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
