【转帖】黑白及彩色电子纸技术发展浅析

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黑白及彩色电子纸技术发展浅析 韩歌民(河南大学) 沈亮    《微型计算机》2009年9月下期    2009-10-12         两千多年前我们的祖先发明了造纸术，此后纸张就一直是人们用于记录、传播和交流信息最重要的一种媒介；但纸张上印刷的内容一旦成型便不能更改，而现代电子显示技术的发展让大家看到了电子显示介质在“信息可刷新特性”方面明显优于传统纸张的事实。其实早在30多年前就有科学家提出了“电子纸”的概念，时至今日，电子纸技术已有了长足的发展，并在很多领域开始得到应用。从目前的趋势来看，也许在不久的将来电子纸就会融入大家的工作、学习和生活当中……

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#2 发表于 2009-10-27 18:41  资料 文集 短消息   何为电子纸？        电子纸的学名叫做Electronic Paper(简称E-Paper)，也称数字纸(Digital Paper)、类纸显示器(Paper-Like Display)，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。柔性电子纸在整体结构上一般可分为“前板”(Front Plane)和“后板”(Back Plane)两部分，前板主要指电子纸外层的显示介质部分，后板则主要是指电子纸的驱动电路部分。 亚马逊Kindle电子书         电子纸目前最主要的一种应用是电子书阅读器(E-Book Reader)，这是一种以电子纸为核心部件的便携式电子设备，用于阅读电子图书报刊。电子纸还可广泛用于广告牌、信用卡、会员卡、钟表、电子标签、各种指示器、医疗器械以及数码相框、手机等便携式消费产品；此外，电子纸目前的市场定位虽不是要取代液晶显示器，但随着高亮度、高分辨率和高响应速度全彩色电子纸技术的发展，其应用将很有可能会扩展到电脑显示器、电视机等更庞大的应用领域。显然，巨大的商机正在推动着电子纸技术更快速的发展，电子纸技术的发展速度和应用范围也许比人们原来预想的要快得多和宽得多。 电子纸的特性◇反射型显示材料与更高的易读性         大家现在拿着的这本《微型计算机》，它能带来全然不同于液晶显示器的舒适的视觉感受，这是为什么呢？我们能够看到纸上的内容是因为它将环境光反射到我们的眼睛里：白色部分反射了大量的环境光；而黑色文字（油墨)则吸收了大量光线，使得文字部分反射光相对非文字部分大量减少，因此在我们眼睛里就形成了“白底黑字”的感觉。纸张的特点是通过反射环境光来显示内容且光反射高达65%，可获得较高的亮度、对比度和可视视角(接近180°)。         深究下去就会发现，按照光产生的方式，电子显示介质可以分为两种类型，一种是依靠自身光源显像的“发散型”(例如LCD显示器)，另一种是利用环境光显像的“反射型”(电子纸)。而前面纸张的例子告诉我们，反射型电子显示材料要具有更高的阅读舒适性，而电子纸就是这样一种靠反射光来工作的显示材料。 ◇便携设备对功耗要求异常敏感         现在人们越来越看重便携设备，但是由电池供电的各种便携设备都面临着续航能力的问题，所以要想在这个领域有所作为必然要满足两个条件：低电压与低功耗。也正因如此，电子纸一般都采用功耗非常低的“双稳态显示技术”。         所谓的“双稳态显示器件(Bistable Display)”，就是像素都具有“亮”与“暗”两种稳定显示状态，且在没有外加电压时能保持其显示内容不变。通俗来讲，就是双稳态显示可以在低耗电或“零功耗”的情况下保持或“记忆”显示内容，只在更新显示内容时加载瞬间的驱动电压。 ◇高亮度、彩色和动态显示         亮度和对比度是决定电子纸易读性的关键因素，所以高亮度和高对比度毫无疑问将是电子纸技术发展的一个重点。彩色显示具有更丰富、更逼真的视觉效果，高品质的彩色电子纸无疑具有更强的竞争力和更大的市场需求，众多的厂商和研究机构目前都在争先恐后地努力跨越电子纸彩色化显示的技术难关。动态显示是电子纸获得更广泛应用的前提，所以各种新型电子纸技术都在尽力突破响应速度的瓶颈，以实现动态影像的显示。

