隨著計(jì)算機(jī)和電子等科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)的發(fā)展,人類跨進(jìn)入了信息和電子時(shí)代。如今,電子、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)已經(jīng)使印刷領(lǐng)域從印前系統(tǒng)、印刷、印后加工等各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都發(fā)生了日新月異的變化。在技術(shù)和設(shè)備上,計(jì)算機(jī)排版、圖文電腦制作、網(wǎng)絡(luò)出版印刷、數(shù)字印刷、電子圖書(shū)、電子報(bào)紙不斷涌現(xiàn)和發(fā)展完善,在材料上,電子紙和電子墨的研究開(kāi)發(fā)已經(jīng)開(kāi)始走向市場(chǎng),它帶給人們的是與傳統(tǒng)完全不同的紙和墨,電子油墨的應(yīng)用給數(shù)字印刷插上騰飛的翅膀。電子技術(shù)對(duì)印刷發(fā)生的重大作用,說(shuō)明著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展會(huì)帶來(lái)我們意想不到結(jié)果。但在這些材料中,電子墨和電子油墨時(shí)常給人一些混淆的概念,一些文章中也常將電子墨稱之為電子油墨,其實(shí)這兩者是不同的東西。
電子墨與電子紙是互為依存的東西,它看似兩個(gè)東西,其實(shí)是合二為一的東西,所以敘述時(shí)總是將二者相提并論的。簡(jiǎn)單地說(shuō),電子紙是一張薄膠片,而在膠片上涂上的一層帶電的物質(zhì),這便是電子墨。反過(guò)來(lái),電子墨需要載體,這張用來(lái)盛載電子墨的,便是電子紙。它也可看作是一個(gè)薄薄的內(nèi)嵌式遙控顯示板。因此,電子紙和電子墨的概念和傳統(tǒng)印刷上的紙和墨是不同的。在電子紙和電子墨中,有了電子墨,才有所謂的電子紙。關(guān)于電子墨的概念,可追溯到20 世紀(jì)70 年代,當(dāng)時(shí)還是Xerox 的Palo Alto Research Cent re ( PARC) 研究員的Nick Sheridon ,就提出了這個(gè)概念。但是,真正把電子墨發(fā)揚(yáng)光大的,卻是美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT) 的貝爾實(shí)驗(yàn)室,以后Xerox 急起直追,如今兩家研究都處于世界前列。雖然還有其他一些公司也在研究電子墨,但從技術(shù)成熟及成果產(chǎn)品來(lái)說(shuō),仍應(yīng)以MIT 及Xerox 為尊。
電子墨的基本原理,就是利用電的正負(fù)極互相吸引的原理而衍生出來(lái)的。原理雖然相同,但MIT 和Xerox 制冷出來(lái)的電子墨,卻有一些差異。MIT 所開(kāi)發(fā)的電子墨,是利用了電泳運(yùn)動(dòng)原理,這種墨其實(shí)是一些微小的硅樹(shù)脂膠囊,在每一個(gè)微膠囊中,填滿了透明的液體,帶有負(fù)極電的黑色微粒,以及帶有正極電的白色微粒等東西。然后再利用電流的改變,運(yùn)動(dòng)分別帶正負(fù)極的黑白粒子, 而形成圖文。由MIT 的貝爾實(shí)驗(yàn)室的工作人員所組建的E -Ink 公司生產(chǎn)的電子墨,其實(shí)是一些很細(xì)小的樹(shù)脂膠囊,這些膠囊是透明的。在膠囊中有帶負(fù)電極的碳(黑色微粒) ,及帶有正電極的氧化鈦(白色微粒) 。膠囊被涂上膠片,這塊透明膠片稱為前板,而在膠囊下另設(shè)有一層電極。假如把電流通過(guò)電極,碳和氧化鈦便會(huì)因電泳原理,作上下運(yùn)動(dòng),進(jìn)而形成圖文。這些由黑色的碳和白色的氧化鈦組成的圖文,看上去跟印刷的文字十分相似。而且電子紙不像一般顯示器那樣會(huì)有視角的差誤,在不同角度下,都可閱讀到圖案和文字。
