膽固醇型液晶是具有雙穩態特性的材料, 其反射的優異光學性能, 被廣泛應用在顯示技術上,成為電子顯示介面的主要選擇之一,能進行單色, 多色, 也能進行彩色的類紙顯示, 以環境光做為反射的光源, 無須添加主動發光的光源。1888年液晶起源自膽固醇材料,如今液晶仍保有膽固醇之特質故名稱沿用至今。
膽固醇液晶的雙穩態特性
膽固醇型液晶(ChLCD)有雙穩態特性,就是說在自然存在狀態下有兩個穩定的狀態,其中一個是平面狀態(planar state),為液晶分子排列整齊可以反射特定波長光線的狀態,通常稱為亮態;另一個狀態為焦點圓錐狀態(focal conic state),其液晶分子排列混亂,會將入射光線散射,多數光線穿透, 通常稱之為暗態,因為此狀態可以看到液晶層下方物質的顏色, 而一般下方物質常被設計成黑色;此外, 還有一個暫時態則為垂直狀態(homeotropic state),其液晶分子全部呈垂直排列,光線可全部穿透而能看到液晶層下方物質的狀態。
這三個狀態可以透過加諸在膽固醇型液晶的電場進行改變:
- 當膽固醇型液晶處於平面狀態時,可以加以較小電場以改變到焦點圓錐狀態。當施加以較高電場時候則可以將液晶全部垂直排列轉換成垂直狀態。
- 而在垂直狀態下,若將電場快速移除則液晶回復到平面狀態,若電場緩慢移除則液晶會變成焦點圓錐狀態。
所以透過加諸電場與移除快慢則可以改變膽固醇型液晶的狀態。

膽固醇液晶的全彩應用
膽固醇型液晶之所以能呈現顏色主要是其反射狀態(亮態)是遵守布拉格定律(Bragg’s Law)。所謂布拉格定律就是當光線入射結晶格排列物質的時候,第一束光線遇到A點反射與第二束光線遇到B點反射,此兩束光線所走路徑差異為CB與BD兩段距離,這兩段距離總和為2d × sinθ,其中d為週期結晶格之間距離,θ則為入射光線與物體表面夾角。若此兩束光線所走距離的差異(2d × sinθ)為入射光線波長(λ)的整數倍,則有建設性干涉現象,所以可透過調整液晶的旋距來調整反射光波長即顏色。

當液晶旋距調整為讓藍色光線具有建設性干涉現象,則可以反射藍色光線,使液晶顯示出藍色,同樣道理也可以調整液晶旋距達到反射綠色、紅色波長的效果,如此膽固醇型液晶便可以透過調整旋距而顯示出不同顏色效果。利用此現象將膽固醇型液晶堆疊紅色, 綠色, 藍色三層液晶層,再加上底層黑色吸收層,則可以搭配出超過1千6百萬色的全彩顯示圖層。

全彩圖像依據三原色加法原理達到,例如黃色是由綠色及紅色疊加所產生,紅綠藍三色全亮態(反射模式)時為白色顯示,而紅綠藍三色全關閉為暗態(穿透模式)時因底層黑色吸收層則顯示黑色。

膽固醇液晶延伸應用
再進一步延伸膽固醇液晶穿透之特性,可將黑色吸收層以太陽能面板取代,則可以使顯示器在顯示畫面的同時也俱備儲存電能的功效。因為室外陽光中可見光部份用作反射圖像,紅外光部份則穿透液晶層抵達底層被太陽能元件吸收轉為電能,即成為既可顯示又可發電之顯示器。

同理將它與主動發光型顯示器結合時(如MiniLED面板),則可以依據靜態或動態畫面選擇膽固醇液晶反射式顯示模式或動態自發光MiniLED顯示模式間靈活切換。

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