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#3 发表于 2009-10-27 18:42  资料 文集 短消息   电子纸的前世今生        最早的电子纸被称为“Gyricon”，诞生于1970年声名显赫的施乐palo alto研究中心(简称 PARC)——这里可是激光打印机、面向对象编程技术、计算机图形界面等众多影响20世纪历史发展进程的重大技术的诞生地。在2000年新世纪到来的时候，PARC发布了Gyricon的样品，宣告这项新显示技术全面进入市场。         Gyricon的核心部分是一片看上去与普通纸张类似的透明胶片，但是在胶片里面分布了高达百万计的直径在100微米左右大小的带电小球。每个小球的一面涂上了带负电黑色涂料，另一面涂上带正电的白色涂料。这些小球被密封在透明的充满润滑油的硅胶片中。在硅胶片的表面构造了类似液晶TFT一样的电路，能够按照需要在不同的位置施加正电压或者负电压。这样内部泡在润滑油中的带电小球就会在电场的作用下发生旋转，选择性的将黑色或者白色部分翻转出来，在宏观上形成需要显示的文字或者图案。 Gyricon中小球在电场变化时发生旋转         而当Gyricon断开电源，已经旋转到位的小球便保持之前的旋转排列方式，宏观上就将显示内容保存下来，像杂志一样长时间稳定显示。下图中就是Gyricon技术最早的验证模型：在一小片夹有带电双色小球的硅胶片下方安置一片透明的X形状的电极。当电极通电后，我们就看到了X的图案。 最早的Gyricon实验样片         Gyricon颠覆了电子显示领域几十年来的固有特点——自发光，在环境光线不足的条件下， Gyricon和一般报纸杂志一样不易观看；但是在明亮的环境中，Gyricon带来了报纸般的清晰、广视角的阅读体验，讨好阅读者的眼睛。由于仅在需要改变显示内容的时候才需要加电，Gyricon能够最大限度的做到省电。         遗憾的是，施乐公司和PARC研究中心因为一段时间高层管理者的短视，始终将全部精力放在复印机的研发和推广上，其它在现在看来如日中天的技术渐渐被束之高阁。Gyricon也因为得不到有力的支持被长期放在公司的实验室里，直到上世纪末才重启开发进程，严重影响了Gyricon技术的发展，很多问题直到现在仍没有很好解决。         ◇显示画面不够细腻。Gyricon显示会受带电小球旋转的约束——如果胶片中小球排列太疏，那么最终画面连续性和对比度将会下降；而小球又不能排列太紧密，以免影响正常旋转。与此同时，如果小球尺寸太大，显示画面难免有颗粒感；而缩小小球尺寸又受到微细加工水平的限制，无法快速取得突破。         ◇响应时间太长。Gyricon变化颜色依靠加电使带电双色小球旋转，对比液晶材料使微小的液晶分子旋转需要几毫秒，而要靠电压转动100微米固态小球耗费时间更长——超过100毫秒，也就是说你看到Gyricon在切换时的渐变特征并不是什么“特效”，而是实实在在的“慢”。         由于以上种种，Gyricon的市场推广并不成功。反倒是在Gyricon技术原理的启发下，又诞生了很多同类技术，在快速改进性能和降低成本后已经进入大众市场，这其中最有名的当属E-Ink公司的E-Ink(电子墨水)技术。

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#4 发表于 2009-10-27 18:42  资料 文集 短消息   异军突起的E-Ink电子墨水        E-Ink技术和Gyricon最大的区别就是放弃了可旋转小球的设计理念，转而在硅胶片中内置了上百万的微型胶囊。每个微型胶囊中充满透明润滑液体，并包含了无数纳米级的黑白小颗粒；黑色的颗粒带负电，白色的颗粒带正电。当施加电场的时候，黑色的颗粒聚集到胶囊表面，而白色颗粒聚集到胶囊底部。这样整个胶片看上去也能呈现出文字或者图案来。         