電子墨

電子技術對印刷發生的重大作用,説明着科學技術的飛速發展會帶來我們意想不到結果。但在這些材料中,電子墨和電子油墨時常給人一些混淆的概念,一些文章中也常將電子墨稱之為電子油墨,其實這兩者是不同的東西。

電子墨與電子紙是互為依存的東西,它看似兩個東西,其實是合二為一的東西,所以敍述時總是將二者相提並論的。簡單地説,電子紙是一張薄膠片,而在膠片上塗上的一層帶電的物質,這便是電子墨。反過來,電子墨需要載體,這張用來盛載電子墨的,便是電子紙。它也可看作是一個薄薄的內嵌式遙控顯示板。因此,電子紙和電子墨的概念和傳統印刷上的紙和墨是不同的。在電子紙和電子墨中,有了電子墨,才有所謂的電子紙。關於電子墨的概念,可追溯到20 世紀70 年代,當時還是Xerox 的Palo Alto Research Cent re ( PARC) 研究員的Nick Sheridon ,就提出了這個概念。但是,真正把電子墨髮揚光大的,卻是美國麻省理工學院(MIT) 的貝爾實驗室,以後Xerox 急起直追,如今兩家研究都處於世界前列。雖然還有其他一些公司也在研究電子墨,但從技術成熟及成果產品來説,仍應以MIT 及Xerox 為尊。 ^[1] 

電子墨的基本原理 ^[1]  ,就是利用電的正負極互相吸引的原理而衍生出來的。原理雖然相同,但MIT 和Xerox 製冷出來的電子墨,卻有一些差異。MIT 所開發的電子墨,是利用了電泳運動原理,這種墨其實是一些微小的硅樹脂膠囊,在每一個微膠囊中,填滿了透明的液體,帶有負極電的黑色微粒,以及帶有正極電的白色微粒等東西。然後再利用電流的改變,運動分別帶正負極的黑白粒子, 而形成圖文。由MIT 的貝爾實驗室的工作人員所組建的E -Ink 公司生產的電子墨,其實是一些很細小的樹脂膠囊,這些膠囊是透明的。在膠囊中有帶負電極的碳(黑色微粒) ,及帶有正電極的氧化鈦(白色微粒) 。膠囊被塗上膠片,這塊透明膠片稱為前板,而在膠囊下另設有一層電極。假如把電流通過電極,碳和氧化鈦便會因電泳原理,作上下運動,進而形成圖文。這些由黑色的碳和白色的氧化鈦組成的圖文,看上去跟印刷的文字十分相似。而且電子紙不像一般顯示器那樣會有視角的差誤,在不同角度下,都可閲讀到圖案和文字。

至於Xerox 公司卻不是用懸浮在液體當中的帶電微粒,他們所用的是一粒粒直徑小於100 微米的小膠珠。這些小膠珠是由兩個顏色不同的半球體組成,每個半球體分別帶正電或負電。小膠珠被放入膠片中的微小洞孔,而洞孔裏頭,則滿布透明液體,讓膠珠可以自由轉動。每當電流通過電子紙時,電場作用令膠珠轉動,控制該部分出現什麼文字或圖像。

電子紙和電子墨一般有如下幾種類型

這是由美國麻省理工學院和E - Ink 公司研究開發的技術。其基本原理是在細胞大小的透明微膠囊內,放入藍色等深色染料液體和淺色帶電微粒子,將此微膠囊用粘接劑連接到帶有透明電極的膠片上。

調整電場使淺色粒子電泳,以顯示由白色和青色形成的圖像。在白色粒子中使用了氧化鈦的微粒子,在藍色的絕緣性液體中,帶有電荷並穩定地分散着。將此微膠囊用硅樹脂作粘合劑塗布到帶ITO 電極的膠片上。再以離子流方式將負電荷圖案施予表面,則白色粒子便移動到微膠囊的下部,於是從表面繪出藍色圖像,然後,全面施予正電荷,則白色粒子便移動到微膠囊的上部,於是表面便變成白色,圖像即被消掉。將單一色調的帶電粒換成不同色光的材料,就可以形成彩色圖象。全部厚度已經可以達到0. 2 毫米。這種方式存在的主要問題是應答速度還只能在100 毫秒左右,因此還不能很好地適應視頻圖象的連續播映。 ^[1] 

美國Xerox 公司和3M 公司共同研究開發擰轉球(旋轉球) 方式的電子紙。

基本原理是,製造一種兩個半球分別為白與黑色的球形微粒子,以每半個球分別塗成白與黑的球形微粒子,用硅樹脂作粘合劑將2 色粒子塗在帶有電極的膠片等支持體上,在粒子的周圍以特定的液體填充形成空穴。由電場來控制其方向,用白與黑來顯示圖像的方式。以特定的液體填充,粒子表面的白側為負;黑側為正;在兩色之間呈現不同的電荷而形成偶極子。若以負電荷圖案施予這張紙板的表面,粒子便旋轉,使黑半球朝上,如果以正電荷施予紙板表面,白半球便朝上。這樣,就可以通過電場變化控制其旋轉方向,形成黑白圖像或文字。但它的缺點是不能彩色化。

這項技術的研製者主要有大日本印刷公司和東海大學。其基本原理是:對具有記錄性的蝶狀液晶分子A 中摻合雙色性染料形成包晶狀,在外加電壓作用下,液晶分子的排列發生變化,同時亦使色素的吸收產生變化。具體構成是,在ITO 透明電極上,將液晶、雙色性染料以及樹脂的混合物塗布成約6 微米厚的支持體上,開始時色素構成不規則方向,呈灰色,但隨着離子流記錄寫入圖像,染料便取向生成白色圖像的記錄。接着對這個媒體加熱到60 ℃以上,就會退回原先的灰色狀態,從而可以消去圖像。如果與此方式相反,根據電暈放電先搞成白色狀態,亦可用熱敏頭進行熱致寫入來形成圖像。

