何為電子紙？
電子紙的學名叫做Electronic Paper(簡稱E-Paper)，也稱數(shù)字紙(Digital Paper)、類紙顯示器(Paper-Like Display)，是一種視覺效果與紙張相似的電子顯示裝置，具有易于閱讀、便于攜帶和低功耗等特性。
采用柔性基板材料制造出來的柔性電子紙，能夠像紙張一樣輕薄、可卷繞或折疊以便于攜帶。目前柔性電子紙可采用塑料、薄型金屬和超薄玻璃基板等。柔性電子紙在整體結構上一般可分為“前板”(Front Plane)和“后板”(Back Plane)兩部分，前板主要指電子紙外層的顯示介質部分，后板則主要是指電子紙的驅動電路部分。
亞馬遜Kindle電子書
電子紙目前最主要的一種應用是電子書閱讀器(E-Book Reader)，這是一種以電子紙為核心部件的便攜式電子設備，用于閱讀電子圖書報刊。電子紙還可廣泛用于廣告牌、信用卡、會員卡、鐘表、電子標簽、各種指示器、醫(yī)療器械以及數(shù)碼相框、手機等便攜式消費產(chǎn)品；此外，電子紙目前的市場定位雖不是要取代液晶顯示器，但隨著高亮度、高分辨率和高響應速度全彩色電子紙技術的發(fā)展，其應用將很有可能會擴展到電腦顯示器、電視機等更龐大的應用領域。顯然，巨大的商機正在推動著電子紙技術更快速的發(fā)展，電子紙技術的發(fā)展速度和應用范圍也許比人們原來預想的要快得多和寬得多。
電子紙的特性
◇反射型顯示材料與更高的易讀性
大家現(xiàn)在拿著的這本《微型計算機》，它能帶來全然不同于液晶顯示器的舒適的視覺感受，這是為什么呢？我們能夠看到紙上的內(nèi)容是因為它將環(huán)境光反射到我們的眼睛里：白色部分反射了大量的環(huán)境光；而黑色文字（油墨)則吸收了大量光線，使得文字部分反射光相對非文字部分大量減少，因此在我們眼睛里就形成了“白底黑字”的感覺。紙張的特點是通過反射環(huán)境光來顯示內(nèi)容且光反射高達65%，可獲得較高的亮度、對比度和可視視角(接近180°)。
深究下去就會發(fā)現(xiàn)，按照光產(chǎn)生的方式，電子顯示介質可以分為兩種類型，一種是依靠自身光源顯像的“發(fā)散型”(例如LCD顯示器)，另一種是利用環(huán)境光顯像的“反射型”(電子紙)。而前面紙張的例子告訴我們，反射型電子顯示材料要具有更高的閱讀舒適性，而電子紙就是這樣一種靠反射光來工作的顯示材料。
◇便攜設備對功耗要求異常敏感
現(xiàn)在人們越來越看重便攜設備，但是由電池供電的各種便攜設備都面臨著續(xù)航能力的問題，所以要想在這個領域有所作為必然要滿足兩個條件：低電壓與低功耗。也正因如此，電子紙一般都采用功耗非常低的“雙穩(wěn)態(tài)顯示技術”。
所謂的“雙穩(wěn)態(tài)顯示器件(Bistable Display)”，就是像素都具有“亮”與“暗”兩種穩(wěn)定顯示狀態(tài)，且在沒有外加電壓時能保持其顯示內(nèi)容不變。通俗來講，就是雙穩(wěn)態(tài)顯示可以在低耗電或“零功耗”的情況下保持或“記憶”顯示內(nèi)容，只在更新顯示內(nèi)容時加載瞬間的驅動電壓。
◇高亮度、彩色和動態(tài)顯示
電子紙的前世今生
最早的電子紙被稱為“Gyricon”，誕生于1970年聲名顯赫的施樂palo alto研究中心(簡稱
PARC)——這里可是激光打印機、面向對象編程技術、計算機圖形界面等眾多影響20世紀歷史發(fā)展進程的重大技術的誕生地。在2000年新世紀到來的時候，PARC發(fā)布了Gyricon的樣品，宣告這項新顯示技術全面進入市場。
