电子纸革命已经开始

2019年 10月 26日

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作者:

Anne Corning

如果您拥有Kindle、Nook或其他电子阅读器，或者曾在240 U.S. Best Buy locations之一购物，或者曾使用过澳大利亚悉尼的交通系统，那么即使您并不知道电子纸（e-paper）显示器，您也一定见到过。在过去的五年中，随着显示器和数字标牌变得越来越普遍，电子纸技术已经无处不在。实际上，全球电子纸显示器市场目前的年收入达到6.2亿美元，预计到2024年将达到11.1亿美元，复合年增长率为10.2%¹。

电子纸也被称为电子墨水（英文名称为E-ink，市场领先品牌E-Ink的通用版本）或EPD（电泳显示器,的英文首字母缩写），这意味着它使用的是微小的、分散的墨水流体粒子，这些粒子根据电信号的指示进行移动。所有这些术语本质上指的是同一事物：一种模拟纸张上所印刷油墨外观的技术。

百思买商店展示的电子纸显示屏，上面显示了价格及其他产品信息，这些信息可以动态更新。所展示的显示器由Pricer提供。（图片来源）

当前，电子纸显示器在电子阅读器和蓬勃发展的电子货架标签（ESL）领域中得到了最广泛的使用。过去，零售商店需要安排员工花大量的时间来为商店货架上的每个产品和SKU印刷、粘贴和更换传统纸质标签。安装微型电子纸显示标签将不仅可提供动态价格信息，还能使员工腾出时间专注于为顾客提供帮助。正如这个案例研究中所描述的，作为欧洲与美国Home Depot地位相当的连锁店铺，Bauhaus已采用电子货架标签。据他们报告，采用电子货架标签后，不仅减少了价格错误，提高了销售和减价活动的灵活性，并且提升了员工士气和顾客服务。

轻松的价格更改可能是电子货架标签的最大优点。举例来说，据一些杂货店报告，他们“每年在价格更改方面投入的成本超过1000万美元。换个角度来看，负责更改价格标签的员工通常职位级别较高，这使他们成为了商店中成本最昂贵的劳动力之一。对于每周需要更改5,000至12,000个价格标签的零售商来说，劳动力成本的确增加了。”²而且，相比LCD显示器，条形码和QR码读取器能够更有效地读取电子纸显示器上的这些代码。

杂货店的电子货架标签复制了传统的纸质标签，甚至包括拼写错误（正确拼法为‘chunky’）。图片来源：E-Ink。

电子纸显示器的优点

为什么在这些显示应用中使用电子纸代替传统的LCD或其他平板显示器？电子纸显示器具有以下多种优点：

可读性。在阳光充足和光线明亮的环境条件下，电子纸的查看效果也同样良好。实际上，电子纸在明亮的阳光下最为清晰，因为它会反射大量光线。人眼经过优化，可以接收和解读反射的光线，而非发光的屏幕，因此，电子纸的这一面使其成为了电子阅读器的首选技术。由于电子纸显示器依靠的是反射光线，因此我们几乎可以从整个180度视角清晰地观看电子纸显示器。

电子纸对眼睛而言也更具保护性。不同于传统的背光显示器，电子纸显示器无“闪烁”效应，不会导致眼睛疲劳。此外，电子纸显示屏上未覆盖有可能引起眩光的闪亮玻璃或薄膜；而眩光会妨碍用户的眼睛正确地解读图像。

最新的Kindle Paperwhite电子阅读器具有防水功能，并提供300 dpi分辨率和5MB的存储空间。图片来源：Amazon.com

不发光。不同于传统的背光显示器或更新型的发光显示器，电子纸显示器不会有任何光线从屏幕上投射出来；当您躺在床上看书时，不会发出明亮的光线导致您的伴侣无法入睡，并且不会产生有可能干扰睡眠周期的LED蓝光。

高能效。电子纸显示器的功耗仅为LCD显示器的1%³。这种高能效意味着像货架标签这样的小型显示器理论上可以使用数年。标准电子货架标签每天的功耗仅为0.012毫安小时（mAh），每年的功耗约为3.65 mAh。标准纽扣电池的标称容量为220 mAh，可保证每个电子货架标签具有超长的使用寿命⁴。

