電子紙：四種顯示技術(shù)競(jìng)爭(zhēng) 輕薄省電耐沖擊是優(yōu)勢(shì)

　　電子紙顯示技術(shù)目前仍處于萌芽期，呈百家爭(zhēng)鳴態(tài)勢(shì)。如何在技術(shù)開(kāi)發(fā)的同時(shí)找到對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品應(yīng)用，創(chuàng)造現(xiàn)有平面顯示技術(shù)無(wú)法取代的市場(chǎng)，是技術(shù)存活的根本所在。

　　美國(guó)電影《關(guān)鍵報(bào)告》(Minority Report)通過(guò)公元2054年的背景設(shè)定，預(yù)言出未來(lái)世界的各種最新科技，其中令人印象最深的，莫過(guò)于可以隨時(shí)與互聯(lián)網(wǎng)相連更新內(nèi)容，以讀取最新新聞的電子報(bào)紙。其實(shí)，這種電子紙技術(shù)已在各國(guó)先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室中發(fā)展了一段時(shí)間，研發(fā)人員希望能夠做到對(duì)現(xiàn)有紙張與書本的取代。據(jù)統(tǒng)計(jì)，英國(guó)作家J.K.羅琳所著的《哈利波特》全球累積銷售量已達(dá)3.7億本，光是這一本暢銷書便相當(dāng)于29萬(wàn)噸紙張的用量，需要砍伐580萬(wàn)棵樹(shù)。美國(guó)《紐約時(shí)報(bào)》每日的發(fā)行量約為104萬(wàn)份，一年累積下來(lái)也相當(dāng)于140萬(wàn)噸紙張的用量，需要砍伐2800萬(wàn)棵樹(shù)木。由此我們可以想象，如果以電子紙（E-paper）取代實(shí)體書本，將可節(jié)省可觀用量的紙張。

四種顯示技術(shù)賽跑

　　電子紙雖被稱為“紙”，實(shí)際上是一種類似紙張的軟性顯示器，要使顯示器具備普通紙的柔軟、可卷、可折的特性，關(guān)鍵在于以塑料、薄化玻璃或金屬薄板等軟性基板取代現(xiàn)有顯示器的玻璃基板。此外，電子紙顯示器尚有一重要特性，一般稱之為雙穩(wěn)態(tài)(bistability)，就是顯示介質(zhì)具有記憶特性，因此電子紙平常顯示畫面時(shí)不耗電，只有在畫面更新時(shí)才需要耗電。和傳統(tǒng)液晶顯示器相比，電子紙的耗電量大為降低。目前各國(guó)開(kāi)發(fā)中的電子紙顯示技術(shù)主要有以下四種：

　　首先是電泳顯示技術(shù)(EPD)。電泳顯示技術(shù)系將黑、白兩色的帶電顆粒封裝于微胞化液滴結(jié)構(gòu)中，由外加電場(chǎng)控制不同電荷黑白顆粒的升降移動(dòng)，以呈現(xiàn)出黑白單色的顯示效果，代表廠商是美國(guó)E-Ink公司與SiPix公司。由于EPD技術(shù)可呈現(xiàn)出高反射率、高對(duì)比的黑白顯示效果，因此十分適合做電子紙。目前韓國(guó)三星、LG Display，日本精工愛(ài)普生、凸版印刷以及中國(guó)臺(tái)灣元太科技等公司均與E-Ink合作，采用其EPD面板“Vizplex”開(kāi)發(fā)各種電子紙顯示器。

　　其次是電子粉流體顯示技術(shù)(QR-LPD)。電子粉流體顯示技術(shù)為日本普利司通(Bridgestone)公司所發(fā)布，顯示介質(zhì)是將樹(shù)脂經(jīng)過(guò)納米級(jí)粉碎處理后所產(chǎn)生的黑色與白色不同電荷的粉體。將粉體填充于空氣介質(zhì)的微杯結(jié)構(gòu)中，利用上下電極電場(chǎng)使黑白粉體在空氣中發(fā)生電泳動(dòng)現(xiàn)象，其中控制粉體的操作電壓為實(shí)際應(yīng)用時(shí)重要的課題。由于使用空氣作為電泳粉體的介質(zhì)，所以QR-LPD具有高反應(yīng)速度。不過(guò)，其缺點(diǎn)是需要高電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)電子粉流體，這使得在耐高電壓的TFT（薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管）組件尚未成功開(kāi)發(fā)的情況下，目前只能以被動(dòng)式的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)電子粉流體。目前普利司通公司正與日立公司共同合作，投入QR-LPD電子紙“Albirey”產(chǎn)品的研發(fā)。

