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E-Reader背水一战 且看全彩视讯化技术
 

【作者: 歐敏銓】2010年03月08日 星期一

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若说去年,2009年是电子书阅读器(E-Reader)意气风发的一年,想必并不为过。其实从Sony在2005年率先推出E-Reader后,几年下来并没有在市场上有太大的崭获,直到Amazon这家全球最大的网路书店出手,结合旗下数位化的内容推出了Kindle阅读器,才一炮打响了E-Reader这类型产品的市场名气。



自Kindle第一代在2007年耶誔假期前问世后,销售业绩即一路长红,让许多原本心存观望的业者对这样的产品定位吃了定心丸,纷纷举旗加入E-Reader的市场战局。即使是在景气衰退的2009年中,仍可见到各家各派的E-Reader如雨后春笋般上市,而出货量更从2008年的不到100万台,一下子在2009年中成长了四倍,卖出了将近400万台!



不论是多方业者的投入,或是销售量的长红,似乎都支撑着一个事实:即E-Reader已在笔电和手机之间,成功杀出了一条血路,成功塑造出让世人接受的新型态行动产品定位。而照去年的热卖情况,分析师多数看好在今、明年中还会继续有倍数以上的市场成长。



然而,市场真的会有那么乐观吗?




  • 难道,苹果iPad的这一击,就已为Kindle等敲响了丧钟吗?





iPad给EReader重重一击!


让厚重的书本变成数位化的内容,再随身带着走,自然是时势所趋。只不过,时下的E-Reader却得面对两大严苛的质问:一是彩色化的图片、照片,甚至是影片,何时能够完美地在E-Reader上展现?二是为了看书,我需要购买一台还不是那么理想的专用阅读器吗?



如果没有更好的选择的话,这两个问题或许还不会那么快被突显出来:只要觉得数位阅读确实有需要,那么就算只有黑白画面、价格贵一点、反应慢一点、使用介面单调些等,那都还可以暂且接受,先买一台E-Reader回来用用再说。



不过,千呼万唤中,iPad终于在1月28日亮相了!



或许这不能说是一台让人惊艳的革命性产品(就像放大了的iPhone),但其一贯的流畅触控介面,以及贴心的应用程式和多元服务的整合,仍算没砸了苹果自己的招牌!问世以来,仅管各方的褒贬意见纷歧,但应无人能否定,这是至今最吸引人的一款平板电脑,而且除了用来上网、游戏和看影片,也非常适合用来阅读!



单就彩色化这点,iPad就已让Kindle等E-Reader相形逊色,加上与iPad同时推出的iBook线上电子书店,更与Amazon针锋相对。苹果为音乐推出的iTune Store和软体、游戏的App Store,都已取得空前的成功,使得无人能小觑iBook Store的推出。



相较于Kindle畅销书9.99美元的定价,苹果将出版品的定价大权交还给出版商,而且采行开放性的ePub格式,让出版商更乐于为iBook提供内容。问世之初,就已有Penguin、Macmillon、Simon & Shuster、Hachette Book Group与HarperCollins Publishers等五大书商加入iBook平台。



更值得关注的一点是,在彩色化、多媒体和多点触控介面的支援下,除了一行行的文字外,今日书、报、杂志中的图片、照片等内容都能生动地在iPad上阅读。不仅如此,它还能结合影音、动画,并以直觉的触控介面来操作,让平面媒体的阅听经验全面升级,更强势挑战只能用来“读”书的E-Reader!



各位只要看过Sport Illustrated杂志在Youtube上的Tablet介面展示,很难不被说服:这就是未来的阅读趋势!当你按一运动明星封面时,先来一段精彩的得分影片;接着你能在目录中获得更动态、深入的索引内容,并自由排列想看的内容顺序;在同一页文章中一个照片格中,就可以翻看多张照片,而所有的照片都能放大且逼真的显示…



这些介面效果,远远超越了今时今日的E-Reader;难道,苹果iPad的这一击,就已为Kindle等敲响了丧钟吗?




