶放置在两片水平基板中，在不施加电场的情形下，胆固醇液晶会方向成平面螺旋型排列，在符合特定光波长的反射情形下，即可反射出具有色彩的光芒。

5.微机电系统技能。
微机电系统（MEMS）技能，其事情事理是反射周围环境中的自然光，通过掌握照射到显示屏中的光芒，使其一个像素一个像素地反响出所需的颜色，实现彩色显示。

6.电湿润技能。
电湿润（electro wetting）技能借助掌握电压来掌握被包围的液体的表层，通过液体张力的变革，导致像素的变革。

表1 不同类型电子纸技能特色比较

目前由E-Ink公司供应的微胶囊(Micro-capsules)式电泳技能是电子纸市场的主流技能。
它的电子墨水与印刷利用的墨水很相似，都是用颜料所制，这也是为什么我们看到电子墨水屏和传统纸张显示效果相似的缘故原由。
电子墨程度日会制成薄膜，由大量微胶囊组成，这些微胶囊只有人类头发的直径大小，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，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，从而隐蔽。
如施加相反的电场，黑粒子在胶囊顶部涌现，因而呈现玄色，从而显示出由玄色和白色所组成的笔墨和图像，电子墨水屏的构造如图1所示。

图1 电子墨水屏构造示意图

由E-Ink公司开拓的微胶囊电泳油墨技能，通过对透明微胶囊中黑白粒子的精确定位，白色部位对应于纸张的未着墨部分，而玄色则对应着纸张上的印刷图文部分，使得由其形成的笔墨和图像具有较高的分辨率和解析度，其事理如图2所示。

图2 微胶囊颗粒的精确定位示意图

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眇小的微胶囊。
每个胶囊内部是染料和颜料芯片的稠浊物，这些眇小的芯片可以受电荷浸染。
常日在1平方英寸内大约包含了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。

而彩色电子纸还其余加有三种薄层组成：即赤色、蓝色和绿色薄层。
薄层中没有任何彩色过滤器或偏振器，而产生的颜色却比普通液晶反射屏的颜色更加通亮。
当电子屏幕被波折或用手指挤压时，电子纸屏幕上的颜色不会发生“游动”，并且这种屏幕不会发生闪烁。

二、电子纸的优缺陷

1.电子纸的优点

电子纸有便于阅读、携带方便、信息存储量大、节约资源、传播速率快等诸多优点，也正是由于这些优点使电子纸逐渐融入人们的生活，具有广阔的发展前景。

（1）便于阅读，携带方便

电子纸可以像传统报纸那样随身携带，即时阅读，由于它质量轻，大小相称于一本书，而且部分电子纸具有像报纸那样的可绕性或是可以卷曲，在室内外均有较好的易读性，亮度和分辨率较高，同时电子纸全真仿照纸质图书，采取非背光系统，相对付液晶显示屏，电子纸反射率高，视角广，视觉较舒适，并可调节字体大小，适宜永劫光阅读，对视力危害较低。

图3 电子纸既可波折又可折叠

（2）运用领域广

艺术领域。
彩色电子纸可以很好地与背景装饰相结合，利用于建筑装饰装潢、电影绝技影像效果的产生、艺术舞台的格局布景等，显示完美的艺术。
例如在建筑装饰装潢方面，我们只需在建筑的表面贴上彩色电子纸，再将自己能想象到的装潢格局与风格直接输到彩色电子纸上就可以呈现，而且我们还可以根据自己不同期间的心情和喜好随时地改换；在电影绝技方面，同样可以利用彩色电子纸进行动作、场景殊效等方面的设计，使得拍摄更加方便；在艺术舞台格局布景上，有了彩色电子纸，我们不再须要改换全体舞台，也不须要每次都支配场景，只要在演出前输入所须要的场景，就可以在彩色电子纸上进行不同场景的改换。

教诲领域。
有了彩色电子纸，在往后的传授教化中，教材、作业本、老师的教程、学习资料等纸质材料都可用彩色电子纸代替，而且比较利用纸质材料，更加方便，学习效果会更好。
在学习时，同学们只须要把每学期所学的书本内容输入到彩色电子纸中，就可以随时阅读，而且多门课程只须要带一个电子纸阅读器即可。
学生完成的作业也只需通过电子纸传输到老师的电子纸中就可以供老师批阅，从而更加方便师生之间的互换。

