什么是电子纸显示技术?
电子纸的学名叫做ElectronicPaper(简称E-Paper),也称数字纸(DigitalPaper)、类纸显示器(Paper-LikeDisplay),是一种视觉效果与纸张相似的电子显示装置,具有易于阅读、便于携带和低功耗等特性。采用柔性基板材料制造出来的柔性电子纸,能够像纸张一样轻薄、可卷绕或折叠以便于携带。目前柔性电子纸可采用塑料、薄型金属和超薄玻璃基板等。
电子纸显示技术有很多种,目前占据大部分市场份额的是Eink的电子墨水技术(电泳技术)。电子纸和电子墨水的研究开发,至今已走过了40多个年头。在20世纪70年代,日本松下公司首先发表了电泳显示技术,施乐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),极大地促进了该技术的发展。施乐、柯达、3M、东芝、摩托罗拉、佳能、爱普生、理光、IBM等国际著名公司都曾涉足电子纸。
电泳技术原理:
电子墨水由数百万个微小的微胶囊构成,直径大约与人类毛发相当。每个微胶囊都含有带正电的白色粒子,以及带负电的黑色粒子,悬浮于透明液体之中。当正电或负电电场接通时,相对应的粒子会移动至微胶囊顶端,使用者就可以在表面看见白色或黑色的影像。
电子纸技术的优点:
1.双稳态
何谓双稳态技术?双稳态技术可在电源完全拔除的状态下,画面持续存续在显示屏上,不会消失。在实际应用上,这代表了电纸书只有在画面变化的时候,才需要消耗电源。举例而言,当我们使用电纸书阅读时,只有在翻页的时候才需消耗电源,而在阅读当中是完全不需消耗任何电源的。尤其在电纸书进入待机状态时,自始终存在的静止画面可略见一二。相反的,无论是否显示新的画面,传统的LCD屏幕每秒皆须以60X的速度更新画面。双稳态特性使电子纸显示屏大幅降低电源的消耗,这也是电纸书有较长电池续航力的主因。
2.反射式显示
在LCD显示屏,或称「发射式显示屏」中,背光源的光线一直穿透显示屏直射观看者的眼睛。在EInk的电子纸显示屏中完全无须背光源,而是利用环境光源打在电子纸显示屏上,再反射光线至观看者的眼中。就像所有的反射式表面,环境光源越明亮,电子纸显示屏中的图样也越清晰可见。这项特性即模拟传统墨水与纸张的特性,当使用电纸书做长时间的阅读时,不会像LCD屏幕的用户容易眼睛疲劳。同样的,背光源可消耗电子产品总用电量的70%之多。因此,和传统LCD比较起来,无背光源的电子纸显示屏可大幅增加电池的使用寿命。
不足:
响应速度慢
因为电泳技术依赖于粒子的运动,用于显示的开关时间非常长,长达几百毫秒,这个速度对视频应用是不够的。用于电泳显示的使开关时间达到几十毫秒的更快的材料正在开发之中。
转换速度慢
显示的双稳态、以及转换速度慢,也影响了其连续显示色彩的性能。一些电泳显示器在两种色彩之间切换,如果彩色显示还需要一个彩色滤光片。该技术的驱动器正因双稳定性问题而面临挑战,双稳定性对显示有利,但它也给带来了挑战,因为它需要采用一种独立的驱动器架构,从而导致显示器的成本上升。
彩色化困难
目前能够真正实现量产化的电子纸产品都为黑白显示,用于文本的阅读。受到技术的限制,暂时还无法实现全彩的电子纸产品。
电子纸的技术优势
电子纸(E-paper)是一种新型的显示材料,基于电泳原理的双稳态显示技术,用途广泛,具有超低能耗、薄如纸张、可以弯曲和类似书本的清晰度等优越性能,通过颜色的黑白、深浅变化来表现文字和图画,显示效果与真实的纸质书籍非常类似。
电子纸的优良显示特性来源于其独特的工作原理,与目前最为流行的液晶显示(LCD)的显示技术完全不同,简要介绍如下:
图:电子纸显示原理
电子纸有上、下两个透明极板,带有极性相反的电荷。在两块极板中间,排列着许多透明胶囊,其中有带正电的白色微粒和带负电的黑色微粒,通过控制加在上、下两个基板上的电荷极性,使黑白粒子在上下游动并在两个极板之间合理分布,从而显示出白色、黑色,或是各种不同深度的灰色图像。当显示内容维持不变时,黑白粒子静止,电子纸不需要耗电;当显示内容变化时,上、下极板的电荷需要重新排列,使得黑白粒子重新分布,相应地有电流通过,产生电能消耗,由于图像静止时无需耗电,所以电子纸显示技术能耗非常低。电子纸本身不发光,通过黑白粒子反射自然光形成图像,因此其阅读效果与纸张类似。
