
2022年6月2日,亚马逊通过官方服务号发布公告称,将在一年后即2023年6月30日在中国停止Kindle电子书店的运营。在此之后,用户将不能购买新的电子书。至于Kindle电子书阅读器,亚马逊官方表示将继续为Kindle电子书阅读器提供客户服务以及质保服务,但也将停止出售。

截图自亚马逊Kindle服务号
Kindle于2013年进入中国, 2016年中国成为Kindle在全球的第一大市场,到2018年Kindle在中国售出数百万台,线上书店资源达70万本。但此后Kindle的购买数量开始下降,在闲鱼等二手交易平台上,Kindle阅读器成了热门商品。根据闲鱼的数据,2019年8月到2020年8月期间,闲鱼成交了40万台Kindle阅读器,交易均价356元。
去年年底,Kindle天猫旗舰店关闭、京东旗舰店大面积缺货,当时就有人怀疑Kindle要退出中国市场。虽然那个时候官方出来辟谣称只是库存卖完,是精简销售渠道的需要。但半年后,亚马逊正式官宣Kindle退出中国市场。
Kindle的退出有多重原因,但也给了我们一个契机来再次了解电子阅读器的重要技术电子墨水屏技术。
从电子墨水屏诞生到流行于世,不过二十多年历史。
2001年美国E-ink公司与ToppanPrinting公司、飞利浦、索尼联合展开了世界第一款电子墨水屏技术电子书阅读器——LIBRIé电子书的研发。2004年4月研发成功并面世,代号SonyLibrié1000-EP。
2007年11月19日,亚马逊的Kindle诞生,可存储8.8万本电子书,是当时Sony同类产品LIBRIé存储量的4倍以上。Kindle的面世,与同年苹果公司推出的iPhone一起被列为2007年世界十大网络科技事件。
到2008年左右数字阅读和电子书阅读器开始普及并快速发展,这也为电子墨水屏技术的应用带来的突破和机遇。因此,Kindle在推出后迅速成为销量最高的电子书阅读器,2009年全球累计销量达300万台,市场收入增长265%,其官网的电子书销量也水涨船高,首次超过了纸质书销量。
随着电子书阅读器软件研究加深,早期使用Linux或Windows CE系统的电子书阅读器逐渐被淘汰,更多更新更适合阅读的系统被开发。2009年,美国Barnes&Noble推出首个安卓系统电子书阅读器NOOK,这款阅读器采用的是谷歌安卓1.5cupcake系统,并且可以安装应用软件。2013年,俄罗斯Yotadevices公司发布全球首款墨水屏手机YotaPhone。
经过多年发展,电子墨水屏技术在阅读器上的运用逐渐完善。最近几年,汉王、小米、华为、科大讯飞、掌阅等公司纷纷入局电纸书,采用电子墨水屏技术推出各款型的阅读器、手机、办公本,在阅读器的软件方面也有了相应的升级。
电子墨水屏,顾名思义为使用电子墨水的屏幕。20世纪70年代,日本研究出电泳技术。这种技术利用有颜色的带电球藉由外接电场在液态环境中移动,呈现不同颜色的显示效果。工作原理是靠浸在透明或彩色液体中的电离子的移动,即通过翻转或流动的微粒子来使像素变亮或变暗,并可以被制作在玻璃、金属或塑料衬底上[1]。
最开始研究出来时,电泳技术存在寿命短、不稳定、很难彩色化等缺点。20世纪末,美国的E-ink利用电泳技术发明了电泳油墨,即电子墨水(electronic ink),极大促进了电泳技术的发展。
电子墨水使用的原料和传统印刷业使用的类似,但融合了化学、电子电路、物理学等领域的知识和技术。所以其显示效果和我们阅读传统的纸质书籍类似。
电子墨水在制造时通常会被制成由大量微囊组成的薄膜,这些微囊中“装”有电泳粒子,白色为正电荷,黑色为负电荷。初始状态下,色素颗粒悬浮在微囊中,施加一定方向的电场后,利用正负相吸原理,对应的色素颗粒会被推至微囊顶部,微囊显示不同的颜色,组成文字和图案。
电子墨水出现后,结合电泳技术,形成了电纸显示屏(Electronic Paper Displays, EPD),也称电子墨水屏。
EPD优势在于能耗低,使用在大型电子看板或阅读器上,如果画面不变换,基本不消耗电量。以Kindle paperwhite系列为例,其一次充电可以持续待机7周。其次EPD使用的是反射式技术,这种技术不需要再装载背光模组,而是利用环境光源在屏幕上折射后至阅读者眼中,与阅读传统纸质书籍或观察生活中其他物体原理类似,在日光下有良好的可读性,这与LCD或OLED等显示屏需要有背光模组或自发光才能看到影像有很大区别。因此EPD适合长时间阅读或使用。
不过EPD也有不足之处。一是当光环境效果不佳时,阅读效果也不佳,即在黑暗环境中,如果没有导光板或者外部光源,是很难完成阅读的。二是阅读翻页时会容易看到上一页黑色粒子残留的印记,即“残影”。
最后就是彩色EPD技术尚不成熟。彩色墨水屏工作原理是3个电子墨水经过滤光片形成三原色的子像素,经过光的混合后形成1个像素。在这种方式形成的文字图像亮度会低,因此对环境光的要求很高。虽然各主要墨水屏生产商已经推出了彩色电子墨水屏幕设备,但从实际效果来看,和通过LCD或OLED显示出来的彩色图样相比,还是有较大色差的,这对在色彩呈现效果上有要求的使用者来说,不是理想结果。
2017年E-ink推出了全彩电子纸ACeP,这是彩色电子墨水屏领域的重大技术突破。前文提到的华为、科大讯飞、小米等企业虽然也在进行彩色电子墨水技术的研究,有一定的研究成果,但在颜色的自然表现力上仍是不够的。因此,阅读器、办公本等不需要太强的颜色表现的设备仍是电子墨水技术的主要“战场”。而将电子墨水屏技术运用到智能设备上并成为标配,还需要更长时间的研究和实验。
我们以“电子墨水屏”为关键词,看看该技术领域的技术划分。
近20年来,与墨水屏有关的专利申请量有增长,尤其是在2014年至2019年期间,增长量与以前比有明显提升。虽然从2019年开始申请量有下降,但按照目前市场的情况,按照阶段平均趋势法,相关类型的专利依旧是增长趋势。

