双稳态显示技术可应用于电子书

以目前的显示技术来说，除了一般应用于家庭或终端消费者的大型显示技术（如LCD、等离子、CRT）以外，采用新一代材料的软性显示技术，也有逐渐受到重视的趋势。除了话题正热的OLED有机显示技术以外，就以双稳态显示技术最受瞩目。此类双稳态显示技术主流有两种，分别是胆固醇液晶（CholestericLiquidCrystal）与E-Ink（ElectronicInk）技术。目前被普遍应用到电子书市场中，并进一步发展，意欲成为将来取代纸张的新一代软性显示器。

方兴未艾的电子书市场

虽然电子书技术到目前依然在持续发展，诸如SONY等公司仍有推出新产品，但是市场的反应度并不如预期，一些政府单元原先规划做为学生课本替代品的计划后来也没有下文。除了技术上的难度导致的量产与价格问题以外，授权保护方面难以得到妥协也是原因之一。就以实例来说，SONY在2004年所推出的 Librie电子书硬件，虽然有着许多不错的设计，但是在高昂的售价以及SONY严苛的版权保护机制，都使得消费者裹足不前，因而无法进一步拓展市场。

虽然在2005年，SONY在电子书市场依然拥有绝大的技术优势，但在进入2006年之后，飞利浦公司衍生成立的iRexTechnologies 以及位于大陆的Jinke公司，都在美国以及大陆市场推出了各自的电子书产品，除了在技术上完全不会落于SONY采用E-Ink技术的Librie之后，且支持格式众多，较不用担心内容取得的问题。iRexTechnologies与Jinke公司还额外拥有手写辨识功能，但是除了支持格式多以外，高达六百多美金的价格也是不怎么亲和。

日本松下电器所推出的电子书产品sigmabook，与SONY同样的都支持了自家的独有格式，不过松下电器与SONY的独有格式并不能兼容，虽然都支持了电子版权保护功能，但是在格式分歧，以至于缺乏市场广度的情况之下，造成版权保护内容推广上的难度。而Σbook在设计上采用类似书本的合页方式，所以阅读起来的观感会比较接近一般书本。

台湾的歌林公司也推出过i-Library，采用SSCT胆固醇显示技术，支持格式也相当多，MP3播放也在支持之列，以不到新台币五千元的价位，算是相当实惠的一款电子书产品，但是其非白底的屏幕显示，在视觉方面就显得逊色不少。

电子书市场的推行阻碍
台湾在软性显示技术的起步相对缓慢，研发资金方面不足，政府辅助力道不够以外，缺乏大的生产规模及上下游供应炼不完整也是造成进入市场的阻碍。除了元太科技在2005年并购了飞利浦公司的软性显示部门，而取得了完整的软硬件技术以外，在上游方面的显示介质材料上，目前以锣科技为主。而两家技术都是集中在电泳显示技术方面，其它方面的软性显示技术较少着墨。

虽然相关企业都积极的在经营电子书的市场，在技术上也不断的做出革新，但是仍然未能成功推展，这并不是单除技术层面的问题，而是要归咎于整个商业环境以及使用者习惯上。

在大环境方面，出版业者对于电子书的授权、以及营利方式尚未有个明确的策略，比如说实行档案格式、版权保护问题、电子书籍以及实体书籍的定价区分、虚拟通路的传输方式以及拆账比例等，如过没有营造出明确的商业模式，除了将会厂商经营上的混乱，消费者也将会无所适从。
其次，电子书在显示方式上，仍与传统书籍有所差距，加上技术限制的缘故，目前厂商只能尽量复制传统书本的阅读体验，在电子产品最能表现的多媒体功能上，就显得阳春许多，更让消费者少了许多的消费诱因。而即使要复制传统书本的阅读体验，仍然有相当的难处，除了目前电子书显示技术速度较慢，换页效果不佳，以及分辨率仍待加强以外，无法表现出颜色也是另外一个相当大的缺憾。虽然彩色EInk技术已经成功被开发出来，但是要实际应用到市场上，还需要不少的时间。

双稳态显示技术
这是一种显示技术的统称，而要达成此状态的技术可以有很多种。以显示技术方面来说，双稳态就是同一个显示CELL中，在不施加电压的状况之下，就可以拥有亮态与暗态两种不同的状态，而且能够持续维持下去，因此顾名思义称为双稳态。这样的技术应用在显示中会有几个好处，那就是在不施加电压的状况之下，即可记忆画面，可以有效降低电量耗损。在理想状态下，双稳态技术显示器相较起传统液晶显示技术，可节省高达数百倍的耗电量。这种状态相当适合应用于不需要频繁更新画面的显示器用途，比如说手机、电子书，甚至是大型的电子广告牌等等。针对电子书的技术而言，虽然相继有不少厂商研发出可达到双稳态的显示技术，不过截至目前为止，最为人所知的便是胆固醇显示技术以及E-Ink显示技术了。

