彩色電子紙的前光(背光)迷思
從去年年中開始陸續有印刷式彩色電子紙的產品上市，種類非常的繁多，除了閱讀器外甚至還有手機問世。而印刷式彩色電子紙的演進也非常的快速，從剛開始推出的kaleido 1，到今年年初就有第二代Kaleido 以及2.5代Kaleido（官方稱作Kaleido plus）的產品推出。每進步一代，色域的表現範圍又更大一些，色彩更明顯外，對比度與畫質都有所提升。
不過靠濾光片來顯示彩色的Kaleido技術有個問題，那就是因為濾光片本身會吸收一部分的反射光，因此螢幕跟黑白的電子紙相比，會偏暗一點點，白色沒那麼的白，所以黑白的對比度也會降低一些。也因為螢幕比黑白的稍暗一些，使用習慣黑白電子紙的人會想要開前光(背光)[註一]，讓白色底比較接近黑白電子紙的白外，網路上也有許多部落客或評論指出光線開亮一點（有些甚至建議開最大），顯示出的顏色會更加的明顯鮮豔。
但是這又衍伸出了一個問題，就是如果每次用彩色電子紙都要開前光，那不就跟發光螢幕的手機沒什麼兩樣了嗎？一般讀者會使用電子墨水閱讀器很大一部分的原因就是因為不主動發光的螢幕長時間閱讀下眼睛比較不會疲勞酸澀或刺痛，可以減少許多電腦視覺症候群（computer vision syndrome）的症狀，但是開前光長時間閱讀時，眼睛好像還是沒有像使用黑白電子紙不開前光時那樣舒服，甚至感覺還是會有類似看發光螢幕的症狀。那到底彩色電子紙護不護眼，值不值得購買？本篇文章就是要來為各位解說此疑問。
彩色電子紙開前光的三大迷思
「彩色電子紙的濾光片會吸收一部分的光線，屏幕亮度比黑白的電子紙偏暗一些」。以上這段敘述是描述事實，但並不是為什麼一般人想要開前光的理由，一般人會想要開前光的理由不外乎以下幾點：
- 本身習慣了紙本書或黑白電子紙的黑白對比度，因為以上兩者的白底都較白，但是彩色電子紙的白底偏灰，將前光打開後彩色的白底才會比較接近白色，尤其越亮越白，這樣文字對比度才會比較好。
- 因為網路上大部分的人都說把前光打開後，色彩才會比較鮮豔明顯，越亮色彩越鮮豔。
- 怕畫面太暗長時間閱讀反而會傷眼睛，因此要亮一點。
以上三點其實皆是因為不了解而產生的迷思。以下就針對這三點迷思分別做說明。
迷思一：亮度越亮對比度越好
關於第一點黑白對比度，的確當影像的對比越明顯的時候，輪廓越分明，越容易讓人辨識，所以白底黑字或黑底白字，因為對比度最高，的確是最容易辨識，也最好閱讀的，但是這並不代表對比度降低一些，就無法辨識，因此灰底黑字，只要不影響文字的辨識，基本上就不會影響閱讀，沒有一定要將灰底變成白底，就當作在看用再生紙做的書一樣，白色不是那麼的白就好，當然如果你就是看不慣灰底（完全是kimochi 的問題）,那的確可以選擇開前光，但是開前光也是有學問的，並不是開越強，對比度越好。為什麼呢？不是說開越亮白底越白，照理說對比度就越高啦！我們先來看看以下的實驗圖片：
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| 左邊這張是前光全開時的狀況，右邊這張是完全不開光時的狀況。環境光源為下午兩點半坐在落地窗旁的自然背景光。 |
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| 放大照。左邊這張是前光全開時的狀況，右邊這張是完全不開光時的狀況。環境光源為下午兩點半坐在落地窗旁的自然背景光。 |
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| 透過選色工具來比較兩張照片中黑體字的黑，可以發現前光開最強時雖然白底會較白，但是黑體字的黑也沒有右邊完全不開光的黑體字那麼的黑（當然兩者都不會是完全的黑）。 |
