一种名为「胆固醇液晶」的新型显示技术，近年来逐渐引起人们的注意。 其具备与电子墨水（e-ink）相似的特点，如低能耗和不发光的字体，使长时间阅读对眼睛更舒适，但不同于传统电子墨水，胆固醇液晶能够提供更丰富的色彩表现，使其在显示彩色内容方面更具优势，成为电子阅读器和其他电子设备的理想屏幕选择。 胆固醇液晶发展多年，但一直没有具体的突破，最主要是因为液晶的发展一直朝着「高屏幕更新频率」和「高解析」的方向走，而这两个方向都是胆固醇液晶的弱势，所以在过去许多年的时间里，胆固醇液晶一直找不到方向。 但随着ESG的议题、液晶屏幕的蓝光危害，让胆固醇液晶重新找到自己的定位，原来的劣势反而变成了竞争的优势。
另外，胆固醇液晶「反射式」和「双稳态」的特性，让它具有护眼和省电的优点，加上1677万色的全彩表现，渲染照片和图表更亮丽清晰; 同时因为液晶可以让光线穿过，因此在胆固醇液晶面板底部结合太阳能板，还可以让胆固醇液晶在户外及室内达到「自我供电」，甚至「不插电」的终极目标。
电子纸的主要特性
电子纸之所以被称为电子「纸」的原因很简单，相较于生活中随处可见的电视、手机屏幕，电子纸的显示原理其实更偏向于传统的纸张。 纸张本身不会发光，要阅读纸张上的内容，需要有外部的光源; 而读者在阅读纸本书时，书籍本身也不需要使用额外的能源，这正好与电子纸的「反射式」和「双稳态」这两种主要特性相互呼应。
目前电子纸的技术有很多种，像是电泳式、液晶型、微机电型… 等，其中技术最成熟，商品化最成功的，就是元太科技的电泳式电子墨水技术，已被广泛应用在各种电子书阅读器上。 随着近年电子书阅读器的推陈出新，大家对于电泳式电子墨水技术也逐渐熟悉，不过其实在液晶阵营中，也有一种同样具备「反射式」和「双稳态」特性的显示技术：液晶胆固醇（ChLCD）。
▲ 提供更好的彩色书籍阅读体验，不仅是趋势，也是众多电子书阅读器厂商正在努力的方向。
反射式较不伤眼
在「反射式」液晶显示技术中，有一种是没有背光模组设计，而是在液晶层的后面增加了反光板。 当外部的光线照射到反光板后，会被反射回液晶层，然后通过液晶层再反射到人眼中，也称为「全反射式 LCD」，因为不像其他背光式显示器需持续供电给背光源，所以在电力消耗上会更省电，全反射式的屏幕在明亮的环境下也有很好的可视性，因此非常适合用于户外应用。 同时，因为反射式显示器的光源来自环境光源，和背光式屏幕光源直射眼睛不同，长时间使用反射式屏幕较不易造成眼睛疲劳，也没有蓝光所造成视力疲劳、黄斑部病变等风险。
▲ 元太的 Kaleido 彩色电子纸，是以黑白电子墨水搭配 RGB 彩色滤光片，来呈现不同的颜色。
通过双稳态进一步省电
双稳态则是指显示器，在不施加电压的情况下，双稳态显示器的像素可以保持在两种不同的状态（例如，黑色和白色）的稳定性，而不需要外部电源来维持这些状态。 换句话说，双稳态的显示器只有在更新画面时才需要消耗电力，由于不需要连续的电源来维持显示，这种技术特别适合于需要长期电池寿命或低能耗的应用，比如电子标签或电子书阅读器。
双稳态显示器的技术原理主要就是电泳式的电子墨水和胆固醇液晶。 总的来说，双稳态显示技术提供了一种节能、高效的方式来维持静态图像，特别适用于那些不需要频繁刷新显示的应用场景。 而同时具有「反射式」和「双稳态」特性的液晶，就只有胆固醇液晶。 因此胆固醇液晶和电子墨水都能称为「电子纸」。
▲ 以显示技术的原理来说，胆固醇液晶与电子墨水完全是两回事，但它们却都具备反射式与双稳态的特性。
什么是胆固醇液晶？
全名Cholesteric Liquid Crystal Display的胆固醇液晶（ChLCD），并不是最近才出现的产物，它可以追溯到19世纪末期，伴随液晶技术的早期研究而萌芽。 但是，胆固醇液晶的具体发展，则一直到了20世纪晚期才正式启动。 相信许多人在初次看到这个名称时，都会一头雾水，胆固醇与液晶两者之间看似毫不相关，但现代液晶显示技术之能够蓬勃发展，可说是拜胆固醇之赐。
胆固醇与液晶的关系