图:近二十年墨水屏技术领域专利申请量柱状图
数据来源与图片形成:智慧芽专利数据库
关键词设置:斐尔德
从技术主题来看,绝大多数专利IPC分类属于G物理类G06F3,即用于将数据从处理机传送到输出设备的输出装置,这也符合实际中墨水屏的呈现形式或使用及使用形式。

图:墨水屏技术领域专利技术主题分类环状图
数据来源与图片形成:智慧芽专利数据库
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就申请人来说,京东方排名第一。近几年来京东方在显示面板以及显示装置上的创新投入很高,相关专利的申请也排名靠前。在京东方86518组专利申请中,显示装置、显示面板和显示基板相关的专利加在一起5570组,虽然京东方的显示屏相关技术的实体产品以LCD和OLED 屏幕为主,但其在墨水屏领域也有着不小的竞争力。今年举办的北京冬奥会上,志愿者佩戴的数字胸牌便是由京东方提供的墨水屏显示产品。

图:墨水屏技术领域专利申请人前十
数据来源与图片形成:智慧芽专利数据库
关键词设置:斐尔德
除了排名在前的京东方、OPPO、努比亚等传统老牌显示器、手机制造商,一些新进者也在该领域提供了新的竞争力。这些竞争者大多数是与教育、阅读以及电子科技有关,其中掌阅科技不仅排在申请量前十,在新进入者中也具有较强的竞争力。

