新型印刷材料电子纸呢似的

新型印刷材料——电子纸

2006年1月,索尼公司推出了一款新产品———电子纸,取 名为SonyReader(见图1)。它只有0. 8mm厚,不仅可以显示 文字,还可以显示JPEG等格式的图片;它可以存储百本图书, 还支持外置SD卡,用来扩充它的容量;它的电量可以支持读 完7500页的图书……; 4月,荷兰菲利浦子公司iRex科技,也 会推出类似的电子纸图书终端,这种产品利用了美国E- ink 公司研发的电泳式电子纸作主要材料制作,不光能看,还能书 写,基本与普通纸张不相上下,同时还具备插卡式设计和无线 传输能力……这种种现象均表明了:一个电子纸的时代即将到来!

1 电子纸的诞生及定义

电子纸,又称数字纸,是传感器的一种衍生产品,同时具备 纸张和电子器件特性。它是居于软硬拷贝之间的产品,应该满 足以下一些基本要求:象印刷品般易读、可以抹消和再写入、录 写功能良好、能够显示彩色、携带方便、厚薄似纸而又能折叠、 可以反复使用数千次。

其实,早在20世纪70年代,由以便于实验空间的疾速调剂于当时计算机显示器的视 觉效果太差,美国施乐公司帕洛阿尔托研究所的一名普通工程 师N.K. Sheridon已经开始研制一种“可复写电子纸”,并取得 了初步成果。他把一粒粒直径小于100微米的塑料小珠嵌在 一种柔性透明薄膜里,这些小珠是由两种颜色不同的半球体组 成,每个半球体分别带正电或负电,小珠被放入胶片中的微小 洞孔,洞里布满了透明液体,在电流通过时,可以让塑料小珠自 由转动,从而控制该部分出现文字或图像。但是,施乐公司的 决策层并没有意识到这一研究潜在的商业价值和社会效益,将 其束之高阁。直到15年后,N.K. Sheridon带着这项技术离开 施乐公司,成立了自己的GyriconM并做好清算工作edia公司,才将该项技术转 化为大规模生产的实用产品[1]。与此同时,麻省理工学院的 J. Jacobson也在从事这方面的研究,并于1997年创建了电子墨 水(E-Ink)公司,此后不久就研制开发出世界上第一台电子纸样机。从此,电子纸和电子墨水的研究迅速展开,很快拓展 的世界各国。

2 电子纸的显示原理

目前已经研制出来的电子纸,主要有两类:一类外观上类 似纸张,可以通过非接触式打印等方式,重复用于信息的显示 和消除;另一类类似便携式薄膜显示器,内置CPU和存储器, 主要以反射方式,用于文字和图像信息的显示。

从原理上来看,不同类型的电子纸具有不同的显示原理,大 体上可以分为:电泳影像显示、旋转球(Gyricon)方式、胆甾液晶 显示、3菱材料周5在东京召开新闻发布会双色性染料液晶、液晶有机感光复合膜、色粉显示板等。

2. 1 电泳影像显示

电泳影像,由日本松下公司于1973年发明,随后, Philip、 Xerox、东京大学也相继开展了该技术在光学显示影像系统的 应用研究。由于不同电泳显示寿命短、显示图像不稳定等原 因,曾经一度中断实验。1998年左右,美国E-Ink公司开发 出电子墨水,推动了该项技术的发展。目前的电泳影像显示主 要包括粒子纳米电泳、普通颗粒分散液电泳以及微胶囊电泳 等,其中微胶囊电泳显示(见图2)是最有前途的一种。

此技术由美国麻省理工学院与E-Ink公司研发。基本原 理是在细胞大小的透明微胶囊内,放入蓝色等深色染料液体和 浅色带电微粒子,将此微胶囊用粘接剂连接到带有透明电极的 胶片上。调整电场使浅色粒子产生电泳,以显示由白色和青色 形成的图像。在白色粒子中使用了氧化钛的微粒子,在蓝色的 绝缘性液体中,带有电荷并稳定地分散着。将此微胶囊用硅树 脂作粘合剂涂布到带ITO电极的胶片上,再以离子流方式将负 电荷图案施予表面,则白色粒子便移动到微胶囊的下部,于是 从表面绘出蓝色图像。然后,全面施予正电荷,则白色粒子便 移动到微胶囊的上部,于是表面便变成白色,图像即被消 掉[2]。将单一色调的带电粒换成不同色光的材料拉伸实验机钳口距离为125mm,实验速度为125mm/min±12.5mm/min将试样拉伸到1定的伸长率,就可以形 成彩色图像。全部厚度已经可以达到0. 2mm。这种方式存在 的主要问题是应答速度还只能是100ms左右,因此还不能很好 地适应视频图像的连续播映。

2. 2 旋转球方式(Gyricon)

