EInk电子墨水，纸的革命

你知道什么叫E时代吗？就是在什么前面都加一个“E”，book叫做Ebook，妹妹叫做E妹儿。你别说你不知道E怎么念。要是不知道以后你连字也没法写了，以后墨水也E了，一张纸让你写了一遍又一遍，还不用擦!  报纸也甭天天买了，就买一份天天看，因为字儿天天换(卖报纸的不都失业了?)，甭打岔，别管失业不失业，反正你天天就抱着那一份报纸看就成了……
    造纸可是我们老祖宗的四大发明之一。纸作为记载、传输信息的最常用介质已经有千多年历史，之所以它的魅力如此持久，与它价格便宜、相对稳定、携带方便等优点息息相关。但随着科学技术的飞速发展，纸介质与电磁存储介质相比已经毫无优势可言，而且面对目前纷繁复杂的各类应用，纸介质已经有点招架不住了，它的缺点开始表露出来，例如印刷信息不可更改、体积大、记录容量较小且查询不方便等。好在它的竞争对手——电磁存储介质也具有很多的缺点，比如必须借助某种显示设备才能阅读等，而且从易读性的角度来看，电磁显示设备的分辨率远低于纸张的分辨率，浏览时间一长就容易让人产生疲劳感，严重的甚至有可能损害视力，所以真正喜欢阅览电子书籍的人一直寥寥无几。但如果有一项技术能够兼顾两种介质的优点，就很有可能成为纸介质的替代晶，这类产品的市场前景是相当诱人的。

    本文介绍的E  Ink(电子墨水)就相当神奇，利用它可以制造高分辨率的电子显示器。与目前的LCD和 CRT显示器相比，这种显示器具有很大的优势，如重量更轻、具有更高的延展性且更“养”眼等。如果将这款产品与迅速快捷的网络结合，读者可以随时随地获得最新消息，还可以将这张“电子报纸”随意折叠后放人皮包，想带到哪里都可以。

    神奇的电子墨水
    电子墨水(Electronic Ink)其实是一种新型材料，它是化学、物理学和电子学多学科发展的产物，这种材料可被印刷到任何材料的表面来显示文字或图像信息。

    由于电子墨水是一种液态材料，所以被形象地称为电子墨“水”。在这种液态材料中悬浮着成百上千个与人类发丝直径差不多大小的微囊体，每个微囊体由正电荷粒子和负电荷粒子组成。只要采取一定的工艺就能将这种电子墨水印刷到玻璃、纤维甚至是纸介质的表面上，当然这些承载电子墨水的载体也需要经过特殊的处理，在其内针对每个像素构造一个简单的像素控制电路，这样才能使电子墨水显示我们需要的图像和文字。

    当微囊体两端被施加一个负电场的时候，带有正电荷的白色粒子在电场的作用下移动到电场负极,与此同时，带有负电荷的粒子移动到微囊体的底部“隐藏”起来，这时表面会显示白色。当相邻的微囊体两侧被施加一个正电场时，黑色粒子会在电场的作用下移动到微囊体的顶部，这时表面就显现为黑色。电子墨水技术可以让任何表面都成为显示屏，它让我们完全跳出了原有显示设备的概念束缚，并慢慢渗透到我们生活空间的每一个角落。

    但如果电子墨水仅具有可显示这一特性还远远不够，对于一款希望取代纸介质的电子显示设备而言，它必须具有可读性及便携性。

    决定可读性的主要因素
    现在的LCD和CRT显示器的分辨率远低于纸张的，长时间使用极易让人疲劳，所以就信息的可读性而言，现在的电磁显示设备根本无法代替纸介质的地位。而决定显示设备可读性的两个要素是显示亮度和对比度。

    显示亮度是显示屏表面传递到观察者眼中的光通量。对于发散型显示设备来说，亮度取决于产生的光线，而反射型显示设备的亮度取决于周围的照明情况和显示设备自身的反射率，其中尤以产品的反射率最为关键。而对比度是屏幕的白色亮度与黑色亮度的比值，也正是我们眼睛能够区别不同表面的原因之一。看来要想提高显示设备的可读性，就必须具有足够的亮度和良好的对比度。