所谓的胆固醇，是一种对人体很重要的脂质类分子，由法国医生 François Poulletier de la Salle 首次于人体的胆结石中发现，到了 1880 年代末期，奥地利植物学家兼化学家弗里德里希·莱尼泽（Friedrich Reinitzer）在从事胆固醇的相关研究时， 意外发现苯甲酸胆固醇脂（一种苯甲酸与胆固醇形成的有机化合物）在加热之后，会出现类似晶体特性的奇怪物理现象，因此联系到德国物理学家奥托·雷曼（Otto Lehmann），并确认这是一种介于液体和晶体的特殊相态，从而催生出「液晶」这个概念。 在奥托的研究之下，发现其实还有许多的材料，也都具备液晶的特性。 而此一发现也为未来液晶技术的发展奠定了基础，不过可惜的是，当时研究者们虽发现了液晶的独特性质，但在技术力的限制下，直至半个多世纪以后，才由美国无线电公司（RCA）造出世界上第一台液晶显示器。
▲ 在日间环境下，许多大型广告广告牌由于并非反射式面板，必须提高亮度才能达到鲜明及清晰的色彩，但这也会提高能源成本，并加速设备的损耗。
液晶相态的差异
依据液晶相态的构成方式，大致可以可分为液向性液晶与热向性液晶两大类，胆固醇液晶便属于热向型液晶的其中之一，意谓可以通过温度的变化来展现出不同的液晶相态，同属热向性液晶还有向列型和层列型液晶，这几种液晶之间的区别，在于液晶分子的排列方式。
向列式液晶是最常见的液晶类型之一，广泛用于液晶显示器（LCDs）。 在向列式液晶中，分子大致上采平行排列，但它们的末端没有规律地排列。 这种排列方式使得液晶在电场的作用下，能够容易地重新排列，进而改变光的传播方式，这是液晶显示技术的核心。 而层列型液晶是另一种液晶类型，在这种类型中，分子不仅平行排列，还按层次组织排列。 这使得层列型液晶在某些应用中比向列型液晶更稳定。
胆固醇液晶的液晶分子排列则较为特殊，是由多层的向列式液晶堆叠而成，每一层的分子排列角度会规律性的进行旋转，因此从侧面看起来，就仿佛是一种螺旋状的结构，至于「胆固醇液晶」命名的由来，其实是前述的奥托·雷曼于1904年创造的名称，用以表明其材料是来自于胆固醇的衍生物，如果以材料学的角度来看，如今的胆固醇液晶已经与真正的胆固醇关系甚浅， 因此它还有另一个更正式的名称，叫做旋光向列型液晶（Chiral Nematic Liquid Crystal），只不过大家仍习惯称之为「胆固醇液晶」。
▲ 奥托•雷曼因为首次提出「液晶」这个概念，并确认其物理特性，被誉为液晶之父。
▲ 我们常用的计算机或电子表上的液晶屏幕，也属于反射式液晶的一种，只是它并没有双稳态的特性。
▲ 在前两年的南港智慧显示展会上，早已有胆固醇液晶显示器的身影，但后续的消息却不多。
色彩方面拥有绝对优势
现在胆固醇液晶的关键特性，在于它自身就具有颜色，在加入旋光剂使得液晶分子能够进行360度旋转，利用液晶分子缩放时调整旋距厚度和角度，就会反射出不同的颜色来。 胆固醇液晶的色彩表现主要取决于旋距、旋光率和液晶分子的排列状态。 不同旋距的液晶分子会反射不同波长的光线，进而呈现不同的颜色，而不同旋光率的液晶分子会使偏振光发生不同的旋转角度，进而影响反射的光线强度。
而液晶分子在不同排列状态下也会呈现不同的反射特性。 例如，平面状态的液晶分子会反射所有波长的光线，呈现白色; 倾斜状态的液晶分子会反射特定波长的光线，呈现其他颜色。 目前，胆固醇液晶的色彩表现已经可以达到1,677万色，可与传统液晶显示器相媲美。
▲ 从胆固醇液晶的剖面图，可以清楚看到它是一种多层的结构。
胆固醇液晶的分辨率表现
一般的纸本书，印刷分辨率大约是300dpi，dpi指的是每英寸的长度上有多少个墨点。 而ppi是表示在每英寸的长度上有多少个像素。 简单的说，dpi 是用来衡量打印机或其他类似设备的分辨率的，而 ppi 是用来衡量显示器或其他类似设备的分辨率。
目前电泳式电子纸的分辨率，在黑白电子墨水上，已经可以达到 300ppi，等同纸张印刷品的呈现品质了，因此在黑白电子墨水阅读器上阅读书籍的体验和阅读纸本时的清晰程度几乎一致。 但是在彩色电子墨水的分辨率表现上，因为技术原理的关系，Kaleido 1 彩色电子墨水推出时，虽然黑白表现可以达到 300ppi，但彩色表现只有 100ppi; 到了第三代 Kaleido 推出时，彩色表现已经提升到 150ppi，整体细腻度提升了许多。 元太旗下另一系列电子墨水Gallery的分辨率，目前第三代也已提升至300ppi。 至于目前的胆固醇液晶，其表现是128ppi，还不及上述两款。 但就目前了解的消息，已经有200ppi的胆固醇液晶原型机。
▲ 对比目前电泳式电子纸主流的 4096 色，色彩的呈现是胆固醇液晶的绝对优势。
胆固醇液晶目前需要解决的问题
1. 面板分辨率
