可挠式显示器之特色

显示器的发展趋势，除了轻薄短小的行动性外，更希望达到大画面，且影像真实细致。而可挠曲显示器的特性，包括适合阅读、面板也可与建筑物结合（作为大型广告牌之用）、设计弹性非常高，大尺寸可以作为显示广告牌、小尺寸可以与随身配件结合、军事上可以作为实时战情地图。未来可挠性显示器可望透过连续制程的技术，达到成本的降低与普及。

软性显示器之发展

软性电子泛指将微电子组件制作在软性可挠式塑料或薄金属基板上的技术，其中最具潜力的应用是在显示器领域，亦即可挠式显示器。英国Cintelliq公司针对软性电子产品的预测，2007年到2010年是软性电子技术发展与量产的关键期，估计在2020年全球软性电子产值将达1000亿美元，其中显示器将占约200亿美元。

电子纸技术

所谓的电子纸（Electronic Paper；e-paper），与一般常见的纤维纸不同，是一种包含许多微小球体（胶囊）的导电高性分子材料，其外表特征与一般纸类似，具有柔软度又可重复显示数据。在电子纸技术之中，微小球体的大小代表显示器画素（Pixel）大小，其中微小球体的特色是会受到外在电压的驱动而改变其状态。电子纸导电的特色为可受到外界驱动电压的改变，因此材料需要是电的导体，最后电子纸使用高分子材料是强调其可饶性（flexible）的特色，因此可以像一般纸一样的挠曲。

最早的电子纸技术是由Xerox的研究人员Nick Sheridon在1970年代所发展，其特色是包含带电荷的小球，其中球的一面是白色，另一面是黑色，当电场改变时，球会上下转动，而呈现度不同颜色。第二代的电子纸技术事由Joseph Jacobson在1990年代所发展，其特色是以微胶囊代替传统的小球，并且在胶囊内填充彩色的油（oil）与带电荷的白色颗粒，并且经由外在电场的控制将白色颗粒往上或是往下移动，其中当白色颗粒往上（接近阅读者方向时）则显色出白色的画素，当白色颗粒往下时（远离读者时）则显色出黑色色彩。

因此简单说，在黑白电子纸中，每一画素由60个微胶囊组成，每个微胶囊中含有带负电荷的黑色颗粒和带正电荷的白色颗粒。当需要显示为黑色的时候，在电极作用下将带负电荷的黑色颗粒并推向顶部。相反，当要求显示为白色时，则带正电荷的白色颗粒被推向顶部。

至于全彩化电子纸技术方面，主要以是否使用彩色滤光片作区分，这与各厂商电子纸技术架构有关。不需使用彩色滤光片即能达到全彩效果的电子纸包括富士通所开发的胆固醇液晶、Sipix的Microcup架构等。这种技术架构在彩色电子纸中，每一个画素由红色、绿色、蓝色和白色等四种子画素构成，也因此位于每个画素下的晶体管需要四次施压控制电极，这对目前的技术来说是个巨大的挑战。而需使用彩色滤光片者则包括E-Ink及Bridgestone的电子纸技术。

电子纸的相关研究单位包括Kyushu Univerisity、Philips Electronics、Kent Displays、Ntera、Sony与Fujitsu等。而目前发展可挠性显示器技术的厂商中，知名者例如E-Ink、Sony、SiPix、Philips、PolyDisplay、Bridgestone、富士通等，其中以E-Ink的技术较具有竞争力，且已有应用产品问市。本文接下来也将详细介绍E-Ink可挠式显示技术。

E-ink可挠式显示器原理

显色原理

E-Ink公司所研发的可挠性平面显示器技术中，主要显示方式是以微胶囊（Micro-capsule）所组成的电子墨水来显示图文。其微胶囊架构内包含有两种颜色，黑色和白色的显示介质，其中的黑色的显示介质带负电，白色的显示介质带正电，借由上下电极的改变，造成显示介质在微胶囊内上下移动，产生黑白灰阶颜色变化。微胶囊直径约200μm，显示介质之直径约为5μm，而所有显示的图文都是由黑色与白色的显示介质所构成。作为显示介质的微胶囊均匀植布于塑料基板后，再贴附于制作好电极的透明基板上即可。

