admin / 09.08.2018

Монитор на электронных чернилах

Содержание

Как это работает: Electronic Ink (E-Ink)

В нынешнем мире, полном мониторов и электронных дисплеев, изготовленных по технологии применения жидких кристаллов, светодиодов и газовой плазмы, вы, вероятно, не думаете о бумаге, как о революционной технологии, но китайское изобретение бумаги в 105 году нашей эры навсегда изменило способ, которым общается мир. Без бумаги книги сегодня могли бы всё ещё быть напечатаны на шёлковых свитках, которые могли позволить себе только богатые, делая грамотность редким умением.
Осмотритесь вокруг: было бы невозможно жить, не входя в контакт с бумагой в некоторой форме. В этом году мир будет потреблять приблизительно 280 миллионов тонн бумаги, согласно Национальной Ассоциации Бумажных Продавцов в Англии. Это равно 56 триллионам листов офисной бумаги.

В течение почти 2000 лет чернила на бумаге были единственным способом показать слова и изображения, и это всё ещё лучший способ в отличии от дисплеев компьютеров, когда дело доходит до мобильности и цены. Бумага также не требует внешнего энергоснабжения, но всё же у неё действительно есть некоторые ограничения: как только вы напечатали или написали слово на бумаге, оно не может быть видоизменено и редактировано, по крайней мере, не оставляя различного рода следов.
Сегодня учёные находятся бок о бок к разрабатыванию революционной технологии, которая может заменить бумагу — она называется электронные чернила. В сегодняшней статье вы узнаете, как данный материал работает, как электронные чернила устроены, как вы можете коллекционировать целую библиотеку в одном устройстве и как это могло бы использоваться для более дешёвых дисплеев компьютеров. Читайте самое интересное далее — под катом.

Создание электронных чернил

В настоящее время две компании одновременно разрабатывают аналогичные электронные чернила — E-Ink в Кембридже, штат Массачусетс, и Xerox в Пало-Альто, штат Калифорния. На первый взгляд электронные чернила выглядят как обычные чернила, но при ближайшем рассмотрении становится понятно, что они значительным образом отличаются друг от друга. Хотя продукты обеих компаний незначительно отличаются, далее я перечислю вам три составляющие обоих типажей электронных чернил:

  • Миллионы крошечных микрокапсул или резонаторов
  • Чернила или маслянистое вещество для заполнения микрокапсул или резанаторов
  • Пигментные чипы или шарики с отрицательным зарядом плавающей внутри микрокапсулы

Электронные чернила могут быть применены к тем же самым материалам, на которых могут быть напечатаны обычные чернила. В случае цифровой книги страницы будут сделаны из какого-либо ультратонкого пластика. Чернила в данном случае будут охватывать всю страницу, разделённые клетки, которые напоминают клетки на миллиметровой бумаге. Думайте об этих клетках как о пикселях на экране вашего компьютера, каждая ячейка которого подключена к микроэлектронике, встроенной в этот пластиковый лист. Эта микроэлектроника затем будет использоваться для применения положительного или отрицательного заряда, чтобы создать нужный текст или изображение посредством микрокапсул.

Xerox и Electronic Ink используют различные методы, чтобы развивать свои электронные чернила. Чтобы помочь людям понять, как работает технология E-Ink, компания сравнивает миллионы микрокапсул внутри чернил с обычными надувными мячами. Каждый из этих мячей будет наполнен сотнями крошечных, белых шаров пинг-понга, и вместо воздуха мяч будет наполнен синим красителем. Если бы вы смотрели на этот мяч сверху, то вы видели бы, что шары пинг-понга плавают в жидкости, и надувной мяч будет казаться белым. Но если смотреть с нижней части мяча, он будет казаться синим.
Теперь представьте, что вы должны взять тысячи этих надувных мячей и выложить их на поле, заставив шары пинг-понга перемещаться между вершиной и основанием надувных мячей — тогда вы бы могли изменить цвета поля. Этот принцип лежит в основе продукта E-Ink.
В действительности эти микрокапсулы только 100 микронов шириной, и примерно 100000 микрокапсул могут вписаться в квадратный дюйм бумаги. В каждой из данных микрокапсул существуют сотни мелких пигментных чипов. В прототипах Electronic Ink в настоящее время работает с белыми чипами и синими чернилами, но работа ведётся для того, чтобы развивать и другие цветные чернила, которые могут привести к многоцветным дисплеям.
Когда электрический заряд применяется к микрокапсуле, чипы будут либо подниматься на вершину, либо потянуться на днище. При достижении вершины чипы сделают так, что капсулы будут выглядеть белыми, но когда они постигнут дна, человек увидит только тёмные чернила. Модели белых и тёмных чернил затем могут быть созданы в форме слов и предложений.
Xerox работает над собственной версией электронных чернил, называемой электронной бумагой, которая была впервые разработана в 1970-х годах. Тем не менее, вместо того чтобы использовать кусочки краски, плавающие в тёмной жидкости, компания воспользовалась микроскопическими шариками, которые имеют чёрный цвет на одной стороне и белый на другой. Подобно технологии E-Ink, эти микроскопические шарики реагируют на электрический заряд, который вращает мяч от чёрного до белого, чтобы произвести образцы на странице. Для получения страниц для цифровых книг Xerox разрабатывает резиновые листы, в которых эти микроскопические шары будут взвешены в маслянистой жидкости.
Одним из препятствий в развитии цифровых книг из электронных чернил была проводка страницы, чтобы создать электрический заряд, сохраняя при этом страницу толщиной с лист бумаги. В этом аспекте компания Electronic Ink взяла на себя инициативу в разработке цифровых книг, подписав соглашение с Lucent Technologies, которая даст компании права на использование пластиковых транзисторов, разработанных Lucent Technologies. Данные крошечные транзисторы могут быть напечатаны на странице для обеспечения адекватного заряда, необходимого для переключения чипов технологии E-Ink от одного цвета к другому.