《图一 Sport Illustrated杂志在Youtube上的Tablet介面展示,除了图文并茂的编辑外,还结合了动态视讯、电子邮件和多点触控等功能,可说是新世代电子阅读器的最佳典范。 》




期待全彩、动态的电子纸显示技术


平心而论,由于两者采用的显示技术不同,其实E-Reader也不是一面倒地全无还手之力。今日的E-Reader利用电子纸显示器的双稳态、反射式显示特性,达到接近纸张的阅读舒适感,以及长时间的使用寿命(一周以上);相较之下,时下主宰市场的液晶显示技术就难以企及这样的使用经验。



在彩色化的发展上,目前占九成E-Reader显示介面市场的E-Ink(元太)自然是戮力以赴地在进行中。然而就其回应市场的蓝图,最快要到今年底或明年初才会有商品化的产品上市。



即使做到了彩色化,基于E-Ink电泳式(EPD)技术的E-Reader仍然需面对两大挑战:一是因先期的彩色化得靠彩色滤光片来达成,势必会大幅降低画面显示的亮度(彩色滤光片会滤掉三分之二的光线);其次是反应速度的问题,即便今年中已能看到画面切换流畅的E-Reader,但要采用EPD支援视讯影像,短期内应难以实现。



既是如此,难道我们只能苦苦等候EPD慢慢突破,才能看到高彩度、动态化的电子书阅读器吗?也不尽然如此,当E-Ink挣得电子书一哥地位的同时,其实还有不少新世代的显示技术正跃跃欲试,有意挑战EPD、甚至是LCD的市场地位呢。



在今年的CES展中,就出现了几款标榜能够全彩、动态显示,同时也保有电子纸省电、舒适等技术优势的电子书阅读器。特别值得注意的包括Pixel Qi的3Qi、Liquavista的电湿润显示(EWD)技术,以及QMT的Mirasol。这些技术若能顺利导入E-Reader中,自然能让E-Reader的使用经验大为提升。



让反射、背光奇集一身的Pixel Qi


很多人可能还不认识Pixel Qi这家新创公司,但多数人想必听过OLPC吧。 OLPC(One Laptop per Child)是个非营利的计画,目的是推出美金百元以下的低价笔电,希望让低收入国家的孩童也能人手一台电脑。而Pixel Qi这家公司的创办人正是OLPC的首席技术长–Mary Lou Jepsen。



OLPC计画自2005年推行至今,已展现了一些成果,目前约有150万台的低价笔电已被送到这些小孩的手中。而Mary Lou则因设计OLPC电脑,在2008年获选为时代杂志百大最有影响力人物。



为了让缺乏电力的村落中,孩童所使用的OLPC电脑能发挥电池的最大效用,此计画致力于开发出低功耗的显示技术。 Mary Lou在2008年成立Pixel Qi,就是希望能基于OLPC的开发经验,将低价、省电的显示技术带到更广大的消费应用市场。



Mary Lou认为,要让TFT-LCD显示器降低功耗,最好的方法是在外部光线充足时,改用不需背光的反射式显示模式来操作与阅读。这正是OLPC的设计策略,Pixel Qi也从此概念出发,推出了兼具TFT-LCD背光彩色显示及高解析度的黑白画面的双模式显示技术:3Qi。这里的3应是指R、G、B三原色吧,而Qi音同中文的“气”,取自东方哲学中所有事物与生俱来、周而复始的生命能量!



在背光模式下,3Qi显示器与一般LCD萤幕并无二致,但当转为低功率反射模式时,能将十吋显示器的功耗由2.5W大幅降到0.5W。



3Qi的独家技术正是其低功耗模式的反射技术,而其关键在于利用结构中的镜面层来反射光线,并让R、G、B彩色滤光片不作用,以免降低反射率,并提供高达254灰阶的黑白影像显示。此技术的解析度达到近200dpi,画面更新率可达60Hz,足够用来显示视讯内容;不过,若只是为了E-book的文字阅读,或简单的文书处理,此技术可将画面更新率调降到10Hz,进而能让功耗再降低到100mW左右。



至于商品化的蓝图呢,Pixel Qi表示其显示器已可量产,而且是使用标准的LCD制造材料与制程、设备,能够有效降低成本和设计门槛。日前在CES 2010中,印度新创公司Notion Ink即展示了采用Pixel Qi显示技术的10.1吋Adam样机,其处理器为Nvidia的Tegra 2(核心为ARM Cortex A9)、作业系统为Android),兼具平板电脑与电子书阅读器功能,预许在六月推出,售价约325美元。




《图二Pixel Qi兼具TFT-LCD背光彩色显示及高解析度的黑白画面的双模式显示技术:3Qi,其关键在于利用结构中的镜面层来反射光线,并让R、G、B彩色滤光片不作用,以免降低反射率,并提供高达254灰阶的黑白影像显示。 》




