迈向“无纸”时代——电子纸主流技术解析
技术空间
电纸书无疑是目前最受欢迎的掌上电子阅读设备。无论是亚马逊的Kindle、索尼的PRS系列电纸书，还是国内汉王、商科等厂商的电纸书产品，在传统IT市场或礼品市场都大受欢迎。对于电纸书来说，最重要的部件用于显示的电子纸，它决定了阅读时的效果，同时也是整个电纸书中成本最高的部分。尽管电子纸的发展历史超过30年，但是其技术构成鲜为人知，今天就让我们一起来深入电子纸，探索其中的奥秘。
推开电子纸的大门
电子纸的正式名称叫做Electronic Paper（简称E-Paper），也称为数字纸（Digital Paper）或者类纸显示器（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。
一般来说，电子纸主要的一种应用是电子书阅读器（E-Book Reader）。但电子纸目前还广泛用于广告牌、信用卡、钟表、电子标签、指示器、医疗器械以及数码相框、手机等便携式消费产品上；此外，电子纸目前的市场定位虽不是取代LCD，但随着更高亮度、分辨率以及响应速度的全彩色电子纸技术的发展，电子纸将很有可能会扩展到大型显示设备的应用领域上，比如显示器以及电视机。
我们人眼能见到显示的内容主要是依靠光的作用，比如我们看普通黑白报纸书刊，我们能够看到内容是因为纸张将环境光反射到我们的眼睛里，这样就形成了“白底黑字”的感觉，事实上，电子纸也是利用了这样的原理。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 （如液晶显示器），另一种则是利用环境光显像的“反射型”（如电子纸）。对于阅读而言，反射型电子显示材料要具有更高的阅读舒适性，如更高的亮度、更高的对比度。
三大技术“鼎立”市场
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），不过这项技术一直没有得到民用。在2000年，PARC才发布了Gyricon的样品。不过由于公司的短视，PARC并没有在电子纸技术上有更多的突破，目前大多数电纸书设备都采用了E-Ink的电泳显示技术。当然从技术而言，电子纸也并非只有一种技术，下面我们就为大家介绍几种主要的电子纸技术。
几近垄断——E-Ink电泳显示技术
用途：主要用于电纸书
从目前市场情况来看，商业化程度最好的非液晶电子纸技术无疑是E-Ink的电泳式电子纸（即EPD）。E-Ink的电子纸由电子墨水及两片基板组成：第一部分是电子墨水，即前板；第二部分是使电子墨水生成文本和图像所需要的电子设备组合，包括控制部分和显示部分，即后板。后板上面涂有由无数微小的透明颗粒组成的电子墨水，颗粒直径只有人的头发丝的一半大小。电子墨水是一种加工成薄膜状的专用材料，与电子显示设备结合在一起使用，是化学、物理学和电子技术的综合应用。电子墨水由数百万个尺寸极小的微胶囊构成，直径与头发丝相当。每一个微胶囊中含有带正电荷的白色粒子和带负电荷的黑色粒子，它们悬浮在清洁的液体中。
电子墨水薄膜的顶部是一层透明材料，作为电极端使用；底部是电子墨水的另一个电极，微胶囊夹在这两个电极间。微胶囊受负电场作用时，白色颗粒带正电荷而移动到微胶囊顶部，相应位置显示为白色；黑色颗粒由于带负电荷而在电场力作用下到达微胶囊底部，使用者不能看到黑色。如果电场的作用方向相反，则显示效果也相反，即黑色显示，白色隐藏。可见，只要改变电场作用方向就能在显示黑色和白色间切换，白色部位对应于纸张的未着墨部分，而黑色则对应着纸张上的印刷图文部分。当这种电子墨水被涂到纸、布或其他平面物体上后，人们只要适当地对它予以电击，就能使数以亿计的颗粒变换颜色，从而根据人们的设定不断地改变所显现的图案和文字。
E-Ink的电泳式电子纸则基本垄断了电纸书市场，目前韩国三星、LG Display，日本精工爱普生、凸版印刷以及中国台湾元太科技（元太已经收购E-Ink）等公司均与E-Ink合作，采用其EPD面板“Vizplex”开发各种电子纸显示器。当然，E-Ink电子纸技术并非完美无缺，响应时间较慢以及色彩单一都是它的缺点，Vizplex以及即将面世的Pearl都只有20ms的响应速度，虽然亮度、对比度都有较好的表现，但也只有黑白两色显示。
台达电的杀手锏——电子粉流体显示技术
用途：主要用于电纸书
除了E-Ink的电泳式电子纸技术，台达电和日本普利司通合作生产的电子粉流体显示技术（QR-LPD）也是受人瞩目的一种电子纸技术，这种电子纸主要也将用在电纸书的屏幕上。E-ink的电泳技术，是将有色的带电粒子用不同方式封装在特殊液体中；而普利司通的电子粉流体技术，则是使用较细的有色带电粉末，且不使用液体为介质。电子粉流体技术的显示介质是将树脂经过纳米级粉碎处理后所产生的黑色与白色不同电荷的粉体。将粉体填充于空气介质的微杯结构中，利用上下电极电场使黑白粉体在空气中发生电泳动现象。所以从基本显示技术来看，电子粉流体显示技术和电泳式电子纸的原理大致相同，即由电场驱动带电的有色粒子或粉末，使其变化进行显示，另外也具备双稳态特性，即在不变换显示画面的情况下即需耗用到电力。
