随着计算机和电子等科学技术的突飞猛进的发展,人类跨进入了信息和电子时代。如今,电子、计算机和网络等技术已经使印刷领域从印前系统、印刷、印后加工等各个生产环节都发生了日新月异的变化。在技术和设备上,计算机排版、图文电脑制作、网络出版印刷、数字印刷、电子图书、电子报纸不断涌现和发展完善,在材料上,电子纸和电子墨的研究开发已经开始走向市场,它带给人们的是与传统完全不同的纸和墨,电子油墨的应用给数字印刷插上腾飞的翅膀。
基本原理
电子技术对印刷发生的重大作用,说明着科学技术的飞速发展会带来我们意想不到结果。但在这些材料中,电子墨和电子油墨时常给人一些混淆的概念,一些文章中也常将电子墨称之为
电子油墨,其实这两者是不同的东西。
电子墨与电子纸是互为依存的东西,它看似两个东西,其实是合二为一的东西,所以叙述时总是将二者相提并论的。简单地说,电子纸是一张薄胶片,而在胶片上涂上的一层带电的物质,这便是电子墨。反过来,电子墨需要载体,这张用来盛载电子墨的,便是电子纸。它也可看作是一个薄薄的内嵌式遥控显示板。因此,电子纸和电子墨的概念和传统印刷上的纸和墨是不同的。在电子纸和电子墨中,有了电子墨,才有所谓的电子纸。关于电子墨的概念,可追溯到20 世纪70 年代,当时还是Xerox 的Palo Alto Research Cent re ( PARC) 研究员的Nick Sheridon ,就提出了这个概念。但是,真正把电子墨发扬光大的,却是美国
麻省理工学院(MIT) 的贝尔实验室,以后Xerox 急起直追,如今两家研究都处于世界前列。虽然还有其他一些公司也在研究电子墨,但从技术成熟及成果产品来说,仍应以MIT 及Xerox 为尊。
电子墨的基本原理,就是利用电的正负极互相吸引的原理而衍生出来的。原理虽然相同,但MIT 和Xerox 制冷出来的电子墨,却有一些差异。MIT 所开发的电子墨,是利用了电泳运动原理,这种墨其实是一些微小的硅树脂胶囊,在每一个微胶囊中,填满了透明的液体,带有负极电的黑色微粒,以及带有正极电的白色微粒等东西。然后再利用电流的改变,运动分别带正负极的黑白粒子, 而形成图文。由MIT 的贝尔实验室的工作人员所组建的E -Ink 公司生产的电子墨,其实是一些很细小的树脂胶囊,这些胶囊是透明的。在胶囊中有带负电极的碳(黑色微粒) ,及带有正电极的氧化钛(白色微粒) 。胶囊被涂上胶片,这块透明胶片称为前板,而在胶囊下另设有一层电极。假如把电流通过电极,碳和氧化钛便会因电泳原理,作上下运动,进而形成图文。这些由黑色的碳和白色的氧化钛组成的图文,看上去跟印刷的文字十分相似。而且电子纸不像一般显示器那样会有视角的差误,在不同角度下,都可阅读到图案和文字。
至于Xerox 公司却不是用悬浮在液体当中的带电微粒,他们所用的是一粒粒直径小于100 微米的小胶珠。这些小胶珠是由两个颜色不同的半球体组成,每个半球体分别带正电或负电。小胶珠被放入胶片中的微小洞孔,而洞孔里头,则满布透明液体,让胶珠可以自由转动。每当电流通过电子纸时,电场作用令胶珠转动,控制该部分出现什么文字或图像。
基本类型
电子纸和电子墨一般有如下几种类型
微胶囊电泳
这是由美国麻省理工学院和E - Ink 公司研究开发的技术。其基本原理是在细胞大小的透明微胶囊内,放入蓝色等深色染料液体和浅色带电微粒子,将此微胶囊用粘接剂连接到带有透明电极的胶片上。