如此低的功耗需求也使得大型电子纸显示设备几乎可以放置在任何地方，依靠太阳能运行，无需连接到有线电源。举例来说，在澳大利亚，“…新南威尔士州首府现在可以自豪地声称拥有100%自行维持的交通标志，这些标志由太阳能驱动，而太阳能是澳大利亚一种丰富的自然资源。”⁵此外，在使用四年之后，澳大利亚的电子纸交通标志的故障率为0%，⁶ 证明了该技术的耐久性。

图片来源。澳大利亚由太阳能驱动的电子纸道路标志之一，其已成功经历了广泛的户外测试。

双稳态技术。电子纸显示器之所以如此节能，是因为它们使用所谓的“双稳态”技术，这意味着系统将在两个稳定状态之间切换。就电子纸而言，每个单独的墨囊都包含黑色（带负电）和白色（带正电）粒子。向墨囊顶部施加正电荷将会排斥白色粒子，并将黑色粒子吸引到用户视线中，反之亦然。

一旦移动到适当位置，构成显示图像的墨囊（比如白色背景及黑色字母）将保持静态，无需消耗任何能量。仅在促使粒子移动时才需要消耗电力；然后，即使电子纸显示器的电源被完全消除，新图像也将在屏幕上无限期可见。

此外，电子纸很薄，并且具有柔性，这使得电子纸适合曲面和可折叠显示器领域的新应用。然而，电子纸显示器并非在每个领域都表现出色。由于它们不产生背光，因此在昏暗的光线下将会使阅读变得困难。而且它们无法提供与LCD或OLED显示器相同的视觉功能。尽管市场上现在有一些彩色电子纸选项已经超越了初始的黑白版本，但电子纸仍然无法与发光显示器鲜艳的色彩和广泛的色域相提并论。电子纸显示器无法显示视频内容，而LCD、LED和OLED显示屏则可以，而且这些显示器的刷新速度更快，触摸反应更灵敏，从而为用户提供更具动态性、更生动的查看和使用体验。换句话说，我们不太可能在短期内看到电子纸智能手机或电视。

从黑白到彩色

如上所述，早期的电子纸和电子墨水技术仅提供黑白图像，这对于读取和传达信息是足够的。存在这种局限性的部分原因在于其仅具有带负电荷/带正电荷的粒子这种二元选择。业界最近推出了三色电子纸，举例来说，E-Ink开发了一种分离电荷技术来实现三种颜色，现在您可以随时通过Pervasive Displays等供应商购买三色显示标签。

三色电子货架标签示例。（图片来源：Pervasive Displays）

然而，事实证明，添加不止一种颜色将更具挑战性。业界所尝试的一种方法是在粒子层上方引入RGBW滤片。 E-Ink、Qualcomm（该公司试验过石墨烯膜）、ClearInk等公司正在开发彩色显示器解决方案，但这些产品尚未进入大众市场商业化阶段⁷。

除了电子墨水（电泳）显示器外，业界还正在探索一些其他电子纸技术，包括电润湿显示器（EWD）、干涉调制显示器（IMOD）和电流体显示器（EFD）。时间会告诉我们，哪些类型的产品最终将会脱颖而出，并能够成功转化为商业化产品。

质量考虑因素

与任何其他类型的显示器技术一样，电子纸在发展历史上也经历了许多研发、质量和生产方面的挑战。彩色电子纸显示器的开发特别困难，因为需要同时管理更多颜色的粒子。电子纸显示器在个别“像素”层面进行控制（其中每个像素是单个彩色粒子墨囊，这些粒子的周长与人的头发相同）。

Radiant的显示器测量技术提供像素级和亚像素级超高分辨率成像，能够检测亮度差异（针对背光和发光显示器）、不均匀性区域和瑕疵（Mura）。亮度测量型技术使Radiant的自动化视觉检测系统能够模拟人眼对亮度和色彩感知的敏锐度，该技术也使Radiant能够检测到发光和非发光/反射表面（比如电子纸显示器）上的微小变化。

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