电子纸：兼顾省电及便利的新显示技术
根据SiPix的定义，具有可挠性、影像固定时不需依赖电源支撑、可视角宽广，且对光线和湿度/温度等环境条件不敏感的显示器，称为“电子纸”。像卷轴般的Electronic Paper一旦真正广为应用，预料将对我们的日常生活产生巨大影响，范围遍及电子看板、电子书、IC卡，甚至是电视或计算机等任何需要显像的媒体。由于电子纸呈卷轴状，可附着于任何平面物体上，只要再加上一个储存影像文字的控制芯片，即可不受时空限制地吸收信息，或恣意享受变换图像的便利。
早在去年5月间的美国西雅图“SID2004展示会”上，飞利浦电子即已正式展出以SiPix公司的MicroCup型电泳显示器所研发的卷轴型电子纸。这种电子纸屏幕有5英寸大小，屏幕分辨率为320×240像素。卷轴型电子纸样品由OTFT所在的塑料底板与电泳显示屏构成，可一层一层卷成半径2cm以下的圆筒；以EPD显示器制作的电子纸，其实是利用两片如塑料一般的面板，以电极的方式，在面板上产生影像。相较于目前市面上的LCD玻璃面板，这种产品具有可卷性、高对比、180度视角、尺寸大小可自由截剪或拼合、节省电源(影像固定显示时不需用电)、耐磨、耐撞以及价格低廉等优势。目前已开发出单色产品，应用在如电子价格卷标、电子看板、IC卡、电子钟表、计算器等产品的显示卡。而彩色显示面板，在技术上已有突破，因此预计在不久的将来，也会有相关产品问市，如电子书、电子手写板(Tablet)等手持式阅读器，使用之显示面板等。
秉持“务实认真，诚信尊严”经营理念的SiPix，握有超过100篇美国原创性专利，以及Roll to Roll EPD Manufacture System。为贴近先驱技术的脉动，SiPix目前研发总部仍旧设在美国加州硅谷原地，拥有100多位顶尖科学家及工程师。其正计划将此技术应用在电子产品，建置生产及研发基地，以拓展另一光电产业领域。SiPix目前正与美、日以及台湾地区等电子大厂进行大量的产品应用合作开发计划，去年9月下旬甫与世界知名的化学大厂BASF策略联盟，共同合作开发EPD的彩色染料等关键材料，加速EPD的产品研发及进入量产。
独特制程造就高性能显示技术
SiPix利用独特的Microcup微型杯结构和顶部入液封装的技术，通过连续性整卷高速涂布的制程，成功制造出高性能、具有双稳性的表面带电的电泳显示(EPD)微粒为基础的高性能电子纸。SiPix将提供下列两种规格的EPD卷成品给下游后端模块厂商或系统厂商：(a)可用于制造直接驱动(Direct Drive/Segment)和主动式矩阵(AM)驱动产品的三明治卷成品，其结构为：Common ITO/ Microcup EPD/剥离膜(保护膜)，以及(b)可用于制造被动式矩阵(PM)驱动的三明治卷成品，其结构包含横向ITO电极/Microcup EPD/纵向ITO电极。这两种卷成品只需再经过简单的后段加工便可制成不同的显示器半成品或成品。
SiPix已证实能以低成本、高效率的卷式(roll-to-roll)制程来生产极轻、极薄的柔软电子纸。图1a所示是一个典型的主动式矩阵EPD的概要结构。从上至下的结构依次为﹕透明的第一电极层；充满有色电泳液的Microcup数组；封液层/粘合层；以及TFT底板。Microcup数组可用光蚀刻技术或精密微型压花技术在整卷的ITO电极膜上制成。Microcup结构将电泳液分隔成细小的独立单元，有效地预防了电泳液的外漏以及不当的微粒的位移。Microcup结构还具有造形上的任意性，结构完整性和机械稳定性的优点。
Microcup的形状和尺寸可以根据不同的应用需求来作有效的调整。图1b所显示的是两种典型的Microcup结构图。经由通过微粒—微粒、微粒—封装层、和微粒—Microcup间交互作用的最佳量化后，SiPix成功的制成了64x240条线的被动式矩阵Microcup驱动电子纸(PMEPD)。此电子纸为全世界第一次被成功制成的软性电泳显示器。在30伏下驱动电压，其影像扫瞄速度可以达到每条线<30微秒，且影像对比度可达>10。同时SiPix也已在实验室证明Microcup主动式矩阵电子纸AMEPD，在低驱动电压(<10伏)时，影像对比已可达>10。