至于Xerox 公司卻不是用懸浮在液體當(dāng)中的帶電微粒,他們所用的是一粒粒直徑小于100 微米的小膠珠。這些小膠珠是由兩個(gè)顏色不同的半球體組成,每個(gè)半球體分別帶正電或負(fù)電。小膠珠被放入膠片中的微小洞孔,而洞孔里頭,則滿布透明液體,讓膠珠可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。每當(dāng)電流通過(guò)電子紙時(shí),電場(chǎng)作用令膠珠轉(zhuǎn)動(dòng),控制該部分出現(xiàn)什么文字或圖像。
目前電子紙和電子墨一般有如下幾種類型
1. 微膠囊電泳
這是由美國(guó)麻省理工學(xué)院和E - Ink 公司研究開(kāi)發(fā)的技術(shù)。其基本原理是在細(xì)胞大小的透明微膠囊內(nèi),放入藍(lán)色等深色染料液體和淺色帶電微粒子,將此微膠囊用粘接劑連接到帶有透明電極的膠片上。調(diào)整電場(chǎng)使淺色粒子電泳,以顯示由白色和青色形成的圖像。在白色粒子中使用了氧化鈦的微粒子,在藍(lán)色的絕緣性液體中,帶有電荷并穩(wěn)定地分散著。將此微膠囊用硅樹(shù)脂作粘合劑涂布到帶ITO 電極的膠片上。再以離子流方式將負(fù)電荷圖案施予表面,則白色粒子便移動(dòng)到微膠囊的下部,于是從表面繪出藍(lán)色圖像,然后,全面施予正電荷,則白色粒子便移動(dòng)到微膠囊的上部,于是表面便變成白色,圖像即被消掉。將單一色調(diào)的帶電粒換成不同色光的材料,就可以形成彩色圖象。全部厚度已經(jīng)可以達(dá)到0. 2 毫米。這種方式存在的主要問(wèn)題是應(yīng)答速度還只能在100 毫秒左右,因此還不能很好地適應(yīng)視頻圖象的連續(xù)播映。
2. 擰轉(zhuǎn)球(旋轉(zhuǎn)球)
美國(guó)Xerox 公司和3M 公司共同研究開(kāi)發(fā)擰轉(zhuǎn)球(旋轉(zhuǎn)球) 方式的電子紙。
基本原理是,制造一種兩個(gè)半球分別為白與黑色的球形微粒子,以每半個(gè)球分別涂成白與黑的球形微粒子,用硅樹(shù)脂作粘合劑將2 色粒子涂在帶有電極的膠片等支持體上,在粒子的周?chē)蕴囟ǖ囊后w填充形成空穴。由電場(chǎng)來(lái)控制其方向,用白與黑來(lái)顯示圖像的方式。以特定的液體填充,粒子表面的白側(cè)為負(fù);黑側(cè)為正;在兩色之間呈現(xiàn)不同的電荷而形成偶極子。若以負(fù)電荷圖案施予這張紙板的表面,粒子便旋轉(zhuǎn),使黑半球朝上,如果以正電荷施予紙板表面,白半球便朝上。這樣,就可以通過(guò)電場(chǎng)變化控制其旋轉(zhuǎn)方向,形成黑白圖像或文字。但它的缺點(diǎn)是不能彩色化。
3. 雙色性染料液晶
這項(xiàng)技術(shù)的研制者主要有大日本印刷公司和東海大學(xué)。其基本原理是:對(duì)具有記錄性的蝶狀液晶分子A 中摻合雙色性染料形成包晶狀,在外加電壓作用下,液晶分子的排列發(fā)生變化,同時(shí)亦使色素的吸收產(chǎn)生變化。具體構(gòu)成是,在ITO 透明電極上,將液晶、雙色性染料以及樹(shù)脂的混合物涂布成約6 微米厚的支持體上,開(kāi)始時(shí)色素構(gòu)成不規(guī)則方向,呈灰色,但隨著離子流記錄寫(xiě)入圖像,染料便取向生成白色圖像的記錄。接著對(duì)這個(gè)媒體加熱到60 ℃以上,就會(huì)退回原先的灰色狀態(tài),從而可以消去圖像。如果與此方式相反,根據(jù)電暈放電先搞成白色狀態(tài),亦可用熱敏頭進(jìn)行熱致寫(xiě)入來(lái)形成圖像。
