電子產品日漸普及,讓使用者獲取資訊的媒介,從書本逐漸轉移至平面顯示器上,包括電腦及各類可攜式產品的顯示介面。只是,人們數百年來手捧書本的閱讀習慣,並非平面顯示器可以輕易取代的。因此,最接近人們閱讀習慣的電子紙顯示器,以及電子書產品也因此應運而生。
電子紙發展至今,相關技術也多不勝數。目前電子紙包含多種反射型顯示(reflective-display)技術,例如粒子顯示器(particle display)、液晶顯示器(LCD),以及MEMS顯示器。粒子顯示器包括電激發光顯示器(electrochromic display;ECD)以及電泳顯示器(electro-phoretic display;EPD),而LCD則包括膽固醇液晶(ChLCD)和專有的雙穩態(bistable)扭曲向列(twisted-nematic;TN)LCD等技術。
EPD為主流電子紙技術
EPD便是電泳式電子紙顯示器的簡稱,也是目前佔有率最高的主流電子紙技術。根據市場研究機構Display Search的預測,EPD模組將在2013年達到超過30億美元的市場規模。尤其在彩色電子紙與可撓式(Flexible)電子紙陸續推出後,將因未來電子教科書、電子報紙、電子雜誌等多元化的應用,進一步快速成長。目前全球90%以上的電子紙均採用電泳式顯示技術,而E-Ink則是全球電泳式顯示材料的最大供應商。
另一家市場研究機構iSuppli則預測,包括SONY Reader與Amazon Kindle在內的電子書閱讀器市場,四年內將以每年超過105%的速度成長。預估年銷量將從2008年的110萬台,成長到2012年超過2000萬台,其發展前景不容小覷。
取代紙張為最主要應用
Epson電子零件事業群產品企劃二部主任工程師吳玉存說,EPD是輕量化的顯示器,具可彎曲性、省電、輕巧便攜與節能等特色。當然目前行動可攜式顯示器大行其道,種類非常繁多,而EPD最重要的功能與用途,就是取代紙張。
省電、環保為特色
一般LCD顯示器,就算畫面靜止不動,仍須持續提供背光照明所需電力,而EPD顯示器藉由其電子紙雙穩態的特性,僅更新畫面時需要使用電力,在畫面靜止時完全不需電力,圖文效果依然可以維持。目前更可透過部分更新的功能,透過提供更少的電力,讓面板上需更新畫面的部分進行更新即可,而達到更節省電力的目的。
適用於替代書報、教科書
至於畫面靜止不動時,則完全依靠反光來顯示文字畫面,完全不需要電力的消耗。如此輕便省電的特性,讓EPD顯示器非常適合用於取代紙張,例如報紙、雜誌、教科書等。未來學生使用了EPD教科書,將不必再背著沈重的書本上課,類似的應用也包括一般使用者閱讀書報等,非常方便。
另外,也由於EPD主要應用於取代紙張,對於減少紙張用量與樹木砍伐等方面,具有重要的環保意義。且減少印製的化學油墨,也可減少對於環境的污染與傷害。
由於EPD顯示器特色在於透過光的反射,讓使用者能閱讀紙上之文字,因此如何讓使用者能長時間閱讀,而不因反光導致眼睛疲勞影響閱讀,將是未來材料研發方面的重點。
Epson電子零件事業群產品企劃二部資深行銷業務代表李思賢表示,EPD目前主要應用包括標籤紙、eBook、隨身碟等產品上。例如大賣場中的標籤紙,使用電子紙顯示將可省去產品更換時所需的人力成本,貨架上的商品要更新價格或標示,只要以中央電腦進行更新,透過無線網路傳送,貨架上的電子標籤就立即更新。電子書則是目前較為普及的應用。隨身碟則可顯示剩餘儲存容量等資訊,方便使用者了解。此外諸如顯示看板、薄型手錶、衣服上的資訊顯示器、金融卡等,都是EPD未來具有潛力的應用環境。
當然,吳玉存再次強調,EPD顯示器並無法與一般的可攜式電子顯示產品相比擬,其主要的用途還是用於取代紙張、書報與教科書之應用。