Использование электронных чернил

Святой Граалью технологии электронных чернил является цифровая книга, которая сможет содержать в себе тысячи книг и читатели могли бы пролистывать её так же, как если бы она была сделана из обычной бумаги. Подобная книга может быть запрограммирована для отображения текста из Эрнеста Хемингуэя «Старик и море», и как только вы закончили читать историю, вы сможете автоматически заменить её на последнюю книгу «Гарри Поттер» из компьютерной базы данных. В мае 2002 года генеральный директор Electronic Ink Джим Лулиано предсказал, что электронные книги могут стать реальностью к 2003 или 2004 году. Xerox также представила тогда свои планы, заявив, что сможет оснастить устройства стольким объёмом памяти, что пользователи смогут хранить более 10 книг.

Так же, как электронные чернила могут радикально изменить способ, которым мы читаем книги, это может изменить то, каким способом мы получаем свои ежедневные газеты. Технологии вполне способны положить конец доставке газет такой, какой мы её знаем. Вместо людей, которые доставляют газеты бросая их едя на велосипеде или из окна автомобиля, новый высокотехнологичный способ будет представлять собой простое нажатие кнопки на компьютере, за которым последует одновременное обновление тысячи электронных газет. Несомненно, всё это будет казаться не новым, но вам больше не придётся волноваться о газетной бумаге, пачкаемой ваши пальцы, и также будет устранена проблема касательно потребности утилизации старых газет.
До развития цифровых книг и газет Electronic Ink будет развивать электронные дисплеи для сотовых телефонов, КПК, пейджеров и цифровых часов. Компания уже получила финансовую поддержку от коммуникаций тек-гиганта Motorola. Электронные дисплеи, основанные на чернилах, будут иметь ряд преимуществ по сравнению с нынешними технологиями дисплеев, в том числе:

  • Низкое энергопотребление
  • Гибкость
  • Читабельность

Electronic Ink представила свой первый продукт с использованием электронных чернил — Immedia с большим экраном — в 1999 году. Продукт расходовал только 0.1 Вт энергии, а это значит, что такая же мощность требуется одной 100-ваттной лампочке, которая могла бы привести 1000 устройств Immedia в действие. Компания заявила, что в электронных устройствах электронные чернила будут использовать в 50-100 раз меньше энергии, чем жидкокристаллические дисплеи, потому что электронные чернила нуждаются в электроэнергии только при изменении отображаемых объектов на экране. По этой же причине цифровая книга может отображать один и тот же текст в течение нескольких недель без дополнительной зарядки.
Электронные чернила могут быть напечатаны на любой поверхности, включая стены, рекламные щиты, этикетки и футболки. Домовладельцы вскоре смогут мгновенно менять свои цифровые обои, посылая сигналы на электронные чернила, которые используют данные обои. Гибкость чернил также позволит развивать ролл-ап-дисплеи (рулонные дисплеи) для электронных устройств.
Ещё одно преимущество электронных чернил по сравнению с традиционными компьютерными дисплеями — это читаемость. Электронные чернила в любом случае больше похожи на обычный печатный текст, поэтому они намного легче для глаз. Тем не менее, Xerox и Electronic Ink должны улучшить разрешение своих продуктов, чтобы устройства были способны отображать различные публикации мелких шрифтов. Xerox уже сделала дисплей, который обладает плотностью пикселей 200 точек на дюйм (dots per inch, dpi), что более чем в два раза превышает разрешение средних жидкокристаллических дисплеев. Пригодные для печатания транзисторы Lucent Technologies позволят компании Electronic Ink увеличивать разрешение фирменных продуктов, чтобы комфортно отображать печатные изделия.
Уникальный смартфон YotaPhone 2, отечественная разработка, оснащён двумя сенсорными дисплеями, один из которых имеет диагональ 4.7 дюйма, разрешение 960х540 точек (235 пикселей на дюйм) и выполнен по технологии использования электронных чернил (E-Ink)

Разработчики электронных чернил вовсе не ждут, что люди сразу же выбросят всю обычную бумагу или откажутся от своих компьютеров. Вместо этого электронные чернила первоначально сосуществуют с традиционными бумажными и другими дисплейными технологиями. В долгосрочной перспективе электронные чернила могут иметь многомиллиардное влияние на издательскую индустрию.