看完了以上照片後，各位覺得是前光開最大的對比度好呢？還是完全不開光的對比度好呢？有沒有很疑惑為什麼會如此呢？從以上的實驗我們可以知道，當光線越強時，白底雖然會越白沒錯，但黑字也會同時跟者越白，看到這又有人會有疑問了：那理論上對比度應該是不變才對啊，為什麼不開前光反而對比度看起來比較好？原因其實跟人的感知有關，人對於光線訊號（signal）的強度反應（response），並非是完全線性的，人眼對於高光區的變化反應其實沒有低光區的變化反應來的大，講白話一點就是人比較擅長辨別偏暗的顏色的差別，所以在感知上會覺得沒開前光的對比度比較高一點。
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| 人眼對於光線亮度的感知並非線性的。圖片來源：色彩管理中的Gamma值的理解 |
迷思二：亮度越亮顏色越鮮豔
現在我們來看看第二點，為什麼第二點會是個迷思？其實知道了第一點的一些原理後，你就可以理解第二點了，為什麼不是光線越強色彩越鮮豔？要知道Kaleido的彩色其實就是用黑白的方式加上濾光片去調整的，所以原理類似，RGB值之間的差距並不會因為調亮光線後改變太多，主要是數值一起往上平移，因此並不會因此提高彩度（例如紅色變得更紅）,淡彩在調高光線後一樣是淡彩，唯一的差別就像是把水彩顏料加水稀釋後形成比較明亮的顏色而已，可以參考下圖的實驗示範：
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| 左邊是沒有開前光，右邊是前光全開時的狀況。環境光源為書桌前的檯燈下。 |
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可以看到前光開啟的情況下是把RGB值平移，雖然RGB間的差距有些微拉開一點，但是一樣越往高光區感知差異不會那麼的明顯，彩度並不會明顯提升外，與周圍色彩的對比反而會降低。
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| 可以看到在iPhone 12 上實際RGB值之間的差距有多大，因此要提高色彩的彩度，就必須要能夠拉開RGB值的差距。 |
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| 使用文石的Nova 3 Color 來測試，左邊是完全不開前光，右邊是前光全開，可以感受看看圖片的對比度哪個比較好 |
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一樣來比較一下RGB值在前光全開後有什麼差異，可以看出來彩度並沒有因為前光開最大而有顯著的提升，反而還會偏藍。（以上這些照片全部都是距離相同並且相機有做曝光鎖定的） |
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| 其實從Kaleido Plus釋出時的官方文宣中也可以看到色彩飽和度都是前光關閉時數值較高。 |
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| 對比度的部分一樣是前光關閉時數值較高。 |
迷思三：光線太暗會傷眼
至於第三點亮度太暗會傷眼睛這件事，其實是完全沒有科學根據的。會有這樣的說法，其實跟人的感受有關，很多人會覺得在昏暗的環境下要辨識物體的細節非常的吃力，認為讓眼睛那麼吃力久了眼睛會壞掉。其實在昏暗的環境下辨識物體覺得吃力，大部分的時候感受並不是來自眼睛，而是大腦。我們的大腦靠物體的輪廓辨識的能力很強，當輪廓不明顯的時候，就會增加處理訊息的時間，本來可以不太靠意識思考，變成要努力認出字或圖像後並主動思考，另外因為辨識困難，在閱讀的時候精神必須要聚焦在解讀當下看到的字，無法一口氣看到周邊的上下文輪廓，也會讓解讀一段話比平時更花心（腦）力，因此長時間閱讀後會感到非常的勞累（可能會需要消耗比較多的血糖）。