②LCD显示原理
LCD的显示原理与电子纸不同,是通过在液晶分子上加电压,使其扭转合适的角度,通过和偏光片的共同作用,透过各种颜色和强度的光线,形成图像,LCD需要背光源,具有较快的响应能力以及较强的色彩表现能力,广泛用于电脑、电视、手机显示等领域。
从电子纸的工作原理可以看出,电子纸具有双稳态性,只有在驱动(图像变化)的时候才有极小的耗电,显示静态图像不耗电,不需要背光源,依靠自然光的反射进行宽视角的显示,实现类似纸一样的阅读感受,图像不闪烁,眼睛不易疲劳,可在户外或阳光下阅读。电子纸与LCD相比有助于保护视力,且可实现柔性弯曲;电子纸的劣势在于目前还未从商业上实现彩色显示,其较慢的响应速度也使得电子纸无法实现处理数据量较大的动态视频显示。
(2)电子纸应用领域广泛
由于电子纸采用了自然光反射显示的原理,因此其潜在的应用范围非常广,几乎可以替代所有的墨水和纸张显示,根据目前电子纸技术的发展水平,现实可行的应用领域主要包括四大领域:消费电子、广告与电子价格标签、一次性电子产品等。
(3)电子纸符合穿戴设备需求
由于电子纸产品具有省电、可弯曲等特点,在电子书、智能手机、智能穿戴等产品中获得较好应用。由于穿戴设备对尺寸、重量有较严格的要求,电池容量较小,因此电子纸显示模组的柔性、省电等特点在穿戴设备中得到良好的展现,获得消费者的广泛认可。近年来包括索尼、联想在内的国内外知名厂商均在其智能穿戴设备中采用了电子纸显示模组。随着智能穿戴设备的流行,电子纸的需求将出现大幅增长。
(4)智能电子价格标签潜在需求巨大
智能电子价格标签(ElectronicShelfLabel,简称ESL)起源于20世纪八十年代,近十年间得到迅速发展,在欧美、日韩等发达国家中得到普遍应用。据统计,电子货架标签已经在全球约2,500万个超市投入实际应用,存量超过4亿个,而且在绿色环保理念的推动下,越来越多的企业开始试用电子标签。2014年,电子价格标签全球出货量在6,000万片,2014年总的出货量在20亿元左右。2015年,全球电子价格标签出货量预计在7,000多万片。根据英国ABIResearch的行业报告“NextGenRetail–ElectronicShelfLabels”统计显示,到2019年,整个电子价签的市场规模将会达到20亿美元,较目前增长6倍。
现在零售领域中,电子价格标签的应用主要分布在欧美、澳大利亚、中东土耳其、亚洲的日本和韩国等国家,市场渗透率达到10%以上。国内市场还处于起步及快速增长阶段。国家对信息化及物联网相关行业一直持鼓励态度,“十二五”规划纲要更是明确指出,要“推动物联网关键技术研发和在重点领域的应用示范”。随着国内零售业管理水平提升的要求以及降低人力成本上涨压力,电子价格标签在国内也得到更多的市场认同。
最近几年O2O(OnlineToOffline,即线上到线下)模式成为零售业发展趋势之一,例如阿里巴巴入股苏宁云商、京东入股永辉超市,使O2O模式在企业间实现结合。在O2O模式落地过程中,线上产品的价格信息与线下保持一致则是基础。而电子价格标签是O2O模式中线上和线下价格高度一致的必须载体,电子价格标签的使用同时也能实现超市的智能化管理,节约人力降低超市成本。因此,从O2O的发展趋势和零售业成本管理需求出发,电子价格标签都存在巨大市场空间。
根据IDC分析报告,国内零售百强企业门店数量共计约10万家,大卖场比例达到28.9%,门店数量近30,000家,便利店近70,000家。针对以上门店ESL需求总量分析如下:
按照SES等公司对已有的市场规模统计,发现以下规律:现有电子价签市场,如欧洲市场,平均会每个人口对应1个电子价签。以法国6,000万人口进行测算,法国市场有6,000万左右电子价签。随着市场的增长,未来可能会达到平均每个人口对应2个电子价签。目前全球有54%的人口,即39亿人住在城市,这对应巨大的商业需求,同时也是未来总体的电子价签对应的市场。未来全球有超过30亿个电子价签需求,市场规模则高达300亿美元以上。