Незначительные минусы

Как и у любого устройства, у E-Ink-дисплеев есть и свои минусы. Первый и значительный это, конечно же, цена. Себестоимость одного такого дисплея равна 50 долларам. А впридачу с операционной системой, корпусом и остальной «начинкой» получается и цена выше среднерыночной. Часто производители жидкокристаллических дисплеев этим пользуются и делают похожие ридеры, но цена у них получается практически в 2 раза меньше.

На это и ведутся многие покупатели. К сожалению, не каждый понимает реальные преимущества E-Ink дисплеев перед TFT. Вторым незначительным минусом является непрочность. Но производители прекрасно понимают это и используют в гаджетах более крепкий материал для корпуса.

На сегодняшний день многие компании стараются сделать так, чтобы электронные чернила максимально напоминали лист газеты – качественные темные буквы и светло-серый фон. Чтобы контрастность была больше, а значит, и комфортней было читать, многие производители поступают хитро. Они используют для отображения шрифта 4 оттенка цвета из 16 возможных, что позволяет лучше выделить буквы текста.

Какой из этих двух дисплеев лучше, качественней и надежней — решать вам, возможно, опираясь на изложенные в статье плюсы и минусы.

Самый популярный дисплей

Секретом хорошего E-Ink-дисплея является контрастность. Чем она выше, тем электронные чернила лучше видны и приятней читаются. На сегодняшний день самым лучшими качествами обладает экран E-Ink Pearl HD. С новой технологией изображение стало более контрастным, а фон – менее заметным, что позволяет четче увидеть текст. Контрастность на бумаге E-Ink Pearl HD достигает рекордного соотношения 12:1. Этот дисплей пока представлен только в 6-дюймовом размере. Но зато поддерживает HD-разрешение.

Представителем современных ридеров считают PocketBook Touch 2, как раз с таким дисплеем, multi-touch-экраном и мягкой подсветкой, которая рассеивается по дисплею, позволяя читать, не напрягая зрения. Хоть и характеристики не слабые, аппарат имеет небольшие размеры. Но в то же время он весьма практичен и детали хорошо продуманы. Удобна эта модель тем, что поддерживает МР3-формат (что позволяет слушать аудиокниги), может прочесть 15 различных форматов. Предусмотрен Wi-Fi, который дает возможность скачивать литературу на ридер без проблем.

Новинки в мире E-Ink-дисплеев

Весьма интересным изобретением стали наручные часы.

Уже выпущено много подобных устройств, но FES Watch любопытны хотя бы тем, что электронные чернила используются не только в качестве циферблата, но и в самом браслете. Одним нажатием можно поменять стиль своих часов и подобрать для себя из 24 возможных вариантов самый подходящий. Да, у них нет мощной «начинки» и синхронизации со смартфоном, но иметь аксессуар, который меняет свой внешний вид, захочет каждый.

Еще одной значительной новинкой является телефон на электронных чернилах. Работает на операционной системе Android, 4.3-дюймовый экран. Конечно, на таком смартфоне фильмы не посмотришь и в игры не поиграешь, но для работы в Интернете более чем годится. Основным значительным плюсом является время работы смартфона. За счет использования E-Ink-дисплея телефон способен проработать порядка недели на одном заряде аккумулятора.

Многие любители литературы отдают предпочтение устройствам именно с электронными чернилами из-за вышеперечисленных плюсов. Многих смущает отсутствие разнообразия цветов. Но и здесь технологии не стоят на месте. Создатели использовали обычный цветофильтр, наложенный на черно-белый дисплей. Конечно, цветные электронные чернила не такие насыщенные и яркие, как у жидкокристаллических экранов. И пока максимум, на что они способны, — это показывать цветные изображения. Фильмы пока невозможно посмотреть, но прогресс не стоит на месте, и в скором времени это станет возможным. Однако крупные компании по разработке технологий пока не спешат браться за изготовление таких устройств. Они уверены, что цветное изображение необходимо как минимум для поваренных и детских книг. Корпорация E-Ink считает: то, что крупные компании не хотят принять их новые технологии, — всего лишь дело времени.

Dasung Paperlike Pro — второе поколение 13.3″ монитора с электронными чернилами (e-Ink Carta)

На краудфандинговой площадке indiegogo предлагается Dasung Paperlike Pro — второе поколение 13.3″ монитора с электронными чернилами (e-Ink Carta). Данный монитор не имеет собственного питания и подключается по HDMI к компьютеру. Dasung Paperlike Pro работает с компьютерами под управлением Windows 7/8/10, MacOS, а также Linux (для корректной работы нужно установить драйвера, иначе долговечность монитора будет меньше, у него будет меньше режимов работы, а картинка может оказаться хуже). Монитор крепится при помощи стандартного крепления VESA. Dasung Paperlike Pro поддерживает разрешение 1600*1200.

