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[编者按]11月19日,网络书店亚马逊公司推出了号称可以“改变人类阅读方式”的电子书产品“Kindle”,这款产品采用软性显示技术EPD研发而成,一经问世便吸引了世人的关注,Kindle的背后则是软性显示技术的发展,虽然对中国市场来说,软性显示还是一项新兴技术,但鉴于它末来有可能带来的巨大的影响力,我们特别刊发《多彩化显示介质技术迭有突破 电子纸市场萌芽》一文,对目前软性显示市场的发展现状进行了比较全面的介绍,与读者共享。
来稿请寄,wang_wenjing@ccw.com.cn
1 前言
EPD fElsctroPhoreticDisplay电泳显示,俗称电子纸)、LCD软性显示介质技术已进入商品化,但多为黑白显示应用,日前不少研究机构和企业在推动全彩化软性显示器技术发展方面已有斩获,可望扩大软性显示器的应用市场规模。
软性显示器在近年的国际显示展会中成为讨论的热点,如信息显示大会(SID)、国际显示器技术专题讨论会(IDW)等,显示大厂如三星,夏普、LGPhilips、索尼、精工爱普生等都展出了最新的软性显示器技术研发成果,且数量有逐年增长的趋势。
尤其在今年5月20~25日于美国举行的北美最大显示展会SID上,各厂商所发表的软性显示器产品数量为历年之最。三星、夏普、LG Philips、索尼、Polymer Vision、PlasticLogic、元太科技(PVI)、台湾工业技术研究院(以下简称“台湾工研院”)等厂商与机构,各自展出了软性显示器三大主流显示介质技术的最新进展,除了EPD、液晶显示(LCD)技术之外,还包括由OLED技术开发的最新软性显示器。
此外,于10月6日闭幕的日本高新技术博览会(CEATEC JAPAN2007),DoCoMo与NEC共同开发的利用电子纸作为按键显示的移动电话,也引起众人关注。
由国际展会与显示大厂对软性显示器投以高度兴趣可以看出,软性显示器在未来显示器产业中占有举足轻重的地位。软性显示器要实现轻薄短小、可挠曲、强固且清楚显示彩色影片,图像等特性,还有不少的难题需要攻克。初期采用EPD或LCD技术所开发的软性显示器,仅能达成黑白显像,且价格高昂,仅应用在部分利基市场。例如,索尼分别于2004和2006年在日本、北美贩卖的LIBRIE电子书与电子阅读器PRS-500;2004年2月松下推出∑Book电子书。台湾宜锐科技、歌林则于2006年和2003年发表STAReBOOK与i-Library阅读器。
在各大厂商和机构投入了大量研发资源的情况下,今年EPD与LCD技术在多彩化性能方面实现重大突破,预计将有助于应用市场版图的延伸。
2 EPD类纸式市场一枝独秀
由电子书的案例可知,初期软性显示器的市场推广须找到杀手级应用。
美国锣洤科技(sipix)总经理侯丰欢表示,短期内软性显示器的动态成像与画质仍难与现有的薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)相抗衡,而软性显示器的出现也并非为取代TFTLCD,而是开发出有别于传统TFTLCD的其它附加价值。
继软性电子纸后,产业界也在找寻下一个软性显示器可发挥的利基市场,台湾工研院电子与光电研究所所长詹益仁指出,电子相框、大型广告牌等领域能表现软性显示器轻、薄、短、小、坚固等特点,将可望成为软性显示器下一阶段的杀手级应用。此外,美商显像信息管理顾问台湾分公司总监廖显杰提到,电子卷标也是软性显示器深具发展潜力的新兴应用市场。
在软性显示器的三大主流显示介质中,EPD具有双稳态(BismbM)显示与省电两大优点,其双稳态显示介质具有记忆效果,仅在画面更新时驱动电压,所以省电效能极佳,且无画面闪烁现象,尤其适合电子纸、电子书、以及电子卷标等类纸式(Paper-like)应用。因此除了电子书外,EPD技术在商店的广告价格标示(POP)、手表以及智能卡(smartCard)等领域也已实现商品化。
侯丰欢认为,EPD、OLED以及LCD技术在未来市场中将各擅胜场,唯可确定的是EPD技术因具省电特性,将在电子纸等应用领域独领风骚。
虽然相较于LCD与OLED技术,EPD的发展较为成熟,但仍处于起步阶段。在软性显示器EPD的三大技术中,微胶囊电泳显示(Microencap sulated Electro-phoretic Display)技术受惠于电子书市场,成为最快实现商品化的EPD技术,微杯化(Microcup)电泳显示在经过锣洤科技(Sipix)多年技术研发努力下,也将在明年初正式迈入商品化阶段-粉体移动快速反应显示器(Quick Response LiquidPower Display,QR-LPD)技术虽然在类纸式应用中具有发展潜力,却因驱动电压过高,组件结构问题难以解决,成为发展的一大障碍。
