由於數位資訊變得更行動化，數位顯示器也逐漸融入日常生活中，而對於行動產品的市場來說，需要的是一個不貴、低耗電，而且提供全彩的平面顯示科技。

一個行動元件的大小和重量主要是由它的耗電力所決定，而平面顯示器（FPD）通常佔了大部份的消耗電力。FPD至今仍尚未被廣大市場接受，除了影像品質外，尺寸及價格是兩個主要的瓶頸。如果平面顯示器可以更有效率，那麼在相同操作時間內就只需要較少的電力，也就可以使用較小且輕的電池。此外，價格也應該符合成本效益，並可以整合至產品中。

近幾年來，反射式液晶顯示器（LCD）在明亮度及色彩對比這兩方面雖有進展，但進展的速度似乎慢了些，現今研究工程師朝向提高輔助元件的特性，例如反光薄膜或增加背光模組以提高穿透和反射的效率。以液晶和其他材料製成的Bistable display已經達到部份的效果，但在量產和產品商業化方面卻較緩慢。

透過適當的微機電系統（MEMS）裝置來產生干涉調節（interferometric modulation），可提供高明亮度和對比，並且適合大面積的生產。本文將以Iridigm Display公司提出的iMoDTM技術為例，說明如何應用簡單的構造來提供調節、顏色選擇和記憶功能，並省略不需要的元件，例如主動陣列（active matrices），濾光片（color filter）和偏極化片（polarizer）。這種技術以STN-LCD價格提供了一個有主動陣列性能的高畫質平面顯示器。

技術理論和構造

從製造面的基板上來看，iMoD的每一層構造都是雙元的（binary）。從色彩應用面來看，它會從黑色轉變到反射性的紅色、綠色或藍色。這個概念結合了微機電（MEMS）和薄膜光學元件。微機電能夠在低耗電和固有的遲滯（hysteresis）特性下以高速調節顯微構造。這些薄膜以高效率調節入射光。

這個平面顯微構造能藉由控制光學共振腔（optical resonant cavity）內的空氣間隙來產生黑、白及彩色(圖一)。因為它們的體積很小，反應時間可低到微秒，並且以低於5伏特的波形去驅動元件。早期的設計已經藉由縮小支撐結構的大小來增加影像色彩面積和改良色彩。現今有效利用面積大約是70%。根據元件的大小，300 dpi（單色）或200 dpi（彩色）的解析度可以由現今製造液晶平面顯示器的光刻蝕儀器（Lithographic tools）來製造。

iMoD在弱光及低電力下亦可隨時使用，這可說它的一大特色。在影像播放的速度下，它的耗電量亦可低於幾百毫瓦／平方英吋。由於這個元件具有記憶和高解析度的功能，色彩明暗度可以藉由調節線條寬度和空間畫素（pixel）變動完成。這樣就可以提供顯示器設計者更大的設計空間。

《圖一　iMoD的簡單構造》

iMoD並具有雙穩定（bistable）的功能，它讓電荷可輕易地輸出到任何畫素（array）並永久保持輸出影像。影像已被驗證可維持數十小時(圖二)。雖然不太可能完全不耗電，但iMoD的雙穩定功能在減少電力消耗上已扮演重要角色。

《圖二　圖中單色顯示器在無電力狀況下仍能維持超過10小時的影像》

彩色顯示器的原型

在(圖三)中為一個用微機電技術所製成的彩色可直視反射式顯示器案例，這個顯示器在100 dpi具有240x160彩色畫素（pixel）。整個iMoD包含了200萬的基本iMoD元件。彩色畫素的尺寸是257x257μm。畫素可區分為紅色、綠色和藍色色帶。每一個子像素（subpixel）皆有不同的空氣間隙，進而產生欲呈現的顏色(圖四)。這空氣間隙的大小是由不同厚度的犧牲層在製造過程中被移去而控制。

《圖三　具有240x160畫素（pixel）解析度的iMoD矩陣彩色顯示器》

《圖四　每個畫素被區分為紅、綠和藍色色帶，每個子像素（subpixel）有不同的空氣間隙，因而產生所需的色彩》

與其他技術的比較分析

iMoD顯示器是完全反射式並且以行動裝置應用為目標。iMoD顯示器藉由干涉而不是偏光（polarization）來形成色彩，所以並沒有因偏光片或彩色濾光片所造成的損失。此外，iMoD顯示器比一般的反射式/穿透反射式（transflective）液晶顯示器和STNs的反射率至少多兩倍。因為行動元件必須在不同光線條件如室內或室外產生反射光，iMoD顯示器比其他穿透式或射出式（emissive）平面顯示器及有機發光二極體（OLED）更為卓越，因為它們能隨著周圍的光源而調整。它們更有液晶顯示器所沒有經改良而完全對稱的視角錐（view angle cone）。

電力消耗是另外一個重要特性。iMoD具有快速的反應時間（~50μs），並且是雙穩定（bi-Stable），所以畫素（pixel）本身在靜止影像下並不消耗電力，更甚者，設計者只需要聯繫或更新所需更改的畫素。iMoD的高反射率大大降低所需的輔助光源。將以上這些因素結合起來﹐iMoD顯示器是一項具有低消耗電力潛力的顯示器技術。

最後，iMoD顯示器是無機的（inorganic），所以不受紫外線影響，有一個很大的溫度和濕度的應用範圍，並且非常耐用。

製造和研發的方向

iMoD 的面板可以使用傳統的濺射（sputtering）來生產薄膜，並利用侵蝕（etching）和光刻蝕（Lithographic）等成熟的低溫製程。這低溫製程最適合於使用塑膠基板。除此之外，基本的尺寸相當大並且初步的實驗資料顯示如此可增加良率（yield），因為這個製程幾乎不受顆粒缺陷的影響。

生產所需材料在液晶顯示器工業隨手可得。如此一來，現成液晶顯示器設備很容易配合上新製程。設計上並不需要主動陣列（active matrix）、偏光器（polarizer）或濾光片（color filter），所以更可符合成本效益且製程上並不比液晶顯示器複雜。

結論

現今研發工作的重點在於提昇此新型先進的顯示器，並且改善現有的充填面積（fill factor）和對比率（contrast ratio）。持續降低驅動電壓將可使用以CMOS為主的驅動電路，更進一步降低生產成本、系統複雜性和電力消耗。現在也正進一步改良明亮度、對比、灰階及反應速率（refresh rate）。

這個技術可以將顏色像在白紙上一樣顯示，且幾乎沒有色差，因此適用於全彩手機，或具照片畫面品質的個人數位助理（PDA）和超低耗電的電子書。未來亦可能使用於大體積產品，如高畫質電視（HDTV）。總而言之，反射式顯示器具有在最寬廣的光源條件和最低的電力消耗下的可視度（viewability），是極具發展潛力的新顯示器技術。（作者作職於 Iridigm Display）