彩色電子紙開前光是否就失去了護眼的意義？
最近在臉書社團中有人提出了一個問題：用電子紙不就是為了不自發光只反射環境光來達到不累眼睛的閱讀。現在彩色版卻需要開前光[註一]才能看清畫面...。這樣跟原本產品定位是不是相左了？
另外有些人也覺得開了前光的電子紙就是不舒服，即便強度開很小，他的眼睛就是無法忍受那多一點點的光線，一丁點都不行。
其實會有以上想法的人，是誤以為電子紙比較護眼的原因是電子紙不自發光。而一般的手機、平板有發光背光源持續發光直射眼睛，才會傷眼睛，讓眼睛不舒服。但其實這完全是錯誤的觀念，以下我會說明理由。
直射光與反射光並無不同
我們的眼睛天生就是要來接收光線訊號的，從出生後眼睛張開那一瞬間，眼睛就持續接受光線的刺激。要有光，我們才看得見東西。那現在矛盾的地方來了，如果電子紙表面不自發光，那我們怎麼看得到電子紙？有人說那是反射光，不是自發光，但是反射出來的光線跟發光源發出的光線，有什麼差別？其實兩者完全沒差別[註二]。因此電子紙表面會發光是毫無疑問的，它是持續的發光，只是它的光來自於環境光源的反射。
我再問：反射光線難道不是直射眼睛嗎？如果不是直射眼睛，那我們看到的電子紙畫面豈不是海市蜃樓？你手伸過去觸控時應該可以精準按到按鍵吧？！既然可以，我們可以確定反射光是直射眼睛。
從以上可知，既然電子紙會持續發光，而且發出的光線會直射眼睛，那跟一般手機、平板的背光持續發光、直射眼睛有什麼差別？如果沒有差別，為什麼我們長時間使用電子紙閱讀的時候的確可以明顯感受到眼睛比看平板、手機要來得舒服很多？這個問題的答案我們稍後再來回答。
前光源與環境光並無不同
現在我們把焦點移到電子紙的前光源上，所謂電子紙的前光源，是裝置在電子紙紙面側邊上方的LED燈珠，它發出的光會透過導光板均勻的分佈到紙面中間上方並照射墨水分子，而墨水分子再把這個光反射回來給我們看到，因此也是反射光，那這個反射光，跟裝在天花板上的LED燈、裝在檯燈上的LED燈、或是太陽光照射電子紙後再反射回來的光有什麼差別？ 你開室內的燈、檯燈就叫做環境光，你開電子紙表面上的燈就不屬於環境光？還是你叫它前光，它就會跟別人不一樣？還是你說你看得出來他們不一樣？如果你覺得你看的得出來它們不一樣，那我想要請你看看以下兩張圖片：
以上照片是彩色電子紙Boox Nova 3 Color有開前光源與沒開前光源（環境光）的照片，請問哪一個照片是有開前光源的？
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點我看答案
從以上示範中就可以知道前光源跟環境光其實並沒有根本上的不同，如果不給你背景環境的明亮程度做參考依據，基本上你無從得知是否有開前光源。
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| 由上圖可知前光源跟環境光都是靠反射把色光傳到我們的眼睛，差別只在一個離屏幕比較近，一個離屏幕比較遠。 |
有人說開前光源時，眼睛無法忍受那多出來一丁點的光，可是就像以上的示範，明明有時候開前光螢幕的絕對亮度還不見得比在充足光源下沒有開前光的螢幕亮啊！反而比較暗！有人說無法忍受多出來的這一丁點前光合理嗎？更奇特的是，彩色電子紙之所以畫面會偏暗，是因為濾光片吸收掉了一部分的環境光源，那今天難道不應該再開一點光把被吸收掉的那一部份給補回來嗎？如果今天前光開得剛剛好，把被濾光片吸收掉的那一部份給補足回來，怎麼會覺得開前光反而是件傷眼的事？光線補足後其實就跟黑白電子紙的表面差不多亮而已啊！
經過以上這樣的解釋，有沒有想通了呢？
背光源手機、平板傷眼的原因
