电子产品日渐普及,让使用者获取资讯的媒介,从书本逐渐转移至平面显示器上,包括电脑及各类可携式产品的显示介面。只是,人们数百年来手捧书本的阅读习惯,并非平面显示器可以轻易取代的。因此,最接近人们阅读习惯的电子纸显示器,以及电子书产品也因此应运而生。
电子纸发展至今,相关技术也多不胜数。目前电子纸包含多种反射型显示(reflective-display)技术,例如粒子显示器(particle display)、液晶显示器(LCD),以及MEMS显示器。粒子显示器包括电激发光显示器(electrochromic display;ECD)以及电泳显示器(electro-phoretic display;EPD),而LCD则包括胆固醇液晶(ChLCD)和专有的双稳态(bistable)扭曲向列(twisted- nematic;TN)LCD等技术。
EPD为主流电子纸技术
EPD便是电泳式电子纸显示器的简称,也是目前占有率最高的主流电子纸技术。根据市场研究机构Display Search的预测,EPD模组将在2013年达到超过30亿美元的市场规模。尤其在彩色电子纸与可挠式(Flexible)电子纸陆续推出后,将因未来电子教科书、电子报纸、电子杂志等多元化的应用,进一步快速成长。目前全球90%以上的电子纸均采用电泳式显示技术,而E-Ink则是全球电泳式显示材料的最大供应商。
另一家市场研究机构iSuppli则预测,包括SONY Reader与Amazon Kindle在内的电子书阅读器市场,四年内将以每年超过105%的速度成长。预估年销量将从2008年的110万台,成长到2012年超过2000万台,其发展前景不容小觑。
取代纸张为最主要应用
Epson电子零件事业群产品企划二部主任工程师吴玉存说,EPD是轻量化的显示器,具可弯曲性、省电、轻巧便携与节能等特色。当然目前行动可携式显示器大行其道,种类非常繁多,而EPD最重要的功能与用途,就是取代纸张。
省电、环保为特色
一般LCD显示器,就算画面静止不动,仍须持续提供背光照明所需电力,而EPD显示器藉由其电子纸双稳态的特性,仅更新画面时需要使用电力,在画面静止时完全不需电力,图文效果依然可以维持。目前更可透过部分更新的功能,透过提供更少的电力,让面板上需更新画面的部分进行更新即可,而达到更节省电力的目的。
适用于替代书报、教科书
至于画面静止不动时,则完全依靠反光来显示文字画面,完全不需要电力的消耗。如此轻便省电的特性,让EPD显示器非常适合用于取代纸张,例如报纸、杂志、教科书等。未来学生使用了EPD教科书,将不必再背着沉重的书本上课,类似的应用也包括一般使用者阅读书报等,非常方便。
另外,也由于EPD主要应用于取代纸张,对于减少纸张用量与树木砍伐等方面,具有重要的环保意义。且减少印制的化学油墨,也可减少对于环境的污染与伤害。
由于EPD显示器特色在于透过光的反射,让使用者能阅读纸上之文字,因此如何让使用者能长时间阅读,而不因反光导致眼睛疲劳影响阅读,将是未来材料研发方面的重点。
Epson电子零件事业群产品企划二部资深行销业务代表李思贤表示,EPD目前主要应用包括标签纸、eBook、随身碟等产品上。例如大卖场中的标签纸,使用电子纸显示将可省去产品更换时所需的人力成本,货架上的商品要更新价格或标示,只要以中央电脑进行更新,透过无线网路传送,货架上的电子标签就立即更新。电子书则是目前较为普及的应用。随身碟则可显示剩余储存容量等资讯,方便使用者了解。此外诸如显示看板、薄型手表、衣服上的资讯显示器、金融卡等,都是EPD未来具有潜力的应用环境。
当然,吴玉存再次强调,EPD显示器并无法与一般的可携式电子显示产品相比拟,其主要的用途还是用于取代纸张、书报与教科书之应用。
结合频宽业者提供多元内容