胆固醇液晶现在的分辨率只有 128ppi，所以对于小尺寸的装置来说，因为显示面积有限，再加上分辨率不高，所以对于各种文字字型难有很好的表现，因此，图画形式的绘本可能会较为适合胆固醇液晶阅读器。 就目前的数据来看，虽然已经有分辨率 200ppi 的原型机出现了，但 200ppi 对比黑白电子墨水的 300ppi 还是有落差，即使比 150ppi 彩色电子墨水要高，但差距也不明显。 因此平心而论，必须等到更大尺寸胆固醇液晶阅读器出现后，才比较有看头。
▲ 由于分辨率的限制，目前胆固醇液晶在字体的表现上还有进步的空间。
2. 机身厚度
胆固醇液晶阅读器的物理构造，是由RGB三片胆固醇液晶面板组合起来，先天上就是不可能和电子墨水的阅读器竞争的。 尤其在小尺寸的装置上，用户对于厚度将会特别有感，尺寸愈小，阅读器的厚度劣势愈明显。 此外，也因为外部的光线必须穿过三层面板再反射，因此会感觉画面不够锐利，有点雾雾的。
▲ 和不同品牌的电子墨水阅读器相比，胆固醇液晶阅读器都要厚上那么一些些。
3. 翻页速度
以目前被动式驱动技术来说，胆固醇液晶刷新一次屏幕，大约需要1200毫秒，如果再加上操作系统和其他组件的延迟，整体来说刷新一页至少要1800毫秒到2000毫秒，也就是1.8秒到2秒之间。 这个翻页速度对于读者来说，应该还是太慢了。 目前通过各种技术手段，最快也只能缩短到700毫秒，也就是0.7，不过在0.7秒的快刷状态下，色彩表现也会下降。
不过据了解，目前主动式驱动的胆固醇液晶，已经可以把翻页的速度加快到 60毫秒，也就是被动式的 1/20，以这个速度，不只是翻页而已，甚至都可以播放每秒 24 格的视频，已经非常接近我们一般使用的液晶屏幕。 但是，主动式驱动的胆固醇液晶，由于各种因素，目前还没有量产的计划，我们只能期待它早点推出。
▲ 胆固醇液晶刷新屏幕时，中间会有一条横线扫过去，有点类似翻页效果。
4. App 的支持
虽然胆固醇液晶也是液晶家族的一员，但因为驱动特性不同，因此现在许多应用市集里的App，并无法直接在胆固醇液晶阅读器装置上运行，可能会出现流畅性或画面显示方面的问题，都需要再进行调整修正以达最佳化，不过这也和当时电子墨水纸刚开始时的情况一样，随着时间以及装置的普及，支持的App也会慢慢增加。 另外，因为我们现在见到的都是原型机，不管在软、硬件上都不够稳定，也许等到正式上市时，这些问题都已经被解决，就会提供给用户更好的阅读体验。
胆固醇电子纸的相关应用
电子纸因为反射和省电的特性，我们最熟悉的应用就是电子书阅读器。 但事实上，像是户外广告、捷运海报，移动广告、交通消息、数字标牌、电子标签等，都是电子纸可以应用的范围。
适合户内及室外场域
之前电子墨水因为显色的能力有限，因此较多应用在许多单色或双色的电子标签上，像是智慧物流的集装箱、货架上的价格标牌等等。 而胆固醇液晶由于具备了全彩的色彩能力，让它可以应用的范围更为广泛，像是大众运输的电子纸显示器，在太阳光下清晰可见，适合在户外长时间以最低功耗显示信息，并通过远端实时更新交通资讯、也可以使用太阳能自发电的环保显示器在户外做大型的广告广告牌，即使在室内，也能用最省电的方式展示各种菜单。
降低纸张与能源浪费
甚至在医疗领域，各种病床的病历、药物、标牌管理，都可以结合数字化管理来提升更新信息的效率，减少出错机率，也可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。
而智慧教育也是一个很适合的市场，反射式全彩电子纸能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。
在许多的商场，户外都有配备65吋~75寸高亮度的液晶面板，这是非常耗电。 如果更换成胆固醇液晶的面板，基本上只有翻页的时候才会耗电，而且环境光源越强，屏幕呈现的效果越好。
▲ 除了电子书之外，胆固醇液晶在未来许多方面的商业应用，也多与电子墨水重叠，包括站牌以及车厢内的显示器等等。 （照片：Toshinori baba）
耐候性更加稳定
同时胆固醇液晶是基于液晶面板技术 ，已经在户外经受过高温、温差、湿度和各种风沙的环境压力测试，相关的技术都已经很成熟了，因此对比电子墨水在户外，更能保持显示的稳定性。
胆固醇液晶电子纸的各种优势，使其具有乐观的应用前景，随着技术的不断发展，胆固醇液晶电子纸的应用范围应该会更加广泛。
