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關鍵創新 速博思增亮彩色電子紙25%

速博思總經理李祥宇 專欄
李祥宇,現任速博思總經理,民國70年畢業於國立台北工專五專部電子科,創業40年。擅新技術、新產品研發未曾失敗。目前帶領菁英成立速博思,以10人規模同步跨越IC設計、面板設計、專利佈局三大領域;研究範圍橫跨觸控、指紋辨識、資安到最近的電子紙,累計取得專利超過300件以上。圖 / 策略風知識新聞網

彩色電子紙 亮度創新與美中不足

彩色電子紙經過20多年的努力,從元太科技使用彩色濾光方案的Kaleido系列到Spectra系列的多色粒子方案,始終因亮度不足屢屢受挫。直到元太的Spectra 6出現,才讓彩色電子紙的亮度提升到可被接受的程度;面板大廠如夏普、京東方、友達等,也在此時開始與元太合作生產大型彩色電子紙看板。

Spectra 6讓彩色電子紙亮度提升的技術,主要利用藍、紅、黃、白4色粒子以立體矩陣思維,先分層顯示出綠色與黑色使基本顏色從4色變6種;再以平面思維模式利用這6種顏色,以多像素平面排列組合出其他不同顏色。不過,這種多色粒子的彩色電子紙,雖能提升亮度卻犧牲關鍵的色彩元素「灰階的顯示能力」,這當然是這項技術創新,最美中不足的地方。

實測色彩亮度表現差異 數字說話

速博思對這兩種技術在色彩表現上的差異,分別做過量測,我們用元太科技的4吋Spectra 6面板與8吋moonink 電子書上的Kaleido 3為範例,兩相比較。結果在白色與黃色的表現上,Spectra 6比Kaleido 3亮60-80%。

然而,Spectra 6 缺青色與洋紅色,若用兩種粒子排列組合產生上述兩色時,在青色與洋紅這兩色,Spectra 6 與 Kaleido3 亮度差不多;比較紅色與藍色,Spectra 6的亮度較Kaleido3又亮30-50%;由於Spectra 6的綠色也是靠兩種粒子立體分層顯示出來的,所以在亮度上與Kaleido 3相比僅亮約 20~30%。

色彩不全缺乏灰階 速博思解缺憾

簡單的說,Spectra 6 比 Kaleido 3在亮度量測的結果,平均表現約提昇40-60%,但缺乏「灰階」與「色彩不全」是最大美中不足。速博思針對這些缺憾提出改善方案,我們仍採用彩色濾光片方案,結果不但可將亮度提昇25%,還可保留原有的灰階與完整色彩表現能力,可以做為下一代全彩電子紙的最佳解決方案。

彩色電子紙普遍看起來很暗的主因。速博思首創研究圖解
圖1:RGB三色組成的白與黑白電子紙的白相比只剩1/3;亮度也只剩1/3,是彩色電子紙普遍看起來很暗的主因。圖 / 速博思提供

舊有電子紙的彩色濾光方案一般都沿用LCD的方法,用RGB三原色組合出全彩。不過,用RGB三個顏色的像素才能組合出一個白色像素,相較黑白電子紙三個像素都可以是白色,所以亮度只剩下1/3,這也是彩色電子紙普遍看起來很暗的主因,如圖1所示。

為提昇亮度,現有濾光方案都採用犧牲RGB色塊面積,藉留白以提昇亮度,我們稱為降低彩色覆蓋率。目前,色彩覆蓋率普遍落在50-70%間。其中,當彩色濾光方案若使用100%滿版覆蓋時,亮度表現僅達黑白或多色粒子的33%;當覆蓋率為70%時,亮度達53%,這正是Kaleido 3相較Spectra 6亮度表現較差的主因。

再看Spectra 6,因須將4種不同的顏色粒子填入同一個微杯,所以每色粒子濃度會小於使用微膠囊的黑白兩色粒子,因此Spectra 6的白色亮度會低過黑白兩色電子紙;因此Kaleido 3 與 Spectra 6的亮度差會小於 0.53:1,結果與速博思量到的數值相近。

使用CMY 速博思優化案關鍵創新

速博思彩色濾光方案的關鍵創新,在使用RGB的互補色CMY做為濾光用光阻顏色,由於CMY的平均亮度是RGB的兩倍,所以能更有效提升彩色電子紙的亮度。

CMY平均亮度是RGB兩倍,更能提升彩色電子紙亮度
圖2:CMY平均亮度是RGB兩倍,更能提升彩色電子紙亮度。圖 / 速博思提供

如圖2,使用CMY可以提升亮度是無庸置疑的,關鍵就在原本的影像資料都用RGB描述。所以,如何將CMY轉換為RGB且色彩失真度最少,成為速博思這個優化方案能否成功的關鍵;也是技術創新的關鍵。

CMY如何轉換為RGB。
圖3:CMY如何轉換為RGB。圖 / 速博思提供

如圖3,當同時點亮洋紅色(M)與黃色(Y)時,視覺效果會如同將紅色混合白色顏料產生的結果;同樣的綠色與藍色的做法也相同。使用CMY濾光方案與黑白電子紙的亮度比為0.66:1;CMY濾光方案與RGB覆蓋率70%的亮度比為 0.66:0.53=1.25,據此,採用CMY方案可增亮25%。

CMY方案亮度彩度佳 影像更細膩

圖4,速博思使用50%、70%不同RGB覆蓋率與CMY100%全覆蓋的條件下,用電腦模擬做出的色彩與亮度比較圖。其中,CMY轉換RGB的演算法為速博思自行研發。

速博思不同RGB覆蓋率色彩與亮度電腦模擬比較圖
圖4:不同RGB覆蓋率色彩與亮度電腦模擬比較。圖 / 速博思提供

當RGB的覆蓋率越低,影像越接近黑白;黑白就是覆蓋率0產生的結果。如圖4所示,速博思的CMY優化方案,不僅可以增亮還可提升色彩濃度;亮度與彩度直逼Spectra 6水準,還因保有灰階色彩元素的優勢,可以大幅提昇影像的細膩度。

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