電子紙技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

雖然目前電子紙商品化多以黑白或單色、簡單圖像或文字應(yīng)用為主，但未來的研發(fā)必是朝著高速應(yīng)答、全彩化、可撓式以及低成本的趨勢(shì)發(fā)展。然而技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖卻因各廠商的顯示技術(shù)與策略而異，如E-ink先天受限于包覆于微膠囊內(nèi)黑白粒子成色原理，需使用彩色濾光片達(dá)精細(xì)全彩化難度較高，故技術(shù)開發(fā)次序?yàn)?.低成本化與畫質(zhì)特性（對(duì)比度、反射率、高速應(yīng)答）提升、2.全彩化、3.可撓化；Bridgestone則很早就致力于大型化、全彩化及可撓式，接著是高輝度、高耐久性等公用顯示器需求，然后進(jìn)行超低耗電訴求、主動(dòng)式驅(qū)動(dòng)、部份動(dòng)畫顯示以及R2R生產(chǎn)。

（一）提升應(yīng)答速度
電子紙反應(yīng)速度約為數(shù)百毫秒，比不上LCD 4～8毫秒的反應(yīng)時(shí)間，更遠(yuǎn)不及OLED以μm為計(jì)的速度，因此并不能完全取代顯示器。一般認(rèn)為重視動(dòng)畫、鮮麗色彩呈現(xiàn)的應(yīng)用多半還是交給顯示器，而電子紙初期適用于各種靜止畫面顯示裝置，或切換頻率不快的場(chǎng)合。
QR-LPD屬于干式電子粉流體，透過控制粉末表面特性至奈米級(jí)的變化，加上干式帶電粒子在空氣中具高流動(dòng)性，原理上各畫素具備0.2ms的極佳高速應(yīng)答特性，如圖5所示，然而高達(dá)70～80V的驅(qū)動(dòng)電壓也造成耗電量提升。QR-LPD的灰階階調(diào)表現(xiàn)是采用時(shí)間分割驅(qū)動(dòng)，故為了不斷滿足多灰階的發(fā)展趨勢(shì)，必須減少粒子的移動(dòng)時(shí)間，也就是必須提高驅(qū)動(dòng)組件的載子移動(dòng)率。

圖5：電子粉流體之應(yīng)答速度


資料來源：Bridgestone，2008／8

E-ink第二代Vizplex的黑白反轉(zhuǎn)速度從500ms提升至260ms，完整的灰階顯示應(yīng)答時(shí)間約仍要740ms，此外，第二代Vizplex灰階顯示從4灰階提升至8灰階，但仍不敷使用。因此E-ink與Seiko-Epson共同合作開發(fā)出「Broadsheet」主動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制芯片，不但提升至32灰階狀態(tài)，更增加區(qū)段改寫畫面功能。E-ink在Finetech Japan 2008上便做出黑白動(dòng)畫顯示以及實(shí)時(shí)涂寫板展示，如此快的應(yīng)答速度一改傳統(tǒng)電子紙的遲緩印象。

SiPix的技術(shù)開發(fā)顯示到2008年底，其反應(yīng)速度約為500ms，預(yù)計(jì)2009年底將可提升至300ms，屆時(shí)驅(qū)動(dòng)電壓將從30V增加至40V，反射率約達(dá)45%。Fujutsu的FlePia彩色膽固醇液晶顯示器可在8～4,096色轉(zhuǎn)換，室溫25℃下，顯示8色時(shí)反應(yīng)速度為2.3秒，顯示4,096色的畫面轉(zhuǎn)換速度則需10秒，由于等待時(shí)間較長，主要用于靜態(tài)的訊息顯示。

（二）全彩化
單色電子紙商品目前已能進(jìn)入量產(chǎn)，然而真正「殺手級(jí)應(yīng)用」仍需仰賴全彩化技術(shù)，做法大致分為使用或非使用彩色濾光片兩大類。采用彩色濾光片之技術(shù)與LCD較為類似，如E-ink即把Toppan開發(fā)的彩色濾光片放置于充填黑白微膠囊的前面板之上，每組畫素由16灰階、RGBW的sub-pixel所組成，而得到4,096色的彩色電子紙；但透過彩色濾光片后將被吸收7成光源，反射率大幅降低，使得顯示器十分不明亮，E-ink嘗試使用對(duì)比度高的電子墨水，然而也造成成本增加。而Bridgestone結(jié)合了電子粉流體與彩色濾光片也實(shí)現(xiàn)了4,096色、75ppi的A3尺寸彩色電子紙，2007年更發(fā)展出亮度增至2倍的A4彩色電子紙；目前Bridgestone為提高亮度與色再現(xiàn)性，正持續(xù)研究電子粉流體材料，以及改良該公司自主開發(fā)的電子紙專用彩色濾光片特性。

