環保、省電,E-paper的新未來

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一、 導論

做 為取代傳統紙張存在的E-paper概 念,自1989年 被提出後,已經經過將近30年 的時間,然而截至目前為止,E-paper都 不算是一個成功,甚至成熟的產品。雖然如此,在逐漸高漲的「環保節能」全球議題之下,E-paper概念確有市場吸引力。

二、 顯示技術難支持,E-paper擁 抱「省電」優勢,犧牲畫質

E-paper被 定位為「類紙張特性」的顯示裝置,在顯示特性方面,主要需求為「省電」及「可視性(護眼)」;就型態來看,「輕薄」及「彈性設計」不可或缺。至於在「彩色 化」、「大尺寸化」、甚至於「動畫」等的規格需求上,主要視應用別而定,以現階段所能想像的應用來看,「大尺寸化」的必要性較高(電子看板海報應用), 「彩色化」次之,「動畫」的需求對E-paper來 說相對是較非必要的。

然 而現階段並沒有一種顯示技術,可以完美滿足E-paper的 所有規格需求,以現有的顯示技術進展,「省電」及「畫質表現」無法被同時滿足,以此為分水嶺可以清楚地區分出兩個技術群組,分別為具「省電」特性的EPD及ChLCD等顯 示技術;以及具高度「畫質表現」的TFT LCD、AMOLED等 顯示技術。為了遷就現有技術,E-paper只 能從中選擇一個「最合適」的顯示技術,作為產品開發所需搭載的面板。

基 於E-paper是 以取代傳統紙張為主要目的所被開發出來的產品,在這個概念之下,「省電」特性對於E-paper來說更為重要,因此如:TFT LCD、AMOLED等 相對耗能的顯示技術,被排除在E-paper顯 示技術之外。而如:EPD及ChLCD等顯 示技術,因為具備「雙穩態」特性,可以讓顯示器不需要通電而維持畫面顯示,直至下一次更換新資訊為止,就像在使用一般紙張一樣,書寫在上的資訊可以長時間 被保留。同時,EPD及ChLCD顯示 技術也是一種「全反射式」(沒有背光源)的顯示技術,除了具省電特性之外,因為沒有背光源的刺激,可以降低使用者長時間閱讀的疲勞感,而被認為是合適作為E-paper的 顯示技術。

三、 產業鏈未成形即斷鏈,E-paper有 志難伸

E-paper發展的全盛時期始於「閱讀用E-paper」的應用,當時產業鏈是以「電子書閱讀器」(以下稱E-reader)為中心而展開。2008年,搭載E-paper顯示技術EPD的Amazon Kindle產品大賣後,E-reader市場以北美為主開始蓬勃發展,在Kindle銷售熱潮帶動下,2009至2010年間,各大終端硬體品牌與服務業者開始跟進,市場一片看好,同時也奠定了E-reader以搭載E-paper顯示技術為主的發展態勢。

然 而好景不常,Apple在2010年推出 第一代平板電腦iPad, 開啟了Tablet取 代E-reader的 序幕。雖然當時市場仍期待採用E-paper顯 示技術的E-reader仍 可望以「省電」及「降低閱讀疲勞感」的優勢而與iPad相 互抗衡,或者並存,不過以結果論,具有高畫質表現且功能更加豐富的Tablet,明顯更受消費者喜愛,E-reader銷 售大幅下滑,使E-reader廠 商紛紛退出市場,現階段E-reader市 場幾乎僅剩具電子書籍內容平台的Amazon獨 大。

事 實上為了達到E-paper的 概念,曾有多種具一定適用性的顯示技術(以E-paper顯 示技術稱之)被提出,包括EPD、ChLCD、QR-LPD (Quick Response Liquid Powder Display)、及Mirasol等。 然而因為終端應用市場未能順利打開,使許多發展中的E-paper顯示技術研究被迫中止。2012年,E-paper產 業經歷併購及業者退出市場等事件後,市場僅剩少數2~3家 業者仍專注E-paper技 術開發,原本看似朝多元發展的E-paper顯 示技術,也走向收斂。

現 階段主流的E-paper顯 示技術為EPD, 主要開發廠商為E Ink及OED。ChLCD顯示 技術方面則有廠商KDI持 續進行產品開發。其中,E Ink及KDI各 別是EPD及ChLCD顯示 技術的基礎專利權擁有人,顯示除了專利技術開發者之外,幾乎已經沒有其它業者願意投入E-paper顯示技術開發,對發展已經不如預期的E-paper市 場來說如同雪上加霜。

四、 彩色E-paper成 本及畫質表現仍不具市場吸引力

隨 著越來越多E-reader終 端廠商投入市場,以及替代產品Tablet的 出現,為了尋求差異化優勢以及與彩色高畫質的Tablet產 品競爭,E-reader的 產品態樣出現轉變,開始從單純的書子書閱讀功能,轉向具備多媒體功能(可連網或播放動態影像等)。

面 對E-reader朝 向多功能化的設計趨勢,E-paper業 者則是以達到彩色化(針對EPD;EPD本身為黑 白顯示)、提升彩色電子紙畫質(針對ChLCD;ChLCD採用RGB三色液晶 可達到彩色化,但畫面解析度不如TFT LCD)、提高畫面反應速度(如:翻頁或動畫顯示等),以及提高設計彈性(發展塑膠基板顯示技術)等來應對。特別是彩色化的技 術,因為技術難度相對低,且對畫面顯示品質的改善顯著,成為業者技術發展首要。

