什麼原理讓彩色電子紙達到1,678萬色?

2023 年 10 月 10 日
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從隨身的手機、平板到大螢幕的電視和數位廣告,我們活在一個全彩螢幕充斥的年代,時時刻刻都享受著高解析度、飽和色彩的多媒體畫面。

當溫室效應逐漸造成世界各地的極端氣候,各國都開始訂定淨零碳排的目標,我們需要更節能、更環保的顯示器來取代高耗能和高碳排的LCD顯示器,所以彩色電子紙成為了次世代環保顯示器的首選技術。

什麼是彩色電子紙?

彩色電子紙是擁有雙穩態特性的彩色顯示器,在維持顯示畫面時不需要耗電,只有在更新顯示時才需要用電,比時時刻刻需要用電的LCD螢幕能大大的降低顯示器的用電量。

紅黃藍三原色的圖片
彩色電子紙可提供低耗能的全彩顯示技術。

電子紙使用環境光反射表面呈現圖像,跟主動發光的LCD顯示器不同,因此在陽光直射下也清晰可見,閱讀時並沒有刺眼的藍光造成眼睛疲倦。

彩色電子紙的原理

市面上常見的彩色電子紙有幾種:電泳式和膽固醇液晶等等。

電泳式(EPD)電子紙使用帶電的墨水膠囊混和成色,是市面上黑白電子書閱讀器的主流技術,但電泳式彩色電子紙透過混合四色墨水或彩色濾光片,最多只能呈現4,000種不同的色階,離圖檔紅、綠、藍分別256色的乘積1,678萬色階有很大的差距,因此遲遲無法取代彩色LCD螢幕。

彩色電子紙的成色原理圖
電泳式電子紙使用帶電的墨水膠囊呈現像素。

虹彩光電的膽固醇液晶技術(ChLCD)使用三層液晶堆疊而成,各層液晶分別反射紅色(R)、綠色(G)、藍色(B),並透過雙穩態的特性,可自然地存在兩種穩定的狀態:

  • 平面狀態(planar)時液晶分子排列整齊,可以反射特定波長光線,此狀態可看到反射畫面的顏色。
  • 焦點圓錐狀態(focal conic)的液晶分子排列讓光線穿透,此狀態可以看到液晶層下一層物質的顏色。
人眼所能看到的 ChLCD 波長段
調整不同ChLCD層的分子排列達到全反射(白)、半反射(灰)、穿透(黑)。

在獨立改變RGB三層液晶不同的狀態,ChLCD可完美呈現1,678萬種豐富色彩,是使用彩色電子紙取代LCD以及LED等發光式顯示器的重要技術。

彩色電子紙的優點

將顯示器採用ChLCD彩色電子紙的優點如下:

  • 環保、省電-彩色電子紙只在更新畫面時用電,跟LCD顯示器比較起來,在5分鐘更新畫面的頻率下電子紙只需要1%的功耗,能大大地降低螢幕的碳足跡。
  • 護眼-電子紙反射環境光呈現畫面,不像LCD的主動光源會產生藍光,因此瀏覽電子紙顯示器時眼睛比較舒適,也不容易疲倦。
  • 陽光下可視-電子紙在太陽光直射的環境下能呈現鮮豔的色彩,不像LCD需要提升亮度才能在陽光下瀏覽,因此電子紙適合應用在戶外的顯示器。
  • 整合太陽能-ChLCD在反射不同顏色的同時,約10-30%的光會穿透到底層吸收,如果在顯示器底層嵌入太陽能板,就可自己產生再生能源供給顯示器使用,達到零碳排的Infinity Display
Infinity display 三原色光波長原理
用太陽能板取代膽固醇液晶底層,電子紙就能用環境光發電。

彩色電子紙的應用

使用環保的彩色電子紙,可在各種應用領域達到節能減碳的效果:

  • 大眾運輸-環保節能的電子紙顯示器,擁有太陽光下可視的優點,適合在戶外長時間以最低功耗顯示資訊,並透過遠端即時更新交通資訊。
  • 智慧教育-反射式全彩電子紙顯示器大幅降低藍光對眼睛的傷害,提供學生更舒適的閱讀環境,並結合電子書減少紙張浪費,不需要攜帶厚重書本學習,更達到環保節能的效果。
  • 智慧零售-使用太陽能自發電的環保顯示器,不再被電源受限安裝位置,在戶外每個角落完美呈現全彩的海報,在室內也能用最省電的方式播放智慧菜單。
  • 智慧醫療-符合環保、低碳排的醫療智慧顯示器,結合數位化管理不但能提升更新資訊的效率,減少出錯機率,以雲端同步醫囑並清晰呈現在觸控閱讀器上,提升診斷效率,讓護理人員精準用藥。

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