可撓式顯示器之特色

顯示器的發展趨勢，除了輕薄短小的行動性外，更希望達到大畫面，且影像真實細緻。而可撓曲顯示器的特性，包括適合閱讀、面板也可與建築物結合（作為大型看板之用）、設計彈性非常高，大尺寸可以作為顯示看板、小尺寸可以與隨身配件結合、軍事上可以作為即時戰情地圖。未來可撓性顯示器可望透過連續製程的技術，達到成本的降低與普及。

軟性顯示器之發展

軟性電子泛指將微電子元件製作在軟性可撓式塑膠或薄金屬基板上的技術，其中最具潛力的應用是在顯示器領域，亦即可撓式顯示器。英國Cintelliq公司針對軟性電子產品的預測，2007年到2010年是軟性電子技術發展與量產的關鍵期，估計在2020年全球軟性電子產值將達1000億美元，其中顯示器將佔約200億美元。

電子紙技術

所謂的電子紙（Electronic Paper；e-paper），與一般常見的纖維紙不同，是一種包含許多微小球體（膠囊）的導電高性分子材料，其外表特徵與一般紙類似，具有柔軟度又可重複顯示資料。在電子紙技術之中，微小球體的大小代表顯示器畫素（Pixel）大小，其中微小球體的特色是會受到外在電壓的驅動而改變其狀態。電子紙導電的特色為可受到外界驅動電壓的改變，因此材料需要是電的導體，最後電子紙使用高分子材料是強調其可饒性（flexible）的特色，因此可以像一般紙一樣的撓曲。

最早的電子紙技術是由Xerox的研究人員Nick Sheridon在1970年代所發展，其特色是包含帶電荷的小球，其中球的一面是白色，另一面是黑色，當電場改變時，球會上下轉動，而呈現度不同顏色。第二代的電子紙技術事由Joseph Jacobson在1990年代所發展，其特色是以微膠囊代替傳統的小球，並且在膠囊內填充彩色的油（oil）與帶電荷的白色顆粒，並且經由外在電場的控制將白色顆粒往上或是往下移動，其中當白色顆粒往上（接近閱讀者方向時）則顯色出白色的畫素，當白色顆粒往下時（遠離讀者時）則顯色出黑色色彩。

因此簡單說，在黑白電子紙中，每一畫素由60個微膠囊組成，每個微膠囊中含有帶負電荷的黑色顆粒和帶正電荷的白色顆粒。當需要顯示為黑色的時候，在電極作用下將帶負電荷的黑色顆粒並推向頂部。相反，當要求顯示為白色時，則帶正電荷的白色顆粒被推向頂部。

至於全彩化電子紙技術方面，主要以是否使用彩色濾光片作區分，這與各廠商電子紙技術架構有關。不需使用彩色濾光片即能達到全彩效果的電子紙包括富士通所開發的膽固醇液晶、Sipix的Microcup架構等。這種技術架構在彩色電子紙中，每一個畫素由紅色、綠色、藍色和白色等四種子畫素構成，也因此位於每個畫素下的電晶體需要四次施壓控制電極，這對目前的技術來說是個巨大的挑戰。而需使用彩色濾光片者則包括E-Ink及Bridgestone的電子紙技術。

電子紙的相關研究單位包括Kyushu Univerisity、Philips Electronics、Kent Displays、Ntera、Sony與Fujitsu等。而目前發展可撓性顯示器技術的廠商中，知名者例如E-Ink、Sony、SiPix、Philips、PolyDisplay、Bridgestone、富士通等，其中以E-Ink的技術較具有競爭力，且已有應用產品問市。本文接下來也將詳細介紹E-Ink可撓式顯示技術。

E-ink可撓式顯示器原理

顯色原理

E-Ink公司所研發的可撓性平面顯示器技術中，主要顯示方式是以微膠囊（Micro-capsule）所組成的電子墨水來顯示圖文。其微膠囊架構內包含有兩種顏色，黑色和白色的顯示介質，其中的黑色的顯示介質帶負電，白色的顯示介質帶正電，借由上下電極的改變，造成顯示介質在微膠囊內上下移動，產生黑白灰階顏色變化。微膠囊直徑約200μm，顯示介質之直徑約為5μm，而所有顯示的圖文都是由黑色與白色的顯示介質所構成。作為顯示介質的微膠囊均勻植佈於塑膠基板後，再貼附於製作好電極的透明基板上即可。