由于胶囊不需考虑旋转和保证两个半球均匀上色的问题，E-Ink可以将微胶囊做得很紧密，并在胶囊内加入颜色性质稳定的双色球，以实现比Gyricon更强的反射亮度、更高的对比度。不光如此，E-Ink还能实现单个胶囊的多级灰度显示。如下图所示，每个胶囊使用两套不同的电极控制电路：左边胶囊的双电极极性相同，就能实现全白或者全黑；右边的胶囊双电极极性相反，巧妙的实现了灰色显示。这样单个胶囊就能实现全黑、全白、黑到白、白到黑四种显示灰度效果，使得图像更细腻平滑。 电泳成像的E-Ink电子纸         E-Ink集合了平板（薄膜）TFT、精密化学、纳米技术等等前沿科学于一身。而得益于现代纳米和平板显示技术的飞速发展，以上关键技术成本都得到有效控制，为E-Ink技术全面走向市场铺平了道路。因此目前市面上存在的掌上电子纸张产品多数都来自于E-Ink技术。 将会在户外大面积显示领域无限风光的Gyricon电子纸         Gyricon和E-Ink目前几乎统治了电子纸张的实际应用市场。Gyricon虽然在精细化显示方面存在明显不足，但是相对简单的结构使其在大面积显示和内容简单无需频繁变化的场合颇有作为，如体育场的比分牌和广告牌、超级市场的价格标签等。         不过目前的E-Ink电子纸技术还在两大缺陷，即响应时间过慢和色彩单一：         ◇虽然E-Ink电泳的显示方式大幅提高了响应速度，最先进的Vizplex技术已经将响应时间降低到20ms等级。不过熟悉液晶显示响应速度的读者肯定明白这还远远不够。使用者仍然会明显感觉到内容切换时的迟滞。         ◇无论是Gyricon还是E-Ink，其基础显示原理只支持双色显示。对于彩色显示完全力不从心。 黑白E-Ink技术的竞争对手——改良液晶屏        别看电子纸张技术问世时间不长，其核心技术持有公司已经申请了数千专利，可谓进步神速。这众多专利一方面保护了这些公司早期的风险投入，另一方面也不可避免地形成了专利壁垒。因此细心的读者会发现在目前火热的电子纸张浪潮中居然缺少了我们熟悉的平板显示大鳄——三星、 LG、友达光电等公司。但事实情况并非如此，目前电子纸张的市场前景还不明朗，传统的平板显示大厂并不想在一旁作壁上观。于是乎一项基于传统液晶技术，且也能达到电子纸张效果的“胆甾型液晶”电子纸张问世了。 胆甾型液晶(改变液晶排列组合的方向便可达到不同的光学显示效果)         胆甾型液晶（Cholesteric Liquid Crystal Display,ChLCD）原是液晶显示技术的一种。在对液晶分子作深入分析时，科学家发现ChLCD在不同的电场排列下会表现出不同的光特性，而且同样具有双稳态的特点——即加电前后液晶阵列保持稳定。如图所示，左边当ChLCD分子呈平行排列时就拥有了反射光线的能力，并能够按照此时的排列形式反射出不同颜色的光线。当液晶分子旋转至非平行角度时，光线就能径直通过，表现为此处显示黑色。因此在反射式电子设备发展得如火如荼的今天，ChLCD被老牌的液晶厂家当做抗衡E-Ink的武器拿了出来。         ChLCD最大的优势在于能够最大限度地沿用目前已经相当成熟、应用广泛、具有极大产能的液晶生产线，这为ChLCD带来了区别于前两者的两大特点：         ◇具有快速响应能力。无论是Gyricon还是E-Ink，受显示原理限制，其最小响应时间（黑白切换）都在20ms以上，如果是灰度变化就更慢，只能适应文字和图片等静态内容的显示。而源于主流液晶技术的ChLCD也承袭了液晶的响应速度，目前样品阶段的灰度响应时间就已经达到20ms，基本具备了动态视频的播放功能。         ◇实现彩色对源于液晶显示的ChLCD来说并不困难，实现起来更是多种多样。一种方式是多层叠加。像前面提到的ChLCD在不同的排列形式下能发出不同颜色的光线，目前ChLCD技术已经能够产生蓝黑，红黑，橙黄等颜色搭配。那么将红绿蓝三层ChLCD叠加在一起就能实现多色显示。(详见后文介绍)