現在再回過頭來解釋為什麼手機、平板會比較容易讓眼睛刺痛、酸澀的原因，因為手機、平板這類以直射光源來成像的顯示器，它的背光源發光強度一定要大於環境光源的強度，這樣顯示出來的色彩亮度與對比度才會好，如果外來環境光源的亮度大於背光源發光的強度，色彩與對比都會變差，螢幕會變暗外，甚至最後會完全被環境光的鏡像反射光給遮蓋掉，變成完全看不清楚畫面，這就是大太陽底下看手機時的情況。所以為什麼越是新型的手機，越追求螢幕的最大峰值亮度，例如iPhone 13的最大峰值亮度就到了1200尼特，就是為了要在戶外還能夠有比較能看的顯示品質。
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| 背光源手機在強光下的顯示品質極差 |
也就是因為這樣，手機、平板螢幕的亮度永遠都會跟環境的亮度脫節，你甚至看不出它們的螢幕表面有任何的陰影變化，更看不出你所處環境光源的色溫到底是如何。那亮度跟環境光源脫節會造成什麼問題呢？人的眼睛其實會透過控制瞳孔的大小來調節進入眼睛光線的量，就類似單眼相機的光圈。為什麼會需要控制進光量？因為人的眼底視網膜細胞能夠接受的能量有一定的限度，超過此限度即會受損，所以人體的設計是非常奧妙聰明的。而人在不小心碰上強烈光源時，會有把眼睛給閉起來的反射動作，也是因為要保護眼睛避免受損。那我們的眼睛如何決定瞳孔要開多大？這就是要靠當下環境的光源來做決定。
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| 背光源螢幕的亮度是與環境脫節的，在黑暗中都可以充當手電筒了 |
這樣各位發現問題出在哪裡了嗎？眼睛是根據環境光源來調節瞳孔大小，並不是依據手機、平板的亮度來調節瞳孔大小，因為手機、平板的畫面只佔眼睛視野的一小部分[註三]。可是手機、平板的畫面又比環境的光源亮許多，所以眼睛調節的保護機制在這一塊區域基本上就是失效的，因為接收這個畫面的區域會一直吸收較強的光，以照片來說就是有個區域一直處於高曝光狀態，持續的吸收比較多的能量，你覺得這樣長久下來不會造成問題嗎？
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| 仔細看檯燈的照明範圍很大，讓眼睛瞳孔可以針對電子紙周圍光線做調節 |
電子紙護眼的原因
而對於不開前光的電子紙而言，它就像一般的紙張表面是完全融入環境光線的，還會隨著環境光線的變化而變化，從早晨讀到傍晚，螢幕的色彩表現與亮度會持續的變化，我們的眼睛也會依據環境的亮度來持續調整瞳孔的大小，而電子紙發出的光線因為跟周圍環境相同，所以並沒有一個過曝的區域讓接受畫面的細胞承受超載的能量，因此長時間閱讀下來，對眼睛真的是友善很多。
現在我們談到彩色電子紙，彩色電子紙因為表層有一層濾光片，就像戴太陽眼鏡一樣會吸收環境光源一部分的光線，因此彩色電子紙的畫面區域，反而會比周遭環境要來的暗，但是這就表示，接受此畫面的細胞承受的能量更小，因此只要在屏幕對比度足夠辨別文字的情況下，彩色電子紙是更加的護眼的。只是很多人沒事會喜歡拿彩色電子紙的畫面亮度跟一般紙張或是黑白電子紙的畫面亮度做比較，人就是愛比較的動物，沒得比較時都還挺知足的，但是一比較之下亮度相形遜色，但自己花的錢錢又沒有比較少，心裡怎麼會平衡？可是這樣的絕對亮度就真的不適合閱讀嗎？也沒有啊，我用彩色電子紙已經一年以上了，同時也持續在使用黑白電子紙，我真的不覺得彩色的讀起來有比較不舒適，反而因為有顏色心裡更加爽快。
開前光源到底傷不傷眼？
如果你真的不想彩色電子紙的畫面在同樣環境下跟黑白的畫面比起來偏暗，那為什麼不開光線來補足它？看你想要開什麼樣的環境光都可以啊！你可以把室內的燈泡瓦數照度換高一點點的，你也可以買一展檯燈，但是機動性最高的環境光，當然就是內建在電子紙內的前光源啦！前文已經說過，彩色電子紙紙面的區域是比環境光還要來得暗的，你的前光源強度只要調整到剛剛好補足被吸收掉的部分，或是亮度稍微低一點點，其實跟不開前光的黑白電子紙表面發出來的光線就是差不多的，長時間閱讀下來，眼睛也不會吸收過多的能量，因此這樣的使用情況下，彩色電子紙開前光源其實並不會傷眼。
