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用水墨“纸”播彩色视频

www.jyb.cn 2016年09月24日  来源:中国教育新闻网—中国教育报

  水、墨“纸”也能播放彩色视频?华南师范大学正让这一疑问句变为惊叹句。在华南师大彩色动态电子纸显示技术研究所,该校教授周国富手持一块屏幕,红、蓝、黑等颜色来回变换。这意味着周国富带队打掉了电子纸技术应用的“拦路虎”,即只能显示黑白内容、翻转慢、无法播放视频。

  华南师大牵头研发的电润湿电子纸显示技术,让电子纸像纸一样显示图案,不带背光源,依靠环境光照亮,阅读舒适,翻页响应速度堪比平板电脑,还可以播放彩色视频,或将会带来一场“屏幕革命”。

  这项技术也仿佛“神助攻”,推动华南师大牵头主持的“电子纸显示关键材料与器件项目”成为国家重点研发计划2016年度项目,让该校作为首席单位主持国家级重大科技项目实现了零的突破。

  彩色和视频是电泳电子纸产品发展“拦路虎”

  由于近视度数已高达400度,酷爱阅读小说的广州市市民李晓丹无奈转移阵地,将看小说的主要工具从智能手机变为电纸书(kindle)。它的的阅读舒适性堪比纸质书籍,李晓丹长时间阅读后,眼睛并无之前用液晶屏幕的酸痛感。在阳光明媚的户外,kindle更是清晰舒适,秒杀户外强光下看不清的液晶屏幕。

  “电子纸可以让你同时享受旧时代和新时代的好处。”作为全球电子纸显示技术重要发明人之一,周国富介绍说,液晶屏幕等传统显示器使用的是内发光系统,需自带背光板,在阳光下对比度极低;电子纸使用的是反射显示技术,在阳光下更清晰。因此电子纸不但视觉效果类似纸质书,眼睛不易疲劳,同时能耗非常低,不少电子阅读器充电一次可以待机一个月。

  但为何电子纸技术未能广泛应用呢?李晓丹的答案是电子纸缺乏液晶屏等屏幕的丰富多彩,“屏幕永远是单调的黑白两色,况且翻页速度慢,和手机电脑的响应速度没法比,更别说播放视频了。”

  周国富也认为彩色和视频确是电泳电子纸产品发展的“拦路虎”,但电泳技术主要是靠着色颗粒呈现颜色,心有余而力不足。周国富以kindle举例说,该设备屏幕每一个像素单元中有黑白两种颗粒,像素电极通过加电压驱使其在透明液体中运动。

  “电极有正负之分,利用两种电极驱使两种颗粒还相对容易,但如果增加不同颜色的颗粒,就得增加不同的电极,这就比较麻烦。”周国富举例说,如果增加两种颜色,就得增加正正、负负这两种电极,而这两种电极与正、负两种电极区分度不大,运行难度大幅增加。

  “掺杂大量颗粒的液体流速慢,导致屏幕反应也慢。”周国富用手比划着说,屏幕中的颗粒就像游泳池中的人,要从一端被挤压到另一端,“多慢多费劲儿啊!”

  电润湿技术让屏幕中的水、墨自动调配

  水、油墨与电本是互不相容的冤家,而周国富却带队研发出电润湿技术,让它们相亲相爱成为“画家”。

  “我们所用的水和油墨都是经过特殊处理的。”周国富取出一片还没填充水和油墨的屏幕前板,这块薄玻璃板上已标注出规则排布的标准方格。将水和油墨封注入一个个方格后,水、墨在电压驱动下运动,实现开关效应。互不相容的水和油墨就会互相挤压,呈现出无色或者彩色的状态。

  “由于油墨中并无颗粒,所以它们流动性更好,流速更快,色彩转换就更快。”周国富对比说,传统电子纸一般的翻阅时间数百毫秒,如Kindle响应速度为200至300毫秒。他带队研发的电润湿技术,显示速度提高十倍。