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#5 发表于 2009-10-27 18:43  资料 文集 短消息   实现电子纸彩色显示的有益尝试        为了解决传统E-Ink电子纸只能显示黑白两种颜色的尴尬，E-Ink公司与专业的滤色片厂商 Toppan公司合作开发了滤色片彩色E-In k电子纸并展示过其试验样机。这种方案一经问世便受到一些后板厂商的青睐，例如HP采用可有效降低生产成本的“自对准压印光刻”(SAIL)工艺、三星采用新型“碳纳米管”(CNTs)电路后板、LGPhilips采用薄膜电路后板开发的滤色片彩色E-Ink电子纸，都已展示过样机。另外，Bridgestone也展示过滤色片型QR-LPD彩色电子纸。 HP、LG-Philips展示的滤色片型彩色电子纸         滤色片彩色电子纸在技术上很容易实现，但滤色片会降低光反射率或显示亮度，同时用多个色彩子像素组合成一个显示像素则降低了单位面积的像素数量或分辨率，这种方案是以降低亮度和分辨率为代价来实现彩色显示的，并且滤色片还增加了电子纸的厚度。因此，不少厂商和研究机构都在致力于开发像素自身具有反射彩色光的机制、无需滤色片就能实现彩色显示的电子纸技术，并且已经有了明显进展，下面介绍的主要就是这类彩色电子纸技术。 反射式液晶彩色电子纸捷足先登        目前，液晶显示器已成为主流的显示设备，但并不具备电子纸所需的双稳态、反射显示的特性。目前，已经开发出来的采用反射式液晶材料的电子纸技术，主要有如下几种。         ◇胆甾型液晶显示技术         ◇向列型液晶显示(Nematic Liquid Crystal Display，NLCD)技术         ◇双稳态液晶显示(Bistable Liquid Crystal Display，BLCD)技术         其中，向列型液晶和双稳态液晶电子纸都需要采用滤色片实现彩色显示，所以这里主要介绍胆甾型液晶彩色电子纸技术。         2009年3月18日，Fujitsu的FLEPia便携式信息终端开始销售，FLEPia采用的电子纸显示屏为8英寸/768×1024像素/26万色。由于这是首款正式上市的彩色电子书阅读器，所以引起了普遍的关注。         FLEPia采用的便是胆甾型液晶显示(ChLCD)电子纸技术，胆甾型液晶(CLC)的分子呈螺旋状排列，故也称螺旋状液晶材料。CLC材料具有独特的光反射选择特性，掺入了适当添加剂的CLC材料只能反射特定波长的色光，采用不同的添加剂配方可以配制成分别反射红、绿、蓝三种基色光的 CLC材料。CLC材料还具有独特的光电特性，在外加电压的作用下，其分子的螺旋状态会发生变化，进而导致光反射率改变，且在外加电压消失后仍能保持这种状态，具有双稳态特性。 CLCD像素的基本结构和彩色显示原理         CLCD电子纸为多层结构，每个像素由分别能反射“蓝-绿-红”基色光的3层CLC材料堆叠构成，最底层是光吸收层，每层CLC材料都处于两个透明电极的夹层中。当驱动电压分别加载到3个反射层的电极时，各反射层对环境光中3种基色光的反射率相应改变，所反射的3种适当强度的基色光按照加法混色规律就可以混合成所需的某种颜色，从而实现彩色显示。         CLCD电子纸技术可以显示明亮鲜艳的彩色效果，无需偏光片和滤色片的CLCD前板厚度仅0.8毫米左右；CLCD具有双稳态低功耗特性，其功耗只有普通液晶显示器的1/50；CLCD具有可弯曲的柔韧性，生产成本也较低。不少分析人士认为，CLCD将成为未来十年最主要的一种电子纸技术。

