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彩色電子書和智慧窗這兩個乍看並無關聯的產品，
在電濕潤顯示器的技術開發下，同時成為創新影像顯示的應用領域；
除了切換速度快，能取代現有電子書等產品的顯示方式外，更因為耗電量低，
並可結合太陽能發電，使電濕潤技術成為新型態的節能代表。

從一般常見的各類電視與螢幕，到筆記型電腦、手機、電子書，或是近來相當熱門的平板電腦等電子產品上，都少不了顯示器的存在，也可看出顯示器產品在現今所擁有的龐大市場，以及持續研發顯示技術的必要性。光是從傳統的CRT(Cathode Ray Tube，陰極射線管)顯示器，到現在蔚為主流的液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)，而且在許多設備上還加上了觸控、3D等功能，就更令人期待未來顯示技術的發展應用。

著重材料與結構創新

電濕潤顯示器(Electrowetting Display，EWD)的技術投入，便是希望能透過材料與結構的創新運用，達到顯示的效果及目的。以電濕潤原理來看，是利用帶有離子、並添入如抗凍劑等成分以擴大工作溫度的導電液體，周圍則包覆著油墨；當導電液體接觸到不親和的介質時，兩者間就不會產生潤濕緊密的現象，因此導電液體就會形成水滴狀，就像是水遇上了蓮花葉或是不沾鍋的情形般。
  
然而，這樣的結構一旦通電之後，給予外加的電壓驅動，就會讓導電液體與介質中的正負離子相吸，產生親和潤濕的現象；此時原本與介質較為親和的油墨便會被推擠開來，並改變導電液體的形貌，因與介質相互吸引的力量而變得更為扁平，也就是兩者的接觸面積更大，而導電液體與介質間的接觸角度也會不同。

隨著電壓的高低，就可調整導電液體與介質的接觸角，並可運用在液態光學鏡頭上；藉由改變導電液體的形貌，就能使影像產生不同的折射，達到變焦的效果。相較於傳統固態鏡頭，必須透過至少兩個鏡片的間距改變來進行變焦，但採用電濕潤原理的液態鏡頭，因為只需要一組元件，無論在尺寸與體積上都可大幅縮減，因此特別適合用在小型鏡頭上。

另一方面，如果在同一組電濕潤元件中，設計多個連續性的電極，並在不同時間分別給電或放電，便可控制導電液體的位置移動，也就成為控制液體移動行為的機制。這種機制可應用在生醫及化學檢測當中，或是做為化學藥物合成的反應器等，以電壓驅動的方式，催化不同的元素、分子、檢體等能夠融合或產生反應。

低耗能、高透光率

由此看來，電濕潤技術的運用範疇相當廣，工研院則是關注在顯示器的應用上。工研院影像顯示科技中心面板開發技術部專案經理鄭惟元表示，在電濕潤顯示器的結構上，是將導電液體與油墨的位置調換，由於油墨和介質的基板較為親和，便會完全覆蓋基板，而導電液體也會在上層將油墨蓋住；當油墨並非透明時，光線就無法穿透。

若給予電壓驅動電濕潤顯示元件時，原先在上層的導電液體因會與基板親和，反而會將油墨推開，此時光線就能通過；透過電壓的開關與大小，也就能控制元件是否透光，以及透光的程度，藉以顯示各種圖案與畫面。而在彩色顯示的要求下，則可利用彩色濾光片(Color Filter)搭配黑色墨水，甚至直接使用彩色墨水來因應變化。

相較於LCD因需加上許多偏光板(polarizer)，使得透光率大幅耗損至僅約6%，相對背光源的強度就必須提高，耗能也就上升。鄭惟元解釋，電濕潤顯示器的組成結構，基本上只有上下兩片基板，以及油墨與導電液體，不需要加上偏光板與其他材料層，因此透光度可高達40%至50%，進而降低背光源的強度，加上驅動的電壓也相當低(25V)，整體耗能可較LCD減少三分之一。

從數據上來看，聚合物(高分子)分散液晶(Polymer-Dispersed Liquid Crystal，PDLC)的耗電量約為5 W/m2，電致色變顯示器(Electrochromic Display，ECD)則為1-3 W/m2，但電濕潤顯示器卻只需1 W/m2。

電濕潤顯示器的低耗能特性，就特別利於手持式電子產品或行動裝置的應用，可以達到省能功效，並提升設備使用操作的時間。此外，由於以電濕潤技術驅動導電液體的移動相當快，可達到每秒25cm，也就是10微米(μm)的距離只需要0.04毫秒(ms)的時間；因此，運用在顯示器上時，畫面的反應及切換速度也同樣快速，像是用來播放動畫尤其適合。

穿透、反射，運用模式多元

在工研院的研發下，電濕潤顯示器還具備了另一項特點，就是因應不同的需求場合與設備，可選擇製作成反射、穿透、半反射半穿透以及自發光等顯示模式。以反射式為例，採用的便是白色、金屬或是不透明的底板，環境光源便會從外照射並經底板反射回來；穿透式則與LCD相同，主要是運用背光模組，將光線由底板與油墨透出。
  
半反射半穿透式則充份發揮了電濕潤顯示器透光度高的特性，利用半透明的底板，加上元件的切換控制，來決定光線的運用方式；像是在室內光線較不足時，就可打開背光模組來輔助，到了戶外環境光線較強時，就可將背光模組關閉，以外界光源來反射，達到更佳的能源調控。而自發光式的電濕潤顯示器，除了搭配透明的導光板外，在油墨中則是加入螢光染料，運用外界光源激發出不同的光線效果。

鄭惟元表示，目前工研院已與國內廠商合作，嘗試開發不同的電濕潤顯示器產品型式，包括單色、彩色，或是反射模式、穿透模式等，並由廠商負責TFT基板的設計，其他上層的結構與製程則由工研院製作；合作的電濕潤顯示器產品，並於今(2011)年獲得第十四屆經濟部傑出光電產品獎。

雖然市面上還未有相關的產品上市，但對於國內廠商而言，電濕潤顯示器在製程上已擁有不少優點；最主要就在於電濕潤顯示器的面板製造，和既有TFT LCD玻璃面板的製程，有九成是相容，包括TFT下板製作、電極塗布、光阻塗布、結構製作等。以現有LCD廠房就可以生產，對於生產製造LCD相當熟悉的國內產業也極有優勢。

不過，鄭惟元也指出，目前在電濕潤顯示器的製程上最缺乏的，就是墨水塗布與面板封裝的技術與設備，而且電濕潤顯示器在國際上仍是相當先進的技術，投入研發的單位或廠商並不多，對於技術發展與背景並不夠了解；最具規模的就是韓國三星集團收購飛利浦研究實驗室(Philips Research Labs)所成立的Liquavista公司，工研院則是與美國辛辛那堤大學(University of Cincinnati)合作。換句話說，不論學術界或產業界，能夠獲得的技術資訊也相當有限，在沒有充分的製程技術支援下，廠商也不敢冒然投入量產，以免影響成品良率。
工業技術與資訊【撰文／魏茂國】 2011/08/22