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1. 前言

本文要介紹的是可稱作終極環保顯示器的“電子紙”。將以其中率先實現實用化的電泳顯示（EPD：ElectroPhoretic Display）方式為中心，介紹形狀可靈活改變的柔性電子紙的開發和實用化現狀以及展望等。

旨在取代紙的電子紙因其用途多樣性，需要輕量、柔性、掉落后不會摔壞的堅固性等性能。本文將介紹具備這些性能的電子紙的特點，以及電子紙對于“綠色工藝”的支持情況。

2. 電子紙的特點和對綠色工藝的支持

2.1 電子紙的特點

電子紙是通過電氣方式改變像素狀態，使顯示內容可擦寫的顯示器件。率先實現實用化的電子紙是美國E Ink公司（現在是臺灣E Ink Holding旗下公司）開發的微膠囊型EPD。其原理和構造如圖1所示。在裝滿透明流體的微型膠囊內加入白色顏料和黑色顏料的顆粒，通過電場的變化和靜電的作用使這些顆粒移動，從而使顯示器顯示面的像素顏色在黑白之間變化。

圖1：微膠囊型電泳方式的顯示原理

此外，還有In-plane型EPD、普利司通推出的電子粉流體方式（現在已經退出）等其他幾種方式。由于是不使用背照燈的反射型等原因，這種顯示器件僅在像素單位的狀態發生變化（擦寫）時才會在一定程度上消耗較大電力。維持畫面顯示狀態幾乎或完全不消耗電力。

如果是完全不消耗電力的類型，擦寫一次后，只要不再擦寫，電子紙就會永遠保留顯示內容。與號稱是“自發光元件，耗電量低”，但依然會消耗相應電力的有機EL（OLED），以及作為遮光快門工作的液晶等普通的顯示器件不同，電子紙無需以一定的周期反復對畫面整體進行擦寫，耗電量非常低。這就是可以稱之為終極環保顯示器的理由。

目前，在展示貨架等安裝的商品介紹標簽方面，一些超市等采用組合了小型液晶顯示器和MCU的器件。不過，這種液晶顯示器即使是沒有背照燈的反射型，也會消耗一定電力，顯示部分需要定期更換電池等維護作業。另外，還需要保持顯示器上顯示的內容。如果換成EPD，就可以完全或者基本省去更換電池的麻煩。而且，向顯示器輸入顯示內容的計算機也無需始終運行。

2.2 對綠色工藝的支持情況

接下來看一下電子紙對節能型及環保型制造技術，也就是“綠色工藝”的支持情況。

在多種類型的柔性顯示器中，電子紙對于TFT特性和阻氣性的要求最低。因此，可以說實用化門檻是最低的。而且，電子紙的前板已經開始利用卷對卷（R2R）方式生產。但背板還存在問題。前板與背板的貼合方面，枚葉方式已經實現實用化。

3. 利用綠色工藝的電子紙的開發和實用化

3.1 凸版印刷的舉措

（1）有機薄膜晶體管驅動EPD

在日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）的項目中，凸版印刷公司確立了利用印刷電子技術實現柔性器件的印刷工藝技術，由此實現了薄型、輕量而且可以彎曲的柔性電子紙。這種柔性電子紙中，用來驅動EPD的柔性TFT，是采用環保性較高的印刷技術在塑料基板上形成有機薄膜晶體管（OTFT）陣列而實現的。

利用印刷工藝在塑料基板上形成TFT時，對于電極材料、絕緣材料和有機半導體材料等不同的材料，要分別使用適合的印刷方法。另外，高精度對準多個層之間的位置也非常重要。

柔性TFT制造技術的重點如下。

·可形成高精細電極的轉印印刷工藝技術

（實現高分辨率、直線性和平坦性）

·線/間隔（L/S）=1μm/1μm的高精細銀布線（圖2）

·可形成有機半導體層的柔版印刷工藝技術

·印刷TFT陣列制造技術

（提高TFT元件的遷移率，降低偏差）

圖2：高精細銀布線圖案

今后將進一步推進印刷電子技術的研究，運用柔性電子紙薄型、輕量、不易破損的優勢和曲面顯示特性，在物流、制造、數字標牌和IC卡等多個領域開發新產品。

（2）利用柔性電子紙試制貨架標簽

凸版印刷公司利用彩色濾光片技術，實現了柔性電子紙的部分彩色化，并利用這種柔性電子紙，試制了圖3中的“橫條型電子貨架標簽（ESL：Electronic Shelf Label）”。