在黑白电子书实现后,微胶囊化电子油墨技术代表厂商E Ink的下一阶段的目标将是发展全彩化微胶囊电泳显示技术。
1、微胶囊电泳显示技术向彩色演进
E Ink微胶囊化电子油墨技术使用-如微胶囊化的微米尺寸球体,内含黑白两种颜料,称为电子墨水(E-ink),且内部承载的为透明液体,其中微胶囊的上部为透明玻璃,下方为电极,当电极改变时。颜料便会根据电极的正负向上、下方移动,进而形成黑、白显色。
由于微胶囊电泳显示技术发展较快,众多有能力开发软性TFTLCD背板的厂商,如英国Plastic Logic、荷兰Polymer Vision、精工爱普生等,在近几年国际展会中都发表了黑白软性显示器技术,皆采用E Ink的微胶囊电泳显示技术作为显示介质。
而将微胶囊电泳显示技术导人量产化的推手则是索尼公司,该公司采取E Ink的微胶囊电泳显示技术生产LIBRIE电子书与电子阅读器PRS-500,并在市场中成功推广后,该技术在电子书产业开始声名大噪。尔后,台湾宜锐科技有限公司(eRAEDTechnology)也推出了采用该技术开发的STAReBOOK。
近期E Ink也亟欲拓展微胶囊电泳显示技术在其它领域的应用,但因初期画质不佳,且不能满足多彩化动态影像的要求,使发展受到局限。
有鉴于此,E Ink在2006年美国显示器产业联盟(USDC)展出与日本凸版印刷(Toppan)合作的一款6英寸多彩化电泳显示器,这款产品使用白、红、绿、蓝四种彩色滤光片(CF)达到4,096色,并搭配玻璃基板,推广电子书潜在市场。而在今年SID展会中,LG Philips则采用E Ink技术展出14.1英寸的A4彩色电子纸,通过在树脂底板涂布的彩色滤光片实现4096色的显示,厚度不足0.3毫米,且在弯曲时,显示性能不变,并且具有自动恢复到平整状态的特性。微胶囊化电子油墨技术在彩色化方面已有重大进展,惟在动画表现方面至今仍未有突破。
随着微胶囊电泳显示技术持续提升,未来市场前景也被看好,今年尤其频繁传出厂商加码投资的消息,如日前Plastic Logic与Polymer Vision两家公司先后对外宣布将设大量产软性显示器,也引起产业界不小的讨论。在今年1月初,Plastic Logic即已宣布募得一亿美元经费,将于德国兴建全球第一座软性显示器量产工厂,预计该工厂在2008年可达到每年100万片的量产规模。该公司为采用喷墨印刷(InkjetPrinting)的技术来制作软性显示器,此技术具有生产成本低的优势,且容易量产,并已经生产出分辨率达到每英寸150万像素的软性显示器,此分辨率等级已可让读者清楚看到显示的文字。
而就在Plastic Logic宣布预期量产的消息之后,2007年1月底,荷兰公司Polymer Vision也对外表示将在英国兴建滚动条式显示器(RollableDisplay)工厂,并预定在2007年底正式量产,这意味Polymer Vision可望比Plastic Logic更早量产软性显示器。两家公司相互较劲的意味浓厚,却也透露出微胶囊化电子油墨技术将迈向大量商品化阶段。
2、微杯化技术瞄准按键/电子卷标,显示卡市场
微杯电泳显示技术原理为:以微杯结构填人白色微颗粒,利用电场改变白色粒子运动方向。加上底层黑色吸收层达到显示黑白画面,而现在白色分散粒子则可搭配不同颜色的分散介质做色彩调变。该技术由锣洤科技研发而成。可实现成卷式(Roll to Roll)的连续制程,其成卷式精密涂布技术,可在一条生产线直接完成微杯的制程、电泳显示介质的填入与上板封装。
侯丰欢指出,微杯技术的优势在于其采用成卷式连续制程,最终目标是采用塑料材料而非玻璃,因此可达成强固、可挠曲的特性;且微杯技术毋需背光源,可降低材料成本;此外,微杯技术也具有双稳态特性,因此相当省电。
此前微杯技术已应用在电子卷标、具有显示功能的智能卡(Display Card)等类纸式市场,侯丰欢谈到,电子卷标采用LCD技术会有视角问题,且成本与耗电量高也影响市场发展,因此微杯技术有存在的优势,随着客户对电子卷标应用的接受度提高。预计将于2008年大量发行;至于DisplayCard,因具备身分辨识以及付款功能,且在每次使用后会更新辨识密码,因此安全性佳,目前锁定金融卡为目标市场,经过两年的市场培育,预计2008年第一季将会大量出货。
除了电子卷标与Display Card外,NTT DoCoMo在CEATEC 2007展会上展出操作键采用电子纸显示的手机,其中电子纸即由锣?科技制造。侯丰欢预期,按键(Keypad)也将是软性显示器最先兴起的市场,成为该公司锁定的目标市场之一,将于2008年底前大规模量产。
此外,锣淦科技近期还与记忆卡公司威刚合作开发,将软性显示器嵌入闪存中,用户可以从显示屏幕上获得记忆卡储存容量的信息。
