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电子纸全面普及时代即将来临

浏览次数: 日期:2011年10月19日 17:44

        与LCD液晶屏不同,电子纸不需要背光,因此更接近传统的纸墨阅读形式。目前最流行的电子纸采用了E-Ink的电泳技术,通过悬浮在透明液体中的带电黑白粒子的移动形成图像。最新的E-Ink Pearl技术提供了比早期电子纸更快的刷新率和更好的对比度,广泛应用于电子书、手机面板、电子价格标签、智能卡等。

最新的E-Ink 1.54寸电子纸屏,可以实现局部刷新。


        当前,电子纸技术已经成为电子书阅读器的重要基石,这种低功耗、高对比度的反射式屏幕比背光液晶屏更不伤眼,在所有介质中对视力造成的损伤最小,很适合阅读一页页的黑白文本。此外,采用电子纸屏幕的阅读器足够轻薄,不仅单手即可握持,而且在明亮的阳光下也能够阅读。“液晶屏更适合玩游戏和看视频,而电子纸屏幕则更适合长篇阅读。” E-Ink公司副总裁Sriram Peruvemba说。另外,由于电子纸的双稳态介质屏幕在关掉电源后也能保持图像,因此具有卓越的节电能力。基于电子纸的电子书阅读器充一次电可以用上几个星期,远远超过普通电子书阅读器的几小时。

       同时,电子书阅读器也是电子纸目前唯一大规模应用的领域,其销量推动着电子纸市场的发展。尽管五、六年前,基于电子纸的电子书阅读器在市场上数次出师不利,但在亚马逊2007年推出的第一代Kindle一炮打响后,极大地推动了电子纸技术的发展,电子纸市场在随后的两年间迅速增长。据Gartner公司统计,2009年,电子书阅读器的销量已经多达360万部。

        正当电子书阅读器高歌猛进时,采用高分辨率、高性能彩色有源矩阵液晶屏的苹果iPad平板电脑横空出世,电子阅读用户自此分为两大阵营:一派更看重优质的阅读体验,因此需要不断优化的电子书设备;另一派则只是偶尔阅读电子书,更需要支持视频和上网浏览的高性能彩色屏幕。

        iPad的出现使其他平板电脑厂商纷纷向苹果看齐,开始将电子书阅读功能加入各自的设备中,新产品的出现,模糊了电子书阅读器与平板电脑的界线。例如,电子书阅读器厂商巴诺书店(Barnes & Noble)就为旗下的一款运行Android操作系统的产品NookColor选择了液晶屏。

        不过,尽管面临iPad及其他平板电脑的威胁,专用电子书阅读器的市场并没有消亡。DisplaySearch公司预测,2011年,这两种设备的市场都会快速增长,触摸屏平板电脑和上网本将超越2010年1900万台的销量,猛增至5000万台以上。电子书阅读器的出货量也会超过2010年的1400万部,达到2000万部。市场调研公司iSuppli公司认为,在iPad搅局之后,电子书阅读器市场的增长速度会放慢,不过市场的总体趋势仍将不断上扬。

       电子纸还将拥有更广泛的应用领域,控制着电子纸市场90%份额的电子墨水公司E-Ink公司表示,它出货的3000万块屏幕广泛应用于从手表、智能手机到智能卡的众多领域。另外,电子纸还用于电子标牌和货架标签等应用领域。


 

电子纸技术阵营

电子纸是一种特殊的显示屏幕,具有超轻薄、可重写、便于携带、断电时也能保持显示等特性。目前的电子纸产品市场,按技术可分为以下几大阵营。

电泳技术

1. E-Ink微胶囊技术

目前由E-Ink公司提供的微胶囊(Micro-capsules)式电泳技术是电子纸市场的主流技术。该技术的具体原理是将带电的白色氧化钛颗粒和黑色碳粉粒子封装在微胶囊中,并将微胶囊和电解液封装在两块间距为10mm~100mm的平行导电板之间,利用带电颗粒在电场作用下向着与其电性相反的电极移动的特性,绘制出黑白图像。大连佳显电子有限公司推出电子纸显示屏基本上都属于这种技术。