EPD顯 示技術有兩種方式達到彩色化,一是利用搭配彩色濾光片,其次是採用帶色的粒子(pigment)。雖然搭配彩色濾光片可以解決彩色化課題,不過因為彩色濾 光片採用玻璃基板製成,不管在重量及厚度上,都不合適E-paper應用情境展開,特別是在大尺寸應用上。此外,對採用反射式顯 示技術的EPD來 說,對比及亮度無法以背光補償提升,因此搭配彩色濾光片無疑會更降低EPD對比與反射率。因此認為為了能保有E-paper輕 薄特色,及考量到未來塑膠基板(可撓)E-paper的 技術發展,搭配彩色濾光片的彩色EPD只 是一種過渡型的產品型態。

採 用彩色粒子來達到彩色化的技術難度較高,多年來還是僅能維持最多三色顯示。EPD開發商E Ink在2016年公開展示採用透過帶色的粒子,達到涵蓋八原色的完整色域的彩色E-paper(E Ink稱之 為ACeP), 能夠顯示出32,000種 顏色,基本上已經能夠完全還原彩色印刷的效果。不過ACeP仍處於開發階段,在解析度方面,20英寸的ACep E-paper解 析度只能達到2500×1600,畫素 密度僅有150ppi, 且進行一次刷新時間約需要2秒, 產業利用性仍低。

五、 大尺寸開發有進展,資訊看板商機可期

依 照E-paper使 用情境來推導,大尺寸化及塑膠基板顯示技術(容易被架設,以適用於各種環境)開發相當重要,因為這兩種技術的進展可望讓E-paper顯 示技術從小尺寸的E-reader或 電子標籤等應用,擴大到看板應用。

E Ink在CES 2017展 上發表全球最大的E-paper, 尺寸達到42吋 (現階段EPD可 量產的最大尺寸為13.3吋, 一舉推進到42吋, 代表著EPD大 尺寸技術上有重大突破),搭配薄膜電容式觸控模組,預計2017年3月底前量產。

這 款即將商品化的產品是跟加拿大QuirkLogic公 司(技術導入及產品開發公司,擁有兩篇美國專利,都與電子白板書寫技術相關)合作開發,透過QuirkLogic的書寫技術,可以將任何書寫在E-paper上 的內容存進雲端備用。

六、 加速塑膠基板E-paper技 術開發,走出生路

E-paper顯 示技術受限於技術原理,即使顯示特性表現有所改善,也沒有辦法達到如:TFT LCD或AMOLED顯 示器一樣的水平,因此,不管是技術開發或產品設計方向,惟有真正展現出「像紙一樣」的特點,E-paper的價值才能夠顯現,也才能找到立足之地。

為 充份顯示出像紙一樣的特性,比起彩色化技術,大尺寸化及可撓性塑膠基板E-paper顯示技術的進展,更可望為E-paper市 場發展帶出新的應用機會。特別是可撓性塑膠基板E-paper的 開發,讓E-paper可 以真正地如同紙張一樣,被「長時間(使用壽命較長且可長時間靜態顯示)」、「隨處張貼(配合不同形狀的張貼面)」在各處,真正充份發揮資訊傳遞的功能,這 是E-paper相 對一般顯示器產品最具差異化,且最該被善用在產品設計及應用上的優勢。

不 過現階段軟性TFT驅 動背板的供應來源相當受限,且未來外賣空間預期也相當有限,勢必阻礙E-paper發展。因此對E-paper廠 商來說,透過自主研發或共同開發,加速E-paper用 軟性TFT驅 動背板開發勢在必行。

七、 結論:E-paper發 展尚待創新的商業模式

雖 然站在全球環保節能議題的浪潮下,一般認為如:E-paper這 類低耗能的顯示技術發展性可期,然而居高不下的成本,以及天生在顯示上的缺陷,仍然成為影響E-paper普及發展最大的困境。主要是因為現階段所能夠被想像到的應用 中,E-paper與 一般顯示器的基本功能多數重疊,但是在最容易被拿來作為評價基準的畫質特性表現上,明顯較一般顯示器不足,使E-paper在 重視價格及使用體驗的消費性市場,難以找到發展空間。

不 過如果透過商業模式操作,E-paper價 格阻礙因素可望被消除。事實上,由於E-paper使 用壽命較長,如果考量到攤提及後續維修保養費用及人力等支出,E-paper不見得沒有價格競爭力,站在這個角度思考,或許採用如:「租 賃」等的商業模式,讓使用者不用在第一時間去承擔高昂的產品價格,是可行的方式之一。

此 外,由於E-paper可 長時間靜態顯示及省電的特點,在如:公共場所學校機關、醫院、交通機關、餐廳、博物館、量販店等,需要有可以長時間展示特定資訊的資訊看板的場所,其效益 最能夠充份顯示。因此以商業市場作為切入點,也是E-paper方 案商可以優先考慮發展的方向。

(本 文作者資策會MIC執 行產業技術前瞻研究與知識服務計畫產業分析師)

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