目前微杯技术仅前板可采用可卷式连续制程生产,背板仍采用玻璃材料,故无法以滚动条式连续制程进行量产。侯丰欢谈到,锣?科技下一阶段的目标是开发出塑料背板,并以滚动条式连续制程生产软性显示面板,由此可降低生产成本,拿掉玻璃后的面板也会更加轻薄。
除了积极开拓软性显示器的利基市场外,锣洤科技也在开发全彩化微杯显示技术,侯丰欢说明,薄膜制程与材料技术为发展多彩化微杯技术的关键。由于锣洤科技的初始成员由宝丽来(Polaroid)而来,该公司专注于薄膜制程技术,因此锣洤科技也由此获得薄膜技术的能力。微杯技术方面,则与全球最大的化学公司BASF策略合作,共同投入制程研发,以期能克服材料上的技术瓶颈。
除了微胶囊化的电子油墨与微杯技术外,QR-LPD也同样正在进行全彩化显示技术的开发。
3、驱动电压过高QR-LPD难量产
QR-LPD是由日本九州岛大学与普利司通(Bridgcstone)共同开发的EPD技术,其技术原理为黑、白液态粉末在前面板和背面板之间,作快速的上、下移动,达到显示效果,近年则以彩色微颗粒与外加CF技术呈现彩色显示效果。
QR-LPD技术的优势是,无视角问题,且能以被动矩阵(PM)驱动,因此制程简单、成本低,毋需高温制程,因此可与塑料基板兼容,以售价便宜的聚奈二甲酸二乙酯(PEN)或聚对苯二甲酸二醇酯(PET)作基板即可符合需求,因此制作成本低;此外,QR-LPD技术亦具有双稳态特性,故相当省电。
虽然QR-LPD技术在类纸式应用上深具潜力,但目前高达70伏特的驱动电压,成为发展上的绊脚石,因此迟迟仍未能达成量产目标。
3 LCD挺进高阶软性显示器市场
相较于EPD技术,LCD的相关研究与生产线设备较为成熟,因此在高阶软性显示器市场有其发挥的利基。
主动矩阵(AM)驱动的TFT LCD可以主动控制分辨率与色彩,在高画质与动态显像方面具有优势,与适用于类纸式市场的被动矩阵式(PM)驱动软性显示技术相比,LCD技术适合影像质量要求较高的高阶软性显示器,目前台湾,日本,韩国、欧美等国家的研发机构与企业均已投入LCD软性显示器技术的研发。
1、台湾工研院LCD技术成果
台湾工研院近年来积极发展LCD软性显示器,主要发展方向:为AM驱动的TFT LCD软性显示器,其二为胆固醇液晶显示器。
台湾工研院显示中心主任程章林表示,AM驱动的TFTLCD技术难度高,因此必须设法减化结构,工研院在研发策略上实行“先简化再软化”,即先以玻璃基板制作流程简化及上板彩色滤光片塑料化,保留现有玻璃制作流程的优势,并使显示器重量或厚度降低30~70%以上,因此技术上已达成初期目标。目前,台湾工研院已开发出7英寸全彩主动式矩阵a-Si TFTLCD软性显示器,以可塑性较高的塑料基板取代玻璃基板,并运用200℃低温及低应力制程,解决在加温时因不同材质所造成基板伸缩拉扯及上下层对准不易的问题,使软性面板像素达到现今玻璃制程的水平。
此外,为顺应软性显示器的节能趋势,台湾工业研究院也投入具双稳态特性的PM驱动胆固醇液晶显示器研发,相较于AM驱动的TFTLCD技 术更加简易。程章林谈到,胆固醇液晶显示器技术为工研院显示中心中长期的发展重心。由于胆固醇液晶显示器的制程与现有的TFTLCD不同,因此工研院向美国公司购买相关的技术专利,以进一步开发胆固醇液晶显示器技术,相关生产设备已于日前运至工研院。
今年7月,工研院发表一款10.4英寸的胆固醇液晶显示器,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或灌注在画素中,可单层彩色化,取代传统三层彩色,并采用透明面板包覆,制作流程单纯,电极结构设计简单,突破传统胆固醇液晶三层结构堆栈所造成色差、视角以及成本高昂等问题,此外,厚度也较传统彩色胆固醇液晶显示器减少50%以上,面板更有挠曲特性。
程章林谈到,胆固醇液晶显示器适合在不必随时更新信息的应用市场,如各类数字电子广告牌等。未来胆固醇液晶显示器将朝大面积发展,除可满足更多应用需要外,还可降低成本,因此将逐步朝滚动条式制程发展,而塑料基板的开发将成为另一大研发课题。
不过滚动条式制程的特性为。速度快但精密度低,因此程章林指出,现阶段胆固醇液晶显示器发展的挑战为提高稳定度,以增加使用寿命,尤其向多彩化发展时,技术难度将更高。
台湾工研院显示中心副组长李正中提到,工研院LCD制程技术的规划为,将玻璃基板作为承载基板黏贴在塑料基板上方,如此一来,面板商可延用现有玻璃显示器生产设备来量产软性显示器,这对台湾发展软性显示器相当有利。日本夏普、富士通以及韩国三基对于LCD软性显示技术投入了很大力度,近年在国际性显示展会上屡有发表其最新的胆固醇液晶显示器技术。
2、日韩布局胆固醇液晶显示器技术
