前言 (本文發表於 2011/12 化工技術 Vol.225)
界面科學涵蓋了氣/液/固三相界面間的交互作用，包括氣/液、液/固、氣/固、液/液等兩相間界面張力，以及液/液/固與氣/液/固等三相間界面接觸角等。因為所有的物質皆以此三相存在，所以如能有效運用這些界面效應，便可強化物質間作用的能力。例如改善粉體的液/固界面張力，可以使粉體穩定分散於液體中，常見於油墨或塗料業。或是改變固體表面的接觸角，使得固體表面顯示出類似蓮花效應的超疏水狀態，常用於自清潔表面。更複雜的界面現象不僅與物質三相界面有關，更包含了光、熱、電及濃度間的交互作用。例如LCD產業中利用偵測接觸角來判別玻璃基板是否清潔，採用毛細或虹吸現象充填液晶，以及利用親疏水性來定位彩色濾光片三原色墨水位置；類似的應用也出現在半導體BGA封裝的錫球角位定位，或是微型幫浦傳輸上。甚至利用界面與電之間的交互作用，來改變液滴的表面曲率，做成變焦透鏡等。此外，利用增加界面面積來提升效率的應用也很常見，例如使用粉體或多孔材質所增加的表面積來提升觸媒催化，也可利用兩不互溶液體形成乳液或懸浮液來增加接觸面積提升反應或萃取速率，或是敏化太陽能電池利用奈米級TiO2所提升的比表面積來增加光電轉換效率等。所以，不論是傳統的塑化、紡織、食品、機械、運輸、建材及塗料等產業，還是高科技的半導體、特化品、電子元件、光電顯示元件、生物科技及奈米材料等產業，無不與界面科學息息相關。因此，如何善用界面科學的知識巧妙運用這些大自然的力量，來達到提升產品機能及可靠性是各產業所追求的目標。更重要的是發揮各位的巧思加入更多的創新應用，為台灣產業開闢新的藍海市場。由於界面科學所涉及的知識橫跨物理與化學且其應用太廣，作者所學有限實難就其在各產業中所扮演的角色一一說明。本文僅就其在電子紙方面之應用概略說明，希望將界面科學在此一領域的前瞻應用，能藉本文傳達給有興趣的讀者。
雖然電子媒體在內容方面有多種活潑的表現形式，在出版、更新及發佈方面速度快。但在閱讀方式上，現今電子顯示設備仍無法改變人類使用紙張的習性。主要還是因為電子顯示設備無法取代紙張適合閱讀的特性。白紙黑字的紙張閱讀起來非常舒服及清晰，而且除了翻閱容易外，也可彎曲。同時，列印的文字可以長時間保留而不會消失，也不需提供能量。而自發光的現代顯示設備，特別是閱讀內容多的文字時，肉眼長時間受光線刺激，容易引起眼睛疲勞及不適。另外，數位資訊的閱讀需要專門硬體設備及能源，體積和重量較大，攜帶不方便，給閱讀者帶來諸多限制，不能像書一樣隨時隨地都可閱讀。不過，紙張也有不如現代顯示設備之處，如紙張只能單次使用無法更新，大量耗用紙張勢必增加環境廢棄物，以及過度砍伐森林導致生態衝擊。另外，紙張顯示只能提供靜態資訊，並且只有圖像及文字，無法提供聲音、動態影像或是進行互動式應答。綜合其優劣處，研發人員著手開發一種既能擁有現代顯示設備容易更新改寫資訊及具備影音聲光效果的優點，同時保有紙張攜帶方便、可捲曲且便於閱讀、不需專門的硬體設備和消耗許多能源等特點的電子顯示科技，也就是今天我們要探討的「電子紙」。
綜合前述，可以歸納出優良的電子紙張技術，必須具備三要件，首先要容易閱讀，其包括文字或圖像的清晰度及顯示照明的舒適度。所謂的清晰度，與顯示的黑白對比及解析度有關。一般紙張顯示黑白對比很高，所以其文字的辨識度容易。而對比是指光線照射背景時的純白度，與文字光線反射所產生的黑白對比度。此外，解析度的高低（以 dpi 來衡量，即每英寸的像素點數）決定文字或圖像曲率的圓滑及細膩程度，也決定了所能顯示最小文字的大小。所謂的顯示照明舒適度，是指類似紙張的反射式照明具有較佳的舒適度。
第二個要件是即使關閉電源也必須能夠繼續顯示。由於閱讀時需要時間，因此畫面必須持續不變。目前的液晶顯示器，畫面的顯示及維持都需要電源，因此電子設備不易供應長久閱讀所需的電源，而須隨時充電，使用不便，因此若電子紙張不需要電源就能維持畫面的話，就不需要大電量的電池，可以讓設備更為輕便。