В отличии от электронных книг, Dasung Paperlike Pro имеет высокую скорость обновления и низкие задержки. Конечно обновления не сравнить с обычным монитором, но в некоторых режимах можно смотреть даже видео. Хотя в целом конечно это не лучший вариант для видео, но для набора текста, программирования, просмотра страниц в Интернете и прочих задач он может стать одним из самых оптимальных решений. Особенно для таких как я, у кого очень сильно устают глаза от мониторов, планшетов и смартфонов.

Цена в 800 долларов для первых участников краудфандинговой компании конечно очень высокая. С другой стороны 13-дюймовая электронная книга Onyx Boox Max 2 стоит 800 долларов при покупке на Алиэкспресс и доставке в Россию. При этом данную электронную книгу можно использовать в качестве Андроид планшета, но вот выводить копию картинки с компьютера удастся только с задержками. И несмотря на наличие HDMI у Onyx Boox Max 2, Dasung Paperlike имеет больше подходящих для работы в качестве монтиора режимов. И конечно же не очень хочется задумываться о зарядке аккумулятора читалки. Так что альтернатив монитору Dasung Paperlike Pro пока нет.
На аукционе eBay монитор Dasung Paperlike Pro предлагается по цене около 1000 долларов.

Также можно приобрести Dasung Paperlike Pro на американском Амазоне.
Обновление (12 сентября 2018 г)
В связи с выходом второй версии Onyx Boox Max, обновлена информация в посте.
На краудфандинговой площадке indiegogo предлагается Paperlike 3 — третье поколение монитора с электронными чернилами (e-Ink). Разрешение экрана e-Ink Carta составляет 2200×1650. Работает по HDMI с любым оборудованием, в том числе с ПК, Mac, iPhone и iPad. Цена при заказе на краудфандинговой платформе составляет 900 долларов США. Отгрузку обещают уже в октябре 2018 года.

p.s. Цена на монитор Dasung Paperlike 3 кажется слишком завышенной, особенно при сравнении с 13-дюймовой читалкой Onyx Boox Max 2, которая работает от аккумулятора, имеет процессор, память, а также miniHDMI вход. Хотелось бы конечно самому оценить, насколько картинка Onyx Boox Max 2 при работе в качестве монитора отличается по контрасту, скорости обновления и другим параметрам.
>Digitrode

Важность использования дисплеев на электронных чернилах

Критически важным для успеха любого продукта является его пользовательский интерфейс. От бытовой техники до веб-сайтов те, которые преуспевают, являются функциональными и удобными или даже приятными для использования.

Датчики и другие устройства, предназначенные для Интернета вещей (IoT) не являются исключением. Хотя основным требованием для большинства подключенных устройств является отправка и прием данных в облако и из него, существует множество примеров, когда отображение на самом устройстве делает его еще более привлекательным для потенциальных покупателей.

Например, представьте себе сеть подключенных датчиков температуры или влажности с батарейным питанием в производственной среде. Для кого-то, кому поручено контролировать технологические процессы на предприятии, возможность мгновенного считывания данных датчика без использования отдельного устройства с облачным подключением была бы быстрее, проще и в некоторых случаях безопаснее. В результате датчик со встроенным дисплеем мог бы лучше информировать и ускорить оперативное принятие решений.

Тем не менее, применение дисплея в удаленном наборе IoT с батарейным питанием обычно препятствует экономии энергии такого автономного набора. Поскольку многие датчики должны работать в течение нескольких месяцев или даже лет на одной батарейке, такой как CR2032, традиционные TFT-дисплеи не могут обеспечить низкое энергопотребление. Например, двухдюймовый TFT-LCD дисплей каждый год будет потреблять более 1000 таких батарей, и это еще без учета самого датчика, его коммуникационной микросхемы и других компонентов, необходимых для его работы.

Есть две основные причины, по которым TFT LCD требуют такого количества эергии. Во-первых, для отображения даже неподвижного изображения TFT-дисплеям необходимо обновлять это изображение примерно 50 раз в секунду. Каждое обновление потребляет определенное количество энергии. Во-вторых, для экранов TFT-LCD требуется, чтобы сделать изображение видимым. Эта подсветка также постоянно потребляет энергию.

Таким образом, ключ к получению эффективного дисплея в устройстве, работающем на небольшой батарейке, это устранение данных двух факторов. И эти факторы отсутствуют в дисплеях типа E-paper или E-ink, то есть в дисплеях типа «электронная бумага» или дисплеях на основе электронных чернил.

Принцип работы дисплеев E-paper

Такие дисплеи обычно встречаются в электронных книгах, например, Amazon Kindle. Они отличаются от TFT-дисплеев тем, что им не требуется постоянное обновление изображения. Оно обновляется только тогда, когда оно действительно меняется. Для приложений IoT, где показания датчиков обновляются только несколько раз в день, электронная бумага – это эффективное решение, если речь заходит об энергопотреблении. Например, двухдюймовый E-paper дисплей, обновляемый шесть раз в день, потребовал бы чуть более 0,001% мощности TFT-дисплея того же размера.