2005年,富士通采用PM反射式胆固醇型(Cholesteric)液晶显示器,开发出全球首款具图像记忆功能的可弯曲彩色电子纸,2007年初再次以该技术开出一款配备彩色电子纸显示屏幕的平版装置FLEPia Portable Tablet,但目前只能少量供应。据富士通公布的资料,此电子纸显示屏幕的对比率为4:1、30%反射率,110度视角,色彩可以在8~4096色之间转换。在8色情况下,影像刷新需要2.3秒,而4096色下,则需要10秒。
三星与夏普则先后于2006,2007年在SID展会中展出7英寸与15英寸胆固醇液晶显示器,其中,三星的7英寸巨显示器采用a-Si TFT LCD背板与塑料基板制成,分辨率为800×480,适用于数字多媒体广播手机、可携式多媒体播放器(PMP)和汽车导航系统。
4 OLED量产前须克服水氧问题
除EPD与LCD技术之外,OLED软性显示技术的发展也备受关注,与LCD技术同为发展高阶软性显示器的最佳候选。但由于OLED对水氧敏感的问题尚未解决,导致其可靠度受影响,基板材料选择成为发展的一大关键。
塑料基材最大的缺点是水、氧阻隔能力差,由于OLED背板对透明度没有要求,所以金属薄片成为另一种选择。
在选用塑料基板时,须在表面做好防水、氧渗入的阻隔层(BarrierLayer)。而金属薄片的要求却是塑料基板液晶显示器的一万倍。但不论使用何种基板,好的防水氧封装仍是相当重要的一环。
程章林认为,未来三大软性显示技术会在市场中并存,各拥利基应用,但由于LCD技术结构太复杂,因此,若OLED能解决技术障碍,将会比LCD技术在市场上更有胜算。
目前投入软性OLED技术研发的公司包括柯达、UDC、先锋、NHK、大日本印刷、Uniax、索尼、LG Philips以及杜邦显示(DuPont Displays)等,其中索尼、IG Philips近年在OLED技术上有所斩获。
索尼在SID 2007上公布了新研发的电子纸显示器,大小只有2.5英寸,厚度仅为0.3毫米,不但可弯曲,还能清晰显示彩色影片与各种图像,该电子纸结合了有机TFT与OLED两种显示技术。
而LG Philips也在同一展会上发表了一款4英寸OLED面板,由于采用金属箔底板,因此厚度仅为150微米,耐用性也很出色。这款产品由该公司与开发有机EL荧光材料技术的美国通用显示器(UDC)共同开发,分辨率为320×240画素的QVGA,显示色数约为1,670万色。特点是利用现有的液晶面板生产线,只须将玻璃底板换成金属箔底板即可形成a-Si TFF背板。
5 软性显示器趋向大尺寸化
软性显示技术现阶段所面临的挑战是,如何运用其技术优势,开发出符合市场需求的产品。此外,产业供应链也有待上、中、下游的厂商齐心建立。同时,客服技术难题仍是一大关键,这依赖于厂商是否有意愿投入资源突破技术瓶颈。
通过对近年软性显示器产业的观察可以发现,厂商投入的研发资源一直在持续,每年展会上相关企业所发表的最新技术,在尺寸、分辨率以及色彩饱和度等方面都有所提升,显示厂商对于该市场仍愿意投入相当大的资源,对产业的发展有正面影响。
而软性显示器的最终目标为发展滚动条式制程,该制程相对于传统TFT LCD制程可量产更大尺寸的显示面板,加上软性显示器有便于携带,收藏,以及不易损坏等TFT LCD没有的特性,为能与既有的TFT LCD市场有所区别,预计未来软性显示器将向大尺寸化发展。
(本文经授权转载自台湾《新电子科技》杂志2007年11月号,在此特别鸣谢)
资料链接
[亚马逊kindle]
11月19日,亚马逊(Amazon.com)酝酿多时的电子书阅读器“kindle”终于问世了,这款产品正式上线销售5.5小时后,即告售罄,其受欢迎程度可见一斑。“Kindle”原意为“点燃”,该款产品毫无疑问地引发了一场出版和显示业界的冲击波。
KIndle售价为399美元可谓价格不菲。虽然受到消费者的追捧,但仍有不少人担心kindle会如很多电子书阅读器~样,最终走向没落。但在这种担心的同时,又不碍不承认Kindle所具有的与众不同的优势,即亚马逊书店很好地将硬件产品与自身服务融为一体,而目前也只有亚马逊一家网上书店能做到这一点。
Kindle的内存可容纳200本书,如果用户觉得不够,还可以通过存储卡扩容。kindle真正的突破性技术在于,类似于iTunes音乐商店的平台Whisper-net,该平台基于EVDO无线宽带服务技术,用户可以脱离电脑,用Kindle登录亚马逊书店后,选择喜欢的图书付费下载。最新畅销书和长篇大作的售价为9.99美元,经典书籍价格则为1.99美元。
Kindle的另一个意义是对显示技术的推动。该产品使用了6英寸EPD(电泳显示技术)显示屏,分辨率为600×800,167dpi、四级灰阶。作为核心部件的EPD显示屏,由台湾厂商元太科技(PVI)提供,后者一直致力于电子纸技术研发,而Kindle是亚马逊与元太科技三年合作的成果。