事实上,EPD目前仍属较为封闭的市场,除了前端的软、硬体设计之外,还需要后端的内容供应者、及系统端业者进行搭配。毕竟EPD装置若缺少了内容,可是一点作用也没有了,因此内容的提供与后端的服务是非常重要的。
李思贤认为,电子纸显示器与目前的手机、Netbook等行动装置相同,部分网路频宽业者,也看准了电子纸的商机,准备与其结合,让使用者能透过无线宽频网路,上网下载书报资料至EPD装置上以供阅读。电子纸的优点在于,一般LCD显示器在日光下无法清晰阅读,但电子纸是透过光线反射来显示图文,其原理和一般使用的纸张是相同的,因此在日光下,使用者更可以清楚的浏览画面。一般行动装置也正是为了使用者在室外移动时方便观看讯息等用途而设计,因此EPD显示器若配合网路频宽业者的无线网路,可让EPD的行动性更高,配合其不怕强光的优势,EPD未来势必也将在行动装置市场上占有一席之地。
当然电子纸的劣势还是在其更新速度上,并无法顺畅观赏动画类的影像画面是其缺点,由于受制于材料本身的限制,因此更新速度目前依然是电子纸的发展瓶颈。
《图一 Epson电子零件事业群产品企划二部资深技术咨询经理林松良(左)、主任工程师吴玉存(中)、资深行销业务代表李思贤(右)》 ![](/art/2009/07/071055470112/p1.gif) |
控制IC活化电子纸功能
E-Ink是目前全球对于电子纸技术具有大量量产经验的厂商,其所专利的Microcapsule技术也能让EPD的显示达到最佳化。而这样的显示技术,控制器扮演了关键角色,因此例如Epson便积极与E-Ink合作,透过Epson在半导体与控制技术方面的优势,包括省电以及对于显示技术方面的著墨,与E-Ink合作开发电子纸显示器控制IC。此显示控制IC,可为使用E-Ink技术之电子纸显示器提供更佳的功能性,如透过无缝式导览技术(seamless navigation)来加快使用者介面、快速跳出下拉/弹出选单、加速游标回应速度及即时键盘输入。该控制IC可使显示器平行执行达16项工作、并支援手写感应笔输入装置,协助使用者在注记各项注解或速写时更得心应手。
对于选择与E-Ink合作,Epson电子零件事业群产品企划二部资深技术咨询经理林松良说明,E-Ink的产品应用与Epson所开发的控制IC,都是应用于需求省电的可携式产品上,应用领域相同。 Epson强项在于半导体晶片设计,E-Ink则专长于显示材料与技术,基于这样的关系,双方合作共同开发了控制IC,提供E-Ink的面板使用。
Epson与E-Ink所开发之EPD控制IC,除了可支援电子纸显示器进行多项如电子式报纸、可携式网页浏览器与工业用平板电脑等新式电子报应用外,更可同时操控多个萤幕区块。未来的任何装置使用此控制晶片,更可提供使用者快速的选单介面、简洁的动态展示、高灰阶层次,及透过打字或以触控方式进行资料的输入。
全彩化电子纸将于2010年Q3成熟
至于电子纸全彩化的市场进度,事实上目前市场上已可看到许多厂商推出的全彩化样品,然而实际进行量产还得搭配彩色控制IC的推出,因此一般咸认为在2010年下半年才是全彩化电子纸推出的成熟时机。而全彩化的电子纸显示器,未来需求也很庞大,例如取代书报杂志、以及学生教科书市场都有很大的应用潜力。
林松良指出,关于全彩化的技术,E-Ink是透过彩色滤光片来显示色彩,至于Sipix则是使用RGB三色的粒子来呈现色彩,技术上完全不同,显示的效果也各有其优点。林松良也认为,电子纸的全彩化技术并非难事,然而万事齐备还需东风,全彩化技术重点除了量产的成本之外,相关的全彩化控制IC是否已经齐备才是关键。目前全彩化控制IC技术还不成熟,加上成本与量产规模等考量,因此全彩化电子纸显示器在2010年下半年才是较有可能上市的时机点。
反射率与可挠性尚须强化
