加拿大科学家用光子墨水实现彩色电子纸

由光子墨水实现的电子纸可以将自身的像素调制成各种颜色。
 
据美国《技术评论》杂志报道，加拿大科学家日前利用光子晶体制造出一种全新的柔性电子纸显示器。这是第一种可将自身的像素调制成各种颜色的显示器。
 
“用户将由此获得亮度更高、更加丰富多彩的颜色。”加拿大多伦多大学的化学家André Arsenault表示。他同时还是多伦多这家将这一名为光子墨水（P-Ink）的光子晶体技术商用化的Opalux公司的创始人之一。
 
有关电子墨水的概念，可以追溯至20世纪70年代。当时施乐公司（Xerox）的研究员Nick Sheridon提出了这个概念。不过，真正把电子墨水发扬光大的，是美国麻省理工学院（MIT）的贝尔实验室。现在包括美国E Ink和法国Nemoptic等在内的几家公司都在生产电子纸产品。
 

E Ink公司由MIT贝尔实验室的工作人员所成立，生产的是以麻省理工学院的研究成果为基础的电子墨水。该技术的基本原理是，在透明的微胶囊内，放入黑色和白色微粒子，通过外加电压使粒子产生电泳，从而显示由白色和黑色形成的画面。Nemoptic公司的显示技术则是基于扭曲排列的液晶分子。与传统的显示器相比，这种屏幕的优势在于，即便是在明亮的光线下也具有清晰的视觉效果，而且功耗低。
 
虽然黑白两色的电子纸其质量和对比度都堪与真正的纸张相比，但却由于每个像素均只能局限于单一的基本色而丧失了拥有彩色影像的可能。为了展示一定范围的颜色，每个像素都是由红、绿、蓝三种颜色组成。在这个三重组合中，一个像素被过滤为红色，一个为绿色，另一个则为蓝色。借由调整这三种颜色的强度，就可以调出各种不同的颜色。不过，Arsenault认为，这些传统的方法使得颜色的显示缺乏应有的亮度。例如，如果有人想让整个屏幕都显示为红色，那么只有1/3的像素可以达到这一要求。
 
在这方面，光子墨水则有不同的效果。“我们能够使得全部像素都变成红色。”Arsenault说：“这是因为每个像素都能拥有可见光谱中任何一种颜色。这使得颜色的丰富度和鲜明度比以前增加了3倍。这与以往有很大的不同。”
 
光子墨水的技术原理是，通过控制光子晶体的间距，从而影响这些晶体所反射出的光的波长。在这点上，光子晶体所起的作用与半导体晶体的作用是相同的。不过，半导体晶体影响的是电子的运动状态，而光子晶体则是影响光子的运动轨迹。
 
虽然现在有很多的研究都在关注光子晶体的应用，其范围从光纤到量子计算机不一而足，不过，对其加以利用实际上却是一个古已有之的现象。例如，光子晶体使得猫眼石具有了斑斓的色彩。“还有很多的有机体也具有并非缘自染料的各种颜色，”Arsenault说，“这就是我们这项技术的基础。”
 
在光子墨水中，每个显示器的像素都由几百个球形二氧化硅颗粒组成。每个这样的光子晶体直径都在200纳米左右，嵌在海绵状的电活性聚合物（electroactive polymer）中。这些材料夹在一对中间充满电解液体的电极中。当外部电压施加到这些电极时，电解质就会被吸入这些聚合物中，使它们发生膨胀。
 
电活性聚合物的膨胀迫使硅石颗粒相互远离，进而改变它们的折射率。“当颗粒之间的距离增大时，反射光的波长也会增加。”Arsenault说。光子墨水是双稳态的。也就是说，一旦某个像素被调制到某种颜色，该像素就会在几天之内都保持为那种颜色，这期间无需任何电力来维持它的状态。“而且，这种材料本质上就是柔性的。”Arsenault说。
 
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电子纸也叫数码纸。它是一种超薄、超轻的显示屏，可以理解为“像纸一样薄、柔软、可擦写的显示器”。形象地说，电子纸是一张薄胶片，而在胶片上“涂”上的一层带电的物质，就是电子墨水。
 
电子纸可看作是一个薄薄的内嵌式遥控显示板。它具有以下的特征：(1)内容的重写。可以任意对文字或图像进行重写、更新，并可浏览到大量内容。(2)适合肉眼阅读。由于对比度较高，所以文字、图像清晰，并且无论从哪个方向看都没有变化，阅读舒适。(3)便携性。因薄膜重量轻，方便携带，可适度折叠、卷曲。(4)即使在断电的情况下，也可以长时间地保持显示，并且使用时非常省电。