元太科技同时为索尼电子书阅读器提供EPD显示屏。Kindle的问世使得元太科技颇为振奋,希望藉此扩大EPD市场及生产规模,使EPD技术更为普及化。除了电子书外,该公司还力图推广EPD在各领域内的应用,如感应卡,电子卷标以及手机、NB次屏幕等,元太科技目前可供应8灰阶产品,预计2008年将推出16灰阶产品以及彩色EPD,随着Kindle的上市,公司营运可塑淡季不淡,并预期明年会持续成长。
来稿请寄,wang_wenjing@ccw.com.cn
1 前言
EPD fElsctroPhoreticDisplay电泳显示,俗称电子纸)、LCD软性显示介质技术已进入商品化,但多为黑白显示应用,日前不少研究机构和企业在推动全彩化软性显示器技术发展方面已有斩获,可望扩大软性显示器的应用市场规模。
软性显示器在近年的国际显示展会中成为讨论的热点,如信息显示大会(SID)、国际显示器技术专题讨论会(IDW)等,显示大厂如三星,夏普、LGPhilips、索尼、精工爱普生等都展出了最新的软性显示器技术研发成果,且数量有逐年增长的趋势。
尤其在今年5月20~25日于美国举行的北美最大显示展会SID上,各厂商所发表的软性显示器产品数量为历年之最。三星、夏普、LG Philips、索尼、Polymer Vision、PlasticLogic、元太科技(PVI)、台湾工业技术研究院(以下简称“台湾工研院”)等厂商与机构,各自展出了软性显示器三大主流显示介质技术的最新进展,除了EPD、液晶显示(LCD)技术之外,还包括由OLED技术开发的最新软性显示器。
此外,于10月6日闭幕的日本高新技术博览会(CEATEC JAPAN2007),DoCoMo与NEC共同开发的利用电子纸作为按键显示的移动电话,也引起众人关注。
由国际展会与显示大厂对软性显示器投以高度兴趣可以看出,软性显示器在未来显示器产业中占有举足轻重的地位。软性显示器要实现轻薄短小、可挠曲、强固且清楚显示彩色影片,图像等特性,还有不少的难题需要攻克。初期采用EPD或LCD技术所开发的软性显示器,仅能达成黑白显像,且价格高昂,仅应用在部分利基市场。例如,索尼分别于2004和2006年在日本、北美贩卖的LIBRIE电子书与电子阅读器PRS-500;2004年2月松下推出∑Book电子书。台湾宜锐科技、歌林则于2006年和2003年发表STAReBOOK与i-Library阅读器。
在各大厂商和机构投入了大量研发资源的情况下,今年EPD与LCD技术在多彩化性能方面实现重大突破,预计将有助于应用市场版图的延伸。
2 EPD类纸式市场一枝独秀
由电子书的案例可知,初期软性显示器的市场推广须找到杀手级应用。
美国锣洤科技(sipix)总经理侯丰欢表示,短期内软性显示器的动态成像与画质仍难与现有的薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)相抗衡,而软性显示器的出现也并非为取代TFTLCD,而是开发出有别于传统TFTLCD的其它附加价值。
继软性电子纸后,产业界也在找寻下一个软性显示器可发挥的利基市场,台湾工研院电子与光电研究所所长詹益仁指出,电子相框、大型广告牌等领域能表现软性显示器轻、薄、短、小、坚固等特点,将可望成为软性显示器下一阶段的杀手级应用。此外,美商显像信息管理顾问台湾分公司总监廖显杰提到,电子卷标也是软性显示器深具发展潜力的新兴应用市场。
在软性显示器的三大主流显示介质中,EPD具有双稳态(BismbM)显示与省电两大优点,其双稳态显示介质具有记忆效果,仅在画面更新时驱动电压,所以省电效能极佳,且无画面闪烁现象,尤其适合电子纸、电子书、以及电子卷标等类纸式(Paper-like)应用。因此除了电子书外,EPD技术在商店的广告价格标示(POP)、手表以及智能卡(smartCard)等领域也已实现商品化。
侯丰欢认为,EPD、OLED以及LCD技术在未来市场中将各擅胜场,唯可确定的是EPD技术因具省电特性,将在电子纸等应用领域独领风骚。
虽然相较于LCD与OLED技术,EPD的发展较为成熟,但仍处于起步阶段。在软性显示器EPD的三大技术中,微胶囊电泳显示(Microencap sulated Electro-phoretic Display)技术受惠于电子书市场,成为最快实现商品化的EPD技术,微杯化(Microcup)电泳显示在经过锣洤科技(Sipix)多年技术研发努力下,也将在明年初正式迈入商品化阶段-粉体移动快速反应显示器(Quick Response LiquidPower Display,QR-LPD)技术虽然在类纸式应用中具有发展潜力,却因驱动电压过高,组件结构问题难以解决,成为发展的一大障碍。
在黑白电子书实现后,微胶囊化电子油墨技术代表厂商E Ink的下一阶段的目标将是发展全彩化微胶囊电泳显示技术。
1、微胶囊电泳显示技术向彩色演进
