因應地球環保議題，電子紙成為下一波顯示器之發展主流。希冀以電子紙取代現有紙張之應用，以減少紙張的消耗與樹木的砍伐。因此電子紙的開發目標便朝向能兼顧紙張與現有顯示器的優點，同時具有省電、方便攜帶、可以捲曲、儲存大量資訊、無線傳輸、容易更新資料以重複使用等特點來開發。目前既有的雙穩態顯示技術主流分為粒子型與液晶型。粒子型又區分為EPD (Electrophoretic Display)與QRLPD(Quick Response Liquid Powder Display)，其中EPD 技術發展公司為E Ink與SiPix 兩家公司。QRLPD 技術則以Bridgestone 公司為主。液晶型以膽固醇液晶(Cholesteric Liquid Crystal)為主， 發展公司則有KDI 、Fuji Xerox 、Fujitsu 、Magink 、工研院等單位。
膽固醇液晶顯示技術
膽固醇液晶具有雙穩態特性，亦即在自然存在狀態下有兩個穩定的狀態，其中一個為反射態(Planar State)，如圖一所示。液晶排列整齊，可以反射特定波長光線的狀態，通常稱為亮態。另一個狀態為穿透態(Focal Conic State)，液晶則為混亂排列，會將入射光線散射，通常稱為暗態，此狀態則可以看到液晶層下一層物質的顏色。另一個暫時態為Homeotropic State 液晶，則全部垂直排列，光線全部穿透可以看到液晶層下一層物質的狀態，如圖一所示。這三個狀態可以透過加諸在膽固醇型液晶的電場進行改變，當膽固醇型液晶處於Planar State 時，則可以加以較小電場以改變到Focal Conic State 。當施加以較高電場時，則可以將液晶全部垂直排列轉換成Homeotropic State ，此時若將電場快速移除，則液晶回復到Planar State ，若電場緩慢移除，則液晶回復到Focal Conic狀態。所以透過加諸電場與移除快慢，可以改變膽固醇型液晶的狀態。
圖一、膽固醇型液晶雙穩態驅動說明
圖二、膽固醇型液晶反射彩色光譜示意圖
在台灣研發膽固醇型液晶有多年經驗，主要以工研院顯示中心所投入的研發能量最多。目前工研院顯示中心的膽固醇液晶研發計畫之技術主要分為兩個部分，一為膽固醇液晶材料注入於玻璃及軟性塑膠基板之結構；另一為將膽固醇液晶微胞化成多顆液晶微胞後，以塗佈方式製作之單基板面板結構。
第一種液晶顯示技術大多應用於電子書產品，其為單層彩色化結構如圖三所示，以光阻製作擋牆將每一畫素做隔離，再用黏著層將上下基板黏合，確保每一畫素液晶不會混合。使用目前平面顯示器製程之真空注入方法分別將紅色、綠色、藍色液晶注入畫素區內，則可以控制畫素液晶狀態達到顯示彩色的效果。
軟性膽固醇液晶面板之特性改善及應用
微胞化膽固醇液晶結構技術甫自Kodak公司技轉至工研院顯示中心時，面板特性仍不符合產品化之要求。面板之驅動電壓為170 V ，亮態反射率≦ 18% 。此面板之光電特性仍具有改善空間。藉由材料及結構之改善，可降低驅動電壓及提升反射率。為了降低面板之驅動電壓，於吸收層中加入導電高分子材料，以降低吸收層之阻值。如此將可使相同結構厚度之面板的電壓大幅下降，如圖十所示。由其反射率－電壓之光電特性圖結果可看出原有吸收層材料之面板其驅動電壓為170 V ，而添加導電高分子之吸收層材料的面板，其驅動電壓可降低至80 V 。因此在驅動系統之選用及成本上將更具空間。在提升反射率方面，藉由基材之選用及液晶層之調整，以達到反射率提升之效益。選用高穿透率之透明導電層基板，可使反射率提高，但須注意其導電層之阻值是否符合面板特性需求。微胞化膽固醇液晶結構之液晶層乃將液晶形成為直徑約10 µm之液晶微胞，再將已微胞之液晶分散於水溶性之凝膠物質(Gelatin)中，將此混合液晶微胞及水溶性凝膠之材料塗佈於基板上，乾固後即形成液晶層。
在電子紙應用領域方面，至2009 年底，工研院顯示中心透過膽固醇型液晶之不同寫入驅動方式（電壓寫入、雷射寫入、熱寫入），呈現不同電子紙之應用。如以電壓寫入應用於電子識別證(E-badge)清楚顯示8 灰階人像相片效果。以雷射寫入高解析度電子桌曆(E-calendar)與電子賀卡的應用。以點陣式滾動電壓驅動方式達到長度一公尺的電子字畫(E-banner)應用。在2010 年，以多色面板之設計做為電子資訊看板(E-signage)及電子標籤(E-tag)之應用產品呈現。因資訊看板及標籤主要以簡潔明瞭之方式呈現資訊，希望以連續式量產及類紙式顯像品質之優勢切入市場……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文
作者：邱琬雯 / 工研院顯示中心
★本文節錄自「工業材料雜誌294期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=9391