显示方式与应用

E-Ink电子纸技术内所使用的微胶囊包含两种黑白两种颜料（因此称为电子墨水E-Ink），并且内部所承载的为透明的流体，其中微胶囊的上面为透明玻璃，下方为电极。当电极改变时，颜料便会根据电极的正负而向上与向下移动，继而造成黑与白的显色。同时选用黑白涂料的好处是会增加其分辨率，例如同一个胶囊可以同时受到正与负的电极驱动，也就是说，一个胶囊可以显示出两种颜色。由于E-Ink电子纸的基本模块非常简单，因此该公司强调相关技术可以应用到不同表面材质的载体，包括塑料、玻璃甚至是织布上。

《图一 微胶囊（Micro-capsule）架构显色原理》

E-Ink电子墨水技术说明

• ●电子墨水是在组入电子显示器的薄膜上进行加工的素材。





• ●电子墨水主要的组成要素是相当于人体毛发直径大的几百万个微胶囊。每个微胶囊内部都布满透明液体，漂浮带正电荷的白粒子与带负电荷的黑粒子。





• ●在此，加压负电场，使白粒子往微胶囊上方移动，微胶囊的表面就呈现白色。而黑粒子被逆电场吸引到微胶囊的底部，消失不见。





• ●如果将这个理论颠倒，黑粒子出现在微胶囊的上方，微胶囊的表面就变黑了。

TFT结构

E-ink的TFT结构使用不锈钢为基板，在表面形成绝缘钝化膜（passivation），a-Si TFT采用back channel etch结构，gate metal与source/drain metal是用热蒸镀技术成膜，a-Si与n+a-Si 层、SiN层则是用复室型（multi chamber）电浆辅助化学气相沈积成膜，SiN长膜时使用SH4与SH4混合气体。

E-Ink电子纸特性

E-ink的电子纸反射率是液晶显示器的6倍，对比是液晶显示器的2倍、报纸的2倍，由此相当适合阅读。此外，其双稳态（bistable）特性，更新画面时才需消耗电力，故耗电量很低。

由于E-ink是采用圆球状的微胶囊为显示物质，其反射光线可以反射到不同的角度，眼睛可以在不同的角度接收到反射光线，因此可达到几近于180度的视角。E-ink的电子纸厚度也相当薄，一般TFT LCD厚度约为2mm，初期的E-ink电子纸厚度约0.9mm，目前已可达到0.3mm。

《图二 可挠式电子墨水之TFT结构》

电子纸技术多元化发展将是趋势

电子纸较为人知的应用包括电子书、电子辞典等，但市场并未见到爆发性成长。但软性显示器未来预期仍将有巨大发展潜力，并朝更多元化应用发展，包括金融卡、手表、IC卡、广告广告牌、卖场库存及价格卷标、公共场所显示器等，都是极看好的应用领域。

至于在电子书、电子辞典、手表、公共显示器等应用上，由于LCD价格持续下滑，影像质量也大幅进步，电子纸要与其，仍需看彩色化技术能否达到消费者期望，以及业者是否具低成本量产能力等，才能决定电子纸在这些商用化领域的成败。否则，电子纸仍将以取代纸张为主要用途。

朝彩色化与大型化发展

目前电子纸的应用尚局限于中小型产品，大型产品多为黑白单色形态，对于大型应用需求及多色表现。随中型尺寸彩色电子纸应用试作成功，在彩色化及大型化应用方面，已向前跨进一步，加上可挠式技术进展带动滚动条式数字阅读器产品的诞生，更增加电子纸未来应用空间。

电子纸具有省电、轻薄、可弯曲的优点，可实现可携式电子产品行动显示的目标。电子纸发展从智能卡、电子卷标，到电子书、手机，未来将应用于笔记本电脑、车用显示器、甚至卖场广告牌，即朝大型化发展；技术方面，也将由不可挠基板演进为可挠式基板，颜色也由单色朝彩色化发展。

