電子紙需要休眠待機嗎？實測不休眠時的耗電量
前陣子在社團中看到有一些剛使用閱讀器的網友在沒有使用閱讀器的時候會將其關機，或是到電源管理的地方設定自動關機時間，然後才發現閱讀器要開機要等很久很麻煩。其實我覺得這是對電子紙閱讀器不夠理解造成的誤會。一般在使用平板電腦時也不會特別關機，頂多闔上保護蓋或按電源鍵讓螢幕變黑進入休眠狀態，而電子紙也是如此，但電子紙更厲害的地方是，因為電子紙只要不更動畫面就完全不耗電，不像螢光幕必須要一直持續發光耗電，所以理論上電子紙甚至可以完全不進入休眠狀態[註一]（如果你不介意畫面在你不注意時被旁人看光光的話，或是不介意有人趁你不注意時偷用的話）。
也許有人會說不進入休眠狀態會比較耗電，因為系統不會自動關閉WiFi與藍牙設備，而且有些APP還會持續在背景運作。的確是這樣沒錯，但是如果是純粹閱讀與筆記的話，沒有用時放在一邊不待機休眠，基本上掉電量相對於平板來說，還是非常非常慢的。我最近為了測試電子紙的省電能力，做了一個小實驗，在此跟各位分享。
實驗設計
我使用文石的Nova 3 color與2017 iPad Pro來進行實驗與比較。首先我先將兩台裝置都先充飽電力，然後將兩台裝置中所有的背景程式全部關閉，並將螢幕休眠時間調成[永不]，然後兩台只開啟筆記軟體。文石的筆記軟體就是使用它內建的筆記軟體，而iPad Pro 上使用的筆記軟體是GoodNotes 5。兩台裝置都開啟藍牙與WiFi，WiFi連上住家的網路。接著兩台裝置都停留在相同的畫面，iPad的螢幕亮度設置約為20%。如照片所示：
Goodnotes就使用其預設的紙張顏色（不是純白），電子紙的背景則是白色。就這樣單純的放著，然後每隔一個小時紀錄一次電池電力，一共紀錄了六個小時，藉此觀察兩個裝置的耗電程度。
實驗數據
實驗數據如下圖：
將數據繪成圖表：
圖表中7-12小時的電量不是實際測量的，而是回歸直線預測的，供各位做參考，回歸線的相關係數都在0.95以上，因此預測有參考價值。
可以看到六個小時後，Boox 還有95%的電力，而iPad只剩66%的電力，兩者差距約29% 。因為兩個裝置所使用的電池電量是不一樣的，Boox的是3150 mAh，而iPad Pro 2017的則是8134 mAh，因此如果只是單純比較百分比其實不太準確。我們可以把iPad 的耗電量以Boox為基準做比例上的校正，也就是說假設iPad的電池電量也是3150 mAh的情況下，耗電的情況。校正之後如下圖所示：
可以看到如果有校正，即今天iPad裝的若是Nova 3 Color的電池的話，六小時後iPad大概只剩下13%左右的電力，兩者相差了82%，由此可以看出螢光幕持續發光加背景通訊的耗電能力，以及電子紙畫面不更動時，背景通訊硬體的耗電能力。
2021/08/11 更新
因為有網友建議Boox Nova 3 Color應該要有完全休眠待機的對照組可以來比較一下耗電情況，因此我又做了兩種裝置完全休眠待機的實驗。實驗方式一樣是將iPad與Boox 都充飽電，然後就進入休眠待機狀態不去動它，每隔一個小時打開紀錄一下電池耗電量再關上。因為這種情況的耗電速度更緩慢，因此我記錄了12個小時。實驗數據如下:
將其繪製成圖表如下:
若有校正電量則為下圖:
上圖有趣的事是，即便iPad 完全休眠不使用，放了8個小時後電量的消耗量比電子紙Nova 3 Color 持續顯示畫面消耗的電量還要多。
我其實也想要做一組iPad持續顯示全黑照片然後不進入休眠待機時的耗電量，這樣就可以比較出來螢幕持續發光所需要消耗的能量。但是後來想想不對，因為我的iPad Pro 2017是使用LCD螢幕，LCD 螢幕即便在畫面顯示全黑的情況下背光源還是持續在發光的，因為LCD是用偏振片加上液晶分子的偏光性來調控亮暗，因此全黑並不是真的全黑，只是發出的光因為偏振方向垂直螢幕表層偏振片而被擋了下來。因此如果要這樣測試必須要使用我的iPhone 12 的OLED 螢幕或是用搭載 Mini LED 的新款iPad 這類像素自體發光的螢幕才行。不過沒差我也找到了資料，其實Google 在推出暗黑模式前已經幫大家做過測試了: 如果使用AMOLED 螢幕，開啟[暗黑模式]時會比使用[一般模式]時節省約63%的耗電功率(詳見延伸閱讀二)。 由此可見發光螢幕真的非常的耗電。
討論
在討論之前要先說明此實驗的有限性與假設前提：
- 假設兩個作業系統在此狀態下背景的運算是差不多的。
- 假設兩個裝置的CPU在此狀態下的耗能是差不多的，而所使用的筆記軟體運算量也差不多。
- 假設兩個裝置所使用的鋰離子電池電壓是一樣的。( 應該是飽電4.2 V, 標準電壓 3.7 V )
- 假設兩個裝置都沒有電池老化的問題（實際上用了快四年的iPad Pro充飽電後的電量應該不到8000 mAh）
- 假設螢幕的尺寸大小並不影響比較（的確電子紙不更動屏幕再大都不耗電）。
