LCD液晶顯示器擁有輕薄、彩色等優勢，是現在彩色顯示器的主流技術，從電視、筆電、手機、廣告看板，隨處可見到LCD的各式應用，其背後所消耗能量也日益增長。但現今全球節能減碳的浪潮越來越受到矚目，隨著2050年淨零碳排的目標一天天逼近，彩色顯示器市場急需要一個次世代的新技術，推動更環保、更低碳的顯示產品，因此彩色膽固醇液晶電子紙Cholesteric LCD (簡稱ChLCD)成為了取代LCD的最佳環保顯示技術。
今天我們分享LCD和ChLCD彩色膽固醇液晶電子紙技術上的差異，讓你能挑選更省電、更環保的彩色顯示器。
LCD的基本原理
LCD顯示器通常由背光、垂直和水平偏光片、彩色濾光片和液晶面板組成。顯示器的背光模組提供畫面的光源，當光通過因電場改變旋轉的液晶面板時，被垂直和水平偏光片阻擋的光亮度不同會形成不同灰階，不同灰階的光穿過彩色濾光片可組成不同的顏色。
當R、G、B subpixels完美混合在一起，LCD可呈現高達1,678萬種顏色，在手機、電視、筆電等螢幕完美呈現豐富的色彩。
ChLCD彩色膽固醇液晶電子紙的基本原理
膽固醇液晶(ChLCD)電子紙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)，透過不同的電場控制液晶分子的旋轉，在電場關閉後可穩定地存在介於兩種狀態之間：
- 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。
在獨立控制RGB三層液晶各自不同的狀態，最終ChLCD可完美呈現1,678萬種顏色，產生與LCD一樣豐富的彩色畫面。所以不論是 LCD 或 ChLCD 電子紙都能呈現豐富的彩色顯示器。
LCD顯示器的優點
LCD液晶有以下的特性：
- 顯示器自帶背光，在低環境光的情況下擁有高對比、鮮豔的畫面。
- 快速的液晶反應速度讓顯示器擁有>60 Hz的高更新率，能播放流暢的影片。
所以LCD液晶顯示器適合通用的消費性電子產品，例如手機、筆電、螢幕、電視等。
ChLCD彩色電子紙的優點
ChLCD彩色電子紙有幾個不同的優點：
- 膽固醇液晶的雙穩態特性只有更新畫面時會用電，當顯示靜態畫面時不耗電。
- 反射式顯示技術在環境光越亮的時候畫面對比越高，所以畫面在陽光下清晰可見。
- 顯示器本身不發出藍光，減少藍光直射眼睛的傷害，在長時間閱讀的應用能有效護眼。
- ChLCD在反射大部分環境光呈現不同畫面的同時，亦有少部分環境光會穿透到底層，如果在顯示器底層嵌入太陽能板，就可回收剩餘環境光能量轉換成電能並自給自足給顯示器畫面更新使用，進一步達到零碳排的零碳排的Infinity Display。
因此ChLCD彩色膽固醇液晶電子紙技術不只用在護眼的電子書閱讀器，更是符合節能環保潮流的趨勢下所需要的新技術。
LCD和電子紙在室內的色彩表現
LCD顯示器自帶背光，在環境光較暗時可以維持高對比的畫面，但在戶外陽光較強的時候，背光的亮度難以和陽光競爭，導致在戶外白天時畫面對比較差。ChLCD主要利用反射環境光得以顯示圖像，因此當環境光越強的時候，畫面越清晰、顏色越豐富，反之當環境光較暗時，畫面的對比相對不足。
我們使用照度計量測不同強度的LED室內光源，比較LCD和ChLCD的差別，考量到iPad會根據環境光的亮度改變背光強度，我們預先將 iPad 的畫面亮度固定在最亮的設定。
可看出在低照度(<5,000 lx)時，此環境有利於自帶背光的LCD，所以LCD的畫面可視性(readability)較佳。當LED燈強度提高(>5,000 lx)時，ChLCD亦有效反射環境光，呈現出同樣可視性的畫面。
LCD和電子紙在戶外陽光下的色彩表現
在陽光直射的應用場景下，我們比較櫥窗內(20,000 lx)以及戶外局部遮蔭的晴天(75,000 lx)，可看到iPad的背光已無法與陽光在顯示器表面鏡面反射光相比擬，幾乎完全失去畫面的可視性。
反觀ChLCD的畫面在陽光下顏色卻更顯鮮豔、更清晰，完全展現其陽光可視性(sunlight readability)，由此可見ChLCD是比當下主流LCD顯示器更適合戶外的商用看板。
LCD和電子紙的功耗差異
相較300 nits左右的室內電視，LCD戶外顯示器通常需要3,000 nits以上才能夠在陽光下可視，因此戶外的LCD商用顯示器通常需要消耗將近3倍以上的能源。若以常見55”戶外商用顯示器比較面板能耗，在ChLCD每5分鐘換頁播放靜態畫面下，僅需要戶外LCD不到1%的耗電量。
綜合以上LCD和ChLCD的優缺點，LCD顯示器比較適合在室內播放動畫的應用，而膽固醇液晶技術更適合彩色電子書閱讀器以及戶外的節能數位看板需求。
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