軟性 LCD 介紹 - 雙穩態顯示技術及應用

老師：吳文端 老師

學生：蕭嵩翰 49514085

　　　楊承諺 495L0045

LCD 工程

雙穩態顯示技術（ bistable ） 此種控制顯示技術，只有在變換螢幕資訊時才須要通電，若不必更換螢幕資訊時，則可關閉電源，螢幕上仍可維持顯示的資訊，螢幕上所有的資訊並不會消失，此種特性稱之為「雙穩態」，具有非常省電的特性。

雙穩態技術應用

電泳技術介紹 最早的電子紙技術是由 Xerox 的研究人員 Nick Sheridon

在 1970 年代所發展，其特色是包含帶電荷的小球，其中球的一面是白色，另一面是黑色，當電場改變時，球會上下轉動，而呈現度不同顏色。

第二代的電子紙技術事由 Joseph Jacobson 在 1990 年代所發展，其特色是以微膠囊代替傳統的小球，並且在膠囊內填充彩色的油（ oil ）與帶電荷的白色顆粒，並且經由外在電場的控制將白色顆粒往上或是往下移動，其中當白色顆粒往上（接近閱讀者方向時）則顯色出白色的像素，當白色顆往下時（遠離讀者時）則顯色出油的顏色。

微杯化 (Microcup) 電泳顯示技術是由 Sipix 研發，白色分散粒子為分散相搭配不同顏色的分散介質做色彩的調變，以電場改變白色粒子的運動方向，現在看到的產品多為藍色分散介質。

旋轉球型球的一面是白色，另一面是黑色，當電場改變時，球會上下轉動，而呈現度不同顏色。

旋轉球改良型 Oji Paper 公司於 2002 年 IDE 會議中發表了旋轉

球的改良版，把原本的球型粒子，改成半黑半白且黑白區域相反的圓柱，將這些圓柱封裝在圓形管的水平排列槽忠，強調反應速度的提升與粒子製程的簡化。

電泳技術 - 電子墨水 電泳顯示技術原理為於顯示面板導入正或負極電荷，由於面板

中間的顯示介質帶有電荷，利用正負相吸的原理，使得顯示介質可以在上、下面板之間移動或旋轉，以達到顯示訊息的目的，當黑色球被兩正電荷所吸引時，使得白色球移動至上方，所以螢幕上方可見到白色，當均為負電荷時，則顯示為黑色。

電泳技術特性

反射光源 此顯示技術所需的光

源，為利用外界的光源照射至黑、白色球後反射出黑、白的顏色，所以螢幕不需背光源。反射能力佳的白色染料粒子為顯示亮態，吸收能力佳的黑色染料粒子來顯示暗態。

灰階控制 顯示灰階主要跟驅動電壓和脈衝週期有關係，電壓的正負來控制

其灰階的變亮變暗，脈衝週期長短則控制其亮度變化的大小 (如下圖 )。

電泳技術 - 電子墨水 E-Ink 要達到彩色顯示所需要的步驟要比 Microcup

技術複雜一點，必須搭配濾光片。不過 E-Ink 彩色顯示有其限制，全彩的影像僅出現於靜態的影像，若要有動態影像時，為了使反應時間加快，就必須減少摻雜的正負電離子量，或者要縮小單一畫素體積，這將會導致色純度不夠，因此最高顏色數就受到了限制。不過其反射率、對比度等等條件都已經近似於真的紙張了。

電泳技術 - 電子墨水 在驅動電路上採

用主動列陣式電子紙，由有機薄膜電晶體 (OTFT)來驅動，並使用蝕刻製程加上

microcontact printing ，最後組成完整電子紙顯示器。

電泳技術 - 微杯型下圖所示是一個典型的主動式矩陣 EPD 的概要結構。從上至下的結構依次為﹕透明的第一電極層；充滿有色電泳液的 Microcup 陣列；封液層／粘合層；以及 TFT 底板。 Microcup陣列可用光蝕刻技術或精密微型壓花技術在整卷的 ITO 電極膜上製成。 Microcup結構將電泳液分隔成細小的獨立單元，有效地預防了電泳液的外漏以及不當的微粒的位移。Microcup結構還具有造形上的任意性，結構完整性和機械穩定性的優點。

微杯型特性Microcup 的形狀和尺寸可以根據不同的應用需求來作有效的調整。左下圖所顯示的是兩種典型的 Microcup結構圖。經由通過微粒 --微粒、微粒 --封裝層、和微粒 --Microcup 間交互作用的最佳量化後， SiPix 成功製成 64x240條線的被動式矩陣 Microcup驅動電子紙（ PMEPD ）。此電子紙為全世界第一次被成功製成的軟性電泳顯示器。在 30 伏下驅動電壓，其影像掃瞄速度可以達到每條線 <30 微秒，且影像對比度可達 >10。同時 SiPix也已在實驗室證明 Microcup 主動式矩陣電子紙 AMEPD ，在低驅動電壓（ <10伏）時，影像對比已可達 >10 。