- iPad的非全白背景耗能較全白背景低。
雖然有以上許多不可控制的因素，但是實驗結果的差距大到還是值得參考與討論，而且我們一般在使用時也不會特別控制這些變數。
從以上的實驗可知，Nova 3 Color的電子紙筆記在沒有其他App於背景開啟的情況下，光光WiFi與藍牙的耗電量其實非常非常的少，約每個小時只掉1%的電力，也就是說就這樣擺著不進入休眠待機也可以放個四天左右。相反的發光螢幕必須要持續發光來顯示畫面，非常的耗電，因此並不適合顯示靜態的畫面。
發光螢幕在此情況下消耗的大部分電能都以可見光（電磁波）的形式散逸，少部分以熱能散逸，而散逸的光線能量一部分持續被眼睛所吸收，等於眼睛持續受到螢幕光線曝曬。尤其發光螢幕為了要達到非常鮮豔的色彩以及良好的顯示效果，發出的光線強度必須要大於周遭環境光線，因此即便瞳孔已對環境光線做了曝光調節以保護眼睛，接收發光螢幕光線的眼底區域（投影曲）仍然會吸收相對過強的光線，而此區域就是視覺最敏銳的黃斑部（相信沒有人會斜眼看手機螢幕），等於讓黃斑部持續累積能量傷害。而且由此實驗可知，若持續盯著螢幕六個小時，兩者累積的能量差距是很可觀的（電能轉光能再轉熱能），更別說是長期十幾年的累積。[註二]
這也是為什麼發光螢幕平板並不適合拿來寫筆記、寫題目、數位閱讀與文書處理的原因，既耗電又傷眼。因為以上的應用並不需要一直頻繁的更動畫面，對發光螢幕來講就沒有太大的優勢，因為發光螢幕最擅長的是螢幕畫面更動迅速，而且在更動時不會有殘影，但缺點是不更動時的持續耗電以及持續對眼睛的光線曝曬。
結論
電子紙因為畫面不更動就不耗電的特性，其實不需要休眠待機。一般會選擇休眠待機主要是基於隱私與安全問題，避免畫面內容被旁人看光外，待機時會自動上鎖需要靠指紋或密碼才能解鎖使用。待機另外的好處是可以當作電子相框呈現自己喜歡的畫面，或是顯示時鐘及一些其他的資訊，另外就是待機時觸控功能會關閉比較不會不小心按到螢幕。我自己的使用習慣是螢幕不動30分鐘後才進入休眠待機，這樣如果我用電子紙放資料參閱時才不會一下就進入待機而要再次輸入密碼或指紋重開，因為這樣次數多了真的很惱人。
如果真的想要節省微乎其微的通訊設備電力消耗一樣可考慮待機，不過經過實測只要沒有背景程式在運作並透過網路接收或傳送資料，基本上通訊設備的電力耗損是非常的低的，以Boox Nova 3 Color 而言，一個小時大概不到1 %的耗損量。「註三」我覺得看完實驗數據後，倒也可以考慮不設自動休眠待機，而是真的不用時或是要攜帶外出時，以手動方式蓋上蓋子待機或是按電源鍵待機就好。
平常在做靜態畫面呈現時間較長的應用時，其實可以視作大部分時間在持續顯示畫面而偶爾運作一下的情形，此時發光螢幕完全沒有優勢，既耗電又傷眼。因此如果有這類的應用其實可以考慮使用電子紙螢幕。
最後由本文的實驗可知，若地球所有使用數位資料的人都在靜態畫面呈現時改用電子紙裝置，節省下來的電力是非常可觀的，對於節能減碳與環境永續會有非常大的幫助。
註解
註一、有些閱讀軟體如Readmoo、Hyread等會回傳資料以便閱讀進度或更動可以在各裝置間同步，如果程式的設定是定時回傳資料，就會比較耗電一點，如果是在有更動發生時才回傳資料，耗電就會少一些。
註二、以iPad Pro 為例，如果8134 mAh的電池從飽電到全部放電，會產生多少能量？如果以標準電壓3.7 V計算，約11萬焦耳。11萬焦耳的能量是多少呢? 大概可以將一公升的水升溫攝氏25.6度。眼睛玻璃體的體積大概只有4毫升，假設玻璃體的比熱跟水接近，而且假設iPad釋放的能量只有一萬分之一會被眼睛所吸收(實際上應該高非常多)，眼睛就會升溫攝氏0.65度。實際上這個過程會是一個動態熱平衡狀態，要考慮到功率與眼內系統的散熱，而且除了熱能外，還要考慮到藍光等光線可能產生類似光電效應的作用以及光線所產生的生物刺激效應(biostimulation)。
註三、待機的畫面轉換其實也挺耗電的，我自己的經驗是如果我使用電子紙來做文書處理，因為畫面大部分的時間都是不更動的（因為寫作需要思考），只有虛擬鍵盤與游標處會更動，這樣使用起來往往兩三個小時電量只掉一點點。可是如果我一個小時中常常拿起來看沒幾下又蓋上蓋子讓它進入待機，這樣反反覆覆的拿起放下，電量掉的反而比文書處理還快。後來想想也挺合理，因為進入待機畫面需要無殘影全刷，離開待機畫面又要全刷，而電子紙全刷畫面是比較耗能的。這個現象在電子紙手機更為明顯，各位如果有興趣可以進入手機[設定]中的[螢幕使用時間]那邊看看[拿起頻率]或[喚醒頻率]，一般人的主力手機一天常常會超過50次以上(詳見延伸閱讀4)，也就是說電子紙手機若有待機畫面就需要多刷一百次以上（如果是看書就等於多翻一百頁的意思，而且還是閃爍較明顯的全刷）。不過即便如此手機還是屬於比較隱私的東西，還是設個待機休眠吧！
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