林松良指出,电子纸技术目前尚有改进空间的部分有四大项。第一是反射率。目前电子纸所显示出的白色还不够白,这是因为反射率的关系。因此未来还需要努力改进材质提高反射率,让电子纸的白色更为真实;第二是折曲性需再提升。毕竟电子纸的特点之一就在于其可挠性,目前要能达到纸张般的柔软与弯曲还有一段距离。因此其弯曲性也是材料厂商要积极研究的方向;第三是全彩化。电子纸显示器未来期望能取代纸张之应用,因此全彩化的发展脚步刻不容缓,毕竟原本报章杂志上彩色图片,若只能以单色显示,就减少很多真实性了;第四是大尺寸电子纸的成本需再降低。大尺寸的电子纸才能更为接近报章杂志的视觉效果,但以目前偏高的成本来看,未来如何压低价格将是重点。而透过控制IC,更能协助电子纸的反应速度更快、以及显示的品质更好。
至于市场上有另外一种声音,认为能自发光的OLED将成为电子纸的竞争对手。对此,林松良提出看法认为,OLED目前亟待克服的问题,包括良率不高的问题、量产规模小导致材料成本偏高。当然这些问题目前在电子纸上也同时存在着,但电子纸的优势在于耗电量非常低,而未来两技术间是否出现竞争状况,则还有待未来一段时间的观察了。
《图二 EPD目前包括单色显示、更新速度与价格等问题都还影响了消费者的购买意愿。图为振曜科技所推出的电子书。 》 ![](/art/2009/07/071055470112/p2.gif) |
台湾厂商积极跨足电子纸市场
在台湾的电子纸市场发展方面,近来有更多的台湾面板业投入电子纸市场。例如元太科技并购E-Ink、友达投资Sipix、台达电与日本普利司通(Bridgestone)策略联盟等,预计2009年下半年EPD市场将呈现出货多元的景象。
元太在EPD市场深耕已久
事实上,业界相关厂商早已认为,在显示技术发展到第四波时,能取代纸张的电子纸与电子书将大行其道,这种可挠式的软性显示器也将成为趋势。台湾的元太科技早在三年前便看好此市场,积极投入EPD显示器的开发,至今成为全球第一个,目前也是唯一能量产EPD模组上市的供应商,加上有SONY与亚马逊等两大电子书客户的支持,因此稳居电子纸市场龙头宝座。
目前较知名的电子纸技术则首推E-Ink的Microcapsule技术,该公司技术领先市场上其他竞争对手约2~3年,也是目前唯一能量产的电子纸技术,元太则是过去E- Ink的最大客户,也是唯一使用E-Ink技术的面板厂。元太投入电子纸领域已3年,目前在产品良率、市占率与技术专利等方面,都明显优于竞争对手。
E-Ink自成立以来,即拥有广大的合作伙伴,建立全球电子纸及电子书产业的完整产业链。目前E-Ink也累积大量的发明及专利,其中包括美国境内150个已核准的专利。在国际专业技术协会IEEE Spectrum针对全球专利技术所作的评估中,E-Ink的专利价值在电脑周边与储存(computer peripherals and storage)的分类中为全球第三名。
正由于E-Ink未来的市场发展潜力无穷,元太也在2009年6月以2.15亿美元取得E-Ink全部股权、正式并购E-Ink。据统计,元太并购E-Ink后,在全球电子纸市场占有率达90%。这次并购,是由电子纸显示器中游业者并购上游材料厂商,优势在于可以掌握整体产业供应链。元太在取得E-Ink的专利、技术及人才之后,可望顺利切入电子纸产业最关键的上游材料领域。未来元太不但能有效掌握关键的上游原物料供应,并同时接手E-Ink多年累积的电子纸及软性显示器策略伙伴。合并后的E-Ink仍将提供电子纸材料予整体显示器产业,而母公司元太则将继续投注资金在新技术与新产品的开发与生产上。
友达与Sipix策略合作