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| 對比明顯時，大腦可以快速從上下文推出字句的意思。 |
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對比不明顯時，大腦將注意力焦點都放在辨識出文字了，便無暇去針對上下文直接看出意思。 |
至於眼睛的部分，的確當影像的對比輪廓不明顯時，眼睛會需要來回對焦並做更精細的微調，如果有用過單眼相機變焦鏡頭並使用自動對焦模式的人可能就曾經注意過在昏暗環境下鏡頭會不斷的伸縮卻抓不到焦距，眼睛也會如此，但是是在黑暗空間中要對不同距離的物體對焦，如果是在同一個平面，例如書本或螢幕，一旦對焦成功後就不會需要一直來回對焦，因此不會讓眼睛有太大負擔。想想原始人類在黑夜中可是沒有燈光的，可是為了求生存需要在黑夜中辨識會造成危險的東西，這樣豈不眼睛都壞光光了？
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| 比爾蓋茲的書《如何避免氣候災難》裡面的照片。他講到他去非洲奈及利亞時經常遇到這樣的孩子，只能夠靠微弱的燭光做功課。其實在電燈發明前，人類也是這樣子在讀書的，所以眼睛都壞光光了? |
真正造成眼睛過大負擔的其實是近距離長時間用眼，例如字太小為了要讀清楚而拉近距離，或是太暗想看清楚而拉近距離，造成睫狀肌持續收縮得不到休息，間接導致眼軸增長，讓近視度數加深，而高度近視會增加其他眼疾如視網膜剝離的風險，因此太暗並不會傷眼，長時間太近距離閱讀才會傷眼。
各位看到此有沒有覺得跟自己之前的觀念差距頗大呢？如果以上幾點是迷思，那到底需不需要開前光？如果要，正確的前光強度該多強呢？
正確使用前光
彩色電子紙的白底有點灰是因為濾光片吸收一小部分的光，所以亮度減低外，另外就是它的白不是反射白色墨水粒子的白，而是RGB同時混合形成的白。我們所使用的太陽眼鏡，其實就類似在眼鏡上放上一層濾光片，可以降低陽光入眼的強度，進而保護眼睛。因此彩色電子紙在光源充足時因為其白色反射的亮度比黑白電子紙的白色底反射的亮度更低，反而更可以減少藍光的（能量）傷害。
在光源充足時，有開前光與沒開前光的感受差異其實很小（還記得上面提到的人眼感受非線性嗎？）[註二]，因此我在光源充足時，是完全不開前光的，這樣黑白文字與彩色圖片的對比度也都比較好，比較護眼也比較省電。
如果真的要開前光，前光到底要開幾格呢？由於每台機器不太一樣(請見此文:《電子紙前光照度比一比》)，所以必須要實際測試過，測試的方法如下：在檯燈下，拿一台黑白電子紙閱讀器跟彩色的閱讀器並排（什麼？你手邊沒有黑白的電子紙閱讀器？那你就不需要調整了，直接看下文即可，所謂沒比較沒傷害），並排後兩台機器都顯式白底背景圖片，然後將彩色的那一台前光從最暗開始慢慢一格一格往上調，仔細觀察兩台螢幕白色的『明亮度』有沒有一致（不是白色的色調，色調不可能調成一樣），感覺亮度一致後，記下此刻度的位置，這個位置是任何光源情況下，前光最大的上限，這之上的刻度是完全用不到也不需要用到的，這個多餘的部分可以把它想像成是黑白電子紙的前光光源，如果你在使用黑白電子紙時不曾使用前光（有些機種是沒有配備前光源的）,那就沒有必要使用多餘的照明。
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| 沒開前光時彩色電子紙的白偏暗(Kaleido plus 算是比較好了) |
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| 前光強度慢慢一格一格往上調整，現在白色的明亮度看起來差不多了，但稍微亮了一點點，再調低一格就ok了 |
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| Boox Nova 3 Color 調整完後前光最大的上限大概在60%的位置 |