2. SiPix微杯技术

SiPix 电子纸的核心技术是明基友达集团旗下企业达意科技独创的“微杯(micro-cup)”技术。其原理是在尺寸相同的微杯中填充白色颗粒和着色液体,通过切换贴在微杯上的驱动电极的电荷正负来上下移动颗粒,使颗粒颜色和液体颜色交替显现。比起E-Ink的微胶囊技术,SiPix技术的反射率和对比度更高、价格更便宜,且能显示彩色内容。

3. Bridgestone电子液态粉末技术

Bridgestone(普利司通)的电子纸被称为快速响应电子粉流体显示器(Quick Response Liquid Powder Display,QR-LPD),采用独创的电子液态粉末(Electronic Liquid Powder,ELP)技术,将树脂经过纳米级粉碎处理后,形成带不同电荷的黑、白两色粉体,再将这两种粉体填充进使用空气介质的微杯封闭结构中,利用上下电极电场使黑白粉体在空气中发生电泳现象。由于QR-LPD电子纸屏幕需要使用高压驱动电子粉流体,因此耗电量比 E-Ink的微胶囊技术和SiPix的微杯技术更大。

胆固醇液晶显示技术

富士通的彩色电子纸使用胆固醇液晶显示(Cholesteric Liquid Crystal Display,CH-LCD)技术,这是一种非传统显示技术,因使用的材料结构类似于胆固醇分子而得名。胆固醇液晶是一种呈螺旋状排列的特殊液晶模式,通过添加不同旋转螺距的旋光剂,能够调配出红、绿、蓝等颜色。该技术的原理是将胆固醇液晶放置在两片水平基板中,在不施加电场的情况下,胆固醇液晶会倾向成平面螺旋型排列,在符合特定光波长的反射情况下,即可反射出具有色彩的光线。胆固醇液晶采用软性基板,安全性更高,同时也具有双稳态的特性和能耗低的优点,不过在手写识别和白色画面的表现上不及电泳,大连佳显电子推出的128x64的电子纸EPD12864-XX就是使用这种电子纸技术。

 

微机电系统技术

高通的Mirasol电子纸屏幕采用了微机电系统(MEMS)技术,其工作原理是反射周围环境中的自然光,通过控制照射到显示屏中的光线,使其一个像素一个像素地反映出所需的颜色,实现彩色显示。采用微机电系统技术的Mirasol电子纸比电泳式技术色彩饱和度更高、反应速度更快,还比液晶屏幕更加省电。

电湿润技术

Liquavista开发的电湿润(electrowetting)技术借助控制电压来控制被包围的液体的表层,通过液体张力的变化,导致像素的变化。采用电湿润技术制造的电子纸像素转换非常迅速,同时具有结构简单、省电、可用于柔性显示等特点,其亮度和对比度远超过现有的其他电子纸显示技术。

电子纸的缺陷

      目前,电子纸技术的局限性主要集中在屏幕响应时间长达约200毫秒,无法观看视频;此外,由于电子纸的反射式屏幕与纸质书一样不需要背光,因此在暗光条件下需要外部光源才能阅读。

      为了改变这一现状,E-Ink公司一直在不断努力。目前,大概每过18个月,电子纸屏幕的性能就会比上一代产品翻一番,而“动态范围反射率”(类似于液晶屏等发光式屏幕的对比度)也一直以翻番的速度提高。延续这一发展速度,未来电子纸的翻页时间有望缩短至半秒甚至更短,但还远远达不到可以支持全动态视频的地步。

      电子纸技术在彩色方面的探索也从未停止。2010年11月,E-Ink公司推出了第一块彩色屏幕Triton。Triton屏幕使用了滤色片覆盖层,为避免影响屏幕亮度, E-Ink采用了一种更明亮的反射基底作为补偿手段。全新的彩色电子纸屏幕支持更加宽广的视角,对基于电子纸的电子书阅读器来说,无异于迈出了一大步。

