電子紙：四種顯示技術競爭 輕薄省電耐沖擊是優(yōu)勢

　　電子紙顯示技術目前仍處于萌芽期，呈百家爭鳴態(tài)勢。如何在技術開發(fā)的同時找到對應的產品應用，創(chuàng)造現(xiàn)有平面顯示技術無法取代的市場，是技術存活的根本所在。

　　美國電影《關鍵報告》(Minority Report)通過公元2054年的背景設定，預言出未來世界的各種最新科技，其中令人印象最深的，莫過于可以隨時與互聯(lián)網相連更新內容，以讀取最新新聞的電子報紙。其實，這種電子紙技術已在各國先進實驗室中發(fā)展了一段時間，研發(fā)人員希望能夠做到對現(xiàn)有紙張與書本的取代。據(jù)統(tǒng)計，英國作家J.K.羅琳所著的《哈利波特》全球累積銷售量已達3.7億本，光是這一本暢銷書便相當于29萬噸紙張的用量，需要砍伐580萬棵樹。美國《紐約時報》每日的發(fā)行量約為104萬份，一年累積下來也相當于140萬噸紙張的用量，需要砍伐2800萬棵樹木。由此我們可以想象，如果以電子紙（E-paper）取代實體書本，將可節(jié)省可觀用量的紙張。

四種顯示技術賽跑

　　電子紙雖被稱為“紙”，實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)，就是顯示介質具有記憶特性，因此電子紙平常顯示畫面時不耗電，只有在畫面更新時才需要耗電。和傳統(tǒng)液晶顯示器相比，電子紙的耗電量大為降低。目前各國開發(fā)中的電子紙顯示技術主要有以下四種：

　　首先是電泳顯示技術(EPD)。電泳顯示技術系將黑、白兩色的帶電顆粒封裝于微胞化液滴結構中，由外加電場控制不同電荷黑白顆粒的升降移動，以呈現(xiàn)出黑白單色的顯示效果，代表廠商是美國E-Ink公司與SiPix公司。由于EPD技術可呈現(xiàn)出高反射率、高對比的黑白顯示效果，因此十分適合做電子紙。目前韓國三星、LG Display，日本精工愛普生、凸版印刷以及中國臺灣元太科技等公司均與E-Ink合作，采用其EPD面板“Vizplex”開發(fā)各種電子紙顯示器。

　　其次是電子粉流體顯示技術(QR-LPD)。電子粉流體顯示技術為日本普利司通(Bridgestone)公司所發(fā)布，顯示介質是將樹脂經過納米級粉碎處理后所產生的黑色與白色不同電荷的粉體。將粉體填充于空氣介質的微杯結構中，利用上下電極電場使黑白粉體在空氣中發(fā)生電泳動現(xiàn)象，其中控制粉體的操作電壓為實際應用時重要的課題。由于使用空氣作為電泳粉體的介質，所以QR-LPD具有高反應速度。不過，其缺點是需要高電壓來驅動電子粉流體，這使得在耐高電壓的TFT（薄膜場效應晶體管）組件尚未成功開發(fā)的情況下，目前只能以被動式的方式來驅動電子粉流體。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”產品的研發(fā)。

　　再次是膽固醇液晶顯示技術(Ch-LCD)。該技術的研發(fā)機構包括美國Kent Display、日本富士通、日本富士施樂等公司以及中國臺灣的工業(yè)技術研究院。膽固醇液晶為一種呈螺旋狀排列的特殊液晶模式，是通過在向列型液晶中加入旋光劑來達到特殊排列結構，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”兩種不同偏極光旋轉狀態(tài)來達到顯示效果。膽固醇液晶屬于反射式顯示器，利用外界環(huán)境光源來顯示影像，無需背光源，同時具有雙穩(wěn)態(tài)特性，所以膽固醇液晶顯示技術同樣非常省電。同時，該技術可以通過添加不同旋轉螺距的旋光劑，調配出紅、綠、藍等顏色，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（Bi TNLCD）。該技術由法國Nemoptic公司開發(fā)。該技術使用向列型液晶，顯示面板是兩種底板，其液晶分子保持力不一致，當長時間施加某一額定電壓時，液晶分子會相對于底板呈垂直豎立狀態(tài)，此時，若將電壓值急速降至零，強保持力底板周圍的液晶分子便會拉向倒下的方向，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產生扭曲角度。如果分兩步進行緩慢解除加電狀態(tài)操作，液晶分子便會因彈性能力減弱而倒向同一個方向，不會產生扭曲角度。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。通過在第二步改變解除電壓時的電壓幅度，黑色區(qū)域和白色區(qū)域的比率就會發(fā)生變化，即可調制出中間色調。

