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反射式膽固醇液晶電子紙! Color E-paper

Scimage
・2011/04/18 ・359字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 505 ・六年級


傳統的液晶雖然漂亮,但是因為高耗能,所以現在的電子書選擇了利用E-Ink這種只有切換時需要耗能的顯示技術。E-Ink利用電泳來驅動色素粒子,所以沒有電壓時粒子是穩定的。

傳統的液晶螢幕一直需要電壓來維持分子的排列,但其實有另一類的液晶種類,稱為膽固醇液晶,可以有雙穩態,也就是分子排列有兩種穩定的狀態,只有切換的時候需要提供電場。這類的分子在不同的排列下就如同不同的晶格,可以反射特定的波長。

下面的影片是展示利用三層這樣的結構做出來的彩色電子紙。這種技術一樣有低耗能的優點,之前的產品因為切換慢、對比也不好,所以競爭力不大。現在廠商似乎已經漸漸克服缺點,這類的技術除了電子紙還能用在窗戶或電子商標上。

本文原發表於科學影像Scimage[2010-11-18]

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Scimage
113 篇文章 ・ 3 位粉絲
每日介紹科學新知, 科普知識與實際實驗影片-歡迎每一顆好奇的心 @_@!

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友達的不插電電子紙
only-perception
・2011/11/02 ・796字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 501 ・六年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

另一款彈性電子紙顯示器?不,是某種特別的東西。這款概念 e-reader 並沒有令人昏昏欲睡的無聊重複。這款概念 e-reader 上個月在日本的 FPD International 展出,那是聚焦在平面顯示器上的大展,時間是 10/26 到 10/28。事實上,那是一種頂尖的吸引力。這款來自台灣友達光電(AUO)的新裝置不需要額外的電力供應。

事情就是這樣,正如友達所稱的,不插電彈性電子紙顯示器(Unplugged Flexible E-paper Display)。

這款六吋閱讀器以可撓式有機 TFT(Rollable Organic TFT)電子紙製成,另有彈性光伏電池附加其上。閱讀器的解析度為 800 x 600 像素。

電子紙與 PV 電池的組合具吸引力,且某些人表示,那可能象徵著電子閱讀器的未來。談一談關於行銷者的夢想 — 如果這款裝置以電子閱讀器的形態上市的話,那時可以把不易損壞的彈性電子紙與有效率的部件當作賣點。

使用者可將它們塞入他們的公事包或包包中,不必擔憂。該公司表示另一個加分項目是,該閱讀器的最佳化充電電路設計帶來電力節省。

PV 電池的尺寸為 132 x 212 x 0.3 公釐,重 10 克。太陽光可產生 1W 或更大的電力。來自於檯燈的強光正對著 PV 電池。一個可充電電池置於基座下。雖然該裝置在太陽底下能自我供電,但太陽能電池無法自室內照明產生足夠能量。這也是為何需要外部充電電池的緣故,這讓使用者可在室內使用該裝置。

在台灣電子紙的發展中,AUO 長久以來都是先鋒。在 2009 年,AUO 公開一款電子書閱讀器,具有在當時受矚目的特色:低耗電電子紙及觸控平板。

這款原型也是六吋,解析度跟 FPD 上的新顯示器一樣,也是 800 x 600 像素。該公司製造與銷售 TFT-LCDs、PDPs。AUO 在本地銷售自家產品,也出口到世界各地。

AUO 今年的展示中帶來一批該公司在顯示技術上的關鍵成就。這些包括 65 吋 Extreme-PR 3D Gesture 顯示面板、 46 吋 Scanning Retarder 3D 顯示面板、65 吋透明顯示面板、 46 吋 Super Narrow Bezel 面板、 6 吋彈性顯示器,其智慧型手機顯示面板具高解析度與低耗電,一系列 AMOLED 顯示技術與應用。

資料來源:PHYSORG:E-paper unplugged is key draw at Japan show[November 1, 2011]

轉載自only-percpetion

only-perception
153 篇文章 ・ 1 位粉絲
妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D

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蠶絲-神的祝福-有機薄膜電晶體(OTFT)新發現(電子紙系列報導)
活躍星系核_96
・2011/10/09 ・1321字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 544 ・八年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

五苯環

有機薄膜電晶體(OTFT)之新發現,清華大學材料系黃振昌教授與博士班研究生王中樺、謝兆瑩2009年利用蠶絲做為介電層的材料,並成功開發出蠶絲成型技術發表在學術期刊上(Advanced Materials)並同時申請專利。蠶絲製作在低電壓的高性能五苯環有機薄膜電晶體,效率比以往使用的材料快上20倍,未來可讓電子紙或有機發光二極體螢幕具有相當程度的撓曲性。

什麼是有機薄膜電晶體呢(organic thin film transitor OTFT)?

