電子紙的現狀與未來

鄭春輝 鄭淑榮

電子紙（electronic paper或E-paper）是“像紙張（或紙板）一樣，具備記憶功能并采用反射式、可重復變更的顯示器”。這種新的平面顯示平臺，由于外觀上好像一種較薄的片狀物，重量輕，可適度卷曲或折疊，用來展示電子形態的文字和圖畫，成為實用性強、新型的閱讀工具或載體，因此被廣泛地通稱為電子紙。由于電子紙適合人眼的閱讀,所以可以用作電子書、掌上閱讀器等。它的出現可以在很大程度上改變人們的生活,尤其會對報刊圖書出版、廣告等行業產生重大影響。未來的某一天，人們訂閱的報刊將只是一些涂有電子墨水的電子紙，報社、雜志社只要通過電腦或其他設備來傳遞無線電波即可使報紙日日翻新、雜志月月不同。

下面分別介紹一下傳統紙、電子顯示器和電子紙的優勢與不足。

傳統紙的優勢與不足是：輕薄、價廉、使用方便、不用電源、利于閱讀、易于長期保存(一般是100～150年，甚至長達1000年以上)、印刷或書寫后固定、產生的廢紙可回用再生，但難以滿足信息化社會的需求，又因為是利用化學技術的制漿造紙過程，所以對樹木和環境造成很嚴重的破壞。

電子顯示器的優勢與不足是：信息易編輯、適于高速處理、反復使用、容量度大，但需要使用電源、“視覺舒適度”欠佳，又由于液晶顯示器（LCD）采用的是透射式顯示，故需要背光，且信息儲存壽命有限(一般是10～15年，需要重新復制保存)。

電子紙的優勢是：①可以反復重寫。與只能一次“書寫”的傳統紙相比，它可以隨時抹去、再次（甚至幾千上萬次）重寫或錄入。②閱讀狀況佳。即使長時間凝視，眼睛也不會感覺疲勞，且文字、圖像清晰，無論從哪個方向看都沒有變化，閱讀舒適。③對比度高。它靠環境反射光線來顯示，不需要背光，環境光線越強對比度越高。反射率是LCD的6倍，對比度是LCD的2倍。④能耗低。電子紙具有雙穩態特性（加載電場前后都穩定），有畫面記憶功能，畫面不變化則不耗電，其耗電量大約只有液晶顯示器的十分之一甚至百分之一。⑤高分辨率?？梢赃_到200dpi（每英寸顯示的點數量）的分辨率，實驗產品分辨率更高。⑥超輕薄外形。具有超薄、傳統紙張一樣的質感，不需要背光模組，所以厚度通常為0.5mm，而LCD至少需要約2mm的厚度。⑦方便攜帶。它能夠制成類似書、刊、報的形式，“可分可合”。與計算機相連后可即時下載各種信息。⑧環保，節省紙張。不僅可以節約印刷、發行、運輸等成本，還可以去掉印刷環節，達到低碳環保的目的。⑨具備低成本的潛力。不需要背光模組，不需要嚴格的封裝，采用溶液處理技術印刷是可行的。⑩基板靈活。可以是玻璃，也可以是塑料、金屬等物質的表面。視角廣。由于是微球體結構，反射面廣，視角可以達到180°，LCD需要附加特殊的調整才能達到120°。電池壽命長。比起TFTLCD（薄膜晶體管液晶顯示器）更容易實現roll-to-roll(卷到卷)生產，而且裝上軟性基板就可變成可撓式顯示器。數字媒體容量大、便于檢索。電子紙的放大功能也使它更適合老年人和殘疾人閱讀。

電子紙的不足是：①量產產品響應速度慢，無法播放連續畫面的節目。②目前只提供黑白屏幕，無法顯示彩色內容。③成本高。其主要制程是比較難控制的化學工序，目前還需要靠大量出貨來摸索提高生成率、降低成本的方法。④壽命較短。電子紙的使用壽命大約只有5～10年。⑤需要提供電源。