結合頻寬業者提供多元內容
事實上,EPD目前仍屬較為封閉的市場,除了前端的軟、硬體設計之外,還需要後端的內容供應者、及系統端業者進行搭配。畢竟EPD裝置若缺少了內容,可是一點作用也沒有了,因此內容的提供與後端的服務是非常重要的。
李思賢認為,電子紙顯示器與目前的手機、Netbook等行動裝置相同,部分網路頻寬業者,也看準了電子紙的商機,準備與其結合,讓使用者能透過無線寬頻網路,上網下載書報資料至EPD裝置上以供閱讀。電子紙的優點在於,一般LCD顯示器在日光下無法清晰閱讀,但電子紙是透過光線反射來顯示圖文,其原理和一般使用的紙張是相同的,因此在日光下,使用者更可以清楚的瀏覽畫面。一般行動裝置也正是為了使用者在室外移動時方便觀看訊息等用途而設計,因此EPD顯示器若配合網路頻寬業者的無線網路,可讓EPD的行動性更高,配合其不怕強光的優勢,EPD未來勢必也將在行動裝置市場上佔有一席之地。
當然電子紙的劣勢還是在其更新速度上,並無法順暢觀賞動畫類的影像畫面是其缺點,由於受制於材料本身的限制,因此更新速度目前依然是電子紙的發展瓶頸。
《圖一 Epson電子零件事業群產品企劃二部資深技術諮詢經理林松良(左)、主任工程師吳玉存(中)、資深行銷業務代表李思賢(右)》 |
控制IC活化電子紙功能
E-Ink是目前全球對於電子紙技術具有大量量產經驗的廠商,其所專利的Microcapsule技術也能讓EPD的顯示達到最佳化。而這樣的顯示技術,控制器扮演了關鍵角色,因此例如Epson便積極與E-Ink合作,透過Epson在半導體與控制技術方面的優勢,包括省電以及對於顯示技術方面的著墨,與E-Ink合作開發電子紙顯示器控制IC。此顯示控制IC,可為使用E-Ink技術之電子紙顯示器提供更佳的功能性,如透過無縫式導覽技術(seamless navigation)來加快使用者介面、快速跳出下拉/彈出選單、加速游標回應速度及即時鍵盤輸入。該控制IC可使顯示器平行執行達16項工作、並支援手寫感應筆輸入裝置,協助使用者在註記各項註解或速寫時更得心應手。
對於選擇與E-Ink合作,Epson電子零件事業群產品企劃二部資深技術諮詢經理林松良說明,E-Ink的產品應用與Epson所開發的控制IC,都是應用於需求省電的可攜式產品上,應用領域相同。Epson強項在於半導體晶片設計,E-Ink則專長於顯示材料與技術,基於這樣的關係,雙方合作共同開發了控制IC,提供E-Ink的面板使用。
Epson與E-Ink所開發之EPD控制IC,除了可支援電子紙顯示器進行多項如電子式報紙、可攜式網頁瀏覽器與工業用平板電腦等新式電子報應用外,更可同時操控多個螢幕區塊。未來的任何裝置使用此控制晶片,更可提供使用者快速的選單介面、簡潔的動態展示、高灰階層次,及透過打字或以觸控方式進行資料的輸入。
全彩化電子紙將於2010年Q3成熟
至於電子紙全彩化的市場進度,事實上目前市場上已可看到許多廠商推出的全彩化樣品,然而實際進行量產還得搭配彩色控制IC的推出,因此一般咸認為在2010年下半年才是全彩化電子紙推出的成熟時機。而全彩化的電子紙顯示器,未來需求也很龐大,例如取代書報雜誌、以及學生教科書市場都有很大的應用潛力。
林松良指出,關於全彩化的技術,E-Ink是透過彩色濾光片來顯示色彩,至於Sipix則是使用RGB三色的粒子來呈現色彩,技術上完全不同,顯示的效果也各有其優點。林松良也認為,電子紙的全彩化技術並非難事,然而萬事齊備還需東風,全彩化技術重點除了量產的成本之外,相關的全彩化控制IC是否已經齊備才是關鍵。目前全彩化控制IC技術還不成熟,加上成本與量產規模等考量,因此全彩化電子紙顯示器在2010年下半年才是較有可能上市的時機點。