实现全彩视讯的EWD显示技术


除了EPD,电湿润显示(Electrowetting Display;EWD)也是相当值得期待的一项新兴电子纸显示技术。此技术能在不用偏光板、液晶和彩色滤光片的条件下,即能达到彩色效果,而且颜色切换速度极快,能满足动态影像的播放需求,因此具有非常好的发展潜力。



EWD的原理与EPD类似,是利用油墨和水不同表面张力之特性来作为显示介质的驱动原理。当不施电压时,油墨在基板上形成一层可见的光学膜;施与电压时像素变成透明的。透过控制个别像素上的电压,即可以显示图像。目前将此技术商品化的代表厂商为Liquavista,而国内的工研院在此技术上也已卓有所成。



继单色的LiquivistaBright,今年Liquivista在CES中主打6吋的LiquavistaColor彩色阅读器样机Pebble,它具有全彩视讯动态影像的播放能力,而且具有低耗电、高对比度及广视角的特性。此阅读器还可依不同内容所需的画面更新率(如看书或看影片),以不同的模式来驱动显示器,以做到尽量省电的要求,因此很适合需播放多媒体应用,但又对功耗斤斤计较的E-Reader等​​可携式设备。



目前LiquavistaColor在彩色化的实现上目前仍采用彩色滤光片来达成,由于是反射式的显示技术,难免会犠牲部分的反射亮度。该公司预计在2011年推出下一代的产品LiquavistaVivid,这款阅读器将采半穿反(transflective)模式显示技术,也就是同时具有高亮度的单色反射显示模式,以及高彩度的全彩穿透式显示模式。



采用反射模式能做到最省电的阅读应用,但使用背光的全彩穿透模式时,因电湿润技术的光学切换效率极佳,能够将功耗降到很低。这种双模式架构的诉求与Pixel Qi相同,能够同时满足电子书阅读及彩色显示应用的需求。 Liquavista EWD技术的另一个优势,则是强调采用与液晶显示器相似的架构,因此可用标准的液晶显示器生产线来制造。



除了Liquavista,工研院影像显示科技中心也致力于EWD的开发,并卓有成就。目前该单位已研发出单层彩色油墨结构的EWD,反射率可做到40%以上。在制程上使用数位喷涂(Ink-Jet Printing;IJP)技术,将墨水精准地喷涂于各画素中,以达到大面积制程的需求,目前已可做出6吋的EWD面板。至于材料的部分,因可使用现有的彩色油墨染料,生产成本低廉,使国内厂商具有快速量产的能力。



对于EWD来说,目前所做到的效能表现仍不是最佳的。 EWD是少数可以同时发展反射式、穿透式及半反穿式显示器的显示技术。而在彩色化的作法上,除了采用彩色滤光片和单层彩色油墨的作法外,还可以采用三层三色EWD的反射式架构来实现全彩的表现。此一三层式架构可以达到最接近于纸张的反射率(60%)与彩度,在对比度上什至高于纸张。不过,制造上的困难度相当高,如果能克服生产上挑战,相信会是极具竞争力的显示技术。



《图三 Liquivista在今年的CES中展出6吋的LiquavistaColor彩色阅读器样机Pebble,它具有全彩视讯动态影像的播放能力,而且具有低耗电、高对比度及广视角的特性。 》


以MEMS达成低功耗彩色化技术:Mirasol


另一个相当值得期待的低功耗彩色化技术,即是高通光电(Qualcomm MEMS Technologies;QMT)的Mirasol显示器。该公司在今年的CES中也展出了一款5.7吋的彩色电子阅读器,解析度达到XGA(1024×768)、240ppi,比起时下黑白画面、反应又慢的EPD电子阅读器,可以说是亮眼许多,因而成为今年会场上的热门话题产品之一。



与其他众多电子纸显示技术不同,QMT的Mirasol是唯一采用微机电(MEMS)制程开发的新一代显示技术。该显示器的设计理念来自于蝴蝶拍动翅膀时竟能创造出生动的色彩,并从中获得启发,进一步研发出干涉测量调节(Interferometric Modulator;IMOD)的反射显示技术。所谓IMOD是显示器中一个个组成像素的单元,每个单元含两个导体板,而两板之间的光学间隙高度可以决定由IMOD反射的光线色彩。



Mirasol和EPD同样是反射式的双稳态显示技术,除非画面资料改变,否则不需要更新,也不需供电,因此非常省电。在显示性能上,其反射率超过60%,对比度超过15:1,支援彩色显示,而且反应速度极快(以ms为单位),足以用来播放动态视讯,技术上的优势相当明显。