電子紙技術特征

目前國際上研究電子紙顯示器技術的種類繁多，其中較成熟的電子紙顯示技術可分為以下幾大陣營：

電泳（EPD）。①E-Ink微膠囊。目前由E-Ink公司提供的微膠囊（Micro-capsules）式電泳技術是電子紙市場的主流技術。該技術的具體原理是將帶電的白色氧化鈦顆粒和黑色碳粉粒子封裝在微膠囊中，并將微膠囊和電解液封裝在兩塊間距為10—100mm的平行導電板之間，利用帶電顆粒在電場作用下向著與其電性相反的電極移動的特性，繪制出黑白圖像。② SiPix微杯。其原理是在尺寸相同的微杯中填充白色顆粒和著色液體，通過切換貼在微杯上的驅動電極的電荷正負來上下移動顆粒，使顆粒顏色和液體顏色交替顯現。比起E-Ink的微膠囊技術，SiPix技術的反射率和對比度更高、價格更便宜，且能顯示彩色內容。③電子粉流（QR-LPD）。普利司通采用獨創的電子液態粉末（ELP）技術，將樹脂經過納米級粉碎處理后,形成帶不同電荷的黑、白兩色粉體，再將這兩種粉體填充進使用空氣介質的微杯封閉結構中，利用上下電極電場使黑白粉體在空氣中發生電泳現象。由于QR-LPD電子紙屏幕需要使用高壓驅動電子粉流體，因此耗電量比E-Ink的微膠囊技術和SiPix的微杯技術更大。

膽固醇液晶（CLCD）。膽固醇液晶是一種呈螺旋狀排列的特殊液晶模式，通過添加不同旋轉螺距的旋光劑，能夠調配出紅、綠、藍等顏色。該技術的原理是將膽固醇液晶放置在兩片水平基板中，在不施加電場的情況下，膽固醇液晶會傾向成平面螺旋型排列，在符合特定光波長的反射情況下，即可反射出具有色彩的光線。膽固醇液晶采用軟性基板，安全性更高，同時也具有雙穩態的特性和能耗低的優點，不過在手寫識別和白色畫面的表現上不及電泳。

微機電系統（MEMS）。工作原理是反射周圍環境中的自然光，通過控制照射到顯示屏中的光線，使其一個像素一個像素地反映出所需的顏色，實現彩色顯示。采用微機電系統技術的Mirasol電子紙比電泳式電子紙色彩飽和度更高、反應速度更快，還比液晶屏幕更加省電。

電濕潤（electrowetting）。該技術借助控制電壓來控制被包圍的液體的表層，通過液體張力的變化，導致像素的變化。采用電濕潤技術制造的電子紙像素轉換非常迅速，同時具有結構簡單、省電、可用于柔性顯示等特點，其亮度和對比度遠超過現有的其他電子紙顯示技術。

表1 電子紙技術特征比較

電子紙走近普通讀者任重而道遠。

雖然電子紙相較于傳統紙、電子顯示器而言優勢明顯，但要走近普通讀者仍任重而道遠。

首先，彩色顯示解決方案尚未完全成熟。雖然采用雙穩態向列液晶顯示技術的電子紙依靠濾光片技術實現了彩色顯示，不過這是以大大降低電子紙的分辨率和反射能力為代價的。而EPD電子紙雖然能夠依靠改變內部顆粒的顏色實現彩色顯示，但其電子墨水的涂抹與均勻分布仍是目前難以解決的問題。而目前電子紙雖然已經可以達到16灰階顯示，但是彩色顯示的量產進度緩慢，而且與TFTLCD(薄膜晶體管液晶顯示器)比較起來也不甚理想。電子紙固然可以有雙穩態、能待機數周的優勢，但其僅能以黑白灰階顯色，不利于多媒體視覺呈現，因此若是使用TFTLCD加上低功耗設計而使其使用時間突破12小時(可持續使用1天后充電)，那么更具價格與顯示優勢的TFTLCD將可能成為系統商的另一選擇。

