電子墨水(E-Ink)
電子墨水(Electronic Ink)其實是一種新型材料,它是化學、物理學和電子學多學科發(fā)展的產物,這種材料可被印刷到任何材料的表面來顯示文字或圖像信息。
由于電子墨水是一種液態(tài)材料,所以被形象地稱為電子墨“水”。在這種液態(tài)材料中懸浮著成百上千個與人類發(fā)絲直徑差不多大小的微囊體,每個微囊體由正電荷粒子和負電荷粒子組成。只要采取一定的工藝就能將這種電子墨水印刷到玻璃、纖維甚至是紙介質的表面上,當然這些承載電子墨水的載體也需要經過特殊的處理,在其內針對每個像素構造一個簡單的像素控制電路,這樣才能使電子墨水顯示我們需要的圖像和文字。
當微囊體兩端被施加一個負電場的時候,帶有正電荷的白色粒子在電場的作用下移動到電場負極,與此同時,帶有負電荷的粒子移動到微囊體的底部“隱藏”起來,這時表面會顯示白色。當相鄰的微囊體兩側被施加一個正電場時,黑色粒子會在電場的作用下移動到微囊體的頂部,這時表面就顯現為黑色。電子墨水技術可以讓任何表面都成為顯示屏,它讓我們完全跳出了原有顯示設備的概念束縛,并慢慢滲透到我們生活空間的每一個角落。
但如果電子墨水僅具有可顯示這一特性還遠遠不夠,對于一款希望取代紙介質的電子顯示設備而言,它必須具有可讀性及便攜性。
決定可讀性的主要因素
現在的LCD和CRT顯示器的分辨率遠低于紙張的,長時間使用極易讓人疲勞,所以就信息的可讀性而言,現在的電磁顯示設備根本無法代替紙介質的地位。而決定顯示設備可讀性的兩個要素是顯示亮度和對比度。
顯示亮度是顯示屏表面?zhèn)鬟f到觀察者眼中的光通量。對于發(fā)散型顯示設備來說,亮度取決于產生的光線,而反射型顯示設備的亮度取決于周圍的照明情況和顯示設備自身的反射率,其中尤以產品的反射率最為關鍵。而對比度是屏幕的白色亮度與黑色亮度的比值,也正是我們眼睛能夠區(qū)別不同表面的原因之一??磥硪胩岣唢@示設備的可讀性,就必須具有足夠的亮度和良好的對比度。
反射型顯示器更適于閱讀
發(fā)散型顯示設備可以自己發(fā)光,所以即使在光線暗淡的條件下也可以正常使用。但是,隨著環(huán)境光強度的增加,這種顯示器的顯示效果就不那么令人滿意了,因為較強的環(huán)境光提高了黑色素的亮度并降低了對比度,這也是我們無法在陽光直射的情況下看清顯示器上文字的原因。而反射型顯示器是通過反射環(huán)境光來顯示圖像的,圖像的亮度會根據環(huán)境光線的強度改變,而且對比度也會隨之變化,所以在強烈光線下反射型顯示器的優(yōu)勢更明顯。
在實際應用中,環(huán)境光線的跨度相當大,亮度從100 lux(室內昏暗的光線條件)、1000
lux(辦公室內適中的光線)到50000 lux(陽光直射的光線條件)。發(fā)散型顯示器要想在如此寬范圍下保持可讀性,就必須將背光光源調整得夠強才行,但是這就對電池提出了更為嚴格的要求,最終結果肯定會使設備造價提高,設備的便攜性能也大大降低。要知道目前由鋰電池供電的筆記本顯示屏也不能在這樣寬范圍的環(huán)境光下工作,由此可見反射型顯示器的確更適合應用于便攜式設備中。
此外,在實際應用中,觀察角度和是否有觸摸屏等因素都會影響顯示器的可讀性。表1顯示了不同顯示介質所具有的反射率和對比度。
