【科普】电子纸显示技术

大家还记得在 2014年APEC非正式会议上，俄罗斯把YotaPhone2作为国礼赠送的双屏智能手机吗？想必很多人知道此事，随后这款手机也引起了网友们的极大关注。

YotaPhone2是一部由俄罗斯手机制造商推出的智能手机，该机最大特点在于拥有正反两个屏幕。既然能作为国礼，想必YotaPhone2还是有两把刷子的。双屏就是其最大的杀手锏，机身正面为高分辨率AMOLED显示屏，机身背面内嵌一块E-ink电子墨水显示屏。Yota Devices 声称，电子纸显示屏的耗电量是1080p AMOLED 正面显示屏的七分之一。使用YotaPhone2 的电子书软件，充一次电就能阅读五天。感觉很厉害呀，那么问题来了，E-ink电子墨水屏幕又是什么技术？下面显示君开始撸起袖子给大家介绍与此相关技术。

电子纸显示技术

电子墨水技术是电子纸显示技术的一种。下来我们聊聊电子纸显示技术。电子纸的学名叫做Electronic Paper(简称E-Paper)，是一种视觉效果与纸张相似的电子显示装置，具有易于阅读、便于携带和低功耗等特性。采用柔性基板材料制造出来的柔性电子纸，能够像纸张一样轻薄、可卷绕或折叠以便于携带。目前柔性电子纸可采用塑料、薄型金属和超薄玻璃基板等。

电子纸显示技术有很多种，目前占据大部分市场份额的是E-ink的电子墨水技术（电泳技术）。电子纸技术的研究开发，至今已走过了40多个年头。在20世纪70年代，日本松下公司首先发明了电泳显示技术，但最初研究出的普通电泳显示寿命短、不稳定、彩色化困难等诸多缺点，一直进展不顺利。20世纪末，美国E-Ink公司利用电泳技术发明了电泳油墨（又称电子墨水），极大地促进了该技术的发展。施乐、柯达、3M、东芝、摩托罗拉、佳能、爱普生、理光、IBM等国际著名公司都曾涉足电子纸。

电子纸分类

电子纸经过多年的发展，已经研究出多种类型。根据驱动方式，比较成熟的技术主要有以下几种：Eink微胶囊型(Micro encapsulation)电泳技术，是目前最受关注的电子纸显示技术之一；反转球技术(Gyricon)；双稳态胆固醇液晶技术；微杯电泳技术；电子粉流体技术。胆固醇液晶显示技术(Ch-LCD),利用的是该材料的双稳态特性,其分子在不同的电位控制下可以呈现"反射"和"透过"两种方式来达到显示效果,采用自然光反射,无需背光,同样具有很好的省电效果。相比于其他电子纸技术,该技术特征在于可以利用不同旋转螺距的旋光剂来实现RGB等颜色,满足未来电子纸彩色化需求。电子粉流体显示技术(QR-LPD),由日本的普利司通公司于2004年推出,显示原理与电泳技术相似,也是利用电场来疏通微粒显示图像或文字。不同的是微粒采用纳米级的树脂颗粒,具有像流体一样的疏通特性,故而称之为电子粉流体。

那么让我开始游到我们重要的电泳技术。

电泳技术原理

电子墨水由数百万个微小的微胶囊构成，直径大约与人类毛发相当。每个微胶囊都含有带正电的白色粒子，以及带负电的黑色粒子，悬浮于透明液体之中。当正电或负电电场接通时，相对应的粒子会移动至微胶囊顶端，使用者就可以在表面看见白色或黑色的影像。

电子纸技术优点

1.双稳态

何谓双稳态技术？双稳态技术可在电源完全拔除的状态下，画面持续存续在显示屏上，不会消失。在实际应用上，这代表了电纸书只有在画面变化的时候，才需要消耗电源。举例而言，当我们使用电纸书阅读时，只有在翻页的时候才需消耗电源，而在阅读当中是完全不需消耗任何电源的。尤其在电子纸进入待机状态时,至始至终存在的静止画面耗电量几乎可忽略。相反的,无论是否显示新的画面,传统的LCD屏幕每秒皆须以60Hz左右的频率更新画面。双稳态特性使电子纸显示屏大幅降低电源的消耗，这也是电纸书有较长电池续航力的主因。

2.反射式显示

在LCD显示屏，或称「发射式显示屏」中，背光源的光线一直穿透显示屏直射观看者的眼睛。在 E-Ink 的电子纸显示屏中完全无须背光源，而是利用环境光源打在电子纸显示屏上，再反射光线至观看者的眼中。就像所有的反射式表面，环境光源越明亮，电子纸显示屏中的图样也越清晰可见。这项特性即模拟传统墨水与纸张的特性，当使用电纸书做长时间的阅读时，不会像LCD屏幕的用户容易眼睛疲劳。同样的，背光源可消耗电子产品总用电量的70% 之多。因此，和传统LCD 比较起来，无背光源的电子纸显示屏可大幅增加电池的使用寿命。

不足

响应速度慢

因为电泳技术依赖于粒子的运动，用于显示的开关时间非常长，长达几百毫秒，这个速度对视频应用是不够的。用于电泳显示的使开关时间达到几十毫秒的更快的材料正在开发之中。

转换速度慢

显示的双稳态、以及转换速度慢，也影响了其连续显示色彩的性能。一些电泳显示器在两种色彩之间切换，如果彩色显示还需要一个彩色滤光片。该技术的驱动器正因双稳定性问题而面临挑战，双稳定性对显示有利，但它也给带来了挑战，因为它需要采用一种独立的驱动器架构，从而导致显示器的成本上升。

电子纸自出现以来主要的应用对象就是制成电子书阅读器，随着电子书市场的爆发，人们在阅读方式上的改变，形成了一个巨大的市场。就阅读体验来说，以电子纸制成的电子书阅读器，因其良好的阅读体验极具竞争力。但不可否认的是，智能手机、平板电脑在显示技术方面的不断进步会进一步侵蚀电子纸市场。但我们有理由相信，在不久的将来,彩色化的电子纸可能实现量产,这将大大的提高电子纸的应用范围和市场需求。