Gyricon的核心部分是一片看上去與普通紙張類似的透明膠片，但是在膠片里面分布了高達百萬計的直徑在100微米左右大小的帶電小球。每個小球的一面涂上了帶負電黑色涂料，另一面涂上帶正電的白色涂料。這些小球被密封在透明的充滿潤滑油的硅膠片中。在硅膠片的表面構造了類似液晶TFT一樣的電路，能夠按照需要在不同的位置施加正電壓或者負電壓。這樣內(nèi)部泡在潤滑油中的帶電小球就會在電場的作用下發(fā)生旋轉，選擇性的將黑色或者白色部分翻轉出來，在宏觀上形成需要顯示的文字或者圖案。
Gyricon中小球在電場變化時發(fā)生旋轉
而當Gyricon斷開電源，已經(jīng)旋轉到位的小球便保持之前的旋轉排列方式，宏觀上就將顯示內(nèi)容保存下來，像雜志一樣長時間穩(wěn)定顯示。下圖中就是Gyricon技術最早的驗證模型：在一小片夾有帶電雙色小球的硅膠片下方安置一片透明的X形狀的電極。當電極通電后，我們就看到了X的圖案。
最早的Gyricon實驗樣片
Gyricon顛覆了電子顯示領域幾十年來的固有特點——自發(fā)光，在環(huán)境光線不足的條件下，
Gyricon和一般報紙雜志一樣不易觀看；但是在明亮的環(huán)境中，Gyricon帶來了報紙般的清晰、廣視角的閱讀體驗，討好閱讀者的眼睛。由于僅在需要改變顯示內(nèi)容的時候才需要加電，Gyricon能夠最大限度的做到省電。
遺憾的是，施樂公司和PARC研究中心因為一段時間高層管理者的短視，始終將全部精力放在復印機的研發(fā)和推廣上，其它在現(xiàn)在看來如日中天的技術漸漸被束之高閣。Gyricon也因為得不到有力的支持被長期放在公司的實驗室里，直到上世紀末才重啟開發(fā)進程，嚴重影響了Gyricon技術的發(fā)展，很多問題直到現(xiàn)在仍沒有很好解決。
◇顯示畫面不夠細膩。Gyricon顯示會受帶電小球旋轉的約束——如果膠片中小球排列太疏，那么最終畫面連續(xù)性和對比度將會下降；而小球又不能排列太緊密，以免影響正常旋轉。與此同時，如果小球尺寸太大，顯示畫面難免有顆粒感；而縮小小球尺寸又受到微細加工水平的限制，無法快速取得突破。
◇響應時間太長。Gyricon變化顏色依靠加電使帶電雙色小球旋轉，對比液晶材料使微小的液晶分子旋轉需要幾毫秒，而要靠電壓轉動100微米固態(tài)小球耗費時間更長——超過100毫秒，也就是說你看到Gyricon在切換時的漸變特征并不是什么“特效”，而是實實在在的“慢”。
異軍突起的E-Ink電子墨水
E-Ink技術和Gyricon最大的區(qū)別就是放棄了可旋轉小球的設計理念，轉而在硅膠片中內(nèi)置了上百萬的微型膠囊。每個微型膠囊中充滿透明潤滑液體，并包含了無數(shù)納米級的黑白小顆粒；黑色的顆粒帶負電，白色的顆粒帶正電。當施加電場的時候，黑色的顆粒聚集到膠囊表面，而白色顆粒聚集到膠囊底部。這樣整個膠片看上去也能呈現(xiàn)出文字或者圖案來。
由于膠囊不需考慮旋轉和保證兩個半球均勻上色的問題，E-Ink可以將微膠囊做得很緊密，并在膠囊內(nèi)加入顏色性質穩(wěn)定的雙色球，以實現(xiàn)比Gyricon更強的反射亮度、更高的對比度。不光如此，E-Ink還能實現(xiàn)單個膠囊的多級灰度顯示。如下圖所示，每個膠囊使用兩套不同的電極控制電路：左邊膠囊的雙電極極性相同，就能實現(xiàn)全白或者全黑；右邊的膠囊雙電極極性相反，巧妙的實現(xiàn)了灰色顯示。這樣單個膠囊就能實現(xiàn)全黑、全白、黑到白、白到黑四種顯示灰度效果，使得圖像更細膩平滑。
電泳成像的E-Ink電子紙
E-Ink集合了平板（薄膜）TFT、精密化學、納米技術等等前沿科學于一身。而得益于現(xiàn)代納米和平板顯示技術的飛速發(fā)展，以上關鍵技術成本都得到有效控制，為E-Ink技術全面走向市場鋪平了道路。因此目前市面上存在的掌上電子紙張產(chǎn)品多數(shù)都來自于E-Ink技術。