施乐公司(Xerox)公司发明的Gyricon(旋转成像) (见图 3),已经可以制成几米长的大型条幅,并可以卷成筒状随身携 带,但目前只能显示黑白色。它的基本构成与显示原理是:制 造一种两个半球分别为白与黑色球形微粒子,以每半个球分别 涂成白与黑的球形微粒子,用硅树脂作粘合剂将2色粒子涂在 带有电极的胶片等支持体上,在粒子的周围以特定的液体填充 形成空穴。由电场控制其方向,用白与黑来显示图像的方式。 以特定的液体填充,粒子表面的白侧为负;黑侧为正;在两色间 呈现不同的电荷形成偶极子。若以负电荷图案施予这张纸板 表面,粒子便旋转,使黑半球朝上,如果改以正电荷,白半球便 朝上。这便可通过电场变化控制其旋转方向,形成黑白图像或 文字,而且还可以通过驱动电压调整球体的旋转角度和排列有 序度控制图像灰度[3]。

2. 3 胆甾液晶显示

胆甾醇液晶是最早实现产品化的电子纸技术,由美国 KentDisplay公司发明。它的显示原理是:胆甾醇液晶在无电 场时取向是平行的,通过适应液晶的螺旋间距来选择色光进行 反射;在弱电场情况下成为焦圆锥取向,通过透光来维持其状 态钒市场经历了多年低迷以后;如果外加强电场时,就又返回到平行取向a、从理论到实际对方法的理解；。利用这个电场 的变化,就可以控制显示和非显示[4]。它可显现600dpi的图 像或8点大小的文字,进一步可制成A6规格的显示屏。同 时,也可以将RGB三层重叠实现彩色显示。此外,胆甾醇液晶 的动态响应速度约为30~100ms,通过设计特殊的选址控制电 路,充分利用视频图像中多数像素并不是每帧都要变换的特 性,可以达到很好的播放视频节目效果。同时,胆甾醇液晶具 有双稳态特性,即断电后仍保持图像不变。

3 电子纸的优势

电子纸兼具传统纸张和电子显示器的长处,在任何时候、 任何地方都能阅读和写入。与它们相比,电子纸具备明显的优 势:

1)阅读舒适、易于更新[5]。电子纸的亮度可以达到反射 型彩色LCD的3~8倍,对比度比报纸还要高,更加便于阅读, 不论是在偏暗处还是在阳光直射的地方都可以阅读,而且电子 纸没有视角依赖性,无论从哪个方向阅览,图像都不会畸变,长 时间观看也不会使眼睛疲劳。

另外,可以随时补充或更新电子纸上的内容,而且保持了连续性。而且,电子纸的边框还可以无限延伸,写满了还可以再延 长,这一点可是传统纸张所不具备的。在不久的将来,还可以将 电子纸上的手写字迹转化为文本格式,通过络进行传输。

2)携带方便。电子纸使用的材料重量很轻,非常柔软,可 以折叠、卷曲,这样,你就再也不必为携带厚厚的记者随后对《目录》进行了梳理书本而烦恼 了。而且,通过电子纸还可以随时录下自己要说的内容,可谓 声文并茂。

3)节约能源。电子纸仅需微量的能量来控制上面的电子 墨颗粒,耗电量远远小于目前的笔记本电脑,并且在成像以后 阅读和保存纸上的信息时几乎不消耗能量,一般来说可以利 用阳光、灯光等作为能源;此外,在若发现异常现象断电的情况下,电子纸也可 以长时间显示。

4)利于环保。传统纸张只能一次性使用,而电子纸可以 反复循环利用,符合环保的要求。此外,传统纸张的制造消耗 大量自然资源,包括水和木浆等,在制造中对环境带来的负面 影响是众所周知的,废纸的处理也是个重大问题,至于纸张印 刷成书本或广告画等的过程又不知要经过多少环节,这些环节 无一不对环境造成污染。而电子纸则完全不存在上述问题,电 子纸将有可能用聚酯和聚乙烯材料制成,可以被成千上万次地 反复使用,无毒且易于回收利用,这将显著减少纸张浪费,同时 保护了森林资源。

4 电子纸的应用前景

目前开发出来的电子纸大多只能显示单色静态图像,但随 着时间的推移,彩色以及动态图像的电子纸不久就会出现在我 们面前,此外,在刷新速度、小型弯曲、厚度等方面也会得到极 大地提高。

这几年,荷兰菲利浦公司、美国E-Ink公司、日本索尼、佳 能、东芝等公司都已经投入巨资进行电子纸的科研,并紧锣密 鼓地向实用产品的应用冲刺。逐渐地,开发彩色显示的电子纸 已经成为这些制造商的主攻方向。据日本媒体介绍,彩色显示 的电子纸即将问世并投入生产,到时,漫画、报刊杂志、写真集 等也会成为电子纸的显示内容。

同时,电子纸的出现必将对传统印刷业产生一次强烈冲 击,以报业为例,电子报纸的时效性最具优势,使传统报纸无法 比拟的,而且省略了印刷和发行的全部流程,可以大大节约运 营成本。另外,电子报纸上也会出现大量的动态内容,将会提 高读者的阅读兴趣,增加报纸发行量。

当然,电子纸的广泛引用,必将大辐度减少普通纸张的使 用,最大最直接的效益将蕴藏于环保之中,这无疑会造福于子 孙后代。

未来,电子纸还将广泛应用于超市、公交月票、平面广告等 载体;同时,随着科技的进步,电子纸还有可能作为下一代个人 数字助理的显示器以及手写输入终端。

可以预测,只要电子纸的彩色化和动态化程度得到改进, 再加上成本的降低,它必将迅速进入社会生活的各个领域。

信息来源：包装工程