另一方面,友达也与Sipix策略合作、以3000万美元价位取得Sipix约31.6%股权后,目前全球电子纸市占率也提高到约10%。友达着手布局电子纸技术,在2009年第一季已开始供应电子标签应用产品,预计第三季包括电子书、电子纸等产品都将量产出货。友达并希望未来能有公信力单位召集台湾电子纸业界的相关厂商,进行产品标准制定,来共同分享商机。
目前友达的电子图书阅读器结合低功耗电子纸和触控萤幕,采用6英吋800x600画素尺寸、解析度167dpi、16灰阶、对比度8:1、27%反射率,具备矽峰成像技术及支援触控技术,非玻璃基板的架构使其电路板具备可挠曲特性。
奇美、台达电也进军电子纸市场
至于奇美电集团旗下的奇信电子,早在一年前便网罗过去元太技术长蔡熊光出任执行副总,成为奇美电跨足电子纸的先锋。而台达电则结合普利司通(Bridgestone)的QR-LPD(快速反应液态粉状显示)技术,跨足电子纸市场,目前已进入认证阶段,也预计在2009年下半年量产出货,抢进电子书、大型电子海报与户外看板市场等。
《图三 工研院影像显示科技中心主任程章林认为,双稳态胆固醇液晶显示器将会是台湾进军软性显示器的一个全新里程碑。 》 ![](/art/2009/07/071055470112/p3.gif) |
胆固醇液晶带来新价值
另外,工研院对于电子纸的技术也有突破性发展。工研院分别采用电、光、热三种模式,进行胆固醇液晶电子纸写入驱动,其中热、光二种模式已可应用于大面积高解析之电子字画。目前已开发出热写入驱动电子字画,写入速度14mm/sec,以电即可清除,解析度超过200dpi,观赏的字画可自由替换。另外也发展光写入驱动,解析度超过300dpi的电子纸,及可应用卷轴式量产制造、超过3公尺的连续式软性液晶电子纸,可发展为数位书画、e-Banner、e-Poster 、情境壁纸、大面积数位看板等创新应用,适合应用于广告、建筑及文化创意产业,带动新商机。
另外,10.4吋单层彩色胆固醇液晶显示器除有弯曲、折叠、轻薄等特点外,亮度也大幅提高,反射率达到25~30%,实物影像呈现具相当真实性,未来可应用于电子菜单等应用。其每页画面更新时间只需3.8秒,远远超越国际大厂已发表的电子书(10秒)。另外以喷墨或分道注入(Pixelized Vacuum Filling;PVF)技术将红、绿、蓝三种胆固醇液晶喷印在画素中,为一单层彩色液晶,厚度及重量也较传统彩色胆固醇液晶显示器大幅减少,具有轻薄、广视角、制程简单之特性。
工研院影像显示科技中心主任程章林解释说,之所以称为胆固醇液晶显示器,其实与医学上的胆固醇并不相同,只是因为它的液晶排列方式,和胆固醇很接近,所以才如此命名。工研院目前已开发完成的全世界最大面积的双稳态(bistable)单色胆固醇液晶显示器,采用连续式卷对卷(Roll to Roll)制程,不但制程速度快,制程长度也不受限制,可用低廉成本制作出大面积的显示器。
程章林指出,过去做TFT LCD显示器,设备与材料大约占生产成本的70%,因为二十年前要发展TFT LCD的时候,台湾厂商并不具备掌握材料的能力,产业价值不在台湾,所以会陷入高产值、低毛利的情况。但双稳态胆固醇液晶显示器的材料,都是台湾厂商能够掌握的,未来真的进入量产,爆发力道应该会比当年的LCD更强。
目前工研院所开发完成的该型显示器,宽度24公分,长度超过300公分,反射率可达30%。程章林认为,双稳态胆固醇液晶显示器将会是台湾进军软性显示器的一个全新里程碑。
结语
本文介绍了电子纸显示器之特色,这种低耗能显示技术,使得电子书、电子式报纸、平板电脑及笔记型电脑副萤幕、电子笔记本及电子辞典等新型态的行动装置应用,未来都有大量采用之趋势。目前电子纸技术蓬勃发展,尽管EPD拔得头筹量产上市,但其他电子纸技术也各拥优势。未来电子纸是否能全面取代书报纸张,仍有待技术问题之克服方可定论。但目前看来,在各家技术良性竞争的情况下,电子纸应用市场将非常值得令人期待。