要知道手機螢幕是環境光源越強背光亮度要越強，但電子紙則相反，因此手機是有最小亮度限制（亮度調最低還是有光），而電子紙則是有最大亮度限制（即我們測出的上限），下面會詳細解釋。
前光開啟的時機
知道了自己手上的彩色機種前光開啟的最大上限後，那何時會需要開啟前光呢？基本上開啟前光的時機只有一個原則：當螢幕距離眼睛必須要小於30公分才有辦法看清楚字或圖片的輪廓時，就必須要開前光，因為這個時候代表對比度已經太差了，開始要多用眼力與腦力的狀態。如果使用以上的原則，我基本上有90%以上的時間是不需要開前光的，眼睛長時間使用下來的感覺跟黑白電子紙一樣舒適。當然要能做到90%以上的時間都不開前光，是必須要具備一些知識的，那就是人眼是如何調節影像曝光程度以及明視覺與暗視覺。
人眼如何調節影像曝光度
有玩過攝影的人都知道相機是透過光圈跟快門來調節進光量以避免影像過度曝光或是過暗而喪失細節，而人眼也有類似光圈的構造，就是瞳孔。當環境光源充足時瞳孔會縮小，而當環境光源不足時瞳孔會放大，但是瞳孔怎麼知道環境光源足不足夠？那就必須要測光。相機的測光模式有平均測光或重點測光，一般手機相機若沒有手指點按拍攝主體時就是平均測光，而人眼也是平均測光為主，平均測光的意思就是評估整個畫面的進光量後決定瞳孔的大小，讓大部分的影像落在感光範圍內而保持影像細節。
因此重點來了，當電子紙處在光源平均的環境時，都不需要開前光，即便環境光偏暗也是一樣，因為瞳孔會自己調節，讓影像保有細節。可是當周圍環境有光源，電子紙紙面卻處於陰影處或是沒被光源照到的時候、或是完全背光的時候，瞳孔會因為周圍光源而縮小，讓電子紙面顯得更暗，此時就得開前光。但大部分時候透過移動位置，就可以避免上述情況發生，因此只有無法移動位置時（例如在開會），才會需要開前光。
在此值得一提的是，在背光環境中，前光才會需要開到上限位置［註三］；在全黑的環境中，前光只需要開一格到兩格就足夠，因為此時瞳孔放最大，一點點前光就足以有很明顯的差異，此時開越強越傷眼，也盡量能避免就避免在完全黑暗時使用（注意並不是環境越暗要開越亮喔！筆記！）。
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| 螢幕背光環境下，即使外面是陰天都會太暗。 |
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| 轉180度將螢幕面向外面的光後，文字辨識度好很多，可以注意影子造成的明亮度差異。 |
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| 背光環境下無法調整位置時，就開我們調整好的最大前光上限吧，可以看到此亮度已經足以在30公分的距離外輕鬆辨識文字。 |
明視覺與暗視覺
人眼視網膜的感光細胞主要分成兩種，一種是專門用來感應光線明亮強度的視桿細胞，另一種則是專門感應顏色的視錐細胞，在光線較明亮的環境下，主要是由集中在視網膜黃斑部的視錐細胞感應明亮與顏色，視錐細胞對於物體細節的感知能力也比較強；當光線昏暗暗到一定程度的時候（一般在10尼特以下），視錐細胞無法再對光訊號做出反應，變成由視網膜週邊桿狀細胞接管感應光線的明暗訊號，此時物體會喪失顏色，只剩下灰階的影像，但桿狀細胞辨識細節的能力很弱，所以看到的影像是模糊的。
因此在使用彩色電子紙時，光線昏暗到一定程度時彩色圖片會先喪失細節跟輪廓（尤其是明暗度接近但不同色調的相鄰色彩），當發現圖片內容變得不清楚時才需要開前光；如果是閱讀純文字電子書，就是對比很強的白底黑字或黑底白字，此時光線甚至可以再更暗一點才會需要開前光。注意以上指的並非光線弱到進入暗視覺的狀態喔，進入暗視覺狀態基本上就該被歸類成全黑的環境，需要至少一格的光，非必要不要在此環境下使用。
