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墨水屏

胜于蓝2024-05-31【科技杂谈】人已围观

简介电子墨水是一种革新信息显示的新方法和技术。像多数传统墨水一样，电子墨水和改变它颜色的线路是可以打印到许多表面的，从弯曲塑料、聚脂膜、纸到布。和传统纸差异是电子墨水

电子墨水是一种革新信息显示的新方法和技术。像多数传统墨水一样，电子墨水和改变它颜色的线路是可以打印到许多表面的，从弯曲塑料、聚脂膜、纸到布。和传统纸差异是电子墨水在通电时改变颜色，并且可以像传统屏幕那样显示变化的图像。

一种用于电子墨水屏的显示方法及其装置

发明提供一种用于电子墨水屏的显示方法及其装置，显示方法包括：将图片转换成灰度图像数据的步骤；根据灰度图像数据计算得出波形数据的步骤；将波形数据按照时序在电子墨水屏进行显示的步骤，根据灰度图像数据计算得出波形数据的步骤包括：将当前帧灰度图像...^[1]

简介

电子墨水是一种革新信息被显示的新方法和技术。像多数传统墨水一样，电子墨水和改变它颜色的线路是可以打印到许多表面，从弯曲塑料、聚脂膜、纸到布。和传统纸差异是电子墨水在通电时改变颜色，并且可以显示变化的图象，像计算器或手机即那样的显示。
在一个充斥着由液晶、发光二极管和气体等离子制造的监视器和电子显示屏的世界中，您也许不认为纸是一项革命性的显示技术，但中国人在公元105年改进造纸术永久地改变了世界的沟通方式。如果没有纸张，书籍可能仍在只有富人才买得起的丝绸卷轴上打印，使得读写成为一种稀有的技能。看看您的周围：一天中不与某种类型的纸接触几乎是不可能的。据英国国家造纸商会估计，今年全世界将消耗2.8亿吨纸，这相当于56万亿张信纸大小的9公斤证券纸。^[1]