其次，反應速度慢、成本高昂。目前，量產的技術中除微機電技術的反應速度極快外，大部分都有更新速率慢的問題。轉換一個畫面往往需要秒級以上，這樣肉眼就能看到其掃描更新的過程，因此不適用于顯示動態影像的播放，會給使用者帶來極大的不順暢感。而且，除電泳技術、膽固醇液晶與微機電技術擁有量產經驗外，其余電子紙技術都尚處于試產階段，成本更加高昂。即使擁有量產能力的電子紙技術廠商，與主流顯示技術相較起來量產規模仍很小。現在同尺寸的模塊價格，可能是TFT（薄膜場效應晶體管）的數倍且不具有彩色效果，相較于黑白STN（超扭曲向列型）價差更大。而且目前電子紙閱讀器的價格本來就偏高，若采用彩色電子紙技術，其價格將超出現有的單/雙色電子紙產品一倍以上。因此，如何降低成本促進應用的普及，是電子紙發展的一大課題。

對于缺乏主流及一定出貨量的消費性或信息類電子終端應用產品，如手機或電子書閱讀器，TFTLCD都是電子紙最強勁的對手。省電固然是電子紙很好的賣點，但對消費性或信息類電子產品，這卻并不是決定性因素，除非其顯示、閱讀質量與節能省電特色一樣突出，不然很難在消費性或信息類電子終端產品競爭中取得較全面成功。以目前應用最廣泛的電子書閱讀器來說，出貨量雖持續增長，但比起手機、顯示器、筆記本電腦等，卻有很大的差距，其未來可能會同MP3一樣，從一個獨立裝置變成某個主流裝置的一項特色而已，因此市場規模存在限制因素。

電子紙閱讀器所支持的閱讀格式也很有限。在表2中，N代表不支持，Y代表支持，？代表不清楚。表2里有很多閱讀器格式，每個的特性都不一樣，而這五個基本特性，卻沒有一種格式是完全支持的。

表2 閱讀器文件格式特性

目前，全球電子紙行業已經形成歐美企業領軍、日韓企業緊隨其后的產業大軍，而國內相關核心技術產品研發仍是空白。它們在不斷進行技術突破的同時，加緊在技術專利權方面“跑馬圈地”。以公認技術最領先的E-Ink公司為例，在2006年一年中，就已經在電子紙方面獲得了26項新專利，是2005年的兩倍，并有超過100項已提出申請尚未獲批的專利。E-Ink公司在其他許多國家申請了相關的專利，并估計以后將加快獲得專利的速度。與此同時，隨著電子紙產業化進一步加快，其實現技術規范越來越符合大規模批量生產的要求，成本也越來越低，越來越多的企業開始加緊電子紙業務的戰略布局。而反觀國內，目前相關核心技術產品的研發仍然是空白的，對比近年來崛起的一系列IT（信息技術）產業核心技術專利受制于人的現狀，前景堪憂。

目前，電子紙行業缺乏統一標準。在國際上，以PDF為核心的數字紙張技術在很多行業里已不只是簡單的應用了，一部分行業正在建立自己的標準。比如在檔案領域就有專門的委員會把很多公司組織起來，做了一個叫PDF/A的標準，它要求所有的字都能夠嵌入，且沒有外掛，也許這使檔案不那么靈活，但卻能夠使檔案在很多年后不依賴于其他工具就能夠閱讀和使用。相應的工程設計的標準也在制定中，一部分不僅成為北美的行業標準，而且還有一部分已提交給ISO（國際標準化組織），旨在形成國際標準。而國內，各廠商間的標準不統一，使不同數字紙張間的數據交換不能進行，不同的行業甚至同一行業的不同單位之間也是諸侯割據，導致國內的合作無法完成，與國際的合作也無法實現，嚴重影響了電子紙產業的發展。因此，為了支持我國和外國公司進行競爭，為了推動數字紙張在我國的普及應用，必須盡快制定我國的數字紙張標準，包括數字紙張格式標準、DRM標準等等。同時，還要從長遠發展的角度來規劃標準。