不過任何事情都會有例外的狀況，如果彩色電子紙的前光源亮度開得不夠恰當，超過了濾光片吸收掉的那一部份，那就有可能跟發光手機、平板一樣在畫面的區域比環境光源還要強。有些人為了讓彩色電子紙顏色看起來更顯眼（如果用味覺的說法就是調味料加多一點的重口味啦！），把前光開到最亮，那這樣子就跟使用手機、平板一樣傷眼啦！因此會說彩色電子紙開前光源會不舒服的人，八成是前光源強度調整不恰當。
另外還有一種情況一樣傷眼，那就是在全黑的環境下，如晚上窩在床上房間完全沒有燈，只靠電子紙的前光源看書，這是百分之百傷眼的事！因為以現在的閱讀器而言，就算前光源只開一格刻度，在全黑的環境下屏幕的亮度本身就是跟環境脫節的，全黑就應該是要完全看不到東西啊你還看得到是怎樣？
有些人會說，在開會簡報的時候，會把室內關的暗暗的，或晚上坐客運的時候，車內也是暗暗的，但我還是會想要記筆記、偷看閒書啊（往往開會80%的時間都不關你的事）！這些情況如果不開前光我怎麼用？但你要想想，以前沒有手機、平板的時候，你用紙本書，在這種環境下要怎麼看書？要怎麼記筆記？所以這些情況你選擇開前光，勢必就需要犧牲一點眼睛的健康做為代價。智慧型手機與平板已經讓我們養成了在任何情況下都可以隨時看清楚畫面的壞習慣，要知道在自然光的情況下這些都是非正常的狀態，為了要讓眼睛健康，就應該要戒掉這些壞習慣才對。
為什麼我很少開前光？
曾經看過我寫的文章的人應該就知道，我使用彩色電子紙時，有95%以上的時間是沒有開前光源的，但這並不代表我反對開前光源，該用的時候，我還是會用的。我為什麼會不常開前光或是比較不喜歡使用前光的原因有以下幾點：
- 我平時的閱讀環境在白天時採光都很充足，而在晚上時我都是坐在書桌前使用檯燈看書，因此沒有照度不足的問題。
- 開前光源的情況下，因為有比較明顯的光散射效應，屏幕的色彩飽和度與對比度會比沒有開前光源時來得低［註四］，而且設計不良的前光源還有可能會產生色偏。這我在之前寫的文章《彩色電子紙的前光迷思》、《Boox Nova Air C 的前光源如何使用可以讓色彩更漂亮？》一文中都有實驗證明過，有興趣的人可以參考以上文章。
- 開前光源會比較耗電一點，降低續航力。
- 現在的閱讀器大多沒有隨環境光線自動調整合適前光量的功能，雖然海信手機有，但是還是不太理想[註五]。如果今天我開了前光源，周圍環境光源若有變化時，我必須要隨時留意並調整，才有辦法使屏幕區域不會比環境光還亮，但我在專注時常常會忘記這件事，或是要一直調整，非常的麻煩，那我還不如順手轉一點角度或調一下位置，讓屏幕多吃一點環境光，反而更方便省事。
值得思考研究的問題
使用電子紙寫文章就是有個缺點，因為眼睛不會累，不知不覺篇幅又很長。以上談了那麼多，希望各位能有所收穫。不過我覺得每個人最該仔細思考的問題是：閱讀時到底要什麼樣的亮度才叫足夠？為什麼大部分人會以紙張為黃金標準？有些人會以黑白電子紙為黃金標準？照明學會的建議是300~500 Lux，他們定出來的值有何依據？有醫學研究證明是最佳照度嗎？而紙又有不同的紙，黑白電子紙也有不同的白底，更何況這些東西在不同的光線下表面亮度也一直在變化，你的黃金標準是什麼？希望各位能好好思考這個問題的答案。
最後有人會說，你以上所說的這個手機與平板螢幕亮度與環境光線脫節而傷眼的理論，有沒有什麼醫學研究證據？我只能跟你說：沒有！關於這方面的醫學研究少的可憐，我只能夠像偵探一樣用合理的邏輯去做推理，但沒有明確證據。因此你可以選擇相信，也可以選擇不信，那是個人自由。至少我很坦誠的跟你說事實，不會像有些人不知道iPad貼類紙膜是否真的不傷眼的情況下還推薦人購買使用。
不過不管你是選擇相信或不信，我希望有人能夠抱持著疑問去做這方面的研究，如果你剛好是研究生或是博士生，我相信這會是一個很好的論文題目，人類也很需要這樣的貢獻，尤其是現在一堆公司一頭熱在發展元宇宙時，更需要有這樣的研究做前提。台灣的醫學理工跨領域研究，也許陽交大是一個不錯的選擇？
結語
