傳統的液晶雖然漂亮，但是因為高耗能，所以現在的電子書選擇了利用E-Ink這種只有切換時需要耗能的顯示技術。E-Ink利用電泳來驅動色素粒子，所以沒有電壓時粒子是穩定的。
傳統的液晶螢幕一直需要電壓來維持分子的排列，但其實有另一類的液晶種類，稱為膽固醇液晶，可以有雙穩態，也就是分子排列有兩種穩定的狀態，只有切換的時候需要提供電場。這類的分子在不同的排列下就如同不同的晶格，可以反射特定的波長。
下面的影片是展示利用三層這樣的結構做出來的彩色電子紙。這種技術一樣有低耗能的優點，之前的產品因為切換慢、對比也不好，所以競爭力不大。現在廠商似乎已經漸漸克服缺點，這類的技術除了電子紙還能用在窗戶或電子商標上。
本文原發表於科學影像Scimage[2010-11-18]
本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。
到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。
在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。
因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。
很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？
首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。
細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。
如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。
因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。
HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！
1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。
有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。
當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。
現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。
除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？
其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。
低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。
然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。
0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒 PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。
在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。
然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。
在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。
此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。
為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。
即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。
好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。
HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。
為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。
這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：
空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍
在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。
工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。
而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。
關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。
這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。
總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。
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另一款彈性電子紙顯示器？不，是某種特別的東西。這款概念 e-reader 並沒有令人昏昏欲睡的無聊重複。這款概念 e-reader 上個月在日本的 FPD International 展出，那是聚焦在平面顯示器上的大展，時間是 10/26 到 10/28。事實上，那是一種頂尖的吸引力。這款來自台灣友達光電（AUO）的新裝置不需要額外的電力供應。
事情就是這樣，正如友達所稱的，不插電彈性電子紙顯示器（Unplugged Flexible E-paper Display）。
這款六吋閱讀器以可撓式有機 TFT（Rollable Organic TFT）電子紙製成，另有彈性光伏電池附加其上。閱讀器的解析度為 800 x 600 像素。
電子紙與 PV 電池的組合具吸引力，且某些人表示，那可能象徵著電子閱讀器的未來。談一談關於行銷者的夢想 — 如果這款裝置以電子閱讀器的形態上市的話，那時可以把不易損壞的彈性電子紙與有效率的部件當作賣點。
使用者可將它們塞入他們的公事包或包包中，不必擔憂。該公司表示另一個加分項目是，該閱讀器的最佳化充電電路設計帶來電力節省。
PV 電池的尺寸為 132 x 212 x 0.3 公釐，重 10 克。太陽光可產生 1W 或更大的電力。來自於檯燈的強光正對著 PV 電池。一個可充電電池置於基座下。雖然該裝置在太陽底下能自我供電，但太陽能電池無法自室內照明產生足夠能量。這也是為何需要外部充電電池的緣故，這讓使用者可在室內使用該裝置。
在台灣電子紙的發展中，AUO 長久以來都是先鋒。在 2009 年，AUO 公開一款電子書閱讀器，具有在當時受矚目的特色：低耗電電子紙及觸控平板。
這款原型也是六吋，解析度跟 FPD 上的新顯示器一樣，也是 800 x 600 像素。該公司製造與銷售 TFT-LCDs、PDPs。AUO 在本地銷售自家產品，也出口到世界各地。
AUO 今年的展示中帶來一批該公司在顯示技術上的關鍵成就。這些包括 65 吋 Extreme-PR 3D Gesture 顯示面板、 46 吋 Scanning Retarder 3D 顯示面板、65 吋透明顯示面板、 46 吋 Super Narrow Bezel 面板、 6 吋彈性顯示器，其智慧型手機顯示面板具高解析度與低耗電，一系列 AMOLED 顯示技術與應用。
資料來源:PHYSORG:E-paper unplugged is key draw at Japan show[November 1, 2011]
有機薄膜電晶體(OTFT)之新發現，清華大學材料系黃振昌教授與博士班研究生王中樺、謝兆瑩2009年利用蠶絲做為介電層的材料，並成功開發出蠶絲成型技術發表在學術期刊上(Advanced Materials)並同時申請專利。蠶絲製作在低電壓的高性能五苯環有機薄膜電晶體，效率比以往使用的材料快上20倍，未來可讓電子紙或有機發光二極體螢幕具有相當程度的撓曲性。
什麼是有機薄膜電晶體呢(organic thin film transitor OTFT)?
「有機」，是在超市看到定義”有機”天然無添加人工色素的食物?不!那是吃的有機物，而「有機」薄膜電晶體，比較貼近以前在高中化學中對有機物和無機物的分類定義。
在軟性電子元件上，作為主動層(Active layers)的有機薄膜有很多種類，目前介紹的五苯環(Pentacene)是普遍被應用在OTF上的有機薄膜主動層之一。主動層運用的有機材料有小分子「五苯環」 (pentacene)又稱並五苯、高分子及有機金屬錯合物，五苯環熔點是攝氏300度，沸點是攝氏529度，製成薄膜時為可透光的藍紫色，因為結構緊密，且五苯環的材質可以幫助電子移動速度變快，採用五苯環電晶體來製造元件，可以透過有機溶劑，直接鍍在作為電子紙張基板的塑膠表面。用五苯環電晶體控制電子墨水開關的元件，沒有五苯環電子紙就無法運作，此外，減少另外加上去的電路複雜度，產品的成本能降到最低。近年來都被應用在太陽能電池及可撓曲式的電子顯示器或電子紙上。
和氧化物半導體和非晶矽的薄膜電晶體的基板幫助電子紙呈現動靜態影像的差異，OTFT基板注重製造成本低廉、耐衝撞及具有可撓曲的優勢，並能提升電泳電子紙pixel解析度3倍，解析度達150dpi，長遠來看，OTFT是未來電子紙主要使用的元件。
蠶絲，也是製作電子產品的絕佳材料！清華大學材料系師生兩年前意外發現，從蠶絲萃取出蠶絲蛋白，製成蠶絲膜，可當作閘極介電層材料；最近又成功製成可在低電壓操作的高性能五苯環有機薄膜電晶體，未來可應用在電子紙或有機發光二極體螢幕的彎曲功能。
清華大學材料系黃振昌教授表示：「使用蠶絲做介電層材料，是個非常意外的事情，我們經過許多次考驗，最終獲得突破。使用蠶絲可以比原本的速度快上20倍，由這種蠶絲膜製成的電子書或電子紙，翻頁速度會快很多。」，譬如以時速80公里的車速從台北到高雄要4.5小時，現在只要12分鐘。
蠶絲的製作成薄膜的過程，是先將蠶絲都丟到量杯裡煮滾成，拿去烘乾，烘乾後再切成小小塊，再丟入溶劑裡煮成蠶絲蛋白，最後將蠶絲蛋白塗抹在電晶體體的介電層部分。
因為有機電子正夯！或許電子紙的研究會因此發現更多可能性，清華大學材料系黃振昌教授所研發的蠶絲做介電層的材料，或許會對軟性有機電子紙產生相當深遠的影響，甚至會大大改變現今對電子紙的研發的可能性。
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