顯示方式與應用

E-Ink電子紙技術內所使用的微膠囊包含兩種黑白兩種顏料（因此稱為電子墨水E-Ink），並且內部所承載的為透明的流體，其中微膠囊的上面為透明玻璃，下方為電極。當電極改變時，顏料便會根據電極的正負而向上與向下移動，繼而造成黑與白的顯色。同時選用黑白塗料的好處是會增加其解析度，例如同一個膠囊可以同時受到正與負的電極驅動，也就是說，一個膠囊可以顯示出兩種顏色。由於E-Ink電子紙的基本模組非常簡單，因此該公司強調相關技術可以應用到不同表面材質的載體，包括塑膠、玻璃甚至是織布上。

《圖一　微膠囊（Micro-capsule）架構顯色原理》

E-Ink電子墨水技術說明

• ●電子墨水是在組入電子顯示器的薄膜上進行加工的素材。　





• ●電子墨水主要的組成要素是相當於人體毛髮直徑大的幾百萬個微膠囊。每個微膠囊內部都布滿透明液體，漂浮帶正電荷的白粒子與帶負電荷的黑粒子。





• ●在此，加壓負電場，使白粒子往微膠囊上方移動，微膠囊的表面就呈現白色。而黑粒子被逆電場吸引到微膠囊的底部，消失不見。





• ●如果將這個理論顛倒，黑粒子出現在微膠囊的上方，微膠囊的表面就變黑了。

TFT結構

E-ink的TFT結構使用不銹鋼為基板，在表面形成絕緣鈍化膜（passivation），a-Si TFT採用back channel etch結構，gate metal與source/drain metal是用熱蒸鍍技術成膜，a-Si與n+a-Si 層、SiN層則是用複室型（multi chamber）電漿輔助化學氣相沈積成膜，SiN長膜時使用SH4與SH4混合氣體。

E-Ink電子紙特性

E-ink的電子紙反射率是液晶顯示器的6倍，對比是液晶顯示器的2倍、報紙的2倍，由此相當適合閱讀。此外，其雙穩態（bistable）特性，更新畫面時才需消耗電力，故耗電量很低。

由於E-ink是採用圓球狀的微膠囊為顯示物質，其反射光線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線，因此可達到幾近於180度的視角。E-ink的電子紙厚度也相當薄，一般TFT LCD厚度約為2mm，初期的E-ink電子紙厚度約0.9mm，目前已可達到0.3mm。

《圖二　可撓式電子墨水之TFT結構》

電子紙技術多元化發展將是趨勢

電子紙較為人知的應用包括電子書、電子辭典等，但市場並未見到爆發性成長。但軟性顯示器未來預期仍將有巨大發展潛力，並朝更多元化應用發展，包括金融卡、手錶、IC卡、廣告看板、賣場庫存及價格標籤、公共場所顯示器等，都是極看好的應用領域。

至於在電子書、電子辭典、手錶、公共顯示器等應用上，由於LCD價格持續下滑，影像品質也大幅進步，電子紙要與其，仍需看彩色化技術能否達到消費者期望，以及業者是否具低成本量產能力等，才能決定電子紙在這些商用化領域的成敗。否則，電子紙仍將以取代紙張為主要用途。

朝彩色化與大型化發展

目前電子紙的應用尚侷限於中小型產品，大型產品多為黑白單色形態，對於大型應用需求及多色表現。隨中型尺寸彩色電子紙應用試作成功，在彩色化及大型化應用方面，已向前跨進一步，加上可撓式技術進展帶動捲軸式數位閱讀器產品的誕生，更增加電子紙未來應用空間。

電子紙具有省電、輕薄、可彎曲的優點，可實現可攜式電子產品行動顯示的目標。電子紙發展從智慧卡、電子標籤，到電子書、手機，未來將應用於筆記型電腦、車用顯示器、甚至賣場看板，即朝大型化發展；技術方面，也將由不可撓基板演進為可撓式基板，顏色也由單色朝彩色化發展。

