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電子紙的發展不再僅限黑白兩色,連彩色也有啦!

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/09/01 ・2500字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 HyRead 委託,泛科學企劃執行。

電子紙的應用在這一兩年大放異彩,再加上全球環保的意識抬頭,電子紙的應用也漸趨成熟,不僅在各大賣場可以看到使用電子標籤來標價,公車站牌的到站時間看板、交通看板號誌以及大型建物外牆都開始陸續應用電子紙,其中最大眾常見的就屬「電子紙閱讀器」了。

何謂電子紙?

電子紙其實不是非常嶄新的科技產品,1996 年約瑟夫.雅各布森(Joseph Jacobson)在麻省理工學院媒體實驗室(MIT Media Lab)開發了微膠囊電泳技術,隔年就成立 E-Ink 公司,專注發展電子紙顯示技術。

電子紙」是一種具有柔軟度又可重複顯示資料的一種新型軟式顯示器,其特性為輕薄(厚度多半小於 1mm)、可捲曲、省電且製造成本又低。在各種場合或是戶外及光線強烈的地方,電子紙所能顯示的文字都能清楚辨識,超越傳統螢幕和紙本遇到強光就看不清楚的困擾。相較於電視螢幕的液晶顯示器,長時間的觀看電子紙眼睛不易疲勞,就像觀看一般的紙本一樣。

近幾年被廣泛應用在電子書的顯示、廣告看版,隨身碟的顯示器等以及全彩電子書閱讀器以及 A4 大小的電子紙等等。

E- Ink 技術作為電子紙閱讀器的兩大特性:反射式和雙穩態

E- Ink 技術作為電子紙閱讀器的兩大特性:「反射式」和「雙穩態」

LCD 和 LED 顯示器的液晶分子一樣是透過電場作用,使得液晶分子排列方向轉變,造成透光率改變來調節顯示明亮度,而需要有背光模組或自發光,才能看到影像穿透上來。

E- Ink 則比較像是印刷品,透過有色粒子泳動變化,就像我們閱讀紙本書籍一樣,是透過「反射式」的光源來看到影像的,所以環境光源越亮,顯示反而越清晰,這點 LCD 和 LED 顯示器是無法做到的,而且背光模組或是自發光的光線都是直射觀看者的眼睛,相對之下比較容易視覺疲勞。

另一個特性稱為「雙穩態」,雙穩態是指即便移除電場,顯示器畫面還是可以正常維持顯示畫面,而不像是 LCD 顯示器,若不供電,一來背光系統不再發光,二來排列的液晶分子也會因為電場消失而排列狀態消失,所以需要持續維持電場供電。這個特性代表 E- Ink 只有在更換畫面時需要通電,在顯示過程完全不消耗電力,節電性能高,不管是待機或是顯示時間都是 LCD 顯示器無法比擬的。

這兩大特性讓「電子紙閱讀器」不僅能長時間使用,觀看感受就像看印刷品一樣舒服,不易造成視覺疲憊,少了背光模組和大電池電量需求,整體重量也很適合長時間拿在手上。

現在的電子紙不只有黑白兩色!彩色技術也越來越好

電子紙發展至今,其實已經有三色、四色和彩色的技術,有些就像 LCD 面板一樣,例如 CFA 濾光片,在最前方透明模板加上彩色濾光片,透過三原色混色讓電子顯示色彩,這類產品應用在閱讀時,翻頁速度尚可接受,但顏色效果只達淡彩墨等級。

而另一種彩色電子紙顯示器(Advanced Color ePaper, ACeP™),則是透過TFT背板施加的電壓,創造不同的電場模組,控制帶多色的粒子泳動,讓單一微膠囊(Microcapsule),或是在微杯(Microcup®)不只是黑白雙色變化,而能呈現更細緻色彩表現,這個技術實現包含八種原色的全色域顯示效果,但目前的侷限是換頁速度須等待數秒。

還有一種新的電子紙,稱為反射式膽固醇式液晶技術,本身就是有顏色的液晶,施加電場後,會讓這類分子有不同的排列,就如同不一樣的晶格,可以反射特定波長,直接呈現顏色。

雖然目前彩色的液晶成本、顯色效果或是反應速度,還需要研究改進修正,但仍令人十分期待未來的發展。

電子紙閱讀器除了書寫功能外,還有哪些功能呢?

使用電子書的重點就是看書籍資源符不符合你的觀看習慣,在 HyRead ebook 電子書店有超過 15 萬本豐富的數位內容,除了購書還能租閱書籍與訂閱雜誌。也可使用圖書館借閱證,直接免費借閱公共圖書館或是學校圖書館的書籍。

HyRead Gaze X Plus 有 10.3 吋大螢幕,閱讀書籍雜誌都很方便,這款有一個特別之處是附有喇叭,可以聆聽有聲書,若講求外出方便攜帶則可考慮另一台機型 Note Plus 7.8 吋。 HyRead 也善用電子紙的書寫輸入特性,可以搭配電磁筆快速建立筆記,足夠大的尺寸、流暢的筆觸,對於工作效率很有幫助。 而更重要的是全系列採用電子墨水技術,能保護雙眼免於藍光傷害。

HyRead 近期也推出了台灣第一台開放式彩色閱讀器,採用文中提到的 CFA 濾光片的顯色效果,色彩雖不到鮮豔,但採用元太 kaleido plus,圖文書、繪本這類書籍色彩呈現都算不錯。

更多關於 HyRead Gaze X Plus 10.3 吋全平面電子紙閱讀器的資訊與購買連結:
https://hyread.cc/4f2qje
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  1. 電泳式和膽固醇式液晶電子墨水-電子紙系列報導 – PanSci 泛科學
  2. 反射式膽固醇液晶電子紙! Color E-paper – PanSci 泛科學
  3. 電子紙是什麼?與LCD比較?優缺點有哪些?
  4. 〈智慧顯示展〉電子紙產業聯盟滿周年 物流、教育應用發展最快 | Anue鉅亨 – 台股新聞 (cnyes.com)
  5. 電子紙的歷程與現況-電子紙系列報導
  6. 電泳式和膽固醇式液晶電子墨水-電子紙系列報導
  7. 電子墨水技術
  8. Electronic paper-Wikipedia
  9. E-Readers and Visual Fatigue
  10. 彩色電子紙技術
  11. 元太EP2 什麼是電子紙?(繁)-Youtube
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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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