SiPix與傳統(tǒng)膽固醇液晶型電子紙則無需彩色濾光片亦能達(dá)到彩色化。SiPix的原理是藉由在微杯中放置R、G、B三色液體達(dá)到全彩化，不會(huì)影響對(duì)比與色再現(xiàn)性，不過現(xiàn)仍在研發(fā)階段。富士Frontech則采用光寫入法與RGB3層膽固醇液晶反射外來光源，以達(dá)到全彩顯示，并在2007年發(fā)表8己12伎稍8～4096色間轉(zhuǎn)換、可撓的「FlePia」彩色電子紙顯示器，以及由12計(jì)醋暗拇笮筒噬公用顯示器；臺(tái)灣工研院則發(fā)表全球第一片單層彩色膽固醇液晶型電子書，具備全彩、廣視角、輕薄之特性，領(lǐng)先于傳統(tǒng)全彩膽固醇堆棧RGB三色面板的方式。

（三）藉由軟性基板實(shí)現(xiàn)可撓曲功能
電子紙若欲達(dá)到可撓訴求，必須選擇塑料或金屬基板，采用塑料基板的電子紙重量較玻璃材質(zhì)減輕80%左右，厚度也僅0.3mm，十分符合輕薄、耐沖擊等需求，用途也因此更加廣泛。然而塑料基板欲克服的最大難題則在于材料耐熱、耐化性較差，需持續(xù)改良基板材料或開發(fā)低溫制程。

直接采用塑料基板的例子有2006年Bridgestone開發(fā)出當(dāng)時(shí)最大尺寸的8疾噬電子紙，使用單純矩陣驅(qū)動(dòng)，厚僅0.29mm；2007年Fujitsu亦宣布制作出A5可撓彩色電子紙，該產(chǎn)品反射率達(dá)30%，對(duì)比度為4：1。E-ink的第二代Vizplex也使用了可撓塑料基板，不同于第一代建制于主動(dòng)矩陣TFT基板上，光玻璃基板厚度就有0.7mm，如圖6所示，第二代產(chǎn)品則僅約0.3mm，但相對(duì)用于分辨率要求較低的市場(chǎng)。

圖6：LCD與EPD顯示器橫剖面示意圖


資料來源：E-ink，PIDA，2008／8

選擇金屬薄膜基板的廠商則以韓國LGD為主，LGD搭配E-ink電子墨水在2007年展示14.1肌4,096色可撓彩色電子紙后，2008年進(jìn)而發(fā)表了WXGA、16灰階的A4電子紙，厚度約0.3mm，皆是將TFT制作于不銹鋼板上的產(chǎn)品。但盡管金屬薄膜可耐高溫制程，抗水氧、抗化性也佳，但由于重量較重，撓曲性較塑料基板差，無論在R2R制程或商品化上都有缺憾。
除了直接將TFT制作于塑料或金屬基板外，從玻璃基板轉(zhuǎn)印技術(shù)也是常見的。臺(tái)灣元太公司從飛利浦獨(dú)家取得的EPLaR技術(shù)，是將在玻璃基板上形成的a-Si TFT電路黏貼到微膠囊型電泳前板上后，再通過雷射分離玻璃基板；另一種由Seiko Epson開發(fā)的SUFTLA轉(zhuǎn)印技術(shù)，則是將制造在玻璃基板的LTPS TFT轉(zhuǎn)印到塑料板上，配合E-ink的電泳技術(shù)在2006年已開發(fā)出7.1幾呔細(xì)度電子紙，厚0.43mm、397ppi、對(duì)比10：1。此類轉(zhuǎn)印技術(shù)的好處是可使用原來Array制程，缺點(diǎn)則是大型化時(shí)容易在分離過程造成TFT電路毀損。

（四）Roll-to-Roll低成本技術(shù)
使用R2R滾動(dòng)條式連續(xù)生產(chǎn)制程將會(huì)使生產(chǎn)周期拉長、產(chǎn)量提升，由于生產(chǎn)率會(huì)相對(duì)增加，因此成為降低成本的重要發(fā)展趨勢(shì)。最早實(shí)現(xiàn)R2R制程的是SiPix前面板制造；而后臺(tái)灣工研院與Bridgestone也陸續(xù)開發(fā)出電子紙基板使用R2R的生產(chǎn)方式。此外，與E-ink合作的荷蘭Polymer Vision也于2007年底確定R2R量產(chǎn)制程。然而與E-ink有合作關(guān)系的飛利浦也表示：”當(dāng)制造主動(dòng)矩陣顯示器時(shí)，傳統(tǒng)制程比R2R更合適”；原因在于雖然R2R在產(chǎn)量有規(guī)模優(yōu)勢(shì)，但在工藝性能、制程缺陷反饋、成熟度等方面技術(shù)相對(duì)也提高，尤其R2R帶來的在制品高存貨、制程多樣性之彈性降低，說明了R2R不適合主動(dòng)矩陣背板制造的理由。