將會在戶外大面積顯示領域無限風光的Gyricon電子紙
Gyricon和E-Ink目前幾乎統(tǒng)治了電子紙張的實際應用市場。Gyricon雖然在精細化顯示方面存在明顯不足，但是相對簡單的結構使其在大面積顯示和內(nèi)容簡單無需頻繁變化的場合頗有作為，如體育場的比分牌和廣告牌、超級市場的價格標簽等。
不過目前的E-Ink電子紙技術還在兩大缺陷，即響應時間過慢和色彩單一：
◇雖然E-Ink電泳的顯示方式大幅提高了響應速度，最先進的Vizplex技術已經(jīng)將響應時間降低到20ms等級。不過熟悉液晶顯示響應速度的讀者肯定明白這還遠遠不夠。使用者仍然會明顯感覺到內(nèi)容切換時的遲滯。
◇無論是Gyricon還是E-Ink，其基礎顯示原理只支持雙色顯示。對于彩色顯示完全力不從心。
黑白E-Ink技術的競爭對手——改良液晶屏
別看電子紙張技術問世時間不長，其核心技術持有公司已經(jīng)申請了數(shù)千專利，可謂進步神速。這眾多專利一方面保護了這些公司早期的風險投入，另一方面也不可避免地形成了專利壁壘。因此細心的讀者會發(fā)現(xiàn)在目前火熱的電子紙張浪潮中居然缺少了我們熟悉的平板顯示大鱷——三星、
LG、友達光電等公司。但事實情況并非如此，目前電子紙張的市場前景還不明朗，傳統(tǒng)的平板顯示大廠并不想在一旁作壁上觀。于是乎一項基于傳統(tǒng)液晶技術，且也能達到電子紙張效果的“膽甾型液晶”電子紙張問世了。
膽甾型液晶(改變液晶排列組合的方向便可達到不同的光學顯示效果)
膽甾型液晶（Cholesteric Liquid Crystal Display,ChLCD）原是液晶顯示技術的一種。在對液晶分子作深入分析時，科學家發(fā)現(xiàn)ChLCD在不同的電場排列下會表現(xiàn)出不同的光特性，而且同樣具有雙穩(wěn)態(tài)的特點——即加電前后液晶陣列保持穩(wěn)定。如圖所示，左邊當ChLCD分子呈平行排列時就擁有了反射光線的能力，并能夠按照此時的排列形式反射出不同顏色的光線。當液晶分子旋轉至非平行角度時，光線就能徑直通過，表現(xiàn)為此處顯示黑色。因此在反射式電子設備發(fā)展得如火如荼的今天，ChLCD被老牌的液晶廠家當做抗衡E-Ink的武器拿了出來。
ChLCD最大的優(yōu)勢在于能夠最大限度地沿用目前已經(jīng)相當成熟、應用廣泛、具有極大產(chǎn)能的液晶生產(chǎn)線，這為ChLCD帶來了區(qū)別于前兩者的兩大特點：
◇具有快速響應能力。無論是Gyricon還是E-Ink，受顯示原理限制，其最小響應時間（黑白切換）都在20ms以上，如果是灰度變化就更慢，只能適應文字和圖片等靜態(tài)內(nèi)容的顯示。而源于主流液晶技術的ChLCD也承襲了液晶的響應速度，目前樣品階段的灰度響應時間就已經(jīng)達到20ms，基本具備了動態(tài)視頻的播放功能。
實現(xiàn)電子紙彩色顯示的有益嘗試
為了解決傳統(tǒng)E-Ink電子紙只能顯示黑白兩種顏色的尷尬，E-Ink公司與專業(yè)的濾色片廠商
Toppan公司合作開發(fā)了濾色片彩色E-In k電子紙并展示過其試驗樣機。這種方案一經(jīng)問世便受到一些后板廠商的青睞，例如HP采用可有效降低生產(chǎn)成本的“自對準壓印光刻”(SAIL)工藝、三星采用新型“碳納米管”(CNTs)電路后板、LGPhilips采用薄膜電路后板開發(fā)的濾色片彩色E-Ink電子紙，都已展示過樣機。另外，Bridgestone也展示過濾色片型QR-LPD彩色電子紙。