「有機」,是在超市看到定義”有機”天然無添加人工色素的食物?不!那是吃的有機物,而「有機」薄膜電晶體,比較貼近以前在高中化學中對有機物和無機物的分類定義。

在軟性電子元件上,作為主動層(Active layers)的有機薄膜有很多種類,目前介紹的五苯環(Pentacene)是普遍被應用在OTF上的有機薄膜主動層之一。主動層運用的有機材料有小分子「五苯環」 (pentacene)又稱並五苯、高分子及有機金屬錯合物,五苯環熔點是攝氏300度,沸點是攝氏529度,製成薄膜時為可透光的藍紫色,因為結構緊密,且五苯環的材質可以幫助電子移動速度變快,採用五苯環電晶體來製造元件,可以透過有機溶劑,直接鍍在作為電子紙張基板的塑膠表面。用五苯環電晶體控制電子墨水開關的元件,沒有五苯環電子紙就無法運作,此外,減少另外加上去的電路複雜度,產品的成本能降到最低。近年來都被應用在太陽能電池及可撓曲式的電子顯示器或電子紙上。

和氧化物半導體和非晶矽的薄膜電晶體的基板幫助電子紙呈現動靜態影像的差異,OTFT基板注重製造成本低廉、耐衝撞及具有可撓曲的優勢,並能提升電泳電子紙pixel解析度3倍,解析度達150dpi,長遠來看,OTFT是未來電子紙主要使用的元件。

神的賜福-蠶絲

蠶絲,也是製作電子產品的絕佳材料!清華大學材料系師生兩年前意外發現,從蠶絲萃取出蠶絲蛋白,製成蠶絲膜,可當作閘極介電層材料;最近又成功製成可在低電壓操作的高性能五苯環有機薄膜電晶體,未來可應用在電子紙或有機發光二極體螢幕的彎曲功能。

清華大學材料系黃振昌教授表示:「使用蠶絲做介電層材料,是個非常意外的事情,我們經過許多次考驗,最終獲得突破。使用蠶絲可以比原本的速度快上20倍,由這種蠶絲膜製成的電子書或電子紙,翻頁速度會快很多。」,譬如以時速80公里的車速從台北到高雄要4.5小時,現在只要12分鐘。

蠶絲的製作成薄膜的過程,是先將蠶絲都丟到量杯裡煮滾成,拿去烘乾,烘乾後再切成小小塊,再丟入溶劑裡煮成蠶絲蛋白,最後將蠶絲蛋白塗抹在電晶體體的介電層部分。

因為有機電子正夯!或許電子紙的研究會因此發現更多可能性,清華大學材料系黃振昌教授所研發的蠶絲做介電層的材料,或許會對軟性有機電子紙產生相當深遠的影響,甚至會大大改變現今對電子紙的研發的可能性。

國科會科技新聞寫作班深度報導 楊瓊蘭 / 嚴巧珍 / 林姿吟

電子紙系列報導:

活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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電泳式和膽固醇式液晶電子墨水-電子紙系列報導
活躍星系核_96
・2011/10/06 ・2646字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 563 ・九年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

電子紙又可稱為軟性電子顯示器,該項產品的生產需要十多種技術間的互相配合。在與其它顯示器相比較下,是更希望可以突顯,具有「紙張」特色的顯示器。在高彩度、高亮度、低耗電、在自然光下能觀看的幾點要求下,目前最受矚目的技術主流有兩種:電泳式技術和膽固醇式液晶技術。而這兩種技術就好比印刷的墨水一般,讓電子紙在正確的位置上顯示出圖片和文字。

首先,在「自然光下可觀看」的條件,是希望電子紙能夠模仿普通紙張的特性,直接反射外界環境的光源,就立即達到顯示觀看效果,稱為「非自發光」;與「自發光」的顯示器,如:電視、i-phone、手機的原理不同。擁有電泳式技術的E Ink元太科技表示:「該技術的優點是運用周遭的光線去做閱讀,好比你盯住電視30秒,和盯著電子紙30秒,眼睛疲勞程度的感覺是不同的。電子紙在人體視覺接受度上比較舒適,而且也沒有輻射困擾,是極大優勢。」另外,膽固醇式液晶技術也是相同屬於非自發光類。

第二,在「低耗電」的要求下,電泳式技術和膽固醇式液晶技術都能夠做到,因為,兩者同樣屬於「雙穩態顯示技術」。雙穩態(bistable)是指可以不施加任何電壓維持在同樣的畫面,因為有兩個穩定狀態,故稱之。該技術的特點是,若不需更換螢幕資訊時,是可以關閉電源,螢幕是仍維持著原本的文字與圖片狀態,不會消失。只有在變換螢幕資訊內容時,才有必要通電。顯而易見的,雙穩態是一種具有非常省電特性的技術。

以下分別就電泳式技術和膽固醇式液晶技術的技術原理做簡單介紹:

電泳式技術原理

具有百分之九十以上市佔率的E Ink元太科技公司,掌握了由美國E Ink創造的重要光學元件——「電子墨水」的關鍵技術。「電子墨水」是眾多電泳式技術的其中一種技術架構。