    为什么反射型显示器更加适于阅读应用?
    发散型显示设备可以自己发光，所以即使在光线暗淡的条件下也可以正常使用。但是，随着环境光强度的增加，这种显示器的显示效果就不那么令人满意了，因为较强的环境光提高了黑色素的亮度并降低了对比度，这也是我们无法在阳光直射的情况下看清显示器上文字的原因。而反射型显示器是通过反射环境光来显示图像的，  图像的亮度会根据环境光线的强度改变，而且对比度也会随之变化，所以在强烈光线下反射型显示器的优势更明显。

    在实际应用中，环境光线的跨度相当大，亮度从100 lux(室内昏暗的光线条件)、1000 lux(办公室内适中的光线)到50000 lux(阳光直射的光线条件)。发散型显示器要想在如此宽范围下保持可读性，就必须将背光光源调整得够强才行，但是这就对电池提出了更为严格的要求，最终结果肯定会使设备造价提高，设备的便携性能也大大降低。要知道目前由锂电池供电的笔记本显示屏也不能在这样宽范围的环境光下工作，由此可见反射型显示器的确更适合应用于便携式设备中。

    此外，在实际应用中，观察角度和是否有触摸屏等因素都会影响显示器的可读性。表1显示了不同显示介质所具有的反射率和对比度。

    表中数据都是在同样条件下测试的，由此可以看出电子墨水的一大特点，就是它的反射率和对比度远高于目前的显示器，反射率是LCD的6倍，对比度则是LCD的两倍。就是与报纸相比，它的对比度也高了一倍，所以EInk显示设备的可读性远远高于目前的电子显示设备，基本达到了报纸的效果。

    是不同反射介质在20—70度之间的反射率测试结果，20度的时候意味着光源在观察者肩膀附近，这是最适合观察的角度，45度基本同你乘坐飞机时的光源条件差不多，70度则一般代表光源条件不好的环境，比如你坐在沙发上，台灯却在距离你比较远的桌子上。从测试结果可以看到E Ink非常明显地超过了PDA和Ebook使用的LCD(当然距离报纸还有一定的差距)。

    是E Ink同报纸在可视角度的对比。这里我们必须提到由Louis Silverstein及其VCD Sciences团队开发的TTV(Time-To-Visibility)模型，利用它可以测量不同介质、不同环境光线下人眼适应显示文字及图形的时间，时间越短表示这种介质在不同光线下的可读性越好。这个模型综合考虑了显示屏的各种属性，诸如显示尺寸、分辨率、对比度以及显示屏发散出来的光强等，就是周围照明环境和人眼的适应能力也被纳入了考虑范围。

    E Ink显示屏因为具有较高的反射率，所以它可以在不同光线条件下反射更多光到用户眼中。是环境光线亮度低于1000 lux的测试成绩，在200 1ux以下因为光线太暗淡，所有介质的TTV测试结果都不理想。当环境光线亮度在200 lux以上时，E Ink的性能是反射型STN LCD的10倍以上。在强光测试环境下，各种介质的TTV时间明显延长，但是E Ink的优势依然明显，它在这方面的性能同报纸最接近。

    超轻、超薄   
    电子墨水显示设备的厚度通常都非常小，重量也相当轻，结构却较普通的LCD更加坚固耐用，这些优点能不让那些便携设备厂商对它青睐有加吗?传统LCD设备限于结构方面的限制使它的厚度不可能太薄(如果液晶显示屏两层玻璃的厚度都为0.7mm，两层基板的厚度加起来有0．5mm厚，那么LCD显示屏的厚度就不会低于2mm)，重量也不可能太轻。而电子墨水显示设备的硬件结构相当简单，它的厚度可以做到1mm左右，显示屏厚度还不到LCD的一半。此外，电子墨水的适用范围相当广泛，它不仅可以用于玻璃表面，还可以应用于塑料等材质表面，所以它不会像LCD显示屏那样脆弱。显示了TFT LCD显示屏、第一代电子墨水显示屏和未来的电子墨水显示屏的厚度对比。