调整电场使浅色粒子电泳,以显示由白色和青色形成的图像。在白色粒子中使用了氧化钛的微粒子,在蓝色的绝缘性液体中,带有电荷并稳定地分散着。将此微胶囊用硅树脂作粘合剂涂布到带ITO 电极的胶片上。再以离子流方式将负电荷图案施予表面,则白色粒子便移动到微胶囊的下部,于是从表面绘出蓝色图像,然后,全面施予正电荷,则白色粒子便移动到微胶囊的上部,于是表面便变成白色,图像即被消掉。将单一色调的带电粒换成不同色光的材料,就可以形成彩色图象。全部厚度已经可以达到0. 2 毫米。这种方式存在的主要问题是应答速度还只能在100 毫秒左右,因此还不能很好地适应视频图象的连续播映。
拧转球(旋转球)
美国Xerox 公司和3M 公司共同研究开发拧转球(旋转球) 方式的电子纸。
基本原理是,制造一种两个半球分别为白与黑色的球形微粒子,以每半个球分别涂成白与黑的球形微粒子,用硅树脂作粘合剂将2 色粒子涂在带有电极的胶片等支持体上,在粒子的周围以特定的液体填充形成空穴。由电场来控制其方向,用白与黑来显示图像的方式。以特定的液体填充,粒子表面的白侧为负;黑侧为正;在两色之间呈现不同的电荷而形成偶极子。若以负电荷图案施予这张纸板的表面,粒子便旋转,使黑半球朝上,如果以正电荷施予纸板表面,白半球便朝上。这样,就可以通过电场变化控制其旋转方向,形成黑白图像或文字。但它的缺点是不能彩色化。
双色性染料液晶
这项技术的研制者主要有
大日本印刷公司和东海大学。其基本原理是:对具有记录性的蝶状液晶分子A 中掺合双色性染料形成包晶状,在外加电压作用下,液晶分子的排列发生变化,同时亦使色素的吸收产生变化。具体构成是,在ITO 透明电极上,将液晶、双色性染料以及
树脂的混合物涂布成约6 微米厚的支持体上,开始时色素构成不规则方向,呈灰色,但随着离子流记录写入图像,染料便取向生成白色图像的记录。接着对这个媒体加热到60 ℃以上,就会退回原先的灰色状态,从而可以消去图像。如果与此方式相反,根据
电晕放电先搞成白色状态,亦可用
热敏头进行热致写入来形成图像。
液晶有机感光复合膜
液晶有机感光复合膜的基本原理是:在无电场时,
胆甾醇液晶为平行取向,适应液晶的螺旋间距选择性反射光来进行反射。在弱电场时,成为焦圆锥取向,且透光,以维持其状态。如果进一步外加强电场,又会返回平行取向。所以,通过电场的变化,就可以控制显示和非显示。欲对媒体写入,只需将有机光导电膜层贴合。在实际操作中,需要将有机光导电膜层合,以控制液体层的分压。这种方式可显现600
dpi的图案或8 点大小的文字,并可进一步可制成A6 规格的按需媒体。据悉,只要将
RGB 三层重叠,就可以用来显示彩色图案。
色粉显示板
这种方法,其实也属于
电泳显示。其基本原理是:在带有ITO 透明电极的二块玻璃板之间,填入黑色粉和白色粒子的粘着层,外加电压后,则黑色粉在电极之间移动,显示黑色与白色图案,常用的黑色粉是碳黑等导电性色粉,白色粒子用的是容易滑动的氟化碳微粒子。在ITO电极上涂布有电荷输送层,它起到将
正电荷从电极注入色粉的作用。接触下部电极的黑色粉由于来自电荷输送层的电荷注入而带有电荷,根据与上部电极的负电荷之间的库仑引力,朝向上部电极移动。
此时,是在白色粒子层中钻来钻去地移动;抵达上部电极的黑色粉,将电荷输送层当作