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#6 发表于 2009-10-27 18:44  资料 文集 短消息   正在跨越彩色显示的电泳电子纸技术        电泳显示(Electrophoretic Display，EPD)即利用电泳原理实现光反射式的双稳态显示成像。电泳(也称“电泳动”)是指在电场的作用下，带正、负电的粒子分别移向电场两极的运动现象。目前开发出来的EPD主要有下面几种。         •E-Ink的微胶囊(Microcapsule)电泳技术／商用名为“电子墨水”(Electronic Ink，E-Ink)         •SiPix的微杯(MicroCup)电泳技术• Xerox的扭转球(Gyricon)电泳技术         •Bridgestone的快速响应流体粉(Quick-Response Liquid Powder Display，QR-LPD)技术         •hilips的横向电泳(In-Plane Electrophoretic Display，IP-EPD)技术         •Zikon的逆乳液电泳(Reverse Emulsion Electrophoretic Display，REED)技术         下面介绍其中的Philips横向电泳技术和Zikon的逆乳液电泳技术，这两种EPD可利用其像素自身反射色光的机制实现彩色显示。 ◆Philips横向电泳显示技术         滤色片彩色EPD的显示亮度和分辨率会受到滤色片的制约，而Philips的“横向电泳显示”(IP- EPD)技术为彩色EPD的发展带来了新的希望；另外，Canon公司也在开发类似的技术。常规EPD像素中带电颜料粒子的电泳都是与显示面作垂直的“纵向”移动，而IP-EPD像素中带电颜料粒子的电泳则是与显示面作平行的“横向”移动，故命名为“横向电泳显示”技术。         遮蔽区内设有两个电极，分别是集电极C、门电极G，可视区内有两个视电极V1、V2。当G电极上不加电压时，带正电的颜料粒子可以按照C电极与V1、V2电极之间电压的方向，在可视区与遮蔽区之间自由移动。当C-V1、V2加正向电压时，颜料粒子移入V1、V2极所在的可视区并反射环境光，像素即可显示一个色点。当C-V1、V2加反向电压时，颜料粒子移入C极所在的遮蔽区不再反射环境光，像素不显示色点。简单地说，IP-EPD通过控制颜料粒子处于像素的可视区或遮蔽区，使其在“可见”与“隐藏”两种状态之间切换来显示图像。 像素中有大量的呈悬浮态的带正电颜料粒子，每个像素都由从显像面上 可以看到的“可视区”和不能看到的“遮蔽区”两部分组成。         当G电极加载电压时，其作用就像一个闸门，使颜料粒子不能自由移动而只能停留在原来位置，此时显示的图像就能稳定地保持。虽然这种稳态需要在G电极上保持一定的电压而不能实现零功耗，但所需的功耗非常小，IP-EPD的这种超低功耗稳态显示特性被称作“仿双稳态”。         IP-EPD像素采用两个视电极的目的，是在可视区形成一定的电压梯度，从而可以控制颜料粒子在可视区内更均匀的分布，有利于增强反射显示的效果；此外，两个视电极的尺寸很小，减小了对像素的覆盖面积，从而进一步提高了像素的透明度和亮度。 双层堆叠结构的彩色IP-EPD像素         高亮度和高透明度等特性使IP-EPD可采用多种方式实现彩色显示，目前主要是采用2层堆叠的像素结构来实现彩色显示的。第1层为“蓝绿-黄”基色显示层，其像素中悬浮有带正电的蓝绿色粒子与带负电的黄色粒子；第2层为“紫红-黑”基色显示层，像素中有带正电的黑色粒子与带负电的紫红色粒子，最底部为白色反射层。白色反射层与黑色粒子可显示高对比度的黑白图像，而蓝绿、黄、紫红粒子反射的基色光可混合出鲜明的彩色图像。 ◆Zikon的逆乳液电泳显示技术         与其它EPD技术采用固态颜料粒子不同，Zikon公司开发的“逆乳液电泳显示”(REED)技术，是将大量带电的微小有色液滴与一种清澈的不带电液体均匀混合后，形成一种悬浮状的乳状液体，带电有色微液滴是将颜料与活化剂按适当配比制成的一种纳米材料。         当在REED像素电极加载正向电压时，有色微液滴向像素正面的透明大电极靠拢，而使像素显示一个色点；当加载反向电压时，微液滴则向像素背面的细小电极靠拢，并聚集到其附近的一个狭小区域内，显示面上的色点消失而呈清澈透明状态。 REED像素的基本结构是将上述乳液注入两层玻璃之间的密封空隙中， 正面有覆盖整个像素的较大透明电极，背面则是一个细小的电极。         REED技术的优点是具有非常高的响应速度，能够显示动态或视频图像，并且可采用常规的液晶显示器的加工工艺进行制造。另外，REED像素所具有的高透明性，使其可以利用3基色显示层堆叠并通过减法混色实现彩色显示。REED的工作电流和功耗虽然比较小，但不具备零功耗的双稳态特性，在实现器件柔性化方面也有待于进一步的改进。

