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电子油墨与电子纸技术

一、引言

电子油墨的用途相当广泛，第一代产品用于代替常规显示设备，第二代产品包括移动通讯和PDA等手持设备显示屏，计划开发的下一代产品定位在超薄型显示器，形成与印刷业有关的应用领域，例如便携式电子书、电子报纸和IC卡等，能提供与传统书刊类似的阅读功能和使用属性。 长期以来，纸张一直用作信息交换的主要媒介，但图文内容一旦印在纸张上后就不能改变，成为油墨/纸张复制工艺的最大缺点，不能满足现代社会信息快速更新对复制工艺的要求。因此，开发能动态改变的高分辨率显示技术成为人们追逐的目标，要求显示材料很薄，可弯曲，表面结构与纸张类似，从而有条件成为新一代纸张。 只要有电场作用，且电场作用方式改变，电子油墨就能改变显示图像，这意味着电子油墨材料表面显示的信息能连续地更新。虽然信息表示的物理基础不同，但电子油墨显示器在使用感受上却与纸张没有明显差异。除此之外，电子油墨的功率消耗极低，重量也与纸张没有差别。

二、工作原理

电子油墨是一种加工成薄膜状的专用材料，与电子显示设备结合在一起使用，是化学、物理学和电子技术的综合应用。电子油墨由数百万个尺寸极小的微胶囊构成，直径与头发丝相当。每一个微胶囊中含有白色和黑色颗粒，分别带有正电荷和负电荷，它们悬浮在清洁的液体中。

电子油墨薄膜的顶部是一层透明材料，作为电极端使用；底部是电子油墨的另一个电极，微胶囊夹在这两个电极间。微胶囊受负电场作用时，白色颗粒带正电荷而移动到微胶囊顶部，相应位置显示为白色；黑色颗粒由于带负电荷而在电场力作用下到达微胶囊底部，使用者不能看到黑色。如果电场的作用方向相反，则显示效果也相反，即黑色显示，白色隐藏。可见，只要改变电场作用方向就能在显示黑色和白色间切换，白色部位对应于纸张的未着墨部分，而黑色则对应着纸张上的印刷图文部分。

三、电子油墨的主要性能优点

宽带和无线通讯技术的爆炸性发展使人们可以方便而快捷地访问大量信息，但显示屏尺寸和可阅读性是限制信息快速传递的主要障碍，此时，具有高分辨率显示能力的电子油墨就成为最理想的解决方案，其主要性能优点可归纳如下。

1.可阅读性 现有显示技术分为发射型和反射型两大类，前者的例子有阴极射线管显示器、等离子体显示器和发光二极管等，而液晶显示器和旋转球显示器等属于后者，背景光是使用反射型显示器的前提。 电子显示产品的可阅读性大多用亮度和对比度两大技术指标衡量。反射型显示器的亮度决定于环境照明和显示器在白色状态下的反射率；对比度定义为显示器白色状态反射率与黑色状态反射率之比，衡量眼睛区分显示结果明暗的能力。

发射型显示器能自己产生光，随着环境照明的加强，显示内容变得逐步模糊，可阅读性急剧下降。与此相反，反射型显示器利用环境光产生图像，亮度随眼睛适应照明条件的改变而变化。此外，由于环境光对反射型显示器明状态和暗状态的影响相同，因而对比度对于环境光的变化不敏感，适合于在不同光照条件下使用。

衡量显示技术优劣的比较基准是油墨/纸张复制工艺，因为纸张是最容易阅读的信息记录材料，适合于不同的光照条件和观看角度。测量结果表明，电子油墨显示器的反射率是液晶显示器的3～6倍，对比度为液晶显示器的2倍；尽管反射率比报纸低，但对比度明显高于报纸。因此，电子油墨显示器的可阅读性比液晶显示设备强得多，与报纸相当。

2.功率消耗 与液晶显示器相比，电子油墨显示器的功率消耗大大降低，这意味着在其他条件相同的情况下延长了电池使应谢绝使用用寿命，或者说可以使用体积更小的电池，降低显示器重量和使用成本。

电子油墨显示器之所以能降低功耗的原因在于：分辨率越大首先，它是完全反射型的，无须背景光，满足阅读书刊的照明条件即可；其次是电子油墨显示器的记忆效应，图像在屏幕上显示后即保持不变，而无须继续供电，除非用户请求开始新一轮的显示。因此，其功率消耗取决于图像显示状态的改变频率，而不是显示同一幅图像的时间长短。

3.使用功能 电子油墨显示器有优异的使用功能，不仅比液晶显示器薄，而且重量轻、坚固耐用、可弯曲，再加上极低的功率消耗等优点，能生产出超薄的轻质手持显示设备，并由此而带来电子油墨显示器的便携性，而而不能肯定零件的绝对磨损量这正是模拟传统油墨/纸张复制工艺组合所必需的，使通过电子油墨技术制备成的电子书具有类似于纸质图书的使用功能。

四、结构与应用举例

E-Ink公司开发了RadioPaper技术，含义为无须导线就能使用，在任何时候、任何地点均能在各种通讯技术的支持下方便地实现信息交换和显示。其目前有两种电子油墨显示器结构，第一种称为复合结构，总厚度在0.9mm左右，部分地借用了液晶显示单元的结构形式，为第一代电子油墨显示屏所采用；第二种结构是形成可弯曲显示器或电子纸的基础，放弃了用玻璃作为后面板，厚度小于0.5mm。 比较TFT（薄膜三极管）液晶显示单元、第一代电子油墨显示器和可弯曲电子油墨显示器的结构差异。可以看到，液晶显示单元以液晶薄层为中心向顶面和底面展开，液晶薄层的上、下两层玻璃分别称为前面板和后面板，厚度在0.7mm左右。此外，还需要两层偏振薄膜，安排在前、后面板的表面，厚度约0.25mm。这样，液晶显示单元的总厚度至少也得2mm。通常，为了加强显示器的光学性能，液晶显示单元还需要附加薄膜，就更厚、更重。 基于电子油墨成像技术的显示产品分成两个主要平台，其中高分辨率、主动型矩阵显示器适本机为油缸下置式合于电子书等应用领域，对显示质量要求高；低、中等分辨率产品使用分组显示技术。初期电子油墨显示产品仅提供2位灰色显示能力，紧接着出现4位灰度显示设备。目前，E-Ink及其合作伙伴正致力于开发下一代电子油墨显示器产品，目标应用领域是电子纸产品，主导方向为可弯曲的彩色显示器和IC卡，并计划开发显示速度更快的视频显示器。

来源：三和国际