图4 电子纸取代传授教化中的纸质材料

（3）可以反复擦写

与用过一次即行扔掉的书写、印刷纸品比较，具有很大的优胜性，它可以随时抹去、再次（乃至几千上万次）进行重写或录入。

图5 电子纸可反复进行录入和重写

（4）信息存储量大

用户可根据自身喜好将喜好的书下载于电子纸上，从而在不同的地方阅读这些下载的图书。
薄薄的一页电子纸可容纳厚厚的几百本乃至上千本图书的内容，有着弘大的信息存储量。
而纸质书储藏几十年之后纸张会泛黄，变得薄弱，这也是纸质书不利于存储的局限性。
电子纸是电子产品，它不会随韶光的流逝而泛黄，这也是其优点之一，即便于存储。

（5）节约资源，保护环境

电子纸是电子产品，可以减少花费森林资源，同时电子纸的耗电量大约只有液晶显示器的十分之一乃至百分之一，既保护了环境又节约了资源。

（6）信息更新及时，传播速率快

电子时期信息更新的速率远远超出了人们的预测，图书的更新速率也应跟上时期的步伐。
由于电子纸具有下载及在线预览等功能，具有信息更新及时、传播速率快等功能，是媒体技能的发展趋势。

（7）出版周期短，易于保护版权

比较纸质图书出版过程中须要的印刷、校准、装订等一系列繁琐过程，置于电子纸上的图书出版过程要短得多，只须要排版完成后发布即可。
而水印、秘钥、底纹等防伪方法也使得版权的保护更为随意马虎一些，保护了作者及出版商的权柄。

2.电子纸的缺陷

（1）相应速率慢

电子纸技能的一项毛病便是它的相应速率慢。
在电泳显示技能中，电子纸的显示依赖于粒子的运动，因而用于显示的开关韶光长达几百毫秒，这是人们所不能接管的，而且这个速率对视频运用也是不足的。
而相应速率慢也是电子纸技能受桎梏的一项主要缘故原由，因而加快电子纸的相应速率迫不及待。
打破这一瓶颈，电子纸技能会得到更为广泛的运用。

（2）高等彩色电子纸技能有待提高

只管E-Ink公司推出了全新的“高等彩色电子纸”（Advanced Color ePaper/ACeP），但这项技能如今紧张用于数字标牌等领域，还未能运用于电子书阅读器。
在一个充满色彩的天下，电子纸彩色化是趋势也是必须， 如何实现电子纸彩色化是目前各电子纸技能厂商的共同课题，且彩色的呈现无论是比拟度、辉度、饱和度都与TFT或OLED上有一定差距，彩色化是电子纸当前需加紧脚步努力研发的方向。

（3）制造工艺繁芜

电子纸产品的制造工艺较繁芜，对材料的哀求高，本钱较高，因而在售卖过程中其价格也较高，因而在担保质量的同时降落生产本钱从而降落发卖价格达到人们可接管的程度也是电子纸发展的一大课题。

（4）功能局限性

目前电子纸最致命的毛病是无法表达足够连贯的视频画面，由于电子墨水屏的事情事理导致其刷新率极低，无法知足动态内容的展示，也不能实现录音、声频功能和视频播放等功能。

从当代社会的经济、文化的发展水平和趋势而言，电子纸在宣扬、信息、出版、广告、商签、物流等诸多领域方面的运用，能够逐步取代原来利用的纸张，不论对保护生态环境，或者是对发展低碳经济都具有极其主要的意义和浸染。

但是若何使电子纸能够真正的遍及和“飞入平凡百姓家”，价格成分始终是要迈过去的一道坎，价格过于昂贵是很难被老百姓接管的。
我们相信，随着技能和材料的快速发展，通过不断的知识理论和技能制造创新一定能够大幅度地降落电子纸的制造本钱，使得电子纸的价格能够更加的“接地气”，为人类的发展和进步带来更多更大的便利。

浙江省社科联社科遍及课题成果

课题编号：19ZC15

课题名称：电子纸的前世今生

负 责 人：朱志伟

事情单位：义乌工商职业技能学院