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#7 发表于 2009-10-27 18:45  资料 文集 短消息   用“水”实现彩色显示的电润湿技术        利用疏水材料的疏水性能可在外加电场的控制下发生改变，从而使疏水材料与水之间的接触面产生张力和形态的变化，也能实现反射型的彩色显示，基于这种原理的电子纸技术主要有下面几种。         •电润湿显示(Electrowetting Display，EWD)技术         •电流体显示(Electrofluidic Display，EFD)技术         •水滴驱动显示(Droplet Driven Display，DDD／D3)技术         其中，EWD和EFD能够直接实现彩色显示但目前尚不具备双稳态特性，而具有双稳态特性的 D3技术只能实现灰度显示。 ◆Philips的电润湿显示技术         Philips“电润湿显示”的像素是一种由水、颜料油、疏水材料、透明电极、白色衬底等构成的多层结构。没有外加电压时，颜料油在疏水材料表面形成了一个稳定的扁平油膜，可反射环境光而使像素显示一个彩色点；当在电极上加载电压时，其所产生的电场使疏水材料的疏水性下降，上层的水会尽可能地与疏水材料表面接触，从而导致颜料油被推移到了一边，下面的白色衬底显露出来，使像素显示为白色点。 EWD像素基本结构和显示原理         利用EWD对彩色光的反射特性,将“蓝绿-紫红-黄”(CMY)3种基色EWD显示层堆叠，即可利用其分别反射的CMY基色光以减法混色的方式实现彩色显示。EWD的功耗很低，但不具备零功耗双稳态特性。 ◆Gamma-Dynamics的电流体显示(EFD)技术         由美国辛辛那提大学新型器件实验室(NDL)、Gamma-Dy namics和Polymer Vision Ltd等联合开发的“电流体显示”(EFD)技术，与EWD的技术原理类似。         EFD像素由疏水材料构成，像素中心是一个填充有液态颜料的的微小容器(Reservoir)。当在像素电极加载电压时，微容器内的颜料会扩散到外部，此时像素可反射环境光显示一个色点；当停止加载电压时，扩散出来的颜料则会返回微容器中，像素不再显示色点。         EFD与EWD共有的特点是可以控制彩色颜料的“可见”与“隐藏”两种显示状态的快速切换，故适合彩色动态影像的显示。EFD与EWD都可以获得较高的光反射效率，其反射率有望超过85％，所以能够获得很高的显示亮度和对比度。EFD可以实现比EWD更小的像素，这有助于使EFD器件的厚度更小。

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#8 发表于 2009-10-27 18:46  资料 文集 短消息   蝴蝶、宝石与新型彩色电子纸技术        目前，除了电泳、反射式液晶和电湿润这3种最主要的电子纸显示技术之外，还有很多公司和机构在致力于开发各种采用新型像素材料和特殊结构的反射型彩色显示电子纸技术，其中比较成功的有下面这3种技术。         •Qualcomm的干涉测量调制(Interferometric Modulator，IMOD)技术         •Opalux的光子晶体显示(Photonic Crystal Display，PCD)技术／商用名为“光子墨水”( Photonic Ink，P-Ink)         •Acreo等开发的电致变色显示(Electrochromic Display，ECD)技术 ◆Qualcomm的干涉测量调制技术         Qualcomm公司推出的Mirasol系列电子纸产品采用了“干涉测量调制器”(IMOD)显示技术,如下图所示，IMOD像素的基本结构包括涂敷了一层半透射反光薄膜T的玻璃基板、一层导电反光隔膜M，隔膜M与薄膜T之间有一个很小的空气间隙，IMOD技术主要是利用了在两个表面之间的空气间隙中光反射形成干涉的原理，据说IMOD技术的灵感来源于蝴蝶翅膀能产生绚丽色彩的自然现象。 