1.胆固醇液晶显示技术

胆固醇液晶是一个结构类似于胆固醇分子的液晶，也称为ChiralNematicLiquidCrystal，在材料成分方面，包括了纯粹的胆固醇液晶、添加旋光剂的向列型液晶，或是添加胆固醇液晶分子的向列型液晶。为了可以迅速依照要求调配出可进行不同显示波长以及光电特性的胆固醇液晶，一般来说是以添加旋光剂于向列型液晶的混合系统为主。至于在组成组件上，与一般被动驱动液晶一样包含了上下基板、间隙子以及黑色吸收材质，其中上下基板材质可为玻璃或塑料基板，除了包含被动驱动电极以及配向层以外，为了达到良好的反射效果，间隙子的大小约为螺距的6～8倍左右。

向列型液晶在添加了旋光剂之后，液晶材料就会产生螺旋结构。而将胆固醇液晶至于两片水平的基板中时，在不施加电场配向的情况下，胆固醇液晶会倾向成平面螺旋型排列，在符合特定光波长的反射情况下，即可反射出具有色彩的光线，或者是呈现透明状态。而液晶材质本身的双折射率越高，则反射光所能涵盖的波长范围则越广，理论上能够反射全波段可见光的液晶材质，其双折射率为1，不过目前还没有此种材料，而且也没有必要。因为双折射率过大的液晶材质，将会导致液晶相温度及驱动电压提高、低耐旋光性和高黏度的缺点，导致功耗提升、以及屏幕更新率过低的后果。

而胆固醇液晶达到双稳态效应的方式有两种，一种是表面安定型（SurfaceStabilizedCholestericTexture； SSCT），另一种则是高分子安定型（polymerstabilized.cholesteric.Texture，PSCT），这两项技术都是近年来相当热门的胆固醇液晶显示技术之一。

PSCT技术是由美国肯特大学所发展出来的技术，此项技术利用了添加少数高分子单体的方式，达到稳定平面螺旋型或垂直螺旋型的状态效果。在材料选择上，初期采用的是单官能基或双官能基压克力或环氧基高分子单体，随后则是进展到使用同时具有双官能基以及液晶相的高分子单体。后期使用具有液晶相的高分子单体具带来了几项好处，首先就是可以减少原有液晶相的变化，其次，藉由光聚合反应，可以达到稳定液晶的配向效果，而由于具有液晶分子应有的化学架构，与主系统内的分子结构类似，在作用力上，就比传统的高分子单体有效许多，不需添加太多材料，即可有效作用。虽然PSCT技术有对比低、功耗较高以及反应时间较长的缺点，但是其机械强固特性，使其相当适用于可挠式显示器的应用。

此种PSCT技术包含了两种模式，一种为普通模式，另一种则是反转模式。普通模式主要是将垂直螺旋行状态稳定的保存在0伏特的电压之下，在制作方法上，则是将液晶、旋光剂、光起始剂与高分子单体依特定比例混合，并使用未经表面处理过的ITO基板，灌入ITO基板之后，先施加电场使其维持于垂直排列状态，之后再以紫外光照射，利用高分子单体与液晶之间的作用力，来达到稳定液晶的效果。

而反转模式与普通模式类似，不同的是在基板上还要另外加入聚亚酰胺（polyimide），并且需要经过摩擦配向，之后在未施加电场的情形之下直接使用紫外光照射，紫外光的强度必须比普通模式弱，而照射时间也必须加长。

至于SSCT表面安定型液晶，目前已有被采用于电子书当中，主要技术提供者为台湾碧悠公司。这项技术主要是利用改变显示器机板的表面特性来达到改进显示质量与效果的目的。由于胆固醇液晶的螺距太长时，将会失去双稳态的效果，一般应用于胆固醇液晶的垂直螺旋型液晶分子结构，其活化能太高，无法在不施加电场的情况下，维持其双稳态，因此在不改变液晶成分的前提之下，利用改变基板表面的处理流程，来达到提供液晶稳定状态的目的。而在这方面的基板制程上，有粗糙表面（RoughSurface）、垂直配向（HomeotropicAnchoringSurface）以及弱水平配向（WeakHomeotropicAnchoringSurface）等。

搭配适当的垂直配向技术，可以有助于提升显示器视角。造成这种结果的原因主要是因为，垂直配向可使液晶排列方向产生倾斜，因此外界入射光可反射到更多不同的角度，藉此产生广视角的效果。虽然有这项优点，但是配向技术同时也会带来反射率降低的结果。而如果配向力过大的话，将会使得液晶平面螺旋状态消失，因此就无法达到双稳态效果，而如果配合适当的水平配向，则是能够增加反射率，但是同样的，水平配向力过大的话，将会使液晶的垂直螺旋状态消失，同样无法维持稳态效果。