      不过,iSuppli公司的分析师Jakhanwal认为,Triton屏幕上的色彩还原还达不到液晶屏或OLED屏幕的水平。

      市场调研公司Insight Media的分析师Steve Secrist也表示,在实际的显示中,Triton屏幕可能会褪色,想在iPad之后找到市场可能会有难度。因为市场已经出现了分化:单色电子书阅读器牢牢占据着市场的一角,而需要彩色体验的用户早已选择了能提供更明亮、更饱满色彩的iPad等彩色液晶屏平板电脑。

       液晶屏技术也已经准备好与电子纸屏幕一较高下。Pixel Qi公司已经开发出了半穿透半反射式(transflective)液晶屏技术——当液晶屏处于反射模式时,在阳光直射下也可以正常阅读;而透射背光模式则更适合室内阅读。中兴通讯已在欧洲和亚洲市场推出了第一款采用半穿透半反射式技术的平板电脑Light 2。

      Insight Media公司的分析师Norbert Hildebrand表示,就黑白电子书阅读体验的对比度和易读性而言,Pixel Qi的反射模式远远比不上E-Ink公司的电子纸技术,“但是如果你想在晚上阅读,Pixel Qi的反射模式将完胜电子纸技术。”

     不过,电子纸并没有停滞不前。E-Ink公司的Peruvemba说:“我们在改进电光功能,以便更接近印刷纸。”他声称,该公司最新一代的电子纸屏幕在易读性方面已经胜过报纸和平装小说。

新技术崭露头角

         电泳技术不是制造电子纸屏幕的惟一选择,比较值得关注的是高通的子公司高通光电科技和2010年1月被三星电子公司收购的新兴公司Liquavista开发的技术。

         高通的Mirasol电子纸屏幕采用了微机电系统(MEMS)技术,这一替代屏幕技术提供了更好的色彩和更高的性能,有望使电子纸市场进一步洗牌。该技术可以调整两块导电板以反射光或吸收光线,使之形成一系列屏幕子像素。简言之,MEMS就好比是一排非常细小、转动极快的百叶窗——它快得足以支持全动态视频。

        由于Mirasol屏幕的介质是近于双稳态的,只需要极低的电压就能保持屏幕图案,因此,根据不同的应用类型,其耗电量只有液晶屏的十分之一到百分之一;它的反射式屏幕不需要背光,加上技术本身支持彩色,不需要滤色片或偏光层,所以色彩更明亮。“我们的技术可用于融合型电子书阅读器和平板电脑设备。” 高通光电科技公司副总裁Jim Cathey说。

      分析师Hildebrand表示,在E-Ink的众多竞争对手当中,“Mirasol离量产阶段最接近。”高通一直在抽样检验5.7英寸屏幕,声称采用Mirasol的第一批商用电子书阅读器或平板电脑会在2011年面市,而针对智能手机这个更广泛的市场的小尺寸屏幕会在2013年亮相。Cathey表示,对小尺寸智能手机屏幕来说,Mirasol技术不仅比液晶屏更节能,而且“总体上”比OLED屏幕更节能。

      Insight Media公司的分析师Ken Werner同样认为,虽然就每次刷新30次〜60次的视频应用而言,OLED在某些情况下耗电量更低,但由于Mirasol是反射式屏幕,在其他应用类型方面,其耗电量会低于发光式OLED技术。

      另一项值得关注的技术,是Liquavista开发的、现归属三星的电润湿(electrowetting)技术,这一技术也有望支持视频。电润湿技术类似于电泳技术,采用把油和水组成的电解液与聚合物层结合起来的方式进行显示。

      与E-Ink公司的Triton一样,Liquavista的屏幕也通过使用一种标准的滤色片来增添颜色。但由于其采用的技术是从液体表面而不是液体内部推动粒子,因而速度快于E-Ink公司的电泳技术。“这涉及到物理学原理。”Insight Media公司的Hildebrand说:“改变表面的密度比让粒子从液体中穿过更快。”