IMOD像素基本结构和显示原理         当在隔膜M与薄膜T之间加载较高的电压时，隔膜M就会在静电引力的作用下向玻璃基板靠近，或者说隔膜M出现“塌陷”，此时空气间隙减小，使可见光出现相互抵消的干涉，所以像素显示为黑色，这种状态称作“塌陷状态”(Collapsed State)。当在隔膜M与薄膜T之间加载低电压时，隔膜M还原其固有的位置，此时入射光可在较大的空气间隙中形成干涉，所产生的彩色光使像素显示一个明亮的色点，这种状态称作“打开状态”(Open State)。         由于IMOD像素结构本身能够形成高亮度的彩色光，所以能直接实现彩色显示。此外，IMOD技术还利用“微电机械系统”(MEMS)的原理实现了双稳态特性，像素中的反光隔膜是一种弹性膜，可以像弹簧一样产生弹性机械力，这种弹力能够使像素在没有外加电压时保持打开或塌陷状态。 ◆Opalux的光子晶体显示技术         Opalux公司首创的“光子晶体显示”(PCD)技术，商用名为“光子墨水”(Photonic Ink，P- Ink)，利用了一种被称作“蛋白石”的天然宝石所具有的变色特性。蛋白石由十分微小的球形二氧化硅颗粒堆积形成，颗粒间距不同的蛋白石，可反射不同波长的色光而呈现不同的颜色，故被称为光子晶体。 PCD像素基本结构和彩色显示原理         PCD像素的基本结构如上图所示，直径约200纳米的光子晶体材料球形微粒牢固地附着在一种类似于海绵的多孔电活化聚合物上，当在像素的电极上加载的电压增大时，聚合物就会汲取电解液而膨胀，其上附着的球形微粒的间距随之增大，其反射色光的波长也变大。反之，若所加电压减小，聚合物就会挤出电解液而收缩，导致球形微粒的间距减小，其反射色光的波长就变小。因此，只要精确控制PCD像素的驱动电压，就能使其反射不同波长的色光而显示各种颜色。实验表明，在0V～2V的电压范围内，就可以使PCD像素分别显示出全部可见光的色彩。 ◆Acreo等开发的电致变色显示(ECD)技术         电致变色显示(ECD)技术的基本原理，是利用一些有机材料在电解过程中发生氧化-还原反应，导致其对环境光中不同波长色光的反射-吸收特性发生变化，从而产生可逆性颜色改变的电致变色现象。ECD的像素的基本结构包括固态的有机电解质、电致变色材料以及柔性的塑料或纸质衬底，大、小两块电致变色材料同时也作为像素的驱动电极使用，Acreo公司采用的电致变色材料是一种称作PEDOTSS的高分子聚合物。 ECD像素基本结构和显示原理         当在ECD像素电极加载驱动电压时，连接电压负极的较大一块电致变色材料由于发生还原反应而改变颜色，正极的较小的那一块电致变色材料则由于深度的氧化反应而变成透明状态，从而使此像素显示色点。         ECD技术最重要的一个特性，是在像素上加载不同的电压可以显示多种不同的颜色，因此非常容易实现彩色显示。除了Acreo公司之外，致力于开发ECD技术的还有Aveso、Ntera、Seiko- Epson、Siemens和日本的国立材料科学研究所(NIMS)等公司和研究机构。 写在最后        电子纸技术的发展方兴未艾，其所产生的影响，在某种程度上可能不亚于当初的电视机，而电子纸技术彩色化的意义也当与电视技术由黑白到彩色的跨越一样重要。基于电子纸技术的电子书阅读器正在悄然地改变着人们的阅读习惯，也给传统的图书报刊出版带来了新的活力。在可以预见的将来，电子纸技术的快速发展和广泛应用，将与人们生活的方方面面密切相关并进而改变人们的生活。         回溯显示器的发展历史，传统液晶技术花了近20年的时光才占领了统治地位，而电子纸张技术在不到十年的时间里就完成了从原始技术积累到商用产品的开发过程，并且被众多分析师认定为：将改变未来平板显示概念的新技术。那么十年后会是什么样呢？也许未来诸多电子设备的设计图会在电子纸张的辅佐下成为现实。