HP、LG-Philips展示的濾色片型彩色電子紙
濾色片彩色電子紙在技術上很容易實現(xiàn)，但濾色片會降低光反射率或顯示亮度，同時用多個色彩子像素組合成一個顯示像素則降低了單位面積的像素數(shù)量或分辨率，這種方案是以降低亮度和分辨率為代價來實現(xiàn)彩色顯示的，并且濾色片還增加了電子紙的厚度。因此，不少廠商和研究機構都在致力于開發(fā)像素自身具有反射彩色光的機制、無需濾色片就能實現(xiàn)彩色顯示的電子紙技術，并且已經(jīng)有了明顯進展，下面介紹的主要就是這類彩色電子紙技術。
反射式液晶彩色電子紙捷足先登
目前，液晶顯示器已成為主流的顯示設備，但并不具備電子紙所需的雙穩(wěn)態(tài)、反射顯示的特性。目前，已經(jīng)開發(fā)出來的采用反射式液晶材料的電子紙技術，主要有如下幾種。
◇膽甾型液晶顯示技術
◇向列型液晶顯示(Nematic Liquid Crystal Display，NLCD)技術
◇雙穩(wěn)態(tài)液晶顯示(Bistable Liquid Crystal Display，BLCD)技術
其中，向列型液晶和雙穩(wěn)態(tài)液晶電子紙都需要采用濾色片實現(xiàn)彩色顯示，所以這里主要介紹膽甾型液晶彩色電子紙技術。
2009年3月18日，F(xiàn)ujitsu的FLEPia便攜式信息終端開始銷售，F(xiàn)LEPia采用的電子紙顯示屏為8英寸/768×1024像素/26萬色。由于這是首款正式上市的彩色電子書閱讀器，所以引起了普遍的關注。
FLEPia采用的便是膽甾型液晶顯示(ChLCD)電子紙技術，膽甾型液晶(CLC)的分子呈螺旋狀排列，故也稱螺旋狀液晶材料。CLC材料具有獨特的光反射選擇特性，摻入了適當添加劑的CLC材料只能反射特定波長的色光，采用不同的添加劑配方可以配制成分別反射紅、綠、藍三種基色光的
CLC材料。CLC材料還具有獨特的光電特性，在外加電壓的作用下，其分子的螺旋狀態(tài)會發(fā)生變化，進而導致光反射率改變，且在外加電壓消失后仍能保持這種狀態(tài)，具有雙穩(wěn)態(tài)特性。
CLCD像素的基本結構和彩色顯示原理
CLCD電子紙為多層結構，每個像素由分別能反射“藍-綠-紅”基色光的3層CLC材料堆疊構成，最底層是光吸收層，每層CLC材料都處于兩個透明電極的夾層中。當驅動電壓分別加載到3個反射層的電極時，各反射層對環(huán)境光中3種基色光的反射率相應改變，所反射的3種適當強度的基色光按照加法混色規(guī)律就可以混合成所需的某種顏色，從而實現(xiàn)彩色顯示。
正在跨越彩色顯示的電泳電子紙技術
電泳顯示(Electrophoretic Display，EPD)即利用電泳原理實現(xiàn)光反射式的雙穩(wěn)態(tài)顯示成像。電泳(也稱“電泳動”)是指在電場的作用下，帶正、負電的粒子分別移向電場兩極的運動現(xiàn)象。目前開發(fā)出來的EPD主要有下面幾種。
•E-Ink的微膠囊(Microcapsule)電泳技術／商用名為“電子墨水”(Electronic Ink，E-Ink)
•SiPix的微杯(MicroCup)電泳技術• Xerox的扭轉球(Gyricon)電泳技術
•Bridgestone的快速響應流體粉(Quick-Response Liquid Powder Display，QR-LPD)技術
•Philips的橫向電泳(In-Plane Electrophoretic Display，IP-EPD)技術
•Zikon的逆乳液電泳(Reverse Emulsion Electrophoretic Display，REED)技術