　　再次是膽固醇液晶顯示技術(shù)(Ch-LCD)。該技術(shù)的研發(fā)機(jī)構(gòu)包括美國(guó)Kent Display、日本富士通、日本富士施樂(lè)等公司以及中國(guó)臺(tái)灣的工業(yè)技術(shù)研究院。膽固醇液晶為一種呈螺旋狀排列的特殊液晶模式，是通過(guò)在向列型液晶中加入旋光劑來(lái)達(dá)到特殊排列結(jié)構(gòu)，并利用膽固醇液晶分子在不同電位下呈現(xiàn)的“反射”與“透過(guò)”兩種不同偏極光旋轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示效果。膽固醇液晶屬于反射式顯示器，利用外界環(huán)境光源來(lái)顯示影像，無(wú)需背光源，同時(shí)具有雙穩(wěn)態(tài)特性，所以膽固醇液晶顯示技術(shù)同樣非常省電。同時(shí)，該技術(shù)可以通過(guò)添加不同旋轉(zhuǎn)螺距的旋光劑，調(diào)配出紅、綠、藍(lán)等顏色，以滿足彩色化顯示的需求。

　　最后是雙穩(wěn)態(tài)向列液晶顯示技術(shù)（Bi TNLCD）。該技術(shù)由法國(guó)Nemoptic公司開(kāi)發(fā)。該技術(shù)使用向列型液晶，顯示面板是兩種底板，其液晶分子保持力不一致，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間施加某一額定電壓時(shí)，液晶分子會(huì)相對(duì)于底板呈垂直豎立狀態(tài)，此時(shí)，若將電壓值急速降至零，強(qiáng)保持力底板周圍的液晶分子便會(huì)拉向倒下的方向，而弱保持力底板周圍的液晶分子則呈反方向倒下，而處于底板中間位置上的液晶分子則會(huì)產(chǎn)生扭曲角度。如果分兩步進(jìn)行緩慢解除加電狀態(tài)操作，液晶分子便會(huì)因彈性能力減弱而倒向同一個(gè)方向，不會(huì)產(chǎn)生扭曲角度。在這兩種狀態(tài)下，一種顯示為黑，另一種則顯示為白，基本上形成了雙穩(wěn)態(tài)顯示。通過(guò)在第二步改變解除電壓時(shí)的電壓幅度，黑色區(qū)域和白色區(qū)域的比率就會(huì)發(fā)生變化，即可調(diào)制出中間色調(diào)。

彩色化高亮度是方向

　　在眾多的電子紙技術(shù)中，目前仍以美國(guó)E-Ink所開(kāi)發(fā)的EPD技術(shù)最受關(guān)注。韓國(guó)三星、LG Display，日本精工愛(ài)普生、凸版印刷，歐洲Polymer Vision、Plastic Logic以及中國(guó)臺(tái)灣元太科技等公司均曾展示出利用EPD技術(shù)的電子紙。且自2005年起，開(kāi)始出現(xiàn)以主動(dòng)式的TFT背板驅(qū)動(dòng)EPD為技術(shù)的產(chǎn)品，目前顯示面積可達(dá)到A4紙的大小，分辨率滿足電子書顯示文字的需求。其他電子紙技術(shù)如QR-LPD、Ch-LCD、Bi TNLCD則多使用被動(dòng)式驅(qū)動(dòng)，顯示面積也可達(dá)到A4大小，日本普利司通公司甚至于2007年底發(fā)布了A3大小的QR-LPD面板。

　　開(kāi)發(fā)彩色電子紙顯示器是電子紙重要的課題之一。目前EPD、Bi TNLCD、QR-LPD技術(shù)均以外貼彩色濾光片方式達(dá)到彩色化效果，但普遍存在反射率過(guò)低的問(wèn)題，且黑色顆粒亦會(huì)導(dǎo)致色純度降低。Ch-LCD技術(shù)雖不需外貼彩色濾光片即可達(dá)成彩色化，但因反射率過(guò)低而使亮度、對(duì)比無(wú)法提升，解決方法包括以R、G、B三層膽固醇液晶層堆棧，或同時(shí)添加左旋、右旋的旋光劑來(lái)提高反射率。

　　此外，開(kāi)發(fā)卷對(duì)卷(roll to roll)制作工藝也是挑戰(zhàn)之一。有別于現(xiàn)行平面顯示器采批式生產(chǎn)，卷對(duì)卷工藝與軟性基板搭配，有助于以低廉成本進(jìn)行大面積生產(chǎn)。目前EPD、Ch-LCD、QR-LPD等技術(shù)開(kāi)發(fā)商均有朝卷對(duì)卷連續(xù)式生產(chǎn)的規(guī)劃。

　　隨著移動(dòng)數(shù)字生活的來(lái)臨，平板顯示器將成為各式消費(fèi)產(chǎn)品與電子裝置最重要的溝通接口。如何達(dá)到更為便利、人性化的操作也成為未來(lái)顯示器的重要發(fā)展課題。因此，新興顯示技術(shù)的發(fā)展必需滿足戶外與情境顯示、輕薄可攜、互動(dòng)與節(jié)能等多樣化需求。電子紙顯示器的技術(shù)發(fā)展，目前仍處于萌芽期，呈現(xiàn)百家爭(zhēng)鳴態(tài)勢(shì)。對(duì)這些為數(shù)眾多的電子紙技術(shù)而言，如何在技術(shù)開(kāi)發(fā)的同時(shí)找到對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品應(yīng)用，創(chuàng)造現(xiàn)有平面顯示技術(shù)所無(wú)法取代的市場(chǎng)，是技術(shù)存活的根本所在。電子紙顯示器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于輕薄、省電、耐沖擊，在技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)發(fā)揮這些特性，創(chuàng)造全新的使用形態(tài)，以豐富未來(lái)生活的內(nèi)涵。

