互动科普

能显示可变文字及图形的电子“纸”将把传统印刷品的最佳特性与视频显示屏的优势完美地融合在一起。各公司正争先恐后地利用两项互唱对台戏的技术来实现这一诱人的前景。已经有一些零售商在着手试验廉价的可变电子墨水广告牌。电子报纸、电子书籍乃至电子版的《科学美国人》可望在10年内问世，它们兼具柔韧及可随时更新两项优点。

印在纸上的墨水无论从什么视角来观看都具有极佳的分辨率和很高的对比度。它们不需要任何外部电源来保持其图像，重量几乎为零，成本低廉，而且，与现今的计算机显示屏不同，它具有极佳的“柔性”（无论是照这个词的字面意义还是比喻意义）。因此，尽管人们一度以为电子媒体的崛起快要把纸上的传统墨水送进历史博物馆，但在电子媒体大行其道的今天墨水依然长盛不衰就不足为怪了。

然而纸上的墨水却不具备计算机显示器的一项最基本特性，那就是后者可以瞬间擦除并重新使用，重复数百万成千万次而毫无损耗。具备这种性质的纸上电子墨水可能为我们开辟一个新时代：商店的招牌和广告板可以随时更新而无需把大片的森林化为纸浆；电子书籍具有传统书籍那种令人熟悉的触摸感；杂志和报纸的内容通过无线电送到薄而柔韧的页面显示器上，使你无论是在拥挤的地铁还是荒凉的海岛上都能十分方便地阅读。

过去30年间，研究人员曾断断续续地做过一些研制此种电子纸的工作，但这方面的研究只是到最近才全面开展起来。由于两家高新技术企业的激烈竞争，像《科学美国人》这样的杂志以这种载体定期发行的时间可能在2010年以前就会到来。这两家公司都是世界一流的研究机构——即施乐公司洛阿尔托研究中心（PARC）和麻省理工学院载体实验室——为依托而发展起来的。两家公司的核心技术都是以微小的带电珠为基础，这些带电珠具有可通过电子手段控制的成像性能。它们不仅在明争暗斗以努力实现其研究成果的产业化，而且还预见到目前正在从实验室中脱颖而出的有机发光二极管也将成为它们的竞争对手并因此而预先做准备。

打造电子纸

20世纪70年代初，由于当时的计算机显示器的视觉质量太差，研究人员进行了开发“电子纸”——这是它最初的名称——的首次尝试。Gyricon载体公司的Nicholas K. Sheridon回忆说，“阴极射线管太暗淡了。我希望找到一种能继承纸的尽可能多的优点的显示材料。寻找纸的替代物当时并非我的主要出发点。”

《科学美国人》最近一次与Sheridon的联系也有3年多了（参看本刊1998年12期上W. Wayt . Gibbs所著“重新发明纸”一文），当时他是PARC的一位资深研究员，正在对施乐公司那是所谓的“可复写电子纸”样品进行实验演示。此前20多年，他曾在PARC提出了这种现实载体的基本设想，也就是把几乎不到一根头发丝宽的塑料小珠嵌在一种柔性透明薄膜里作为显示载体。每颗小珠都有两种色调，一半是白色，一半是黑色，每一半各带相反的电荷。将合适的电场作用于透明薄膜的表面，小珠便会转到某一位置，使一个白色或黑色的两点稳定地出现在观看平面上——实际上也就是创造出了一种能使自身转动到合适位置上的墨水。

Sheridon把他的发明称为Gyricon，这个名字源于希腊语，意为“旋转图像”。但是施乐公司的管理层当时对探索新的印刷技术更感兴趣，而对制造显示器并无多大热情，因此他们很快就把Sheridon的发明束之高阁。直到15年后，可复写电子纸的设想才得以东山再起，因而也就有了本刊所报道的Sheridon的演示实验。

然而，为了使自己的技术转化为大规模生产的实用产品，他还不得不等待更长的时间。首先，这个项目必须从施乐公司剥离出来，组建成一家独立的公司。2000年12月，Gyricon载体公司宣告诞生，它是总部设在加州Palo Alto的一家独立经营的企业，但施乐公司持有它的多数股份。到2001年3月，这家新公司在芝加哥的GlobalShop商店广告招牌展销会上做了首次产品发布。在McCormick广场会议中心的展销会现场，人们可以看到现任Gyricon载体公司技术主任的Sheridon正在使出浑身解数大肆吹嘘放在铝制展台上的一只11×14英寸眼绿色显示屏。这个广告牌用略有斑点的字体反复显示若干条促销信息和“$89.99”的价格，它用3节AA电池供电，使用寿命可达2年。在Sheridon酝酿出最初的创业之后30年，他的电子纸终于梦想成真，当然还存在一些局限性。展销会上展出的是现在以“灵巧纸”（SmartPaper）这一商品名销售的电子纸样品。2001年整个下半年，它现行的商品定价法规，价格数字不准确可能要被处以大笔罚金。