液晶有機感光復合膜的基本原理是:在無電場時,膽甾醇液晶為平行取向,適應液晶的螺旋間距選擇性反射光來進行反射。在弱電場時,成為焦圓錐取向,且透光,以維持其狀態。如果進一步外加強電場,又會返回平行取向。所以,通過電場的變化,就可以控制顯示和非顯示。欲對媒體寫入,只需將有機光導電膜層貼合。在實際操作中,需要將有機光導電膜層合,以控制液體層的分壓。這種方式可顯現600dpi的圖案或8 點大小的文字,並可進一步可製成A6 規格的按需媒體。據悉,只要將RGB 三層重疊,就可以用來顯示彩色圖案。

這種方法,其實也屬於電泳顯示。其基本原理是:在帶有ITO 透明電極的二塊玻璃板之間,填入黑色粉和白色粒子的粘着層,外加電壓後,則黑色粉在電極之間移動,顯示黑色與白色圖案,常用的黑色粉是碳黑等導電性色粉,白色粒子用的是容易滑動的氟化碳微粒子。在ITO電極上塗布有電荷輸送層,它起到將正電荷從電極注入色粉的作用。接觸下部電極的黑色粉由於來自電荷輸送層的電荷注入而帶有電荷,根據與上部電極的負電荷之間的庫侖引力,朝向上部電極移動。 ^[1] 

此時,是在白色粒子層中鑽來鑽去地移動;抵達上部電極的黑色粉,將電荷輸送層當作絕緣層,藉助庫侖力貼合。此時,從上面看,是黑色。接着轉換外加電壓的極性。則黑色粉便朝向下部電極移動,附着於下部電極上的電荷輸送層,這時從上面看;看到的是白色粒子,故呈白色。如此般地變換外加電壓的極性;就可以顯示黑或白。現時電子紙以顯示單色圖文為主,彩色的電子紙還處在深入研究的階段。

電子紙和電子墨的性能還在不斷地成熟和完善,其開發利用也正處於初始階段,應用領域還有待於不斷開拓和發展。

開發出的電子紙和電子墨的應用範圍來看,主要有如下幾個方面

使用“電筆”,就可以在電子紙上書寫,這在今後的教學上將有極大的用處。可以想象,當用電子紙做成教室內的“黑板”,再配上這種書寫的“電筆”,則這塊“黑板”就不僅是可以隨意書寫的對象了,而且包含着諸如辭典、網絡上的許多資料、信息等,並且顯示的並非不動的粉筆字符,而是色彩豔麗、生動活潑並且活靈活現的動畫圖像。因此,可以預料,電子紙在將來的教育領域也有着廣闊的應用前景。

在當前的網絡時代,人們都期盼着一種具有與紙張一樣柔和性的可再寫入紙和稿紙,並且便於攜帶的電子紙做成的電子筆記本誕生;可再寫入紙與紙張幾乎有同等的質感,在打印機上可以重覆多次打印。由於與硬拷貝以同樣形式來使用,所以容易被使用者接受。而且,電子紙集合而成的電子筆記本又能供數碼數據的存取,並可以藉助記錄來存儲情報等。 ^[1] 

這種顯示器的外形就像印刷品一樣,與一般的電子顯示器相比,它有能耗少、重量輕等諸多優點。當電源關掉以後它仍保留着圖像。此外,它還可以用於電視機上。據報道,英國劍橋顯示科技(CDT) 實驗室經過改良,已製造出一種發光塑膠化合物,利用這種材料,可以製造出和紙一樣薄,並且可以捲曲的電視機。這種化合物材料可印製在很薄的塑膠上,可以推測,未來的電視機將是“印刷”出來的。由於這種材料可以捲曲,因此,這種電視機在不用時就可以和投影機屏幕一樣捲起來存放。據專家預測,今後5 年之內人們就可以在市場上看到這種高新技術的電視機。此外,該材料還可用於各種便攜式顯示設備,如製造手錶型電視機及顯示器等。 ^[1] 

由於電子紙僅需微量的能源來控制電子墨顆粒,因此有一枚太陽能電池就夠了。如果在這種紙上印刷更多的晶體管,便能集成一部無線電接收器了。用這種電子紙製印的報紙,則可以利用房內的燈光作為它的能源,接收多種新聞、信息等無線電信號,並且可以隨時隨地更新這些內容,真正做到新聞常新,信息常富,且可根據各人的需要隨時查閲、更新所需的內容。因此,可以説,這將是一份永遠不會過時的報紙。

如今電子書已開始佔據書刊市場,但還存在諸如顯示閲讀等方面的一些不足之處,與傳統的普通書還有差異。而用電子紙構成的萬能書,這本書的每一頁紙上都覆有“微囊包封”顆粒,電極可安裝在書中,無論外觀還是手感,都與普通書籍無異。區別主要是當閲讀完以後,人們可以下載新的內容到頁面上,甚至在你閲讀過程中也能這樣做。若與電腦相連,則成為快速傳輸信息的工具。有朝一日,一本電子書將能儲存下35000 本普通書的內容,幾乎超過一個人一輩子能讀的書。此外,國外有將諸如電子書等用於教育領域,研究開發學生的電子書包,以便大力減輕學生的書包重量,使學生上學時只要帶一個輕巧的電子書包,就可以不僅包含了學習的全部課本、課外練習之類的書本內容,還含有許多教學參考書之類的東西,而且圖文並茂、生動活潑。不僅內容豐富,而且可大大激發學生的學習興趣。