電泳技術 - 微杯型製程 高效率的卷式 (roll-to-roll)製程 下圖顯示 SiPix 的 Roll-to-Roll 製程分為五大步驟： (1)塗佈：先將塑料複合材料塗佈在 ITO/PET 膜上 (2) 微杯成型：使用微杯滾輪壓鑄並使用紫外線硬化成型 (3)填充：填充電泳液於微杯中 (4) 封裝：使用 SiPix專利頂部封裝技術封裝電泳液及微杯 (5) 壓合：壓合封裝的微杯膜與 TFT 底板或是有線路圖樣的第二電極膜上。

SiOix 與 E-ink

智慧紙 :與 E-Ink 和 Microcup 技術類似，有 Xerox 的 Smart Paper 技術，其採用直徑小於 100mm的球體。在球體上塗佈了兩種相反電性與顏色的顏料，並置於可彎曲塑膠片中微孔的半球體所組成，當施加電場時則會隨著電場變化旋轉到指定的顏色部分。目前 Xerox已經將 Smart Paper部門獨立出來，成立了子公司 Gyricon Media ，負責推動這方面的技術與業務進展。

智慧紙、粉體移動顯示技術

粉體顯示 :與電泳有點類似，不同處於微粒子的周圍是空氣或是其他粒子。利用氟化碳構成的白色粒子與樹脂、碳粉構成的黑色粒子，加電壓使黑色粒子上下移動進而實現黑白畫面顯示，由於顯示畫面由於顯示畫面無法全部覆蓋黑色粒子，因此畫面對比偏低。此種電子紙的優點是反應時間快 (5~10ms) ，但所需要的驅動電壓很大 (70~500V) 。

雙穩態顯示技術應用 電子紙技術已能逐漸縮短與 TFT-LCD技

術與紙製品優勢上的差距，目前電子紙技術在全彩化、成本控制、量產技術等方面已取得相當大的進展，包括富士通開發出採用薄膜機板的可撓性彩色電子紙、普利司通的採用電子粉流體的電子紙搭配彩色濾光片、美國 SiPiX Imaging(鑼洤科技)搭配 TFT基板的電子紙等等。未來電子紙顯示器應用除了電子書產品、電子標籤應用外，信用卡與智慧卡將是另一發展潛力的市場。

雙穩態液晶顯示應用微杯技術先前已應用在電子標籤、具顯示功能智慧卡(Display Card)等類紙式市場，電子標籤過去採用 LCD技術會有視角的問題，且成本與耗電量高也影響市場發展，因此微杯技術有存在的優勢，在客戶對於電子標籤應用的接受度提高；至於 Display Card因能達成身分辨識以及付款功能，且在每次使用後會更新辨識密碼，因此資料安全性佳，目前鎖定金融卡作為目標市場。

雙穩態液晶顯示應用採用 (E-Ink) 製作的「電子紙錶」，利用“電泳”技術顯示時間。運用可如紙張彎曲的特性，展現顯示螢幕服貼手腕弧度的驚人設計，“電子紙”顯示畫面比過去的數位石英表的反射型液晶顯示 LCD 的等級更高，視角寬度幾乎可達 180 度，重量卻僅只 LCD 的一半，柔軟性佳、關掉電源影像也不會消失等特性，最有利於搭配創意的設計做最完美的呈現。 它不僅將大而彎曲的顯示畫面發揮極致，除可顯示數字外，還可與錶面紋路組合拼花圖案，並以黑白顛倒的顯示方式，自動更換白天 ( 上午 6 ： 00~ 下午 5 ： 59) 與夜晚 ( 下午 6 ： 00~ 上午 5 ： 59) 的顯示背景，大幅提升視覺的豐富性，以及腕錶對於整體配飾的功能。

產值

結論 除了應用在電子書市場以外，以上介紹的幾項技

術都可以應用在目前相當熱門的可撓性顯示技術中，除了高對比、廣視角等固有優點以外，省電優勢，以及節省紙漿使用，更是因應未來環保潮流的最佳目的之一。不過目前最大的推廣阻礙，還是要看人類對這項新技術的適應速度，假使成功推展開來，對於目前的紙張閱讀習慣將會是個非常大的革命性演進，配合目前的塑膠電子晶片技術，不久的將來，火車上或捷運上可能就會看到如電影「關鍵報告」中，人手一份可顯示文字與全彩動畫的電子刊物的情景。

The end

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