電子墨水聽起來是一種前端高科技的新潮技術,然而按照E Ink元太科技所公佈的說法,電子墨水與傳統印刷業使用的墨水相似,皆是利用當今印刷使用的顏料製成。不同之處在於,電子墨水是融合了現有化學、物理學和電子知識所創造的全新材料。經過這樣解釋,電子墨水反而與大眾親近不少,從肉眼來看,與一般普通墨水無異,然而電泳式技術背後的原理,卻牽連著視覺上黑白顏色的差別。

圖片來源:E Ink元太科技公司

電子墨水是一種可顯示黑白顏色的技術。內含有由數百萬個肉眼幾乎難以看見、微小的微膠囊,包覆成一顆顆的圓形狀的球體,稱之「微膠囊技術」。在每個微膠囊中含有電泳粒子,即帶正電的白色粒子,以及帶負電的黑色粒子,他們紛紛浸泡在懸浮液中。

利用正負相吸的原理,當有電場接通,若黑色粒子球被正電荷吸引黏著於底部,使得白色粒子移動到上方,螢幕上顯示的便是白色影像。反之,白色粒子被負電荷吸引之處,而黑色粒子上升,該區塊肉眼所見的便是黑色。接著,可以運用相同原理,使得墨水顆粒擁有灰階的顏色。

智慧型墨水顯示器

擁有了電子墨水技術,顯示器的製造便是下一步的階段。將墨水抹一層於可彎曲的柔軟塑膠薄膜上做為基板,形成電路層板。電路層板由三樣材料構成,即是透明的前版、電子墨水和不透明後版,彷彿是三明治一般,將電子墨水塗抹、夾於中間層,雙眼由透光的前版面觀看,可以看見黑白色彩上變化,就是簡單的電泳式顯示器。而電子墨水最終將可讓生活周遭大部分的表面成為顯示器(如玻璃、纖維、塑膠),使得此項技術與其他產品結合後的應用面潛力無窮。

上述的電子墨水所擅長的是在黑白顯示方面,若想要讓畫面看起來五彩繽紛,E Ink元太科技的技術中,就必須加上一層彩色濾光片(Color Filter),讓光的三原色,紅、藍、綠混和調節後形成螢幕上的影像。然而現今所面臨的挑戰是,因其反射率會變低,在視覺上所展現的,便是全彩的飽和度上仍難達到令人滿意的狀態,且在靜態圖片的表現上較佳;若要展示動態影像,為了使反應速度加快,顏色純度就不如預期了。

膽固醇式液晶技術原理

「從技術原理來看就不太一樣,電泳式是顆粒狀,而膽固醇式則呈現一片片的片狀」。工研院影像顯示科技中心面板整合技術副組長胥智文,用這句話來簡單告訴我們兩種技術的區別。因為E Ink在電泳式技術上擁有太多專利權,工研院便將膽固醇式列為重點發展技術,長年投入研發,企圖以另一種管道,開創電子紙技術的另一種可能性。

膽固醇式本身就是有顏色的液晶

「因為膽固醇本身的液晶排列,很像人體膽固醇結構的片狀,所以稱之為膽固醇。」。該技術可以視為液晶顯示器(LCD)的延伸,在顯微鏡下,很像線狀液晶。加入旋光劑後,液晶分子就會360度旋轉,旋轉360度後所需的分子厚度稱為旋距(pitch)。因為膽固醇式本身就是有顏色的液晶,當我們利用液晶分子的縮放調整旋距厚度時,會影響反射出來不同的顏色。如此一來,膽固醇式便輕易的達成人們對於彩色畫面的要求。反觀電子墨水,由於基本上只能呈現黑、白以及灰階的顏色,還需加上彩色濾光片後才有其他顏色的顯現。

用單層結構顯示三原色

利用膽固醇式液晶可以反射出不同顏色效果的特質,美國大廠便提出以三層堆疊方式,將紅、綠、藍三層面板疊起,在運用上述的雙穩態原理,將每個面板驅動到亮態或暗態,顯現出不同顏色達到彩色的功用。

而工研院自行研發的單層結構顯示器,只用薄薄的一層便可以完成全彩的效果,不僅可避免掉,三層堆疊結構製做程序複雜的問題,還可有效降低成本,厚度更減少60%以上。其基本概念即是將單層面板畫分三條垂直的畫素區塊,使用真空注入的方式,分別將紅色、綠色、藍色液晶注入各個畫素區域內,並確保每個區塊不會混合。接著只要分別控制,彩色圖片的顯示品質之優質,甚至可以達到與筆記型電腦不分上下的程度。

黑白畫面與挑戰

上述的膽固醇式液晶技術在彩色顯示方面較電子墨水更具有發展性。但是相較之下,因為膽固醇式是採用紅、綠、藍三種顏色面板的形式當作油墨,在黑白顏色的表現方面,白色看起來有點灰灰暗暗的,不若元太科技的電子墨水的黑白顏色展現。其次,膽固醇式的驅動電壓比較高,使得成本相對提高,廠商在成本考量下,多抱持著觀望態度。這也說明了膽固醇式液晶技術所面臨的挑戰。

 國科會科技新聞寫作班深度報導 楊瓊蘭 / 嚴巧珍 / 林姿吟

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