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2005/05/02 - （作者任苙萍／電子與電腦雜誌2005年4月號）
電泳顯示（EPD，ElectroPhoretic Display，俗稱Electronic Paper電子紙）是一新穎的光電顯示技術，目前全球僅美、日兩國有計劃地投入研發生產工作；1999年誕生於美國加州矽谷（San Jose）、2004年回師台灣成立營運總部的鑼科技（Sipix Technology Inc.），其EPD技術已被美國、日本等國際大廠公認為「可撓式電子紙顯示器」的世界先驅。
電子紙：兼顧省電及便利的顯示
像卷軸般的Electronic Paper一旦真正廣為應用，預料將對我們的日常生活產生巨大影響，範圍遍及電子看板、電子書、IC卡，甚至是電視或電腦等任何需要顯像的媒體。由於電子紙呈卷軸狀，可附著於任何平面物體上，只要再加上一個儲存影像文字的控制晶片，即可不受時空限制地吸收資訊，或恣意享受變換圖像的便利。
▲圖1：電子紙的應用
早在去年5月間的美國西雅圖「SID2004展示會」上，飛利浦電子即已正式展出以SiPix公司的MicroCup型電泳顯示器所研發的卷軸型電子紙。這種電子紙螢幕有5吋大小，螢幕解析度為320×240像素。卷軸型電子紙樣品由OTFT所在的塑膠底板與電泳顯示幕構成，可一層一層捲成半徑2cm以下的圓筒；以EPD顯示器製作的電子紙，其實是利用兩片如塑膠一般的面板，以電極的方式，在面板上產生影像。相較於目前市面上的LCD玻璃面板，這種產品具有可捲性、高對比、180度視角、尺寸大小可自由截剪或拼合、節省電源（影像固定顯示時不需用電）、耐磨、耐撞以及價格低廉等優勢。目前已開發出單色產品，應用在如電子價格標籤、電子看板、IC卡、電子鐘錶、計算機等產品的顯示卡。而彩色顯示面板，在技術上已有突破，因此預計在不久的將來，也會有相關產品問市，如電子書、電子手寫板（Tablet）等手持式閱讀器，使用之顯示面板等。
SiPix握有超過100篇美國原創性專利，以及Roll to Roll EPD Manufacture System。為貼近先驅技術的脈動，SiPix目前研發總部仍舊設在美國加州矽谷原地，擁有100多位頂尖科學家及工程師。其正計劃將此技術應用在電子產品，建置生產及研發基地，以拓展另一光電產業領域。SiPix目前正與美、日、台等電子大廠進行大量的產品應用合作開發計畫，去年9月下旬甫與世界知名的化學大廠BASF策略聯盟，共同合作開發EPD的彩色染料等關鍵材料，加速EPD的產品研發及進入量產。
獨特製程造就高性能顯示技術
SiPix利用獨特的Microcup微型杯結構和頂部入液封裝的技術，通過連續性整卷高速塗佈的製程，成功製造出高性能、具有雙穩性的表面帶電的電泳顯示（EPD）微粒為基礎的高性能電子紙。SiPix將提供下列兩種規格的EPD卷成品給下游後端模組廠商或系統廠商：(a)可用於製造直接驅動（Direct Drive／Segment）和主動式矩陣（AM）驅動產品的三明治卷成品，其結構為：Common ITO／Microcup EPD／剝離膜（保護膜），以及(b)可用於製造被動式矩陣（PM）驅動的三明治卷成品，其結構包含橫向ITO電極／Microcup EPD／縱向ITO電極。這兩種卷成品只需再經過簡單的後段加工便可製成不同的顯示器半成品或成品。
▲圖2a：可用於製造直接驅動（Direct Drive／Segment）和主動式矩陣（AM）驅動產品的三明治卷成品之結構 
▲圖2b：可用於製造被動式矩陣（PM）驅動的三明治卷成品，其結構包含橫向ITO電極／Microcup EPD／縱向ITO電極
SiPix已證實能以低成本、高效率的卷式（roll-to-roll）製程來生產極輕、極薄的柔軟電子紙。圖2a所示是一個典型的主動式矩陣EPD的概要結構。從上至下的結構依次為﹕透明的第一電極層；充滿有色電泳液的Microcup陣列；封液層／粘合層；以及TFT底板。Microcup陣列可用光蝕刻技術或精密微型壓花技術在整卷的ITO電極膜上製成。Microcup結構將電泳液分隔成細小的獨立單元，有效地預防了電泳液的外漏以及不當的微粒的位移。Microcup結構還具有造形上的任意性，結構完整性和機械穩定性的優點。
Microcup的形狀和尺寸可以根據不同的應用需求來作有效的調整。圖1b所顯示的是兩種典型的Microcup結構圖。經由通過微粒--微粒、微粒--封裝層、和微粒--Microcup間交互作用的最佳量化後，SiPix成功的製成了64x240條線的被動式矩陣Microcup驅動電子紙（PMEPD）。此電子紙為全世界第一次被成功製成的軟性電泳顯示器。在30伏下驅動電壓，其影像掃瞄速度可以達到每條線<30微秒，且影像對比度可達>10。同時SiPix也已在實驗室證明Microcup主動式矩陣電子紙AMEPD，在低驅動電壓（<10伏）時，影像對比已可達>10。