常用在水平配向的材料包括：聚亚酰胺（Polyimide）、聚乙烯醇（Polyvinylalcohol）、硅氧化合物（SiliconeOxide）、微沟槽（Microgroves）以及经线性极化紫外光配向之材料（LinearPhotopolymerization）。用在垂直配向的材料则有：聚亚酰胺（Polyimide）、聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene）、卵磷脂（Lecithin）、铵盐（QuaternaryAmmonium）、硅的衍生物、 HTAB或铬的错合物（Cr-complexes）等等，在材料的选择上，除了要考虑到相关材料的物理特性以外，也要视最终产品的用途而定。

为了让使用者得到更好的视觉体验，应用于电子纸、电子书等的显示技术也逐渐走向彩色化，除了在画面更新率做出加强以外，颜色饱和度以及对比表现上也是关注的焦点。传统的彩色胆固醇显示技术，是使用三片单色胆固醇面板加以重迭，藉由不同反射层的切换与反射来达到全彩的目的，不过由于三片重迭的制程，必须考虑到像素的重迭问题，如果没有精确矫正，很容易产生鬼影现象。因此制造的难度非常的高，此外，窄视角也是重迭之后所会带来的另外一项后遗症。富士通在 2005年所推出的彩色胆固醇液晶显示技术，便是属于此类技术。

为了克服相关的缺点，目前也已经有研发出单层的全彩胆固醇液晶显示技术，利用光可破坏旋光剂来调整反射波段，并利用紫外线来曝照特定画素，藉以产生红色、蓝色与绿色三元色。

2.电子墨水（E-Ink技术）

E-Ink（ElectronicInk）技术是结合化学、物理以及电子学的材料技术，属于电泳技术（electrophoreticdisplay）的一种，与目前主流显示技术最大的差别在于，E-Ink技术是属于非液晶技术，他是由数百万个微胶囊所构成，这些微胶囊的大小约为人发的直径粗细。每一个微胶囊都含有待正电的白色粒子以及带负电的黑色粒子，当施加以负电场时，白色粒子将会移动到微胶囊的顶端，形成白色的点，而黑色粒子则会下沉到底部，相反的，若施加以正电场，黑色粒子就会移到微胶囊上方，造成黑点的效果。

采用E-Ink技术的显示器，则是将作为显示介质的微胶囊平均印刷在塑料基板上，再贴附于制作好电及的透明基板上。这种显示技术主要是藉由外来光源反射而显示，不需要背光模块，且当文字或图像转换时才需要施加电力，与双稳态胆固醇液晶显示技术同样的，都是非常省电的显示技术。

与E-Ink技术类似的，还有Sipix公司所推出的Microcup电泳技术以及Xerox所开发的SmartPaper技术，Microcup 电泳技术在实作方法上与E-Ink十分相近，只不过Microcup技术是采用杯状槽设计，显示介质为微小的染色电子墨水粒子。Sipx的 Microcup技术可以藉由使用多种颜色的微小粒子，轻易的达到彩色显示目的。而Xerox的SmartPaper技术则是采用直径小于100mm的球体。在球体上涂布了两种相反电性与颜色的颜料，并置于可弯曲塑料片中微孔的半球体所组成，当施加电场时则会随着电场变化旋转到指定的颜色部分。目前 Xerox已经将SmartPaper部门独立出来，成立了子公司GyriconMedia，负责推动这方面的技术与业务进展。

E-Ink要达到彩色显示所需要的步骤要比Microcup技术复杂一点，必须搭配滤光片。不过E-Ink彩色显示有其限制，全彩的影像仅出现于静态的影像，若要有动态影像时，为了使反应时间加快，就必须减少掺杂的正负电离子量，或者要缩小单一画素体积，这将会导致色纯度不够，因此最高颜色数就受到了限制。不过其反射率、对比度等等条件都已经近似于真的纸张了。

相关显示技术的未来发展

除了应用在电子书市场以外，以上介绍的几项技术都可以应用在目前相当热门的可挠性显示技术中，除了高对比、广视角等固有优点以外，省电优势，以及节省纸浆使用，更是因应未来环保潮流的最佳目的之一。不过目前最大的推广阻碍，还是要看人类对这项新技术的适应速度，假使成功推展开来，对于目前的纸张阅读习惯将会是个非常大的革命性演进，配合目前的塑料电子芯片技术，不久的将来，火车上或捷运上可能就会看到如电影“关键报告”中，人手一份可显示文字与全彩动画的电子刊物的情景。

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