表中數據都是在同樣條件下測試的,由此可以看出電子墨水的一大特點,就是它的反射率和對比度遠高于目前的顯示器,反射率是LCD的6倍,對比度則是LCD 的兩倍。就是與報紙相比,它的對比度也高了一倍,所以EInk顯示設備的可讀性遠遠高于目前的電子顯示設備,基本達到了報紙的效果。
是不同反射介質在20—70度之間的反射率測試結果,20度的時候意味著光源在觀察者肩膀附近,這是最適合觀察的角度,45度基本同你乘坐飛機時的光源條件差不多,70度則一般代表光源條件不好的環(huán)境,比如你坐在沙發(fā)上,臺燈卻在距離你比較遠的桌子上。從測試結果可以看到E Ink非常明顯地超過了PDA和Ebook使用的LCD(當然距離報紙還有一定的差距)。
是E Ink同報紙在可視角度的對比。這里我們必須提到由Louis Silverstein及其VCD Sciences團隊開發(fā)的TTV(Time-To-Visibility)模型,利用它可以測量不同介質、不同環(huán)境光線下人眼適應顯示文字及圖形的時間,時間越短表示這種介質在不同光線下的可讀性越好。這個模型綜合考慮了顯示屏的各種屬性,諸如顯示尺寸、分辨率、對比度以及顯示屏發(fā)散出來的光強等,就是周圍照明環(huán)境和人眼的適應能力也被納入了考慮范圍。
E Ink顯示屏因為具有較高的反射率,所以它可以在不同光線條件下反射更多光到用戶眼中。是環(huán)境光線亮度低于1000 lux的測試成績,在200 1ux以下因為光線太暗淡,所有介質的TTV測試結果都不理想。當環(huán)境光線亮度在200 lux以上時,E Ink的性能是反射型STN LCD的10倍以上。在強光測試環(huán)境下,各種介質的TTV時間明顯延長,但是E Ink的優(yōu)勢依然明顯,它在這方面的性能同報紙最接近。
超輕、超薄
電子墨水顯示設備的厚度通常都非常小,重量也相當輕,結構卻較普通的LCD更加堅固耐用,這些優(yōu)點能不讓那些便攜設備廠商對它青睞有加嗎?傳統LCD設備限于結構方面的限制使它的厚度不可能太薄(如果液晶顯示屏兩層玻璃的厚度都為0.7mm,兩層基板的厚度加起來有0.5mm厚,那么LCD顯示屏的厚度就不會低于2mm),重量也不可能太輕。而電子墨水顯示設備的硬件結構相當簡單,它的厚度可以做到1mm左右,顯示屏厚度還不到LCD的一半。此外,電子墨水的適用范圍相當廣泛,它不僅可以用于玻璃表面,還可以應用于塑料等材質表面,所以它不會像LCD顯示屏那樣脆弱。顯示了TFT LCD顯示屏、第一代電子墨水顯示屏和未來的電子墨水顯示屏的厚度對比。
低功耗
電子墨水的功耗相當低,甚至在電源供應短暫停止的情況下它還能顯示一幅圖畫。它的功耗非常低的原因在于它的反射率和對比度非常高,完全不需要采用背光方式來提高可讀性。
綜上所述,應用電子墨水技術的顯示設備將具有紙介質一樣的視覺特點,同時又具有低功耗和厚度薄重量輕等優(yōu)點,使它成為便攜式設備的新寵,特別適用于那些要求在各種光線下都有較好顯示效果的應用場合,這些都是透射型LCD和反射型LCD無法滿足的。
生產工藝簡單
現在的電子墨水顯示設備可以沿用AMLCD的生產設備,且生產工藝更為簡單。只需將電子墨水涂到IT0塑料基片上,再利用疊片(Laminator)處理工藝附著在TFT底板上即可,這個過程同LCD生產過程中的偏振膜附著法是相同的,而且這個過程可以使用現有設備或者類似的設備進行生產。生產工藝的簡化意味著成品率的提高和產量的提高,再加上基板厚度減小也使成本大幅降低(當然還是比紙張的制造成本高)。