杭州富阳图书馆

随着电脑、互联网的飞速发展，我们走进了信息迅速膨胀的数字时代，然而电子媒体的出现不仅没有降低纸张的需求，反而呈现上升的趋势。这是因为传统纸张更适合人们的阅读习惯[1-2]。网上阅读拥有快捷、信息量大等显著的优势，但仍然存在很多致命的缺陷：不宜长时间阅读、不易携带、信息量混杂、缺乏可信度，而这也正是传统纸张不可替代的原因。电子纸，正是在这样的环境下应运而生，它结合了电脑和传统纸的优点，旨在给人们的阅读方式带来巨大的改变[3，4]。从其概念的提出到技术的逐步完善，如今电子纸不再是一个陌生的概念，电子报纸、电子杂志、电子书，数字出版离人们越来越近[5，6]，可以预计，在不久的将来，电子纸将给人们的学习、生活带来方便并且改变传统的阅读习惯。
  1 电子纸的定义、原理及特性
  1.1 电子纸的定义
  电子纸（Electronic Papers）又称为数码纸（Digital Paper），它是一种超轻超薄，的显示屏，即理解为“像纸一样薄、柔软、可擦写的显示器”，由印有电极并可弯曲的底板和面板以及电子油墨组成。也可以理解为电子纸就是一张印有电极的薄胶片，在胶片上涂有一层带电的电子油墨，对它予以适当的电击，即可使数以亿计的油墨颗粒变幻出不同的颜色，从而能够根据人们的设定不断改变显示的图案和文字[7]。而传统意义上的纸，是由纤维和其他固体特质交织结合而成的、具有多孔性网状物性质的特殊薄张材料[8]。因此，电子纸是突破了传统意义纸的概念，以数字化的形式重新诠释纸的功能。
  1.2 电子纸的原理
  过去30年里，电子纸是一个非常活跃的研究领域，各种不同的技术方法之间虽然存在着明显差异，但都具有相似的原理。它具有多层结构：由特殊材料制成的面层、底层以及中间层。中间层由无数个微小的油墨粒子所组成，直径大约100μm，这些能够感应电荷的微粒在通电情况下能够显示出不同的颜色[9]。其中较具有代表性的有：E-Ink公司的微胶囊油墨粒子[10]、Xerox公司的双色拧转球微粒Gyricon[1
  ]。
  由E-Ink公司开发的微胶囊电泳油墨技术，透明的微胶囊中包含有黑色染料的带电的白色TiO2电泳颗粒，染料使包裹着它的透明颗粒呈黑色，那些更为微小的白色电泳颗粒能够感应电荷而朝不同的方向运动，当它们集中向某一方向运动时，就能使原本看起来呈黑色的颗粒的某一面变成白色，从而显示出由黑色和白色所组成的文字和图像[12～15]，其原理如图1所示。
  Xerox公司的双色拧转球微粒技术，无数调色小球分布在一张布满空穴的塑料透明薄膜上，空穴中充满油，小球的两半球分别由黑色和白色（或者其他两种对比色，如蓝色和白色）两种颜色构成的双色球，并分别带有相反的电荷，当有面层和底层材料上通电时，小球旋转进行定向排列而呈现出图像和文字。由于小球和油接近，断开电场作用，仍能保持原来的显示图像，减少能耗，这种状态称为“双稳态（Bistable）”[16～18]，如图2所示。
  1.3 电子纸的特性
  电子纸的出现是为了在电脑显示屏和传统纸张中寻找一个平衡点，既能具备传统纸张的阅读特性，又能满足数字化时代的需求。经过不断的开发研究，现代电子纸已经具有以下一些特性：①电子纸可以像传统报纸那样随身携带，即时阅读，因为它质量轻，大小相当于一本书，而且部分电子纸具有像报纸那样的可绕性或是可以卷曲，在室内外均有较好的易读性，亮度和分辨率较高，可以180。观看，当然，电子纸不可能像报纸那样，什么时候想看就在报摊买一份，看完即丢弃，电子纸不适合一次性消费；（②相对于液晶显示屏，电子纸反射率高，可以接近报纸水平，视觉较舒适，并可调节字体大小，适合长时间阅读，对视力损害较小；③电子纸具有画面记忆功能，而且节约电能，只有转变画面时才耗电，2节AA电池即可供数周以上使用，符合现代节能要求；④电子纸可以通过电脑联线或无线下载最新报刊，实现数字出版和发行，并且能用于跟踪和分析用户的阅读习惯和阅读需求，将读者的意见及时反馈给出版商，为终端读者提供个性化和交互性的内容和服务，同时还能为广告商提供精准的广告平台；电子纸在初期仍以黑白方式显示文字内容为主，缺乏全彩或动画功能，应答速度普遍较液晶显示屏慢，因此为了具备更完美的特性，电子纸还需要进一步的改进。