Это стало возможным благодаря тому, как работают дисплеи на электронной бумаге. Проще говоря, каждый «пиксель» представляет собой крошечную капсулу, содержащую частицы «чернил», которые обычно черно-белые (хотя красный также доступен). Белые частицы положительно заряжены, а черные – отрицательно. Когда вы прикладываете положительный заряд к вершине капсулы, вы рисуете черными частицами, создавая темную область на дисплее. Применение отрицательного заряда приводит к появлению белого цвета. Вы делаете это на всем экране, чтобы создать изображение. Вся суть заключается в том, что, поскольку технология «бистабильная», то как только частицы приняли определенное положение, они останутся в нем, не потребляя энергию, до тех пор, пока вы не приложите противоположный заряд.

Такой подход создания изображения с использованием физических частиц чернил также означает, что дисплеи на электронной бумаге не требуют подсветки. Вместо этого окружающий свет освещает дисплей так же, как и отпечатанные чернила и бумагу, создавая видимое изображение, которое могут видеть человеческие глаза (и сканеры штрих-кода).

Электронная бумага для радиолюбителей

Еще одна вещь, которую следует учитывать, когда речь заходит об электронных бумажных дисплеях – это то, насколько легко и недорого их можно попробовать в действии, будь вы профессиональным разработчиком или радиолюбителем.

Например, вы можете использовать Arduino UNO или MEGA 2560 со специальной платой расширения для дисплея (показана на изображении ниже). Эта специальная плата позволяет тестировать дисплеи размером до 4.2 дюйма. Такие отладочные платы и дисплеи E-paper выпускает компания Pervasive Displays. Среди ее дисплеев есть модели от 1.44 до 10.2 дюймов.

E-paper – это фактор, изменяющий правила игры, когда речь заходит о добавлении дисплеев к оборудованию с очень ограниченным бюджетом мощности: он открывает целый ряд новых возможностей для разработчиков, которые стремятся значительно улучшить восприятие пользователями с их продуктов. Кроме того, легкость, с которой можно экспериментировать с электронной бумагой в своих проектах, не говоря уже о относительно низких вложениях, объясняет, почему в мире Интернета вещей сейчас так много людей, которые стараются использовать дисплеи на основе электронных чернил в своем оборудовании.

История разработки

Электронная бумага была разработана в процессе совершенствования устройств отображения информации. ЖК-дисплеи на момент создания электронной бумаги уже были одними из самых экономичных устройств, имеющих в статическом режиме потребление на уровне единиц микроампер и даже менее, и не требовавших затрат энергии на излучение света, так как являлись устройствами светомодулирующего типа. Но, во-первых, они обладали большими световыми потерями в силу наличия в их конструкции двух поляризаторов и сравнительно малой оптической плотности «включённых» ЖК — из чего следуют достаточно низкие яркость с контрастностью получаемого изображения и достаточно малый угол обзора; во-вторых, они не могли хранить отображаемую информацию: хотя эту задачу можно было перенести на экономичные в статике КМОП-элементы с учётом того, что данный тип дисплея сам имеет малое потребление в статическом режиме, в силу физико-химических особенностей молекул практически используемых ЖК, чтобы избежать разрушения молекул, требуется питание переменным напряжением (динамический режим), что в силу ёмкостной природы ЖК-ячейки приводит к заметному росту потребления электроэнергии либо же, в случае применения специальных ЖК, устойчивых к постоянному току, приводило к сильному усложнению для больших дисплеев схемотехники устройства — экономически неоправданному в силу ограничений имевшейся на тот момент технологии.

Создание технологии «электронной бумаги» было призвано преодолеть эти ограничения. Изображение на ней формируется аналогично письму на обычной бумаге карандашом — твёрдыми пигментными частицами на (в) микроструктурном материале, дисперсно рассеивающем свет подобно волокнам бумаги, из-за чего угол обзора получается практически такой же, как и обычной бумаги — много превосходя таковой у плоских жидкокристаллических дисплеев. Электронная бумага также является устройством светомодулирующего типа с присущими ему положительными свойствами и работает в чистом виде в отражённом свете без промежуточных преобразований светового потока — как обычный лист с печатным текстом или изображением, вследствие чего достигается высокая яркость и контрастность получаемого изображения. Эффект памяти обеспечивается удержанием пигментных частиц на поверхности твёрдого тела (подложки) силами Ван-дер-Ваальса.

Технически точный термин — электрофоретический индикатор, так как практически все модификации данной технологии используют явление электрофореза.

Технология

Принцип действия «электронных чернил»

Электронная бумага была впервые разработана в Исследовательском Центре компании Xerox в Пало Альто (англ. Xerox’s Palo Alto Research Center) Ником Шеридоном (англ. Nick Sheridon) в 1970-х годах. Первая электронная бумага, названная Гирикон (англ. Gyricon), состояла из полиэтиленовых сфер от 20 до 100 мкм в диаметре. Каждая сфера состояла из отрицательно заряженной чёрной и положительно заряженной белой половины. Все сферы помещались в прозрачный силиконовый лист, который заполнялся маслом, чтобы сферы свободно вращались. Полярность подаваемого напряжения на каждую пару электродов определяла, какой стороной повернется сфера, давая, таким образом, белый или чёрный цвет точки на дисплее.