图:墨水屏技术领域新进入者近五年申请情况
数据来源与图片形成:智慧芽专利数据库
关键词设置:斐尔德
如果结合技术主题和申请人两者的数据,虽然大多数申请人的技术更集中在G06F3上,但在第二集中分类上还是有所区分的。OPPO、努比亚、宇龙更偏向于H04M1即电话通信分局设备上的研发,可以简单理解为墨水屏手机。联想、小天才则关注在G06F1即数据处理设备零部件上的技术突破。京东方的技术除了G06F3,在G02F1即光学相关设备上的投入也很高。

图:墨水屏技术领域新主要申请人技术主题划分
数据来源与图片形成:智慧芽专利数据库
关键词设置:斐尔德
2019年全球显示屏市场有很大增长,相关出货达57亿美元。而2018年Kindle在中国的销量累计达到百万,2019年时上海已经完成了2736个墨水屏电子公交站牌铺设。多重因素的影响下,在申请年份上,绝大多数主要申请人在2018、2019年的申请量都高于其他年份。

图:墨水屏技术领域新主要申请人各年份申请情况
数据来源与图片形成:智慧芽专利数据库
关键词设置:斐尔德
最后综合各数据和申请人情况,可以看出,大多数申请人与墨水屏相关的技术一是集中在电子墨水屏本身上,二则是利用在其他类型的显示屏上,只是一些公司会在多个领域同步进行,而一些公司会选择单一的方向进行深入研究。

图:墨水屏技术领域各申请人主研究方向
数据来源与图片形成:智慧芽专利数据库
关键词设置:斐尔德
当然谈专利技术自然绕不开专利的市场价值,综合来看,墨水屏技术领域中,价值最高的专利依旧是亚马逊的专利申请号为US14/788671,名为具有可更新电子显示器的可运输附接网络的数据存储装置的发明专利。

图:墨水屏技术领域专利价值排名
数据来源与图片形成:智慧芽专利数据库
关键词设置:斐尔德
总的来说,在墨水屏技术领域中显示屏、电子墨水屏、电子设备、墨水屏是重点研发主题。实际上随着碳中和、低耗能、多应用等需求的增加,具备耗能低、双稳态优势的墨水屏是制造显示屏的一个极为优质的选择。与之相关的软件、显示控制算法以及实际运用场景也会是热门研究主题和落地方向。

图:墨水屏技术领域专利词云
数据来源与图片形成:智慧芽专利数据库
关键词设置:斐尔德

图:墨水屏技术领域专利地图
数据来源与图片形成:智慧芽专利数据库
关键词设置:斐尔德
随着研究的深入,前文提到的彩色墨水屏必然可以有更好的显示效果和更多适用场景。这也是墨水屏相关制造商或研究机构需要注意的。
虽然Kindle会退出中国市场,但这不代表电子阅读器的衰败,也不代表墨水屏技术变得鸡肋。反而因为全球政治经济环境的变化以及市场需求的明确,低碳、动态显示、类纸感的墨水屏技术会更有发展潜力。
当然,企业也要注意,墨水屏技术现有的运用场景有很强的的针对性,使用人群也比较集中,所以如果想要使得该技术成为主流智能设备的标配或者有更多的应用场景、更广的使用人群,还需要更深入的研究和实验,找到新的价值支点并及时保护,或许可以找到开启显示屏新时代的钥匙。
注:本文图表数据来源与智慧芽专利数据库,统计截止日期为2022年6月12日
参考文献
[1]电泳显示技术(EPD)百度百科
[2] 寇惠云:电子阅读器技术发展综述
[3] 搜图网:深度解读E-ink——电子墨水屏技术
[4] 中国经营报:巨头扎推“墨水屏”产业,探索破圈之路
[5] 360个人图书馆:详解电子墨水屏技术的原理和优缺点
[6] iczoom拍明芯城:“泡面盖”身后的垄断小巨头,电子墨水屏你怎么看?

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