革“造纸印刷术”命 e-paper电子纸张技术前瞻

电子纸技术对今天大多数人来说仍旧陌生，不过这项技术历经35年的发展后，已经酝酿着一场对传统阅读、协作以及学习方式的巨大改变—就像一些专家们评价的那样，电子纸张技术将是15世纪印刷术诞生后最伟大的发明。“使用柔性材料制造，只需要非常低的能量消耗、制造成本低廉、最重要的是人们能够简单方便的进行阅读！”科学家及产业界目前对电子纸张这种显示技术报以深切希望，甚至有专家预言——“在未来十年内，电子纸张配合存储芯片能够装下整个图书馆，电子纸张介质也将让绝大多数印刷报刊成为历史”。本文将从电子纸张的历史说起，和广大网友一起来了解“电子纸张”这项足以促成第二次传递文明方式革命技术的原理，技术现状及美好的未来。

电子纸张技术和我们现在已经广泛应用的LCD液晶技术以及未来的OLED、有机EL显示有什么不同呢？简单的说后三种包括CRT在内都是一种主动发光技术，靠显示设备自身产生光线，无论是CRT上电子轰击荧光物质发光，还是LCD背光灯管主动发光，都符合“自身发光”的原理，是电能到光能的转化需要耗费能量的，而且这样产生的亮度和环境光没有多大关系。如此以来就可能产生这样的结果，在黑暗的地方，可能液晶屏幕显得亮度刺眼，而在室外光线环境下，液晶屏幕背光被环境光压制几乎不可读，这些都是“自发光技术”很难处理的问题。为什么电子纸技术被称为“E-paper”呢？答案就是电子纸张自身并不发光，它是通过反射环境光到读者眼中达到显示目的的，由于这一显示原理和传统印刷品几乎相同，人的视觉感知结果如纸张印刷品类似，所以“E-paper”称呼这种技术是名至实归了。

这位先生在正专心阅读，他手中的“电子书本”完全符合传统书籍的阅读方式

精工限量版本手表，上图上黑色背景的图案就是由表上卷曲的电子纸显示出来的，图像可以实现存储任意切换，每次见到都是不同风格。

采用电子纸张作显示屏的媒体播放器和电子书 因为电子纸张是反射外界光线到读者眼中，外界强烈的日光并不影响显示效果，我们依旧能从E-paper清楚查询冠军杯的比赛详情。

在上个世纪七十年代，施乐（Xerox）的Palo Alto 研究中心（简称PARC）是毫无争议的全球创新技术研发中心。现在计算机的很多原形设计和概念都诞生自这里，比如鼠标、激光打印机、以太网、GUI图形操作界面、多色计算机图形卡以及众多的计算机语言。而在这些众多技术突破中，有一项技术几乎被埋没，这就是由PARC研究人员Nicholas K. Sheridon在1974年发明的“Gyricon”电子墨水技术，当时是为了施乐的Alto个人电脑研发的全新显示技术，而这项技术最终没有得到产业化，却鬼使神差的奠定了现代电子纸张技术的基础。

时隔近35年，国外媒体同行TFOT采访了Nicholas K. Sheridon，当然关注的重点就在于“Gyricon”这项意义深远的发明。

E-paper之父Nick Sheridon

Q：当时的研发工作是怎样开始的？

A：在上世纪60年代末70年代初，施乐Xerox PARC开发并力图说服施乐的管理层认识到代号为“Alto”的个人电脑开发计划，但是它们并没有获得管理层理解而流产了。要知道“Alto”是世界上第一部办公和字处理电脑，无论哪一方面都可以称作惊世骇俗，承前启后了，甚至说在即便是后来的MAC和IBM兼容机有很多技术追求还达不到“Alto”的高度。在当时施乐PARC研发人员眼中，即便是当时最好的阴极射线管显示器(即CRT)，他们也并不满意其显示器效果——亮度不够，对比度差，人们只能在较暗的房间里面使用电脑，必须拉上窗帘，关上灯，这太不方便了。于是几名PARC的科学家们就开始探索研究更好的显示器技术，能解决在明亮光线环境下工作的设备。于是乎，我就发明了由无数滚动球构成的“Gyricon”显示技术，而小组的另外的同事的工作成果是电泳显示器，而这项技术在当时还解决不了寿命问题就放弃了。