Электронные чернила

В 1990-х годах Джозеф Якобсон (Joseph Jacobson) изобрел другой тип электронной бумаги. Впоследствии он основал корпорацию E Ink Corporation, которая, совместно с Philips, через два года разработала и вывела эту технологию на рынок.

Принцип действия был следующий: в микрокапсулы, заполненные окрашенным маслом, помещались электрически заряженные белые частички. В ранних версиях низлежащая проводка управляла тем, будут ли белые частички вверху капсулы (чтобы она была белой для того, кто смотрит) или внизу (смотрящий увидит цвет масла). Это было фактически повторное использование уже хорошо знакомой электрофоретической (от электро- и греч. φορέω — переносить) технологии отображения, но использование капсул позволило сделать дисплей с использованием гибких пластиковых листов вместо стекла.

Многоцветная (полихромная) электронная бумага

Принцип действия многоцветной электронной бумаги, использующей светофильтры

Обычно цветная электронная бумага состоит из тонких окрашенных оптических фильтров, которые добавляются к монохромному дисплею, описанному выше. Множество точек разбито на триады, как правило, состоящие из трёх стандартных цветов CMYK: циановый, пурпурный и жёлтый. В отличие от дисплеев с подсветкой, где применяется RGB и сложение цвета, в e-ink цвета формируются методом вычитания, как и в полиграфии.

Первая компания, сумевшая вывести на рынок такую технологию — всё та же E Ink. Её матрица Triton, выдающая несколько тысяч оттенков цвета, уже используется в ридерах.

В начале 2011 года был анонсирован первый eReader, использующий долгожданную технологию Mirasol компании Qualcomm. Совместно с компанией Kyobo book они вывели на рынок E-reader с этой технологией под названием Kyobo eReader.

Макрофотография электродов, используемых в «электронной бумаге» (Kindle 3)

Поколения электронной бумаги

Первое поколение

Первая технология электронной бумаги, вышедшая на массовый рынок.

  • VizPlex — 800×600, 16 оттенков серого. Контрастность 7:1.

Второе поколение

Во втором поколении были улучшены время отклика, энергопотребление и контрастность.

  • Pearl — 800×600, 16 оттенков серого. Контрастность 10:1;
  • Pearl HD — 1024×758, 16 оттенков серого. Контрастность 12:1;
  • Carta — до 1080×1440, 16 оттенков серого. Контрастность 15:1.

Третье поколение

В третьем поколении появилось цветное изображение.

  • Triton 1 — 800×600, до 4096 цветов (физическое разрешение 1600×1200). Контрастность 10:1. Цветной пиксель имеет 4 физических пикселя под каждым светофильтром: красный, синий, зелёный и белый;
  • Triton 2 — 800×600, до 4096 цветов (физическое разрешение 1600×1200). Контрастность 10:1. Цветной пиксель состоит из 3 физических пикселей: красного, зелёного и синего.

Технологии электронной бумаги, сходные с E-Ink, однако действующие на несколько иных принципах.

  • SiPix — 1024×768, 16 оттенков серого. Контрастность 6:1. Технология использует для формирования изображения белые частицы, плавающие в чёрной жидкости. Такие экраны имеют плохую отражающую способность, из-за этого изображение выглядит несколько белесым.
  • Flex (др. наименование — Mobius) — 1024×768, 16 оттенков серого. Контрастность 10:1. Экраны имеют пластиковую подложку и могут сгибаться без повреждений, сохраняя работоспособность. Технология впервые была представлена LG и впоследствии приобретена E Ink Corporation.

Преимущества и недостатки

Преимуществом можно назвать большее время автономной работы, которое отличается в лучшую сторону по сравнению с прочими электронными устройствами с дисплеями. Экран на основе электронной бумаги потребляет энергию при изменении отображаемой информации (например, перелистывании страниц), тогда как типичный ЖК экран потребляет энергию постоянно.

Обновление E-Ink дисплея

В настоящее время дисплеи на основе электронной бумаги имеют очень большое (порядка 200 мс в 2011 году) время обновления по сравнению с ЖК-дисплеями. Это не позволяет производителям использовать сложные интерактивные элементы интерфейса (анимированные меню и указатели мыши, скроллинг), которые широко распространены на КПК. Сильнее всего это сказывается на способности электронной бумаги показывать увеличенный фрагмент большого текста или изображения на маленьком экране.

Ещё одним недостатком этой технологии является подверженность экрана механическим повреждениям, правда это касается не всех модификаций таких экранов. Действительно, дисплеи, созданные компанией E-ink по технологиям E-ink Vizplex, E-ink Pearl, имеют в своей основе подложку из очень тонкого хрупкого стекла, однако в технологии E-ink Flex стеклянная подложка заменена пластиковой и такие экраны можно даже немного изгибать. Они гораздо менее подвержены разрушениям от ударов и деформаций, чем E-ink Vizplex, E-ink Pearl.

Сравнение влияния на усталость глаз LCD и E-ink

В 2013 году было проведено исследование, показавшее, что чтение на LCD-экране (в исследовании принимал участие Kindle Fire HD) вызывает в большей степени усталость глаз, чем E-ink (на примере исследования Kindle Paperwhite) или бумажные книги.