由于使用空气作为电泳粉体的介质，所以QR-LPD具有更好的响应速度。不过，这种技术缺点是需要高电压来驱动电子粉流体，目前只能以被动式的方式来驱动电子粉流体。采用日本普利司通技术所制造的电子纸预期将在2010年第3季推出，初期主打8英寸与13英寸。事实上，台达电已在去年11月台北国际书展中展出8英寸、13英寸、22英寸，采用触控屏幕，具有WiFi功能的电纸书。
彩色化需求——胆固醇液晶显示技术
用途：电纸书及彩色电子纸行业
胆固醇液晶（Ch-LCD）是一种呈螺旋状排列的特殊液晶模式，是通过在向列型液晶中加入旋光剂来达到特殊排列结构，并利用胆固醇液晶分子在不同电位下呈现的“反射”与“透过”两种不同偏极光旋转状态来达到显示效果。胆固醇液晶属于反射式显示器，该技术可以通过添加不同旋转螺距的旋光剂，调配出红、绿、蓝等颜色，以满足彩色化显示的需求。胆固醇液晶技术的研发机构包括美国Kent Display、日本富士通、日本富士施乐等公司以及台湾的工业技术研究院。其中，台湾工研院显示中心为全球拥有最多胆固醇液晶专利技术的研发机构，并且利用胆固醇液晶可制作在软性基板的优势，采用卷对卷进行低成本生产，现可做出长度为3米的软性胆固醇液晶电子纸。
整体而言，这种技术主要是适应电子纸彩色化需求而诞生的，同时它的优势相比目前大红大紫的电泳显示技术也不言而喻，不过采用这种技术生产的电子纸对比度不高、反射率不大，同时响应速度也太慢，至少在目前这种电子纸还无法大量生产，同时它的成本和性能也不足以满足民用市场，特别是电纸书设备。
以上三种技术是目前最成熟的，而且这三种技术在商业上也有一定建树。实际上除了这几种技术，各大公司都还在研究其他电子纸技术，有的只是限于技术的成熟，尚未得到业界的认同，有的甚至还处于试验阶段，比如飞利浦研发的电润湿显示技术（EWD）以及光子墨学技术等；而有的技术虽然已经成熟，但尚未获得市场的认可，比如由法国Nemoptic公司开发的双稳态向列液晶显示技术（Bi-TNLCD）和高通开发的Mirasol技术，在产品端尚无建树，要和这几种技术竞争还有待时日。
电纸书迈向彩色世界
对于现在的电纸书而言，最大的问题就是如何能实现彩色显示，尽管胆固醇显示技术可以显示色彩，但是对现有的厂商而言，最可行的办法就是在成熟的技术上加以改进，让电子纸可以呈现出色彩。
电泳式电子纸技术依然是人们突破的关键。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-Ink电子纸并展示过其试验样机。此外，在电泳式电子纸技术上，其他厂商也在进行努力，比如Philips横向电泳技术和Zikon的逆乳液电泳技术，这两种EPD都可利用其像素自身反射色光的机理实现彩色显示。
而在非电泳式电子纸领域里，一些厂商也在努力研发彩色电子纸技术，比如我们之前提到的飞利浦EWD技术，这类技术主要是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，这样实现反射型的彩色显示。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，比如光子墨水技术以及电致变色显示技术，这些电子纸技术的目的都只有一个：让电子纸显示色彩。
结语>>
在电纸书蓬勃发展以及电子纸技术不断更新的现在，很多人有两个观点：一个是电纸书产业即将全面进入彩色时代，另一个是E-Ink的垄断地位将不复存在。从实际的市场表现来看，目前电纸书产品的价格依然较高，在元太E-Ink一家独大同时普通黑白电子纸技术尚为主流之际，用户想要以较低的价格买到彩色电纸书产品还不太现实。不过需要正视的是，电子阅读并不仅仅局限于电纸书，无论是传统的PDA、智能手机，还是新兴的以iPad为代表的平板电脑，它们都可以为用户带来不错的阅读体验，这些设备对电纸书的冲击是不言而喻的，所以在彩色电子纸技术发展成熟后，激烈的竞争环境或许会使得彩色电纸书加快切入市场。至于说到E-Ink的垄断地位，不得不承认的是，从技术以及市场各方面来看，E-Ink依然是目前最有实力的公司，而且E-Ink彩色电泳式电子纸技术的发展也很快，如果在成本上有一定优势，那么在未来E-Ink很可能继续把控电子纸市场。不过不管怎么说，我们都期望着有更多公司在电子纸这一领域有所作为，因为只有这样，才能让更多用户以更低的价格获得更完美的电子书阅读体验。