增進文字與影像辨識能力的小技巧
有時候光源昏暗到要拉近到30公分內才看得清楚時，不見得一定要急著開前光，有些小技巧可以幫助增加辨識力：
- 將對比度調高並加粗字體：現在開放式系統的軟體很多都可以將應用顯示做優化，例如文石有應用優化，可以將字體加粗或將背景漂白，彩色電子紙甚至可以增加色彩鮮豔度與色彩亮度，透過調整後本來需要開前光的環境可能就不用開了。網頁瀏覽器部分Eink Bro具有一鍵加粗網頁字體與對比度的能力，讓看網頁辨識文字更輕鬆方便，眼睛更舒適。（推薦：電子紙瀏覽網頁的好幫手：翻頁式網頁瀏覽器Eink Bro）如果使用海信手機，增強對比度則是進入微調將飽和、黑、白全部調最高，可以增加文字對比度。
- 螢幕不要背光、不要背光、不要背光！（很重要所以說三次）
- 明暗對比度大的環境（反差大），不要待在陰影處。
- 螢幕建議選黑框，閱讀器放在周圍是黑的背景最好，不要面向白色牆壁看。
- 注意光源從前方180度的位置來比較好，比較不會被自己的影子擋到。有時候右撇子如果會被手觸控的陰影擋到時，轉180度就可以解決此問題。
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| 黑背景下螢幕會較亮 |
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| 白背景下螢幕會較暗 |
結語
閱讀電子紙其實就跟閱讀紙本書一樣，是非常依賴環境光源的，在不適合讀紙本書的光源環境下，就不適合讀電子紙，例如在黑暗中。
彩色電子紙雖然螢幕比紙本書以及黑白電子紙來得偏暗一點，但是它只是亮度稍微平移變小而已，如果你發現在一個地方可以讀黑白電子紙卻無法不開前光讀彩色電子紙，這代表的是該環境下黑白電子紙的可閱讀性也已經在臨界值了，你該做的事是該換個合適的環境閱讀。
錯誤的使用前光，或硬是要將前光開到最亮來模擬書本或黑白電子紙的白底，就跟使用發光螢幕手機一樣傷眼，這就完全喪失了使用電子紙護眼的意義。
本文就生理上說明在偏暗環境下閱讀其實並不傷眼，不開前光的彩色電子紙其實更加的護眼，如果你讀完本文還是覺得在心理上看到偏暗的紙面不爽快，那還是建議不要買彩色電子紙吧！畢竟心理上的問題往往是最難解決的！
最後還是要貼心提醒：最理想的是近距離用眼50分鐘，就要看遠處休息10分鐘（我覺得眼科建議的觀看30分鐘休息5分鐘是有點難執行XD)，然後提醒自己多眨眨眼，可以減少眼睛乾澀的問題。
註解
註一、其實正確的說法應該是前光而不是背光。電子紙是光線打到墨水分子後反射墨水分子的顏色到眼睛，而不是像液晶螢幕是從背後發光照射(直射)。因此電子紙的光源是從前方來的，並且利用導光板將光線導引到整個面板讓其受光均勻。前光的發光源是設置在螢幕的四周內側，若作比喻的話有點像是掛著超小型的LED檯燈的感覺。因此本文其他地方一律使用「前光」這個名詞而非「背光」這個名詞。
註二、感受的差異跟前光的最大照度相較於環境光源的強度也會有影響，例如環境光源在低照度時
（例如40 Lux)，前光的照度可能就是環境光源的
5-10倍，而在檯燈下，前光的照度相對於環境光源就不到一倍。另外 Mooink C
的吸光率本身比較高（不知為何海信A5C 也同樣是第一代
Kaleido，螢幕就沒那麼暗），感受也會比較明顯。
註三、背光環境下前光開到上限值會不會傷眼？基本上是不會的，因為此時眼睛的瞳孔面向亮處所以呈現縮小狀態，減少進光量，也因此螢幕才會更黑，所以補償的光源自然要足夠。因為此補償光源是在充足亮度的檯燈下測出來的，所以只要背景光源的照度（應該說尼特會更準確）沒有比檯燈強太多，這樣的前光量是足夠的。如果反差太大，這樣的前光量還不足夠的話，代表此光線環境不適合閱讀，建議調整角度或換地方。
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