電泳式和膽固醇式液晶電子墨水－電子紙系列報導

2011/10/06 |

科技能源

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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。