反射率與可撓性尚須強化
林松良指出,電子紙技術目前尚有改進空間的部分有四大項。第一是反射率。目前電子紙所顯示出的白色還不夠白,這是因為反射率的關係。因此未來還需要努力改進材質提高反射率,讓電子紙的白色更為真實;第二是折曲性需再提升。畢竟電子紙的特點之一就在於其可撓性,目前要能達到紙張般的柔軟與彎曲還有一段距離。因此其彎曲性也是材料廠商要積極研究的方向;第三是全彩化。電子紙顯示器未來期望能取代紙張之應用,因此全彩化的發展腳步刻不容緩,畢竟原本報章雜誌上彩色圖片,若只能以單色顯示,就減少很多真實性了;第四是大尺寸電子紙的成本需再降低。大尺寸的電子紙才能更為接近報章雜誌的視覺效果,但以目前偏高的成本來看,未來如何壓低價格將是重點。而透過控制IC,更能協助電子紙的反應速度更快、以及顯示的品質更好。
至於市場上有另外一種聲音,認為能自發光的OLED將成為電子紙的競爭對手。對此,林松良提出看法認為,OLED目前亟待克服的問題,包括良率不高的問題、量產規模小導致材料成本偏高。當然這些問題目前在電子紙上也同時存在著,但電子紙的優勢在於耗電量非常低,而未來兩技術間是否出現競爭狀況,則還有待未來一段時間的觀察了。
《圖二 EPD目前包括單色顯示、更新速度與價格等問題都還影響了消費者的購買意願。圖為振曜科技所推出的電子書。》 |
台灣廠商積極跨足電子紙市場
在台灣的電子紙市場發展方面,近來有更多的台灣面板業投入電子紙市場。例如元太科技併購E-Ink、友達投資Sipix、台達電與日本普利司通(Bridgestone)策略聯盟等,預計2009年下半年EPD市場將呈現出貨多元的景象。
元太在EPD市場深耕已久
事實上,業界相關廠商早已認為,在顯示技術發展到第四波時,能取代紙張的電子紙與電子書將大行其道,這種可撓式的軟性顯示器也將成為趨勢。台灣的元太科技早在三年前便看好此市場,積極投入EPD顯示器的開發,至今成為全球第一個,目前也是唯一能量產EPD模組上市的供應商,加上有SONY與亞馬遜等兩大電子書客戶的支持,因此穩居電子紙市場龍頭寶座。
目前較知名的電子紙技術則首推E-Ink的Microcapsule技術,該公司技術領先市場上其他競爭對手約2~3年,也是目前唯一能量產的電子紙技術,元太則是過去E-Ink的最大客戶,也是唯一使用E-Ink技術的面板廠。元太投入電子紙領域已3年,目前在產品良率、市佔率與技術專利等方面,都明顯優於競爭對手。
E-Ink自成立以來,即擁有廣大的合作夥伴,建立全球電子紙及電子書產業的完整產業鏈。目前E-Ink也累積大量的發明及專利,其中包括美國境內150個已核准的專利。在國際專業技術協會IEEE Spectrum針對全球專利技術所作的評估中,E-Ink的專利價值在電腦周邊與儲存(computer peripherals and storage)的分類中為全球第三名。
正由於E-Ink未來的市場發展潛力無窮,元太也在2009年6月以2.15億美元取得E-Ink全部股權、正式併購E-Ink。據統計,元太併購E-Ink後,在全球電子紙市場占有率達90%。這次併購,是由電子紙顯示器中游業者併購上游材料廠商,優勢在於可以掌握整體產業供應鏈。元太在取得E-Ink的專利、技術及人才之後,可望順利切入電子紙產業最關鍵的上游材料領域。未來元太不但能有效掌握關鍵的上游原物料供應,並同時接手E-Ink多年累積的電子紙及軟性顯示器策略伙伴。合併後的E-Ink仍將提供電子紙材料予整體顯示器產業,而母公司元太則將繼續投注資金在新技術與新產品的開發與生產上。
友達與Sipix策略合作