无缝式顶部封装制程
SiPix开发出由顶部封装的制程可以快速将一种非常坚韧的封装材料层注留在充满电泳液的Microcup数组上，并瞬间内在Microcup顶部形成无缝隙的封装层[1-5]。封装后的Microcup再与保护/剥离膜或导体膜贴合而形成显示面板，然后再根据不同的应用转换成显示模块或显示器产品。主动式矩阵驱动和直接驱动的电子纸产品制程可简述如下﹕先用卷式制程在ITO膜上制成Microcup结构，注入电泳液，顶部封装，然后和保护/剥离膜粘合(可另加粘膜)，形成三明治结构。此种结构的卷成品可以成卷运送到客户手中，再由客户进行简单的后加工转换成产品。这种为客户提供便利的成卷产品模式是否可行，其关键在于顶部封装层是否能确保低沸点电泳液在存放和运输过程中不会挥发或流失。
为了测试封装层的密封性，我们将一低沸点的测试溶剂以厚度为2～3μm的封装层封装于Microcup之内。由热重量(TGA)实验曲线得知顶部封装层的存在能有效的将此溶剂的初始气化温度由33oC提升至180oC-220oC，而且此溶剂需有约23~26Kcal/mol的活化能才能浸透过封装层[4]。另有实验证明，一个正常封装后的Microcup数组结构，在温度为80oC的烘箱内放置5天后，其电泳液重量损失几乎可以忽略不计。这些封装层的密封能力充分证明了封装在Microcup内的电泳液，将可耐长久的储存和运输。并且顶部封装层上的保护/剥离膜可更进一步的加长电泳液的保存期。
高效率的卷式(roll-to-roll)制程
图2显示SiPix的Roll-to-Roll制程，主要可分为五大步骤：(1)涂布：先将塑料复合材料涂布在ITO/PET膜上；(2)微杯成型：使用微杯滚轮压铸并使用紫外线硬化成型；(3)填充：填充电泳液于微杯中；(4)封装：使用SiPix专利顶部封装技术封装电泳液及微杯；(5)压合：压合封装的微杯膜与TFT底板或是有线路图样的第二电极膜上。
形式任意的EPD卷成品
图3显示了两种形式任意的Microcup卷成品﹕(a)一种是可供直接驱动(DDEPD)和主动式矩阵驱动(AMEPD)电子纸使用的[剥离膜/Microcup EPD/ commo导体膜(如ITO/PET)]三明治结构﹔(b)另一种是适用于被动式矩阵电子纸(PMEPD)的预贴合的[横向电极线/Microcup EPD/垂直向电极线]三明治结构。两种形式的EPD卷成品的共同特点是整卷产品都有对称均匀的结构，因此可以根据不同的应用而任意裁剪成不同的大小和形状。在直接驱动电子纸(DDEPD)和主动式矩阵的电子纸(AMEPD)应用中，客户可以轻易地除去三明治结构上的保护和剥离膜层(如图3a)，再将Microcup EPD贴合到AM和DD Microcup EPD上。
图4a中的是一个3.5英寸的主动式矩阵驱动样品，底板为由市面购得的320x240x3QVGA反射型彩色a-Si TFT底板。为了简化驱动程序，我们将这个样品中所有的红、绿、蓝三色素连接在一起以组成223.5μmx223.5μm的单色pixels。我们选用一般的STN LCD driver IC和TFT gate driver IC来驱动显示器，并利用FPGA来控制灰阶。图9B所示为此样品之电-光特性曲线。在驱动电压为+10V时，显示图像对比度为8，frame rate为300msec。
SiPix形式任意的Microcup EPDs可被贴合在各种不同种类的底板电极上，做成不同电子纸成品，例如：电子价格卷标信用卡、电子看板、广告或手表、时钟。
结 语
SiPix形式多样化的Microcup EPD卷成品可以经过简单而有效的后加工制程转换成各种不同的电子纸显示器。这样的产品模式可以显着地降低加工过程的材料损耗，使产量提高。同时，这种以客户为主的后加工制程可以大大加快EPD产品商业化的进程。更多信息：www.sipix.com或电洽：(03)434-2466，锣洤科技。
