黑白及彩色电子纸技术发展浅析
蝴蝶、宝石与新型彩色电子纸技术
目前，除了电泳、反射式液晶和电湿润这3种主要的电子纸显示技术之外，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，其中比较成功的有下面这3种技术。
•Qualcomm的干涉测量调制(Interferometric Modulator，IMOD)技术
•Opalux的光子晶体显示(Photonic Crystal Display，PCD)技术／商用名为“光子墨水”(
Photonic Ink，P-Ink)
•Acreo等开发的电致变色显示(Electrochromic Display，ECD)技术
◆Qualcomm的干涉测量调制技术
Qualcomm公司推出的Mirasol系列电子纸产品采用了“干涉测量调制器”(IMOD)显示技术,如下图所示，IMOD像素的基本结构包括涂敷了一层半透射反光薄膜T的玻璃基板、一层导电反光隔膜M，隔膜M与薄膜T之间有一个很小的空气间隙，IMOD技术主要是利用了在两个表面之间的空气间隙中光反射形成干涉的原理，据说IMOD技术的灵感来源于蝴蝶翅膀能产生绚丽色彩的自然现象。
IMOD像素基本结构和显示原理
当在隔膜M与薄膜T之间加载较高的电压时，隔膜M就会在静电引力的作用下向玻璃基板靠近，或者说隔膜M出现“塌陷”，此时空气间隙减小，使可见光出现相互抵消的干涉，所以像素显示为黑色，这种状态称作“塌陷状态”(Collapsed State)。当在隔膜M与薄膜T之间加载低电压时，隔膜M还原其固有的位置，此时入射光可在较大的空气间隙中形成干涉，所产生的彩色光使像素显示一个明亮的色点，这种状态称作“打开状态”(Open State)。
由于IMOD像素结构本身能够形成高亮度的彩色光，所以能直接实现彩色显示。此外，IMOD技术还利用“微电机械系统”(MEMS)的原理实现了双稳态特性，像素中的反光隔膜是一种弹性膜，可以像弹簧一样产生弹性机械力，这种弹力能够使像素在没有外加电压时保持打开或塌陷状态。
◆Opalux的光子晶体显示技术
Opalux公司首创的“光子晶体显示”(PCD)技术，商用名为“光子墨水”(Photonic Ink，P-
Ink)，利用了一种被称作“蛋白石”的天然宝石所具有的变色特性。蛋白石由十分微小的球形二氧化硅颗粒堆积形成，颗粒间距不同的蛋白石，可反射不同波长的色光而呈现不同的颜色，故被称为光子晶体。
PCD像素基本结构和彩色显示原理
PCD像素的基本结构如上图所示，直径约200纳米的光子晶体材料球形微粒牢固地附着在一种类似于海绵的多孔电活化聚合物上，当在像素的电极上加载的电压增大时，聚合物就会汲取电解液而膨胀，其上附着的球形微粒的间距随之增大，其反射色光的波长也变大。反之，若所加电压减小，聚合物就会挤出电解液而收缩，导致球形微粒的间距减小，其反射色光的波长就变小。因此，只要精确控制PCD像素的驱动电压，就能使其反射不同波长的色光而显示各种颜色。实验表明，在0V～2V的电压范围内，就可以使PCD像素分别显示出全部可见光的色彩。
◆Acreo等开发的电致变色显示(ECD)技术
电致变色显示(ECD)技术的基本原理，是利用一些有机材料在电解过程中发生氧化-还原反应，导致其对环境光中不同波长色光的反射-吸收特性发生变化，从而产生可逆性颜色改变的电致变色现象。ECD的像素的基本结构包括固态的有机电解质、电致变色材料以及柔性的塑料或纸质衬底，大、小两块电致变色材料同时也作为像素的驱动电极使用，Acreo公司采用的电致变色材料是一种称作PEDOT:PSS的高分子聚合物。
ECD像素基本结构和显示原理
当在ECD像素电极加载驱动电压时，连接电压负极的较大一块电致变色材料由于发生还原反应而改变颜色，正极的较小的那一块电致变色材料则由于深度的氧化反应而变成透明状态，从而使此像素显示色点。
ECD技术重要的一个特性，是在像素上加载不同的电压可以显示多种不同的颜色，因此非常容易实现彩色显示。除了Acreo公司之外，致力于开发ECD技术的还有Aveso、Ntera、Seiko-
Epson、Siemens和日本的国立材料科学研究所(NIMS)等公司和研究机构。
写在后
电子纸技术的发展方兴未艾，其所产生的影响，在某种程度上可能不亚于当初的电视机，而电子纸技术彩色化的意义也当与电视技术由黑白到彩色的跨越一样重要。基于电子纸技术的电子书阅读器正在悄然地改变着人们的阅读习惯，也给传统的图书报刊出版带来了新的活力。在可以预见的将来，电子纸技术的快速发展和广泛应用，将与人们生活的方方面面密切相关并进而改变人们的生活。
回溯显示器的发展历史，传统液晶技术花了近20年的时光才占领了统治地位，而电子纸张技术在不到十年的时间里就完成了从原始技术积累到商用产品的开发过程，并且被众多分析师认定为：将改变未来平板显示概念的新技术。那么十年后会是什么样呢？也许未来诸多电子设备的设计图会在电子纸张的辅佐下成为现实。