E Ink微胶囊化电子油墨技术使用-如微胶囊化的微米尺寸球体,内含黑白两种颜料,称为电子墨水(E-ink),且内部承载的为透明液体,其中微胶囊的上部为透明玻璃,下方为电极,当电极改变时。颜料便会根据电极的正负向上、下方移动,进而形成黑、白显色。
由于微胶囊电泳显示技术发展较快,众多有能力开发软性TFTLCD背板的厂商,如英国Plastic Logic、荷兰Polymer Vision、精工爱普生等,在近几年国际展会中都发表了黑白软性显示器技术,皆采用E Ink的微胶囊电泳显示技术作为显示介质。
而将微胶囊电泳显示技术导人量产化的推手则是索尼公司,该公司采取E Ink的微胶囊电泳显示技术生产LIBRIE电子书与电子阅读器PRS-500,并在市场中成功推广后,该技术在电子书产业开始声名大噪。尔后,台湾宜锐科技有限公司(eRAEDTechnology)也推出了采用该技术开发的STAReBOOK。
近期E Ink也亟欲拓展微胶囊电泳显示技术在其它领域的应用,但因初期画质不佳,且不能满足多彩化动态影像的要求,使发展受到局限。
有鉴于此,E Ink在2006年美国显示器产业联盟(USDC)展出与日本凸版印刷(Toppan)合作的一款6英寸多彩化电泳显示器,这款产品使用白、红、绿、蓝四种彩色滤光片(CF)达到4,096色,并搭配玻璃基板,推广电子书潜在市场。而在今年SID展会中,LG Philips则采用E Ink技术展出14.1英寸的A4彩色电子纸,通过在树脂底板涂布的彩色滤光片实现4096色的显示,厚度不足0.3毫米,且在弯曲时,显示性能不变,并且具有自动恢复到平整状态的特性。微胶囊化电子油墨技术在彩色化方面已有重大进展,惟在动画表现方面至今仍未有突破。
随着微胶囊电泳显示技术持续提升,未来市场前景也被看好,今年尤其频繁传出厂商加码投资的消息,如日前Plastic Logic与Polymer Vision两家公司先后对外宣布将设大量产软性显示器,也引起产业界不小的讨论。在今年1月初,Plastic Logic即已宣布募得一亿美元经费,将于德国兴建全球第一座软性显示器量产工厂,预计该工厂在2008年可达到每年100万片的量产规模。该公司为采用喷墨印刷(InkjetPrinting)的技术来制作软性显示器,此技术具有生产成本低的优势,且容易量产,并已经生产出分辨率达到每英寸150万像素的软性显示器,此分辨率等级已可让读者清楚看到显示的文字。
而就在Plastic Logic宣布预期量产的消息之后,2007年1月底,荷兰公司Polymer Vision也对外表示将在英国兴建滚动条式显示器(RollableDisplay)工厂,并预定在2007年底正式量产,这意味Polymer Vision可望比Plastic Logic更早量产软性显示器。两家公司相互较劲的意味浓厚,却也透露出微胶囊化电子油墨技术将迈向大量商品化阶段。
2、微杯化技术瞄准按键/电子卷标,显示卡市场
微杯电泳显示技术原理为:以微杯结构填人白色微颗粒,利用电场改变白色粒子运动方向。加上底层黑色吸收层达到显示黑白画面,而现在白色分散粒子则可搭配不同颜色的分散介质做色彩调变。该技术由锣洤科技研发而成。可实现成卷式(Roll to Roll)的连续制程,其成卷式精密涂布技术,可在一条生产线直接完成微杯的制程、电泳显示介质的填入与上板封装。
侯丰欢指出,微杯技术的优势在于其采用成卷式连续制程,最终目标是采用塑料材料而非玻璃,因此可达成强固、可挠曲的特性;且微杯技术毋需背光源,可降低材料成本;此外,微杯技术也具有双稳态特性,因此相当省电。
此前微杯技术已应用在电子卷标、具有显示功能的智能卡(Display Card)等类纸式市场,侯丰欢谈到,电子卷标采用LCD技术会有视角问题,且成本与耗电量高也影响市场发展,因此微杯技术有存在的优势,随着客户对电子卷标应用的接受度提高。预计将于2008年大量发行;至于DisplayCard,因具备身分辨识以及付款功能,且在每次使用后会更新辨识密码,因此安全性佳,目前锁定金融卡为目标市场,经过两年的市场培育,预计2008年第一季将会大量出货。
除了电子卷标与Display Card外,NTT DoCoMo在CEATEC 2007展会上展出操作键采用电子纸显示的手机,其中电子纸即由锣?科技制造。侯丰欢预期,按键(Keypad)也将是软性显示器最先兴起的市场,成为该公司锁定的目标市场之一,将于2008年底前大规模量产。
此外,锣淦科技近期还与记忆卡公司威刚合作开发,将软性显示器嵌入闪存中,用户可以从显示屏幕上获得记忆卡储存容量的信息。
目前微杯技术仅前板可采用可卷式连续制程生产,背板仍采用玻璃材料,故无法以滚动条式连续制程进行量产。侯丰欢谈到,锣?科技下一阶段的目标是开发出塑料背板,并以滚动条式连续制程生产软性显示面板,由此可降低生产成本,拿掉玻璃后的面板也会更加轻薄。