此外，法律與認證環節仍有待進一步完善。電子紙張的應用有兩個前提，分別是法律與認證環節。一個電子文件、電子報表的嚴肅性與權威性，必須通過其法律地位來加以解決，隨著《電子簽名法》的出臺，困擾電子政務、電子商務活動過程中的電子簽名認可度問題得到了解決，電子簽名與紙質文件也具有同樣的法律效應，電子簽名產品進入市場的障礙也清除了。現在面臨的問題是政府和企業的接受度，目前，北京、上海等發達地區可以接受電子紙張，而信息化建設較差的地區還不能接受。另一方面就是電子紙張應用一定要建立在認證的基礎上，而現實卻是《電子簽名法》只對電子認證服務管理做了框架性規定。電子認證服務管理具體主管部門尚不清楚，政府將如何對國內的70多家電子認證服務機構和已發的上百萬張數字證書進行平穩過渡管理，如何規定電子認證服務的法律責任等并沒有說明?！峨娮雍灻ā冯m然對第三方認證機構的準入條件做了要求，但是實踐中還需要相關法規和具體的實施細則，包括對認證機構的準入和具體辦法，認證機構的管理評級審計等。

產業鏈尚未形成。新技術的產生只是產業發展的基礎，而由此形成產業規模則需要龐大的產業鏈支撐。從某些方面來講，現在國內國外的技術差距不是太大，甚至有些技術比國際上還領先。在發展的初始階段，即產業還沒有形成規模和氣候的時候，需要政府出臺相關的政策來扶持。另一方面，相關的核心企業和下游企業也應該組成企業聯盟，共同推進產業的發展。目前，國內基本上是“封閉式”發展，沒有聯盟，就形不成合力，因此制約了產業的發展。北美廠商團結起來形成產業聯盟，并通過聯盟推動電子紙產業及技術的發展，如Open eBook Forum（開放eBook論壇），它不僅組織各種年會，進行年度市場數據分析，還成立多個工作組和特殊興趣小組，來制定各種標準文檔和技術白皮書。因此，國內廠商唯有聯合，才能最終形成產業規模。

商業環境尚不成熟。電子紙的發展應該與網絡掛鉤，做到隨意存取。對于電子紙的信息如何實現隨時隨地快速下載，便捷、迅速地提供讀者需要的信息，在對相應成熟技術要求的同時，獲得相關出版商、內容提供商的支持也是至關重要的。此外，電子紙的使用及其配套設施的可獲得性和價格如何，普通消費者是否能夠承受，還有待市場的進一步檢驗。如果電子紙遭到計算機病毒的破壞，不僅發揮不出優點，就連傳統紙的閱讀功能都可能被毀壞掉。傳統書籍除了內容，還可以有漂亮的印刷、裝幀和獨特的風格和藝術觀賞價值，而電子紙又會帶來什么改變呢？

電子紙要想在更多產業上有所發展，重點還是要突破一系列關鍵技術，包括：①開發低成本、高分辨率、合適對比度的器件及其生產技術;②進一步提高彩色顯示性能，加快轉換速度;③有機EL（發光電子板）要突破基板的氣密性和封裝技術;④液晶顯示要解決基板彎曲對液晶分子排列的影響;⑤開發適用于柔性基板的OTFT（有機薄膜晶體管）技術；⑥使用打印機和提高紙張打印技術，例如目前研究的在紙張上涂抹特殊的液體，從而使之成為能夠多次改寫的紙張；⑦提高能夠復制發光畫面信息的復制技術等。

電子紙的研發、應用和推廣將掀起紙媒載體、信息技術和數字出版的新一輪革命。而面對國外產業大軍對核心技術專利權的跑馬圈地和發展的戰略布局，國內相關核心技術產品的研發仍然是空白的困境，中國電子紙何去何從，值得政府、企業及業內有識之士的高度關注和深入思考。