下面介紹其中的Philips橫向電泳技術和Zikon的逆乳液電泳技術，這兩種EPD可利用其像素自身反射色光的機制實現(xiàn)彩色顯示。
◆Philips橫向電泳顯示技術
濾色片彩色EPD的顯示亮度和分辨率會受到濾色片的制約，而Philips的“橫向電泳顯示”(IP-
EPD)技術為彩色EPD的發(fā)展帶來了新的希望；另外，Canon公司也在開發(fā)類似的技術。常規(guī)EPD像素中帶電顏料粒子的電泳都是與顯示面作垂直的“縱向”移動，而IP-EPD像素中帶電顏料粒子的電泳則是與顯示面作平行的“橫向”移動，故命名為“橫向電泳顯示”技術。
遮蔽區(qū)內(nèi)設有兩個電極，分別是集電極C、門電極G，可視區(qū)內(nèi)有兩個視電極V1、V2。當G電極上不加電壓時，帶正電的顏料粒子可以按照C電極與V1、V2電極之間電壓的方向，在可視區(qū)與遮蔽區(qū)之間自由移動。當C-V1、V2加正向電壓時，顏料粒子移入V1、V2極所在的可視區(qū)并反射環(huán)境光，像素即可顯示一個色點。當C-V1、V2加反向電壓時，顏料粒子移入C極所在的遮蔽區(qū)不再反射環(huán)境光，像素不顯示色點。簡單地說，IP-EPD通過控制顏料粒子處于像素的可視區(qū)或遮蔽區(qū)，使其在“可見”與“隱藏”兩種狀態(tài)之間切換來顯示圖像。
像素中有大量的呈懸浮態(tài)的帶正電顏料粒子，每個像素都由從顯像面上
可以看到的“可視區(qū)”和不能看到的“遮蔽區(qū)”兩部分組成。
當G電極加載電壓時，其作用就像一個閘門，使顏料粒子不能自由移動而只能停留在原來位置，此時顯示的圖像就能穩(wěn)定地保持。雖然這種穩(wěn)態(tài)需要在G電極上保持一定的電壓而不能實現(xiàn)零功耗，但所需的功耗非常小，IP-EPD的這種超低功耗穩(wěn)態(tài)顯示特性被稱作“仿雙穩(wěn)態(tài)”。
IP-EPD像素采用兩個視電極的目的，是在可視區(qū)形成一定的電壓梯度，從而可以控制顏料粒子在可視區(qū)內(nèi)更均勻的分布，有利于增強反射顯示的效果；此外，兩個視電極的尺寸很小，減小了對像素的覆蓋面積，從而進一步提高了像素的透明度和亮度。
雙層堆疊結構的彩色IP-EPD像素
高亮度和高透明度等特性使IP-EPD可采用多種方式實現(xiàn)彩色顯示，目前主要是采用2層堆疊的像素結構來實現(xiàn)彩色顯示的。第1層為“藍綠-黃”基色顯示層，其像素中懸浮有帶正電的藍綠色粒子與帶負電的黃色粒子；第2層為“紫紅-黑”基色顯示層，像素中有帶正電的黑色粒子與帶負電的紫紅色粒子，最底部為白色反射層。白色反射層與黑色粒子可顯示高對比度的黑白圖像，而藍綠、黃、紫紅粒子反射的基色光可混合出鮮明的彩色圖像。
◆Zikon的逆乳液電泳顯示技術
與其它EPD技術采用固態(tài)顏料粒子不同，Zikon公司開發(fā)的“逆乳液電泳顯示”(REED)技術，是將大量帶電的微小有色液滴與一種清澈的不帶電液體均勻混合后，形成一種懸浮狀的乳狀液體，帶電有色微液滴是將顏料與活化劑按適當配比制成的一種納米材料。
當在REED像素電極加載正向電壓時，有色微液滴向像素正面的透明大電極靠攏，而使像素顯示一個色點；當加載反向電壓時，微液滴則向像素背面的細小電極靠攏，并聚集到其附近的一個狹小區(qū)域內(nèi)，顯示面上的色點消失而呈清澈透明狀態(tài)。
REED像素的基本結構是將上述乳液注入兩層玻璃之間的密封空隙中，
正面有覆蓋整個像素的較大透明電極，背面則是一個細小的電極。
用“水”實現(xiàn)彩色顯示的電潤濕技術
利用疏水材料的疏水性能可在外加電場的控制下發(fā)生改變，從而使疏水材料與水之間的接觸面產(chǎn)生張力和形態(tài)的變化，也能實現(xiàn)反射型的彩色顯示，基于這種原理的電子紙技術主要有下面幾種。
