創新軟式顯示技術 滾動電子紙新紀元

2011年11月，全球重量級的R&D 100 Award，在美國加州灣區紅木市舉行年度「全球科技創新獎」的頒獎典禮，台灣工研院以一款軟式電子技術勇奪「環境」類首獎。

同年，這項作品又獲得華爾街日報的科技創新獎。頒獎單位肯定獲獎的科技兼顧環保與節能的全球趨勢，回應了社會需求、也顧及社會責任，具有改變人類未來生活的潛力，是市場上「改變遊戲規則的人」。

這款接連有桂冠加身的技術作品，雖然有個略嫌拗口的名稱「可重複書寫電子紙（i2R e-paper®）」，但提起技術特點、應用廣度可是好處說不完。

i2R ePaper擁抱創新，風光問世
i2R的命名解析，i表示智慧，2R分別代表重複寫入、重複使用。例如，只需用熱感方式就能寫入影像、重複寫入多達500次、使用的液晶、電極及塑膠基板等零件皆可回收。至於用途更是多樣吸引人，小自停車電子票券、大至情境電子壁紙，任何創意構想都派得上場。

要探究這項研究成果之前，我們先走訪它的孕育搖籃──工研院影像顯示科技中心。因為選題策略得宜、技術有所突破及差異化，加上發揮整合跨單位的研發綜效，i2R ePaper擁抱多項創新，風光問世。

回到2006年，工研院實施重大的組織重整，整併某些研究性質相近或重疊的單位，同時創立五個新興的焦點中心，影像顯示中心正是其中一個。當時，材化所所長劉仲明博士越洋力邀，說動在柯達任職達24年的資深技術主管程章林博士點頭，回台主持影像顯示中心新職。

突破解析度障礙　可複寫500次

當時，環保與節能是很夯的課題，取得資料的方式也因為無線資通訊、行動網路和雲端服務的發達，有了更便利的媒介與工具。市場追求各種輕巧連網設備的需求，讓軟式顯示科技有了發揮的舞台。程章林與其團隊於是選定這個主題，他本人還提了一對聯：「開啟軟性顯示新世代，再創顯示產業新契機」，這兩句話也成為這個計畫的最高指導目標。

電子紙的研製在各國都有發展，工研院其他研究所也有同質的研究成果。但眼下看得到的電子紙應用，大多以電子書閱讀器為大宗。於是，專案團隊受命要找出「差異化」，目標鎖定具單基板結構的軟性膽固醇液晶電子紙及應用。

i2R ePaper研發的過程是一場接力賽，靠得是一點一滴的累積。大幅改良從柯達而來的原始授權，這項技術計畫有所突破要歸功「對的人」──蔡鎮竹博士。愛好賞鳥培養出的耐性，讓蔡鎮竹在反覆實驗、多達60多次失敗的過程中，得以堅持下去，而且趕在時效之前有了突破。

蔡鎮竹分析當時主要的瓶頸，是要如何在大面積(300x3000公厘)的電子紙上，把影像印製的解析度從6 dpi提高到300 dpi。幾經試驗，蔡鎮竹找到了適合的驅動方式，以探針撞電極的對位法，呈現精細的影像。現在，i2R ePaper可以在24 x 300 cm (2012年第一季寬度已增加至60 公分)的紙幅長寬下，印製出300 dpi解析度的影像。

i2R的技術實用性，展現在可塗佈式的軟性連續式製程技術，以及可大面積量產。參與專案計畫的面板整合技術二組組長龍台發表示：「i2R ePaper目前可生產的面積達300(寬)×3,000(長)公厘，是全球最長的電子紙。」

因為採取新型的單基板面板結構，i2R ePaper比ㄧ般顯示器成本可降低20%以上。而開發熱寫入技術把原需圖案化的電極簡化為片狀，不僅有利於塗佈技術的實施，也大幅降低電極製作的難度，提高量產良率。

相較於現有電子紙的特點，i2R ePaper有三大技術創新，能明顯創造出市場差異化。熱感應寫入法固然是最主要的突破點，但領先業界提出可灰階化熱寫入，更是i2R得以因應高解析圖影印刷的需求。

這套技術把原來可寫入的溫度區間，從無法呈現灰階的2.5℃擴大到可以完整呈現灰階的32℃，突破膽固醇液晶真實灰階熱寫入的技術瓶頸。這麼一來，以傳統半色調(Half tone)列印會犠牲解析度的嚴重問題，就不復存在。