  2 电子纸的发展历程及现状
  2.1 电子纸的发展历程
  20世纪70年代，日本松下公司首先开发了电泳显示技术，Xerox公司当时也已开始研究，然而最初研究出的普通电泳由于存在显示寿命短、不稳定、彩色化困难等诸多缺点，实验曾一度中断。20世纪末，美国E-Ink公司（它是由朗讯公司、摩托罗拉公司以及数家风险投资公司为了开发电子纸于1997年成立的企业）利用电泳技术发明了电泳油墨（又称电子墨水），极大地促进了电泳技术的发展。目前，Xerox、柯达、东芝、摩托罗拉、佳能、爱普生、理光、IBM等国际著名公司都在涉足电子纸。
  1978年，Xerox公司率先提出电子纸和电子油墨的概念和构想，但没有得到重视。1996年，麻省理工学院的贝尔实验室采用电泳高分子胶囊技术成功研制出电子纸的原型。1997年4月，E-Ink公司成立，并全力研究把电子纸商品化。1999年5月，E-Ink推出名为Imedia的户外广告电子纸。2000年，美国E-Ink公司和朗讯科技公司（Lucent Technolo-gies）宣布成功研制出世界上第一张可卷曲的黑白“电子纸”。2001年5月，E-Ink与Toppan Printing合作，利用Toppan的滤镜技术，生产彩色电子纸。2001年6月，E-Ink再次宣布推出“Ink-in-Motion”技术，电子纸上可显示动态影像，像纸一样轻和薄，且具有良好柔韧性。同时，美国的大型百货公司Macy宣布，店内的广告牌采用Smart Paper（由Xerox公司研制推出）。2002年3月在日本东京召开的国际书展上，展出了第一张彩色电子纸。2006年由日本最新研制的电子纸厚度仅为0.1mm，可适度折叠、卷曲。2007年4月电子纸公司Nempotic宣布转让BiNem技术给SII（Seiko Instruments Inc日本精工株式会社），允许Seik。大量生产该公司开.发的黑白、灰度、全彩双稳态液晶显示器，Seik。具有先进的科学技术和雄厚的资本，因此这次合作给电子纸的市场化带来了根本性的改变。2007年10月26日，普利司通公司在日本横滨展示了新款彩色电子纸。这款彩色电子纸厚度只有0.29mm，其画面显示区的色彩指数可达4096色，即使弯曲也可以正常显示图像，可用于制作电子书籍和店铺广告。普利司通公
  司计划在2009年实现这种电子纸的商品化。
  2.2 电子纸的发展现状
  由于电子纸具有方便携带、适宜长时间阅读和信息即时更新，以及环保节能等多种优点，从其概念的提出到现在越来越引人注目。
  K.Kaldzis等[19]总结了电子纸的性质和技术，指出目前研究的主要领域是油墨胶囊的尺寸和几何形状，以及显示和分析性能。除了粒子尺寸小型化和相关研究技术的优化和综合，彩色电子纸显示的研究将至关重要，现在的电子纸仍不能达到液晶显示屏的色彩标准。Makoto Omodani等[20]研究了影响电子纸可读性的因素，在一张页面上分别显示1/2版面、整个版面和2个版面以及在2张页面上显示4个版面，同时显示版面的增加有助于提高阅读质量，而在电脑显示屏上通常不能显示整个版面，这很大程度上影响了阅读。因此，该研究有利于使人们进一步意识到电子纸相对于显示屏的易读性。Der-SongLee等[21]研究了字体大小和光线对电子纸可读性的影响，并与传统纸张进行比较。研究指出，目前商业电子纸的可读性可以与传统纸张相媲美，阅读速度受周围光线和字体大小的影响，相对于液晶显示器，需要较好的照明，此研究为生产市场化的电子纸产品提供了较好的参考。