第三個要件則是必須能像傳統紙張般的易用。也就是說，必須像紙張般的輕薄，也必須像紙張般可捲曲攜帶，也因為可捲曲，故能實現加大顯示螢幕仍具可攜易收藏的特性。
新的電子紙技術，便是為了解決上述現代顯示器的缺點，提供一種近似紙張閱讀的新感受。其承襲了紙張顯示的所有特點，例如輕薄短小、容易閱讀、方便攜帶、不耗用能源。但同時兼具了現代顯示器的優點，例如資訊數位化、動態更新或互動、可連接網路。
電子紙技術概述：
電子紙技術緣起於1960年代末期由Matsushita及Xerox兩家公司獨立發展出相關製程專利。早期發展電子紙的原因，是當時的CRT螢幕畫質太差所引發的。由於當時電子紙的技術及材料都尚未成熟，加上CRT的顯像技術有顯著進步。因此，此項技術在1980年代後逐漸被淡忘。直至最近，由於紙資源耗用及數位資訊氾濫等問題，使得電子紙技術重新浮出檯面。加上攜帶式瀏覽器的興起，導致低耗電顯示技術又再度被重視。目前電子紙技術仍處於百家爭鳴的狀態，目前主流技術為電泳動顯示技術(electrophoretic disply, EPD)，約佔市場90%以上。此外，比較成熟的競爭技術還包括雙穩態液晶顯示技術、電子粉流體顯示技術、電潤濕顯示技術及MEMS光干涉調節技術等。
電泳動與電子粉流體技術的應用原理類似，是藉由顯示微粒所帶的電荷在電場下，受到庫侖靜電力而在電極間進行躍遷形成影像。差異處在於電泳動技術中，顯示微粒是分散於液態連續相裡；而電子粉流體技術中的微粒則是存在於氣相裡。所以，此技術的重點在於如何形成帶電微粒並使其穩定分散於連續相中，以及如何克服微粒在固體電極表面之吸附及脫離界面所需的能量。電泳動技術是目前最成熟的電子紙技術，但其缺點在於顯示微粒在液體中移動速率太慢，造成顯示應答速度不佳。而電子粉流體技術則改善此一缺陷，但是其啟動電壓太高限制其應用。在電子紙技術中，電潤濕技術算是新興的技術，但卻是目前最具競爭力的。主要的原因在於，電潤濕技術具有高速應答的顯示能力，同時製程簡單且易達到彩色化。第一代的Yang-Lippmann電潤濕技術的雙穩態顯示效能不佳，耗能較大。新一代的Yang-Laplace-Lippmann電潤濕技術，則改善此一缺點。此技術乃充分利用液體接觸角隨電壓變化的原理，在極性溶劑與非極性表面接觸時，液體會在非極性疏水面形成大接觸角之液滴狀；但在電場的作用下，極性液體會被極化並在疏水電極側形成帶電層，由於電荷作用會使得液體的接觸變小而形成潤濕狀態。
根據台灣光電協進會 (PIDA)所做的產業分析，電子紙今年產值將成長至12億美元 (約新台幣348億元)，年成長70%，預估2013年將挑戰30億美元 (約新台幣871億元)大關，3年成長1.5倍。所以，如果你還不知道什麼是電子紙，哪你就落伍囉！電子紙是什麼？我想簡單的定義電子紙為一種類似紙張的顯示方式，但同時具被數位資訊特性的一種新式顯示器。所謂的類似紙張的顯示方式，是指反射式顯示、高對比、可撓及低耗能。而所謂具備數位資訊特性，是指顯示的資料可被更新、互動及聯網。台灣已成為電子紙的製造與技術的發源地，其中電泳動顯示技術的主要技術開發者為美國E-INK及SiPix，其分別被台灣元太科技(PVI)及友達光電(AUO）所併購。其他技術如電子粉流體的技術領導者日本普利斯通(Bridgestone)，則與台灣台達電策略聯盟，共同開發及製造電子紙。而最近剛興起有後來居上之勢的電潤濕技術，則由荷蘭飛利浦(Philips)分離出的Liquivista公司為代表，具傳該公司已被三星(Samsung)收購。在台灣，電潤濕技術的研究則有工研院顯示中心與元太科技合作開發主動矩陣式電濕潤顯示器，並採用噴墨製程(ink jet printing)。而各種利用電潤濕技術所發展出之各項應用與研究也隨之孕育而出，例如使用電潤濕技術於反射式或穿透式顯示器、可變焦的光學凹/凸微流體透鏡、微流體幫浦、光纖通訊轉換器以及生醫晶片等。
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