电子纸:四种显示技术竞争 轻薄省电耐冲击是优势

    电子纸显示技术目前仍处于萌芽期，呈百家争鸣态势。如何在技术开发的同时找到对应的产品应用，创造现有平面显示技术无法取代的市场，是技术存活的根本所在。

　　美国电影《关键报告》(Minority Report)通过公元2054年的背景设定，预言出未来世界的各种最新科技，其中令人印象最深的，莫过于可以随时与互联网相连更新内容，以读取最新新闻的电子报纸。其实，这种电子纸技术已在各国先进实验室中发展了一段时间，研发人员希望能够做到对现有纸张与书本的取代。据统计，英国作家J.K.罗琳所著的《哈利波特》全球累积销售量已达3.7亿本，光是这一本畅销书便相当于29万吨纸张的用量，需要砍伐580万棵树。美国《纽约时报》每日的发行量约为104万份，一年累积下来也相当于140万吨纸张的用量，需要砍伐2800万棵树木。由此我们可以想象，如果以电子纸（E-paper）取代实体书本，将可节省可观用量的纸张。

四种显示技术赛跑

　　电子纸虽被称为“纸”，实际上是一种类似纸张的软性显示器，要使显示器具备普通纸的柔软、可卷、可折的特性，关键在于以塑料、薄化玻璃或金属薄板等软性基板取代现有显示器的玻璃基板。此外，电子纸显示器尚有一重要特性，一般称之为双稳态(bistability)，就是显示介质具有记忆特性，因此电子纸平常显示画面时不耗电，只有在画面更新时才需要耗电。和传统液晶显示器相比，电子纸的耗电量大为降低。目前各国开发中的电子纸显示技术主要有以下四种：

　　首先是电泳显示技术(EPD)。电泳显示技术系将黑、白两色的带电颗粒封装于微胞化液滴结构中，由外加电场控制不同电荷黑白颗粒的升降移动，以呈现出黑白单色的显示效果，代表厂商是美国E-Ink公司与SiPix公司。由于EPD技术可呈现出高反射率、高对比的黑白显示效果，因此十分适合做电子纸。目前韩国三星、LG Display，日本精工爱普生、凸版印刷以及中国台湾元太科技等公司均与E-Ink合作，采用其EPD面板“Vizplex”开发各种电子纸显示器。

　　其次是电子粉流体显示技术(QR-LPD)。电子粉流体显示技术为日本普利司通(Bridgestone)公司所发布，显示介质是将树脂经过纳米级粉碎处理后所产生的黑色与白色不同电荷的粉体。将粉体填充于空气介质的微杯结构中，利用上下电极电场使黑白粉体在空气中发生电泳动现象，其中控制粉体的操作电压为实际应用时重要的课题。由于使用空气作为电泳粉体的介质，所以QR-LPD具有高反应速度。不过，其缺点是需要高电压来驱动电子粉流体，这使得在耐高电压的TFT（薄膜场效应晶体管）组件尚未成功开发的情况下，目前只能以被动式的方式来驱动电子粉流体。目前普利司通公司正与日立公司共同合作，投入QR-LPD电子纸“Albirey”产品的研发。

　　再次是胆固醇液晶显示技术(Ch-LCD)。该技术的研发机构包括美国Kent Display、日本富士通、日本富士施乐等公司以及中国台湾的工业技术研究院。胆固醇液晶为一种呈螺旋状排列的特殊液晶模式，是通过在向列型液晶中加入旋光剂来达到特殊排列结构，并利用胆固醇液晶分子在不同电位下呈现的“反射”与“透过”两种不同偏极光旋转状态来达到显示效果。胆固醇液晶属于反射式显示器，利用外界环境光源来显示影像，无需背光源，同时具有双稳态特性，所以胆固醇液晶显示技术同样非常省电。同时，该技术可以通过添加不同旋转螺距的旋光剂，调配出红、绿、蓝等颜色，以满足彩色化显示的需求。

　　最后是双稳态向列液晶显示技术（Bi TNLCD）。该技术由法国Nemoptic公司开发。该技术使用向列型液晶，显示面板是两种底板，其液晶分子保持力不一致，当长时间施加某一额定电压时，液晶分子会相对于底板呈垂直竖立状态，此时，若将电压值急速降至零，强保持力底板周围的液晶分子便会拉向倒下的方向，而弱保持力底板周围的液晶分子则呈反方向倒下，而处于底板中间位置上的液晶分子则会产生扭曲角度。如果分两步进行缓慢解除加电状态操作，液晶分子便会因弹性能力减弱而倒向同一个方向，不会产生扭曲角度。在这两种状态下，一种显示为黑，另一种则显示为白，基本上形成了双稳态显示。通过在第二步改变解除电压时的电压幅度，黑色区域和白色区域的比率就会发生变化，即可调制出中间色调。