4. 液晶有機(jī)感光復(fù)合膜
液晶有機(jī)感光復(fù)合膜的基本原理是:在無(wú)電場(chǎng)時(shí),膽甾醇液晶為平行取向,適應(yīng)液晶的螺旋間距選擇性反射光來(lái)進(jìn)行反射。在弱電場(chǎng)時(shí),成為焦圓錐取向,且透光, 以維持其狀態(tài)。如果進(jìn)一步外加強(qiáng)電場(chǎng),又會(huì)返回平行取向。所以,通過(guò)電場(chǎng)的變化,就可以控制顯示和非顯示。欲對(duì)媒體寫(xiě)入,只需將有機(jī)光導(dǎo)電膜層貼合。在實(shí)際操作中,需要將有機(jī)光導(dǎo)電膜層合,以控制液體層的分壓。這種方式可顯現(xiàn)600dpi的圖案或8 點(diǎn)大小的文字,并可進(jìn)一步可制成A6 規(guī)格的按需媒體。據(jù)悉,只要將RGB 三層重疊,就可以用來(lái)顯示彩色圖案。
5. 色粉顯示板
這種方法,其實(shí)也屬于電泳顯示。其基本原理是:在帶有ITO 透明電極的二塊玻璃板之間,填入黑色粉和白色粒子的粘著層,外加電壓后,則黑色粉在電極之間移動(dòng),顯示黑色與白色圖案,常用的黑色粉是碳黑等導(dǎo)電性色粉, 白色粒子用的是容易滑動(dòng)的氟化碳微粒子。在ITO電極上涂布有電荷輸送層,它起到將正電荷從電極注入色粉的作用。接觸下部電極的黑色粉由于來(lái)自電荷輸送層的電荷注入而帶有電荷,根據(jù)與上部電極的負(fù)電荷之間的庫(kù)侖引力,朝向上部電極移動(dòng)。此時(shí),是在白色粒子層中鉆來(lái)鉆去地移動(dòng);抵達(dá)上部電極的黑色粉,將電荷輸送層當(dāng)作絕緣層,借助庫(kù)侖力貼合。此時(shí),從上面看,是黑色。接著轉(zhuǎn)換外加電壓的極性。則黑色粉便朝向下部電極移動(dòng),附著于下部電極上的電荷輸送層,這時(shí)從上面看;看到的是白色粒子,故呈白色。如此般地變換外加電壓的極性;就可以顯示黑或白?，F(xiàn)時(shí)電子紙以顯示單色圖文為主,彩色的電子紙還處在深入研究的階段。
目前電子紙和電子墨的性能還在不斷地成熟和完善,其開(kāi)發(fā)利用也正處于初始階段,應(yīng)用領(lǐng)域還有待于不斷開(kāi)拓和發(fā)展。
目前開(kāi)發(fā)出的電子紙和電子量的應(yīng)用范圍來(lái)看,主要有如下幾個(gè)方面
1. 顯示器
這種顯示器的外形就像印刷品一樣,與一般的電子顯示器相比,它有能耗少、重量輕等諸多優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)電源關(guān)掉以后它仍保留著圖像。此外,它還可以用于電視機(jī)上。據(jù)報(bào)道,英國(guó)劍橋顯示科技(CDT) 實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)改良,已制造出一種發(fā)光塑膠化合物,利用這種材料,可以制造出和紙一樣薄,并且可以卷曲的電視機(jī)。這種化合物材料可印制在很薄的塑膠上,可以推測(cè),未來(lái)的電視機(jī)將是“印刷”出來(lái)的。由于這種材料可以卷曲,因此,這種電視機(jī)在不用時(shí)就可以和投影機(jī)屏幕一樣卷起來(lái)存放。據(jù)專家預(yù)測(cè),今后5 年之內(nèi)人們就可以在市場(chǎng)上看到這種高新技術(shù)的電視機(jī)。此外,該材料還可用于各種便攜式顯示設(shè)備,如制造手表型電視機(jī)及顯示器等。