◎無縫式頂部封裝製程
SiPix開發出由頂部封裝的製程可以快速將一種非常堅韌的封裝材料層注留在充滿電泳液的Microcup陣列上，並瞬間內在Microcup頂部形成無縫隙的封裝層[1-5]。封裝後的Microcup再與保護／剝離膜或導體膜貼合而形成顯示面板，然後再根據不同的應用轉換成顯示模組或顯示器產品。主動式矩陣驅動和直接驅動的電子紙產品製程可簡述如下﹕先用卷式製程在ITO膜上製成Microcup結構，注入電泳液，頂部封裝，然後和保護／剝離膜粘合（可另加粘膜），形成三明治結構。此種結構的卷成品可以成卷運送到客戶手中，再由客戶進行簡單的後加工轉換成產品。這種為客戶提供便利的成卷產品模式是否可行，其關鍵在於頂部封裝層是否能確保低沸點電泳液在存放和運輸過程中不會揮發或流失。
為了測試封裝層的密封性，我們將一低沸點的測試溶劑以厚度為2-3um的封裝層封裝於Microcup之內。由熱重量（TGA）實驗曲線得知頂部封裝層的存在能有效的將此溶劑的初始氣化溫度由33oC提昇至180-220oC，而且此溶劑需有約23∼26Kcal/mol的活化能才能浸透過封裝層[4]。另有實驗證明，一個正常封裝後的Microcup陣列結構，在溫度為80oC的烘箱內放置5天後，其電泳液重量損失幾乎可以忽略不計。這些封裝層的密封能力充分證明了封裝在Microcup內的電泳液，將可耐長久的儲存和運輸。並且頂部封裝層上的保護／剝離膜可更進一步的加長電泳液的保存期。
◎高效率的卷式(roll-to-roll)製程
圖3顯示SiPix的Roll-to-Roll製程分為五大步驟：(1)塗佈：先將塑料複合材料塗佈在ITO/PET膜上；(2)微杯成型：使用微杯滾輪壓鑄並使用紫外線硬化成型；(3)填充：填充電泳液於微杯中；(4)封裝：使用SiPix專利頂部封裝技術封裝電泳液及微杯；(5)壓合：壓合封裝的微杯膜與TFT底板或是有線路圖樣的第二電極膜上。
▲圖3：SiPix的Roll-to-Roll製程，主要可分為五大步驟
形式任意的EPD卷成品
圖4顯示了兩種形式任意的Microcup卷成品﹕(a)一種是可供直接驅動（DDEPD）和主動式矩陣驅動（AMEPD）電子紙使用的[剝離膜／Microcup EPD／commo導體膜（如ITO／PET）]三明治結構﹔(b)另一種是適用於被動式矩陣電子紙（PMEPD）的預貼合的[橫向電極線／Microcup EPD／垂直向電極線]三明治結構。兩種形式的EPD卷成品的共同特點是整卷產品都有對稱均勻的結構，因此可以根據不同的應用而任意裁剪成不同的大小和形狀。在直接驅動電子紙（DDEPD）和主動式矩陣的電子紙（AMEPD）應用中，客戶可以輕易地除去三明治結構上的保護和剝離膜層（如圖3a），再將Microcup EPD貼合到AM和DD Microcup EPD上。
▲圖4：兩種形式任意的Microcup卷成品
圖5中的是一個3.5"的主動式矩陣驅動樣品，底板為由市面購得的320x240x3QVGA反射型彩色a-Si TFT底板。為了簡化驅動程序，我們將這個樣品中所有的紅、綠、藍三色素連接在一起以組成223.5umx223.5um的單色pixels。我們選用一般的STN LCD driver IC和TFT gate driver IC來驅動顯示器，並利用FPGA來控制灰階。圖5b所示為此樣品之電-光特性曲線。在驅動電壓為+10V時，顯示圖像對比度為8，frame rate為300msec。
▲圖5：SiPix prototype AMEPD(a) 和Electro-optical response of the AMEPD sample：CR = 8:1 at +/- 10V with a frame rate of 300ms. (b)
SiPix形式任意的Microcup EPDs可被貼合在各種不同種類的底板電極上，做成不同電子紙成品，例如：電子價格標籤信用卡、電子看板、廣告或手錶、時鐘。這樣的產品模式可以顯著地降低加工過程的材料損耗，使產量提高。更多資訊：www.sipix.com或電洽：(03)434-2466，鑼科技。（特別感謝【SiPix鑼科技】提供專利技術資料概觀）
（本文轉載於電子與電腦雜誌2005年4月號）
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