•電潤濕顯示(Electrowetting Display，EWD)技術
•電流體顯示(Electrofluidic Display，EFD)技術
•水滴驅動顯示(Droplet Driven Display，DDD／D3)技術
其中，EWD和EFD能夠直接實現(xiàn)彩色顯示但目前尚不具備雙穩(wěn)態(tài)特性，而具有雙穩(wěn)態(tài)特性的
D3技術只能實現(xiàn)灰度顯示。
◆Philips的電潤濕顯示技術
Philips“電潤濕顯示”的像素是一種由水、顏料油、疏水材料、透明電極、白色襯底等構成的多層結構。沒有外加電壓時，顏料油在疏水材料表面形成了一個穩(wěn)定的扁平油膜，可反射環(huán)境光而使像素顯示一個彩色點；當在電極上加載電壓時，其所產(chǎn)生的電場使疏水材料的疏水性下降，上層的水會盡可能地與疏水材料表面接觸，從而導致顏料油被推移到了一邊，下面的白色襯底顯露出來，使像素顯示為白色點。
EWD像素基本結構和顯示原理
利用EWD對彩色光的反射特性,將“藍綠-紫紅-黃”(CMY)3種基色EWD顯示層堆疊，即可利用其分別反射的CMY基色光以減法混色的方式實現(xiàn)彩色顯示。EWD的功耗很低，但不具備零功耗雙穩(wěn)態(tài)特性。
◆Gamma-Dynamics的電流體顯示(EFD)技術
由美國辛辛那提大學新型器件實驗室(NDL)、Gamma-Dy namics和Polymer Vision Ltd等聯(lián)合開發(fā)的“電流體顯示”(EFD)技術，與EWD的技術原理類似。
EFD像素由疏水材料構成，像素中心是一個填充有液態(tài)顏料的的微小容器(Reservoir)。當在像素電極加載電壓時，微容器內(nèi)的顏料會擴散到外部，此時像素可反射環(huán)境光顯示一個色點；當停止加載電壓時，擴散出來的顏料則會返回微容器中，像素不再顯示色點。
蝴蝶、寶石與新型彩色電子紙技術
目前，除了電泳、反射式液晶和電濕潤這3種最主要的電子紙顯示技術之外，還有很多公司和機構在致力于開發(fā)各種采用新型像素材料和特殊結構的反射型彩色顯示電子紙技術，其中比較成功的有下面這3種技術。
•Qualcomm的干涉測量調(diào)制(Interferometric Modulator，IMOD)技術
•Opalux的光子晶體顯示(Photonic Crystal Display，PCD)技術／商用名為“光子墨水”(Photonic Ink，P-Ink)
•Acreo等開發(fā)的電致變色顯示(Electrochromic Display，ECD)技術
◆Qualcomm的干涉測量調(diào)制技術
Qualcomm公司推出的Mirasol系列電子紙產(chǎn)品采用了“干涉測量調(diào)制器”(IMOD)顯示技術,如下圖所示，IMOD像素的基本結構包括涂敷了一層半透射反光薄膜T的玻璃基板、一層導電反光隔膜M，隔膜M與薄膜T之間有一個很小的空氣間隙，IMOD技術主要是利用了在兩個表面之間的空氣間隙中光反射形成干涉的原理，據(jù)說IMOD技術的靈感來源于蝴蝶翅膀能產(chǎn)生絢麗色彩的自然現(xiàn)象。
IMOD像素基本結構和顯示原理
當在隔膜M與薄膜T之間加載較高的電壓時，隔膜M就會在靜電引力的作用下向玻璃基板靠近，或者說隔膜M出現(xiàn)“塌陷”，此時空氣間隙減小，使可見光出現(xiàn)相互抵消的干涉，所以像素顯示為黑色，這種狀態(tài)稱作“塌陷狀態(tài)”(Collapsed State)。當在隔膜M與薄膜T之間加載低電壓時，隔膜M還原其固有的位置，此時入射光可在較大的空氣間隙中形成干涉，所產(chǎn)生的彩色光使像素顯示一個明亮的色點，這種狀態(tài)稱作“打開狀態(tài)”(Open State)。