除了积极开拓软性显示器的利基市场外,锣洤科技也在开发全彩化微杯显示技术,侯丰欢说明,薄膜制程与材料技术为发展多彩化微杯技术的关键。由于锣洤科技的初始成员由宝丽来(Polaroid)而来,该公司专注于薄膜制程技术,因此锣洤科技也由此获得薄膜技术的能力。微杯技术方面,则与全球最大的化学公司BASF策略合作,共同投入制程研发,以期能克服材料上的技术瓶颈。
除了微胶囊化的电子油墨与微杯技术外,QR-LPD也同样正在进行全彩化显示技术的开发。
3、驱动电压过高QR-LPD难量产
QR-LPD是由日本九州岛大学与普利司通(Bridgcstone)共同开发的EPD技术,其技术原理为黑、白液态粉末在前面板和背面板之间,作快速的上、下移动,达到显示效果,近年则以彩色微颗粒与外加CF技术呈现彩色显示效果。
QR-LPD技术的优势是,无视角问题,且能以被动矩阵(PM)驱动,因此制程简单、成本低,毋需高温制程,因此可与塑料基板兼容,以售价便宜的聚奈二甲酸二乙酯(PEN)或聚对苯二甲酸二醇酯(PET)作基板即可符合需求,因此制作成本低;此外,QR-LPD技术亦具有双稳态特性,故相当省电。
虽然QR-LPD技术在类纸式应用上深具潜力,但目前高达70伏特的驱动电压,成为发展上的绊脚石,因此迟迟仍未能达成量产目标。
3 LCD挺进高阶软性显示器市场
相较于EPD技术,LCD的相关研究与生产线设备较为成熟,因此在高阶软性显示器市场有其发挥的利基。
主动矩阵(AM)驱动的TFT LCD可以主动控制分辨率与色彩,在高画质与动态显像方面具有优势,与适用于类纸式市场的被动矩阵式(PM)驱动软性显示技术相比,LCD技术适合影像质量要求较高的高阶软性显示器,目前台湾,日本,韩国、欧美等国家的研发机构与企业均已投入LCD软性显示器技术的研发。
1、台湾工研院LCD技术成果
台湾工研院近年来积极发展LCD软性显示器,主要发展方向:为AM驱动的TFT LCD软性显示器,其二为胆固醇液晶显示器。
台湾工研院显示中心主任程章林表示,AM驱动的TFTLCD技术难度高,因此必须设法减化结构,工研院在研发策略上实行“先简化再软化”,即先以玻璃基板制作流程简化及上板彩色滤光片塑料化,保留现有玻璃制作流程的优势,并使显示器重量或厚度降低30~70%以上,因此技术上已达成初期目标。目前,台湾工研院已开发出7英寸全彩主动式矩阵a-Si TFTLCD软性显示器,以可塑性较高的塑料基板取代玻璃基板,并运用200℃低温及低应力制程,解决在加温时因不同材质所造成基板伸缩拉扯及上下层对准不易的问题,使软性面板像素达到现今玻璃制程的水平。
此外,为顺应软性显示器的节能趋势,台湾工业研究院也投入具双稳态特性的PM驱动胆固醇液晶显示器研发,相较于AM驱动的TFTLCD技 术更加简易。程章林谈到,胆固醇液晶显示器技术为工研院显示中心中长期的发展重心。由于胆固醇液晶显示器的制程与现有的TFTLCD不同,因此工研院向美国公司购买相关的技术专利,以进一步开发胆固醇液晶显示器技术,相关生产设备已于日前运至工研院。
今年7月,工研院发表一款10.4英寸的胆固醇液晶显示器,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或灌注在画素中,可单层彩色化,取代传统三层彩色,并采用透明面板包覆,制作流程单纯,电极结构设计简单,突破传统胆固醇液晶三层结构堆栈所造成色差、视角以及成本高昂等问题,此外,厚度也较传统彩色胆固醇液晶显示器减少50%以上,面板更有挠曲特性。
程章林谈到,胆固醇液晶显示器适合在不必随时更新信息的应用市场,如各类数字电子广告牌等。未来胆固醇液晶显示器将朝大面积发展,除可满足更多应用需要外,还可降低成本,因此将逐步朝滚动条式制程发展,而塑料基板的开发将成为另一大研发课题。
不过滚动条式制程的特性为。速度快但精密度低,因此程章林指出,现阶段胆固醇液晶显示器发展的挑战为提高稳定度,以增加使用寿命,尤其向多彩化发展时,技术难度将更高。
台湾工研院显示中心副组长李正中提到,工研院LCD制程技术的规划为,将玻璃基板作为承载基板黏贴在塑料基板上方,如此一来,面板商可延用现有玻璃显示器生产设备来量产软性显示器,这对台湾发展软性显示器相当有利。日本夏普、富士通以及韩国三基对于LCD软性显示技术投入了很大力度,近年在国际性显示展会上屡有发表其最新的胆固醇液晶显示器技术。
2、日韩布局胆固醇液晶显示器技术
2005年,富士通采用PM反射式胆固醇型(Cholesteric)液晶显示器,开发出全球首款具图像记忆功能的可弯曲彩色电子纸,2007年初再次以该技术开出一款配备彩色电子纸显示屏幕的平版装置FLEPia Portable Tablet,但目前只能少量供应。据富士通公布的资料,此电子纸显示屏幕的对比率为4:1、30%反射率,110度视角,色彩可以在8~4096色之间转换。在8色情况下,影像刷新需要2.3秒,而4096色下,则需要10秒。