《圖三　電子墨水顯色示意圖》

全彩、可撓、Roll to Roll是發展目標

電子紙初期產品規格多以單色為主，且主要以玻璃材質為基板。目前電子紙廠商已開始思考擴大應用領域及降低成本，方式則是朝向全彩化、可撓化、連續捲軸式（Roll to Roll）製程等方向發展。

可撓式特色是電子紙的主要特點。廠商開發可撓式電子紙面板主要採用了塑膠、金屬薄膜基板。可撓式電子紙可達到彎曲、摺疊的功能，且產品耐衝擊性也比使用玻璃基板的其它顯示器好。

此外，可撓式基板的另一好處是可使用Roll to Roll製程，此製程在電子紙未來大量生產時，不僅可提高量產性，且對於降低電子紙成本亦有所幫助。

多樣化發展為關鍵

主流的LCD顯示技術在經過三次成長高峰後，目前在NB、Monitor、TV等三大應用市場已呈現飽和狀態。但也由於LCD技術尚存在需使用背光模組、高耗電量、重量重、易造成眼睛疲勞等缺點，故部分應用市場包括小型可攜式產品、手錶、電子報紙、可捲曲式螢幕等領域都還未導入LCD技術。

三星電子曾提出「Anytime、Anywhere、Anysize」為顯示技術發展的三大方向，以期能為顯示器產業創造下一波成長動能。目前主流的LCD顯示技術，雖尺寸已涵蓋1吋至108吋應用範圍，但其重量與體積仍無法令人滿足，用於NB產品上的耗電量更是為人詬病，不符合Anytime、Anywhere之條件。因此，電子紙顯示技術在這樣的條件下，其發展前景更值得期待。

元太購併E-Ink有助於E-Ink技術持續寡佔電子紙市場

元太科技於2009年6月1日，以2.15億美元（約新台幣70億元）併購E-Ink，取得其全部股權、關鍵技術及專利，整個購併時程將於2009年10月底前完成。未來元太及其位於南韓的子公司Hydis，在其TFT產線將持續提升電子紙顯示器的產能比重。

元太併購E-Ink後，從前段電子墨水技術，到後段電子紙顯示器組裝供應鏈等都將一手掌握，將有效提升成本效益及競爭力。至於開發其他電子紙顯示技術如微杯式（Micro-cup）或電子粉流體式（Liquid Powder Display；LPD）的廠商，對於控制IC等關鍵零組件技術仍有待突破，預計最快須至2009年Q4才可導入電子書閱讀器的面板供應鏈。這些技術要能趕上E-Ink，需儘速達到穩定量產水準，以及在價格、品質、終端廠商關心的觸控面板、可撓式面板及彩色電子紙等技術上加緊研發進度。

2008年全球受金融海嘯肆虐，但由於全球僅元太有能力量產以E-Ink技術為主的電子紙顯示器，因此電子書閱讀器市場仍有供不應求的狀況。目前元太的電子紙顯示器營收佔其整體營收比重超過五成。在市場大環境不佳、與節能減碳風潮之下，電子紙顯示器似乎成為顯示市場勝出的絕佳選擇之一。

目前與E-Ink合作的廠商紛紛導入電子紙顯示器量產。而部分廠商也選擇和其他電子紙技術合作，如SiPix開發的Micro-cup電子紙技術、普利司通（Bridgestone）開發的LPD（Liquid Powder Display）技術、及膽固醇液晶（Cholesteric Liquid Crystal）等技術，未來電子紙市場將有更多選擇。

結語

1999年的舊金山全美出版業會議中，微軟技術發展部門副總裁Brass便預測，十年後數位出版的書籍將超過傳統印刷書籍，2018年甚至將完全被電子書所取代。儘管電子紙顯示器的前景十分被看好，然而電子紙在技術上仍有許多進步空間，包括反應時間與全彩化技術等。未來在製程技術更進後，可望有效降低製造成本、增加良率，使該技術更為普及。