反射式的Mirasol因光源来自于自然光,因而无需背光,实现了低功耗与低成本。相较于TFT-LCD显示器约占行动电话手机耗电量的50%,采用IMOD反射技术的Mirasol显示器仅占6%。以2.2吋QVGA显示器为例,采用TFT-LCD技术的典型模组功耗约为240mW、OLED为280mW,而Mirasol显示器模组功耗可低至1mW,因而大幅延长电池的使用寿命。



在设计结构上,IMOD元件的构造又比TFT-LCD显示器简单许多。 Mirasol不需要液晶显示器中的偏光板、液晶、彩色滤光片及主动矩阵TFT,只以单纯的结构就能提供光调变、色彩选择及记忆等功能。此外,它也使用与一般​​显示器相同的半导体设备与制程,因而可快速套用在现有的显示器制程中。



虽然Mirasol目前能做到的尺寸仍不大,色彩上有一些偏黄,但就其技术特性上的各种优势,未来在手机、电子阅读器、数位相机、PND、PMP等领域的应用上,仍相当值得关注。



《图四QMT在今年的CES中展出了一款5.7吋的彩色电子阅读器,解析度达到XGA(1024×768)、240ppi,其反射率超过60%,对比度超过15:1,支援彩色显示,而且反应速度极快(以ms为单位),足以用来播放动态视讯,具有明显的技术优势。 》


电子纸显示技术光电特性比较


目前有许多技术可实现电子纸显示应用,也就是以更单纯的结构来达到低功耗、轻薄化的反射式显示需求。在众多技术中,电泳式显示介质(EPD)是目前市场上应用最广的技术,但在彩色化及影像更新率上的表现存在着不易突破的瓶颈。相较之下,采用MEMS技术的IMOD及新兴的电湿润(EWD)则具有全彩、动态影像的支援能力。在下表中的比较中,特别值得关注的是三层式的电湿润式显示技术,能够做到最接近纸张的反射性能,彩色转换率高达百分之百,在对比度上什至超越纸张,未来发展很值得期待。



(表一)  电子纸显示技术光电特性比较<参考资料:Liquavista>











































































技術

黑白反射率

彩色转换率

对比度

视角

灰阶度

影像更新率

反射式液晶

50

33

15

Limited

类比

视讯

胆固醇液晶

30

50*

10

Limited

类比

>1s

电泳式技术

45

33

12

Unlimited

类比

~1s

IMOD

50

33

12

Limited

PWM, Area

视讯

单层EWD**

60

33

12

Unlimited

类比

视讯

三层EWD**

60

100

18

Unlimited

类比

视讯

纸张

70

100

15

Unlimited

Area

-





  • 注:*假设左、右手极化都被应用在实际案例中;**光学特性:In-pixel x 0.90(需考虑墙面的损失)






  • 在不远的未来,或许只要将卷曲起来的大尺寸电子纸显示器朝墙上一贴,就能用来观看高画质的多媒体内容。





Kindle与iPad之争,电子纸显示器最终胜出


当iPad气势汹汹地问世,不仅让消费者心动,也直接威胁到包括PMP(多媒体)、数位相框(照片)、手持游戏机和电子书阅读器等产品的市场地位。当然,功能专一的产品应不致于被市场淘汰,但若本身的性能、介面及价格优势无法被突显出来,其市场只会不断地遭到挤压。



E-Reader今日最大的卖点,无疑是其舒适阅读和长时间使用的特性。未来只要在售价上与iPad保有一定的差距,应该仍有其存在的利基空间。在华尔街日报日前的报导中,Amazon预估今年Kindle营收成长约36%,只可能被iPad吃掉1或2个百分点。




《图五 显示器之多媒体性能比较表》




真的会是如此吗?也许再过一、两季才会更清楚iPad在市场上发酵的实际情况。不过,消费者对于彩色化的阅读需求是很明显的,电子书阅读器也必然要提出这样的解决方案。当然,能够全彩并支援视讯,并兼具电子纸的性能优势,必然是首选的显示技术。



换个角度来看,E-Reader可以说是电子纸显示技术在应用上的前哨站,这类低功耗、更轻薄(甚至可挠)、制程简单的显示技术,终究会逐步走向更大尺寸的面板市场。在不远的未来,或许只要将卷曲起来的大尺寸电子纸显示器朝墙上一贴,就能用来观看高画质的多媒体内容。



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