Shefidon曾几次预言，未来一代可重复使用的柔性电子报纸或电子杂志“可能在几年内问世”。他碰巧有一个概念模型，即从一个有纵向开缝的铝制圆筒中抽出一张像纸卷一样的SmartPaper。一个实用的模型则是沿着圆筒的边缘布置一个电极阵列，它将把最新的新闻或专栏文章印在电子纸那橡胶般的柔性表面上。而塑料片将还在纽约州布里奇沃特Macy百货店的l5个广告招牌上接受现场试验。SmartPaper的分辨率不算高，相当于每英寸100点(dpi)，而印刷版的《科学美国人》杂志的分辨率则高达1200dpi。而且，由于使用了非柔性的电极来激活柔性的SmartPaper材料(该材料系一种硅酮橡胶，其内浸满了油以使重铬酸盐小珠能够转动)，因此这种类型的电子纸其刚性与木板不相上下。

Sheridon预计，到2002年一类新的广告招牌将上市销售，它们的大小与上述SmartPaper显示屏差不多，但其内容很容易通过无线网络随时更新。对于联合百货公司之类的零售业客户来说，这类可更新广告招牌可能极具吸引力(联合百货公司是Macy百货店的母公司，现在它每周要花25万美元以上的经费来更新其店内招牌)。还有一类更小的SmartPaper招牌也定于2002年推出，它们的作用是及时更新超市柜台上陈列商品的价目。根据保护电子纸不受损坏。为了提高分辨率，需要使用更细微的小珠，这种小珠目前正在研制中。至于全彩色显示的问题，Sheridon已获得了一项专利，它使用含有蓝、红、黄三种滤色材料薄片的透明Gydcon小珠通过减色原理来产生彩色，每种颜色通过不同的电压来寻址。

然而，尽管这种电子纸很像纸，但它摸起来的感觉可能永远也不会跟传统的纸完全一样。Sheridon也承认这一点；“电子纸永远也赶不上传统纸那样轻。纸的厚度只有4密耳(1密耳为千分之一英寸)，而电子纸的厚度总不会少于l2到l5密耳。不过话又说回来，它不一定非得完全像纸才有用。”

电子墨水大行其道

Gyficon载体公司在数字纸行业的主要竞争对手则以本身能够印东西的真正的纸为出发点。1995年，当时在斯坦福大学做物理学博士后的Joseph Jacobson——他与Sheridon彼此并无联系——想找一个令人感兴趣的问题来搞搞。他提出了关于一种书的构想，这种书的所有页面都可以通过电子手段重新配置，使其能显示“李尔王”或广义相对论或其他大部头著作的内容，而这种书的书脊里的硅存储器能存储有成百上千部这类著作。

Jacobson在寻找他的成像方法时把目光瞄准了电泳。电泳就是悬浮在液体中的带电粒子在电场作用下所产生的运动。Jacobson不用会有颜料的小珠，而是采用含有一种蓝色液体染料和白色微粒的透明聚合物微囊。当带正电的白色二氧化钛颗粒停留在微囊的可见一侧时，它们就形成一张白色的页面。而当微囊下方的电极带负电荷时，负电荷将把这些粒子拉到另一侧，留下一个类似于墨水的图像来代替它们，直到一个正电荷脉冲又把白色的颗粒送回原位。把上面这一过程倒过来，就可以在黑色背景上产生白色的字母。悬浮在水中的微囊可以像墨水一样印刷在纸上或带电极的材料上。Jacobson称它为“电泳墨水”或电子墨水”(eink)。

1995年，Jacobson被聘为麻省理工学院载体实验室助教后，带着他的2位在校生J．D．Albert和Barrett Comiskey继续研究电子墨水。1997年他们3人再加上哈佛商学院的研究生Russell J．Wilcox在马萨诸塞州坎布里奇创建了电子墨水公司。这家高科技企业很快就吸引了风险投资公司以及企业投资者(包括摩托罗拉公司和Hearst公司等)的投资，并获得了美国国防高级研究计划局(DARPA)的一笔研发课题费。

1999年电子墨水公司推出了首批采用其技术的商店广告牌。这些刚性的广告牌以Immedia的商品名出售，它们长约2米，宽约1．2米，能在蓝色背景上显示白色的大号斜体字符(分辨率相当于2dpi)。这种广告牌曾在几家J．C．Penney商店进行过试验，“亚利桑那共和党人”报的大字标题以及雅虎公司的街头流动广告牌也曾试用过这项技术。调查发现，这种广告牌确实能增加零售业中客户客流量和销售额，但客户们希望在字体、颜色和图形等方面能有更多的选择余地。现在电子墨水公司退出了这一市场，以便开发出第二代商店广告招牌。

Jacobson并不参与电子墨水公司的日常管理，他仅在公司董事会任职，而把大部分精力用来履行载体实验室分子机器研究组主任的职责。代替他承担公司管理的是电子墨水公司负责研究开发的副总载Michael D．McCreary。McCreary解释说，根据电子墨水公司的经营计划，商店招牌始终被看作是证明电子墨水可行性的第一步。他说，“我们的下一步是开发供便携装置用的高分辨率显示器。”他展示了一种PalmPilot(掌上先锋)式的刚性显示屏(其对比度有所改进，分辨率则为80dpi)，它观看的视角范围比笔记本电脑上使用的标准黑白液晶显示屏(LCD)大。