彩色化高亮度是方向

　　在眾多的電子紙技術中，目前仍以美國E-Ink所開發(fā)的EPD技術最受關注。韓國三星、LG Display，日本精工愛普生、凸版印刷，歐洲Polymer Vision、Plastic Logic以及中國臺灣元太科技等公司均曾展示出利用EPD技術的電子紙。且自2005年起，開始出現(xiàn)以主動式的TFT背板驅動EPD為技術的產品，目前顯示面積可達到A4紙的大小，分辨率滿足電子書顯示文字的需求。其他電子紙技術如QR-LPD、Ch-LCD、Bi TNLCD則多使用被動式驅動，顯示面積也可達到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技術均以外貼彩色濾光片方式達到彩色化效果，但普遍存在反射率過低的問題，且黑色顆粒亦會導致色純度降低。Ch-LCD技術雖不需外貼彩色濾光片即可達成彩色化，但因反射率過低而使亮度、對比無法提升，解決方法包括以R、G、B三層膽固醇液晶層堆棧，或同時添加左旋、右旋的旋光劑來提高反射率。

　　此外，開發(fā)卷對卷(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，卷對卷工藝與軟性基板搭配，有助于以低廉成本進行大面積生產。目前EPD、Ch-LCD、QR-LPD等技術開發(fā)商均有朝卷對卷連續(xù)式生產的規(guī)劃。

　　隨著移動數(shù)字生活的來臨，平板顯示器將成為各式消費產品與電子裝置最重要的溝通接口。如何達到更為便利、人性化的操作也成為未來顯示器的重要發(fā)展課題。因此，新興顯示技術的發(fā)展必需滿足戶外與情境顯示、輕薄可攜、互動與節(jié)能等多樣化需求。電子紙顯示器的技術發(fā)展，目前仍處于萌芽期，呈現(xiàn)百家爭鳴態(tài)勢。對這些為數(shù)眾多的電子紙技術而言，如何在技術開發(fā)的同時找到對應的產品應用，創(chuàng)造現(xiàn)有平面顯示技術所無法取代的市場，是技術存活的根本所在。電子紙顯示器的技術優(yōu)勢在于輕薄、省電、耐沖擊，在技術發(fā)展過程中，應發(fā)揮這些特性，創(chuàng)造全新的使用形態(tài)，以豐富未來生活的內涵。

三大應用領域需求強勁

　　根據(jù)市調機構DisplaySearch預測，電子紙顯示器在技術發(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品三大應用領域進入市場，直到2015年，這三項產品仍占市場產值的大部分，并伴隨著少部分包括玩具、貨架標簽及智能卡等產品應用。預估電子紙市場未來七年內可維持20%以上的高年成長率，2015年則可達到40億美元之總產值，約占平面顯示器年總產值的3%。

　　電子紙顯示器(E-Reader)具有可變更內容以及易閱讀、不需背光源特性，最直接的應用就是作為取代實體書本的電子書閱讀器，其實早在2004年日本索尼及松下便推出過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。全球最大網絡零售商亞馬孫書店亦于2007年11月推出自有品牌“Kindle”6英寸電子書產品，從實體書店涉足提供數(shù)字內容顯示器的產業(yè)，使電子書的普及更具誘因。

　　在數(shù)碼廣告牌或標牌領域應用也很廣泛。從商店的廣告牌到公共場所的指示標牌等均涵蓋在內，而電子紙顯示器具有省電、可隨時更換內容、可客制化規(guī)格等優(yōu)點，在成本及耐沖擊性上有很好的競爭力。電子紙廣告牌與標牌可初步應用于商場、餐廳、旅館、展覽會場、車站等室內環(huán)境，呈現(xiàn)內容從簡單的文字指示、信息告示，到較為復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之人工成本。若使用于室外環(huán)境，則需考慮太陽長期照射，還有高溫多濕的環(huán)境，對塑料基板材質的電子紙而言仍是極大考驗。

　　在手機領域中的應用也產生出良好的效果。電子紙顯示器的雙穩(wěn)態(tài)特性能夠滿足移動通信產品對省電低耗能的要求，同時反射型的顯示形態(tài)還可支持強光環(huán)境下的可視性。摩托羅拉公司就曾發(fā)布一款低價手機“Motophone F3”，采用以EPD技術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“Readius”，并與電信系統(tǒng)商TIM合作量產，于2007年年底正式推出。盡管現(xiàn)階段手機面板仍是具有全彩、動態(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的附加值。

　　此外，在智能卡和電子貨架標簽領域均有一定的應用。搭配有電子紙制的簡易型數(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技術應用于電子標簽的產品出現(xiàn)，但因顯示信息簡單，需面對傳統(tǒng)TN-LCD的價格競爭。