三星与夏普则先后于2006,2007年在SID展会中展出7英寸与15英寸胆固醇液晶显示器,其中,三星的7英寸巨显示器采用a-Si TFT LCD背板与塑料基板制成,分辨率为800×480,适用于数字多媒体广播手机、可携式多媒体播放器(PMP)和汽车导航系统。
4 OLED量产前须克服水氧问题
除EPD与LCD技术之外,OLED软性显示技术的发展也备受关注,与LCD技术同为发展高阶软性显示器的最佳候选。但由于OLED对水氧敏感的问题尚未解决,导致其可靠度受影响,基板材料选择成为发展的一大关键。
塑料基材最大的缺点是水、氧阻隔能力差,由于OLED背板对透明度没有要求,所以金属薄片成为另一种选择。
在选用塑料基板时,须在表面做好防水、氧渗入的阻隔层(BarrierLayer)。而金属薄片的要求却是塑料基板液晶显示器的一万倍。但不论使用何种基板,好的防水氧封装仍是相当重要的一环。
程章林认为,未来三大软性显示技术会在市场中并存,各拥利基应用,但由于LCD技术结构太复杂,因此,若OLED能解决技术障碍,将会比LCD技术在市场上更有胜算。
目前投入软性OLED技术研发的公司包括柯达、UDC、先锋、NHK、大日本印刷、Uniax、索尼、LG Philips以及杜邦显示(DuPont Displays)等,其中索尼、IG Philips近年在OLED技术上有所斩获。
索尼在SID 2007上公布了新研发的电子纸显示器,大小只有2.5英寸,厚度仅为0.3毫米,不但可弯曲,还能清晰显示彩色影片与各种图像,该电子纸结合了有机TFT与OLED两种显示技术。
而LG Philips也在同一展会上发表了一款4英寸OLED面板,由于采用金属箔底板,因此厚度仅为150微米,耐用性也很出色。这款产品由该公司与开发有机EL荧光材料技术的美国通用显示器(UDC)共同开发,分辨率为320×240画素的QVGA,显示色数约为1,670万色。特点是利用现有的液晶面板生产线,只须将玻璃底板换成金属箔底板即可形成a-Si TFF背板。
5 软性显示器趋向大尺寸化
软性显示技术现阶段所面临的挑战是,如何运用其技术优势,开发出符合市场需求的产品。此外,产业供应链也有待上、中、下游的厂商齐心建立。同时,客服技术难题仍是一大关键,这依赖于厂商是否有意愿投入资源突破技术瓶颈。
通过对近年软性显示器产业的观察可以发现,厂商投入的研发资源一直在持续,每年展会上相关企业所发表的最新技术,在尺寸、分辨率以及色彩饱和度等方面都有所提升,显示厂商对于该市场仍愿意投入相当大的资源,对产业的发展有正面影响。
而软性显示器的最终目标为发展滚动条式制程,该制程相对于传统TFT LCD制程可量产更大尺寸的显示面板,加上软性显示器有便于携带,收藏,以及不易损坏等TFT LCD没有的特性,为能与既有的TFT LCD市场有所区别,预计未来软性显示器将向大尺寸化发展。
(本文经授权转载自台湾《新电子科技》杂志2007年11月号,在此特别鸣谢)
资料链接
[亚马逊kindle]
11月19日,亚马逊(Amazon.com)酝酿多时的电子书阅读器“kindle”终于问世了,这款产品正式上线销售5.5小时后,即告售罄,其受欢迎程度可见一斑。“Kindle”原意为“点燃”,该款产品毫无疑问地引发了一场出版和显示业界的冲击波。
KIndle售价为399美元可谓价格不菲。虽然受到消费者的追捧,但仍有不少人担心kindle会如很多电子书阅读器~样,最终走向没落。但在这种担心的同时,又不碍不承认Kindle所具有的与众不同的优势,即亚马逊书店很好地将硬件产品与自身服务融为一体,而目前也只有亚马逊一家网上书店能做到这一点。
Kindle的内存可容纳200本书,如果用户觉得不够,还可以通过存储卡扩容。kindle真正的突破性技术在于,类似于iTunes音乐商店的平台Whisper-net,该平台基于EVDO无线宽带服务技术,用户可以脱离电脑,用Kindle登录亚马逊书店后,选择喜欢的图书付费下载。最新畅销书和长篇大作的售价为9.99美元,经典书籍价格则为1.99美元。
Kindle的另一个意义是对显示技术的推动。该产品使用了6英寸EPD(电泳显示技术)显示屏,分辨率为600×800,167dpi、四级灰阶。作为核心部件的EPD显示屏,由台湾厂商元太科技(PVI)提供,后者一直致力于电子纸技术研发,而Kindle是亚马逊与元太科技三年合作的成果。
元太科技同时为索尼电子书阅读器提供EPD显示屏。Kindle的问世使得元太科技颇为振奋,希望藉此扩大EPD市场及生产规模,使EPD技术更为普及化。除了电子书外,该公司还力图推广EPD在各领域内的应用,如感应卡,电子卷标以及手机、NB次屏幕等,元太科技目前可供应8灰阶产品,预计2008年将推出16灰阶产品以及彩色EPD,随着Kindle的上市,公司营运可塑淡季不淡,并预期明年会持续成长。