Более раннее исследование 2012 года, также сравнивавшее LCD и E-ink, не выявило существенной разницы по влиянию на зрение и усталость глаз. В исследовании вынесли заключение, что не сама технология, а скорее качество изображения является более важным для чтения.

Применение

Электронная бумага легка, надёжна, а дисплеи на её основе могут быть гибкими (хотя и не настолько, как обычная бумага). Предполагаемое применение включает электронные книги, которые могут хранить цифровые версии многих литературных произведений, электронные вывески, наружную и внутреннюю рекламу.

Технологические компании изобретают новые типы электронной бумаги и ищут пути внедрения данной технологии. Например, модификация жидкокристаллических дисплеев, электрохромные дисплеи (смарт-стекло), а также электронный эквивалент детской игрушки «Волшебный экран», на котором изображение появляется за счет прилипания пленки к подложке, разработанный японским университетом Кюсю. В той или иной форме, электронная бумага разрабатывалась компанией Gyricon (выделившаяся из Xerox), Philips, Kent Displays (холестерические дисплеи (англ. cholesteric)), Nemoptic (бистабильный нематический (англ. bistable nematic) — BiNem — технология), NTERA (электрохромные NanoChromics дисплеи), E Ink and SiPix Imaging (электрофоретические) и многие другие.

Компания Fujitsu демонстрировала разработанную ими электронную бумагу на выставке в Токийском Международном Форуме.

Корпорация E Ink Corporation, совместно с Philips и Sony, внесла наибольший вклад во внедрение и популяризацию электронной бумаги. В октябре 2005 года она объявила, что будет поставлять комплекты для разработчиков, состоящие из 6-дюймовых дисплеев с разрешением 800×600 начиная с 1 ноября 2005 года.

Электронные книги

Основная статья: Электронная книга (устройство)

Внедрение технологии E-ink вызвало заметный подъём на рынке электронных книг. Уже в 2006 году выпускалось несколько моделей. Гораздо большее количество прототипов анонсируется ежегодно.

Электронные чернила на обратной стороне Йотафона

Электронные газеты

В феврале 2016 года бельгийская финансовая ежедневная газета «De Tijd of Antwerp» анонсировала планы по продаже электронной версии газеты для избранных подписчиков. Это было первое подобное применение электронной бумаги. В начале 2007 года газета New York Times начала тестирование около 300 собственных функциональных электронных газет.

Дисплеи для телефонов

В 2006 году Motorola представила телефон Motorola F3, который использует сегментный экран от компании E Ink Corporation. Также компания YotaDevices выпустила российский смартфон «Йотафон».

Графические планшеты

Основная статья: Графический планшет

В конце 2013 года поступила в продажу Sony DPT-S1, переносная «система цифровой бумаги» для бизнес-пользователей с 13,3-дюймовым экраном от E Ink Corporation и возможностью добавления рукописных пометок с помощью стилуса.

Уличные плакаты и объявления

Японская компания Toppan Printing совместно с министерством внутренних дел и бюро связи проводят испытания плакатов из электронной бумаги. Сообщается, что потребляемая электрическая мощность плаката размером 3,2 x 1,0 метр составляет 24 ватта.

Электронные ценники

Начиная с 2013—2014 годов набирает популярность применение экранов на основе электронной бумаги в качестве замены традиционных ценников в магазинах розничной торговли. На февраль 2017 года в мире насчитывается более 15 производителей электронных ценников, такими устройствами уже оборудованы магазины ряда торговых сетей, в частности MediaMarkt в России и Kohl’s в США.

Цифровые номера

На улицах Калифорнии начали набирать популярность авто с цифровыми номерами. Номера состоят из дисплея (который также может отображать другую информацию), чипа и даже батареи. Устройства используют ту же технологию, которая применялась при создании читалок Kindle.

Цена таких номеров составляет $700 без учета стоимости установки, в связи с чем данная разработка вряд ли станет массовой и сможет выйти на мировой рынок в ближайшее время.