彩色化高亮度是方向

　　在众多的电子纸技术中，目前仍以美国E-Ink所开发的EPD技术最受关注。韩国三星、LG Display，日本精工爱普生、凸版印刷，欧洲Polymer Vision、Plastic Logic以及中国台湾元太科技等公司均曾展示出利用EPD技术的电子纸。且自2005年起，开始出现以主动式的TFT背板驱动EPD为技术的产品，目前显示面积可达到A4纸的大小，分辨率满足电子书显示文字的需求。其他电子纸技术如QR-LPD、Ch-LCD、Bi TNLCD则多使用被动式驱动，显示面积也可达到A4大小，日本普利司通公司甚至于2007年底发布了A3大小的QR-LPD面板。

　　开发彩色电子纸显示器是电子纸重要的课题之一。目前EPD、Bi TNLCD、QR-LPD技术均以外贴彩色滤光片方式达到彩色化效果，但普遍存在反射率过低的问题，且黑色颗粒亦会导致色纯度降低。Ch-LCD技术虽不需外贴彩色滤光片即可达成彩色化，但因反射率过低而使亮度、对比无法提升，解决方法包括以R、G、B三层胆固醇液晶层堆栈，或同时添加左旋、右旋的旋光剂来提高反射率。

　　此外，开发卷对卷(roll to roll)制作工艺也是挑战之一。有别于现行平面显示器采批式生产，卷对卷工艺与软性基板搭配，有助于以低廉成本进行大面积生产。目前EPD、Ch-LCD、QR-LPD等技术开发商均有朝卷对卷连续式生产的规划。

　　随着移动数字生活的来临，平板显示器将成为各式消费产品与电子装置最重要的沟通接口。如何达到更为便利、人性化的操作也成为未来显示器的重要发展课题。因此，新兴显示技术的发展必需满足户外与情境显示、轻薄可携、互动与节能等多样化需求。电子纸显示器的技术发展，目前仍处于萌芽期，呈现百家争鸣态势。对这些为数众多的电子纸技术而言，如何在技术开发的同时找到对应的产品应用，创造现有平面显示技术所无法取代的市场，是技术存活的根本所在。电子纸显示器的技术优势在于轻薄、省电、耐冲击，在技术发展过程中，应发挥这些特性，创造全新的使用形态，以丰富未来生活的内涵。

三大应用领域需求强劲

　　根据市调机构DisplaySearch预测，电子纸显示器在技术发展初期将以电子书阅读器(E-Reader)、户外广告牌及便携式显示产品三大应用领域进入市场，直到2015年，这三项产品仍占市场产值的大部分，并伴随着少部分包括玩具、货架标签及智能卡等产品应用。预估电子纸市场未来七年内可维持20%以上的高年成长率，2015年则可达到40亿美元之总产值，约占平面显示器年总产值的3%。

　　电子纸显示器(E-Reader)具有可变更内容以及易阅读、不需背光源特性，最直接的应用就是作为取代实体书本的电子书阅读器，其实早在2004年日本索尼及松下便推出过第一代电子书阅读器，但由于显示器画面不佳、下载环境未臻完善等因素，影响其接受度而未能普及。目前索尼、iRex、亚马孙等厂商均推出画面更易阅读的第二代电子书阅读器，而台湾的元太科技则是主要的EPD电子纸显示器供货商。全球最大网络零售商亚马孙书店亦于2007年11月推出自有品牌“Kindle”6英寸电子书产品，从实体书店涉足提供数字内容显示器的产业，使电子书的普及更具诱因。

　　在数码广告牌或标牌领域应用也很广泛。从商店的广告牌到公共场所的指示标牌等均涵盖在内，而电子纸显示器具有省电、可随时更换内容、可客制化规格等优点，在成本及耐冲击性上有很好的竞争力。电子纸广告牌与标牌可初步应用于商场、餐厅、旅馆、展览会场、车站等室内环境，呈现内容从简单的文字指示、信息告示，到较为复杂的图像装饰或静态广告，均可以电子纸显示器呈现，不但可节省传统大图输出频繁更换的材料成本，更可省下张贴与维护之人工成本。若使用于室外环境，则需考虑太阳长期照射，还有高温多湿的环境，对塑料基板材质的电子纸而言仍是极大考验。

　　在手机领域中的应用也产生出良好的效果。电子纸显示器的双稳态特性能够满足移动通信产品对省电低耗能的要求，同时反射型的显示形态还可支持强光环境下的可视性。摩托罗拉公司就曾发布一款低价手机“Motophone F3”，采用以EPD技术为主的电子纸作为显示屏。此外，荷兰Polymer Vision于2007年发布了配备5英寸可弯曲的单色EPD屏幕的概念手机“Readius”，并与电信系统商TIM合作量产，于2007年年底正式推出。尽管现阶段手机面板仍是具有全彩、动态显示等特性的玻璃基板显示器的天下，轻薄耐摔的软性显示器仍可以提升手机的附加值。

　　此外，在智能卡和电子货架标签领域均有一定的应用。搭配有电子纸制的简易型数字显示器的智能卡片，可以显示各种不同的文字信息。目前已有将EPD技术应用于电子标签的产品出现，但因显示信息简单，需面对传统TN-LCD的价格竞争。