    低功耗也相当关键
    电子墨水的功耗相当低，甚至在电源供应短暂停止的情况下它还能显示一幅图画。它的功耗非常低的原因在于它的反射率和对比度非常高，完全不需要采用背光方式来提高可读性。

    综上所述，应用电子墨水技术的显示设备将具有纸介质一样的视觉特点，同时又具有低功耗和厚度薄重量轻等优点，使它成为便携式设备的新宠，特别适用于那些要求在各种光线下都有较好显示效果的应用场合，这些都是透射型LCD和反射型LCD无法满足的。

    生产工艺并不复杂。
    现在的电子墨水显示设备可以沿用AMLCD的生产设备，且生产工艺更为简单。只需将电子墨水涂到IT0塑料基片上，再利用叠片(Laminator)处理工艺附着在TFT底板上即可，这个过程同LCD生产过程中的偏振膜附着法是相同的，而且这个过程可以使用现有设备或者类似的设备进行生产。生产工艺的简化意味着成品率的提高和产量的提高，再加上基板厚度减小也使成本大幅降低(当然还是比纸张的制造成本高)。

    电子墨水的发展现状和未来
    Philips于去年2月加入电子墨水研发阵营之后就很快开始研发E Ink兼容的电子墨水技术，并且将其商业化到高分辨率、主动矩阵电子墨水显示屏等智能手持设备中。应该说Philips和E Ink之间是密切的合作伙伴而不是相互竞争的对手。E Ink主要开发和提供电子墨水薄膜，而Philips将这种薄膜整合到主动矩阵基板上生产各种显示设备和显示子系统。philips和E Ink的合作促进了第一款高分辨率电子模式显示屏原型的尽快推出(去年6月)，这一产品还计划在2002年底进行技术鉴定和试产，在2003年开始广泛的商业化推广。

    目前Philips已经获得了生产和销售采用E Ink薄膜手持设备的权利。

    随着宽带通讯和无线技术爆炸式的增长，人们需要更加方便的信息获取方式，显示设备的可读性、便携性已成为梦想的实现障碍。电子墨水具有纸介质的可读性、超低功耗及超轻超薄等优点，它已经让我们的便携读取梦想越来越现实。另外，美国施乐公司也在开发类似的gyricon技术，只是E Ink在实用推广上还走在世界的前列。相信不远的将来，我们在科幻书上看到的超薄、超轻纸质显示器就能走到我们的身边，不用时将显示器卷着放到公文包里就行了，方便吧!
(表1):
显示技术     属性                               反射率    对比度
反射型单色   STN LCD (普通PDA, 具有触摸屏)        4.2%      4.1
反射型单色   TN  LCD (普通Ebook 具有触摸屏)       4.0%      4.6
             E lnk   具有触摸屏                  26.6%     9.2  
             E lnk   无触摸屏                    38.1%     10.0
                 华尔街报                        61.3%     5.3
(表2):
显示技术                   功耗(5英寸QVGA格式)   功耗(8英寸SVGA格式)     
透射型彩色QMLCD(普通PDA)       100mW                3830mW
反射型单色STN LCD(普通PDA)      60mW                  n/a
反射型彩色AMLCD(普通PDA)        25mW                 600mW
单色电子墨水(每10秒刷新一次)    0.7mW                 7.1mW
单色电子墨水(每60秒刷新一次)    0.1mW                 1.2mW   

注意:AMLCD就是有源矩阵LCD,STN LCD是超扭曲向列LCD,我们平常使用的LCD显示器一般都是TFT LCD。

（表3）：
显示尺寸    3-8英寸（对角线）
分辨率    125+ ppi
颜色        黑 白
反射率      2-4bit
灰色        40%
对比度      10:1
可视角度     无限制  
反应时间     150ms