 Gyricon技术经过一定时间的研究取得阶段成果，也进行专利申请，可就在这个时候我们PARC和施乐管理层在理念上发生了冲突，它们高度评价了这个在显示器方面的研究，然后却说施乐并不是一家显示设备制造公司，在这时我明白了，我们研究人员寄予高度希望的Alto个人电脑在施乐公司是永远开发不出来的，作为PARC的研究人员我们只能顺着公司的思路，停止了“Gyricon”电子墨水的开发，继而进行施乐传统业务复印机/打印机技术的研究组织日本厂商在这些业务上对我们的蚕食。之后我又发明了基于离子放射照相法技术的打印机，这后来变成了施乐一项非常重要的产品，带来了1.5亿美元的收入。之后我又开发出了业界第一款结合打印机、复印机扫描仪以及传真的一体机产品，但是这项设计被施乐的管理层取消了。在今天看来，我只能说施乐当时的领导层是难以置信的短视，就当时的施乐来说，它本应该有无数的机会在新兴产业上有所作为，但是都被放弃了，那时的施乐并不缺钱，它有足够的资金招揽顶级专家们组成当时世界一流的科研机构PARC，但是施乐的管理层认准了复印机一条道跑到黑，也注定了未来施乐帝国的衰落。

Q: e-paper是如何诞生的?

A:我真正意识到电子纸张作用是在1989年。早在施乐PARC任职的时候，我们就认为无纸化办公的出现必定会替代传统的打印和复印过程，纸张介质呈现的文档最终会被各种个人电脑的显示终端替代。但和我们预计的不同，无纸化办公时代并没到来，相反个人电脑的大量使用使得更多的纸张耗材被用掉了。我意识到消耗的大多数纸张是因为阅读纸质文档和从CRT或者液晶显示器获得舒适程度的差异造成的。很多时候，超过半页的文档就会被打印，然后在阅读几遍后，当天内就被丢掉到垃圾桶里，造成了极大的浪费。现实对于带来纸张阅读感受的电子显示设备的需求潜力是无法估量的，这时e-paper电子纸张的想法就自然而然涌出来了。当时是把纸张上墨水字迹作为“完美阅读”显示的标准的，随后，我突然意识到自己在70年代初发明的“Gyricon”显示器不正是电子纸实现的不错的候选方案么？于是乎，我就开始着手于Gyricon 的制造程序开发，解决以前遗留的一些问题，在当时除了身边的一个高级技术员帮助外，我几乎是在孤军奋战。

Q:从e-paper技术诞生到现在已经快35年了，你是否觉得该项技术从研发到市场普及花费了太多的时间了？

 A: 实际上现在E-paper 技术已经进入了市场了，只不过它的市场规模还很小。Gyricon 技术在广告牌，标识牌领域已经打开市场，而E Ink 公司已经为日本索尼提供e-paper显示技术；现在的状态有点像电视刚开发成功的那几年，市场启动和普及会不断呈加速状态前进。

Q: 在您看来大规模推广电子纸张技术的瓶颈在哪里?

A:没有技术能具备纸张上字迹所有有点——显示介质足够的薄，任意卷曲，显示图像和文字时不消耗电能，在环境光线强烈时也有高度可读性，高分辨率，很高的白度，优秀的对比度，足够的便宜！其中最为重要的一个因素是画面的寻址驱动电路。有机薄膜晶体管或者TFT技术都能提供低成本的灵活寻址方案,现在需要解决的就是大规模量产化的问题，同时不断完善电子纸张设计。

最早的一张基于Gyricon电子纸产生的图案，实现的方法是在Gyricon面板后放置X形状的电极，施加一个电压后图形X就形成了。

通过印刷电子（Printed electronics）生产的方式 大批量量产电纸张已经突破

电子纸包设计含两个组成部分，第一个当然是电子墨水，有时候也被称为“前面板”；另一个组成部分相对也被称为背板，主要是用于让电子墨水页生成文字或者图片的电路组件。

在电子墨水概念诞生后的很多年中，工程师们开发了很多种制造电子墨水的方法。由Nick Sheridon在施乐公司开发的Gyricon电子墨水诞生于上世纪七十年代，大体上是包含一层微笑的塑料珠子的柔韧的塑料薄板，每一个小珠子都被封装在微小的油囊中，成悬浮状态，这样每一个小珠子在塑料板中都可以随意的旋转。小珠子的每个半球有不同的颜色和相异的电荷。当背板对珠子施加电场后，小珠子受力转动，这样就形成了双色的图案了。当然Gyricon电子墨水也存在限制，亮度相对较低，分辨率难以提高，并且缺少色彩。作为电子墨水技术的鼻祖，Gyricon电子墨水现在仍旧不断在改进以解决上述问题，但随之而来有越来越多的厂商看好电子墨水的前景，近年来也开发出其它改良型的设计。