另一方面,友達也與Sipix策略合作、以3000萬美元價位取得Sipix約31.6%股權後,目前全球電子紙市佔率也提高到約10%。友達著手佈局電子紙技術,在2009年第一季已開始供應電子標籤應用產品,預計第三季包括電子書、電子紙等產品都將量產出貨。友達並希望未來能有公信力單位召集台灣電子紙業界的相關廠商,進行產品標準制定,來共同分享商機。
目前友達的電子圖書閱讀器結合低功耗電子紙和觸控螢幕,採用6英吋800x600畫素尺寸、解析度167dpi、16灰階、對比度8:1、27%反射率,具備矽峰成像技術及支援觸控技術,非玻璃基板的架構使其電路板具備可撓曲特性。
奇美、台達電也進軍電子紙市場
至於奇美電集團旗下的奇信電子,早在一年前便網羅過去元太技術長蔡熊光出任執行副總,成為奇美電跨足電子紙的先鋒。而台達電則結合普利司通(Bridgestone)的QR-LPD(快速反應液態粉狀顯示)技術,跨足電子紙市場,目前已進入認證階段,也預計在2009年下半年量產出貨,搶進電子書、大型電子海報與戶外看板市場等。
《圖三 工研院影像顯示科技中心主任程章林認為,雙穩態膽固醇液晶顯示器將會是台灣進軍軟性顯示器的一個全新里程碑。》 |
膽固醇液晶帶來新價值
另外,工研院對於電子紙的技術也有突破性發展。工研院分別採用電、光、熱三種模式,進行膽固醇液晶電子紙寫入驅動,其中熱、光二種模式已可應用於大面積高解析之電子字畫。目前已開發出熱寫入驅動電子字畫,寫入速度14mm/sec,以電即可清除,解析度超過200dpi,觀賞的字畫可自由替換。另外也發展光寫入驅動,解析度超過300dpi的電子紙,及可應用捲軸式量產製造、超過3公尺的連續式軟性液晶電子紙,可發展為數位書畫、e-Banner、e-Poster、情境壁紙、大面積數位看板等創新應用,適合應用於廣告、建築及文化創意產業,帶動新商機。
另外,10.4吋單層彩色膽固醇液晶顯示器除有彎曲、折疊、輕薄等特點外,亮度也大幅提高,反射率達到25~30%,實物影像呈現具相當真實性,未來可應用於電子菜單等應用。其每頁畫面更新時間只需3.8秒,遠遠超越國際大廠已發表的電子書(10秒)。另外以噴墨或分道注入(Pixelized Vacuum Filling;PVF)技術將紅、綠、藍三種膽固醇液晶噴印在畫素中,為一單層彩色液晶,厚度及重量也較傳統彩色膽固醇液晶顯示器大幅減少,具有輕薄、廣視角、製程簡單之特性。
工研院影像顯示科技中心主任程章林解釋說,之所以稱為膽固醇液晶顯示器,其實與醫學上的膽固醇並不相同,只是因為它的液晶排列方式,和膽固醇很接近,所以才如此命名。工研院目前已開發完成的全世界最大面積的雙穩態(bistable)單色膽固醇液晶顯示器,採用連續式卷對卷(Roll to Roll)製程,不但製程速度快,製程長度也不受限制,可用低廉成本製作出大面積的顯示器。
程章林指出,過去做TFT LCD顯示器,設備與材料大約占生產成本的70%,因為二十年前要發展TFT LCD的時候,台灣廠商並不具備掌握材料的能力,產業價值不在台灣,所以會陷入高產值、低毛利的情況。但雙穩態膽固醇液晶顯示器的材料,都是台灣廠商能夠掌握的,未來真的進入量產,爆發力道應該會比當年的LCD更強。
目前工研院所開發完成的該型顯示器,寬度24公分,長度超過300公分,反射率可達30%。程章林認為,雙穩態膽固醇液晶顯示器將會是台灣進軍軟性顯示器的一個全新里程碑。
結語
本文介紹了電子紙顯示器之特色,這種低耗能顯示技術,使得電子書、電子式報紙、平板電腦及筆記型電腦副螢幕、電子筆記本及電子辭典等新型態的行動裝置應用,未來都有大量採用之趨勢。目前電子紙技術蓬勃發展,儘管EPD拔得頭籌量產上市,但其他電子紙技術也各擁優勢。未來電子紙是否能全面取代書報紙張,仍有待技術問題之克服方可定論。但目前看來,在各家技術良性競爭的情況下,電子紙應用市場將非常值得令人期待。