  然而，由于技术仍然不够成熟和价格偏高，电子纸离普及还有一定差距。比如：不能显示色彩，开发的彩色品，亮度难以达到要求，希望通过开发出一种新颜料油墨粒子，达到彩色显示的要求；目前最致命的缺陷是无法表过足够连贯的视频画面，画面响应时间偏长；不能实现录音、声频功能和视频播放功能等。
  2.3 电子墨水的研究进展
  电子纸研究的核心技术是电子墨水显示材料及技术，电子墨水的研究进展在电子纸的发展上举足轻重[22，23]。目前世界上主要的电子墨水技术有：由E-Ink公司和MIT（麻省理工学院）为代表的微软胶囊电泳电子墨水技术[12～15]、Xerox公司开发的双色拧转球电子墨水技术[16～18]、美国肯特公司的胆甾型液晶电子墨水技术[24]、飞利浦公司的电湿电子墨水技术[25]以及Ntera公司的纳米变色电子墨水技术[26]等。电子墨水需要满足的主要性能有：关掉电源后仍能显示图像，从而降低能耗；能够彩色显示并能做到图文并茂；像普通的纸和笔一样，电子笔能够在电子纸上随意书写。
  3 电子纸的应用和挑战
  3.1 电子纸的应用
  电子纸从其优越的性能出发，可以应用于很广泛的领域。
  3.1.1 电子报纸
  2006年4月15日，我国解放日报率先在iRex电子纸上展现和发布了全球第一份电子报纸；同年10月25日，宁波日报社推出iRex电子报纸——《宁波播报》，其内容除了本地新闻外，还涵盖了全国各大城市主流媒体的新闻内容；2006年10月27日，烟台日报全面开通了旗下四报三刊的iRex电子报刊，成为全球首家全面进入电子纸时代的传媒集团。
  国外，美欧等发达国家的报业也开始了对电子纸进行探索：世界报业协会成立了电子纸新闻联盟，美国《纽约时报》、《洛杉矶时报》、英国《每日电讯》、意大利《共和报》、比利时《比利时时报》等多家报社纷纷推出电子报纸。如图3所示为IBM公司对电子报纸的最新研究成果。
  3.1.2 电子书籍
  2004年，由E-Ink和Philips提供技术支持、由Sony生产的世界上“第一本”实际商用电子书问世。这本电子书被命名为LIBRIe，售价4万日元。其长190mm、宽126mm，最薄的地方只有9.5mm厚，质量为190g，防反射显示屏达到4级灰度和800×600的分辨率标准，有10MB的存储空间（大约能显示1万页），如图4所示。
  3.1.3 书写电子纸
  电子纸与电子笔可以像普通的纸和笔一样随意书写，并可将书写的内容存储，随时显示，同时可显示图文并茂的动态画面。这种电子纸还可以挂在墙上当作电子板使用。
  3.2 电子纸的发展方向及挑战
  近几年，电子纸的发展方向主要是：更轻更薄，由单色到多色，由静态到动态。而商业应用方面，主要是电子书、电子海报、电子报纸。
  虽然国内外都有部分报业开始发行电子报纸实现数字出版，但电子报纸真正普及还有一段差距，大多数都处观望的态度。其发展的瓶颈在于：电子纸的无线下载功能受到很大的制约，有时必须在线下载，如果能够和移动、联通的无线网络对接，将会有助于解决这个问题；电子纸能否突破传统纸的黑白显示，实现彩色显示、动画显示；目前电子纸全国统一零售价为9500元，这种价格很难让大众接受，如果价格能够降到1500～2500元之间，将会有一个比较理想的应用前景。尽管如此，比尔·盖茨和传媒大亨默多克都预言报纸将会于40年后消失。4结语
  21世纪电子产品日新月异，短短几十年，电脑、数码相机、手机等产品已经走进千家万户，如今，电子纸作为新一代电子产品虽然引起了各研究机构、媒体和人们的关注，但是否能突破发展瓶颈实现普及化需要拭目以待。但可以肯定的是，电子纸的发展必将会对传统的信息载体形成巨大挑战，更加深入全面地影响数字出版领域以及改变传统的阅读方式。
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  （陈港 王芳 刘映尧 陈广学）