  “实验室条件已达到了20毫秒以内,由于人眼基本感觉不到刷新率20毫秒的变化,因此电润湿技术电子纸将能实现50Hz的运动图像显示。”周国富解释说,目前市场上的液晶电视所播放的视频基本是50Hz左右。

  “彩色油墨材料是电润湿显示技术的核心材料之一,在彩色油墨研发方面,目前我们在全球处于领跑位置。”周国富展示了目前已研制出的7种颜色油墨,这7种颜色可作为基色,调出其他绝大部分颜色。周国富指着一件红、黑、蓝相间的衣服说,当电润湿技术电子纸要呈现这件衣服时,驱动就会自动调配屏幕中不同颜色的油墨,“目前我们正在攻克自动调配这个难关。”

  “将来新一代电子纸既能显示彩色和视频,又拥有类纸化的舒适阅读体验,可谓Kindle显示屏和iPad液晶屏的优点‘结合版’。”周国富还希望攻克屏幕柔性这个壁垒,经过近一年的自主研发,他带队将电子纸显示前板厚度从100微米降到40微米,柔性弯曲更好,会像纸一样弯曲卷曲,且光学显示不会变形。

  核心技术可让电子纸显示屏八成部件本土化

  “目前液晶显示屏、LED显示屏技术基本靠进口,如果从技术来源去追踪,八成以上来自进口。”华南师范大学教授、电润湿电子纸技术原创发明人之一罗伯特(Robert Andrew Hayes)介绍说,该团队研发的核心技术可让产品的供应链本土化达到八成左右。罗伯特教授与周国富在荷兰皇家飞利浦研究院就曾搭档12年,如今两人在华南师大并肩作战。

  “我们目前不但让电子纸显示屏核心材料、技术实现了本土化,同时所需零部件种类也比液晶显示屏要少,只需5类核心材料、3项核心技术,再加上驱动就可以运行。”周国富举例说,偏振膜片、背光源对液晶显示屏是必需品,而电润湿电子纸显示屏则不需要。

  “同时,我们的核心材料和技术与液晶显示屏产业兼容性很高,这为技术导入市场奠定了很好的基础。”周国富认为兼容性非常重要,因为液晶屏幕生产线前期投入能够再重复使用。平板显示屏所用的母玻璃快速发展,目前已更新至8.5代。他估算说,一条8.5代母玻璃生产线所需投入为200多亿元。

  周国富介绍说,等离子显示与液晶显示所需材料和工艺大不相同,很难兼容;有机发光显示则需要将液晶显示屏中的非晶硅进行晶化,需要额外的设备、工艺的投入。周国富带队研发的电子纸显示则可以嫁接到液晶显示屏生产线中,将其生产好的玻璃板直接拿过来,再增加五项核心材料和三项核心工艺后,就可做成电子纸显示屏。

  在周国富看来,广东数十家液晶显示制造厂家都可以直接受益于该技术,他们的生产线只要增添部分设备和工艺,就可将该技术商品化、产业化。

  周国富透露说,以目前实验室的技术,实验室每月可生产3万片400㎜×500㎜的前板玻璃。未来3个月至6个月内,第一代产品就可面世,可能是小尺寸户外新型广告牌,将来则可拓展到各类穿戴式设备和移动终端。据介绍,最先将推出的彩色电子纸广告牌除了不伤眼,其耗能、造价也分别约为普通的LED广告牌、液晶显示屏的百分之一、三分之二。

  在周国富看来,以反射式、柔性、印刷显示为特征的新型显示技术目前仍处于爆发前期,亦是全球范围内产业布局的关键时期。他希望华南师大牵头研发的新一代电子纸显示技术,有助于我国抓住新型显示技术这一发展机遇,加快产业转型和升级,实现“弯道超车”,促进华南师大的高水平大学建设与创新型人才培养,提高我国在国际光电产业链中的地位。(本报记者 刘盾 通讯员 刘凌 黎鉴远)

  《中国教育报》2016年9月24日第4版



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