科学原理

电子墨水屏又被称为电子纸显示技术。
电子纸显示技术（简称EPD），由美国麻省理工大学教授约瑟夫.雅各布森（Joseph.Jacobsen）及其研发团队，经历30余年研发成功。
这种纸的结构，是由两片基板组成，上面涂有一种由无数微小透明颗粒组成的电子墨水，颗粒由带正、负电的许多黑色和白色粒子密封于内部液态微胶囊内形成，不同颜色的带电粒子会因施加电场的不同，而朝不同的方向运动，在显示屏表面呈现出黑或白的效果。这样，在“电子纸”的表面就可以显示出如同印物的黑白图案和文字，看起来与纸张极为类似，在阳光下没有传统液晶显示的反光现象。同时只有画素颜色变化时（例如从黑转到白）才耗电，关电源后显示屏上画面仍可保留，因此非常省电。电子纸配合储存芯片能够装下整个图书馆。
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电子墨水（Electronic Ink）一种新型材料，它是化学、物理学和电子学多学科发展的产物，这种材料可被印刷到任何材料的表面来显示文字或图像信息。
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由于电子墨水是一种液态材料，所以被形象地称为电子墨“水”。在这种液态材料中悬浮着成百上千个与人类发丝直径差不多大小的微囊体，每个微囊体由正电荷粒子和负电荷粒子组成。只要采取一定的工艺就能将这种电子墨水印刷到玻璃、纤维甚至是纸介质的表面上，当然这些承载电子墨水的载体也需要经过特殊的处理，在其内针对每个像素构造一个简单的像素控制电路，这样才能使电子墨水显示我们需要的图像和文字。　当微囊体两端被施加一个负电场的时候，带有正电荷的白色粒子在电场的作用下移动到电场负极，与此同时，带有负电荷的粒子移动到微囊体的底部“隐藏”起来，这时表面会显示白色。当相邻的微囊体两侧被施加一个正电场时，黑色粒子会在电场的作用下移动到微囊体的顶部，这时表面就显现为黑色。电子墨水技术可以让任何表面都成为显示屏，它让我们完全跳出了原有显示设备的概念束缚，并慢慢渗透到我们生活空间的每一个角落。　但如果电子墨水仅具有可显示这一特性还远远不够，对于一款希望取代纸介质的电子显示设备而言，它必须具有可读性及便携性。那什么是电子墨水屏呢，这要从电子墨水原理简介开始说：
近2000年来，墨水和纸是显示文字和图像的独一方式，并且在便携性和价格方面，它仍然优于计算机显示器，纸张还不需要外部电源。但纸张的确有一些局限性：在纸上打印完文字后，您无法在更改这些文字的同时不留下一些标记，并且携带大量书籍也很麻烦。科学家已经开发出一种称为电子墨水的革命性技术，这项技术可能会取代纸。正在同时开发类似的电子墨水——马萨诸塞州剑桥市(Cambridge， MA)的E Ink及加利福尼亚州帕洛阿尔托(Palo Alto， CA)的施乐。乍一看，一瓶电子墨水与普通墨水无异，但仔细观察后发现某些地方其实显著不同。产品略有不同，下面三种成份则是这两种电子墨水的都有的，它们让电子墨水可以在收到命令后重新排列：
1、数以百万计的微胶囊或微孔；
2、填充微胶囊或微孔的墨水或油性物质；
3、胶囊内漂浮着的带负电荷的有色颗粒或有色球。
在使用普通墨水可以打印的材料上都可以应用电子墨水。对于电子书，书页将由某种超薄塑料制成。墨水可以覆盖整个书页，并由类似于方格纸上的方格的单元格分隔。可以将这些单元格看作计算机屏幕上的像素，每个单元格与嵌入该塑料板内的微电子元件连接。然后，可以使用这些微电子元件向微胶囊施加正电荷或负电荷，从而形成所需的文字或图像。
施乐与E Ink使用不同的技术开发各自的电子墨水。为了帮助人们理解E Ink技术的工作原理，E Ink公司将墨水中数以百万计的微胶囊比作透明的沙滩球。每个沙滩球中都填充有数百个微小的白色乒乓球。这种沙滩球内填充的是蓝色染料而非空气。如果看一下这种沙滩球的顶部，您将看到漂浮在液体中的乒乓球，沙滩球看上去为白色。但是如果看一下沙滩球的底部，您会发现它的底部看上去为蓝色。如果您带着数千个这种沙滩球并将它们摆放在一个场地上，通过让乒乓球在沙滩球的顶部和底部之间移动，您可以使这个场地改变颜色。这就是E Ink产品的原理。实际上，这些微胶囊只有100微米宽，并且大约10万个微胶囊才能放满6.45平方厘米的纸。这些微胶囊中的每一个都包含数百个比较小的有色颗粒。
E Ink在原型产品中使用白色颗粒和蓝色墨水，但将继续开发可能带来多颜色显示的其他彩色墨水。向微胶囊施加一个电荷时，颗粒将升高至微胶囊顶部或吸至底部。颗粒被推至顶部时可使胶囊呈现白色；当它们被吸至底部时，观看者只能看到黑色墨水。这样就可以构成黑白图案，从而形成字词和句子。施乐一直在开发自己的电子墨水，这种被称为电子纸的技术在20世纪70年代首次开发出来。但没有采用漂浮在黑色液体中的有色颗粒，而是生产出一侧为黑色、另一侧为白色的微型球。与E Ink的技术相似，这些微型球也对电荷做出响应，电荷转动微型球使其从黑色变为白色，从而在页面上产生图案。为了生产电子书的书页，施乐在开发一种橡胶板，在这些橡胶板中微型球悬浮在油性液体内。用电子墨水开发电子书的障碍之一是为书页接线创建电荷的同时仍要使它像纸一样薄。在这一方面，E Ink在开发电子书的过程中走在前列，它与朗讯科技签署的协议使其有权使用朗讯开发的塑料晶体管。这些微型晶体管可以印刷在书页上，提供使E Ink的颗粒转变颜色所需的足够电荷。在电子墨水技术中，电子书堪称难以实现，电子书可以自行排版并且读者可以在电子书中翻页，就好像它是用普通纸制作的一样。可以对电子书编程使其显示欧内斯特·海明威(Ernest Hemingway)的《老人与海》中的文字，并且在读完该故事后，您可以通过无线下载计算机数据库中最新的《哈利·波特》来替换它。^[1]