根据SiPix的定义，具有可挠性、影像固定时不需依赖电源支撑、可视角宽广，且对光线和湿度/温度等环境条件不敏感的显示器，称为“电子纸”。像卷轴般的Electronic Paper一旦真正广为应用，预料将对我们的日常生活产生巨大影响，范围遍及电子看板、电子书、IC卡，甚至是电视或计算机等任何需要显像的媒体。由于电子纸呈卷轴状，可附着于任何平面物体上，只要再加上一个储存影像文字的控制芯片，即可不受时空限制地吸收信息，或恣意享受变换图像的便利。
早在去年5月间的美国西雅图“SID2004展示会”上，飞利浦电子即已正式展出以SiPix公司的MicroCup型电泳显示器所研发的卷轴型电子纸。这种电子纸屏幕有5英寸大小，屏幕分辨率为320×240像素。卷轴型电子纸样品由OTFT所在的塑料底板与电泳显示屏构成，可一层一层卷成半径2cm以下的圆筒；以EPD显示器制作的电子纸，其实是利用两片如塑料一般的面板，以电极的方式，在面板上产生影像。相较于目前市面上的LCD玻璃面板，这种产品具有可卷性、高对比、180度视角、尺寸大小可自由截剪或拼合、节省电源(影像固定显示时不需用电)、耐磨、耐撞以及价格低廉等优势。目前已开发出单色产品，应用在如电子价格卷标、电子看板、IC卡、电子钟表、计算器等产品的显示卡。而彩色显示面板，在技术上已有突破，因此预计在不久的将来，也会有相关产品问市，如电子书、电子手写板(Tablet)等手持式阅读器，使用之显示面板等。
秉持“务实认真，诚信尊严”经营理念的SiPix，握有超过100篇美国原创性专利，以及Roll to Roll EPD Manufacture System。为贴近先驱技术的脉动，SiPix目前研发总部仍旧设在美国加州硅谷原地，拥有100多位顶尖科学家及工程师。其正计划将此技术应用在电子产品，建置生产及研发基地，以拓展另一光电产业领域。SiPix目前正与美、日以及台湾地区等电子大厂进行大量的产品应用合作开发计划，去年9月下旬甫与世界知名的化学大厂BASF策略联盟，共同合作开发EPD的彩色染料等关键材料，加速EPD的产品研发及进入量产。
独特制程造就高性能显示技术
SiPix利用独特的Microcup微型杯结构和顶部入液封装的技术，通过连续性整卷高速涂布的制程，成功制造出高性能、具有双稳性的表面带电的电泳显示(EPD)微粒为基础的高性能电子纸。SiPix将提供下列两种规格的EPD卷成品给下游后端模块厂商或系统厂商：(a)可用于制造直接驱动(Direct Drive/Segment)和主动式矩阵(AM)驱动产品的三明治卷成品，其结构为：Common ITO/ Microcup EPD/剥离膜(保护膜)，以及(b)可用于制造被动式矩阵(PM)驱动的三明治卷成品，其结构包含横向ITO电极/Microcup EPD/纵向ITO电极。这两种卷成品只需再经过简单的后段加工便可制成不同的显示器半成品或成品。
SiPix已证实能以低成本、高效率的卷式(roll-to-roll)制程来生产极轻、极薄的柔软电子纸。图1a所示是一个典型的主动式矩阵EPD的概要结构。从上至下的结构依次为﹕透明的第一电极层；充满有色电泳液的Microcup数组；封液层/粘合层；以及TFT底板。Microcup数组可用光蚀刻技术或精密微型压花技术在整卷的ITO电极膜上制成。Microcup结构将电泳液分隔成细小的独立单元，有效地预防了电泳液的外漏以及不当的微粒的位移。Microcup结构还具有造形上的任意性，结构完整性和机械稳定性的优点。
Microcup的形状和尺寸可以根据不同的应用需求来作有效的调整。图1b所显示的是两种典型的Microcup结构图。经由通过微粒—微粒、微粒—封装层、和微粒—Microcup间交互作用的最佳量化后，SiPix成功的制成了64x240条线的被动式矩阵Microcup驱动电子纸(PMEPD)。此电子纸为全世界第一次被成功制成的软性电泳显示器。在30伏下驱动电压，其影像扫瞄速度可以达到每条线<30微秒，且影像对比度可达>10。同时SiPix也已在实验室证明Microcup主动式矩阵电子纸AMEPD，在低驱动电压(<10伏)时，影像对比已可达>10。