彩色電子紙的前光源其實跟環境的人工照明光源（如檯燈）並無不同，一樣都是光線照射到墨水分子後再反射墨水分子的顏色光到使用者的眼睛，與液晶螢幕、OLED、Mini or Micro LED這些使用背光源照明直射成像的方式不一樣。彩色電子紙只要前光開得恰當，讓其融入環境光線的照度下，一樣是可以看得舒適且不傷眼；但是若開得不恰當，讓前光源的照明與周圍環境的亮度脫節的情況下，就會像背光源螢幕一樣傷眼。因此開前光會不會失去護眼意義，在現階段電子紙裝置尚未有良好的自動亮度調整機制的情況下，就端看使用者有沒有正確的認知，並恰當的使用了！
附錄
類紙指數(Paper Similarity Index, PSI)
螢幕閱讀起來的舒適度，除了本文提的屏幕亮度有沒有與環境光融合之外(環境適應特性），其實還有其他因素。德國萊茵驗證機構有定義反射式顯示器的類紙指數（PSI），該指數分數越高，越接近紙張的閱讀體驗與舒適度，有興趣了解其他因素的人可以參考TUV 萊茵最近發佈的影片：
給電子紙裝置前光開發人員的建議
攜帶式電子紙裝置有設置前光源的確可以增加適合使用的場合，但是電子紙裝置前光源的設置還是需要以護眼為前提。在使用者不知如何調整適當前光量的情況下，任何有配置前光源的「濾光片彩色電子紙」裝置應該都需要有感光元件來偵測環境光源亮度並自動調整，至少要像海信A7 CC一樣有Auto的模式。而多強的環境光線下，需要多少前光量做補償，是需要針對每代Kaleido的反射率特性去好好研究的，一般而言在Auto模式下，若環境是全黑，前光源基本上就是0，而環境照度有達到300 Lux以上，前光源強度基本上也是0。因此前光源最大照度一般是不需要超過150~ 200 Lux才對，反而是在低照度區要有更多的微調性或連續性，因此Auto模式下使用類比調控也許會比數位調控來得好。
另外一般習慣無前光黑白電子紙的使用者，大部分會喜歡比適當的前光量下再低一點點的亮度，因此可以有一個comfort模式，這個模式的設定就是類似Auto，但照度略低些。當然每個人喜歡的光線強度可能不同，眼睛敏感度也不同，因此手動模式Manual mode 當然是不可少，但是Manual mode 應該具備機器學習的能力，能夠紀錄使用者的偏好，在什麼光源下大概是如何的強度，方便使用者針對當下的眼睛舒適度去做調整。
而對於有搭配冷暖光的機種，前光源的調整上希望是冷暖光同步時可以達到白光的效果，這樣才能減少色偏。而有暖光的機種應該要有night mode，在night mode 下一樣具備有auto、comfort、manual等模式。
最後關於前光源的品質以及導光的入射角方面，這應該是元太應該要著手去研究的部分。主要重點就是要減少有害藍光量、減少色偏與提高前光開啟下的色彩飽和與對比度。新一代的機種應該都要配備E ink ComfortGaze 來達到更好的效果。
註解
註一、原文是寫背光，但電子紙並不是使用類似LCD或是LED這類螢幕的背光源直射成像，而是使用裝置於屏幕前的前光源照射墨水分子，再反射墨水的顏色光到眼睛。
註二、如果真硬要說差別，直射光在碰到物體表面後反射時，反射光它的相位跟偏振性會改變。
註三、如果要佔大部分的視野，拿的距離要非常的近，除了無法對焦外，距離越近長時間閱讀越容易造成近視的問題，而且距離越近，能量越強（與距離平方成反比），也越容易吸收更強的光線。
註四、不過市場上最新一代的kaleido Plus 2已經把前光改進到開前光後顯示色彩飽和度與對比度接近不開前光時的效果。
註五、海信很棒的地方是，它的前光亮度也有針對電子紙的特性去調整，去補足被濾光片吸收掉的那一部份。但是因為它的刻度只有36級，不夠連續的情況下有時候還是很難準確的吻合環境光。目前的感受是Auto模式下還是會偏亮一點，而且在環境光線突然變化時，它的調整速度很慢。
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