三大應(yīng)用領(lǐng)域需求強(qiáng)勁

　　根據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu)DisplaySearch預(yù)測(cè)，電子紙顯示器在技術(shù)發(fā)展初期將以電子書閱讀器(E-Reader)、戶外廣告牌及便攜式顯示產(chǎn)品三大應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)入市場(chǎng)，直到2015年，這三項(xiàng)產(chǎn)品仍占市場(chǎng)產(chǎn)值的大部分，并伴隨著少部分包括玩具、貨架標(biāo)簽及智能卡等產(chǎn)品應(yīng)用。預(yù)估電子紙市場(chǎng)未來(lái)七年內(nèi)可維持20%以上的高年成長(zhǎng)率，2015年則可達(dá)到40億美元之總產(chǎn)值，約占平面顯示器年總產(chǎn)值的3%。

　　電子紙顯示器(E-Reader)具有可變更內(nèi)容以及易閱讀、不需背光源特性，最直接的應(yīng)用就是作為取代實(shí)體書本的電子書閱讀器，其實(shí)早在2004年日本索尼及松下便推出過(guò)第一代電子書閱讀器，但由于顯示器畫面不佳、下載環(huán)境未臻完善等因素，影響其接受度而未能普及。目前索尼、iRex、亞馬孫等廠商均推出畫面更易閱讀的第二代電子書閱讀器，而臺(tái)灣的元太科技則是主要的EPD電子紙顯示器供貨商。全球最大網(wǎng)絡(luò)零售商亞馬孫書店亦于2007年11月推出自有品牌“Kindle”6英寸電子書產(chǎn)品，從實(shí)體書店涉足提供數(shù)字內(nèi)容顯示器的產(chǎn)業(yè)，使電子書的普及更具誘因。

　　在數(shù)碼廣告牌或標(biāo)牌領(lǐng)域應(yīng)用也很廣泛。從商店的廣告牌到公共場(chǎng)所的指示標(biāo)牌等均涵蓋在內(nèi)，而電子紙顯示器具有省電、可隨時(shí)更換內(nèi)容、可客制化規(guī)格等優(yōu)點(diǎn)，在成本及耐沖擊性上有很好的競(jìng)爭(zhēng)力。電子紙廣告牌與標(biāo)牌可初步應(yīng)用于商場(chǎng)、餐廳、旅館、展覽會(huì)場(chǎng)、車站等室內(nèi)環(huán)境，呈現(xiàn)內(nèi)容從簡(jiǎn)單的文字指示、信息告示，到較為復(fù)雜的圖像裝飾或靜態(tài)廣告，均可以電子紙顯示器呈現(xiàn)，不但可節(jié)省傳統(tǒng)大圖輸出頻繁更換的材料成本，更可省下張貼與維護(hù)之人工成本。若使用于室外環(huán)境，則需考慮太陽(yáng)長(zhǎng)期照射，還有高溫多濕的環(huán)境，對(duì)塑料基板材質(zhì)的電子紙而言仍是極大考驗(yàn)。

　　在手機(jī)領(lǐng)域中的應(yīng)用也產(chǎn)生出良好的效果。電子紙顯示器的雙穩(wěn)態(tài)特性能夠滿足移動(dòng)通信產(chǎn)品對(duì)省電低耗能的要求，同時(shí)反射型的顯示形態(tài)還可支持強(qiáng)光環(huán)境下的可視性。摩托羅拉公司就曾發(fā)布一款低價(jià)手機(jī)“Motophone F3”，采用以EPD技術(shù)為主的電子紙作為顯示屏。此外，荷蘭Polymer Vision于2007年發(fā)布了配備5英寸可彎曲的單色EPD屏幕的概念手機(jī)“Readius”，并與電信系統(tǒng)商TIM合作量產(chǎn)，于2007年年底正式推出。盡管現(xiàn)階段手機(jī)面板仍是具有全彩、動(dòng)態(tài)顯示等特性的玻璃基板顯示器的天下，輕薄耐摔的軟性顯示器仍可以提升手機(jī)的附加值。

　　此外，在智能卡和電子貨架標(biāo)簽領(lǐng)域均有一定的應(yīng)用。搭配有電子紙制的簡(jiǎn)易型數(shù)字顯示器的智能卡片，可以顯示各種不同的文字信息。目前已有將EPD技術(shù)應(yīng)用于電子標(biāo)簽的產(chǎn)品出現(xiàn)，但因顯示信息簡(jiǎn)單，需面對(duì)傳統(tǒng)TN-LCD的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)。