2001年2月，荷兰皇家飞利浦电子公司的子公司——飞利浦元器件公司向电子墨水公司注资750万美元，获得了在一定期限内使用该公司的技术在全球独家生产并销售用于个人数字助手(PDA)和电子书籍的显示器模块的权利。这种形式的电子纸的耗电只有同样大小的液晶显示器的百分之一，因此飞利浦公司计划于今后两年内推出的手持式产品将具有电池使用寿命长的竞争优势。

电子墨水公司的另一位企业合伙人是朗讯技术公司。这家公司已把其贝尔实验室开发的塑料晶体管技术转让给了电子墨水公司，同时也向后者作了投资。2000年l1月，这两家公司联合展示了第一种柔性电子墨水显示器。该显示器是一块长宽各13cm左右、其质地与厚度和计算机鼠标垫相仿的屏幕，只有256个玉米片一般大的像素，轮流显示棋盘状的方格图案、朗讯公司的名字以及电子墨水公司的公司标识。这一演示属于概念论证，证明用于电子墨水公司微囊寻址的有源矩阵电路能够用印在一块柔性塑料板上的塑性材料来制造。

到2001年4月，电子墨水公司与它的另一家合作伙伴IBM研究公司宣布推出了他们的第一代更高分辨率有源矩阵电子墨水显示器。该显示屏对角线长度为30era左右，其分辨率相当于83dpi，与普通的笔记本电脑显示屏的清晰度差不多。为了达到IBM公司电子器件的要求，电子墨水公司的研究人员使他们的微囊改变颜色的速度比用原先的配方时快了10倍。此外，为了提高对比度，装在微囊里的染料的颜色也由蓝色改为深黑色。

2001年5月，电子墨水公司与日本Toppan印刷公司推出了一种彩色电子墨水显示器样品。借助于Toppan公司的彩色滤光器阵列（这种滤光器阵列现在已广泛应用于标准的液晶显示器中），该示范显示器能显示8种颜色。电子墨水公司希望运用这一技术生产出能够显示4096种颜色的显示器，与现今笔记本电脑和游戏机屏幕的水平差不多。

这些最近推出的样品使电子墨水公司更加接近它的终极目标。McCreary在谈到该公司经营计划的第三阶段时解释说：“我们称它为‘无线纸’”。该产品将是一种柔性数字纸，具有高分辨率的彩显功能，可以通过无线数据网重新配置。他预计无线纸将在2005年前实现产业化，而到那时Gyricon公司的带点小珠以及来自其他渠道的类似技术可能也推广开了。

电子墨水公司在技术上还将与有机发光二极管展开竞争。这类二极管所用的碳基化合物与电子墨水公司和朗讯公司的柔性显示器中使用的塑料相似，能够生产出一些也具有柔韧性且比较省电的发光半导体。柯达、IBM以及其他一些财力雄厚的公司目前正在大力开发这种与电子纸唱对台戏的产品，因此这项技术很快就将成为电子纸的一个令人信服的挑战者。

“最后的书”

Jacobson对于电子墨水的长远构想几乎从一开始就把最后的书包括在内。所谓“最后的书”就是把几百页能够自动印刷的纸装订成一本硬皮书，每一页上嵌入一只单独的处理器，而其书脊内则放置存储芯片，其存储容量足以把美国国会图书馆的全部藏书都收入其中。既然只要一页电子墨水印刷的纸就能移复现出存储的任何一页文字、图形乃至影像，为何又要自找麻烦把这许多页装订在一起呢？Jacobson认为，原因之一与读者的空间记忆能力有关：翻阅一本书使读者更容易找到某一段落或某一幅插图。

电子纸出版还可以采取另外一种格式，此格式介于Jacobson的电子大书与Sheridan的电子卷纸之间。它是早期印刷采用的对开纸格式——一大张印刷用纸反复对折后裁出多张纸，即8开、l6开、32开等——的一个最新变种。l999年，IBM公司的企业战略设计项目主任Robert Steinbugler公布了电子报纸的一种原型设计方案：用橡胶制成的文件夹式柔性显示器件内装有用数字纸制成的8张双面印刷页(眼下其实还只是一些塑料模型)。Steinbugler在访问了报纸发行人和读者后认为，采用一扎纸的格式将使读者能够前后翻阅报道而无须反复提取报道的内容，同时，此格式也使各报道能巧妙地并列在一起，而这一点仍然是印刷报纸与一次只显示屏幕上的一页的网上报纸的区别之一。

鉴于目前人们正在加紧研究电子纸，《科学美国人》的读者们读到该杂志的电子文件夹版、电子硬皮书版或电子卷纸的日子可能不会太远了。

【邱汉生／译 曾少立／校】