新型印刷材料_电子纸

新型印刷材料———电子纸

盛龙

(大连轻工业学院,大连116034)

摘要:全面地介绍了目前国际上电子纸研究和发展情况;从电子纸的诞生和定义入手,详细阐述了电子纸的种类、显示原理和技术特征,并且对电子纸相对于传统纸张的优势作了归纳;最后,对电子纸的应用前景进行了展望。

关键词:电子纸;微胶囊电泳;旋转球;胆甾液晶显示

中图分类号:T Q43212　文献标识码:A 文章编号:1001-3563(2006)04-0308-03

收稿日期:2006Ο03Ο31

作者简介:盛龙(1979-),男,江苏铜山人,大连轻工业学院助教,主要研究方向为电子出版。

New Printing Material ———Electr onic Paper

SHEN G L ong

(Dalian I nstitute of L ight I ndustry,Dalian 116034,China )

Abstract:The p resent research on electr onic paper and its devel opment was intr oduced .Beginning with the electr onic paper’s birth and its definiti on,a detailed descri p ti on about the electr onic paper’s type and characteristic and its dis p lay theory were intr oduced .The advantages of the electr onic paper compared with the traditi onal one were concluded .The p r os pects of the electr onic paper’s app licati on were f orecasted .

Key words:electr onic paper;m icr ocap sule electr ophoresis;Gyricon;cholesteric liquid crystal dis p lay

2006年1月,索尼公司推出了一款新产品———电子纸,取名为Sony Reader (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S D 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i Rex 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

!

图1　“Sony Reader ”电子纸(带边框)

Fig .1Electr onic paper named Sony Reader

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Gyricon M 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.Jacobs on 也在从事这方面的研究,并于1997年创建了电子墨

水(E -I nk )公司,此后不久就研制开发出世界上第一台电子

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03包装工程　P ACK AGI N G E NGI N EER I N G Vol .27No .42006.08

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CP U 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、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,Phili p 、

Xer ox 、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 -I nk 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

。

图2　微胶囊电泳显示原理

Fig .2D is p lay p rinci p le of m icr ocap sule electr ophoresis

此技术由美国麻省理工学院与E -I nk 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I T O 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,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100m s 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(Xer ox )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]

。

图3　Gyricon 显示原理

Fig .3D is p lay p rinci p le of Gyricon

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

Kent D is p lay 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;如果外加强电场时,就又返回到平行取向。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600dp i 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RG B 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30～100m s,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

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