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開創多元應用 電子紙站穩軟性顯示市場
從單色邁向全彩,從平面走向立體

【作者: 籃貫銘】   2020年10月07日 星期三

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儘管AMOLED也具備軟性顯示的能力,但其高居不下的成本與全彩顯示的特性,限縮了它的發展。放眼當前的軟性顯示市場,電子紙成了一枝獨秀的解決方案。


時至今日,能夠擁有足夠商用實力的軟性顯示技術,大概就只剩下電子紙(ePaper)了。儘管AMOLED也具備軟性顯示的能力,但其高居不下的成本與全彩顯示的特性,因此限縮了它的發展。所以放眼當前的軟性顯示市場,電子紙成了一枝獨秀的解決方案。



圖一 : E Ink與美國麻薩諸塞灣交通局合作電子紙公共交通應用。(source:E ink)
圖一 : E Ink與美國麻薩諸塞灣交通局合作電子紙公共交通應用。(source:E ink)

在這個時代,單純用來顯示的產品,就只剩下大尺寸的電視和公共空間的顯示器,其他的顯示應用多數都需要同時具備「操作介面」的功能,特別是消費性電子產品,他們都需要結合觸控,來做為系統操作的介面。也因此,在設計上就更加複雜,同時也更不易往「軟性」的方向發展。


基於這些因素,主流的顯示技術例如TFT-LCD和AMOLED,在軟性技術上的發展力道就明顯減弱許多,因為沒有足夠的商業誘因來支持。即便是去年推出的可折疊AMOLED手機,在價格居高不下的情況下,發展也是有限。


反射式+低功耗 更具軟式顯示優勢

至於電子紙,由於先天基礎成像技術的限制,使其較難提供全彩和高解析的顯示品質,但卻也因此更能專注在訊息提供(Information Providing)的面向上。所以像是電子書、電子標籤、電子海報,甚至是住宅和公共空間的裝置與布置,就幾乎變成了電子紙的專屬應用。而這些應用其實更需要軟性的特性。


電子紙有兩個主要的技術特色,一個是反射式顯示,另一個則是超低功耗。


顧名思義,反射式顯示就是需要光線投射來照明的顯示方案,而這也是電子紙一大特色。因為它不屬於自帶背光模組的顯示技術,因此在結構與體積上都更為簡易和輕薄,同時也更容易能實現軟性顯示的應用。


也因為是反射式顯示,所以電子紙需要在有光線的地方才能進行閱讀,因此在光線昏暗的地方就必須要開燈,或者搭配照明的設計來進行顯示。但它反過也就沒有強光環境下無法閱讀的問題,所以在戶外的資訊顯示應用上十分有優勢。



圖二 : 如今的電子紙書寫的體驗,已能媲美傳統紙張。(source:E ink)
圖二 : 如今的電子紙書寫的體驗,已能媲美傳統紙張。(source:E ink)

在超低功耗方面,由於電子紙沒有背光模組,因此電耗也就低了不少。另一方面,由於電子紙是以驅動電子墨水的顆粒來產生顯示畫面,因此主要的電力都是用於驅動這些墨水顆粒。然而電子紙的應用(例如標籤和告示牌)並不需要經常變更畫面,因此相對來說又更加省電。


基於這樣的特性,因此電子紙就更適合運用在只能以電池運作的設施與設備裡,而這也拓展了它作為軟性顯示應用的範圍,特別是一些公共和醫療顯示的系統。


提高反應速度 加入彩色粒子

電子紙的基本技術相信大多數人都是略知一二的。如前述,它是一種使用電子墨水技術的反射式顯示,所謂的「電子墨水」,其實就是許多的具備色彩的粒子,透過這些粒子的排列來顯示出畫面。而這樣的顯示技術當然不需要使用濾光片。


在最初階段,電子墨水只能顯示黑白和有限的灰階,主要的原因是只使用了黑白兩色的墨水粒子,而且轉動的速度也不甚快,因此也所謂的反應速度慢的問題。


但隨著電子墨水的製程技術不斷的提升,再加上驅動IC的性能也持續提高,目前電子紙的顯示能力已大幅提升,在反應速度上也可達到50毫秒(ms),雖然跟主流的LCD顯示相比還是非常慢,但對人眼閱讀來說已接近足夠(約需42毫秒)。


除了改善更新的反應速度外,電子紙當然也朝向更豐富的色彩顯示前進,也就是推出全彩等級的電子紙顯示方案。以E ink元太為例,他們就推出了稱為「先進彩色電子紙(Advanced Color ePaper,ACeP)」的解決方案。



圖三 : ACeP的彩色粒子共包括四種原色,在每個像素中使用所有的有色粒子,而不是採併排。(source:E ink)
圖三 : ACeP的彩色粒子共包括四種原色,在每個像素中使用所有的有色粒子,而不是採併排。(source:E ink)

這個技術是在2016年所發表,而從原理與顯示效果可知,這是一種具備多色粒子的電子紙顯示技術。依據E Ink的技術說明,ACeP彩色電子紙透過具備色彩的粒子,不需要彩色濾光片,實現了全色域顯示的效果;可在微膠囊(Microcapsule)或微杯(Microcup)架構下執行。


ACeP的彩色粒子共包括八種原色,顯示器採用單層電泳液,可使用與TFT背板相容的電壓進行控制。其透過將流體摻入微膠囊或Microcup結構中,在每個像素中使用所有的有色粒子,而不是採併排的像素顏色,因此可以實現色彩的豐富性。


打入住宅和公共空間 軟性顯示廣告價值浮現

而在應用上,除了過往常見的電子書之外,現在電子紙更加著墨在公共設施與商業市場的領域。例如,E ink就推出了用在室內裝潢的可變色電子紙解決方案,其運用了電子紙軟性與色彩可變的特性,能與各式的住宅商辦和展示空間進行結合,成為一種動態的室內設計產品。它甚至還能結合裝置藝術,變成藝術設計的一部分。



圖四 : E Ink與群創合作開發大尺寸ACeP全彩電子紙,布局公共交通與零售之電子看板應用。(source:E ink)
圖四 : E Ink與群創合作開發大尺寸ACeP全彩電子紙,布局公共交通與零售之電子看板應用。(source:E ink)

在商業應用上,貨架標籤與告示牌,是目前電子紙正迅速成長的領域,包含零售商場、醫院名牌、公共交通運輸的時刻表和路線資訊等,都可看見電子紙的身影。至於彩色的電子紙,則逐漸在廣告看板市場上展露頭角,像是火車與捷運的車廂內廣告,或者是公共與商業空間的廣告看板,都開始有使用彩色電子紙的出現。


結語

自技術問世以來,人們就一直在尋找軟性顯示的最佳應用場景。而隨著技術的更迭及市場的淬鍊,目前看來電子紙已在軟性顯示應用裡站穩角度,成為該領域最成熟的技術,也是最受信賴的技術。


電子紙不僅因先天的特性非常適合用在軟性顯示的應用場景裡,更重要的是,它的整體開發成本已到達十分成熟的地步,對於商業的推動已具有足夠的吸引力,因此才能夠持續留在市場裡。


而長遠來看,隨著電子紙技術的持續發展和突破,可以預期電子紙將能持續取代「紙張」的功能,同時也繼續書寫軟性顯示應用的歷史。


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