紙的發展已有數千年歷史，並成為生活不可或缺的書寫記事工具，從環保角度來看，電子紙重複更新內容的特性，可減少紙張的過度使用，目前有許多種不同電子紙的技術發展，並已出現電子書產品。未來電子紙將走向更豐富的畫面顯示、更輕薄與便利攜帶，以及更普及化的使用，因此技術發展趨勢包括彩色化、提升更新速率、可撓曲、低成本化等。除了電子書外，電子紙尚可應用於電子標籤、手持裝置、資訊與情境看板等產品，進一步豐富未來智慧生活之內涵。
電子紙的綠色節能優勢
電子紙的最大特點是可重複更新內容，故從取代紙張的角度來看，電子紙可用於減少現有對書籍、文件紙張之耗費，以節省有限之地球資源。以2008年美國新聞報紙4400萬份的日發行量計算，一年累積下來也相當於砍伐8500萬棵樹木， 並產生約4.2億噸的廢水及0.3億噸的溫室氣體。若能以電子紙進行部分替代，將可節省下可觀的紙張用量，故可瞭解電子紙將有助於把傳統的書寫記載及資訊傳播行為，轉變為更符合綠色節能之型式。
現行TFTLCD顯示器結構複雜，由背光、導光板、擴散板、偏光膜、TFT背板、彩色濾光片等零組件組成，這些零組件都會造成能源的耗損，從背光、面板到最後打出來呈現的影像，只有5%的光利用效率，相當的不經濟。相對地，電子紙結構簡單，為反射型顯示，藉由反射環境光呈現影像而不需使用背光源；此外，電子紙顯示介質具有雙穩態(Bistability)的記憶特性，在顯示靜態畫面時不耗電，反觀LCD則需要持續供電來維持固定的靜態畫面。故電子紙非常適合用於顯示如書本、文字這樣的靜態資訊內容，除了節能省電之外，反射式畫面也更加適合長時間閱讀而不會感到疲勞。
電子紙技術面面觀
圖三列出目前發展中的主要電子紙技術，包括使用微粒顯像的電泳顯示器(Electrophoretic Display; EPD)與電子粉流體顯示器(Quick Response-Liquid Powder Display; QR-LPD)技術、使用液晶顯像的膽固醇液晶顯示器(Cholesteric Liquid Crystal Display; Ch-LCD)與雙穩態向列液晶顯示器(Bistable Nematic Liquid Crystal Display; BiNem)，以及使用氧化還原原理的電致變色顯示器(Electrochromic Display; ECD)，以上五種顯示技術均具有雙穩態特性。另外，電濕潤顯示器(Electro-wetting Display; EWD)與干涉調變顯示器(Interferometric Modulator; IMOD)雖不具有雙穩態特性，但其特殊的反射顯示結構符合綠色節能特性，亦可列入於廣義的電子紙技術。
圖三、發展中的主要電子紙技術
電泳顯示器由美國E-Ink及SiPix所開發，將黑、白兩色不同電荷之帶電微粒封裝於微胞化液滴或微杯結構中，並填充比重相同液體而形成電泳，藉由外加電場控制黑白顆粒之升降移動，呈現黑白單色之顯示效果。EPD可呈現接近紙張質感的高反射率、高對比的黑白顯示效果，十分適合做為電子紙顯示器。
膽固醇液晶顯示器早期由美國Kent Display開發，並陸續技轉Kodak及日本Fujitsu、Fuji Xerox等公司開發不同電子紙技術，工研院亦進行Ch-LCD電子紙技術的開發。膽固醇液晶為一種螺旋狀之液晶排列結構，可由向列型(Nematic)液晶添加旋光劑(Chiral Dopant)達成。膽固醇液晶分子在不同電位下有Planar與Focal Conic兩種不同穩態排列，而呈現反射與穿透兩種光學效果。另一方面，可藉由添加不同旋轉螺距(Pitch)的旋光劑，調配出紅、綠、藍等顏色液晶，達到彩色化顯示效果。目前Fujitsu已發表8吋的彩色電子書產品“Flepia 2”，而工研院及韓國Samsung 亦相繼發表彩色Ch-LCD電子紙並持續開發。
電濕潤顯示器由荷蘭Philips 於2003年所發表，藉由電場控制液滴在疏水性介電層的濕潤行為，使液滴有收縮或濕潤不同狀態而呈現影像，EWD具有高對比、快速應答特性，同時可藉由在液滴中添加染料來呈現顏色，在反射式顯示下有不錯之彩色效果。目前EWD 主要研發單位包括自Philips轉出之Liquavista 、美國University of Cincinnati，以及工研院等單位。
電子紙的技術發展趨勢
目前的電子紙可做到重複更新畫面及節能的雙穩態單色顯示，由過去傳統紙的發展歷程，可預測未來電子紙的技術發展趨勢，將走向更豐富的畫面顯示、更輕薄與便利攜帶，以及更普及化的使用。故電子紙的關鍵技術突破將在於彩色化、提高應答速率、可撓性，以及低成本化等議題。
許多機構正專注於彩色電子紙的開發，對沒有顏色變化的微粒或液晶技術而言，外貼彩色濾光片是直接作法，EPD、QR-LPD、BiNem、EWD等技術皆可藉此達成彩色電子紙。然而彩色濾光片會使面板反射率降低至1/3，且微粒本身顏色亦可能影響色純度，造成畫面之亮度與對比降低，以及色彩飽和度不佳等問題，導致彩色化效果未達預期；未來進一步的做法是直接使用彩色微粒或電泳，但將不同顏色微粒或電泳依序定址排列並加以封裝之製程（如Inkjet Printing噴印），仍有待進一步開發。相對地，Ch-LCD及IMOD技術則可藉由調整液晶旋光螺距或MEMS間隙之反射波長，顯現紅、綠、藍等不同色彩，故不需額外貼彩色濾光片即可達成彩色化，具有更高的光源使用效率。
若要達到可撓曲特性，軟性的驅動背板是技術關鍵。以工研院開發的主動TFT背板技術為例，藉由開發高透明度、高耐溫特性的軟性PI基板與取下設備技術，可以現行量產製程設備製作高電性穩定的矽基TFT背板，用於驅動軟性AMEPD、軟性AMOLED等顯示面板。另一方面，工研院亦開發結構更為簡單的大面積軟性Ch-LCD電子紙技術，使用簡單的單基板Ch-LCD顯示結構，並以快速、低成本的連續式捲對捲製程(Roll to Roll; R2R)來取代高真空度、昂貴，又浪費材料的製作設備，目前已達成幅寬為24 cm×300 cm 的大面積Ch-LCD軟性電子紙，並搭配熱寫入方式達到200 dpi之高解析度……以上內容為重點摘錄，如欲詳細全文請見原文
作者：林家興、李岳樺、陳心惠/工研院顯示中心
★本文節錄自「工業材料雜誌280期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=8484