什么原理让彩色电子纸达到1,678万色?

2023 年 10 月 10 日
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从随身的手机、平板到大萤幕的电视和数位广告,我们活在一个全彩萤幕充斥的年代,时时刻刻都享受着高解析度、饱和色彩的多媒体画面。

当温室效应逐渐造成世界各地的极端气候,各国都开始订定净零碳排的目标,我们需要更节能、更环保的显示器来取代高耗能和高碳排的LCD显示器,所以彩色电子纸成为了次世代环保显示器的首选技术。

什么是彩色电子纸?

彩色电子纸是拥有双稳态特性的彩色显示器,在维持显示画面时不需要耗电,只有在更新显示时才需要用电,比时时刻刻需要用电的LCD萤幕能大大的降低显示器的用电量。

红黄蓝三原色的图片
彩色电子纸可提供低耗能的全彩显示技术。

电子纸使用环境光反射表面呈现图像,跟主动发光的LCD显示器不同,因此在阳光直射下也清晰可见,阅读时并没有刺眼的蓝光造成眼睛疲倦。

彩色电子纸的原理

市面上常见的彩色电子纸有电泳式(EPD)和胆甾相液晶(ChLCD)。

电泳式电子纸使用带电的墨水胶囊混和成色,是市面上黑白电子书阅读器的主流技术,但电泳式彩色电子纸透过混合四色墨水或彩色滤光片,最多只能呈现4,000种不同的色阶,离图档红、绿、蓝分别256色的乘积1,678万色阶有很大的差距,因此迟迟无法取代彩色LCD萤幕。

彩色电子纸的成色原理图
电泳式电子纸使用带电的墨水胶囊呈现像素。

虹彩光电的胆甾相液晶技术使用三层液晶堆叠而成,各层液晶分别反射红色(R)、绿色(G)、蓝色(B),并透过双稳态的特性,可自然地存在两种稳定的状态:

  • 平面状态(planar)时液晶分子排列整齐,可以反射特定波长光线,此状态可看到反射画面的颜色。
  • 焦点圆锥状态(focal conic)的液晶分子排列让光线穿透,此状态可以看到液晶层下一层物质的颜色。
人眼所能看到的 ChLCD 波长段
调整不同ChLCD层的分子排列达到全反射(白)、半反射(灰)、穿透(黑)。

在独立改变RGB三层液晶不同的状态,ChLCD可完美呈现1,678万种丰富色彩,是使用彩色电子纸取代LCD以及LED等发光式显示器的重要技术。

彩色电子纸的优点

采用ChLCD彩色电子纸显示器的优点如下:

  • 环保、省电-彩色电子纸只在更新画面时用电,跟LCD显示器比较起来,在5分钟更新画面的频率下电子纸只需要1%的功耗,能大大地降低萤幕的碳足迹。
  • 护眼-电子纸反射环境光呈现画面,不像LCD的主动光源会产生蓝光,因此浏览电子纸显示器时眼睛比较舒适,也不容易疲倦。
  • 阳光下可视-电子纸在太阳光直射的环境下能呈现鲜艳的色彩,不像LCD需要提升亮度才能在阳光下浏览,因此电子纸适合应用在户外的显示器。
  • 整合太阳能-ChLCD在反射不同颜色的同时,约10-30%的光会穿透到底层吸收,如果在显示器底层嵌入太阳能板,就可自己产生再生能源供给显示器使用,达到零碳排的Infinity Display
Infinity display 三原色光波长原理
用太阳能板取代胆甾相液晶底层,电子纸就能用环境光发电。

彩色电子纸的应用

使用环保的彩色电子纸,可在各种应用领域达到节能减碳的效果:

  • 大众运输-环保节能的电子纸显示器,拥有太阳光下可视的优点,适合在户外长时间以最低功耗显示资讯,并透过远端即时更新交通资讯。
  • 智慧教育-反射式全彩电子纸显示器大幅降低蓝光对眼睛的伤害,提供学生更舒适的阅读环境,并结合电子书减少纸张浪费,不需要携带厚重书本学习,更达到环保节能的效果。
  • 智慧零售-使用太阳能自发电的环保显示器,不再被电源受限安装位置,在户外每个角落完美呈现全彩的海报,在室内也能用最省电的方式播放智慧菜单。
  • 智慧医疗-符合环保、低碳排的医疗智慧显示器,结合数位化管理不但能提升更新资讯的效率,减少出错机率,以云端同步医嘱并清晰呈现在触控阅读器上,提升诊断效率,让护理人员精准用药。

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