《图三 电子墨水显色示意图》

全彩、可挠、Roll to Roll是发展目标

电子纸初期产品规格多以单色为主，且主要以玻璃材质为基板。目前电子纸厂商已开始思考扩大应用领域及降低成本，方式则是朝向全彩化、可挠化、连续滚动条式（Roll to Roll）制程等方向发展。

可挠式特色是电子纸的主要特点。厂商开发可挠式电子纸面板主要采用了塑料、金属薄膜基板。可挠式电子纸可达到弯曲、折迭的功能，且产品耐冲击性也比使用玻璃基板的其它显示器好。

此外，可挠式基板的另一好处是可使用Roll to Roll制程，此制程在电子纸未来大量生产时，不仅可提高量产性，且对于降低电子纸成本亦有所帮助。

多样化发展为关键

主流的LCD显示技术在经过三次成长高峰后，目前在NB、Monitor、TV等三大应用市场已呈现饱和状态。但也由于LCD技术尚存在需使用背光模块、高耗电量、重量重、易造成眼睛疲劳等缺点，故部分应用市场包括小型可携式产品、手表、电子报纸、可卷曲式屏幕等领域都还未导入LCD技术。

三星电子曾提出「Anytime、Anywhere、Anysize」为显示技术发展的三大方向，以期能为显示器产业创造下一波成长动能。目前主流的LCD显示技术，虽尺寸已涵盖1吋至108吋应用范围，但其重量与体积仍无法令人满足，用于NB产品上的耗电量更是为人诟病，不符合Anytime、Anywhere之条件。因此，电子纸显示技术在这样的条件下，其发展前景更值得期待。

元太购并E-Ink有助于E-Ink技术持续寡占电子纸市场

元太科技于2009年6月1日，以2.15亿美元（约新台币70亿元）并购E-Ink，取得其全部股权、关键技术及专利，整个购并时程将于2009年10月底前完成。未来元太及其位于南韩的子公司Hydis，在其TFT产线将持续提升电子纸显示器的产能比重。

元太并购E-Ink后，从前段电子墨水技术，到后段电子纸显示器组装供应链等都将一手掌握，将有效提升成本效益及竞争力。至于开发其他电子纸显示技术如微杯式（Micro-cup）或电子粉流体式（Liquid Powder Display；LPD）的厂商，对于控制IC等关键零组件技术仍有待突破，预计最快须至2009年Q4才可导入电子书阅读器的面板供应链。这些技术要能赶上E-Ink，需尽速达到稳定量产水平，以及在价格、质量、终端厂商关心的触控面板、可挠式面板及彩色电子纸等技术上加紧研发进度。

2008年全球受金融海啸肆虐，但由于全球仅元太有能力量产以E-Ink技术为主的电子纸显示器，因此电子书阅读器市场仍有供不应求的状况。目前元太的电子纸显示器营收占其整体营收比重超过五成。在市场大环境不佳、与节能减碳风潮之下，电子纸显示器似乎成为显示市场胜出的绝佳选择之一。

目前与E-Ink合作的厂商纷纷导入电子纸显示器量产。而部分厂商也选择和其他电子纸技术合作，如SiPix开发的Micro-cup电子纸技术、普利司通（Bridgestone）开发的LPD（Liquid Powder Display）技术、及胆固醇液晶（Cholesteric Liquid Crystal）等技术，未来电子纸市场将有更多选择。

《图五 DNLA 1.0/1.5版订立的装置角色及类别。》 - BigPic:938x420

目前与E-Ink合作的厂商纷纷导入电子纸显示器量产。而部分厂商也选择和其他电子纸技术合作，如SiPix开发的Micro-cup电子纸技术、普利司通（Bridgestone）开发的LPD（Liquid Powder Display）技术、及胆固醇液晶（Cholesteric Liquid Crystal）等技术，未来电子纸市场将有更多选择。