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开创多元应用 电子纸站稳软性显示市场
从单色迈向全彩,从平面走向立体

【作者: 籃貫銘】2020年10月07日 星期三

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尽管AMOLED也具备软性显示的能力,但其高居不下的成本与全彩显示的特性,限缩了它的发展。放眼当前的软性显示市场,电子纸成了一枝独秀的解决方案。


时至今日,能够拥有足够商用实力的软性显示技术,大概就只剩下电子纸(ePaper)了。尽管AMOLED也具备软性显示的能力,但其高居不下的成本与全彩显示的特性,因此限缩了它的发展。所以放眼当前的软性显示市场,电子纸成了一枝独秀的解决方案。



图一 : E Ink与美国麻萨诸塞湾交通局合作电子纸公共交通应用。(source:E ink)
图一 : E Ink与美国麻萨诸塞湾交通局合作电子纸公共交通应用。(source:E ink)

在这个时代,单纯用来显示的产品,就只剩下大尺寸的电视和公共空间的显示器,其他的显示应用多数都需要同时具备「操作介面」的功能,特别是消费性电子产品,他们都需要结合触控,来做为系统操作的介面。也因此,在设计上就更加复杂,同时也更不易往「软性」的方向发展。


基於这些因素,主流的显示技术例如TFT-LCD和AMOLED,在软性技术上的发展力道就明显减弱许多,因为没有足够的商业诱因来支持。即便是去年推出的可折叠AMOLED手机,在价格居高不下的情况下,发展也是有限。


反射式+低功耗 更具软式显示优势

至於电子纸,由於先天基础成像技术的限制,使其较难提供全彩和高解析的显示品质,但却也因此更能专注在讯息提供(Information Providing)的面向上。所以像是电子书、电子标签、电子海报,甚至是住宅和公共空间的装置与布置,就几??变成了电子纸的专属应用。而这些应用其实更需要软性的特性。


电子纸有两个主要的技术特色,一个是反射式显示,另一个则是超低功耗。


顾名思义,反射式显示就是需要光线投射来照明的显示方案,而这也是电子纸一大特色。因为它不属於自带背光模组的显示技术,因此在结构与体积上都更为简易和轻薄,同时也更容易能实现软性显示的应用。


也因为是反射式显示,所以电子纸需要在有光线的地方才能进行阅读,因此在光线昏暗的地方就必须要开灯,或者搭配照明的设计来进行显示。但它反过也就没有强光环境下无法阅读的问题,所以在户外的资讯显示应用上十分有优势。



图二 : 如今的电子纸书写的体验,已能媲美传统纸张。(source:E ink)
图二 : 如今的电子纸书写的体验,已能媲美传统纸张。(source:E ink)

在超低功耗方面,由於电子纸没有背光模组,因此电耗也就低了不少。另一方面,由於电子纸是以驱动电子墨水的颗粒来产生显示画面,因此主要的电力都是用於驱动这些墨水颗粒。然而电子纸的应用(例如标签和告示牌)并不需要经常变更画面,因此相对来说又更加省电。


基於这样的特性,因此电子纸就更适合运用在只能以电池运作的设施与设备里,而这也拓展了它作为软性显示应用的范围,特别是一些公共和医疗显示的系统。


提高反应速度 加入彩色粒子

电子纸的基本技术相信大多数人都是略知一二的。如前述,它是一种使用电子墨水技术的反射式显示,所谓的「电子墨水」,其实就是许多的具备色彩的粒子,透过这些粒子的排列来显示出画面。而这样的显示技术当然不需要使用滤光片。


在最初阶段,电子墨水只能显示黑白和有限的灰阶,主要的原因是只使用了黑白两色的墨水粒子,而且转动的速度也不甚快,因此也所谓的反应速度慢的问题。


但随着电子墨水的制程技术不断的提升,再加上驱动IC的性能也持续提高,目前电子纸的显示能力已大幅提升,在反应速度上也可达到50毫秒(ms),虽然跟主流的LCD显示相比还是非常慢,但对人眼阅读来说已接近足够(约需42毫秒)。


除了改善更新的反应速度外,电子纸当然也朝向更丰富的色彩显示前进,也就是推出全彩等级的电子纸显示方案。以E ink元太为例,他们就推出了称为「先进彩色电子纸(Advanced Color ePaper,ACeP)」的解决方案。



图三 : ACeP的彩色粒子共包括八种原色,在每个像素中使用所有的有色粒子,而不是采并排。(source:E ink)
图三 : ACeP的彩色粒子共包括八种原色,在每个像素中使用所有的有色粒子,而不是采并排。(source:E ink)

这个技术是在2016年所发表,而从原理与显示效果可知,这是一种具备多色粒子的电子纸显示技术。依据E Ink的技术说明,ACeP彩色电子纸透过具备色彩的粒子,不需要彩色滤光片,实现了全色域显示的效果;可在微胶囊(Microcapsule)或微杯(Microcup)架构下执行。


ACeP的彩色粒子共包括八种原色,显示器采用单层电泳液,可使用与TFT背板相容的电压进行控制。其透过将流体掺入微胶囊或Microcup结构中,在每个像素中使用所有的有色粒子,而不是采并排的像素颜色,因此可以实现色彩的丰富性。


打入住宅和公共空间 软性显示广告价值浮现

而在应用上,除了过往常见的电子书之外,现在电子纸更加着墨在公共设施与商业市场的领域。例如,E ink就推出了用在室内装??的可变色电子纸解决方案,其运用了电子纸软性与色彩可变的特性,能与各式的住宅商办和展示空间进行结合,成为一种动态的室内设计产品。它甚至还能结合装置艺术,变成艺术设计的一部分。



图四 : E Ink与群创合作开发大尺寸ACeP全彩电子纸,布局公共交通与零售之电子看板应用。(source:E ink)
图四 : E Ink与群创合作开发大尺寸ACeP全彩电子纸,布局公共交通与零售之电子看板应用。(source:E ink)

在商业应用上,货架标签与告示牌,是目前电子纸正迅速成长的领域,包含零售商场、医院名牌、公共交通运输的时刻表和路线资讯等,都可看见电子纸的身影。至於彩色的电子纸,则逐渐在广告看板市场上展露头角,像是火车与捷运的车厢内广告,或者是公共与商业空间的广告看板,都开始有使用彩色电子纸的出现。


结语

自技术问世以来,人们就一直在寻找软性显示的最隹应用场景。而随着技术的更迭及市场的淬链,目前看来电子纸已在软性显示应用里站稳角度,成为该领域最成熟的技术,也是最受信赖的技术。


电子纸不仅因先天的特性非常适合用在软性显示的应用场景里,更重要的是,它的整体开发成本已到达十分成熟的地步,对於商业的推动已具有足够的吸引力,因此才能够持续留在市场里。


而长远来看,随着电子纸技术的持续发展和突破,可以预期电子纸将能持续取代「纸张」的功能,同时也继续书写软性显示应用的历史。


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