其次，i2R ePaper可重複使用次數從低於10次提高到260次，每次A4尺寸電子紙列印的成本則降至0.015美元。一旦順利量產，每張電子紙預估使用次數將超過500次，而使用成本則進一步降低至0.008美元。

第三點、也是成本得以降低的主因，便是相容於現有列印技術。i2R ePaper把膽固醇液晶驅動技術結合至市售的熱感式印表機，不需重新開發列印系統，因此能大幅降低列印裝置的成本。而且此技術不需使用碳粉或墨水匣，就可達到重複寫入功能，因此也大幅縮小列印裝置的體積，同時把耗材使用降到最少，堪稱一項節能環保的創新顯示器技術。

跨單位合作　打造明星團隊

整個i2R ePaper計畫源自於工研院「新世代捲軸軟性顯示關鍵技術發展計畫」當中的「大面積節能顯示技術」分項，四年執行期(2008~2011)，由工研院影像顯示中心領軍，整合材化所、南分院雷射中心與電光所組成專案團隊。

做這個計畫時，製程、材料的創新部分，都得靠其他研究單位的資源，才能竟其功。程章林採取「協同合作」策略，帶著說帖去想要合作的目標研究所借將。他表示：「工研院每個研究單位都有自己的績效要考量。我們向別人借將時，就不能只看到影像顯示中心要什麼，還要顧及對方能產生什麼成效。」

程章林抱持「不要明星球員，只要明星團隊」的領導風範，帶領中心研究成員前進，另一方面以「眼界要高、姿態要低、氣度要大」的態度，敏銳拿捏跨單位的合作關係。只要有合適的機會，程章林不吝於在借將單位的主管面前，公開表彰研究人員的表現績效，進而獲得借將方的肯定。

當「i2R ePaper」得獎後，程章林還做了一次前所未有的「獎金分配」，十足反映他重視合作單位的主張。「我當時把首獎的獎金二分為一，院內合作單位與影像顯示中心各得一份，而不是我們先分走大部分，其餘再分配給其他合作單位。中心專案成員不足的部分，我自掏腰包補上。」

這麼做，建立了一個好印象，要再借將合作，就水到渠成。從2006年以來的六年間，工研院五個焦點中心中，研究成果最豐收、也是碩果僅存的，就是影像顯示中心。

擴展新世代　專利佈局最大化

由於工研院的研究計畫旨在開創與推動新產業鏈，計畫的技轉或授權收入是衡量績效的指標之一。累計自2008年計畫執行迄今(2011前半年)，i2R ePaper的技轉及智財授權收入經費達7千9百萬元，促成廠商投資規模達3.35億元，成績斐然。

此外，i2R ePaper的專利佈局策略也尋求最大化，內容完整涵括未來量產所需的結構、製程、材料、設備及系統應用的智慧財產，目前擁有的獲證及申請中專利共計180件。為了達到最大保障的效度，專案小組在美國、歐洲、日本與中國，都申請最大範圍的專利佈局，以期保障國內發展特定產業的自主性，避免受制於其他專利威脅。

背負著「要開創一個新產業價值鏈、而非僅一個新產品」的任務目標，i2R ePaper迄今的成果堪稱使命達成。

為了開創新的產業價值鏈，專案小組採用「業界科專」模式。有材料聯盟，完成軟性記憶型顯示器材料驗證的開發計畫，掌握自主生產電子紙材料的能力；有設備聯盟，完成軟性電子關鍵設備技術整合計畫開發，建置電子紙自主生產設備能力。另外，專案小組也與長春人造樹脂公司合作，開發膽固醇卷對卷(R2R)製程及面板開發，目標是成立台灣第一座生產這種電子紙的供應廠。

綜觀整個電子紙價值鏈，在材料、設備、面板甚至創意應用等各層面，像是大型展會的通行證、單次票券或是臨時快照，i2R ePaper多次複寫與使用的特點都能派上用場。也因為輕量、捲軸、符合實際的印刷製作，加上成本經濟的諸多好處，i2R ePaper的應用前景無可限量。

練功心法：
i2R ePaper技術的問世，係成功整合了工研院跨單位專業分工的綜效，從量產所需的結構、製程、材料、設備及系統應用等層面，都確實掌握創新做法、並積極在歐美日中等國建立最大的專利與智財的保障佈局。同時經由國家級的業界科專計畫，逐一帶動相關產業的投入，激發如 e-signage、e-poster等各項電子紙的新興應用，從而在低迷的平面顯示器產業中，再開創出另一個屬於國內軟性顯示的新世代。

◎發表於2012年第一屆國家產業創新獎