作者:杜学敏等 来源:SABC 发布时间:2015/10/25 10:42:25
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从变色龙“悟”出彩色电子纸

 

电子纸的概念早在30多年以前就有专家提出。目前市面上普遍存在的电子纸,由于技术限制只能显示出黑白色。彩色电子纸技术由于难度大、设计成本高等因素,还尚未广泛普及。

近日,中国科学院深圳先进技术研究院医工所微纳中心研制出了彩色电子纸,这一成果于今年10月在期刊《传感器与执行机构,B辑:化学传感器》上发表。据《中国科学报》记者了解,由中国科学院深圳先进技术研究院微纳中心杜学敏博士与香港城市大学、香港中文大学合作研发的这一以光子墨水来显示的彩色电子纸,未来有望解决电子书彩色显示的技术难题。

电子纸的前世今生

何为电子纸?据了解,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。

资料显示,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)。在2000年的时候,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。

内部泡在润滑油中的带电小球在电场的作用下发生旋转,选择性地将黑色或者白色部分翻转出来。“翻滚吧,带电小球。”于是便形成需要显示的文字或者图案。

“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。”杜学敏在接受《中国科学报》记者采访时表示。

据介绍,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。

“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。”杜学敏说。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地发展,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。

灵感源于变色龙

可能很多人没有想到的是,电子纸“彩色”的灵感竟然来源于变色龙。变色龙在处于放松或遇到危险时,皮肤会处于放松或绷紧状态,从而改变表层细胞中纳米晶体的排列间距,从而可以反射不同波长的光线,故此显示出不同的颜色。

“光子墨水即是基于上述原理,通过调节组成光子晶体颗粒单元的间距,从而获得不同反射波长,由此肉眼可以看见不同的颜色。”杜学敏说。由于是以单个光子晶体颗粒作为像素单元,故此不仅可以控制单个光子晶体颗粒的颜色显示,而且可以显示出可见光波段的任何一种颜色,颜色丰富且鲜明。

杜学敏告诉《中国科学报》记者,在光子墨水中,每个像素点是由几百个球形的纳米颗粒组成,纳米颗粒的表面都包裹有一层海绵状的阴离子聚合物,将这些光子晶体颗粒夹在一对中间填充有电解质水溶液的电极中。由于静电吸附作用,电解质中的金属阳离子会被吸入海绵状的阴离子聚合物中。而当外部施加电压到电极时,金属阳离子会从海绵状聚合物中迁移出来被还原成金属颗粒,从而导致海绵状聚合物的膨胀。只要通过较小的电压即可以调控聚合物的收缩与膨胀,由此可以获得不同的颜色。

“该项技术有望广泛应用到E-paper的彩色显示中,解决目前存在的相关技术问题。同时该项技术还可以用于水溶液中贵金属的检测,有望应用于食品安全、水质评估等方面。”杜学敏说。

将大有作为

目前,彩色电子纸的应用比较单一,主要应用在电子阅读器上。而且,色彩显示也有待完善。随着彩色电子纸技术的不断进步,其将在以下领域得到发展。

“首先会应用到显示器领域。”杜学敏告诉记者。彩色电子纸是一种很好的显示载体,其与传统的显示器相比更加便捷、实用,未来我们用眼睛所看到的信息载体都将会被彩色电子纸所代替。例如,如果用彩色电子纸来代替手机显示屏的话,我们的手机就可以有无限大的屏幕,而且不必担心手机经常没有电,也不必担心致使眼睛疲劳甚至是损害眼睛等问题。

此外,采用彩色电子纸的屏幕可以无限放大、折叠,而且不会改变屏幕的清晰度,不用时就可以收起来。比如,我们在大街上看到的广告牌,如果使用彩色电子纸代替后,就不再需要更换广告纸,只需在更改信息时输入新的信息就可以刷新了,既方便又实用环保。

“彩色电子纸还可以很好地与背景装饰相结合,运用于建筑装饰装潢、电影特技影像效果的产生、艺术舞台的格局布景等,显示完美的艺术。”杜学敏说。例如,在建筑装饰装潢方面,我们只需在建筑的表面贴上彩色电子纸,再将自己能想象到的装潢格局与风格直接输入到彩色电子纸上就可以呈现,而且我们还可以根据自己不同时期的心情和喜好随时更换。

“另外,还可以拓展到教育领域。”杜学敏表示。有了彩色电子纸,在以后的教学中,课本、作业本、老师的教程、学习资料等纸质材料都可用彩色电子纸代替,而且相比使用纸质材料,更加方便,学习效果会更好。在学习时,同学们只需要把每学期所学的书本内容输入到彩色电子纸中,就可以随时阅读,而且多门课程只需要带一个电子纸阅读器即可。学生完成的作业也只需通过电子纸传输到老师的电子纸中就可以供老师批阅,从而方便师生之间交流。

“目前,彩色电子纸的发展蒸蒸日上,虽然在彩色显示方面的技术还有待研究与发展,但是我们相信在不久的将来,其将占领大量市场,成为我们日常生活的主流应用技术。”杜学敏说。(来源:中国科学报 郭爽)

 
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2015/10/30 22:16:34 yuanyj
贴对比图看看好吗?
 
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