      Liquavista主要面向智能手机和融合型平板电脑及电子书阅读器,它最近展示了8.5英寸屏幕的原型,该产品足以支持速度在每秒60帧〜70帧的视频——比全动态视频要求的每秒30帧快得多。

      Liquavista前任首席执行官Guy Demuynck表示:“当图像变化或播放视频时,Liquavista技术的节能效果是标准液晶屏的7~8倍;当用户阅读静态文本和图像时,屏幕会降低刷新频率,以达到节电功效。”

        由于电泳技术只在屏幕上面使用了一层聚合物,而电润湿技术则使屏幕介质夹在上下两层玻璃之间,因此,基于电润湿设计的电子纸屏幕比电泳屏幕更厚。但由于这项技术可以使用现有的液晶屏制造设备,因此只要稍加改动,就能让厂商更经济高效地制造电子纸屏幕。

        不过,Liquavista被三星收购后改变了开发重点,Insight Media公司的分析师Hildebrand表示,Liquavista现在已经具备了生产条件,“如果三星觉得可以在一、两年内投产,电润湿技术就会得到巨大的推动。如果三星觉得该技术不具备可行性,则会终止这项技术。”

Liquavista的彩色电子纸屏幕原型(左)在明亮的阳光下比iPad的液晶屏(右)容易阅读得多。

 

电子纸的未来

        大多数电子书阅读器之所以遭遇退货,都是因为屏幕玻璃发生损坏,因此,电子纸的下一个创新将是柔性屏幕。传统的液晶屏幕制造商往往采用一种独立的、一次一块(one-at-a-time)的制造工艺在刚性玻璃基板上制造屏幕,电子纸屏幕则采用一种可能成本更低、但还不太成熟的“卷绕式”(roll-to-roll)制造工艺,这种工艺使电子纸屏幕可以印在众多的表面上,包括玻璃、塑料、织物、金属片甚至纸张上。这一工艺的好处是——采用塑料或其他非刚性材料制成的基板让厂商们可以制造出柔性屏幕。

        柔性工艺的发展使厂商能够设计出真正的、可以卷起来的柔性屏幕。目前,柔性屏幕的尝试重点放在制造出弯曲的屏幕表面上,例如LG Display最近就展示了一款19英寸柔性电子纸屏幕原型,可以轻轻地弯曲,且图像质量不会下降。分析师Colegrove预测:“一年内,消费者就能够买到柔性有源矩阵电子纸屏幕。”

         E-Ink公司已经为其小尺寸低分辨率产品系列提供了柔性屏幕,比如手表。Peruvemba说:“我们的成像胶片本身就是柔性的。”下一步,则是使用同样的功能来制造尺寸更大、分辨率更高的屏幕,例如用于电子书阅读器的电子纸屏幕。

         Peruvemba表示,E-Ink公司已经开始帮助十多家制造电子书阅读器及其他设备的厂商制造柔性背板,以便与其柔性屏幕配套使用。他说:“在接下来的几个月,我们期望我们的客户会将柔性的高分辨率屏幕投入市场。”

         采用Liquavista技术制造的电子纸屏幕与电泳技术电子纸一样,也可以做到柔性塑料基板上。据悉,Liquavista公司正在与Plastic Logic合作,采用后者开发的可将TFT阵列嵌入到有机塑料背板上的屏幕基板,以生产出更加轻薄的电子纸屏幕。不过Plastic Logic表示,实际的产品可能需要3~4年后才会上市。

         眼下,刚性屏幕电子书阅读器仍是主流。“今年我们将会看到一些彩色电子书阅读器,以及许多试图突破平板电脑与电子书阅读器界限的新产品。” Hildebrand说,使用柔性屏幕的第一批电子书阅读器将在2012年或2013年后才会出现。此外,中国厂商还将适时推出一大批全新的低价位电子书阅读器。Hildebrand预测:“今年你有机会在沃尔玛买到售价仅为60美元的电子书阅读器。”

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该资讯的关键词为:电子纸  电泳技术电子纸 

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