Альтернативные технологии

  • Samsung делает ставку на электрокапельные чернила (electrowetting), дающие и больший контраст, и более высокую частоту смены изображения (вплоть до воспроизведения видео), и — самое главное — цветность.
  • Sharp разработал технологию Memory LCD, которая позволяет создавать дисплеи LCD энергоспотреблением всего 0,8 % от традиционных жидкокристаллических экранов за счет использования сетчатого полимерного жидкокристаллического материала с собственными ячейками памяти в пикселах (PNLC), чтобы не перекрашивать ячейку без необходимости от кадра к кадру. Имея уровень энергопотребления в 15-30 μW, что даже часто меньше, чем у E-Ink для динамических изображений, технология Memory LCD имеет преимущества в контрасте, возможности создания трансфлективных ЖК-дисплев с подсветкой самосвечения, скорости обновления и возможности создания цветных экранов. Наиболее известным поставщиком устройств на Memory LCD является изготовитель умных часов Pebble.
  • Технология Mirasol, разрабатываемая компанией Qualcomm. Эти дисплеи сочетают в себе преимущества стандартных жидкокристаллических экранов и технологии «электронных чернил» (E-Ink). Благодаря специальной технологии, в основе которой лежат микроэлектромеханические элементы, Mirasol дисплеи имеют очень низкое энергопотребление и в то же время способны отображать полноцветные изображения. Более того, уже были продемонстрированы образцы Mirasol дисплеев Qualcomm, способных отображать цветное видео с частотой в 30 кадров в секунду.
    Уже сейчас существуют действующие образцы таких дисплеев с диагональю 5,7 дюйма и разрешением 1024 x 768 пикселей, которые могут использоваться в связке с емкостными сенсорными экранами. Компания Qualcomm на конгрессе Mobile World Congress 2010 в Барселоне подтвердила, что первые электронные книги с цветными дисплеями, выполненными на основе фирменной технологии Mirasol, должны появиться на рынке уже осенью 2010 года. Однако в реальности первые коммерческие образцы появились лишь осенью 2011 года, и были признаны неудачными, так как разработка была скорее экспериментальной. Выявленные ошибки и недостатки позволили вывести на рынок сбыта более успешные продукты, и, начиная с середины 2013 года, полихромные электронные книги начали занимать свой сектор продаж.
  • FOLED — технология изготовления гибких цветных дисплеев на основе органических светодиодов OLED.
  • TMOS — Time Multiplexed Optical Shutter — технология временного мультиплексирования оптического затвора. Суть данной технологии заключена в использовании однослойной пленки MEMS (microelectromechanical systems), размещенной между верхним и нижним листом стекла.

Примечания

  1. В. И. Иванов, А. И. Аксёнов, А. М. Юшин. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — ил.: 448 с. — 150 000 экз. — ISBN 5-283-01473-8.
  2. В отличие от «отражающих» ЖК-индикаторов, работающих всё же на просвет, в которых свет проходит дважды через индикаторную ячейку: сначала в прямом направлении, и затем, отражаясь от установленного позади ячейки зеркала, в обратном.
  3. 1 2 Б. Н. Малиновский, В. Я. Александров, В. П. Боюн и др. Справочник по цифровой вычислительной технике: (Электронные вычислительные машины и системы) / Под ред. чл.-кор. АН УССР Б. Н. Малиновского. — К.: Техніка, 1980. — С. 133. — ил.: 320 с. — 28 000 экз. — ISBN ББК 32.973я2.
  4. Crowley, J. M.; Sheridon, N. K.; Romano, L. «Dipole moments of gyricon balls» Journal of Electrostatics 2002, 55, (3-4), 247.
  5. New Scientist. Paper goes electric (1999)
  6. Comiskey, B.; Albert, J. D.; Yoshizawa, H.; Jacobson, J. «An electrophoretic ink for all-printed reflective electronic displays» Nature 1998, 394, (6690), 253—255.
  7. New Scientist. Read all about it — ссылка устарела
  8. Технология Mirasol против Triton и Pixel Qi
  9. E-paper market continunes to expand. Colour e-paper screens, video support and flexible displays all on the horizon. By Robert L. Mitchell // Computerworld US, 23 March 2011 «E-reader screens today … drawbacks: screen-response times of about 200 ms»
  10. 1 2 Евгений Золотов. Такая хрупкая электронная бумага. Национальная Деловая Сеть «iBusiness» (3 апреля 2012). Дата обращения 26 сентября 2012. Архивировано 17 октября 2012 года.
  11. Михаил Медведев. Типы экранов электронных книг (27 декабря 2013).
  12. E-readers and visual fatigue — PubMed.
  13. Reading on LCD vs e-Ink displays: effects on fatigue and visual strain — PubMed.
  14. Электронная бумага и зелёная планета (4 января 2008). Архивировано 14 января 2012 года.
  15. http://www.reghardware.co.uk/2006/11/28/moto_ships_motofone/
  16. Знакомство со смартфоном Yota — YouTube.
  17. 13-дюймовая читалка Sony поступает в продажу
  18. E-paper Tested as Disaster Prevention Measures in Japan.
  19. Digital license plates finally hit the road in California, The Verge. Проверено 3 июня 2018.
  20. Sharp Memory LCDs: Ultra-low power, high performance, and long life…with memory in every pixel. www.sharpmemorylcd.com. Дата обращения 2 июня 2016.
  21. Запоминающие дисплеи (SHARP Memory LCD) — Продукция. www.prochip.ru. Дата обращения 2 июня 2016.
  22. Sharp Memory LCDs: Ultra-low power, high performance, and long life…with memory in every pixel. www.sharpmemorylcd.com. Дата обращения 2 июня 2016.
  23. LinusTechTips. Pebble Time — Better than the Apple Watch? (23 августа 2015). Дата обращения 2 июня 2016.

> Публикации

Владимир Сирота. Почему иссякли электронные чернила. iXBT.com (14 апреля 2005). Дата обращения 26 сентября 2012. Архивировано 17 октября 2012 года.

FILED UNDER : Железо

Submit a Comment

Must be required * marked fields.

:*
:*