发展历史

最早可以追溯到上世纪70年代打印机公司施乐的开发,但业界普遍以1997年美国麻省理工大学教授约瑟夫:雅各布森等人创立的E Ink公司作为墨水屏技术发展的开端, E Ink公司后于2009年被中国台湾的元太科技收购。要说墨水屏商用的里程碑式产品，莫过于2007年亚马逊推出的Kin-dle电子阅读器。在智能手机“大混战”的年代里，部分厂商也曾试图将墨水屏应用到平板电脑、手机上，但因阅读功能及市场需求的局限性，墨水屏难以成为“标配”。^[3]

一种基于NFC的电子墨水屏货物标签显示牌

针对超市商品货物标签更新频繁、造成工作量大的现象，结合NFC芯片研制出了一种基于STM32芯片电子墨水屏显示牌。介绍了该显示牌的电源设计、NFC近场通信设计、中文字库设计和STM32程序设计等，实现了基于NFC近场通信电子墨水屏显示牌的读取、写入、保存等功能。该显示牌具有通用性强、使用范围广、节能环保、方便快捷等优点。^[2]

总体设计

设计的电子墨水屏显示牌的组成，主要包括电源模块、电子墨水屏显示器、中文字库模块、NFC近场通信模块和STM32主控制器模块5部分。
电源模块配合STM32主控制器负责整个系统的电源，可在设备待机时断开一切不必要电源，此尽可能降低设备功耗，并在有通信时快速恢复相关设备的电源供电使设备进入正常工作状态。使用电子墨水屏显示器来展示用户界面，由于电子墨水屏显示器在断电后显示内容仍然可以保持，所以可只在刷新屏幕时接通电源，并在屏幕刷新结束后断开电源，从而使设备更加省电。中文字库模块用于解析汉字编码，将GB2312对应的编码转换成相应的点阵数据，使用专门的字库芯片来完成此工作，一方面可大大减小NFC通信数据量，提高通信速度和质量，另一方面还可降低STM32主控制器的处理复杂度，进而提高处理效率。NFC近场通信模块负责和外部NFC设备的近场交互和数据暂存，同时它还负责在主控制器休眠后的通信监听和唤醒系统。STM32主控制器则负责整个系统的管理和协调工作，其中包括NFC模块读写、电源控制、屏幕刷新、字库读取等。
用途
电子墨水可以打印在包括墙壁、广告牌、产品标签和T恤在内的任何表面上。房主将很快可以通过向喷涂在墙壁上的电子墨水发送一个信号，立即改变其电子壁纸。利用这种墨水的灵活性，还可为一些电子设备开发出可卷起的显示屏。电子墨水较之于传统计算机显示屏的另一个优势是它容易阅读。电子墨水看起来更像印刷文字，它使眼睛更加轻松。然而，施乐和E Ink还必须提高其产品的分辨率，使它们可用在书籍或其他小字体出版物中。施乐已经制造出具有200点/英寸(dpi)分辨率的显示屏，相当于普通LCD显示屏分辨率的两倍以上。朗讯的适于印刷的晶体管应该可以让E Ink提高其产品的分辨率，使之与印刷书籍的分辨率近似。　电子墨水的开发人员不期望人们在电子墨水产品甫一上市时就扔掉所有纸张或者放弃计算机显示器，电子墨水将在初始阶段与传统纸张以及其他显示技术共存。

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