无缝式顶部封装制程
SiPix开发出由顶部封装的制程可以快速将一种非常坚韧的封装材料层注留在充满电泳液的Microcup数组上，并瞬间内在Microcup顶部形成无缝隙的封装层[1-5]。封装后的Microcup再与保护/剥离膜或导体膜贴合而形成显示面板，然后再根据不同的应用转换成显示模块或显示器产品。主动式矩阵驱动和直接驱动的电子纸产品制程可简述如下﹕先用卷式制程在ITO膜上制成Microcup结构，注入电泳液，顶部封装，然后和保护/剥离膜粘合(可另加粘膜)，形成三明治结构。此种结构的卷成品可以成卷运送到客户手中，再由客户进行简单的后加工转换成产品。这种为客户提供便利的成卷产品模式是否可行，其关键在于顶部封装层是否能确保低沸点电泳液在存放和运输过程中不会挥发或流失。
为了测试封装层的密封性，我们将一低沸点的测试溶剂以厚度为2～3μm的封装层封装于Microcup之内。由热重量(TGA)实验曲线得知顶部封装层的存在能有效的将此溶剂的初始气化温度由33oC提升至180oC-220oC，而且此溶剂需有约23~26Kcal/mol的活化能才能浸透过封装层[4]。另有实验证明，一个正常封装后的Microcup数组结构，在温度为80oC的烘箱内放置5天后，其电泳液重量损失几乎可以忽略不计。这些封装层的密封能力充分证明了封装在Microcup内的电泳液，将可耐长久的储存和运输。并且顶部封装层上的保护/剥离膜可更进一步的加长电泳液的保存期。
高效率的卷式(roll-to-roll)制程
图2显示SiPix的Roll-to-Roll制程，主要可分为五大步骤：(1)涂布：先将塑料复合材料涂布在ITO/PET膜上；(2)微杯成型：使用微杯滚轮压铸并使用紫外线硬化成型；(3)填充：填充电泳液于微杯中；(4)封装：使用SiPix专利顶部封装技术封装电泳液及微杯；(5)压合：压合封装的微杯膜与TFT底板或是有线路图样的第二电极膜上。
形式任意的EPD卷成品
图3显示了两种形式任意的Microcup卷成品﹕(a)一种是可供直接驱动(DDEPD)和主动式矩阵驱动(AMEPD)电子纸使用的[剥离膜/Microcup EPD/ commo导体膜(如ITO/PET)]三明治结构﹔(b)另一种是适用于被动式矩阵电子纸(PMEPD)的预贴合的[横向电极线/Microcup EPD/垂直向电极线]三明治结构。两种形式的EPD卷成品的共同特点是整卷产品都有对称均匀的结构，因此可以根据不同的应用而任意裁剪成不同的大小和形状。在直接驱动电子纸(DDEPD)和主动式矩阵的电子纸(AMEPD)应用中，客户可以轻易地除去三明治结构上的保护和剥离膜层(如图3a)，再将Microcup EPD贴合到AM和DD Microcup EPD上。
图4a中的是一个3.5英寸的主动式矩阵驱动样品，底板为由市面购得的320x240x3QVGA反射型彩色a-Si TFT底板。为了简化驱动程序，我们将这个样品中所有的红、绿、蓝三色素连接在一起以组成223.5μmx223.5μm的单色pixels。我们选用一般的STN LCD driver IC和TFT gate driver IC来驱动显示器，并利用FPGA来控制灰阶。图9B所示为此样品之电-光特性曲线。在驱动电压为+10V时，显示图像对比度为8，frame rate为300msec。
SiPix形式任意的Microcup EPDs可被贴合在各种不同种类的底板电极上，做成不同电子纸成品，例如：电子价格卷标信用卡、电子看板、广告或手表、时钟。
结 语
SiPix形式多样化的Microcup EPD卷成品可以经过简单而有效的后加工制程转换成各种不同的电子纸显示器。这样的产品模式可以显着地降低加工过程的材料损耗，使产量提高。同时，这种以客户为主的后加工制程可以大大加快EPD产品商业化的进程。更多信息：www.sipix.com或电洽：(03)434-2466，锣洤科技。