绝缘层,借助库仑力贴合。此时,从上面看,是黑色。接着转换外加电压的极性。则黑色粉便朝向下部电极移动,附着于下部电极上的电荷输送层,这时从上面看;看到的是白色粒子,故呈白色。如此般地变换外加电压的极性;就可以显示黑或白。现时电子纸以显示单色图文为主,彩色的电子纸还处在深入研究的阶段。
电子纸和电子墨的性能还在不断地成熟和完善,其开发利用也正处于初始阶段,应用领域还有待于不断开拓和发展。
应用范围
开发出的电子纸和电子墨的应用范围来看,主要有如下几个方面
书写
使用“电笔”,就可以在电子纸上书写,这在今后的教学上将有极大的用处。可以想象,当用电子纸做成教室内的“黑板”,再配上这种书写的“电笔”,则这块“黑板”就不仅是可以随意书写的对象了,而且包含着诸如辞典、网络上的许多资料、信息等,并且显示的并非不动的粉笔字符,而是色彩艳丽、生动活泼并且活灵活现的动画图像。因此,可以预料,电子纸在将来的教育领域也有着广阔的应用前景。
在当前的网络时代,人们都期盼着一种具有与纸张一样柔和性的可再写入纸和稿纸,并且便于携带的电子纸做成的电子笔记本诞生;可再写入纸与纸张几乎有同等的质感,在打印机上可以重覆多次打印。由于与硬拷贝以同样形式来使用,所以容易被使用者接受。而且,电子纸集合而成的电子笔记本又能供数码数据的存取,并可以借助记录来存储情报等。
显示器
这种显示器的外形就像印刷品一样,与一般的电子显示器相比,它有能耗少、重量轻等诸多优点。当电源关掉以后它仍保留着图像。此外,它还可以用于电视机上。据报道,英国剑桥显示科技(CDT) 实验室经过改良,已制造出一种发光塑胶化合物,利用这种材料,可以制造出和纸一样薄,并且可以卷曲的电视机。这种化合物材料可印制在很薄的塑胶上,可以推测,未来的电视机将是“印刷”出来的。由于这种材料可以卷曲,因此,这种电视机在不用时就可以和投影机屏幕一样卷起来存放。据专家预测,今后5 年之内人们就可以在市场上看到这种高新技术的电视机。此外,该材料还可用于各种便携式显示设备,如制造手表型电视机及显示器等。
接收器
由于电子纸仅需微量的能源来控制电子墨颗粒,因此有一枚太阳能电池就够了。如果在这种纸上印刷更多的晶体管,便能集成一部无线电接收器了。用这种电子纸制印的报纸,则可以利用房内的灯光作为它的能源,接收多种新闻、信息等无线电信号,并且可以随时随地更新这些内容,真正做到新闻常新,信息常富,且可根据各人的需要随时查阅、更新所需的内容。因此,可以说,这将是一份永远不会过时的报纸。
万能书
如今
电子书已开始占据书刊市场,但还存在诸如显示阅读等方面的一些不足之处,与传统的普通书还有差异。而用电子纸构成的万能书,这本书的每一页纸上都覆有“微囊包封”颗粒,电极可安装在书中,无论外观还是手感,都与普通书籍无异。区别主要是当阅读完以后,人们可以下载新的内容到页面上,甚至在你阅读过程中也能这样做。若与电脑相连,则成为快速传输信息的工具。有朝一日,一本电子书将能储存下35000 本普通书的内容,几乎超过一个人一辈子能读的书。此外,国外有将诸如电子书等用于教育领域,研究开发学生的电子书包,以便大力减轻学生的书包重量,使学生上学时只要带一个轻巧的电子书包,就可以不仅包含了学习的全部课本、课外练习之类的书本内容,还含有许多教学参考书之类的东西,而且图文并茂、生动活泼。不仅内容丰富,而且可大大激发学生的学习兴趣。