由于IMOD像素結構本身能夠形成高亮度的彩色光，所以能直接實現(xiàn)彩色顯示。此外，IMOD技術還利用“微電機械系統(tǒng)”(MEMS)的原理實現(xiàn)了雙穩(wěn)態(tài)特性，像素中的反光隔膜是一種彈性膜，可以像彈簧一樣產(chǎn)生彈性機械力，這種彈力能夠使像素在沒有外加電壓時保持打開或塌陷狀態(tài)。
◆Opalux的光子晶體顯示技術
Opalux公司首創(chuàng)的“光子晶體顯示”(PCD)技術，商用名為“光子墨水”(Photonic Ink，P-
Ink)，利用了一種被稱作“蛋白石”的天然寶石所具有的變色特性。蛋白石由十分微小的球形二氧化硅顆粒堆積形成，顆粒間距不同的蛋白石，可反射不同波長的色光而呈現(xiàn)不同的顏色，故被稱為光子晶體。
PCD像素基本結構和彩色顯示原理
PCD像素的基本結構如上圖所示，直徑約200納米的光子晶體材料球形微粒牢固地附著在一種類似于海綿的多孔電活化聚合物上，當在像素的電極上加載的電壓增大時，聚合物就會汲取電解液而膨脹，其上附著的球形微粒的間距隨之增大，其反射色光的波長也變大。反之，若所加電壓減小，聚合物就會擠出電解液而收縮，導致球形微粒的間距減小，其反射色光的波長就變小。因此，只要精確控制PCD像素的驅動電壓，就能使其反射不同波長的色光而顯示各種顏色。實驗表明，在0V～2V的電壓范圍內(nèi)，就可以使PCD像素分別顯示出全部可見光的色彩。
◆Acreo等開發(fā)的電致變色顯示(ECD)技術
電致變色顯示(ECD)技術的基本原理，是利用一些有機材料在電解過程中發(fā)生氧化-還原反應，導致其對環(huán)境光中不同波長色光的反射-吸收特性發(fā)生變化，從而產(chǎn)生可逆性顏色改變的電致變色現(xiàn)象。ECD的像素的基本結構包括固態(tài)的有機電解質、電致變色材料以及柔性的塑料或紙質襯底，大、小兩塊電致變色材料同時也作為像素的驅動電極使用，Acreo公司采用的電致變色材料是一種稱作PEDOT:PSS的高分子聚合物。
ECD像素基本結構和顯示原理
當在ECD像素電極加載驅動電壓時，連接電壓負極的較大一塊電致變色材料由于發(fā)生還原反應而改變顏色，正極的較小的那一塊電致變色材料則由于深度的氧化反應而變成透明狀態(tài)，從而使此像素顯示色點。
ECD技術最重要的一個特性，是在像素上加載不同的電壓可以顯示多種不同的顏色，因此非常容易實現(xiàn)彩色顯示。除了Acreo公司之外，致力于開發(fā)ECD技術的還有Aveso、Ntera、Seiko-
Epson、Siemens和日本的國立材料科學研究所(NIMS)等公司和研究機構。
寫在最后
電子紙技術的發(fā)展方興未艾，其所產(chǎn)生的影響，在某種程度上可能不亞于當初的電視機，而電子紙技術彩色化的意義也當與電視技術由黑白到彩色的跨越一樣重要?；陔娮蛹埣夹g的電子書閱讀器正在悄然地改變著人們的閱讀習慣，也給傳統(tǒng)的圖書報刊出版帶來了新的活力。在可以預見的將來，電子紙技術的快速發(fā)展和廣泛應用，將與人們生活的方方面面密切相關并進而改變?nèi)藗兊纳睢?/p>
回溯顯示器的發(fā)展歷史，傳統(tǒng)液晶技術花了近20年的時光才占領了統(tǒng)治地位，而電子紙張技術在不到十年的時間里就完成了從原始技術積累到商用產(chǎn)品的開發(fā)過程，并且被眾多分析師認定為：將改變未來平板顯示概念的新技術。那么十年后會是什么樣呢？也許未來諸多電子設備的設計圖會在電子紙張的輔佐下成為現(xiàn)實。
