由光子墨水實(shí)現的電子紙可以將自身的像素調制成各種顏色

據美國《技術(shù)評論》雜志報道，加拿大科學(xué)家日前利用光子晶體制造出一種全新的柔性電子紙顯示器。這是第一種可將自身的像素調制成各種顏色的顯示器。

“用戶(hù)將由此獲得亮度更高、更加豐富多彩的顏色。”加拿大多倫多大學(xué)的化學(xué)家AndréArsenault表示。他同時(shí)還是多倫多這家將這一名為光子墨水(P-Ink)的光子晶體技術(shù)商用化的Opalux公司的創(chuàng )始人之一。

有關(guān)電子墨水的概念，可以追溯至20世紀70年代。當時(shí)施樂(lè )公司(Xerox)的研究員NickSheridon提出了這個(gè)概念。不過(guò)，真正把電子墨水發(fā)揚光大的，是美國麻省理工學(xué)院(MIT)的貝爾實(shí)驗室�，F在包括美國EInk和法國Nemoptic等在內的幾家公司都在生產(chǎn)電子紙產(chǎn)品。

EInk公司由MIT貝爾實(shí)驗室的工作人員所成立，生產(chǎn)的是以麻省理工學(xué)院的研究成果為基礎的電子墨水。該技術(shù)的基本原理是，在透明的微膠囊內，放入黑色和白色微粒子，通過(guò)外加電壓使粒子產(chǎn)生電泳，從而顯示由白色和黑色形成的畫(huà)面。Nemoptic公司的顯示技術(shù)則是基于扭曲排列的液晶分子。與傳統的顯示器相比，這種屏幕的優(yōu)勢在于，即便是在明亮的光線(xiàn)下也具有清晰的視覺(jué)效果，而且功耗低。

雖然黑白兩色的電子紙其質(zhì)量和對比度都堪與真正的紙張相比，但卻由于每個(gè)像素均只能局限于單一的基本色而喪失了擁有彩色影像的可能。為了展示一定范圍的顏色，每個(gè)像素都是由紅、綠、藍三種顏色組成。在這個(gè)三重組合中，一個(gè)像素被過(guò)濾為紅色，一個(gè)為綠色，另一個(gè)則為藍色。借由調整這三種顏色的強度，就可以調出各種不同的顏色。不過(guò)，Arsenault認為，這些傳統的方法使得顏色的顯示缺乏應有的亮度。例如，如果有人想讓整個(gè)屏幕都顯示為紅色，那么只有1/3的像素可以達到這一要求。

在這方面，光子墨水則有不同的效果。“我們能夠使得全部像素都變成紅色。”Arsenault說(shuō)：“這是因為每個(gè)像素都能擁有可見(jiàn)光譜中任何一種顏色。這使得顏色的豐富度和鮮明度比以前增加了3倍。這與以往有很大的不同。”

光子墨水的技術(shù)原理是，通過(guò)控制光子晶體的間距，從而影響這些晶體所反射出的光的波長(cháng)。在這點(diǎn)上，光子晶體所起的作用與半導體晶體的作用是相同的。不過(guò)，半導體晶體影響的是電子的運動(dòng)狀態(tài)，而光子晶體則是影響光子的運動(dòng)軌跡。

雖然現在有很多的研究都在關(guān)注光子晶體的應用，其范圍從光纖到量子計算機不一而足，不過(guò)，對其加以利用實(shí)際上卻是一個(gè)古已有之的現象。例如，光子晶體使得貓眼石具有了斑斕的色彩。“還有很多的有機體也具有并非緣自染料的各種顏色，”Arsenault說(shuō)，“這就是我們這項技術(shù)的基礎。”

在光子墨水中，每個(gè)顯示器的像素都由幾百個(gè)球形二氧化硅顆粒組成。每個(gè)這樣的光子晶體直徑都在200納米左右，嵌在海綿狀的電活性聚合物(electroactivepolymer)中。這些材料夾在一對中間充滿(mǎn)電解液體的電極中。當外部電壓施加到這些電極時(shí)，電解質(zhì)就會(huì )被吸入這些聚合物中，使它們發(fā)生膨脹。

電活性聚合物的膨脹迫使硅石顆粒相互遠離，進(jìn)而改變它們的折射率。“當顆粒之間的距離增大時(shí)，反射光的波長(cháng)也會(huì )增加。”Arsenault說(shuō)。光子墨水是雙穩態(tài)的。也就是說(shuō)，一旦某個(gè)像素被調制到某種顏色，該像素就會(huì )在幾天之內都保持為那種顏色，這期間無(wú)需任何電力來(lái)維持它的狀態(tài)。“而且，這種材料本質(zhì)上就是柔性的。”Arsenault說(shuō)。

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電子紙也叫數碼紙。它是一種超薄、超輕的顯示屏，可以理解為“像紙一樣薄、柔軟、可擦寫(xiě)的顯示器”。形象地說(shuō)，電子紙是一張薄膠片，而在膠片上“涂”上的一層帶電的物質(zhì)，就是電子墨水。

電子紙可看作是一個(gè)薄薄的內嵌式遙控顯示板。它具有以下的特征：(1)內容的重寫(xiě)�？梢匀我鈱ξ淖只驁D像進(jìn)行重寫(xiě)、更新，并可瀏覽到大量?jì)热荨?2)適合肉眼閱讀。由于對比度較高，所以文字、圖像清晰，并且無(wú)論從哪個(gè)方向看都沒(méi)有變化，閱讀舒適。(3)便攜性。因薄膜重量輕，方便攜帶，可適度折疊、卷曲。(4)即使在斷電的情況下，也可以長(cháng)時(shí)間地保持顯示，并且使用時(shí)非常省電。