圖3：橫條型電子貨架標簽

這種軌條型電子貨架標簽可以將貨架前表面的整體作為顯示區域，因此，與紙制貨架標簽和獨立的電子貨架標簽相比顯示面積更大，可提高配置及表現自由度。這樣一來，不僅能發揮電子貨架標簽的優勢——可統一更改銷售信息等，還能向客戶顯示促銷信息、向工作人員顯示商品陳列指示信息等，可用于多種用途。另外，通過實現部分彩色化，還可以重點顯示促銷信息和商品介紹等，增強醒目效果，或者提醒工作人員注意，減少失誤。

凸版印刷的“橫條型電子貨架標簽”的主要性能參數如下。

·顯示元件：EPD方式的電子紙（E Ink Holdings生產）

·顯示驅動基板：柔性TFT電路板

·外形尺寸：約900mm（寬）×約30mm（高）

·顯示部形狀：凸型彎曲顯示（曲率半徑為50mm）

·部分彩色：綠線（上端），紅線（下端）

凸版印刷公司計劃今后繼續改良這種橫條型電子貨架標簽，在2017年度實現實用化。

3.2 Plastic Logic的彎曲電子紙

英國Plastic Logic公司開發并制造了表1中多種畫面尺寸的柔性塑料顯示器。這些顯示器在陽光下也比較容易閱讀，實現了超輕量、超薄型而且極結實的特性，電池消耗也非常慢。這是融合Plastic Logic的有機薄膜晶體管（OTFT）技術和E Ink Holdings的EPD技術獲得的成果。另外，該產品還具備5年以上的產品壽命、1000萬頁以上的更新及非常高的靈活性等傳統顯示器所沒有的優點。具體特點如下。

·基于有機TFT（OTFT）的有源矩陣驅動

·采用雙穩態EPD技術

·超低功耗（無需持續循環刷新）

·高彎曲性

·超廣視角

·備有1英寸至15英寸的大范圍畫面尺寸的產品線

·低至200μm的超薄型化（可選）

·最大16色階的灰階顯示

·實現薄型、輕量、結實的產品設計

制造方式目前采用片式，R2R方式尚未實現。

表1：Plastic Logic的不同畫面尺寸的柔性顯示器一覽（作者根據Plastic Logic的資料制作）

3.3 Polyera的柔性智能手表

開發柔性器件的美國Polyera公司經過10年的研發，終于推出了可靈活變形的智能手表“Wove Band”（圖4）。該產品配備能隨意彎曲的觸摸屏，可以纏繞在手腕上，也可以攤平使用，最大特點是使用靈活。該公司在全球率先實現了這種智能手表的商品化。

圖4：智能手表“Wave Band”

Wove Band的顯示屏采用的是以有機薄膜晶體管（OTFT）驅動的柔性電子紙。通過利用柔性TFT，與玻璃基板上的TFT相比，削減了產品整體的重量和厚度。電子紙采用EPD方式。

前面已經提到過，具備雙穩態性的EPD顯示靜止圖像時不消耗電力。因此，Wove Band的耗電量比其他畫面尺寸更小的智能手表還要低。如果消耗相同的耗電量，則可以安裝更大尺寸的顯示屏。

那么，為何彎曲不會破壞其內部構造呢？秘密在于Wove Band的顯示元件。該產品采用前板和背板雙層構造，前板用來顯示圖像，背板利用TFT，控制前板顯示的像素的開關切換。通過這樣的雙層構造，實現了可以彎曲的柔性顯示屏，而且不會影響內部構造。這種劃時代的顯示器將大大改變我們目前對配飾的概念。

3.4 Visionect的顯示可變型交通標志

澳大利亞悉尼市已開始利用基于EPD式電子紙（E Ink Holdings生產）的可切換顯示的道路交通標志牌。這種標志牌由斯洛文尼亞的Visionect公司開發，可利用3G通信線路自由變更顯示內容。不過，由于電子紙的響應時間較慢，因此不適合顯示視頻。

長時間顯示相同內容的用途是電子紙最擅長的領域。因此，有些場所設定了某些時段禁止停車和禁止進入的區間，用于這些場所的交通標志牌應該可以說是電子紙最合適的用途。Visionect在悉尼市導入的EPD標志牌通過3G線路接收顯示內容。還可以根據設定，在不同時段切換顯示內容。電力利用標志牌背面設置的太陽能電池板提供，無需接入外部電源。因此，即使突然停電也能正常運行。

由于電子紙是不會自行發光的反射型顯示器，在沒有陽光的夜間無法看到內容。因此，這種標志牌采用了存儲太陽能電池板的電力，在夜間點亮前燈的機制。

4. 結束語

以上介紹了可稱作終極環保顯示器的“柔性電子紙”的現狀和展望。這種顯示器具備液晶屏和有機EL屏所沒有的存儲性（雙穩態性），另外，由于采用無需偏光板的構造，因此可實現明亮的反射型產品。而且，有機半導體TFT驅動已經實現實用化。估計柔性電子紙的生產采用卷對卷方式也指日可待。