2. 無(wú)線電接收器
由于電子紙僅需微量的能源來(lái)控制電子墨顆粒,因此有一枚太陽(yáng)能電池就夠了。如果在這種紙上印刷更多的晶體管,便能集成一部無(wú)線電接收器了。用這種電子紙制印的報(bào)紙,則可以利用房?jī)?nèi)的燈光作為它的能源,接收多種新聞、信息等無(wú)線電信號(hào),并且可以隨時(shí)隨地更新這些內(nèi)容,真正做到新聞常新,信息常富,且可根據(jù)各人的需要隨時(shí)查閱、更新所需的內(nèi)容。因此,可以說(shuō),這將是一份永遠(yuǎn)不會(huì)過(guò)時(shí)的報(bào)紙。
3. 萬(wàn)能書(shū)
如今電子書(shū)已開(kāi)始占據(jù)書(shū)刊市場(chǎng),但還存在諸如顯示閱讀等方面的一些不足之處,與傳統(tǒng)的普通書(shū)還有差異。而用電子紙構(gòu)成的萬(wàn)能書(shū),這本書(shū)的每一頁(yè)紙上都覆有 “微囊包封”顆粒,電極可安裝在書(shū)中,無(wú)論外觀還是手感,都與普通書(shū)籍無(wú)異。區(qū)別主要是當(dāng)閱讀完以后,人們可以下載新的內(nèi)容到頁(yè)面上,甚至在你閱讀過(guò)程中也能這樣做。若與電腦相連,則成為快速傳輸信息的工具。有朝一日,一本電子書(shū)將能儲(chǔ)存下35000 本普通書(shū)的內(nèi)容,幾乎超過(guò)一個(gè)人一輩子能讀的書(shū)。此外,目前國(guó)外有將諸如電子書(shū)等用于教育領(lǐng)域,研究開(kāi)發(fā)學(xué)生的電子書(shū)包,以便大力減輕學(xué)生的書(shū)包重量,使學(xué)生上學(xué)時(shí)只要帶一個(gè)輕巧的電子書(shū)包,就可以不僅包含了學(xué)習(xí)的全部課本、課外練習(xí)之類的書(shū)本內(nèi)容,還含有許多教學(xué)參考書(shū)之類的東西,而且圖文并茂、生動(dòng)活潑。不僅內(nèi)容豐富,而且可大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
4. 書(shū)寫(xiě)
使用“電筆”,就可以在電子紙上書(shū)寫(xiě),這在今后的教學(xué)上將有極大的用處。可以想象,當(dāng)用電子紙做成教室內(nèi)的“黑板”,再配上這種書(shū)寫(xiě)的“電筆”,則這塊 “黑板”就不僅是可以隨意書(shū)寫(xiě)的對(duì)象了,而且包含著諸如辭典、網(wǎng)絡(luò)上的許多資料、信息等,并且顯示的并非不動(dòng)的粉筆字符,而是色彩艷麗、生動(dòng)活潑并且活靈活現(xiàn)的動(dòng)畫(huà)圖像。因此,可以預(yù)料,電子紙?jiān)趯?lái)的教育領(lǐng)域也有著廣闊的應(yīng)用前景。
在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代,人們都期盼著一種具有與紙張一樣柔和性的可再寫(xiě)入紙和稿紙,并且便于攜帶的電子紙做成的電子筆記本誕生;可再寫(xiě)入紙與紙張幾乎有同等的質(zhì)感,在打印機(jī)上可以重覆多次打印。由于與現(xiàn)在的硬拷貝以同樣形式來(lái)使用,所以容易被使用者接受。而且,電子紙集合而成的電子筆記本又能供數(shù)碼數(shù)據(jù)的存取,并可以借助記錄來(lái)存儲(chǔ)情報(bào)等。
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