不伤眼的「电子纸」，背后的玄机与机遇
电子纸究竟是什么，它能取代传统的LCD吗？
理想的电子纸具有轻薄易携带、低耗能、易卷曲等特点，也具备关闭电源后仍能保留影像的特性。 目前市面上的电子纸以电泳显示为主流，带电染色粒子根据被施加的电场方向与强度，能移动到电泳显示薄膜上方或是下方并显示出颜色。 除了应用于阅读器、手机、穿戴式装置外，电子纸也能用于大卖场的货架标签、公交站的即时讯息广告牌中，兼顾节能与低碳目标。
以上显示器搭配TFT主动式矩阵驱动的电子纸系统架构，则是将EPD薄膜贴合在具有可挠性（flexibility）或是刚体的TFT背板上，背板能够提供电极所需的电路。由于典型驱动电泳显示器的电压为±15 伏特（V），而新一代的多粒子彩色电子纸需要更多不同的电压，因此彩色电子纸会再透过电源电路（power circuits）来转换出其他不同的电压。
此外，系统中的闪存（flash memory）用于储存驱动波形对照表与图像，当系统开机时对照表与图像会被加载到随机存储器（random access memory， RAM）中，并透过显示控制器（display controller）同时存取对照表与图像产生驱动芯片的控制信号，并将讯号送至驱动芯片（driver chip）显示出影像。
1.彩色电子纸软性化
市售的矩阵式电子纸均须搭配TFT阵列背板，而成熟的TFT背板多采用玻璃基板。若能搭配软性TFT背板，将可实现软性电子纸的目标。目前市面上已经有实验性产品发表，未来仍将持续改进软性背板的可靠度与电气特性。
2.彩色电子纸的图像处理系统及对应的芯片设计
多粒子彩色电子纸的驱动方法与色彩表现，完全不同于旧有的彩色电子纸。例如：旧式彩色电子纸的每个像素只能在有限的颜色中选取， 也不容易有多色阶表现，因此它在色彩处理的议题也完全不同; 新一代多粒子彩色电子纸的影像处理算法与芯片设计，则仍需要学界与产业一同持续研究。
3.新一代的影片播放芯片设计
当电子纸使用于阅读文件的情境下，已经可以有很好的用户经验，但是现在许多新型态的阅读材料也搭配影片或动画，因此电子纸播放影片的功能也日趋重要。过去几年，搭配实时的视频处理技术，黑白电子纸已经可以带给用户很不错的视频播放经验。但由于下一世代的彩色电子纸的显示原理不同，影像更新、色彩转换、驱动方法也都不一样，因此仍须持续改进它的计算效能。
4.彩色电子纸的前光控制算法设计
为了进一步增加彩色电子纸的色彩表现，新一代的彩色电子纸面板已经加入红、绿、蓝、白四色前光灯源来辅助。然而前光对面板色彩的影响是全面性的，针对输入画面选择前光模组中四种颜色的电流比例，并且让面板像素对于前光的选择能有一定程度的调整，最终才能够改善画面整体的色彩表现。
这个议题虽与LCD的背光控制有雷同之处，但对于下个世代多粒子彩色电子纸搭配不同颜色的前光所延伸的议题仍待讨论，同时还需要开发实时色彩处理芯片的技术。
5.下世代电子纸驱动芯片设计
在多粒子的彩色电子纸驱动波型中，每个输出级需要多个可能的输出电压，这将导致每一个在驱动芯片的输出级电路都须搭配多电压选择器。然而可选的电压愈多，芯片的复杂度就会愈高，因此适用于下一代多粒子彩色电子纸的驱动系统与对应的芯片仍有待持续开发。
应用技术发展方向则可包括下面三项技术：
1. 彩色电子纸的人机接口控制芯片设计
一般用户在阅读纸本文件时，也常在文件上使用笔来加注阅读心得与重点，因此电子纸目前也已开发出适用于黑白电子纸的手写预测算法。经由改进算法架构，使人机介面控制芯片能套用于下世代的彩色电子纸系统，之后也能再修正机率统计模型，精准预测出未来笔迹可能出现的位置，并让电子纸面板预先进行驱动，进一步降低手写延迟的情况，并开发加速设计芯片。
2.搭配近场通讯的无电源式电子纸
近场通讯（near field communication， NFC）能允许电子设备之间执行非接触式点对点数据传输，并进行短距离高频的无线通讯。它的运作原理是利用传感器发射无线电波，触动一定范围内的感应线圈，再藉由电磁感应产生电流，供应芯片运作并发出电磁波响应感应器。
若以驱动能量来源区别，又可以分为主动式及被动式两种⸺主动式的电子纸系统内置有电池，可以主动传送讯号供感应器读取; 被动式本身则没有电池的装置，所需电流全靠感应器的无线电波电磁感应产生，所以只有在接收到感应器发出的讯号才会被动的响应感应器。整合本技术与利用电子纸改变显示内容时需要电源的基本特性，便可发展无电源式电子纸系统。
3.新型态的电子纸应用
除了应用于阅读器、手机、其他穿戴式装置之外，电子纸也已经大量应用于大卖场中的货架标签中。这些货价标签所显示的即时讯息与价格可以通过无线通信的技术，达到实时更新的目标、减低人力需求负担。另一方面，电子纸非常适合应用于公交站的即时讯息广告牌中，尤其在许多偏远地区布设电线的工程十分不易，若能借由电子纸极度省电的特性，再搭配太阳能储电系统与无线通讯系统，就可以直接安装、直接使用。
此外，电子纸早已成功应用于行李箱的登机条码、信用卡的即时密码等应用。未来可将应用层面再次扩展于各类广告招牌，使得显示于招牌的内容更加多元丰富也不至于浪费能源。 甚至还可以结合人工智能（artificial intelligence， AI）系统，将电子纸应用于智慧家庭与智慧城市等领域，让即时讯息的显示可以无所不在，更兼顾节能目标。
电子纸的发明并非完全取代现有的显示器，它的基本目标是提供人类享受阅读的载具，用于取代打印机与纸张。若大家渐渐将阅读习惯从纸本改至电子纸，我们将有机会营造一个无纸化的世界，达到节能减碳永续地球的目标。
本篇文章来源于微信公众号: 势银膜链
