加拿大科學家用光子墨水實現彩色電子紙

由光子墨水實現的電子紙可以將自身的像素調制成各種顏色。
 
據美國《技術評論》雜志報道，加拿大科學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。”加拿大多倫多大學的化學家André Arsenault表示。他同時還是多倫多這家將這一名為光子墨水（P-Ink）的光子晶體技術商用化的Opalux公司的創始人之一。
 
有關電子墨水的概念，可以追溯至20世紀70年代。當時施樂公司（Xerox）的研究員Nick Sheridon提出了這個概念。不過，真正把電子墨水發揚光大的，是美國麻省理工學院（MIT）的貝爾實驗室。現在包括美國E Ink和法國Nemoptic等在內的幾家公司都在生產電子紙產品。
 

E Ink公司由MIT貝爾實驗室的工作人員所成立，生產的是以麻省理工學院的研究成果為基礎的電子墨水。該技術的基本原理是，在透明的微膠囊內，放入黑色和白色微粒子，通過外加電壓使粒子產生電泳，從而顯示由白色和黑色形成的畫面。Nemoptic公司的顯示技術則是基于扭曲排列的液晶分子。與傳統的顯示器相比，這種屏幕的優勢在于，即便是在明亮的光線下也具有清晰的視覺效果，而且功耗低。
 
雖然黑白兩色的電子紙其質量和對比度都堪與真正的紙張相比，但卻由于每個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，每個像素都是由紅、綠、藍三種顏色組成。在這個三重組合中，一個像素被過濾為紅色，一個為綠色，另一個則為藍色。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，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：“這是因為每個像素都能擁有可見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。”
 
光子墨水的技術原理是，通過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。在這點上，光子晶體所起的作用與半導體晶體的作用是相同的。不過，半導體晶體影響的是電子的運動狀態，而光子晶體則是影響光子的運動軌跡。
 
雖然現在有很多的研究都在關注光子晶體的應用，其范圍從光纖到量子計算機不一而足，不過，對其加以利用實際上卻是一個古已有之的現象。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，“這就是我們這項技術的基礎。”
 
在光子墨水中，每個顯示器的像素都由幾百個球形二氧化硅顆粒組成。每個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（electroactive polymer）中。這些材料夾在一對中間充滿電解液體的電極中。當外部電壓施加到這些電極時，電解質就會被吸入這些聚合物中，使它們發生膨脹。
 
電活性聚合物的膨脹迫使硅石顆粒相互遠離，進而改變它們的折射率。“當顆粒之間的距離增大時，反射光的波長也會增加。”Arsenault說。光子墨水是雙穩態的。也就是說，一旦某個像素被調制到某種顏色，該像素就會在幾天之內都保持為那種顏色，這期間無需任何電力來維持它的狀態。“而且，這種材料本質上就是柔性的。”Arsenault說。
 
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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、可擦寫的顯示器”。形象地說，電子紙是一張薄膠片，而在膠片上“涂”上的一層帶電的物質，就是電子墨水。
 
電子紙可看作是一個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。可以任意對文字或圖像進行重寫、更新，并可瀏覽到大量內容。(2)適合肉眼閱讀。由于對比度較高，所以文字、圖像清晰，并且無論從哪個方向看都沒有變化，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，也可以長時間地保持顯示，并且使用時非常省電。