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[導(dǎo)讀]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

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)次序為1.低成本化與畫質(zhì)特性(對比度、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、主動式驅(qū)動、部份動畫顯示以及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)時間,更遠(yuǎn)不及OLED以μm為計的速度,因此并不能完全取代顯示器。一般認(rèn)為重視動畫、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的變化,加上干式帶電粒子在空氣中具高流動性,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)是采用時間分割驅(qū)動,故為了不斷滿足多灰階的發(fā)展趨勢,必須減少粒子的移動時間,也就是必須提高驅(qū)動組件的載子移動率。

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」主動驅(qū)動控制芯片,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上便做出黑白動畫顯示以及實時涂寫板展示,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2009年底將可提升至300ms,屆時驅(qū)動電壓將從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,不會影響對比與色再現(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吋和12吋可在8~4096色間轉(zhuǎn)換、可撓的「FlePia」彩色電子紙顯示器,以及由12吋拼裝的大型彩色公用顯示器;臺灣工研院則發(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)時最大尺寸的8吋彩色電子紙,使用單純矩陣驅(qū)動,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,但相對用于分辨率要求較低的市場。

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吋、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。臺灣元太公司從飛利浦獨家取得的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吋高精細(xì)度電子紙,厚0.43mm、397ppi、對比10:1。此類轉(zhuǎn)印技術(shù)的好處是可使用原來Array制程,缺點則是大型化時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滾動條式連續(xù)生產(chǎn)制程將會使生產(chǎn)周期拉長、產(chǎn)量提升,由于生產(chǎn)率會相對增加,因此成為降低成本的重要發(fā)展趨勢。最早實現(xiàn)R2R制程的是SiPix前面板制造;而后臺灣工研院與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)制造主動矩陣顯示器時,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,但在工藝性能、制程缺陷反饋、成熟度等方面技術(shù)相對也提高,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不適合主動矩陣背板制造的理由。

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